JP2007024778A

JP2007024778A - 回転センサ付軸受

Info

Publication number: JP2007024778A
Application number: JP2005210300A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Ito; 浩義伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】簡単な構成で効率的に電磁波ノイズを外部に放出できる回転センサ付軸受を提供する。
【解決手段】軸受内輪１１と、軸受外輪１２とを含む回転軸の回転数，回転方向，回転速度のいずれかを測定するために磁気センサ２５を備えた回転センサ付軸受において、磁気センサ２５の出力に混入する電磁波ノイズを除去するためのノイズフィルタを基板２６上に設け、ノイズフィルタのフレーム接地ラインに接続されたフレーム接地用電線３３を、板ばね３１を溝２９内で側板３４に接触させ、軸受外輪１２に接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は回転センサ付軸受に関し、回転軸の回転数や回転速度や回転方向などを検出するためのセンサとして磁気感応素子を内蔵した回転センサ付軸受に関する。

回転センサ付軸受は、鉄道車両，自動車，設備機械，工作機械などの回転数や回転速度や回転方向などを検出するために、ホール素子やホールＩＣやＭＲ素子やＭＩ素子などの磁気感応素子を内蔵している。このような回転センサ付軸受を組み込んだ装置を、例えば高周波電源などの近傍で使用するとき、高周波電源から発生する電磁波ノイズなどが回転センサ付軸受の電線などに電磁誘導を生じさせる。このため、その周波数を伴う有害な電磁波ノイズが電線などに発生し、回転センサ付軸受の電気回路内部に浸入する場合がある。

この結果、センサ出力信号に乱れを発生させたりするために、正確に回転速度などを検出できない。電磁波ノイズの侵入を阻止することは極めて困難であるため、通常は浸入した電磁波ノイズを除去するためにノイズフィルタが内蔵される。

特開２００５−６２０８８号公報（特許文献１）には、磁気感応素子の電源端子や出力端子に周波数特性の良いコンデンサをノイズフィルタとして並列に接続し、コンデンサで電磁波ノイズを吸収させることが記載されている。
特開２００５−６２０８８号公報

特許文献１は、ノイズフィルタとしてコンデンサを磁気感応素子の電源端子や出力端子に並列接続することを記載しているにすぎず、コンデンサに蓄積した電磁波ノイズを効果的かつ小型化して外部に放出する具体的な構成については記載されていない。

そこで、この発明の目的は、簡単な構成で効率的に電磁波ノイズを外部に放出できる回転センサ付軸受を提供することである。

この発明は、内輪と外輪とを含む回転軸の回転数，回転方向，回転速度のいずれかを測定するためのセンサとして磁気感応素子を備えた回転センサ付軸受において、磁気感応素子の出力や電源などに混入する電磁波ノイズを除去するためのノイズフィルタをセンサユニット内部に設け、ノイズフィルタの接地部材を内輪および外輪のいずれかに接続したことを特徴とする。

ノイズフィルタをセンサユニット内に設け、ノイズフィルタの接地部材を内輪および外輪のいずれかに接続することで、電磁波ノイズなどに対する対策を施すことができるので、耐環境性が向上し、製品の信頼性が向上する。

好ましくは、接地部材は、導電性の弾性部材からなる。

一実施形態では、弾性部材は板ばねからなり、他の実施形態では、弾性部材は圧縮コイルばねからなる。板ばねや圧縮コイルばねを導電性部材に接触させるだけで接地部材を内輪あるいは外輪に接続できるので、回転センサ付軸受への組み込みが簡単になり、組込み時間を短縮できる。

より具体的には、センサユニットは、磁気感応素子を収納するための開口部を有するケース部材と、ケース部材の開口部を覆う導電性部材とを含み、接地部材は、導電性部材に接触する。接地部材を導電性部材に接触させるだけでよく、接地部材を固定し忘れすることがない。

ケース部材と導電性部材は、内輪と外輪のいずれかの軸受固定輪に設けられる。

接地部材を導電性部材に直付けするか、あるいは接地部材を導電性部材に半田付けまたは加締めする。半田付けまたは加締めすることで接地部材を確実に導電性部材に接続できる。

この発明によれば、ノイズフィルタをセンサユニット内に設け、ノイズフィルタの接地部材を内輪および外輪のいずれかに接続することで、電磁波ノイズなどに対する対策を施すことができ、効率的に電磁波ノイズを外部に放出できる。これにより、耐環境性が向上し、製品の信頼性が向上する。しかも、ノイズフィルタの接地線を電源線や信号線などのようにリード線として取り出さないため、装置全体をコンパクトにすることができる。また、回転センサ付軸受への組み込みが簡単になり、組込み時間を短縮できる。

図１はこの発明の一実施形態の回転センサ付軸受を示す図であり、特に、（Ａ）は（Ｂ）に示す側板を外して線ＩＡ−ＩＡ方向から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＩＢ−ＩＢに沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の線ＩＣ−ＩＣに沿う断面図である。

転がり軸受１０は、例えば回転側の軸受内輪１１と、固定側の軸受外輪１２と、軸受内輪１１および軸受外輪１２との間に配置された複数の転動体１３とを有している。なお、軸受内輪１１が固定側であって、軸受外輪１２が回転側であってもよい。複数の転動体１３は、保持器１４によって保持されており、軸受内輪１１と軸受外輪１２との間における軸受空間の軸方向一方側は軸受シール１５によって密封されている。

軸受空間の軸方向他方側には、センサ１が装着されている。すなわち、軸受内輪１１の外周面にはエンコーダ取付部材２１が嵌め込まれており、エンコーダ取付部材２１の外周面にはリング状の磁気エンコーダ２２が装着されている。磁気エンコーダ２２の磁気センサ２５に対向する面には、周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されている。

磁気感応素子としての磁気センサ２５は、例えばホール素子やホールＩＣやＭＲ素子やＭＩ素子などが用いられており、磁気エンコーダ２２に対向して基板２６に取付けられている。基板２６は図１（Ａ）の２点鎖線で示すように円弧状に形成されており、一端側には例えば２個の磁気センサ２５ａ，２５ｂが取付けられており、他端側には端子などからなる接続部２７が設けられている。接続部２７には電線／信号線３０が半田付けされる。基板２６には図示しないが電磁波ノイズを除去するためにノイズフィルタが取付けられており、基板２６上はモールド樹脂２８によって封止されている。

磁気センサ２５は、防水のために樹脂などで形成されたセンサケース２４によって覆われており、センサケース２４の外周面は導電部材からなる外環２３によって保護され、センサケース２４の軸方向他方端面および内周面は側板３４で保護されている。センサケース２４には、図１（Ｃ）に示すようにほぼ円弧状の溝２９が形成されており、溝２９内に板ばね３１が収納されている。板ばね３１は、例えばリン青銅などの導電性の弾性部材で形成されている。板ばね３１の一端はＶ字状に形成されたＶ字部３２を有しており、他端はフレーム接地用電線３３の一端に半田４１で接続されている。

Ｖ字部３２は溝２９から軸方向他方側に突出するように配置されており、Ｖ字部３２の頂点はセンサケース２４の端面から出っ張っている。フレーム接地用電線３３の他端は基板２６に配置されているノイズフィルタのフレーム接地ライン（図示せず）に半田４２で接続されている。

センサケース２４を覆うように側板３４を装着すると、溝２９の開口部が側板３４で封止され、板ばね３１のＶ字部３２の頂点が側板３４で軸方向一方側に押圧されるのでＶ字部３２が撓みを生じて、フレーム接地用電線３３が導電部材である側板３４と外環２３に電気的に接続される。その結果、ノイズフィルタに吸収された電磁波ノイズを、フレーム接地用電線３３を介して外部に放出することができる。

なお、板ばね３１のＶ字部３２はこの形状に限定されるものではなく、円弧状などであってもよく、側板３４を被せたときに弾性を有して側板３４に接触できるものであればよい。

上述のごとく、この実施形態によれば、板ばね３１のＶ字部３２の頂点を側板３４で押圧するという簡単な構成で、フレーム接地用電線３３を導電部材である側板３４と外環２３に電気的に接続することにより、ノイズフィルタに吸収された電磁波ノイズを、フレーム接地用電線３３を介して外部に放出することができる。その結果、耐環境性が向上し、製品の信頼性が向上する。

しかも、フレーム接地用電線３３を電源や信号線などのようにリード線として取り出す必要がないため、配線作業が複雑になることがなく、装置もコンパクトにできる。さらに、板ばね３１のＶ字部３２を側板３４に接触させるだけでよいため、回転センサ付軸受への組み込みが簡単になり、組込み時間を短縮できる。

図２はこの発明の他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図であり、特に、（Ａ）は（Ｂ）に示す側板を外して線ＩＩＡ−ＩＩＡ方向から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿う断面図である。

図１に示した実施形態は、センサケース２４の溝２９内にＶ字部３２の頂点が軸方向他方側に突出するように配置したのに対して、図２に示した実施形態ではＶ字部３２の頂部が溝２９ａ内から半径方向に突出するように配置したものである。このために溝２９ａにはＶ字部３２の頂部が突出するように切欠きが形成されている。センサケース２４に側板３４を装着すると、板ばね３１のＶ字部３２の頂点が側板３４により半径方向外側に押されるので撓みを生じ、側板３４に電気的に接触する。

これにより、ノイズフィルタが導電部材である側板３４と外環２３に電気的に接続され、ノイズフィルタに吸収された電磁波ノイズを、フレーム接地用電線３３を介して外部に放出することができる。しかも、板ばね３１のＶ字部３２を側板３４に接触させるだけでよいため、回転センサ付軸受への組み込みが簡単になり、組込み時間を短縮できる。

図３はこの発明の一実施形態の回転センサ付軸受を示す図であり、特に、（Ａ）は（Ｂ）に示す側板を外して線ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ方向から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の線ＩＩＩＣ−ＩＩＩＣに沿う断面図である。

図１および図２に示した実施形態は、板ばね３１を使用したのに対して、図３に示した実施形態はフレーム接地用電線３３に接続される圧縮コイルばね３５を使用するものである。すなわち、基板２６ａは図１および図２に示した基板２６に比べて周方向が延長されてほぼ半円形状に形成されている。基板２６ａの一端側には磁気センサ２５ａ，２５ｂが配置されており、他端側には圧縮コイルばね３５が取付けられている。

基板２６ａには図示しないがノイズフィルタが配置されており、このノイズフィルタのフレーム接地ラインが基板２６ａの他端側に延びるように形成されている。圧縮コイルばね３５の一端が基板２６ａの接地ラインに接続され、他端は溝２９ｂから軸方向他方側に突出している。センサケース２４の軸方向他方側を覆うように側板３４を装着すると、圧縮コイルばね３５の他端が側板３４によって押されるので軸方向に撓み、圧縮コイルばね３５と側板３４および外環２３が電気的に接続される。その結果、ノイズフィルタに吸収された電磁波ノイズを外部に放出することができる。

この実施形態においても、ノイズフィルタのフレーム接地ラインに接続された圧縮コイルばね３５を側板３４に接触させるだけでよいため、回転センサ付軸受への組み込みが簡単になり、組込み時間を短縮できる。

図４はこの発明のさらに他の実施形態を示す図であり、回転センサ付軸受の側板側から見た図である。図４に示した実施形態は、ノイズフィルタのフレーム接地ラインに接続されているフレーム接地用電線３３の他端を爪部材３８により側板３４に加締めるようにしたものである。それ以外の構成は図１〜図３と同じである。

この実施形態では、フレーム接地用電線３３の他端を外環２３に設けた爪部材３８により側板３４に加締めるようにしたので、フレーム接地用電線３３の固定し忘れを生じることがない。

図５はこの発明のその他の実施形態における回転センサ付軸受を示す図であり、特に、（Ａ）は側板側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＶＢ−ＶＢに沿う断面図である。

この実施形態は、側板３４に爪部材３９を形成し、ノイズフィルタのフレーム接地ラインに接続されているフレーム接地用電線３３の他端を爪部材３９により側板３４に加締めるようにしたものである。それ以外の構成は図１〜図３と同じである。

図６はこの発明のその他の実施形態における回転センサ付軸受を示す図であり、特に、（Ａ）は側板側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＶＩＢ−ＶＩＢに沿う断面図である。

この実施形態では、ノイズフィルタのフレーム接地ラインに接続されているフレーム接地用電線３３の他端を側板３４に電気的に接続するために、側板３４に孔を形成し、この孔にフレーム接地用電線３３の他端を挿入して半田４１で接続する。それ以外の構成は図１〜図３と同じである。

図７はこの発明の各実施形態に用いられるノイズフィルタの一例を示す回路図である。図７において、磁気センサ２５ａ，２５ｂは電源端子Ｖｃｃと、接地端子Ｖｄｄと、出力端子Ｏｕｔとを有している。電源／制御線３０から電源電圧＋Ｖが、コイルと抵抗とを直列接続したフィルタＬＲを介して磁気センサ２５ａ，２５ｂの電源端子Ｖｃｃに与えられている。電源／制御線３０の接地線はフィルタＬＲを介して磁気センサ２５ａ，２５ｂの接地端子Ｖｄｄに接続されている。

各磁気センサ２５ａ，２５ｂの電源端子Ｖｃｃと接地端子Ｖｄｄとの間にはコンデンサＣＰ１，ＣＰ２が接続され、出力端子Ｏｕｔと接地端子Ｖｄｄとの間にもコンデンサＣ１，Ｃ２が接続されている。これらのコンデンサＣＰ１，ＣＰ２，Ｃ１，Ｃ２は、ノイズ吸収に適した周波数特性の良好なコンデンサが用いられる。磁気センサ２５ａ，２５ｂの各出力端子Ｏｕｔと電源電圧＋Ｖのラインとの間には、磁気センサ２５ａ，２５ｂの出力端子ｏｕｔに過電圧が印加されたときに，磁気センサ２５，２５ｂの出力端子ｏｕｔを保護する目的でダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。

磁気センサ２５ａの出力端子Ｏｕｔは抵抗Ｒ１，フィルタＬＲを介して信号線Ａ−Ｏｕｔに接続されており、磁気センサ２５ｂの出力端子Ｏｕｔは抵抗Ｒ２，フィルタＬＲを介して信号線Ｂ−Ｏｕｔに接続されている。フィルタＬＲの磁気センサ２５ａ，２５ｂ側の電源端子，接地端子，Ａ−Ｏｕｔ，Ｂ−Ｏｕｔとフレーム接地ラインＦＧとの間にはコンデンサＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４がそれぞれ接続されている。これらのコンデンサＣＭ１〜ＣＭ４もノイズ吸収に適した周波数特性の良好なコンデンサを用いるのが好ましい。フレーム接地ラインＦＧは、図１〜図６に示した各実施形態に示したフレーム接地線３３を介して、軸受内輪１１または軸受外輪１２に接続されている。フィルタＬＲと、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＭ１〜ＣＭ４はノイズフィルタ５０を構成している。

図８は磁気センサの出力信号波形を示し、（Ａ）は正常な波形を示し、（Ｂ）は外部ノイズの影響を受けた波形を示している。磁気センサ２５ａ，２５ｂは、電磁誘導などのない環境下では、転がり軸受１０の軸受内輪１１の回転に応じて、図８（Ａ）に示すようにオン，オフする矩形波信号を出力しているが、外部からの電磁誘導などにより、電磁波ノイズが混入すると、図８（Ｂ）に示すように矩形波に歪を生じさせる。しかし、図７に示したノイズフィルタ５０を回転センサ付軸受に内蔵し、フレーム接地ラインＦＧを軸受内輪１１または軸受外輪１２に接続することで、矩形波の歪を軽減でき、図８（Ａ）に示した波形に近付けることができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の回転センサ付軸受は、鉄道車両，自動車，設備機械，工作機械などの回転数や回転速度や回転方向などを検出するために利用できる。

この発明の一実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明の他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明のさらに他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明のその他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明のその他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明のその他の実施形態の回転センサ付軸受を示す図である。この発明の各実施形態に用いられるノイズフィルタを示す回路図である。磁気センサの出力波形を示す図である。

符号の説明

１センサ、１０転がり軸受、１１軸受内輪、１２軸受外輪、１３転動体、１４保持器、１５軸受シール、２１エンコーダ取付部材、２２磁気エンコーダ、２３外環、２４センサケース、２５，２５ａ，２５ｂ磁気センサ、２６，２６ａ基板、２７接続部、２８モールド樹脂、２９，２９ａ溝、３０電線/信号線、３４側板、３１板ばね、３２Ｖ字部、３３フレーム接地用電線、３５圧縮コイルばね、３８爪部材、４１，４２半田、５０ノイズフィルタ、Ｃ１，Ｃ２，ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＭ１〜ＣＭ４コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ダイオード、Ｒ１，Ｒ２抵抗。

Claims

内輪と外輪とを含む回転軸の回転数，回転方向，回転速度のいずれかを測定するためのセンサとして磁気感応素子を備えた回転センサ付軸受において、
前記磁気感応素子の出力に混入する電磁波ノイズを除去するためのノイズフィルタをセンサユニット内部に設け、前記ノイズフィルタの接地部材を前記内輪および前記外輪のいずれかに接続したことを特徴とする、回転センサ付軸受。
前記接地部材は、導電性の弾性部材からなる、請求項１に記載の回転センサ付軸受。
前記弾性部材は板ばねからなる、請求項２に記載の回転センサ付軸受。
前記弾性部材は圧縮コイルばねからなる、請求項２に記載の回転センサ付軸受。
前記センサユニットは、
前記磁気感応素子を収納するための開口部を有するケース部材と、
前記ケース部材の開口部を覆う導電性部材とを含み、
前記接地部材は、前記導電性部材に接触する、請求項２から４のいずれかに記載の回転センサ付軸受。
前記ケース部材と前記導電性部材は、前記内輪と前記外輪のいずれかの軸受固定輪に設けられる、請求項５に記載の回転センサ付軸受。
前記接地部材を前記導電性部材に直付けする、請求項５または６に記載の回転センサ付軸受。
前記接地部材を前記導電性部材に半田付けまたは加締めする、請求項７に記載の回転センサ付軸受。