JP2007315765A

JP2007315765A - 回転センサおよび回転センサ付き軸受

Info

Publication number: JP2007315765A
Application number: JP2006142439A
Authority: JP
Inventors: Yasumitsu Ishikawa; 恭光石川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】小型でかつ簡素な構成で、回転パルス信号の他に原点信号を得ることができる回転センサおよび回転センサ付き軸受を提供する。
【解決手段】この回転センサは、リング状に形成されて円周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁された磁気エンコーダ７と、この磁気エンコーダ７に対面する磁気センサ８とを備える。磁気エンコーダ７は軸受の回転側輪に、磁気センサ８は固定側輪に取付ける。磁気エンコーダ７の円周方向の一部に、前記Ｓ極とＮ極の並び幅よりも広い原点検出用の非着磁区間αを設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、スロットルバルブや、モータ、ロボット関節、その他各種の機器に用いられ、回転速度検出用のパルス信号の他に、原点信号を得ることができる回転センサおよびこれを備えた回転センサ付き軸受に関する。

スロットル開度などを検出するための角度検出用の回転センサを搭載した回転センサ付き軸受がある。これは、零相（Ｚ相）信号を基準とした位置からＡ相（またはＢ相）信号の出力パルス数を演算することで、角度を検出している。Ｂ相信号は、Ａ相信号とは９０度異なる信号であり、Ａ相，Ｂ相信号から回転方向が検出される。

この種の回転センサの磁気エンコーダとして、図３（Ａ）のように全周に渡ってＮ／Ｓ極の交互磁極が形成された着磁列５１と、同図（Ｂ）のように円周上の１箇所にＳ／Ｎ／Ｓ極またはＮ／Ｓ／Ｎ極の着磁部５２ａが形成された着磁列５２とを有するものを用い、各着磁列５１，５２に対向してＡ相（Ｂ相）センサ５３および零相センサ５４をそれぞれ配置したものがある（例えば、特許文献１）。上記２つの着磁列５１，５２は、同心で軸方向に並べて設けられる。これによると、図４（Ａ）に示す回転パルス信号と、同図（Ｂ）に示す１回転に１回の零相信号とが得られる。
特開２００５−２３３８５７号公報

上記従来の原点検出付きの回転センサは、磁気エンコーダとして、上記のようにＡ（Ｂ）相用の着磁列５１と零相用の着磁列５２とが必要なため、軸方向寸法が増加する要因となる。また、磁気センサとして、Ａ相，Ｂ相検出用のセンサ５３の他に、零相検出用のセンサ５４が必要となるため、部品点数が増加し、また部品点数の増加に伴う組立工数の増加やコスト増の原因となる。上記回転センサの軸方向寸法の増大は、転がり軸受に組み込んで回転センサ付き軸受とする場合、軸受部の大型化につながり、配置空間が得難くなることがある。

この発明の目的は、小型でかつ簡素な構成で、回転パルス信号の他に原点信号を得ることができる回転センサおよび回転センサ付き軸受を提供することである。

この発明の回転センサは、リング状に形成されて円周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁され回転側部材に取付けられる磁気エンコーダと、この磁気エンコーダに対面して固定側部材に設置される磁気センサとを備える回転センサにおいて、前記磁気エンコーダの円周方向の一部に、前記Ｓ極とＮ極の並び幅よりも広い原点検出用の非着磁区間を設けたものである。
この構成によると、磁気エンコーダの交互に着磁されたＳ極とＮ極を磁気センサでパルス信号等として検出することで、回転速度や回転角度を検出することができる。また、磁気エンコーダの円周方向の一部に非着磁区間を設けたため、磁気センサの出力の有無で、磁気エンコーダの回転方向の原点位置を検出することができる。回転速度が検出できるため、周期性を考慮した検出信号の判定を行うことで、回転の停止状態であるか、非着磁区間にあるかの判別が可能である。
このように、磁気エンコーダの一部に非着磁区間を設けた構成であるため、零相検出のためのセンサ素子が不要となり、また磁気エンコーダも一つの着磁列で済んで構造が簡素化できる。そのため、部品点数の削減、組立性の向上および低コスト化が図れる。着磁列が１列で済むため、装置のコンパクト化にもつながる。

この発明の回転センサ付き軸受は、この発明の回転センサを備えたものであり、この回転センサにおける磁気エンコーダを、転がり軸受における回転側および回転側の部材のうちの回転側部材に取付け、前記磁気センサを固定側部材に取付ける。
この回転センサ付き軸受によると、この発明の回転センサによる、小型でかつ簡素な構成で、回転パルス信号の他に原点信号を得ることができるという利点が得られる。

この発明の回転センサは、リング状に形成されて円周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁され回転側部材に取付けられる磁気エンコーダと、この磁気エンコーダに対面して固定側部材に設置される磁気センサとを備える回転センサにおいて、前記磁気エンコーダの円周方向の一部に、前記Ｓ極とＮ極の並び幅よりも広い原点検出用の非着磁区間を設けたため、小型でかつ簡素な構成で、回転パルス信号の他に原点信号を得ることができる。
この発明の回転センサ付き軸受は、この発明の回転センサを備えたものであるため、小型でかつ簡素な構成で、回転パルス信号の他に原点信号を得ることができる。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。この回転センサ付き軸受は、転がり軸受１に、回転センサ２を取付けたものである。転がり軸受１は、内輪３と外輪４の軌道面間に、保持器５に保持された転動体６を介在させたものである。転動体６は、例えばボールからなる。内輪３と外輪４の間の軸受空間の一端は、外輪４に取付けられたシール１８により密封され、他端に回転センサ２が取付けられている。

回転センサ２は、回転側輪である内輪３に取付けられたリング状の磁気エンコーダ７と、固定側輪である外輪４に取付けられた磁気センサ８とでなる。
磁気エンコーダ７は、それぞれ環状とした芯金９の外周に多極磁石１０を設けたものであり、芯金９が内輪３の外周に嵌合することで、内輪３の端部から突出した状態に取付けられる。多極磁石１０には、例えばゴム磁石、プラスチック磁石、焼結磁石等が用いられる。

磁気センサ８は、環状の芯金１１にセンサケース１２を取付け、センサケース１２内にセンサ素子１３を配置して樹脂モールド１４により埋め込んだものである。センサ素子１３は、例えばホール素子等からなり、磁気エンコーダ７の多極磁石１０に対してラジアル方向に対面する。磁気センサ８は、芯金１１で外輪４の内周面に嵌合し、外輪４の端部から突出した状態に取付けられる。センサ素子１３の出力端子は、処理回路等からなる検出信号処理手段１５に接続されている。検出信号処理手段１５は、後に説明する回転速度検出部１６および原点位置検出部１７を有している。検出信号処理手段１５は、センサケース１２内に埋め込まれたものであっても、またこの回転センサ付き軸受を使用する機器に設けられたものであっても良い。

図２（Ａ）に示すように、磁気エンコーダ７の多極磁石１０は、円周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されたものであり、円周方向の一部に原点検出用の非着磁区α間が設けてある。非着磁区αの範囲は適宜設定すればよいが、この例では、Ｓ極とＮ極の並び幅よりも広い範囲、例えばＳ極とＮ極の磁極対が数個並ぶ範囲とされている。非着磁部αの形成については、例えば一部ずつの着磁を行うインデックス着磁の場合、その着磁範囲を角度管理することで形成できる。
磁気センサ８のセンサ素子１３は、磁気エンコーダ７に対向して１箇所または２箇所に設けられる。センサ素子１３を２箇所に設ける場合、一つ目のセンサ素子１３は、基準となる相であるＡ相の検出用とされ、二つ目のセンサ素子１３は、一つ目のセンサ素子１３に対して磁気エンコーダ７の電気角で９０°離れた位置に配置され、Ａ相に対して９０°ずれたＢ相の検出用とされる。

上記構成によると、磁気エンコーダ７の交互に着磁されたＳ極とＮ極を磁気センサ２でパルス信号として検出することで、回転速度や回転角度を検出することができる。また、磁気エンコーダ７の円周方向の一部に非着磁区間αを設けたため、図２（Ｂ）のように得られる磁気センサ８の出力パルスの有無で、磁気エンコーダ７の回転方向の原点位置を検出することができる。
この場合に、例えば、図１の回転速度検出部１６は、非着磁区間αを除く範囲から得られる出力パルスから磁気エンコーダ７の回転速度を判定し、原点位置検出部１７は、この回転速度検出部１６の回転速度と非着磁区間αにおける信号無し時間とから、磁気エンコーダ７の原点位置（例えば非着磁区間αの中央）を検出するものとする。

このように、磁気エンコーダ７の一部に非着磁区間αを設けた構成であるため、零相検出のためのセンサ素子が不要となり、また磁気エンコーダ７も一つの着磁列で済んで構造が簡素化できる。そのため、部品点数の削減、組立性の向上および低コスト化が図れる。着磁列が１列で済むため、軸方向の寸法を小さく抑えることができて、装置のコンパクト化にもつながる。

なお、上記実施形態では、内輪３を回転側輪、外輪４を固定側輪としたが、内輪３を固定側輪、外輪４を回転側輪とした場合は、内輪３に磁気センサ８を取付け、外輪４に磁気エンコーダ８を取付ける。
また、上記実施形態では、磁気エンコーダ７と磁気センサ８とがラジアル方向に対面させたが、磁気エンコーダ７と磁気センサ８とはアキシアル方向に対面させたものであっても良い。

この発明の一実施形態に係る回転センサ付き軸受の部分断面図である。（Ａ）はその回転センサにおける磁気エンコーダの着磁形態例の説明図、（Ｂ）は同回転センサの出力の説明図である。従来の回転センサの構成説明図である。同従来例の出力の説明図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…回転センサ
３…内輪（回転側輪）
４…外輪（固定側輪）
６…転動体
７…磁気エンコーダ
８…磁気センサ
１０…多極磁石
１３…センサ素子
１５…検出信号処理手段

Claims

リング状に形成されて円周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁され回転側部材に取付けられる磁気エンコーダと、この磁気エンコーダに対面して固定側部材に設置される磁気センサとを備える回転センサにおいて、
前記磁気エンコーダの円周方向の一部に、前記Ｓ極とＮ極の並び幅よりも広い原点検出用の非着磁区間を設けたことを特徴とする回転センサ。
請求項１記載の回転センサにおける磁気エンコーダを、転がり軸受における回転側および固定側の部材のうちの回転側部材に取付け、前記磁気センサを固定側部材に取付けたセンサ付き軸受。