JP5159438B2 - 回転検出装置付き軸受 - Google Patents
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このため、本発明者等は、内輪に同心の歯車を設けると共に、これに噛み合う歯車を設け、この歯車に磁石を設けて磁気ラインセンサ等の回転角度センサを対向配置することで、内輪の軸心から離れた箇所に回転検出装置を設けるものを考えた。しかし、歯車のバックラッシにより、回転の検出精度が低下するという問題があった。
この構成によると、磁気発生体と、この磁気発生体に対向して、複数の磁気センサ素子が平面的に並ぶ回転角度センサとでなる回転検出装置とを備えるため、高精度の回転角度検出が可能である。
この種の回転検出装置は、高精度である反面、磁気発生体の回転中心軸上に対向して回転角度センサが位置するため、回転軸等との干渉の問題があって、配置上の制限が生じる。しかし、軸受の回転輪に同心に取付けられた回転輪側歯車、およびこの回転輪側歯車に噛み合って、軸受の固定輪に支持部材を介して回転自在に支持された固定輪側歯車を有し、前記固定輪側歯車および前記支持部材に、前記回転検出装置における前記磁気発生体および前記回転角度センサをそれぞれ取付けたため、回転検出装置を回転軸と干渉しない位置、つまり回転輪から径方向に退避した位置に配置でき、それだけ適用できる用途、部位が拡がることになる。
歯車を用いるが、回転輪側歯車と固定輪側歯車の間でのバックラッシを抑制するバックラッシ抑制手段を設けたので、バックラッシによる検出精度の低下が回避され、さらに高精度の回転角度検出が可能である。
これにより、角度検出精度が高く、汎用性の高い回転検出装置付き軸受とすることができる。
前記変換回路6は、磁気ラインセンサ5A〜5Dの矩形配置の内部に配置される。半導体チップ4は、その素子形成面が前記磁気発生体(永久磁石)2と対向するように前記支持部材29の第2の鍔部29dに固定される。
いま、図8に示す位置X1とX2に磁気ラインセンサ5A〜5Dの検出磁界のN磁極とS磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。このとき、各磁気ラインセンサ5A〜5Dの出力は、図9(A)〜(D)に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置X1,X2は、磁気ラインセンサ5A,5Cの出力から直線近似することで算出できる。 角度計算は、次式(1)で行うことができる。
θ’=tan-1(2L/b) ……(1)
ここでθ’は、磁気発生体(永久磁石)2の回転角度θ’を絶対角度(アブソリュート値)で示した値である。2Lは、矩形に並べられる各磁気ラインセンサ5A〜5Dより構成される四角形の1辺の長さである。bは、ゼロクロス位置X1,X2間の横方向長さである。
ゼロクロス位置X1,X2が磁気ラインセンサ5B,5Dにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θ’が算出される。
磁気発生体2の回転角度をθ’、回転輪側歯車27の歯数をZ1 ,回転輪側歯車28の歯車をZ2 とすると、転がり軸受20の内輪21の回転角度θは、
θ=(Z2 /Z1 )×θ’ ……(2)
となる。前記変換回路6では、(2)式の演算が行なわれ、内輪21の回転角度θが算出される。
また、回転角度センサ3の角度検出分解能をN’とすると、転がり軸受20の内輪21の角度検出分解能Nは、
N=(Z1 /Z2 )×N’ ……(3)
となる。このように、歯車27,28の増減速比を変えることで、異なった検出分解能を得ることができるため、用途に合わせた仕様が可能になる。
一方、回転輪側歯車27の歯数Z1 を、固定輪側歯車28の歯数Z2 よりも少なくした場合(Z1 <Z2 )、内輪21における絶対角度検出の範囲は360度以上となり、角度分解能は粗くなるが、多回転時でも絶対角度を検出することができる。
また、回転輪側歯車27の歯数Z1 と、固定輪側歯車28の歯数Z2 を同じとした場合(Z1 =Z2 )、内輪21における絶対角度検出の範囲は360度となる。なお、回転角度センサ3の出力をインクリメンタル方式とした場合、回転輪側歯車27の歯数Z1 を、固定輪側歯車28の歯数Z2 よりも多くした場合(Z1 >Z2 )が最も高分解能となることは明らかである。
なお、同図の例において、磁気センサ素子5a,5bの出力を回転信号または角度信号に変換する計算手段である変換回路6を、磁気センサ素子5a,5bと共に半導体チップ4上に集積することは、図7の場合と同じである。
また、用いられる回転検出装置1は、回転により対向する平面上の磁界が変化する磁気発生体2と、この磁気発生体2の前記回転中心軸上に対向して設けられて複数の磁気センサ素子5aが平面的に並び前記磁気発生体2の回転角度を検出する回転角度センサ3とを有するものであるため、高精度の回転角度検出が可能である。
とくに、回転輪側歯車27と固定輪側歯車28とでなる歯車機構31に、両歯車27,28間のバックラッシを抑制するバックラッシ抑制手段32を設けているので、さらに高精度の回転角度検出が可能である。これにより、角度検出精度が高く、汎用性の高い回転検出装置付き軸受とすることができる。
原点検出装置11についても、その被検出体12を回転輪側歯車27に取付け、原点検出センサ13を前記回転角度センサ3と共通の前記支持部材29に取付けているので、原点検出センサ13への電力供給や、原点検出センサ13で検出された原点信号の外部への送信等のための給電・通信手段として、前記出力ケーブル30を前記回転角度センサ3と共用することができる。
2…磁気発生体
3,3A…回転角度センサ
5a…磁気センサ素子
11…原点検出装置
12…被検出体
13…原点検出センサ
20…転がり軸受
21…内輪(回転輪)
22…外輪(固定輪)
26…回転輪側歯車支持部材
27…回転輪側歯車
28…固定輪側歯車
29…支持部材
31…歯車機構
32…バックラッシ抑制手段
Claims (7)
- 回転により対向する平面上の磁界が変化する磁気発生体と、この磁気発生体の前記回転中心軸上に対向して設けられて複数の磁気センサ素子が平面的に並び前記磁気発生体の回転角度を検出する回転角度センサとを有する回転検出装置を備えた軸受であって、
軸受の回転輪に同心に取付けられた回転輪側歯車、およびこの回転輪側歯車に噛み合って、軸受の固定輪に支持部材を介して回転自在に支持された固定輪側歯車を有し、前記固定輪側歯車および前記支持部材に、前記回転検出装置における前記磁気発生体および前記回転角度センサをそれぞれ取付けると共に、前記回転輪側歯車と前記固定輪側歯車の間でのバックラッシを抑制するバックラッシ抑制手段を設け、このバックラッシ抑制手段は、前記回転輪側歯車を軸方向に並ぶ2つの歯車分割体で構成すると共に、一方の歯車分割体の歯部と他方の歯車分割体の歯部とで、前記固定輪側歯車の歯部を挟み込むばね部材を、前記2つの歯車分割体にわたって設けたことを特徴とする回転検出装置付き軸受。 - 請求項1において、前記固定輪側歯車の回転中心軸上に前記磁気発生体および前記回転角度センサを取付けた回転検出装置付き軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記回転輪側歯車および前記支持部材に、被検出体およびこの被検出体を検出することで回転輪の1回転を検出する原点検出センサをそれぞれ取付けた回転検出装置付き軸受。
- 請求項3において、前記回転輪側歯車に前記被検出体として磁石を取付け、前記支持部材に磁気センサを取付けた回転検出装置付き軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記回転輪側歯車の歯数が、前記固定輪側歯車の歯数よりも多い回転検出装置付き軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記回転輪側歯車の歯数が、前記固定輪側歯車の歯数よりも少ない回転検出装置付き軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記回転輪側歯車の歯数と、前記固定輪側歯車の歯数とが同じである回転検出装置付き軸受。
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