JP2004222391A - 磁気センサ付き軸受ユニットおよび磁気センサ付き電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のように大きい磁場を発生するもので使用された場合であっても、漏洩磁束による磁気センサの誤作動をなくすことができる磁気センサ付き軸受ユニットおよび磁気センサの誤作動のない磁気センサ付き電動機を提供する。
【解決手段】磁気センサ２４を支持するセンサ支持部材２３が高透磁率材料とされることにより、内軌道輪１２に固定された回転軸３から漏洩する磁束をセンサ支持部材２３を経て外軌道輪１１に導くセンサ保護用磁気経路Ｐ１が形成されている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気センサ付き転がり軸受ユニットおよび磁気センサ付き電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の軌道輪を有する軸受と、いずれかの軌道輪に設けられかつ磁気発生部を有する被検出部材と、被検出部材に対向するように方の軌道輪に設けられた磁気センサとを備えた磁気センサ付き軸受ユニットは、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、自動車等においてよく使用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４２５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の磁気センサ付き軸受ユニットは、電動機にも使用されているが、電動機にこのユニットを組み込んだ場合には、電動機ステータに大電流が流れることにより、電動機ステータ、回転軸、軸受および電動機ハウジングを介して電動機ステータに戻る磁気ループが形成し、この磁気が強くなることによって磁束が漏洩し、漏洩磁束が磁気センサに影響を及ぼして誤作動の原因となるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、電動機のように大きい磁場を発生するもので使用された場合であっても、漏洩磁束による磁気センサの誤作動をなくすことができる磁気センサ付き軸受ユニットおよび磁気センサの誤作動のない磁気センサ付き電動機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による磁気センサ付き軸受ユニットは、複数の軌道輪を有する軸受と、いずれかの軌道輪に設けられかつ磁気発生部を有する被検出部材と、被検出部材に対向するように他の軌道輪に設けられた磁気センサとを備えた磁気センサ付き軸受ユニットにおいて、磁気センサを支持するセンサ支持部材が高透磁率材料とされることにより、一の軌道輪側に固定された部材から漏洩する磁束をセンサ支持部材を経て他の軌道輪に導くセンサ保護用磁気経路が形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
高透磁率材料としては、最大透磁率が５０００〜２５００００で最大磁束密度が０．５〜２．０Ｔ程度ものが好適であり、７８％パーマロイＰＣ、４５％パーマロイＰＢ、５０％パーマロイＰＥ、電磁軟鉄ＳＵＹ、冷間圧延鋼ＳＰＣなどが例示される。
【０００８】
この発明の磁気センサ付き軸受ユニットによると、センサ支持部材が高透磁率材料とされることにより、回転軸から回転側軌道輪およびセンサ支持部材を経て固定側軌道輪に至るセンサ保護用磁気経路が形成されるので、漏洩した磁束が磁気センサに影響を及ぼすことが防止される。
【０００９】
センサ支持部材は、例えば、短円筒状の外周壁および内周壁、ならびにこれらの一端部同士を連結する穴あき円板状の側壁よりなるものとされる。そして、外軌道輪に固定される場合には、外周壁の自由端部が外軌道輪の肩部に密にはめ止められ、内軌道輪に固定される場合には、内周壁の自由端部が内軌道輪の肩部に密にはめ止められる。
【００１０】
回転軸は、内外軌道輪のいずれに取り付けられてもよいが、典型的には、回転軸が内軌道輪に固定され、ハウジングが外軌道輪に固定される。この場合には、センサ支持部材の内周壁が所要の間隙をおいて回転軸の外周面に対向させられる。
【００１１】
軸受の少なくとも一方の端部側に、高透磁率材料からなる磁気経路形成用バックアップリング部材が設けられていることがある。バックアップリング部材は、磁気センサが設けられている方の端部側に、センサ支持部材に接するように設けられてもよく、磁気センサが設けられていない方の端部側に設けられてもよい。また、バックアップリング部材は、内外軌道輪に固定されてもよいが、内外軌道輪が固定されているハウジング等に固定されてもよい。このようにすると、漏洩した磁束は、センサ支持部材を含むセンサ保護用磁気経路だけでなく、バックアップリング部材を含む磁気経路も流れることになり、回転軸からの漏洩磁束の磁気センサへの影響をより一層小さなものにすることができる。
【００１２】
この発明による磁気センサ付き電動機は、上記の磁気センサ付き軸受ユニットと、一の軌道輪側に固定されてこれとともに回転する回転軸と、当該回転軸とともに回転する電動機ロータと、他の軌道輪側に固定されたハウジング部材と、当該ハウジング部材に固定された電動機ステータとを備えており、磁気センサ付き軸受ユニットは、センサ支持部材が磁気センサよりも電動機ステータに近い側に位置するようにハウジング部材に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の磁気センサ付き電動機によると、センサ支持部材が磁気センサよりも電動機ステータに近い側に位置するように、上記磁気センサ付き軸受ユニットがハウジング部材に取り付けられているので、上記センサ保護用磁気経路が磁気センサと電動機ステータとの間に形成されることとなり、磁気センサ付き軸受ユニットの上記効果が確実に発揮され、これにより、磁気センサが誤作動しない磁気センサ付き電動機を得ることができる。
【００１４】
センサ支持部材と回転軸とは、可能な限り接近させることが望ましく、その最小間隙（磁気経路中のギャップ）は、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。センサ支持部材と回転軸との間隙を０．１ｍｍ以下とすることにより、漏洩磁束がこの間隙に妨げられることなく磁気経路を流れることができる。
【００１５】
バックアップリング部材を設ける際も、これと回転軸との最小間隙は、上記同様、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
センサ保護用磁気経路の効果をさらに向上させるには、センサ支持部材と回転軸との間に、高透磁率材料からなる磁性シールが設けられることが好ましい。磁性シールは、センサ支持部材および回転軸のうちのいずれに設けてもよい。磁性シールは、また、接触式および非接触式のいずれであってもよいが、接触式であることがより好ましい。従来、センサ付き軸受ユニットで使用されているセンサ支持部材は、センサ保護用磁気経路を形成することが考慮されていないことから、従来形状のままで高透磁率材料とするだけでは、回転軸との間隙が大きすぎて、磁気センサを保護する効果を得ることができないが、磁性シールを使用することにより、センサ支持部材と回転軸との間隙が大きい場合でも所要の磁気経路を容易に形成することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１は、この発明による磁気センサ付き電動機を示し、図２から図６までは、この発明の磁気センサ付き軸受ユニットの異なる実施形態の上半部またはその一部を示している。以下の説明において、左右とは、図５を除く各図の左右をいうものとする。
【００１９】
図１に示すように、電動機（１）は、ハウジング（２）と、左側に配されたこの発明による磁気センサ付き軸受ユニット（４）および右側に配された転がり軸受（５）を介してハウジング（２）に回転自在に支持された段付き状の回転軸（３）と、ハウジング（２）の内周に固定されたステータ（６）と、回転軸（３）の外周に固定されたロータ（７）とを備えている。
【００２０】
回転軸（３）は、ロータ（７）が取り付けられている大径部（３ａ）、ハウジング（２）に支持されている小径部（３ｂ）、およびこれらの間に設けられた中間径部（３ｃ）を有している。
【００２１】
磁気センサ付き軸受ユニット（４）は、図２に拡大して示すように、ハウジング（２）に固定された外軌道輪（１１）、回転軸（３）の左の小径部（３ｂ）の右部に固定された内軌道輪（１２）、これらの間に配置された複数の転動体である玉（１３）および保持器（１４）を有する転がり軸受と、内軌道輪（１２）の右端部に設けられた被検出部材としてのパルサリング（１５）と、外軌道輪（１１）の右端部に設けられた磁気センサ装置（１６）とを備えている。内軌道輪（１２）の左端部と外軌道輪（１１）の左端部との間には、シール装置（１７）が設けられている。
【００２２】
右の転がり軸受（５）は、詳細構造を省略するが、ハウジング（２）に固定された外軌道輪（１８）、回転軸（３）の右の小径部（３ｂ）に固定された内軌道輪（１９）およびこれらの間に配置された複数の転動体である玉（２０）などを有する構成とされている。
【００２３】
磁気センサ付き軸受ユニット（４）および右の転がり軸受（５）の外軌道輪（１１）（１８）、内軌道輪（１２）（１９）および玉（１３）（２０）は、高炭素クロム軸受鋼で形成されている。
【００２４】
パルサリング（１５）は、内軌道輪（１２）に固定された支持部材（２１）と、支持部材（２１）に固定された磁気発生部材としての着磁体（２２）とよりなる。支持部材（２１）は、内軌道輪（１２）の外周に嵌め被せられた小径円筒部、小径円筒部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）、および穴あき円板部の外周縁部から右方にのびる大径円筒部よりなり、全体として環状をなす。着磁体（２２）は、磁気発生部（例えば、Ｎ極およびＳ極）が等ピッチとなるように形成されたリング状とされており、支持部材（２１）の外周面全面にわたって固着されている。
【００２５】
センサ装置（１６）は、外軌道輪（１１）の内径の肩部に設けられた溝に嵌合して固定されたセンサ支持部材（２３）と、センサ支持部材（２３）内に配されて充填樹脂（２５）を介して同部材（２２）に固定された磁気センサ（２４）と、磁気センサ（２４）からの出力信号を取り出す電線（２６）とを有している。
【００２６】
センサ支持部材（２３）は、高透磁率材料からなり、短円筒状の外周壁（２３ａ）および内周壁（２３ｂ）、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（２３ｃ）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（２３ａ）の自由端部（左端部）は内周壁（２３ｂ）より左側にのびており、この外周壁（２３ａ）の自由端部が外軌道輪（１１）の右端部の肩部に密にはめ止められ、内周壁（２３ｂ）の自由端部が内軌道輪（１２）の右端面に近接している。
【００２７】
センサ支持部材（２３）の内周壁（２３ｂ）の内周面と回転軸（３）の中間径部（３ｃ）外周面との間隙（内周壁（２３ｂ）の内周面半径と回転軸（３）の中間径部（３ｃ）外周面の半径との差）は、例えば、０．１ｍｍ以下という小さなものとされており、これにより、電動機（１）内には、図に矢印で示すように、内軌道輪（１２）に固定された回転軸（３）から漏洩する磁束をセンサ支持部材（２３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導くセンサ保護用磁気経路（Ｐ１）が形成されている。この磁気回路（Ｐ１）は、電動機（１）のステータ（６）およびロータ（７）との位置関係について、回転軸方向に、ステータ（６）およびロータ（７）と磁気センサ（２４）との間に位置するように配設されている。また、高炭素クロム軸受鋼製の外軌道輪（１１）、内軌道輪（１２）および玉（１３）が磁性を有していることから、回転軸（３）から漏洩する磁束を内軌道輪（１２）、玉（１３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導く磁気経路（Ｐ２）も形成されている。したがって、ロータ（７）の回転によって発生する磁場は、回転軸（３）から２つの磁気経路（Ｐ１）（Ｐ２）を介してハウジング（２）に導かれ、この磁場が磁気センサ（２４）に影響を及ぼすことが防止されている。
【００２８】
図３から図６までは、電動機（１）内で発生する磁場が磁気センサに影響を及ぼすことを防止する磁気経路を形成するための他の実施形態を示すものであり、以下の説明において、図２と同じ構成のものには、同じ符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図３に示す磁気センサ付き転がり軸受ユニットでは、高透磁率材料からなるセンサ支持部材（２３）の内周壁（２３ｂ）の内周面と回転軸（３）の中間径部（３ｃ）外周面との間隙が、０．１ｍｍよりも大きくなっており、そこで、センサ支持部材（２３）の内周壁（２３ｂ）の内周面には、高透磁率材料からなる接触式磁性シール（３１）が設けられている。これにより、電動機（１）内には、図に矢印で示すように、内軌道輪（１２）に固定された回転軸（３）から漏洩する磁束を磁性シール（３１）、センサ支持部材（２３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導くセンサ保護用磁気経路（Ｐ１）が形成されている。また、回転軸（３）から漏洩する磁束を内軌道輪（１２）、玉（１３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導く磁気経路（Ｐ２）も形成されており、ロータ（７）の回転によって発生する磁場は、回転軸（３）から２つの磁気経路（Ｐ１）（Ｐ２）を介してハウジング（２）に導かれ、この磁場が磁気センサ（２４）に影響を及ぼすことが防止されている。
【００３０】
図４および図５に示す磁気センサ付き転がり軸受ユニットでは、図５に示すように、高透磁率材料からなるセンサ支持部材（２３）の外周壁（２３ａ）とハウジング（２）との間隙が、外周壁（２３ａ）に径方向外向き突出部（３２）が形成されることによって、周方向の所定箇所においてゼロとなされている。センサ支持部材（２３）の内周壁（２３ｂ）の内周面と回転軸（３）の中間径部（３ｃ）外周面との間隙は、第１実施形態と同様、例えば、０．１ｍｍ以下という小さなものとされており、これにより、電動機（１）内には、図４に矢印で示すように、内軌道輪（１２）に固定された回転軸（３）から漏洩する磁束をセンサ支持部材（２３）を経て（外軌道輪（１１）を介さずに）ハウジング（２）に導くセンサ保護用磁気経路（Ｐ３）が形成されている。また、回転軸（３）から漏洩する磁束を内軌道輪（１２）、玉（１３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導く磁気経路（Ｐ２）も形成されており、ロータ（７）の回転によって発生する磁場は、回転軸（３）から２つの磁気経路（Ｐ３）（Ｐ２）を介してハウジング（２）に導かれ、この磁場が磁気センサ（２４）に影響を及ぼすことが防止されている。
【００３１】
図６に示す磁気センサ付き転がり軸受ユニットの第４実施形態では、センサ支持部材（２３）の側壁（２３ｃ）に密接するように右側バックアップリング部材（３３）が、転がり軸受（４）の左端面に接するように、左側バックアップリング部材（３４）がそれぞれ設けられている。右側バックアップリング部材（３３）は、その外周がハウジング（２）に固定されるとともに、その内周面と回転軸（３）の中間径部（３ｃ）との間隙が０．１ｍｍ以下となるように形成されている。左側バックアップリング部材（３４）は、その外周がハウジング（２）に固定されるとともに、その内周面と回転軸（３）の小径部（３ｂ）との間隙が０．１ｍｍ以下となるように形成されている。また、センサ支持部材（２３）の内周壁（２３ｂ）の内周面と回転軸（３）の外周面との間隙も、第１実施形態と同様、０．１ｍｍ以下とされている。これにより、電動機（１）内には、図に矢印で示すように、内軌道輪（１２）に固定された回転軸（３）から漏洩する磁束を右側バックアップリング部材（３３）を経て（外軌道輪（１１）を介さずに）ハウジング（２）に導く第１の磁気センサ保護用磁気経路（Ｐ４）と、同磁束を左側バックアップリング部材（３４）を経て（外軌道輪（１１）を介さずに）ハウジング（２）に導く第２の磁気センサ保護用磁気経路（Ｐ５）とが形成されている。また、回転軸（３）から漏洩する磁束を内軌道輪（１２）、玉（１３）および外軌道輪（１１）を経てハウジング（２）に導く磁気経路（Ｐ２）も形成されており、ロータ（７）の回転によって発生する磁場は、回転軸（３）から３つの磁気経路（Ｐ４）（Ｐ５）（Ｐ２）を介してハウジング（２）に導かれ、この磁場が磁気センサ（２４）に影響を及ぼすことが防止されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明による磁気センサ付き電動機の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による磁気センサ付き軸受ユニットの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図３は、この発明による磁気センサ付き軸受ユニットの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図４は、この発明による磁気センサ付き軸受ユニットの第３実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図５は、図４の磁気センサ付き軸受ユニットのハウジングとセンサ支持部材との境界部分の詳細を示す横断面図である。
【図６】図６は、この発明による磁気センサ付き軸受ユニットの第４実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
（１） 電動機
（２） ハウジング
（３） 回転軸
（４） 転がり軸受
（６） ロータ
（７） ステータ
（１１） 外軌道輪
（１２） 内軌道輪
（１５） パルサリング（被検出部材）
（２３） センサ支持部材
（２４） 磁気センサ
（３１） 磁性シール
（３３） 右側バックアップリング部材
（３４） 左側バックアップリング部材
（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）（Ｐ５） 磁気経路

Claims (5)

1. 複数の軌道輪を有する軸受と、いずれかの軌道輪に設けられかつ磁気発生部を有する被検出部材と、被検出部材に対向するように他の軌道輪に設けられた磁気センサとを備えた磁気センサ付き軸受ユニットにおいて、磁気センサを支持するセンサ支持部材が高透磁率材料とされることにより、一の軌道輪側に固定された部材から漏洩する磁束をセンサ支持部材を経て他の軌道輪に導くセンサ保護用磁気経路が形成されていることを特徴とする磁気センサ付き軸受ユニット。
2. 軸受の少なくとも一方の端部側に、高透磁率材料からなる磁気経路形成用バックアップリング部材が設けられている請求項１の磁気センサ付き軸受ユニット。
3. 請求項１または２の磁気センサ付き軸受ユニットと、一の軌道輪側に固定されてこれとともに回転する回転軸と、当該回転軸とともに回転する電動機ロータと、他の軌道輪側に固定されたハウジング部材と、当該ハウジング部材に固定された電動機ステータとを備えており、磁気センサ付き軸受ユニットは、センサ支持部材が磁気センサよりも電動機ステータに近い側に位置するようにハウジング部材に取り付けられていることを特徴とする磁気センサ付き電動機。
4. センサ支持部材と回転軸との最小間隙が０．１ｍｍ以下とされている請求項３の磁気センサ付き電動機。
5. センサ支持部材と回転軸との間に、高透磁率材料からなる磁性シールが介在させられている請求項３の磁気センサ付き電動機。

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