CN101772693A - 旋转传感器单元 - Google Patents

Abstract

一种具备检测由滚动轴承支承的轴的旋转的磁编码器的旋转传感器单元，防止磁检测元件与编码器的相对的位置偏移，并且不依赖于专用的磁屏蔽罩或壳体就能够遮蔽磁检测元件不受外部磁场的影响。利用被按压于壳体(2)的盖(6)对滚动轴承(1)的外圈(11)赋予预压力从而提高滚动轴承(1)的刚性，由此将编码器(42)支承于消除了轴振摆的轴(3)，磁检测元件(41)支承于被按压在壳体(2)上的盖(6)，防止了磁检测元件(41)与编码器(42)的相对的位置偏移，利用软磁性材料形成轴(3)、盖(6)以及外圈(11)等，在轴(3)的一侧端面与盖(6)之间形成磁屏蔽空间，并将磁传感器元件(41)配置于该磁屏蔽空间。

Description

旋转传感器单元

技术领域

本发明涉及利用磁编码器检测轴的旋转的旋转传感器单元。

背景技术

作为这种旋转传感器单元，广泛利用具备如下部分的旋转传感器单元：壳体，其供滚动轴承的外圈嵌合；轴，其由滚动轴承支承；以及磁编码器，其检测该轴的旋转。在采用磁编码器作为旋转传感器的情况下，当外部磁场的磁力线进入磁编码器的磁检测元件时，会使测量精度降低，因此将磁检测元件配置于磁屏蔽内(专利文献1)。

例如，对于上述的专利文献1的旋转传感器单元，利用组合轴承支承轴，使轴的一侧端从壳体露出，将编码器嵌合于轴外周的露出部分，将沿径向与编码器对置的磁检测元件支承于壳体的一侧端，设置以包围壳体、磁检测元件以及编码器的方式覆盖上述部分的磁屏蔽罩，并以包围该磁屏蔽罩的方式设置保护罩。通过利用组合轴承来支承轴，能够防止磁检测元件与编码器的相对的位置偏移。保护罩设置成比较坚固，以保护磁检测元件和电路基板不受外部影响。通过与保护罩分开地设置磁屏蔽罩，能够利用作为非磁性材料的铸铝等生产率良好、且重量轻的材料形成保护罩。

并且，在不设置磁屏蔽罩的情况下，能够利用由铸铁形成的坚固的强磁性材料形成保护罩，并利用该保护罩作为磁屏蔽。

专利文献1：日本特开昭62-229026号公报

但是，如上述的专利文献1那样，在具备保护罩的旋转传感器单元的情况下，由于能够利用保护罩保护磁检测元件等，因此，不仅是保护罩，壳体也要求以铸铝、树脂等形成。然而，如果以树脂、铝等非磁性材料形成壳体，由于外部磁场的磁力线通过壳体，因此容易由于外部磁场的影响而在磁编码器的测量中产生精度误差。

进一步，在没有保护罩的情况下，或者用非磁性材料形成保护罩和壳体的情况下，需要专门设置磁屏蔽罩，部件数量增加。特别地，在没有保护罩、并用非磁性材料形成壳体的情况下，磁屏蔽罩大型化，需要设置空间，因此存在旋转传感器单元大型化的问题。

进一步，近年来，随着磁编码器的不断向小型化推广，谋求使磁检测元件与编码器的相对的位置偏移更少。

发明内容

鉴于上述的情形，本发明的课题在于，对于具备供滚动轴承的外圈嵌合的壳体、由上述滚动轴承支承的轴、以及检测该轴的旋转的磁编码器的旋转传感器单元，防止磁检测元件与编码器的相对的位置偏移，并且不依赖于专用的磁屏蔽罩或者壳体就能够遮蔽磁检测元件使其不受外部磁场的影响。

为了达成上述课题，本发明提供一种旋转传感器单元，该旋转传感器单元具备：壳体，其供滚动轴承的外圈嵌合；轴，其由所述滚动轴承支承；以及磁编码器，其检测该轴的旋转，其特征在于，使沿轴向被按压于所述壳体的一侧端的盖面向所述轴的一侧端面，利用所述盖沿轴向推压所述外圈的一个侧面从而对其赋予预压力，将所述磁编码器的编码器支承于所述轴，将所述磁编码器的磁检测元件支承于所述盖，利用磁性材料形成所述盖、所述轴以及所述外圈，将所述磁检测元件配置在由所述盖、所述轴的一侧端面以及所述外圈形成的磁屏蔽空间中。

具体而言，如果设置沿轴向被按压于所述壳体的一侧端的盖，则能够利用盖沿轴向推压外圈的一侧面从而对其赋予预压力。当对滚动轴承赋予预压力后，该滚动轴承的刚性会提高，从而防止了轴振摆。

如果将磁编码器的编码器支承于轴振摆被消除了的轴，并将磁编码器的磁检测元件支承于被按压于壳体的盖，则能够防止磁检测元件与编码器的相对的位置偏移。

进一步，如果使盖面向轴的一侧端面，则能够在盖与轴的一侧端面之间得到空间。由于形成为利用盖推压轴的一个侧面的预压构造，因此盖与轴的一侧端面之间的空间由盖和外圈包围。因此，利用磁性材料形成盖、轴以及外圈，即可利用盖、轴以及外圈形成外部磁场的磁力线无法直接进入的磁屏蔽空间。

如果将磁检测元件配置于该磁屏蔽空间，则不依赖于专用的磁屏蔽罩或壳体就能够遮蔽磁检测元件以使其不受外部磁场的影响。

优选采用利用磁性材料形成所述滚动轴承的内圈和夹装在该内圈与所述外圈之间的滚动体的结构。

如果利用磁性材料形成内圈和滚动体，则外部磁场的磁力线由内圈等捕捉，因此磁力线难以通过滚动轴承直接进入盖与轴的一侧端面之间。因此，容易更大地得到磁屏蔽空间。

再者，从轴向另一方侧接近滚动轴承的外部磁场的磁力线能够相对于径向平面朝轴向另一方侧带有倾斜角地进入内外圈之间的环状空间，如果内圈等为非磁性材料，则磁力线通过内圈等并直接进入轴的一侧端面与盖之间的空间的可能性变高。虽然增大外圈宽度能够防止这种情况，但是增大外圈宽度会导致变重，因此不是优选的。通过利用磁性材料形成内圈和滚动体，即便外部磁场的磁力线带有倾斜角地进入内外圈之间的环状空间，也能够利用内圈等捕捉该磁力线。另外，由于通过对滚动轴承施加预压力确保了滚动体与内外圈的接触，因此能够使由滚动体捕捉的磁力线迂回至内外圈。

只要不会给上述磁编码器的测量造成障碍，则不去计较上述滚动轴承的种类、组装于上述壳体的轴承数目、以及是否是由上述滚动轴承形成的组合轴承的结构。

形成上述轴、上述盖、上述外圈、上述内圈、以及上述滚动体的各磁性材料并不需要统一为相同的物性，能够根据它们的功能适当地采用不同物性的磁性材料。作为磁性材料例如能够从铁、硅钢、强磁性铁镍合金、铁硅铝磁合金、珀明德铁钴系高磁导率合金、软磁铁氧体中选择采用。

作为利用上述盖沿轴向推压上述外圈的一个侧面从而对其赋予预压力的结构，不仅包含利用上述盖直接推压上述外圈的一个侧面的结构，还包含经由夹装于上述盖与上述外圈的一个侧面之间的环状的垫圈赋予预压力的结构。

在利用上述盖直接推压上述外圈的一个侧面的情况下，如果平行地形成盖的另一侧面和轴的一侧端面，则在盖与轴的一个侧面之间得到空间的方面存在界限，难以以足够的广度形成上述磁屏蔽空间。在该情况下，在盖的另一侧面和轴的一个侧面中的至少一方形成扩大两个面之间的对置间隔的凹陷，则能够扩大盖与轴的一个侧面之间的空间。

另一方面，在想要节省在盖的另一个侧面和轴的一侧端面上形成凹陷的工事的情况下，可以将分隔圈夹装在所述外圈的一个侧面与所述该之间，利用磁性材料形成所述分隔圈。

利用分隔圈隔离盖的另一个侧面和轴的一个侧面之间，能够扩大上述的空间。因此，能够以简单的平面形成盖的另一个侧面和轴的一侧端面，加工变得简单。

如上所述，根据本发明的结构，由于不依赖于壳体也能够形成磁屏蔽空间，因此无论壳体是磁性材料或者非磁性材料，或者壳体是密闭或者具有敞开部的结构都能够应用。

特别地，如果利用树脂或者铝形成壳体，则能够实现壳体的轻量化。此处，铝意味着包含铝合金。

一般情况下壳体和盖由相同的原材料形成，但是，磁性材料比树脂或铝重。通过利用树脂或者铝形成壳体，并利用磁性材料形成盖，能够使上述磁屏蔽空间的形成和旋转传感器单元的轻量化并存。

能够利用树脂或者铝形成壳体，前提是不存在对壳体作用有较大的外力的担忧，在这种情况下，作为形成盖的磁性材料，不需要使用强度优异的高碳钢材。

因此，作为形成上述盖的上述磁性材料能够使用冷轧钢板或者普通构造用轧制钢材。由此，能够提高盖的加工性。

如上所述，对于本发明，旋转传感器单元具备：壳体，其供滚动轴承的外圈嵌合；轴，其由所述滚动轴承支承；以及磁编码器，其检测该轴的旋转，其中，利用磁性材料形成用于对滚动轴承赋予预压力的盖、外圈、以及轴，由此在盖与轴的一侧端面之间的空间中形成磁屏蔽空间，并且将磁检测元件配置于该磁屏蔽空间，因此不依赖于专用的磁屏蔽罩或者壳体就能够遮蔽磁检测元件以使其不受外部磁场的影响。

附图说明

图1是示出第一实施方式的整体结构的剖视图。

图2是示出第二实施方式的整体结构的剖视图。

标号说明

1、5...滚动轴承；2...壳体；3...轴；4...磁编码器；6、6’...盖；7...螺栓；8...密封环；9a...油封；9b...甩油环；10...分隔圈；11...外圈；12...内圈；13...滚动体；14...密封件；21...安装凸缘；22...肩；41...磁检测元件；42...编码器；43...电路基板；61...外周部；62...退让部；63...贯通孔。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1以轴向平面的剖切面示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转传感器单元的整体结构。

如图1所示，第一实施方式所涉及的旋转传感器单元具备：壳体2，其供滚动轴承1的外圈11嵌合；轴3，其由滚动轴承1支承；以及磁编码器4，其检测该轴3的旋转。

在壳体2与轴3之间组装有滚动轴承1和与该滚动轴承1一起构成组合轴承的另一滚动轴承5。考虑转动惯性阻力，滚动轴承1、5分别是带密封件的球轴承。

壳体2在外周具有安装凸缘21，能够在组装了旋转传感器单元之后的状态下螺纹紧固于其他的设备的壳体。

该第一实施方式所涉及的旋转传感器单元以下述使用条件作为前提：另有保护罩保护该旋转传感器单元不受外力影响，或者不存在壳体2通过外力破坏的担忧。因此，与强度相比，壳体2更注重考虑轻量化、成形容易性，可通过树脂注射模塑成形形成。另外，壳体2也能够由铝形成。

轴3和滚动轴承1的外圈11、内圈12以及夹装在两个圈11、12之间的滚动体13由软磁性材料形成。这是为了避免轴3等的磁化。作为这些磁性材料能够使用铁系的软磁性材料。

滚动轴承1的各密封件14从压入嵌合于外圈11的密封槽的安装端到前端具有屏蔽板部。各密封件14的屏蔽板部由软磁性材料形成。因此，外部磁场的磁力线无法通过各密封件14的屏蔽板部。作为各密封件14的屏蔽板部的材料例如能够使用软磁性不锈钢板。

形成于壳体2的一个侧面的轴承组装口由沿轴向被按压在壳体2的一个侧端的盖6覆盖。在盖6的另一个侧面上形成有：外周部61，其被按压在壳体2的一侧端以及外圈11的一个侧面；以及退让部62，该退让部62通过使与轴3的一侧端面以及内圈12对置的区域比所述外周部61还朝轴向一方侧凹陷形成。盖6通过利用螺栓7将外周部61紧固于壳体2而被固定。在该固定状态下，盖6的退让部62沿轴向面对轴3的一侧端面，从而在盖6与轴3的一个侧面之间确保用于配置磁编码器4的空间。

从上述的使用条件出发，与强度相比，盖6更注重考虑加工性，由冷轧钢板形成。另外，盖6也能够由普通的构造用轧制钢材形成。

当利用螺栓7将盖6的外周部61按压于壳体2的一侧端时，滚动轴承1的外圈11的一个侧面整周都被盖6的外周部61朝轴向另一方侧推压。其结果是，能够利用壳体2的肩22、轴3的衬圈部4a、盖6对滚动轴承1、5赋予定位预压力。由此，滚动轴承1、5的刚性提高，防止了轴3的轴振摆。

轴3的另一侧端面从形成于壳体2的另一侧面的轴贯通口露出，且能够与外部设备的旋转轴连接。

另外，盖6的外周部61与壳体2之间由密封环8密封。壳体2的轴贯通口与轴3之间由油封9a、甩油环9b密封。

磁编码器4具有：磁检测元件41；编码器42；以及电路基板43，磁检测元件41安装于该电路基板43。作为磁编码器4能够利用用于测量轴3的旋转角、旋转位置、旋转速度、旋转数等的公知的磁编码器。在该第一实施方式中，磁检测元件41检测以90°的相位差产生的两相的磁通变化，并通过运算处理求出旋转角。并且，编码器42是沿圆周方向被交替磁化成N极和S极的编码器。

通过将电路基板43固定于盖6的退让部62的底部，磁检测元件41被支承于盖6。盖6的退让部62形成为利用径向平面支承电路基板43的板面。这是为了使磁检测元件41朝向轴向。另外，电路基板43被螺纹固定于盖6的退让部62，且电路基板43与盖6之间被绝缘。

编码器42以其旋转中心与轴3一致的方式通过安装件被固定在轴3的一侧端面上，由此编码器42由轴3支承。另外，为了使形状简单化，轴3的一侧端面形成为径向平面。

当将编码器42固定于轴3，并利用螺栓7将电路基板43所固定的盖6按压在壳体2的一侧端时，磁检测元件41的第一相用的磁检测元件和第二相用的磁检测元件带有90°的相位差被固定成与编码器42的磁化面对置的位置关系。即，将编码器42支承于被消除了轴振摆的轴3，并将磁检测元件41支承于被按压在壳体2上的盖6。因此，防止了磁检测元件41与编码器42的相对的位置偏移。

电路基板43的导线44从穿设于退让部62的贯通孔63被取出至外部。该贯通孔63由填充材料堵塞。考虑到对电路基板43的绝缘，填充材料不能是磁性材料。能够在预先填充具有绝缘性的填充材料之后通过层叠混入有磁性粉的填充材料在贯通孔63中设置磁屏蔽。

该第一实施方式所涉及的旋转传感器单元具有上述的结构，当通过上述盖6的按压对滚动轴承1、5赋予预压力时，能够遍及整周维持盖6的外周部61与外圈11的一个侧面的接触。形成于盖6的退让部62与轴3的一侧端面之间的空间由盖6的外周部61和外圈11包围，除了外部磁场的磁力线直接从盖6的贯通孔63进入的区域之外都形成磁屏蔽空间。磁检测元件41配置于该磁屏蔽空间。这样，由于该第一实施方式所涉及的旋转传感器单元利用赋予预压力所需的盖6、旋转传感器单元所必须的轴3以及外圈11来形成上述磁屏蔽空间，因此不用依赖于专用的磁屏蔽罩或者壳体2就能够遮蔽磁检测元件41以使其不受外部磁场的影响。

从轴向另一方侧接近滚动轴承1的外部磁场的磁力线由利用磁性材料形成的内圈12以及密封件14的屏蔽板部捕捉。即便暂时从密封件14与内圈12之间的细微的密封间隙进入滚动轴承1的内部空间，由于利用磁性材料形成的密封间隙面向内圈12的肩，因此该磁力线被内圈12捕捉。因此，外部磁场的磁力线无法穿过滚动轴承1直接进入盖6与轴3的一侧端面之间的空间。

另外，即便是在省略密封件14的情况下、或者不利用磁性材料形成密封件14的屏蔽板部的情况下，如果利用磁性材料形成内圈12和滚动体13，则即便外部磁场的磁力线相对于径向平面朝轴向另一方侧带有倾斜角地进入内外圈11、12之间的环状空间，该磁力线也被公转的滚动体13或者内圈12捕捉，因此无法直接进入盖6与轴3的一侧端面之间的空间。虽然沿轴向穿过内外圈11、12之间的外部磁场的磁力线能够挤过公转的滚动体13之间，但是会以该状态进入盖6，因此不会直接进入盖6与轴3的一侧端面之间的空间。

即便是在利用软磁性材料形成壳体2的情况下，也能够在壳体2上形成多个贯通内外的减重孔以实现轻量化。这是因为，无论以何种配置形成减重孔，都能够利用盖6、轴3以及外圈11得到磁屏蔽空间。

作为其他的例子，根据图2对本发明的第二实施方式进行说明。另外，以下以与上述第一实施方式的不同点为中心进行叙述，省略对认为是相同的结构的说明。

在该第二实施方式所涉及的旋转传感器单元中，通过将盖6’的另一个侧面形成单一的径向平面，能够使对盖6’的加工进行得较为容易。

分隔圈10夹装在盖6’的另一个侧面与外圈11的一个侧面之间。分隔圈10形成环状，且具有嵌合于壳体2的内周的外周。分隔圈10的另一个侧面遍及外圈11的一个侧面整周沿轴向抵靠于外圈11，盖6’的另一个侧面遍及分隔圈10的一个侧面整周沿轴向抵靠于分隔圈10。由此，将轴3的一侧端面和盖6’的另一个侧面形成为径向平面，并且确保了磁检测元件41等的配置空间。

利用盖6’对壳体2的推压而压入了分隔圈10，外圈11经由分隔圈11被盖6’推压，由此对滚动轴承1、5赋予定位预压力。在该状态下，分隔圈10包围盖6’与轴3的一侧端面之间的空间。分隔圈10由软磁性材料形成。因此，对于该第二实施方式所涉及的旋转传感器单元，不仅盖6’的加工容易，并且能够利用盖6’、轴3以及分隔圈10等形成上述磁屏蔽空间。

分隔圈10是为了对滚动轴承1等赋予预压力而必须的。因此，该第二实施方式所涉及的旋转传感器单元也不用依赖于专用的磁屏蔽罩或者壳体2就能够遮蔽磁传感器元件41以使其不受外部磁场的影响。

Claims (5)

1.一种旋转传感器单元，具备：壳体，其供滚动轴承的外圈嵌合；轴，其由所述滚动轴承支承；以及磁编码器，其检测该轴的旋转，该旋转传感器单元的特征在于，

使沿轴向被按压于所述壳体的一侧端的盖面向所述轴的一侧端面，利用所述盖沿轴向推压所述外圈的一个侧面从而对其赋予预压力，将所述磁编码器的编码器支承于所述轴，将所述磁编码器的磁检测元件支承于所述盖，将所述磁检测元件配置于所述盖与所述轴的一侧端面之间，利用磁性材料形成所述盖、所述轴以及所述外圈，将所述磁检测元件配置在由所述盖、所述轴的一侧端面以及所述外圈形成的磁屏蔽空间中。

2.根据权利要求1所述的旋转传感器单元，其特征在于，

利用磁性材料形成所述滚动轴承的内圈和夹装在该内圈与所述外圈之间的滚动体。

3.根据权利要求1或2所述的旋转传感器单元，其特征在于，

将分隔圈夹装在所述外圈的一个侧面与所述盖之间，利用磁性材料形成所述分隔圈。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转传感器单元，其特征在于，

利用树脂或者铝形成所述壳体。

5.根据权利要求4所述的旋转传感器单元，其特征在于，

作为形成所述盖的所述磁性材料使用冷轧钢板或者普通构造用轧制钢材。

Images