JP4622185B2

JP4622185B2 - Encoder and rolling bearing unit with encoder

Info

Publication number: JP4622185B2
Application number: JP2001235311A
Authority: JP
Inventors: 俊秋前田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP2003042803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、例えば自動車の車輪の回転速度、或は工作機械の主軸の回転速度や回転角度を検出する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）を制御する為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。この様な目的で車輪の回転速度を検出する為に従来から、各種構造のエンコーダ付転がり軸受ユニットが知られている。車輪の回転速度検出を磁気的に行なう場合、上記エンコーダとして、円周方向に関して磁気特性が交互に変化するものを使用する。この様に円周方向に関して磁気特性が交互に変化するエンコーダとして、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を使用するエンコーダは、センサ側の構造を簡単に構成し、しかも低速時の検出値の信頼性を確保する面から、近年使用される場合が増大している。
【０００３】
図４〜６は、上述の様な目的で使用されるエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットの従来構造の１例を示している。回転輪であるハブ１は、ハブ本体２と内輪３とを結合固定して成る。このハブ本体２の外端（自動車への組み付け状態で幅方向外側となる端を言い、図４の左端）部外周面には、車輪を取付固定する為のフランジ４を、中間部外周面には、上記ハブ１の外周面に設ける複列の内輪軌道５ａ、５ｂのうちの外側（図４の左側）の内輪軌道５ａを、内端（自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる端を言い、図４の右端）部には小径の段部６を、それぞれ形成している。
【０００４】
上記内輪３は、この段部６に外嵌し、更に上記ハブ本体２の内端部に形成した雄ねじ部７に螺着したナット８により、このハブ本体２の内端部に固定している。この様な内輪３の外周面には、上記ハブ１の外周面に設ける複列の内輪軌道５ａ、５ｂのうちの内側（図４の右側）の内輪軌道５ｂを設けている。そして、これら両内輪軌道５ａ、５ｂと、静止輪である外輪９の内周面に設けた複列の外輪軌道１０、１０との間に、それぞれ複数個ずつの転動体１１、１１を、保持器１２、１２により保持した状態で設け、上記外輪９の径方向内側に上記ハブ１を回転自在に支持している。この外輪９の外周面には外向フランジ状の取付部１３を設け、この外輪９を、ナックル等の懸架装置に結合支持自在としている。尚、図示の例では、転動体１１、１１として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【０００５】
又、上記内輪３の内端部で上記内輪軌道５ｂよりも軸方向（図１、３〜６の左右方向）内方に位置する肩部１４には、円環状のエンコーダ１５を固定している。このエンコーダ１５は、芯金１６と永久磁石１７とから成る。このうちの芯金１６は、ＳＰＣＣの如き軟鋼板等の強磁性金属板にプレス加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成して成り、円筒部１８と、この円筒部１８の軸方向一端（図１、３〜６の右端）縁から径方向外方に折れ曲がった円輪部１９とを有する。又、上記永久磁石１７は、ゴム等の高分子弾性材中に、フェライト等の強磁性材の粉末を混入したもので、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記永久磁石１７の軸方向側面には、Ｓ極とＮ極とが交互に且つ等間隔で配置されている。この様なエンコーダ１５は、上記円筒部１８を上記肩部１４に、締り嵌めで外嵌する事により、上記内輪３に対し固定している。尚、図示の例の場合、上記永久磁石１７の外周縁部に形成した鈎部２０を上記円輪部１９の外周縁に係止する事により、上記永久磁石１７と上記芯金１６との接合強度の向上を図っている。
【０００６】
又、上記外輪９の外端（図４の左端）開口部と上記ハブ１の中間部外周面との間の隙間は、シールリング２１により塞いでいる。一方、上記外輪９の内端（図４の右端）開口部は、カバー２２により塞いでいる。このカバー２２は、ステンレス鋼板、軟鋼板等の金属板を、絞り加工等により塑性変形させて、或は合成樹脂を成形加工して、全体を略有底円筒状に形成したもので、その外端開口部を上記外輪９の内端部に、締まり嵌めで内嵌固定する事により、この外輪９の内端開口部を塞いでいる。尚、上記カバー２２に代えて、エンコーダを組み付けたスリンガとシールリングとを組み合わせた周知の組み合わせシールリングを使用する場合もある。この場合、上記シールリングを上記外輪９の内端部内周面に内嵌し、上記スリンガを上記内輪３の内端部外周面に外嵌する。そして、上記シールリングを構成するシールリップを上記エンコーダを組み付けたスリンガ（芯金）に摺接させる事により、上記外輪９の内端開口部を塞ぐ。
【０００７】
図示の例の場合には、上記カバー２２を構成する底板部２３の一部で、上記エンコーダ１５の被検出面である上記永久磁石１７の片側面（図４の右側面）と対向する部分に形成した通孔２４部分に、センサ２５を支持している。尚、上記カバー２２に代えて上記組み合わせシールリングを使用する場合には、上記センサ２５は懸架装置を構成する図示しないナックル等に支持する。このセンサ２５は、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検知素子と、この磁気検知素子の出力信号を整形する為の波形整形回路を組み込んだＩＣとを備えた周知構造を有するもので、その先端面（図４の左端面）を、検出面としている。この様なセンサ２５は、この検出面を上記エンコーダ１５の被検出面に、例えば０．５〜１mm程度の微小隙間を介して対向させている。上述の様なセンサ２５は、上記検出面が、上記永久磁石の片側面に配置されたＳ極に対向する瞬間とＮ極に対向する瞬間とで、上記磁気検知素子の特性が変化する事を利用して、出力信号を得る。
【０００８】
上述の様に構成するエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、次の様にして、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度、回転量等の回転状態を検出する。即ち、自動車への組み付け時には、上記外輪９を、この外輪９の外周面に固設した取付部１３により、懸架装置を構成する図示しないナックルに対し取付固定する。又、前記ハブ１の外端部外周面に設けたフランジ４に、車輪を固定する。
【０００９】
この状態でこの車輪と共に上記ハブ１が回転し、このハブ１に支持された前記エンコーダ１５が回転すると、上記センサ２５の検出面の近傍を、上記エンコーダ１５を構成する永久磁石１７の片側面に配置したＳ極とＮ極とが交互に通過する。この結果、上記磁気検知素子の特性が変化する。即ち、この磁気検知素子を通過する磁束の方向が変化する事により、この磁気検知素子の特性が変化し、この磁気検出素子を組み込んだ上記センサ２５の出力信号も変化する。そして、この様なセンサ２５の出力信号が変化する周波数は、上記エンコーダ１５の回転速度に比例する。そこで、この様なセンサ２５の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
センサ２５のコスト上昇を抑えつつ回転速度検出の信頼性を確保する為には、磁気検知素子の出力信号の変化の振幅を所定以上の大きさとする必要がある。この為には、上記磁気検知素子の出力を変化させる為のエンコーダ１５の被検出部のうち、特に上記センサ２５の検出部が対向する部分の磁束の変化を大きくする必要がある。そして、この磁束の変化を大きくする為には、上記センサ２５の検出部が対向する部分での、上記エンコーダ１５の磁束密度を大きくする必要がある。
【００１１】
これに対して、上記エンコーダ１５の側面から出る磁束の密度は、図７に示す様に、このエンコーダ１５の径方向位置によって異なる。即ち、このエンコーダ１５の内径側では外径側に比べて磁束密度が低くなる。この理由に就いて図８により説明する。上記エンコーダ１５を構成する永久磁石１７は、同図に示す様に、全体を円輪状に形成し、Ｓ極とＮ極とを円周方向に関して交互に配置している為、これらＳ極及びＮ極の形状は、それぞれ扇形になる。従って、Ｓ極とＮ極との面積は、それぞれ外径側に比べて内径側が小さくなる為、上記永久磁石１７を添着したエンコーダ１５の内径側では外径側に比べて磁束密度が低くなる。又、外周縁に近い部分では、この外周縁に近づくに従って、磁束密度が低下する。
【００１２】
この結果、上記エンコーダ１５の側面で磁束密度が高い部分の、径方向に関する幅は小さくなる。前記センサ２５の検出部は、上記エンコーダ１５の径方向に関しても幅を有する。従って、図７に示す様に、エンコーダ１５の磁束密度の分布が径方向に関して不均一である事は、回転速度検出を安定して行なう面からは好ましくない。
本発明は、この様な事情に鑑みて、エンコーダの側面で磁束密度が高い部分の範囲を広くすべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載したエンコーダは、前述した従来構造と同様に、全体を円輪状に形成し、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を備える。
特に、本発明のエンコーダに於いては、上記永久磁石の軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている。
【００１４】
又、請求項４に記載したエンコーダ付転がり軸受ユニットは、従来構造と同様に、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、この回転側軌道と上記静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪に支持された芯金と、この芯金に永久磁石を支持する事により構成されるエンコーダとを備える。
特に、本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットに於いては、上記エンコーダは、上述した様に、上記永久磁石の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関し漸次変化させている。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成される本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットにより、回転速度を検出する為の基本的な作用は、前述した従来構造と同様である。
特に、本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載したエンコーダは、このエンコーダを構成する永久磁石の軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている為、従来構造のエンコーダと比べて磁束密度が高い部分の幅を広くできる。即ち、磁束密度は、永久磁石の面積以外に、厚さにも影響される為、面積の小さい内径側部分で永久磁石の厚さを厚くすればこの内径側の磁束密度を高くできる。この結果、センサの検出部が対向する部分のほぼ全幅で磁束密度を高くし、回転速度検出の信頼性確保を図れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例のエンコーダ１５ａは、前述した従来構造と同様に、芯金１６ａと永久磁石１７ａとを組み合わせて成る。このうちの芯金１６ａは、ＳＰＣＣの如き軟鋼板等の強磁性金属板にプレス加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成して成り、円筒部１８と、この円筒部１８の軸方向（図１の左右方向）一端縁（図１の右端縁）から径方向外方に直角に折れ曲がった円輪部１９ａとを有する。又、上記永久磁石１７ａは、ゴム等の高分子弾性材中に、フェライト等の強磁性材の粉末を混入したもので、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記永久磁石１７ａの軸方向側面には、Ｓ極とＮ極とが交互に且つ等間隔で配置されている。この様なエンコーダ１５ａは、上記円筒部１８を肩部１４に、締り嵌めで外嵌する事により、内輪３（図４参照）に対し固定する。尚、図示の例の場合、上記永久磁石１７ａの外周縁部に形成した鈎部２０を上記円輪部１９ａの外周縁に係止する事により、上記永久磁石１７ａと上記芯金１６ａとの接合強度の向上を図っている。
【００１７】
特に、本例の場合には、上記永久磁石１７ａの軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている。即ち、上記永久磁石１７ａの軸方向両側面のうち、被検出面となる、上記円輪部１９ａと反対側面（図１の右面）を、中心軸に対し直角方向に存在する平面としている。これに対して、上記円輪部１９ａに添着する面である他側面（図１の左面）を、軸方向の厚さが外径側で薄く、内径側で厚くなる方向に傾斜した、円すい凸面状の傾斜面２６としている。又、上記芯金１６ａを構成する上記円輪部１９ａの軸方向の厚さも、径方向に関して漸次変化させている。即ち、上記円輪部１９ａの永久磁石１７ａを添着する面に、上記傾斜面２６と同じ角度で傾斜した円すい凹面状の傾斜面２７を形成して、円輪部１９ａの軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くしている。
【００１８】
上述の様に構成する本例のエンコーダ１５ａは、例えば前述した図４に示す様な転がり軸受ユニットに組み込んで、エンコーダ付転がり軸受ユニットを構成する。この様なエンコーダ付転がり軸受ユニットにより、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する為の作用は、前述した従来のエンコーダ付転がり軸受ユニットと同様である。
【００１９】
特に、本発明のエンコーダ１５ａは、このエンコーダ１５ａを構成する永久磁石１７ａの軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている為、従来構造のエンコーダ１５と比べて内径側の磁束密度を高くできる。図２は、上記エンコーダ１５ａの径方向に関する磁束密度の分布を示す。この図２と前述した図７とを比べると、本例のエンコーダ１５ａは従来構造のエンコーダ１５と比べて、内径側に於いて磁束密度が高く、磁束密度が高い部分の幅が広くなっている事が分かる。即ち、磁束密度の強さは、永久磁石１７ａの面積以外に、永久磁石１７ａの厚さにも影響される為、面積の小さい内径側部分で永久磁石１７ａの厚さを厚くすれば、この内径側の磁束密度を高くできる。この結果、エンコーダ１５ａの側面で、センサ２５（図４）の検出部が対向する部分の磁束密度を、この部分の大部分で高くして、回転速度検出の信頼性を確保できる。
【００２０】
又、本例の場合、上記円輪部１９ａの永久磁石１７ａを添着する面を凹ませる事により、前記傾斜面２７を形成している為、上記永久磁石１７ａの内径側を厚くしても、上記エンコーダ１５ａの軸方向が大きくなる事を防止できる。この為、上記センサ２５（図４）との距離が短くなる様な小型の転がり軸受ユニットに組み込んだ場合でも、上記永久磁石１７ａとセンサ２５とが干渉する事はない。
【００２１】
次に、図３は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例のエンコーダ１５ｂの場合には、芯金１６ｂに永久磁石１７ａを添着した状態でこの永久磁石１７ａの片側面（図２の右面）が軸方向に直交する平面となる様に、円輪部１９ｂをこの片側面に対し傾斜させている。即ち、上記芯金１６ｂは上記円輪部１９ｂを円筒部１８の一端縁から直角にまでは折り曲げず、上記永久磁石１７ａの他側面を構成する傾斜面２６と平行になる角度まで折り曲げている。そして、この円輪部１９ｂの側面に上記永久磁石１７ａの傾斜面２６を添着する事により、上記エンコーダ１５ｂを構成している。本例の場合、この様に構成する為、前述した第１例の場合よりも芯金の構造を簡単にでき、製造コストの上昇を抑える事ができる。但し、第１例のエンコーダ１５ａと比べて軸方向の寸法が多少嵩む為、センサ２５（図４）との距離が短くなる様な小型の転がり軸受ユニットには適さない場合もある。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００２２】
尚、上述した本発明の実施の形態の第１、２例に示したエンコーダ１５ａ、１５ｂを構成する永久磁石１７ａの径方向各部の軸方向の厚さを求める為に、ＳＮＲの磁束密度計算プログラムを用いると、最適な厚さを求める事ができる。即ち、このプログラムにより、センサの検出部が対向する部分の磁束密度が均一となる様な、上記永久磁石の断面形状を求めれば、無駄がなく、且つ、信頼性の高い回転速度検出を行なえるエンコーダを得られる。
【００２３】
又、本発明のエンコーダは、回転輪が外輪である外輪回転型の転がり軸受ユニットに就いても、適用する事ができる。この場合、芯金の円輪部を、円筒部の軸方向一端縁から径方向内方に折り曲げる。そして、上述した内輪回転の転がり軸受ユニットと同様に、円輪部の側面に全周に亙って永久磁石を添着し、上記円筒部を上記外輪に内嵌する。その他の構成及び作用は、上述した本発明の実施の形態の第１、２例の場合と同様である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用する為、コストの上昇を抑えつつ、回転速度の検出精度の信頼性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図５のＡ部に相当する断面図。
【図２】本発明のエンコーダの径方向に関する磁束密度の分布を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。
【図４】従来構造のエンコーダ付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図５】図４のエンコーダのみを取り出して示す部分断面図。
【図６】図５のＡ部拡大図。
【図７】従来構造のエンコーダの径方向に関する磁束密度の分布を示す線図。
【図８】図５のＢ矢視図。
【符号の説明】
１ハブ
２ハブ本体
３内輪
４フランジ
５、５ａ、５ｂ内輪軌道
６段部
７雄ねじ部
８ナット
９外輪
１０外輪軌道
１１転動体
１２保持器
１３取付部
１４肩部
１５、１５ａ、１５ｂエンコーダ
１６、１６ａ、１６ｂ芯金
１７、１７ａ永久磁石
１８円筒部
１９、１９ａ、１９ｂ円輪部
２０鈎部
２１シールリング
２２カバー
２３底板部
２４通孔
２５センサ
２６傾斜面
２７傾斜面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The encoder and the rolling bearing unit with an encoder according to the present invention are used for detecting, for example, the rotational speed of a wheel of an automobile or the rotational speed or rotational angle of a spindle of a machine tool.
[0002]
[Prior art]
A rolling bearing unit is used to rotatably support the wheels of the automobile with respect to the suspension system. Further, in order to control the anti-lock brake system (ABS) and the traction control system (TCS), it is necessary to detect the rotational speed of the wheel. In order to detect the rotational speed of a wheel for such a purpose, rolling bearing units with an encoder having various structures are conventionally known. When the rotational speed of the wheel is detected magnetically, an encoder whose magnetic characteristics alternately change in the circumferential direction is used as the encoder. As described above, an encoder using permanent magnets in which S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction as an encoder in which the magnetic characteristics change alternately in the circumferential direction has a simple structure on the sensor side, Moreover, in recent years, the use of the detection value at a low speed is increasing in terms of ensuring the reliability of the detection value.
[0003]
4 to 6 show an example of a conventional structure of an encoder and a rolling bearing unit with an encoder used for the above-described purpose. A hub 1 that is a rotating wheel is formed by coupling and fixing a hub body 2 and an inner ring 3. A flange 4 for mounting and fixing a wheel is provided on the outer peripheral surface of the hub main body 2 on the outer peripheral surface (the left end in FIG. 4, which is the outer end in the width direction when assembled to the automobile). The inner ring raceway 5a on the outer side (the left side in FIG. 4) of the double row inner ring raceways 5a and 5b provided on the outer peripheral surface of the hub 1 is the inner end (the end that is the central side in the width direction when assembled to the automobile). In the right end portion of FIG.
[0004]
The inner ring 3 is fixed to the inner end portion of the hub main body 2 by a nut 8 that is externally fitted to the stepped portion 6 and screwed to a male screw portion 7 formed at the inner end portion of the hub main body 2. . The inner ring raceway 5b on the inner side (right side in FIG. 4) of the double row inner ring raceways 5a and 5b provided on the outer peripheral face of the hub 1 is provided on the outer peripheral face of the inner ring 3 as described above. A plurality of rolling elements 11, 11 are held between the inner ring raceways 5a, 5b and the double row outer ring raceways 10, 10 provided on the inner peripheral surface of the outer ring 9 which is a stationary ring. The hub 1 is provided in a state of being held by the vessels 12 and 12, and the hub 1 is rotatably supported inside the outer ring 9 in the radial direction. An outer flange 9 is provided on the outer peripheral surface of the outer ring 9 so that the outer ring 9 can be connected to and supported by a suspension device such as a knuckle. In the illustrated example, balls are used as the rolling elements 11, 11, but in the case of a rolling bearing unit for automobiles that is heavy in weight, tapered rollers may be used as these rolling elements.
[0005]
An annular encoder 15 is fixed to a shoulder portion 14 located inward of the inner end of the inner ring 3 in the axial direction (left and right direction in FIGS. 1 and 3-6) from the inner ring raceway 5b. . The encoder 15 includes a cored bar 16 and a permanent magnet 17. Of these, the core 16 is formed by pressing a ferromagnetic metal plate such as a mild steel plate such as SPCC to form an entire ring shape with an L-shaped cross section, and a cylindrical portion 18 and the cylindrical portion 18. And an annular portion 19 that is bent radially outward from the edge in one axial direction (the right end in FIGS. 1 and 3 to 6). The permanent magnet 17 is made of a polymer elastic material such as rubber mixed with a powder of a ferromagnetic material such as ferrite, and is magnetized in the axial direction. The magnetization direction is changed alternately and at equal intervals in the circumferential direction. Therefore, the south pole and the north pole are alternately arranged at equal intervals on the side surface in the axial direction of the permanent magnet 17. Such an encoder 15 is fixed to the inner ring 3 by fitting the cylindrical portion 18 to the shoulder portion 14 by an interference fit. In the case of the illustrated example, the flange 20 formed on the outer peripheral edge of the permanent magnet 17 is engaged with the outer peripheral edge of the annular ring 19 so that the permanent magnet 17 and the core metal 16 are joined. The strength is improved.
[0006]
Further, a gap between the outer end (left end in FIG. 4) opening of the outer ring 9 and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the hub 1 is closed by a seal ring 21. On the other hand, the inner end (right end in FIG. 4) opening of the outer ring 9 is closed by a cover 22. The cover 22 is formed by plastically deforming a metal plate such as a stainless steel plate or a mild steel plate by drawing or the like, or molding a synthetic resin to form a substantially bottomed cylindrical shape. The inner opening of the outer ring 9 is closed by fixing the end opening to the inner end of the outer ring 9 with an interference fit. In place of the cover 22, a known combination seal ring in which a slinger with an encoder and a seal ring are combined may be used. In this case, the seal ring is fitted on the inner peripheral surface of the inner end portion of the outer ring 9, and the slinger is fitted on the outer peripheral surface of the inner end portion of the inner ring 3. The seal lip constituting the seal ring is slidably contacted with a slinger (core metal) assembled with the encoder, thereby closing the inner end opening of the outer ring 9.
[0007]
In the case of the illustrated example, a part of the bottom plate portion 23 constituting the cover 22 is opposed to a portion facing the one side surface (the right side surface in FIG. 4) of the permanent magnet 17 that is the detection surface of the encoder 15. The sensor 25 is supported by the formed through-hole 24 portion. When the combination seal ring is used instead of the cover 22, the sensor 25 is supported by a knuckle (not shown) constituting the suspension device. The sensor 25 has a well-known structure including a magnetic detection element such as a Hall element or a magnetoresistive element, and an IC incorporating a waveform shaping circuit for shaping the output signal of the magnetic detection element. The surface (left end surface in FIG. 4) is the detection surface. In such a sensor 25, the detection surface is opposed to the detection surface of the encoder 15 through a minute gap of about 0.5 to 1 mm, for example. The sensor 25 as described above indicates that the characteristics of the magnetic sensing element change between the moment when the detection surface faces the south pole and the moment when it faces the north pole arranged on one side of the permanent magnet. Use it to get the output signal.
[0008]
The encoder and the rolling bearing unit with the encoder configured as described above support the wheel rotatably with respect to the suspension device as follows, and detect the rotation state such as the rotation speed and the rotation amount of the wheel. . That is, at the time of assembling to the automobile, the outer ring 9 is fixedly attached to a knuckle (not shown) constituting the suspension device by means of a mounting portion 13 fixed to the outer peripheral surface of the outer ring 9. The wheel is fixed to a flange 4 provided on the outer peripheral surface of the outer end of the hub 1.
[0009]
When the hub 1 rotates together with the wheel in this state, and the encoder 15 supported by the hub 1 rotates, the vicinity of the detection surface of the sensor 25 is placed on one side of the permanent magnet 17 constituting the encoder 15. The arranged S poles and N poles pass alternately. As a result, the characteristics of the magnetic sensing element change. That is, when the direction of the magnetic flux passing through the magnetic detection element changes, the characteristics of the magnetic detection element change, and the output signal of the sensor 25 incorporating the magnetic detection element also changes. The frequency at which the output signal of the sensor 25 changes is proportional to the rotational speed of the encoder 15. Therefore, if such an output signal of the sensor 25 is sent to a controller (not shown), ABS and TCS can be controlled appropriately.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to ensure the reliability of rotation speed detection while suppressing an increase in the cost of the sensor 25, it is necessary to make the amplitude of the change in the output signal of the magnetic detection element larger than a predetermined value. For this purpose, it is necessary to increase the change in the magnetic flux in the portion of the detected portion of the encoder 15 for changing the output of the magnetic sensing element, particularly the portion of the sensor 25 facing the detecting portion. In order to increase the change in the magnetic flux, it is necessary to increase the magnetic flux density of the encoder 15 at the portion where the detection unit of the sensor 25 faces.
[0011]
On the other hand, the density of the magnetic flux emitted from the side surface of the encoder 15 varies depending on the radial position of the encoder 15 as shown in FIG. That is, the magnetic flux density is lower on the inner diameter side of the encoder 15 than on the outer diameter side. This reason will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the permanent magnet 17 constituting the encoder 15 is formed in an annular shape as a whole, and the S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction. Each pole has a fan shape. Accordingly, since the area of the S pole and the N pole is smaller on the inner diameter side than on the outer diameter side, the magnetic flux density is lower on the inner diameter side of the encoder 15 attached with the permanent magnet 17 than on the outer diameter side. Moreover, in the part close | similar to an outer periphery, magnetic flux density falls as this outer periphery is approached.
[0012]
As a result, the width in the radial direction of the portion where the magnetic flux density is high on the side surface of the encoder 15 is reduced. The detection part of the sensor 25 has a width also in the radial direction of the encoder 15. Therefore, as shown in FIG. 7, the non-uniform distribution of the magnetic flux density of the encoder 15 in the radial direction is not preferable from the viewpoint of stably detecting the rotational speed.
In view of such circumstances, the present invention was invented to widen the range of the portion where the magnetic flux density is high on the side surface of the encoder.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Of the encoder and the rolling bearing unit with an encoder according to the present invention, the encoder described in claim 1 is formed in a ring shape as a whole and has S poles and N poles alternately in the circumferential direction. With a permanent magnet.
In particular, in the encoder of the present invention, the thickness of the permanent magnet is gradually changed with respect to the radial direction so that the thickness in the axial direction is thin on the outer diameter side and thicker on the inner diameter side.
[0014]
In addition, the rolling bearing unit with an encoder according to claim 4 has a stationary side track on the stationary side circumferential surface as in the conventional structure, and a stationary wheel that does not rotate during use, and faces the stationary side circumferential surface. A rotating wheel having a rotating side track on the rotating side peripheral surface and rotating during use, a plurality of rolling elements provided between the rotating side track and the stationary side track, and the rotating wheel And an encoder configured by supporting a permanent magnet on the metal core.
In particular, in the rolling bearing unit with an encoder of the present invention, as described above, the encoder has the thickness of the permanent magnet so that it is thin on the outer diameter side and thick on the inner diameter side. It is gradually changed in the radial direction.
[0015]
[Action]
The basic operation for detecting the rotational speed by the encoder and the rolling bearing unit with the encoder of the present invention configured as described above is the same as that of the conventional structure described above.
In particular, of the encoder and the rolling bearing unit with an encoder of the present invention, the encoder according to claim 1 is such that the axial thickness of the permanent magnet constituting the encoder is thin on the outer diameter side and thick on the inner diameter side. Similarly, since the thickness is gradually changed in the radial direction, the width of the portion where the magnetic flux density is high can be widened as compared with the encoder of the conventional structure. That is, since the magnetic flux density is affected by the thickness in addition to the area of the permanent magnet, the magnetic flux density on the inner diameter side can be increased by increasing the thickness of the permanent magnet in the inner diameter side portion having a small area. As a result, it is possible to increase the magnetic flux density over almost the entire width of the portion where the detection portion of the sensor opposes, thereby ensuring the reliability of rotation speed detection.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first example of an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2. The encoder 15a of this example is formed by combining a cored bar 16a and a permanent magnet 17a in the same manner as the conventional structure described above. Of these, the core metal 16a is formed by pressing a ferromagnetic metal plate such as a mild steel plate such as SPCC to form an entire ring shape with an L-shaped cross section. And an annular portion 19a bent at a right angle outward from the one end edge (right end edge in FIG. 1) in the axial direction (left and right direction in FIG. 1). The permanent magnet 17a is a polymer elastic material such as rubber mixed with a powder of a ferromagnetic material such as ferrite, and is magnetized in the axial direction. The magnetization direction is changed alternately and at equal intervals in the circumferential direction. Therefore, S poles and N poles are alternately arranged at equal intervals on the axial side surface of the permanent magnet 17a. Such an encoder 15a is fixed to the inner ring 3 (see FIG. 4) by fitting the cylindrical portion 18 to the shoulder portion 14 by an interference fit. In the case of the illustrated example, the flange 20 formed on the outer peripheral edge of the permanent magnet 17a is locked to the outer peripheral edge of the circular ring portion 19a, thereby joining the permanent magnet 17a and the cored bar 16a. The strength is improved.
[0017]
In particular, in the case of this example, the thickness of the permanent magnet 17a is gradually changed in the radial direction so that the thickness in the axial direction is thin on the outer diameter side and thick on the inner diameter side. That is, of the both side surfaces in the axial direction of the permanent magnet 17a, the side surface (the right surface in FIG. 1) opposite to the annular portion 19a, which is the detection surface, is a plane that exists in a direction perpendicular to the central axis. On the other hand, the other side surface (the left surface in FIG. 1) attached to the circular ring portion 19a is a conical convex surface inclined in a direction in which the axial thickness is thin on the outer diameter side and thicker on the inner diameter side. A slanted surface 26 is formed. Further, the thickness in the axial direction of the annular portion 19a constituting the cored bar 16a is also gradually changed in the radial direction. That is, a conical concave inclined surface 27 that is inclined at the same angle as the inclined surface 26 is formed on the surface of the annular portion 19a to which the permanent magnet 17a is attached, so that the axial thickness of the annular portion 19a is increased. The outer diameter is thicker and the inner diameter is thinner.
[0018]
The encoder 15a of the present example configured as described above is incorporated into a rolling bearing unit as shown in FIG. 4 described above, for example, to constitute a rolling bearing unit with an encoder. By such a rolling bearing unit with an encoder, the wheel is supported rotatably with respect to the suspension device, and the operation for detecting the rotational speed of the wheel is the same as that of the conventional rolling bearing unit with an encoder described above. .
[0019]
In particular, the encoder 15a of the present invention gradually changes the thickness in the radial direction so that the axial thickness of the permanent magnet 17a constituting the encoder 15a is thin on the outer diameter side and thicker on the inner diameter side. Therefore, the magnetic flux density on the inner diameter side can be increased as compared with the encoder 15 having the conventional structure. FIG. 2 shows the distribution of magnetic flux density in the radial direction of the encoder 15a. Comparing FIG. 2 with FIG. 7 described above, the encoder 15a of this example has a higher magnetic flux density on the inner diameter side and a wider width at the portion where the magnetic flux density is higher than the encoder 15 of the conventional structure. I understand that. That is, the strength of the magnetic flux density is influenced by the thickness of the permanent magnet 17a in addition to the area of the permanent magnet 17a. Therefore, if the thickness of the permanent magnet 17a is increased at the inner diameter side portion having a small area, the inner diameter is increased. The magnetic flux density on the side can be increased. As a result, on the side surface of the encoder 15a, the magnetic flux density of the portion where the detection portion of the sensor 25 (FIG. 4) faces is increased in most of this portion, and the reliability of rotation speed detection can be ensured.
[0020]
In the case of this example, the inclined surface 27 is formed by denting the surface to which the permanent magnet 17a of the annular ring portion 19a is attached. Therefore, even if the inner diameter side of the permanent magnet 17a is increased, An increase in the axial direction of the encoder 15a can be prevented. Therefore, the permanent magnet 17a and the sensor 25 do not interfere with each other even when incorporated in a small rolling bearing unit that shortens the distance from the sensor 25 (FIG. 4).
[0021]
Next, FIG. 3 shows a second example of an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 3. In the case of the encoder 15b of this example, the annular portion is arranged such that one side surface (the right surface in FIG. 2) of the permanent magnet 17a is a plane orthogonal to the axial direction in a state where the permanent magnet 17a is attached to the cored bar 16b. 19b is inclined with respect to this one side surface. That is, the metal core 16b does not bend the annular ring portion 19b at a right angle from one end edge of the cylindrical portion 18, but bends to an angle parallel to the inclined surface 26 constituting the other side surface of the permanent magnet 17a. The encoder 15b is configured by attaching the inclined surface 26 of the permanent magnet 17a to the side surface of the ring portion 19b. In this example, since it is configured in this way, the structure of the cored bar can be simplified as compared with the case of the first example described above, and an increase in manufacturing cost can be suppressed. However, since the axial dimension is somewhat larger than that of the encoder 15a of the first example, it may not be suitable for a small rolling bearing unit in which the distance from the sensor 25 (FIG. 4) is shortened. Other configurations and operations are the same as those of the first example described above.
[0022]
In order to obtain the axial thickness of each part in the radial direction of the permanent magnet 17a constituting the encoders 15a and 15b shown in the first and second examples of the embodiment of the present invention described above, an SNR magnetic flux density calculation program Can be used to determine the optimum thickness. That is, if the cross-sectional shape of the permanent magnet is determined by this program so that the magnetic flux density of the portion where the sensor detection portion faces is uniform, the rotation speed can be detected without waste and with high reliability. An encoder can be obtained.
[0023]
The encoder of the present invention can also be applied to an outer ring rotating type rolling bearing unit in which the rotating wheel is an outer ring. In this case, the annular portion of the core metal is bent radially inward from one axial end edge of the cylindrical portion. In the same manner as the above-described rolling bearing unit for rotating the inner ring, a permanent magnet is attached to the side surface of the ring portion over the entire circumference, and the cylindrical portion is fitted into the outer ring. Other configurations and operations are the same as those in the first and second examples of the embodiment of the present invention described above.
[0024]
【The invention's effect】
Since the encoder and the rolling bearing unit with an encoder of the present invention are configured and operate as described above, it is possible to improve the reliability of the rotational speed detection accuracy while suppressing an increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of an embodiment of the present invention and corresponding to part A of FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the distribution of magnetic flux density in the radial direction of the encoder of the present invention.
FIG. 3 is a view similar to FIG. 1, showing a second example of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional rolling bearing unit with an encoder.
5 is a partial cross-sectional view showing only the encoder of FIG.
6 is an enlarged view of part A in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a distribution of magnetic flux density in the radial direction of an encoder having a conventional structure.
FIG. 8 is a view taken in the direction of arrow B in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hub 2 Hub main body 3 Inner ring 4 Flange 5, 5a, 5b Inner ring raceway 6 Step part 7 Male thread part 8 Nut 9 Outer ring 10 Outer ring raceway 11 Rolling body 12 Cage 13 Mounting part 14 Shoulder part 15, 15a, 15b Encoder 16, 16a , 16b Core 17, 17a Permanent magnet 18 Cylindrical part 19, 19a, 19b Circular part 20 Gutter part 21 Seal ring 22 Cover 23 Bottom plate part 24 Through hole 25 Sensor 26 Inclined surface 27 Inclined surface

Claims

In an encoder having a permanent magnet that is formed in a ring shape as a whole and in which S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction, the axial thickness of the permanent magnet is thin on the outer diameter side, The encoder is characterized in that the thickness is gradually changed in the radial direction so as to increase in thickness on the inner diameter side.

A permanent magnet, and a core formed of a cylindrical portion and a circular ring portion bent at a right angle from one end edge of the cylindrical portion; and the permanent magnet is attached to the circular ring portion. In the encoder that is attached and supported on the entire side surface of the encoder, the annular portion is arranged such that one side surface of the permanent magnet is parallel to a virtual plane orthogonal to the axial direction with the permanent magnet attached. The encoder according to claim 1, wherein the axial thickness of the encoder is gradually changed in the radial direction.

A permanent magnet is formed in a ring shape, and includes a cylindrical part and a metal core composed of a circular ring part bent from one end edge of the cylindrical part, and the permanent magnet is disposed on a side surface of the circular ring part. In the encoder that is attached and supported, the annular portion is inclined with respect to the virtual plane so that one side surface of the permanent magnet is parallel to the virtual plane orthogonal to the axial direction with the permanent magnet attached. The encoder according to claim 1.

A stationary wheel that has a stationary side track on the stationary side circumferential surface and does not rotate during use, a rotating wheel that has a rotational side track on the rotating side circumferential surface opposite to the stationary side circumferential surface and rotates during use, and A plurality of rolling elements provided between a rotating side track and the stationary side track so as to roll freely, a core supported by the rotating wheel, and a permanent magnet supported by the core. A rolling bearing unit with an encoder comprising the encoder according to claim 1, wherein the encoder is the encoder according to claim 1.