JP2004354101A - Encoder made of permanent magnet, rolling bearing unit having encoder made of permanent magnet, and rotation speed detector - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure for accurately measuring the rotation speed of a rotary member in real time especially without increasing costs. <P>SOLUTION: A specified region 9 having a large pitch error to the extent that it is not generated by magnetization errors is provided at one portion of an encoder 7a made of a permanent magnet. By utilizing the specified region 9, the pitches of the S and N poles of the part of a non-specified region 10 and a phase related to the rotational direction are associated and are stored in a memory. In rotational speed detection, a rotational speed is calculated, on the basis of the actual pitch and the period of the output signal of a rotational speed detection sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る永久磁石製エンコーダと永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットと回転速度検出装置は、例えば各種車両（自動車、鉄道車両）の車輪の回転速度を検出する為に、或は各種産業機械の回転軸の回転速度を検出する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
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、転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持された車輪の回転速度を検出する必要がある。又、各種産業機械を適切に運転する為に、当該産業機械の回転軸の回転速度を検出する必要がある。この為従来から、各種回転速度検出装置が提案され、実際に使用されている。例えば、特許文献１には、図７〜８に示す様な回転速度検出装置が記載されている。
【０００３】
この回転速度検出装置は、使用時にも回転しない静止部材であるハウジング１の内径側に、使用時に回転する回転部材である回転軸２を、軸受３により回転自在に支持している。又、この回転軸２の外周面と上記ハウジング１の内周面との間の空間４の端部開口を、組み合わせシールリング５により塞いでいる。そして、この組み合わせシールリング５を構成するスリンガ６の外側面に、円輪状のエンコーダ７を添着している。このエンコーダ７は、ゴム磁石等の永久磁石で、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、上記エンコーダ７の外側面にはＮ極とＳ極とが交互に、且つ、等間隔で配置されている。これらＮ極とＳ極との組み合わせ数は、全周で２０〜６０としている。従って、上記エンコーダ７の全周に関して、上記Ｎ極とＳ極との境界は４０〜１２０個所存在する。
【０００４】
一方、上記ハウジング１には回転速度検出センサ８を支持し、この回転速度検出センサ８の検出部を、上記エンコーダ７の被検出面である外側面に近接対向させている。上記回転速度検出センサ８は、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁束の方向や強さに応じて特性が変化する磁気検出素子を備え、この磁気検出素子の特性変化に対応して出力信号を変化させる。上記回転軸２が回転すると、上記回転速度検出センサ８の検知部の端面近傍を、上記エンコーダ７の外側面に配置されたＳ極とＮ極とが交互に通過する。この為、上記回転速度検出センサ８に組み込んだ磁気検出素子の特性が変化し、この回転速度検出センサ８の出力が変化する。この様にして回転速度検出センサ８の出力が変化する周波数は、上記回転軸２の回転速度に比例する。
【０００５】
従って、この回転速度検出センサ８の出力を図示しない処理回路に送れば、上記回転軸２の回転速度を求める（或はこの回転速度に見合う信号を得る）事ができる。尚、この処理回路で、上記回転速度検出センサ８の出力信号に基づいて上記回転軸２の回転速度を求めるには、この出力信号の変化の周期から求める方法と、単位時間当たり変化の回数（周波数）とから求める方法とがある。上記回転速度は、上記周期と反比例し、周波数とは比例する。
又、図示は省略するが、特許文献２には、自動車の車輪の回転速度を検出する為に使用する、同様の構造を有する回転速度検出装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３３８４３５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５５９６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回転軸２等の回転部材の回転速度をリアルタイムで求める為には、この回転速度を、回転速度検出センサ８の出力信号の変化の周期から求める事が好ましい。この変化の周波数から求めるのでは、この周期の数倍乃至は数十倍の所定時間（単位時間）毎にしか、上記回転速度を求める事ができない。この為、求めた回転速度とその瞬間の回転速度との間に差が生じ易く、求めた回転速度によりＡＢＳやＴＣＳを適切に制御する事ができない。これに対して、上記出力信号の変化の周期から回転速度を求めれば、求めた回転速度とその瞬間の回転速度との間の差を殆どなくす事ができて、求めた回転速度によりＡＢＳやＴＣＳを適切に制御する事ができる。
【０００８】
但し、上記出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求める為には、エンコーダ７の被検出部の特性が円周方向に変化するピッチを正確に規制する必要がある。回転速度が同じとしても、このピッチが設計値よりも長いと上記出力信号の変化の周期が長くなり、このピッチが短いとこの周期が短くなる。この為、上記エンコーダ７の被検出部の特性が変化するピッチが、上記回転速度検出センサ８の検出部と対向する部分で全周に亙って等しい事が、上記出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求める為に必要になる。
【０００９】
これに対して、上記ピッチは、次の▲１▼▲２▼に示した２通りの理由により、円周方向に関して不同になる可能性がある。
▲１▼ エンコーダ７の製造誤差。
▲２▼ エンコーダ７の組み付け誤差。
このうちの▲１▼は、上記エンコーダ７の着磁方向を変化させるピッチが円周方向に関して不均一になる等で生じる。例えば、図９は、上記エンコーダ７の着磁面に存在するＳ極とＮ極とのピッチ誤差の１例を、模式的に示している。この様な図９に示す様に、これらＳ極とＮ極とのピッチは、標準値に比べて最大で２％程度ずれる場合がある。
【００１０】
又、上記▲２▼は、上記エンコーダ７の被検出部の幾何中心と回転中心とがずれる事で生じる。この被検出部の着磁幅は、径方向外方に向かう程広くなるので、上記両中心がずれると、Ｓ極とＮ極とが変化するピッチが円周方向に関して不均一になる。
何れにしても、変化のピッチが円周方向に関して不均一になると、回転速度検出センサ８の出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求める事ができなくなる。
【００１１】
勿論、エンコーダの加工精度及び組み付け精度を向上させれば、上記変化のピッチを円周方向に関して均一にし、回転速度検出センサの出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求める事は可能である。但し、加工及び組み付けの両精度を何れも十分に向上させる必要があり、コストが嵩む事が避けられない。
本発明は、この様な事情に鑑みて、回転部材の回転速度をリアルタイムで且つ正確に求められる永久磁石製エンコーダと永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットと回転速度検出装置を、低コストで実現すべく発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石製エンコーダと永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットと回転速度検出装置のうち、請求項１に記載した永久磁石製エンコーダは、永久磁石により全体を円環状に造られ、回転中心をその中心とする単一円弧上にＳ極とＮ極とを交互に且つ所定のピッチで配置している。
特に、請求項１に記載した永久磁石製エンコーダに於いては、円周方向に関して少なくとも１個所のピッチを他の部分のピッチに対し、誤差に基づいて生じ得る差（例えば２％程度）よりも大きく（例えば５％若しくはそれ以上）異ならせている。
上記円周方向に関して少なくとも１個所のピッチを異ならせる方向として好ましくは、請求項２に記載した様に、このピッチを他の部分のピッチよりも大きくする。
【００１３】
又、請求項３に記載した永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットは、互いに同心に配置された静止側軌道輪及び回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪及び回転側軌道輪の互いに対向する面にそれぞれ形成された静止側軌道と回転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、上記回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持された永久磁石製エンコーダとを備える。
特に、請求項３に記載した永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットに於いては、この永久磁石製エンコーダが請求項１〜２の何れかに記載した永久磁石製エンコーダである。
【００１４】
更に、請求項４に記載した回転速度検出装置は、回転部材にこの回転部材の回転中心と同心に支持された永久磁石製エンコーダと、この永久磁石製エンコーダの被検出面に検出部を対向させた回転検出センサと、この回転検出センサの出力信号を処理して上記回転部材の回転速度を検出する演算器とを備える。
そして、上記永久磁石製エンコーダは、請求項１〜２の何れかに記載した永久磁石製エンコーダである。
又、上記演算器は、上記永久磁石製エンコーダが１回転する間の各Ｓ極とＮ極とのピッチの大きさを求める機能と、これら各Ｓ極とＮ極との回転方向に関する位相を、他の部分と大きく異なるピッチを有する部分を基準として求める機能と、上記各Ｓ極とＮ極とのピッチ誤差を補正して上記回転部材の回転速度を求める機能とを有する。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明の永久磁石製エンコーダと永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットと回転速度検出装置の場合、エンコーダの被検出面に配置したＳ極とＮ極とのピッチ誤差を補正できる。即ち、このエンコーダの被検出面のうちでＳ極とＮ極との境界部が回転速度検出センサの検出部を通過する毎に、上記エンコーダの回転速度を算出若しくはこの回転速度に対応する信号を出力して、この回転速度をほぼリアルタイムで求めても、上記エンコーダの被検出面に存在するＳ極とＮ極とのピッチ誤差に拘らず、このピッチ誤差を補正した信号を得られる。この為、上記エンコーダの製造誤差や組み付け誤差に関係なく、上記回転速度を正確に求められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の永久磁石製のエンコーダの実施の形態の１例として、エンコーダ７ａの着磁面に存在するＳ極とＮ極とのピッチ誤差を、模式的に示している。本例の場合、円周方向に関して１個所部分である特定領域９（斜格子部分）のピッチを、標準値（上記Ｓ極とＮ極とのピッチが総て等しいと仮定した場合のピッチ）よりも５％程度大きくしている。これに対して他の部分である非特定領域１０部分でのピッチは、製造コストが徒に嵩まない範囲で、できるだけ等しくなる様に着磁している。但し、上記非特定領域１０部分での各Ｓ極及びＮ極ピッチと上記標準値との誤差は、０．２〜２．０％程度存在する。又、この非特定領域１０の部分での誤差の方向（＋であるか、或は−であるか）は様々である。但し、この非特定領域１０部分での誤差の大きさが、上記特定領域９部分の誤差よりも大きくなる事はない。従って、上記エンコーダ７ａの回転方向に関して、上記特定領域９部分の位置は確実に特定できる。尚、この特定領域９のピッチ誤差は、上記非特定領域１０との区別を確実に行なえる限り、小さくする事が好ましい。従って、上記特定領域９のピッチ誤差は、最大でも１０％程度に抑える事が現実的である。但し、上記非特定領域１０のピッチ誤差が大きくなる可能性があれば、上記特定領域９のピッチ誤差も、それ以上に大きくする。
【００１７】
上述の様に構成する本例の永久磁石製のエンコーダ７ａを使用すれば、このエンコーダ７ａの被検出面に検出部を対向させた回転速度検出センサから、この被検出面に配置したＳ極とＮ極とのピッチ誤差分を補正した信号を得られる。即ち、この被検出面の着磁ピッチに、実際には図１（Ａ）に示す様に誤差が存在するにも拘らず、上記回転速度検出センサからの信号に基づいて得られる回転速度の測定値を、同図（Ｂ）に示す様に誤差が存在しない場合と同様の値に補正できる。従って、このエンコーダ７ａを支持した回転部材の回転速度を、ほぼリアルタイムで、しかも正確に測定できる。
【００１８】
即ち、上記エンコーダ７ａの被検出面に回転速度検出センサの検出面を対向させた状態で、上記回転部材と共に上記エンコーダ７ａを回転させれば、上記回転速度検出センサの出力信号が、上記被検出面に存在するＳ極とＮ極とのピッチに応じて変化する。この変化の周期は、ピッチに応じて異なる。一方、上記特定領域９部分を基準とする、上記非特定領域１０に存在するＳ極或はＮ極の回転方向に関する位相も、上記作業により知る事ができる。従って、上記特定領域９部分から上記回転速度検出センサの出力信号がｋ回変化した場合にこの回転速度検出センサの検出部が対向している部分のピッチが標準値に対してどの程度ずれているかを、総て特定する事ができる。そして、総ての部分（特定領域９及び非特定領域１０）に関して、Ｓ極とＮ極とのピッチの誤差を勘案して、上記回転部材の回転速度を算出できる。
【００１９】
この様に本発明によれば、上記エンコーダ７ａの被検出面のうちでＳ極とＮ極との境界部が回転速度検出センサの検出部を通過する毎（着磁領域の１ピッチ毎）に、上記エンコーダ７ａを支持した回転部材の回転速度を算出若しくはこの回転速度に対応する信号を出力して、この回転速度をほぼリアルタイムで求めても、上記エンコーダ７ａの被検出面に存在するＳ極とＮ極とのピッチ誤差に拘らず、このピッチ誤差を修正した信号を得られる。この為、上記エンコーダ７ａの製造誤差や、上記回転部材に対するこのエンコーダ７ａの組み付け誤差に関係なく、上記回転速度を正確に求められる。尚、上記特定領域９は、円周方向に関して１個所のみ設ければ十分であるが、２個所以上設ける事もできる。但し、この場合には、各特定領域を円周方向に関して不等間隔に配置する等、各特定領域を識別できる様にする。
【００２０】
尚、総てのＳ極及びＮ極に関する、上記中心角ピッチと位相との記憶動作は、上記エンコーダ７ａの被検出面に回転速度検出センサの検出部を対向させた状態で、このエンコーダ７ａを支持した回転部材を一定速度で１回転以上回転させる事により行なう。この様にして、上記エンコーダ７ａの被検出面に配置した多数の（それぞれ２０〜６０ずつの）Ｓ極とＮ極との中心角ピッチを、回転方向に関する位相と関連付けて上記メモリに記憶させる。
【００２１】
この作業は、より具体的には、例えば図２に示す様にして行なう。即ち、上記エンコーダ７ａを支持した回転部材を一定速度で１回転以上回転させつつ、上記回転速度検出センサの出力信号が変化する周期ｔ_ｋ 、及び、上記エンコーダ７ａが１回転するのに要する時間ｔ_０ を観察する。Ｓ極とＮ極との境界の数で、上記特定領域９から数えてｋ（＝１〜ｎ）番目の境界から始まるＳ極或はＮ極に対応する、これらＳ極或はＮ極の中心角ピッチθ_ｋ は、θ_ｋ ＝２π・ｔ_ｋ ／ｔ_０ で表される。そこで、これらＳ極或はＮ極の中心角ピッチθ_ｋ に関する情報を、それぞれｎ／２個ずつ、合計ｎ個のＳ極及びＮ極の総てに就いて、上記特定領域９を基準とする回転方向に関する位相（ｋ番目である事）の情報と共に、上記メモリに記憶させる。
【００２２】
上記エンコーダ７ａを支持した回転部材の回転速度を検出する場合には、このエンコーダ７ａの被検出面にその検出部を対向させた、上記回転速度検出センサの出力信号が変化する周期を観察する。この回転速度検出センサの出力信号は、例えば図３に示す様に変化する。この場合に、Ｓ極とＮ極との境界の数で、上記特定領域９から数えてｋ（＝１〜ｎ）番目の境界から始まるＳ極或はＮ極に対応する周期がＴ_ｋ であり、当該Ｓ極或はＮ極の中心角ピッチがθ_ｋ であるとした場合、上記回転部材の回転速度Ｓは「Ｓ∝θ_ｋ ／Ｔ_ｋ 」で表される。この中心角ピッチθ_ｋ は上述の様に、各Ｓ極及びＮ極毎に総て分かっているので、上記回転速度を正確に求められる。又、上記周期Ｔ_ｋ は、上記エンコーダ７ａが１回転する間に４０〜１２０回測定できるので、上記回転速度をほぼリアルタイムで求める事ができる。
【００２３】
次に、永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットに関する実施の形態の第１例に就いて、図４により説明する。本例は、自動車の車輪用の転がり軸受ユニットに本発明を適用して、車輪の回転速度検出を行なえる様にしたものである。この転がり軸受ユニットは、回転側軌道輪であるハブ１１の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道１２、１２と、静止側軌道輪である外輪１３の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道１４、１４との間に、それぞれが転動体である玉１５、１５を複数個ずつ、転動自在に設けている。上記ハブ１１は、ハブ本体１６の端部に内輪１７を外嵌固定して成る。図示の例は、駆動輪用の転がり軸受ユニットである為、上記ハブ本体１６の中心部に設けたスプライン孔１８内に、等速ジョイント１９に付属のスプライン軸２０を挿入している。
【００２４】
上述の様な転がり軸受ユニットに本発明を適用する為に、上記内輪１７の端部外周面にエンコーダ７ａを支持したスリンガ６に外嵌固定し、上記外輪１３の端部に外嵌固定したケース２１に、上記回転速度検出センサ２２を保持している。このケース２１は、金属板を曲げ形成する事により全体を円環状に造られたもので、上記回転速度検出センサ２２を保持する部分のみを軸方向に膨らませて、当該部分を保持部２３としている。上記回転速度検出センサ２２及び上記エンコーダ７ａの構造及び作用は、前述の図１〜３により説明した通りである。
【００２５】
尚、本発明を車輪用の転がり軸受ユニットを適用する場合に、図４に示す様な駆動輪用の転がり軸受ユニットに限らず、図５の様に、ハブ１１ａの中心部にスプライン孔を設けていない、従動輪用の転がり軸受ユニットに適用する事もできる。勿論、外輪回転型の従動輪用転がり軸受ユニットに適用する事もできる。更には、駆動輪用の転がり軸受ユニットに適用する場合でも、図４に示した構造に限らず、例えば図６に示す様な構造等、各種構造に適用する事もできる。この図６に示した構造の場合には、ハブ本体１６ａの内端部に形成したかしめ部２４により、このハブ本体１６ａの内端部に外嵌した内輪１７を抑え付けている。尚、上記図５及び図６では、回転速度センサ２２ａ、２２ｂを、エンコーダ７ａ、７ａの軸方向（図５）又は径方向（図６）に配置している。
【００２６】
又、本発明は、図示の様に、軸方向に着磁した円輪状の永久磁石製エンコーダに限らず、径方向に着磁した円筒状の永久磁石製エンコーダにも適用できる。この場合に回転速度検出センサの検出部は、被検出面である永久磁石製のエンコーダの外周面に、径方向に対向させる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成し作用するので、回転部材の回転速度をリアルタイムで且つ正確に求められる永久磁石製エンコーダと永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットと回転速度検出装置を、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の永久磁石製エンコーダの実施の形態の１例を示す、被検出面の模式図。
【図２】エンコーダのＳ極とＮ極との中心角ピッチを、回転方向に関する位相と関連付けてメモリに記憶させる方法を説明する為の線図。
【図３】回転速度検出センサの出力信号が変化する周期を示す線図。
【図４】本発明の永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットの第１例を示す線図。
【図５】同第２例を示す線図。
【図６】同第３例を示す線図。
【図７】従来構造の１例を示す部分断面図。
【図８】図７の右方から見た。
【図９】永久磁石製エンコーダの着磁面に存在するＳ極とＮ極とのピッチ誤差の１例を示す、模式図。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 回転軸
３ 軸受
４ 空間
５ 組み合わせシールリング
６ スリンガ
７、７ａ エンコーダ
８ 回転速度検出センサ
９ 特定領域
１０ 非特定領域
１１、１１ａ ハブ
１２ 内輪軌道
１３ 外輪
１４ 外輪軌道
１５ 玉
１６、１６ａ ハブ本体
１７ 内輪
１８ スプライン孔
１９ 等速ジョイント
２０ スプライン軸
２１ ケース
２２、２２ａ、２２ｂ 回転速度センサ
２３ 保持部
２４ かしめ部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
A permanent magnet encoder, a rolling bearing unit with a permanent magnet encoder, and a rotation speed detection device according to the present invention are used, for example, to detect the rotation speed of wheels of various vehicles (automobiles, railway vehicles), or for various industrial machines. Used to detect the rotation speed of the rotating shaft.
[0002]
[Prior art]
In order to control an antilock brake system (ABS) or a traction control system (TCS), it is necessary to detect the rotation speed of wheels supported by a suspension device by a rolling bearing unit. In addition, in order to appropriately operate various industrial machines, it is necessary to detect the rotation speed of the rotating shaft of the industrial machine. For this reason, various kinds of rotation speed detecting devices have been proposed and actually used. For example, Patent Document 1 discloses a rotation speed detecting device as shown in FIGS.
[0003]
In this rotation speed detecting device, a rotating shaft 2 which is a rotating member which rotates during use is rotatably supported by a bearing 3 on the inner diameter side of a housing 1 which is a stationary member which does not rotate during use. The end opening of the space 4 between the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the housing 1 is closed by a combination seal ring 5. A ring-shaped encoder 7 is attached to an outer surface of a slinger 6 constituting the combined seal ring 5. The encoder 7 is a permanent magnet such as a rubber magnet and is magnetized in the axial direction. The magnetization directions are changed alternately at equal intervals in the circumferential direction. Therefore, N-poles and S-poles are alternately arranged at equal intervals on the outer surface of the encoder 7. The number of combinations of these N poles and S poles is 20 to 60 over the entire circumference. Therefore, there are 40 to 120 boundaries between the N pole and the S pole with respect to the entire circumference of the encoder 7.
[0004]
On the other hand, a rotation speed detection sensor 8 is supported on the housing 1, and a detection unit of the rotation speed detection sensor 8 is closely opposed to an outer surface of the encoder 7, which is a detection surface. The rotation speed detection sensor 8 includes a magnetic detection element such as a Hall element or a magnetoresistive element (MR element) whose characteristics change in accordance with the direction and strength of magnetic flux. Change the output signal. When the rotation shaft 2 rotates, the S pole and the N pole disposed on the outer surface of the encoder 7 alternately pass near the end face of the detection unit of the rotation speed detection sensor 8. For this reason, the characteristics of the magnetic detection element incorporated in the rotation speed detection sensor 8 change, and the output of the rotation speed detection sensor 8 changes. The frequency at which the output of the rotation speed detection sensor 8 changes in this way is proportional to the rotation speed of the rotation shaft 2.
[0005]
Therefore, if the output of the rotation speed detection sensor 8 is sent to a processing circuit (not shown), the rotation speed of the rotation shaft 2 can be obtained (or a signal corresponding to this rotation speed can be obtained). In order to determine the rotation speed of the rotary shaft 2 based on the output signal of the rotation speed detection sensor 8 in this processing circuit, a method of obtaining the rotation speed of the output signal from the change cycle and the number of changes per unit time ( Frequency). The rotation speed is inversely proportional to the period and proportional to the frequency.
Although not shown, Patent Document 2 discloses a rotation speed detection device having a similar structure and used for detecting the rotation speed of the wheels of an automobile.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-338435 [Patent Document 2]
JP-A-2002-155962
[Problems to be solved by the invention]
In order to determine the rotation speed of a rotating member such as the rotating shaft 2 in real time, it is preferable to determine this rotation speed from the period of change of the output signal of the rotation speed detection sensor 8. If the rotation speed is obtained from the frequency of the change, the rotation speed can be obtained only at every predetermined time (unit time) several times to several tens times this period. For this reason, a difference easily occurs between the obtained rotation speed and the rotation speed at that moment, and it is not possible to appropriately control the ABS or TCS based on the obtained rotation speed. On the other hand, if the rotation speed is obtained from the cycle of the change of the output signal, the difference between the obtained rotation speed and the rotation speed at that moment can be almost eliminated. Can be appropriately controlled.
[0008]
However, in order to accurately obtain the rotation speed from the cycle of the change of the output signal, it is necessary to precisely regulate the pitch at which the characteristic of the detected portion of the encoder 7 changes in the circumferential direction. Even if the rotation speed is the same, if this pitch is longer than the design value, the cycle of the change of the output signal becomes longer, and if this pitch is shorter, this cycle becomes shorter. Therefore, the fact that the pitch at which the characteristic of the detected portion of the encoder 7 changes over the entire circumference in the portion facing the detection portion of the rotation speed detection sensor 8 is equal to the period of the change of the output signal. This is necessary to accurately determine the rotation speed.
[0009]
On the other hand, the pitch may be unequal in the circumferential direction for the following two reasons (1) and (2).
{Circle around (1)} Manufacturing error of the encoder 7.
{Circle around (2)} An assembling error of the encoder 7.
Of these, (1) occurs because the pitch for changing the magnetization direction of the encoder 7 becomes non-uniform in the circumferential direction. For example, FIG. 9 schematically shows an example of a pitch error between the S pole and the N pole existing on the magnetized surface of the encoder 7. As shown in FIG. 9, the pitch between the S pole and the N pole may be shifted by up to about 2% from the standard value.
[0010]
The above (2) is caused by a deviation between the geometric center and the rotation center of the detected portion of the encoder 7. Since the magnetization width of the detected portion becomes wider toward the outside in the radial direction, if the centers are shifted, the pitch at which the S pole and the N pole change become non-uniform in the circumferential direction.
In any case, if the change pitch becomes non-uniform in the circumferential direction, the rotation speed cannot be accurately obtained from the change period of the output signal of the rotation speed detection sensor 8.
[0011]
Of course, if the processing accuracy and the assembling accuracy of the encoder are improved, the pitch of the change can be made uniform in the circumferential direction, and the rotation speed can be accurately obtained from the period of the change of the output signal of the rotation speed detection sensor. . However, it is necessary to sufficiently improve both the precision of processing and the assembling, and it is inevitable that the cost increases.
In view of such circumstances, the present invention realizes, at low cost, a permanent magnet encoder, a rolling bearing unit with a permanent magnet encoder, and a rotation speed detection device that can accurately and in real time determine the rotation speed of a rotating member. It was invented.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Among the encoder made of permanent magnet, the rolling bearing unit with encoder made of permanent magnet and the rotation speed detector of the present invention, the encoder made of permanent magnet according to claim 1 is made entirely of a permanent magnet by a permanent magnet, and the center of rotation is made. S poles and N poles are alternately arranged at a predetermined pitch on a single circular arc at the center.
In particular, in the permanent magnet encoder according to the first aspect, the pitch of at least one portion in the circumferential direction is more than the difference (for example, about 2%) that can be caused based on an error with respect to the pitch of another portion. They differ greatly (for example, 5% or more).
Preferably, in the direction in which at least one pitch differs in the circumferential direction, this pitch is made larger than the pitch of the other portions.
[0013]
Further, the rolling bearing unit with an encoder made of a permanent magnet according to claim 3 is a stationary bearing ring and a rotating bearing ring which are arranged concentrically with each other, and surfaces of the stationary bearing ring and the rotating bearing ring which face each other. A plurality of rolling elements rotatably provided between the stationary-side raceway and the rotating-side raceway respectively formed on the rotating-side raceway, and a part of the rotating-side raceway supported concentrically with the rotating-side raceway. A permanent magnet encoder.
In particular, in the rolling bearing unit with a permanent magnet encoder according to claim 3, the permanent magnet encoder is the permanent magnet encoder according to any one of claims 1 and 2.
[0014]
Furthermore, in the rotation speed detecting device according to the fourth aspect, a permanent magnet encoder supported on the rotating member concentrically with the rotation center of the rotating member, and the detection unit is opposed to a detection surface of the permanent magnet encoder. A rotation detection sensor, and a calculator for processing an output signal of the rotation detection sensor to detect a rotation speed of the rotation member.
The permanent magnet encoder is a permanent magnet encoder according to any one of claims 1 and 2.
Further, the arithmetic unit has a function of obtaining the magnitude of the pitch between each S pole and the N pole during one rotation of the encoder made of permanent magnet, and a phase with respect to the rotation direction of each S pole and the N pole. It has a function of determining a portion having a pitch greatly different from other portions as a reference, and a function of correcting a pitch error between each of the S-pole and the N-pole to obtain a rotation speed of the rotating member.
[0015]
[Action]
In the case of the permanent magnet encoder, the rolling bearing unit with the permanent magnet encoder and the rotation speed detecting device of the present invention configured as described above, the pitch error between the S pole and the N pole arranged on the detected surface of the encoder can be corrected. . That is, every time the boundary between the S pole and the N pole on the detection surface of the encoder passes through the detection unit of the rotation speed detection sensor, the rotation speed of the encoder is calculated or a signal corresponding to the rotation speed is calculated. Even if the output is performed and the rotational speed is obtained in almost real time, a signal in which the pitch error is corrected can be obtained regardless of the pitch error between the S pole and the N pole existing on the detected surface of the encoder. Therefore, the rotation speed can be accurately obtained regardless of a manufacturing error or an assembly error of the encoder.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows a pitch error between an S pole and an N pole existing on a magnetized surface of an encoder 7a as an example of an embodiment of a permanent magnet encoder according to the present invention. In the case of this example, the pitch of the specific region 9 (oblique lattice portion) which is one portion in the circumferential direction is set to a standard value (the pitch when the pitch between the S pole and the N pole is assumed to be all equal). Is also increased by about 5%. On the other hand, the pitch in the other part, that is, the non-specific region 10 is magnetized so as to be as equal as possible as long as the manufacturing cost does not increase unnecessarily. However, the error between each of the S-pole and N-pole pitches in the non-specific region 10 and the standard value is about 0.2 to 2.0%. Also, the direction of the error (whether it is + or-) in the non-specific region 10 varies. However, the magnitude of the error in the non-specific area 10 does not become larger than the error in the specific area 9. Therefore, the position of the specific area 9 can be reliably specified with respect to the rotation direction of the encoder 7a. It is preferable that the pitch error in the specific region 9 is reduced as long as it can be reliably distinguished from the non-specific region 10. Therefore, it is realistic to suppress the pitch error of the specific area 9 to about 10% at the maximum. However, if there is a possibility that the pitch error in the non-specific region 10 becomes large, the pitch error in the specific region 9 is made larger than that.
[0017]
If the encoder 7a made of the permanent magnet of the present embodiment configured as described above is used, the rotation speed detection sensor having the detection unit opposed to the detection surface of the encoder 7a and the S pole arranged on the detection surface can be used. A signal obtained by correcting the pitch error from the N pole can be obtained. That is, although there is actually an error in the magnetization pitch of the detected surface as shown in FIG. 1A, the measurement of the rotation speed obtained based on the signal from the rotation speed detection sensor is performed. The value can be corrected to the same value as when no error exists as shown in FIG. Therefore, the rotation speed of the rotating member supporting the encoder 7a can be measured almost in real time and accurately.
[0018]
That is, if the encoder 7a is rotated together with the rotating member in a state where the detection surface of the rotation speed detection sensor faces the detection surface of the encoder 7a, the output signal of the rotation speed detection sensor becomes It changes according to the pitch between the S pole and the N pole existing on the surface. The cycle of this change differs depending on the pitch. On the other hand, the phase in the rotation direction of the S pole or the N pole existing in the non-specific region 10 with reference to the specific region 9 can also be known by the above operation. Therefore, when the output signal of the rotation speed detection sensor changes k times from the specific area 9 part, how much the pitch of the portion where the detection unit of the rotation speed detection sensor faces is deviated from the standard value. Can be all specified. Then, for all the portions (specific region 9 and non-specific region 10), the rotation speed of the rotating member can be calculated in consideration of the pitch error between the S pole and the N pole.
[0019]
As described above, according to the present invention, each time the boundary between the S pole and the N pole in the detected surface of the encoder 7a passes through the detection unit of the rotation speed detection sensor (every one pitch of the magnetization region). Even if the rotation speed of the rotating member supporting the encoder 7a is calculated or a signal corresponding to the rotation speed is output, and the rotation speed is obtained almost in real time, the S pole existing on the detected surface of the encoder 7a can be obtained. Irrespective of the pitch error between the P-pole and the N-pole, a signal in which this pitch error is corrected can be obtained. Therefore, the rotation speed can be accurately obtained regardless of a manufacturing error of the encoder 7a or an assembly error of the encoder 7a with respect to the rotating member. It is sufficient that only one specific area 9 is provided in the circumferential direction, but two or more specific areas 9 may be provided. However, in this case, the specific regions can be identified by arranging the specific regions at unequal intervals in the circumferential direction.
[0020]
The storage operation of the center angle pitch and the phase for all the S poles and the N poles is performed by setting the encoder 7a in a state where the detection unit of the rotation speed detection sensor faces the detection surface of the encoder 7a. This is performed by rotating the supported rotating member one or more rotations at a constant speed. In this way, the central angle pitch between a large number (20 to 60 each) of the S pole and the N pole arranged on the detection surface of the encoder 7a is stored in the memory in association with the phase in the rotation direction.
[0021]
This operation is more specifically performed, for example, as shown in FIG. That is, while the rotating member supporting the encoder 7a is rotated at least one rotation at a constant speed, the period t _{k at} which the output signal of the rotation speed detection sensor changes, and the time t required for the encoder 7a to make one rotation. Observe ₀ . The number of boundaries between the S pole and the N pole, corresponding to the S pole or the N pole starting from the kth (= 1 to n) th boundary counted from the specific region 9, the center of the S pole or the N pole angular pitch theta _k is expressed by _{θ k = 2π · t k /} t 0. Therefore, information on the center angle pitch θ _k of these S poles or N poles is used for each of n / 2 S poles and N poles in total, with reference to the specific region 9 described above. The information is stored in the memory together with the information on the phase (k-th) in the rotation direction.
[0022]
When detecting the rotation speed of the rotating member supporting the encoder 7a, the period in which the output signal of the rotation speed detection sensor, in which the detection unit is opposed to the detection surface of the encoder 7a, is observed. The output signal of the rotation speed detection sensor changes, for example, as shown in FIG. In this case, the number of the boundary between the S pole and the N pole, the period corresponding to the S pole or N pole starting from k (= 1 to n) th boundary counted from the specific region 9 be T _k When the central angle pitch of the S pole or the N pole is θ _k , the rotation speed S of the rotating member is represented by “S∝θ _k / T _k ”. Since the center angle pitch θ _k is known for each of the S pole and the N pole as described above, the rotation speed can be accurately obtained. Moreover, the period T _k, since the encoder 7a can be measured from 40 to 120 times during one rotation, it is possible to obtain the above-mentioned rotational speed substantially in real time.
[0023]
Next, a first example of an embodiment of a rolling bearing unit with a permanent magnet encoder will be described with reference to FIG. In this embodiment, the present invention is applied to a rolling bearing unit for a wheel of an automobile so that the rotation speed of a wheel can be detected. This rolling bearing unit is formed on an outer peripheral surface of a hub 11 which is a rotating raceway, and has a double row of inner raceways 12 and 12 each being a rotating raceway and an inner circumferential surface of an outer race 13 which is a stationary raceway ring. A plurality of balls 15, 15 each of which is a rolling element, are provided so as to freely roll between the double-row outer raceways 14, 14 each of which is a stationary side track. The hub 11 is formed by externally fixing an inner ring 17 to an end of a hub body 16. Since the illustrated example is a rolling bearing unit for driving wheels, a spline shaft 20 attached to a constant velocity joint 19 is inserted into a spline hole 18 provided in the center of the hub body 16.
[0024]
In order to apply the present invention to the above-described rolling bearing unit, a case in which the outer ring 13 is externally fixed to the slinger 6 supporting the encoder 7a on the outer peripheral surface of the end and the outer ring 13 is externally fixed to the end The rotation speed detection sensor 22 is held at 21. The case 21 is formed in a ring shape as a whole by bending a metal plate. Only a portion holding the rotation speed detection sensor 22 is expanded in the axial direction, and the portion is used as a holding portion 23. . The structure and operation of the rotation speed detection sensor 22 and the encoder 7a are as described with reference to FIGS.
[0025]
When the present invention is applied to a rolling bearing unit for wheels, the invention is not limited to the rolling bearing unit for driving wheels as shown in FIG. 4, but a spline hole is provided at the center of the hub 11a as shown in FIG. However, the present invention can be applied to a rolling bearing unit for a driven wheel that is not provided. Of course, the present invention can also be applied to an outer ring rotation type rolling bearing unit for a driven wheel. Further, even when the present invention is applied to a rolling bearing unit for driving wheels, the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 4, but can be applied to various structures such as the structure shown in FIG. In the case of the structure shown in FIG. 6, the inner ring 17 externally fitted to the inner end of the hub body 16a is held down by the caulking portion 24 formed at the inner end of the hub body 16a. In FIGS. 5 and 6, the rotational speed sensors 22a and 22b are arranged in the axial direction (FIG. 5) or the radial direction (FIG. 6) of the encoders 7a and 7a.
[0026]
Further, as shown in the figure, the present invention is not limited to a ring-shaped permanent magnet encoder magnetized in the axial direction, but can also be applied to a cylindrical permanent magnet encoder magnetized in the radial direction. In this case, the detection unit of the rotation speed detection sensor is radially opposed to the outer peripheral surface of the permanent magnet encoder, which is the surface to be detected.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, a permanent magnet encoder, a rolling bearing unit with a permanent magnet encoder, and a rotational speed detecting device that can accurately determine the rotational speed of a rotating member in real time can be manufactured at low cost. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a surface to be detected, showing an example of an embodiment of a permanent magnet encoder according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of storing a center angle pitch between an S pole and an N pole of an encoder in a memory in association with a phase in a rotation direction.
FIG. 3 is a diagram showing a cycle in which an output signal of a rotation speed detection sensor changes.
FIG. 4 is a diagram showing a first example of a rolling bearing unit with a permanent magnet encoder according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the second example.
FIG. 6 is a diagram showing the third example.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing one example of a conventional structure.
FIG. 8 is viewed from the right side of FIG. 7;
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a pitch error between an S pole and an N pole existing on a magnetized surface of a permanent magnet encoder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Rotating shaft 3 Bearing 4 Space 5 Combination seal ring 6 Slinger 7, 7a Encoder 8 Rotation speed detection sensor 9 Specific area 10 Non-specific area 11, 11a Hub 12 Inner ring track 13 Outer ring 14 Outer ring track 15 Ball 16, 16a Hub body 17 inner ring 18 spline hole 19 constant velocity joint 20 spline shaft 21 case 22, 22a, 22b rotation speed sensor 23 holding unit 24 caulking unit

Claims (4)

永久磁石により全体を円環状に造られ、回転中心をその中心とする単一円弧上にＳ極とＮ極とを交互に且つ所定のピッチで配置した永久磁石製エンコーダに於いて、円周方向に関して少なくとも１個所のピッチを他の部分のピッチに対し、誤差に基づいて生じ得る差よりも大きく異ならせた事を特徴とする永久磁石製エンコーダ。In an encoder made of a permanent magnet, the whole of which is made annular by a permanent magnet, and S poles and N poles are alternately arranged at a predetermined pitch on a single arc centered on the center of rotation, in a circumferential direction, Wherein the pitch of at least one portion of the permanent magnet is different from the pitch of the other portion by more than a difference that can occur based on an error. 円周方向に関して少なくとも１個所のピッチを他の部分のピッチよりも大きくした、請求項１に記載した永久磁石製エンコーダ。2. The permanent magnet encoder according to claim 1, wherein a pitch of at least one portion in the circumferential direction is larger than a pitch of another portion. 互いに同心に配置された静止側軌道輪及び回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪及び回転側軌道輪の互いに対向する面にそれぞれ形成された静止側軌道と回転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、上記回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持された永久磁石製エンコーダとを備えた永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットに於いて、この永久磁石製エンコーダが請求項１〜２の何れかに記載した永久磁石製エンコーダである事を特徴とする永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニット。Rolling between the stationary raceway and the rotating raceway which are arranged concentrically with each other, and between the stationary raceway and the rotating raceway which are respectively formed on the surfaces of the stationary raceway and the rotating raceway which face each other; A rolling bearing unit with an encoder made of permanent magnet, comprising a plurality of rolling elements freely provided and an encoder made of permanent magnet concentrically supported on a part of the above-mentioned raceway ring. A rolling bearing unit with a permanent magnet encoder, characterized in that the permanent magnet encoder is the permanent magnet encoder according to any one of claims 1 to 2. 回転部材にこの回転部材の回転中心と同心に支持された永久磁石製エンコーダと、この永久磁石製エンコーダの被検出面に検出部を対向させた回転検出センサと、この回転検出センサの出力信号を処理して上記回転部材の回転速度を検出する演算器とを備え、上記永久磁石製エンコーダは請求項１〜２の何れかに記載した永久磁石製エンコーダであり、上記演算器は、この永久磁石製エンコーダが１回転する間の各Ｓ極とＮ極とのピッチの大きさを求める機能と、これら各Ｓ極とＮ極との他の部分の回転方向に関する位相を、他の部分と大きく異なるピッチを有する部分を基準として求める機能と、上記各Ｓ極とＮ極とのピッチ誤差を補正して上記回転部材の回転速度を求める機能とを有するものである回転速度検出装置。A permanent magnet encoder supported on the rotating member concentrically with the rotation center of the rotating member, a rotation detection sensor having a detection unit opposed to a detection surface of the permanent magnet encoder, and an output signal of the rotation detection sensor. An arithmetic unit for processing to detect the rotation speed of the rotating member, wherein the encoder made of permanent magnet is the encoder made of permanent magnet according to any one of claims 1 to 2, wherein the arithmetic unit is The function of determining the magnitude of the pitch between each S pole and the N pole during one rotation of the encoder made by the encoder and the phase of each of the S pole and the N pole in the rotation direction of the other part are significantly different from those of the other parts. A rotation speed detection device having a function of obtaining a rotation speed of the rotating member by correcting a pitch error between each of the S pole and the N pole with reference to a portion having a pitch.

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