(57)【要約】【課題】特にコストを高くする事なく、回転部材の回転速度を正確に、且つ、リアルタイムで測定できる構造を実現する。【解決手段】永久磁石製エンコーダ７ａの一部に、着磁誤差では生じ得ない程度に大きなピッチ誤差を有する特定領域９を設ける。この特定領域９を利用して、非特定領域１０部分のＳ極及びＮ極のピッチと、回転方向に関する位相とを関連付け、メモリに記憶させる。回転速度検出時には、実際のピッチと、回転速度検出センサの出力信号の周期とに基づいて、上記回転速度を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【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ｔｋ  、及び、上記エンコーダ７ａが１回転するのに要する時間ｔ０  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θｋ  は、θｋ  ＝２π・ｔｋ  ／ｔ０  で表される。そこで、これらＳ極或はＮ極の中心角ピッチθｋ  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Ｔｋ  であり、当該Ｓ極或はＮ極の中心角ピッチがθｋ  であるとした場合、上記回転部材の回転速度Ｓは「Ｓ∝θｋ  ／Ｔｋ  」で表される。この中心角ピッチθｋ  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Ｔｋ  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
【図１】
2004354101.tif 000003
【図２】
2004354101.tif 000004
【図３】
2004354101.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004354101.tif 000007
【図６】
2004354101.tif 000008
【図７】
2004354101.tif 000009
【図８】
2004354101.tif 000010
【図９】
2004354101.tif 000011