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CN1782450A - 带传感器滚动轴承装置 - Google Patents

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CN1782450A
CN1782450A CNA2005101286026A CN200510128602A CN1782450A CN 1782450 A CN1782450 A CN 1782450A CN A2005101286026 A CNA2005101286026 A CN A2005101286026A CN 200510128602 A CN200510128602 A CN 200510128602A CN 1782450 A CN1782450 A CN 1782450A
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Abstract

一种滚动轴承装置，具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承。设有被夹于上述固定轨道圈和可固定该固定轨道圈的固定部件间，对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的薄膜状的压电元件。

Description

带传感器滚动轴承装置
技术领域
本发明有关组装有传感器的带传感器滚动轴承装置。
背景技术
滚动轴承装置中，有一种加上本来的轴承功能，还组装了为检测其轴承旋转时的载荷等动作数据的传感器的带传感器滚动轴承装置。例如，特表2003-530565号公报所述的轴承装置，就是被用于汽车用轴承轮毂单元的轴承装置，它设置了多个具有被贴在围绕轨道圈的框架表面等上的应变仪的传感器模块，根据各模块的传感结果检测载荷。此外，特开2003-246201号公报所述的轴承装置也是被用于汽车用轴承轮毂单元的轴承装置，它在内圈(旋转轨道圈)的安装法兰上贴上应变仪以检测作用于轴承装置的载荷。
可是，特表2003-530565号公报所述的轴承装置，由于利用应变仪的压电电阻效应检测载荷，所以各应变仪需要接续专用的桥接电路，进而由于应变仪的电阻容易受周围温度等温度变化的影响，所以为了精度良好地检测载荷，要求在各应变仪附近设置温度补偿板，以补偿各应变仪电阻的温度偏差。为此，这种现有的装置，存在削减部件数困难，以及简化结构也较难的问题。
另一方面，特开2003-246201号公报所述的轴承装置，由于把应变仪贴在旋转轨道圈的安装法兰上，所以需要设无线装置及集流环等把其应变仪的检测信号输出到控制装置，因而存在着该轴承装置的结构变得复杂的问题。此外，这种现有的轴承装置，为了精度良好地检测载荷，要使上述安装法兰容易产生变形，从而要求在该安装法兰上形成透孔，以在该透孔内的表面贴上应变仪，所以存在不能简化载荷传感器组装作业的问题。
发明内容
鉴于上述现有的问题，本发明的目的是，提供一个以较少部件数可高精度检测载荷，同时可很容易实现结构简化的带传感器滚动轴承装置。
本发明第一个观点相关的带传感器滚动轴承装置，其特征在于，它是具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承的滚动轴承装置，
其中，设有被夹于上述固定轨道圈和可固定该固定轨道圈的固定部件间，对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的薄膜状的压电元件。
上述构成的带传感器滚动轴承装置，通过夹在其固定轨道圈和被它固定的固定部件间的压电元件，以检测作用于该固定轨道圈和固定部件间的载荷。由此，与上述现有例子不同，可以在不设桥接电路等情况下，高精度检测载荷。并且，由于使用薄膜状的压电元件，所以即使该压电元件的组装部位具有曲面时，也可以很容易在该曲面上进行安装，从而可以简化该压电元件的组装作业。
此外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述压电元件也可以被夹在上述固定部件和上述固定轨道圈的外周面或内周面上所形成的法兰部之间，以检测作用于上述轴承轴向方向的轴向载荷。
这时，可以减少部件数的同时，高精度检测上述轴向载荷。
此外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述压电元件也可以被夹在上述固定部件和上述固定轨道圈的外周面或内周面之间，以检测作用于上述轴承径向方向的径向载荷。
这时，可以减少部件数的同时，高精度检测上述径向载荷。
另外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述固定轨道圈，由具有包含在车辆悬架上的圆环状关节部所固定的法兰部的外圈构成，
同时，最好是，四个上述压电元件，在上述轴承的轴方向周围相对轴中心以90°间隔被夹在上述外圈法兰部的轴方向端面和上述关节部的轴方向端面之间，以检测作用于上述轴承轴向方向的轴向载荷，
并且，四个上述压电元件，在上述轴承的轴方向周围相对轴中心以90°间隔被夹在上述外圈外周面和上述关节部内周面之间，以检测作用于上述轴承径向方向的径向载荷，
这时，在上述轴承的轴向方向及径向方向，由于各四个压电元件在轴承轴方向周围相对轴中心以90°间隔设置，所以轴承装置被安装在上述悬架上时，可以检测车辆前后及上下方向的轴向载荷及径向载荷，从而有可能针对每个设有该轴承装置的车轮检测该车辆举动。
此外，本发明第二观点相关的带传感器滚动轴承装置，其特征在于，它是具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承的滚动轴承装置，
其中，在对上述固定轨道圈和可固定该固定轨道圈的固定部件进行固定的固定机构上，设置了对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的载荷传感器。
如上所构成的带传感器滚动轴承装置，对其固定轨道圈和被它固定的固定部件进行固定的固定机构上设置载荷传感器，同时利用该载荷传感器检测作用于该固定轨道圈和固定部件间的载荷。由此，与上述现有例子不同，可以在不设无线装置等情况下，高精度检测载荷。并且，由于把载荷传感器设在固定机构上，所以有可能在利用该固定机构使固定轨道圈和固定部件的固定作业结束的同时，使载荷传感器的组装作业结束。
此外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述载荷传感器也可以是，在根据上述载荷检测上述固定机构上发生的应变的同时，为了使检测的应变的弯曲成分及拉伸成分中，一方的应变成分相抵消，并且只检测另一方的应变成分，而相互串联接续的两个应变仪。
这时，上述弯曲成分及拉伸成分中，由于只重点检测相抵消的剩余的上述另一方的应变成分，所以可以更容易地进行高精度载荷检测。
此外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述载荷传感器最好是，内置于上述固定机构，或者为被夹于上述固定机构和上述固定部件间而被安装在该固定机构的表面上，并输出与上述载荷相对应的信号的压电元件。
这时，由于可以通过压电元件的压电效应直接检测上述载荷，所以与使用应变仪时不同，可以在不设桥接电路的情况下，进行载荷检测，从而可以更多削减部件数，可以进一步简化装置的结构。
此外，在上述带传感器滚动轴承装置中，上述固定轨道圈，由具有包含在车辆悬架上的圆环状关节部所固定的法兰部的外圈构成，
同时，最好是上述固定机构，由在上述轴承轴方向周围相互不同的规定位置上分别对上述关节部和上述法兰部进行固定的多个固定螺栓构成。
这时，多个上述载荷传感器被配设于轴承轴方向周围不同位置上，轴承装置被安装在上述悬架时，这些多个载荷传感器被配设于设有该轴承装置的车轮车轴周围不同位置上，从而可以检测车辆前后方向、上下方向以及左右方向上的载荷成分，有可能针对每个车轮精度良好地检测该车辆举动。
附图简单说明
图1是与本发明第一观点相关的带传感器滚动轴承装置的一实施形态的剖面图。
图2是表示在取下了图1所示的盖子的状态下从同图箭头A方向看时的上述滚动轴承装置主要部分例子的图。
图3是与本发明第二观点相关的带传感器滚动轴承装置的一实施形态的剖面图。
图4是表示从图3中箭头A方向看时的上述轴承装置主要部分例子的图。
图5A是表示图3所示的应变仪接续例的电路图；图5B是表示同应变仪另外接续例的电路图。
图6是与本发明第二观点相关的带传感器滚动轴承装置其他实施形态的剖面图。
图7是表示从图6中箭头B方向看时的上述轴承装置主要部分例子的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明带传感器滚动轴承装置(以下也单称为轴承装置)理想的实施形态。此外，在以下说明中，以把本发明适用于车辆从动轮用轮毂单元时为例进行说明。
图1是与本发明第一观点相关的轴承装置的一实施形态的剖面图。在图1中，右侧是车辆外侧(车轮侧)，左侧是车辆内侧，本实施形态轴承装置1由滚动轴承装置2和传感器装置S构成。上述滚动轴承装置2，属于双列止推球轴承类型，具有外圈3、内轴(轮毂)4、内圈5和由多个球组成的转动体6和7。此外，滚动轴承装置2，还设有把转动体6和7分别沿周方向以规定间隔保持的保持器8和9、配置在外圈3和内轴4间隙中的密封圈10、被旋紧在内轴4上的螺母11。
上述外圈3，是被固定在车体侧的固定轨道圈，其内周侧，形成了双列的轨道3a和3b。另一方面，旋转轨道圈由内轴4和内圈5构成，与轨道3a相对的内轴4处，形成轨道4a，以使上述转动体6在与轨道3a之间转动。此外，与轨道3b相对的内圈5处，形成轨道5a，以使上述转动体7在与轨道3b之间转动。
另外，外圈3，具有在车辆内侧在径方向外侧形成的法兰部3c、以及在车辆内侧在轴方向延伸的圆筒状部3d，在这些法兰部3c及圆筒状部3d上，被螺栓21固定了被包含在上述车辆悬架(图中未显示)的作为固定部件的圆环状关节部20。此外，圆筒状部3d的内周面，被压入了盖子12，从车辆内侧密封滚动轴承装置2的内外圈间的环状开口部，与从车辆外侧密封该环状开口部的上述密封圈10一起，防止雨水及异物等侵入轴承内部。
此外，上述关节部20和法兰部3c及圆筒状部3d之间，如后面所述，安装了被包含在上述传感器装置S中的压电元件13a、13c、14a和14c。
再有，上述内轴4，具有在车辆外侧端部在径方向外侧形成的法兰部4b，利用被压入固定在该法兰部4b上的螺栓24，被包含在上述车辆制动器装置中的盘形转子22及车轮轮片23以该顺序被固定在该法兰部4b上。
再者，通过对被旋紧在内轴4的车辆内侧端部上的上述螺母11进行紧固，上述内圈5被固定在该内轴4上。
上述传感器装置S，将检测作用于滚动轴承装置2的载荷，并可以分别测量该轴承轴向载荷及径向载荷。
具体地说，在传感器装置S中，再参照图2的话，则四个压电元件13a、13b、13c、13d在被夹于外圈3的法兰部3c的轴方向端面3c1(参照图1)和关节部20轴方向端面20a(参照图1)间的状态下，在轴承轴方向周围相对轴中心以90°的间隔设置着。此外，四个压电元件14a、14b、14c、14d在被夹于外圈3的圆筒状部3d的外周面3d1(参照图1)和关节部20的内周面20b(参照图1)间的状态下，在轴承轴方向周围相对轴中心以90°的间隔设置着。由此，轴承装置1在被组装在上述车辆上时，压电元件13a、13c、14a、14c将被配置在该车辆上下方向，压电元件13b、13d、14b、14d将被配置在该车辆的前后方向。
此外，上述各压电元件13a～13d、14a～14d使用的是例如厚度为20～200μm左右的薄膜状的压电元件，将输出与根据压电效应检测出的压力相对应的电压信号。详细地说，各压电元件13a～13d、14a～14d，由例如可挠性优异的聚偏二氟乙烯等高分子压电体构成，如图2所示，压电元件13d、14d分别介于电缆16、17被接续在控制装置15上。另外，该控制装置15，例如是搭载在车辆上ECU，根据各压电元件13a～13d、14a～14d输出的电压信号，检测对应的载荷成分。
也就是说，各压电元件13a～13d，在法兰部3c的轴方向端面3c1和关节部20的轴方向端面20a间的压力发生了变化时，静电容量随其压力变化而变化，输入控制装置15中的电压信号值也变化。而且，控制装置15，通过与正常状态(把轴承装置1安装在车辆上时的初始状态)的电压信号值进行比较，检测出车辆左右方向的载荷成分。更具体地说，车辆受到横G作用时，压电元件13b的电压信号值减去压电元件13d的电压信号值的差值几乎为零，并且压电元件13a的电压信号值减去压电元件13c的电压信号值的差值为零以外的与横G相对应的值。此外，在车辆速度比较低的情况下进行了转向操作(例如反转操作)时，压电元件13b的电压信号值减去压电元件13d的电压信号值的差值几乎为零，并且压电元件13a的电压信号值减去压电元件13c的电压信号值的差值为零以外的值。另外，车辆速度比较高的情况下进行了转向操作时，压电元件13b的电压信号值减去压电元件13d的电压信号值的差值、以及压电元件13a的电压信号值减去压电元件13c的电压信号值的差值都为零以外的值。
同样，各压电元件14a～14d，在法兰部3c的外周面3d1和关节部20的内周面20b间的压力发生了变化时，静电容量随其压力变化而变化，输入控制装置15中的电压信号值将变化。而且，控制装置15，通过与上述正常状态下的电压信号值进行比较，检测出车辆上下方向的载荷成分及前后方向的载荷成分。更具体地说，车辆加速时，压电元件14b的电压信号值减去压电元件14d的电压信号值的差值，根据其加速大小为比零大的值。此外，车辆减速时，压电元件14b的电压信号值减去压电元件14d的电压信号值的差值，根据其减速大小为比零小的值。再有，车辆以一定速度行驶时，这些压电元件14b和14d的电压信号几乎为相同的值差值也几乎为零。再者，车辆上坡时，压电元件14a的电压信号减去压电元件14c的电压信号值的差值增大，并且压电元件14b的电压信号值减去压电元件14d的电压信号值的差值，根据坡道倾斜角为大于零的值。另一方面，车辆下坡时，压电元件14a的电压信号值减去压电元件14c的电压信号值的差值增大，并且压电元件14b的电压信号值减去压电元件14d的电压信号值的差值，根据坡道倾斜角为小于零的值。
此外，控制装置15，通过使用检测得到的载荷成分，制作向电动动力转向系统、制动系统及驱动控制系统等车辆其他系统发出的指示信号，以把上述检测得到的载荷成分反映到车辆的姿态控制中。
在如上所构成的本实施形态中，由于是利用夹在外圈(固定轨道圈)3和关节部(固定部件)20间的压电元件13a～13d、14a～14d，检测作用于滚动轴承装置2上的载荷，所以与使用应变仪的上述现有例子不同，可以在不设桥接电路等情况下，高精度检测该载荷。进而，只要夹在外圈3和关节部20间，即只要在车辆组装作业中在相互组合的这些外圈3和关节部20之间放置压电元件，就可以安装载荷检测用的压电元件(传感器)，所以与使用薄膜状压电元件结合起来，与需要使用粘合剂等稳固机构或者形成凹部等的上述应变仪相比，可以使该传感器的组装作业极其简化。结果，可以构成减少部件数的同时且对可高精度进行载荷检测的结构进行简化的轴承装置。并且，由于在作为固定轨道圈的外圈3侧安装了压电元件，所以与在旋转轨道圈侧设置上述传感器情况相比，没有必要设无线装置等把检测结果信号输送到控制装置，而且还可以很容易向控制装置布线。
此外，在本实施形态中，外圈3被固定于关节部20上，轴承装置1作为车辆用轮毂单元使用时，压电元件13a～13d及14a～14d分别把车辆左右方向的载荷成分、车辆上下方向的载荷成分、以及车辆前后方向的载荷成分输出到控制装置15中。由此，控制装置15，可以精度良好地检测设有上述轮毂单元的车辆车轮与路面的接触压等，以设有该轴承装置1的车轮为单位检测车辆的举动，从而可以以更高精度进行车辆姿态控制。
此外，在上述说明中，虽然就适用于具备双列止推球轴承类型轴承的车辆的从动轮用轮毂单元的情况进行了说明，但是本发明，也可以在具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承的滚动轴承装置中，把薄膜状的压电元件夹于固定轨道圈和被它固定的固定部件间的状态下安装，以用该压电元件检测作用于固定轨道圈和固定部件间的载荷，滚动体种类及设置数等轴承形式等丝毫不限于上述情况。具体地说，可以适用于构成车辆驱动轮用轮毂单元的滚动轴承装置。此外，还可以组装在轮毂单元以外的旋转机器等机械及装置上，与上述实施形态相反，适用于把内圈及外圈分别作为固定轨道圈及旋转轨道圈使用的轴承装置。
另外，在上述说明中，虽然就检测轴承轴向载荷及径向载荷的共包含八个压电元件的传感器装置进行了说明，但是本发明的传感器装置并不限于此，元件设置数及设置位置等丝毫不限于上述情况，例如在支持辊轧机辊的轴承装置中，也可以只在其轴承径向方向上侧设置压电元件，由该元件的传感结果取得径向载荷检测值并根据该取得的检测值判定是否发生轧制错误及轴承损坏。再有，在被用于涡旋压缩机的推力轴承中，也可以只测量其轴向(推力)载荷并判定该压缩机上的动作是否异常等。
再者，在上述的说明中，虽然就使用由高分子压电体构成的压电元件的情况进行了说明，但是本发明的压电元件只要是可夹于固定轨道圈和固定部件间的薄膜状的压电元件的话，则丝毫没有任何限制，也可以使用具有压电效应(piezoelectric effect)的压电陶瓷以及由该压电陶瓷和压电聚合树脂的复合体等组成的压电元件。但是，使用上述高分子压电体组成的压电元件时，由于该高分子压电体与上述其他材质相比具备优异的可挠(柔软)性，所以安装在平坦面以外处例如上述外圈外周面上时，可以沿着其外周面形状相应地变形很容易地进行安装，这一点是比较理想的。此外，高分子压电体，由于与其他材质相比形状加工性优异，所以容易把它加工成适应压电元件安装位置的形状，这一点也是比较理想的。进而，高分子压电体，与压电陶瓷相比，具有20倍左右的高的耐电压性，这一点也是令人满意的。
下面，就本发明第二观点相关的轴承装置的实施形态进行说明。图3是与本发明第二观点相关的轴承装置的一实施形态的剖面图，图4是从图3中箭头A方向看时的上述轴承装置主要部分例子的图。在图3中，右侧是车辆外侧(车轮侧)，左侧是车辆内侧，本实施形态轴承装置101由滚动轴承装置102和传感器装置S构成。上述滚动轴承装置102，属于双列止推球轴承类型，具有外圈103、内轴(轮毂)104、内圈105和由多个球组成的转动体106和107。此外，滚动轴承装置102，还设有把转动体106和107分别沿周方向以规定间隔保持的保持器108和109、配置在外圈103和内轴104间隙中的密封圈110、被旋紧在内轴104上的螺母111。
上述外圈103，是固定在车体侧的固定轨道圈，其内周侧，形成了双列的轨道103a和103b。另一方面，旋转轨道圈由内轴104和内圈105构成，与轨道103a相对的内轴104处，形成轨道104a，以使上述转动体106在与轨道103a之间转动。此外，与轨道103b相对的内圈105处，形成轨道105a，以使上述转动体107在与轨道103b之间转动。
上述内轴104，具有在车辆外侧端部在径方向外侧形成的法兰部104b，利用被压入固定在该法兰部104b上的螺栓124，被包含在上述车辆制动器装置中的盘形转子122及车轮轮片123以该顺序被固定在该法兰部104b上。
此外，通过对被旋紧在内轴104的车辆内侧端部上的上述螺母111进行紧固，上述内圈105被固定在该内轴104上。
另外，在外圈103上，固定了被包含在上述车辆悬架(图中未显示)的作为固定部件的圆环状关节部120。也就是说，该外圈103，具有在车辆内侧在径方向外侧形成的法兰部103c、在车辆内侧在轴方向延伸的圆筒状部103d。而且，外圈103和关节部120，在法兰部103c的轴方向端面103c1和关节部120的轴方向端面120a进行面接触，并且圆筒状部103d的外周面103d1和关节部120的内周面120b进行面接触的状态下，由图4所示的四个固定螺栓113a、113b、113c、113d固定。
再有，在上述圆筒状部103d的内周面上，被压入了盖子112，从车辆内侧密封滚动轴承装置102的内外圈间的环状开口部，与从车辆外侧密封该环状开口部的上述密封圈110一起，防止雨水及异物等侵入轴承内部。
再者，上述固定螺栓113a～113d，如图4所示，在轴承轴方向周围不同位置上固定了关节部120和外圈103的法兰部103c。详细地说，X轴及Z轴的方向分别表示上述车辆前后方向及上下方向，固定螺栓113a被配置在例如车辆的前方上侧。此外，该固定螺栓113a被配置于在轴承轴中心O相对X轴的角度(中心角)为规定角度(例如30°)的位置上，进而，固定螺栓113a和固定螺栓113c被配置在相对上述轴中心O成相互点对称的位置上。另外，固定螺栓113b和固定螺栓113d被配置在相对轴中心O成相互点对称的位置上，并且这些固定螺栓113b和113d与固定螺栓113a和113c一起分别被配置在相对Z轴成线对称的位置上。而且，固定螺栓113b、113c、113d分别被配置在车辆后方上侧、后方下侧、以及前方下侧上，固定螺栓113a～113d被配设于与轴承轴方向一致的车辆左右方向(图4纸面垂直方向，以下称为Y轴方向)周围不同位置上并固定关节部120和法兰部103c。
回到图3，各固定螺栓113a～113d，设有包含在上述传感器装置S中的作为载荷传感器的一对应变仪114a和114b，检测对应的固定螺栓113a～113d所产生的应变(弹性变形)。具体地说，例如，在固定螺栓113a中，在关节部120所形成的螺栓孔被插通的螺栓轴部的外周面上，通过把该外周面切成平坦状而设两个平坦面，应变仪114a和114b分别贴在上述平坦面以夹住该螺栓轴部。此外，固定螺栓113a，其螺纹部被旋在上述法兰部103c所形成的螺纹孔上，当外圈103(滚动轴承装置102)和关节部120间作用了载荷时，固定螺栓113a随其载荷变形，各应变仪114a和114b对其应变进行检测。
此外，在应变仪114a和114b中，分别接续信号线115a和115b。这些信号线115a和115b通过固定螺栓113a的螺栓头部所形成的贯通孔被引到该固定螺栓113a的外部，进而又被接续在被配置于螺栓头部上的转接用端子板114c上。而且，如图4所示，在上述端子板114c上，被接续了电缆116，介于该电缆116，各应变仪114a和114b的检测信号被输入到控制装置117中。另外，该控制装置117，为例如搭载在车辆上的ECU，根据设在各固定螺栓113a～113d上的应变仪114a和114b输出的检测信号以检测对应的载荷成分。
详细地说，在控制装置117内，每个固定螺栓113a～113d上设有图5A所示的桥接电路。此外，该控制装置117，为了对检测出的应变(载荷)的弯曲成分及拉伸成分中的弯曲成分相抵消，并且只检测拉伸成分，上述一对的应变仪114a、和114b以相互串联接续的状态被接续在上述桥接电路的一边。而且，控制装置117，在应变仪114a和114b的电阻值Rg1和Rg2随上述载荷发生了变化时，测量桥接电路上的输出电压e0，使用下列(1)式计算应变量ε0，根据计算出的应变量ε0取得对应的固定螺栓113a～113d中的载荷检测值(拉伸成分)。
e0＝(E/4)·KS·ε0…………(1)
此外，(1)式中的E及KS分别表示桥接电路的输入电压及应变率。
进而，控制装置117，使用由各设在固定螺栓113a～113d上的一对应变仪114a和114b所得到的四个载荷检测值，以计算车辆前后方向、上下方向及左右方向上的载荷方向成分。而且控制装置117，通过使用上述前后方向、上下方向及左右方向的载荷方向成分，制作向电动动力转向系统、制动系统及驱动控制系统等车辆其他系统发出的指示信号，以把求得的载荷方向成分反映到车辆的姿态控制中。
详细地，就是载荷作用于车辆前后方向、上下方向及左右方向时的具体载荷检测值的变化分别表示在以下表1、表2及表3中。此外，各表所示的“+”及“-”是与变化前的值进行比较的比较结果，它表示各表上栏所示的载荷发生了作用时，在对应的应变仪(固定螺栓)上分别产生的伸长及收缩。另外，如表3所示，在车辆左右方向的载荷检测中，通过对车辆上侧或车辆下侧的两个固定螺栓上所安装的载荷传感器输出的检测值进行大小比较，可以判别车辆内侧方向或车辆外侧方向。
【表1】
  向上方向的载荷   向下方向的载荷
  应变仪14a和14b(载荷传感器)的设置位置   固定螺栓13a   -   +
  固定螺栓13b   -   +
  固定螺栓13c   +   -
  固定螺栓13d   +   -
【表2】
  向前方向的载荷   向后方向的载荷
  应变仪14a和14b(载荷传感器)的设置位置   固定螺栓13a   -   +
  固定螺栓13b   +   -
  固定螺栓13c   +   -
  固定螺栓13d   -   +
【表3】
  向车辆内侧方向的载荷   向车辆外侧方向的载荷
  应变仪14a和14b(载荷传感器)的设置位置   固定螺栓13a   -(小)   -(大)
  固定螺栓13b   -(大)   -(小)
  固定螺栓13c   +(小)   +(大)
  固定螺栓13d   +(大)   +(小)
进而，控制装置117，使用一对应变仪114a和114b(载荷传感器)的位置信息，即利用各固定螺栓113a～113d上的轴中心O的上述中心角的值把对应的载荷检测值分X轴方向成分和Z轴方向成分，对四个X轴方向成分及四个Z轴方向成分分别进行规定的演算，以取得车辆前后方向及上下方向的载荷方向成分。此外，控制装置117，例如利用配置在车辆上侧的分别安装在固定螺栓113a和113b的应变仪114a和114b对载荷检测值的差分进行计算，以求得Y轴方向成分而得到车辆左右方向上的载荷方向成分。
此外，控制装置117，还使用上述输出电压e0的信号形态，即应变仪114a和114b的检测信号的信号形态，判断车辆行驶状况等，同时根据取得的各载荷方向成分制作输送给其他系统的指示信号。具体地说，就是载荷检测值变动较小时，控制装置117，根据车辆行驶路面的凸凹等判断车辆在上下方向振动情况，根据该判断的路面状况和载荷方向成分变更电动动力转向系统的转向特性等。另外，检测值急剧变化后较大的检测值超过规定的持续时间时，控制装置117将判断发生了制动器操作引起的锁定及打滑，从而变更制动系统的制动力等。
在如上所构成的本实施形态中，由于是利用对外圈(固定轨道圈)103和关节部(固定部件)120进行固定的各固定螺栓(固定机构)113a～113d上所设置的一对应变仪(载荷传感器)114a和114b，检测作用于滚动轴承装置102上的载荷，所以与上述现有例子不同，可以在不设无线装置等情况下，高精度地检测该载荷。进而，在车辆组装作业中，在利用固定螺栓113a～113d，对外圈103和关节部120进行固定时，由于对上述载荷进行检测的应变仪114a和114b被装载在车辆上，所以可以使该载荷传感器的组装作业极其简化。结果，可以构成减少部件数的同时且对可高精度进行载荷检测的结构及传感器组装作业进行简化的轴承装置。并且，由于载荷传感器的位置固定，所以车辆前后方向、上下方向及左右方向的各载荷方向成分的检测变得容易，从而还可以很容易对该车辆进行姿态控制。进而，应变仪114a和114b，由于处于离开伴随制动器操作而容易发热的盘式转子122的位置上，并且被配置在关节部120的螺栓孔内，所以与应变仪被配置在盘式转子附近的上述现有例子相比，可以控制应变仪114a和114b上的温度偏差。因此，可以极力地减小该温度偏差的影响，从而容易提高载荷检测精度。
此外，在本实施形态中，外圈103被固定在关节部120上，轴承装置101作为车辆用轮毂单元使用时，四组一对的应变仪114a和114b被配置在车轮车轴周围不同位置上，控制装置117检测车辆前后方向、上下方向及左右方向的载荷方向成分。由此，控制装置117，可以精度良好地检测设有上述轮毂单元的车辆车轮与路面的接触压等，并根据每个设有该轴承装置101的车轮检测车辆的举动，从而可以以更高精度进行车辆姿态控制。
另外，在本实施形态中，由一对应变仪114a和114b检测的应变弯曲成分及拉伸成分，弯曲成分相抵消，重点检测拉伸成分。结果，即使在固定螺栓113a～113d上发生的应变微小时，也可以很容易进行高精度的载荷检测。
再有，在上述说明中，虽然就在一个各固定螺栓113a～113d上设置两个应变仪114a和114b只检测拉伸成分的构成进行了说明，但是本发明传感器装置S的应变仪设置数及桥接电路的构成等并不限于此。例如图5B所示，通过把相互串联接续的应变仪114a和114b分别接续在桥接电路上的相邻的两边上，也可以使各应变仪114a和114b检测的拉伸成分相抵消，重点提取弯曲成分，使用该弯曲成分高精度地进行微小应变(载荷)检测。此外，使用图5B所示的桥接电路时，控制装置117，使用下列(2)式计算应变量ε0并进行载荷检测。此外，由于应变仪114a和114b分别被接续在桥接电路上的相邻的两边上，所以温度偏差部分自动消除，从而可以简化温度补偿电路的构成。进而，只提取该弯曲成分时，例如固定螺栓113a变形时，为了使其应变仪114a和114b不接触上述螺栓孔内周面，最好把各应变仪114a和114b与该内周面隔着间隙以贴在固定螺栓113a的平坦面上。但是，这样，在固定螺栓的平坦面上安装应变仪时，拉伸成分比弯曲成分容易在该平坦面上产生，所以用图5A所示的桥接电路只提取拉伸成分时，将可以以高分解能检测载荷，这一点是比较理想的。
e0＝(E/2)·KS·ε0…………(2)
图6是与本发明第二观点相关的轴承装置其他实施形态的剖面图，图7是从图6中箭头B方向看时的上述轴承装置主要部分例子的图。在图中，本实施形态和上述实施形态的主要不同之处在于，使用压电元件替代一对应变仪用于载荷传感器。
如图6所示，在本实施形态中，例如在固定螺栓113a的螺栓轴部的外周面缠绕了作为载荷传感器的压电元件118。该压电元件118，使用了例如厚度为20～200μm左右的薄膜状的压电元件，将输出与根据压电效应检测出的压力相对应的电压信号。详细地说，压电元件118，由例如可挠性优异的聚偏二氟乙烯等高分子压电体构成，在固定螺栓113a对外圈103和关节部120进行固定时，为了使压电元件118被夹于固定螺栓113a和关节部120之间，而该压电元件118被安装在上述螺栓轴部的外周面上。
此外，在上述压电元件18，如图6所示，被接续了电缆119，该电缆119通过螺栓头部所形成的贯通孔被引到固定螺栓113a的外部。而且，如图7所示，通过电缆119被直接接续在上述控制装置117，从而可以使信号从压电元件118输入到该控制装置117中。
此外，控制装置117，其构成与上述实施形态相同，是根据四个各固定螺栓113a～113d上所设置的压电元件输出的电压信号，检测对应的载荷成分。
也就是说，各压电元件118，根据作用于外圈103(滚动轴承装置102)和关节部120间的载荷，在对应的固定螺栓和关节部120之间的压力发生了变化时，静电容量随其压力变化而变化，输入控制装置117中的电压信号值也变化。而且，控制装置117，对于各固定螺栓113a～113d上所设置的每个压电元件118，通过与正常状态(把轴承装置1安装在车辆上时的初始状态)的电压信号值进行比较，检测出对应的载荷成分。进而，控制装置117，与上述实施形态相同，使用从四个压电元件118得到的四个载荷检测值，求得车辆前后方向、上下方向及左右方向的载荷方向成分，反映到车辆的姿态控制中。
通过以上的构成，本实施形态，由于利用被缠绕在各固定螺栓113a～113d上的压电元件118，检测作用于滚动轴承装置2上的载荷，所以与上述实施形态相同，可以在不设无线装置等情况下高精度地检测该载荷。此外，本实施形态，由于是利用压电元件118的压电效应直接检测载荷，所以与需要桥接电路的实施形态相比，可以进一步削减轴承装置101的部件数，使装置结构更加简化。
此外，在本实施形态的说明中，虽然就为夹在一个各固定螺栓113a～113d和关节部120之间，而使用缠绕在该固定螺栓113a～113d的螺栓轴部外周面上的压电元件118的情况进行了说明，但是本发明传感器装置S的压电元件的设置数及安装方法等并不限于此。具体地，也可以在固定螺栓的螺栓轴部的外周面，例如设置与上述Z轴方向平行的细缝孔，使压电元件内置在该细缝孔内，以检测上述X轴方向及Y轴方向的载荷方向成分。
另外，在本实施形态的说明中，虽然就使用由高分子压电体构成的压电元件的情况进行了说明，但是本发明的压电元件只要是可夹于固定轨道圈和固定部件间的薄膜状的压电元件的话，则丝毫不受任何限制，也可以使用具有压电效应(piezoelectric effect)的压电陶瓷及由该压电陶瓷和压电聚合树脂的复合体等组成的压电元件。但是，使用上述高分子压电体组成的压电元件时，由于该高分子压电体与上述其他材质相比具备优异的可挠(柔软)性，所以安装在平坦面以外处例如上述外圈外周面上时，可以沿着其外周面形状相应地变形很容易地进行安装，这一点是比较理想的。此外，高分子压电体，由于与其他材质相比形状加工性优异，所以容易把它加工成适应压电元件安装位置的形状，这一点也是比较理想的。进而，高分子压电体，与压电陶瓷相比，具有20倍左右的高的耐电压性，这一点也是令人满意的。
再有，在图3～7所示的实施形态的说明中，虽然就适用于具备双列止推球轴承类型轴承的车辆的从动轮用轮毂单元的情况进行了说明，但是本发明，也可以在具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承的滚动轴承装置中，把载荷传感器设于对固定轨道圈和被它固定的固定部件进行固定的固定机构上，以用该载荷传感器检测作用于固定轨道圈和固定部件间的载荷，滚动体种类及设置数等轴承形式等丝毫不限于上述情况。具体地说，可以适用于构成车辆驱动轮用轮毂单元的滚动轴承装置。此外，还可以组装在轮毂单元以外的旋转机器等机械及装置上，与上述实施形态相反，适用于把内圈及外圈分别作为固定轨道圈及旋转轨道圈使用的轴承装置。
再者，在上述说明中，虽然就车辆用轮毂单元中在把外圈(固定轨道圈)固定在车辆侧的关节部上的作为轮毂螺栓的固定螺栓上设置了载荷传感器的情况进行了说明，但是本发明的固定机构并不限于此，例如也可以在固定螺栓和关节部间设置垫圈，同时在该垫圈表面贴上应变仪，或者在垫圈和关节部间夹入压电元件。
此外，在上述说明中，虽然就在固定螺栓的螺栓头部设置了把信号线等引到外部的贯通孔的情况进行了说明，但是也可以在该螺栓头部的表面形成槽以把信号线等引到外部。
另外，在上述说明中，虽然就在四处固定螺栓上设置了载荷传感器的情况进行了说明，但是本发明的传感器装置并不限于此，载荷传感器及固定机构设置数及设置位置等丝毫不限于上述情况。但是，如上所述，设在轴承轴方向周围相互不同的规定位置上时，检测上述X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的各载荷方向成分比较容易，这一点是令人满意的。

Claims (8)

1.一种带传感器滚动轴承装置，其中，具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承，
其特征在于，设有被夹于上述固定轨道圈和可固定该固定轨道圈的固定部件间，对这些固定轨道圈和固定部件间作用的载荷进行检测的薄膜状的压电元件。
2.如权利要求1所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述压电元件，被夹在上述固定部件和上述固定轨道圈的外周面或内周面上所形成的法兰部之间，以检测作用于上述轴承轴向方向的轴向载荷。
3.如权利要求1所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述压电元件，被夹在上述固定部件和上述固定轨道圈的外周面或内周面之间，以检测作用于上述轴承径向方向的径向载荷。
4.如权利要求1所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述固定轨道圈，由具有包含在车辆悬架上的圆环状关节部所固定的法兰部的外圈构成，
同时，四个上述压电元件，在上述轴承的轴方向周围相对轴中心以90°间隔被夹在上述外圈法兰部的轴方向端面和上述关节部的轴方向端面之间，以检测作用于上述轴承轴向方向的轴向载荷，
并且，四个上述压电元件，在上述轴承的轴方向周围相对轴中心以90°间隔被夹在上述外圈外周面和上述关节部内周面之间，以检测作用于上述轴承径向方向的径向载荷。
5.一种带传感器滚动轴承装置，其中，具有具备固定轨道圈及旋转轨道圈、以及在这些轨道圈间可自由转动而设的转动体的轴承，
其特征在于，在对上述固定轨道圈和可固定该固定轨道圈的固定部件进行固定的固定机构上，设置了对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的载荷传感器。
6.如权利要求5所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述载荷传感器是，在根据上述载荷检测上述固定机构上发生的应变的同时，为了使检测的应变的弯曲成分及拉伸成分中，一方的应变成分相抵消，并且只检测另一方的应变成分，而相互串联接续的两个应变仪。
7.如权利要求5所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述载荷传感器是，内置于上述固定机构，或者为被夹于上述固定机构和上述固定部件间而被安装在该固定机构的表面上，并输出与上述载荷相对应的信号的压电元件。
8.如权利要求5～7中任意一项所述的带传感器滚动轴承装置，其中，上述固定轨道圈，由具有包含在车辆悬架上的圆环状关节部所固定的法兰部的外圈构成，
同时，上述固定机构，由在上述轴承轴方向周围相互不同的规定位置上分别对上述关节部和上述法兰部进行固定的多个固定螺栓构成。
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