CN109391092B - 传感器磁铁以及马达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于将传感器磁铁固定于轴的新技术。传感器磁铁(30)是压入并固定于马达轴的环状的传感器磁铁，具备：环状部(32)，在其外周部交替地形成有磁极；固定部(34)，其从环状部的内周部朝向中心侧设置，支撑并固定被压入的马达轴；以及应力缓和部，其在马达轴压入至固定部(34)的情况下缓和在该固定部的与马达轴接触的接触部(36)产生的应力。传感器磁铁(30)由使磁性体分散于塑料材料而成的粘结磁铁构成。

Description

传感器磁铁以及马达
技术领域
本发明涉及马达所使用的传感器磁铁。
背景技术
现今，在马达中，使用了用于检测其转速、旋转位置的旋转检测装置。在旋转检测装置中，相对于马达轴固定有被称作传感器磁铁的在圆周方向上交替地形成有磁极的环状的磁铁，并且在其附近设有磁感应元件。传感器磁铁磁化为磁通根据转子的旋转而变化。而且，由磁感应元件检测到的伴随马达轴的旋转而产生的传感器磁铁的磁极位置的变化与转子的旋转位置变化对应。
因此，有必要将上述的传感器磁铁固定于马达轴。作为将传感器磁铁固定于马达轴的方法，虽然在传感器磁铁的中心直接压入马达轴的方法是一种方法，但若是该方法则有传感器磁铁破裂的担忧。因此，作为将传感器磁铁固定于马达轴的其它方法，考虑经由传感器磁铁架将传感器磁铁固定于马达轴的方法(参照专利文献1)。
该方法中的传感器磁铁架一体地形成有圆筒部和从圆筒部沿轴向突出的板状的多个卡扣件，其中，圆筒部形成有供马达轴压入的压入部。而且，传感器磁铁通过弹性变形的多个卡扣件而固定于磁铁架。因此，在将马达轴压入至传感器磁铁架时所产生的来自马达轴的应力不会直接传递至传感器磁铁，可抑制传感器磁铁的破裂的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-35411号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在经由传感器磁铁架将传感器磁铁固定于马达轴的方法中，需要传感器磁铁架作为另外的部件，导致部件件数的增多、组装工时的增加。并且，上述的方法与将传感器磁铁直接压入至轴的情况相比，容易产生组装误差。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供用于将传感器磁铁固定于轴的新技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的一个方案的传感器磁铁是一种压入并固定于马达轴的环状的传感器磁铁，具备：环状部，在其外周部交替地形成有磁极；固定部，其从环状部的内周部朝向中心侧设置，支撑并固定被压入的马达轴；以及应力缓和部，其在马达轴压入至固定部的情况下缓和在该固定部的与马达轴接触的接触部产生的应力。传感器磁铁由使磁性体分散于塑料材料而成的粘结磁铁构成。
根据该方案，在马达轴压入至传感器磁铁的中心部时，能够缓和在固定部的接触部附近产生的应力，因而能够将传感器磁铁直接固定于马达轴。并且，容易以各种形状来制造传感器磁铁。此处，应力缓和部是在马达轴压入至传感器磁铁时缓和应力集中于特定部分的结构即可，并非必须在接触部的附近。并且，应力缓和部也可以由固定部、环状部的至少一部分承担。
固定部也可以具有从环状部的内周部朝向中心延伸的多个臂。由此，不会使在将马达轴压入至传感器磁铁时的同轴度过度降低，能够将传感器磁铁固定于马达轴。
也可以是，臂在前端设有与马达轴接触的接触部。由此，固定部能够以简易的结构来支撑马达轴。
应力缓和部也可以是多个臂的各自的固定端之间的圆弧区域。由此，能够利用从固定部离开的区域来缓和固定部处的应力集中。
也可以是，圆弧区域的中央部的径向厚度比两端部的径向厚度大。由此，能够将施加于圆弧区域的中央部的应力的一部分向两端部分散。
也可以是，臂具有从环状部的内周部朝向径向内侧的径向部和从径向部的中心侧端部沿轴向延伸的轴向部。也可以是，轴向部在内周面设有与马达轴接触的接触部。由此，能够使臂容易挠曲。
应力缓和部也可以是臂。由此，能够抑制在固定部以外的区域产生过度的应力集中。
也可以为，若将多个臂的个数设为N1、并将形成于环状部的磁极的个数设为N2，则满足N2是偶数，并且N2＝N1×n，其中，n是自然数。由此，能够精度良好地设定环状部的各磁极的磁特性。
本发明的其它方案是一种马达。该马达具备：具有电刷的马达部；固定于马达部的马达轴的传感器磁铁；配置为与传感器磁铁的环状部对置的磁传感器；固定于马达轴的蜗杆；以及与蜗杆啮合的蜗轮。
根据该方案，通过利用磁传感器来检测直接固定于具有电刷的马达部的马达轴的传感器磁铁的旋转，从而能够控制利用由蜗杆和蜗轮构成的减速器驱动的驱动对象例如电动车窗、电动座椅的位置。
此外，将以上的构成要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、装置、系统等之间变换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
发明的效果如下。
根据本发明，能够将传感器磁铁固定于轴。
附图说明
图1是具备本实施方式的传感器磁铁的附带蜗轮减速器的马达的主视图。
图2是示出具备本实施方式的传感器磁铁的附带蜗轮减速器的马达的主要部分的剖视图。
图3是第一实施方式的传感器磁铁的立体图。
图4的(a)是第一实施方式的传感器磁铁的主视图，图4的(b)是图4的(a)所示的传感器磁铁的A-A剖视图。
图5的(a)是第二实施方式的传感器磁铁的立体图，图5的(b)是从与图5的(a)不同的方向观察的第二实施方式的传感器磁铁的立体图。
图6的(a)是第二实施方式的传感器磁铁的主视图，图6的(b)是图6的(a)所示的传感器磁铁的B-B剖视图。
图7的(a)是第一变形例的传感器磁铁的主视图，图7的(b)是第二变形例的传感器磁铁的主视图。
图8是第三变形例的传感器磁铁的主视图。
图9是第四变形例的传感器磁铁的主视图。
符号的说明
10—附带减速器的马达，12—马达部，14—减速器部，16—马达壳体，18—端罩，20—马达轴，22—减速器壳体，24—蜗杆，26—蜗轮，28—旋转检测装置，29—磁感应元件，30—传感器磁铁，32—环状部，34—固定部，36—接触部，38—圆弧区域，40—臂，42—固定端，50—传感器磁铁，52—环状部，54—固定部，56—接触部，58—臂，58a—径向部，58b—轴向部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，附图的说明中，对同一要素标注同一符号，适当地省略重复的说明。并且，以下说明的结构只不过是示例，不对本发明的范围进行任何限定。
本发明的技术能够应用于有刷DC马达、无刷马达、或者使用了这些马达的附带蜗轮减速器的马达之类的、需求检测转速、旋转位置的所有马达。以下，以应用于附带蜗轮减速器的马达的情况为例进行说明。
[第一实施方式]
(附带减速器的马达)
图1是具备本实施方式的传感器磁铁的附带蜗轮减速器的马达的主视图。图2是示出具备本实施方式的传感器磁铁的附带蜗轮减速器的马达的主要部分的剖视图。此外，图1中，省略了减速器部的箱体的一部分进行图示以便能够观察确认传感器磁铁。
附带减速器的马达10主要由马达部12以及减速器部14构成。带减速器的马达10是通常的有刷DC马达(有刷直流电机)。马达部12具有马达壳体16和端罩18，马达壳体16由金属材料形成为有底中空筒状且在其内周面安装有磁铁，端罩18以关闭马达壳体16的开口部的方式装配。从马达部12的端罩18向外部延长的马达轴20的前端由设于减速器壳体22的内部的轴承轴支撑。
减速器部14由与延长的马达轴20结合的蜗杆24、与蜗杆24啮合的蜗轮26、以及从蜗轮26的中心掏出的输出轴27等构成。输出轴27例如与汽车用电动车窗装置连接。
旋转检测装置28由设于固定侧的磁感应元件29(例如，霍尔元件、GMR(GiantMagneto Resistive，巨磁阻)元件)和设于旋转侧的传感器磁铁30的组合构成。示例的霍尔元件在固定于减速器壳体22的基板31上安装成与旋转的传感器磁铁30相对。旋转检测装置28具备用于向霍尔元件供给电流且读取信号的布线。而且，旋转检测装置28利用霍尔元件来检测基于马达旋转所产生的传感器磁铁30和霍尔元件的相对移动而变化的磁通，并将其作为脉冲信号而输出。由此，能够检测马达的转速以及旋转位置并对它们进行控制。
(传感器磁铁)
图3是第一实施方式的传感器磁铁30的立体图。图4的(a)是第一实施方式的传感器磁铁30的主视图，图4的(b)是图4的(a)所示的传感器磁铁30的A-A剖视图。
传感器磁铁30是直接压入并固定于马达轴20的环状的磁铁。本实施方式的传感器磁铁30由使磁性体分散在塑料材料而成的粘结磁铁构成。磁性体例如主要使用各向同性或者各向异性的钡铁氧体、锶铁氧体、SmCo、NdFeB、SmFeN、AlNiCo等。
并且，作为成为粘合剂的塑料材料，举出热塑性树脂作为在通过注射成形来形成传感器磁铁的情况下适合的材料。作为热塑性树脂，例如使用聚酰胺(聚酰胺6、聚酰胺12)树脂。磁性体与塑料材料的混合比(重量比)能够根据磁性体的性能来进行各种选择，但例如为95：5～70：30程度的范围。并且，本实施方式的传感器磁铁30的剩余磁通密度Br是10～500mT程度，保持力bHc是40～250kA/m程度。
通过像这样将使磁性体分散于塑料材料而成的混合物进行熔融并注射到金属模具，容易精度良好且高效地制造各种形状的传感器磁铁。
传感器磁铁30具备：环状部32，在其外周部交替地形成有磁极；固定部34，其从环状部32的内周部朝向中心侧设置，支撑并固定被压入的马达轴20；以及作为应力缓和部的圆弧区域38，其在马达轴20压入至固定部34的情况下缓和在固定部34的与马达轴20接触的接触部36产生的应力。
在本实施方式的传感器磁铁30中，在马达轴20压入至传感器磁铁的中心部时，能够缓和在固定部34的接触部36附近产生的应力，因而难以在传感器磁铁的一部分产生过大的应力集中。因此，其它部件不介于马达轴与传感器磁铁之间也能够将传感器磁铁30直接固定于马达轴20。
此处，应力缓和部是在马达轴20压入至传感器磁铁30时缓和应力集中于特定部分的结构即可，并非必须在接触部36的附近。因此，本实施方式的应力缓和部是构成环状部32的从固定部34的一部分的圆弧区域38。通过该圆弧区域38弹性变形，在将马达轴20压入至传感器磁铁30时，传感器磁铁30整体的刚性变低，可缓和在接触部36附近的应力集中。
并且，根据CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)解析，在传感器磁铁30的一部分存在应力缓和部，从而与假定为在传感器磁铁30不存在应力缓和部的刚体的情况比较，能够使在马达轴20压入至传感器磁铁30时产生的应力的最大值降低。其结果，能够减少传感器磁铁30的一部分破裂或者在压入时需要超出标准的过大的力的状况。
并且，如图4的(a)所示，固定部34具有从环状部32的内周部朝向中心延伸的多个(4个)臂40。并且，4个臂40以马达轴20压入的部分作为中心且以90度间隔呈放射状地设置，成为对称性较高的配置。由此，不会使在将马达轴20压入至传感器磁铁30时的同轴度过度降低，能够将传感器磁铁30固定于马达轴20。
并且，臂40在前端设有与马达轴20接触的接触部36。由此，固定部34能够以简易的结构来支撑马达轴20。并且，由于传感器磁铁30形成为表背对称的形状，所以在组装马达轴20时不会弄错表背。
并且，圆弧区域38设于多个臂40的各自的固定端42之间。由此，能够利用从固定部34离开的区域来缓和固定部34处的应力集中，因而增加传感器磁铁的形状设计的自由度。
并且，圆弧区域38的中央部的径向厚度W1比两端部的径向厚度W2大。由此，能够使施加于圆弧区域38的中央部的应力的一部分向两端部分散。也就是说，能够降低在马达轴20压入至传感器磁铁30时在圆弧区域38产生的应力的最大值。
此外，在本实施方式的传感器磁铁30中，如图4的(a)所示，若将对置的一对臂40的接触部36的距离设为L、并将马达轴20的直径设为D，则设定为1.0＞L/D≥0.94的范围。更优选设定为0.99≥L/D≥0.97的范围。
并且，在传感器磁铁中，若将臂的个数设为N1并将形成于环状部的磁极的个数设为N2，则满足N2是偶数，并且N2＝N1×n，其中，n是自然数。具体而言，就传感器磁铁30而言，臂40的个数可以是4，形成于环状部32的磁极的个数可以是4、8、12等。在该情况下，容易使各磁极的位置成为相对于臂对称性较高的配置。例如，若臂的个数是4且磁极的个数是4，则能够使所有磁极的位置相对于邻接的臂为相同。由此，能够精度良好地设定环状部32的各磁极的磁特性。另一方面，若臂的个数是3且磁极的个数是4，则无法使所有磁极的位置相对于邻接的臂为相同。
这样，本实施方式的附带减速器的马达10具备：具有电刷的马达部12；固定于马达部12的马达轴20的传感器磁铁30；配置为与传感器磁铁30的环状部32对置的磁感应元件29；固定于马达轴20的蜗杆24；以及与蜗杆24啮合的蜗轮26。
由此，利用磁感应元件29来检测直接固定于具有电刷的马达部12的马达轴20的传感器磁铁30的旋转，能够控制利用由蜗杆24和蜗轮26构成的减速器部14驱动的驱动对象例如电动车窗、电动座椅的位置。
[第二实施方式]
图5的(a)是第二实施方式的传感器磁铁的立体图，图5的(b)是从与图5的(a)不同的方向观察的第二实施方式的传感器磁铁的立体图。图6的(a)是第二实施方式的传感器磁铁的主视图，图6的(b)是图6的(a)所示的传感器磁铁的B-B剖视图。此外，适当地省略与第一实施方式的传感器磁铁30相同的结构。
传感器磁铁50具备：环状部52，在其外周部交替地形成有磁极；固定部54，其从环状部52的内周部朝向中心侧设置，支撑并固定被压入的马达轴20；以及应力缓和部，其缓和在马达轴20压入至固定部54的情况下在固定部54的与马达轴20接触的接触部56产生的应力。本实施方式的应力缓和部由固定部54的至少一部分承担。
如图5、图6的(a)所示，固定部54具有从环状部52的内周部朝向中心延伸的多个(6个)臂58。如图6的(b)所示，臂58具有从环状部52的内周部朝向径向内侧的径向部58a和从径向部58a的中心侧端部沿轴向延伸的轴向部58b。轴向部58b在内周面设有与马达轴20接触的接触部56。由此，能够使臂58容易挠曲。
并且，6个臂58以马达轴20压入的部分作为中心且以60度间隔呈放射状地设置，成为对称性较高的配置。由此不会使在将马达轴20压入至传感器磁铁50时的同轴度过度降低，能够将传感器磁铁50固定于马达轴20。
这样，在本实施方式的传感器磁铁50中，当马达轴20压入至传感器磁铁的中心部时，能够缓和在固定部54的接触部56附近产生的应力，因而难以在传感器磁铁的一部分产生过大的应力集中。因此，其它部件不介于在马达轴与传感器磁铁之间也能够将传感器磁铁50直接固定于马达轴20。
本实施方式的应力缓和部由臂58的一部分承担。由此，能够抑制在固定部54以外的区域产生过度的应力集中。该臂58挠曲(弹性变形)，从而在将马达轴20压入至传感器磁铁50时，传感器磁铁50整体的刚性变低，可缓和在接触部56附近的应力集中。
并且，根据CAE解析，在传感器磁铁50的一部分存在应力缓和部，从而与假定为在传感器磁铁50不存在应力缓和部的刚体的情况比较，能够降低在马达轴20压入至传感器磁铁50时产生的应力的最大值。其结果，能够减少传感器磁铁50的一部分破裂或者在压入时需要超出标准的过大的力的状况。
并且，如图6的(b)所示，本实施方式的传感器磁铁50构成为，若将马达轴20插入的一侧的端面的开口部(对置的一对臂58的径向部58a的距离)的直径设为L1、并将与马达轴20插入的一侧相反一侧的端面的开口部(一对臂58的接触部56的距离)的直径设为L2，满足L2＜D＜L1。
由此，在将马达轴20插入至传感器磁铁50的初期，由于马达轴20的前端能够沿从臂58的径向部58a连续至轴向部58b的R(圆弧)部基本无阻力地插入，因而容易将马达轴20对位至传感器磁铁50的中央。之后，马达轴20一边使臂58缓缓挠曲一边到达至接触部56，从而马达轴20压入至传感器磁铁50。
并且，传感器磁铁50的臂58的个数可以是6，形成于环状部52的磁极的个数可以是6、12等。在该情况下，容易使各磁极的位置成为相对于臂对称性较高的配置。例如，若臂的个数是6且磁极的个数是6，则能够使所有磁极的位置相对于邻接的臂为相同。由此，能够精度良好地设定环状部52的各磁极的磁特性。另一方面，若臂的个数是6且磁极的个数是4，则无法使所有磁极的位置相对于邻接的臂为相同。
(变形例)
以下，对传感器磁铁的各变形例进行说明，但主要说明特征部分，适当地省略与上述的实施方式相同的结构的说明。图7的(a)是第一变形例的传感器磁铁的主视图，图7的(b)是第二变形例的传感器磁铁的主视图。
图7的(a)所示的传感器磁铁60具有外侧的环状部62、相比环状部62设于内侧且直径比环状部62的直径小的环状部64、以及从环状部64的内周部朝向中心侧延伸的3个臂66。环状部62和环状部64由等间隔地形成的3个连结部68而连结。
并且，3个臂66以马达轴20压入的部分作为中心且以120度间隔呈放射状地设置，成为对称性较高的配置。并且，各臂66形成于两个连结部68之间。也就是说，3个臂66和3个连结部68配置为周向的相位相互错开。
在这样构成的传感器磁铁60中，若在中心压入马达轴20，则臂66的固定端侧的环状部64挠曲。也就是说，环状部64作为应力缓和部发挥功能。
图7的(b)所示的传感器磁铁70具有设置为与环状部72的内周侧对置的两个固定部74。固定部74具有圆弧部76、连结环状部72和圆弧部76的连结部78、以及从圆弧部76的两端朝向中心延伸的一对臂80。
在这样构成的传感器磁铁70中，若在中心压入马达轴20，则臂80的固定端侧的圆弧部76挠曲。也就是说，圆弧部76作为应力缓和部发挥功能。
图8是第三变形例的传感器磁铁的主视图。
图8所示的传感器磁铁82具有形成于环状部84的内周侧的4个固定部86。固定部86具有：在前端形成有与压入的马达轴20接触的接触部88的臂90；在一端支撑臂90的圆弧部92；以及连结圆弧部92和环状部84的连结部94。由此，能够使连结部94与臂90之间的圆弧部92变长，因而能够使固定部86的一部分容易挠曲。
图9是第四变形例的传感器磁铁的主视图。
图9所示的传感器磁铁108在环状部100的内侧连结有固定部110。在固定部110以隔着中心对置的方式形成有两个直线部104。在直线部104的中央部形成有与马达轴20的外径对应的凹部106。
在这样构成的传感器磁铁108中，若在中心压入马达轴20，则固定部110的各直线部104挠曲。也就是说，直线部104作为应力缓和部发挥功能。
以上，参照上述的实施方式、各变形例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式、各变形例，适当地组合或置换实施方式、各变形例的结构后的实施方式也包括在本发明内。并且，也能够基于本领域技术人员的知识来适当地改组实施方式、变形例中的组合和处理顺序，或者对实施方式、变形例施加各种设计变更等变形，施加了这样的变形后的实施方式也包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种传感器磁铁，是压入并固定于马达轴的环状的传感器磁铁，其特征在于，具备：
环状部，在其外周部交替地形成有磁极；
固定部，其从上述环状部的内周部朝向中心侧设置，支撑并固定被压入的马达轴；以及
应力缓和部，其在马达轴压入至上述固定部的情况下缓和在该固定部的与马达轴接触的接触部产生的应力，
上述应力缓和部由上述环状部的至少一部分或者上述固定部的至少一部分构成，
上述传感器磁铁由使磁性体分散于塑料材料而成的粘结磁铁构成。
2.根据权利要求1所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述固定部具有从上述环状部的内周部朝向中心延伸的多个臂。
3.根据权利要求2所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述臂在前端设有与马达轴接触的上述接触部。
4.根据权利要求2或3所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述应力缓和部是上述多个臂的各自的固定端之间的圆弧区域。
5.根据权利要求4所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述圆弧区域的中央部的径向厚度比两端部的径向厚度大。
6.根据权利要求2所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述臂具有从上述环状部的内周部朝向径向内侧的径向部和从上述径向部的中心侧端部沿轴向延伸的轴向部，
上述轴向部在内周面设有与马达轴接触的上述接触部。
7.根据权利要求6所述的传感器磁铁，其特征在于，
上述应力缓和部是上述臂。
8.根据权利要求2、3、5、6、7任一项中所述的传感器磁铁，其特征在于，
若将上述多个臂的个数设为N1、并将形成于上述环状部的磁极的个数设为N2，则满足N2是偶数，并且N2＝N1×n，其中，n是自然数。
9.根据权利要求4所述的传感器磁铁，其特征在于，
若将上述多个臂的个数设为N1、并将形成于上述环状部的磁极的个数设为N2，则满足N2是偶数，并且N2＝N1×n，其中，n是自然数。
10.一种马达，其特征在于，具备：
具有电刷的马达部；
固定于上述马达部的马达轴的权利要求1～9任一项中所述的传感器磁铁；
配置为与上述传感器磁铁的环状部对置的磁传感器；
固定于上述马达轴的蜗杆；以及
与上述蜗杆啮合的蜗轮。
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