【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の機器に用いられて機器制御のための回転検出、たとえば、小型モータの回転制御や、事務機器の位置検出のための回転検出等に使用することができ、小型で高分解能の要求される用途等に用いられる回転センサ付軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転センサ付軸受の一般的な形状を図１５に示す。図１５において、回転センサ付軸受５１は、回転側軌道輪である内輪５２、固定側軌道輪である外輪５３、転動体５４、保持器５５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５２側）に環状の磁気エンコーダ５６が固定され、非回転側（たとえば外輪５３側）に磁気センサ５７ａ，５７ｂが上記磁気エンコーダ５６に対向して固定されている。磁気センサ５７ａ，５７ｂとしては、ホール素子、ホールＩＣなどが使われる。磁気エンコーダ５６は、例えばゴム磁石からなり、図１６に示すように円周方向にＮ極とＳ極を交互に着磁したものである。磁気センサ５７ａ，５７ｂは、樹脂ケース５８内に挿入された状態で樹脂モールドされ、この樹脂ケース５８は金属ケース５９を介して外輪５３に嵌着させることで、外輪５３に固定されている。図１６に磁気センサの配置を示す。２つの磁気センサ５７ａ，５７ｂは出力位相差（電気角）が９０°になるように配置されている。
このように構成することにより、内輪５２の回転に伴い、磁気センサ５７ａ，５７ｂが磁気エンコーダ５６の磁気変化を検出し、その検出信号は図１７のように位相が９０°ずれたインクリメンタルな回転パルス信号となる。この信号から内輪５２の回転数や回転方向を知ることができる。
この種の回転センサ付軸受は、小型で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】
上記従来例のような構成で１回転当りの出力パルス数を増やして高分解能化するためには、図１６に示す磁気エンコーダ５６の極数を増やして１極当りの着磁幅を小さくする必要がある。しかし、着磁幅が小さくなるほど磁気エンコーダ５６の着磁強度が弱くなるため、磁気センサ５７ａ，５７ｂでの検出が難しくなる。たとえば、磁気エンコーダ５６の外径を１５ｍｍ、Ｎ，Ｓ合わせた着磁極数を１００とした場合、一極当りの着磁幅は約０．４７ｍｍ（１５×π÷１００）となるが、着磁幅が小さくなればなるほど着磁も難しくなる。特に、一発着磁法の場合には、着磁極幅が小さくなるに従いコイル線径が細くなるため、大電流を流すことが難しくなる。インデックス着磁法であれば着磁幅が小さくなっても着磁は可能であるが、インデックス着磁法では生産性が悪い。
【０００４】
さらに、着磁強度が小さい場合、磁気エンコーダ５６と磁気センサ５７ａ，５７ｂの隙間を狭くする必要がある。しかし、回転中における両者の接触を避けるためには、ある程度の隙間管理が必要であるため、隙間範囲は制限される。加えて、Ａ相、Ｂ相の２相出力方式の場合、それらの信号を検出する磁気センサ５７ａ，５７ｂを電気角で９０°の位相差出力が得られるように配置する必要があるが、着磁幅が狭くなればなるほど磁気センサ５７ａ，５７ｂの取付け誤差が出力位相に与える影響は大きくなる。そのため、磁気センサ５７ａ，５７ｂの位置合わせにおける機械的ガタがあれば、９０°位相差は大きくずれることになる。この例の場合、０．１ｍｍのずれが約３８度の電気角のずれになるため、磁気センサ５７ａ，５７ｂを固定するための樹脂ケース５８のピッチ公差を厳しくする必要がある。
上述のように、従来の構成で出力パルスを高分解能化することは難しく、小径軸受を用いた回転センサ付軸受の出力パルス数は概ね１００パルス以下が一般的であり、高分解能が必要となる分野への適用はあまりなかった。
【０００５】
この発明の目的は、着磁幅を狭めることなく、高分解能化した回転センサ付軸受を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明における第１の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定軌道輪、および転動体からなる転がり軸受部と、回転側軌道輪に取付けられ磁気特性を円周方向に周期的に変化させた被検出部と、この被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる磁気検出部とを備え、上記被検出部の上記磁気検出部に対する磁気特性を、回転側軌道輪の１回転に対して２周期以上に変化させ、上記磁気検出部により検出される上記被検出部の信号を周期毎に内挿して分割する内挿分割手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、磁気検出部により検出される被検出部の検出信号を、内挿分割手段により周期毎に内挿して分割するようにしたため、１回転における被検出部の周期の数に分割数を乗じた数の分解能が得られる。このため、被検出部の周期の数を増やすことなく高分解能化でき、したがって着磁幅を狭めることなく高分解能化できる。
【０００７】
この発明において、上記内挿分割手段により分割された出力信号をパルス変換するパルス変換部を設けても良い。
このパルス変換部を設けた場合、回転検出信号がパルス信号で得られるため、一般的な回転センサと同様に出力を扱うことができる。
【０００８】
この発明における第２の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定軌道輪、および転動体からなる転がり軸受部と、回転側軌道輪に取付けられ磁気特性をそれぞれ円周方向に周期的に変化させた２つの被検出部と、これら被検出部にそれぞれ対向して配置されたアナログ出力の磁気センサからなる２つの磁気検出部とを備える。上記２つの被検出部の内の一つが上記磁気検出部に対する磁気特性を回転側軌道輪の１回転に対して２周期以上に変化させた詳細位置検出用のものであり、他の一つが磁気検出部に対する磁気特性を回転側軌道輪の１回転に対して１周期の変化とした絶対位置検出用のものであり、上記各磁気検出部の信号をそれぞれ周期毎に内挿して分割する２つの内挿分割手段を設ける。
この構成の場合、詳細位置検出用の被検出部と、これに対向する磁気検出部および内挿分割手段により、第１の発明と同じく、１回転における被検出部の周期の数に分割数を乗じた数の分解能が得られ、着磁幅を狭めることなく高分解能化できる。また、絶対位置検出用の被検出部と、これに対向する磁気検出部および内挿分割手段により、絶対位置を検出することができる。この場合に、絶対位置検出用の被検出部に対しても内挿分割手段を設けたため、回転検出の開始時から絶対位置の検出が可能になる。
【０００９】
第２の発明において、絶対位置検出用の被検出部に対応する内挿分割手段より得られる絶対位置の信号を元にして、詳細位置検出用の被検出部に対応する内挿分割手段より得られる信号の絶対位置を算出する絶対位置変換部とを設けても良い。このように、絶対位置変換部を設けた場合、高分解能での絶対位置の検出が行える。
【００１０】
また、上記第１の発明において、回転側軌道輪に取付けられた被検出部と、この被検出部に対向して配置された検出部とでなる原点信号の生成手段を追加しても良い。
このように原点信号生成手段を設けた場合、回転検出の開始後に原点信号が１回でも検出できれば、その後は、上記のように１回転に対して２周期以上に変化させた被検出部の信号を内挿分割した信号について、絶対位置を認識することができ、高分解能での絶対位置検出が可能になる。
【００１１】
この発明における上記第１および第２の発明の回転センサ付軸受において、被検出部の磁性材として等方性磁石を用いても良い。
被検出部に等方性磁石を用いると、異方性磁石を用いた場合よりも検出信号の振幅が安定する。そのため、より高精度化が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１（Ａ）において、回転センサ付軸受は、転動体４を介して互いに回転自在な回転側軌道輪２および固定側軌道輪３を有する軸受部１と、回転側軌道輪２の一端部に設けた被検出部７と、この被検出部７に対抗して固定側軌道輪３の一端部に取付けられた磁気検出部８と、磁気検出回路基板１１とを備える。軸受部１は深溝玉軸受からなり、たとえば、その内輪が回転軌道輪２となり、外輪が固定側軌道輪３となる。回転側軌道輪２の外径面および固定側軌道輪３の内径面には転動体４の軌道面２ａ、３ａが形成されており、転動体４は保持器５で保持されている。回転側軌道輪２と固定側軌道輪３の間の環状空間は、被検出部７および磁気検出部８の設置側とは反対側の端部がシール部材６で密封されている。
【００１３】
被検出部７はラジアル型のものであって、磁気検出部８に対する磁気特性を円周方向に周期的にかつ連続的に変化させた環状の部品とされている。この磁気特性は、回転側軌道輪２の１回転で２周期以上変化するものであって、ここではＰ周期（Ｐは２以上の整数）とする。具体的には、被検出部７は、環状のバックメタル７ｂと、その外周側に設けられ円周方向に沿って交互に変化する磁極Ｎ，Ｓの極対（Ｎ，Ｓ合わせて１極対）がＰ個着磁された磁性体７ａとを有する。この被検出部７はバックメタル７ｂを介して回転側軌道輪２に固着されている。磁性体７ａはたとえばゴム磁石が用いられ、バックメタル７ｂに加硫接着される。磁性体７ａはプラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものであっても良く、この場合は、バックメタルは必ずしも設けなくても良い。
【００１４】
磁気検出部８は、磁束密度に対応した出力信号を発生する２つの磁気センサ８ａ，８ｂからなる。これら２つの磁気センサ８ａ，８ｂは図１（Ｂ）のように円周方向に所定の間隔を持たせて配置されている。ここでは、上記所定の間隔として、電気的に９０°位相差を持たせて、つまり被検出部７の１極対の周期（３６０°）における９０°の位相差を持たせて配置されている。これら両磁気センサ８ａ，８ｂは共にアナログ出力のセンサからなり、たとえば、ホール素子、アナログ出力のホールＩＣなどを使用することができる。これら磁気検出部８ａ，８ｂは、図１（Ａ）のように磁気検出回路基板１１に実装され、この磁気検出回路基板１１と共に樹脂ケース９内に挿入した後に樹脂モールドされる。この樹脂ケース９を、金属ケース１０を介して固定側軌道輪３に固定することにより、磁気検出部８ａ，８ｂおよび磁気検出回路基板１１が固定軌道輪３に取付けられている。磁気検出回路基板１１は、磁気検出部８への電力供給を行う回路、および磁気検出部８の出力信号を処理して外部に出力するための信号処理回路１２を実装した基板である。
【００１５】
この信号処理回路１２に、磁気センサ８ａ，８ｂにより検出される被検出部７の信号を周期毎に内挿して分割する内挿分割手段３１（図１（Ｃ））が設けられている。また内挿分割手段３１の後段に、内挿分割手段３１で分割された出力をパルス変換するパルス変換部１６が設けられている。内挿分割手段３１は例えば次のように内挿によるｎ分割（ｎは２以上の整数）を行う。
【００１６】
図２は、回転側軌道輪２の回転に伴う磁気センサ８ａ，８ｂの検出信号の波形を示す。この例は、被検出部７の磁性体７ａに着磁した極対の個数Ｐが８の場合であり、回転側軌道輪２が１回転する間に、位相差が９０°のＰ周期（この例の場合には８周期）の正弦波状の信号が得られる。磁気検出部８としてアナログ出力のホールＩＣを用いた場合、その電源電圧Ｖｃの半分の値Ｖｃ／２を基準として、磁性体７ａに着磁した１極対の磁極Ｎ，Ｓごとに１周期の正弦波出力（１Ｘ、２Ｘ…、８Ｘ Ｐ＝８の場合）が得られる。これらの出力信号を電気的に処理することで、１極対で得られる正弦波信号を内挿してｎ分割すれば（ｎは２以上の整数）、回転側軌道輪２の１回転をｎ×Ｐ 分割することになる。たとえば、分割数ｎが３２、対極数Ｐが８であれば、回転側軌道輪２の１回転を３２×８＝２５６分割するようになり、着磁ピッチを小さくすることなく高分解能化が図られる。すなわち、着磁幅を小さくすることなく高分解能化が図られる。
【００１７】
図３は、上記内挿分割手段３１によって、９０°位相差の正弦波１周期を内挿分割する処理の一例を示す。磁気センサ８ａ，８ｂの出力の中点（Ｖｃ ／２）を０として、磁気センサ８ｂの出力信号を磁気センサ８ａの出力信号で割ることで得られる出力比ｂ／ａ（図中１点鎖線）と、磁気センサ８ａ，８ｂの象限判別から得られる正弦波１周期内の象限位置を元にして、出力比ｂ／ａと位置の関係を示す補正テーブル１５ａ（図４）から電気角３６０°内の位置を知ることができる。このようにして得た位置の値を元にして電気角で３６０°の範囲を内挿分割する。
【００１８】
図４は２つの磁気センサ８ａ，８ｂの信号から回転パルス信号を作る信号処理回路の例であり、信号処理回路１２は磁気検出回路基板１１内に実装されている。この信号処理回路１２は、内挿分割手段３１とその後段のパルス変換部１６とからなる。内挿分割手段３１は、磁気センサ８ａ，８ｂの出力比を求める除算器１３、象限判別部１４、および補正演算部１５からなり、補正演算部１５に補正テーブル１５ａが設けられている。磁気センサ８ａの出力をａ、磁気検出部８ｂの出力をｂとすると、除算器１３はその出力比ｂ／ａを求める。出力比の求め方は、アナログ信号処理で求めても良いし、除算器１３の入力段に図示しないＡ／Ｄ変換回路を内蔵させてデジタル的な処理をしても構わない。また、象限判別部１４は、被検出部７の１極対から得られる電気角で３６０°の範囲を象限判別し、その判別結果を補正演算部１５に出力する。補正演算部１５は、予め出力比ｂ／ａと電気角との対応を付けた補正テーブル１５ａを記憶手段（図示せず）に有しており、入力された出力比ｂ／ａを補正テーブル１５ａと対応させた結果と、象限判別結果とで、電気角３６０°の範囲をｎ分割した回転位置の検出信号を生成する。この処理回路１２として、Ａ／Ｄ変換器とメモリを内蔵したワンチップマイコンを用いれば、回路が簡略化されて好都合である。
【００１９】
補正演算部１５は、図４に点線部で示すように、ｎ分割した回転位置の検出信号をコード出力として多ビット（ｂｉｔ）で取り出すものとされ、パルス変換部１６はそのコード出力をパルス出力に変換するものとされる。この場合、回転側軌道輪２の１回転で、図５（Ａ）（Ｂ）に示すような０からｎ−１を繰り返すコード出力がＰ回得られる。出力コードの最下位ビットのみの信号を取り出せば、図５（Ｃ）に示すように回転側軌道輪２の１回転でｎ×Ｐ パルスが得られる。たとえば、分割数ｎを２５６、対極数Ｐを８とすれば、２５６×８＝２０４８パルスと高分解能が得られる。
パルス変換部１６は、次のようにコード出力のビット操作でＡ相，Ｂ相を作る２位相信号生成手段１６ａを有するものとしても良い。すなわち、２位相信号生成手段１６ａは、図６に示すように、図５（Ａ）で得られたｎ分割したコード出力の内、ビット１の信号をＡ相、ビット０とビット１の排他的論理和を取った信号をＢ相とする。これにより一般的なエンコーダ信号と同じものが得られる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、内挿分割の手法として磁気センサ８ａ，８ｂの出力比を元に求めたが、内挿分割手段３１は、磁気センサ８ａ，８ｂの正弦波出力を元にした抵抗分割方式による内挿分割方法など、他の内挿分割方法を用いるものであっても構わない。
【００２１】
図７ないし図１１はこの発明における第２の発明に対応する実施形態を示す。第１の実施形態では、回転側軌道輪２の絶対位置は分からず、インクリメンタルエンコーダのような使い方となるが、第２の実施形態は、回転側軌道輪２の１回転を高分解能でしかも絶対位置検出を可能にしたものである。
図１（Ａ）の第１の実施形態との違いは、被検出部７´のバックメタル７ｂ´に１つの極対の着磁を施した絶対位置検出用の被検出部１８を固着し、それに対向する位置に磁気検出部１９を追加したことである。被検出部７´は、詳細位置の検出用のものであり、第１の実施形態における被検出部７とは、絶対位置検出用の被検出部１８を取付可能としたことを除いて同じ構成である。絶対位置検出用の被検出部１８は、環状のバックメタル１８ｂと、その外周に設けられた周方向に沿って変化する磁極Ｎ，Ｓの極対が１つ着磁された磁性体１８ａとを有する。この被検出部１８は、バックメタル１８ｂを介して被検出部７´のバックメタル７ｂ´に圧入固着されている。磁性体１８ａは、たとえばゴム磁石が用いられ、バックメタル１８ｂに加硫接着される。磁性体１８ａはゴム磁石の他にプラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものであっても良く、バックメタル１８ｂは必ずしも設けなくても良い。なお、絶対位置検出用の被検出部１８の磁性体１８ａと詳細位置検出用の被検出部７´の磁性体７ａ´とは、一定の隙間２０を保っており、お互いの磁力が影響して磁気検出部８，１９の出力が乱れるのを防止している。
【００２２】
図７（Ａ）の断面Ｚ−Ｚを図７（Ｂ）に、断面Ｙ−Ｙを図７（Ｃ）にそれぞれ示す。なお、断面Ｚ−Ｚを示す図７（Ｂ）は、図１（Ｂ）と同じ構成であるため説明を省略する。磁気検出部１９は、磁束密度に対応した出力信号を発生する２つの磁気センサ１９ａ，１９ｂからなる。これら２つの磁気センサ１９ａ，１９ｂは、図７（Ｃ）のように円周方向に所定の間隔（ここでは電気的に９０°位相差）を持たせて配置されている。これら両磁気センサ１９ａ，１９ｂは共にアナログセンサからなり、たとえば、ホール素子、アナログ出力のホールＩＣなどを使用することができる。これら磁気センサ１９ａ，１９ｂは、図７（Ａ）のように磁気検出回路基板１１′に実装される。
【００２３】
なお、被検出部７´と被検出部１８とは互いに一体化した構成でも良く、この場合の実施形態を図８に示す。バックメタル２１ｂの外周上には２つの磁性体２１ａ、２１ｃが設けられ、その間にはお互いの磁力が影響しないように隙間２１ｄが形成されている。
【００２４】
ここでは図７（Ａ）を参照して説明を行う。磁気センサ８ａ´，８ｂ´と磁気センサ１９ａ，１９ｂの出力を図９に示す。図９（Ａ）は、回転側軌道輪２が１回転した時に得られる磁気センサ８ａ´，８ｂ´の出力であり、図２に示した出力と同じである。図９（Ｂ）は回転側軌道輪２が１回転した時に得られる磁気センサ１９ａ，１９ｂの出力を表しており、この信号から図３と共に前述したと同様に内挿して分割することで、回転側軌道輪２の１回転中の絶対位置を知ることが可能となる。
【００２５】
図１０はその処理回路例である。この信号処理回路２２の図４の信号処理回路１２との相違は、磁気センサ１９ａ，１９ｂの信号を処理する内挿分割手段３２が追加され、かつ絶対位置変換部２３がパルス変換部１６に代えて設けられていることである。内挿分割手段３２は、磁気センサ１９ａ，１９ｂから得られる回転側軌道輪２の１回転で１周期の９０°位相差信号から、回転側軌道輪２の１回転中の絶対位置を知る回路である。これら内挿分割手段３２および絶対位置変換部２３の追加により、図７（Ａ）に示す回転側軌道輪２の回転に伴って得られる磁気センサ８ａ´，８ｂ´のＰ周期発生する正弦波の順番が特定できる。このため、回転側軌道輪２の回転角を絶対位置として識別可能となる。
【００２６】
図１０の下部の内挿分割手段３２は、磁気センサ１９ａ，１９ｂの出力比を求める除算器１３′、象限判別部１４′、および補正演算手段１５′からなる。磁気センサ１９ａの出力をａ１′、磁気検出部１９ｂの出力をｂ１′とすると、除算器１３′はその出力比ｂ１′／ａ１′を求める。出力比の求め方は、アナログ信号処理で求めても良いし、除算器１３′の入力段に図示しないＡ／Ｄ変換回路を内蔵させてデジタル的な処理をしても構わない。象限判別部１４′は、被検出部１８から得られる電気角で３６０°（この場合は機械角も３６０°）の範囲を象限判別して、その判別結果を補正演算手段１５′に入力する。補正演算手段１５′は、予め出力比と電気角との対応を付けた補正テーブル１５ａ′を記憶手段に有しており、入力された出力比ｂ１′／ａ１′を補正テーブル１５ａ′と対応させた結果と象限判別結果とで、回転側軌道輪２の絶対位置θ′を求める。なお、この絶対位置θ′は、磁気センサ８ａ´，８ｂ´から得られる複数の正弦波が何番目に相当するかを知るためのものであるので、正確な絶対位置検出は不要である。図１０の上部に示した内挿分割手段３１は、図４と同じであるため説明は省略する。この内挿分割手段３１により、多極対の着磁側の磁気センサ出力処理から得られる電気角θの情報と、１極対の着磁側の磁気センサ出力処理から得られる絶対位置θ′を元に、絶対位置変換部２３からは高分解能化した絶対位置出力を得ることができる。
【００２７】
図１１は、絶対位置変換部２３の内部処理を示す。回転側軌道輪２が１回転する間に０からｎ−１を繰返し出力する複数ビットで表されるコード出力θを、絶対位置変換部２３の出力の下位ビット側とし、回転側軌道輪２の大まかな絶対位置θ′を元にして、θが何周期目に相当するかを求める。それを２進コードで表したものを絶対位置変換部の上位ビットに付け合せたものが、最終的な絶対位置出力となる。こうすることで、回転側軌道輪２の絶対位置検出を高分解能で表示することが可能となる。また、回転側軌道輪２の１回転で１周期の正弦波を内挿分割して得られる絶対位置分解能に比べて精度が良くなる。
【００２８】
図１２は第３の実施形態を示すもので、第１の実施形態に原点信号の生成手段３３を追加したものである。第１の実施形態では、出力コードあるいは出力パルスから回転軌道輪２の絶対位置検出は不可能であったが、原点信号を付加することにより、電源投入後、最低１回でも原点信号を検出できれば、複数周期発生する正弦波出力が何番目のものか識別することが可能となる。
被検出部２４は、図１に示した被検出部７とほぼ同じ構成であるが、原点信号を検出するため、被検出部２４は図１３（Ａ）または同図（Ｂ）のように、Ｎ，Ｓを交互に着磁した連続着磁部２４ａの内、１ないし３着磁幅の部分だけ着磁部が軸方向に長くなるように凸部２４ｃ（または２４ｃ´）が形成されている。この凸部２４ｃ（または２４ｃ´）が原点信号用の被検出部となる。この凸部２４ｃ，２４ｃ´に対向して原点検出用の検出部２５が配置される。被検出部２４の着磁は、連続着磁部２４ａと凸部２４ｃ（または２４ｃ´）を同時に行えるため、特殊な着磁ヨークは不要である。なお、原点信号用として着磁される凸部２４ｃ，２４ｃ´以外の部分は１段低い凹部２４ｂとなっている。そのため、原点用の検出部２５との隙間が大きくなり、例え凹部２４ｂが僅かに着磁されていたとしても、凹部２４ｂでは原点検出部２５は磁力を検出しないようになり、誤動作の心配はない。
【００２９】
原点検出部２５としては、デジタル信号として出力する片側磁界型ホールＩＣが使用できる。ホールＩＣの表面にＳ極が近づいた時にオン、Ｎ極あるいは凹部２４ｂが近づいた時にオフとなる。
【００３０】
図１４は、第３の実施形態の出力例を示す。連続着磁部２４ａの磁気を検出する磁気検出部８の信号処理は図４と同じであり、回転側軌道輪２の１回転（機械角で３６０°）の間に、連続着磁部２４ａに着磁した極対数と同じ回数だけコード出力の繰返しが得られる。また、原点検出部２５からは、回転側軌道輪２の１回転で１回のパルスが得られる。原点信号を少なくとも１回検出できれば、その後は、コード出力が何番目の周期のものであるかが判断できるため、その後は絶対位置検出が可能となる。なお、原点信号生成部３３は、磁気的に検出するものに限らず、例えば光学的に検出するものであっても良い。第３の実施形態におけるその他の構成効果は第１の実施形態と同じである。
【００３１】
なお、上記各実施形態では、いずれも２つの磁気センサ信号を除算しているため、２つの出力信号の振幅差があってもあまり精度には影響を与えないが、磁気センサから得られる正弦波振幅を一定にしたほうが精度は向上する。そのため、被検出部７，７′，２４の磁性体としては、異方性フェライト磁石よりも等方性フェライト磁石の方が好ましい。等方性フェライト磁石の方が、正弦波振幅が一定になる。また角度算出する時の上記各補正テーブル１５ａ，１５ａ′の値は、実測データを元に補正した固有値を入れることで精度分割精度を上げることも可能である。
また上記各実施形態では、ラジアル方式の被検出部７，７′，２４としたが、アキシアルタイプであっても構わない。また、処理回路１２等を磁気検出回路基板１１に実装する形で説明してきたが、回路のすべて、あるいはその一部を図示しない出力ケーブルの途中に入れても構わないし、外部回路側に処理回路機能を持たせても良い。
【００３２】
【発明の効果】
この発明における第１の発明の回転センサ付軸受は、被検出部の磁気検出部に対する磁気特性を、回転側軌道輪の１回転に対して２周期以上に変化させ、磁気検出部により検出される被検出部の信号を周期毎に内挿して分割する内挿分割手段を設けたため、着磁幅を狭めることなく、高分解能化できる。
この発明における第２の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪の１回転に対して２周期以上に変化させた詳細位置検出用の被検出部と、１回転に対して１周期の変化とした絶対位置検出用の被検出部とを設け、各磁気検出部の信号をそれぞれ周期毎に内挿して分割する２つの内挿分割手段を設けたため、着磁幅を狭めることなく、高分解能での絶対位置検出が可能となり、また検出開始の初期から全体位置検出が可能になる。
第１の発明において、原点信号の生成手段を追加した場合は、検出を開始して原点検出が一度なされた後は、絶対位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれこの発明の第１の実施形態にかかる回転センサ付軸受の部分破断側面図、その被検出部，磁気検出部の正面図、およびその処理回路の概略ブロック図である。
【図２】磁気センサ出力の説明図である。
【図３】磁気センサ出力から内挿分割を行う処理の説明図である。
【図４】処理回路のブロック図である。
【図５】磁気検出部の出力の処理例の説明図である。
【図６】Ａ相，Ｂ相を作る２位相信号生成手段の回路図である。
【図７】（Ａ）は第２の実施形態にかかる回転センサ付軸受の部分破断側面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＺ−Ｚ断面図、（Ｃ）は同図（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図８】第２の実施形態にかかる回転センサ付軸受の変形例の部分断面図である。
【図９】第２の実施形態における磁気センサ出力の説明図である。
【図１０】同実施形態における処理回路のブロック図である。
【図１１】絶対位置変換部の変換処理の説明図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態にかかる回転センサ付軸受の部分断面図である。
【図１３】その被検出部の各例の斜視図である。
【図１４】各磁気センサの出力例の波形図である。
【図１５】従来例の断面図である。
【図１６】同従来例の被検出部と磁気検出部の関係を示す正面図である。
【図１７】同従来例のセンサ出力の波形図である。
【符号の説明】
１…軸受部
２…回転側軌道輪
３…固定側軌道輪
４…転動体
７…被検出部
７ａ…磁性体
７ｂ…バックメタル
７′…詳細位置検出用の被検出部
８…磁気検出部
８ａ，８ｂ…磁気センサ
１２…信号処理回路
１６…パルス変換部
１８…絶対位置検出用の被検出部
１８ａ…磁性体
１８ｂ…バックメタル
１９…磁気センサ（磁気検出部）
２３…絶対位置変換部
２４…被検出部
２４ａ…連続着磁部
２４ｃ，２４ｃ′…凸部（被検出部）
３１…内挿分割手段
３２…内挿分割手段
３３…原点信号の生成手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in various types of equipment to detect rotation for controlling equipment, for example, rotation control of small motors, rotation detection for detecting the position of office equipment, and the like. The present invention relates to a bearing with a rotation sensor used for an application or the like required of the above.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 shows a general shape of a bearing with a rotation sensor. In FIG. 15, a bearing 51 with a rotation sensor includes a rolling bearing including an inner ring 52 as a rotating raceway, an outer race 53 as a fixed raceway, a rolling element 54, and a retainer 55. An annular magnetic encoder 56 is fixed to the inner ring 52 side, and magnetic sensors 57a and 57b are fixed to the non-rotating side (for example, the outer ring 53 side) so as to face the magnetic encoder 56. As the magnetic sensors 57a and 57b, Hall elements, Hall ICs and the like are used. The magnetic encoder 56 is made of, for example, a rubber magnet, and has an N pole and an S pole alternately magnetized in the circumferential direction as shown in FIG. The magnetic sensors 57a and 57b are resin-molded while being inserted into the resin case 58. The resin case 58 is fixed to the outer ring 53 by being fitted to the outer ring 53 via the metal case 59. FIG. 16 shows the arrangement of the magnetic sensors. The two magnetic sensors 57a and 57b are arranged such that the output phase difference (electrical angle) becomes 90 °.
With this configuration, the magnetic sensors 57a and 57b detect a magnetic change of the magnetic encoder 56 with the rotation of the inner ring 52, and the detection signal is an incremental rotation pulse whose phase is shifted by 90 ° as shown in FIG. Signal. From this signal, the number of rotations and the direction of rotation of the inner ring 52 can be known.
This type of bearing with a rotation sensor is small in size, does not require assembly adjustment, has characteristics such as robustness, and is used as a motor support bearing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the number of output pulses per rotation and achieve high resolution in the configuration as in the above-described conventional example, it is necessary to increase the number of poles of the magnetic encoder 56 shown in FIG. 16 to reduce the magnetization width per pole. There is. However, as the magnetization width becomes smaller, the magnetization strength of the magnetic encoder 56 becomes weaker, so that the detection by the magnetic sensors 57a and 57b becomes more difficult. For example, when the outer diameter of the magnetic encoder 56 is 15 mm and the number of magnetized poles including N and S is 100, the magnetized width per pole is about 0.47 mm (15 × π ÷ 100). The smaller the width, the more difficult the magnetization. In particular, in the case of the one-shot magnetization method, since the coil wire diameter becomes smaller as the width of the magnetized pole becomes smaller, it becomes difficult to flow a large current. In the case of the index magnetization method, magnetization can be performed even if the magnetization width is small, but the productivity is poor in the index magnetization method.
[0004]
Further, when the magnetization strength is small, it is necessary to narrow the gap between the magnetic encoder 56 and the magnetic sensors 57a and 57b. However, in order to avoid contact between the two during rotation, a certain amount of gap management is required, so that the gap range is limited. In addition, in the case of the two-phase output system of A-phase and B-phase, it is necessary to arrange the magnetic sensors 57a and 57b for detecting those signals so as to obtain a phase difference output of 90 electrical degrees. The smaller the magnetic width, the greater the effect of the mounting error of the magnetic sensors 57a, 57b on the output phase. Therefore, if there is mechanical play in the alignment of the magnetic sensors 57a and 57b, the 90 ° phase difference will be greatly shifted. In this example, a shift of 0.1 mm results in a shift of the electrical angle of about 38 degrees, so that the pitch tolerance of the resin case 58 for fixing the magnetic sensors 57a and 57b must be strict.
As described above, it is difficult to increase the resolution of the output pulse with the conventional configuration, and the number of output pulses of a bearing with a rotation sensor using a small-diameter bearing is generally about 100 pulses or less, and high resolution is required. There was not much application in the field.
[0005]
An object of the present invention is to provide a bearing with a rotation sensor having a high resolution without reducing the magnetization width.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a bearing with a rotation sensor, comprising: a rolling bearing portion comprising a rotating raceway, a fixed raceway, and a rolling element; A magnetic detection unit comprising an analog output magnetic sensor opposed to the detection target, wherein the magnetic characteristics of the detection target with respect to the magnetic detection unit are determined by one rotation of the rotating raceway ring. And interpolating and dividing means for interpolating and dividing the signal of the detected part detected by the magnetic detection part for each period.
According to this configuration, the detection signal of the detection target detected by the magnetic detection unit is interpolated and divided by the interpolation division means for each cycle, so that the number of divisions is equal to the number of cycles of the detection target in one rotation. Multiplied by the resolution. Therefore, the resolution can be increased without increasing the number of periods of the detected portion, and therefore the resolution can be increased without reducing the magnetization width.
[0007]
In the present invention, a pulse conversion unit for performing pulse conversion on the output signal divided by the interpolation division unit may be provided.
When this pulse converter is provided, the rotation detection signal is obtained as a pulse signal, so that the output can be handled in the same manner as a general rotation sensor.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a bearing with a rotation sensor, comprising: a rolling bearing portion comprising a rotating raceway, a fixed raceway, and a rolling element; And two magnetic detectors, each of which is constituted by an analog output magnetic sensor disposed opposite to the detected part. One of the two detected parts is for detecting a detailed position in which the magnetic characteristic of the magnetic detection part is changed in two or more cycles for one rotation of the rotating raceway ring, and the other one is a magnetic part. The magnetic characteristic for the detection unit is for absolute position detection in which one cycle of change is made for one rotation of the rotating raceway. The signal of each of the magnetic detection units is interpolated and divided for each cycle. An interpolation dividing means is provided.
In the case of this configuration, the detected portion for detecting the detailed position, and the magnetic detecting portion and the interpolation dividing means facing the detected portion, as in the first aspect, reduce the number of divisions to the number of periods of the detected portion in one rotation. The multiplied number of resolutions can be obtained, and the resolution can be increased without reducing the magnetization width. Further, the absolute position can be detected by the detected portion for detecting the absolute position, and the magnetic detecting portion and the interpolating and dividing means opposed to the detected portion. In this case, since the interpolation division means is provided also for the detected portion for detecting the absolute position, the absolute position can be detected from the start of the rotation detection.
[0009]
In the second invention, based on the signal of the absolute position obtained by the interpolation dividing means corresponding to the detected part for detecting the absolute position, the signal is obtained from the interpolation dividing means corresponding to the detected part for detecting the detailed position. And an absolute position converter for calculating the absolute position of the signal to be obtained. As described above, when the absolute position converter is provided, the absolute position can be detected with high resolution.
[0010]
Further, in the first aspect of the present invention, it is possible to add a means for generating an origin signal comprising a detected part attached to the rotating raceway and a detecting part arranged opposite to the detected part.
In the case where the origin signal generating means is provided as described above, if the origin signal can be detected even once after the start of the rotation detection, then the signal of the detected portion which is changed in two cycles or more for one rotation as described above. , The absolute position of the signal obtained by interpolation can be recognized, and the absolute position can be detected with high resolution.
[0011]
In the bearing with a rotation sensor according to the first and second aspects of the present invention, an isotropic magnet may be used as the magnetic material of the detected portion.
When an isotropic magnet is used for the detected part, the amplitude of the detection signal is more stable than when an anisotropic magnet is used. Therefore, higher accuracy can be achieved.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1A, a bearing with a rotation sensor includes a bearing portion 1 having a rotating raceway ring 2 and a fixed raceway ring 3 rotatable with each other via a rolling element 4, and one end of the rotating raceway ring 2. The apparatus includes a detected part 7 provided, a magnetic detection part 8 attached to one end of the fixed-side race 3 against the detected part 7, and a magnetic detection circuit board 11. The bearing portion 1 is made up of a deep groove ball bearing. For example, the inner ring becomes the rotating race 2 and the outer race becomes the fixed race 3. The raceway surfaces 2a, 3a of the rolling elements 4 are formed on the outer diameter surface of the rotating raceway ring 2 and the inner diameter surface of the fixed raceway ring 3, and the rolling elements 4 are held by a retainer 5. The annular space between the rotating raceway ring 2 and the fixed raceway ring 3 is sealed with a seal member 6 at the end opposite to the installation side of the detected part 7 and the magnetic detection part 8.
[0013]
The detected portion 7 is of a radial type, and is an annular component in which the magnetic characteristics of the magnetic detecting portion 8 are periodically and continuously changed in the circumferential direction. This magnetic characteristic changes in two or more cycles in one rotation of the rotating raceway ring 2, and here it is assumed to be P cycles (P is an integer of 2 or more). Specifically, the detected portion 7 includes an annular back metal 7b and a pole pair of magnetic poles N and S provided on the outer peripheral side thereof and alternately changing along the circumferential direction (one pole pair including N and S in total). ) Has P magnetized magnetic bodies 7a. The detected part 7 is fixed to the rotating raceway 2 via a back metal 7b. The magnetic body 7a is, for example, a rubber magnet, and is vulcanized and bonded to the back metal 7b. The magnetic body 7a may be formed of a plastic magnet or a sintered magnet, and in this case, the back metal is not necessarily provided.
[0014]
The magnetic detector 8 includes two magnetic sensors 8a and 8b that generate an output signal corresponding to the magnetic flux density. These two magnetic sensors 8a and 8b are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction as shown in FIG. Here, the predetermined intervals are arranged so as to have an electrical phase difference of 90 °, that is, a phase difference of 90 ° in the period (360 °) of one pole pair of the detected part 7. . Both of the magnetic sensors 8a and 8b are composed of analog output sensors. For example, a Hall element, an analog output Hall IC, or the like can be used. These magnetic detection sections 8a and 8b are mounted on a magnetic detection circuit board 11 as shown in FIG. 1A, and are inserted into the resin case 9 together with the magnetic detection circuit board 11 and then molded with resin. By fixing the resin case 9 to the fixed raceway ring 3 via the metal case 10, the magnetic detection units 8a and 8b and the magnetic detection circuit board 11 are mounted on the fixed raceway ring 3. The magnetic detection circuit board 11 is a board on which a circuit for supplying power to the magnetic detection unit 8 and a signal processing circuit 12 for processing an output signal of the magnetic detection unit 8 and outputting the processed signal to the outside are mounted.
[0015]
The signal processing circuit 12 is provided with interpolation dividing means 31 (FIG. 1C) for interpolating and dividing the signal of the detection target 7 detected by the magnetic sensors 8a and 8b at every cycle. Further, a pulse conversion unit 16 that performs a pulse conversion on the output divided by the interpolation division unit 31 is provided at a stage subsequent to the interpolation division unit 31. The interpolation dividing means 31 performs n division (n is an integer of 2 or more) by interpolation, for example, as follows.
[0016]
FIG. 2 shows waveforms of detection signals of the magnetic sensors 8a and 8b accompanying the rotation of the rotating raceway 2. This example is a case in which the number P of the pole pairs magnetized on the magnetic body 7a of the detection target 7 is 8, and the P period in which the phase difference is 90 ° while the rotation-side orbit 2 rotates once (this period). In the case of the example, a sinusoidal signal having eight periods is obtained. When a Hall IC having an analog output is used as the magnetic detection unit 8, one cycle of each of the magnetic poles N and S of one pole pair magnetized on the magnetic body 7a is performed based on a half value Vc / 2 of the power supply voltage Vc. A sine wave output (1X, 2X..., 8X P = 8) is obtained. By electrically processing these output signals and interpolating a sine wave signal obtained by one pole pair and dividing it into n (n is an integer of 2 or more), one rotation of the rotating side raceway ring 2 is n × P will be divided. For example, if the number n of divisions is 32 and the number P of counter poles is 8, one rotation of the rotating race 2 is divided into 32 × 8 = 256, and high resolution can be achieved without reducing the magnetization pitch. Can be That is, high resolution can be achieved without reducing the magnetization width.
[0017]
FIG. 3 shows an example of a process of interpolating and dividing one cycle of a sine wave having a phase difference of 90 ° by the interpolation dividing means 31. An output ratio b / a obtained by dividing the output signal of the magnetic sensor 8b by the output signal of the magnetic sensor 8a, taking the midpoint (Vc / 2) of the output of the magnetic sensors 8a and 8b as 0 (dotted line in the figure) From the correction table 15a (FIG. 4) showing the relationship between the output ratio b / a and the position based on the quadrant position within one cycle of the sine wave obtained from the quadrant discrimination of the magnetic sensors 8a and 8b. You can know the position of. The range of 360 ° in electrical angle is interpolated and divided based on the value of the position thus obtained.
[0018]
FIG. 4 shows an example of a signal processing circuit for generating a rotation pulse signal from the signals of the two magnetic sensors 8a and 8b. The signal processing circuit 12 is mounted in the magnetic detection circuit board 11. The signal processing circuit 12 includes an interpolation division unit 31 and a pulse conversion unit 16 at the subsequent stage. The interpolation division unit 31 includes a divider 13 for obtaining the output ratio of the magnetic sensors 8a and 8b, a quadrant discriminating unit 14, and a correction operation unit 15. The correction operation unit 15 includes a correction table 15a. Assuming that the output of the magnetic sensor 8a is a and the output of the magnetic detector 8b is b, the divider 13 calculates the output ratio b / a. The output ratio may be obtained by analog signal processing or digital processing by incorporating an A / D conversion circuit (not shown) in the input stage of the divider 13. Further, the quadrant discriminating unit 14 discriminates a quadrant within a range of 360 ° in electrical angle obtained from one pole pair of the detected part 7, and outputs the discrimination result to the correction calculating unit 15. The correction calculation unit 15 has a correction table 15a in a storage unit (not shown) in which the output ratio b / a is previously associated with the electrical angle, and stores the input output ratio b / a in the correction table 15a. The detection result of the rotational position obtained by dividing the range of the electrical angle of 360 ° into n is generated based on the result corresponding to the above and the quadrant discrimination result. If a one-chip microcomputer incorporating an A / D converter and a memory is used as the processing circuit 12, the circuit is simplified and advantageous.
[0019]
As shown by a dotted line in FIG. 4, the correction operation unit 15 extracts a detection signal of the n-divided rotation position as a code output in multiple bits (bits), and the pulse conversion unit 16 outputs the code output as a pulse output. To be converted to In this case, in one rotation of the rotating race 2, the code output repeating 0 to n-1 as shown in FIGS. 5A and 5B is obtained P times. By extracting a signal of only the least significant bit of the output code, n × P pulses can be obtained by one rotation of the rotating race 2 as shown in FIG. For example, if the number of divisions n is 256 and the number of counter poles P is 8, a high resolution of 256 × 8 = 2048 pulses can be obtained.
The pulse conversion unit 16 may include a two-phase signal generation unit 16a that generates the A-phase and the B-phase by the bit operation of the code output as follows. That is, as shown in FIG. 6, the two-phase signal generation means 16a converts the signal of bit 1 into the A phase and the exclusive of bit 0 and bit 1 out of the n-divided code outputs obtained in FIG. The signal obtained by taking the logical sum is defined as the B phase. Thereby, the same one as a general encoder signal is obtained.
[0020]
In the above-described embodiment, the interpolation ratio is determined based on the output ratio of the magnetic sensors 8a and 8b. However, the interpolation division unit 31 performs resistance division based on the sine wave outputs of the magnetic sensors 8a and 8b. A method using another interpolation division method such as an interpolation division method according to a method may be used.
[0021]
7 to 11 show an embodiment corresponding to the second invention of the present invention. In the first embodiment, the absolute position of the rotating-side bearing ring 2 is not known, and it is used like an incremental encoder. However, in the second embodiment, one rotation of the rotating-side bearing ring 2 is performed with high resolution and absolutely. This enables position detection.
The difference from the first embodiment shown in FIG. 1A is that the detected part 18 for absolute position detection, in which one pole pair is magnetized, is fixed to the back metal 7b 'of the detected part 7'. That is, a magnetic detection unit 19 is added at a position opposed to the above. The detected part 7 'is for detecting a detailed position, and has the same configuration as the detected part 7 in the first embodiment except that a detected part 18 for detecting an absolute position can be attached. It is. The detected portion 18 for detecting the absolute position includes an annular back metal 18b and a magnetic body 18a provided on the outer periphery thereof and having one magnetic pole N and S that changes along the circumferential direction and is magnetized. Have. The detected portion 18 is press-fitted and fixed to the back metal 7b 'of the detected portion 7' via the back metal 18b. The magnetic body 18a is, for example, a rubber magnet and is vulcanized and bonded to the back metal 18b. The magnetic body 18a may be formed of a plastic magnet or a sintered magnet other than the rubber magnet, and the back metal 18b may not be necessarily provided. The magnetic body 18a of the detected part 18 for detecting the absolute position and the magnetic body 7a 'of the detected part 7' for detecting the detailed position keep a constant gap 20, and the mutual magnetic force affects each other. The output of the magnetic detectors 8 and 19 is prevented from being disturbed.
[0022]
FIG. 7B shows a cross section ZZ of FIG. 7A and FIG. 7C shows a cross section YY of FIG. Note that FIG. 7B showing a cross section ZZ has the same structure as FIG. The magnetic detector 19 includes two magnetic sensors 19a and 19b that generate an output signal corresponding to the magnetic flux density. These two magnetic sensors 19a and 19b are arranged at a predetermined interval (here, a phase difference of 90 ° electrically) in the circumferential direction as shown in FIG. 7C. Both of the magnetic sensors 19a and 19b are analog sensors, and may use, for example, a Hall element or an analog output Hall IC. These magnetic sensors 19a and 19b are mounted on a magnetic detection circuit board 11 'as shown in FIG.
[0023]
Note that the detected portion 7 'and the detected portion 18 may be integrated with each other, and an embodiment in this case is shown in FIG. Two magnetic bodies 21a and 21c are provided on the outer periphery of the back metal 21b, and a gap 21d is formed between the two magnetic bodies 21a and 21c so that the mutual magnetic force does not affect each other.
[0024]
Here, description will be made with reference to FIG. FIG. 9 shows the outputs of the magnetic sensors 8a 'and 8b' and the magnetic sensors 19a and 19b. FIG. 9A shows the outputs of the magnetic sensors 8 a ′ and 8 b ′ obtained when the rotation-side bearing ring 2 makes one rotation, which is the same as the output shown in FIG. FIG. 9B shows the outputs of the magnetic sensors 19a and 19b obtained when the rotation-side raceway ring 2 makes one rotation. The signal is interpolated and divided from this signal in the same manner as described above with reference to FIG. It is possible to know the absolute position of the side bearing ring 2 during one rotation.
[0025]
FIG. 10 shows an example of the processing circuit. This signal processing circuit 22 is different from the signal processing circuit 12 in FIG. 4 in that an interpolation dividing means 32 for processing the signals of the magnetic sensors 19a and 19b is added, and the absolute position conversion unit 23 is replaced with the pulse conversion unit 16. That is, it is provided. The interpolation dividing means 32 is a circuit for knowing the absolute position of the rotating race 2 during one rotation from the 90 ° phase difference signal of one cycle of one rotation of the rotating race 2 obtained from the magnetic sensors 19a and 19b. is there. With the addition of the interpolation dividing means 32 and the absolute position converter 23, the sine wave generated in the P period of the magnetic sensors 8a 'and 8b' obtained with the rotation of the rotating raceway ring 2 shown in FIG. The order can be specified. For this reason, the rotation angle of the rotating side bearing ring 2 can be identified as an absolute position.
[0026]
The interpolation dividing means 32 in the lower part of FIG. 10 includes a divider 13 'for obtaining the output ratio of the magnetic sensors 19a and 19b, a quadrant discriminating section 14', and a correction calculating means 15 '. Assuming that the output of the magnetic sensor 19a is a1 'and the output of the magnetic detector 19b is b1', the divider 13 'obtains the output ratio b1' / a1 '. The output ratio may be obtained by analog signal processing, or digital processing may be performed by incorporating an A / D conversion circuit (not shown) in the input stage of the divider 13 '. The quadrant discriminating unit 14 'discriminates a quadrant within a range of 360 degrees (in this case, the mechanical angle is also 360 degrees) in the electrical angle obtained from the detected unit 18, and inputs the discrimination result to the correction calculating unit 15'. The correction calculation means 15 'has a correction table 15a' in which the output ratio and the electrical angle are previously associated in the storage means, and associates the input output ratio b1 '/ a1' with the correction table 15a '. The absolute position θ 'of the rotating raceway 2 is obtained from the result of the above operation and the result of the quadrant discrimination. Note that the absolute position θ ′ is for knowing the order of a plurality of sine waves obtained from the magnetic sensors 8a ′ and 8b ′, and therefore, accurate absolute position detection is unnecessary. The interpolation dividing means 31 shown in the upper part of FIG. 10 is the same as that of FIG. By this interpolation dividing means 31, information on the electrical angle θ obtained from the magnetic sensor output processing on the magnetized side of the multipole pair and the absolute position θ ′ obtained from the magnetic sensor output processing on the magnetized side of the single pole pair are calculated. Originally, a high-resolution absolute position output can be obtained from the absolute position conversion unit 23.
[0027]
FIG. 11 shows the internal processing of the absolute position converter 23. A code output θ represented by a plurality of bits that repeatedly outputs 0 to n−1 during one rotation of the rotation-side bearing ring 2 is defined as a lower bit side of the output of the absolute position conversion unit 23, and Based on the rough absolute position θ ′, it is determined in what cycle θ corresponds. The result expressed by a binary code and added to the upper bits of the absolute position conversion unit is the final absolute position output. By doing so, it is possible to display the absolute position detection of the rotating raceway 2 with high resolution. In addition, the accuracy is improved as compared with the absolute position resolution obtained by interpolating and dividing one cycle of the sine wave in one rotation of the rotation-side bearing ring 2.
[0028]
FIG. 12 shows a third embodiment in which origin signal generating means 33 is added to the first embodiment. In the first embodiment, it is impossible to detect the absolute position of the rotating race 2 from the output code or the output pulse. However, by adding the origin signal, if the origin signal can be detected at least once after the power is turned on. , It is possible to identify the order of the sine wave output generated in a plurality of cycles.
The detected part 24 has substantially the same configuration as the detected part 7 shown in FIG. 1, but detects the origin signal, so that the detected part 24 is, as shown in FIG. 13A or FIG. A convex portion 24c (or 24c ') is formed such that the magnetized portion becomes longer in the axial direction by a portion having a magnetized width of 1 to 3 of the continuous magnetized portion 24a in which N and S are alternately magnetized. . The convex portion 24c (or 24c ') becomes a detected portion for the origin signal. A detection unit 25 for detecting the origin is arranged to face the projections 24c and 24c '. Since the continuous magnetized portion 24a and the convex portion 24c (or 24c ') can be simultaneously magnetized, the special magnetized yoke is not required. The portions other than the convex portions 24c and 24c 'magnetized for the origin signal are concave portions 24b one step lower. Therefore, the gap with the detection unit 25 for the origin becomes large, and even if the recess 24b is slightly magnetized, the origin detection unit 25 does not detect the magnetic force in the recess 24b, and there is no fear of malfunction. .
[0029]
As the origin detection unit 25, a one-sided magnetic field type Hall IC that outputs a digital signal can be used. It turns on when the S pole approaches the surface of the Hall IC, and turns off when the N pole or the recess 24b approaches.
[0030]
FIG. 14 shows an output example of the third embodiment. The signal processing of the magnetism detecting unit 8 for detecting the magnetism of the continuous magnetizing unit 24a is the same as that of FIG. 4, and during one rotation of the rotating race 2 (360 ° in mechanical angle), the signal is applied to the continuous magnetizing unit 24a. The code output is repeated as many times as the number of magnetized pole pairs. In addition, from the origin detecting unit 25, one pulse is obtained for one rotation of the rotating raceway ring 2. If the origin signal can be detected at least once, then it is possible to determine the cycle of the code output, and thereafter, the absolute position can be detected. The origin signal generation unit 33 is not limited to the one that detects magnetically, but may be one that detects optically, for example. Other configurations and effects of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
[0031]
In each of the above embodiments, the two magnetic sensor signals are divided. Therefore, even if the amplitude difference between the two output signals has little effect on the accuracy, the sine wave obtained from the magnetic sensor is not affected. Accuracy improves when the amplitude is kept constant. Therefore, as the magnetic body of the detected parts 7, 7 ', 24, an isotropic ferrite magnet is more preferable than an anisotropic ferrite magnet. The isotropic ferrite magnet has a constant sine wave amplitude. The values of the correction tables 15a and 15a 'at the time of calculating the angle can also be increased in accuracy by inputting a unique value corrected based on the actual measurement data.
Further, in each of the above embodiments, the detection units 7, 7 ', and 24 of the radial type are used, but an axial type may be used. Although the processing circuit 12 and the like have been described as being mounted on the magnetic detection circuit board 11, all or a part of the circuit may be inserted in the middle of an output cable (not shown), or the processing circuit may be connected to an external circuit. Functions may be provided.
[0032]
【The invention's effect】
In a bearing with a rotation sensor according to a first aspect of the present invention, a magnetic characteristic of a detected part with respect to a magnetic detection unit is changed in two or more cycles for one rotation of a rotating raceway, and detected by the magnetic detection unit. Since the interpolation division means for interpolating and dividing the signal of the detected portion for each cycle is provided, the resolution can be increased without reducing the magnetization width.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a bearing with a rotation sensor according to the present invention, wherein a detected portion for detecting a detailed position, which is changed in two or more cycles for one rotation of the rotating race, and a change in one cycle for one rotation. And two interpolation division means for interpolating and dividing the signal of each magnetic detection unit at every period, thereby providing high resolution without reducing the magnetization width. And the absolute position can be detected from the beginning of the detection start.
In the first aspect, when the origin signal generating means is added, the absolute position can be detected after the detection is started and the origin is detected once.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are partially cutaway side views of a rotation sensor-equipped bearing according to a first embodiment of the present invention, a front view of a detected part thereof, a magnetic detection part thereof, and a processing circuit thereof. It is a schematic block diagram of.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an output of a magnetic sensor.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a process of performing interpolation division from an output of a magnetic sensor.
FIG. 4 is a block diagram of a processing circuit.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a processing example of an output of a magnetic detection unit.
FIG. 6 is a circuit diagram of a two-phase signal generation means for generating an A phase and a B phase.
7A is a partially broken side view of a bearing with a rotation sensor according to a second embodiment, FIG. 7B is a sectional view taken along the line ZZ of FIG. 7A, and FIG. 7C is a view of FIG. 5 is a sectional view taken along the line YY of FIG.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a modification of the bearing with a rotation sensor according to the second embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a magnetic sensor output according to the second embodiment.
FIG. 10 is a block diagram of a processing circuit in the embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conversion process of an absolute position conversion unit.
FIG. 12 is a partial sectional view of a bearing with a rotation sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view of each example of the detected part.
FIG. 14 is a waveform chart of an output example of each magnetic sensor.
FIG. 15 is a sectional view of a conventional example.
FIG. 16 is a front view showing a relationship between a detected part and a magnetic detection part in the conventional example.
FIG. 17 is a waveform diagram of a sensor output of the conventional example.
[Explanation of symbols]
1: Bearing part
2 ... Rotating raceway ring
3 ... Fixed side race
4 ... rolling element
7 ... Detected part
7a ... magnetic material
7b ... back metal
7 ': Detected part for detailed position detection
8. Magnetic detection unit
8a, 8b ... magnetic sensor
12 ... Signal processing circuit
16 ... Pulse converter
18 Detected part for detecting absolute position
18a: magnetic material
18b ... back metal
19: Magnetic sensor (magnetic detector)
23… Absolute position converter
24 ... Detected part
24a: continuous magnetized part
24c, 24c '... convex part (detected part)
31 ... interpolation division means
32 ... interpolation division means
33 ... Origin signal generating means
