JP2001242187A - 磁気エンコーダ、車輪用軸受および磁気エンコーダの製造方法 - Google Patents
磁気エンコーダ、車輪用軸受および磁気エンコーダの製造方法Info
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Abstract
さい磁気エンコーダ、それを用いた車輪軸受、および磁
気エンコーダの製造方法を提供する。 【解決手段】 励磁コイル12を巻き付けた着磁ヨーク
11を磁性部材1と金属環2とを挟むように配置し、着
磁ヨーク11で挟み込まれた部分において磁性部材1を
磁束が貫通して着磁し、磁性部材1の周方向に沿って順
次着磁することで磁性部材1が周方向に多極磁化され
る。
Description
方向を検出する機能を持った軸受に応用される磁気エン
コーダ、その磁気エンコーダを有する車輪用軸受、およ
び磁気エンコーダの製造方法に関するものである。
して、磁性部材が環状部材に周状に形成され、かつ周方
向に多極磁化された構成が用いられている。回転数の検
出は、この磁気エンコーダを回転体とともに回転させ
て、磁性部材に近接対峙された磁気センサによりその回
転を検出することにより行なわれる。
磁方法としては、従来、一発着磁方法とインデックス着
磁方法とがあった。
発着磁する方法を説明するための図である。図17を参
照して、まず環状部材である金属環102と、その金属
環102の外周面に設けられた磁性部材101とからな
る磁気エンコーダ103が準備される。その磁気エンコ
ーダ103の磁性部材101表面に励磁コイル112が
対向するように、複数本の励磁コイル112を支持する
着磁ヨーク111が配置される。この状態で、励磁コイ
ル112に所定方向に電流を流すことによって、磁性部
材101は着磁されて周方向に多極磁化される。
ンデックス着磁する方法を説明するための図である。図
18を参照して、まず環状部材である金属環202と、
その金属環202の外周面に設けられた磁性部材201
とからなる磁気エンコーダ203が準備される。この磁
気エンコーダ203の外周面に、励磁コイル212が巻
付けられた着磁ヨーク211の1対の歯形が近接配置さ
れる。この状態で、励磁コイル212に電流を流すこと
により着磁ヨーク211内を所定方向に通る磁束が発生
し、歯形間を通る磁束によって磁性部材201が着磁さ
れて1対のN極とS極とが得られる。この後、磁気エン
コーダを所定角度回転させて着磁するという工程を繰返
すことにより、磁性部材201の全周が周方向に多極磁
化される。なお、この方法を以下、本明細書中において
表層着磁法と呼ぶ。
に示す一発着磁法では、着磁強度は大きいものの、狭ピ
ッチ(約1.5mmの磁極幅以下)になると、磁極1個
ずつの製作精度やコイルの巻き方により、着磁ピッチむ
らが大きくなるという問題点があった。
ヨーク211の歯形は1対であるためワークを回転させ
るスピンドルの割出し精度さえ確保すれば、着磁ピッチ
精度は良好となる。しかし、この方法では、磁性部材2
01の表層しか着磁することができないため、着磁強度
が小さいという問題点があった。
一発着磁法程度に大きく、かつ着磁ピッチ誤差が表層着
磁法程度に小さい磁気エンコーダおよびその製造方法を
提供することである。
く、かつ着磁ピッチ誤差の小さい磁気エンコーダを有す
る車輪用軸受を提供することである。
は、環状部材と、環状部材に周状に設けられかつ周方向
に多極磁化した磁性部材とを備えた磁気エンコーダにお
いて、磁性部材の着磁ピッチ誤差が3%以下で、かつ単
位磁極当りの表面着磁強度が30mT/mm以上である
ことを特徴とするものである。
表層着磁法で得られる着磁ピッチ誤差程度に小さく、か
つ表面着磁強度が30mT/mm以上と一発着磁法によ
り得られる表面着磁強度程度に大きい磁気エンコーダを
得ることができる。このため、回転数などの検出をより
高精度に行なうことが可能となる。
は磁性体よりなり、磁性部材は磁性粉体を混入したエラ
ストマよりなることが好ましい。
め、磁性部材着磁時の磁束の漏れが抑制でき、磁性部材
の着磁強度が向上する。
支持する車輪用軸受であって、上記の磁気エンコーダが
装着された回転部材を有し、車輪の回転速度を検出する
ために磁気エンコーダが磁気センサと近接対峙するよう
に回転部材が配置されていることを特徴とするものであ
る。
出可能な磁気エンコーダ付の車輪用軸受を得ることがで
きる。
転可能に支持する固定部材を有し、磁気エンコーダは回
転部材と固定部材との間の環状空間を密封するシール装
置を構成することが好ましい。
に併用できるため、部品点数の増加を防止できる。
磁気エンコーダの環状部材に摺接可能に固定部材に取付
けられたシール部材を有することが好ましい。
外からの異物や水分の侵入を防止することができる。
性部材を環状部材に周状に設けて着磁する磁気エンコー
ダの製造方法において、磁性部材を着磁するための磁束
を通す着磁ヨークを磁性部材と環状部材とを挟むように
配置し、着磁ヨークで挟み込まれた部分において磁性部
材を磁束が貫通して着磁し、磁性部材の周方向に沿って
順次着磁することで磁性部材を周方向に多極磁化するこ
とを特徴とするものである。
んで磁束が磁性部材を貫通するように着磁するため、着
磁強度を一発着磁法により得られる着磁強度程度に大き
くすることができる。また、磁極ごとに着磁するため、
スピンドルの割出し精度さえ確保できれば着磁ピッチ誤
差を表層着磁法で得られる着磁ピッチ誤差程度に小さく
することができる。
て、磁性部材の周表面をN極に着磁する時とS極に着磁
する時とで、着磁条件を可変とすることが好ましい。
S極とが同一着磁強度となるように制御することが可能
となる。
て、N極着磁時とS極着磁時とで、着磁ヨークに巻付け
られたコイルに流す電流値を変えることが好ましい。
することが可能となる。上記の磁気エンコーダの製造方
法において、N極着磁時とS極着磁時とで、着磁ヨーク
に巻付けるコイルの巻数を切換えることが好ましい。
制御することが可能となる。
て図に基づいて説明する。
エンコーダの構成を概略的に示す平面図であり、図2は
図1の100−100線に沿う概略断面図であり、図3
は図1の領域A0を拡大して示す部分平面図である。
態の磁気エンコーダ3は、磁性部材1と環状部材である
金属環2とを有している。磁性部材1は、金属環2に周
状に配置されており、本実施の形態では金属環2の外周
面に配置されている。
向にN極とS極とが交互に磁化された、いわゆる多極磁
化された構成を有している。
誤差を有し、かつ30mT/mm以上の単位磁極当りの
表面着磁強度を有している。
より与えられるものである。
により測定された着磁強度分布より求められる。つまり
図1の磁性部材1の着磁強度をホールセンサにて測定す
ると、たとえば図4(a)に示す波形の表面着磁強度分
布に対して、図4(b)に示すようにある一定の着磁レ
ベルを基準とした+と−の矩形のデジタル信号が得られ
る。このデジタル信号において、1対のN極とS極とを
1極として、極数nと、各磁極のピッチP1、P2、…、
Pnと、着磁ピッチ平均値とを求め、上記の式に基づい
て着磁ピッチ誤差が算出される。
(a)、(b)に示すように等しいピッチ(P1=P2=
…=Pn)で各磁極の着磁がなされている場合には、着
磁ピッチ誤差は0となる。しかし、図5(a)、(b)
に示すように実際には着磁強度にばらつきが生じるた
め、着磁ピッチがばらついて着磁ピッチ誤差が生じるこ
とになる。
の表面(外周面)の着磁強度であり、センサエアギャッ
プがほぼ0mmでの磁束密度である。この表面着磁強度
は、たとえばガウスメータを磁性部材1の表面に接近さ
せた状態で測定される。このガウスメータは、センサに
ホール素子を用い、着磁強度に比例したアナログ電気出
力を得て、その出力を換算して着磁強度(磁束密度)を
表示するものである。
造方法について説明する。図6は本発明の一実施の形態
における磁気エンコーダの製造方法における着磁工程を
示す図であり、図7は図6(b)の領域A1を拡大して
示す図である。
て、励磁コイル12を巻付けた着磁ヨーク11が、磁気
エンコーダ3の内周側および外周側の双方から挟み込む
ように、つまり磁性部材1と金属環2との双方を挟み込
むように固定される。磁気エンコーダ3は、図示してい
ないが、回転振れが少なく割出し精度に優れたスピンド
ルに取付けられており、着磁面の外径振れは最小となる
ようにセットされている。
mの回転速度で回転させながら、回転角位置に同期させ
て、パルス状の電流を励磁コイル12に流しながら1回
以上の回数で着磁が行なわれる。これを順次実施するこ
とにより、多極磁化された磁性部材1を有する磁気エン
コーダ3を製造することができる。
で示すように磁束は磁性部材1を貫通するため、磁性部
材1の着磁強度を大きくすることができる。また、ラジ
アル振れが数μmで磁極数よりも千倍以上の分割数を持
つ割出し精度のスピンドルに磁気エンコーダ3がセット
されている場合には、着磁ピッチ誤差が±0.1%程度
と、3%以下になることは明白である。
磁極幅と表面着磁強度との関係について調べたところ、
図8に示す結果が得られた。この結果より、上記の方法
で得られた磁気エンコーダ3の表面着磁強度は図18に
示す表層着磁法よりも高く、かつ磁極幅当りに換算する
と、いずれの磁極幅においても30mT/mm以上確保
できていることがわかる。
3と、図17に示す一発着磁法で製作した磁気エンコー
ダ103と、図18に示す表層着磁法で製作した磁気エ
ンコーダ203との各着磁ピッチ誤差および各着磁強度
について測定したところ、表1に示す結果が得られた。
し、着磁極数を32極対数(磁極幅1.5mm)とし、
磁性部材1にゴム磁石を用い、金属環2に磁性材料を用
い、かつ測定エアーギャップをほぼゼロとした場合の結
果である。
(挟み込み法)により得られた磁気エンコーダ3は、一
発着磁法により得られた磁気エンコーダ103と同程度
の着磁強度を有するとともに、表層着磁法により得られ
た磁気エンコーダ203と同程度の着磁ピッチ誤差を有
することがわかる。
磁石であってもプラスチックマグネットであってもよ
い。また金属環2の材料は、磁性材料であることが好ま
しい。なぜなら、金属環2が磁性材料よりなることで、
着磁時の見掛け上のギャップが少なくなり着磁強度を大
きくすることができるからである。つまり、非磁性材料
や空気の透磁率を1としたとき、磁性材料(たとえば
鉄)の透磁率は1000以上と高くなるため、金属環2
に磁性材料を用いることで着磁時の磁束が金属環2でロ
スされることなく磁性部材1を通り、磁性部材1の着磁
強度を大きくすることができるからである。
S極とが同時に形成されるため、その着磁強度はほぼ同
一となる。しかし、本実施の形態の方法では、N極とS
極とが必ずしも同一強度とならない場合がある。その場
合には、N極とS極とを着磁するときに着磁条件(励磁
コイル12に流す電流値または励磁コイル12の巻数
(ターン数))をコントロールすることで、N極とS極
とをほぼ同じ着磁強度にすることが可能と考えられる。
は、図17に示す一発着磁法の着磁ヨーク111の構造
よりも簡便である。つまり、図17に示す一発着磁法の
着磁ヨーク111では、励磁コイル112を配置するた
めに磁極分だけ等ピッチで金型を製作する必要があり、
着磁ピッチ誤差を少なくするためコストが高くなる。一
方、本実施の形態の着磁ヨーク11では、そのような高
い製作精度は要求されないため、イニシャルコスト(着
磁ヨークの製作費)が安価になるというメリットがあ
る。
ヨーク11はそのままで着磁タイミングをソフトウェア
的に変えることによって、任意な着磁幅の磁気エンコー
ダを製作できるというメリットもある。つまり、本実施
の形態に用いる着磁装置に磁極数を入力すれば、1回転
中に磁極数分だけのパルス状の着磁電流が励磁コイル1
2に流れ、これにより磁気エンコーダ3の回転数と磁極
数とから着磁電流の同期が決まる。
適用した車輪用軸受の各種の構成について説明する。
エンコーダを車輪用軸受に適用した第1の例を示す概略
断面図であり、図10は図9の領域A2を拡大して示す
部分断面図である。
は、ホイール28とタイヤ29よりなる車輪(駆動輪)
を支持するハブ輪25などの回転側部材を、ナックル2
6などの固定側部材に対して回転可能に支持するもので
ある。この車輪用軸受は、内輪21と、外輪22と、転
動体23と、保持器24と、磁気エンコーダ3を含むシ
ール装置30とを主に有している。内輪21はハブ輪2
5の外周面に嵌合されており、外輪22はナックル26
の内周面に嵌合されている。転動体23は、この内輪2
1と外輪22との間で転動可能なように保持器24に保
持されている。
に圧入されており、その状態で周方向に多極磁化された
磁性部材1が、ナックル26に固定された磁気センサ5
と近接対峙している。
入されており、この固定ディスク31に取付けられた密
閉部材32が環状部材2に摺接可能に配置されている。
これにより、磁気エンコーダ3と固定ディスク31と密
閉部材32とからシール装置30が構成され、磁気エン
コーダ3はシールスリンガとしても機能する。このシー
ル装置30により、車輪用軸受内からの油の漏れや軸受
外からの異物や水分の侵入を防止することができる。
気エンコーダを車輪用軸受に適用した第2の例を示す概
略断面図であり、図12は図11の領域A3を拡大して
示す断面図である。
は、図9と図10の構成と同様に車輪(駆動輪)を回転
可能に支持するものであり、内輪21と、外輪22と、
転動体23と、保持器24と、磁気エンコーダ3とを主
に有している。特に磁気エンコーダ3は、2つの軸受の
間に位置するように内輪21の外径に圧入されている。
この磁気エンコーダ3の磁性部材1に近接対峙するよう
に磁気センサ5が2つの軸受の間に配置されている。
び図10に示す構成とほぼ同じであるため、同一の部材
については同一の符号を付し、その説明を省略する。
気エンコーダを車輪用軸受に適用した第3の例を示す概
略断面図であり、図14は図13の領域A4を拡大して
示す断面図である。
は、車輪(従動輪)を回転可能に支持するものであり、
内輪21と、ハブ輪と一体化した外輪22と、転動体2
3と、保持器24と、磁気エンコーダ3とを主に有して
いる。特に磁気エンコーダ3は、ハブ輪25の外周に圧
入されている。この磁気エンコーダ3の磁性部材1に近
接対峙するように磁気センサ5が固定側部材に取付けら
れている。なお、この車輪用軸受では、外輪22が回転
部材側であり、内輪21が固定部材側である。
気エンコーダを車輪用軸受に適用した第4の例を示す概
略断面図であり、図16は図15の領域A5を拡大して
示す断面図である。
は、車輪(従動輪)を回転可能に支持するものであり、
内輪21と、ナックルに一体化した外輪22と、転動体
23と、保持器24と、磁気エンコーダ3とを主に有し
ている。特に磁気エンコーダ3は、内輪21の端部外径
に圧入されている。この磁気エンコーダ3の磁性部材1
に近接対峙するように磁気センサ5が固定部材に配置さ
れている。なお、この車輪用軸受では、内輪21が回転
部材側であり、外輪22が固定部材側である。
内輪21はハブ輪25と別体であってもよく、また一体
であってもよい。また外輪22は、ナックル26と別体
であってもよく、一体であってもよい。
は、磁性体の方がバックメタルとして磁束密度が増大
し、かつ防錆能を有するため、SUS430などのフェ
ライト系ステンレス鋼板をプレス成形して製作されたも
のであることが好ましい。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
ーダでは、着磁ピッチ誤差が3%以下と表層着磁法で得
られる着磁ピッチ誤差程度に小さく、かつ表面着磁強度
が30mT/mm以上と一発着磁法により得られる表面
着磁強度程度に大きくすることができる。このため、回
転数の検出などをより高精度に行なうことが可能とな
る。
ンコーダを有するため、車輪の回転速度を高精度に検出
することができる。
は、磁性部材を着磁ヨークで挟み込んで磁束が磁性部材
を貫通するように着磁するため、着磁強度を一発着磁法
により得られる着磁強度程度に大きくすることができ
る。また、磁極ごとに、着磁するためスピンドルの割出
し精度さえ確保すれば、表面着磁強度を表層着磁法で得
られる数値程度に小さくすることができる。
ダの構成を概略的に示す平面図である。
ある。
ある。
す図である。
示す図である。
ダの製造方法における着磁工程を示す図である。
る。
ダの表面着磁強度と磁極幅との関係を示す図である。
ダを車輪用軸受に適用した場合の第1の例を示す概略断
面図である。
である。
ーダを車輪用軸受に適用した場合の第2の例を示す概略
断面図である。
図である。
ーダを車輪用軸受に適用した場合の第3の例を示す概略
断面図である。
図である。
ーダを車輪用軸受に適用した場合の第4の例を示す概略
断面図である。
図である。
一発着磁法を説明するための図である。
表層着磁法を説明するための図である。
着磁ヨーク、12励磁コイル。
2)
制御することが可能となる。本発明の車輪用軸受装置
は、外輪部材と、内輪部材と、複列の転動体と、シール
装置と、磁気エンコーダとを備えている。外輪部材は、
内周に複列の転走面を有している。内輪部材は、複列の
転走面の各々に対向する転走面を有している。複列の転
動体は、外輪部材と内輪部材との間に介在している。シ
ール装置は、内輪および外輪部材間の環状空間を密封す
る。磁気エンコーダは、内輪および外輪部材のうち回転
側の部材に、交互の磁極を形成するように着磁されてい
る。内輪部材および外輪部材のいずれか一方には車輪を
支持するハブ輪を有しており、磁気エンコーダの着磁ピ
ッチ誤差が3%以下である。上記の車輪用軸受装置にお
いて好ましくは、磁気エンコーダがシール装置に取付け
られている。上記の車輪用軸受装置において好ましく
は、車輪を支持するハブ輪に、複列の転走面の一方が直
接形成されている。上記の車輪用軸受装置において好ま
しくは、車輪を支持するハブ輪が、外輪部材と一体に形
成されている。上記の車輪用軸受装置において好ましく
は、複列の転走面の各々に対向する転走面のそれぞれ
が、車輪を支持するハブ輪と別体である内輪に形成され
ている。上記の車輪用軸受装置において好ましくは、内
輪部材は、駆動輪を支持するハブ輪を有している。
の表面(外周面)の着磁強度であり、センサエアギャッ
プがほぼ0mmでの磁束密度である。この表面着磁強度
は、たとえばガウスメータを磁性部材1の表面に接近さ
せた状態で測定される。このガウスメータは、センサに
ホール素子を用い、着磁強度に比例したアナログ電気出
力を得て、その出力を換算して着磁強度(磁束密度)を
表示するものである。そして、単位磁極当りの表面着磁
強度とは、1つの磁極内における表面着磁強度の最大値
を磁極幅で割った値である。
し、着磁極数を32極対数(磁極幅1.5mm)とし、
磁性部材1にゴム磁石を用い、金属環2に磁性材料を用
い、かつ測定エアーギャップをほぼゼロとした場合の結
果である。ここで、エアーギャップがほぼゼロとは、ガ
ウスメータのプローブ先端を磁性部材1に接触させて測
定した状態をいい、プローブ内部のホール素子と磁性部
材1との距離が約0.21mmとなっている状態であ
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 環状部材と、前記環状部材に周状に設け
られかつ周方向に多極磁化した磁性部材とを備えた磁気
エンコーダにおいて、 前記磁性部材の着磁ピッチ誤差が3%以下で、かつ単位
磁極当りの表面着磁強度が30mT/mm以上であるこ
とを特徴とする、磁気エンコーダ。 - 【請求項2】 前記環状部材は磁性体よりなり、前記磁
性部材は磁性粉体を混入したエラストマよりなることを
特徴とする、請求項1に記載の磁気エンコーダ。 - 【請求項3】 車輪を回転可能に支持する車輪用軸受で
あって、 請求項1または2に記載の磁気エンコーダが装着された
回転部材を有し、前記車輪の回転速度を検出するために
前記磁気エンコーダが磁気センサと近接対峙するように
前記回転部材が配置されていることを特徴とする、車輪
用軸受。 - 【請求項4】 前記回転部材を回転可能に支持する固定
部材を有し、前記磁気エンコーダは前記回転部材と前記
固定部材との間の環状空間を密封するシール装置を構成
することを特徴とする、請求項3に記載の車輪用軸受。 - 【請求項5】 前記シール装置は、前記磁気エンコーダ
の前記環状部材に摺接可能に前記固定部材に取付けられ
たシール部材を有する、請求項4に記載の車輪用軸受。 - 【請求項6】 磁性部材を環状部材に周状に設けて着磁
する磁気エンコーダの製造方法において、 前記磁性部材を着磁するための磁束を通す着磁ヨークを
前記磁性部材と前記環状部材とを挟むように配置し、前
記着磁ヨークで挟み込まれた部分において前記磁性部材
を磁束が貫通して着磁し、前記磁性部材の周方向に沿っ
て順次着磁することで前記磁性部材を周方向に多極磁化
することを特徴とする、磁気エンコーダの製造方法。 - 【請求項7】 前記磁性部材の周表面をN極に着磁する
時とS極に着磁する時とで、着磁条件を可変としたこと
を特徴とする、請求項6に記載の磁気エンコーダの製造
方法。 - 【請求項8】 前記N極着磁時と前記S極着磁時とで、
前記着磁ヨークに巻付けられたコイルに流す電流値を変
えることを特徴とする、請求項7に記載の磁気エンコー
ダの製造方法。 - 【請求項9】 前記N極着磁時と前記S極着磁時とで、
前記着磁ヨークに巻付けるコイルの巻数を切換えること
を特徴とする、磁気エンコーダの製造方法。
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