JP2004308724A - Bearing with rotation sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の機器における回転検出、たとえば、舵角センサのように回転範囲が一定領域に限定された軸の回転検出や、モータ軸の位置検出等に使用される回転センサ付軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転センサ付軸受の一般的な構成を図10に示す。同図において、回転センサ付軸受51は、回転側軌道輪である内輪52、固定側軌道輪である外輪53、転動体54、保持器55からなる転がり軸受で構成されており、回転側軌道輪(たとえば内輪52)に環状の磁気エンコーダ56が固定され、非回転側軌道輪(たとえば外輪53)に磁気センサ57が、上記磁気エンコーダ56に対向して固定されている。磁気センサ57としては、ホール素子、ホールICなどが使われる。磁気エンコーダ56は、例えばゴム磁石からなり、図11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。磁気センサ57は、樹脂ケース58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58は金属ケース59を介して外輪53に嵌着させることで、外輪53に固定されている。図11に磁気センサの配置を示す。2つの磁気センサ57a,57bは出力位相差(電気角)が90°になるように配置されている。
【0003】
このように構成することにより、内輪52の回転に伴い、磁気センサ57が磁気エンコーダ56の磁気変化を検出し、その検出信号は図12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52の回転数や回転方向を知ることができる。上記構成の回転センサ付軸受は、小型でかつ組立調整が不要であり、さらに堅牢などの特徴を有しており、モータ支持軸受などに利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10のような構成では、回転軸の相対的な回転角度のみ検出できるだけであって、絶対位置情報はわからない。また、回転軸が多回転するような場合に、多回転での絶対位置情報を知ることは困難である。
【0005】
この発明の目的は、回転の絶対位置情報を多回転であっても検出可能とした回転センサ付軸受を提供することにある。
この発明の他の目的は、電源投入時にイニシャライズ動作を行うことなく、絶対位置の検出が可能なものとすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、上記保持器に固着され磁気特性が円周方向に周期的に変化する被検出部と、被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる磁気検出部とを備えたものである。
転がり軸受部は、回転側軌道輪が回転するのに伴って、保持器が回転側軌道輪よりも減速して回転する。この保持器の回転により、保持器に固定された被検出部が磁気検出部で検出され、保持器の回転が検出される。上記の減速の比は、転がり軸受部の寸法諸元によって異なるが、概ね2.5前後となる。また、保持器の回転位置と回転側軌道輪の回転位置とには一定の関係が生じる。そのため、保持器の回転位置が検出されることで、回転側軌道輪の回転位置が検出される。保持器に固定された被検出部は磁気特性が円周方向に周期的に変化するが、磁気検出部としてアナログ出力の磁気センサを用いているので、出力を電気的に処理することで、被検出部の磁気特性の1周期の中間における位置検出が行える。上記変化の周期を保持器の1回転に対して特定の周期に設定し、あるいは電源投入時にイニシャライズや適宜の原点認識手段を併用することで、絶対角度の検出が可能になる。このように、保持器は回転側軌道輪に対して減速しているため、その減速比に応じた回転側軌道輪の回転数の範囲で絶対位置検出が可能となる。例えば減速比が2.5であれば2.5回転の範囲で絶対位置検出が可能になる。
【0007】
この発明において、被検出部の磁気検出部に対する磁気特性を、保持器の1回転に対して1周期として変化させても良い。
保持器の1回転に対して1周期の変化となる磁気特性であると、保持器の回転位置の絶対位置が検出され、電源投入時にイニシャライズを行うことなく、絶対位置を検出することができる。この場合に、回転側軌道輪の数回転の範囲の絶対位置検出が可能になる。
【0008】
この発明における他の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、上記保持器に固着され磁気特性が円周方向に周期的に変化する保持器側の被検出部と、この保持器側の被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる第1の磁気検出部と、回転側軌道輪に固着され磁気特性が円周方向に周期的に変化する軌道輪側の被検出部と、この軌道輪側の被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる第2の磁気検出部とを備えたものである。
このように保持器の被検出部に対応する第1の磁気検出部に加えて、回転側軌道輪に固定された被検出部およびこれに対向する第2の被検出部を設けた場合、これら2つの磁気検出部から得られる信号を電気的に処理することで、回転側軌道輪の正逆の数回転の範囲の絶対位置検出が行える。
【0009】
この回転センサ付軸受において、保持器側の被検出部の磁気特性を保持器の1回転に対して1周期として変化させ、かつ軌道輪側の被検出部の磁気特性を回転側軌道輪の1回転に対して1周期として変化させても良い。
この構成の場合、電源投入時にイニシャライズを行うことなく、回転側軌道輪の正逆数回転の範囲の絶対位置検出が行える。
【0010】
この発明の上記いずれかの構成の回転センサ付軸受において、転がり軸受部の軸方向の両側に、被検出部とこれに対向する磁気検出部の組をそれぞれ配置しても良い。この場合に、転がり軸受部の転動体が複列であって、それぞれの列の転動体を保持する2つの保持器を有する場合は、これら2つの保持器に上記両側の被検出部をそれぞれ固着しても良い。
このように両側に被検出部と磁気検出部の組を設けることで、検出信号を多重化できるため、片側の磁気検出部が故障した場合のサポートを行うことが可能となり、回転センサ付軸受の信頼性向上につながる。
【0011】
この発明において、転がり軸受部は予圧を与えて使用するものとすることが好ましい。軌道輪の軌道面と転動体との間に隙間や滑りがあると保持器の回転に遅れを生じるが、予圧を与えることで上記滑りが防止され、保持器の回転検出による回転側軌道輪の精度の良い回転検出が行える。
【0012】
【発明の実施の形態】
この発明の第1の実施形態を図1ないし図6と共に説明する。図1(A)に示す回転センサ付軸受は、転動体4を介して互いに回転自在な回転側軌道輪2および固定側軌道輪3を有する転がり軸受部1と、保持器5に固定した被検出部7と、この被検出部7に対して固定側軌道輪3の一端部に取付けられた磁気検出部8と、磁気検出回路基板11とを備える。転がり軸受部1は深溝玉軸受であり、たとえば、その内輪が回転軌道輪2となり、外輪が固定側軌道輪3となる。回転側軌道輪2の外径面および固定側軌道輪3の内径面には転動体4の軌道面2a,3aが形成されており、転動体4は保持器5で保持されている。回転側軌道輪2と固定側軌道輪3の間の環状空間は、被検出部7および磁気検出部8の設置側とは反対側の端部がシール部材6で密封されている。
【0013】
被検出部7はアキシアル型のものであって、磁気検出部8に対する磁気特性を連続的に変化させた環状の部品とされている。具体的には環状のバックメタル7bと、その片側に設けられた周方向に向けて変化する磁極N,Sの極対が1つ着磁された磁気発生部材7aとを有する。この被検出部7は、バックメタル7bが保持器5と固着されており、保持器5と一体となって回転可能となる。保持器5と被検出部7との固着構造としては、保持器5が樹脂であれば、保持器5の側面に爪を設け、被検出部7を爪で固定しても良いし、樹脂成形時に被検出部7を組込んでも構わない。また、保持器5が樹脂であれば、被検出部7の磁力に影響を与えることもない。磁気発生部材7aは、たとえばゴム磁石が用いられ、バックメタル7bに加硫接着される。磁気発生部材7aはプラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものであっても良い。
【0014】
磁気検出部8は、磁束密度に対応した出力信号を発生する2つの磁気センサ8a,8bからなる。これら2つの磁気センサ8a,8bは、図1(B)のように円周方向に所定の間隔(ここでは電気的に90°位相差)を持たせて配置されている。これら両磁気センサ8a,8bは、共にアナログ出力のセンサからなり、たとえば、ホール素子、アナログ出力のホールICなどを使用することができる。これら磁気検出部8a,8bは、図1(A)のように磁気検出回路基板11に実装され、この磁気検出回路基板11と共に樹脂ケース9内に挿入した後に樹脂モールド材12を流し込んでから固められる。この樹脂ケース9を、金属ケース10を介して固定側軌道輪3に固定することにより、磁気検出部8a,8bおよび磁気検出回路基板11が固定軌道輪3に取付けられている。磁気検出回路基板11は、磁気検出部8への電力供給および磁気検出部8の出力信号を処理して外部に出力するための回路を実装した基板である。
【0015】
ここで、回転側軌道輪2が回転すると、被検出部7は回転側軌道輪2と同じ方向に減速されて回転する。その理由は、軸受部1が、いわば遊星減速機として作用するからであり、回転側軌道輪2を太陽歯車、転動体4を遊星歯車、固定側軌道輪3を内歯車、保持器5をキャリアと見なすと理解し易い。減速比は軸受寸法諸元により異なるが、概ね2.5前後になる。たとえば、減速比を2.5と仮定すると、回転側軌道輪2が2.5回転する間に、保持器5は1回転する。この時、転動体4と各軌道輪2,3の軌道面2a,3aとの間に隙間や滑りがあると保持器5の回転に遅れを生じるので、これを防止する目的で軸受1に予圧を与えて使用することが好ましい。または、軸受1として4点接触軸受を使用することでも保持器5の遅れを防止できる。
【0016】
図2は、回転側軌道輪2の回転に伴う磁気センサ8a,8bの検出信号の波形を示すものである。回転側軌道輪2が約2.5回転、すなわち機械角で900°回転する間に、位相差が90°の正弦波状の信号が出力される。磁気検出部8としてアナログ出力のホールICを用いた場合、その電源電圧Vcの半分の値Vc/2を基準として、磁気発生部材7aの着磁強度に比例した正弦波出力が得られる。これらの出力信号を電気的に処理し、正弦波信号を内挿してn分割すれば、回転側軌道輪2の約2.5回転をn分割することになる。たとえば、分割数nが256であれば、回転側軌道輪2の約2.5回転の間を256分割して絶対位置表示することが可能となる。
【0017】
図3は90°位相差の正弦波1周期を内挿分割するための一例である。磁気センサ8a,8bの出力の中点(Vc /2)を0として、磁気センサ8bの出力信号を磁気センサ8aの出力信号で割ることで得られる出力比b/a(図中1点鎖線)と、磁気センサ8a,8bの象限判別から得られる正弦波1周期内の象限位置を元にして、出力比b/aと位置の関係を示す補正テーブルから電気角で360°内の位置を知ることができ、この値を元にして電気角で360°の範囲を内挿分割する。
【0018】
図4は2つの磁気センサ8a,8bの信号から内挿分割により回転パルス信号を作る処理回路例であり、磁気検出回路基板11内に実装されている。処理回路13は、磁気センサ8a,8bの出力比を求める除算器14、象限判別部15、および補正演算部16からなり、補正演算部16に補正テーブル16aが設けられている。磁気センサ8aの出力をa、磁気検出部8bの出力をbとすると、除算器14はその出力比b/aを求める。出力比の求め方は、アナログ信号処理で求めても良いし、除算器14の入力段に図示しないA/D変換回路を内蔵させてデジタル的な処理をしても構わない。象限判別部15は、被検出部7の1極対から得られる電気角360°の範囲を象限判別して補正演算部16に入力される。補正演算部16では、出力比b/aと象限判別結果とを元にして、補正テーブル16a内に予め出力比と電気角との対応を付けた記憶事項と対応させることで、電気角で360°の範囲をn分割する。この処理回路として、A/D変換器とメモリを内蔵したワンチップマイコンを用いれば、回路が簡略化されて好都合である。
【0019】
図4のようにn分割した信号をコード出力として多ビット(bit)で取り出せば、回転側軌道輪2の2.5回転で、図5(A)(B)に示すような0からn−1を繰り返すコード出力が得られる。
なお、ここでは信号分割の手法として磁気センサ8a ,8bの出力比を元に求めたが、磁気センサ8a,8bの正弦波出力を元にした他の内挿分割方法であっても構わない。
【0020】
このように、この実施形態の回転センサ付軸受によると、1極対(N,Sペア)を着磁した被検出部7を保持器5に固定し、外輪からなる固定側軌道輪3に磁気検出部8を固定した構成であるため、内輪である回転側軌道輪2の約2.5回転で被検出部7が1回転する。この時、磁気検出部8としてアナログ出力タイプの磁気センサを用いて電気角で90°の出力位相差になるように2つの磁気センサ8a,8bを配置したため、回転側軌道輪2の約2.5回転で1周期のアナログ正弦波(sinθ、cosθ)が得られ、これを電気的に処理することで、回転側軌道輪2の2.5回転中の絶対位置検出が可能となる。すなわち、軸受部1の回転側軌道輪2が回転するのに伴って、保持器5は回転側軌道輪2よりも減速して回転することを利用し、その減速機構を応用したものであるため、回転側軌道輪2の数回転(この例では2.5回転)中の絶対位置検出が行える。
【0021】
図6ないし図7は第2の実施形態を示すものである。図1の構造では、回転側軌道輪(内輪)2の2.5回転の範囲を絶対位置出力が可能であるのに対して、第2の実施形態では、回転側軌道輪(内輪)2の正逆2.5回転、つまり、±2.5回転の範囲内を絶対位置検出可能とするものである。
図6(A)は第2の実施形態の構成を示す断面図である。この実施形態において、特に説明する事項の他は、第1の実施形態と同じである。第1の実施形態との相違は、回転側軌道輪2に新たに被検出部18を固着し、それに対向する位置に第2の磁気検出部19を追加したことにある。被検出部18および磁気検出部19により第2の位置検出部22が構成される。被検出部18は、環状のバックメタル18bと、その外周に設けられて周方向に向けて変化する磁極N,Sが1極対だけ着磁された磁気発生部材18aを有する。この被検出部18はバックメタル18bを介して回転側軌道輪2に圧入固着されている。磁気発生部材18aはたとえばゴム磁石が用いられ、バックメタル18bに加硫接着される。磁気発生部材18aはプラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものであっても良く、この場合は、バックメタル18bは必ずしも設けなくても良い。
図6(B)は保持器5に固着した被検出部7と第1の磁気検出部8の構成を示すもので、先に述べた図1(B)と同じ構成のため説明を省略する。被検出部7と第1の磁気検出部8とで第1の位置検出部21を構成する。
【0022】
図6(C)は第2の実施形態として追加した第2の位置検出部22の構造を示している。磁気検出部19は、磁束密度に応じて出力信号を発生する2つの磁気センサ19a,19bからなる。これら2つの磁気センサ19a,19bは、被検出部18の円周方向に所定の間隔(ここでは電気的に90°位相差)を持って、対向する位置に配置されている。これら両磁気センサ19a,19bは共にアナログセンサからなり、たとえば、ホール素子、アナログ出力のホールICなどを使用することができる。これら磁気センサ19a,19bは、図6(A)のように磁気検出回路基板11′に実装される。
【0023】
磁気センサ8a,8bと磁気センサ19a,19bの出力例を図7(A)に示す。図7(A)中、回転側軌道輪2の2.5回転で1周期の正弦波信号(磁気センサ8a,8b)は第1の位置検出部21からの出力であり、図2と同じものである。この信号を電気的に処理することで、図7(B)に示すようなコード出力が得られる。また、第2の位置検出部22の磁気センサ19a,19bからは、回転側軌道輪2の1回転(機械角360°)ごとに1周期の正弦波が得られ、この信号を電気的に処理することで、図7(C)のようなコード出力が得られる。回転側軌道輪2が1回転するごとにコード出力が0からn−1へと変わっているが、正回転と逆回転のコード出力を比べると位相が180°ずれているために、図7(C)のコード出力と図7(B)のコード出力とを比較していけば、回転側軌道輪2の回転が何回目かの判別が可能となる。その結果から、図7(D)に示すように回転側軌道輪2の±2.5回転での絶対位置検出が可能となる。
【0024】
このように、保持器5に被検出部(1極対着磁の磁気エンコーダ)7を設けた第1の位置検出部21と、回転側軌道輪(内輪)2に別の被検出部(1極対着磁の磁気エンコーダ)18を固定した第2の位置検出部22とを設けることで、回転側軌道輪(内輪)2の±2.5回転の範囲で絶対位置検出が可能となる。
【0025】
図8,図9に第3の実施形態を示す。図8は転がり軸受部1′として複列タイプを用いており、かつ、図1で説明した回転検出のための各手段を転がり軸受部1′の軸方向の両側に装着した構成を成している。すなわち、軸受部1′の両側に上記被検出部7、磁気検出部8、および磁気検出回路基板11を設けている。
このように両側に被検出部7,磁気検出部8の組を設けることで、センサ信号を多重化できるため、片側のセンサが故障した場合のサポートを行うことが可能となり、回転センサ付軸受の信頼性向上につながる。
【0026】
図9は、図6で述べた第1および第2の位置検出部21,22を、共に複列の転がり軸受部1′の両側に装着したものである。図8,図9のように軸受部1′の両側にセンサ機能を配置する場合、両側の出力仕様を同じとしても良いし、それぞれの出力仕様を変えて装着しても良い。軸受部1′の両側面にセンサ機能を固着できれば、設置スペースの節約にもなる。
【0027】
なお、図8,図9の各例は、複列タイプの転がり軸受部1′を用いて、それぞれの保持器5の片側に被検出部7を固着しているが、単列タイプの転がり軸受部1を用いても図8,図9の各例と同様の機構は成り立つ。この場合、1つの保持器5の左右両側に被検出部(図示せず)を固着すれば良く、軸受のタイプとして複列タイプにこだわるものではない。
【0028】
上記各実施形態では、磁気検出部8を構成する2つの磁気センサ8a,8bの信号を除算しているため、2つの出力信号の振幅差があってもあまり精度には影響を与えないが、磁気センサ8a,8bから得られる正弦波振幅を一定にした方が精度は向上する。そのため、被検出部7の磁気発生部材としては、異方性フェライト磁石よりも等方性フェライト磁石の方が好ましい。また、角度算出する時の補正テーブル16a(図4)の値は、実測データを元に補正した固有値を入れることで精度分割精度を上げることも可能である。
また、上記説明の被検出部7,18は、ラジアル方式、アキシアル方式を問わない。また、処理回路を磁気検出回路基板11,11′に実装する形で説明してきたが、処理回路のすべて、あるいはその一部を図示しない出力ケーブルの途中に入れても構わないし、外部回路側に処理回路機能を持たせても良い。
また、センサ構成部は軸受側面に突出する形で固着する手段として説明してきたが、軸受部1,1′の回転側軌道輪2や固定側軌道輪3の幅を延長してできた環状のスペース内に磁気検出部8,19や被検出部18を収容する構成であっても構わない。
【0029】
【発明の効果】
この発明の回転センサ付軸受は、保持器に固着され磁気特性が円周方向に周期的に変化する被検出部と、被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる磁気検出部とを備えたものであるため、回転の絶対位置情報を多回転であっても検出可能となる。特に、被検出部の磁気検出部に対する磁気特性を、保持器の1回転に対して1周期として変化させた場合は、電源投入時にイニシャライズ動作を行うことなく、絶対位置の検出が可能になる。
上記被検出部および磁気検出部に加え、回転側軌道輪に固着され磁気特性が円周方向に周期的に変化する軌道輪側の被検出部と、この軌道輪側の被検出部に対向したアナログ出力の磁気センサからなる第2の磁気検出部とを設けた場合は、回転側軌道輪の正逆両方向に数回転の範囲で絶対位置検出が行える。
軸受部の左右両側に上記被検出部および磁気検出部の組を設けた場合は、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)はそれぞれこの発明の第1の実施形態にかかる回転センサ付軸受の部分破断側面図およびその被検出部,磁気検出部の正面図である。
【図2】磁気センサ出力の説明図である。
【図3】磁気センサ出力から内挿分割を行う処理の説明図である。
【図4】処理回路のブロック図である。
【図5】磁気検出部の出力の処理例の説明図である。
【図6】(A)〜(C)はそれぞれこの発明の他の実施形態にかかる回転センサ付軸受の部分破断側面図、その被検出部,磁気検出部の正面図、および第2の位置検出部の断面図である。
【図7】同実施形態における磁気センサの出力およびその各処理状態の信号の波形図である。
【図8】この発明のさらに他の実施形態の破断側面図である。
【図9】この発明のさらに他の実施形態の破断側面図である。
【図10】従来例の断面図である。
【図11】同従来例の被検出部と磁気検出部の関係を示す正面図である。
【図12】同従来例のセンサ出力の波形図である。
【符号の説明】
1,1′…転がり軸受部
2…回転側軌道輪(内輪)
3…固定側軌道輪(外輪)
4…転動体
5…保持器
7…被検出部
7a…磁気発生部材
7b…バックメタル
8…磁気検出部
8a,8b…磁気センサ
11…磁気検出回路基板
18…被検出部
18a…磁気発生部材
18b…バックメタル
19…磁気検出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing with a rotation sensor used for rotation detection in various devices, for example, rotation detection of a shaft whose rotation range is limited to a fixed region such as a steering angle sensor, position detection of a motor shaft, and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a general configuration of a bearing with a rotation sensor. In the figure, a
[0003]
With this configuration, with the rotation of the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration shown in FIG. 10, only the relative rotation angle of the rotation shaft can be detected, and the absolute position information is not known. Further, when the rotation axis rotates multiple times, it is difficult to know the absolute position information in the multiple rotations.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bearing with a rotation sensor capable of detecting the absolute position information of the rotation even in multiple rotations.
Another object of the present invention is to make it possible to detect an absolute position without performing an initialization operation when power is turned on.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A bearing with a rotation sensor according to the present invention includes a rolling bearing portion including a rotating raceway ring, a fixed raceway ring, a rolling element, and a retainer, and a bearing fixed to the retainer and having magnetic characteristics that periodically change in a circumferential direction. The apparatus includes a detection unit and a magnetic detection unit including an analog output magnetic sensor facing the detection target.
In the rolling bearing portion, the retainer rotates at a lower speed than the rotating raceway, as the rotating raceway rotates. Due to the rotation of the cage, the detection target fixed to the cage is detected by the magnetic detection unit, and the rotation of the cage is detected. The above-mentioned reduction ratio varies depending on the dimensions of the rolling bearing portion, but is generally about 2.5. Further, there is a certain relationship between the rotational position of the retainer and the rotational position of the rotating raceway. Therefore, by detecting the rotational position of the retainer, the rotational position of the rotating raceway is detected. The magnetic characteristics of the detected part fixed to the cage periodically change in the circumferential direction. However, since the analog output magnetic sensor is used as the magnetic detection part, the output is electrically processed to be detected. Position detection can be performed in the middle of one cycle of the magnetic characteristics of the detection unit. The absolute angle can be detected by setting the cycle of the change to a specific cycle for one rotation of the cage, or by using initialization or appropriate origin recognition means when the power is turned on. As described above, since the retainer is decelerating with respect to the rotating race, the absolute position can be detected within the range of the rotation speed of the rotating race according to the reduction ratio. For example, if the reduction ratio is 2.5, the absolute position can be detected in the range of 2.5 rotations.
[0007]
In the present invention, the magnetic characteristic of the detected part with respect to the magnetic detection part may be changed as one cycle for one rotation of the cage.
If the magnetic characteristics change by one cycle for one rotation of the cage, the absolute position of the rotation position of the cage is detected, and the absolute position can be detected without performing initialization when the power is turned on. In this case, it is possible to detect an absolute position in a range of several rotations of the rotating raceway.
[0008]
Another bearing with a rotation sensor according to the present invention includes a rolling bearing portion including a rotating side bearing ring, a fixed bearing ring, a rolling element, and a retainer, and a magnetic characteristic fixed to the retainer and periodically changing in a circumferential direction. A first magnetic detecting portion comprising an analog output magnetic sensor facing the detected portion on the retainer side, and a magnetic characteristic fixed in the circumferential direction and fixed to the rotating raceway. It comprises a periodically detected part on the side of the bearing ring which is changed, and a second magnetic detecting part comprising an analog output magnetic sensor facing the detected part on the side of the bearing ring.
In the case where the detected portion fixed to the rotating raceway and the second detected portion opposed thereto are provided in addition to the first magnetic detection portion corresponding to the detected portion of the cage as described above, By electrically processing the signals obtained from the two magnetic detectors, it is possible to detect the absolute position of the rotating raceway in a range of several forward and reverse rotations.
[0009]
In this bearing with a rotation sensor, the magnetic characteristics of the detected part on the retainer side are changed as one cycle for one rotation of the cage, and the magnetic characteristics of the detected part on the raceway side are changed to one of the rotation side raceway. The rotation may be changed as one cycle.
In the case of this configuration, the absolute position can be detected in the range of forward / reverse rotation of the rotating raceway ring without performing initialization when the power is turned on.
[0010]
In the bearing with a rotation sensor having any one of the above-described configurations of the present invention, a pair of a detected portion and a magnetic detection portion facing the same may be disposed on both sides of the rolling bearing portion in the axial direction. In this case, in a case where the rolling elements of the rolling bearing section are of a double row and have two cages for holding the rolling elements of each row, the detected parts on both sides are fixed to these two cages, respectively. You may.
Since the detection signal can be multiplexed by providing the pair of the detected part and the magnetic detection part on both sides in this manner, it is possible to support when one of the magnetic detection parts fails, and to provide a support for the rotation sensor bearing. This leads to improved reliability.
[0011]
In the present invention, it is preferable that the rolling bearing is used with a preload applied. If there is a gap or slip between the raceway surface of the bearing ring and the rolling element, the rotation of the retainer will be delayed. However, by applying a preload, the above-mentioned slippage is prevented, and the rotation-side raceway is detected by detecting the rotation of the retainer. Accurate rotation detection can be performed.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The bearing with a rotation sensor shown in FIG. 1A includes a rolling
[0013]
The detected
[0014]
The
[0015]
Here, when the
[0016]
FIG. 2 shows waveforms of detection signals of the magnetic sensors 8a and 8b accompanying the rotation of the
[0017]
FIG. 3 is an example for interpolating and dividing one cycle of a sine wave having a phase difference of 90 °. An output ratio b / a obtained by dividing the output signal of the magnetic sensor 8b by the output signal of the magnetic sensor 8a, taking the midpoint (Vc / 2) of the output of the magnetic sensors 8a and 8b as 0 (dotted line in the figure) And a position within an electrical angle of 360 ° from a correction table indicating the relationship between the output ratio b / a and the position based on the quadrant position within one cycle of the sine wave obtained from the quadrant discrimination of the magnetic sensors 8a and 8b. Based on this value, the range of 360 ° in electrical angle is interpolated and divided.
[0018]
FIG. 4 is an example of a processing circuit for generating a rotation pulse signal by interpolation division from the signals of the two magnetic sensors 8a and 8b, and is mounted in the magnetic
[0019]
As shown in FIGS. 4A and 4B, if the signal divided into n is taken out as a code output in multiple bits (bits), the rotation from the 0 to n- as shown in FIGS. A code output that repeats 1 is obtained.
Here, as a signal division method, the output ratio of the magnetic sensors 8a and 8b was obtained, but another interpolation division method based on the sine wave output of the magnetic sensors 8a and 8b may be used.
[0020]
As described above, according to the bearing with the rotation sensor of this embodiment, the
[0021]
6 and 7 show a second embodiment. In the structure of FIG. 1, an absolute position output is possible in a range of 2.5 rotations of the rotating side raceway (inner ring) 2, whereas in the second embodiment, the rotation side raceway (inner ring) 2 The absolute position can be detected in the forward and reverse 2.5 rotations, that is, within the range of ± 2.5 rotations.
FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating the configuration of the second embodiment. This embodiment is the same as the first embodiment, except for items to be particularly described. The difference from the first embodiment is that a detected
FIG. 6B shows a configuration of the
[0022]
FIG. 6C shows the structure of the second
[0023]
FIG. 7A shows an output example of the magnetic sensors 8a and 8b and the magnetic sensors 19a and 19b. In FIG. 7A, a sine wave signal (magnetic sensors 8a, 8b) of one cycle with 2.5 rotations of the
[0024]
As described above, the first
[0025]
8 and 9 show a third embodiment. FIG. 8 shows a configuration in which a double-row type is used as the rolling bearing 1 ', and each means for detecting rotation described in FIG. 1 is mounted on both axial sides of the rolling bearing 1'. I have. That is, the detected
By providing the set of the detected
[0026]
FIG. 9 shows a configuration in which the first and
[0027]
In each of the examples of FIGS. 8 and 9, the detected
[0028]
In each of the above embodiments, the signals of the two magnetic sensors 8a and 8b constituting the
Further, the detected
Although the sensor component has been described as a means for fixing to the side surface of the bearing in a protruding manner, an annular ring formed by extending the width of the
[0029]
【The invention's effect】
A bearing with a rotation sensor according to the present invention includes a detected part which is fixed to a retainer and whose magnetic characteristics periodically change in a circumferential direction, and a magnetic detection part comprising an analog output magnetic sensor facing the detected part. Therefore, the absolute position information of the rotation can be detected even in the case of multiple rotations. In particular, when the magnetic characteristics of the detected part with respect to the magnetic detection part are changed in one cycle for one rotation of the cage, the absolute position can be detected without performing the initialization operation when the power is turned on.
In addition to the detected portion and the magnetic detection portion, the detected portion on the raceway side, which is fixed to the rotating raceway and whose magnetic characteristics periodically change in the circumferential direction, faces the detected portion on the raceway side. In the case where the second magnetic detection unit including an analog output magnetic sensor is provided, the absolute position can be detected within a range of several rotations in both the forward and reverse directions of the rotating raceway.
When the set of the detected portion and the magnetic detection portion is provided on both left and right sides of the bearing portion, the reliability is improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a partially cutaway side view of a bearing with a rotation sensor according to a first embodiment of the present invention, and a front view of a detected part and a magnetic detection part thereof.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an output of a magnetic sensor.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a process of performing interpolation division from an output of a magnetic sensor.
FIG. 4 is a block diagram of a processing circuit.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a processing example of an output of a magnetic detection unit.
6 (A) to 6 (C) are each a partially cutaway side view of a bearing with a rotation sensor according to another embodiment of the present invention, a front view of a detected portion thereof, a magnetic detection portion, and a second position detection. It is sectional drawing of a part.
FIG. 7 is a waveform diagram of an output of the magnetic sensor and signals in respective processing states according to the embodiment.
FIG. 8 is a cutaway side view of still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cutaway side view of still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a conventional example.
FIG. 11 is a front view showing a relationship between a detected part and a magnetic detection part of the conventional example.
FIG. 12 is a waveform diagram of a sensor output of the conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 1 '... rolling
3 ... Fixed side raceway (outer ring)
4
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