特開 2024-3378 検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024003378

(43)【公開日】2024-01-15

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/24 20060101AFI20240105BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20240105BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

G01B7/24

G01B7/30 H

G01D5/245 110M

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022102480

(22)【出願日】2022-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000225359

【氏名又は名称】内山工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002686

【氏名又は名称】協明国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】勢野 洋嗣

(72)【発明者】

【氏名】大森 健太郎

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063AA35

2F063BA03

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA52

2F077NN04

2F077NN17

2F077NN24

(57)【要約】

【課題】簡易な構成でありながら、回転体の変形を検出可能な検出装置を提供する。
【解決手段】軸回転する回転体（１０）に装着され周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された環状体からなる磁性体１と、前記磁性体の磁束密度を検出するセンサ２と、前記センサによる検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部４とを備えた検出装置１００であって、前記センサは、前記磁性体の着磁面から前記着磁面の周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）を検出し、前記処理部は、前記第１磁束密度の変化に基づき、前記回転体の変形を検出することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸回転する回転体に装着され周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数着磁された環状体からなる磁性体と、前記磁性体の磁束密度を検出するセンサと、前記センサによる検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部とを備えた検出装置であって、
前記センサは、前記磁性体の着磁面から前記着磁面の周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度を検出し、
前記処理部は、前記第１磁束密度の変化に基づき、前記回転体の変形を検出することを特徴とする検出装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記センサは、前記着磁面から周方向に発する第２磁束密度または、前記着磁面から前記着磁面に対して垂直方向に発する第３磁束密度を検出し、
前記処理部は、前記第２磁束密度または前記第３磁束密度に基づき、前記回転体の回転速度及び回転角度を検出することを特徴とする検出装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、
前記センサは、前記着磁面に対向し複数個が間隔を空けて設けられていることを特徴とする検出装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２において、
前記回転体は、車両の軸受装置の回転側部材であることを特徴とする検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸回転する回転体に装着される磁性体と、磁束密度を検出するセンサとによって、回転体の変形を検出する検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車等の車輪の軸受装置における回転側部材には、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等を制御するため、磁気エンコーダを構成する磁性体が装着されており、回転速度や回転角度を検出することがなされている。

【0003】

下記特許文献１には、磁性体の被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるセンサを備え、外輪やハブとの間に加わる荷重を変位センサ等の荷重測定専用の部品を使用せずに測定できるものが開示されている。下記特許文献２には、磁性体の外周面のうち、円周方向の位相が互いに１８０度異なる部位に第１センサ、第２センサを配し、位相差に基づいてラジアル荷重を測定するものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－３１７４２０号公報

【特許文献2】特開２００７－２２５１０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで軸受装置にかかる荷重は、回転体の自重による荷重、他部品から負荷される荷重、回転体の回転によって発生する荷重等があり、過剰な荷重が負荷されると回転体に変形が発生し、気づかず使用を継続していると、回転軸の破損に繋がる。そこで簡易な構成でありながら、早期に回転体の変形を検出できるものが求められている。

【0006】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら、回転体の変形を検出可能な検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係る検出装置は、軸回転する回転体に装着され周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数着磁された環状体からなる磁性体と、前記磁性体の磁束密度を検出するセンサと、前記センサによる検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部とを備えた検出装置であって、前記センサは、前記磁性体の着磁面から前記着磁面の周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）を検出し、前記処理部は、前記第１磁束密度の変化に基づき、前記回転体の変形を検出することを特徴とする。
上記構成において、前記センサは、前記着磁面から周方向に発する第２磁束密度（Ｂｘ）または、前記着磁面から前記着磁面に対して垂直方向に発する第３磁束密度（Ｂｚ）を検出し、前記処理部は、前記第２磁束密度または前記第３磁束密度に基づき、前記回転体の回転速度及び回転角度を検出するようにしてもよい。
また上記構成において、前記センサは、前記着磁面に対向し複数個が間隔を空けて設けられてもよい。
さらに上記構成において、回転体は、車両の軸受装置の回転側部材であってもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る検出装置は、上述の構成としたことで、簡易な構成でありながら、回転体の変形を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る検出装置を構成する磁性体を説明するための図であり、回転体への装着状態を模式的に示した概略的斜視図であり、アキシャルタイプの磁性体の例を示している。

【図2】同検出装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】（ａ）は、図１に示す磁性体の測定径＜１＞～＜３＞（図３（ｂ）参照）における第１磁束密度の波形をグラフ化して示したものであり、（ｂ）は同磁性体の測定径＜１＞～＜３＞を説明するための図である。

【図4】（ａ）及び（ｂ）は同磁性体が発する第１磁束密度（Ｂｙ）の特性を説明するためのグラフである。

【図5】同実施形態の変形例として、ラジアルタイプの磁性体の例を示している。

【図6】（ａ）～（ｄ）は、同検出装置を構成する磁性体とセンサの配置例を説明するために模式的に示した概略的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、一部の図では、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
本実施形態に係る検出装置１００は、軸回転する回転体１０に装着され周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数着磁された環状体からなる磁性体１と、磁性体１の磁束密度を検出するセンサ２と、センサ２による検出結果に基づき回転体１０の変形を検出する処理部４とを備えている。センサ２は、磁性体１の着磁面１ａから着磁面１ａの周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）を検知し、処理部４は、第１磁束密度の変化に基づき、回転体１０の変形を検出する。

【0011】

＜第１実施形態＞
まずは図１～図４を参照しながら、第１実施形態に係る検出装置１００について説明する。図１及び図２に示すように検出装置１００は、軸回転する回転体に装着される磁性体１と、磁束密度を検出するセンサ２と、センサ２による検出結果に基づき前記回転体の変形を検出する処理部４を有する演算装置３０とを備える。以下では、検出装置１００が適用される例として、車両の軸受装置に適用された例を説明する。軸受装置は、車輪（不図示）を軸回りに回転（軸回転）可能に支持するように設けられ、外側の固定側部材となる外輪（不図示）と、内側の回転側部材となる内輪１０とを備える。よって、本実施形態におおいて、内輪１０が回転体であり、内輪１０に負荷される荷重等により、内輪１０の変形を早期に検出するために検出装置１００が設けられている。

【0012】

磁性体１は、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に複数着磁され中央に貫通孔を備えた環状体で、円板の径方向または面方向に磁化されている。磁性体１の構成は特に限定されないが、フェライト、ネオジム等の磁性粉がゴム材により結合されたゴム磁石、焼結磁石、プラスチック磁石等が用いられる。磁性体１は、芯金部材１１を介して内輪１０に取り付けられる。芯金部材１１は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工して片側の断面が略Ｌ字形状に形成される。芯金部材１１は、内輪１０の端部に嵌合される円筒部１２と、円筒部１２における軸方向Ａの一方端部から径方向の外側に延出する円板部１３とを有している。円板部１３の軸方向Ａの外側面１３ａには、磁性体１が加硫接着、もしくは後接着されている。磁性体１の形状や芯金部材１１への固着態様は図例に限定されないが、本実施形態では、円板部１３の外側面１３ａと、円板部４１の径方向Ｒの外側端部１３ｂを覆うように配されている。これによれば、芯金部材１１に磁性体１を強固に固着でき、長期の使用に耐えることができる。Ｎ極及びＳ極の極幅は特に限定されず、図例のように等間隔としてもよいし、極と極の境界が斜め湾曲したスパイラル状としてもよい。

【0013】

磁性体１の磁束密度を検出するセンサ２は、磁気式センサを用いた例を説明する。センサ２は、磁性体１の着磁面１ａと対峙するように近接して配置され、センサ２は、不図示の固定部材に固定されている。センサ２が磁性体１から検出する磁束密度は、内輪１０の回転に伴って変化し、センサ２は、演算装置３０と電気的に接続されている。センサ２は、回転体である内輪１０の変形を検出するため、図１に示すように磁性体１の着磁面１ａから着磁面１ａの周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）を検出する。またセンサ２は、内輪１０の回転速度及び回転角度（回転位置）を検出するため、着磁面１ａから周方向に発する第２磁束密度（Ｂｘ）と、着磁面１ａから着磁面１ａに対して垂直方向に発する第３磁束密度（Ｂz）とを検知する。センサ２に用いられる検知素子としては、ホール素子、ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等が用いられ、従来の着磁面１ａから周方向に発する第２磁束密度（Ｂｘ）と、着磁面１ａから着磁面１ａに対して垂直方向に発する第３磁束密度（Ｂz）に加え、着磁面１ａから着磁面１ａの周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）も検知できる高感度のものが好適である。例えば、ホール素子の場合は、着磁面１ａのＸ軸成分の強さＢｘを検知するためのホール素子または、Ｚ軸成分の強さＢｚ を検知するためのホール素子とに加え、荷重、変位量を検出するため、着磁面１ａのＹ軸成分の強さＢｙを検知するためのホール素子を要する。

【0014】

図２は、本実施形態に係る検出装置１００の一例を示すブロック図である。
検出装置１００は、上述したとおり、内輪１０に取り付けられた磁性体１と、磁性体１から発生する磁束密度を検出可能なセンサ２と、演算装置３０とを備える。演算装置３０は、ＣＰＵで構成され各種制御を実行する制御部３と、センサ２が検出する各種磁束密度（Ｂｘ～Ｂｚ）に基づき各種演算処理を行う処理部４と、処理部４での演算処理を実行するために必要な各種プログラムやデータが記憶される記憶部５と、センサ２からの信号を受信する受信部６と、演算装置３０を操作する操作部７と、測定・算出結果を表示する表示部８と、内輪１０の変形等、異常を検出した際に警告音やランプを点灯・点滅させる等を報知する報知部９等を備える。記憶部５は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリやＨＤＤで構成され、各種演算結果を適宜、記憶される。処理部４は、荷重・変形量算出部４０と、速度・角度算出部４１とを備える。荷重・変形量算出部４０は、測定径が変わることによる第１磁束密度（Ｂｙ）の変化率を使用して算出する。具体的には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した第１磁束密度（Ｂｙ）と測定径（図３（ｂ）参照）との後記する特性に基づき、センサ２によって検出された第１磁束密度（Ｂｙ）の値の変化率を算出し、そこから変形量を算出する。そしてその変形量から荷重を算出する。速度・角度算出部４１は、第２磁束密度（Ｂｘ）及び第３磁束密度（Ｂｚ）の２つの磁気パターンをデジタル信号に変換し、演算処理を行って絶対位置検出から回転位置（回転角度）情報を算出する。また速度・角度算出部４１は、第２磁束密度（Ｂｘ）及び第３磁束密度（Ｂｚ）の２相のパルス信号から距離を算出し、内輪１０の回転速度の算出も実行する。

【0015】

次に図３及び図４を参照しながら、回転体である内輪１０の変形検出に用いられる着磁面１ａから着磁面１ａの周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）の特性についての分析結果について説明する。ここでは、フェライトのゴム磁石を用いて測定を行った。

【0016】

図３（ａ）のグラフは、図３（ｂ）に示す磁性体１の測定径＜１＞～＜３＞の位置における第１磁束密度（Ｂｙ）を検知した結果を示すものであり、ここでは横軸を回転角度（°）、縦軸を磁束密度（ｍＴ）としている。図３（ｂ）に示すとおり、測定径＜１＞が３つの測定径の中では一番径が小さく、測定径＜３＞が３つの測定径の中では一番径が大きい位置である。図３（ａ）によれば、いずれの測定径＜１＞～＜３＞においても、磁束密度の振幅は大小あるが、ｓｉｎ波が確認され、１回転につき、ｓｉｎ信号が１周期ずつ生成されていることが確認できた。

【0017】

図４（ａ）のグラフは、図３（ａ）のｓｉｎ波を示す同じ磁性体１に対し、同じ測定径＜１＞～＜３＞における第１磁束密度（Ｂｙ）を検知した結果を示す。ここでは横軸を測定径（ｍｍ）、縦軸を磁束密度（ｍＴ）とし、第１磁束密度（Ｂｙ）だけでなく、測定径＜１＞～＜３＞の位置で第２磁束密度（Ｂｘ）及び第３磁束密度（Ｂｚ）についても測定を行った。この測定結果から第２磁束密度（Ｂｘ）及び第３磁束密度（Ｂｚ）は、いずれの位置でもほぼ同じ測定値を示す一方、第１磁束密度（Ｂｙ）は、測定径＜１＞において急激に低下する大きな変化率を示すことがわかった。

【0018】

図４（ｂ）は、それぞれの磁束密度の変化率をより明らかに示したグラフである。ここでは、横軸は測定径（ｍｍ）、縦軸は図４（ａ）の測定結果を比にしたものである。縦軸は、一番変化率が大きかった測定径＜１＞を基準（「１」）とし、その基準からどの程度変化しているかを示している。比にすると第２磁束密度（Ｂｘ）及び第３磁束密度（Ｂｚ）にほとんど変化がないことが明らかである。一方、第１磁束密度（Ｂｙ）は、径方向の変化に対して、磁束密度の変化率が非常に大きいといえる。
以上より、第１磁束密度（Ｂｙ）、すなわち着磁面１ａのＹ軸成分の強さＢｙをセンサ２で検知することで、回転体の径方向の変化が加わると、第１磁束密度（Ｂｙ）に大きな変化が生じるので、この特性から荷重、変形量を検出することができる。

【0019】

本実施形態に係る検出装置１００によれば、第１磁束密度（Ｂｙ）の特性を活かし、センサ２によって第１磁束密度（Ｂｙ）を検知することで、内輪１０の変形（傾き）を検出できる。よって、検出装置１００による検出結果から、内輪１０に過剰な（ラジアル）荷重が加わったことが推測できる。また第１磁束密度（Ｂｙ）を検知結果に基づく荷重・変形量算出部４０の演算結果に閾値を設定し、閾値を超えると荷重・変形量の異常とみなして、検出装置１００の報知部９で警告音等を報知させる態様とすれば、回転軸の破損等を未然に防止できる。また上記構成によれば、ひとつの磁性体１を用いて、内輪１０の変形に加え、内輪１０の回転速度及び回転角度を検出できる。

【0020】

図５は、ラジアルタイプの磁性体１Ａの例を示す図である。上記実施形態と共通の箇所には共通の符号を付し、共通する事項の説明は省略する。上記実施形態では、アキシャルタイプの磁性体１について説明したが、これに限定されず、図５に示すような内輪１０の一側面１０ｂに設けられる磁性体１Ａとして適用可能である。この場合も、アキシャルタイプのものと同様に着磁面１ａから周方向に発する第２磁束密度（Ｂｘ）と、着磁面１ａから着磁面１ａに対して垂直方向に発する第３磁束密度（Ｂz）だけでなく、着磁面１ａから着磁面１ａの周方向に対して垂直方向に発する第１磁束密度（Ｂｙ）を検知し、処理部４は、第１磁束密度の変化に基づき、回転体である内輪１０の軸方向の変形を検出する。

【0021】

次に図６（ａ）～図６（ｄ）を参照しながら、検出装置１００を構成する磁性体１とセンサ２の配置例について説明する。磁性体１とセンサ２とは、図１に示すようにセンサ２が磁性体１の着磁面１ａに対して対向して配備され、図６（ａ）に示すように、環状のひとつの磁性体１に対しひとつのセンサ２で上記検出を行うようにしてもよいし、図６（ｂ）に示すように例えば図６（ａ）に設けられたセンサ２の位置を基準に９０°異なる位置にセンサ２を設けてもよい。また図６（ｃ）に示すように図６（ｂ）の例に加えて、さらに１８０°異なる位置にセンサ２を設けてもよい。また図６（ｄ）に示すように磁性体１の周方向における同じ位置に磁性体１の縁部に幅方向に対向して２つのセンサ２，２を設置してもよい。センサ２の設置は、図例に限定されず、等間隔に複数設置してもよい。このように着磁面１ａに対向してセンサ２が複数個間隔を空けて設けられているようにすれば、複数の箇所で回転体（内輪１０等）の変形の検出を行うことができるので、検出精度の向上を図ることができる。

【0022】

上述したとおり、実施形態に係る検出装置１００の構成・態様は上記実施形態に限定されない。例えば磁性体１の形状は、図例のような薄状の環状体に限定されず、円筒体でもよい。また回転体の変形検出を行う対象は軸受装置の内輪１０に限定されず、例えば、シートの巻き取り設備等、軸回転する機械装置の回転部材等に適用できる。

【符号の説明】

【0023】

１００ 検出装置
１０ 内輪（回転体）
１，１Ａ 磁性体
１ａ 着磁面
２ センサ
Ｂｙ 第１磁束密度
Ｂｘ 第２磁束密度
ｂｚ 第３磁束密度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】