JP2007205762A - Bearing equipped with rotational position detection section and rotation device and steering device using it - Google Patents

Bearing equipped with rotational position detection section and rotation device and steering device using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing equipped with a rotational position detection section for generating multi-rotational absolute position information which requires no special mechanism and hence can be manufactured in a compact size without increasing assembly cost. <P>SOLUTION: When the revolution numbers of a rotating race 7 and a cage 8 of a rolling bearing section 3 are detected by magnetic characteristics forming sections 11, 12, each of which has magnetic characteristics changing periodically in the circumferential direction and magnetic characteristics detection sections 18, 19 which face the magnetic characteristics forming sections 11, 12 to detect the magnetic characteristics, on the precondition that the revolution number of the rotating race 7 is equal to a revolution number corresponding to an absolute rotation angle range in which the revolution number of the rotating race 7 is desired to be detected or an integer which is the smallest integer exceeding the revolution number, the revolution number of the cage 8 is selected to be a value which is neither an integer nor a value in the vicinity of an integer at any integer rotational position smaller than or equal to the integer of the rotating race and which satisfies that the value obtained by dividing the revolution number of the rotating race by the revolution number of the cage is greater than two and smaller than three. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転軌道輪の多回転の絶対位置を検出可能な回転位置検出部付軸受、これを使用した回転装置及びステアリング装置に関する。   The present invention relates to a bearing with a rotational position detector capable of detecting the absolute position of multiple rotations of a rotating raceway, a rotating device and a steering device using the same.

従来より、モータとロータリエンコーダとからなる回転制御装置のコンパクト化と低コスト化を目的として、モータ内の軸受にエンコーダ機能を付加した回転位置検出部付軸受が各種提案されている。
例えば回転位置を検出するレゾルバを組込んだ回転位置検出部付軸受が提案されているが、レゾルバでは、360°を超える多回転の絶対回転位置情報を得ることはできない。実際に、ステアリングホイールの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールの多回転の絶対回転位置を検出することが必要であり、しかも装置電源の立ち上がり直後における未操舵状態時の回転位置も、多回転の絶対回転位置として検出されなければならない。
2. Description of the Related Art Various types of bearings with a rotational position detecting unit in which an encoder function is added to a bearing in a motor have been proposed for the purpose of reducing the size and cost of a rotation control device including a motor and a rotary encoder.
For example, a bearing with a rotational position detection unit incorporating a resolver for detecting the rotational position has been proposed, but the resolver cannot obtain absolute rotational position information of multiple rotations exceeding 360 °. Actually, in an electric power steering device that assists the steering force of the steering wheel, it is necessary to detect the absolute rotational position of the multiple rotation of the steering wheel, and the rotational position in the unsteered state immediately after the device power supply is turned on Must also be detected as a multi-turn absolute rotational position.

モータの回転位置制御に使用するロータリエンコーダやレゾルバを、ステアリングホイールと車輪を転舵させるステアリング機構部とを連結するステアリングシャフトに取付けても1回転360°での回転位置は検出できるが、複数回転目であるか否かは検出することはできない。
この問題に対して、単一の回転センサとして多回転位置センサを実現した従来例がある。これは入力シャフトに歯車を外装し、この歯車より歯数の大きい第2の歯車を前者に組み合わせて第2のシャフトに回転センサを取付ければ、第2のシャフトの1回転が入力シャフトの多回転に対応するようにできる(例えば、特許文献1参照)。
Even if a rotary encoder or resolver used to control the rotational position of the motor is attached to the steering shaft that connects the steering wheel and the steering mechanism that steers the wheel, the rotational position at 360 ° can be detected, but multiple rotations can be detected. Whether or not it is an eye cannot be detected.
To solve this problem, there is a conventional example in which a multi-rotation position sensor is realized as a single rotation sensor. If a gear is mounted on the input shaft, a second gear having a larger number of teeth than that of the gear is combined with the former, and a rotation sensor is attached to the second shaft, one rotation of the second shaft makes many rotations of the input shaft. It can be made to correspond to rotation (for example, refer to patent documents 1).

また、レゾルバの輪状ロータの回転軸をネジ部を介してハウジングに螺合させ、回転による輪状ステータと輪状ロータとの軸方向の相対位置の変化に伴う出力電圧レベルの変化を検出することにより多回転の絶対位置を得るようにしたレゾルバ構造及び多回転アブソリュートデジタル信号出力方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、軸受の保持器に一体に組み付けられた回転位置センサにより回転輪の正負2.5回転の絶対位置を検出することができる回転センサ付軸受も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
In addition, the rotation shaft of the annular rotor of the resolver is screwed into the housing through a screw portion, and a change in the output voltage level due to a change in the relative position in the axial direction between the annular stator and the annular rotor due to the rotation is detected. A resolver structure capable of obtaining the absolute position of rotation and a multi-rotation absolute digital signal output method have also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
Furthermore, a bearing with a rotation sensor capable of detecting the absolute position of positive and negative 2.5 rotations of the rotating wheel by a rotation position sensor integrally assembled with the bearing cage has also been proposed (for example, see Patent Document 3). .

特開2004−77483号公報(第1頁、図2)Japanese Patent Laying-Open No. 2004-77483 (first page, FIG. 2) 特開2003−202243号公報(第1頁、図1、図2)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-202243 (first page, FIGS. 1 and 2) 特開2004−308724号公報(第1頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2004-308724 (first page, FIG. 1)

しかしながら、上記特許文献1及び2に記載の従来例にあっては、歯車又はネジの機構を用いて、異なる回転軸を持つ歯車と組み合わせて構成しているため、径方向の寸法が大きくなると共に、これら機構及び組立にコストが嵩むという未解決の課題がある。
また、特許文献3に記載の従来例にあっては、転動体が回転輪に対して相対的に滑らないように予圧をかけているので、転動体の公転に伴って回転する保持器は回転輪に対して相対的にずれないとしているが、転動体の滑りは起こり得る現象であって、一旦滑りがおこれば、特許文献3に記載されている回転輪側の位置データと保持器側の位置データをもとに多回転の位置テーブルを参照する方法では、最早正確な位置は検出できなくなると共に、正負2.5回転を超えて絶対角度位置を得ようとするとき、正負2.5回転位置を超えた角度位置では絶対角度位置を確定することができないという未解決の課題がある。
However, in the conventional examples described in Patent Documents 1 and 2, since a gear or screw mechanism is used in combination with gears having different rotational axes, the radial dimension increases. However, there is an unsolved problem that the cost of these mechanisms and assembly increases.
Further, in the conventional example described in Patent Document 3, since the preload is applied so that the rolling element does not slide relative to the rotating wheel, the cage that rotates as the rolling element revolves is rotated. Although it is assumed that there is no relative displacement with respect to the wheel, the sliding of the rolling element is a phenomenon that can occur. Once the slip occurs, the position data on the rotating wheel described in Patent Document 3 and the cage side In the method of referring to the multi-turn position table based on the position data, the accurate position can no longer be detected, and when trying to obtain the absolute angular position exceeding the positive and negative 2.5 rotations, the positive and negative 2.5 There is an unsolved problem that the absolute angular position cannot be determined at the angular position exceeding the rotational position.

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、特別な機構を必要とせず、したがって組立コストが嵩むことなくコンパクトに製作が可能な多回転の絶対位置情報を発生することができる回転位置検出部付軸受、これを使用した回転装置及びステアリング装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and does not require a special mechanism, and thus can be manufactured compactly without increasing the assembly cost. It is an object of the present invention to provide a bearing with a rotational position detecting unit capable of generating information, a rotating device using the same, and a steering device.

上記目的を達成するために、請求項1に係る回転位置検出部付軸受は、回転軌道輪及び固定軌道輪間に保持器で保持された転動体を介装した転がり軸受部と、前記回転軌道輪に固着され、円周方向に周期的に変化する磁気特性を有する第1の磁気特性形成部と、該第1の磁気特性形成部と対向して前記磁気特性を検出する第1の磁気特性検出部と、前記保持器に固着され、円周方向に周期的に変化する磁気特性を有する第2の磁気特性形成部と、該第2の磁気特性形成部と対向して、前記磁気特性を検出する第2の磁気特性検出部とを備え、
前記回転軌道輪の回転数を検出したい絶対回転角範囲に相当する回転数と等しいか当該回転数より大きい最も近い整数としたときに、前記保持器の回転数を、回転軌道輪回転数/保持器回転数が2を超え3未満となり、且つ前記回転軌道輪の前記整数以下のどの整数回転の位置においても整数又は整数の近傍値の何れでもない値に選定したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a bearing with a rotational position detector according to claim 1 comprises a rolling bearing portion having a rolling element held by a cage between a rotating raceway ring and a fixed raceway ring, and the rotating raceway. A first magnetic characteristic forming unit fixed to the ring and having a magnetic characteristic that periodically changes in the circumferential direction, and a first magnetic characteristic for detecting the magnetic characteristic opposite to the first magnetic characteristic forming unit Opposing the detection unit, a second magnetic property forming unit fixed to the cage and having a magnetic property that periodically changes in a circumferential direction, and facing the second magnetic property forming unit, A second magnetic property detector for detecting,
When the rotation speed of the rotating raceway is set to the nearest integer equal to or greater than the rotation speed corresponding to the absolute rotation angle range to be detected, the rotation speed of the cage is set to the rotation speed of the rotating raceway / holding The rotational speed of the vessel is more than 2 and less than 3, and is selected to be a value that is neither an integer nor a value near the integer at any integer rotation position less than or equal to the integer of the rotating raceway.

また、請求項2に係る回転装置は、回転部と該回転部を支承する請求項1に記載の回転位置検出部付軸受と、該回転位置検出部付軸受の保持器側回転位置のスリップ角度を検出して記憶し、以後の回転位置検出部付軸受における保持器側回転位置の読取値を前記スリップ角度を用いて補正した補正スリップ角度に基づいて前記回転部の多回転位置を算出する回転位置読取装置とを有することを特徴としている。   A rotating device according to claim 2 is a rotating part, a bearing with a rotational position detecting part according to claim 1 that supports the rotating part, and a slip angle of a cage side rotational position of the bearing with the rotational position detecting part. Rotation that calculates and stores the multi-rotation position of the rotation unit based on the corrected slip angle obtained by correcting the reading value of the cage-side rotation position in the subsequent bearing with the rotation position detection unit using the slip angle. And a position reading device.

さらに、請求項3に係るステアリング装置は、ステアリングホイールと車輪を転舵させるステアリング機構部とを連結するステアリンクシャフトと、該ステアリングシャフトを支承する請求項1に記載の回転位置検出部付軸受と、該回転位置検出部付軸受の保持器側回転位置のスリップ角度を検出して記憶し、以後の回転位置検出部付軸受における保持器側回転位置の読取値を前記スリップ角度を用いて補正した補正スリップ角度に基づいて前記ステアリングシャフトの多回転位置を算出する回転位置読取装置とを有することを特徴としている。   Furthermore, the steering device according to claim 3 is a steer shaft that connects a steering wheel and a steering mechanism that steers the wheel, and a bearing with a rotational position detector according to claim 1 that supports the steering shaft. The slip angle at the cage side rotation position of the bearing with the rotation position detection unit is detected and stored, and the subsequent reading value of the cage side rotation position at the bearing with the rotation position detection unit is corrected using the slip angle. And a rotational position reading device that calculates a multi-rotation position of the steering shaft based on a corrected slip angle.

本発明によれば、回転軌道輪の回転位置を第1の磁気特性形成部及び第1の磁気特性検出部によって検出すると共に、保持器の回転位置を第2の磁気特性形成部及び第2の磁気特性検出部によって検出し、さらに回転軌道輪及び保持器の回転数比を少なくとも一方が整数以外の値となるように設定することにより、多回転を正確に検出することができるという効果が得られる。
また、保持器側回転位置のスリップ角度を検出して記憶し、このスリップ角度に基づいて保持器側回転位置の読取値を補正した補正スリップ角度に基づいて回転部の多回転位置を算出することにより、保持器のスリップにかかわらず正確な多回転位置を算出することができるという効果が得られる。
According to the present invention, the rotational position of the rotating raceway is detected by the first magnetic characteristic forming unit and the first magnetic characteristic detecting unit, and the rotational position of the cage is detected by the second magnetic characteristic forming unit and the second magnetic characteristic forming unit. By detecting with the magnetic characteristic detector and setting the rotation speed ratio of the rotating raceway and the cage so that at least one of them is a value other than an integer, the effect of accurately detecting multiple rotations can be obtained. It is done.
In addition, the slip angle of the cage side rotational position is detected and stored, and the multi-rotation position of the rotating unit is calculated based on the corrected slip angle obtained by correcting the read value of the cage side rotational position based on the slip angle. As a result, it is possible to calculate an accurate multi-rotation position regardless of the slip of the cage.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態を示す全体構成図であって、図中、1は中心開口2を有する固定部であって、この中心開口2内に転がり軸受3を介して回転軸4が回転自在に支持されている。
転がり軸受3は、固定部1の中心開口2の内周面に嵌合される固定軌道輪5と、この固定軌道輪5の内周面側に多数の転動体としてのボール6を介して回転自在に保持された回転軌道輪7と、各ボール6を円周方向に所定間隔を保って保持する保持器8とを備えたラジアル軸受構成を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a fixed portion having a central opening 2, which rotates within the central opening 2 via a rolling bearing 3. The shaft 4 is rotatably supported.
The rolling bearing 3 is rotated via a fixed race 5 that is fitted to the inner peripheral surface of the central opening 2 of the fixed portion 1 and a plurality of balls 6 as rolling elements on the inner peripheral surface of the fixed race 5. It has a radial bearing configuration that includes a rotating raceway ring 7 that is freely held and a cage 8 that holds each ball 6 at a predetermined interval in the circumferential direction.

そして、回転軌道輪7の底面に第1の磁気特性形成部11が配設されていると共に、保持器8の底面に第2の磁気特性形成部12が配設されている。
これら第1の磁気特性形成部11及び第2の磁気特性形成部12の夫々は、図2に示すように、偏平なリング状に形成された磁性体リング13の下面をその半周分をN極に他の半周分をS極に着磁されて、図3に示すように、1回転で1周期のsin波を磁気的に形成する着磁パターンとされている。
A first magnetic property forming unit 11 is disposed on the bottom surface of the rotating raceway ring 7, and a second magnetic property forming unit 12 is disposed on the bottom surface of the cage 8.
As shown in FIG. 2, each of the first magnetic characteristic forming unit 11 and the second magnetic characteristic forming unit 12 has a semicircular portion of the lower surface of the magnetic ring 13 formed in a flat ring shape. The other half of the circumference is magnetized to the S pole, and as shown in FIG. 3, a magnetized pattern is formed which magnetically forms one cycle of sine waves in one rotation.

ここで、保持器8としては、磁性粉体を含有するプラスチックを円筒形のリング状に成形し、その平坦な円環状端面を図2に示すように着磁することにより構成しても上記と同様の着磁パターンを得ることができ、このように構成すると、保持器8の軸方向の長さに余裕ができるので、設計上都合がよく、さらに固着された磁石のように剥がれることがないので、長期の使用を可能として信頼性を向上させることができる。   Here, the cage 8 may be configured by molding a plastic containing magnetic powder into a cylindrical ring shape and magnetizing its flat annular end surface as shown in FIG. A similar magnetized pattern can be obtained, and with this configuration, the cage 8 has a sufficient length in the axial direction, which is convenient in design and does not peel off like a fixed magnet. Therefore, long-term use is possible and reliability can be improved.

一方、固定軌道輪5の外周側下面に円筒部15と、その底面から内方に延長して第1及び第2の磁気特性形成部11及び12と対向するフランジ部16とで断面凹字状に形成された支持体17が固定され、この支持体17の第1及び第2の磁気特性形成部11及び12と対向する上面上の回転軸4の中心軸を中心として90°離間した位置に夫々、磁気特性形成部11及び12との間に所定距離を保って対向する2つの磁気センサで構成される第1及び第2の磁気特性検出部18及び19が配設されている。   On the other hand, a cylindrical portion 15 is formed on the lower surface on the outer peripheral side of the fixed race 5, and a flange portion 16 extending inwardly from the bottom surface and facing the first and second magnetic property forming portions 11 and 12 has a concave shape in cross section. The support member 17 formed on the upper surface of the support member 17 is fixed, and the support member 17 is positioned 90 ° apart from the center axis of the rotary shaft 4 on the upper surface of the support member 17 facing the first and second magnetic property forming portions 11 and 12. First and second magnetic characteristic detectors 18 and 19 each including two magnetic sensors facing each other with a predetermined distance between the magnetic characteristic forming units 11 and 12 are disposed.

ここで、第1及び第2の磁気特性形成部11及び12と、第1及び第2の磁気特性検出部18及び19とは、例えば回転軌道輪7及び保持器8が共に絶対角度0°である状態で、N極領域及びS極領域が互い一致するように第1及び第2の磁気特性形成部11及び12が配設されていると共に、第1の磁気特性検出部18及び第2の磁気特性検出部19における一方の磁気センサ18a及び19aが第1の磁気特性形成部11のN極領域及びS極領域の一方の境界位置P1と対向するように配設され、第1の磁気特性検出部18及び第2の磁気特性検出部19における他方の磁気センサ18b及び19bが磁気センサ18a及び19aに対して半時計方向に90°ずれて第1の磁気特性形成部11のN極領域の中央部に対向する位置に配設されている。   Here, the first and second magnetic characteristic forming units 11 and 12 and the first and second magnetic characteristic detecting units 18 and 19 are configured such that, for example, the rotating raceway 7 and the cage 8 are both at an absolute angle of 0 °. In a certain state, the first and second magnetic characteristic forming units 11 and 12 are arranged so that the N-pole region and the S-pole region coincide with each other, and the first magnetic property detection unit 18 and the second magnetic property detection unit 18 One magnetic sensor 18a and 19a in the magnetic characteristic detecting unit 19 is disposed so as to face one boundary position P1 of the N-pole region and the S-pole region of the first magnetic property forming unit 11, and the first magnetic characteristic is arranged. The other magnetic sensors 18b and 19b in the detection unit 18 and the second magnetic characteristic detection unit 19 are shifted by 90 ° counterclockwise with respect to the magnetic sensors 18a and 19a, so that the N pole region of the first magnetic characteristic formation unit 11 It is arranged at a position facing the center ing.

そして、図4に示すように、第1の磁気特性検出部18の磁気センサ18a及び18bから出力されるsinθ及びcosθがこれらに基づいてディジタル信号の軌道輪回転角θを算出する変換器30に入力され、第2の磁気特性検出部19の磁気センサ19a及び19bから出力されるsinφ及びcosφがこれらに基づいてディジタル信号の保持器回転角φを算出する変換器31に入力され、これら変換器30及び31から出力される軌道輪回転角θ及び保持器回転角φが例えばマイクロコンピュータで構成される演算処理装置32に入力され、この演算処理装置32で10回転の絶対角θn*が算出される。なお、演算処理装置32には、演算処理プログラム等を格納するROM33、演算結果等を記憶するRAM34及び不揮発性メモリ35が接続されている。 Then, as shown in FIG. 4, sin θ and cos θ output from the magnetic sensors 18a and 18b of the first magnetic characteristic detector 18 are converted into a converter 30 that calculates the raceway rotation angle θ of the digital signal based on them. The sin φ and cos φ that are input and output from the magnetic sensors 19 a and 19 b of the second magnetic characteristic detection unit 19 are input to a converter 31 that calculates the holder rotation angle φ of the digital signal based on these, and these converters The raceway rotation angle θ and the cage rotation angle φ output from 30 and 31 are input to an arithmetic processing unit 32 configured by, for example, a microcomputer, and the arithmetic processing unit 32 calculates an absolute angle θn * of 10 rotations. The The arithmetic processing unit 32 is connected to a ROM 33 that stores arithmetic processing programs and the like, a RAM 34 that stores arithmetic results, and a nonvolatile memory 35.

ここで、回転軌道輪7と保持器8との回転数比は、通常の転がり軸受で実現できる回転軌道輪と保持器の回転数比はスラスト軸受に相当する2から大きくても3の間の値であり、回転軌道輪7の10回転以上の絶対角度を検出可能とするには、前記回転数比は2、3、5/2=2.5、7/3=2.33、8/3=2.67、9/4=2.25中の何れにも一致若しくは近づいてはならない。このため、本実施形態では、回転軌道輪7と保持器8との回転数比が、例えば上記の値とは異なり、5/2と8/3の間の値として2.6=13/5となるように設定されている。このように、上記回転数比が2.6となる転がり軸受を設計し、製作したとすれば、回転軌道輪7の回転角φに対応して変換器30及び31からは軌道輪回転角θ及び保持器回転角φが図5に示すように出力される。   Here, the rotational speed ratio between the rotating raceway ring 7 and the cage 8 is between 2 and at most 3 corresponding to the thrust bearing. In order to be able to detect an absolute angle of 10 or more rotations of the rotating raceway 7, the rotational speed ratio is 2, 3, 5/2 = 2.5, 7/3 = 2.33, 8 / Do not match or approach any of 3 = 2.67 or 9/4 = 2.25. For this reason, in this embodiment, the rotation speed ratio between the rotating raceway ring 7 and the cage 8 is different from the above value, for example, 2.6 = 13/5 as a value between 5/2 and 8/3. It is set to become. As described above, if a rolling bearing having a rotational speed ratio of 2.6 is designed and manufactured, the converters 30 and 31 correspond to the rotational angle φ of the rotating race ring 7 and the bearing ring rotational angle θ. The cage rotation angle φ is output as shown in FIG.

この図4で、横軸は回転軌道輪7の正負5回転(全10回転)以内即ち±1800度(全3600度)の範囲の角度位置であり、回転軌道輪回転角θは、回転軌道輪7の回転角の360度毎に+180と−180度の間で急角度の鋸歯状に変化する。他方、保持器回転角φは、回転軌道輪7の回転角の2.6分の1の割合で+180度と−180度の間で緩い角度の鋸歯状に変化する。
このように、2つの変換器30及び31から回転軌道輪7の回転角度に対応して一対の角度(φ,θ)が得られることになるが、保持器回転角φを横軸に、回転軌道輪回転角θを縦軸として、両者の関係をグラフにすると図6に示すようになる。
In FIG. 4, the horizontal axis is an angular position within a range of ± 1800 degrees (total 3600 degrees) within 5 positive and negative rotations (total 10 rotations) of the rotary track ring 7. Every time the rotation angle of 7 is 360 degrees, it changes into a sharp sawtooth shape between +180 and -180 degrees. On the other hand, the cage rotation angle φ changes in a serrated shape with a loose angle between +180 degrees and −180 degrees at a ratio of 1/2 of the rotation angle of the rotating raceway ring 7.
In this way, a pair of angles (φ, θ) corresponding to the rotation angle of the rotating race 7 is obtained from the two converters 30 and 31, but the rotation angle around the cage rotation angle φ is rotated. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the bearing ring rotation angle θ and the vertical axis.

この図6において、点Oは回転軌道輪7の回転の中央位置であり、点Aが中央位置から−5回転した回転角度に対応し、点Bが中央位置から+5回転した回転角度に対応している。点Aから正方向に回転するに従って保持器回転角φは右方向へ進み、回転軌道輪回転角θは上方向に進む様子が分かる。そして、回転軌道輪回転角θは上端の+180度に達すると下端の−180度に遷移する。同様に保持器回転角φは右端の+180度に達すると左端の−180度に遷移する。このような遷移を繰り返しながら中央位置である点Oを通り、そして、+5回転の点Bに達する。このように、回転軌道輪7が−5回転の回転角から+5回転までの回転角における全ての絶対回転角を得るには、図6における各斜線同士が何れも重ならず、また接近していないことが必要条件となる。すなわち、回転軌道輪の回転数に対する前記保持器の回転数を、当該絶対回転角範囲±1800°内で、回転軌道輪及び前記保持器の両回転角位置の組み合わせパターンが全て異なるように選定したことになる。   In FIG. 6, point O is the center position of rotation of the rotating raceway ring 7, and point A corresponds to the rotation angle rotated −5 from the center position, and point B corresponds to the rotation angle rotated +5 from the center position. ing. It can be seen that the cage rotation angle φ advances in the right direction and the rotating raceway rotation angle θ advances in the upward direction as it rotates in the positive direction from the point A. When the rotation angle θ of the rotating raceway reaches +180 degrees at the upper end, it changes to −180 degrees at the lower end. Similarly, when the cage rotation angle φ reaches +180 degrees at the right end, the cage transitions to −180 degrees at the left end. While repeating such a transition, it passes through the point O which is the center position, and reaches a point B of +5 rotations. Thus, in order for the rotating race 7 to obtain all the absolute rotation angles from the rotation angle of −5 to +5, the diagonal lines in FIG. 6 do not overlap and are close to each other. It is a necessary condition that there is no. That is, the number of rotations of the cage with respect to the number of rotations of the rotating raceway was selected so that the combination patterns of both rotation angle positions of the rotating raceway and the cage were all different within the absolute rotation angle range ± 1800 °. It will be.

このようにして、回転軌道輪7の回転角度θ(n)及び保持器8の回転角度φ(n)を検出することにより、検出した対の回転角度(φ(n),θ(n))に基づいて回転軌道輪7の真の回転角度θ(n)*を算出することができる。
すなわち、変数k及びpを適当な整数とすると、回転軌道輪7の回転角度θ(n)と保持器8の回転角度φ(n)と真の回転角度θ(n)*との間には下記(1)式の関係が成り立つ。
θ(n)*=θ(n)+360×k(n)=R(φ+360×p−γ) …………(1)
ここで、Rは回転軌道輪7の回転数と保持器8の回転数との比であり、γは初期位相であり、これらは予め例えば不揮発性メモリ35の所定記憶領域に記憶されている。
この(1)式を用いて、同時に得られる回転軌道輪7の回転角度θ(n)と保持器8の回転角度φ(n)とから一意に回転軌道輪7の真の回転角度θ(n)*を算出することができる。
この場合、k(n)は0,±1,±2,±3,±4又は±5であり、p(n)は、0,±1又は±2である。
In this way, by detecting the rotation angle θ (n) of the rotating race 7 and the rotation angle φ (n) of the cage 8, the detected rotation angle (φ (n), θ (n)) of the pair is detected. Based on the above, the true rotation angle θ (n) * of the rotating race 7 can be calculated.
That is, if the variables k and p are appropriate integers, the rotation angle θ (n) of the rotating race 7, the rotation angle φ (n) of the cage 8, and the true rotation angle θ (n) * The relationship of the following formula (1) is established.
θ (n) * = θ (n) + 360 × k (n) = R (φ + 360 × p−γ) (1)
Here, R is the ratio of the rotational speed of the rotating race 7 and the rotational speed of the cage 8, and γ is the initial phase, which is stored in advance in a predetermined storage area of the nonvolatile memory 35, for example.
Using this equation (1), the true rotation angle θ (n) of the rotating track ring 7 is uniquely determined from the rotation angle θ (n) of the rotating track ring 7 and the rotation angle φ (n) of the cage 8 obtained simultaneously. ) * Can be calculated.
In this case, k (n) is 0, ± 1, ± 2, ± 3, ± 4, or ± 5, and p (n) is 0, ± 1, or ± 2.

前述した図5及び図6では、説明を簡単にするために初期位相γを“0”に設定している。図6では点Aから点Oまで遷移するどの直線も重なったり交差したりしないので、ある回転角度θ(n)に対応する回転角度φ(n)は必ず1つだけ存在する。このため、前述した(4)式を満足するk(n)及びp(n)は一組しかなく、またそうなるように前記回転数の比の値Rを決めている。   In FIGS. 5 and 6 described above, the initial phase γ is set to “0” for the sake of simplicity. In FIG. 6, since no straight line that transitions from point A to point O overlaps or intersects, there is always only one rotation angle φ (n) corresponding to a certain rotation angle θ (n). For this reason, there is only one set of k (n) and p (n) that satisfies the above-described equation (4), and the value R of the rotation speed ratio is determined so as to be so.

例えば、回転軌道輪7の真の回転角度θ(n)*が+1300°であるときに、回転角度θ=−140°となり、回転角度φ=+140°となる。
このとき、前記(1)式より、
−140+360×k=2.6(140+360×p)
が成り立つのは、初期位相γを零とすると、前記の範囲内の変数k(n)及びp(n)では、k=4,p=1のみであることがわかる。このようにして得られたkの値を前記式(1)に代入することによって、回転軌道輪7の真の回転角度θ*を下記(2)に示すように正確に算出することができる。
θ(n)*=θ+360k=−140+360×4=1300 …………(2)
For example, when the true rotation angle θ (n) * of the rotating race 7 is + 1300 °, the rotation angle θ = −140 ° and the rotation angle φ = + 140 °.
At this time, from the equation (1),
−140 + 360 × k = 2.6 (140 + 360 × p)
It can be seen that when the initial phase γ is zero, only k = 4 and p = 1 are satisfied for the variables k (n) and p (n) within the above range. By substituting the value of k thus obtained in the above equation (1), the true rotation angle θ * of the rotating race 7 can be accurately calculated as shown in the following (2).
θ (n) * = θ + 360k = −140 + 360 × 4 = 1300 (2)

図7はこのようにして得られる回転軌道輪7の回転位置θ(n)*と対の回転角度(φ,θ)をプロットしたものである。
このように±5回転まで正確に検出できている。しかし、測定値である対の回転角度(φ,θ)は雑音等の影響により必ずしも上記(1)式のように等号が成り立つように得られるものではない。このような場合、上記(1)式の後の等号は≒となるので、実用的には、少々の許容幅εを設けて次式を満足するk(n)及びp(n)を見つけるのが好ましい。
−ε<θ+360×k(n)−R(φ+360×p−γ)<ε …………(3)
ここで、許容幅εは、例えば1°程度の小さい値とする。
FIG. 7 is a plot of the rotational position θ (n) * of the rotating race 7 thus obtained and the rotational angle (φ, θ) of the pair.
Thus, it can be accurately detected up to ± 5 rotations. However, the pair of rotation angles (φ, θ), which are measured values, are not necessarily obtained so that the equal sign holds as in the above equation (1) due to the influence of noise or the like. In such a case, the equal sign after the above equation (1) becomes ≒, so practically, k (n) and p (n) satisfying the following equation are found by providing a small allowable width ε. Is preferred.
−ε <θ + 360 × k (n) −R (φ + 360 × p−γ) <ε (3)
Here, the allowable width ε is set to a small value of about 1 °, for example.

次に、軸受の転動体が軌道輪との間で相対的にスリップして保持器8の位置が少々ずれても内輪の回転位置θ(n)*を正確に算定する方法をγが“0”でない場合を含めて説明する。いまある時点で対の回転角度(φ,θ)が得られるべきところ、保持器8がδ度だけずれて対の角度(φ′=φ+δ,θ)が得られたとする。
この場合に上記(3)式に準じて下記(4)式を満足するk(n)とp(n)とを見つければよい。
−ε′<θ+360×k(n)−R(φ′+369×p(n)−γ)<+ε′ ……(4)
Next, γ is “0” as a method for accurately calculating the rotational position θ (n) * of the inner ring even when the rolling element of the bearing slips relative to the raceway and the position of the cage 8 slightly shifts. It explains including the case where it is not. It is assumed that a pair of rotation angles (φ, θ) should be obtained at a certain point in time, but the cage 8 is shifted by δ degrees to obtain a pair angle (φ ′ = φ + δ, θ).
In this case, k (n) and p (n) satisfying the following expression (4) may be found according to the above expression (3).
−ε ′ <θ + 360 × k (n) −R (φ ′ + 369 × p (n) −γ) <+ ε ′ (4)

実際、軸受は予圧をかけて使用するので、転動体のスリップは一時的に発生しても微小量である。したがって、別の許容幅を考慮した小さい値のε′に対して前記(4)式を満足するk(n)とp(n)は必ず存在するので、前例と同様に回転軌道輪7の真の回転角度をθ(n)*=θ+360×k(n)として正確に算出することができる。このとき、同時に初期位相をγの代りにγ−δに更新するのが望ましい。真の回転角度θ*と、φ′を用いた計算値R(φ′+360×p(n)−γ)との差をΔとすると、Δ=−Rδとなるから、新しい初期位相γ−δは下記(5)式のように算出できる。
γ−δ=γ+Δ/R …………(5)
このγ+Δ/Rをγに置き換えて不揮発性メモリ35に記憶することにより、以後の真の回転角度θ*の計算では前回の保持器8のずれ量δの影響を除去することができる。
Actually, since the bearing is used with a preload applied, even if the rolling element slips temporarily, it is a minute amount. Therefore, k (n) and p (n) satisfying the above equation (4) always exist for a small value of ε ′ considering another allowable width. Can be accurately calculated as θ (n) * = θ + 360 × k (n). At this time, it is desirable to simultaneously update the initial phase to γ−δ instead of γ. If the difference between the true rotation angle θ * and the calculated value R (φ ′ + 360 × p (n) −γ) using φ ′ is Δ, Δ = −Rδ, so that the new initial phase γ−δ Can be calculated by the following equation (5).
γ−δ = γ + Δ / R (5)
By replacing this γ + Δ / R with γ and storing it in the nonvolatile memory 35, the influence of the previous shift amount δ of the cage 8 can be removed in the subsequent calculation of the true rotation angle θ * .

このため、演算処理装置32では、図8に示す絶対回転角演算処理を実行する。この絶対回転角演算処理は、先ず、ステップS1で、変換器30及び31から入力される回転軌道輪回転角θ(n)及び保持器回転角φ(n)′を読込む。ここで、保持器回転角φ(n)′は、回転軌道輪7に対して保持器8の回転位置ズレが生じていないときの保持器回転角φ(n)に保持器8の回転位置ズレ量δを加算した値として表され、φ(n)′=φ(n)+δとなる。   For this reason, the arithmetic processing unit 32 executes an absolute rotation angle calculation process shown in FIG. In this absolute rotation angle calculation process, first, in step S1, the rotating raceway rotation angle θ (n) and the cage rotation angle φ (n) ′ input from the converters 30 and 31 are read. Here, the cage rotation angle φ (n) ′ is equal to the rotation angle deviation of the cage 8 when the rotation position deviation of the cage 8 with respect to the rotating raceway ring 7 does not occur. It is expressed as a value obtained by adding the amount δ, and φ (n) ′ = φ (n) + δ.

次いで、ステップS2に移行して、不揮発性メモリ35の所定記憶領域に記憶された回転軌道輪7の回転数と保持器8の回転数の比R、許容値±ε′及び初期位相γを用いて前記(4)式の不等式を満足する整数の変数k(n)及びp(n)を算出する。
次いで、ステップS3に移行して、上記(4)式の不等式を満足する整数の変数k(n)及びp(n)が存在するか否かを判定し、整数の変数k(n)及びp(n)が存在しない場合には、ステップS4に移行して、演算エラーを表すエラーフラグFeを“1”にセットしてから処理を終了し、整数の変数k(n)及びp(n)の対が存在する場合にはステップS5に移行する。
Next, the process proceeds to step S2, and the ratio R of the rotational speed of the rotating race 7 and the rotational speed of the cage 8 stored in the predetermined storage area of the nonvolatile memory 35, the allowable value ± ε ′, and the initial phase γ are used. Thus, integer variables k (n) and p (n) satisfying the inequality of the equation (4) are calculated.
Next, the process proceeds to step S3, where it is determined whether or not there are integer variables k (n) and p (n) satisfying the inequality of the above equation (4), and the integer variables k (n) and p (n) are determined. If (n) does not exist, the process proceeds to step S4, an error flag Fe representing an operation error is set to "1", and the process is terminated, and integer variables k (n) and p (n) are set. If the pair exists, the process proceeds to step S5.

このステップS5では、今回の測定値θ(n)と算出したk(n)とに基づいて下記(6)式の演算を行って回転軌道輪7の真の回転角θ*を算出すると共に、算出した回転角θ*を回転位置として出力する。
θ*=θ(n)+360×k(n) …………(6)
次いで、ステップS6に移行して、下記(7)式の演算を行って保持器回転角φ(n)′に基づく比較用回転角θ(n)′を算出する。
θ(n)′=R(φ(n)′+360×p(n)−γ(n)) …………(7)
In step S5, the true rotation angle θ * of the rotating race 7 is calculated by performing the following equation (6) based on the current measurement value θ (n) and the calculated k (n). The calculated rotation angle θ * is output as the rotation position.
θ * = θ (n) + 360 × k (n) (6)
Next, the process proceeds to step S6, and the calculation of the following formula (7) is performed to calculate a comparative rotation angle θ (n) ′ based on the cage rotation angle φ (n) ′.
θ (n) ′ = R (φ (n) ′ + 360 × p (n) −γ (n)) (7)

次いで、ステップS7に移行して、下記(8)式の演算を行って真の回転角θ*と比較用回転角θ(n)′との偏差Δを算出する。
Δ=θ(n)*−θ(n)′ …………(8)
次いで、ステップS8に移行して、算出した偏差Δと不揮発性メモリ35に記憶されている初期位相γ(n)とに基づいて下記(9)式の演算を行って次回の初期位相γ(n+1)を算出する。
γ(n+1)=γ(n)+Δ/R …………(9)
次いで、ステップS9に移行して、算出した次回の初期位相γ(n+1)をγ(n)として不揮発性メモリ35に形成された初期位相記憶領域に更新記憶してからステップS10に移行し、エラーフラグFeを“0”にリセットしてから前記ステップS1に戻る。
Next, the process proceeds to step S7, and the following equation (8) is calculated to calculate the deviation Δ between the true rotation angle θ * and the comparison rotation angle θ (n) ′.
Δ = θ (n) * −θ (n) ′ (8)
Next, the process proceeds to step S8, and the next initial phase γ (n) is calculated by performing the following equation (9) based on the calculated deviation Δ and the initial phase γ (n) stored in the nonvolatile memory 35. +1) is calculated.
γ (n + 1) = γ (n) + Δ / R (9)
Next, the process proceeds to step S9, where the calculated next initial phase γ (n + 1) is updated and stored in the initial phase storage area formed in the nonvolatile memory 35 as γ (n), and then the process proceeds to step S10. After resetting the error flag Fe to “0”, the process returns to step S1.

次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
今、回転軸4が停止しているものとすると、この停止状態でも、第1の磁気特性検出部18の磁気センサ18a及び18bは第1の磁気特性形成部11に対向し、第2の磁気特性検出部19の磁気センサ19a及び19bは第2の磁気特性形成部12に対向しているので、各磁気センサ18a,18b及び19a,19bから夫々sinθ,cosθ及びsinφ,cosφの検出信号が変換器30及び31に供給される。このため、各変換器30及び31でsinθ/cosθ及びsinφ/cosφを演算してtanθ及びtanφを算出し、これらtanθ及びtanφから軌道輪回転角θ(n)及び保持器回転角φ(n)がディジタル値として演算処理装置32に入力される。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Assuming that the rotating shaft 4 is now stopped, even in this stopped state, the magnetic sensors 18a and 18b of the first magnetic characteristic detecting unit 18 face the first magnetic characteristic forming unit 11, and the second magnetic Since the magnetic sensors 19a and 19b of the characteristic detecting unit 19 are opposed to the second magnetic characteristic forming unit 12, the detection signals of sin θ, cos θ and sin φ, cos φ are converted from the magnetic sensors 18a, 18b and 19a, 19b, respectively. Supplied to vessels 30 and 31. Therefore, sin θ / cos θ and sin φ / cos φ are calculated by the converters 30 and 31 to calculate tan θ and tan φ, and from these tan θ and tan φ, the raceway rotation angle θ (n) and the cage rotation angle φ (n) are calculated. Is input to the arithmetic processing unit 32 as a digital value.

このため、演算処理装置32で、図8の絶対回転角演算処理が実行されて、軌道輪回転角θ(n)及び保持器回転角φ(n)を読込み(ステップS1)、次いで読込んだ軌道輪回転角θ(n)、保持器回転角φ(n)と、予め設定された許容幅±ε′、回転数比R、初期位相γ(n)とに基づいて前述した(4)式を満足する変数k(n)及びp(n)を算出する。
このとき、例えば回転軸が絶対回転角0°にあるものとすると、軌道輪回転角θ(n)及び保持器回転角φ(n)′が共に“0”となっており、前記(4)式を満足する変数k(n)及びp(n)は共に“0”となる。
Therefore, the arithmetic processing unit 32 executes the absolute rotation angle calculation process of FIG. 8 to read the raceway ring rotation angle θ (n) and the cage rotation angle φ (n) (step S1), and then read them. The above-described equation (4) based on the bearing ring rotation angle θ (n), the cage rotation angle φ (n), the preset allowable width ± ε ′, the rotation speed ratio R, and the initial phase γ (n). The variables k (n) and p (n) satisfying the above are calculated.
At this time, for example, assuming that the rotation axis is at an absolute rotation angle of 0 °, both the raceway ring rotation angle θ (n) and the cage rotation angle φ (n) ′ are “0”. Variables k (n) and p (n) satisfying the expression are both “0”.

このように、(4)式を満足する変数k(n)及びp(n)が存在するので、前記(6)式に従って真の回転角θ(n)*を算出すると、この回転角θ(n)*も“0”となる。
このとき、真の回転角θ(n)*と変換器30から入力された軌道輪回転角θ(n)とが一致しているので、前記(8)式に従って算出される偏差Δも“0”となり、前記(9)に従って算出される初期位相γ(n+1)も本来の初期位相γのみとなり、これがγ(n)として不揮発性メモリ35に形成された初期位相記憶領域に更新記憶される。
Thus, since there exist variables k (n) and p (n) that satisfy the equation (4), when the true rotation angle θ (n) * is calculated according to the equation (6), the rotation angle θ ( n) * is also “0”.
At this time, since the true rotation angle θ (n) * and the raceway ring rotation angle θ (n) input from the converter 30 coincide with each other, the deviation Δ calculated according to the equation (8) is also “0”. The initial phase γ (n + 1) calculated according to the above (9) is also only the original initial phase γ, and this is updated and stored in the initial phase storage area formed in the nonvolatile memory 35 as γ (n). The

この回転軸4の絶対角度0°での停止状態から回転軸4を正転させると、これに応じて第1の磁気特性検出部18の磁気センサ18a及び18bで検出されるsinθ及びcosθに基づいて変換器30で算出される軌道輪回転角θが図5に示すように正方向に増加し、これと同時に第2の磁気特性検出部19の磁気センサ19a及び19bで検出されるsinφ及びcosφに基づいて変換器31で算出される保持器回転角φが図5で点線図示のように正方向に軌道輪回転角θに対して緩やかに増加する。   When the rotary shaft 4 is rotated forward from the stopped state at an absolute angle of 0 ° of the rotary shaft 4, based on the sin θ and cos θ detected by the magnetic sensors 18a and 18b of the first magnetic characteristic detector 18 accordingly. 5 increases in the positive direction as shown in FIG. 5, and simultaneously, sin φ and cos φ detected by the magnetic sensors 19a and 19b of the second magnetic characteristic detector 19 are increased. As shown in FIG. 5, the cage rotation angle φ calculated by the converter 31 gradually increases in the positive direction with respect to the raceway rotation angle θ.

この状態では、軌道輪回転角θが180°に達していないので、k=0,p=0が維持され、真の回転角θ*は図7に示すように軌道輪回転角θの増加に応じて増加すると共に、初期位相γ(n)が順次更新記憶されて保持器8のスリップの影響が除去される。
その後、回転軸4の回転角が180°を超えて例えば181°になると、軌道輪回転角θが−179°となるため、変数kが“1”となり、変数pについては“0”を維持する。
In this state, since the race ring rotation angle θ has not reached 180 °, k = 0 and p = 0 are maintained, and the true rotation angle θ * is increased as shown in FIG. Accordingly, the initial phase γ (n) is sequentially updated and stored, and the influence of the slip of the cage 8 is removed.
Thereafter, when the rotation angle of the rotary shaft 4 exceeds 180 ° and becomes 181 °, for example, the raceway rotation angle θ becomes −179 °, so the variable k becomes “1” and the variable p remains “0”. To do.

このため、前記(6)に従って算出される真の回転角θ*は−179°+360×1=181°となり、回転軸4の回転角に正確に対応した値となる。
その後、回転軸4の回転角が500°近傍となって、保持器回転角φが180°を超えて−179°となると、前記(4)を満足する変数pが“1”となり、対の変数k(n)=1、p(n)=1が存在することを継続し、前記(6)式による真の回転角θ*の算出が継続される。
Therefore, the true rotation angle θ * calculated according to the above (6) is −179 ° + 360 × 1 = 181 °, which is a value that accurately corresponds to the rotation angle of the rotating shaft 4.
Thereafter, when the rotation angle of the rotating shaft 4 becomes around 500 ° and the cage rotation angle φ exceeds 180 ° and becomes −179 °, the variable p satisfying the above (4) becomes “1”, The existence of the variables k (n) = 1 and p (n) = 1 is continued, and the calculation of the true rotation angle θ * by the equation (6) is continued.

このようにして、順次軌道輪回転角θ(n)′の符号が反転する毎に、変数kが“1”だけ増加し、同様に保持器回転角φ(n)の符号が反転する毎に変数pが“1”だけ増加することにより、真の回転角θ*は図7に示すように回転軸4の正転が5回転するまで正確に検出することができる。
また、回転軸4が逆転した場合も、上記と同様に、軌道輪回転角θ(n)′の符号が負から正に反転する毎に変数kが“−1”だけ減少し、保持器回転角φ(n)が負から正に反転する毎に変数pが“−1”だけ減少されて、図7に示すように、回転軸4の真の回転角θ*を正確に検出することができる。
In this way, each time the sign of the raceway rotation angle θ (n) ′ is sequentially reversed, the variable k is increased by “1”. Similarly, every time the sign of the cage rotation angle φ (n) is reversed. By increasing the variable p by “1”, the true rotation angle θ * can be accurately detected until the forward rotation of the rotating shaft 4 is rotated five times as shown in FIG.
Further, when the rotating shaft 4 is reversed, the variable k is decreased by “−1” every time the sign of the raceway rotation angle θ (n) ′ is reversed from negative to positive in the same manner as described above, and the cage rotates. Each time the angle φ (n) is inverted from negative to positive, the variable p is decreased by “−1”, and the true rotation angle θ * of the rotating shaft 4 can be accurately detected as shown in FIG. it can.

なお、(4)式を満足する変数k及びpを求めることができない場合には、ステップS3からステップS4に移行して、エラーフラグFeが“1”にセットされて、回転角検出エラーが報知される。
このように、上記実施形態によると、回転軌道輪7の回転数と保持器8の回転数との比Rを例えば2.6=13/5に設定した軸受3を製作することにより、この軸受3を使用して、回転軸4の回転角θ*を検出したい±5回転の範囲内で正確に検出することができる。
If the variables k and p satisfying the equation (4) cannot be obtained, the process proceeds from step S3 to step S4, the error flag Fe is set to “1”, and a rotation angle detection error is notified. Is done.
Thus, according to the above embodiment, by producing the bearing 3 in which the ratio R between the rotational speed of the rotating race 7 and the rotational speed of the cage 8 is set to 2.6 = 13/5, for example, this bearing 3 can be accurately detected within a range of ± 5 rotations where the rotation angle θ * of the rotation shaft 4 is desired to be detected.

しかも、真の回転数θ(n)*から保持器回転角φ(n)′に基づく比較用回転角θ(n)′を減算して偏差Δを算出し、これに基づいて前記(9)式の演算を行って次回の初期位相γ(n+1)を算出し、これを初期位相γ(n)として記憶するようにしたので、常時、保持器8の回転ずれ量を監視して、その回転ずれ量を補正するので、保持器8の回転ずれ量にかかわらず真の回転角θ(n)*を正確に算出することができる。 Moreover, the deviation Δ is calculated by subtracting the comparison rotation angle θ (n) ′ based on the cage rotation angle φ (n) ′ from the true rotation number θ (n) * , and based on this, the deviation Δ is calculated (9). Since the next initial phase γ (n + 1) is calculated by calculating the equation and stored as the initial phase γ (n), the rotational deviation amount of the cage 8 is always monitored, Since the rotational deviation amount is corrected, the true rotational angle θ (n) * can be accurately calculated regardless of the rotational deviation amount of the cage 8.

なお、上記第1の実施形態においては、回転軌道輪7の回転数と保持器8の回転数との比Rを2.6に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、比Rを2.1(=21/10)、2.2(=11/5)、2.3(=23/10)、2.7(27/10)の何れか又はその近傍の有理数又は無理数の値に設定しても、±5回転の間で図6における軌道輪回転角θ及び保持器回転角φの特性線が重ならないようにすることができ、上記と同様の正確な回転角検出を行うことができる。
また、上記第1の実施形態においては、内輪が回転する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外輪が回転する場合にも本発明を適用することができる。
In the first embodiment, the case where the ratio R of the rotational speed of the rotating raceway 7 and the rotational speed of the cage 8 is set to 2.6 has been described. However, the present invention is not limited to this. The ratio R is 2.1 (= 21/10), 2.2 (= 11/5), 2.3 (= 23/10), 2.7 (27/10) or a rational number in the vicinity thereof Alternatively, even if the value is set to an irrational value, the characteristic lines of the bearing ring rotation angle θ and the cage rotation angle φ in FIG. 6 do not overlap each other within ± 5 rotations. The rotation angle can be detected.
In the first embodiment, the case where the inner ring rotates has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the case where the outer ring rotates.

次に、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の第2の実施形態を図9について説明する。
この第2の実施形態では、ステアリングホイール(図示せず)が装着されるロアーシャフト101(入力軸)の車両前方側には、出力軸102(ピニオン軸)が連結してある。この出力軸102(ピニオン軸)には、ステアリングギヤのラック103が噛合してある。ラック103は、弾性体104等により出力軸(ピニオン軸)102に向けて弾性的に付勢して常時押圧してある。
Next, a second embodiment when the present invention is applied to an electric power steering apparatus will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, an output shaft 102 (pinion shaft) is connected to the vehicle front side of a lower shaft 101 (input shaft) on which a steering wheel (not shown) is mounted. A steering gear rack 103 is engaged with the output shaft 102 (pinion shaft). The rack 103 is always pressed by being elastically biased toward the output shaft (pinion shaft) 102 by the elastic body 104 or the like.

出力軸102には、トーションバー106の基端が圧入固定してあり、このトーションバー106は、中空に形成した入力軸101の内部を延在して、その先端が入力軸101の端部に固定してある。
入力軸101の車両前方側には、トルクセンサ検出用の溝107が形成してあり、これらの溝107の径方向外方には、トルクセンサのスリーブ108が配置してある。スリーブ108の径方向外方には、コイル109や基板等が設けてある。
The base end of the torsion bar 106 is press-fitted and fixed to the output shaft 102, and the torsion bar 106 extends inside the hollow input shaft 101, and the tip thereof is at the end of the input shaft 101. It is fixed.
Torque sensor detection grooves 107 are formed on the vehicle front side of the input shaft 101, and torque sensor sleeves 108 are disposed radially outward of these grooves 107. A coil 109, a substrate, and the like are provided outside the sleeve 108 in the radial direction.

出力軸102には、電動モータ110の駆動軸であるウォーム111に噛合したウォームホイール112が嵌合してある。
したがって、運転者がステアリングホイール(図示略)を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸101、トーションバー106、出力軸102、ラックアンドピニオン機構及びタイロッド等を介して、図示しない転舵輪に伝達される。
A worm wheel 112 that meshes with a worm 111 that is a drive shaft of the electric motor 110 is fitted to the output shaft 102.
Therefore, the steering force generated when the driver steers the steering wheel (not shown) is applied to a steered wheel (not shown) via the input shaft 101, the torsion bar 106, the output shaft 102, the rack and pinion mechanism, the tie rod, and the like. Communicated.

また、電動モータ110の回転力は、そのウォーム111及びウォームホイール112を介して出力軸102に伝達されるようになっており、電動モータ110の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸102に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
本実施の形態においては、ウォームギヤ減速機構では、入力軸101側を被覆するハウジング121と、出力軸102、ウォーム111及びウォームホイール112を被覆するハウジング122とが合体して構成してある。
これらハウジング121,122は、例えば、アルミダイキャストなどの鋳造法により製作され、ハウジング121の内周面に前述した第1の実施形態と同様の構成を有する多回転センサ付き軸受3を介して入力軸101が回転自在に支持されている。
Further, the rotational force of the electric motor 110 is transmitted to the output shaft 102 via the worm 111 and the worm wheel 112, and an output is obtained by appropriately controlling the rotational force and the rotational direction of the electric motor 110. An appropriate steering assist torque can be applied to the shaft 102.
In the present embodiment, in the worm gear reduction mechanism, the housing 121 that covers the input shaft 101 side and the housing 122 that covers the output shaft 102, the worm 111, and the worm wheel 112 are combined.
These housings 121 and 122 are manufactured by a casting method such as aluminum die casting, for example, and are input to the inner peripheral surface of the housing 121 via the bearing 3 with a multi-rotation sensor having the same configuration as that of the first embodiment described above. A shaft 101 is rotatably supported.

そして、ハウジング121に内装された前述した第1の実施形態における演算処理装置32から出力される真の回転角θ(n)*を操舵角検出値として電動モータ110を駆動制御する同様にハウジング121に内装されたマイクロコンピュータを含んで構成される操舵補助制御装置130に入力することにより、この操舵補助制御装置130でトルクセンサから入力される操舵トルク検出値、図示しない車速センサから入力される車速検出値及び操舵角検出値に基づいて操舵補助力を発生させる操舵補助演算処理を行って、電動モータ110で入力される操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるモータ電流指令値を算出し、このモータ電流指令値を電動モータ110に出力することにより、電動モータ110で操舵補助力を発生させ、この操舵補助力をウォーム減速機構を介して出力軸102に伝達することにより、ステアリングホイールを軽く操舵することができる。 Similarly, the housing 121 is configured to drive and control the electric motor 110 using the true rotation angle θ (n) * output from the arithmetic processing unit 32 in the first embodiment described above as a steering angle detection value. Are input to a steering assist control device 130 including a microcomputer built in the vehicle, whereby a steering torque detection value input from a torque sensor in the steering assist control device 130, and a vehicle speed input from a vehicle speed sensor (not shown). A steering assist calculation process for generating a steering assist force based on the detected value and the detected steering angle value is performed, and a motor current command value for generating a steering assist force according to the steering torque input by the electric motor 110 is calculated. By outputting this motor current command value to the electric motor 110, the electric motor 110 generates a steering assist force, and this operation is performed. By transmitting the steering assist force to the output shaft 102 via the worm deceleration mechanism, the steering wheel can be lightly steered.

この第2の実施形態によると、図示しないステアリングホイールが、直進走行が可能な中立位置にある状態で、軸受3に設けられた第1の磁気特性検出部18の磁気センサ18a及び18bで検出されるsinθ及びcosθに基づいて算出される軌道輪回転角θ(n)と第2の磁気特性検出部19の磁気センサ19a及び19bで検出されるsinφ及びcosφに基づいて算出される保持器回転角φ(n)′とに基づいて算出される真の回転角θ*が0°となるように設定することにより、ステアリングホイールを例えば右切りしたときに入力軸101が正転し、左切りしたときに入力軸101が逆転するものとすると、前述した第1の実施形態と同様に、ステアリングホイールの右切り及び左切りの夫々において5回転までの範囲で正確に操舵角を検出することができる。 According to the second embodiment, a steering wheel (not shown) is detected by the magnetic sensors 18a and 18b of the first magnetic characteristic detection unit 18 provided in the bearing 3 in a state where the steering wheel (not shown) is in a neutral position where straight traveling is possible. Cage rotation angle θ (n) calculated based on sin θ and cos θ and the cage rotation angle calculated based on sin φ and cos φ detected by the magnetic sensors 19a and 19b of the second magnetic characteristic detection unit 19. By setting the true rotation angle θ * calculated based on φ (n) ′ to be 0 °, when the steering wheel is turned to the right, for example, the input shaft 101 is rotated forward and turned to the left. Assuming that the input shaft 101 sometimes reverses, as in the first embodiment described above, the steering angle is accurately detected within a range of up to 5 rotations in each of the right turn and the left turn of the steering wheel. It can be.

この場合、ハウジング121の内周面に固定された入力軸101を回転自在に支持する軸受3の軸方向の幅が磁気特性検出部18及び19を形成した分広くなるだけで、入力軸101の回転角即ち操舵角をコンパクトに省スペースで検出することができ、左右2回転以上の多回転位置を容易且つ正確に検出することができる。
なお、上記第2の実施形態では、本発明をピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されず、他の型式の電動パワーステアリング装置にも適用することができる。
In this case, the axial width of the bearing 3 that rotatably supports the input shaft 101 fixed to the inner peripheral surface of the housing 121 is widened by the formation of the magnetic characteristic detection units 18 and 19. A rotation angle, that is, a steering angle can be detected in a compact and space-saving manner, and a multi-rotation position of two or more left and right rotations can be detected easily and accurately.
In the second embodiment, the case where the present invention is applied to the pinion assist type electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other types of electric power steering apparatuses. .

また、上記第2の実施形態では、演算処理装置32及び操舵補助制御装置130をハウジング121に内装した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、別途ケースに内装してハウジング121又は122に取付けるようにしてもよく、さらに、演算処理装置32を省略して操舵補助制御装置130を構成するマイクロコンピュータで図8の処理を実行するようにしてもよい。   Further, in the second embodiment, the case where the arithmetic processing device 32 and the steering assist control device 130 are housed in the housing 121 has been described. However, the present invention is not limited to this. Further, the processing unit 32 may be attached, and the processing of FIG. 8 may be executed by a microcomputer that constitutes the steering assist control device 130 by omitting the arithmetic processing unit 32.

本発明の第1の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st Embodiment of this invention. 磁気特性形成部を示す平面図である。It is a top view which shows a magnetic characteristic formation part. 磁気特性検出部の出力特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the output characteristic of a magnetic characteristic detection part. 第1の実施形態の演算処理部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the arithmetic processing part of 1st Embodiment. 回転軸の回転角度と軌道輪回転角θ及び保持器回転角φとの関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the rotation angle of a rotating shaft, a bearing ring rotation angle (theta), and a cage rotation angle (phi). 軌道輪回転角θと保持器回転角φとの関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between a bearing ring rotation angle (theta) and a cage rotation angle (phi). 回転軸の回転角と軌道輪回転角θ、保持器回転角φ及び真の回転角θ*との関係を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle of a rotation shaft and a raceway rotation angle θ, a cage rotation angle φ, and a true rotation angle θ * . 演算処理装置で実行する絶対角演算処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the absolute angle calculation process procedure performed with a calculation processing apparatus. 本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の第2の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment at the time of applying this invention to an electric power steering device.

符号の説明Explanation of symbols

1…固定部、2…中心開口、3…軸受、4…回転軸、5…固定軌道輪、6…ボール、7…回転軌道輪、8…保持器、11…第1の磁気特性形成部、12…第2の磁気特性形成部、13…磁性体リング、18…第1の磁気特性検出部、18a,18b…磁気センサ、19…第2の磁気特性検出部、19a,19b…磁気センサ、30,31…変換器、32…演算処理装置、35…不揮発性メモリ、101…入力軸、102…出力軸、106…トーションバー、110…電動モータ、121,122…ハウジング、130…操舵補助制御装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixed part, 2 ... Center opening, 3 ... Bearing, 4 ... Rotating shaft, 5 ... Fixed track ring, 6 ... Ball, 7 ... Rotating track ring, 8 ... Cage, 11 ... 1st magnetic characteristic formation part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... 2nd magnetic characteristic formation part, 13 ... Magnetic body ring, 18 ... 1st magnetic characteristic detection part, 18a, 18b ... Magnetic sensor, 19 ... 2nd magnetic characteristic detection part, 19a, 19b ... Magnetic sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 30,31 ... Converter, 32 ... Processing unit, 35 ... Non-volatile memory, 101 ... Input shaft, 102 ... Output shaft, 106 ... Torsion bar, 110 ... Electric motor, 121, 122 ... Housing, 130 ... Steering assist control apparatus

Claims (3)

回転軌道輪及び固定軌道輪間に保持器で保持された転動体を介装した転がり軸受部と、前記回転軌道輪に固着され、円周方向に周期的に変化する磁気特性を有する第1の磁気特性形成部と、該第1の磁気特性形成部と対向して前記磁気特性を検出する第1の磁気特性検出部と、前記保持器に固着され、円周方向に周期的に変化する磁気特性を有する第2の磁気特性形成部と、該第2の磁気特性形成部と対向して、前記磁気特性を検出する第2の磁気特性検出部とを備え、
前記回転軌道輪の回転数を検出したい絶対回転角範囲に相当する回転数と等しいか当該回転数より大きい最も近い整数としたときに、前記保持器の回転数を、回転軌道輪回転数/保持器回転数が2を超え3未満となり、且つ前記回転軌道輪の前記整数以下のどの整数回転の位置においても整数又は整数の近傍値の何れでもない値に選定したことを特徴とする回転位置検出部付軸受。
A rolling bearing portion having a rolling element held by a cage between a rotating raceway and a fixed raceway, and a first magnetic property fixed to the rotating raceway and having a magnetic characteristic that periodically changes in a circumferential direction. A magnetic property forming unit, a first magnetic property detecting unit that detects the magnetic property opposite to the first magnetic property forming unit, and a magnet that is fixed to the cage and periodically changes in the circumferential direction. A second magnetic characteristic forming unit having characteristics, and a second magnetic characteristic detecting unit for detecting the magnetic characteristic opposite to the second magnetic characteristic forming unit,
When the rotation speed of the rotating raceway is set to the nearest integer equal to or greater than the rotation speed corresponding to the absolute rotation angle range to be detected, the rotation speed of the cage is set to the rotation speed of the rotating raceway / holding Rotational position detection characterized in that the rotational speed of the vessel is greater than 2 and less than 3 and is selected to be a value that is neither an integer nor a value near the integer at any integer rotation position less than or equal to the integer of the rotating raceway Bearing with part.
回転部と該回転部を支承する請求項1に記載の回転位置検出部付軸受と、該回転位置検出部付軸受の保持器側回転位置のスリップ角度を検出して記憶し、以後の回転位置検出部付軸受における保持器側回転位置の読取値を前記スリップ角度を用いて補正した補正スリップ角度に基づいて前記回転部の多回転位置を算出する回転位置読取装置とを有することを特徴とする回転装置。   The rotation part and the bearing with the rotation position detection part according to claim 1 for supporting the rotation part, and the slip angle of the rotation position on the cage side of the bearing with the rotation position detection part are detected and stored, and the subsequent rotation position A rotation position reading device that calculates a multi-rotation position of the rotation unit based on a corrected slip angle obtained by correcting the reading value of the rotation position on the cage side of the bearing with the detection unit using the slip angle. Rotating device. ステアリングホイールと車輪を転舵させるステアリング機構部とを連結するステアリンクシャフトと、該ステアリングシャフトを支承する請求項1に記載の回転位置検出部付軸受と、該回転位置検出部付軸受の保持器側回転位置のスリップ角度を検出して記憶し、以後の回転位置検出部付軸受における保持器側回転位置の読取値を前記スリップ角度を用いて補正した補正スリップ角度に基づいて前記ステアリングシャフトの多回転位置を算出する回転位置読取装置とを有することを特徴とするステアリング装置。   A steer shaft that connects a steering wheel and a steering mechanism that steers the wheel, a bearing with a rotational position detection unit according to claim 1 that supports the steering shaft, and a cage for the bearing with the rotational position detection unit. The slip angle of the side rotation position is detected and stored, and the steering shaft is adjusted based on the corrected slip angle obtained by correcting the reading value of the cage side rotation position in the bearing with the rotation position detection unit thereafter using the slip angle. A steering apparatus comprising: a rotational position reading device that calculates a rotational position.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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