JP2007240443A - 回転角度センサ付き転がり軸受およびその磁気センサの検出出力の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正できるようにすることである。
【解決手段】２つの磁気センサ７の内輪１の回転角度θに対する検出出力を補正する外部の較正装置１５へ入力するための、磁気センサ７の検出出力の出力端子としてのコネクタ１４を、センサハウジング９に形成した突出部９ａの外面に設けることにより、回転角度センサを転がり軸受に装着した状態で、コネクタ１４に較正装置１５の入力ケーブル１５ａを接続して、磁気エンコーダ６の芯ずれや磁気センサ７の取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサ７の出力誤差を補正できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度センサ付き転がり軸受およびその磁気センサの検出出力の補正方法に関する。

内外輪の軌道輪のうちの回転軌道輪側に、円周方向でＮ極とＳ極が交互に設けられた磁気エンコーダを装着し、固定軌道輪側に、この磁気エンコーダの回転に伴うＮ極とＳ極からの磁束の変化を検出する２つの磁気センサを配設して、これらの２つの磁気センサと、その検出出力から回転軌道輪の回転角度を演算する演算回路を有する回路基板とを、固定軌道輪側に装着したセンサハウジングに収納した回転角度センサ付き転がり軸受には、磁気エンコーダのＮ極とＳ極を円周方向で１極ずつ設け、２つの磁気センサを互いに９０°位相をずらして配設して、磁気センサの温度変化に起因する出力誤差を補正するようにしたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

すなわち、磁気エンコーダのＮ極とＳ極を円周方向で１極ずつ設けることにより、回転軌道輪の回転角度θによって変化する２つの磁気センサの検出出力を、回転軌道輪の１回転（３６０°）で１周期となる三角関数の波形とするとともに、これらを互いに９０°位相をずらして配設することにより、一方の磁気センサの検出波形を正弦波（ａ_２ｓｉｎθ＋ｂ_２）、他方の磁気センサの検出波形を余弦波（ａ_１ｃｏｓθ＋ｂ_１）とし、温度変化によって変化する各磁気センサの感度ａ_１、ａ_２、ｂ_１、ｂ_２と無関係に、上記ｓｉｎθとｃｏｓθとの比ｓｉｎθ／ｃｏｓθ、すなわちｔａｎθから回転軌道輪の回転角度θを求めるようにしている。

特許文献１、２に記載された回転角度センサ付き転がり軸受は、温度変化に起因する磁気センサの出力誤差は自然に補正できるが、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する出力誤差のように、回転軌道輪の真の回転角度と、磁気センサで認識される磁気エンコーダの回転角度との間にずれが生じることに起因する出力誤差は補正できない。

なお、転がり軸受用のものではないが、このような磁気エンコーダや磁気センサの所定位置からのずれに起因する出力誤差を含めて、回転角度センサの出力誤差を補正する手段としては、各磁気センサの検出出力を外部の較正装置に入力し、各磁気センサを磁界に対して所定の角度ずつ基準位置まで相対回転させて、このときの各磁気センサの検出出力を較正装置で解析して、解析で求められた回転角度に対する出力誤差を補正し、この補正パラメータを回転角度センサに内蔵される不揮発性メモリに記憶するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−４０２８号公報 特開２００４−２０５４８号公報 特開２００４−１９１１０１号公報

特許文献１、２に記載されたような回転角度センサ付き転がり軸受における磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する出力誤差を補正するためには、特許文献３に記載された回転角度センサの出力誤差の補正手段を採用することが考えられる。

転がり軸受用の回転角度センサは、センサハウジングに収納される磁気センサや回路基板への水や塵埃等の付着による短絡等を防止するために、通常、センサハウジングに樹脂等の充填材を充填して、これらをモールドしており、回路基板からの出力のみが外部に取り出されるようになっている。センサハウジングへの磁気センサと回路基板の収納とモールドは、センサハウジングを固定軌道輪側に装着する前に行なわれる。

このため、特許文献３に記載された補正手段を採用するためには、磁気センサの検出出力を外部の較正装置に入力するために、磁気センサや回路基板をモールドする前に行う必要があるので、回転角度センサを転がり軸受に装着した状態ではこの補正手段を採用することができず、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する出力誤差は補正できない問題がある。

そこで、本発明の課題は、回転角度センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、内外輪の軌道輪のうちの回転軌道輪側に、円周方向でＮ極とＳ極が１極ずつ設けられた磁気エンコーダを装着し、固定軌道輪側に、この磁気エンコーダの回転に伴う前記１極ずつのＮ極とＳ極からの磁束の変化を検出する２つの磁気センサを互いに９０°位相をずらして配設して、これらの２つの磁気センサと、その検出出力から前記回転軌道輪の回転角度を演算する演算回路を有する回路基板とを、前記固定軌道輪側に装着したセンサハウジングに収納した回転角度センサ付き転がり軸受において、前記２つの磁気センサの前記回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正するための較正装置が外部に設けられ、この外部の較正装置へ入力するための前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングから取り出し可能とした構成を採用した。

すなわち、２つの磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正する外部に設けられた較正装置へ入力するための、磁気センサの検出出力の出力端子を、センサハウジングから取り出し可能とすることにより、回転角度センサを転がり軸受に装着した状態で磁気センサの検出出力の出力端子に外部の較正装置を接続して、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正できるようにした。また、この回転角度センサ付き転がり軸受は、軸受を所定時間使用した後のメンテナンス用にも、磁気センサの出力誤差を補正することができる。

前記外部の較正装置としては、磁気エンコーダを装着した回転軌道輪を所定の角度ずつ基準位置まで回転させて、このときに入力される各磁気センサの検出出力を解析して、解析で求められた回転角度に対する出力誤差を補正し、その補正パラメータを出力するものを採用することができる。

前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングに形成した突出部の外面に設けたコネクタとすることにより、この出力端子に外部の較正装置を簡単に接続することができる。

前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングから取り出されたケーブルの先端に設けたコネクタとすることによっても、この出力端子に外部の較正装置を簡単に接続することができる。

前記コネクタの接続部にカバーを取り付けることにより、軸受使用中のコネクタへの水や塵埃の付着による短絡等を防止することができる。

上述した各回転角度センサ付き転がり軸受は、前記センサハウジングに収納された磁気センサと回路基板とが充填材でモールドされたものに好適である。

また、本発明は、上述したいずれかの回転角度センサ付き転がり軸受の前記磁気センサの検出出力の補正方法において、前記磁気エンコーダを回転軌道輪側に装着し、前記センサハウジングを固定軌道輪側に装着した状態で、前記磁気センサの検出出力を前記外部の較正装置へ入力し、前記回転軌道輪を回転させながら、前記磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正する方法を採用することにより、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正できるようにした。

前記回転角度センサ付き転がり軸受を実機の装置に組み込んだ状態で、前記回転軌道輪を回転させながら、前記磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正することにより、軸受を組み込んだときの予圧や軸受に負荷される荷重等による磁気エンコーダと磁気センサとの相対的な位置ずれに起因する磁気センサの出力誤差を補正することができる。

本発明の回転角度センサ付き転がり軸受は、２つの磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正する外部に設けられた較正装置へ入力するための、磁気センサの検出出力の出力端子を、センサハウジングから取り出し可能としたので、回転角度センサを転がり軸受に装着した状態で磁気センサの検出出力の出力端子に外部の較正装置を接続して、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正することができる。この回転角度センサ付き転がり軸受は、軸受を所定時間使用した後のメンテナンス用にも、磁気センサの出力誤差を補正することができる。

前記磁気センサの検出出力の出力端子を、センサハウジングに形成した突出部の外面に設けたコネクタとすることにより、この出力端子に外部の較正装置を簡単に接続することができる。

前記磁気センサの検出出力の出力端子を、センサハウジングから取り出されたケーブルの先端に設けたコネクタとすることによっても、この出力端子に外部の較正装置を簡単に接続することができる。

前記コネクタの接続部にカバーを取り付けることにより、軸受使用中のコネクタへの水や塵埃の付着による短絡等を防止することができる。

また、本発明の磁気センサの検出出力の補正方法は、上述したいずれかの回転角度センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダを回転軌道輪側に装着し、センサハウジングを固定軌道輪側に装着した状態で、磁気センサの検出出力を外部の較正装置へ入力し、回転軌道輪を回転させながら、磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正するようにしたので、磁気エンコーダの芯ずれや磁気センサの取り付け位置のずれ等に起因する磁気センサの出力誤差を補正することができる。

前記回転角度センサ付き転がり軸受を実機の装置に組み込んだ状態で、回転軌道輪を回転させながら、磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正することにより、軸受を組み込むときの予圧や軸受に負荷される荷重等による磁気エンコーダと磁気センサとの相対的な位置ずれに起因する磁気センサの出力誤差を補正することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。この回転センサ付き転がり軸受は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、回転軌道輪としての内輪１と固定軌道輪としての外輪２の間の軸受空間に、ボール３が保持器４で保持されて、軸受空間の一端側がシール５でシールされた玉軸受であり、シール５が装着された側と反対側で、内輪１に磁気エンコーダ６が装着され、磁気エンコーダ６の回転に伴う磁束の変化を検出する２つの磁気センサ７と、その検出出力から内輪１の回転角度θを演算する演算回路８ａを有する回路基板８とが収納されたセンサハウジング９が外輪２に装着されている。

前記磁気エンコーダ６は、円筒状に形成されて内輪１の外径面端部に圧入で固定された芯金１０の外径面に接着されており、図２に示すように、円周方向の半分がＮ極に、残りの半分がＳ極に着磁され、Ｎ極とＳ極が円周方向で１極ずつ設けられている。

前記センサハウジング９は、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、外輪２の内径面端部に圧入で固定された芯金１１と、軸端側を覆う側板１２とで形成され、その内部に２つの磁気センサ７と回路基板８とが、樹脂の充填材１３でモールドされている。２つの磁気センサ７は、互いに位相を９０°ずらして、磁気エンコーダ６と対向するように配設され、回路基板８と結線されている。なお、センサハウジング９は、磁気エンコーダ６とその芯金１０との間で、軸受空間をシールするラビリンス隙間を形成している。

また、センサハウジング９には、円周方向の一箇所で外径側に突出する突出部９ａが形成され、この突出部９ａの外面に、各磁気センサ７の検出出力の出力端子であるコネクタ１４が設けられ、このコネクタ１４に、２つの磁気センサ７の内輪１の回転角度θに対する検出出力を補正するための較正装置１５の入力ケーブル１５ａが接続されるようになっている。コネクタ１４の接続部には、軸受使用中の水や塵埃の付着を防止するカバー１４ａが取り付けられるようになっている。また、突出部９ａには、演算回路８ａで演算された回転角度θを出力する出力ケーブル１６も接続されている。

図３は、上述した回転センサ付き転がり軸受を実機の装置に組み込んだ状態で、前記コネクタ１４に較正装置１５の入力ケーブル１５ａを接続して、装置の回転軸２１に取り付けられた内輪１を所定の角度ずつ回転させながら、各磁気センサ７の内輪１の回転角度θに対する検出出力を補正する方法を示す。この方法では、磁気エンコーダ６の芯ずれや磁気センサ７の取り付け位置のずれに起因する出力誤差のみでなく、軸受を組み込んだときの予圧や軸受に負荷される荷重等による磁気エンコーダ６と各磁気センサ７との相対的な位置ずれに起因する出力誤差も補正することができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態を示す。この回転センサ付き転がり軸受は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記各磁気センサ７の検出出力の出力端子としてのコネクタ１４が、センサハウジング９の突出部９ａから取り出されたケーブル１４ｂの先端に設けられている点が異なる。その他の部分は第１の実施形態のものと同じであり、コネクタ１４の接続部にはカバー１４ａが取り付けられるようになっている。

上述した各実施形態では、転がり軸受を内輪が回転軌道輪とされた玉軸受としたが、本発明に係る回転角度センサ付き転がり軸受は、ころ軸受等の他のタイプの転がり軸受にも適用することができ、外輪が回転軌道輪とされた転がり軸受にも適用することができる。

ａは第１の実施形態の回転センサ付き転がり軸受を示す縦断側面図、ｂはａの切欠き正面図 図１の磁気エンコーダを示す斜視図 図１の回転センサ付き転がり軸受を実機の装置に組み込んだ状態で各磁気センサの回転角度θに対する検出出力を補正する方法を示す縦断側面図 ａは第２の実施形態の回転センサ付き転がり軸受を示す縦断側面図、ｂはａの切欠き正面図

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ ボール
４ 保持器
５ シール
６ 磁気エンコーダ
７ 磁気センサ
８ 回路基板
８ａ 演算回路
９ センサハウジング
９ａ 突出部
１０、１１ 芯金
１２ 側板
１３ 充填材
１４ コネクタ
１４ａ カバー
１４ｂ ケーブル
１５ 較正装置
１５ａ 入力ケーブル
１６ 出力ケーブル

Claims (7)

1. 内外輪の軌道輪のうちの回転軌道輪側に、円周方向でＮ極とＳ極が１極ずつ設けられた磁気エンコーダを装着し、固定軌道輪側に、この磁気エンコーダの回転に伴う前記１極ずつのＮ極とＳ極からの磁束の変化を検出する２つの磁気センサを互いに９０°位相をずらして配設して、これらの２つの磁気センサと、その検出出力から前記回転軌道輪の回転角度を演算する演算回路を有する回路基板とを、前記固定軌道輪側に装着したセンサハウジングに収納した回転角度センサ付き転がり軸受において、前記２つの磁気センサの前記回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正するための較正装置が外部に設けられ、この外部の較正装置へ入力するための前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングから取り出し可能としたことを特徴とする回転角度センサ付き転がり軸受。
2. 前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングに形成した突出部の外面に設けたコネクタとした請求項１に記載の回転角度センサ付き転がり軸受。
3. 前記磁気センサの検出出力の出力端子を、前記センサハウジングから取り出されたケーブルの先端に設けたコネクタとした請求項１に記載の回転角度センサ付き転がり軸受。
4. 前記コネクタの接続部にカバーを取り付けた請求項２または３に記載の回転角度センサ付き転がり軸受。
5. 前記センサハウジングに収納された磁気センサと回路基板とが充填材でモールドされた請求項１乃至４のいずれかに記載の回転角度センサ付き転がり軸受。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された回転角度センサ付き転がり軸受の前記磁気センサの検出出力の補正方法において、前記磁気エンコーダを回転軌道輪側に装着し、前記センサハウジングを固定軌道輪側に装着した状態で、前記磁気センサの検出出力を前記外部の較正装置へ入力し、前記回転軌道輪を回転させながら、前記磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正するようにしたことを特徴とする磁気センサの検出出力の補正方法。
7. 前記回転角度センサ付き転がり軸受を実機の装置に組み込んだ状態で、前記回転軌道輪を回転させながら、前記磁気センサの回転軌道輪の回転角度に対する検出出力を補正するようにした請求項６に記載の磁気センサの検出出力の補正方法。

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