JP2004333511A - エンコーダ付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【目的】 センサ２６の出力を十分に確保し、しかも小型・軽量化が可能な構造を実現する。
【構成】 回転輪９と共に回転するエンコーダ１９は、支持環２０と永久磁石２１とから成る。センサ２６を構成する第一、第二のステータ２８、２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂは上記永久磁石２１に、ラジアル方向とスラスト方向とで対向する。エンコーダ１９とセンサ２６とのスラスト方向の距離を小さくして、小型・軽量化が可能になる。
【選択図】 図２

Description

この発明に係るエンコーダ付転がり軸受ユニットは、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、或はトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）に組み込んで、自動車の車輪の回転速度を検出する為に利用する。

自動車のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、或はトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）を制御する為には、車輪の回転速度を検出する必要がある。この為の回転速度検出装置付転がり軸受ユニットが、例えば特許文献１等に記載されている様に、従来から各種知られている。図４は、この特許文献１に記載された構造を示している。

円環状の永久磁石を含んで構成されるエンコーダ１は、図示しない回転輪に、この回転輪と同心に支持されて、この回転輪と共に回転する。このエンコーダ１の側面には、Ｓ極とＮ極とを円周方向に亙って交互に且つ等ピッチで配置している。一方、図示しない静止輪に上記回転輪と同心に支持されて回転する事のないセンサは、磁性材製のステータ２を含んで構成される。このステータ２の両端縁にはそれぞれ、突出部３ａ、３ｂと切り欠き４ａ、４ｂとを円周方向に亙り交互に、且つ上記エンコーダ１に設けたＳ極及びＮ極と等ピッチで設ける事により、櫛歯状端縁部５ａ、５ｂを形成している。円周方向に亙るこれら両櫛歯状端縁部５ａ、５ｂの位相は、互いに半ピッチ分だけずれている。従って、例えば一方の櫛歯状端縁部５ａを構成する突出部３ａ、３ａがＳ極に対向する瞬間には、他方の櫛歯状端縁部５ｂを構成する突出部３ｂ、３ｂがＮ極に対向する。この結果上記ステータ２には、上記エンコーダ１の回転に伴って交番磁束が流れる。

上記ステータ２には、図示しないコイルを添設する事により、パッシブ型のセンサを構成している。このコイルには、上記交番磁束に対応して、交互に逆方向の電圧が惹起される。この電圧が変化する周波数は、上記エンコーダ１の回転速度に比例する。従って、上記コイルに惹起される電圧を上記センサの出力信号として取り出し、ＡＢＳやＴＣＳの制御器に送れば、これらＡＢＳやＴＣＳを制御できる。尚、転がり軸受ユニットへの組み付け時に上記ステータ２は、回転しない内輪の端部に外嵌固定する。

米国特許第５２００６９７号明細書

本発明は、小型化が可能で、しかもセンサの出力を大きくできるエンコーダ付転がり軸受ユニットを提供すべく発明したものである。

本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットは、従来から知られているエンコーダ付転がり軸受ユニットと同様に、外周面に内輪軌道を有し、使用時に回転する内輪と、内周面に外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、上記内輪の軸方向内端部に締り嵌めにより外嵌固定されたエンコーダとを備える。
特に、本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットに於いては、上記エンコーダは、金属板をプレス成形する事により造られた支持環と、この支持環により支持された永久磁石とから成る。
そして、このうちの支持環は、円輪部と、この円輪部の軸方向外側面の直径方向中間部から軸方向外方に突出した、上記内輪の内端部に締り嵌めで外嵌される嵌合筒部と、上記円輪部の外周縁から軸方向内方に折れ曲がった円筒部とを備えたものである。
更に、上記永久磁石はこの円筒部の内周面に全周に亙って支持されている。

上述の様に構成される本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットによれば、センサの出力を十分に確保できて、小型で、しかも信頼性の高い回転速度検出を行なえる回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを実現できる。

図１〜２は本発明の実施例を示している。本実施例は、非駆動輪（ＦＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）を支持する為の転がり軸受ユニットに、本発明を適用したものである。静止側周面である固定輪６の内周面には、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７を形成している。この固定輪６は、その外周面に形成したフランジ８により、懸架装置に支持自在としている。この固定輪６の内側には、回転輪９を配置している。回転側周面である、この回転輪９の外周面には、それぞれが回転側軌道である内輪軌道１０、１０を形成し、これら両内輪軌道１０、１０を、上記外輪軌道７、７と対向させている。そして、上記外輪軌道７、７と内輪軌道１０、１０との間に、それぞれ保持器１１、１１により保持された複数の転動体１２、１２を設け、上記固定輪６の内側に回転輪９を、回転自在に支持している。尚、図示の例では、転動体として玉を示しているが、重量が嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。又、上記回転輪９の外周面外端寄り部分で、上記固定輪６の外端開口部から突出した部分には、この回転輪９に車輪を固定する為のフランジ１３を設けている。又、上記回転輪９の外端部（車両への組み付け状態で、この車両の幅方向外側端部を言い、図１の左端部）外周面と固定輪６の外端部内周面との間には、シールリング１４を装着して、上記転動体１２、１２を設置した空間３７部分の外端開口部を塞いでいる。尚、本実施例の場合は、ハブ１５の内端部外周面に内輪１６を外嵌する事により、上記回転輪９を構成している。上記内輪１６を外嵌した状態で、上記ハブ１５の内端部に形成した雄ねじ部１７にナット１８を螺合緊締し、上記内輪１６を上記ハブ１５に固定して、上記回転輪９を構成している。

一方、上記回転輪９の内端部（車両への組み付け状態で、この車両の幅方向中央側端部を言い、図１の右端部）外周面には、全体を円環状に形成した、エンコーダ１９を外嵌固定している。このエンコーダ１９は、金属板をプレス成形する事により円筒状に造られた支持環２０と、この支持環２０の一部に支持固定された永久磁石２１とから成る。このうちの支持環２０は、円筒部２２と、この円筒部２２の軸方向外端縁（図１〜２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった円輪部２３とを備える。この円輪部２３の外側面（図１〜２の左側面）で直径方向中間部には、上記金属板を１８０度折り返す事により、嵌合筒部２４を形成している。この嵌合筒部２４は、上記円筒部２２と同心であり、自由状態での内径は、上記内輪１６の内端部の外径よりも僅かに小さくしている。従って上記支持環２０は、上記嵌合筒部２４を上記内輪１６の内端部に締まりばめにより外嵌する事により、上記回転輪９の内端部に固定自在である。又、この様に固定した状態で上記支持環２０の円筒部２２は、上記回転輪９と同心になる。

上述した支持環２０のうち、上記円筒部２２の内周面と、上記円輪部２３の内側面で直径方向外半部とには、上記永久磁石２１を添着している。この永久磁石２１の内周面及び内側面にはＳ極とＮ極とを、円周方向に亙って交互に、且つ等ピッチで配置している。尚、上記永久磁石２１は上記支持環２０に、例えば、接着、或は自身の磁気吸着力により添着固定する。又、上記支持環２０をＳＰＣＣ等の軟鋼板で製作し、ゴム磁石である上記永久磁石２１を上記円筒部２２の内周面及び上記円輪部２３の内側面で直径方向外半部に、焼き付け或は接着等により固定すれば、支持環２０と永久磁石２１との結合強度が十分に大きなエンコーダ１９を、容易に製作できる。

又、上記固定輪６の内端開口部（図１の右端開口部）には、ステンレス鋼板、鋼板等の金属板に絞り加工等の塑性加工を施して成る、有底円筒状のカバー２５の外端開口部を外嵌固定し、この固定輪６の内端開口を塞いでいる。そして、このカバー２５内に、センサ２６を包埋した円環状の合成樹脂２７を保持固定している。上記センサ２６は、それぞれが磁性金属板により円環状に造られ、磁束の流れ方向に対して互いに直列に配置された第一、第二のステータ２８、２９と、合成樹脂等の非磁性材により円環状に形成したボビン３０に導線を巻回して成るコイル３１とから構成している。このうち、第一のステータ２８は断面Ｌ字形に、第二のステータ２９は断面クランク形に、それぞれ形成している。そして、上記第一のステータ２８の内径側端部外側面と、上記第二のステータ２９の内径側端部内側面とを突き合わせて、これら第一、第二のステータ２８、２９同士を磁気的に導通させている。

又、上記第一のステータ２８及び第二のステータ２９の外径側端縁部には、それぞれ複数ずつの突出部３２ａ、３２ｂ及び切り欠き３３ａ、３３ｂを円周方向に亙り交互に設ける事により、それぞれ櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂを形成している。これら各櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂを構成する、上記突出部３２ａ、３２ｂ及び切り欠き３３ａ、３３ｂのピッチは、前記エンコーダ１９を構成する永久磁石２１に設けたＳ極及びＮ極と等ピッチ（中心角ピッチ）としている。

そして、これら第一のステータ２８及び第二のステータ２９の外径側端縁部にそれぞれ形成した、上記各櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂを、上記エンコーダ１９を構成する永久磁石２１に、微小隙間３５ａ、３５ｂを介して対向させている。即ち、上記第一のステータ２８の外周縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを、上記永久磁石２１の一部で前記円筒部２２の内周面に添設した部分の内側面に、微小隙間３５ａを介して、ラジアル方向に対向させている。又、上記第二のステータ２９の外周縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを、上記永久磁石２１の一部で前記円輪部２３の内側面に添設した部分の内側面に、微小隙間３５ｂを介して、スラスト方向に対向させている。

又、上記第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａと第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂとで、前記突出部３２ａ、３２ｂ及び切り欠き３３ａ、３３ｂの位相を、上記エンコーダ１９に設けたＳ極及びＮ極のピッチの半分だけずらせている。従って、上記第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する各突出部３２ａ、３２ａがＳ極又はＮ極に対向する瞬間に、上記第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを構成する各突出部３２ｂ、３２ｂはＮ極又はＳ極に対向する。

更に、前記コイル３１は、これら第一、第二のステータ２８、２９により、外周側を除く三方を囲まれる部分に設置している。上記コイル３１は、合成樹脂製で直径方向外方が開口した断面コ字形で、円環状に形成されたボビン３０に、導線を巻回する事により構成している。尚、上記第一、第二のステータ２８、２９同士の間、或はこれら第一、第二のステータ２８、２９と上記ボビン３０との間には適宜の凹凸係合部を設けて、これら第一、第二のステータ２８、２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂ同士の位相を規制する。

上述の様に構成したセンサ２６は、前記合成樹脂２７に包埋した状態で、前記カバー２５内に抱持する。この様に合成樹脂２７を介してカバー２５にセンサ２６を抱持する作業は、射出成形用の金型のキャビティ内に上記カバー２５及びセンサ２６をセットした状態で、上記キャビティ内に合成樹脂を射出する事により行なう。又、上記コイル３１に惹起された電圧（センサ２６の出力信号）を取り出す為、上記カバー２５の内側面に設けたコネクタ３６を構成する合成樹脂と、上記センサ２６を包埋した合成樹脂２７とは、上記カバー２５の一部に形成した通孔を通じて互いに結合している。

上述の様に構成される本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットを組み込んだ回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの場合、車輪を固定した回転輪９の回転に伴い、ステータの両端縁である第一、第二のステータ２８、２９の外径側端縁部に形成した、各櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂを構成する、それぞれ複数ずつの突出部３２ａ、３２ｂが対向する磁極（Ｓ極、Ｎ極）が、交互に変化する。しかも、上記両櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂを構成する上記各突出部３２ａ、３２ｂが対向する磁極は、互いに逆になる。

即ち、或る瞬間には、第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＳ極に対向し、第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを構成する総ての突出部３２ｂ、３２ｂがＮ極に対向する。そして、次の瞬間には、第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＮ極に対向し、第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを構成する総ての突出部３２ｂ、３２ｂがＳ極に対向する。第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＳ極に対向し、第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを構成する総ての突出部３２ｂ、３２ｂがＮ極に対向した瞬間には第一、第二のステータ２８、２９内に、第二のステータ２９の外径側端縁部から第一のステータ２８の外径側端縁部に向けて磁束が流れる。これに対して、第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＮ極に対向し、第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを構成する総ての突出部３２ｂ、３２ｂがＳ極に対向した瞬間には第一、第二のステータ２８、２９内に、第一のステータ２８の外径側端縁から第二のステータ２９の外径側端縁に向けて磁束が流れる。従って上記第一、第二のステータ２８、２９内には、前記回転輪９の回転に伴って交番磁束が流れる。この為、上記第一、第二のステータ２８、２９内で磁束が飽和しにくくなる。

そして、この様に第一、第二のステータ２８、２９内を流れる交番磁束に応じて前記コイル３１に、起電力が惹起される。この様にしてコイル３１に起電力が惹起されるが、例えば第一のステータ２８の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＳ極に対向した瞬間と、この櫛歯状端縁部３４ａを構成する総ての突出部３２ａ、３２ａがＮ極に対向した瞬間とで磁束の流れ方向が逆になる事に伴い、上記コイル３１には、交互に逆方向の起電力が発生する。この為、電圧の最高値と最低値との差を十分に大きくできて、回転速度検出の精度を向上させる事ができる。

特に、本実施例のエンコーダ付転がり軸受ユニットを組み込んだ回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの場合には、前記エンコーダ１９を構成する永久磁石２１は、Ｌ字形の断面形状を有し、支持環２０を構成する円筒部２２の内周面と円輪部２３の内側面とに設けている。そして、センサ２６を構成する第一、第二のステータ２８、２９の外径側端縁部を、これら内周面及び内側面に対向させているので、漏洩磁束を低減して上記センサ２６の出力向上を図ると同時に、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの小型・軽量化を図れる。特に、第二のステータ２９の外径側端縁部に形成した櫛歯状端縁部３４ｂを、上記エンコーダ１９の円輪部２３の内側面に、微小隙間３５ｂを介して対向させているので、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの小型・軽量化の為に、上記エンコーダ１９とセンサ２６との軸方向に亙る距離、即ち前記スラスト方向の微小隙間３５ｂの厚さ寸法を小さくしても、漏洩磁束の発生を防止できて、上記センサ２６の出力を十分に確保できる。

即ち、本実施例の様に、エンコーダ１９の円輪部２３の内側面にまで永久磁石２１を設ければ、図３（Ａ）に示す様に上記微小隙間３５ｂの厚さ寸法を小さくしても、この永久磁石２１のＮ極からＳ極に流れる磁束の大部分が、第一、第二のステータ２８、２９を通じて流れる。これに対して、同図（Ｂ）の様に、永久磁石２１を円筒部２２の内周面部分にのみ設けた場合、漏洩磁束の発生を防止する為には、支持環２０の円輪部２３と第二のステータ２９とをスラスト方向に亙り十分に離隔する必要がある。この結果、センサ２６とエンコーダ１９とを設置する為に必要な空間の軸方向長さが大きくなり、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの小型・軽量化を図りにくくなる。本実施例の場合には、上述の様に、円輪部２３の内側面にまで永久磁石２１を設ける事により、この様な不都合を解消できる。

尚、第一、第二のステータ２８、２９に交番磁束を流す為、各ステータ２８、２９に形成した櫛歯状端縁部３４ａ、３４ｂ同士の位相を一致させ、代りに、永久磁石２１のうち、円筒部２２に添着した部分と円輪部２３に添着した部分とで、Ｓ極とＮ極との位相を半ピッチ分ずらせる事もできる。但し、この場合には、両部２２、２３に添着した永久磁石のＮ極とＳ極との間で磁束が直接流れない様に、両部２２、２３に添着する磁石同士を互いに離隔させる。

本発明の実施例を示す断面図。 図１の右部拡大図。 本発明の実施例の構造により大きな出力を得られる理由を説明する為の、エンコーダとステータとの部分拡大断面図。 従来構造の１例を示す部分切断斜視図。

符号の説明

１ エンコーダ
２ ステータ
３ａ、３ｂ 突出部
４ａ、４ｂ 切り欠き
５ａ、５ｂ 櫛歯状端縁部
６ 固定輪
７ 外輪軌道
８ フランジ
９ 回転輪
１０ 内輪軌道
１１ 保持器
１２ 転動体
１３ フランジ
１４ シールリング
１５ ハブ
１６ 内輪
１７ 雄ねじ部
１８ ナット
１９ エンコーダ
２０ 支持環
２１ 永久磁石
２２ 円筒部
２３ 円輪部
２４ 嵌合筒部
２５ カバー
２６ センサ
２７ 合成樹脂
２８ 第一のステータ
２９ 第二のステータ
３０ ボビン
３１ コイル
３２ａ、３２ｂ 突出部
３３ａ、３３ｂ 切り欠き
３４ａ、３４ｂ 櫛歯状端縁部
３５ａ、３５ｂ 微小隙間
３６ コネクタ
３７ 空間

Claims (1)

1. 回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記回転側周面と対向する静止側周面に静止側軌道を有し、使用時に回転しない静止輪と、上記回転側軌道と上記静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、Ｓ極とＮ極とを円周方向に亙って交互に且つ等ピッチで配置した円環状の永久磁石を含んで構成され、上記回転輪の一部に、この回転輪と同心に固定されたエンコーダと、上記静止輪に支持されてこのエンコーダを構成する永久磁石と対向するセンサとを備え、このセンサは、磁性材製で上記回転輪及びエンコーダと同心に配置された、円環状若しくは円弧状のステータと、このステータに添設されてこのステータ内を流れる磁束の変化に対応して電圧を惹起させるコイルとから構成されている回転速度検出装置付転がり軸受ユニットに於いて、上記エンコーダは、円筒部と、この円筒部の軸方向一端縁から直径方向に折れ曲がった円輪部とを備え、上記永久磁石はこれら円筒部の周面と円輪部の片面とに、上記Ｓ極とＮ極とを等ピッチで配置しており、上記ステータの両端縁部にそれぞれ複数ずつの突出部及び切り欠きを、円周方向に亙り交互に且つ上記エンコーダに設けたＳ極及びＮ極と等ピッチで設ける事により、それぞれ櫛歯状端縁部を形成し、一方の櫛歯状端縁部を上記エンコーダの一部で上記円筒部の周面に、他方の櫛歯状端縁部を上記エンコーダの他部で上記円輪部の片面に、それぞれ対向させると共に、上記一方の端縁に形成した櫛歯状端縁部を構成する各突出部がＳ極又はＮ極に対向する瞬間に、上記他方の端縁に形成した櫛歯状端縁部を構成する各突出部をＮ極又はＳ極に対向させる事を特徴とする回転速度検出装置付転がり軸受ユニット。

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