JPH01162113A - 磁界検出器付スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸受に関する。さらに詳しくいえば、本発明
は、一つの部材の第２の部材に対する角回転を指示する
一つ以上の磁界検出器を備えた型の軸受である。

〔従来の技術〕

現在は、誘導ピックアップま九は可変リラクタンス検出
器のような種々の検出器が回転要素のための位置、速度
または加速度信号を検出するのに用いられる。これらの
検出器は、普通は１強磁性回転体または歯車の歯が検出
器を通過するときの磁界強さの変化を測定する。検出器
の信号の周波数は１回転部材の回転速度を計算するのに
用いられる。これらの検出器は、空間を節約し、精度を
増大し、設置を簡単にするということを考えて軸受組立
体に追加されてきた。

西日の米国特許第３．７１６．７　Ｂ　８号において、
可変リラクタンス検出器が車軸速度全測定するために車
輪軸受組立体に追加されている。歯付き回転子が回動自
在な内側軸受リング上に固定外側軸受リングに固定され
た歯付き固定子に向かい合せに形成される。軸受外リン
グはまた１回転中に回転子の歯と固定子の歯が一直線に
並ぶことによって誘起される磁束の変化によって電圧を
生ずる磁気コイルピックアップを支える。生じた交流電
流の周波数は、車軸の回転速度に比例している。同様の
型の速度検出器がアンセルミノ（Ａｎｓｅｌｍｉｎｏ）
の米国特許第５．８２Ｅｓ、９５５号に開示されている
。

この速度検出器は、軸受の固定リングに固着された磁気
ピックアップコイルを備え、強磁性の歯をもった車輪が
ころ軸受の回転自在なリングに固着されている。

ウオンナスコグ（ｗａｎｎｅｒａｋｏｇ）の米国特許第
４゜０６９、１４５５号が軸受内の相対運動を検出する
装置を開示している。この装置は、軸受の非回転外側リ
ングシールに取付けられた磁気ピックアップコイルを備
えている。歯付き車輪が軸受の回転リングに取付けられ
ている。歯が回転すると、磁界の変化が磁気ピックアッ
プコイルによって検出される。検出された変化の周波数
は、速度と加速度を計算するのに使用できる。

ゲルス（Ｇｕｅｒｓ）　　の米国特許第１１，６８８，
９５１号においては、磁界を作シ出すのに電流を必要と
する。磁、界を作る複雑な電気装置が二つの軸受軸運輸
の一つに固定されている。上述の周知の検出装置は、多
くの欠点をもっている。変動リラクタンス検出器は、速
度に比例する周波数と振幅を有する電圧出力信号を生ず
る。低速度では、出力信号は、弱くて、不正確になシや
すい。さらに、上記検出器が軸受集合体に追加されると
、集合体の寸法は、追加の検出器構成部品のために大き
くなる。機械的精度および信号の確度は、公差の積み重
ねのために低下し、全体の構成は、より複雑になる。ま
た、この軸受組立体は、取付は難く、検出器を取付ける
ために別個の取付は工程を必要とすることがある。

新しい自動制御装置、例えば、自動車のものは、完全な
動作範囲にわたって、特に低速度またはゼロ速度におい
て精密な回転速度の測定を必要とする。速度検出器は、
また低コストで、信頼性があり、構成が小型で据付けや
すいのが好ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

一つの部材のもう一つの部材に対する角回転を指示する
磁界検出器を含む型の軸受であって、磁界発生に特別の
回路装置’を必要とせず、低速度の相対回転においても
精密な測定が可能で、かつ低価格で信頼性があり、構成
が小型で据付けやすい軸受を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によって提供されるのは、一つ以上の検出器であ
ってもよい磁界検出手段をもった軸受である。前記軸受
は恒久的に磁界を備えている。前記磁界は、一つの部材
がもう一つの部材に対してどんな相対回転をしたときで
も、たとえゼロ相対回転でもつねに存在する。これは、
ゲルスの米国特許第１１．６８８．９５１号に開示され
た軸受のような磁界検出器を備えているが磁界を作るた
めに電気回路を必要とする他の軸受よシずつと簡単で安
価な軸受をもたらす。

簡単に説明すると、本発明は、第１、、前記第１の部材
に対して相対的に回転自在な第２、からなる部品の組合
せである。前記組合せは、磁界を恒久的に与える手段と
前記磁界を検出する手段とを備えている。

〔実施例〕

本発明およびその多くの利点は、底下の詳細な説明と図
面を弁皿することによってさらに理解できる。

種々の図において、同様の部品は、同じ番号で表されて
いる。

各図面そして、さらに具体的には、第１図を参照すると
１回転自在な軸１２が前記回転自在な軸１２から半径方
向に間隔をおいた共軸の環状軌道輪１１４を通して伸び
ている。複数のころ１６が回転自在な軸と共軸軌道輪と
の間の環状空間の中に置かれている。ころは、回転自在
な軸の円い表面の軸方向部分１Ｂの上を回転自在な軸の
周＃）全転動する。軸方向部分１８は１回転自在な軸の
上の軌道として働く。共軸環状軌道輪の内面２０もまた
ころ軌道として動く。

本明細書で用いられているように、「軌道輪」は、ころ
１６のような転動部材が転がるとき沿うすべての表面を
意味するように考えられている。

環状軌道輪１ｌｌＯ上の軌道２０は、軸１２上の軌道１
ｇと半径方向に位置を合されかつ軸１２の上の軌道１８
から半径方向に間隔をおいている。

ころ１６は、軌道上の適切な軸方向位置に軌道輪の環状
フランジ２２および環状フランジ２１４によって保たれ
る。

磁石２６が環状軌道輪１１４の内面２ｇに取付けられて
いる。磁石は、ころから環状７ランジ２４によって軸方
向に分離されている。ホール効果検出器、ウイーガンド
効果検出器または磁気抵抗検出器などの磁界検出器もま
た環状軌道輪の内面に接続されている検出器取付台２９
に取付けられている。磁界検出器は、磁石２６と軸方向
に位置を合され磁石２６から軸方向に間隔をあけられて
いる。

透磁性環状部材３２が回転自在な軸１２の周りに堅く取
付けられている。透磁性環状部材は、永久磁石２６と磁
界検出器３０との間に半径方向に伸びている。透磁性環
状部材は１例えば１回転自在な軸に固定され、その軸を
一緒に回転する羽根形インタラプタ（第２図参照）であ
ってもよい。

第２図を参照すると１羽根形インタラプタ３２は、複数
の円周上に等間隔に並んだ歯３１１を備えているので１
円周上に等間隔に並んだ孔すなわちみぞ３６を形成して
いる。みそは、みそが磁石および検出器と軸方向に位置
が合っているとき、磁路が磁石２６からみぞを通って磁
界検出器３０へゆき、次いで環状軌道輪１４に沿って磁
石に戻ることができるように半径方向に位置決めされて
いる。

動作について説明すると、磁石２６は、永久磁界を与え
る。磁路は、常時は、磁界検出器５０と環状軌道輪１ヰ
を通って磁石に戻る完全な経路を進む。しかし１羽根形
イタラプタ３２が回転すると、歯３１１は、磁束が環状
軌道輪１４へゆき検出器を通過しないで磁石に戻るよう
に磁路を分路する。従って、磁界検出器は、軸１２の固
定環状軌道輪に対する角変位を増分単位で表す断続信号
を発生する。

磁界検出器の信号調整電子回路次第で、出力信号は、ア
ナログまたはディジタルにすることができる。出力信号
の絶対振幅の変化が角変位を増分単位で表す。

第３図の実施例において、回転自在な軸１２は、回転自
在な軸１２にある軌道ヰ０と共軸環状軌道輪５８の内面
にある軌道１１２とを分離する環状空間内を転動するの
に適応したころと一緒に共軸環状軌道輪５８の中に取付
けられる。

検出６繕４が軌道輪３８の内面キロに取付けられている
。検出器は、環状肩５０に押しつけてはめられた座金Ｕ
Ｓと軌道輪３８の一端にある環状フランジ５２とによっ
て軸方向に適所に保たれる。

ころ１６は１回転自在々軸１２および軌道輪３８にそれ
ぞれある軌道ヰ０および繕２に座金４８と軌道９３ｇの
他方の端にある環状フランジ５＋４とによって保たれる
。

恒久的に磁界を与える手段は１回転自在な軸１２に圧入
された恒久的に磁化された強磁性リング５６である。本
明細書において用いられているように。

「強磁性」材料は、−度磁化されると、外部磁界がたい
ときに恒久的に磁化された状態に留まる物質を意味する
。強磁性リング５６の軸方向に伸びる部分５８がその全
周のまわりに複数の磁極セグメントヲ備えている。各磁
極セグメント６０は。

北極と南極をもっている。各磁極セグメントは、各北極
が二つの電極の間にあシ、各南極が二つの北極の間にあ
るように配列されている。

第５図の実施例において、回転自在な軸１２は。

深厚ぐり６１４のある環状軌道輪６２の中に取付けられ
ている。ころ１６は、環状軌道輪および回転自在な軸に
それぞれある軌道６５および６７の中にころの一方の軸
方向端に隣接した環状フランジ６８によって形成された
環状肩６６およびころの他方の軸方向端に隣接した環状
肩７０によって軸方向に保たれる。

検出器７２が深厚ぐ９６４の内側環状表面７６に固定さ
れてそこから突き出ている検出器取付台７１Ｉに取付け
られている。

磁界を恒久的に与える手段は、回転自在な軸１２に環状
リング取付台７８を用いて取付けられた強磁性環状リン
グ７７である。強磁性リング７７は、その円周全体のま
わりに複数の磁極セグメント６０を持つように恒久的に
磁化される。各磁極セグメントは、北極および南極を持
っている。

磁極セグメントは、各北極が二つの南極の間にあシ、各
南極が二つの北極の間にあるように配列されている。

第８図に示された実施例においては、ころの代シに転動
部材は、玉８０でおり、玉８０のための軌道の一つが回
転軸によって与えられる軌道の一つの代シに、環状軌道
輪８２によって与えられている。共軸環状外器軌道＠ｇ
ｕが環状外、軌道輪８２から半径方向に間隔をあけて配
置されている。

玉８０のための軌道は、環状外、軌道輪８２の円周みぞ
ｇ６および共軸環状外器軌道輪８Ｉ８の内側表面にある
円周みぞ８７によって与えられる。

深厚ぐシ８８が環状外側軌道輪８４の一方の軸方向端か
ら伸びている。検出器９０が深厚ぐシ８ｇの軸方向に伸
びる内側表面９１１に固定されてそこから半径方向に内
方に伸びている検出器取付台９２に取付けられている。

環状内ｇＩＩＩ＠道翰８２の縦に伸びる部分９６がその
円周全体のまわりに所定の磁気模様で恒久的に磁化され
る。

この磁気模様は、前に説明した各実施例の磁界発生部分
の磁気模様と同じである。

第９，１０および１１図は、第１の環状スラスト板９ｇ
と第１の環状スラスト板から軸方向に間隔をあけて第２
の環状スラスト板１００とのあるスラスト軸受を示して
いる。環状スラスト板９８上の半径方向に伸びるころ軌
道＠１０２および環状スラスト板１０の半径方向に伸び
るころ軌道輪１０ヰは互いに向かい合っている。前記磁
界を恒久的に与える手段は、複数の恒久的に磁化した磁
極セグメント１０６（第１０図参照）である。磁極セグ
メントは、スラスト板９８の半径方向部分１０８の円周
全体の周りに一つの模様で配列されている。第１０図に
示されているように、各セグメント１０６には北極と南
極があって各北極が二つの南極の間にあり、各南極が二
つの北極の間にあるように各セグメントが配列されてい
る。

環状プラスチック検出器支持体１０９にはスラスト板１
００が取付けられている深厚ぐシ１１０がある。外周辺
壁１１１のヘシ部分は、ころ１ｌｌｉの入っているころ
保持器１１３の外周辺ヘシを越えて内方に伸びる拘束部
分１１２の形に形成されて℃する。

みぞ１１５が検出器支持体１０９の外周辺から深厚ぐシ
１１０まで伸びている（第１１図参照）。

磁界を検出する前記手段は、スラスト板９８の磁極にご
く接近してみぞ１１５の中に樹脂１１７によって取付け
られた検出器１１６である。自由選択の磁束集中装置１
１８（第１１図参照）を検出器１１６に円周上で隣接し
て取付けてもよい。磁束集中装置は１回転リングにある
一つの交互の対の磁極から固定リングにある検出器に至
る磁束を完成するのを助ける。従って、検出器１１６’
ｉ−つの磁極セグメントの上に中心に置くと、磁束集中
装置１１８は完全な磁束経路を与えるように隣接した反
対の極性の磁極セグメントの上に中心を置かれる。

第５図ないし第１１図のすべての実施例の動作において
、各交互の極性のセグメントが検出器を通るとき、磁界
の極性と強さが検出器に電気信号を作らせる。

この電圧信号は、さらに角変位の増分単位を示す出力信
号を作る回路によって処理できる。増分角変位単位は、
各磁極セグメント内の弧の度数に等しい。本発明におい
ては、磁界強さ検出器を用いているのですべての速度、
たとえゼロの速度でも首尾一貫した信号を発生する。

検出器の信号調整電子回路次第で、出力信号をアナログ
信号またはディジタル信号にできる。出力信号の大きさ
の変化が増分角変位を示す。角変位出力信号は、さらに
、検出器中の集積回路によって処理されて位置信号、速
度信号または加速度信号を発生する。

増分角運動を示すべき回転部材に磁気模様を一体化する
ことによって別個の指示器構成要素を軸受に追加しなく
てもよいようになる。

回転部材を多数のセグメントに分けて磁化することによ
ってまた非常に高い分解能を可能にする。

磁化模様を回転部材につけて検出器を固定部材の中に取
付けることによって軸受の精度が検出器の精度を左右す
る結果になる。使用する軸受精度によって検出器とター
ゲットの間の空ｉ’ｉ最小にできる。従って、本発明の
構成は、検出器信号の歪みと不正確さを最小にする。

本明細書で詳細に説明した実施例は、転動要素を備えて
いるが１本発明は、転動要素を含まない軸受に用いるこ
ともできる。−必要なことのすべては、一方の軸受部材
が他方の軸受部材に対して相対的に回転できるようにな
った１対の軸受部材があることである。なお、磁界を恒
久的に与える手段を備えている必要があり、もちろん、
磁束を検出する少なくとも一つの検出器を備えていなけ
ればならない。従って、転動要素のないジャーナル軸受
は本発明の範囲内に含まれる。

第８図の実施例は、回転自在な内側軌道輪と固定外側軌
道輪を備えている。しかし、所望ならば、検出器を固定
内ｇＪ＋軌道輪に置き、磁化模様を回転自在な外側軌道
輪に一体化できる。また、すべての実施例を固定部材と
回転自在な部材とをもっているとして説明したが１両部
材が回転自在な部材であってもよいし、一方の部材の他
方の部材に対する回転を指示してもよい。

説明したすべての実施例において、磁化模様は。

回転部材にあり、検出器は、固定部材に取付けられてい
る。この配置の利点は１回転部材に配線および電子回路
がないことである。しかし、回転部材に配線および電子
回路がついていても問題がない場合、は、磁気模様を固
定部材に一体化し検出器を回転部材に取付けてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は１以上に説明したように構成されているので次
のような効果を有する。

磁石を用いて磁界を恒久的に与えているので。

磁界発生に必要な電源を必要とせず、小型にできる。

磁界の検出にホール効果検出器などの磁界の強さに比例
する出力を発生する検出器を用いることによって、被測
定体の回転速度に関係なく被測定体の角位置を測定でき
るので、雑音の影響のない信頼性の高い測定ができる。

配線の必要な検出器を固定部材に取付けることができる
ので、電気回路の構成が簡単で、取付けが容易である。

　　。

磁石は、北極と南極を対にしたセグメントを回転部材の
周囲に配置した構成になっているので。

セグメントの数を大きくすることによって分解能を非常
に高くできる。

磁気模様を増分的角運動を示すように回転部材に一体化
して組込むことによって、軸受に別個の指示器を追加す
る必要がなくなる。

本発明は、ころ軸受、玉軸受、スラスト軸受およびジャ
ーナル軸受などの、一つの部材がもう一つの部材に対し
て相対回転運動する場合に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一つの実施例の一部断面になった側
面図、 第２図は、第１図の透磁性環状部材の前面図、第３図は
１本発明の第２の実施例の一部断面になった側面図。 第４図は、第３図の圧力ばめリングの斜視図、第５図は
１本発明の第５の実施例の一部断面になった側面図。 第６図は、第５図の実施例の磁化リングの斜視図、 第７図は、第５図の実施例の外側軌道輪の斜視図、 第８図は１本発明の第ヰの実施例の一部断面になった側
面図、 第９図は、本発明の第５の実施例の側断面図、第１０図
は、第９図の恒久的に磁化されたスラスト板の前面図、 第１１図は、磁界検出器が取付けられている第９図のス
ラスト板の前面図である。 １２−一軸、１４．うＦｌ、Ｇ２，８キー−軌道輪、１
６−−ころ％２６−−磁石、５０．ｕｕ、７２．９０゜
１１６−−磁界検出器、３２−一羽根形インタラプタ、
５６．７７一一強磁性リング、９８−一第１のスラスト
板、１００−一第２のスラスト板。 ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の部材と第１の部材に対して相対的に回転自在
   な第２の部材からなり、磁界を恒久的に与える手段と前
   記磁界を検出する手段を備えていることを特徴とする軸
   受。 ２、前記磁界を検出する手段がホール効果検出器である
   ことをさらに特徴とする請求項１に記載の軸受。 ３、前記磁界を恒久的に与える手段が前記第１の部材に
   取付けられ、少なくとも１対の反対符号をもつ磁極を有
   する強磁性部材であり、前記磁界を検出する手段が前記
   第２の部材に取付けられた少なくとも一つの磁界検出器
   であることをさらに特徴とする請求項１に記載の軸受。 ４、前記磁界を恒久的に与える手段が第２の部材に取付
   けられた少なくとも一つの磁石であること、前記磁界を
   検出する手段が第２の部材に取付けられ、前記磁石と軸
   方向に一直線に配置され、前記磁石から軸方向に間隔を
   あけている少なくとも一つの磁界検出器であること、お
   よび第１の部材に取付けられ、前記磁石と前記磁界検出
   器との間で半径方向に伸び、円周上に等間隔に並んだ孔
   があつて、一つの孔が磁石および磁界検出器と軸方向に
   一直線に並んだとき、磁束路が前記孔を通り抜けて磁石
   から磁界検出器へ通ることができるようになつている透
   磁性環状部材があることをさらに特徴とする請求項１に
   記載の軸受。 ５、前記第１の部材および前記第２の部材が軸方向に一
   直線になつて間隔をおいたころ軌道を備えた第１および
   第２の環状スラスト板であること、軌道間の空間にころ
   があること、前記磁界を恒久的に与える手段が前記第１
   のスラスト板の半径方向の一部分の全周のまわりにある
   複数の恒久的に磁化された磁極セグメントであり、各磁
   極セグメントが北極および南極を有し、各磁極は、反対
   極性の二つの磁極の間にあるように各磁極セグメントが
   配置されていること、前記第１のスラスト板の恒久的に
   磁化された磁極セグメントに面している半径方向の表面
   を有する環状部材があること、および前記磁界を検出す
   る手段が前記恒久的に磁化された磁極セグメントに面し
   ている前記環状部材の前記半径方向表面に取付けられた
   少なくとも一つの磁界検出器であることをさらに特徴と
   する請求項１に記載の軸受。 ６、環状転動部材の軌道を有する第１の部材と、前記第
   １の部材と心があつて前記第１の部材から間隔をあけて
   いる環状転動部材の軌道を有し、第１の部材に対して相
   対的に回転自在な第２の部材からなり、前記二つの部材
   の一方にあつて磁界を恒久的に与える手段と、前記二つ
   の部材の他方にあつて前記磁界を検出する手段とを備え
   ていることを特徴とする軸受。 ７、前記第１の部材が回転自在な軸であること、前記第
   ２の部材が前記回転自在な軸から半径方向に間隔をあけ
   ている共軸環状軌道輪であること、前記磁界を恒久的に
   与える手段が前記共軸環状軌道輪内に取付けられた少な
   くとも一つの磁石であること、前記磁界を検出する手段
   が共軸環状軌道輪内に取付けられ前記磁石と軸方向に一
   直線に並んで前記磁石から軸方向に間隔をあけた少なく
   とも一つの磁界検出器であること、および、前記回転自
   在な軸のまわりに取付けられた透磁性環状部材があり、
   前記透磁性環状部材が前記磁石と前記磁界検出器との間
   で半径方向に伸び、円周上に等間隔に並んだ孔があり、
   一つの孔が磁石および磁界検出器と軸方向に一直線に並
   んだとき、磁束路が前記孔を通り抜けて磁石から磁界検
   出器へ通ることができるようになつていることを特徴と
   する請求項６に記載の軸受。 ８、前記第１の部材が回転自在な軸であり、前記第２の
   部材が前記回転自在な軸から半径方向に間隔をあけてい
   る共軸環状軌道輪であり、前記磁界を恒久的に与える手
   段が前記回転自在な軸に圧入された恒久的に磁化された
   強磁性リングであり、前記磁界を検出する手段が前記共
   軸環状軌道輪内に取付けられた少なくとも一つの磁界検
   出器であることをさらに特徴とする請求項６に記載の軸
   受。 ９、前記第１の部材が回転自在な軸であり、前記第２の
   部材が前記回転自在な軸から半径方向に間隔をあけた共
   軸環状軌道輪であり、前記磁界を恒久的に与える手段が
   前記回転自在な軸のまわりに取付けられ全周のまわりに
   複数の磁極セグメントを有し、各磁極セグメントが北極
   と南極を備え各磁極が反対極性の二つの磁極の間にある
   ように各磁極セグメントが配置されるように恒久的に磁
   化されているリングであり、前記磁極を検出する手段が
   前記共軸環状軌道輪内に取付けられた少なくとも一つの
   磁界検出器であることをさらに特徴とする請求項６に記
   載の軸受。 １０、前記第１の部材が環状内側軌道輪であり、前記第
   ２の部材が前記環状内側軌道輪から半径方向に間隔をお
   いた共軸環状軌道輪であり、前記磁界を恒久的に与える
   手段が前記内側軌道輪の軸方向の一部分の全周のまわり
   にある複数の恒久的に磁化された磁極セグメントであり
   、各磁極セグメントが北極と南極を備え、各磁極が反対
   極性の二つの磁極の間にあるように配置され、前記磁界
   を検出する手段が前記共軸の環状外、軌道輪の中に取付
   けられた少なくとも一つの磁界検出器であることをさら
   に特徴とする請求項６に記載の軸受。