JP2022090472A - 回転センサ付き軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気式回転センサ及び自動調心機能の組み合わせに起因する検出精度の低下を抑制可能な回転センサ付き軸受装置を提供する。【解決手段】軸受本体14は、外輪22が、軸受中心Cを中心とする円弧状の軌道Tに沿って移動する自動調心機能を有する軸受からなる。回転センサ16は、内輪20及び外輪22のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気エンコーダ44と、内輪20及び外輪22のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気センサ52と、を備える。磁気エンコーダ44及び磁気センサ52は、内輪20及び外輪22の軸が一致する状態にて回転軸12の径方向に沿って離間配置される。【選択図】図2
Description
本発明は、回転センサ付き軸受装置に関する。
従来から、回転軸を保持する軸受本体に対して、この回転軸の回転状態を検出する回転センサを一体的に取り付けた回転センサ付き軸受装置が知られている。この回転センサの検出方式の一例として、内輪及び外輪のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気発生部と、内輪及び外輪のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気検出部とを離間して配置させ、磁気の検出結果に基づいて回転軸の回転状態を検出する磁気式回転センサが挙げられる(特許文献1,2参照)。
例えば、エレベータ用巻上機を含む大型の機械設備には、高負荷に伴う回転軸の撓みに対処するため、いわゆる自動調心機能(あるいは自動調芯機能)を有する軸受本体が用いられる場合がある。この自動調心機能が発揮される際、内輪及び外輪のうちのいずれか一方の軌道輪(以下、可動軌道輪)が、軸受中心を中心とする円弧状の軌道に沿って移動する。つまり、回転軸が同じ角度位置にあるにもかかわらず、磁気発生部と磁気検出部との間の位置関係が、可動軌道輪の位置に応じて変化することがあり得る。その結果、回転状態の検出精度が低下するという問題が生じる。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気式回転センサ及び自動調心機能の組み合わせに起因する検出精度の低下を抑制可能な回転センサ付き軸受装置を提供することにある。
本発明の第一態様における回転センサ付き軸受装置は、回転軸を保持する軸受本体と、前記軸受本体に搭載されて前記回転軸の回転状態を検出する回転センサと、を備える装置であって、前記軸受本体は、内輪及び外輪のうちいずれか一方である可動軌道輪が、軸受中心を中心とする円弧状の軌道に沿って移動する自動調心機能を有する軸受からなり、前記回転センサは、前記内輪及び外輪のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気発生部と、前記内輪及び外輪のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気検出部と、を備え、前記磁気発生部及び前記磁気検出部は、前記可動軌道輪の基準位置にて前記軸受本体の軸方向に沿って離間配置される。
本発明の第二態様における回転センサ付き軸受装置では、前記回転センサは、前記磁気検出部が正面側に固定される基板と、前記基板の背面側に接続され、かつ前記軸受本体の軸方向に沿って延びるように設けられるケーブルと、をさらに備える。
本発明の第三態様における回転センサ付き軸受装置では、前記磁気発生部及び前記磁気検出部のうちの一方は、前記回転軸の径方向に対して平行に配置され、前記磁気発生部及び前記磁気検出部のうちの他方は、前記円弧状の軌道に直交する向きに沿って、前記回転軸の径方向に対して傾斜して配置される。
本発明の第四態様における回転センサ付き軸受装置では、前記回転軸は、エレベータ用巻上機の出力軸である。
本発明によれば、磁気式回転センサ及び自動調心機能の組み合わせに起因する検出精度の低下を抑制することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
[軸受装置10の構成]
図1は、本発明の一実施形態における回転センサ付き軸受装置(以下、単に「軸受装置10」ともいう)の断面図である。図2は、図1に示す領域Aの部分拡大図である。
図1は、本発明の一実施形態における回転センサ付き軸受装置(以下、単に「軸受装置10」ともいう)の断面図である。図2は、図1に示す領域Aの部分拡大図である。
図1に示すように、軸受装置10は、自動調心機能を有するとともに回転軸12を保持する軸受本体14と、軸受本体14に搭載される回転センサ16と、から基本的に構成される。この軸受装置10は、回転軸12の撓みや、組み付け位置のずれが生じやすい装置、具体的には、エレベータ用巻上機を含む大型の機械設備に適している。
軸受本体14は、いわゆる複列自動調心ころ軸受である。具体的には、軸受本体14は、回転軸12を保持する内輪20と、内輪20よりも径が大きい外輪22と、複数の転動体24と、二つの保持器26a,26bと、ハウジング28と、オイルシール30と、を備える。ここでは、転動体24の個数が、2N(N≧2)であるとする。
2N個の転動体24は、軸受本体14の軸方向に二列に並んで設けられる。2N個のうちの半分(N個)の転動体24は、軸受本体14の周方向に沿って略等間隔に配置された状態にて、一方の保持器26aにより保持される。2N個のうちの残り半分(N個)の転動体24は、軸受本体14の周方向に沿って略等間隔に配置された状態にて、他方の保持器26bにより保持される。
各々の転動体24は、概略樽形状を有し、内輪20及び外輪22の間にて転動可能に設けられる。具体的には、転動体24の外周面は、内輪20が有する軌道面21と、外輪22が有する軌道面23との間で転がり接触を行う。軸受本体14が外輪回転方式の軸受である場合、内輪20がハウジング28などに固定されたまま、外輪22が回転軸12と一体となって回転する。
ここでは、外輪22が、自動調心機能の可動軌道輪として機能する。この場合、曲率中心が軸受中心Cと一致するように軌道面23が形成されるとともに、外輪22が内輪20に対して軌道面23に沿って円弧状の軌道に沿って移動可能に構成される。なお、基準位置Bは、外輪22の可動域の中立点を示している。つまり、外輪22が基準位置Bにある場合、内輪20及び外輪22の両方の軸が完全に一致する。
オイルシール30は、転動体24が移動する際の摩擦力を低減するための潤滑油の漏出を阻止する概略環状の部材である。オイルシール30は、保持器26aの位置に対して軸方向外側に、内輪20及び外輪22を架け渡すように設けられる。一方、保持器26bの対応する位置(つまり、内輪20と外輪22との隙間)には、オイルシールの代わりに回転センサ16が取り付けられる。
図2に示すように、回転センサ16は、外輪22に固定される第一センサ部40と、内輪20に固定される第二センサ部50と、から構成される。この回転センサ16は、内輪20と外輪22の間の相対移動に伴う磁気の変化を捉えて、回転軸12の回転状態(例えば、角度位置、回転速度、回転方向など)を検出する。
第一センサ部40は、ブラケット42と、磁気エンコーダ44と、から構成される。外輪22の軌道面23に環状のブラケット44を取り付けることで、第一センサ部40が外輪22に固定される。ブラケット44の径方向に延びる環状面上には、環状の磁気エンコーダ44が固定される。
磁気エンコーダ44は、回転軸12の角度位置に相関する磁気を発する「磁気発生部」として機能する。磁気エンコーダ44は、それぞれ多極着磁された環状の磁性ゴム45,46が同心円状に配置されてなる。磁性ゴム45,46の着磁ピッチ(角度間隔)を僅かにずらすことで、回転軸12の絶対的な角度位置を特定することができる。
これに対して、第二センサ部50は、磁気センサ52と、基板54と、ケーブル56と、ブラケット58と、を含んで構成される。
磁気センサ52は、磁気エンコーダ44による磁気を検出する「磁気検出部」として機能する。磁気センサ52は、例えば、磁気の時間変化を示す磁気パターンを検出するホール素子が組み込まれた集積回路である。図2から理解されるように、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52は、軸受本体14の軸方向に沿って離間して配置される。なお、「軸方向に沿って」とは、軸方向に一致する場合のみならず、軸方向に対して所定の許容範囲内で傾斜する場合が含まれる。
基板54は、磁気センサ52から出力される電気信号を処理する電子回路基板である。基板54の正面側には、磁気センサ52や図示しない電子部品が設けられる。なお、図示しないが、基板54の背面側には、ケーブル56を接続するためのコネクタや、磁気バイアスを発するバイアス磁石が設けられてもよい。
ケーブル56は、基板54の背面側に接続され、軸受本体14の軸方向に沿って延びるように配線される。これにより、基板54にはケーブル56を通じて駆動電力が供給される。また、基板54は、ケーブル56を通じて、磁気センサ52により検出された回転軸12の回転状態を示す電気信号を出力する。
基板54及びケーブル56は、断面が概略L字状である環状のブラケット58の内側に取り付けられる。これにより、第二センサ部50は、ブラケット58を介して、内輪20の軌道面21の外縁にあるシール嵌合面21sに固定される。
[軸受装置10の動作]
この実施形態における軸受装置10は、以上のように構成される。続いて、この軸受装置10の動作について、図1~図4を参照しながら説明する。
この実施形態における軸受装置10は、以上のように構成される。続いて、この軸受装置10の動作について、図1~図4を参照しながら説明する。
図1及び図2に示すように、ハウジング28の回転運動に伴って、回転センサ16の第一センサ部40は、外輪22と一体となって回転を行う。一方、回転センサ16の第二センサ部50は、内輪20に固定されているので回転を行わない。そこで、回転センサ16は、磁気を利用して、第一センサ部40と第二センサ部50の間の相対的位置関係の変化を捉え、回転軸12の回転状態を検出する。一方、この回転運動中に回転軸12が撓むことで軸受本体14が自動調心機能を発揮する場合、外輪22は、基準位置Bから円弧状の軌道Tに沿って移動する。
図3は、図2における回転センサ16の配置関係による作用効果を示す模式図である。説明の便宜上、本図では、図2と比べて、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52の位置関係を誇張して表記している。
軌道Tは、磁気エンコーダ44が外輪22と一体的に移動する円弧状の軌道である。点Pは、外輪22が基準位置Bにある場合における磁気エンコーダ44の位置である。点Qは、外輪22が角度Δθだけ移動した場合における磁気エンコーダ44の位置である。Rは、軌道面23の曲率半径である。ここで、点Pに位置する磁気エンコーダ44と、磁気センサ52の位置関係が理想的な状態、すなわち位置ずれ(あるいは、オフセット)がない状態であるとする。
幾何学的考察により、点PQ間の距離が2R・sin(Δθ/2)、点PQ間における径方向の変位がR・(1-cosΔθ)とそれぞれ算出される。ここで、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52が軸方向に離間配置されるので、外輪22の移動に起因する位置ずれ量がより小さくなる。これにより、外輪22が円弧状の軌道Tに沿って移動する場合であっても、回転センサ16による磁気の検出結果と角度位置との間の関係性が保たれやすくなる。
図4は、別の例における回転センサ16の配置関係を示す模式図である。ここでは、磁気センサ52は、径方向に対して外側にφだけ傾斜するように配置される。傾斜角度φは、例えば、点Pと点Qにおける位置ずれ量(|ΔW|)が略等しくなるように設定される。このように構成することで、軌道T上の特定の区間における位置ずれ量がさらに小さくなる。
一般的に言えば、外輪22は、基準位置Bを移動中心として、軸方向の前方向又は後方向に略同じ頻度で移動すると考えられる。この場合、図3に示す配置関係を採用することが効果的である。ところが、軸受装置10の組み付け状態や使用状況によっては、外輪22の移動中心が基準位置Bからずれる可能性がある。この場合、図4に示す配置関係を採用することが効果的である。
なお、図4では、磁気センサ52が、径方向に対して外側にφだけ傾斜するように配置されるが、これとは逆の関係であってもよい。具体的には、磁気エンコーダ44が、径方向に対して外側にφだけ傾斜するように配置されてもよい。この構成によっても、軌道T上の特定の区間における位置ずれ量がさらに小さくなる。
あるいは、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52の両方が、径方向に対して傾斜するように配置されてもよい。この場合、磁気エンコーダ44は、磁気センサ52と平行(つまり、同じ傾斜角)であってもよいし、非平行(つまり、異なる傾斜角)であってもよい。特に、平行である場合、軌道T上の特定の点Qにおける位置ずれ量がさらに小さくなる。
[実施形態のまとめ]
以上のように、軸受装置10は、回転軸12を保持する軸受本体14と、軸受本体14に搭載されて回転軸12の回転状態を検出する回転センサ16と、を備える。軸受本体14は、内輪20及び外輪22のうちのいずれか一方である可動軌道輪(ここでは、外輪22)が、軸受中心Cを中心とする円弧状の軌道Tに沿って移動する自動調心機能を有する軸受からなる。回転センサ16は、内輪20及び外輪22のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気発生部(ここでは、磁気エンコーダ44)と、内輪20及び外輪22のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気検出部(ここでは、磁気センサ52)と、を備える。磁気エンコーダ44及び磁気センサ52は、内輪20及び外輪22の軸が一致する状態(つまり、基準位置B)にて軸受本体14の軸方向に沿って離間配置される。
以上のように、軸受装置10は、回転軸12を保持する軸受本体14と、軸受本体14に搭載されて回転軸12の回転状態を検出する回転センサ16と、を備える。軸受本体14は、内輪20及び外輪22のうちのいずれか一方である可動軌道輪(ここでは、外輪22)が、軸受中心Cを中心とする円弧状の軌道Tに沿って移動する自動調心機能を有する軸受からなる。回転センサ16は、内輪20及び外輪22のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気発生部(ここでは、磁気エンコーダ44)と、内輪20及び外輪22のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気検出部(ここでは、磁気センサ52)と、を備える。磁気エンコーダ44及び磁気センサ52は、内輪20及び外輪22の軸が一致する状態(つまり、基準位置B)にて軸受本体14の軸方向に沿って離間配置される。
このように、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52が軸方向、すなわち、円弧状の軌道Tに略平行する方向に離間配置されるので、外輪22の移動に起因する位置ずれ量がより小さくなる。そうすると、外輪22が軌道Tに沿って移動する場合であっても、回転センサ16による磁気の検出結果と角度位置との間の関係性が保たれやすくなる。つまり、磁気式回転センサ及び自動調心機能の組み合わせに起因する検出精度の低下を抑制することができる。
また、回転センサ16は、磁気センサ52が正面側に設けられる基板54と、基板54の背面側に接続され、かつ軸受本体14の軸方向に沿って延びるように設けられるケーブル56と、をさらに備えてもよい。これにより、基板54の背面に対してケーブル56の先端部を湾曲させることなく一線状に配置可能となり、先端部の収容空間が小さくなる分だけ、回転センサ16の小サイズ化を図ることができる。
また、磁気エンコーダ44及び磁気センサ52のうちの一方(磁気エンコーダ44)は、軸受本体14の径方向に対して平行に配置されるとともに、他方(磁気センサ52)は、円弧状の軌道Tに直交する向きに沿って、軸受本体14の径方向に対して傾斜して配置されてもよい。これにより、軌道T上の特定の区間における位置ずれ量を小さくすることができる。
また、回転軸12は、エレベータ用巻上機の出力軸であってもよい。エレベータ用巻上機の動作中に、ラジアル荷重により回転軸12の撓みが発生しやすくなるので、自動調心機能が発揮される頻度が高くなる。その分だけ、検出精度の低下抑制効果がより顕著に現われる。
[変形例]
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。
上記した実施形態では、軸受本体14が複列自動調心ころ軸受である場合について説明したが、自動調心機能を発揮可能である限り、様々な軸受の構造が採用され得る。例えば、図1に示す軸受本体14は外輪回転方式の軸受であるが、これに代えて、内輪回転方式の軸受であってもよい。また、自動調心機能の可動軌道輪は、外輪22あるいは内輪20のいずれであってもよい。
上記した実施形態では、回転センサ16の第一センサ部40が外輪22に、第二センサ部50が内輪20にそれぞれ固定される場合について説明したが、回転センサの配置関係はその逆であってもよい。具体的には、軸受本体14は、第一センサ部40を内輪20に、第二センサ部50を外輪22にそれぞれ固定するように構成されてもよい。図1及び図2の例では、ブラケット42,58の向きを変更した上で、第一センサ部40を内輪20に、第二センサ部50を外輪22にそれぞれ組み付ければよい。
上記した実施形態では、磁気エンコーダ44が二枚の磁性ゴム45,46から構成される場合について説明したが、磁気エンコーダの構成はこれに限られない。例えば、磁気エンコーダは、一枚の磁性ゴムのみで構成されてもよいし、歯車状の珪素鋼板で構成されてもよい。
上記した実施形態では特に言及していないが、回転センサ16には、必要に応じて、潤滑油の漏出を阻止するシール機構が設けられてもよい。この場合、シール機構は、[1]自動調心により可動軌道輪が移動しても密封性を保てるようなリップ形状の接触ゴムシールや、[2]トルクを抑えるためにラビリンス構造を有した非接触ゴムシール又はシールド、を含む様々な構成を採用し得る。
10‥軸受装置(回転センサ付き軸受装置)、12‥回転軸、14‥軸受本体、16‥回転センサ、20‥内輪、22‥外輪(可動軌道輪)、24‥転動体、44‥磁気エンコーダ(磁気発生部)、52‥磁気センサ(磁気検出部)、B‥基準位置、C‥軸受中心、T‥円弧状の軌道
Claims (4)
- 回転軸を保持する軸受本体と、前記軸受本体に搭載されて前記回転軸の回転状態を検出する回転センサと、を備える回転センサ付き軸受装置であって、
前記軸受本体は、内輪及び外輪のうちのいずれか一方である可動軌道輪が、軸受中心を中心とする円弧状の軌道に沿って移動する自動調心機能を有する軸受からなり、
前記回転センサは、
前記内輪及び外輪のうちの一方に固定されて磁気を発する磁気発生部と、
前記内輪及び外輪のうちの他方に固定されて磁気を検出する磁気検出部と、
を備え、
前記磁気発生部及び前記磁気検出部は、前記内輪及び外輪の軸が一致する状態にて前記回転軸の軸方向に沿って離間配置される、回転センサ付き軸受装置。 - 前記回転センサは、
前記磁気検出部が正面側に固定される基板と、
前記基板の背面側に接続され、かつ前記軸受本体の軸方向に沿って延びるように設けられるケーブルと、をさらに備える、
請求項1に記載の回転センサ付き軸受装置。 - 前記磁気発生部及び前記磁気検出部のうちの一方は、前記回転軸の径方向に対して平行に配置され、
前記磁気発生部及び前記磁気検出部のうちの他方は、前記円弧状の軌道に直交する向きに沿って、前記軸受本体の径方向に対して傾斜して配置される、
請求項1又は2に記載の回転センサ付き軸受装置。 - 前記回転軸は、エレベータ用巻上機の出力軸である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の回転センサ付き軸受装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4286571A1 (en) | 2022-06-02 | 2023-12-06 | Resonac Corporation | Sic single crystal substrate |
-
2020
- 2020-12-07 JP JP2020202895A patent/JP2022090472A/ja active Pending
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EP4286571A1 (en) | 2022-06-02 | 2023-12-06 | Resonac Corporation | Sic single crystal substrate |
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