JP2004170343A

JP2004170343A - センサ付き軸受ユニット

Info

Publication number: JP2004170343A
Application number: JP2002339103A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakamoto; 賢志坂本; Hideaki Ishii; 秀明石井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】分解能を向上させることができるセンサ付き軸受ユニットを提供する。
【解決手段】センサ装置２は、パルサリング３のピッチ相当分の整数倍の間隔をおいてパルサリング３と対向するように周方向に配置されかつ極性が同じとなるように直列接続された複数の磁気センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを有している。複数の磁気センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、所定の磁気センサ１２Ｃを基準にして、これから偶数ピッチ相当分の間隔を有するもの１２Ａと奇数ピッチ相当分の間隔を有するもの１２Ｂとの２グループに区分され、一方のグループの磁気センサ１２Ａは、その信号出力プラス端子が直列接続のプラス側に、信号出力マイナス端子が直列接続のマイナス側にそれぞれ接続され、他方のグループの磁気センサ１２Ｂは、一方のグループの磁気センサ１２Ａとは逆に接続される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のＡＢＳなどで使用されるセンサ付き転がり軸受ユニット等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両や自動車において、車軸あるいは車軸に回転を伝達する回転軸を支持するとともに軸の回転速度・回転角度等の回転を検出するために、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置および被検出部であるパルサリングを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットが使用されている（例えば特許文献１および２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３３２４２７号公報
【０００４】
【特許文献２】
特願２００２−１７７９０４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のセンサ付き転がり軸受ユニットでは、回転検出の分解能の向上や小径化の要求が強くなっている。分解能はパルサリングの着磁極数に依存するため、分解能の向上には、その極数を増すことが考えられるが、この場合には、単極幅（ピッチ幅）が小さくなり、磁束密度が低くなって、センサ装置の信号出力の絶対値が小さくなり、回転を正確に測定できなくなるという問題がある。また、分解能（着磁極数）を変えずに小径化する場合も、単極幅が小さくなり、センサ装置の信号出力の絶対値が小さくなり、前記同様の問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、分解能を向上させることができ、小型化しても分解能を低下させないで済むセンサ付き軸受ユニットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるセンサ付き軸受ユニットは、内外輪を有する軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ周方向に等ピッチの複数の磁気発生部を有するパルサリングと、同他方に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き軸受ユニットにおいて、センサ装置は、パルサリングのピッチ相当分の整数倍の間隔をおいてパルサリングと対向するように周方向に配置されかつ極性が同じとなるように直列接続された複数の磁気センサを有していることを特徴とするものである。
【０００８】
軸受は、典型的には、転がり軸受とされるが、すべり軸受や動圧軸受等とされてもよい。
【０００９】
この明細書において、「パルサリングの１ピッチ」は、１つの磁気発生部（Ｓ極またはＮ極）の幅をいうものとする。また、「パルサリングの１ピッチ相当分」とは、角度に換算した場合に等しいこと、すなわち、パルサリングの中心径をＤ_Ｐ、パルサリングの１ピッチをＷ_Ｐ、磁気センサのピッチ円径をＤ_Ｓとして、磁気センサの「パルサリングの１ピッチ相当分」Ｗ_Ｓが、Ｗ_Ｓ＝Ｗ_Ｐ×Ｄ_Ｓ／Ｄ_Ｐとなることを意味するものとする。また、「極性が同じ」は、センサの出力極性が同じであることを意味し、センサが対向する磁極がＮ極かＳ極かの違いとともに、センサの接続端子のどちらがプラス側に接続されるかの違いも考慮した上で、センサの出力が同符号となることを意味するものとする。
【００１０】
複数の磁気センサのうちの２つの磁気センサ間の間隔は、パルサリングのピッチ相当分の偶数倍、すなわち、一方の磁気センサがＮ極（またはＳ極）に対向している瞬間に、他方の磁気センサもＮ極（またはＳ極）に対向しているようになされていてももちろんよいし、パルサリングのピッチ相当分の奇数倍、すなわち、一方の磁気センサがＮ極（またはＳ極）に対向している瞬間に、他方の磁気センサがＳ極（またはＮ極）に対向しているようになされていてもよい。ピッチ相当分の偶数倍および奇数倍のものが混在する場合には、複数の磁気センサは、所定の磁気センサを基準にして、これから偶数ピッチ相当分の間隔を有するものと奇数ピッチ相当分を有するものとの２グループに区分されるとともに、一方のグループの磁気センサは、その信号出力プラス端子が直列接続のプラス側に、信号出力マイナス端子が直列接続のマイナス側にそれぞれ接続され、他方のグループの磁気センサは、その信号出力プラス端子が直列接続のマイナス側に、信号出力マイナス端子が直列接続のプラス側にそれぞれ接続されることにより、すべての磁気センサの極性が同じとなる。各磁気センサは、信号出力プラス端子および信号出力マイナス端子のほかに、電源入力プラス端子および電源入力マイナス端子を有しており、電源については、電源と各磁気センサとが並列に接続される。
【００１１】
この発明のセンサ付き軸受ユニットによると、複数の磁気センサが極性が同じとなるように直列接続されているので、パルサの各磁気発生部からの磁束密度に応じた磁気センサの信号出力が同符号となって加算され、信号出力の絶対値を大きくすることができる。これにより、回転検出の分解能を向上させることができ、したがって、軸受を小径化しても分解能を低下させないで済む。また、アンプを使用せずに出力を上げることができるため、外部磁界によるノイズの影響を軽減することもでき、これにより、回転検出能力をより向上させることができる。
【００１２】
すべての磁気センサが、パルサのピッチ相当分の２倍の間隔をおいて全周にわたって配置されること（すなわち、磁気センサがパルサリングの磁気発生部に対して一つおきに対向するように配置されること）があり、すべての磁気センサが、パルサのピッチ相当分の１倍の間隔をおいて全周にわたって配置されること（すなわち、磁気センサがすべてのパルサリングの磁気発生部に対向するように配置されること）がある。このようにすると、前者では、すべてのＮ極またはすべてのＳ極を、後者では、すべての極をそれぞれ磁束密度の検知対象とすることから、パルサの各磁気発生部に磁束密度のばらつきがあっても常に一定の信号出力を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、この発明のセンサ付き軸受ユニットの一実施形態の上半部を示している。以下の説明において、左右とは、図の左右をいうものとする。
【００１５】
図１に示すように、センサ付き軸受ユニットは、軸受としての転がり軸受（１）、ならびにそれに設けられたセンサ装置（２）および被検出部であるパルサリング（３）を備えている。
【００１６】
転がり軸受（１）は、固定輪である外輪（４）、回転輪である内輪（５）、これらの間に配置された複数の転動体である玉（６）を備えている。図示は省略したが、外輪（４）はハウジングなどに固定され、内輪（５）には回転軸などが固定される。
【００１７】
パルサリング（３）は、内輪（５）に固定された支持部材（７）と、支持部材（７）に固定された磁気発生部としての着磁体（８）とよりなる。支持部材（７）は、内輪（５）の外周に嵌め被せられた小径円筒部（７ａ）と、小径円筒部（７ａ）の右端から径方向外方にのびる穴あき円板部（フランジ部）（７ｂ）と、穴あき円板部（７ｂ）の外周縁部から右方にのびる大径円筒部（７ｃ）とよりなり、全体として環状をなす。
【００１８】
外輪（４）の右端部の内径の肩部に、環状みぞ（９）が形成されている。このみぞ（９）にセンサ装置（２）のケース（１１）外周縁部が嵌合固定される。なお、このみぞは、シールみぞを利用することができる。
【００１９】
センサ装置（２）は、外輪（４）に固定されたケース（１１）と、ケース（１１）内に設けられた複数のセンサ（１２）および各センサ（１２）からの出力に基づいた信号処理を行う信号処理手段（１３）とを有している。
【００２０】
ケース（１１）は、短円筒状の外周壁（１１ａ）および内周壁（１１ｂ）、ならびにこれらの右端部同士を連結する穴あき円板状の側壁（１１ｃ）よりなり、全体として環状をなし、その中空部分の断面は略コ字状をなす。外周壁（１１ａ）の自由端部（左端部）は内周壁（１１ｂ）より左側にのびており、この外周壁（１１ａ）の自由端が外輪（４）の右端部の肩部に密にはめ止められ、内周壁（１１ｂ）の自由端部が内輪（５）の右端面に近接している。
【００２１】
パルサリング（３）は、表側の磁極がＮ極とＳ極とが交互にかつ等ピッチとなるようにリング状に形成された着磁体（８）が支持部材（７）の外周面全面にわたって固着されて形成されているものである。
【００２２】
複数の磁気センサ（１２）は、着磁体（８）のピッチ相当分（以下では、「ピッチ」と称す）の整数倍の間隔をおいてパルサリング（３）と対向するように周方向に配置されかつ極性が同じとなるように直列接続されている。
【００２３】
図２は、複数の磁気センサの配置例を示すもので、この例では、複数の磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）は、パルサリング（３）の磁気発生部（Ｎ極またはＳ極）のピッチの偶数倍、すなわち、一方の磁気センサがＮ極に対向している瞬間に、他方の磁気センサもＮ極に対向しているものと、ピッチの奇数倍、すなわち、一方の磁気センサがＮ極に対向している瞬間に、他方の磁気センサがＳ極に対向しているようになされているものとが混在するようになされている。そして、複数の磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）は、所定の磁気センサ（１２Ｃ）を基準にして、これから偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）と奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）との２グループに区分されるとともに、図３に示すように、基準の磁気センサ（１２Ｃ）およびこれと偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）は、その信号出力プラス端子（Ｓ＋）が直列接続のプラス側に、信号出力マイナス端子（Ｓ−）が直列接続のマイナス側にそれぞれ接続され、奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）は、その信号出力プラス端子（Ｓ＋）が直列接続のマイナス側に、信号出力マイナス端子（Ｓ−）が直列接続のプラス側にそれぞれ接続されている。各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）は、信号出力プラス端子（Ｓ＋）および信号出力マイナス端子（Ｓ−）のほかに、電源入力プラス端子（Ｐ＋）および電源入力マイナス端子（Ｐ−）を有しており、電源（１４）については、電源（１４）と各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）とがプラス・マイナスを同じにして並列に接続されている。したがって、基準磁気センサ（１２Ｃ）の検知部にＮ極が近づいた場合に、基準センサ（１２Ｃ）およびこれと偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）にはプラス電圧が生じ、奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）にはマイナス電力が生じる。奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）は、偶数ピッチを有するもの（１２Ａ）と信号出力端子がプラス・マイナス逆に接続されていることから、その出力信号が偶数ピッチのもの（１２Ａ）と同じ極性となり、図４において、偶数ピッチ間隔のもの（１２Ａ）は、同図（ａ）の信号を、奇数ピッチ間隔のもの（１２Ｂ）は、同図（ｂ）の信号を、基準センサ（１２Ｃ）は、同図（ｃ）の信号をというように、すべてのセンサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）が同符号の信号（ａ）（ｂ）（ｃ）を出力し、これらが合成された図４右に示す信号（ｄ）が信号処理手段（１３）に入力される。
【００２４】
図５は、複数の磁気センサの他の配置例を示すもので、この例では、複数の磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）は、パルサリング（３）の磁気発生部（Ｎ極またはＳ極）のピッチの２倍、すなわち、一方の磁気センサがＮ極に対向している瞬間に、他方の磁気センサもＮ極に対向しているものだけとされて、支持部材（１１）の全周にわたって配置されている。そして、すべての磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）は、その信号出力プラス端子が直列接続のプラス側に、信号出力マイナス端子が直列接続のマイナス側にそれぞれ接続されている。したがって、基準磁気センサ（１２Ｃ）の検知部にＮ極が近づいた場合に、すべての磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）にはプラス電圧が生じ、これらが合成された信号にしたがって各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）の出力の総和の大きさの信号が信号処理手段（１３）に入力される。また、基準磁気センサ（１２Ｃ）の検知部にＳ極が近づいた場合には、すべての磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）にはマイナス電圧が生じ、同様に、これらが合成された信号にしたがって各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）の出力の総和の大きさの信号が信号処理手段（１３）に入力される。各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｃ）からの出力信号には、若干のばらつきがあるが、それらの総和が出力されることから、同一の回転状態において、常に一定の信号出力を得ることができる。
【００２５】
図６は、複数の磁気センサのさらに他の配置例を示すもので、この例では、複数の磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）は、パルサリング（３）の磁気発生部（Ｎ極またはＳ極）のピッチの１倍とされて、支持部材（１１）の全周にわたって配置されている。したがって、いずれか１つの磁気センサがＮ極に対向している瞬間に、残りの磁気センサがＮ極およびＳ極のいずれかに対向しているようになされている。そして、複数の磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）は、所定の磁気センサ（１２Ｃ）を基準にして、これから偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）と奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）との２グループに区分されるとともに、図３に示すように、基準の磁気センサ（１２Ｃ）およびこれと偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）は、その信号出力プラス端子（Ｓ＋）が直列接続のプラス側に、信号出力マイナス端子（Ｓ−）が直列接続のマイナス側にそれぞれ接続され、奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）は、その信号出力プラス端子（Ｓ＋）が直列接続のマイナス側に、信号出力マイナス端子（Ｓ−）が直列接続のプラス側にそれぞれ接続されている。したがって、基準センサ（１２Ｃ）と偶数ピッチの間隔を有するもの（１２Ａ）も奇数ピッチを有するもの（１２Ｂ）も、同符号の信号を出力し、これらが合成された信号が信号処理手段（１３）に入力される。各磁気センサ（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）からの出力信号には、若干のばらつきがあるが、それらの総和が出力されることから、同じ回転状態において、常に一定の信号出力を得ることができる。
【００２６】
なお、図１において、パルサリング（３）は内輪（５）に固定されて、センサ装置（２）が外輪（４）に設けられているが、パルサリングを外輪（４）に固定して、センサ装置を内輪（５）に設けることも可能である。また、上記の実施形態では、軸受として転がり軸受を示したが、すべり軸受や動圧軸受等にも本発明は適用可能である。また、信号処理手段は、センサ装置に内蔵してもよく、また、外部に設けてもよい。内蔵型のものは、各センサと処理手段の配線が短くなるため、外部磁気ノイズ等の影響を受けにくいという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き軸受ユニットの１実施形態を示す横断面図である。
【図２】図２は、磁気センサの配置例を示す図である。
【図３】図３は、磁気センサ同士の配線例を示す図である。
【図４】図４は、複数の磁気センサの出力信号が合成される様子を示す図である。
【図５】図５は、磁気センサの他の配置例を示す図である。
【図６】図６は、磁気センサのさらに他の配置例を示す図である。
【符号の説明】
（１）転がり軸受
（２）センサ装置
（３）パルサリング
（８）着磁体
（１２）磁気センサ
（１２Ａ）基準磁気センサ
（１２Ｂ）偶数ピッチ磁気センサ
（１２Ｃ）奇数ピッチ磁気センサ

Claims

内外輪を有する軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ周方向に等ピッチの複数の磁気発生部を有するパルサリングと、同他方に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き軸受ユニットにおいて、センサ装置は、パルサリングのピッチ相当分の整数倍の間隔をおいてパルサリングと対向するように周方向に配置されかつ極性が同じとなるように直列接続された複数の磁気センサを有していることを特徴とするセンサ付き軸受ユニット。
すべての磁気センサが、パルサリングのピッチ相当分の２倍の間隔をおいて全周にわたって配置されている請求項１のセンサ付き軸受ユニット。
すべての磁気センサが、パルサリングのピッチ相当分の１倍の間隔をおいて全周にわたって配置されている請求項１のセンサ付き軸受ユニット。