专利名称：测量滚动轴承单元上载荷的具有传感器的旋转装置以及形成该装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有传感器的旋转装置以及一种形成所述旋转装置的方法，所述装置能够测量用于旋转装置中的轴承保持器的旋转速度从而检测旋转轴的旋转速度或估算所述轴承上的载荷。
而且，根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的装置涉及对用于支承例如汽车、轨道车辆和运输车的移动主体轮子的滚动轴承单元进行的改进，所述装置用于测量滚动轴承单元上的载荷(径向载荷及轴向载荷中的一或两种)以便确保移动主体运动过程中的稳定性。
背景技术：
目前，用于对由轴承支撑的旋转轴的旋转速度进行检测的旋转装置通常具有例如安装在轴承旋转部分上的磁性编码器和与前述磁性编码器相对设置的磁力传感器，从而根据磁力变化检测旋转速度。
近年来，将旋转速度传感器结合在用于支承旋转轴的轴承中已经得到广泛的应用。为了将旋转速度传感器结合在所述轴承中，通常采用下述方法，即，将具有多极磁性的磁体固定到轴承旋转环(例如内环)的一端以及将磁力传感器固定到与磁体相对的固定环(例如外环)的一端。
JP-A-2001-033469中公开了另一种方法。这种方法包括在滚动构件的各侧上设置磁体和磁力传感器。在这种结构中，滚动构件的经过速度得以检测。旋转装置的旋转速度根据该经过速度进行测量。
然而，在前述现有技术的具有传感器的旋转装置中，JP-A-2001-033469中公开的具有传感器的旋转装置的缺点在于将磁力传感器安装在旋转装置上需要设置磁性编码器或传感器和用于固定它的部件，从而难于减小所述装置的尺寸。此外，涉及滚动构件速度测量的方法的缺点在于测量结果的分辨率受到滚动构件数量的限制。
能够减小尺寸的旋转速度检测装置的实例是具有下述结构的装置，即，保持在保持器中的多个滚动构件中仅有特定的一些被磁化并且诸如霍耳元件的磁力传感器与这些磁化的滚动构件相对设置，使得由滚动构件回转时的磁场变化而导致的电压变化通过霍耳元件进行检测。
然而，前述的旋转速度检测装置的缺点在于磁化滚动构件的磁极方向不是始终朝向霍耳元件的，这使得在霍耳元件的检测面与磁通量方向彼此平行时，霍耳元件不可能改变其磁通量以及检测到磁化滚动构件的通过。结果导致测量的精确性下降。
例如，汽车的车轮通过悬架和双排角接触滚动轴承单元旋转地支承。为了确保所需的汽车行驶稳定性，需要使用例如防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和车辆稳定性控制系统(VSC)的车辆行驶稳定器。为了控制这种车辆行驶稳定器，需要表示车轮旋转速度和以不同方向作用于车辆主体的加速度等的信号。此外，为了进行更高精度的控制，有时优选地需要获得通过车轮施加给滚动轴承单元的载荷量(径向载荷和轴向载荷中的一种或两种)。
在这些情况下，JP-A-2001-21577中公开了一种具有能构测量径向载荷的载荷测量装置的滚动轴承单元。现有技术中具有载荷测量装置的滚动轴承单元的第一实例适于测量径向载荷并且具有如图13中所示的结构。毂102由外环101的内表面支承，毂102是旋转环而且是与内环相对应的构件，外环101是固定环而且是与外环相对应的构件并由悬架支承。轮毂102包括具有旋转侧凸缘103的轮毂主体104和装配在轮毂主体104内端(安装在车辆上的轮毂主体104的横向中心)上并被螺母105推压的内环，凸缘103用于对设置在其外端(安装在车辆上的轮毂主体104的横向外端)的车轮进行固定。多个滚动构件109a、109b设置于形成为外环101内表面上固定环座圈的双排外环座圈107、107与形成为轮毂102外表面上旋转侧座圈的双排内环座圈108、108之间，使得轮毂102能在外环101内侧旋转。
径向穿过外环101的安装孔110在外环101的轴向中间部分处形成为基本上垂直于外环101上端并位于双排外环座圈107、107之间。作为载荷测量传感器的圆形杆状位移传感器111安装在外环101上的安装孔110中。位移传感器111是非接触式的。设置在位移传感器111前端(下端)上的检测表面相对并靠近装配在轮毂102轴向中间部分上的传感器环112外表面设置。位移传感器111根据检测表面和传感器环112外表面之间的距离变化输出信号。
采用前述结构的具有载荷测量装置的现有技术滚动轴承单元能根据来自位移传感器111的检测信号确定滚动轴承单元上的载荷。具体地说，在由车辆悬架支撑的外环101由于车辆重量而被向下压时，支承车轮的轮毂102保持当前位置。因此，随着车辆重量增加，由于外环101、轮毂102和滚动构件109a、109b的弹性变形，外环101中心距离轮毂102中心的偏差增加。而且，随着车辆重量的增加，设置在外环101上端的位移传感器111的检测表面和传感器环112外表面之间的距离减小。因此，通过将来自位移传感器111的检测信号传送到控制器，即能够根据通过实验或其它方法预先建立的关系或图表测定其中结合有位移传感器111的滚动轴承单元上的径向载荷。根据由此测定的滚动轴承单元上的载荷，ABS被适当的控制。此外，操作者可得到车辆具有异常载荷的信息。
图13中所示的现有技术的结构能够检测滚动轴承单元上的载荷以及轮毂102的旋转速度。为此目的，传感器转子113装配在内环106的内端上。此外，旋转速度检测传感器115由安装在外环101内部开口上的外罩114支承。而且，旋转速度检测传感器115的检测部分与传感器转子113上的待检测区域相对设置，并且在二者之间存在测量间隙。
在其中结合有前述旋转速度检测装置的滚动轴承单元的运转期间，传感器转子113与固定有车轮的轮毂102一起旋转。当有待传感器转子113进行检测的区域运行进入旋转速度检测传感器115的检测部分附近时，旋转速度检测传感器115的输出发生改变。由此，表示旋转速度检测传感器115输出变化的频率与车轮的旋转速度成比例。因此，通过将输出信号从旋转速度检测传感器115传送到未示出的控制器，可对ABS或TCS进行适当的控制。
采用上述现有技术结构的具有载荷测量装置的滚动轴承第一实例适用于测量滚动轴承单元上的径向载荷。JP-A-3-209016等中也公开了测量滚动轴承单元上轴向载荷的结构，这种结构目前是已公知。图14示出了JP-A-3-209016中公开的具有用于测量轴向载荷的载荷测量装置的滚动轴承单元。在现有技术结构的第二实例中，用于支承车轮的旋转侧凸缘103a与轮毂102a外端的外表面相固定，轮毂102a是旋转环并且是与内环相对应的构件。而且，用于支承外环101a的固定侧凸缘117固定于外环101a的外端面，外环101a是固定环并且是与组成悬架的转向节116上的外环相对应的构件。此外，多个滚动构件109a、109b可滚动地设置在形成为外环101a内表面上的双排外环座圈107、107与形成在轮毂102a外表面上的双排内环座圈108、108之间，使得轮毂102a旋转地通过外环101a的内侧支承。
而且，载荷传感器120装接于环绕螺纹孔119的区域，在螺纹孔119中用于使固定侧凸缘117与转向节116连接的螺钉118拧在固定侧凸缘117内表面上的多个位置。这些载荷传感器120分别夹在转向节116外表面和固定侧凸缘117内表面之间，同时外环101a由转向节116支承。
在采用上述现有技术结构的滚动轴承单元载荷测量装置的第二实例的情况中，当某轴向载荷作用于未示出的车轮和转向节116之间时，转向节116外表面和固定侧凸缘117内表面分别从其侧面强烈挤压载荷传感器。因此，通过对载荷传感器120给出的测量结果求和，可确定施加在车轮和转向节116之间的轴向载荷。尽管没有示出，JP-B-62-3365公开了一种根据与外环的构件相对应的振动频率确定滚动构件旋转速度和测量施加到滚动轴承上轴向载荷的方法，所述外环的一部分具有减小刚性。
在图13所示现有技术结构的第一实例情况中，外环101和轮毂102相对彼此的径向位移通过位移传感器111进行测量，从而测量施加到滚动轴承单元上的载荷。然而，因为径向位移是很细微的，所以有必要使用具有高精度的传感器用作位移传感器111以便精确确定径向载荷。由于这种具有高精度的非接触式传感器成本很高，所以不可避免地增加了具有载荷测量装置的滚动轴承单元的总成本。
而且，在图14中所示现有技术结构的第二实例的情况中，需要设置与用于支承转向节116上外环101a的螺钉118数量相同的载荷传感器120。因此，考虑到载荷传感器120本身的昂贵成本，滚动轴承单元的载荷测量装置总成本不可避免地增加。而且，JP-B-62-3365中公开的方法需要与外环相对应的构件的一部分具有减小的刚性，这可能造成难于使与外环相对应的构件具有所需的耐久性。
在这些情况下，发明家们早期作出过一个涉及一种滚动轴承单元载荷测量装置的发明，该装置根据组成滚动轴承单元的两排滚动构件(多个滚珠)的回转速度，测量施加于作为双排角接触球轴承的滚动轴承单元的径向或轴向载荷(日本专利申请No.2003-171715和2003-172483)。在实施根据现有技术发明的滚动轴承单元载荷测量装置的情况下，为了确定多排滚动构件的回转速度，从回转速度确定的分辨率的角度出发，检测保持多排滚动构件的保持器旋转速度是有效的。在这种情况下，需要通过保持器支承回转速度检测编码器。还可优选地将橡胶或塑料磁体用作这种回转速度检测编码器，所述橡胶或塑料磁体具有结合在橡胶或合成树脂中的粉末状或微纤维磁铁材料。使用这种橡胶磁体或塑料磁体可减少所述装置的成本并且可高分辨率地及确保可靠性地检测回转速度。
然而，在多个保持器分别包括设置在其上作为回转速度检测编码器的橡胶磁体或塑料磁体以确定多排滚动构件回转速度的情况中，需要考虑防止粉末状或微纤维磁铁材料与橡胶磁体或塑料磁体分离。换句话说，在回转速度检测编码器上待检测的区域和回转速度检测传感器的检测部分彼此相面对地靠近设置，它们之间具有从约0.5至2mm的测量间隙。另一方面，在多个保持器中设置的凹槽的内表面和滚动构件滚动表面之间设置有凹槽间隙，该间隙允许滚动构件滚动并将所需的润滑油附着到滚动构件的滚动表面。因此，保持器很可能以对应于凹槽间隙的量进行位移，导致检测间隙减小。
当检测间隙减小时，导致回转速度检测编码器上待检测的区域和回转速度检测传感器的检测部分或位于保持器附近其它构件(滑动)彼此接触，暴露在有待检测区域上的粉末状或微纤维材料会脱落。因为粉末状或微纤维材料由具有高硬度的磁体材料例如铁氧体和铁制成，所以当脱落从而污染润滑油时，会损伤滚动构件的滚动表面与外环座圈及内环座圈的滚动接触区域。结果，会损害包括结合在其中的载荷测量装置的滚动轴承单元的耐久性(滚动疲劳寿命下降)。而且，润滑油被粉末状或微纤维材料污染可能引起回转速度检测传感器的检测精确性下降。
本发明的目的是消除现有技术的上述缺陷并且提供一种具有高分辨率的、并能够减小尺寸的传感器的旋转装置，以及一种用于形成具有传感器的旋转装置的方法。
根据上述情况，本发明实现一种用于测量滚动轴承单元上载荷的设备，通过防止粉末状或微纤维磁铁材料从用作回转速度检测编码器的橡胶磁体或塑料磁体上的待检测区域脱落，所述设备能够为滚动轴承单元提供所需的耐久性和载荷测量的精度。
根据上述情况，本发明实现一种用于测量滚动轴承单元上载荷的设备，该设备以低成本构成而不会引起耐久性或安装空间的任何问题，并能够测量施加给滚动轴承单元的载荷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明涉及一种具有传感器的旋转装置，其包括具有内环、外环和可滚动地保持滚动构件的保持器的滚动轴承，具有安装在滚动轴承的旋转部分上的多极磁化的环形磁体和以预定间隔面对环形磁体设置在所述装置主体侧上的磁性传感器，其中所述保持器具有面对所述磁性传感器的环形磁体和与其一体设置的背衬轭铁成形构件。
而且，上述保持器由磁性材料制成并具有安装在其侧面上的环形磁体。
而且，上述保持器由非磁性材料制成并具有设置在其侧面上的合成树脂材料制成的环形构件作为所述背衬轭铁成形构件，具有多极磁化的环形磁体固定并层叠在所述背衬轭铁成形构件表面上。
而且，具有多极磁化的前述环形磁体由塑料磁体制成。
与环形磁体设置在轴承其它区域的结构相比，前述结构，即保持器具有安装在其一侧面上的环形磁体，可促使所述设备尺寸减小。
而且，因为保持器具有背衬轭铁成形构件和设置在其上的多极环形磁体，朝向磁性传感器的磁通量密度得以增加，从而可在环形磁体和传感器之间提供相对较大的空气间隙，以及较大制造公差，同时完成环形构件的背衬轭铁功能以减小磁漏。
而且，由于所述多极环形磁体由塑料磁体制成，所以保持器不会受到由磁体重量引起的不平衡导致的振动的影响，例如急转(whirling)。
保持器的旋转速度随轴承上的载荷而改变。例如，当轴承上的轴向载荷增加时，具有轴承环的轴承滚动构件的接触角增大，从而导致滚动构件回转速度以及保持器的旋转速度的上升。
因此，通过测量保持器的旋转速度，可估算出轴承上的载荷。
本发明用于测量滚动轴承单元上载荷的所有设备包括，固定环、旋转环、许多滚动构件、一对保持器、一对回转速度检测编码器、一对回转速度检测传感器和运算逻辑单元。
在这些构件中，即使在运行期间，固定环也不会旋转。
上述旋转环与固定环同心设置并在运行期间进行旋转。
所述多个滚动构件可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角。
所述保持器分别设置在固定环和旋转环之间，并且随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转。
所述一对回转速度检测编码器分别由保持器支承，与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性。
所述一对回转速度检测传感器分别由保持器支承，并分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而分别对各排滚动构件的回转速度进行检测。
而且，所述运算逻辑单元根据回转速度检测传感器提供的检测信号，计算固定环和旋转环之间的载荷。
而且，每个回转速度检测编码器包括环形橡胶磁体或环形塑料磁体，所述磁体具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极以便形成相对地靠近所述回转速度检测传感器之一的待检测表面。
由此，根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备具有如下结构，即，当所述保持器朝向所述待检测表面进行位移时，所述保持器的部分与靠近所述保持器设置的另一构件接触，从而防止待检测表面直接与所述另一构件发生摩擦。
而且，根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备具有如下结构，即，待检测区域可由保护膜覆盖，从而防止待检测区域与相对邻近保持器设置的其它构件发生直接的摩擦。
根据本发明的具有上述结构的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备通过检测具有不同接触角的两排滚动构件每排的回转速度测量滚动轴承单元上的载荷。换句话说，当载荷施加到诸如双排角接触球轴承的滚动轴承单元时，滚动构件(滚珠)的接触角改变，导致滚动构件的回转速度的变化。因此，通过检测滚动构件的回转速度作为保持器的旋转速度，能够确定固定环和外环之间的载荷。
而且，采用根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备，能够防止用作回转速度检测编码器的橡胶磁体或塑料磁体上的待检测区域与其它构件发生摩擦。由此，可防止粉末状或微纤维磁铁材料从待检测区域掉落，从而可确保滚动轴承单元所需的耐久性以及载荷检测中所需的检测精度。
本发明用于检测滚动轴承单元上载荷的所有设备包括固定环、旋转环、许多滚动构件、一对保持器、一对回转速度检测编码器、一对回转速度检测传感器和运算逻辑单元。
在这些构件中，即使在运行期间，固定环也不旋转。
上述旋转环与固定环同心设置并在运行期间旋转。
所述多个滚动构件可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角。
所述保持器分别设置在固定环和旋转环之间，并且随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转。
所述一对回转速度检测编码器分别由保持器支承，与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性。
所述一对回转速度检测传感器分别由保持器支承，并分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而分别对各排滚动构件的回转速度进行检测。
而且，所述运算逻辑单元根据回转速度检测传感器提供的检测信号，计算固定环和旋转环之间的载荷。
而且，在根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其轴向侧上的S极和N极的环形永久磁体。而且，在保持器注射成形期间各个回转速度检测编码器被插入，从而使它们接合并固定到保持器的一个轴向侧。
而且，在根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其轴向另一侧上的S极和N极的环形永久磁体。每个回转速度检测编码器被插入于在保持器注射成形期间形成的凹口中，从而使它们接合并固定到保持器的一个轴向端。
此外，在根据本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其轴向另一侧上的S极和N极的环形永久磁体。每个回转速度检测编码器注射成形在保持器注射成形期间形成的凹口中，从而使它们接合并固定到保持器的一个轴向端。
而且，每个回转速度检测编码器是环形橡胶磁体或塑料磁体，所述磁体具有交替设置在其轴向另一侧上的S极和N极。每个回转速度检测编码器包括结合在与构成保持器相同的合成树脂中的粉末状或微纤维磁性材料。保持器注射成形的同时，每个回转速度检测编码器注射成形在保持器的一个轴向端，从而使它们与保持器的轴向一端接合并固定。
根据本发明的具有上述结构的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备通过检测具有不同接触角的两排滚动构件每排的回转速度测量滚动轴承单元上的载荷。换句话说，当载荷施加到诸如双排角接触球轴承的滚动轴承单元时，滚动构件(滚珠)的接触角改变，导致滚动构件的回转速度的变化。因此，通过检测滚动构件的回转速度作为保持器的旋转速度，能够确定固定环和外环之间的载荷。
而且，根据本发明的用于检测滚动轴承单元上载荷的设备，回转速度检测编码器相对于保持器的接合强度可被增强，从而可防止所述编码器从保持器脱离，由此即使在长期使用后也可使所述载荷检测设备具有足够的可靠性。
图1是图解本发明实例1的具有传感器的旋转装置剖视图；图2是图解实例2的冠状保持器的透视图；图3是示出冠状保持器和传感器之间位置关系的示意图；图4是实例3中本发明应用于车轮轴承的轮毂单元的剖视图；图5是图解一种结构的剖视图，本发明的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备基于所述结构；图6是图5的部分A的放大视图；图7是拆除图6中的保持器、滚动构件、回转速度检测编码器和回转速度检测传感器之后的结构的示意图；图8是滚动轴承单元的示意图，用于图解为何可基于旋转速度测量载荷的原因；图9是图解本发明实例4的连接有回转速度检测编码器的保持器和传感器单元的局部剖视图；图10(A)-(C)是图解保持器位移的三个实例的局部剖视图；图11是图解本发明实例5的对应于图6部分B的剖视图；图12是图解本发明实例6的连接有回转速度检测编码器的保持器的局部剖视图；图13是目前已公知的滚动轴承单元的剖视图，所述滚动轴承单元中结合有用于径向载荷测量的传感器；
图14是目前已公知的滚动轴承单元的剖视图，所述滚动轴承单元中结合有用于轴向载荷测量的传感器；图15是图解本发明实例4的连接有回转速度检测编码器的保持器的局部剖视图；图16是被拆下的回转速度检测编码器的局部剖视图；图17是图解本发明实例5的连接有回转速度检测编码器的保持器的局部剖视图；图18是被拆下的回转速度检测编码器的局部剖视图；图19是图解本发明实例6的连接有回转速度检测编码器的保持器的局部剖视图，；图20是被拆下的回转速度检测编码器的局部剖视图；图21是图解本发明实例7的连接有回转速度检测编码器的保持器的局部剖视图；图22是只图解保持器的局部剖视图；以及图23是图解本发明实例8的具有回转速度检测编码器的保持器如何注射成形的局部剖视图。
这些附图中，附图标记1表示旋转轴，附图标记2、3分别表示滚动轴承(滚珠轴承)，附图标记2a、3a分别表示外环，附图标记2b、3b分别表示内环，附图标记5表示磁性传感器，附图标记6表示保持器，附图标记7表示滚动构件(滚珠)，附图标记8环形磁体，附图标记10表示冠状保持器，附图标记11表示环形构件<环形钢板>，附图标记111、101a分别表示外环，附图标记112、102a分别表示轮毂，附图标记113、103a分别表示旋转侧凸缘，附图标记114表示轮毂主体，附图标记115表示螺母，附图标记116表示内环，附图标记117表示外环座圈，附图标记118表示内环座圈，附图标记119a、109a分别表示滚动构件，附图标记110、110a分别表示安装孔，附图标记111表示位移传感器，附图标记112表示传感器环，附图标记113表示传感器转子，附图标记114表示外罩，附图标记115、115a分别表示旋转速度检测传感器，附图标记116表示转向节，附图标记117表示固定侧凸缘，附图标记118表示螺钉，附图标记119表示螺纹孔，附图标记120表示载荷传感器，附图标记121a、121b分别表示保持器，附图标记121a、121b分别表示保持器，附图标记122表示传感器单元，附图标记123表示检测部分，附图标记124a、124b分别表示回转速度检测传感器，附图标记125、125a分别表示齿圈；附图标记126a、126b分别表示回转速度检测编码器，附图标记127表示旋转速度检测编码器，附图标记128表示橡胶磁体，附图标记129、129a分别表示背衬轭铁(back yoke)，附图标记130a、130b分别表示压紧部分，附图标记131表示突出部，附图标记132表示凹口(indentation)；和附图标记133表示保护膜。
具体实施例方式
下面将结合
本发明的实施方案。
图1是图解本发明实例1的具有传感器的旋转装置的剖视图。
在图1中，旋转轴1借助外壳4通过球轴承2、3进行支承，其中球轴承2、3分别是滚动轴承。外壳4具有固定于其两端的外壳盖4a。球轴承2、3由装配在外壳4中的外环2a、3a、装配在旋转轴1上的内环2b、3b和夹在外环2a、3a与内环2b、3b之间并分别由保持器6可滚动地保持的滚珠7组成。球轴承2的保持器6由磁性材料制成，并具有固定到其侧面的多极磁化的环形磁体8。从图中视角观察，位于左侧的外壳盖4a具有磁性传感器5，该传感器的位置与磁体8相对并且二者之间存在预定的空气间隙。保持器6可以是冠状保持器。
在这种结构中，保持器6的旋转使保持器6的环形磁体8的N和S极交替穿过磁性传感器5，当旋转轴1和与其一体设置的内环2b、3b伴随着保持器6的旋转而共同旋转时，保持器6的旋转数得以检测。根据检测结果可计算轴1的旋转速度。
在上述结构中，即，保持器6具有固定于该保持器的多极环形磁体8并且磁性传感器5与多极环形磁体8相对设置，与环形磁体8位于球轴承2、3其它区域的结构相比，所述装置的尺寸可被减小。
图2是图解本发明实例2的冠状保持器的透视图，图3是图解冠状保持器和传感器之间位置关系的示意图。
图2具有与图1中所示旋转装置结构基本相同的结构，因此没有示出其整个结构。然而，图2与图1的不同之处在于，使用了非磁性冠状保持器10。冠状保持器10由使用玻璃纤维对诸如聚酰胺的树脂进行强化而获得的材料形成。环形钢板11粘在冠状保持器10底部，环形钢板11是由磁性材料例如冷轧钢板(SPCC)、硅钢板、马氏体基不锈钢(SUS)和铁素体基不锈钢(SUS)制成的环形构件。而且，环形钢板11具有环形磁体8，该环形磁体由粘在其表面的、具有多极磁化的塑料磁体制成。保持器10并不必须是皇冠形的，也可使用其它类型。
环形磁体8的磁化可以在其固定到环形钢板11之后进行。而且，有效的是，对保持器10和由磁性材料制成的环形钢板11进行夹物模压并由此使它们固定。而且，有效的是，对由塑料磁体制成的环形磁体8进行双色模制(two-color mold)并由此使其固定。
在这种结构中，如图3中所示，由磁性材料制成的环形钢板11用作环形磁体8的背衬轭铁以使磁通量如箭头所示地定向，从而可增强朝向磁性传感器5(参见图1)的磁通量密度，由此在磁体和传感器5之间可形成比较大的空气间隙。由此，制造公差增大，从而可在构件和组件中实现足够的精度余量。此外，所述背衬轭铁能够使环形钢板11消除磁漏，从而可防止对其它装置和机构的任何不利影响。
通过在实例1和2中使用轻质塑料磁体形成环形磁体8，保持器能够不受由磁体8重量引起的不平衡导致的振动的影响，例如急转。
图4是图解实例3的剖视图，其中本发明用于车轮轴承的轮毂单元。
实例1包括位于两排轴承2、3外侧的磁体传感器5，实例3包括位于两排轴承(两保持器14)之间的磁体传感器5，如图4所示。
在图4中，用于车轮轴承的轮毂单元由毂轮13和角接触球轴承17组成。毂轮13具有径向向外的凸缘13a和中空轴13b，未示出的车轮安装在径向向外的凸缘13a上，中空轴13b具有由角接触球轴承17可滚动地支承的轴承装配区域。角接触球轴承17属于双排向外型，包括内环、单独的外环16、多个滚珠18a、18b和两个冠状保持器14a、14b，其中所述内环由直接形成在中空轴13b上的内环座圈15a和装配在具有内座圈15b的中空轴13b的小直径圆周上的内环构件15c形成，外环16具有与内环座圈15a、15b相对的两排座圈16a、16b，多个滚珠18a、18b设置成插入内环和外环的相对座圈之间，所述冠状保持器14a、14b可滚动地保持滚珠18a、18b。外环16圆周上是安装在悬架上的径向向外的凸缘16b。
内环构件15c侧的保持器14b具有安装在其侧面的多极环形磁体8。磁性传感器5固定到外环16上，并与环形磁体8相对，其间间隔有预定的空气间隙。
在上述结构中，即环形磁体8设置在保持器14b的侧面上并位于保持器14a和14b之间，以及磁体传感器5设置在保持器14a和14b之间，所述设备的尺寸与实例1和2相比可进一步减小。
优选地，回转速度检测编码器由保持器齿圈的侧面支承。齿圈的内和外边缘都轴向突出超过待检测的区域。
在这种结构中，无论保持器以任何方向移动，在待检测区域与其它构件摩擦之前，齿圈的内和外边缘都与邻近保持器设置的其它构件接触。结果，确保可防止待检测区域与所述其它构件摩擦。
同样优选的是，固定环和旋转环中的一个轴承环是与外环相对应的构件，另一个是与内环相对应的构件，滚动构件是多个滚珠。设置于形成在与内环相对应的构件外表面上的双排角接触内环座圈和形成在于外环相对应的构件内表面上的双排角接触外环座圈之间的多个滚珠设置有背对背结合的接触角。
在这种结构中，能够对具有大轴承刚性的滚动轴承单元上的载荷进行足够精确的测量。
进一步优选的是，设置有用于检测旋转速度的传感器以检测旋转环的旋转速度。运算逻辑单元根据旋转环的旋转速度与一排滚动构件及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加于固定环和旋转环之间的径向载荷。
在这种结构中，可精确地确定施加到旋转环和固定环之间的径向载荷，而不用考虑旋转环的旋转速度的变化。
进一步优选的是，设置有用于检测旋转速度的传感器以检测旋转的旋转速度。运算逻辑单元根据旋转环旋转速度与一排滚动构件和另一排滚动构件之间回转速度之差的比值，计算施加在固定环和旋转环之间的轴向载荷。
在这种结构中，可精确地确定施加在旋转环和固定环之间的轴向载荷，而不用考虑旋转环的旋转速度的变化。通过根据所述两排回转速度的比值计算轴向载荷，即使旋转环的旋转速度没有被确定，也可精确确定轴向载荷。
图5至10示出根据本发明的实例4。本实例涉及将本发明应用于测量支承汽车从动轮(前置发动机后轮驱动汽车(FR)、后置发动机后轮驱动汽车(RR)及中置发动机后轮驱动汽车(MR)的前轮和前置发动机前轮驱动汽车(FF)的后轮)的滚动轴承单元上的载荷(径向载荷和轴向载荷)的滚动轴承单元载荷测量设备的情况。因为滚动轴承单元本身的结构及作用与图13中所示现有技术结构的相同，所以与图13中相同的部件将使用相同的附图标记和符号，并且省略或简化对其进行的说明。以下说明将着眼于本发明实例的特性。
多个滚动构件(滚珠)109a、109b设置成分别由保持器121a、121b可滚动地保持的双排(两排)，并位于双排角接触内环座圈108、108和双排角接触外环座圈107、107之间，双排角接触内环座圈108、108形成为轮毂102外表面上的旋转侧座圈，轮毂102是旋转环并且是与内环相对应的构件，双排角接触外环座圈107、107形成为外环101内表面上的固定环，外环101是固定环并且是与外环相对应的构件，由此轮毂102由外环101的内侧可滚动地支承。在这种结构中，两排滚动构件109a、109b分别设有相同大小但方向相反的接触角αa、αb(图6)，从而形成背靠背组合型双排角接触球轴承。两排滚动构件109a、109b被作用有一定程度的导向压力，以便其不会因为操作期间施加的轴向载荷而减小。在具有前述结构的滚动轴承单元的运行期间，外环101由悬架支撑并与其固定，制动盘和车轮由轮毂102的旋转侧凸缘103支撑并与其固定。
安装孔110a径向穿透外环101形成，该安装孔位于双排外座圈107、107之间，并处于形成滚动轴承单元的外环101的轴向中间部分处。传感器单元122容纳在从外环101径向外侧向内侧延伸的安装孔110a中。设置在传感器单元122前端上的检测部分123突出超过外环101的内表面。检测部分123设置有一对回转速度检测传感器124a、124b和旋转速度检测传感器115a。
在这些构件中，回转速度检测传感器124a、124b适于测量双排滚动构件109a、109b的回转速度。待检测区域设置在检测部分123沿轮毂102轴向(图5、6的横向)的两侧上。在本实例的情况下，回转速度检测传感器124a、124b检测滚动构件109a、109b的回转速度，以作为保持器121a、121b的旋转速度。为此目的，在本实例的情况下，分别构成保持器121a、121b的齿圈部分125、125彼此相对设置。环形回转速度检测编码器126a、126b在其整个圆周上分别与齿圈部分125、125的相对表面连接和固定。
在本实施例的情况下，回转速度检测编码器126a(126b)分别由环形橡胶磁体128和背衬轭铁129组成，环形橡胶磁体128具有以相等间距交替设置在其轴向一侧上(从图9和10观察的右侧)的S极和N极，背衬轭铁129由例如钢板的磁性材料、硫化结合到橡胶磁体轴向另一侧(从图9和10观察的左侧)而制成，如图9和图10所示。在保持器121a注射成形期间中，回转速度检测编码器126a(126b)插入于设置在保持器121a(121b)轴向一端处(图9中观察的右端)的齿圈125中。具体地说，橡胶磁体128和背衬轭铁129彼此硫化结合。然后，橡胶磁体128被轴向磁化。然后，S极和N极以相等间距交替设置在橡胶磁体128轴向一侧上，从而形成回转速度检测编码器126a(126b)。此后，将回转速度检测编码器126a(126b)放入模具的空腔中以用于注射成形保持器121a(121b)。然后，用于形成保持器121a(121b)的合成树脂注入位于形成齿圈125外表(从图9中观察的右表面)位置处的空腔。
因此，回转速度检测编码器126a(126b)结合并固定于作为保持器121a(121b)一部分的齿圈125外表面。在这种结构中，橡胶磁体128的轴向一侧面向齿圈125外表面的径向中间部分。在本实例的情况下，橡胶磁体128和背衬轭铁129具有相同的径向宽度。同时，具有形成在齿圈125外表面内缘和外缘的L型部分的压紧部分130a、130b压紧作为待检测区域的橡胶磁体128外表面的内缘和外缘。因此，压紧部分130a、130b的前端都轴向突出超过橡胶磁体128的待检测区域。换句话说，橡胶磁体128的待检测区域位于比齿圈125的内缘和外缘都低的位置。
在本实例的情况下，通过压紧部分130a、130b与橡胶磁体128外表面内缘和外缘的配合，保持器121a和121b以及回转速度检测编码器126a和126b分别彼此机械连接，同时保持器121a(121b)和回转速度检测编码器126a(126b)彼此连接和固定。因此，与这些构件仅用粘合剂彼此连接的情况相比，可确保构件121a(121b)和126a(126b)彼此连接的足够耐久性和可靠性。只要能充分确保与粘合剂的粘接强度而且齿圈125外表面内缘及外缘突出仅仅是为了降低橡胶磁体128待检测区域到齿圈125外表面内缘及外缘的位置，可以在齿圈125整个圆周上的外表面径向中间部分上形成深度比回转速度检测编码器126a(126b)的厚度更大的的环形凹口。在这种情况下，保持器121a(121b)和回转速度检测编码器126a(126b)的彼此粘接(粘合)在保持器121a(121b)的注射成形之后进行。
此外，通过使用由具有高硬度的橡胶制成的橡胶磁体或塑料磁体作为永久磁铁，从而为永久磁体提供足够的刚性，则可省去背衬轭铁。可选择地，通过将回转速度检测编码器126a(126b)压入压紧部分130a、130b之间的间隙，分别制备的保持器121a(121b)和回转速度检测编码器126a(126b)可以彼此接合，同时压紧部分130a、130b发生弹性变形。无论如何，橡胶磁体128的轴向一侧的属性沿圆周方向以相等间距交替变化，所述橡胶磁体128的轴向一侧是与保持器121a(121b)的轴向一端接合并固定的回转速度检测编码器126a(126b)的待检测区域。
回转速度检测传感器124a(124b)的检测部分与具有前述结构的橡胶磁体128的轴向一侧相对设置，其间具有测量间隙，如图5至7所示，由此可检测保持器121a(121b)的旋转速度。回转速度检测编码器126a(126b)上的待检测区域和回转速度检测传感器124a、124b的检测部分之间的距离(测量间隙)优选从大于凹槽间隙的值到2mm或更小，凹槽间隙是保持器121a、121b的凹槽内表面和滚动构件109a、109b之间的间隙。当测量间隙不大于凹槽间隙时，不利的是，即使保持器121a、121b仅以对应于凹槽间隙的量进行位移时，待检测区域和检测表面会更可能彼此相对摩擦。相反，当测量间隙超过2mm时，难于使用回转速度检测传感器124a、124b精确测量回转速度检测编码器126a、126b的旋转。
另一方面，旋转速度检测传感器115a适于测量作为旋转环的轮毂102的旋转速度。检测表面位于检测部分123的前端上，即，外环101的径向内端。此外，圆柱旋转速度检测编码器127装配在轮毂102的中间部分上，并位于双排内环座圈108、108之间。旋转速度检测传感器115a的检测表面与待检测的旋转速度检测编码器127的外表面相对设置。旋转速度检测编码器127上待检测区域的属性以等间隔沿圆周方向交替变化，由此通过旋转速度检测传感器115a检测轮毂102的旋转速度。旋转速度检测编码器127的外表面和旋转速度检测传感器115a的检测表面之间的测量间隙也预定为2mm或更小。
磁性旋转速度检测传感器用作回转速度检测传感器124a、124b和旋转速度检测传感器115a，它们都是用于检测旋转速度的传感器。主动式传感器优选用作这种磁性旋转速度检测传感器，所述主动式传感器包括结合在其中的磁性检测元件例如霍尔元件、霍尔集成电路、磁性电阻元件(磁阻(MR)元件、巨磁阻(GMR)元件)和磁阻抗(Ml)元件。为了构成包括结合在其中的这种磁性检测元件的主动式旋转速度检测传感器，所述磁性检测元件的一侧沿其磁化方向与永久磁体的一端直接接触或与介于其间的由磁性材料制成的定子(在使用由磁性材料制成的编码器的情况下)接触，同时磁性检测元件的另一侧与编码器126a、126b、127上的待检测区域直接相对设置或与介于其间的由磁性材料制成的定子直接相对。在本实例的情况中，由于使用由永久磁体制成的编码器，所以传感器侧不需要永久磁体。
在本实例的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备的情况中，来自传感器124a、124b、115a的检测信号输入到未示出的运算逻辑单元中。然后，运算逻辑单元根据传感器124a、124b、115a提供的检测信号计算施加在外环101和轮毂102之间的径向载荷和轴向载荷中的一或两种。例如，在确定径向载荷的情况中，运算逻辑单元确定由回转速度检测传感器124a、124b检测的两排滚动构件109a、109b回转速度之总和，然后，根据旋转速度检测传感器115a检测的轮毂102旋转速度与由此确定的总和的比值，计算径向载荷。此外，根据由回转速度检测传感器115a检测的轮毂102旋转速度与回转速度检测传感器124a、124b分别检测的两排滚动构件109a、109b回转速度之差的比值，计算前述轴向载荷。这将结合图8进一步说明。假定双排滚动构件109a、109b的接触角αa、αb是彼此相同同时没有施加轴向载荷Fa，进行以下说明。
图8示出了图5中所示的轮轴承的滚动轴承单元典型实例以及载荷如何作用于滚动轴承单元。在双排内环座圈108、108和双排外环座圈107、107之间设置成两排的滚动构件109a、109b分别被施加导向压力Fo、Fo。在操作期间，车辆的重量等导致径向载荷Fr施加到滚动轴承单元。而且，车辆拐弯期间形成的离心力等导致轴向载荷Fa施加到滚动轴承单元。导向压力Fo、Fo、径向载荷Fr和轴向载荷Fa都影响两排滚动构件109a、109b的接触角α(αa、αb)。当接触角αa、αb改变时，滚动构件109a、109b的回转速度nc改变。假设滚动构件109a、109b的中径是D，滚动构件109a、109b的直径是d，其上设置有内环座圈108、108的轮毂102的旋转速度是in，其上设置有外环座圈107、107的外环101的旋转速度是no，回转速度nc用以下方程(1)表示nc＝(1-(d·Cosα/D)·(ni/2))+(1+(d·Cosα/D)·(no/2))(1)从方程(1)中可见，滚动构件109a、109b的回转速度nc根据滚动构件109a、109b的接触角α(αa、αb)的改变而改变。然而，如上所述，接触角αa、αb根据径向载荷Fr和轴向载荷Fa改变。因此，回转速度nc根据径向载荷Fr和轴向载荷Fa改变。在本实例的情况下，由于轮毂102旋转而外环101不旋转，所以回转速度nc随着径向载荷F的增大而减小。此外，对于轴向载荷Fa，支承轴向载荷Fa的一排(滚动构件)的回转速度增加，而不支承轴向载荷Fa的一排(滚动构件)的回转速度下降。因此，可根据回转速度nc确定径向载荷Fr和轴向载荷Fa。
然而，不仅在径向载荷Fr和轴向载荷Fa彼此结合时，而且在它们与导向压力Fo、Fo结合时，与回转速度nc变化相关的接触角α会发生改变。另外，回转速度nc与轮毂102的旋转速度ni成比例变化。因此，除非互相结合地考虑径向载荷Fr、轴向载荷Fa、导向压力Fo、Fo和轮毂102的旋转速度ni，否则不能精确地确定回转速度nc。在这些因素中，导向压力Fo、Fo不会随着运行状态发生改变。因此，通过初始预设等，可以容易地排除导向压力Fo、Fo的影响。相反，径向载荷Fr、轴向载荷Fa和轮毂102的旋转速度ni始终随着运行状态发生改变。因此，不能通过初始预设等消除它们的影响。
在这些情形下，本发明实例中，如前所述，在径向载荷Fr被确定的情况下，通过回转速度检测传感器124a、124b分别确定两排滚动构件109a、109b回转速度的总和，可减小轴向载荷Fa的影响。而且，在轴向载荷Fa被确定的情况下，通过确定两排滚动构件109a、109b回转速度之间的差值，可减小径向载荷Fr的影响。而且，在任何情况下，根据旋转速度检测传感器115a确定的轮毂102旋转速度ni与由此确定的所述总和及差值的比值可计算径向载荷Pr或轴向载荷Fa，由此消除轮毂102的旋转速度ni的影响。然而，在根据两排滚动构件109a、109b的回转速度的比值计算轴向载荷Fa的情况中，轮毂102的旋转速度ni并不是必要的。
还存在其它不同的方法根据来自回转速度传感器124a、124b的信号计算径向载荷Fr和轴向载荷Fa之一或两者。然而，这些方法在前面引用的日本专利申请No.2003-171715和No.2003-172483中进行了详细描述而且与本发明的实质无关。由此，将省略对这些方法进行的详细说明。
在操作具有上述结构的用于测量滚动轴承单元上载荷的设备期间，保持器会121a、121b可能会由于凹槽间隙的存在而进行位移，从图9所示的常规状态到图10(A)至(C)中放大示出的状态。由于回转速度检测编码器126a、126b上的待检测区域和回转速度检测传感器124a、124b的检测部分之间的测量间隙如前所述是狭窄的，如果不采取措施，待检测区域会与其上设置有检测部分的传感器单元122发生摩擦。相反，在本实例中，如前所述，压紧部分130a、130b的前端轴向突出超过形成回转速度检测编码器126a、126b的橡胶磁体128上的待检测区域，目前橡胶磁体128上的待检测区域位于凹口中。在这种结构中，如图10(A)至(C)所示，不论保持器121a、121b在任何方向上移动，待检测区域和传感器单元122不会彼此相对摩擦。
因此，可防止污染润滑油的粉末状或微纤维磁铁材料脱落，从而可确保由润滑油润滑的滚动轴承单元所需的耐久性和载荷测量中所需的精度。尽管压紧部分130a、130b和传感器单元122的支架在彼此相对摩擦时会磨损，即使产生的粉末进入接触部分，也不会损伤滚动接触部分，因为它们都是由软的合成树脂制成的。而且，压紧部分130a、130b和传感器单元122的支架很少彼此相对摩擦(即使在它们彼此相对摩擦时，因为摩擦部分的接触压力足够低，所以磨损损耗极小。因此，保持器121a、121b和传感器单元122的耐久性不会发生问题)。而且，合成树脂磨损产生的粉末不会使回转速度检测传感器124a、124b和回转速度检测传感器115a的检测精度下降。
图11示出根据本发明的实例5。在本实例的情况中，突出部131形成在使传感器单元122穿透外环101内表面的安装孔110a的开口边缘上。该突出部也构造成，当保持器121a(121b)进行位移时，形成在保持器121a(121b)外围的压紧部分130a的前端与突出部131相接触。在这种结构中，可防止由合成树脂制成的传感器单元122的支架与压紧部分130a发生摩擦导致磨损。其它结构和作用与上述实例4的相同，将省略重复的图解和说明。
图12图解根据本发明的实例6。在本实例的情况下，通过在保持器121a(121b)轴向一侧(在图12中观察的右侧)上形成的凹口132中注射成形，即在构成保持器121a(121b)的齿圈125外表面的整个圆周上(在图12中观察的右侧)，可形成回转速度检测编码器126a(126b)。凹口132采用开口处径向宽度较小而朝向底部具有更大径向宽度的蚁窝的形状，并与保持器121a(121b)的注射成形同时形成。
回转速度检测编码器126a(126b)通过向凹口132中注入其中结合有粉末状或微纤维磁性材料的橡胶或合成树脂而形成，同时已经注射成形的保持器121a(121b)设置在另一个模具中。橡胶或合成树脂在凹口132中凝固后，通过轴向磁化回转速度检测编码器126a(126b)，形成环形橡胶或塑料磁体，该磁体在作为待检测区域的外表面上以等间隔交替布置S极和N极。在本实例的情况中，没有设置背衬轭铁。
在本实例的情况中，由于在其中结合有粉末状或微纤维磁性材料的橡胶或合成树脂注入凹口132之后进行回转速度检测编码器126a(126b)的磁化，所以回转速度检测编码器126a(126b)上的待检测区域和保持器121a(121b)的轴向一侧位于相同的平面上。因此，在这些情况下，随着保持器121a(121b)的移动，待检测区域和传感器单元122可能会彼此相对摩擦。因此，在本实例的情况中，待检测区域由保护膜133覆盖。使用例如合成树脂和镍镀层的涂覆膜的非磁性材料的薄膜作为这种保护膜133。
在本实例的情况中，回转速度检测编码器126a(126b)上的待检测区域由保护膜133覆盖，从而可防止所述待检测区域与位于保持器121a(121b)附近的传感器单元122直接摩擦(参见图5、6、9至11)。因此，粉末状或微纤维磁铁材料不会从待检测区域脱落。其它结构和作用与上述实例4的相同，将省略对相同部件的图解和说明。
在上述实例中，可以使用橡胶磁体和由磁性材料制成的、与橡胶磁体轴向另一侧硫化接合的背衬轭铁作为永久磁体。
在这种结构中，可使用低成本制造的橡胶磁体，并且回转速度检测编码器具有足够的刚度以使回转速度检测编码器与保持器足够的接合强度。
在上述实例中，优选的是，固定环和旋转环之一是与外环相对应的构件，另一个是与内环相对应的构件，每个滚动构件是滚珠。设置在形成于与内环相对应的构件的外表面上的双排角接触内环座圈和形成于与外环相对应的构件的内表面上的双排角接触外环座圈之间的多个滚珠设置成背靠背结合的接触角。
在这种结构中，即使多排滚动构件的回转速度随着载荷变化增大而变化时，也可提高对具有大支承刚度的滚动轴承单元上的载荷进行测量的精度。
同样优选的是，设置用于检测旋转环旋转速度的旋转速度检测传感器。运算逻辑单元根据旋转环旋转速度与一排滚动构件及另一排滚动构件的回转速度之和的比值，计算施加到固定环和旋转环之间的径向载荷。
在这种结构中，可精确地确定施加到旋转环和固定环之间的径向载荷，而不用考虑旋转环旋转速度的变化。
进一步优选的是，设置用于检测旋转环旋转速度的旋转速度检测传感器。运算逻辑单元根据旋转环旋转速度与一排滚动构件和另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算施加到固定环和旋转环之间的轴向载荷。
在这种结构中，可精确地确定施加到旋转环和固定环之间的径向载荷，而不用考虑旋转环旋转速度的变化。
图17和图18图解根据本发明的实例7。在本实例的情况中，构成回转速度检测编码器126a(126b)的背衬轭铁的径向宽度大于橡胶磁体128的径向宽度，背衬轭铁129a的内缘及外缘轴向突出超过橡胶磁体128的内缘和外缘。橡胶磁体128的轴向一侧(在图17和图18中观察的右侧)设置为埋入齿圈125的外表面，回转速度检测编码器126a(126b)封入保持器121a(121b)的齿圈125的外表面(在图17中观察的右侧)。在本实例的情况中，即使回转速度检测编码器126a(126b)和保持器121a(121b)分别彼此接合并固定时，磁化轭铁的前端也可与橡胶磁体128的轴向一侧接触。因此，可不必在与保持器121a(121b)接合及固定之前对橡胶磁体128进行磁化，而是可以在那之后产生。其它结构和作用与上述实例4的相同，下文将省略相同部件的图解和说明。
图19和图20图解根据本发明的实例8。构成本实例的回转速度检测编码器126a(126b)的结构与上述实例4中所描述的相同，具有相同径向宽度的环形橡胶磁体128和背衬轭铁129彼此硫化接合并固定。尤其在本实例的情况中，在保持器121a(121b)注射成形的时候，凹口131形成在齿圈125外表面(在图19中观察的右侧)的整个圆周上，齿圈125是保持器121a(121b)的轴向侧。
凹口131在其开口的径向宽度小于回转速度检测编码器126a(126b)的宽度。凹口131在比其开口更深部分的径向宽度与回转速度检测编码器126a(126b)的宽度相同。较深部分的轴向尺寸与回转速度检测编码器126a(126b)的轴向厚度相同。为了将回转速度检测编码器126a(126b)接合并固定于具有凹口131的保持器121a(121b)中，在弹性增加凹口131的开口宽度尺寸的同时将回转速度检测编码器126a(126b)压入凹口131。当回转速度检测编码器126a(126b)压入凹口131时，直到构成回转速度检测编码器126a(126b)的背衬轭铁129与凹口131的底面接触，凹口131的开口的宽度尺寸弹性地减小。结果，回转速度检测编码器126a(126b)不能从凹口131拉出，从而确保回转速度检测编码器126a(126b)能与保持器121a(121b)接合并固定。为了进一步增强构件121a(121b)和构件126a(126b)分别彼此接合的强度，背衬轭铁129和凹口131的底面可彼此接合。使用粘合剂或其它方法防止编码器126a(126b)在凹口131中圆周方向旋转是有益的。这同样可以用于上述的实例4和实例5。其它结构和作用与上述实例4的相同，下文将省略对相同部件的图解和说明。
图21和图22图解根据本发明的实例9。在本实例的情况中，回转速度检测编码器126a(126b)通过在凹口131a中注射成形，所述凹口131a形成在保持器121a(121b)轴向一侧(图21和图22中观察的右侧)的整个圆周上，即构成保持器121a(121b)的齿圈125的外表面(图21和图22中观察的右侧)。凹口131a采用开口处径向宽度较小而朝向其底部径向宽度增大的蚁穴形状，并在保持器121a(121b)注射成形的同时形成凹口131a。
回转速度检测编码器126a(126b)通过向凹口132中注入其中结合有粉末状或微纤维磁性材料的橡胶或合成树脂而形成，同时已经注射成形的保持器121a(121b)设置在另一个模具中。橡胶或合成树脂在凹口132中凝固后，通过轴向磁化回转速度检测编码器126a(126b)，形成环形橡胶或塑料磁体，该磁体在作为待检测区域的外表面上以等间隔交替布置S极和N极。在本实例的情况中，没有设置背衬轭铁。其它结构和作用与上述实例4的相同，将省略相同部分的图解和说明。
图23图解根据本发明的实例10。在本实例的情况中，回转速度检测编码器126a(126b)也分别是环形塑料磁体，并具有以等间隔交替排列在其轴向一侧上的S极和N极。尤其在本实例的情况中，塑料磁体包括结合入与构成保持器121a(121b)相同的合成树脂中的粉末状或微纤维磁性材料。在保持器121a(121b)注射成形的同时，回转速度检测编码器126a(126b)在作为保持器121a(121b)轴向一端的齿圈125外表面上注射成形，使得它们接合并固定到齿圈125的外表面。
为此目的，具有粉末状或微纤维材料的合成树脂从模具轴向一端注入用于保持器121a(121b)注射成形的模具132的空腔133中，同时不具有粉末状或微纤维磁性材料的合成树脂从其轴向另一端注入模具132。从模具各侧注入的合成树脂然后彼此熔接，从而形成分别与回转速度检测编码器126a(126b)一体形成的保持器121a(121b)。注射成形之后，对回转速度检测编码器126a(126b)进行磁化。其它结构和作用与上述实例4的相同，下文将省略对相同部分的图解和说明。
实用性如上所述，根据本发明，所述保持器具有背衬轭铁成形(backyoke-forming)的构件以及在其上一体安装的环形磁体，使得与环形磁体设置在轴承中其它位置的情况相比，减小了所述设备的尺寸，并且容易地提升现有技术中用于检测滚动构件经过速度的方法的分辨率。
而且，根据本发明，朝向磁性传感器的磁通量的密度增加，从而可在磁体和传感器之间提供相对大的空气间隙。由此，可增大制造公差，并可提供构件和组件的足够的精度余量。
而且，背衬轭铁成形构件可消除磁漏，从而可防止对其它装置和机构的任何负面影响。
本发明不仅能用于上述实例所述的滚动轴承单元载荷测量设备，所述设备用于测量支承汽车车轮的滚动轴承单元上载荷，而且本发明还能用于确定作用在机床、工业机械和旋转机械装置上的载荷。
本发明不仅能用于上述实例所述的滚动轴承单元载荷测量设备，所述设备用于测量支承汽车车轮的滚动轴承单元上载荷，而且本发明还能用于确定作用在机床、工业机械和旋转机械装置上的载荷。
权利要求
1.一种旋转装置，包括主体；装接于所述主体的滚动轴承，所述滚动轴承包括内环、外环和可滚动地保持滚动构件的保持器；具有多极磁化的环形磁体；背衬轭铁成形构件；以及位于所述主体上的磁性传感器；其中，所述环形磁体和所述背衬轭铁成形构件一体设置于所述保持器上并与所述磁性传感器相隔预定距离地相对设置。
2.如权利要求1所述的旋转装置，其中，所述保持器包括磁性材料；并且所述环形磁体安装在所述保持器的侧面上。
3.如权利要求1所述的旋转装置，其中，所述保持器包括非磁性材料；所述背衬轭铁成形构件包括环形构件，所述环形构件包括磁性材料；所述环形构件固定在所述保持器的侧面上；并且所述环形磁体设置并固定在所述环形构件的表面上。
4.如权利要求1所述的旋转装置，其中，所述环形磁体包括塑料磁体。
5.如权利要求1所述的旋转装置，进一步包括通过测量所述保持器的旋转速度检测所述滚动轴承上载荷的载荷检测器。
6.一种旋转装置的制造方法，其中，所述旋转装置包括主体，装接于所述主体的滚动轴承，所述滚动轴承包括内环、外环和可滚动地保持滚动构件的保持器，具有多极磁化的环形磁体，包括环形构件的背衬轭铁成形构件，以及设置在所述主体上的磁性传感器；所述方法包括将由磁性材料制成的所述环形构件固定在由非磁性材料制成的保持器的侧面上；将所述环形磁体固定在所述环形构件的表面上；并且然后进行所述环形磁体的多极磁化。
7.一种旋转装置的制造方法，其中，所述旋转装置包括主体，装接于所述主体的滚动轴承，所述滚动轴承包括内环、外环和可滚动地保持所述滚动构件的保持器，具有多极磁化的环形磁体，包括环形构件的背衬轭铁成形构件，以及设置在所述主体上的磁性传感器；所述方法包括借助夹物模压将由磁性材料制成的所述环形构件固定在由非磁性材料制成的所述保持器的侧面上；并且借助双色模制将由塑料磁体制成的所述环形磁体固定在所述环形构件的表面上。
8.一种检测滚动轴承单元上载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括环形橡胶磁体或环形塑料磁体，所述磁体具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极以便形成相对地靠近所述回转速度检测传感器之一的待检测表面；并且当所述保持器朝向所述待检测表面进行位移时，所述保持器的部分与靠近所述保持器设置的另一构件接触，从而防止待检测表面直接与所述另一构件发生摩擦。
9.如权利要求8所述的设备，其中，每个所述保持器包括齿圈部分，该部分的侧面用于固定所述回转速度检测编码器之一；并且所述齿圈部分具有内圆周和外圆周，所述圆周都在相对于所述待检测表面的轴向方向上突出。
10.如权利要求8所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
11.如权利要求8所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；并且所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
12.如权利要求8所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
13.一种检测滚动轴承单元上载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括环形橡胶磁体或环形塑料磁体，所述磁体具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极以便形成相对地靠近所述回转速度检测传感器之一的待检测表面；并且所述待检测表面由保护膜覆盖，以防止所述待检测表面与邻近设置于所述保持器的另一构件发生摩擦。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
15.如权利要求13所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
16.如权利要求13所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
17.一种检测滚动轴承单元上载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极的环形永久磁体；并且每个保持器具有一个轴向侧，在所述保持器注射成形期间通过插入所述环形永久磁体而将所述环形永久磁体固定在所述轴向侧上。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述环形永久磁体包括橡胶磁体；并且所述橡胶磁体具有由磁性材料制成的、与其另一侧面硫化接合的背衬轭铁。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
20.如权利要求17所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；并且所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
21.如权利要求17所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
22.一种检测滚动轴承单元上载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极的环形永久磁体；每个保持器包括一个轴向侧，该轴向侧在所述保持器注射成形期间形成凹口；并且所述环形永久磁体容纳并固定在所述凹口中。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述环形永久磁体包括橡胶磁体；并且所述橡胶磁体具有由磁性材料制成的、与其另一侧面硫化接合的背衬轭铁。
24.如权利要求22所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
25.如权利要求22所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；并且所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
26.如权利要求22所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
27.一种检测滚动轴承单元上的载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括环形橡胶磁体或环形塑料磁体，所述磁体具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极以便形成相对地靠近所述回转速度检测传感器之一的待检测表面；每个保持器包括一个轴向侧，该轴向侧在所述保持器注射成形期间形成凹口；并且所述环形橡胶磁体或所述环形塑料磁体通过注射成形而容纳并固定在所述凹口中。
28.如权利要求27所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
29.如权利要求27所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；并且所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
30.如权利要求27所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
31.一种检测滚动轴承单元上载荷的设备，包括在运行期间固定的固定环；在运行期间旋转的旋转环，所述旋转环与所述固定环同心设置；可滚动地设置在一对固定侧座圈和旋转侧座圈之间的多个滚动构件，所述一对固定侧座圈和旋转侧座圈分别形成在所述固定环和所述旋转环的相对区域，在这种结构中，所述两排滚动构件具有方向相反的接触角；设置在所述固定环和旋转环之间的一对保持器，所述保持器随着保持于设置在各个所述保持器中的多个凹槽中的滚动构件的回转而进行旋转；由所述保持器支承的一对回转速度检测编码器，所述编码器与所述保持器共同旋转并具有沿其圆周方向交替变化的属性，所述回转速度检测编码器分别具有待检测表面；一对回转速度检测传感器，所述传感器分别具有与所述待检测表面相对的检测部分，从而使各排滚动构件的回转速度得以检测；以及运算逻辑单元，该单元用于根据所述回转速度检测传感器提供的检测信号，计算所述固定环和所述旋转环之间的载荷；其中，每个回转速度检测编码器包括具有交替设置在其一轴侧上的S极和N极的环形塑料磁体；每个所述保持器由合成树脂制成；所述环形塑料磁体包含所述合成树脂以及粉末状或微纤维的磁性材料，所述磁性材料混合在包含于所述环形塑料磁体中的所述合成树脂中；并且每个保持器包括一个轴向侧，所述塑料磁体通过注射成形固定到所述轴向侧中，所述注射成形与所述保持器的注射成形同时进行的。
32.如权利要求31所述的设备，其中，所述固定环和所述旋转环其中之一用作具有设置有双排角接触外环座圈的内圆周的外环；所述固定环和所述旋转环中的另一个用作具有设置有双排角接触内环座圈的外圆周的内环；多个滚动构件包括多个滚珠，每个滚珠设置于所述双排角接触外环座圈和所述双排角接触内环座圈之间；其中，所述多个滚珠设置有背对背组合的接触角。
33.如权利要求31所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；并且所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之和的比值，计算施加在所述固定环和所述旋转环之间的径向载荷。
34.如权利要求31所述的设备，进一步包括用于检测所述旋转环的旋转速度的旋转速度检测传感器；其中，所述运算逻辑单元根据所述旋转速度与一排滚动构件回转速度及另一排滚动构件回转速度之间差值的比值，计算作用在所述固定环和所述旋转环之间的轴向载荷。
全文摘要
本发明公开了一种旋转装置，包括主体；装接于所述主体的滚动轴承，所述滚动轴承包括内环、外环和可滚动地保持滚动构件的保持器；具有多极磁化的环形磁体；背衬轭铁成形构件；位于所述主体上的磁性传感器。所述环形磁体和所述背衬轭铁成形构件一体设置于所述保持器上并与所述磁性传感器相隔预定距离地相对设置。
文档编号F16C19/18GK1795338SQ200480014639
公开日2006年6月28日 申请日期2004年5月21日 优先权日2003年5月28日
发明者青木护, 小野浩一郎, 柳泽知之 申请人:日本精工株式会社