专利名称：装有一个磁场传感器的轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承。具体地说，本发明是一种新型的径向轴承或推力轴承，它采用一个磁场源和一个磁场传感器测定轴承转动圈相对其对置的固定圈的转速。
现有的电子速度传感器包括两个或两个以上的独立部分，专门用以测定速度。一般是将一个磁场源压到一根特制的轴上，并在相应于磁场源的位置设置一个传感器。具有磁场源和磁场传感器的推力轴承和径向轴承的例子在桑托斯(Santos)等人的1989年10月24日授权的名为“带磁场传感器的推力轴承”的美国专利4875785号中都有描述。采用磁场源和磁场传感器的推力轴承的例子见于詹姆斯·A.希尔比(James A.Hilby)和阿尔弗莱德·J.桑托斯(Alfred J.Santos)于1989年3月24日提出的名为“带磁力传感器的推力轴承”的美国专利申请328210号。
使磁场源与传感器之间的空隙或间隔保持不变是极为重要的。因此，通常必须在极高的精度条件下生产和装配上述轴承的各种机械元件。这些要求使其生产成本较高，生产率较低。
Tora Kita的1986年2月25日授权的名为“磁力扭矩传感器”的美国专利4572005号，是通过检测作用在转向轴上的扭矩所引起的转向轴中磁场的变化来测定转向轴的扭矩，并用一个具有弹性的传感器座使转向轴与传感器之间的间隙保持不变。但美国专利4572005号没有示出或提出怎样使径向轴承或推力轴承中采用的磁场源与磁场探测器间的距离保持不变。
本发明对现有技术的带磁场传感器的径向轴承和推力轴承中存在的恒定空气间隙问题提出了一个解决方法。将一磁场传感器(如霍尔传感器)安装在一根弹性杆上，弹性杆与载有磁场源的元件保持接触，而不受推力轴承零件间的轴向间隙或径向轴承的圆度、同心度、径向尺寸及其他误差的影响。
简而言之，本发明包括一个具有一个环形磁化部分(作为磁场源)的可转动的环形元件。弹性杆座体上有一个杆座体伸出的，与可旋转的环形元件接触的弹性杆。一个磁场传感器装在弹性杆上，其位置使其能够感应到磁场源的磁场。
通过参看下面的详述及附图可对本发明及其优点有更深入的了解，其中
图1是装有新型推力轴承的汽车变速箱输出部分的局部剖视图;
图2是图1所示推力轴承的放大的剖视图;
图3是图2所示实施例的正视图;
图4是图2和图3所示实施例的放大的局部剖视图;
图5是径向轴承一个优选实施例的局部剖开的侧视图;
图6是图5所示弹性杆座体的截面正视图;
图7是图6所示弹性杆及座体的顶视图;
图8是沿图6中8-8线的剖视图;
图9是本发明的另一优选实施例部分剖开的正视图;
图10是沿图9中10-10线的剖视图;
图11是本发明另一优选实施例示意图。
各图中相同的零件以同样序号表示。
参见附图，特别是图1和图2，固定壳体12中装有转轴10。具有一个第一推力圈16和一个第二推力圈18的推力轴承14安装在壳体上，其推力圈16的后端面顶在转轴10的台肩20上，而推力圈18的后端面顶在环形基座23的径向伸出的环形部分21上。轴圈16与轴10同速转动。由固定在后盖22上的环形基座23作用在推力圈18上的轴向力使推力圈18不发生转动。
环形磁场源24安装在推力圈16的表面，并与弹性杆32相对。如图2所，环形磁场源24的内圆周26在径向与推力圈18上轴向伸出的凸缘27的外圆周隔开，以形成间隙28。传感器30位于弹性杆32中，它测得磁场源24的交替南北极经过传感器的次数，这个次数即反映了轴10的转速。传感器输出的电信号由导线34传送(见图1)。
参见图3和图4，弹性杆座体23上的弹性杆32自杆座体23伸出，与转动的推力圈16接触。上述接触是通过一个轴向伸出的凸缘36(见图2和图4)实现的，凸缘36靠近传感器30并伸过环形磁场源24的内圆周37与推力圈18的凸缘27之间的间隙28，从而与推力圈16接触。
弧形弹性杆整体地自刚性的突出部分38伸出(见图3)。突出部分38从杆座23的外圆周向外延伸。弹性杆32的弧形，大致与杆座体23同轴，它自突出部分38伸出，与经过弹性杆支承23的凸边40的横截面成一锐角“A”(如图4)。
弹性杆32应具有足够的长度，以获得适当的弹性。这样，当机构的零件如推力圈18在轴向有自推力圈16分开一小段间隙的趋势时，弹性杆32的弹性应能使杆与推力圈16保持接触。
如图3，弹性杆32上有一个弧形槽42和一个与之邻接的更深一点的槽44。磁场传感器30(图3未示出)安装在更深一点的槽44中，与传感器相连的导线埋入槽42中。可采用环氧树脂、树脂或其他适当的方法将导线和传感器埋入槽中。
在图1至图4所示的推力轴承运转时，随着轴10的转动，磁化的磁环24转过静止的(即固定住的)传感器30。传感器测出环形元件24上的南北极经过的频率，这一频率反映出轴的转速。在弹性杆32的弹性作用下，传感器30与环形磁性元件24之间的间隙不受推力轴承刚性零件轴向运动的影响而保持不变。
图5至图8所示为本发明的一个径向轴承的实施例。参见图5，该径向轴承有一个直径预定好的环形径向延伸部分50，和由一个径向的台肩54与径向延伸部分50隔开的、直径更大的环形径向延伸部分52。延伸部分52对滚子56起外圈的作用，而转轴58对滚子56则起内圈的作用。
环形磁铁60装在环形磁铁座体62上，而座体62又同轴地装在转轴58上。磁铁座体62以压配合安装到转轴58上，以在轴向及径向将环形磁铁座体62固定在轴上。
弹性杆座体68与磁环座体62同轴安装，但在径向与磁环座体62隔开，从而形成一个环形间隙70。弹性杆座体68有一个弹性杆72自环68伸出，斜向伸过环形间隙70。弹性杆72有两个径向伸出并在轴向隔开的支腿74和76，它们跨在环形磁铁60上。支腿74和76的端部与轴58保持接触。支腿的长度能使传感器78与磁铁60隔开而不直接与磁铁接触。
对于图5至图8所示的径向轴承的工作过程，当轴58旋转时，磁铁60与轴一起转动。当磁铁的多个南北极经过磁场传感器78时，其速度被传感器78测得。不论轴或轴承的其他零件有何加工误差，弹性杆使支腿74和76始终与轴58保持接触，以使传感器78与磁铁60间的距离保持恒定。
图9和图10示出了径向轴承的另一实施例。径向轴承包括一个可转动的内圈80和一个固定的外圈82。多个滚珠84在内外圈之间，沿着外圈82与内圈80各自的滚道88和86所形成的环形间隙滚动。
转动的内圈80有一个环形的被磁化的部分90。磁化部分90的内径92比内径94更大，但磁化部分90的外径96与内圈80的外径相同。
参见图10，轴承外圈82的阶梯孔102的表面100上加工有一个环槽98。环形的弹性杆座体104在其外圆周上有一环形的伸出部分106。伸出部分106紧紧地嵌在外圈82的环槽98中，以使座体104在外圈82中保持合适的轴向和径向位置。
与杆座体104成一整体的弹性杆斜向伸过环形磁铁90与外圈82之间的环形空间，并与环形磁铁接触。弹性杆有一个贴近杆座体的部分108，它从杆座体外伸，并与杆座体成一锐角。弹性杆还有一个距杆座体较远的端110，远端110自贴近杆座体的部分108外伸并与之成一锐角。传感器112就装在弹性杆的远端部分110上。
当图9和图10所示的实施例工作时，磁环90随着内圈80以同样的速度转动。弹性杆中的传感器112探测出单位时间内经过磁感器的磁铁南北极的数目。不管轴承的圆度及其他尺寸精度误差的任何影响，弹性杆始终与磁环90保持接触，以使传感器112与磁环90之间的间隙保持不变。
本发明还可用于推力轴承及径向轴承以外的场合。例如，弹性杆及其传感器可栓接到壳体(如差速器或驱动桥的壳体)上，使弹性杆从壳体中伸出与转动的磁铁接触。上述可能的应用简略地示于图11中。参看图11，弹性杆120自壳体122伸出。传感器123装在一个传感器载体124中，传感器载体124始终与转动的磁环126保持接触以测出磁环的转速。
权利要求
1.一种带磁场传感器的轴承，其特征在于，一个具有作为磁场源的环形磁化部分的可转动的环形元件；一个具有自杆座体伸出的与可转动的环形元件相接触的弹性杆的杆座体；以及一个安装在弹性杆上，其安装位置使其能测出磁场源的磁场的磁场传感器。
2.按权利要求1的带磁场传感器的轴承，其特征还在于杆座体为环形。
3.按权利要求2的带磁场传感器的轴承，其特征还在于可转动的环形元件是轴承的推力圈;并且，杆座体轴向与轴承推力圈间隔开。
4.按权利要求2的带磁场传感器的轴承，其特征还在于杆座体在径向与可转动的环形元件隔开。
5.按权利要求3的带磁场传感器的轴承，其特征还在于杆座体具有一个自其外圆周向外伸出的刚性的突出部分，弹性杆呈弧形，与上述突出部分相连，并大致与杆座体同轴，弹性杆自突出部分伸出，与通过杆座体的横截面成一锐角。
6.按权利要求4的带磁场传感器的轴承，其特征还在于杆座体的内径比可转动的环形元件的外径大，这样就形成一个杆座体与可转动的环形元件构成的环形间隙，弹性杆就斜向穿过上述环形间隙。
7.按权利要求6的带磁场传感器的轴承，其特征还在于弹性杆有一个贴近杆座体的部分，它自杆座体伸出，与杆座体成一锐角;弹性杆还有一个距杆座体较远的远端部分，它自上述贴近杆座体的部分伸出并与上述贴近杆座体的部分成一锐角。
全文摘要
一个磁场源安装在具有两个轴圈的径向轴承或推力轴承中的一个轴圈上。上述轴圈与磁场源一起转动，另一个轴圈不动。一个磁场传感器安装在一个刚性杆座体上的弹性杆中。杆座体及弹性杆不发生转动，但弹性杆可随任何一个轴圈或弹性杆座体的运动产生挠曲，从而使磁场传感器与磁场源之间保持一个不变的预先确定的间距。单位时间内传感器测出的转动的轴圈上交替的磁极次数即表示转动的轴圈的转速。
文档编号G01P3/44GK1053944SQ9110021
公开日1991年8月21日 申请日期1991年1月10日 优先权日1990年2月8日
发明者斯科特·M·邓肯, 詹姆斯·A·希尔比, 阿尔弗雷德·J·桑托斯 申请人:托林顿公司