JP2017040545A - 回転センサ付軸受装置、この回転センサ付軸受装置を備える電動モータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents
回転センサ付軸受装置、この回転センサ付軸受装置を備える電動モータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】磁気センサの実装位置の自由度を向上させ得る回転センサ付軸受装置を提供する。【解決手段】この回転センサ付軸受装置10は、回転輪となる内輪21と固定輪となる外輪22との間に複数の転動体であるボール23が転動自在に介装された深溝玉軸受20と、内輪21と一体で回転する磁気エンコーダ40と、外輪22に配置されて磁気エンコーダ40の直交する2方向の磁場を同時に検出するとともに、2方向の磁場に応じた2相パルスを出力、または、1相パルスと回転方向信号とを出力する1つの磁気センサ80とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、回転センサ付軸受装置に関する。
従来、ホールICなどの2個の磁気センサと多極磁石とを軸受に配置した回転センサ付軸受装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載の回転センサ付軸受装置であれば、2個の磁気センサから得られる2相のパルス出力から軸受の回転量と回転方向とを検出することができる。
しかしながら、特許文献1の従来技術は、2個の磁気センサ(ホールIC)を個別に用いるため、多極磁石のピッチにあわせてホールICの配置を変えたり、実装ずれなどの組み立て誤差が生じるという問題があり、また、コストがかかる、消費電力が大きくなる、多極磁石の幅によって磁気センサの最適位置が変わる等の問題がある。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、磁気センサの実装位置の自由度を向上させ得る回転センサ付軸受装置、この回転センサ付軸受装置を備える電動モータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを課題とする。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、磁気センサの実装位置の自由度を向上させ得る回転センサ付軸受装置、この回転センサ付軸受装置を備える電動モータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを課題とする。
上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置は、回転輪と固定輪との間に複数の転動体が転動自在に介装された軸受と、前記回転輪と一体で回転する多極磁石と、前記固定輪に配置されて前記多極磁石の直交する2方向の磁場を同時に検出するとともに、前記2方向の磁場に応じた2相パルスを出力、または、1相パルスと回転方向信号とを出力する1つの磁気センサとを備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る電動モータは、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係るトルクセンサは、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る車両は、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係るトルクセンサは、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
また、上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る車両は、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置を備える。
本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置によれば、1つの磁気センサで多極磁石の直交する2方向の磁場を同時に検出することができる。ここで、多極磁石は、回転時に、縦磁場と横磁場のゼロクロス点が電気角90°の位相差で変化し、縦磁場と横磁場の位相関係は回転方向に依存し、また、この位相関係は着磁ピッチに依存しないところ、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置の磁気センサであれば、多極磁石の直交する2方向の磁場、つまり、磁気センサに垂直に入る縦磁場と水平に入る横磁場とを同時に検出するので、着磁ピッチに依らず、電気角90°の位相差をもつ2相のパルス信号を得ることにより、検知した2相のパルス信号から回転角度を検出するとともに、信号の変化の仕方から回転方向を判別することができる。
そして、本発明の一態様に係る回転センサ付軸受装置によれば、2相の出力の位相差は磁気センサの配置に依存せず、多極磁石の着磁ピッチに合わせて磁気センサの実装位置を制限する必要がないので、磁気センサの実装位置の自由度を向上させることができる。また、使用する磁気センサが1個で足りるので、部品コストや実装コストを削減でき、また、消費電力を削減できる。また、1つの磁気センサで横磁場と縦磁場を検出するため、磁極幅に関係なく2相パルス出力を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る電動モータによれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、実装位置の自由度の向上によりコストを削減でき、また、消費電力を削減し得る電動モータを提供できる。
また、本発明の一態様に係るトルクセンサによれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、コストを削減でき、また、消費電力を削減し得るトルクセンサを提供できる。
また、本発明の一態様に係るトルクセンサによれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、コストを削減でき、また、消費電力を削減し得るトルクセンサを提供できる。
また、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置によれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、例えば、回転センサ付軸受装置をトルクセンサやアシスト電動モータ等の角度検出に適用することで、コストを削減でき、また、消費電力を削減し得る電動パワーステアリング装置を提供できる。
また、本発明の一態様に係る車両によれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、例えば、回転センサ付軸受装置を、車載の電動パワーステアリング装置のトルクセンサやアシスト電動モータ等に適用することで、コストを削減でき、また、消費電力を削減し得る車両を提供できる。
また、本発明の一態様に係る車両によれば、上記効果を有する回転センサ付軸受装置を備えるので、例えば、回転センサ付軸受装置を、車載の電動パワーステアリング装置のトルクセンサやアシスト電動モータ等に適用することで、コストを削減でき、また、消費電力を削減し得る車両を提供できる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
[回転センサ付軸受装置]
図1に示すように、この回転センサ付軸受装置10は、内輪21と、外輪22と、内輪21及び外輪22の間に介在する転動体としての複数のボール23とを有する深溝玉軸受20を軸受として備える。深溝玉軸受20は、内輪21及び外輪22のうちの一方が固定輪となり他方が回転輪となる。回転輪は、電動モータ等の回転軸の回転に連動して固定輪との間に介在するボール23を転動させながら回転する。
以下、本実施形態では、内輪21を回転輪とし、外輪22を固定輪とする構成例にて説明する。なお、本実施形態の軸受は、深溝玉軸受を例とするが、本発明を適用可能な軸受はこれに限定されず、種々の軸受に適用できる。
図1に示すように、この回転センサ付軸受装置10は、内輪21と、外輪22と、内輪21及び外輪22の間に介在する転動体としての複数のボール23とを有する深溝玉軸受20を軸受として備える。深溝玉軸受20は、内輪21及び外輪22のうちの一方が固定輪となり他方が回転輪となる。回転輪は、電動モータ等の回転軸の回転に連動して固定輪との間に介在するボール23を転動させながら回転する。
以下、本実施形態では、内輪21を回転輪とし、外輪22を固定輪とする構成例にて説明する。なお、本実施形態の軸受は、深溝玉軸受を例とするが、本発明を適用可能な軸受はこれに限定されず、種々の軸受に適用できる。
回転輪となる内輪21には、横断面が略L字状に曲げ加工されてなる円環状の磁石ホルダ30が装着されている。磁石ホルダ30は、基端側の腕部32が内輪21の外周面の一端側から外輪22側に向けて径方向に沿って張り出すように固定され、磁石ホルダ30先端の装着部31が軸方向に沿って側方に張り出している。磁石ホルダ30は磁性材料から構成され、磁石ホルダ30の側方に張り出す装着部31には、内輪21側を向く面に、円環板状の磁気エンコーダ40が深溝玉軸受20と同軸となる位置に支持されている。
磁気エンコーダ40は、磁極数が2以上の多極磁石であって、その半周の円周面がS極に着磁され、残る半周の円周面がN極に着磁されている。この例の磁気エンコーダ40は2極に着磁されている。なお、磁気エンコーダ40は2極に限定されず、所定の等しいピッチで磁極を交互に反転配置した環状もしくは直線状の磁束発生源であれば、種々の多極磁石を採用することができる。また、その材料についても、ネオジム、フェライト、サマリウムコバルト、アルニコ等を適宜用いることができ、種類が限定されない。
磁気エンコーダ40は、磁極数が2以上の多極磁石であって、その半周の円周面がS極に着磁され、残る半周の円周面がN極に着磁されている。この例の磁気エンコーダ40は2極に着磁されている。なお、磁気エンコーダ40は2極に限定されず、所定の等しいピッチで磁極を交互に反転配置した環状もしくは直線状の磁束発生源であれば、種々の多極磁石を採用することができる。また、その材料についても、ネオジム、フェライト、サマリウムコバルト、アルニコ等を適宜用いることができ、種類が限定されない。
一方、固定輪となる外輪22には、横断面が略コ字状に曲げ加工されてなる円環板状のセンサカバー50が、外輪22の外周面側の側面から側方に張り出して、上記磁気エンコーダ40を覆うように固定されている。センサカバー50の略コ字状をなす内側の部分には、モールド樹脂等によってパッケージされた磁気センサユニット60が固定されている。磁気センサユニット60は、回路基板70と、この回路基板70上に実装された1つの磁気センサ80とを有する。磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、相互の間に空間ギャップがある。
本実施形態の構成例では、磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、磁気エンコーダ40に対して磁気センサ80が深溝玉軸受20の内径側に対向配置されるとともに、磁気センサ80の感磁面(回路基板70の厚さ方向の磁気エンコーダ40との対向面)が磁気エンコーダ40に深溝玉軸受20のラジアル方向で対向するように配置されている(以下、「内径側ラジアル対向配置」ともいう)。
回路基板70は、以下図示しない、チップ部品やディスクリート部品等として実装されたI/F部と回転情報算出器とを有し、回転情報算出器は、CPU等が搭載されたマイクロコンピュータから構成されている。
回路基板70は、以下図示しない、チップ部品やディスクリート部品等として実装されたI/F部と回転情報算出器とを有し、回転情報算出器は、CPU等が搭載されたマイクロコンピュータから構成されている。
回転情報算出器は、所定のプログラムを実行し、サンプリングタイミングになると、磁気センサ80から出力された2相のパルス信号等の出力情報を演算処理し、相互に90°位相のずれた2相のパルス信号に基づき、深溝玉軸受20の絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪(回転軸)の回転状態を示す回転情報を周期的に算出し、その算出結果が不図示の信号ケーブルを介して上位の制御部に伝送されるようになっている。なお、回転情報算出器は、回転センサ付軸受装置10の外部に設けられていてもよい。
ここで、磁気センサ80は、1つのICから構成されており、磁気センサ80の内部には、以下図示しない、感磁面に対する横磁場と縦磁場とを検知可能に設けられた二つのホール素子と、二つのホール素子の検知した磁界検知情報に基づいて、所期する2相パルス出力、もしくは、1相のパルス出力と回転方向を出力可能に構成された素子および回路とが実装されている。具体的には、例えば、旭化成エレクトロニクス株式会社製 型番AK8779A、AK8779B等を用いることができる。
これにより、この磁気センサ80は、1つのICにより、磁気エンコーダ40の横磁場と縦磁場とを検知して、2相パルス出力、もしくは、1相のパルス出力と回転方向を出力可能に構成されている。本実施形態の例では、上記内径側ラジアル対向配置により、磁気センサ80は、2方向の磁場として、深溝玉軸受20を基準として、その径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、図2に示す、位相が90°ずれた2相のパルス信号を出力する。
これにより、この磁気センサ80は、1つのICにより、磁気エンコーダ40の横磁場と縦磁場とを検知して、2相パルス出力、もしくは、1相のパルス出力と回転方向を出力可能に構成されている。本実施形態の例では、上記内径側ラジアル対向配置により、磁気センサ80は、2方向の磁場として、深溝玉軸受20を基準として、その径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、図2に示す、位相が90°ずれた2相のパルス信号を出力する。
次に、本実施形態の回転センサ付軸受装置10の動作を説明する。ここでは、上記回転センサ付軸受装置10を、不図示の電動モータの回転軸を支持する軸受に適用した場合を例に説明する。
不図示のドライバからの駆動信号に応じて電動モータが駆動すると、電動モータの回転軸が回転し、この回転に連動して回転センサ付軸受装置10の内輪21が回転する。内輪21には磁気エンコーダ40が支持されているので、内輪21と共に磁気エンコーダ40も回転する。磁気エンコーダ40が回転することにより、磁気センサユニット60の対向する磁気センサ80との位置関係が周期的に変化する。ここで、磁気エンコーダ40は、回転時に、縦磁場(本実施形態では径方向磁場)と横磁場(本実施形態では周方向磁場)のゼロクロス点が電気角90°の位相差で変化し、縦磁場と横磁場の位相関係は回転方向に依存し、また、この位相関係は着磁ピッチに依存しない。
不図示のドライバからの駆動信号に応じて電動モータが駆動すると、電動モータの回転軸が回転し、この回転に連動して回転センサ付軸受装置10の内輪21が回転する。内輪21には磁気エンコーダ40が支持されているので、内輪21と共に磁気エンコーダ40も回転する。磁気エンコーダ40が回転することにより、磁気センサユニット60の対向する磁気センサ80との位置関係が周期的に変化する。ここで、磁気エンコーダ40は、回転時に、縦磁場(本実施形態では径方向磁場)と横磁場(本実施形態では周方向磁場)のゼロクロス点が電気角90°の位相差で変化し、縦磁場と横磁場の位相関係は回転方向に依存し、また、この位相関係は着磁ピッチに依存しない。
磁気センサ80には、磁気エンコーダ40からの磁束が通過するが、磁気センサ80は、この磁束変化に応じて、内部の二つのホール素子が、設定された通過磁束に対応し、2方向の磁場として、直交する径方向磁場と周方向磁場とをそれぞれ同時に検出する。磁気センサ80は、ICの仕様により、2相のパルス信号、もしくは、1相のパルス出力と回転方向を出力する。
本実施形態の例では、磁気センサ80は、図2に示した、位相が90°ずれた磁石磁極対数の2相のパルス信号を回路基板70の回転情報算出器に出力する。磁気センサ80から出力される2相のパルス信号は、A相、B相とする。
本実施形態の例では、磁気センサ80は、図2に示した、位相が90°ずれた磁石磁極対数の2相のパルス信号を回路基板70の回転情報算出器に出力する。磁気センサ80から出力される2相のパルス信号は、A相、B相とする。
これにより、回路基板70の回転情報算出器は、サンプリングタイミングになると、A相、B相の磁気検出信号についてサンプリング値を同時に取得し、相互に90°位相のずれた2相のパルス信号に基づき、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪(回転軸)の回転状態を示す回転情報を周期的に算出する。
このように、上述した回転センサ付軸受装置10によれば、1つの磁気センサ80で磁気エンコーダ40の直交する2方向の磁場を同時に検出することができる。すなわち、この磁気センサ80であれば、磁気センサ80に垂直に入る縦磁場と水平に入る横磁場とを同時に検出するので、磁気エンコーダ40の着磁ピッチに依らず、電気角90°の位相差をもつ2相のパルス信号を得ることができる。そして、回路基板70に実装された回転情報算出器は、検知した2相のパルス信号から、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪(回転軸)の回転状態を示す回転情報を周期的に算出することができる。
このように、上述した回転センサ付軸受装置10によれば、1つの磁気センサ80で磁気エンコーダ40の直交する2方向の磁場を同時に検出することができる。すなわち、この磁気センサ80であれば、磁気センサ80に垂直に入る縦磁場と水平に入る横磁場とを同時に検出するので、磁気エンコーダ40の着磁ピッチに依らず、電気角90°の位相差をもつ2相のパルス信号を得ることができる。そして、回路基板70に実装された回転情報算出器は、検知した2相のパルス信号から、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪(回転軸)の回転状態を示す回転情報を周期的に算出することができる。
特に、この回転センサ付軸受装置10によれば、2相の出力の位相差は磁気センサ80の配置に依存せず、磁気エンコーダ40の着磁ピッチに合わせて磁気センサ80の実装位置を制限する必要がないので、磁気センサ80の実装位置の自由度を向上させることができる。また、使用する磁気センサ80が1個で足りるので、部品コストや実装コストを削減でき、また、消費電力を削減できる。また、1つの磁気センサ80で横磁場と縦磁場を検出するため、磁極幅に関係なく2相パルス出力を得ることができる。
なお、本発明に係る回転センサ付軸受装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
なお、本発明に係る回転センサ付軸受装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、内径側ラジアル対向配置であり、磁気センサ80は、磁気エンコーダ40の径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、90°位相がずれた磁石磁極対数の2相のパルス信号を出力する例を説明したが、これに限定されず、例えば、2相のパルス信号出力に替えて、磁気センサ80の内部処理にて、図3に他の例を示すように、1相のパルス出力と回転方向を出力可能に構成することができる。同図に示す例では、磁気センサ80は、内部処理にて逓倍回路を介して極対数の逓倍のパルス信号を出力する。なお、本実施形態の例では、2倍のパルス信号を出力している。
また、磁気エンコーダ40と磁気センサ80との配置についても、上述した第一実施形態に限定されず、例えば、以下の変形例に示すような態様とすることができる。なお、以下説明する変形例においては、上述した第一実施形態と同一または対応する構成には同一の符号を付すとともに同様の構成については説明を適宜省略する。
また、磁気エンコーダ40と磁気センサ80との配置についても、上述した第一実施形態に限定されず、例えば、以下の変形例に示すような態様とすることができる。なお、以下説明する変形例においては、上述した第一実施形態と同一または対応する構成には同一の符号を付すとともに同様の構成については説明を適宜省略する。
[第一変形例]
図4に示すように、第一変形例の回転センサ付軸受装置10は、深溝玉軸受20の回転輪となる内輪21に磁気エンコーダ40、固定輪となる外輪22に磁気センサ80を備える。この例では、磁石ホルダ30先端の装着部31が内輪21寄りの位置に設けられており、磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、磁気エンコーダ40に対して磁気センサ80が深溝玉軸受20の外径側に配置されるとともに、磁気センサ80の感磁面が磁気エンコーダ40にラジアル方向で対向するように配置されている(以下、「外径側ラジアル対向配置」ともいう)。磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、相互の間に空間ギャップがある。このような配置であっても、上記第一実施形態同様に、磁気センサ80は、1つのICにより、磁気エンコーダ40の横磁場(周方向磁場)と縦磁場(径方向磁場)とを検知して、2相パルス出力(図2)、もしくは、1相のパルス出力と回転方向(図3)を出力することができる。
図4に示すように、第一変形例の回転センサ付軸受装置10は、深溝玉軸受20の回転輪となる内輪21に磁気エンコーダ40、固定輪となる外輪22に磁気センサ80を備える。この例では、磁石ホルダ30先端の装着部31が内輪21寄りの位置に設けられており、磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、磁気エンコーダ40に対して磁気センサ80が深溝玉軸受20の外径側に配置されるとともに、磁気センサ80の感磁面が磁気エンコーダ40にラジアル方向で対向するように配置されている(以下、「外径側ラジアル対向配置」ともいう)。磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、相互の間に空間ギャップがある。このような配置であっても、上記第一実施形態同様に、磁気センサ80は、1つのICにより、磁気エンコーダ40の横磁場(周方向磁場)と縦磁場(径方向磁場)とを検知して、2相パルス出力(図2)、もしくは、1相のパルス出力と回転方向(図3)を出力することができる。
[第二変形例]
図5に示すように、第二変形例の回転センサ付軸受装置10は、深溝玉軸受20の回転輪となる内輪21に磁気エンコーダ40、固定輪となる外輪22に磁気センサ80を備える。磁石ホルダ30先端の装着部31が径方向に沿って設けられている。円環状の磁気エンコーダ40は、装着部31の外側の面に装着されることで、深溝玉軸受20の径方向に沿って配置されている。
磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、磁気エンコーダ40に対して磁気センサ80が深溝玉軸受20の軸方向の側方に配置されるとともに、磁気センサ80の感磁面が磁気エンコーダ40にアキシアル方向で外側から対向配置されている(以下、「アキシアル対向配置」ともいう)。磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、相互の間に空間ギャップがある。
図5に示すように、第二変形例の回転センサ付軸受装置10は、深溝玉軸受20の回転輪となる内輪21に磁気エンコーダ40、固定輪となる外輪22に磁気センサ80を備える。磁石ホルダ30先端の装着部31が径方向に沿って設けられている。円環状の磁気エンコーダ40は、装着部31の外側の面に装着されることで、深溝玉軸受20の径方向に沿って配置されている。
磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、磁気エンコーダ40に対して磁気センサ80が深溝玉軸受20の軸方向の側方に配置されるとともに、磁気センサ80の感磁面が磁気エンコーダ40にアキシアル方向で外側から対向配置されている(以下、「アキシアル対向配置」ともいう)。磁気エンコーダ40と磁気センサ80とは、相互の間に空間ギャップがある。
このような配置であっても、上記第一実施形態同様に、磁気センサ80は、1つのICにより、磁気エンコーダ40の横磁場と縦磁場とを検知して、2相パルス出力(図2)、もしくは、1相のパルス出力と回転方向(図3)を出力することができる。
また、上述した実施形態および各変形例の構成相互を適宜に組み合わせて更に他の態様の回転センサ付軸受装置10とすることができる。例えば第三変形例として、回転センサ付軸受装置10の磁気エンコーダ40と磁気センサ80とを内径側ラジアル対向配置とし、磁気センサは、図2に示した2相パルス出力仕様のものを実装することができる。
また、例えば第四変形例として、回転センサ付軸受装置10の磁気エンコーダ40と磁気センサ80とを外径側ラジアル対向配置とし、磁気センサは、図3に示した2倍のパルス信号と回転方向信号を出力する仕様のものを実装することができる。
また、上述した実施形態および各変形例の構成相互を適宜に組み合わせて更に他の態様の回転センサ付軸受装置10とすることができる。例えば第三変形例として、回転センサ付軸受装置10の磁気エンコーダ40と磁気センサ80とを内径側ラジアル対向配置とし、磁気センサは、図2に示した2相パルス出力仕様のものを実装することができる。
また、例えば第四変形例として、回転センサ付軸受装置10の磁気エンコーダ40と磁気センサ80とを外径側ラジアル対向配置とし、磁気センサは、図3に示した2倍のパルス信号と回転方向信号を出力する仕様のものを実装することができる。
また、例えば第五変形例として、回転センサ付軸受装置10の磁気エンコーダ40と磁気センサ80とをアキシアル対向配置とし、磁気センサは、図2に示した2相パルス出力仕様のものを実装することができる。
また、他の態様として、軸受が保持器を有する場合、例えば多極磁石を保持器に装着することも可能である。多極磁石を保持器に装着すれば、回転輪の回転に対して多極磁石の回転が減速されるため、多回転の角度を検出することができる。
さらに、他の態様として、多極磁石および磁気センサを、軸受の軸方向の両側に装着することも可能である。この場合において、例えば、両側に設けた二つの多極磁石の極数を相互に変えることにより、一回転の絶対角度を検出することができる。
また、他の態様として、軸受が保持器を有する場合、例えば多極磁石を保持器に装着することも可能である。多極磁石を保持器に装着すれば、回転輪の回転に対して多極磁石の回転が減速されるため、多回転の角度を検出することができる。
さらに、他の態様として、多極磁石および磁気センサを、軸受の軸方向の両側に装着することも可能である。この場合において、例えば、両側に設けた二つの多極磁石の極数を相互に変えることにより、一回転の絶対角度を検出することができる。
[電動パワーステアリング装置およびこれを備える車両]
以下、上述した実施形態の回転センサ付軸受装置10を備える電動パワーステアリング装置を装備した車両の一実施形態である自動車について説明する。なお、車両は自動車に限定されず、例えばフォークリフトに適用してもよい。
図6に示すように、車両である自動車3は、前輪4FR及び4FLと、後輪4RR及び4RLとを備えている。左右の転舵輪となる前輪4FR及び4FLは、電動パワーステアリング装置5によって転舵される。電動パワーステアリング装置5は、トルクセンサ6と、操舵アシスト用の電動モータ7とを備える。
以下、上述した実施形態の回転センサ付軸受装置10を備える電動パワーステアリング装置を装備した車両の一実施形態である自動車について説明する。なお、車両は自動車に限定されず、例えばフォークリフトに適用してもよい。
図6に示すように、車両である自動車3は、前輪4FR及び4FLと、後輪4RR及び4RLとを備えている。左右の転舵輪となる前輪4FR及び4FLは、電動パワーステアリング装置5によって転舵される。電動パワーステアリング装置5は、トルクセンサ6と、操舵アシスト用の電動モータ7とを備える。
電動パワーステアリング装置5は、ステアリング機構として、ステアリングホイール211と、ステアリングシャフト212と、トルクセンサ6と、第1のユニバーサルジョイント214と、ロアシャフト215と、第2のユニバーサルジョイント216とを備える。
電動パワーステアリング装置5は、更に、ステアリング機構として、ピニオンシャフト217と、ステアリングギヤ218と、タイロッド219と、ナックルアーム220とを備える。
ステアリングホイール211に運転者から作用された操舵力は、ステアリングシャフト212に伝達される。ステアリングシャフト212は、入力軸212aと出力軸212bとを有する。入力軸212aの一端はステアリングホイール211に連結され、他端はトルクセンサ6を介して出力軸212bの一端に連結されている。
電動パワーステアリング装置5は、更に、ステアリング機構として、ピニオンシャフト217と、ステアリングギヤ218と、タイロッド219と、ナックルアーム220とを備える。
ステアリングホイール211に運転者から作用された操舵力は、ステアリングシャフト212に伝達される。ステアリングシャフト212は、入力軸212aと出力軸212bとを有する。入力軸212aの一端はステアリングホイール211に連結され、他端はトルクセンサ6を介して出力軸212bの一端に連結されている。
出力軸212bに伝達された操舵力は、第1のユニバーサルジョイント214を介してロアシャフト215に伝達され、さらに、第2のユニバーサルジョイント216を介してピニオンシャフト217に伝達される。ピニオンシャフト217に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ218を介してタイロッド219に伝達される。さらに、タイロッド219に伝達された操舵力は、ナックルアーム220に伝達され、前輪4FRおよび4FLを転舵させる。
ステアリングギヤ218は、ピニオンシャフト217に連結されたピニオン218aとこのピニオン218aに噛合するラック218bとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。ステアリングギヤ218は、ピニオン218aに伝達された回転運動をラック218bで車幅方向の直進運動に変換する。
ステアリングギヤ218は、ピニオンシャフト217に連結されたピニオン218aとこのピニオン218aに噛合するラック218bとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。ステアリングギヤ218は、ピニオン218aに伝達された回転運動をラック218bで車幅方向の直進運動に変換する。
また、ステアリングシャフト212の出力軸212bには、操舵補助力を出力軸212bに伝達する操舵補助機構221が連結されている。操舵補助機構221は、出力軸212bに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ222と、減速ギヤ222に連結された操舵補助力を発生する電動モータ7と、電動モータ7を覆うハウジングの外周部に固定支持されたEPS制御ユニット224とを備えている。
トルクセンサ6は、ステアリングホイール211に付与されて入力軸212aに伝達された操舵トルクを検出する。トルクセンサ6は、図7に示すように、第1の回転センサ付軸受装置10Aと、第2の回転センサ付軸受装置10Bと、トーションバー229と、トルク演算回路160とを備える。なお、このトルクセンサ6は、回転センサ付軸受装置10を2つ備えているため、これらを区別するために符号の末尾にA及びBを付する。以下、他の符号についても末尾にA及びBを付して区別する。
トルクセンサ6は、ステアリングホイール211に付与されて入力軸212aに伝達された操舵トルクを検出する。トルクセンサ6は、図7に示すように、第1の回転センサ付軸受装置10Aと、第2の回転センサ付軸受装置10Bと、トーションバー229と、トルク演算回路160とを備える。なお、このトルクセンサ6は、回転センサ付軸受装置10を2つ備えているため、これらを区別するために符号の末尾にA及びBを付する。以下、他の符号についても末尾にA及びBを付して区別する。
図7に示すように、トーションバー229は、一端が入力軸212aに取り付けられ、他端が出力軸212bに取り付けられている。入力軸212aを支持する軸受の外周部には、回転軸Zr方向に平面視して径方向外側に突出する円環状の磁気エンコーダ40Aが設けられている。出力軸212bを支持する軸受の外周部には、回転軸Zr方向に平面視して径方向外側に突出する円環状の磁気エンコーダ40Bが設けられている。これにより、入力軸212aが回動することに伴って磁気エンコーダ40Aが回動し、また、出力軸212bが回動することに伴って磁気エンコーダ40Bが回動する。
また、磁気エンコーダ40Aの上側には1つの磁気センサ80Aが設けられている。一方、磁気エンコーダ40Bの下側には1つの磁気センサ80Bが設けられている。これにより、トルクセンサ6は、入力軸212aの回転変位を磁気センサ80Aで検出し、出力軸212bの回転変位を磁気センサ80Bで検出する。
そして、トルク演算回路160は、上下の磁気センサ80A、80Bでそれぞれ検出した2相のパルス信号の変化から、入力軸212aの回転変位に応じた機械角θmdAと、出力軸212bの回転変位に応じた機械角θmdBとが演算されるとともに、機械角θmdAと機械角θmdBとの差分値(トーションバー229の捩れ)に基づき、操舵トルクTsが演算される。演算された操舵トルクTsは、上記EPS制御ユニット224に出力される。
そして、トルク演算回路160は、上下の磁気センサ80A、80Bでそれぞれ検出した2相のパルス信号の変化から、入力軸212aの回転変位に応じた機械角θmdAと、出力軸212bの回転変位に応じた機械角θmdBとが演算されるとともに、機械角θmdAと機械角θmdBとの差分値(トーションバー229の捩れ)に基づき、操舵トルクTsが演算される。演算された操舵トルクTsは、上記EPS制御ユニット224に出力される。
電動モータ7は、図8に示すように、回転センサ付軸受装置10Cと、電動モータ本体300とを有する。電動モータ本体300は、3相ブラシレス電動モータであり、以下図示しない、ステータの外側にロータが同軸に配設され、ロータは電動モータの回転軸に固定されている。ステータは、励磁用コイルが巻回された複数の極歯を周方向に等間隔に有し、ロータはステータの極歯と僅かの空隙(エアギャップ)をもって対向しかつ内周面に円周方向に等間隔に設けられた複数の磁石を備える。
電動モータ7は、ステータのコイルにEPS制御ユニット224を介して3相交流電流を流すことで、ステータが所定に励磁されてロータが回転し、この回転に伴って電動モータ7の回転軸が回転する。本実施形態では、回転センサ付軸受装置10Cの磁気エンコーダ40Cは、ロータを支持する軸受に装着されており、ロータの回転に伴って磁気エンコーダ40Cが回転する。
電動モータ7は、ステータのコイルにEPS制御ユニット224を介して3相交流電流を流すことで、ステータが所定に励磁されてロータが回転し、この回転に伴って電動モータ7の回転軸が回転する。本実施形態では、回転センサ付軸受装置10Cの磁気エンコーダ40Cは、ロータを支持する軸受に装着されており、ロータの回転に伴って磁気エンコーダ40Cが回転する。
これにより、回転センサ付軸受装置10Cは、ロータの回転に伴って磁気エンコーダ40Cが回転し、この回転に応じて、磁気センサ80Cから電気角90°の位相差をもつ2相のパルス信号が出力される。更に、回転情報算出器70Cで、電気角θedが、電動モータ本体300の回転角度位置に対応する機械角θmdに変換され、この機械角θmdがEPS制御ユニット224に出力される。
EPS制御ユニット224は、図示しないが、電流指令演算回路と、電動モータ駆動回路とを備え、図7に示す車速センサ230で検出された車速Vと、バッテリ231からの直流電流とが入力される。電流指令演算回路は、車速センサ230からの車速Vと、トルクセンサ6からの操舵トルクTsと、電動モータ7の回転情報算出器70Cからの機械角θmdとに基づき、電動モータ本体300を駆動するための電流指令値を演算する。電動モータ駆動回路は、例えば3相インバータ回路から構成され、電流指令値演算回路からの電流指令値に基づき電動モータ本体300を駆動する。
EPS制御ユニット224は、図示しないが、電流指令演算回路と、電動モータ駆動回路とを備え、図7に示す車速センサ230で検出された車速Vと、バッテリ231からの直流電流とが入力される。電流指令演算回路は、車速センサ230からの車速Vと、トルクセンサ6からの操舵トルクTsと、電動モータ7の回転情報算出器70Cからの機械角θmdとに基づき、電動モータ本体300を駆動するための電流指令値を演算する。電動モータ駆動回路は、例えば3相インバータ回路から構成され、電流指令値演算回路からの電流指令値に基づき電動モータ本体300を駆動する。
以上説明したように、この自動車3によれば、上述した実施形態の回転センサ付軸受装置10を複数備える電動パワーステアリング装置5を装備しており、この回転センサ付軸受装置10を電動パワーステアリング装置5のトルクセンサ6およびアシスト電動モータである電動モータ7の角度検出に適用しているので、回転センサ付軸受装置10の上述した効果により、実装位置の自由度の向上によりコストを削減でき、また、消費電力を削減することができる。
3 自動車(車両)
5 電動パワーステアリング装置
6 トルクセンサ
7 電動モータ
10 回転センサ付軸受装置
20 深溝玉軸受(軸受)
30 磁石ホルダ
40 磁気エンコーダ(多極磁石)
50 センサカバー
60 磁気センサユニット
70 回路基板
80 磁気センサ
5 電動パワーステアリング装置
6 トルクセンサ
7 電動モータ
10 回転センサ付軸受装置
20 深溝玉軸受(軸受)
30 磁石ホルダ
40 磁気エンコーダ(多極磁石)
50 センサカバー
60 磁気センサユニット
70 回路基板
80 磁気センサ
Claims (11)
- 回転輪と固定輪との間に複数の転動体が転動自在に介装された軸受と、前記回転輪と一体で回転する多極磁石と、前記固定輪に配置されて前記多極磁石の直交する2方向の磁場を同時に検出するとともに、前記2方向の磁場に応じた2相パルスを出力、または、1相パルスと回転方向信号とを出力する1つの磁気センサとを備える回転センサ付軸受装置。
- 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の内径側に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石に前記軸受のラジアル方向で対向するように配置されている内径側ラジアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、位相が90°ずれた2相のパルス信号を出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の外径側に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石に前記軸受のラジアル方向で対向するように配置されている外径側ラジアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、位相が90°ずれた2相のパルス信号を出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の軸方向の側方に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石にアキシアル方向で対向するように配置されているアキシアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、軸方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、位相が90°ずれた2相のパルス信号を出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の内径側に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石に前記軸受のラジアル方向で対向するように配置されている内径側ラジアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、極対数の逓倍のパルス信号と回転方向信号とを出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の外径側に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石に前記軸受のラジアル方向で対向するように配置されている外径側ラジアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、径方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、極対数の逓倍のパルス信号と回転方向信号とを出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 前記多極磁石と前記磁気センサとは、前記多極磁石に対して前記磁気センサが前記軸受の軸方向の側方に配置されるとともに、前記磁気センサの感磁面が前記多極磁石にアキシアル方向で対向するように配置されているアキシアル対向配置であり、
前記磁気センサは、前記2方向の磁場として、軸方向磁場と周方向磁場とを同時に検出し、極対数の逓倍のパルス信号と回転方向信号とを出力する請求項1に記載の回転センサ付軸受装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転センサ付軸受装置を備える電動モータ。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転センサ付軸受装置を備えるトルクセンサ。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転センサ付軸受装置を備える電動パワーステアリング装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転センサ付軸受装置を備える車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015162101A JP2017040545A (ja) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | 回転センサ付軸受装置、この回転センサ付軸受装置を備える電動モータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110253769A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-20 | 深圳市河图建设项目管理有限公司 | 一种建筑工程用管槽切割装置 |
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-
2015
- 2015-08-19 JP JP2015162101A patent/JP2017040545A/ja active Pending
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