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公開番号2025104241
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2024176654
出願日2024-10-08
発明の名称軸受損傷検出システム及び軸受損傷検出方法
出願人日本精工株式会社
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類G01M 13/045 20190101AFI20250702BHJP(測定;試験)
要約【課題】転がり軸受の軌道面等の各部の損傷を早期に検出できる軸受損傷検出システム及び軸受損傷検出方法を提供する。
【解決手段】軸受損傷検出システムは、転がり軸受の回転を検出して回転信号を出力する回転センサと、回転信号から転がり軸受の回転変動を抽出して回転変動信号を生成する回転変動抽出部24Aと、回転変動信号の波形を周波数分析して周波数特性を求める周波数分析部24Bと、周波数特性から軸受損傷に対応するピーク強度を求めるピーク強度算出部24Cと、ピーク強度に基づき転がり軸受の軸受損傷を検出する損傷検出部24Dと、を備える。回転変動抽出部24Aは、種々のノイズを除去した回転変動信号の波形を求める。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
転がり軸受の回転を検出して回転信号を出力する回転センサと、
前記回転信号から前記転がり軸受の回転変動を抽出して回転変動信号を生成する回転変動抽出部と、
前記回転変動信号の波形を周波数分析して周波数特性を求める周波数分析部と、
前記周波数特性から軸受損傷に対応するピーク強度を求めるピーク強度算出部と、
前記ピーク強度に基づき前記転がり軸受の軸受損傷を検出する損傷検出部と、
を備える軸受損傷検出システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記回転信号から前記転がり軸受の回転に同期したパルス信号にするパルス信号生成部を備え、
前記回転変動抽出部は、
前記パルス信号のそれぞれのパルスについて、個々のパルスのパルス周期Ｔｐの推移を表すパルス周期波形と、
前記パルス信号のいずれかの前記パルスを中心とする前記転がり軸受の１回転分の回転周期Ｔの推移を表す回転周期波形と、
を求め、
前記パルス周期Ｔｐと前記回転周期Ｔとの比Ｔｐ／Ｔを表す周期比波形に基づき前記回転変動信号の波形を求める、
請求項１に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項３】
前記回転変動抽出部は、
前記周期比波形と、前記周期比波形を平滑化した周期比平滑化波形との差分を表す周期比差分波形に基づき前記回転変動信号の波形を求める、
請求項２に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項４】
前記回転変動抽出部は、
前記周期比差分波形における前記転がり軸受の同じ回転位置に対応する前記差分同士を前記回転位置毎に平均化した周期比平均値波形を求め、
前記周期比差分波形と、前記周期比平均値波形との差分を前記回転位置毎に求めた周期比変動波形に基づき、前記回転変動信号の波形を求める、
請求項３に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項５】
前記周期比平均値波形は、前記周期比差分波形を求めた前記回転信号、又は当該回転信号に続いて連続して出力された回転信号を用いて求めた波形である、
請求項４に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項６】
前記回転センサは、前記転がり軸受の鉛直方向の中間位置で、水平方向の一方の端部で回転を検出する第１回転センサと、水平方向の他方の端部で回転を検出する第２回転センサとを有する、
請求項１に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項７】
前記回転信号は、前記第１回転センサから出力される第１パルス信号と、前記第２回転センサから出力される第２パルス信号であり、
前記第１パルス信号又は前記第２パルス信号のパルスについて、当該パルスを中心とする前記転がり軸受の１回転分の回転周期Ｔの推移を表す回転周期波形と、
前記第１パルス信号と前記第２パルス信号とのパルスの位相差ＰＤの推移を表す位相差波形と、
を求め、
前記位相差ＰＤと前記回転周期Ｔとの比ＰＤ／Ｔを表す位相差比波形に基づき前記回転変動信号の波形を求める、
請求項６に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項８】
前記回転変動抽出部は、
前記位相差比波形と、前記位相差比波形を平滑化した位相差比平滑化波形との差分を表す位相差比差分波形に基づき前記回転変動信号の波形を求める、
請求項７に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項９】
前記回転変動抽出部は、
前記位相差比差分波形における前記転がり軸受の同じ回転位置に対応する前記差分同士を前記回転位置毎に平均化した位相差比平均値波形を求め、
前記位相差比差分波形と、前記位相差比平均値波形との差分を前記回転位置毎に求めた位相差比変動波形に基づき、前記回転変動信号の波形を求める、
請求項８に記載の軸受損傷検出システム。
【請求項１０】
前記位相差比平均値波形は、前記位相差比差分波形を求めた前記回転信号、又は当該回転信号に続いて連続して出力された回転信号を用いて求めた波形である、
請求項９に記載の軸受損傷検出システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受損傷検出システム及び軸受損傷検出方法に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪を構成するホイール、及び制動装置であるディスクブレーキやドラムブレーキを構成するディスクロータは、車両用転がり軸受ユニット（以下、ハブユニットという）を介して車体の懸架装置に回転自在に支承されている。このハブユニット軸受の外輪とハブ輪は、炭素含有量が０．５～０．６質量％の中炭素鋼を熱間鍛造した後、軌道面を熱処理して製作される。しかし、ハブ輪の内輪軌道面部は比較的肉厚であるが、外輪軌道面部は肉薄なため、フレーキング等の軌道面の損傷は外輪軌道面に発生することが多い。また、ハブユニットに強い外力が作用した場合、転動体が外輪軌道面に圧痕を形成させることもある。
【０００３】
また、上記した中炭素鋼は、軸受鋼（Ｃ：１質量％）に比べて靭性が高いので、動的最大せん断応力位置でのクラックは軌道面表面に向かっては伸展し難く、軌道面表面と平行にクラックが進行する。この様なクラックの場合、初期には表面が剥がれず、クラックから軌道面表面に至る部分が転動体にのされて凹むだけであるため、振動や音響の悪化が少ない。ところが、クラックの進展に伴いクラックが軌道面に表出すると、一気に剥離が進展する。また、圧痕についても同様に、振動や音響に影響を及ぼすことになる。このような、ある時点から剥離が一気に進展する破損モードは、例えば、運転者からホイール軸受までの距離が遠く、運転者が小さな損傷を検知しにくい大型トラック等の車両の場合には好ましくない。また、将来的なドライバーレス車両や隊列走行を考慮すると、ハブユニット軸受の損傷が小さい段階で上記した剥離や圧痕等の損傷を検知することが望まれる。
【０００４】
例えば、特許文献１のハブユニット軸受３００は、図４３に示すように、複列の外輪軌道３０１ａを備える外輪３０１と、複列の内輪軌道３０２ａを備えるハブ３０２と、外輪軌道３０１ａと内輪軌道３０２ａとの間に転動自在に設けられた複数の転動体３０３と、を有する。ハブユニット軸受３００は、ハブ３０２の軸方向両側にエンコーダ３０４が設けられ、それぞれのエンコーダ３０４に対向する不図示のセンサの検出信号同士の間の位相差に基づいて、ハブ３０２に加わるトルクを検出可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００４－１９９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなハブユニット軸受の外輪及びハブ、特に外輪軌道面の損傷は、振動や音響の悪化の要因であり、早期に検出することが望ましい。しかし、特許文献１のハブユニットでは、トルクの検出は行えても発生する損傷までは検出できない。また、このような損傷の検出は、車両のハブユニット軸受に限らず、転がり軸受を用いた他の支承機構についても同様であり、早期の検出が望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、転がり軸受の軌道面等の各部の損傷を早期に検出できる軸受損傷検出システム及び軸受損傷検出方法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】
【０００８】
本発明は下記の構成からなる。
（１）転がり軸受の回転を検出して回転信号を出力する回転センサと、
前記回転信号から前記転がり軸受の回転変動を抽出して回転変動信号を生成する回転変動抽出部と、
前記回転変動信号の波形を周波数分析して周波数特性を求める周波数分析部と、
前記周波数特性から軸受損傷に対応するピーク強度を求めるピーク強度算出部と、
前記ピーク強度に基づき前記転がり軸受の軸受損傷を検出する損傷検出部と、
を備える軸受損傷検出システム。
（２）転がり軸受の回転を検出して回転信号を生成し、
前記回転信号から前記回転の回転変動を抽出して回転変動信号を生成し、
前記回転変動信号の波形を周波数分析して振動ピークを求め、
前記振動ピークから軸受損傷に対応するピーク強度を求め、
前記ピーク強度に基づき前記転がり軸受の軸受損傷を検出する、
を備える軸受損傷検出方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、転がり軸受の軌道面等の各部の損傷を早期に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、第１実施形態に係るハブユニット軸受の軸受損傷検出システムの概略構成図である。
図２は、制御部の機能ブロック図である。
図３は、センサの配置位置を模式的に示す説明図である。
図４は、パルス信号生成部の概略的な回路図である。
図５は、外輪軌道の一部に剥離が生じた場合の振動の発生の様子を模式的に示す説明図である。
図６は、外輪軌道の剥離による内輪と外輪との相対変位がセンサ出力に与える変化を示す説明図である。
図７は、転動体の浮き状態と、乗り上げ状態と、元の転動状態とに遷移した際のセンサからのセンサ出力信号の変化を概略的に示す説明図である。
図８は、ハブユニット軸受の損傷の判定を行う手順を示すフローチャートである。
図９は、センサからのセンサ出力信号に応じたパルス信号と、このパルス信号の各パルスの周期をプロットした空間波形を示す説明図である。
図１０は、パルス信号のうち任意のパルスの周期と、そのパルスを中心とするハブ軸の１回転分のパルスを概略的に示す説明図である。
図１１は、パルス信号のうち任意のパルスの周期と、そのパルスを中心とするハブ軸の１回転分のパルスを概略的に示す説明図である。
図１２は、パルス出力信号からハブ軸の回転変動を抽出して回転変動信号を生成するまでの波形の一例を示す説明図である。
図１３は、磁気エンコーダの極毎の周期比差分の平均値である周期比平均値分布の例を示す説明図である。
図１４は、周期比変動波形を概略的に示す説明図である。
図１５は、周期比変動波形をＦＦＴ処理して得た周波数特性を概略的に示す説明図である。
図１６は、参考例として示すパルス周期波形の周波数特性の説明図である。
図１７は、図８に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順を示すフローチャートである。
図１８は、図８に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順２を示すフローチャートである。
図１９は、図８に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順３を示すフローチャートである。
図２０は、図８に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順４を示すフローチャートである。
図２１は、第２実施形態に係るハブユニット軸受の損傷検出システムの概略構成図である。
図２２は、ハブユニット軸受の内輪、外輪及び磁気エンコーダと、回転センサの検出領域及び回転センサの検出領域との配置関係を模式的に示す説明図である。
図２３は、パルス信号生成部の概略的な回路図である。
図２４は、パルス信号及び位相差信号の波形例を示す説明図である。
図２５は、外輪軌道の剥離による内外輪の相対変位がセンサ出力に与える影響を示す説明図である。
図２６は、エンコーダの変位と検出されるパルス信号の位相差との関係を示す説明図である。
図２７は、パルス信号ＰＬ＿Ａ，ＰＬ＿Ｂ及び位相差信号ＰＤの変化の例を示す説明図である。
図２８は、具体的なパルス信号ＰＬ＿Ａ，ＰＬ＿Ｂ及び位相差信号ＰＤの波形を模式的に示す説明図である。
図２９は、２つのセンサを用いてハブユニット軸受の損傷の判定を行う手順を示すフローチャートである。
図３０は、パルス信号ＰＬ＿Ａとパルス信号ＰＬ＿Ｂの波形を示す説明図である。
図３１は、横軸をパルス信号のパルスの順番を表す空間、縦軸を時間として、周期Ｔｉと位相差の変化を示す説明図である。
図３２は、パルス出力信号からハブ軸の回転変動を抽出して回転変動信号を生成するまでの波形の一例を示す説明図である。
図３３は、位相差比平均値分布の一例を示す説明図である。
図３４は、位相差比変動波形を概略的に示す説明図である。
図３５は、位相差比変動波形をＦＦＴ処理して得た周波数特性の例を示す説明図である。
図３６は、図２９に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順１を示すフローチャートである。
図３７は、図２９に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順２を示すフローチャートである。
図３８は、図２９に示すフローチャートの手順を一部変更した損傷判定の他の手順３を示すフローチャートである。
図３９は、検出したパルス信号から差分波形を求めて回転変動波形を得るまでの制御ブロック図である。
図４０は、検出用波形から転がり軸受の損傷判定を実施するまでのタイムチャート１を示す説明図である。
図４１は、検出用波形から転がり軸受の損傷判定を実施するまでのタイムチャート２を示す説明図である。
図４２は、検出用波形から転がり軸受の損傷判定を実施するまでのタイムチャート３を示す説明図である。
図４３は、従来のハブユニット軸受の構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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