JP4443252B2 - Bearing with rotation sensor - Google Patents
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Description
この発明は、転がり軸受に回転センサを装着してなり、各種の機器に用いられる回転センサ付軸受に関する。 The present invention relates to a bearing with a rotation sensor, which is formed by mounting a rotation sensor on a rolling bearing and used for various devices.
従来から知られている回転センサ付軸受は、軸受として深溝玉軸受等のようにセンサ設置空間が大きく取れるものが使われている(例えば特許文献1)。
回転センサ付軸受の一般的な構成を図6に示す。同図において、回転センサ付軸受20は、内輪22、外輪23、転動体24、および保持器25からなる転がり軸受21において、回転センサ31を設置したものである。回転センサ31は、回転側軌道輪である内輪22に環状の磁気エンコーダ26を装着し、固定側軌道輪である外輪23に、上記磁気エンコーダ26と対向させて磁気センサ27を装着して構成されている。磁気センサ27としては、ホール素子やホールICなどが使われる。磁気エンコーダ26は、例えばゴム磁石からなり、図7に示すように円周方向にN極とS極を交互に着磁したものである。
A conventionally known bearing with a rotation sensor is a bearing having a large sensor installation space such as a deep groove ball bearing or the like (for example, Patent Document 1).
A general configuration of a bearing with a rotation sensor is shown in FIG. In the figure, a rotation sensor bearing 20 is a rolling
図6のように、磁気センサ27は、樹脂ケース28内に挿入された状態で樹脂モールドされ、この樹脂ケース28を金属ケース29を介して外輪23に嵌着させることで、外輪23に固定されている。磁気センサ27は、図7に示すように、互いに出力位相差(電気角)が90°になるように配置された2つのセンサ27a,27bからなる。このように回転センサ31を構成することにより、内輪22の回転に伴い、磁気センサ27が磁気エンコーダ26の磁気変化を検出し、その検出信号は、図8のように位相が90°ずれたインクリメンタルな回転パルス信号となる。この信号から、内輪22の回転数や回転方向を知ることができる。
As shown in FIG. 6, the
このように構成される回転センサ付軸受は、小型かつ組立調整が不要であり、さらに堅牢であるなどの特徴を有する。
しかし、センサ設置空間の確保が難しい薄型の軸受、特にニードル軸受に適用した回転センサ付軸受は、従来に例がない。図6と共に前述した回転センサ付軸受20では、各種の介在部材を介して磁気センサ27や磁気エンコーダ26を固定側軌道輪23や回転側軌道輪22に装着するので、ニードル軸受のような薄型の転がり軸受では磁気センサ27や磁気エンコーダ26を装着するためのセンサ空間を確保できず、適用が困難である。
However, there is no example of a conventional bearing with a rotation sensor that is applied to a thin bearing, particularly a needle bearing, in which it is difficult to secure a sensor installation space. In the
この発明の目的は、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも適用可能な回転センサ付軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a bearing with a rotation sensor that can be applied to a thin rolling bearing such as a needle bearing.
この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪と、転動体と、この転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受において、前記転がり軸受はニードル軸受からなり、前記固定側軌道輪を鋼板のプレス加工品からなるシェル型の外輪とし、前記転がり軸受を組み込む回転側部材である回転軸の外径面と固定側軌道輪の内径面を軌道面として前記転動体が転動自在とされ、前記固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に検出器を設け、前記回転軸における、前記検出器と対向する位置に、前記固定側軌道輪の中心と同心の回転中心回りに回転する偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータを配置し、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けたものである。
この構成によると、回転被検出部を偏心輪または多極カム形状輪のロータとしたため、このロータおよび検出器で構成される回転検出器が、径方向寸法の小さなものとできる。そのため、検出器を固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に配置して軌道輪の内周または外周に直接に取付けることができ、取付用の介在部材が不要となる。これにより、回転検出器のより一層の小型化が図れる。そのため、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも適用することができる。
Bearing assembly sensor of the invention includes a stationary side raceway ring, and the rolling body, in a rolling bearing and a cage for holding the rolling elements, the rolling bearing consists of a needle bearing, the stationary bearing ring The rolling element is made to be rollable with a shell-type outer ring made of a pressed product of a steel plate, with the outer diameter surface of the rotating shaft, which is a rotating side member incorporating the rolling bearing, and the inner diameter surface of the fixed-side bearing ring as the raceway surface. , before Symbol detector provided inside the axial direction than the end surface of the fixed bearing ring, in the rotary shaft, the detector and the position opposed to the center of rotation around the center of the concentric of the stationary side raceway ring A rotor serving as a rotation detected portion of a rotating eccentric ring or a multipolar cam-shaped ring is disposed , the detector is a winding type detector, and the retainer and the detector are arranged on an inner diameter surface of the fixed-side raceway ring. Located between and the winding of the detector It is provided with a protective member formed of a ring-shaped plate member to prevent contact with the retainer.
According to this configuration, since the rotation detection part is a rotor of an eccentric ring or a multipolar cam-shaped ring, the rotation detector constituted by the rotor and the detector can have a small radial dimension. Therefore, the detector can be arranged on the inner side in the axial direction from the end face of the fixed-side bearing ring and can be directly attached to the inner or outer periphery of the bearing ring, and an interposition member for attachment is not necessary. As a result, the rotation detector can be further miniaturized. Therefore, it can be applied to a thin rolling bearing such as a needle bearing.
この発明において、前記検出器の軸受径方向の内径側端が、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径よりも外径側に位置するものとしても良い。
この構成の場合、検出器の内径側端が回転側部材の外径よりも外径側に位置するため、軸受を回転側部材に組み込む際に、検出器が回転側部材と干渉することがない。そのため回転側部材への回転センサ付軸受の組み込みを容易に行うことができる。
In the present invention, the inner diameter side end of the shaft受径direction before Symbol detector may as located on the outer diameter side than the outer diameter of the rotatable member to the rolling elements roll along the outer periphery.
In this configuration, since the inner diameter side end of the detector is located on the outer diameter side of the outer diameter of the rotation side member, the detector does not interfere with the rotation side member when the bearing is incorporated into the rotation side member. . Therefore, the rotation sensor-equipped bearing can be easily incorporated into the rotation side member.
前記検出器は巻線型の検出器である。巻線型の検出器であると、高い検出精度を得ることができる。 Before Symbol detector Ru detector der winding type. High detection accuracy can be obtained with a winding type detector.
この発明において、前記検出器に対向する前記ロータの幅が、検出器のヨーク幅よりも大きいものとしても良い。
ロータ幅がヨーク幅よりも大きいと、ロータとヨークとの軸方向の相対的な移動が生じても、回転センサの出力が変化することが防止される。
In the present invention, the width of the rotor facing the detector may be larger than the yoke width of the detector.
If the rotor width is larger than the yoke width, it is possible to prevent the output of the rotation sensor from changing even if relative movement of the rotor and the yoke in the axial direction occurs.
この発明において、前記偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータは、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径円の内径側に収まるものとしても良い。
ロータが回転側部材の外径円の内径側に収まるものであると、軸受を回転側部材に組み込む際に、ロータが軸受と干渉しないので、回転側部材への回転センサ付軸受の組み込みを容易に行うことができる。
In the present invention, the rotor comprising a rotating portion to be detected before Symbol eccentrics or multipole cam profile wheels may as fit in the inner diameter side of the outer circle of the rotary-side member to which the rolling elements roll along the outer periphery.
If the rotor fits inside the outer diameter circle of the rotation side member, the rotor does not interfere with the bearing when the bearing is incorporated into the rotation side member, so it is easy to incorporate the rotation sensor bearing into the rotation side member. Can be done.
この発明において、転動体を2列に配置し、両列の転動体の間に前記検出器を設けても良い。
検出器が2列の転動体列の間に配置されていると、軌道輪に作用するラジアル荷重を両列の転動体に偏り無く負荷させることができる。
In the present invention, the rolling elements may be arranged in two rows, and the detector may be provided between the rolling members in both rows.
When the detector is disposed between the two rows of rolling elements, the radial load acting on the raceway can be applied to both rows of rolling elements without deviation.
前記転動体を保持する保持器を有するものとし、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けている。
保持器は軸方向に移動可能であるが、固定側軌道輪の内径面に設けた保護部材により、検出器の巻線が保持器に接触することが防止され、検出器の保護が行える。
Shall have a cage for pre retain Kiten body, the detector and the winding-type detector, the inner surface of the stationary side raceway ring, positioned between said detector and said retainer, A protective member made of a ring-shaped plate material for preventing the winding of the detector from coming into contact with the cage is provided.
While the cage is axially movable, more protective member provided on the inner surface of the stationary side raceway ring, the winding of the detector is prevented from contacting the cage, allows protection of the detector .
上記の保護部材を設ける場合に、前記検出器と保護部材とを一体の部品として固定側軌道輪に取付けても良い。一体化により部品点数および組み立て工数が削減される。 When the protective member is provided, the detector and the protective member may be attached to the stationary race as an integral part. Integration reduces the number of parts and assembly man-hours.
この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪と、転動体と、この転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受において、前記転がり軸受はニードル軸受からなり、前記固定側軌道輪を鋼板のプレス加工品からなるシェル型の外輪とし、前記転がり軸受を組み込む回転側部材である回転軸の外径面と固定側軌道輪の内径面を軌道面として前記転動体が転動自在とされ、前記固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に検出器を設け、前記回転軸における、前記検出器と対向する位置に、前記固定側軌道輪の中心と同心の回転中心回りに回転する偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータを配置し、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けたため、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも回転センサの取付けが可能となる。 Bearing assembly sensor of the invention includes a stationary side raceway ring, and the rolling body, in a rolling bearing and a cage for holding the rolling elements, the rolling bearing consists of a needle bearing, the stationary bearing ring The rolling element is made to be rollable with a shell-type outer ring made of a pressed product of a steel plate, with the outer diameter surface of the rotating shaft, which is a rotating side member incorporating the rolling bearing, and the inner diameter surface of the fixed-side bearing ring as the raceway surface. , before Symbol detector provided inside the axial direction than the end surface of the fixed bearing ring, in the rotary shaft, the detector and the position opposed to the center of rotation around the center of the concentric of the stationary side raceway ring A rotor serving as a rotation detected portion of a rotating eccentric ring or a multipolar cam-shaped ring is disposed , the detector is a winding type detector, and the retainer and the detector are arranged on an inner diameter surface of the fixed-side raceway ring. Located between and the winding of the detector Since a protective member comprising a ring-shaped plate member to prevent contact with the retainer, mounting of the rotation sensor is ready to thin rolling bearing such as a needle bearing.
この発明の第1の実施形態を図面と共に説明する。図1(A)に示すように、この回転センサ付軸受は、固定側軌道輪となる外輪2および複数の転動体3を備えた転がり軸受1において、回転センサ11を設けたものである。上記転がり軸受1はニードル軸受からなる。外輪2はシェル型のもの、つまり鋼板のプレス加工品からなるものとされている。転動体3は針状のころである。複数のころ3は、保持器4の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット4aに分離しないように組立てられる。外輪2は両側に鍔部5,6を有する。この転がり軸受1を組み込む回転側部材である回転軸10の外径面10aと外輪2の内径面2aを軌道面として、前記ころ3が転動自在とされている。前記回転センサ11は、前記外輪2の端面つまり一方の鍔部5よりも軸方向の内側に設けられた検出器12と、前記回転軸10の検出器12と対向する位置に設けられたロータ13とで構成される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, this bearing with a rotation sensor is provided with a
前記検出器12はラジアル型のものであって、巻線型検出器からなる。図1(A)におけるA−A矢視断面図を図1(B)に示す。同図のように、環状の磁性体14の内周側には、円周方向に並んだ複数の歯がヨーク15として形成され、このヨーク15と、このヨーク15に巻かれ励磁および検出を兼ねた検出コイル16とで検出器12が構成されている。この検出器12の外径寸法つまり磁性体14の外径寸法は外輪2の内径寸法と略同じとされており、この検出器12は、外輪2の一端の鍔部5が曲げ加工される前に、磁性体14を外輪2の内径面2aに圧入することで外輪2に固定される。検出器12の固定後に、外輪2の一端を曲げて鍔部5が形成される。また、検出器12の内径寸法つまりヨーク15の内径寸法は、転がり軸受1の内径寸法となる回転軸10の外径寸法よりも大きくされており、回転軸10に転がり軸受1を組み込む際に検出器12が回転軸10と干渉することがない。
The
前記ロータ13は、前記検出器12によって検出される回転被検出部となるものであって、回転軸10の外周の検出器12と対向する位置に、外輪2の中心(回転軸10の中心O)と同心の回転中心回りに回転する偏心輪として形成されている。すなわち、偏心輪であるロータ13は、回転軸10の外径面10aの前記検出器12と対向する位置を、回転軸10の中心Oから若干偏心した位置O1を中心とする偏心加工面としたものである。このロータ13は、ころ3が外周を転走する回転軸10の外径円の内周側に収まるように加工されており、回転軸10に転がり軸受1を組み込む際に、ロータ13が妨げになることはない。また、ロータ13の軸方向幅Wは、ヨーク15の幅Yよりも十分長くとってある。これにより、外輪2の軸方向移動が生じても、回転センサ11の出力が変化することが防止される。
The
また、検出器12の外輪鍔部5と対向する側面には、検出コイル16の配線をまとめて処理するための基板17が固定されている。この基板17は、引出線19を介して外部の電気処理回路に接続されている。なお、基板17を介さず直接配線を引き出しても構わない。
Further, a
保持器4と検出器12との間には、外輪2の内径面2aに固定される保護部材18が配置されている。保護部材18は、リング状の板材からなる。保持器4は、軸方向に移動可能であるが、このように保持器4と検出器12との間に保護部材18が介在することにより、検出器12の検出コイル16が保持器4に接触することが確実に防止される。ここでは、保護部材18と検出器12とは分離されているが、保護部材18を検出器12に一体に形成してもよい。
Between the
この構成の回転センサ付軸受によると、回転センサ11の動作時に検出コイル16に、例えば10KHz程度の交流電圧が印加される。回転軸10が回転すると、検出器12を構成するヨーク15とロータ13のエアギャップつまり検出コイル16の磁気抵抗が変化し、回転軸10の1回転につき1周期分の正弦波状で互いに90°の位相差となる2つの信号を検出コイル16が得るように検出コイル16は巻線処理されている。この信号を電気的に処理することで、回転軸10の高分解能での絶対位置検出が可能となる。ここでの電気処理は、よく知られたレゾルバの変換処理と同じである。
According to the bearing with the rotation sensor having this configuration, an AC voltage of, for example, about 10 KHz is applied to the
このように、この回転センサ付軸受では、固定側軌道輪である外輪2の鍔部5よりも軸方向の内側に検出器12を設け、この検出器12と対向する位置に、外輪2の中心(回転軸10の中心O)と同心の回転中心回りに回転する偏心輪の回転被検出部となるロータ13を配置したので、転がり軸受1が薄型のニードル軸受であっても、回転センサ11の設置空間が容易に確保できて、回転センサ11の組み付けが無理無く行える。
As described above, in the bearing with the rotation sensor, the
図2は、この発明の他の実施形態を示す横断面図である。この実施形態では、図1の回転センサ付軸受において、回転被検出部であるロータ10を円周方向に複数の凸部が並ぶ多極カム形状輪にしたものである。ここでは、ロータ10を3極カム形状輪としている。これにより、検出器12のヨーク15とロータ10のエアギャップの変化は、回転軸10の1回転につき3周期分変化することになり、回転検出の分解能および位置精度がより向上する。その他の構成は図1に示す第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, in the bearing with a rotation sensor of FIG. 1, the
図3は、この発明のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は、図1の回転センサ付軸受において、転がり軸受1が転動体3を2列に配置したニードル軸受である場合の例を示す。検出器12は、両列のころ3の間に設けている。また、保護部材18は検出器12の両側面に設けている。その他の構成は図1に示す第1の実施形態の場合と同様である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. This embodiment shows an example in which the rolling bearing 1 is a needle bearing in which rolling
図4は、この発明の参考提案例を示す縦断面図である。この参考提案例は、図1に示す回転センサ付軸受を、転がり軸受1Aが内輪付きのニードル軸受である場合に応用した例を示す。この例では転がり軸受1Aは、固定側軌道輪である外輪2、および転動体3の他に、回転側軌道輪である内輪7を有するニードル軸受とされている。内輪7の外径面7aは転動体であるころ3の軌道面となる。また、回転被検出部となるロータ13Aは、内輪7の外周の検出器12と対向する位置に一体形成した偏心輪からなる。この偏心輪からなるロータ13Aは、外輪2の中心O(内輪7の中心でもある)と同心の回転中心回りに回転する。ロータ13Aは多極カム形状輪であっても良い。この参考提案例の場合も、保持器4の軸方向移動を保護部材18で規制するようにしているが、これに限らず、検出コイル16と保持器4が接触しない構造の検出器12とすることで、保護部材18を省略しても良い。なお、外輪2の一端には図1の場合のように鍔部5がなくても良く、保護部材18および検出器4はこの一端から外輪2の内径面2aに圧入することで外輪2に固定される。その他の構成は図1に示す第1の実施形態の場合と同様である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a reference proposal example of the present invention. This reference proposal example shows an example in which the bearing with the rotation sensor shown in FIG. 1 is applied when the rolling
図5は、この発明の他の参考提案例を示す縦断面図である。この参考提案例も図4の場合と同様に、図1の回転センサ付軸受の構成を、転がり軸受1Aが内輪付きのニードル軸受である場合に応用した例を示す。回転被検出部となるロータ13Bは、内輪7の外周の検出器12と対向する位置に形成した薄肉部7bに、磁性体からなる偏心輪を圧入嵌合させたものである。内輪薄肉部7bの外径面は内輪7の中心Oと同心である。ロータ13Bは多極カム形状輪であっても良い。その他の構成は図1に示す第1の実施形態の場合と同様である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another reference proposal example of the present invention. Similarly to the case of FIG. 4, this reference proposal example shows an example in which the configuration of the bearing with the rotation sensor of FIG. 1 is applied to the case where the rolling
なお、上述した各実施形態では、シールの無い転がり軸受1に適用した場合につき説明したが、固定側軌道輪である外輪2の内側の両側部にシールを設けた転がり軸受であっても、この発明の回転センサ付軸受を同様に適用可能である。また、この発明は、固定側軌道輪が内輪である場合にも適用することかできる。
In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the rolling bearing 1 without a seal has been described. However, even in the case of a rolling bearing in which seals are provided on both inner sides of the
1,1A…転がり軸受
2…外輪(固定側軌道輪)
3…ころ(転動体)
10…回転軸(回転側部材)
12…検出器
13,13A,13B…ロータ
15…ヨーク
16…検出コイル
18…保護部材
O…固定側軌道輪の中心
1, 1A ... Rolling bearing 2 ... Outer ring (fixed raceway ring)
3 ... Roller (rolling element)
10 ... Rotating shaft (rotating side member)
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