JP2003148999A - 回転検出装置および回転検出装置付き軸受 - Google Patents
回転検出装置および回転検出装置付き軸受Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/72—Sealings
- F16C33/723—Shaft end sealing means, e.g. cup-shaped caps or covers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
- F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
- F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型の機器に組み込みが可能で、かつ高精度
な回転角度出力が可能な回転検出装置を提供する。 【解決手段】 回転側部材１に磁気発生手段４を有し、
非回転側部材２に磁気センサアレイ６およびそのセンサ
出力から角度を算出する角度算出手段７を有する。磁気
発生手段４は永久磁石等からなり、回転中心Ｏ回りの円
周方向の異方性を有するものとする。磁気センサアレイ
６は、磁気センサ素子がマトリクス状に配置されたもの
である。磁気センサアレイ６および角度算出手段７は、
同じ半導体チップ８に集積する。
な回転角度出力が可能な回転検出装置を提供する。 【解決手段】 回転側部材１に磁気発生手段４を有し、
非回転側部材２に磁気センサアレイ６およびそのセンサ
出力から角度を算出する角度算出手段７を有する。磁気
発生手段４は永久磁石等からなり、回転中心Ｏ回りの円
周方向の異方性を有するものとする。磁気センサアレイ
６は、磁気センサ素子がマトリクス状に配置されたもの
である。磁気センサアレイ６および角度算出手段７は、
同じ半導体チップ８に集積する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の機器にお
ける回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回
転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用い
られる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた
軸受に関する。
ける回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回
転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用い
られる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた
軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンパクトで組み立てが容易な利
点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したもの
がある。その例を図９に示す。同図において、転がり軸
受５１の回転輪５２にゴム製の磁気エンコーダ５４を固
定し、静止輪５３に例えばホール素子等の磁気センサ５
５を配置している。このような構成を採ることにより、
回転パルス信号や回転方向を得ることができる。
点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したもの
がある。その例を図９に示す。同図において、転がり軸
受５１の回転輪５２にゴム製の磁気エンコーダ５４を固
定し、静止輪５３に例えばホール素子等の磁気センサ５
５を配置している。このような構成を採ることにより、
回転パルス信号や回転方向を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の磁気エ
ンコーダ５４を設けた構造では、転がり軸受５１のサイ
ズが小さい小径軸受においては、磁気センサ５５を静止
輪５３の外径寸法内に収容することが難しかったり、１
回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高
精度な回転角度検出が難しいなどの欠点があった。
ンコーダ５４を設けた構造では、転がり軸受５１のサイ
ズが小さい小径軸受においては、磁気センサ５５を静止
輪５３の外径寸法内に収容することが難しかったり、１
回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高
精度な回転角度検出が難しいなどの欠点があった。
【０００４】この発明の目的は、小型の機器に組み込み
が可能で、かつ高精度な回転角度出力が可能な回転検出
装置を提供することである。この発明の他の目的は、小
型化しても高精度な回転角度出力を得ることのできる回
転検出装置付き軸受を提供することである。
が可能で、かつ高精度な回転角度出力が可能な回転検出
装置を提供することである。この発明の他の目的は、小
型化しても高精度な回転角度出力を得ることのできる回
転検出装置付き軸受を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の回転検出装置
は、回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部
材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段を有
し、他方の部材に、磁気センサ素子がマトリクス状に配
置された磁気センサアレイを有し、この磁気センサアレ
イの出力から角度を算出する角度算出手段を設けたもの
である。回転側部材が回転すると、磁気発生手段と磁気
センサアレイとの相対回転により、磁気センサアレイに
おけるマトリクス状に並ぶ各磁気センサ素子から、回転
角度に応じた検出信号が出力される。角度算出手段は、
これらの検出信号の関係から、回転側部材の回転角度を
算出する。すなわち、回転により、磁気センサアレイに
おけるマトリクス状の磁気センサ素子の並びで検出され
る磁気発生手段の磁界パターンが変化し、その変化によ
って角度が算出される。このようにマトリクス状に並ぶ
磁気センサ素子で検出するため、僅かな回転角度の違い
でも検出することができる。磁気センサ素子は小さな寸
法のものがあり、高密度に配列することが可能である。
また、磁気発生手段は、磁気エンコーダのような細分化
されたものではなく、小型化を図っても検出に必要な磁
界強度の確保が容易である。これらのため、小型化を図
っても、高精度な回転角度出力が可能で、したがって小
型の機器への組み込みが可能になる。また、磁界パター
ンの変化で角度情報を取得できるため、軸合わせが不要
となり、組み立てが容易である。なお、磁気発生手段に
つき、回転中心回りの方向性を有するとは、磁気発生手
段が上記回転中心回りに回転することで、磁界発生範囲
の回転位置が変化する形状を有することを言う。磁気発
生手段の全体の外形は問わない。上記方向性は、異方性
と言い換えても良い。
は、回転側部材および非回転側部材のいずれか一方の部
材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段を有
し、他方の部材に、磁気センサ素子がマトリクス状に配
置された磁気センサアレイを有し、この磁気センサアレ
イの出力から角度を算出する角度算出手段を設けたもの
である。回転側部材が回転すると、磁気発生手段と磁気
センサアレイとの相対回転により、磁気センサアレイに
おけるマトリクス状に並ぶ各磁気センサ素子から、回転
角度に応じた検出信号が出力される。角度算出手段は、
これらの検出信号の関係から、回転側部材の回転角度を
算出する。すなわち、回転により、磁気センサアレイに
おけるマトリクス状の磁気センサ素子の並びで検出され
る磁気発生手段の磁界パターンが変化し、その変化によ
って角度が算出される。このようにマトリクス状に並ぶ
磁気センサ素子で検出するため、僅かな回転角度の違い
でも検出することができる。磁気センサ素子は小さな寸
法のものがあり、高密度に配列することが可能である。
また、磁気発生手段は、磁気エンコーダのような細分化
されたものではなく、小型化を図っても検出に必要な磁
界強度の確保が容易である。これらのため、小型化を図
っても、高精度な回転角度出力が可能で、したがって小
型の機器への組み込みが可能になる。また、磁界パター
ンの変化で角度情報を取得できるため、軸合わせが不要
となり、組み立てが容易である。なお、磁気発生手段に
つき、回転中心回りの方向性を有するとは、磁気発生手
段が上記回転中心回りに回転することで、磁界発生範囲
の回転位置が変化する形状を有することを言う。磁気発
生手段の全体の外形は問わない。上記方向性は、異方性
と言い換えても良い。
【０００６】上記磁気発生手段および磁気センサアレイ
は、いずれを回転側部材に配置しても良いが、例えば、
回転側部材に磁気発生手段を配置し、非回転側部材に磁
気センサアレイおよびこの磁気センサアレイの出力から
角度を算出する角度算出手段を配置する。その場合、非
回転側部材から出力を取り出すことができて、角度検出
の出力の取り出しが容易であり、また回転側部材が磁気
発生手段を取付けただけで済むため、機構的にシンプル
で堅牢なものとなる。
は、いずれを回転側部材に配置しても良いが、例えば、
回転側部材に磁気発生手段を配置し、非回転側部材に磁
気センサアレイおよびこの磁気センサアレイの出力から
角度を算出する角度算出手段を配置する。その場合、非
回転側部材から出力を取り出すことができて、角度検出
の出力の取り出しが容易であり、また回転側部材が磁気
発生手段を取付けただけで済むため、機構的にシンプル
で堅牢なものとなる。
【０００７】上記磁気発生手段は、永久磁石の単独部材
であっても、また永久磁石と磁性材の複合体であっても
良い。例えば、磁気発生手段の磁気センサアレイと近接
して対面させる部分を磁性材で形成して方向性を有する
形状とし、その磁性材の裏面に、円柱形状等の任意形状
の永久磁石を配置しても良い。
であっても、また永久磁石と磁性材の複合体であっても
良い。例えば、磁気発生手段の磁気センサアレイと近接
して対面させる部分を磁性材で形成して方向性を有する
形状とし、その磁性材の裏面に、円柱形状等の任意形状
の永久磁石を配置しても良い。
【０００８】上記磁気発生手段は、回転中心回りの方向
性を有する形状であれば良いが、絶対角度の認識のため
には、磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面
する部分の正面形状が、回転中心回りに回転対称となら
ない形状であることが好ましい。磁気発生手段の磁気セ
ンサアレイに対する近接対面部分の形状は、正多角形や
星形などのように、回転対称形状であってよく、その場
合でもインクリメンタル式の出力信号は容易に得られる
が、原点信号や絶対角度を得るためには別の手段を必要
とする。磁気発生手段の上記近接対面部分の形状を回転
非対称形状とした場合は、別の手段を要することなく、
絶対角度の検出が容易に行える。例えば、磁気発生手段
の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状
を、回転中心の両側に延びる長細形状であって、一端側
の幅が他端側の幅よりも狭くなった形状とする。具体的
には、互いに幅の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続
させた形状や、三角形状の形状とする。この形状の場
合、幅の違いのため、回転非対称となり、絶対角度や原
点位置の検出が容易に行える。また、長細形状であるた
め、回転による磁界パターンの変化が大きく、回転角度
を精度良く検出することが容易である。また、上記磁気
発生手段は、磁気センサアレイに近接して対面する部分
の回転中心が、磁気センサアレイの中心に対し偏心した
ものとしても良い。このように偏心させた場合は、その
近接対面部分の形状にかかわらず、回転中心回りに回転
非対称となり、絶対角度や原点位置の検出が容易に行え
る。例えば、近接対面部分が真円であっても、その偏心
のために非対称となる。
性を有する形状であれば良いが、絶対角度の認識のため
には、磁気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面
する部分の正面形状が、回転中心回りに回転対称となら
ない形状であることが好ましい。磁気発生手段の磁気セ
ンサアレイに対する近接対面部分の形状は、正多角形や
星形などのように、回転対称形状であってよく、その場
合でもインクリメンタル式の出力信号は容易に得られる
が、原点信号や絶対角度を得るためには別の手段を必要
とする。磁気発生手段の上記近接対面部分の形状を回転
非対称形状とした場合は、別の手段を要することなく、
絶対角度の検出が容易に行える。例えば、磁気発生手段
の磁気センサアレイに近接して対面する部分の正面形状
を、回転中心の両側に延びる長細形状であって、一端側
の幅が他端側の幅よりも狭くなった形状とする。具体的
には、互いに幅の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続
させた形状や、三角形状の形状とする。この形状の場
合、幅の違いのため、回転非対称となり、絶対角度や原
点位置の検出が容易に行える。また、長細形状であるた
め、回転による磁界パターンの変化が大きく、回転角度
を精度良く検出することが容易である。また、上記磁気
発生手段は、磁気センサアレイに近接して対面する部分
の回転中心が、磁気センサアレイの中心に対し偏心した
ものとしても良い。このように偏心させた場合は、その
近接対面部分の形状にかかわらず、回転中心回りに回転
非対称となり、絶対角度や原点位置の検出が容易に行え
る。例えば、近接対面部分が真円であっても、その偏心
のために非対称となる。
【０００９】上記磁気センサアレイと角度算出手段と
は、１つの半導体チップ上に集積化しても良い。角度算
出手段は、この半導体チップ上に形成された集積回路と
する。このように、一つの半導体チップ上に磁気センサ
アレイと角度算出手段とを集積すると、磁気センサアレ
イと角度算出手段間の配線が不要となり、より一層のコ
ンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、
回転検出装置の組み立て作業も容易になる。
は、１つの半導体チップ上に集積化しても良い。角度算
出手段は、この半導体チップ上に形成された集積回路と
する。このように、一つの半導体チップ上に磁気センサ
アレイと角度算出手段とを集積すると、磁気センサアレ
イと角度算出手段間の配線が不要となり、より一層のコ
ンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、
回転検出装置の組み立て作業も容易になる。
【００１０】上記磁気センサアレイは、検出サイズが概
ね２０μｍ角以下の磁気センサ素子を、縦横に６４×６
４個以上配置したものであることが好ましい。この寸法
および素子数とすることにより、代表的な小径軸受に組
み込む場合にも、十分に小型の回転検出装置とでき、か
つ従来の磁気エンコーダ式の回転検出装置に比べて遜色
のない精度の角度検出が行える。
ね２０μｍ角以下の磁気センサ素子を、縦横に６４×６
４個以上配置したものであることが好ましい。この寸法
および素子数とすることにより、代表的な小径軸受に組
み込む場合にも、十分に小型の回転検出装置とでき、か
つ従来の磁気エンコーダ式の回転検出装置に比べて遜色
のない精度の角度検出が行える。
【００１１】上記磁気センサアレイは、各磁気センサ素
子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとし
ても良い。ラッチにより、つまり磁界の有無を一旦記憶
させることにより、各磁気センサ素子の出力を順次読み
出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出
精度の劣化を防止することができる。
子の出力を２値化してラッチする手段を有するものとし
ても良い。ラッチにより、つまり磁界の有無を一旦記憶
させることにより、各磁気センサ素子の出力を順次読み
出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角度検出
精度の劣化を防止することができる。
【００１２】上記磁気センサアレイは、中央部に貫通孔
を有するものであっても良い。貫通孔を設けることで、
回転軸等を貫通させることが可能となり、この回転検出
装置の配置の自由度が高まる。
を有するものであっても良い。貫通孔を設けることで、
回転軸等を貫通させることが可能となり、この回転検出
装置の配置の自由度が高まる。
【００１３】上記角度算出手段は、最小二乗法を用いた
直線回帰により角度を算出するものであっても良い。こ
の演算方法の採用によって、高い角度精度を得ることが
できる。上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力
から、絶対角度と回転方向とを算出するものとし、この
回転検出装置は、その出力信号を、上記絶対角度、また
は絶対角度と回転方向の信号とするものとしても良い。
この場合に、上記角度算出手段は、算出した角度の情
報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰に
より算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出
するものであっても良い。上記角度算出手段は、磁気セ
ンサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生
成するものとし、この回転検出装置は、出力信号を、上
記パルス出力と原点出力の信号とするものとしても良
い。この場合も、上記角度算出手段は、算出した角度の
情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰
により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算
出するものであっても良い。
直線回帰により角度を算出するものであっても良い。こ
の演算方法の採用によって、高い角度精度を得ることが
できる。上記角度算出手段は、磁気センサアレイの出力
から、絶対角度と回転方向とを算出するものとし、この
回転検出装置は、その出力信号を、上記絶対角度、また
は絶対角度と回転方向の信号とするものとしても良い。
この場合に、上記角度算出手段は、算出した角度の情
報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰に
より算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算出
するものであっても良い。上記角度算出手段は、磁気セ
ンサアレイの出力から、パルス出力と原点出力信号を生
成するものとし、この回転検出装置は、出力信号を、上
記パルス出力と原点出力の信号とするものとしても良
い。この場合も、上記角度算出手段は、算出した角度の
情報、例えば上記のように最小二乗法を用いた直線回帰
により算出した角度を用い、絶対角度と回転方向とを算
出するものであっても良い。
【００１４】この発明の回転検出装置は、上記角度算出
手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する
発信手段を磁気センサアレイに隣接して設けたものであ
っても良い。このようにワイヤレス信号として発信する
発信手段を設けることにより、出力ケーブル無しで信号
を取り出すことができる。
手段で算出した角度を、ワイヤレス信号として発信する
発信手段を磁気センサアレイに隣接して設けたものであ
っても良い。このようにワイヤレス信号として発信する
発信手段を設けることにより、出力ケーブル無しで信号
を取り出すことができる。
【００１５】この発明における上記各構成の回転検出装
置において、上記磁気発生手段に代えてライン光源を設
け、上記磁気センサアレイに代えて、光撮像素子がマト
リクス状に配置された光センサアレイを設けても良い。
置において、上記磁気発生手段に代えてライン光源を設
け、上記磁気センサアレイに代えて、光撮像素子がマト
リクス状に配置された光センサアレイを設けても良い。
【００１６】この発明の回転検出装置付き軸受は、この
発明における上記のいずれかの構成の回転検出装置を転
がり軸受に設けたものである。この場合、例えば転がり
軸受の回転輪に、磁気発生手段を取付け、静止輪に磁気
センサアレイを取付ける。このように、転がり軸受に回
転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点
数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。そ
の場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度
な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の
軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることが
できる。
発明における上記のいずれかの構成の回転検出装置を転
がり軸受に設けたものである。この場合、例えば転がり
軸受の回転輪に、磁気発生手段を取付け、静止輪に磁気
センサアレイを取付ける。このように、転がり軸受に回
転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点
数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。そ
の場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度
な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の
軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることが
できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図面と共
に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の基
本概念構成を示す。回転側部材１および非回転側部材２
は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のこ
とである。回転側部材１は、回転部材３およびこの回転
部材３に設けられた磁気発生手段４を有し、回転部材３
の中心となる回転中心Ｏの回りを回転する。回転部材３
は、例えば回転軸からなる。非回転側部材２は、静止部
材５と、この静止部材５に設けられた磁気センサアレイ
６および角度算出手段７を有している。磁気センサアレ
イ６は磁気発生手段４の磁界を検出するセンサである。
角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から角度
を算出する手段であり、集積回路からなる。これら磁気
センサアレイ６および角度算出手段７は、一つの互いに
共通の半導体チップ８に集積されている。半導体チップ
８は、例えばシリコンチップである。磁気発生手段４と
磁気センサアレイ６とは、隙間を介して対面する。な
お、回転側部材１は、磁気発生手段４の単独からなり、
回転部材３を有しないものであっても良い。また、非回
転側部材２は、静止部材５を有しないものであっても良
く、例えば半導体チップ８の単独であっても良い。
に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の基
本概念構成を示す。回転側部材１および非回転側部材２
は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のこ
とである。回転側部材１は、回転部材３およびこの回転
部材３に設けられた磁気発生手段４を有し、回転部材３
の中心となる回転中心Ｏの回りを回転する。回転部材３
は、例えば回転軸からなる。非回転側部材２は、静止部
材５と、この静止部材５に設けられた磁気センサアレイ
６および角度算出手段７を有している。磁気センサアレ
イ６は磁気発生手段４の磁界を検出するセンサである。
角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の出力から角度
を算出する手段であり、集積回路からなる。これら磁気
センサアレイ６および角度算出手段７は、一つの互いに
共通の半導体チップ８に集積されている。半導体チップ
８は、例えばシリコンチップである。磁気発生手段４と
磁気センサアレイ６とは、隙間を介して対面する。な
お、回転側部材１は、磁気発生手段４の単独からなり、
回転部材３を有しないものであっても良い。また、非回
転側部材２は、静止部材５を有しないものであっても良
く、例えば半導体チップ８の単独であっても良い。
【００１８】磁気発生手段４は、磁気を発生する部材で
あり、永久磁石または永久磁石と磁性体の複合体からな
る。磁気発生手段４は、回転中心Ｏ回りの方向性を有す
るものである。図示の例では、磁気発生手段４は矩形の
板状の永久磁石からなり、回転中心Ｏに対して一端側に
延びるように偏心させてある。磁気センサアレイ６は、
図２に概念的に示すように、複数の磁気センサ素子６ａ
が縦横のマトリクス状に配置されたものである。各磁気
センサ素子６ａは、例えば半導体磁気抵抗素子またはホ
ール素子等からなる。磁気センサアレイ６における各磁
気センサ素子６ａの出力は、例えば適宜の閾値以上を
「１」、閾値未満を「０」とする２値化信号とされる。
この２値化処理の手段は、磁気センサアレイ６または角
度算出手段７の構成部分として設けられる。
あり、永久磁石または永久磁石と磁性体の複合体からな
る。磁気発生手段４は、回転中心Ｏ回りの方向性を有す
るものである。図示の例では、磁気発生手段４は矩形の
板状の永久磁石からなり、回転中心Ｏに対して一端側に
延びるように偏心させてある。磁気センサアレイ６は、
図２に概念的に示すように、複数の磁気センサ素子６ａ
が縦横のマトリクス状に配置されたものである。各磁気
センサ素子６ａは、例えば半導体磁気抵抗素子またはホ
ール素子等からなる。磁気センサアレイ６における各磁
気センサ素子６ａの出力は、例えば適宜の閾値以上を
「１」、閾値未満を「０」とする２値化信号とされる。
この２値化処理の手段は、磁気センサアレイ６または角
度算出手段７の構成部分として設けられる。
【００１９】この構成の回転検出装置において、磁気発
生手段４が例えば４５°の角度にある場合、磁気センサ
アレイ６の出力は図２に示すような結果となる。すなわ
ち、磁気センサ素子６ａ（図１）に対面した各磁気セン
サ素子６ａは磁束密度が高くなるため、出力信号が
「１」となり、そうでない部分は出力信号が「０」とな
る。したがって、これらの１と０の出力から角度を算出
し、角度信号を出力することができる。角度算出手段７
は、出力信号として、インクリメンタルな出力信号の他
に、絶対角度（アブソリュート値の角度）、または絶対
角度と回転方向の信号の組み合わせや、パルス出力と回
転方向の組み合わせを出力するものとしても良い。
生手段４が例えば４５°の角度にある場合、磁気センサ
アレイ６の出力は図２に示すような結果となる。すなわ
ち、磁気センサ素子６ａ（図１）に対面した各磁気セン
サ素子６ａは磁束密度が高くなるため、出力信号が
「１」となり、そうでない部分は出力信号が「０」とな
る。したがって、これらの１と０の出力から角度を算出
し、角度信号を出力することができる。角度算出手段７
は、出力信号として、インクリメンタルな出力信号の他
に、絶対角度（アブソリュート値の角度）、または絶対
角度と回転方向の信号の組み合わせや、パルス出力と回
転方向の組み合わせを出力するものとしても良い。
【００２０】角度算出手段７は、磁気センサアレイ６の
出力から、次のように直線回帰を仮定して最小二乗法に
より傾きｂを求め、その傾きｂから角度を算出するもの
としてある。また、角度算出手段７は、求められた角度
から、３６０°を４つの象限に分けたどの象限の領域Ｉ
〜IVにあるかを判別する計算を行うものとしてある。そ
の計算例を図３と共に説明する。３６０°の絶対角度を
識別するために、この例においては、矩形の磁気発生手
段４を、上記のように回転中心Ｏに対して偏心させた構
成をとっている。回転中心Ｏは磁気センサアレイ６の中
心であり、磁気発生手段４は、磁気センサアレイ６の中
心に対して偏心している。回帰式は、ｙ＝ａ＋ｂｘ と
され、その傾きｂはｘとｙの測定値（ｘi,ｙi）を用い
て次式により求められる。
出力から、次のように直線回帰を仮定して最小二乗法に
より傾きｂを求め、その傾きｂから角度を算出するもの
としてある。また、角度算出手段７は、求められた角度
から、３６０°を４つの象限に分けたどの象限の領域Ｉ
〜IVにあるかを判別する計算を行うものとしてある。そ
の計算例を図３と共に説明する。３６０°の絶対角度を
識別するために、この例においては、矩形の磁気発生手
段４を、上記のように回転中心Ｏに対して偏心させた構
成をとっている。回転中心Ｏは磁気センサアレイ６の中
心であり、磁気発生手段４は、磁気センサアレイ６の中
心に対して偏心している。回帰式は、ｙ＝ａ＋ｂｘ と
され、その傾きｂはｘとｙの測定値（ｘi,ｙi）を用い
て次式により求められる。
【００２１】
【数１】
【００２２】傾きｂによって、角度が算出できる。さら
に、図３に示したように、 Ｎｘ＝Ｎｘ+ −Ｎｘ- （３） Ｎｙ＝Ｎｙ+ −Ｎｙ- （４） とすると、以下の判別式で領域を設定できる。 ｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜ で、Ｎｘ≧０ なら領域Ｉ （５） ｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜ で、Ｎｙ≧０ なら領域II （６） ｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜ で、Ｎｘ＜０ なら領域III （７） ｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜ で、Ｎｙ＜０ なら領域IV （８）
に、図３に示したように、 Ｎｘ＝Ｎｘ+ −Ｎｘ- （３） Ｎｙ＝Ｎｙ+ −Ｎｙ- （４） とすると、以下の判別式で領域を設定できる。 ｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜ で、Ｎｘ≧０ なら領域Ｉ （５） ｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜ で、Ｎｙ≧０ なら領域II （６） ｜Ｎｘ｜＞｜Ｎｙ｜ で、Ｎｘ＜０ なら領域III （７） ｜Ｎｙ｜≧｜Ｎｘ｜ で、Ｎｙ＜０ なら領域IV （８）
【００２３】角度算出手段７は、上記の式（３）〜
（８）に従って、どの領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計
算を行う。なお、角度の計算の例として、直線回帰を仮
定した最小二乗法による方法を説明したが、十分な角度
精度が得られるならば、両端の磁気センサ素子データを
用いても構わない。
（８）に従って、どの領域Ｉ〜IVにあるかを判別する計
算を行う。なお、角度の計算の例として、直線回帰を仮
定した最小二乗法による方法を説明したが、十分な角度
精度が得られるならば、両端の磁気センサ素子データを
用いても構わない。
【００２４】図４は、磁気センサアレイ６と角度算出手
段７の具体例を示すブロック図である。磁気センサアレ
イ６は、縦横とも複数列のマトリクス状に並ぶ磁気セン
サ素子６ａと、これら磁気センサ素子６ａの出力を２値
化するセンサアンプ１０と、センサアンプ１０で得られ
た２値化信号の磁気センサ素子出力を一旦記憶するラッ
チ回路１１とを備える。この例では、磁気センサアレイ
６は、各磁気センサ素子６ａを横１列毎に縦方向に走査
するスキャナ９を有し、縦列に並ぶ複数の磁気センサ素
子６ａの出力は、センサアンプ１０の同じ端子に入力さ
れ、走査によって縦方向のどの磁気センサ素子６ａの出
力であるかが識別されるものとされている。
段７の具体例を示すブロック図である。磁気センサアレ
イ６は、縦横とも複数列のマトリクス状に並ぶ磁気セン
サ素子６ａと、これら磁気センサ素子６ａの出力を２値
化するセンサアンプ１０と、センサアンプ１０で得られ
た２値化信号の磁気センサ素子出力を一旦記憶するラッ
チ回路１１とを備える。この例では、磁気センサアレイ
６は、各磁気センサ素子６ａを横１列毎に縦方向に走査
するスキャナ９を有し、縦列に並ぶ複数の磁気センサ素
子６ａの出力は、センサアンプ１０の同じ端子に入力さ
れ、走査によって縦方向のどの磁気センサ素子６ａの出
力であるかが識別されるものとされている。
【００２５】角度算出手段７は、図３と共に前述した最
小二乗法を用いる直線回帰による角度の計算および領域
の判別計算を行うものである。角度算出手段７は、例え
ば、各演算要素毎の計算を行う複数の要素別計算部７ａ
と、それらの要素別計算部７ａの計算結果を用いて角度
の計算および領域の判別を所定の演算式により行う角度
・領域計算部７ｂとを有している。角度算出手段７によ
る角度の出力は、ディジタル値として出力するものと
し、かつ領域判別結果の出力も２桁のディジタル値とし
て出力するものとされている。
小二乗法を用いる直線回帰による角度の計算および領域
の判別計算を行うものである。角度算出手段７は、例え
ば、各演算要素毎の計算を行う複数の要素別計算部７ａ
と、それらの要素別計算部７ａの計算結果を用いて角度
の計算および領域の判別を所定の演算式により行う角度
・領域計算部７ｂとを有している。角度算出手段７によ
る角度の出力は、ディジタル値として出力するものと
し、かつ領域判別結果の出力も２桁のディジタル値とし
て出力するものとされている。
【００２６】この構成の磁気センサアレイ６は、ラッチ
回路１１によって各磁気センサ素子６ａの磁界の有無を
一旦記憶させるため、各磁気センサ素子６ａの出力を順
次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角
度検出精度の劣化を防止することができる。
回路１１によって各磁気センサ素子６ａの磁界の有無を
一旦記憶させるため、各磁気センサ素子６ａの出力を順
次読み出す場合に比べ、回転に伴う角度の変化による角
度検出精度の劣化を防止することができる。
【００２７】図５は、この実施形態の回転検出装置Ａを
転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受２０
は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保
持された転動体２４を介在させたものである。転動体２
４はボールからなり、この転がり軸受２０は深溝玉軸受
とされている。また、軸受空間の一端を覆うシール２５
が、外輪２２に取付けられている。回転軸からなる回転
部材１Ａは、内輪２１に嵌合し、転動体２４を介して外
輪２３に支持されている。外輪２３は、軸受使用機器の
ハウジング（図示せず）に設置されている。
転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受２０
は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保
持された転動体２４を介在させたものである。転動体２
４はボールからなり、この転がり軸受２０は深溝玉軸受
とされている。また、軸受空間の一端を覆うシール２５
が、外輪２２に取付けられている。回転軸からなる回転
部材１Ａは、内輪２１に嵌合し、転動体２４を介して外
輪２３に支持されている。外輪２３は、軸受使用機器の
ハウジング（図示せず）に設置されている。
【００２８】内輪２１には、磁気発生手段取付部材２６
が取付けられ、この磁気発生手段取付部材２６に磁気発
生手段４が取付けられている。磁気発生手段取付部材２
６は、内輪２１の一端の内径孔を覆うように設けられ、
外周縁に設けられた円筒部２６ａを、内輪２１の肩部外
周面に嵌合させることにより、内輪２１に取付けられて
いる。また、円筒部２６ａの近傍の側板部が内輪２１の
幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。外輪
２２には、センサ取付部材２７が取付けられ、このセン
サ取付部材２７に、図１の磁気センサアレイ６および角
度算出手段７の集積された半導体チップ８が取付けられ
ている。また、このセンサ取付部材２７に、磁気センサ
アレイ６の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取
付けられている。センサ取付部材２７は、外周部の先端
円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端
円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の
幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。
が取付けられ、この磁気発生手段取付部材２６に磁気発
生手段４が取付けられている。磁気発生手段取付部材２
６は、内輪２１の一端の内径孔を覆うように設けられ、
外周縁に設けられた円筒部２６ａを、内輪２１の肩部外
周面に嵌合させることにより、内輪２１に取付けられて
いる。また、円筒部２６ａの近傍の側板部が内輪２１の
幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。外輪
２２には、センサ取付部材２７が取付けられ、このセン
サ取付部材２７に、図１の磁気センサアレイ６および角
度算出手段７の集積された半導体チップ８が取付けられ
ている。また、このセンサ取付部材２７に、磁気センサ
アレイ６の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取
付けられている。センサ取付部材２７は、外周部の先端
円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端
円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の
幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。
【００２９】磁気発生手段４は、永久磁石４ａと磁性材
４ｂの複合体からなる。磁性材４ｂは、磁気センサアレ
イ６に近接して対面する部分を構成し、その裏面に永久
磁石４ａが配置されている。永久磁石４ａは円柱状に形
成され、内輪２１と同心に配置されている。磁性材４ｂ
は、その正面形状が、回転中心Ｏ回りに回転対称となら
ない形状とされている。磁性材４ｂの正面形状は、例え
ば図６（Ａ），（Ｂ）に各例を示すように、回転中心Ｏ
の両側に延びる通る長細形状であって、一端側の幅が他
端側の幅よりも狭くなる形状とされている。図６（Ａ）
は、磁性材４ｂの全体を三角形状とした例であり、同図
（Ｂ）は幅寸法の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続
させた形状の例である。磁性材４ｂは、絶対角度の検出
が不要な場合等は、図６（Ｃ）に示すように全体を同じ
幅の矩形状としても良い。なお、この実施形態では、加
工のしやすさを配慮して磁気発生手段４を複合体とした
が、磁気発生手段４を永久磁石のみからなるものとし、
その場合に磁気発生手段４の全体形状が図５，図６の各
例と同様な形状となるようにしても良い。例えば、円柱
状の永久磁石の一端に、図５，図６の各例における磁性
体４ｂのような回転非対称形状の部分を形成し、他端は
円柱形状を残し、回転非対称形状の部分を磁気センサア
レイ６に対して対向させる。図６の例では、突起形状に
ついて説明したが、逆に切欠を設けたり、打ち抜いた形
状であっても構わない。
４ｂの複合体からなる。磁性材４ｂは、磁気センサアレ
イ６に近接して対面する部分を構成し、その裏面に永久
磁石４ａが配置されている。永久磁石４ａは円柱状に形
成され、内輪２１と同心に配置されている。磁性材４ｂ
は、その正面形状が、回転中心Ｏ回りに回転対称となら
ない形状とされている。磁性材４ｂの正面形状は、例え
ば図６（Ａ），（Ｂ）に各例を示すように、回転中心Ｏ
の両側に延びる通る長細形状であって、一端側の幅が他
端側の幅よりも狭くなる形状とされている。図６（Ａ）
は、磁性材４ｂの全体を三角形状とした例であり、同図
（Ｂ）は幅寸法の異なる２つの矩形部分を縦方向に連続
させた形状の例である。磁性材４ｂは、絶対角度の検出
が不要な場合等は、図６（Ｃ）に示すように全体を同じ
幅の矩形状としても良い。なお、この実施形態では、加
工のしやすさを配慮して磁気発生手段４を複合体とした
が、磁気発生手段４を永久磁石のみからなるものとし、
その場合に磁気発生手段４の全体形状が図５，図６の各
例と同様な形状となるようにしても良い。例えば、円柱
状の永久磁石の一端に、図５，図６の各例における磁性
体４ｂのような回転非対称形状の部分を形成し、他端は
円柱形状を残し、回転非対称形状の部分を磁気センサア
レイ６に対して対向させる。図６の例では、突起形状に
ついて説明したが、逆に切欠を設けたり、打ち抜いた形
状であっても構わない。
【００３０】このような構成において、磁気センサアレ
イ６の各磁気センサ素子６ａ（図２）の検出サイズを例
えば２０μｍ角とし、素子数を縦横６４×６４とすれ
ば、磁気センサアレイ６の寸法は１．３mm角となる。ま
た、素子数を縦横２５６×２５６としても、磁気センサ
アレイ６の寸法は５．２mm角となる。この大きさは、代
表的な小径軸受（型番♯６０８）の外径寸法がφ２２mm
であることを考えあわせれば、十分に小さな磁気センサ
アレイ６と言える。詳細は省略するが、２５６×２５６
の素子数程度の磁気センサアレイ６を用いれば、角度分
解能が０．１°の回転検出装置が実現できると考えら
れ、従来の磁気エンコーダ方式の分解能の３°より、格
段に性能の向上が期待できる。
イ６の各磁気センサ素子６ａ（図２）の検出サイズを例
えば２０μｍ角とし、素子数を縦横６４×６４とすれ
ば、磁気センサアレイ６の寸法は１．３mm角となる。ま
た、素子数を縦横２５６×２５６としても、磁気センサ
アレイ６の寸法は５．２mm角となる。この大きさは、代
表的な小径軸受（型番♯６０８）の外径寸法がφ２２mm
であることを考えあわせれば、十分に小さな磁気センサ
アレイ６と言える。詳細は省略するが、２５６×２５６
の素子数程度の磁気センサアレイ６を用いれば、角度分
解能が０．１°の回転検出装置が実現できると考えら
れ、従来の磁気エンコーダ方式の分解能の３°より、格
段に性能の向上が期待できる。
【００３１】図７は、この発明の他の実施形態にかかる
回転検出装置付き転がり軸受を示す。同図において、上
記実施形態に対応する部分は、形状等が異なっていても
上記実施形態と同じ符号を付してある。この例における
転がり軸受２０は、回転検出装置Ａの構成およびその取
付手段の構成を除き、図５の例と同じである。ただし、
回転軸からなる回転部材１Ａは内輪２１を貫通して突出
している。この実施形態では、軸受２０に取付けられた
回転検出装置Ａの磁気センサアレイ６は、中央部に貫通
孔１２を有するものとされている。磁気センサアレイ６
は、上記実施形態（図１）と同じく、角度算出手段７と
共に１つの半導体チップ８上に集積化したものであり、
貫通孔１２は半導体チップ８に設けられている。このよ
うに貫通孔１２を設けた場合に、磁気センサアレイ６の
外周形状は、矩形であっても円形であっても良いが、上
記実施形態と同じく、磁気センサアレイ６は磁気センサ
素子６ａを縦横各複列のマトリクス状に配置したものと
してある。磁気発生手段４も、回転中心部に貫通孔１３
を有している。磁気発生手段４は、貫通孔１３を有する
他は、上記実施形態と同じ構成である。磁気発生手段４
を内輪２１に取付ける磁気発生手段取付部材２６、およ
び磁気センサアレイ６を外輪２２に取付けるセンサ取付
部材２７は、磁気発生手段４および磁気センサアレイ６
の貫通孔１３，１２に応じて貫通孔を有する形状として
あるが、その他の構成は図５の例と同じである。この実
施形態の場合、磁気センサアレイ６および磁気発生手段
４に貫通孔１２，１３を設けたため、回転軸からなる回
転部材１Ａ等を貫通させることが可能となる。そのた
め、回転検出装置Ａの配置の自由度が高められる。
回転検出装置付き転がり軸受を示す。同図において、上
記実施形態に対応する部分は、形状等が異なっていても
上記実施形態と同じ符号を付してある。この例における
転がり軸受２０は、回転検出装置Ａの構成およびその取
付手段の構成を除き、図５の例と同じである。ただし、
回転軸からなる回転部材１Ａは内輪２１を貫通して突出
している。この実施形態では、軸受２０に取付けられた
回転検出装置Ａの磁気センサアレイ６は、中央部に貫通
孔１２を有するものとされている。磁気センサアレイ６
は、上記実施形態（図１）と同じく、角度算出手段７と
共に１つの半導体チップ８上に集積化したものであり、
貫通孔１２は半導体チップ８に設けられている。このよ
うに貫通孔１２を設けた場合に、磁気センサアレイ６の
外周形状は、矩形であっても円形であっても良いが、上
記実施形態と同じく、磁気センサアレイ６は磁気センサ
素子６ａを縦横各複列のマトリクス状に配置したものと
してある。磁気発生手段４も、回転中心部に貫通孔１３
を有している。磁気発生手段４は、貫通孔１３を有する
他は、上記実施形態と同じ構成である。磁気発生手段４
を内輪２１に取付ける磁気発生手段取付部材２６、およ
び磁気センサアレイ６を外輪２２に取付けるセンサ取付
部材２７は、磁気発生手段４および磁気センサアレイ６
の貫通孔１３，１２に応じて貫通孔を有する形状として
あるが、その他の構成は図５の例と同じである。この実
施形態の場合、磁気センサアレイ６および磁気発生手段
４に貫通孔１２，１３を設けたため、回転軸からなる回
転部材１Ａ等を貫通させることが可能となる。そのた
め、回転検出装置Ａの配置の自由度が高められる。
【００３２】図８は、この発明のさらに他の実施形態に
かかる回転検出装置Ａを示す。この回転検出装置Ａは、
図１に示す実施形態において、角度算出手段７で算出し
た角度の情報を、ワイヤレス信号として発信する発信手
段１５を磁気センサアレイ６に隣接して設けたものであ
る。発信手段１５は、ワイヤレス信号の送信を行えるも
のであればよく、電波による送信、光による送信、磁気
結合による送信など、各種のワイヤレス送信形式のもの
が使用できる。発信手段１５は、電波または磁気結合に
よるものの場合、発信回路とアンテナ等で構成される。
発信手段１５は、例えば磁気センサアレイ６および角度
算出手段７を設けた半導体チップ８と共に、共通の回路
基盤（図示せず）に設けたものであっても、また上記半
導体チップ８に発信手段１５を集積化したものであって
も良い。なお、発信手段１５の代わりに、発信および受
信の両方の機能を備えた送受信手段、または受信手段を
設けても良い。このように、ワイヤレス信号として発信
する発信手段１５を設けると、出力ケーブル無しで信号
を取り出すことができる。そのため、例えば磁気センサ
アレイ６や角度算出手段７を回転側部材に設ける場合に
も、その信号の取り出しが容易に行える。
かかる回転検出装置Ａを示す。この回転検出装置Ａは、
図１に示す実施形態において、角度算出手段７で算出し
た角度の情報を、ワイヤレス信号として発信する発信手
段１５を磁気センサアレイ６に隣接して設けたものであ
る。発信手段１５は、ワイヤレス信号の送信を行えるも
のであればよく、電波による送信、光による送信、磁気
結合による送信など、各種のワイヤレス送信形式のもの
が使用できる。発信手段１５は、電波または磁気結合に
よるものの場合、発信回路とアンテナ等で構成される。
発信手段１５は、例えば磁気センサアレイ６および角度
算出手段７を設けた半導体チップ８と共に、共通の回路
基盤（図示せず）に設けたものであっても、また上記半
導体チップ８に発信手段１５を集積化したものであって
も良い。なお、発信手段１５の代わりに、発信および受
信の両方の機能を備えた送受信手段、または受信手段を
設けても良い。このように、ワイヤレス信号として発信
する発信手段１５を設けると、出力ケーブル無しで信号
を取り出すことができる。そのため、例えば磁気センサ
アレイ６や角度算出手段７を回転側部材に設ける場合に
も、その信号の取り出しが容易に行える。
【００３３】なお、上記各実施形態は、磁気的に角度検
出する例を示したが、上記各実施形態の回転検出装置Ａ
において、磁気発生手段４に代えてライン光源（図示せ
ず）を設け、磁気センサアレイ６に代えて、光撮像素子
がマトリクス状に配置された光センサアレイ（図示せ
ず）を設けたものとしても良い。ライン光源は、例えば
発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイや、光ファイバーア
レイを用いることができる。光撮像素子には、ＣＣＤや
ＣＭＯＳなどの固体撮像装置を用いることができる。
出する例を示したが、上記各実施形態の回転検出装置Ａ
において、磁気発生手段４に代えてライン光源（図示せ
ず）を設け、磁気センサアレイ６に代えて、光撮像素子
がマトリクス状に配置された光センサアレイ（図示せ
ず）を設けたものとしても良い。ライン光源は、例えば
発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイや、光ファイバーア
レイを用いることができる。光撮像素子には、ＣＣＤや
ＣＭＯＳなどの固体撮像装置を用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明の回転検出装置は、磁気発生手
段と磁気センサアレイを組み合わせたものであるため、
小型・高精度の回転検出装置が実現でき、小型の機器に
も組み込みが可能なもとなる。また、磁気発生手段の発
生する磁界パターンで角度の情報を取得するため、軸合
わせが不要で、組み立てが容易である。回転側部材に磁
気発生手段を設ける場合は、回転側部材は永久磁石等の
磁気発生手段だけ、またはこれに取付用部品を設けただ
けで済み、機械的構造がシンプルでかつ堅牢である。磁
気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分
の正面形状が、長細形状であって一端側の幅が狭くなる
ものや、偏心したものであるなど、回転中心回りに回転
対称とならない形状である場合は、インクリメンタルな
出力の他に、絶対角度や原点信号の出力も可能である。
磁気センサアレイの各磁気センサ素子の出力を２値化し
て検出するようにした場合は、角度の情報が、温度変動
や電源電圧変動の影響を受け難い。磁気センサアレイと
角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した
場合は、より一層小型化され、信頼性、組立性も向上す
る。この発明の回転検出装置付き転がり軸受は、この発
明の回転検出装置を備えたものであるため、この回転検
出装置の特有の効果が有効に発揮され、軸受を小型化し
ても高精度な回転角度出力を得ることができる。
段と磁気センサアレイを組み合わせたものであるため、
小型・高精度の回転検出装置が実現でき、小型の機器に
も組み込みが可能なもとなる。また、磁気発生手段の発
生する磁界パターンで角度の情報を取得するため、軸合
わせが不要で、組み立てが容易である。回転側部材に磁
気発生手段を設ける場合は、回転側部材は永久磁石等の
磁気発生手段だけ、またはこれに取付用部品を設けただ
けで済み、機械的構造がシンプルでかつ堅牢である。磁
気発生手段の磁気センサアレイに近接して対面する部分
の正面形状が、長細形状であって一端側の幅が狭くなる
ものや、偏心したものであるなど、回転中心回りに回転
対称とならない形状である場合は、インクリメンタルな
出力の他に、絶対角度や原点信号の出力も可能である。
磁気センサアレイの各磁気センサ素子の出力を２値化し
て検出するようにした場合は、角度の情報が、温度変動
や電源電圧変動の影響を受け難い。磁気センサアレイと
角度算出手段とを、１つの半導体チップ上に集積化した
場合は、より一層小型化され、信頼性、組立性も向上す
る。この発明の回転検出装置付き転がり軸受は、この発
明の回転検出装置を備えたものであるため、この回転検
出装置の特有の効果が有効に発揮され、軸受を小型化し
ても高精度な回転角度出力を得ることができる。
【図１】この発明の一実施形態にかかる回転検出装置の
概念構成を示す斜視図である。
概念構成を示す斜視図である。
【図２】同回転検出装置における磁気センサアレイの検
出状態を示す説明図である。
出状態を示す説明図である。
【図３】同磁気センサアレイの出力による角度計算例の
説明図である。
説明図である。
【図４】磁気センサアレイと角度算出手段の具体例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】同回転検出装置を備えた転がり軸受の一例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】同回転検出装置における磁気発生手段の各種の
変形例を、図５のVI−VI矢視に相当する部分で示す正面
図である。
変形例を、図５のVI−VI矢視に相当する部分で示す正面
図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかる回転検出装置
を備えた転がり軸受の断面図である。
を備えた転がり軸受の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検
出装置の概念構成の斜視図である。
出装置の概念構成の斜視図である。
【図９】従来例の斜視図である。
１…回転側部材
２…非回転側部材
３…回転部材
４…磁気発生手段
４ａ…永久磁石
４ｂ…磁性材
５…静止部材
６…磁気センサアレイ
６ａ…磁気センサ素子
７…角度算出手段
８…半導体チップ
１５…発信手段
２０…転がり軸受
２１…内輪
２２…外輪
２６…磁気発生手段取付部材
２７…センサ取付部材
Ａ…回転検出装置
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｐ 3/486 Ｇ０１Ｐ 3/486 Ｚ
3/487 3/487 Ｂ
Ｇ０８Ｃ 17/02 Ｇ０８Ｃ 17/00 Ｂ
(72)発明者 小池 孝誌
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） 2F073 AA35 AB02 BB02 BB04 BC01
BC02 CC03 GG01 GG04
2F077 AA25 JJ01 JJ08 JJ09 JJ23
VV01
3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62
BA56 DA16 FA53 GA24 GA53
Claims (15)
- 【請求項１】 回転側部材および非回転側部材のいずれ
か一方の部材に、回転中心回りの方向性を有する磁気発
生手段を有し、他方の部材に、磁気センサ素子がマトリ
クス状に配置された磁気センサアレイを有し、この磁気
センサアレイの出力から角度を算出する角度算出手段を
設けた回転検出装置。 - 【請求項２】 回転側部材に、回転中心回りの方向性を
有する磁気発生手段を有し、非回転側部材に、磁気セン
サ素子がマトリクス状に配置された磁気センサアレイお
よびこの磁気センサアレイの出力から角度を算出する角
度算出手段を有する回転検出装置。 - 【請求項３】 上記磁気発生手段が、永久磁石、または
永久磁石と磁性材の複合体からなる請求項１または請求
項２に記載の回転検出装置。 - 【請求項４】 上記磁気発生手段の磁気センサアレイに
近接して対面する部分の正面形状が、回転中心の両側に
延びる長細形状であって、一端側の幅が他端側の幅より
も狭くなっている請求項１ないし請求項３のいずれかに
記載の回転検出装置。 - 【請求項５】 上記磁気発生手段の磁気センサアレイに
近接して対面する部分の回転中心が、回転中心に対して
偏心している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の回転検出装置。 - 【請求項６】 上記磁気センサアレイと角度算出手段と
を、１つの半導体チップ上に集積化した請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の回転検出装置。 - 【請求項７】 上記磁気センサアレイは、検出サイズが
概ね２０μｍ角以下の磁気センサ素子を、縦横に６４×
６４個以上配置したものである請求項１ないし請求項６
のいずれかに記載の回転検出装置。 - 【請求項８】 上記磁気センサアレイは、各磁気センサ
素子の出力を２値化してラッチする手段を有するものと
した請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の回転検
出装置。 - 【請求項９】 上記磁気センサアレイは、中央部に貫通
孔を有するものである請求項１ないし請求項８のいずれ
かに記載の回転検出装置。 - 【請求項１０】 上記角度算出手段が、最小二乗法を用
いた直線回帰により角度を算出するものである請求項１
ないし請求項９のいずれかに記載の回転検出装置。 - 【請求項１１】 上記角度算出手段は、磁気センサアレ
イの出力から、絶対角度と回転方向とを算出するもので
あり、この回転検出装置の出力信号が、上記絶対角度、
または絶対角度と回転方向の信号である請求項１ないし
請求項１０のいずれかに記載の回転検出装置。 - 【請求項１２】 上記角度算出手段は、磁気センサアレ
イの出力から、パルス出力と原点出力信号を生成するも
のであり、この回転検出装置の出力信号が、上記パルス
出力と原点出力の信号である請求項１ないし請求項１０
のいずれかに記載の回転検出装置。 - 【請求項１３】 上記角度算出手段で算出した角度を、
ワイヤレス信号として発信する発信手段を磁気センサア
レイに隣接して設けた請求項１ない請求項１２のいずれ
かに記載の回転検出装置。 - 【請求項１４】 請求項１ないし請求項１３のいずれか
に記載の回転検出装置において、上記磁気発生手段に代
えてライン光源を設け、上記磁気センサアレイに代え
て、光撮像素子がマトリクス状に配置された光センサア
レイを設けた回転検出装置。 - 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１４のいずれか
に記載の回転検出装置を転がり軸受に設けた回転検出装
置付き軸受。
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