JP2002174258A - 回転センサ付き軸受およびこれを用いたモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサに流れる漏洩磁束のループを遮断
して磁気センサへの影響を少なくした回転センサ付き軸
受およびモータを提供する。 【解決手段】 外輪１と内輪３間に磁性体からなる磁気
バイパス１６を配置することにより、磁気センサ８への
磁束の漏れを軽減する。また、センサケース７を保護あ
るいは外部磁界からセンサをシールドするセンサケース
固定リング６が外輪１と接触する部分のうち、磁気セン
サ８の上部に当たる部分に切欠窓１７を形成することに
より、磁気センサ８へ流れる漏洩磁束のループを遮断し
て磁気センサ８への影響を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は回転センサ付き軸
受およびこれを用いたモータに関し、特に、回転検出機
能を必要とする軸を支持する回転センサ付き軸受に関
し、特に、汎用モータのように大きな磁界を発生する付
近に使用される回転センサ付き軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の回転センサ付き軸受の縦
断面図である。図１１において、回転センサ付き軸受
は、外輪１と内輪３および転動体２からなる転がり軸受
で構成されており、回転側（たとえば内輪３側）にパル
サーリング４が芯金５を介して固定され、非回転側（た
とえば外輪１側）に磁気センサ８がセンサケース７とセ
ンサケース固定リング６を介して固定されている。この
ような回転センサ付き軸受は小型かつ組立調整が不要で
ありさらに堅牢などの特徴を有しており、モータ支持軸
受などに利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大きな
磁界を発生するコイルや磁石の磁路内に図１１に示した
センサ付き軸受を組込んだ場合、その外部磁界による漏
洩磁束によってセンサ付き軸受の出力が誤動作する場合
がある。

【０００４】たとえば、図１２に示すように、センサ付
き軸受をモータに組込んだ場合について説明する。図１
２に示した例では、回転軸１２に組込まれたモータロー
タ１１はフロント側軸受１４と回転センサを組込んだリ
ア軸受１５によってハウジング１３に支持されており、
モータステータ１０はハウジング１３に固定されてい
る。モータステータ１０に大きな電流を流す場合には、
磁束の流れを無視できなくなり、図１２の矢印で示すよ
うにモータロータ１１から回転軸１２、さらには内輪
３，外輪１，ハウジング１３を介してモータステータ１
０に戻る磁気ループが発生する。

【０００５】なお、電流の流れる向きが逆になれば磁気
ループは反対向きになる。この際、内輪３と外輪１との
間では、転動体２およびリテナ１９を除けば非磁性部分
が支配的で磁気抵抗が大きくなるため、磁束が漏洩しや
すくなり、この漏洩磁束は磁気センサ８に影響を及ぼ
し、センサ信号が乱れたり、誤動作する問題があった。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、磁
気センサに流れる漏洩磁束のループを遮断して磁気セン
サへの影響を少なくし得る回転センサ付き軸受およびこ
れを用いたモータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、内輪，外輪
および内輪と外輪との間に収容される複数の転動体を備
え、回転体の回転速度を検出するセンサを内蔵した回転
センサ付き軸受であって、内輪または外輪のいずれか一
方が回転側軌道輪を構成し、他方が固定側軌道輪を構成
し、回転側軌道輪の一端部に装着されるパルサーリング
と、このパルサーリングに対向して固定側軌道輪に装着
されるセンサと、内輪と外輪との環状空間内の、転動体
とセンサとの間に配設され、磁気経路を形成するための
磁性リングとを備えたことを特徴とする。

【０００８】これにより、漏洩磁束は磁気センサやパル
サーリングに与える影響を最小限に留めて、センサ出力
波形が乱れたり、誤動作するのを防止することが可能と
なり、外部漏洩磁束に対して強くすることができる。

【０００９】また、磁性リングと回転側軌道輪とのエア
ギャップが０．５ｍｍ以下に選ばれることを特徴とす
る。

【００１０】さらに、センサを保持するセンサケース
と、このセンサケースを固定するセンサケース固定リン
グと、パルサーリングを保持する芯金を備え、センサケ
ース固定リングと芯金は磁性部材で構成されることを特
徴とする。

【００１１】さらに、センサケース固定リングと、回転
側軌道輪との間に磁気抵抗を小さくする磁気バイパスを
設けたことを特徴とする。

【００１２】さらに、センサケース固定リングに、この
センサケース固定リングを装着する固定側軌道輪側でか
つセンサの近傍にスリットを形成したことを特徴とす
る。

【００１３】さらに、パルサーリングは磁性粉を混入し
たエラストマからなる着磁エンコーダからなることを特
徴とする。

【００１４】さらに、着磁エンコーダにおけるエラスト
マの厚さが２ｍｍ以上であることを特徴とする。

【００１５】さらに、ハウジングとハウジングに固定さ
れたステータと、ステータに対向して配置され回転軸に
固定されるロータとを備え、この発明の回転センサ付き
軸受をモータの回転軸の支持に用いたことを特徴とす
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態を示
す図であり、図１１の外輪１と内輪３と転動体２部分を
拡大して示したものである。この図１に示した実施形態
の回転センサ付き軸受も外輪１と内輪３および転動体２
から構成されている。外輪１の内径面に磁性体からなる
磁気バイパス１６が嵌合されており、その先端は内輪３
に圧入されたパルサーリング４の芯金５の外径に対して
０．５ｍｍ程度の隙間を保っている。

【００１７】このような磁気バイパス１６を配置するこ
とにより、外輪１から内輪３への磁束、つまりモータな
どから発生する漏洩磁束は最も磁気抵抗の少ない磁気バ
イパス１６を流れることになり、磁気センサ８やパルサ
ーリング４部分に与える影響を抑制できる。

【００１８】また、図示しないが、磁気バイパス１６の
先端にシール機能を付加すれば、グリースなどの潤滑剤
が封印され、ごみの侵入を防止できる。さらに、シール
材の中に磁性材が含まれていれば、さらに磁気抵抗が減
少する。

【００１９】磁気バイパス１６はパルサーリング４にで
きるだけ近くなるように配置すれば、外部漏洩磁束は磁
気センサ８やパルサーリング４を貫通するよりも磁気バ
イパス１６を流れる方が多くなり、結果として磁気セン
サ８の出力に対する外部漏洩磁束の影響が減少する。

【００２０】図２は図１に示した隙間と磁気センサ８の
耐漏洩磁束性の関係を磁場解析により求めたものであ
る。図２の結果から、磁気バイパス１６とパルサーリン
グ４との隙間が狭いほど磁気センサ８に与える影響の少
ないことがわかる。特に、０．５ｍｍ以下の隙間の場
合、耐漏洩磁束に対する寄与度が大きくなることがわか
った。

【００２１】通常、パルサーリング４としてはゴム磁石
やプラスチック磁石の円周上に多極着磁された着磁エン
コーダが用いられ、磁気センサ８としてはホールセンサ
やＭＲセンサが用いられる。

【００２２】図３はこの発明の他の実施形態を示す断面
図であり、さらに耐漏洩磁束性を高めたものであり、図
４は図３の矢視Ａから見た図である。図３および図４に
示した実施形態は、磁気バイパス１６以外に２つの改良
を追加したものである。すなわち、その１つは図４に示
すように、センサケース７を覆うセンサケース固定リン
グ６の磁気センサ８上部に切欠窓１７を設けて磁気セン
サ８に洩れる漏洩磁束のループを遮断する。この切欠窓
１７は外輪１にできるだけ近い方が効果がある。

【００２３】図５はこの発明のさらに他の実施形態を示
す図であり、図３の矢視Ａから見た図である。この図５
に示した実施形態では、２個の磁気センサ８，８を隣接
して配置したものである。この場合は、切欠窓１７も長
く開けるのが好ましい。

【００２４】この実施形態の特徴の２つ目は、図３に示
すセンサケース固定リング６から内輪３へ流れる磁路を
形成する磁性体からなる側板１８を設けて耐漏洩磁束性
を向上させている。

【００２５】図６は図３〜図５に示した実施形態を実験
によりその効果を確認したものである。前述の図１２に
示したモータコイルに代えて、軸に同心円に巻かれたコ
イルに直流電流を流し、センサ出力が誤動作するときの
電流値とコイル巻数の積（起磁力）で耐漏洩磁束性を評
価したものである。図６から明らかなように、磁気バイ
パス１６，切欠窓１７および側板１８の３つが付加され
たセンサ付き軸受が最も耐漏洩磁束性の優れているのが
わかる。

【００２６】図７は図４および図５に示した切欠窓が耐
漏洩磁束性にどれだけ寄与するかを示す解析結果であ
る。図７に示したデータでは、側板１８はすべての条件
でつけている。磁気バイパス１６を取付けただけのもの
より、切欠窓をさらに追加した方が耐漏洩磁束性が向上
することが解析結果からも明らかである。

【００２７】図８は磁場解析によりＹ方向の磁束分布を
求めた結果を示す図である。この例では、パルサーリン
グ４として着磁ゴムエンコーダを使用し、磁気センサ８
としてホールセンサが使用されている。解析結果はエン
コーダの着磁方向とは逆向きの漏洩磁束をかけた場合の
センサ付近の磁界変化を表わしている。

【００２８】図８（ａ）は磁気バイパス１６，切欠窓１
７および側板１８の３つの対策を施した場合の解析結果
である。パルサーリング４の上方向の磁束が漏洩磁束に
より押し潰されることなく広がっており、磁気センサ付
近の磁束分布は漏洩磁束の影響を受けていないことがわ
かる。

【００２９】一方、図８（ｂ）は対策を施さない場合を
表わしている。パルサーリング４（着磁ゴム）の磁束が
漏洩磁束により押し潰されており、さらにパルサーリン
グ４（着磁ゴム）の磁界とは反対方向の磁界がセンサま
で広がっている様子がわかる。

【００３０】図９はパルサーリング４として着磁ゴムエ
ンコーダを用いた場合のゴム厚の効果を比較をしたもの
であり、図９（ａ）はゴムが薄く、図９（ｂ）はゴムが
厚くなっている例である。通常、ゴム厚は１ｍｍ前後あ
れば十分な着磁強度が得られ、ゴムを厚くしてもある範
囲を超えると、着磁強度が大きくならずに飽和してく
る。しかし、ゴムの薄い図９（ａ）の場合、パルサーリ
ング４の芯金５と外輪１との距離が近くなるため、図９
（ａ）の矢印のように漏洩磁束が芯金５およびパルサー
リング４を経由して外輪１へと通りやすくなる。そこ
で、図９（ｂ）に示すように、ゴムを厚くすることで芯
金５と外輪１との距離を大きくし、漏洩磁束がパルサー
リング４に影響を及ぼすことを低減している。

【００３１】図１０は図９のモデルをもとにゴム厚を代
えた場合の耐漏洩磁束性を磁場解析した結果を示す図で
ある。この場合、ゴムの着磁強度がどの場合においても
同じとしても、ゴムが厚いほど耐漏洩磁束性が向上する
ことが解析結果からも把握できる。ゴム厚は外輪１と芯
金５の磁気抵抗を大きくするものであり、ゴム厚が２ｍ
ｍ以上あれば問題にならない。

【００３２】なお、磁気バイパス手段は、外輪１側に嵌
合する場合について説明したが、外輪１が回転する場合
は内輪３側に嵌合するようにしても同様の効果を奏する
ことができる。

【００３３】上述の各実施形態の回転センサ付き軸受を
図１２に示したモータのリア側軸受１５として使用すれ
ば、モータロータ１１から生じる漏洩磁束によってセン
サが受ける影響を少なくでき、誤動作を軽減できる。

【００３４】今回開示された実施の形態はすべての点で
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。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、内輪
と外輪との環状空間内の、転動体とセンサとの間に磁気
経路を形成するための磁性リングを設けることにより、
漏洩磁束が磁気センサやパルサーリングに与える影響を
最小限に留め、センサ出力波形が乱れたり、誤動作する
のを防止することが可能となり、外部漏洩磁束に対して
強くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態の外輪と内輪と転動体
の要部を示す断面図である。

【図２】 図１に示した実施形態における磁気バイパス
隙間と耐漏洩磁束特性を示す図である。

【図３】 この発明の他の実施形態の外輪と内輪と転動
体の要部を示す断面図である。

【図４】 図３の矢視Ａから見た図である。

【図５】 図４において２つの磁気センサを配置した例
を示す図である。

【図６】 磁気バイパスを設けた場合と、磁気バイパス
と切欠窓と側板とを設けた場合の耐漏洩磁束特性を示す
図である。

【図７】 切欠窓が耐漏洩磁束性にどれだけ寄与するか
を表わす解析結果を示す図である。

【図８】 ２次元の磁場解析によりＹ方向の磁束分布を
求めた結果を示す図である。

【図９】 パルサーリングとして着磁ゴムエンコーダを
用いた場合のゴム厚の効果を比較した例を示す図であ
る。

【図１０】 図９に示したモデルをもとにゴム厚を変え
た場合の耐漏洩磁束性を磁場解析した結果を示す図であ
る。

【図１１】 従来の磁気センサ付き回転軸の縦断面図で
ある。

【図１２】 図１１に示した磁気センサ付き回転軸をモ
ータに適用した例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 外輪、２ 転動体、３ 内輪、４ パルサーリン
グ、５ 芯金、６ センサケース固定リング、７ セン
サケース、８ 磁気センサ、９ シールド板、１０ モ
ータステータ、１１ モータロータ、１２ 回転軸、１
３ ハウジング、１４ フロント側軸受、１５ リア側
軸受、１６ 磁気バイパス、１７ 切欠窓、１８ 側
板、１９ リテナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 憲市 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F077 AA21 CC02 NN04 NN24 PP12 PP14 QQ02 VV02 VV11 VV13 3J101 AA01 BA56 BA77 FA60 GA24 5H611 AA01 BB01 PP05 QQ01 QQ02 RR02 RR03 UA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪，外輪および前記内輪と前記外輪と
   の間に収容される複数の転動体を備え、回転体の回転速
   度を検出するセンサを内蔵した回転センサ付き軸受であ
   って、 前記内輪または外輪のいずれか一方が回転側軌道輪を構
   成し、他方が固定側軌道輪を構成し、 前記回転側軌道輪の一端部に装着されるパルサーリング
   と、 前記パルサーリングに対向して前記固定側軌道輪に装着
   されるセンサと、 前記内輪と前記外輪との環状空間内の、前記転動体と前
   記センサとの間に配設され、磁気経路を形成するための
   磁性リングとを備えたことを特徴とする、回転センサ付
   き軸受。
2. 【請求項２】 前記磁性リングと前記回転側軌道輪との
   エアギャップが０．５ｍｍ以下であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の回転センサ付き軸受。
3. 【請求項３】 さらに、前記センサを保持するセンサケ
   ースと、 前記センサケースを固定するセンサケース固定リング
   と、 前記パルサーリングを保持する芯金を備え、 前記センサケース固定リングおよび前記芯金が磁性部材
   で構成されることを特徴とする、請求項１または２に記
   載の回転センサ付き軸受。
4. 【請求項４】 前記センサケース固定リングと、前記回
   転側軌道輪との間に、磁気抵抗を小さくする磁気バイパ
   スを設けたことを特徴とする、請求項１ないし３のいず
   れかに記載の回転センサ付き軸受。
5. 【請求項５】 前記センサケース固定リングに、このセ
   ンサケース固定リングを装着する固定側軌道輪側でかつ
   前記センサの近傍にスリットを形成したことを特徴とす
   る、請求項１から４のいずれかに記載の回転センサ付き
   軸受。
6. 【請求項６】 前記パルサーリングは、磁性粉を混入し
   たエラストマからなる着磁エンコーダからなることを特
   徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の回転セン
   サ付き軸受。
7. 【請求項７】 前記着磁エンコーダにおけるエラストマ
   の厚さが２ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項６
   に記載の回転センサ付き軸受。
8. 【請求項８】 ハウジングと、前記ハウジングに固定さ
   れたステータと、前記ステータに対向して配置され、回
   転軸に固定されるロータとを備え、請求項１から７のい
   ずれかに記載の回転センサ付き軸受を前記回転軸の支持
   に用いたことを特徴とする、モータ。