CN106208537B - 旋转角检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转角检测装置，检测具有贯通散热板的轴的马达的旋转角。旋转角检测装置包含：安装于轴的基端部的永久磁铁、配置于散热板上且安装有马达的驱动电路和驱动电路的控制电路的基板、以与永久磁铁对置的方式设置于基板的磁传感器、配置在散热板与基板之间且在俯视时包围永久磁铁的筒状的磁屏蔽部件。

Description

旋转角检测装置
技术领域
本发明涉及具备永久磁铁以及磁感应元件的旋转角检测装置。
背景技术
近几年，提出了利用相互分离配置的永久磁铁以及磁感应元件检测马达的旋转角的非接触型的旋转角检测装置。例如日本特开2014-225998号公报公开了这样的旋转角检测装置。日本特开2014-225998号公报公开了马达壳体、收纳于马达壳体马达、第一框架(金属板)、控制基板(基板)、旋转角检测装置。第一框架关闭马达壳体。控制基板与第一框架空开间隔地配置于第一框架之上。
马达包含贯通第一框架(金属板)并具有向该第一框架(金属板)的上方突出的一端部的轴(旋转轴)。
旋转角检测装置包含磁铁(永久磁铁)和位置检测传感器(磁感应元件)。磁铁安装于轴的一端部。位置检测传感器安装于控制基板。磁铁与位置检测传感器以相互对置的方式配置。
如日本特开2014-225998号公报所述，在使磁感应元件与永久磁铁对置的结构的旋转角检测装置中，永久磁铁的磁也会达到安装于的基板的除了磁感应元件以外的电路部件。其结果是，存在妨碍电路部件的正常动作的情况。即，在马达的驱动电路、该驱动电路的控制电路等安装于基板的情况下，存在驱动电路、控制电路等受到永久磁铁的磁的影响而误动作的情况。与之相反，因在驱动电路、控制电路等流动的电流所产生的磁被磁感应元件检测。其结果是，还存在磁感应元件的检测信号产生失真、噪声等的情况。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够减少在永久磁铁以及基板产生的磁所引起的不良从而提高可靠性的旋转角检测装置。
检测具有贯通金属板的旋转轴的马达的旋转角的本发明的一实施方式的旋转角检测装置的结构上的特征是包含：永久磁铁，其安装于上述旋转轴的一端部；基板，其相对于上述永久磁铁在与上述金属板相反的一侧与上述金属板对置，安装有上述马达的驱动电路和上述驱动电路的控制电路中的至少一方；磁感应元件，其以与上述永久磁铁对置的方式设置于上述基板；以及筒状的磁屏蔽部件，其在上述金属板与上述基板之间以俯视时包围上述永久磁铁的方式配置。
通过以下参照附图对本发明的实施方式示例进行的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一实施方式的旋转角检测装置的一体型马达/ECU的示意性剖视图。
图2是表示图1的磁屏蔽部件的放大剖视图。
图3是沿图2所示的III-III线的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图1是表示应用了本发明的一实施方式的旋转角检测装置1的一体型马达/ECU(Electronic Control Unit)101的示意性剖视图。在本实施方式中，一体型马达/ECU101是一体地包含后述的马达15和ECU48的EPS(Electric Power Steering：电动动力转向)用的一体型马达/ECU。以下，具体说明一体型马达/ECU101的结构。
一体型马达/ECU101包含马达外壳2。马达外壳2形成为一体地具有圆板状的底壁3和圆筒状的侧壁5的有底圆筒状。侧壁5设置于该底壁3的周缘，在该底壁3的相反的一侧形成开口部4。马达外壳2在底壁3具有用于保持第一轴承6的第一轴承保持部7。第一轴承保持部7是在底壁3的中央部俯视呈近似圆形地凹下一层的凹处。在该凹处内收纳并保持第一轴承6。第一轴承6在本实施方式中为滚珠轴承。在第一轴承保持部7的底面中央部形成有贯通底壁3的贯通孔8。马达外壳2的开口部4由近似圆板状的金属制(例如铝制)的散热板(金属板)10封闭。
散热板10具有与马达外壳2的底壁3对置的第一主面10a和其相反的第二主面10b。散热板10在第一主面10a的中央部具有用于保持第二轴承11的第二轴承保持部12。第二轴承保持部12是在散热板10的第一主面10a的中央部俯视呈近似圆形地凹下一层的凹处。在该凹处内收纳并保持第二轴承11。第二轴承11在本实施方式中为滚珠轴承。在第二轴承保持部12的底面中央部形成有贯通散热板10的贯通孔13。在被该散热板10封闭的马达外壳2内收纳有马达15。
马达15在本实施方式中为三相无刷马达。马达15包含圆筒状的定子16、转子17、圆柱状的轴(旋转轴)18。定子16固定于马达外壳2的侧壁5的内周面5a。转子17配置于定子16的径向内侧。轴18以贯通转子17的中央部的方式安装于该转子17。定子16具有多个定子齿19、定子卷线20。定子齿19从马达外壳2的侧壁5的内周面5a朝径向内侧延伸配置。定子卷线20卷绕于多个定子齿19。定子卷线20包含与马达15的U相、V相以及W相对应的U相卷线、V相卷线以及W相卷线。在定子卷线20的位于散热板10侧的一端20a电连接有圆柱状的马达总线柱21。马达总线柱21经由形成于散热板10的总线柱插通孔22朝散热板10的第二主面10b侧伸出。
转子17包含圆柱状的转子铁芯23和永久磁铁24。转子铁芯23与轴18一体旋转。永久磁铁24固定于转子铁芯23的外周。转子铁芯23由软磁性材料形成，在俯视的中央部形成有轴插通孔25。永久磁铁24由沿转子铁芯23的周向使S极与N极相互交替磁化的环状的磁铁构成。
轴18被插通并固定于转子铁芯23的轴插通孔25。轴18例如由不锈钢(SUS)等非磁性材金属形成。轴18被第一轴承6和第二轴承11轴支承。第一轴承6设置于马达外壳2的底壁3。第二轴承11设置于散热板10的第一主面10a。由此，转子17被支承为能够在马达外壳2内旋转。在该结构中，轴18具有前端部18a和基端部(一端部)18b。前端部18a从贯通孔8贯通并向马达外壳2的外侧突出。基端部18b从贯通孔13贯通并向散热板10的第二主面10b侧突出。
在轴18的前端部18a安装有连结部件26。连结部件26与一体型马达/ECU101的外部的机构(例如，EPS用的减速机)连接。由此，马达15的旋转驱动力传递至该外部的机构(例如，EPS用的减速机)。另一方面，在轴18的基端部18b，以与轴18一体旋转的方式安装有近似圆板状的永久磁铁30。
永久磁铁30通过沿其周向使S极以及N极交替磁化而形成。如图1所示，永久磁铁30可以以该永久磁铁30的周边部30a与第二主面10b对置的方式形成为宽度比轴18的径向的宽度大。永久磁铁30也可以形成为与轴18的径向的宽度大致相同的宽度。相对于永久磁铁30在与散热板10相反的一侧，以与散热板10的第二主面10b对置的方式配置有近似圆板状的基板31。
基板31沿轴18的轴向与散热板10空开规定的间隔(例如，5mm左右)地配置。基板31具有与散热板10的第二主面10b对置的对置面31a、和其相反的非对置面31b。基板31例如也可以是多层布线基板。多层布线基板可以具有多个绝缘层、多个布线层、通路(ピア)。通路将隔着绝缘层而上下配置的布线层电连接。在基板31的对置面31a的中央部设定有供磁传感器(磁感应元件)32安装的俯视呈近似圆形的传感器安装区域33。在基板31的对置面31a的周边部，以包围传感器安装区域33的方式设定有供驱动电路34安装的俯视呈近似圆环状的驱动电路安装区域35。
磁传感器32在传感器安装区域33中配置在与永久磁铁30的板面30b整个区域对置的区域内。更具体而言，磁传感器32配置在基板31的对置面31a的与轴18的旋转中心一致的位置。由此，磁传感器32隔着空间与永久磁铁30对置。磁传感器32检测伴随着轴18的旋转而变动的来自永久磁铁30的磁场(磁通)。由这些永久磁铁30以及磁传感器32，构成了旋转角检测装置1的一部分。旋转角检测装置1包含根据磁传感器32的输出来计算马达15的旋转角的计算机构(图示略)。
驱动电路34是向马达15供电的三相变频器电路，包含与马达15的U相、V相以及W相对应的多个开关元件36。各开关元件36经由金属制的散热部件37热连接于散热板10。与各开关元件36和各开关元件36连接的散热部件37由密封树脂38密封。
在基板31的非对置面31b安装有控制电路39，该控制电路39与驱动电路34电连接，从而控制该驱动电路34。即，基板31是将马达15的驱动电路34、和驱动电路34的控制电路39安装于共用的基板31的上下表面(对置面31a以及非对置面31b)的复合型的电路基板。控制电路39包含执行储存于存储器的规定的动作程序的微机40。在控制电路39电连接有马达总线柱21，该马达总线柱21经由形成于基板31的总线柱插通孔41而向基板31的非对置面31b侧伸出。
由安装于基板31的驱动电路34、和控制电路39，构成了ECU48的一部分。在ECU48中，控制电路39控制驱动电路34，对多个开关元件36进行通断控制。由此，从驱动电路34向马达总线柱21输出使马达15进行正弦波驱动的信号。输出到马达总线柱21的信号向定子16传递。由此，马达15被正弦波驱动。
在散热板10与基板31之间配置有包含强磁性材料的磁屏蔽部件42。以下，参照图2以及图3，说明磁屏蔽部件42的具体结构。图2是表示图1的磁屏蔽部件42的主要部位的放大剖视图。图3是沿图2所示的III-III线的剖视图。如图2以及图3所示，磁屏蔽部件42呈筒状，以俯视时包围永久磁铁30和磁传感器32的周围的方式配置。在本实施方式中，示出了磁屏蔽部件42形成为近似圆筒状的例子。然而，磁屏蔽部件42也可以呈近似方筒状。磁屏蔽部件42距离散热板10的第二主面10b的高度T例如为5mm左右。
磁屏蔽部件42具有位于散热板10侧的散热板侧端部42a、和位于基板31侧的基板侧端部42b。磁屏蔽部件42的散热板侧端部42a与散热板10形成为一体。磁屏蔽部件42的基板侧端部42b与基板31抵接。磁屏蔽部件42在本实施方式中由与散热板10相同的材料构成，包含铝制的主体部43和镀膜44。主体部43与散热板10形成为一体。镀膜44覆盖主体部43的表面整个区域。镀膜44例如是由镍(Ni)等强磁性材料形成的镀膜。
如图2所示，在基板31形成有与磁屏蔽部件42的基板侧端部42b卡合的卡合部45。在本实施方式中，卡合部45是以与磁屏蔽部件42的基板侧端部42b嵌合的方式形成为俯视呈近似圆环状的凹部46。在基板31形成有向驱动电路34以及/或者控制电路39提供接地电位(基准电压)的地线47。地线47例如由铜箔构成。凹部46(卡合部45)以使该地线47的一部分露出的方式形成于基板31。磁屏蔽部件42的基板侧端部42b与形成于基板31的凹部46(卡合部45)嵌合(卡合)。磁屏蔽部件42的基板侧端部42b在凹部46(卡合部45)内与地线47电连接。
利用该磁屏蔽部件42，对安装有磁传感器32的传感器安装区域33、和安装有驱动电路34的驱动电路安装区域35进行磁屏蔽。更具体而言，利用磁屏蔽部件42，将连结永久磁铁30、与安装于基板31的驱动电路34(驱动电路安装区域35)之间的磁路径屏蔽。并且，利用磁屏蔽部件42，将连结磁传感器32(传感器安装区域33)、与驱动电路34(驱动电路安装区域35)之间的磁路径屏蔽。
再次参照图1，在散热板10上以在与该散热板10之间收纳基板31的方式安装有有底圆筒状的罩部件50，该罩部件50在马达外壳2侧具有开口部50a。以上，在本实施方式中，在散热板10与基板31之间，配置有俯视时包围永久磁铁30和磁传感器32的近似圆筒状的磁屏蔽部件42。由此，能够减少在永久磁铁30和基板31产生的磁带来的不良，所以能够提高可靠性。更具体而言，能够利用磁屏蔽部件42将连结永久磁铁30与安装于基板31的驱动电路34(驱动电路安装区域35)之间磁路径屏蔽，所以能够抑制永久磁铁30的磁对驱动电路34的影响。由此，能够抑制驱动电路34(多个开关元件36等)因永久磁铁30的磁而误动作。由于能够抑制驱动电路34的误动作，所以也能够抑制与该驱动电路34电连接的控制电路39(微机40等)的误动作。
能够利用磁屏蔽部件42将连结磁传感器32与驱动电路34之间的磁路径屏蔽。由此，能够抑制在驱动电路34侧产生的磁对磁传感器32的影响。特别地，在本实施方式中，能够利用磁屏蔽部件42屏蔽在比较大的电流流动的马达总线柱21产生的磁和在多个开关元件36等产生的磁。由此，能够抑制磁传感器32检测出在驱动电路34侧产生的磁。其结果是，能够利用磁传感器32良好地检测永久磁铁30的磁，所以能够提高磁传感器32的检测精度。
在本实施方式中，利用磁屏蔽部件42能够减少在永久磁铁30和基板31产生的磁的不良。因此，能够将永久磁铁30和基板31(驱动电路34和控制电路39)比较近地配置。由此，能够有助于一体型马达/ECU101的小型化和低成本化。特别地，在本实施方式中，采用了在共用的基板31的上下表面(对置面31a以及非对置面31b)安装有驱动电路34和控制电路39的结构。由此，更加有助于一体型马达/ECU101的小型化和低成本化。
在本实施方式中，与磁屏蔽部件42的基板侧端部42b嵌合(卡合)的凹部46(卡合部45)形成于基板31。使磁屏蔽部件42的基板侧端部42b与该凹部46(卡合部45)嵌合(卡合)，从而能够容易进行基板31相对于散热板10的定位。基板31相对于散热板10的定位精度提高，所以永久磁铁30和磁传感器32的定位精度也能够提高。由此，能够进一步提高磁传感器32的检测精度。
在本实施方式中，在散热板10的第一主面10a形成有用于保持第二轴承11的第二轴承保持部12(凹处)。由此，通过比较紧凑的设计，能够进行轴18(马达15)的定位。轴18的定位精度提高，所以能够提高安装于轴18的永久磁铁30与磁传感器32的定位精度。由此，能够进一步提高磁传感器32的检测精度。
在本实施方式中，磁屏蔽部件42的基板侧端部42b在凹部46(卡合部45)内与地线47电连接。由此，能够经由磁屏蔽部件42将形成于基板31的地线47与散热板10电连接，所以能够增加地线47的布线面积。其结果是，能够提高接地电位的稳定性。由此，能够减少在基板31(驱动电路34以及控制电路39)产生的噪声。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明也可以通过其它方式来实施。例如，在上述实施方式中，说明了驱动电路34安装于基板31的对置面31a、控制电路39安装于基板31的非对置面31b的例子。然而，也可以是驱动电路34安装于基板31的非对置面31b、控制电路39安装于基板31的对置面31a。根据该结构，能够利用磁屏蔽部件42，将连结控制电路39与永久磁铁30的磁路径屏蔽。并且，能够利用磁屏蔽部件42，将连结控制电路39与磁传感器32的磁路径屏蔽。驱动电路34和控制电路39可以形成于单独的基板。即，可以在基板31上安装驱动电路34以及控制电路39的任意一方。
在上述实施方式中，说明了磁屏蔽部件42与散热板10形成为一体的例子。然而，也可以相对于散热板10而独立地设置磁屏蔽部件42。在该情况下，磁屏蔽部件42可以由镍等强磁性材料形成。在上述实施方式中，说明了在磁屏蔽部件42形成有镍等强磁性材料构成的镀膜44的例子。该镀膜44可以以覆盖散热板10的第二主面10b的一部分区域或者整个区域的方式形成。根据该结构，能够将散热板10的第二主面10b的一部分区域或者整个区域作为磁屏蔽部件使用。
在上述实施方式中，说明了磁屏蔽部件42与形成于基板31的地线47电连接的例子。然而，磁屏蔽部件42也可以与形成于基板31的散热用的金属膜连接，从而将基板31与散热板10热连接。地线47当然也可以兼作散热用的金属膜。在上述实施方式中，说明了以从基板31的凹部46(卡合部45)露出的方式形成地线47的例子。然而，地线47也可以形成于基板31的非对置面31b上。在该情况下，磁屏蔽部件42的基板侧端部42b在凹部46(卡合部45)内，也可以经由贯通基板31而形成的通路而与基板31的非对置面31b上的地线47电连接。根据该结构，在基板31的对置面31a形成了凹部46(卡合部45)后，形成贯通该基板31的通路，在基板31的非对置面31b上形成覆盖通路的地线47即可，所以容易制造。
另外，在专利权利要求书所记载的事项的范围内可以加以各种设计变更。
本申请主张于2015年5月25日提出的日本专利申请第2015-105762号的优先权，并在此引用包括说明书、附图和说明书摘要的全部内容。

Claims (7)

1.一种旋转角检测装置，其检测具有贯通金属板的旋转轴的马达的旋转角，其中，包含：
永久磁铁，其安装于上述旋转轴的一端部；
基板，其相对于上述永久磁铁在与上述金属板相反的一侧与上述金属板对置，安装有上述马达的驱动电路和上述驱动电路的控制电路中的至少一方；
磁感应元件，其以与上述永久磁铁对置的方式设置于上述基板；以及
筒状的磁屏蔽部件，其以与上述永久磁铁对置的方式配置于基板，并且在上述金属板与上述基板之间配置为与所述基板相接并且俯视时包围上述永久磁铁和磁感应元件，
至少上述驱动电路和上述控制电路俯视时在径向上配置于所述磁屏蔽部件的外侧。
2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其中，
在上述基板上形成有与上述磁屏蔽部件的基板侧端部卡合的卡合部。
3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其中，
上述卡合部是与上述磁屏蔽部件的上述基板侧端部嵌合的凹部。
4.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其中，
上述磁屏蔽部件一体地设置于上述金属板。
5.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其中，
上述磁屏蔽部件一体地设置于上述金属板。
6.根据权利要求3所述的旋转角检测装置，其中，
上述磁屏蔽部件一体地设置于上述金属板。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的旋转角检测装置，其中，
在上述基板形成有地线，上述磁屏蔽部件与上述地线电连接。
CN201610341699.7A 2015-05-25 2016-05-20 旋转角检测装置 Active CN106208537B (zh)

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