CN109075688A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

旋转电机(100)包括：输出轴(7)；磁性体(28)，其固定在包围该输出轴(7)的壳体(21)内；传感器磁体(27)，其固定于输出轴(7)，产生用于检测输出轴(7)的旋转角度的磁场；以及旋转传感器(26)，其固定在壳体(21)内，在输出轴(7)的轴向上配置在磁性体(28)与传感器磁体(27)之间，根据旋转角检测用的磁场的强度来输出信号，在该旋转电机(100)中，沿以输出轴(7)为中心的周向对传感器磁体(27)的S极、N极进行磁化，将旋转传感器(26)配置于磁场的磁通密度B的、以输出轴(7)为中心的径向分量Br和周向分量Bθ的振幅相同的区域。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及安装了用于检测输出轴的旋转角的旋转传感器的旋转电机。

背景技术

作为以往的旋转电机，例如，已知有使旋转传感器安装于车辆用电动助力转向装置的电动机的装置。另外，还已知有将根据由旋转传感器所检测到的旋转信号来计算旋转位置、旋转角的控制单元与旋转电机进行一体化后的装置。由此，在将旋转传感器及控制单元进行了一体化的旋转电机中，伴随着使装置整体小型化、轻量化而产生了抑制噪声、提高旋转精度这些的技术问题(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3738966号

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1中具有涉及旋转电机的环磁体(传感器磁体)和霍尔元件(旋转传感器)的定位的记载。该结构中，转子线圈的极附近安装有环磁体，轴承的筒部安装有霍尔元件。然后，将环磁体和霍尔元件隔着仅有的间隙相对进行配置。该专利文献1所示的装置构造中，将环磁体、霍尔元件配置于极附近，还通过使环磁体、霍尔元件与周边的构件紧密接触从而力图实现小型化。

另外，在专利文献1所公开的构造中，成为检测从环磁体向磁性旁路构件的轴向的磁通密度的构造，需要在多个位置进行检测。该情况下，由于根据霍尔元件的位置精度来决定旋转角度的检测精度，因此需要管理多个霍尔元件的位置精度。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种对用于检测输出轴的旋转角度的旋转传感器的配置进行了最优化的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的旋转电机的特征在于，包括：旋转电机的输出轴；磁性体，该磁性体固定在包围所述输出轴的所述旋转电机的壳体内；传感器磁体，该传感器磁体固定于所述输出轴，产生用于检测所述输出轴的旋转角度的磁场；以及旋转传感器，该旋转传感器固定在所述旋转电机的壳体内，在输出轴的轴向上配置在所述磁性体与所述传感器磁体之间，根据旋转角检测用的所述磁场的强度来输出信号，沿以所述输出轴为中心的周向对所述传感器磁体的S极、N极进行磁化，将所述磁场的磁通密度的、以所述输出轴为中心的径向分量和周向分量的振幅比设为k时，将所述旋转传感器配置于用振幅比k来表示的n阶(n为偶数)的角度误差fn(k)满足所要求的旋转角检测精度E的区域。

发明效果

根据本发明的旋转电机，能够抑制传感器磁体和磁性体所生成的磁场的磁通密度的径向分量与周向分量的基波振幅的差异，能使输出轴的旋转角检测精度提高。

关于本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果，通过参照附图的以下本发明的详细说明可以进一步明确。

附图说明

图1是本发明实施方式1所涉及的旋转电机的侧面剖视图。

图2是实施方式1的旋转电机的传感器磁体的俯视图。

图3是表示实施方式1的旋转电机的控制单元的侧面剖视图。

图4是表示实施方式1的旋转电机的控制单元的侧面剖视图。

图5(a)是表示旋转电机中产生的磁场的磁通密度B的径向分量Br与周向分量Bθ的振幅比为1的情况下的、磁通密度的角度依赖性的图，图5(b)是表示正弦信号Vsin和余弦信号Vcos的信号值的角度依赖性的图。

图6(a)是表示旋转电机中产生的磁场的磁通密度B的径向分量Br与周向分量Bθ的振幅比为1.2的情况下的、磁通密度的角度依赖性的图，图6(b)是表示正弦信号Vsin和余弦信号Vcos的信号值的角度依赖性的图。

图7(a)是表示旋转电机中产生的磁场的磁通密度B的径向分量Br与周向分量Bθ的振幅比为1.8的情况下的、磁通密度的角度依赖性的图，图7(b)是表示正弦信号Vsin和余弦信号Vcos的信号值的角度依赖性的图。

图8是表示旋转电机的轴向和径向的座标上的角度检测精度的模拟试验的图。

图9是表示本发明实施方式2的旋转电机的控制单元的侧面剖视图。

图10是表示本发明实施方式2的旋转电机的控制单元的侧面剖视图。

图11是本发明实施方式1及实施方式2的旋转电机的说明图，是表示对流过功率部的电流所生成的磁场进行屏蔽的示意图。

具体实施方式

实施方式1

本发明的实施方式1的旋转电机为将电动机和控制单元进行一体化后的构造，具有检测输出轴的旋转角度的旋转传感器。并且，利用一个旋转传感器来测量在传感器磁体与磁性体之间产生的磁场的磁通密度，并检测输出轴的旋转角度。由一个旋转传感器检测输出轴的旋转角度的情况下，能够根据以输出轴为中心的磁通密度的径向分量与磁通密度的周向分量的关系来计算旋转角。然而，若磁通密度的径向分量和周向分量的振幅比偏离1，则根据该偏差将角度误差显示在旋转传感器的输出值中。

因此，本发明的旋转电机中，为了降低所检测的旋转角度的误差，提出了将旋转传感器配置于能降低磁通密度的径向分量和周向分量的振幅比的偏差量的区域的方案。

下面，利用图1至图8对本发明实施方式1所涉及的旋转电机进行说明。各图中对相同或相当的部分标注相同标号来进行说明。

图1是旋转电机100的侧面剖视图，例如，示出了电动助力转向装置。旋转电机100为使电动机1和控制单元20进行一体化后的构造。并且，如图1举例示出的那样，将电动机1配置于输出轴7的端部侧(纸面下侧)，将控制单元20同轴地配置于输出轴7的输出侧(纸面上侧)。

电动机1作为主要结构要素，包含磁轭2、定子3、转子4等。并且，磁轭2的内部配置有绕组线圈所卷绕而成的定子3。构成绕组线圈端部的线圈端部5位于定子3的两端，绕组端子9从线圈端部5经由环状的支承部8向电动机1的外部延伸。

并且，定子3的中心部配置有输出轴7，定子3的内周侧配设有固定于输出轴7的转子4。该转子4安装有永磁体。

图1中，输出轴7通过设置于旋转电机100的上部及下部的轴承6来可旋转地进行支承。轴承6为由固定于输出轴7的内环6a与固定于壳体21的外环6b来保持滚珠的结构。

电动机1其上部由框架10所覆盖。并且，从该框架10起，下部相当于电动机1。

电动机1为无刷3相电动机的情况下，至少将与3相相对应的绕组端子9插入到框架10的孔中，并向图中上侧延伸。

将构成旋转电机100的控制单元20设置于输出轴7的输出侧、即电动机1的框架10的上部。对包围输出轴7、构成控制单元20的壳体21进行设置，以使其与磁轭2同径，其内部配置有构成电路部的控制基板22。控制基板22搭载有CPU，并输出用于驱动电动机1的控制信号。

图1中，控制基板22的下侧配置有用于接收其控制信号从而给电动机1的绕组线圈提供电流的功率部23。电动机1为无刷3相电动机的情况下，用桥接结构将多个开关元件搭载于该功率部23。在图1中的左右各配置有1个、合计配置有2个该功率部23。为了向电动机1提供电流，在功率部23中将因开关元件的控制而产生发热，采用将框架10用作为散热器来进行散热的结构。连接对贯通了框架10(散热器)的绕组端子9与功率部23的端子，其连接例如通过焊接来进行。还构成为从功率部23向控制基板22延伸出多个端子，并将上述控制信号传输给该端子。

控制基板22与功率部23中间配设有由绝缘性构件组成的中间构件24。该中间构件24中插通有朝向功率部23的电源线(+、－)等其它的导电体。另外，将电容器等其它的元器件配置于中间构件24与控制基板22之间的空间，来有效地利用空间。

输出轴7通过控制单元20的中央，贯通壳体21并向外部延伸。在输出轴7的前端成为与减速机(未图示)相嵌合的结构。特别是在无刷电动机中，检测该输出轴7的旋转状态很重要。并且，可知若该旋转角的检测精度较差，则根据旋转角所计算的旋转位置的检测精度也同样地变差，将影响电动机1的旋转的流畅性。因此，用于检测输出轴7的旋转状态的旋转传感器26的检测精度成为重要的设计项目。并且，如上所述，旋转传感器26所应该满足的要求中包含有小型化的要素。

控制单元20中配设有使得产生用于旋转角检测的磁场的传感器磁体27。本结构的旋转电机100中，由于对电动机1和控制单元20进行一体化、小型化，因此传感器磁体27无法安装于输出轴7的端部，而是配置于中间部。为了提高旋转角的检测精度、抑制噪声，不能将该传感器磁体27靠近并配置于电动机1的驱动电流所流过的功率部23。由此，将传感器磁体27配设于控制基板22的与功率部23相反一侧的面(图1中上侧)。

图2中示出传感器磁体27的俯视图。传感器磁体27的俯视形状呈环形，是具有相同厚度的板状构件。并且，如图2所示，将N极、S极沿以输出轴7的轴向为中心的圆周方向进行磁化。此处对单极对的情况进行说明，但多极对的情况也可以说是相同的。并且，如图1所示，将检测该N、S的磁场的旋转传感器26配置在传感器磁体27的上侧。

此处，也可以考虑在输出轴7的轴向上，将旋转传感器26配置于从传感器磁体27观察时的控制基板22一侧，或配置在控制基板22上。然而，为了检测磁场强度的变化，需要用于实现所期望的方向分量的磁场的磁性体。在配置磁性体的空间位于控制基板22一侧或控制基板22上的情况下，也可以采用那样的结构。

此处，为了使装置小型化，如图1所示，对将磁性体28未配置于从传感器磁体27观察时的控制基板22一侧，而是配置于未设置有控制基板22的传感器磁体27的上侧的情况进行说明。

收纳有磁性体28的壳体21不是铁类的磁性体，设为铝类的非磁性体。并且，在其壳体21的内侧安装了环形的磁性体28(例如铁制)。此外，该磁性体28在图1中下侧配置有搭载了旋转传感器26的传感器基板25。为了向旋转传感器26提供电源，并且对来自传感器的检测信号等进行收发，通过电气布线29将传感器基板25与控制基板22相连接。

传感器磁体27的N极的磁通的一部分到达磁性体28。将旋转传感器26配置于传感器磁体27与磁性体28的中间部分。

使用图3对传感器磁体27a的外径比磁性体28的外径要小的情况下的旋转传感器26a的配置进行详细说明。图3是图1的旋转电机100的控制单元20的侧面剖视图，示出了旋转传感器26a的配置区域附近的放大图。传感器磁体27a的外径比磁性体28的外径要小。从传感器磁体27a朝向磁性体28生成的磁场中，能由旋转传感器26高精度地检测旋转角的磁通的有效范围31a如图3所示，能用四边形来表示。该有效范围31a相当于根据旋转角检测用的磁场强度来决定的区域。

即，若将旋转传感器26a配置于有效范围31a，则能够降低输出轴7的旋转角度的检测误差。旋转传感器26a的一部分成为检测部，但也可以对旋转传感器26a进行配置，以使得其检测部进入有效范围31a，而将旋转传感器26a的检测部以外的部分超出有效范围31a进行配置也没问题。

如图3所示，有效范围31a相当于由从传感器磁体27a的外径(最大圆周端)向磁性体28的外周部延伸的箭头30b、以及从传感器磁体27a的内周的某个位置向磁性体28的内周端延伸的箭头30a所包围的四边形的范围。

在传感器磁体27的外径比磁性体28的外径要小的情况下，可以将旋转传感器26a配置得比对传感器磁体27进行了投影的范围更靠径向外侧。

接着，对于该有效范围31a的决定方法进行说明。

图3中的箭头z表示输出轴的轴向(z方向)，箭头r表示传感器磁体27a的径向(r方向)。从纸面里面朝向跟前的方向表示周向(θ方向)，传感器磁体27a沿该θ方向进行旋转。

此外，图3中，由于旋转传感器26a及成为支承基板的传感器基板25它们的配置根据角度检测用的磁场强度来决定，因此，用假想线来进行显示。

首先，旋转传感器26a的z方向上的配置与传感器磁体27a和磁性体28的距离相关，磁场强度与磁极的强度之积成正比，根据与距离的平方成正比这样的库伦定律来决定。

由于将z方向上旋转传感器26a到传感器磁体27a的距离决定为能确保磁场的强度(磁通密度)的距离，因此该最大距离自然而然地被决定。即，磁性体28和传感器磁体27a的距离可以设定为磁性体28能充分吸附磁通的范围。旋转传感器26a设置在传感器基板25上，但如果决定了z方向的距离，则为了将传感器基板25配置于有效距离，能够使用脚部25a等进行传感器基板25的高度调整。

接着，连接由箭头30b表示的传感器磁体27a(磁极)的最外周端与磁性体28的外周端之间的边界线与箭头z同样地，能够将磁场以距离的平方进行衰减的情况考虑在内来决定。因此，有效范围31a是未使用到磁性体28的外周端的范围。

同样地，对传感器磁体27b的外径比磁性体28的外径要大的情况下的旋转传感器26b的配置进行详细说明。图4是图1的旋转电机100的控制单元20的侧面剖视图，示出了旋转传感器26b的配置区域附近的放大图。使用图4对旋转传感器26b的配置进行详细说明。传感器磁体27b的外径比磁性体28的外径要大。从传感器磁体27b朝向磁性体28生成的磁场中，能由旋转传感器26b高精度地检测旋转角的磁通的有效范围31b如图4所示，能用四边形来表示。

即，若将旋转传感器26b配置于有效范围31b，则能够降低旋转角度的检测误差。该有效范围31b可以与有效范围31a同样地来决定，如图4所示，相当于由从传感器磁体27b的外径端部向磁性体28的外周部延伸的箭头30d、以及从传感器磁体27b的内周的某个位置向磁性体28的内周端延伸的箭头30c所包围的四边形的范围。有效范围31b相当于根据旋转角检测用的磁场强度来决定的区域。

在传感器磁体27的外径比磁性体28的外径要大的情况下，能够将旋转传感器26b配置在对传感器磁体27进行了投影的范围内。

另外，在决定旋转传感器26(26a、26b)的配置的基础上，需要将磁场的径向r、周向θ存在适当关系的情况考虑在内，来决定有效范围31a、31b的内周侧的边界线。

此处，作为成为旋转传感器26的磁传感器，例如有MR元件。MR元件为磁阻元件，其磁阻值与磁通密度几乎成比例增加。将2个这样的磁阻元件进行串联连接，检测电阻因磁体等的磁场而发生变化的元件两端所显示的电压。若将磁场均等地施加给两电阻元件则为中央值(中点电压)，若非均等地施加磁场以使得有差异，则由于其中心的电压发生变化，因此能根据检测到的电压求出输出轴7的旋转角。旋转传感器26在此具有2个可检测的方向分量不同的磁阻元件，从而能将一方作为正弦信号Vsin，将另一方作为余弦信号Vcos来进行检测。这里使用具有进行了串联连接的2个磁阻元件的旋转传感器26进行说明，但只要是磁阻元件，则当然也可适用。

能将磁通密度B作为具有3个方向分量的矢量来表现，径向分量Br、周向分量Bθ、轴向分量Bz由下式(1)来提供。

【数学式1】

数学式1

Vcos及Vsin、Br及Bθ的关系由下式(2)来提供。

【数学式2】

数学式2

式(2)的分母在Br和Bθ的振幅相等的情况下为固定值a_r1，但在振幅不同的情况下将发生变动。将分母中含有平方根的式进行泰勒展开的情况下，能如下式(3)那样展开，因此Vcos及Vsin如下式(4)那样来提供。

【数学式3】

数学式3

【数学式4】

数学式4

即，在Br与Bθ的振幅比不为1的情况下，Vcos及Vsin中重叠有奇数阶的误差分量。

此时角度误差e由如下式(5)那样的近似式来提供。

【数学式5】

数学式5

由于将奇数阶的信号误差分量作为偶数阶的角度误差来表示，因此信号中所包含的高阶误差分量越大则检测角度中所出现的高阶误差也越大，因而旋转传感器26所检测的正弦信号Vsin及余弦信号Vcos越是均为失真较少的波形，则越能使旋转角检测精度提高。

图5、图6、图7表示与Br和Bθ的振幅比(1.0、1.2、1.8)相对应的Br及Bθ的波形、以及Vcos、Vsin的波形。

图5(a)是表示Br与Bθ的振幅比为1:1、即振幅相等情况下的Br与Bθ的磁通密度B的角度依赖性的图，图5(b)是表示那个时候的Vcos、Vsin的信号值V的角度依赖性的图。

图6(a)是表示Br与Bθ的振幅比为1:1.2的情况下的Br与Bθ的磁通密度B的角度依赖性的图，图6(b)是表示那个时候的Vcos、Vsin的信号值V的角度依赖性的图。

图7(a)是表示Br与Bθ的振幅比为1:1.8的情况下的Br与Bθ的磁通密度B的角度依赖性的图，图7(b)是表示那个时候的Vcos、Vsin的信号值V的角度依赖性的图。

如图5、图6、图7所明确的那样，可知在Br与Bθ的振幅比为1、振幅为基本相同的情况下，没有正弦信号Vsin及余弦信号Vcos的失真，在Br与Bθ的振幅比不为1的情况下，观察到正弦信号及余弦信号的失真。这是由于式(4)的高频分量、特别是奇数阶3阶、5阶、7阶分量变得较大，其结果是，若Br与Bθ的振幅变为不相同，则将产生角度误差。

此外，存在所要求的旋转角检测精度根据装置的规格而不同的情况，能够基于所要求的精度来决定r与θ的比率。例如，如图5(a)、图5(b)、图6(a)、图6(b)所示，判断为振幅的比率为1～1.2的情况是满足了精度的情况，将对应于该振幅比的装置设为可以使用。并且，如图7(a)、图7(b)所示，判断为振幅的比率为1.8的情况是未满足精度的情况，将对应于该振幅比的装置设为不可使用。由此，根据Br与Bθ的振幅比来决定符合规格的允许范围。

由于Vcos、Vsin、角度误差的阶数分量为振幅比k的函数，因此若将n阶(n为偶数)的角度误差分量用fn(k)来表现，将所要求的旋转角检测精度用E来表现，则可以将振幅比k设为满足下式(6)的范围。

【数学式6】

数学式6

f_n(k)≤E…(6)

例如，对于振幅比是1.2左右的情况进行说明。此时，Vcos及Vsin为如下式(7)那样。

【数学式7】

数学式7

此处，若为了简化使用到式(3)的第3项为止进行近似展开，则Vcos及Vsin由下式(8)来提供。

【数学式8】

数学式8

此时角度误差e由如下式(9)来提供。

【数学式9】

数学式9

即，角度误差的阶数分量fn(k)能由下式(10)来表示。

【数学式10】

数学式10

为了将这些误差设为满足所要求的旋转角检测精度E的值，需要将振幅比k设定在由下式(11)来决定的范围内。

【数学式11】

数学式11

这里，由2阶、4阶及6阶的分量来决定允许范围，但若低阶分量是根据公知的校正方法来降低的情况，则可以仅将不是校正对象的阶数分量设为对象。另外，在振幅较大的情况下还可以将高阶分量也考虑在内来估计角度误差e。此外，为了决定范围而需考虑的阶数分量误差中低阶的分量最大，因此，可以考虑使得该分量成为所要求的旋转角检测精度E以下。

此外，图8是将原点设定在输出轴的轴向的传感器磁体27的上表面(磁性体28一侧的面)的高度、对轴向z及径向r的两距离座标分割相同大小的划分来示出所对应的划分中的旋转角检测精度的模拟试验图。各划分中用数字表示对应于旋转角检测精度的精度等级。该数字为旋转角检测精度越高则越大的数。

图8中，举例示出了将旋转角检测精度的精度等级表示为5阶段的情况，旋转角检测精度较低(误差较大)的区域40中，数字0显示于没有剖面线的空间。区域40的下一旋转角检测精度较低的区域41中，数字1显示于斜线的剖面线空间。区域41的下一旋转角检测精度较低的区域42中，数字2显示于格子的剖面线空间。区域42的下一旋转角检测精度较低的区域43中，数字3显示于横纹的剖面线空间。旋转角检测精度最高(几乎没有误差)的区域44中，数字4显示于竖纹的剖面线空间。

然后，参照图8的数据，根据旋转电机100所要求的精度来对为了配置旋转传感器26而可以仅使用区域43、44、还是也可以使用区域42进行判定。然后，通过将旋转传感器26配置于所规定的有效范围，从而能使旋转传感器26的旋转角检测误差降低。

若根据以上结果定性地说明关于传感器磁体27和旋转传感器26的配置，则可以说出下面的情况。

在输出轴7附近，磁场不经由磁性体28而直接从传感器磁体27进入输出轴7。因此，图3及图4中所示的传感器磁体27和输出轴7的附近区域32a、32b不能用于配置旋转传感器26a。根据上述Br与Bθ的关系，由于r方向分量比θ方向分量大，正弦信号及余弦信号将产生失真，因此区域32a、32b与有效范围31a、31b之间的区域是不可使用区域。有效范围31a、31b成为考虑了z、r、θ的全部而得到的旋转角度检测精度较为良好的区域(具有Br：Bθ≈1：1的关系的区域)。

此外，图3、图4中，这里倾斜地画了有效范围31a、31b的边界线(箭头30a、30b、30c、30d)，但不局限于此。例如，磁通密度B的各向分量根据传感器磁体27与磁性体28之间的距离而变化，因此，有效范围31a、31b将根据传感器磁体27与旋转传感器26的z方向的距离而变化。并且，传感器磁体27与旋转传感器26的z方向的距离变得越小，则有效范围31a的内径侧的线(箭头30a)与z轴所成的角、有效范围31b的外径侧的线(箭头30d)与z轴所成的角就变得越小。

即，如图3所示，在将旋转传感器26a放置得比传感器磁体27的外径更靠外侧、使用有效范围31a的情况下，z方向的距离变得越小，则越是能在将旋转传感器26a配置于内径侧时使Br与Bθ的振幅比接近于1，能使旋转角检测误差降低。

另一方面，如图4所示，对于将旋转传感器26b放置得比传感器磁体27的外径更靠内侧、使用有效范围31b的情况下，z方向的距离越小，则越是能在将旋转传感器26b配置于外径侧时使Br与Bθ的振幅比接近于1，能使旋转角检测误差降低。

如上所述，将z、r、θ考虑在内来决定传感器磁体27、旋转传感器26、磁性体28的配置，并使旋转角检测精度提高，由此能得到提高输出轴的旋转精度及提高噪声耐量这样的效果。另外，对于磁性体28，也能将旋转角检测误差降低的区域即有效区域31a、31b考虑在内来进行配置，从而无需无谓地增大磁性体28自身的大小，能力图实现轻量化、小型化。

此外，环形的磁性体28是夹持在壳体21的内表面与传感器基板25之间的构造，将与磁性体28相同高度的脚部25a固定在壳体21内，使传感器基板25固定于该脚部25a，并在两者之间配设有磁性体28。此外，通过将该脚部25a形成为与磁性体28相同的厚度，从而也能将磁性体28兼用作固定传感器基板25的脚部，该情况下能削减元器件。

另外，对于磁性体28的厚度方向的尺寸限制，若为来自传感器磁体27的磁通密度B不饱和的程度的厚度则没有问题。这里，作为环形磁性体28进行了说明，但只要在传感器磁体27与磁性体28之间构成的磁路有效，则即使是具有切口的形状也能得到同样的效果。

本实施方式1中，示出了将起到更为显著的效果的MR元件作为旋转传感器26(26a、26b)来使用的示例，但即使使用霍尔元件等其它元件，也可以通过设为将旋转传感器26配置在Br与Bθ的振幅比良好的范围内的结构，从而能将输出轴7的旋转角检测误差抑制得较小。

另外，图1中示出了在电动机输出轴的输出侧配置控制单元20、并使传感器磁体27、旋转传感器26安装在其中的示例，但即使是在图中下侧的输出轴7的相反输出侧配置了控制单元的构造，也能同样地决定旋转传感器26的配置。

实施方式2

接着使用图9及图10对实施方式2进行说明。图9及图10是控制单元20的侧面剖视图，分别示出了旋转传感器26a、26b的配置区域周边。

上述实施方式1中，示出了配设磁性体28的示例，但在本实施方式2中，如图9、图10所示，示出了不使用磁性体28，取而代之地将轴承6的外环6b、6d作为磁性体来使用的示例。图9示出了传感器磁体27的外径比轴承6的外径要小的情况，图10示出了传感器磁体27的外径比轴承的外径要大的情况。

如图9、10所示，轴承6由壳体21所保持，传感器磁体27配置在轴承6的附近。并且，与图3、4的情况相比，由于缩小轴承6与传感器磁体27之间的距离，因此对轴承6的下表面进行配设以使其与壳体21的内壁面几乎处于相同的高度。轴承6的内环6c和滚珠6e与输出轴7一起旋转，但外环6d固定于壳体21一侧而不旋转。

另外，该外环6d与传感器磁体27是同样的环形，为具有固定直径的构造。并且，该外环6d为磁性体，例如为铁制。因此，成为利用该外环6d代替实施方式1的磁性体28、并使该外环6d负责收集磁场的任务的构造。

该实施方式2中，根据外环6d的配置，决定旋转传感器26a、26b的配置。

首先，如图9、图10所示，作为不能配置旋转传感器26a、26b的区域，具有从传感器磁体27向内环6c的外径延伸以使得与输出轴7的轴向平行的虚线箭头30c与输出轴7之间的区域，成为对与上述实施方式1的r、θ的关系进行了考虑的禁止配置区域。同样地，相比于从传感器磁体27的外周部向外环6b的外径(最外周端)延伸的箭头30b更靠外径侧的区域也成为禁止配置区域。

能将从传感器磁体27向轴承6d的内径(最内周端)延伸的箭头30a与上述实施方式1同样地进行设定，以使其成为具有Br：Bθ≈1：1的关系的区域。并且，能将旋转传感器26a、26b配置在由箭头30a、30b、传感器磁体27、外环6d所包围的四边形的有效范围31b的区域上。

此外，根据输出轴7的粗细、输出轴7的旋转转矩，决定轴承6的性能，并决定轴承6的大小。因此，如图9、图10所示，有效范围31a、31b的内周侧的箭头30a成为如下状态，即：位于将成为虚线箭头30c的连接点的传感器磁体27上的位置与外环6d的内径相连接的线上。

此处，外环6d与传感器磁体27同样为环状。并且，外环6d和传感器磁体27的表面形状需要为没有对角部等进行平滑处理的、没有凹凸的光滑表面形状，设为内径及外径不会依赖于z方向而变化的形状。

在外环6d及传感器磁体27的外表面角部为将角部削减的光滑的曲面的情况下，若图9、图10中的、纸面左右方向(径向)及上下方向上存在凹凸(尺寸变化)，则导致外环6d与传感器磁体27的距离z、r局部发生变化。若旋转传感器26a、26b的z、r方向的距离发生变化，则导致检测精度变差。

由此，在将外环6d作为磁性体来使用的本结构中，存在将外环6d的外径形成得比实施方式1的磁性体28更小的倾向，如图9、图10所示，能配置旋转传感器26a、26b的有效范围31a、31b的径向的宽度与实施方式1的图3、图4相比变窄。

为了扩大有效范围31a、31b，通过追加与外环6d相接并起到作为磁性体功能的元器件等，对扩大磁性体自身的形成范围是有效的。因此，例如将由磁性体形成的保护板安装于滚珠6e，或将与实施方式1同样的磁性体28沿与外环6d相抵接的外径方向进行配置，或者使其它的外环安装于外环6d的外侧等，由此能使起到作为磁性体功能的部分的宽度方向的尺寸变得比仅使用外环6d的情况要大。

在上述实施方式1及本实施方式2中，示出了沿旋转电机100的轴向依次配置了磁性体28或轴承6的外环6d、旋转传感器26、传感器磁体27、功率部23的示例。然而，将旋转传感器26配置于磁场的磁通密度B的、径向分量Br与周向分量Bθ的振幅为相同的区域，并且离传感器磁体27的距离根据旋转角度检测用的磁场强度来决定的区域内，若能满足上述这样的条件，则不言而喻，能沿轴向按传感器磁体27、旋转传感器26、磁性体28、功率部23这样的顺序来进行配置。

图11是本发明实施方式1及实施方式2的旋转电机100的说明图，是表示对流过功率部23的电流50所生成的磁场51进行屏蔽的情况的示意图。如图11所示，流过功率部23的电流50所生成的磁场51可以由磁性体28(实施方式2中，轴承6的外环6d)来进行屏蔽。将旋转传感器26配置于利用磁性体28(外环6d)降低了磁场51的影响的区域，从而能使磁场51对旋转传感器26的检测值的影响降低。

此外，举例示出了磁性体28(外环6d)为环状的情况，但在图11中，为了说明根据磁性体28的配置而产生的磁场51的变化，使用仅将磁性体28配设在旋转传感器26的附近的模型来进行说明。

虽然因流过功率部23的电流的大小、旋转传感器26与磁性体28(外环6d)的距离、磁性体28(外环6d)与功率部23的距离、传感器磁体27在旋转传感器26的位置处所生成的磁场51的强度等而导致影响度不同，但能通过调整磁性体28(外环6d)的大小来收敛于旋转电机100的旋转角所要求的精度。

另外，实施方式1、实施方式2中，说明了对一个旋转电机100配设一个旋转传感器26的情况。然而，在旋转电机100的壳体21内具有足够的空间的情况下，也可以配置多个该旋转传感器26，能够设为在一个旋转传感器26中发现异常的情况下将电路切换为其它旋转传感器26的结构。

此外，本发明在其发明的范围内，可对各实施方式进行自由组合，或对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (13)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

旋转电机的输出轴；

磁性体，该磁性体固定在包围所述输出轴的所述旋转电机的壳体内；

传感器磁体，该传感器磁体固定于所述输出轴，产生用于检测所述输出轴的旋转角度的磁场；以及

旋转传感器，该旋转传感器固定在所述旋转电机的壳体内，在所述输出轴的轴向上配置于所述磁性体与所述传感器磁体之间，并根据旋转角检测用的所述磁场的强度来输出信号，

沿以所述输出轴为中心的周向对所述传感器磁体的S极、N极进行磁化，

将所述磁场的磁通密度的、以所述输出轴为中心的径向分量和周向分量的振幅比设为k时，将所述旋转传感器配置于用振幅比k来表示的n阶(n为偶数)的角度误差fn(k)满足所要求的旋转角检测精度E的区域。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述旋转传感器在所述输出轴的轴向上配置于离所述传感器磁体的距离根据旋转角检测用的所述磁场的强度来决定的区域内。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述磁性体的平面形状为环形，与所述输出轴同轴并与所述输出轴的外周隔开地进行配置。

4.如权利要求1至3的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述传感器磁体的平面形状为环形，内接于所述输出轴的外周，沿径向扩展地进行配置，

将所述旋转传感器配置在将所述传感器磁体沿轴向进行投影而得到的范围内。

5.如权利要求1至3的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述传感器磁体的平面形状为环状，内接于所述输出轴的外周，沿径向扩展地进行配置，

所述旋转传感器配置得比将所述传感器磁体沿轴向进行投影而得到的范围更靠外侧。

6.如权利要求1至5的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述输出轴由轴承所保持，所述轴承包括与所述输出轴成为一体并旋转的内环、以及不旋转的外环，使用所述外环来作为所述磁性体。

7.如权利要求1至5的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述输出轴由轴承所保持，

所述磁性体配置在所述轴承与所述旋转传感器之间，所述磁性体的外径比所述轴承的外径要大。

8.如权利要求1至7的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述旋转传感器配置得比所述磁性体的外径更靠内侧。

9.如权利要求1至8的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述磁性体与安装所述旋转传感器的传感器基板以及所述壳体的内壁面相抵接。

10.如权利要求1至9的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述输出轴的轴上具有用于覆盖构成所述旋转电机的电动机的定子及转子的框架，在所述输出轴的轴向上，将控制所述旋转电机的控制基板配置在所述传感器磁体与所述框架之间。

11.如权利要求1至10的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

包括用于对所述旋转电机施加电压的功率部，

按所述磁性体、所述旋转传感器、所述传感器磁体、所述功率部的顺序沿轴向进行配置。

12.如权利要求1至10的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

包括用于对所述旋转电机施加电压的功率部，

按所述传感器磁体、所述旋转传感器、所述磁性体、所述功率部的顺序沿轴向进行配置。

13.如权利要求1至12的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

将所述旋转电机作为电动助力转向装置的结构要素来使用。