JP5724326B2 - センサ付き転がり軸受及びセンサ付き転がり軸受を使用した自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、磁石の軸方向における磁気検出素子の配置スペースを少なくするとともに、設置が容易なセンサ付き転がり軸受及びセンサ付き転がり軸受を使用した自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械を提供することを目的とするものである。
また、本発明の一の形態に係る鉄道車両は、上記の何れか1つに記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴としている。
また、本発明の一の形態に係る製鉄設備は、上記の何れか1つに記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴としている。
また、本発明の一の形態に係る工作機械は、上記の何れか1つに記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴としている。
また、本発明によるセンサ付き転がり軸受によれば、GMRセンサの軸方向の設置スペースを小さくして、設置が容易となるセンサ付き転がり軸受を提供することができる。
図1は、本発明の回転角度位置検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図中、1は回転角度位置検出装置であって、この回転角度位置検出装置1は、多極磁石リング2と、これに対向配置されたGMR(Giant Magnet Resistance:巨大磁気抵抗)センサ2とを備えている。
GMRセンサ3は、ICパッケージ4内に、図2に示すように、ラジアル方向及びスラスト方向の90度異なる感磁方向を持ちSIN信号及びCOS信号を出力するSINセンサ部5A及びCOSセンサ部5Bが配設されている。これらSINセンサ部5A及びCOSセンサ部5Bは、図示しないがそれぞれ4つのGMR素子をブリッジ接続した構成を有する。
そして、オフセット位置OP1より外側の第2のオフセット位置OP2となると、SINセンサ部5Aで感知する磁束密度がピークとなるとともに、COSセンサ部5Bで感知する磁束密度がSINセンサ部5Aで感知する磁束密度より僅かに大きいが近接した値となる。
重要な点は、GMRセンサ3のオフセットによって、ラジアル方向とスラスト方向の磁場を同程度に検知できればよく、ギャップGAPの設定は磁束の検知に十分な磁束密度が得られればよいものである。
したがって、両増幅器10A及び10Bでは、入力電圧をe1及びe2とし、出力電圧をeOとすると、出力電圧eOは、下記(1)式で表すことができる。
図6において、21は自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械等の回転軸に適用して回転速度を検出するセンサ付き転がり軸受であって、このセンサ付き転がり軸受21は、互いに対向する回転側輪としての軸受内輪22及び固定側輪としての軸受外輪23と、これら軸受内輪22及び軸受外輪23間に介在された多数の転動体24とで転がり軸受25が構成されている。ここで、軸受内輪22及び軸受外輪23のそれぞれは、互いの対向面の軸方向両端側に軸方向端面より所定距離だけ転動体24側に段部26及び27が形成されている。
マグネットホルダ32は、軸受内輪22の段部26に圧入固定されて軸受内輪22の軸方向端部より外方に僅かに突出する円筒部32aと、この円筒部32aの軸方向突出端部から半径方向に転がり軸受25の軸受内輪22及び軸受外輪23間の軸受空間を覆うように延出する円環状板部32bと、この円環状板部32bの外周縁から軸方向外方に突出する円筒状のフランジ部32cとから構成されている。
センサハウジング36は、軸受外輪23の段部27に圧入固定される外筒部36aと、この外筒部36aの外方端から半径方向に内方に軸受内輪22まで延長する円環状板部36bと、この円環状板部36bの内方端から軸受内輪22の軸方向端部に向かって延長し、軸受内輪22に僅かな間隔を空けて対向する内筒部36cとで多極磁石リング2を3方から覆う断面コ字状に形成されている。
ここで、GMRセンサ3は、合成樹脂性のモールド38によって覆われており、モールド38と多極磁石リング2との対向面間に所定間隙のセンサギャップ39が形成されている。したがって、センサギャップ39は、磁性体で構成されるマグネットホルダ32及びセンサハウジング36によって四方から囲まれている。
今、転がり軸受25の軸受外輪23をハウジング等の固定部に固定するとともに、軸受内輪22内にブラシレスモータ等の三相電動モータ(図示せず)に連結された回転軸を嵌挿した組付状態とする。この状態で、三相電動モータを回転駆動させると、これに応じて軸受内輪22が回転されて、多極磁石リング2が回転することにより、この多極磁石リング2に対向して配置されたGMRセンサ3で多極磁石リング2の着磁パターンに応じた磁界を検出して、軸受内輪22の回転速度に応じた周波数のSIN信号及びCOS信号を出力する。
このようにして、GMRセンサ3によって多極磁石リング2で発生される磁界を検出することにより、回転角度位置を検出することができるものであるが、前述したようにブラシレスモータ等の三相電動モータが近接配置されている場合には、この三相電動モータで発生される電気ノイズに起因する外部磁界が多極磁石リング2で形成される磁界を乱すおそれがある。
このため、これら多極磁石リング2、GMRセンサ3及びセンサギャップ39が外部に晒されることを防止することができるとともに、マグネットホルダ32及びセンサハウジング36が磁気シールドとしての機能を発揮することができる。この磁気シールド機能によって、近接配置された三相電動モータ等で発生される電気ノイズに起因する外部磁界の変化を遮蔽することができ、多極磁石リング2で発生する磁界が外部磁界によって乱れることを抑制してGMRセンサ3によって多極磁石リング2で発生する磁界を正確に検出して正確な検出信号を出力することができる。
なお、上記実施形態においては、GMRセンサ3を多極磁石リング2の着磁面に対して半径方向内方に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図8に示すように、センサホルダ36内にGMRセンサ3を多極磁石リング2の着磁面に対して半径方向外方に所定オフセット量だけオフセットさせて配置するようにしてもよい。
Claims (6)
- アキシャル方向の一端面に面着磁した多極磁石リングと、該多極磁石リングの着磁面に対して磁気検出面を対向させて配設したGMRセンサとを備えた回転角度位置検出装置を有し、
前記GMRセンサは、90度異なる磁束に向きの変化をSIN及びCOSの2相信号として出力するSINセンサ部及びCOSセンサ部がICパッケージ内に組み込まれて構成され、該GMRセンサが前記SINセンサ部及びCOSセンサ部で感知される磁束密度を一致させるように前記多極磁石リングに対して半径方向にオフセットされて配置され、
前記SIN及びCOSの2相信号を個別に増幅する増幅回路の増幅率が、電気角内に生じる2周期の誤差を抑制するように調整され、
前記回転角度位置検出装置を構成する多極磁石リング及びGMRセンサのうち、前記多極磁石リングを回転側輪に固定された磁性体で構成されるマグネットホルダに保持し、前記GMRセンサを固定側輪に固定された磁性体で構成され前記マグネットホルダとで磁気シールド機能を発揮するセンサハウジングに保持した状態で、当該GMRセンサが合成樹脂性のモールドで覆われている
ことを特徴とするセンサ付き転がり軸受。 - 前記GMRセンサの半径方向のオフセット量は、90度異なる2つの磁束方向の磁束密度が互いに近接する距離に選定されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ付き転がり軸受。
- 請求項1又は2に記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴とする自動車。
- 請求項1又は2に記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴とする鉄道車両。
- 請求項1又は2に記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴とする製鉄設備。
- 請求項1又は2に記載のセンサ付き転がり軸受で支持された回転軸を有することを特徴とする工作機械。
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JP2010264143A JP5724326B2 (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | センサ付き転がり軸受及びセンサ付き転がり軸受を使用した自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械 |
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