旋轉傳感器單元的製作方法

2023-12-09 13:16:46 2

專利名稱：旋轉傳感器單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用磁編碼器檢測軸的旋轉的旋轉傳感器單元。
背景技術：
作為這種旋轉傳感器單元，廣泛利用具備如下部分的旋轉傳感器單元殼體，其供 滾動軸承的外圈嵌合；軸，其由滾動軸承支承；以及磁編碼器，其檢測該軸的旋轉。在採用 磁編碼器作為旋轉傳感器的情況下，當外部磁場的磁力線進入磁編碼器的磁檢測元件時， 會使測量精度降低，因此將磁檢測元件配置於磁屏蔽內(專利文獻1)。 例如，對於上述的專利文獻1的旋轉傳感器單元，利用組合軸承支承軸，使軸的一 側端從殼體露出，將編碼器嵌合於軸外周的露出部分，將沿徑向與編碼器對置的磁檢測元 件支承於殼體的一側端，設置以包圍殼體、磁檢測元件以及編碼器的方式覆蓋上述部分的 磁屏蔽罩，並以包圍該磁屏蔽罩的方式設置保護罩。通過利用組合軸承來支承軸，能夠防止 磁檢測元件與編碼器的相對的位置偏移。保護罩設置成比較堅固，以保護磁檢測元件和電 路基板不受外部影響。通過與保護罩分開地設置磁屏蔽罩，能夠利用作為非磁性材料的鑄 鋁等生產率良好、且重量輕的材料形成保護罩。 並且，在不設置磁屏蔽罩的情況下，能夠利用由鑄鐵形成的堅固的強磁性材料形
成保護罩，並利用該保護罩作為磁屏蔽。 專利文獻1 :日本特開昭62-229026號公報 但是，如上述的專利文獻1那樣，在具備保護罩的旋轉傳感器單元的情況下，由於 能夠利用保護罩保護磁檢測元件等，因此，不僅是保護罩，殼體也要求以鑄鋁、樹脂等形成。 然而，如果以樹脂、鋁等非磁性材料形成殼體，由於外部磁場的磁力線通過殼體，因此容易 由於外部磁場的影響而在磁編碼器的測量中產生精度誤差。 進一步，在沒有保護罩的情況下，或者用非磁性材料形成保護罩和殼體的情況下， 需要專門設置磁屏蔽罩，部件數量增加。特別地，在沒有保護罩、並用非磁性材料形成殼體 的情況下，磁屏蔽罩大型化，需要設置空間，因此存在旋轉傳感器單元大型化的問題。
進一步，近年來，隨著磁編碼器的不斷向小型化推廣，謀求使磁檢測元件與編碼器 的相對的位置偏移更少。

發明內容
鑑於上述的情形，本發明的課題在於，對於具備供滾動軸承的外圈嵌合的殼體、由 上述滾動軸承支承的軸、以及檢測該軸的旋轉的磁編碼器的旋轉傳感器單元，防止磁檢測 元件與編碼器的相對的位置偏移，並且不依賴於專用的磁屏蔽罩或者殼體就能夠遮蔽磁檢 測元件使其不受外部磁場的影響。 為了達成上述課題，本發明提供一種旋轉傳感器單元，該旋轉傳感器單元具備殼 體，其供滾動軸承的外圈嵌合；軸，其由所述滾動軸承支承；以及磁編碼器，其檢測該軸的 旋轉，其特徵在於，使沿軸向被按壓於所述殼體的一側端的蓋面向所述軸的一側端面，利用所述蓋沿軸向推壓所述外圈的一個側面從而對其賦予預壓力，將所述磁編碼器的編碼器支 承於所述軸，將所述磁編碼器的磁檢測元件支承於所述蓋，利用磁性材料形成所述蓋、所述 軸以及所述外圈，將所述磁檢測元件配置在由所述蓋、所述軸的一側端面以及所述外圈形 成的磁屏蔽空間中。 具體而言，如果設置沿軸向被按壓於所述殼體的一側端的蓋，則能夠利用蓋沿軸 向推壓外圈的一側面從而對其賦予預壓力。當對滾動軸承賦予預壓力後，該滾動軸承的剛 性會提高，從而防止了軸振擺。 如果將磁編碼器的編碼器支承於軸振擺被消除了的軸，並將磁編碼器的磁檢測元
件支承於被按壓於殼體的蓋，則能夠防止磁檢測元件與編碼器的相對的位置偏移。 進一步，如果使蓋面向軸的一側端面，則能夠在蓋與軸的一側端面之間得到空間。
由於形成為利用蓋推壓軸的一個側面的預壓構造，因此蓋與軸的一側端面之間的空間由蓋
和外圈包圍。因此，利用磁性材料形成蓋、軸以及外圈，即可利用蓋、軸以及外圈形成外部磁
場的磁力線無法直接進入的磁屏蔽空間。 如果將磁檢測元件配置於該磁屏蔽空間，則不依賴於專用的磁屏蔽罩或殼體就能 夠遮蔽磁檢測元件以使其不受外部磁場的影響。 優選採用利用磁性材料形成所述滾動軸承的內圈和夾裝在該內圈與所述外圈之 間的滾動體的結構。 如果利用磁性材料形成內圈和滾動體，則外部磁場的磁力線由內圈等捕捉，因此 磁力線難以通過滾動軸承直接進入蓋與軸的一側端面之間。因此，容易更大地得到磁屏蔽 空間。 再者，從軸向另一方側接近滾動軸承的外部磁場的磁力線能夠相對於徑向平面朝 軸向另一方側帶有傾斜角地進入內外圈之間的環狀空間，如果內圈等為非磁性材料，則磁 力線通過內圈等並直接進入軸的一側端面與蓋之間的空間的可能性變高。雖然增大外圈寬 度能夠防止這種情況，但是增大外圈寬度會導致變重，因此不是優選的。通過利用磁性材料 形成內圈和滾動體，即便外部磁場的磁力線帶有傾斜角地進入內外圈之間的環狀空間，也 能夠利用內圈等捕捉該磁力線。另外，由於通過對滾動軸承施加預壓力確保了滾動體與內 外圈的接觸，因此能夠使由滾動體捕捉的磁力線迂迴至內外圈。 只要不會給上述磁編碼器的測量造成障礙，則不去計較上述滾動軸承的種類、組
裝於上述殼體的軸承數目、以及是否是由上述滾動軸承形成的組合軸承的結構。 形成上述軸、上述蓋、上述外圈、上述內圈、以及上述滾動體的各磁性材料並不需
要統一為相同的物性，能夠根據它們的功能適當地採用不同物性的磁性材料。作為磁性材
料例如能夠從鐵、矽鋼、強磁性鐵鎳合金、鐵矽鋁磁合金、珀明德鐵鈷系高磁導率合金、軟磁
鐵氧體中選擇採用。 作為利用上述蓋沿軸向推壓上述外圈的一個側面從而對其賦予預壓力的結構，不 僅包含利用上述蓋直接推壓上述外圈的一個側面的結構，還包含經由夾裝於上述蓋與上述 外圈的一個側面之間的環狀的墊圈賦予預壓力的結構。 在利用上述蓋直接推壓上述外圈的一個側面的情況下，如果平行地形成蓋的另一 側面和軸的一側端面，則在蓋與軸的一個側面之間得到空間的方面存在界限，難以以足夠 的廣度形成上述磁屏蔽空間。在該情況下，在蓋的另一側面和軸的一個側面中的至少一方
4形成擴大兩個面之間的對置間隔的凹陷，則能夠擴大蓋與軸的一個側面之間的空間。
另一方面，在想要節省在蓋的另一個側面和軸的一側端面上形成凹陷的工事的情 況下，可以將分隔圈夾裝在所述外圈的一個側面與所述該之間，利用磁性材料形成所述分 隔圈。 利用分隔圈隔離蓋的另一個側面和軸的一個側面之間，能夠擴大上述的空間。因
此，能夠以簡單的平面形成蓋的另一個側面和軸的一側端面，加工變得簡單。 如上所述，根據本發明的結構，由於不依賴於殼體也能夠形成磁屏蔽空間，因此無
論殼體是磁性材料或者非磁性材料，或者殼體是密閉或者具有敞開部的結構都能夠應用。 特別地，如果利用樹脂或者鋁形成殼體，則能夠實現殼體的輕量化。此處，鋁意味
著包含鋁合金。 —般情況下殼體和蓋由相同的原材料形成，但是，磁性材料比樹脂或鋁重。通過利 用樹脂或者鋁形成殼體，並利用磁性材料形成蓋，能夠使上述磁屏蔽空間的形成和旋轉傳 感器單元的輕量化並存。 能夠利用樹脂或者鋁形成殼體，前提是不存在對殼體作用有較大的外力的擔憂， 在這種情況下，作為形成蓋的磁性材料，不需要使用強度優異的高碳鋼材。
因此，作為形成上述蓋的上述磁性材料能夠使用冷軋鋼板或者普通構造用軋制鋼 材。由此，能夠提高蓋的加工性。 如上所述，對於本發明，旋轉傳感器單元具備殼體，其供滾動軸承的外圈嵌合； 軸，其由所述滾動軸承支承；以及磁編碼器，其檢測該軸的旋轉，其中，利用磁性材料形成用 於對滾動軸承賦予預壓力的蓋、外圈、以及軸，由此在蓋與軸的一側端面之間的空間中形成 磁屏蔽空間，並且將磁檢測元件配置於該磁屏蔽空間，因此不依賴於專用的磁屏蔽罩或者 殼體就能夠遮蔽磁檢測元件以使其不受外部磁場的影響。


圖1是示出第一實施方式的整體結構的剖視圖。
圖2是示出第二實施方式的整體結構的剖視圖。
標號說明 1、5...滾動軸承；2...殼體；3...軸；4...磁編碼器；6、6'...蓋；7...螺栓； 8...密封環；9a...油封；9b...甩油環；10...分隔圈；11...外圈；12...內圈；13...滾 動體；14...密封件；21...安裝凸緣；22...肩；41...磁檢測元件；42...編碼器；43...電
路基板；61...外周部；62...退讓部；63...貫通孔。
具體實施例方式
以下，根據附圖對本發明的實施方式進行說明。 圖1以軸向平面的剖切面示出本發明的第一實施方式所涉及的旋轉傳感器單元 的整體結構。 如圖l所示，第一實施方式所涉及的旋轉傳感器單元具備殼體2，其供滾動軸承1 的外圈11嵌合；軸3，其由滾動軸承1支承；以及磁編碼器4，其檢測該軸3的旋轉。
在殼體2與軸3之間組裝有滾動軸承1和與該滾動軸承1 一起構成組合軸承的另一滾動軸承5。考慮轉動慣性阻力，滾動軸承1、5分別是帶密封件的球軸承。 殼體2在外周具有安裝凸緣21，能夠在組裝了旋轉傳感器單元之後的狀態下螺紋
緊固於其他的設備的殼體。 該第一實施方式所涉及的旋轉傳感器單元以下述使用條件作為前提另有保護罩 保護該旋轉傳感器單元不受外力影響，或者不存在殼體2通過外力破壞的擔憂。因此，與強 度相比，殼體2更注重考慮輕量化、成形容易性，可通過樹脂注射模塑成形形成。另外，殼體 2也能夠由鋁形成。 軸3和滾動軸承1的外圈11、內圈12以及夾裝在兩個圈11、12之間的滾動體13 由軟磁性材料形成。這是為了避免軸3等的磁化。作為這些磁性材料能夠使用鐵系的軟磁 性材料。 滾動軸承1的各密封件14從壓入嵌合於外圈11的密封槽的安裝端到前端具有屏 蔽板部。各密封件14的屏蔽板部由軟磁性材料形成。因此，外部磁場的磁力線無法通過各 密封件14的屏蔽板部。作為各密封件14的屏蔽板部的材料例如能夠使用軟磁性不鏽鋼板。
形成於殼體2的一個側面的軸承組裝口由沿軸向被按壓在殼體2的一個側端的蓋 6覆蓋。在蓋6的另一個側面上形成有外周部61，其被按壓在殼體2的一側端以及外圈 11的一個側面；以及退讓部62，該退讓部62通過使與軸3的一側端面以及內圈12對置的 區域比所述外周部61還朝軸向一方側凹陷形成。蓋6通過利用螺栓7將外周部61緊固於 殼體2而被固定。在該固定狀態下，蓋6的退讓部62沿軸向面對軸3的一側端面，從而在 蓋6與軸3的一個側面之間確保用於配置磁編碼器4的空間。 從上述的使用條件出發，與強度相比，蓋6更注重考慮加工性，由冷軋鋼板形成。 另外，蓋6也能夠由普通的構造用軋制鋼材形成。 當利用螺栓7將蓋6的外周部61按壓於殼體2的一側端時，滾動軸承1的外圈11 的一個側面整周都被蓋6的外周部61朝軸向另一方側推壓。其結果是，能夠利用殼體2的 肩22、軸3的襯圈部4a、蓋6對滾動軸承1、5賦予定位預壓力。由此，滾動軸承1、5的剛性 提高，防止了軸3的軸振擺。 軸3的另一側端面從形成於殼體2的另一側面的軸貫通口露出，且能夠與外部設 備的旋轉軸連接。 另外，蓋6的外周部61與殼體2之間由密封環8密封。殼體2的軸貫通口與軸3 之間由油封9a、甩油環9b密封。 磁編碼器4具有磁檢測元件41 ;編碼器42 ;以及電路基板43，磁檢測元件41安 裝於該電路基板43。作為磁編碼器4能夠利用用於測量軸3的旋轉角、旋轉位置、旋轉速 度、旋轉數等的公知的磁編碼器。在該第一實施方式中，磁檢測元件41檢測以90。的相位 差產生的兩相的磁通變化，並通過運算處理求出旋轉角。並且，編碼器42是沿圓周方向被 交替磁化成N極和S極的編碼器。 通過將電路基板43固定於蓋6的退讓部62的底部，磁檢測元件41被支承於蓋6。 蓋6的退讓部62形成為利用徑向平面支承電路基板43的板面。這是為了使磁檢測元件41 朝向軸向。另夕卜，電路基板43被螺紋固定於蓋6的退讓部62，且電路基板43與蓋6之間被 絕緣。 編碼器42以其旋轉中心與軸3 —致的方式通過安裝件被固定在軸3的一側端面上，由此編碼器42由軸3支承。另外，為了使形狀簡單化，軸3的一側端面形成為徑向平面。
當將編碼器42固定於軸3，並利用螺栓7將電路基板43所固定的蓋6按壓在殼體 2的一側端時，磁檢測元件41的第一相用的磁檢測元件和第二相用的磁檢測元件帶有90° 的相位差被固定成與編碼器42的磁化面對置的位置關係。即，將編碼器42支承於被消除 了軸振擺的軸3，並將磁檢測元件41支承於被按壓在殼體2上的蓋6。因此，防止了磁檢測 元件41與編碼器42的相對的位置偏移。 電路基板43的導線44從穿設於退讓部62的貫通孔63被取出至外部。該貫通孔 63由填充材料堵塞。考慮到對電路基板43的絕緣，填充材料不能是磁性材料。能夠在預先 填充具有絕緣性的填充材料之後通過層疊混入有磁性粉的填充材料在貫通孔63中設置磁 屏蔽。 該第一實施方式所涉及的旋轉傳感器單元具有上述的結構，當通過上述蓋6的按 壓對滾動軸承1、5賦予預壓力時，能夠遍及整周維持蓋6的外周部61與外圈11的一個側 面的接觸。形成於蓋6的退讓部62與軸3的一側端面之間的空間由蓋6的外周部61和外 圈11包圍，除了外部磁場的磁力線直接從蓋6的貫通孔63進入的區域之外都形成磁屏蔽 空間。磁檢測元件41配置於該磁屏蔽空間。這樣，由於該第一實施方式所涉及的旋轉傳感 器單元利用賦予預壓力所需的蓋6、旋轉傳感器單元所必須的軸3以及外圈11來形成上述 磁屏蔽空間，因此不用依賴於專用的磁屏蔽罩或者殼體2就能夠遮蔽磁檢測元件41以使其 不受外部磁場的影響。 從軸向另一方側接近滾動軸承1的外部磁場的磁力線由利用磁性材料形成的內 圈12以及密封件14的屏蔽板部捕捉。即便暫時從密封件14與內圈12之間的細微的密封 間隙進入滾動軸承1的內部空間，由於利用磁性材料形成的密封間隙面向內圈12的肩，因 此該磁力線被內圈12捕捉。因此，外部磁場的磁力線無法穿過滾動軸承l直接進入蓋6與 軸3的一側端面之間的空間。 另外，即便是在省略密封件14的情況下、或者不利用磁性材料形成密封件14的屏 蔽板部的情況下，如果利用磁性材料形成內圈12和滾動體13，則即便外部磁場的磁力線相 對於徑向平面朝軸向另一方側帶有傾斜角地進入內外圈11、12之間的環狀空間，該磁力線 也被公轉的滾動體13或者內圈12捕捉，因此無法直接進入蓋6與軸3的一側端面之間的 空間。雖然沿軸向穿過內外圈11、12之間的外部磁場的磁力線能夠擠過公轉的滾動體13 之間，但是會以該狀態進入蓋6，因此不會直接進入蓋6與軸3的一側端面之間的空間。
即便是在利用軟磁性材料形成殼體2的情況下，也能夠在殼體2上形成多個貫通 內外的減重孔以實現輕量化。這是因為，無論以何種配置形成減重孔，都能夠利用蓋6、軸3 以及外圈ll得到磁屏蔽空間。 作為其他的例子，根據圖2對本發明的第二實施方式進行說明。另外，以下以與上
述第一實施方式的不同點為中心進行敘述，省略對認為是相同的結構的說明。 在該第二實施方式所涉及的旋轉傳感器單元中，通過將蓋6'的另一個側面形成單
一的徑向平面，能夠使對蓋6'的加工進行得較為容易。 分隔圈10夾裝在蓋6'的另一個側面與外圈11的一個側面之間。分隔圈10形成 環狀，且具有嵌合於殼體2的內周的外周。分隔圈10的另一個側面遍及外圈11的一個側 面整周沿軸向抵靠於外圈11，蓋6'的另一個側面遍及分隔圈10的一個側面整周沿軸向抵
7靠於分隔圈10。由此，將軸3的一側端面和蓋6'的另一個側面形成為徑向平面，並且確保 了磁檢測元件41等的配置空間。 利用蓋6'對殼體2的推壓而壓入了分隔圈10，外圈11經由分隔圈11被蓋6'推 壓，由此對滾動軸承1、5賦予定位預壓力。在該狀態下，分隔圈10包圍蓋6'與軸3的一側 端面之間的空間。分隔圈10由軟磁性材料形成。因此，對於該第二實施方式所涉及的旋轉 傳感器單元，不僅蓋6'的加工容易，並且能夠利用蓋6'、軸3以及分隔圈IO等形成上述磁 屏蔽空間。 分隔圈10是為了對滾動軸承1等賦予預壓力而必須的。因此，該第二實施方式所 涉及的旋轉傳感器單元也不用依賴於專用的磁屏蔽罩或者殼體2就能夠遮蔽磁傳感器元 件41以使其不受外部磁場的影響。
權利要求
一種旋轉傳感器單元，具備殼體，其供滾動軸承的外圈嵌合；軸，其由所述滾動軸承支承；以及磁編碼器，其檢測該軸的旋轉，該旋轉傳感器單元的特徵在於，使沿軸向被按壓於所述殼體的一側端的蓋面向所述軸的一側端面，利用所述蓋沿軸向推壓所述外圈的一個側面從而對其賦予預壓力，將所述磁編碼器的編碼器支承於所述軸，將所述磁編碼器的磁檢測元件支承於所述蓋，將所述磁檢測元件配置於所述蓋與所述軸的一側端面之間，利用磁性材料形成所述蓋、所述軸以及所述外圈，將所述磁檢測元件配置在由所述蓋、所述軸的一側端面以及所述外圈形成的磁屏蔽空間中。
2. 根據權利要求1所述的旋轉傳感器單元，其特徵在於，利用磁性材料形成所述滾動軸承的內圈和夾裝在該內圈與所述外圈之間的滾動體。
3. 根據權利要求1或2所述的旋轉傳感器單元，其特徵在於，將分隔圈夾裝在所述外圈的一個側面與所述蓋之間，利用磁性材料形成所述分隔圈。
4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的旋轉傳感器單元，其特徵在於，利用樹脂或者鋁形成所述殼體。
5. 根據權利要求4所述的旋轉傳感器單元，其特徵在於，作為形成所述蓋的所述磁性材料使用冷軋鋼板或者普通構造用軋制鋼材。
全文摘要
一種具備檢測由滾動軸承支承的軸的旋轉的磁編碼器的旋轉傳感器單元，防止磁檢測元件與編碼器的相對的位置偏移，並且不依賴於專用的磁屏蔽罩或殼體就能夠遮蔽磁檢測元件不受外部磁場的影響。利用被按壓於殼體(2)的蓋(6)對滾動軸承(1)的外圈(11)賦予預壓力從而提高滾動軸承(1)的剛性，由此將編碼器(42)支承於消除了軸振擺的軸(3)，磁檢測元件(41)支承於被按壓在殼體(2)上的蓋(6)，防止了磁檢測元件(41)與編碼器(42)的相對的位置偏移，利用軟磁性材料形成軸(3)、蓋(6)以及外圈(11)等，在軸(3)的一側端面與蓋(6)之間形成磁屏蔽空間，並將磁傳感器元件(41)配置於該磁屏蔽空間。
文檔編號G01D5/245GK101772693SQ200880101219
公開日2010年7月7日 申請日期2008年8月22日 優先權日2007年8月28日
發明者糸見正二 申請人:Ntn株式會社