JP2002204561A - 磁気式回転角度検出装置を内蔵する回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気式回転角度検出装置の位置合わせ精度を
低下することなく、磁気式回転角度検出装置の位置合わ
せ作業の簡素化を実現した磁気式回転角度検出装置を有
する回転電機を提供すること。 【解決手段】ローターコア５の端面に周方向位置合わせ
されてリング磁石支持用の輪板１０４を固定し、リング
磁石支持用の輪板１０４に周方向位置合わせされてリン
グ磁石１０３を固定する。軸受け筒部１２の外周部に位
置合わせされたホール素子１０２をこのリング磁石１０
３に軸方向に対面して配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気式回転角度検
出装置を有する回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期機では、ロータの回転位置に基づい
てステータコイル電流を制御するために、ロータの回転
角を検出する回転角検出装置を装着している。

【０００３】回転角検出装置としては、ハウジングに固
定したホール素子などの磁気センサに対面しつつ回転角
表示用の永久磁石（以下、単にリング磁石ともいう）を
回転させる磁気式回転角度検出装置が、耐久性及び汚損
などに対する安定性の点から最も広く使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁気式回転角度検出装置を有する同期機では、
磁気式回転角度検出装置とモータの永久磁石及びステー
タコイルとの高精度の位置合わせが必要であるため、複
雑で熟練を要する構成部品の位置合わせ作業が要求さ
れ、生産性向上を阻んでいた。

【０００５】更に具体的に説明すれば、磁気式回転角度
検出装置のリング磁石（回転角表示用の永久磁石）を、
ローターコアの界磁磁石（界磁束発生用の永久磁石）に
対して高精度に位置合わせする必要があったが、従来、
ローターコアと磁気式回転角度検出装置のリング磁石と
は、回転軸に別個に装着されており、両者の高精度の位
置合わせは簡単ではなかった。

【０００６】また、磁気式回転角度検出装置の磁気セン
サ（通常はホール素子）はステータコイルに対して周方
向に、かつ、リング磁石に対して軸方向及び径方向に、
高精度に位置合わせされる必要があった。

【０００７】もちろん、種々の位置合わせ用の面を形成
し、この面を利用して位置合わせすることができるが、
多数の位置合わせ面を介在させることは累積誤差の増大
抑止及び位置合わせ面作製工数の増加の点で、生産性向
上を阻害する結果となった。

【０００８】本発明は、磁気式回転角度検出装置の位置
合わせ精度を低下することなく、磁気式回転角度検出装
置の位置合わせ作業の簡素化を実現した磁気式回転角度
検出装置を有する回転電機を提供することをその目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の磁気式回
転角度検出装置を有する回転電機は、軸受けを介して回
転軸を支承するモータハウジングと、外周部に界磁磁石
を有して前記回転軸に嵌着される積層電磁鋼板製のロー
ターコアと、前記ローターコアの径方向外側に位置して
前記モータハウジングの周壁部に固定されるステータコ
アと、前記ステータコアの軸方向両側に延在するコイル
エンドを有して前記ステータコアに巻装されるステータ
コイルと、周方向極性交互に磁化された磁極面を有して
前記回転軸に固定されるリング磁石と、磁気センサを有
して前記モータハウジングに固定されるとともに前記リ
ング磁石の前記磁極面に小間隙を隔てて対面する回転角
検出器とを備える磁気式回転角度検出装置を有する回転
電機において、前記ローターコアに対して所定回転角度
位置で位置合わせ可能な位置合わせ部と、前記永久磁石
に対して所定回転角度位置で位置合わせ可能な位置合わ
せ部とを有して前記リング磁石を保持しつつ前記ロータ
ーコアの端面に密着配置されるリング磁石支持用の輪板
を有し、前記リング磁石の磁極面は軸方向端面に形成さ
れていることを特徴としている。

【００１０】すなわち、本発明の回転電機では、磁気式
回転角度検出装置の回転角表示用のリング磁石が固定さ
れるリング磁石支持用の輪板をローターコアの端面に位
置合わせ部で位置合わせしつつ密着させ、かつ、永久磁
石を位置合わせ部で位置合わせしつつ支持することを特
徴としている。

【００１１】なお、ここでいう密着は、積層電磁鋼板か
らなるローターコアの端面に直接密着してもよいし、中
間介在部材を介して密着させてもよい。この中間介在部
材としては、界磁磁石のロータコアよりの飛び出しを防
止した非磁性輪板とすることが好適である。

【００１２】このようにすれば、リング磁石支持用の輪
板をローターコアにこの輪板の位置合わせ部を利用して
位置合わせしつつ密着させ、永久磁石をリング磁石支持
用の輪板にこの輪板の位置合わせ部を利用して位置合わ
せしつつ固定することができるので、ローターコアの界
磁磁石と回転角表示用の永久磁石（の磁極）とを周方向
に作業容易に高精度の位置合わせを行うことができる。

【００１３】また、回転軸を経由することなしに界磁磁
石と回転角表示用の永久磁石とを位置合わせすることが
できるので、回転軸のねじれや、回転軸の２カ所にロー
ターコア位置合わせ用の位置合わせ部と、リング磁石支
持用の輪板位置合わせ用の位置合わせ部を設ける必要が
なく、回転軸の製造が容易で、位置合わせ誤差の累積も
少なく、また回転軸のスプライン溝を位置合わせ部作製
のために減らす必要もない。

【００１４】好適な態様において、リング磁石支持用の
輪板は、この輪板に設けた貫通孔とローターコアの孔と
に位置合わせピン又は締結ねじを固定することにより、
ローターコアに位置合わせされ、固定される。位置合わ
せピンをリング磁石支持用の輪板自体に植設することも
可能である。

【００１５】同様に、リング磁石支持用の輪板は、この
輪板に設けた位置合わせ突起に永久磁石を接しつつ両者
を固定することにより、リング磁石支持用の輪板に対す
る永久磁石の周方向の位置合わせを実施する。

【００１６】このようにすれば、ローターコアの界磁磁
石と回転角表示用の永久磁石とを簡単かつ高精度に位置
合わせすると同時に、リング磁石を回転系に装着するこ
とができる。

【００１７】好適な態様において、リング磁石支持用の
輪板の外周部は軸方向一方側（反ローターコア側）に曲
げられた円筒状のリブを有し、リング磁石の外周面はこ
のリブの内周面に密着する。このようにすれば、簡単な
形状のリング磁石支持用の輪板により永久磁石を固定す
ることができ、リング磁石に作用する遠心力をよるリン
グ磁石の脱落を良好に防止することができる。

【００１８】また、本発明では、リング磁石の磁極面が
軸方向端面に形成されているので、この磁極面に支障を
与えることなく、上記リブによる簡単な構造を用いたリ
ング磁石の強固な支持を実現することができる。

【００１９】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更
に、前記回転角検出器は、非磁性金属製の前記モータハ
ウジングの周壁部から軸方向内側に突設された軸受け筒
部の外周面に接して径方向の位置決めをなされ、前記軸
受け筒部に設置されて径方向に延在する段差面に接して
軸方向の位置決めをなされ、前記モータハウジングの周
壁部から軸方向内側に突設された突起部の周方向端面に
接して周方向の位置決めをなされていることを特徴とし
ている。

【００２０】すなわち、本発明では、リング磁石の磁界
を検出する回転角検出器をモータハウジングの軸受け筒
部を利用して支持するので、この軸受け筒部の存在にも
関わらず、回転角検出器を容易にリング磁石に軸方向に
近接配置することができる。

【００２１】また、軸受け筒部の外周面は、その内周面
研削工程と連続する一連の研削工程で研削することがで
き、簡素な工程で回転角検出器用の径方向の位置合わせ
面を作製することができる。

【００２２】軸受け筒部を含むモータハウジングにより
回転角検出装置を完全に位置決めすることができ、位置
決め作業が簡素となる。

【００２３】請求項３記載の構成によれば請求項２記載
の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更
に、前記軸受け筒部の径方向外側に位置して前記周壁部
から軸方向内側へ突設されて頂面が前記段差面と同一平
面に延在する台座部を有し、前記回転角検出器は、前記
軸受け筒部の外周面、前記段差面、頂面及び前記突起部
の周方向端面に接した位置で、前記台座部に締結されて
いることを特徴としている。

【００２４】すなわち、本構成では、回転角検出器の側
面を軸受け筒部の外周面と突起部の周方向端面とに接触
し、かつ軸受け筒部の段差面及び台座部の頂面に接した
状態で、回転角検出器を台座部の所定位置に締結固定す
れば、自動的に回転角検出器をモータハウジングに対し
て周方向、径方向及び軸方向の位置決めを自動的に行う
ことができ、位置合わせ作業が簡単となる。

【００２５】なお、ステータコイルの各相巻線はステー
タコアの所定の基準位置をなす位置合わせ部を基準とし
て所定順序にてステータコアに巻装されており、このス
テータコアの位置合わせ部はモータハウジング側の位置
合わせ部と嵌合し、これにより、モータハウジングに対
するステータコイルの周方向配置位置が確定されてい
る。

【００２６】これにより、簡素な工程で、リング磁石に
対する回転角検出器の軸方向、径方向の位置合わせ、及
びステータコイルに対する周方向位置合わせを、簡素な
製造工程で実現することができる。

【００２７】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更
に、前記回転角検出器は、厚さ一定の高透磁性板を介し
て前記軸受け筒部の前記段差面及び前記台座部の頂面に
密着することを特徴としている。

【００２８】これにより、リング磁石と回転角検出器と
の間を流れるはずの磁束は、この高透磁性板で吸収され
るので、ステータコイル磁界による回転角検出精度の低
下を抑止することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明のロータを有する回転電機
の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。

【００３０】

【実施例】この実施例の磁気式回転角度検出装置を有す
る同期機を以下に説明する。図１はこの回転電機の軸方
向断面図、図２は図１の要部拡大軸方向断面図、図３は
回転角度検出部の径方向断面図、図４はロータコアへの
リング磁石の取り付け図である。

【００３１】（全体構成）１はフロントハウジング、２
はリヤハウジング、３はステータコア、４は回転軸、５
はローターコア、６は界磁磁石、７、８は軸受け、９は
ステータコイル、１０は磁気式回転角度検出装置であ
る。

【００３２】フロントハウジング１とリヤハウジング２
は、一端開口略円筒形状をもつアルミダイキャスト製品
であり、両ハウジング１，２の端壁部は、軸方向内側に
突出する軸受け筒部１１，１２が設けられている。リヤ
ハウジング２の周壁部をフロントハウジング１の周壁部
に嵌着して、両者の内部に冷却液体室１３が形成されて
いる。冷却液体室１３内の冷却液は循環ポンプにより外
部のラジエータとの間を循環している。

【００３３】円筒状のステータコア３は、積層電磁鋼板
により円筒状に形成されてフロントハウジング１の周壁
部の内周面に嵌入、固定されている。ステータコア３の
内周部に軸方向に形成されたスロットには、ステータコ
イル９が巻装されている。

【００３４】回転軸４は、両ハウジング１，２の軸受け
筒部１１，１２に収容された軸受け７，８に回転自在に
支承されている。

【００３５】ローターコア５は、積層電磁鋼板により円
筒状に形成されて、回転軸４にローレット嵌着されてい
る。ローターコア５の外周面とステータコア３の内周面
との間には微小空隙が設けられている。

【００３６】偶数個の界磁磁石６は、ローターコア５の
外周部に周方向等ピッチで軸方向へ貫口された偶数個の
磁石収容孔５１に個別に挿入されている。すなわちこの
ローターは、ＩＰＭ（インターナルパーマネントマグネ
ット）構造をもつ。（磁気式回転角度検出装置１０の構
造）次に、この実施例の要部をなす磁気式回転角度検出
装置１０を図２〜図４を参照して以下に説明する。

【００３７】１４は、輪板であり、非磁性板を板金加工
して形成されて、ローターコア５の両端面に固定されて
いる。

【００３８】磁気式回転角度検出装置１０は、プリント
基板１０１、ホール素子１０２、リング磁石１０３、リ
ング磁石支持用の輪板１０４、磁気バイパス部材１０５
からなる。

【００３９】リヤハウジング２の内端壁面から軸方向に
台座部２１、突起部２２が突出している。台座部２１
は、軸受け筒部１２から径方向外側に所定距離離れて配
設されている。

【００４０】突起部２２は、軸受け筒部１２から径方向
外側に所定距離離れて配設され、プリント基板１０１の
面よりも高く突出され、周方向面２１１を有している。

【００４１】軸受け筒部１２の外周面には、軸受け筒部
１２の軸心を中心として輪板状に形成され、径方向に延
在する段差面１２１が設けられており、この段差面１２
１よりも先端側の軸受け筒部１２は径小な円筒外周面１
２２となっている。

【００４２】プリント基板１０１及び磁気バイパス部材
１０５は重ねられており、プリント基板１０１は磁気バ
イパス部材１０５を挟んで台座部２１の頂面２１１上に
間接的に密着している。プリント基板１０１及び磁気バ
イパス部材１０５の径方向内側の側面１０１１，１０５
１は、軸受け筒部１２の径小な円筒外周面１２２に密着
している。更に説明すると、側面１０１１，１０５１
は、軸受け筒部１２の円筒外周面１２２と同径の円形
（正確には円筒状凹面形状）に形成されており、円筒外
周面１２２に周方向に密着している。

【００４３】また、プリント基板１０１及び磁気バイパ
ス部材１０５の周方向側面１０１３，１０５３は、突起
部２２の周方向面２２１に密着している。

【００４４】プリント基板１０１及び磁気バイパス部材
１０５には、貫通孔１０１２，１０５２が形成されてお
り、ねじ孔２１２が台座部２１に形成されている。１５
は、貫通孔１０１２，１０５２を貫通して台座部２１に
締結されたねじである。

【００４５】すなわち、円筒外周面１２２、段差面１２
１、周方向面２２１及びねじ孔２１２により、プリント
基板１０１及び磁気バイパス部材１０５は、リヤハウジ
ング２に対して周方向、軸方向及び径方向に位置合わせ
された状態で固定されている。円筒外周面１２２及び段
差面１２１は、軸受け筒部１２の内周面を軸受け８の嵌
入のために研削する工程と連続する一連の研削工程によ
り形成することができ、簡単な工程でプリント基板１０
１を高精度にリヤハウジング２に三次元的に位置合わせ
することができる。

【００４６】磁気バイパス部材１０５は、高透磁性材
料、ここでは軟鉄平板で構成されているが、電磁鋼板で
構成しても良い。

【００４７】プリント基板１０１の素子搭載面上にはホ
ール素子１０２と、このホール素子１０２に給電する電
源回路と、このホール素子１０２の信号電圧を検出、増
幅するセンシング回路が実装されているがそれらの図示
は省略されている。なお、プリント基板１０１及びホー
ル素子１０２は集積回路技術により一体化された磁気セ
ンサに代替することもできることは当然である。

【００４８】リング磁石支持用の輪板１０４は、前述し
た輪板１４を挟んでローターコア５の後端面に密着固定
されている。リング磁石支持用の輪板１０４は、高透磁
性の材料（ここでは軟鉄板）を板金加工して形成されて
いる。もちろん、リング磁石支持用の輪板１０４を非磁
性材料で形成することも可能である。リング磁石支持用
の輪板１０４の外周部は、軸方向後方側（反ローターコ
ア側）に曲げられた円筒状のリブ１０４１を有し、リン
グ磁石１０３の外周面はこのリブ１０４１の内周面に密
着して支持されている。これにより、リング形状のリン
グ磁石は容易かつ堅牢に輪板１０４に支持されて遠心力
に耐えることができ、遠心力をよるリング磁石の脱落を
良好に防止することができる。

【００４９】輪板状の永久磁石からなるリング磁石１０
３は、ホール素子１０２に軸方向に微小間隙を隔てて対
面している。

【００５０】（磁気式回転角度検出装置の位置合わせ構
造）次に、磁気式回転角度検出装置の位置合わせ構造の
更なる詳細を以下に説明する。

【００５１】まず、リング磁石１０３の磁極と界磁磁石
６との位置合わせを以下に説明する。

【００５２】この実施例では、輪板１４は、永久磁石収
容孔５１に押し込まれる突起１４２を有している。この
永久磁石収容孔５１への突起１４２の押し込みにより、
輪板１４と永久磁石収容孔５１との位置合わせを簡単な
工程で実現することができ、永久磁石収容孔５１からの
永久磁石６の離脱も阻止することができる。

【００５３】また、リング磁石支持用の輪板１０４は周
方向所定位置に位置決め用の突起１０４２を有してい
る。輪板１４は、突起１０４２が挿入される位置決め用
の開口１４３を有している。この位置決め用の開口１４
３への突起１０４２の挿入により、輪板１４、１０４の
位置合わせを簡単な工程で実現することができる。なお
輪板１４、１０４は一枚板から形成することもできる。
また、突起を輪板１４に、位置決め用の開口を輪板１０
４に設けてもよい。

【００５４】リング磁石支持用の輪板１０４は周方向所
定位置にてリング磁石側に突出した位置決め用突起１０
４３を有している。この位置決め用突起１０４３は、リ
ング磁石１０３の外周面の所定位置に凹設された位置決
め溝部１０３１に嵌入され、これにより、リング磁石１
０３はリング磁石支持用の輪板１０４に対して周方向に
位置決めされる。

【００５５】リング磁石１０３は、位置決め溝部１０３
１を基準として着磁装置により磁化され、これにより、
界磁磁石６とリング磁石１０３の磁極とが正確かつ簡単
に位置決めされる。

【００５６】次に、ステータコイル９とホール素子１０
２との位置決めについて以下に説明する。

【００５７】ステータコア３及びフロントハウジング１
の周壁部の内周面ロにはそれぞれキー溝が形成されてお
り、これらキー溝を一致させてキーを打ち込むことによ
り、ステータコア３はフロントハウジング１に対し、常
に同じ周方向角度位置で固定される。ステータコア３の
各スロットには上記キー溝との空間関係を基準として決
められたスロット番号が与えられており、三相のステー
タコイル９は、それぞれ所定のスロット位置に巻装され
る。これにより、ステータコイル９とフロントハウジン
グ１とはステータコア３を通じて位置決めがなされる。

【００５８】フロントハウジング１とリヤハウジング２
とは、締結ボルト１６（図１参照）により所定の周方向
角度で固定され、結局、ステータコイル９とホール素子
１０２とは所定の周方向角度位置に位置決めされること
ができる。

【００５９】上記説明したこの実施例の磁気式回転角度
検出装置を有する回転電機によれば、上述した作用効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の磁気式回転角度検出装置を有する同期
機の軸方向断面図である。

【図２】図１の一部拡大軸方向断面図である。

【図３】回転角度検出部の径方向断面図である。

【図４】ロータコアへのリング磁石の取り付け図であ
る。

【符号の説明】

１ フロントハウジング（モータハウジング） ２ リヤハウジング（モータハウジング） ３ ステータコア ４ 回転軸 ５ ローターコア ６ 界磁磁石 ７ 軸受け ８ 軸受け ９ ステータコイル １０ 磁気式回転角度検出装置 １１ 軸受け筒部 １２ 軸受け筒部 １４ 輪板 ２１ 台座部 １２１ 段差面 １２２ 円筒外周面 １０１ プリント基板（回転角検出器） １０２ ホール素子（回転角検出器） １０３ リング磁石 １０４ リング磁石支持用の輪板 １０５ 磁気バイパス部材 ２１１ 台座部２１の頂面 １０４１ リング磁石支持用の輪板１０４のリブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA30 DA05 EA03 GA52 GA67 GA79 KA02 KA04 ZA01 2F077 AA49 CC02 NN02 NN24 PP12 QQ01 VV01 VV31 VV33 5H019 AA10 BB01 BB05 BB15 BB19 BB22 CC03 CC09 DD01 EE01 EE14 FF00 5H611 AA01 BB01 BB07 PP05 QQ03 RR02 UA04 UA08 UB00 UB01 5H621 BB07 GA01 GA04 HH01 HH02 JK02 JK08 JK10 JK11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受けを介して回転軸を支承するモータハ
   ウジングと、 外周部に界磁磁石を有して前記回転軸に嵌着される積層
   電磁鋼板製のローターコアと、 前記ローターコアの径方向外側に位置して前記モータハ
   ウジングの周壁部に固定されるステータコアと、 前記ステータコアの軸方向両側に延在するコイルエンド
   を有して前記ステータコアに巻装されるステータコイル
   と、 周方向極性交互に磁化された磁極面を有して前記回転軸
   に固定されるリング磁石と、 磁気センサを有して前記モータハウジングに固定される
   とともに前記リング磁石の前記磁極面に小間隙を隔てて
   対面する回転角検出器と、 を備える磁気式回転角度検出装置を有する回転電機にお
   いて、 前記ローターコアに対して所定回転角度位置で位置合わ
   せ可能な位置合わせ部と、前記永久磁石に対して所定回
   転角度位置で位置合わせ可能な位置合わせ部とを有して
   前記リング磁石を保持しつつ前記ローターコアの端面に
   密着配置されるリング磁石支持用の輪板を有し、 前記リング磁石の磁極面は、軸方向端面に形成されてい
   ることを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する回
   転電機。
2. 【請求項２】請求項１記載の磁気式回転角度検出装置を
   有する回転電機において、 前記回転角検出器は、非磁性金属製の前記モータハウジ
   ングの周壁部から軸方向内側に突設された軸受け筒部の
   外周面に接して径方向の位置決めをなされ、前記軸受け
   筒部に設置されて径方向に延在する段差面に接して軸方
   向の位置決めをなされ、前記モータハウジングの周壁部
   から軸方向内側に突設された突起部の周方向端面に接し
   て周方向の位置決めをなされていることを特徴とする磁
   気式回転角度検出装置を有する回転電機。
3. 【請求項３】請求項２記載の磁気式回転角度検出装置を
   有する回転電機において、 前記軸受け筒部の径方向外側に位置して前記周壁部から
   軸方向内側へ突設されて頂面が前記段差面と同一平面に
   延在する台座部を有し、 前記回転角検出器は、前記軸受け筒部の外周面、前記段
   差面、頂面及び前記突起部の周方向端面に接した位置
   で、前記台座部に締結されていることを特徴とする磁気
   式回転角度検出装置を有する回転電機。
4. 【請求項４】請求項３記載の磁気式回転角度検出装置を
   有する回転電機において、 前記回転角検出器は、厚さ一定の高透磁性板を介して前
   記軸受け筒部の前記段差面及び前記台座部の頂面に密着
   することを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する
   回転電機。