JP2004257557A - 計測機能付きころがり軸受装置、そのための検出組立体、これらを有する電動モータ。 - Google Patents

計測機能付きころがり軸受装置、そのための検出組立体、これらを有する電動モータ。 Download PDF

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Abstract

【課題】 小型で取扱い容易な計測機能付きころがり軸受装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 非回転軌道輪２と、回転軌道輪４と、非回転軌道輪２の軌道３と回転軌道輪４の軌道５との間に配された少なくとも一列の転動要素６と、非回転センサ組立体１２と回転エンコーダ１１とを有し回転パラメータを検出するための検出組立体１０と、センサ組立体で軸方向に係止されてころがり軸受へ軸方向予圧を与える弾性部材２５とを有する計測機能付きころがり軸受装置において、上記弾性部材２５は環状をなし軸受の外輪２よりも小さなもしくは同じ外径を有し、上記弾性部材は軸受装置外の要素と当接する支持面を有し、上記軸受装置外の要素からの反力によって、検出組立体に対して反対方向での軸方向力を、直接もしくは間接的に非回転軌道輪へ作用せしめるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、角度位置、回転方向、速度そして加速度等の回転パラメータを検出するための検出組立体を備えた計測機能付きころがり軸受の分野に関する。
本発明は、特に、非回転軌道輪に取り付けられたセンサと回転軌道輪に取り付けられたエンコーダを有する計測機能付きころがり軸受に関する。
かかるころがり軸受は、例えば、同期電動モータを制御するために用いられる。センサの割出しが、特に回転速度、ステータの極に対するロータの極の角度位置を知ることを可能とする。
特許文献１は、エンコーダが軸に取り付けられ、センサユニットが非回転軌道輪に取り付けられている計測機能付きころがり軸受を開示している。非回転軌道輪は固定部分に対して軸方向移動が可能に固定部分の孔部に組み込まれていて、錐状のワッシャが非回転軌道輪の位置を定めるように軸方向力を該非回転軌道輪に与えている。
ＥＰＡ１０３７０５１
かかる装置はころがり軸受や検出システムから独立した複数の予圧ワッシャを用いているので、モータの製造者は多くの数の部品を揃え、取扱いまた組み立てなければならない。
本発明は上述の問題を解決することを目的としている。
本発明は、また、経済的で対象としている機械、特に電動モータに組まれる計測機能付きころがり軸受を提供する。
本発明の一つの観点によると、計測機能付きころがり軸受装置は、非回転軌道輪と、回転軌道輪と、上記非回転軌道輪の軌道と回転軌道輪の軌道との間に配された少なくとも一列の転動要素と、非回転センサ組立体と回転エンコーダとを有し回転パラメータを検出するための検出組立体とを有している。装置は、センサ組立体で軸方向に係止されてころがり軸受へ軸方向予圧を与える弾性部材を有している。上記弾性部材は環状をなし軸受の外輪よりも小さなもしくは同じ外径を有している。上記弾性部材は軸受装置外の要素と当接する支持面を有し、上記軸受装置外の要素からの反力によって、検出組立体に対して反対方向での軸方向力を、直接もしくは間接的に非回転軌道輪へ作用せしめるようになっている。
対象としているころがり軸受への検出組立体を取り付ける前に該検出組立体への弾性部材の軸方向での係留は、入手し取り付ける部品の数の低減を可能とする。弾性部材を忘れてしまうことにより生ずる製造ミスが回避される。検出組立体は、外径が軸受の外軌道輪よりも小さいか等しい弾性部材の故に、半径方向に小寸法となる。軸方向力は弾性部材の非回転軌道輪との直接接触によっても与えることができる。あるいは軸方向力は、他の要素、例えば、プリント回路基板を介して伝えることもできる。
本発明の一つの形態では、弾性部材は波形ワッシャである。
本発明の他の形態では、弾性部材は錐状のワッシャである。
本発明の一つの形態では、弾性部材は弾性舌部を有するワッシャである。
好ましくは、センサ組立体は弾性部材を係止するための係止手段を備えた部分を有している。係止手段は少なくとも一つのフィンガを有している。
本発明の一つの形態では、センサ組立体はプリント回路基板と該プリント回路基板により支持されるセンサ要素とを有し、弾性部材が上記センサ要素と反対側で上記プリント回路基板と接触している。弾性部材は、軸方向にて、プリント回路基板と、センサ組立体の一部として形成された係止手段との間に配され、該係止手段が上記弾性部材と係止しており、上記プリント回路基板は軸方向力を非回転軌道輪と弾性部材との間で伝えることに寄与している。半径方向での小型化とは別に、装置は軸方向にも十分することができる。
本発明の一つの形態では、転動要素が軸方向予圧をころがり軸受の一つの軌道輪から他の軌道輪へ伝達する。
本発明の一つの形態では、ころがり軸受に軸方向予圧を与えるための弾性部材は回転パラメータを検出するための検出組立体から遠ざかる方向で非回転軌道輪を押す。
本発明は、また、非回転センサ組立体と、回転エンコーダと、センサ組立体で軸方向に係止される軸方向予圧を与える弾性部材とを有する、回転パラメータの検出のための検出組立体をも提案する。上記弾性部材は環状をなしセンサ組立体よりも小さなもしくは同じ外径を有している。上記弾性部材は装置外の要素と当接する支持面を有し、上記装置外の要素からの反力によって、軸方向力を、直接もしくは間接的に検出組立体へ作用せしめる。
本発明の一つの形態では、弾性部材はワッシャである。
本発明は、また、ロータと、ステータと、ころがり軸受と計測機能付きころがり軸受装置とを有する、電動モータであって、計測機能付きころがり軸受が、非回転軌道輪と、回転軌道輪と、上記非回転軌道輪の軌道と回転軌道輪の軌道との間に配された少なくとも一列の転動要素と、非回転センサ組立体と回転エンコーダとを有し回転パラメータを検出するための検出組立体と、ころがり軸受へ軸方向予圧を与える弾性部材とを有する電動モータをも提案する。上記弾性部材はセンサ組立体で軸方向に係止されると共に、該弾性部材は環状をなし軸受の外輪よりも小さなもしくは同じ外径を有している。上記弾性部材は軸受装置外の要素と当接する支持面を有し、上記軸受装置外の要素からの反力によって、検出組立体に対して反対方向での軸方向力を、直接もしくは間接的に非回転軌道輪へ作用せしめる。
好ましくは、弾性部材はセンサ組立体とモータの非回転部、例えば、ケーシングの一部あるいはケーシングに接続された追加部分との間に配されている。
本発明は、添付図面により図示されたいくつかの非限定的実施形態についての詳細な説明から、よく理解されまた他の利点も判るであろう。
かくして、本発明によれば、組立体はきわめてコンパクトなものとなり、弾性ワッシャを紛失する虞れなく安全に輸送され取り扱われることができる。モータ製造者にとっては、入手、取扱いそして組立てする部品が少なくなる。組立体は、予め特に注意する必要もなく、きわめて簡単にモータへ取り付けられる。こうして、単一のころがり軸受組立体のもとで、軸受機能、例えば速度検出や角度位置検出のような電気的検出機能、そしてモータのころがり軸受への軸方向予圧を与える機械的機能がもたらされる。
図１において、全体が符号１で示されている計測機能付きころがり軸受は、電動モータ(図示せず)の回転軸の一端に組み込まれるようになっている。軸受１は、軌道３が形成された外輪２と、軌道５が形成された内輪４と、上記軌道３と軌道５との間に配された一列の転動要素６、この場合、ボールと、各転動要素の間に周方向間隔を保つための保持器７と、一列の転動要素６に対して一方の側で外輪２の溝９に取り付けられたシール８とを有している。さらに、上記軸受１は、エンコーダ１１とセンサ組立体１２とから成る検出組立体１０をも備えている。
エンコーダ１１は、環状サポート１３と能動部１４とを有している。環状サポート１３は、Ｓ字状断面をなしていて、回転内輪の外周支持面に圧力嵌合される円筒部と、外方に延びるラジアル部と、転動要素６から遠ざかるように延びる他の円筒部とを有している。能動部１４は、多極リングの形態をなしていてサポート１３の上にオーバーモールドされたプラストフェライトあるいはエラストフェライトで作られており、該能動部１４は軸受１の外輪２そして内輪４のラジアル前面よりも軸方向に突出して位置している。
センサ組立体１２は、合成樹脂で作られ外輪２にしっかりと固定されたセンサユニット１５を有している。センサユニット１５はシール８とは反対側で外輪２のラジアル前面と当接し、該センサユニット１５は複数の転動要素６の中心を通る面に対して溝９と対称に形成された溝１６に取り付けられている。センサユニット１５は、軸方向で転動要素６とエンコーダ１１のサポート１３のラジアル部の間そして半径方向では溝１６と内輪４の外周支持面に圧力嵌合されたサポート１３の円筒部との間に位置する略ラジアル部１７と、外輪２の外径よりも若干小さい外径で軸方向にて転動要素６から離れる方向に延びる略筒状部１８とを有している。筒状部１８は肩部２０で形成される内径部１９を有している。この筒状部１８は半径方向でエンコーダ１１の能動部１４を包囲している。
センサ組立体１２は、また、筒状部１８のほぼ中央に形成された肩部２０に当接するまで内部１９へ押し込められた環状のプリント回路基板もしくは集積回路基板２１と、エンコーダ１１が位置する側で基板２１により支持されている一つもしくは複数のセンサ要素２２と、リボンコネクタ２３とを有している。センサ要素２２はホール効果の形式のものでもよい。リボンコネクタ２３はセンサユニット２２に対し反対側で基板２１に接続され、電力そして／あるいは電気信号を伝達する複数の導体２４を有している。センサ要素２２はエンコーダ１１の能動部１４に対し若干のギャップをもって配されている。
軸受１は、さらに追加的に、軸方向予圧部材２５、この例の場合、波形部材を有しており、この部材は内径部１９内に配され、リボンコネクタ２３と同じ側で面２５ａにて基板２１と接触している。センサユニット１５の筒状部１８の自由端には複数のフィンガが形成されており、そのうち三つのフィンガ２６が基板２１を肩部２０と該フィンガ２６との間で軸方向で動かないように該軸方向で係止している。フィンガ２６は内径部１９よりも半径内方に突入している。
また、軸方向予圧部材２５を係止するために、周方向に均等に分布された他種の三つの係止フィンガ２７も設けられており、これらは、同様に、内径部１９よりも半径内方に突
入している。この係止フィンガ２７は上記面２５ａに対し反対側で軸方向予圧部材２５の面２５ｂに係止している。軸方向予圧部材２５は、軸受１と共に電動モータの他の構成要素と経済的に予め組み立てられる副組立体を形成する。
図３に見られるように、計測機能付きころがり軸受１は、一端部分のみが図示されているモータ２８に組み込まれている。内輪４の内径はロータ３０に取り付けられている軸２９に圧力嵌合している。外輪２は、通常、多くの要素を有しその一部しか図示されていないモータケーシング３１に取り付けられている。外輪２はケーシング３１の筒状部３２へ滑動して組み込まれている。ケーシング３１は、ロータ３０に対し反対側での筒状部３２の端部に設けられて軸２９の端部とリボンコネクタ２４が貫通する孔部３４をもつ環状のラジアル部３３をも有している。軸方向予圧部材２５の上記面２５ｂはケーシング３１のラジアル部３３のラジアル内面に当接している。このように、軸方向予圧部材２５は基板２１そしてセンサユニット１５を介して外輪２をロータ３０の方へ押すようになっており、その結果、軸受１には軸方向予圧が与えられる。
図４において、モータ２８は一部が模式的に示されている。軸受１に対し反対側で軸２９の端部に一列の転動要素を有する計測機能付きころがり軸受３５が設けられており、この軸受３５は外輪３６と、一列の転動要素３７、この場合ボールと、きつく軸２９に取り付けられた内輪３８と、外輪３６に取り付けられ内輪３８との間に狭い隙間を形成するシール要素３９とを有している。モータのケーシング３１には外輪３６が組み込まれており、このケーシング３１は、筒状部４０と、ロータ３０に対し反対側で筒状部４０の端部に設けられたラジアル部４１とを有し、ここには軸２９の貫通突出を許容する中央開口が形成されている。ころがり軸受３５の外輪３６は筒状部４０へ圧力嵌合されることができる。勿論、両ケーシング３１の各部分３２，３３，４０，４１は図示しない他の方法で互いにしっかりと連結させることもできる。
軸方向予圧部材２５によりもたらされる軸方向予圧は、ころがり軸受１の外輪２から転動要素６を経て内輪へ、そして、順次、軸２９へ、ころがり軸受３５の内輪３８へ、転動要素３７へそして外輪３６へ伝達される。一つの軸方向予圧部材２５を設けるだけで、ころがり軸受１ところがり軸受３５が軸方向に予圧を受けると共に、一般に鋼材で作られる軸と、一般にアルミニウムをベースとするケーシングとの間の異なる熱膨張を許容し、ころがり軸受がこれを支持するケーシングに対して軸方向にスライドできるということが理解できるであろう。
ころがり軸受１は次のように組み立てられる。基板２１は肩部２０と当接するまでセンサユニット１５の内径部１９へ押し込まれて位置付けされる。次に、内径部１９で軸方向予圧部材２５が基板２１に対し位置付けられる。しかる後、センサ１５の筒状部１８の自由端から突出するスタッドが加熱を受けて変形され、係止用のフィンガ２６，２７が形成され、これらで基板２１と軸方向予圧部材２５を軸方向に係止して最終位置を保つ。
軸方向予圧部材２５は、ころがり軸受よりも外側位置でモータの一部に対して当接し、その反力によって、非回転軌道輪、転動要素そして回転軌道輪へと軸方向予圧を与える。かくして、ころがり軸受は軸方向に予圧が与えられる。図示の実施形態では、予圧は基板２１そしてセンサユニット１５により伝達されるが、軸方向予圧部材２５とセンサユニット１５あるいは、非回転軌道輪との直接接触によっても可能である。
勿論、ころがり軸受が用いられる機械によっては、外輪を回転とし、内輪を非回転とすることも可能である。「回転」そして「非回転」という語は相対的なものとして理解されなければならない。
本発明の一実施形態による計測機能付きころがり軸受の軸方向断面図である。 図１のころがり軸受の斜視図である。 本発明の一実施形態による電動モータの一部についての軸方向断面図である。 図３の電動モータの軸方向断面図である。
符号の説明
１ 軸受
２ 非回転軌道輪（外輪）
３ 軌道
４ 回転軌道輪（内輪）
５ 軌道
６ 転動要素
１０ 検出組立体
１１ （回転）エンコーダ
１２ （非回転）センサ組立体
２１ 回路基板
２５ 弾性部材（軸方向予圧部材）
２７ フィンガ
２８ 電動モータ
３０ ロータ

Claims (19)

  1. 軌道が形成された非回転軌道輪と、軌道が形成された回転軌道輪と、上記非回転軌道輪の軌道と回転軌道輪の軌道との間に配された少なくとも一列の転動要素と、非回転センサ組立体と回転エンコーダとを有し回転パラメータを検出するための検出組立体と、センサ組立体で軸方向に係止されてころがり軸受へ軸方向予圧を与える弾性部材とを有する計測機能付きころがり軸受装置において、上記弾性部材は環状をなし軸受の外輪よりも小さなもしくは同じ外径を有し、上記弾性部材は軸受装置外の要素と当接する支持面を有し、上記軸受装置外の要素からの反力によって、検出組立体に対して反対方向での軸方向力を、直接もしくは間接的に非回転軌道輪へ作用せしめるようになっていることを特徴とする計測機能付きころがり軸受装置。
  2. 弾性部材は波形ワッシャであることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  3. 弾性部材は円錐ワッシャであることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  4. 弾性部材は弾性舌部をもつワッシャであることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  5. センサ組立体は弾性部材を係止するための係止手段を備えた部分を有していることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  6. 係止手段は少なくとも一つのフィンガを有していることとする請求項５に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  7. センサ組立体は弾性部材を係止するための係止手段を備えた部分を有していることとする請求項２に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  8. 係止手段は少なくとも一つのフィンガを有していることとする請求項７に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  9. センサ組立体はプリント回路基板と該プリント回路基板により支持される少なくとも一つのセンサ要素とを有し、弾性部材が上記センサ要素と反対側で上記プリント回路基板と接触していることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  10. センサ組立体はプリント回路基板と該プリント回路基板により支持される少なくとも一つのセンサ要素とを有し、弾性部材が上記センサ要素と反対側で上記プリント回路基板と接触していることとする請求項２に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  11. 弾性部材は、軸方向にて、プリント回路基板と、センサ組立体の一部として形成された係止手段との間に配され、該係止手段が上記弾性部材と係止していることとする請求項９に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  12. 転動要素が軸方向予圧を伝達するようになっていることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  13. 転動要素が軸方向予圧を伝達するようになっていることとする請求項９に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  14. 転動要素が軸方向予圧を伝達するようになっていることとする請求項１１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  15. ころがり軸受に軸方向予圧を与えるための弾性部材は回転パラメータを検出するための検出組立体から遠ざかる方向で非回転軌道輪を押すようになっていることとする請求項１に記載の計測機能付きころがり軸受装置。
  16. 非回転センサ組立体と、回転エンコーダと、センサ組立体で軸方向に係止される軸方向予圧を与える弾性部材とを有する回転パラメータの検出のための検出組立体において、上記弾性部材は環状をなしセンサ組立体よりも小さなもしくは同じ外径を有し、上記弾性部材は装置外の要素と当接する支持面を有し、上記装置外の要素からの反力によって、軸方向力を、直接もしくは間接的に検出組立体へ作用せしめるようになっていることを特徴とする検出組立体。
  17. 弾性部材がワッシャであることとする請求項１６に記載の検出組立体。
  18. ロータと、ステータと計測機能付きころがり軸受装置とを有する電動モータであって、ころがり軸受は、非回転軌道輪と、回転軌道輪と、上記非回転軌道輪の軌道と回転軌道輪の軌道との間に配された少なくとも一列の転動要素と、非回転センサ組立体と回転エンコーダとを有し回転パラメータを検出するための検出組立体とを備え、上記電動モータは、さらに、センサ組立体で軸方向に係止されてころがり軸受へ軸方向予圧を与える弾性部材とを有し、上記弾性部材は環状をなし軸受の外輪よりも小さなもしくは同じ外径を有し、上記弾性部材は軸受装置外の要素と当接する支持面を有し、上記軸受装置外の要素からの反力によって、検出組立体に対して反対方向での軸方向力を、直接もしくは間接的に非回転軌道輪へ作用せしめるようになっていることを特徴とする電動モータ。
  19. 弾性部材はセンサ組立体とモータの非回転部との間に配されていることとする請求項１８に記載の電動モータ。
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