CN1008763B - 有磁场检测器的轴承 - Google Patents

Abstract

一个与轴承相关的永久磁铁提供一个由轴承内的检测器检测的磁场。轴承一个部分，诸如旋转轴或旋转座圈相对于轴承一个第二部分的旋转由检测器指示出。

Description

本发明与轴承有关。发明具体有关的轴承类型，为有一个或多个磁场检测器，指示一个元件相对于第二元件的角旋转。

目前，有各种检测器用于感测旋转元件的位置，速度或加速度等的信号，例如用感应传送检测器，或可变磁阻检测器等。这类检测器典型是在一个磁铁转子或齿轮齿通过检测器时，测量磁场强度的变化。利用检测器信号的频率计算旋转元件的转速。这种检测器已有在轴承组合件上安装，以节省空间，提高精度并简化安装。

在颁发Nishida的美国专利第3，716，788号中，有一种可变磁阻检测器在轮轴承组合件上安装，测量轮轴转速。一个有齿转子，在与固定于静外轴承环上的有齿定子相对的旋转内轴承环上形成。外轴承环还支持一个电磁线圈感测器，根据旋转中的转子和定子对正时导致的磁通变化，产生一个电压。产生的交流电频率和轴的转速成正比。颁发安塞尔明诺（Anselmino）的美国专利第3，826，933号中揭示了类似的速度检测器。速度检测器有一个电磁感测线圈在轴承的定环上固定，而一个有铁磁齿的轮在滚子轴承的旋转环上固定。

颁发瓦纳斯科格（Wannerskog）的美国专利第4，069，435号揭示了一种装置，检测轴承的相对运动。装置有一个电磁感测线圈，安装在轴承的外密封环上。一个有齿轮安装在轴承的旋转环上。当齿旋转时，电磁线圈感测器检测磁场的变化。检测得的变化频率，可用于计算速度和加速度。

颁发右尔斯（Guers）的美国专利第4，688，951号中，需要有电流产生磁场。有一个复杂的电系统固定在两轴承座圈的一个上，产生磁场。上述已知检测器装置有许多缺点。可变磁阻检测器产生电压输出信号，其频率及振幅，和速度正比。低速时输出信号微弱且精确性差。而且，将上述检测器在轴承组合件上安装时，组合件因增加检测器元件而增大尺寸。机械精度和信号的准确性，因允差的累加而下降，总结构变为更加复杂。此外，组合件难于安装，有时需要用分别的安装程序安装检测器。

例如，新式的自动控制系统，汽车等，需求在全部运转范围中，尤其在低速或零速时，有精确的转速测量。并且最好速度检测器还有低价，可靠，结构紧凑，易于安装等特点。

本发明是一种轴承，有一个或多个检测器作磁场检测装置。轴承设永久磁场。在一个元件相对于另一元件的相对旋转中，甚至在零相对旋转时，磁场永久存在。这样便使轴承比其他的有磁场检测器但要求有一个电路产生磁场的轴承简单而廉价很多，如颁发右尔斯的第4，688，951号美国专利所揭示的轴承。

简而言之，本发明是有一个第一元件，和与第一元件相对旋转的第二元件等部件的组合。该组合有装置产生永久磁场，并有检测磁场的装置。

本发明及其许多优点，可参考下面的详细说明和附图进一步了解，附图内容如下：

图1为本发明一个实施方案的局部剖面侧视;

图2为图1磁导环形件的前视;

图3为本发明第二实施方案的局部剖面的侧视;

图4为图3压配合环的透视;

图5为本发明第三方案的局部剖面的侧视;

图6为图5方案磁化环的透视;

图7为图5方案外座圈的透视;

图8为本发明第四实施方案的局部剖面侧视;

图9为本发明第五实施方案的剖面侧视;

图10为图9恒磁止推板的前视;

图11为安装有磁场检测器的图9中止推板的前视。

各附图中相同部件用同号标志。

参看附图，特别注意图1，一根旋转轴12通过与转轴12有径向间距的同心环形轴承座圆14伸展。若干滚柱16放在转轴和同心环形轴承座圈之间的环形空间中。滚柱在转轴圆表面的一个轴向部分18上，围绕转轴滚动。轴向部分18作转轴上的一个轴承滚道。同心环形座圈的内表面20也作为一个滚子滚道。

在本文和后附权利要求书中，“滚道”所指为诸如滚柱的滚动件16在上面滚动的任何表面。

座圈14上的滚道20，在轴12上的滚道18径向上对正并有径向间距。用座圈的环形折缘22及24，将滚柱16保持在滚道上的正确轴向位置上。

一个磁铁26安装在环形座圈14的内表面28上。磁铁用一个环形折缘24，在轴向上和滚柱分开。还有一个磁场检测器30，诸如霍称效应检测器，维根（Wiegand）效应检测器，或磁阻检测器，安装在和环形座圈内表面连接的检测器座29上。磁场检测器和磁铁26在径向上对正而有轴向上的距离。

一个透磁性环形件32围绕转轴12刚性安装。透磁性环形件在恒磁铁26和检测器30之间径向伸展。例如，透磁环形件可以是一个在转轴上固定随之旋转的叶轮断续器（Vane    interrupter）（见图2）。

参看图2，叶轮断续器32有若干圆周上的等距的齿34，从而形成在圆周上的等距开口或槽36。槽径向伸展，当槽在轴向上和磁铁及检 测器对正时，使磁路从磁铁开始，通过槽到达检测器30，沿环形座圈14回到磁铁。

运转时，磁铁26提供永久磁场。磁路一般依循一个完全的通路，通过检测器30和环形座圈14，回到磁铁。但是当叶轮断继器32旋转时，齿34将磁路分路，到达环形座圈14，回到磁铁，而不通过检测器。检测器这样产生的断续信号，代表轴12相对于固定环形座圈的角位移增量单位。

输出信号可以是模拟信号或数字信号，取决于检测器的信号处理电子回路。输出信号绝对振幅的变化表示角位移增量单位。

在图3的方案中，转轴12安装在一个同心环形座圈38内，滚柱16安装在将旋转轴12上的滚道40和座圈内表面上的滚道42分离的环形空间中滚动。

一个检测器44安装在座圈38的内表面46上。检测器用靠环形台肩50安装的垫圈48，和座圈38一端上的环形折缘52固定轴向位置。滚柱16用垫圈48和座圈38另端上的环形折缘54，保持在转轴12及座圈38的各自滚道40及42上。

提供永久磁场的装置为永久磁化铁磁环56，在转轴12上压配合。在本文和文后的权利要求书中，“铁磁”材料所指物质，是一旦磁化后，在没有外磁场时保持永久磁化状态。铁磁环56的轴向伸出部分58，设有若干围绕整个圆周的磁极部分。每一磁极部分60有N极和S极。这些部分的安排是每一N极在两S极之间，而每一S极又在两N极之间。

在图5的方案中，转轴12安装在有一个扩孔64的环形座圈62内。滚柱16用在滚柱一个轴向端附近的环形折缘形成的环形肩台66，和滚柱另轴向端附近的环形肩台70，分别保持在环形座圈和转轴上的滚道65及67中。

一个检测器72安装在一个固定于扩孔64的内环形表面76上，并从表面76上面径向凸出的检测器座74上。

提供永久磁场的装置，是用环形圈安装件78安装在转轴12上的一个铁磁环形圈77。铁磁圈77永久磁化，有若干磁极部分60围绕其全圆周。每一部分有一个N极和一个S极。

磁极部分的安排为每一N极在两S极之间，而每一S极在两N极之间。

在图8示的方案中，滚动件不用滚柱而用滚珠80，滚珠80的一条滚道不在转轴上形成，而用一个环形内座圈82形成一个滚道。有一个同心的环形外座圈84，和环形内座圈82有径向间距。滚珠80的滚道用环形内座圈82上的圆周槽86，和同心环形外座圈84内表面上的圆周槽87形成。

一个扩孔88从环形外座圈84的一个轴向端伸出。一个检测器90，安装在一个固定于扩孔88内表面94上的，并从内表面94径向向内伸的检测器座92上。

环形内座圈92的一个纵向伸展部分96，围绕其全圆周，按预定磁象作永久磁化。

磁象与前述实施方案中的提供磁场部分上形成的磁象相同。

图9，10及11示一个止推轴承，有第一环形止推板98和与第一环形止推板有轴向间距的第二环形止推板100。环形止推板98上的径向伸展的滚柱滚道102，和环形止推板100上的径向伸展的滚柱滚道104互相相对。形成永久磁场的装置为若干永久磁极部分106（见图10）。磁极部分按围绕止推板98径向部分108全圆周的方式安排。如图10所示，每一部分106有一个N极和一个S极，其安排为每一N极放在两S极之间，而每一S极放在两N极之间。

检测器的一个环形塑料支承件109有一个扩孔110，其中放止推 板100。外周壁111的边缘部分形成一个限动部分112，向内伸过容纳滚柱114的滚柱保持架113的外周缘。

一条槽115从检测器支承件109的外周边，伸到扩孔110（见图11）。检测磁场的装置是检测器116，用树脂117安装在槽115中，在止推板98上的磁极磁象范围中。可随意愿设置一个磁通增强器118（见图11），放在圆周上与检测器116相邻。磁通增强器有助于将旋转环上的一对极性不同的磁极和静止环上的检测器之间的磁路接通，因此，当检测器116与一个磁极部分对中时，磁通增强器118与一个相邻的有相反极性的磁极对中，接通磁路。

在图3至11的全部方案的运转中，当极性交替的极部通过检测器时，磁场的极性和强度使检测器产生电信号。

电压信号可由电路进一步处理，产生输出信号，表示角位移的增量单位。角位移增量单位等于每一磁极部分的弧的度数。在本发明中使用磁场强度检测器，在一切转速下，甚至在零速时，产生一个协调的信号。

输出信号可以是模拟信号或数字信号，以检测器信号处理电子回路为定。输出信号的振幅变化指示角位移增量。角位移输出信号可由检测器的集成电路进一步处理，产生位置信号，速度信号或加速度信号。

将磁象结合在旋转件中，指示角位移的增量，可不需在轴承中增设分别的指示器元件。

将旋转件磁化为大量磁极段，可取得非常高的分辨力。

在旋转件上设定磁象形式，并将检测器安装在静止件内，使轴承公差可以控制检测精度。利用轴承公差可使检测器和检测目标之间的空气间隙尽可能减小。于是本发明的结构可尽量减小检测器信号的失真度和不精确度。

虽然本文详细叙述的方案中有滚动元件，但本发明也可以用无滚动元件的轴承。所需要的只是有两个轴承件，一个轴承件相对于另一转承件旋转。并且，必须有一个装置提供永久磁场，当然至少还必须有一个检测器检测磁通量。因此无滚动件的轴颈轴承也包括在本发明范围内。

在图8的方案中有一个旋转内座圈和一个定外座圈。但是，如有需要，可将检测器放在一个固定内座圈中，磁象结合在旋转外座圈上。虽然在所有已叙述的方案中都有一个固定元件和一个旋转元件，但也可以都用旋转元件，而将一个元件相对于另一元件的旋转指示。

在全部上述方案中，磁象在旋转件上，检测器安装在固定件上。这安排的优点是旋转元件上没有导线或电子线路。但是，如果导线和电子线路在旋转元件上也无问题，只是将磁象结合在固定件上，而检测器安装在旋转件上。

Claims (12)

1、一种轴承元件，包括具有环形的滚动件滚道的第一元件，和其上有与第一环形元件对正并与其有间距的环形的滚动件滚道的第二元件，它们相对于第一环形元件旋转；在上述滚道之间的间距中有滚动件，有设在元件之一上的磁场产生装置，其特征在于该磁场产生装置是一提供永久磁场的装置，而在另一元件上有磁场检测装置。

2、如权利要求1中之轴承元件，特征为第一元件为旋转轴;第二元件为与转轴有径向间距的同心环形座圈;提供永久磁场的装置，为安装在同心环形座圈中的至少一个磁铁;磁场检测装置，为安装在同心环形座圈中，与磁铁径向对正而有轴向间距的至少一个磁场检测器;一个透磁环形件围绕旋转轴安装，透磁环形件在该磁铁和该检测器之间的径向上伸展，其圆周上有等间距开口，当一个开口和磁铁及检测器在轴向上对正时，使磁力线从磁铁通过该开口达到检测器。

3、如权利要求1中之轴承元件，特征为第一元件为旋转轴;第二元件为同心环形座圈，与转轴有径向间距;提供永久磁场的装置为永久铁磁环，在转轴上压配合;磁场检测装置是安装在同心环座圈中的至少一个磁场检测器。

4、如权利要求1中之轴承元件，特征为第一元件是一个旋转轴;第二元件是一个同心环形座圈，与转轴有径向间距;提供磁场的装置是一个安装在转轴周围的环，该环被永久磁化而有若干磁极段围绕其全圆周，每一磁极段有一个N极和一个S极，磁极段的安排为每一磁极放在与其异性的两磁极之间;磁场检测装置为安装在同心环形座圈中的至少一个磁场检测器。

5、如权利要求1中之轴承元件，特征为第一元件是一个环形内座圈;第二元件是一个同心外环形座圈，与内环形座圈有径向间距;提供永久磁场的装置，是围绕内座圈一个轴向部分全圆周上的若干永久磁极段，每一磁极段有一个N极和一个S极，磁极部分的安排为每一磁极放在与其异的两性磁极之间;磁场检测装置为安装在同心外环形座圈内的至少一个磁场检测器。

6、一种止推轴承，包括：一个第一止推板;一个可相对于第一止推板旋转的第二止推板;其特征在于有设在第一止推板上提供永久磁场的装置;一个环形的检测器支承件，以及至少一个设在环形的检测器支承件上的检测器，用以检测磁场。

7、如权利要求6中之止推轴承，其特征为磁场检测器是一个霍尔效应检测器。

8、如权利要求6中之止推轴承，其特征为提供永久磁场的装置是至少一对异性磁极。

9、一种止推轴承，包括：具有环形的滚动件滚道的第一止推板;一个与第一止推板有轴向间距的第二止推板，具有与第一止推板滚道对正和与其有间距的环形的滚动件滚道，并可相对于第一止推板旋转;在所述滚道之间的滚动件;其特征在于设在第一止推板上永久地提供一个磁场的装置，一个环形的检测器支承件;以及至少一个设在环形的检测器支承件上的检测器，用以检测磁场。

10、如权利要求9中之止推轴承，其特征在于第一及第二止推件是环形的;永久地提供磁场的装置是多个永磁化的磁极段，环绕第一止推板一个径向部分的全圆周。

11、一种轴承件组合件，有可相互旋转的第一和第二环形止推板，其特征在于有多个永久磁化的磁极段环绕第一止推板的一个径向部分的全圆周，每一磁极段具有一个N极和一个S极，磁极段的安排为每一磁极在与其异性的两磁极之间;一个环形件有一个径向表面，朝向第一止推板上的永久磁化磁极段;至少一个磁场检测器安装在环形件的该径向表面上，朝向所述永久磁化的磁极段。

12、一种轴承组合件，有可相互旋转的第一和第二环形止推板，其上有轴向对正的，有间距的滚动体滚道;在滚道之间的间距中的滚动体;其特征在于有多个永久磁化的磁极段，环绕第一止推板的一个径向部分的全圆周，每一极段具有一个N极和一个S极，磁极段的安排为每一磁极在与其异性的两磁极之间;一个环形件有一个径向表面，朝向第一止推板上的永久磁化磁极段;至少一个磁场检测器安装在环形件的该径向表面上，朝向所述永久磁化的磁极段。

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