JP2019158780A - Rotation angle detection device for motor - Google Patents

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Abstract

To provide a rotation angle detection device for a motor capable of preventing the damage of a magnetic sensor when a sensor magnet falls off.SOLUTION: A sensor magnet 7 is arranged in a position where a repulsive force acts from and to a rotor magnet 4 between a rotor 2 and a ring plate 10 in the axial direction of the rotor 2 and is always pressed to the ring plate 10 by the repulsive force.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モータの回転角検出装置に関する。   The present invention relates to a motor rotation angle detection device.

特許文献１には、ロータと一体回転するセンサマグネットを備え、このセンサマグネットの磁気（磁束）を基板に実装された磁気センサで検出することにより、ロータの回転角を検出するモータの回転角検出装置が開示されている。センサマグネットは、固定部材を介してロータの軸方向一端側に固定されている。   Patent Document 1 includes a sensor magnet that rotates integrally with the rotor, and detects the rotation angle of the rotor by detecting the magnetism (magnetic flux) of the sensor magnet with a magnetic sensor mounted on a substrate. An apparatus is disclosed. The sensor magnet is fixed to one end side in the axial direction of the rotor via a fixing member.

特開2017-208879号公報JP-A-2017-208879

しかしながら、上記従来技術にあっては、センサマグネットが固定部材から脱落した場合、センサマグネットが磁気センサと接触して磁気センサが破損するおそれがあった。
本発明の目的の一つは、センサマグネット脱落時の磁気センサの破損を防止できるモータの回転角検出装置を提供することにある。 However, in the above prior art, when the sensor magnet is detached from the fixing member, the sensor magnet may come into contact with the magnetic sensor and the magnetic sensor may be damaged.
One of the objects of the present invention is to provide a rotation angle detection device for a motor that can prevent the magnetic sensor from being damaged when the sensor magnet is dropped.

本発明の一実施形態に係るモータの回転角検出装置では、センサマグネットは、ロータの軸方向において、ロータとプレートとの間であって、ロータマグネットとの間に斥力が作用する位置に配置され、当該斥力により、ロータの側からプレートの側へ付勢されている。   In the rotation angle detection device for a motor according to an embodiment of the present invention, the sensor magnet is disposed between the rotor and the plate in a position where a repulsive force acts between the rotor magnet and the rotor magnet in the axial direction of the rotor. The repulsive force urges the rotor side to the plate side.

よって、本発明にあっては、センサマグネット脱落時の磁気センサの破損を防止できる。   Therefore, in the present invention, it is possible to prevent damage to the magnetic sensor when the sensor magnet is dropped.

実施形態１のモータの回転角検出装置1の正面図である。1 is a front view of a motor rotation angle detection device 1 according to a first embodiment. 図１のS2-S2線矢視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 of FIG. 実施形態１のロータ2の正面図である。FIG. 3 is a front view of the rotor 2 according to the first embodiment.

〔実施形態１〕
図１は実施形態１のモータの回転角検出装置1の正面図、図２は図１のS2-S2線矢視断面図、図３は実施形態１のロータ2の正面図である。
回転角検出装置1は、ロータ2の回転角を検出する。以下、ロータ2の回転軸線Oに沿う方向にX軸を設定し、図２の紙面において、右側から左側へ向かう方向をX軸正方向とし、反対方向をX軸負方向とする。また、回転軸線Oの放射方向を径方向、回転軸線O周りの方向を周方向という。 Embodiment 1
1 is a front view of a rotation angle detection device 1 for a motor according to a first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 in FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of a rotor 2 according to the first embodiment.
The rotation angle detection device 1 detects the rotation angle of the rotor 2. Hereinafter, the X axis is set in the direction along the rotational axis O of the rotor 2, and the direction from the right side to the left side in FIG. 2 is the X axis positive direction, and the opposite direction is the X axis negative direction. Further, the radial direction of the rotation axis O is referred to as a radial direction, and the direction around the rotation axis O is referred to as a circumferential direction.

ロータ2は、マグネットトルクとリラクタンストルクによってロータ2を回転させるIPM(Interior Permanent Magnet)型のブラシレスモータのロータである。ロータ2は、ロータコア3および複数（16個）のロータマグネット4を有する。ロータコア3は、円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。ロータコア3の中心には、モータ出力軸5が貫通する。モータ出力軸5は、例えば、アルミ焼結材やSUS304などの非磁性材料で形成されている。ロータコア3の径方向外側には、図外のステータが設置されている。ステータはモータケーシング（不図示）に固定されている。ロータコア3は、複数（16個）のマグネット挿入部6を有する。   The rotor 2 is a rotor of an IPM (Interior Permanent Magnet) type brushless motor that rotates the rotor 2 by magnet torque and reluctance torque. The rotor 2 has a rotor core 3 and a plurality (16 pieces) of rotor magnets 4. The rotor core 3 is formed by laminating a large number of disk-shaped electromagnetic steel plates. The motor output shaft 5 passes through the center of the rotor core 3. The motor output shaft 5 is made of, for example, a nonmagnetic material such as an aluminum sintered material or SUS304. On the radially outer side of the rotor core 3, a stator (not shown) is installed. The stator is fixed to a motor casing (not shown). The rotor core 3 has a plurality (16 pieces) of magnet insertion portions 6.

マグネット挿入部6は、X軸方向から見て矩形状に形成され、ロータコア3をX軸方向に貫通する。マグネット挿入部6は、ロータコア3の外周面3aに近い位置に配置され、周方向に等間隔で並ぶ。マグネット挿入部6には、ロータマグネット4が挿入されている。ロータマグネット4は、例えば、ネオジム磁石であり、X軸方向から見て矩形状に形成され、X軸方向に延びる。ロータマグネット4は、径方向に着磁され、周方向において極性の異なる磁極が交互に並ぶように配置されている。ロータ2は、樹脂モールドによりロータマグネット4およびモータ出力軸5と一体化されている。   The magnet insertion portion 6 is formed in a rectangular shape when viewed from the X-axis direction, and penetrates the rotor core 3 in the X-axis direction. The magnet insertion portions 6 are arranged at positions close to the outer peripheral surface 3a of the rotor core 3 and are arranged at equal intervals in the circumferential direction. A rotor magnet 4 is inserted into the magnet insertion portion 6. The rotor magnet 4 is, for example, a neodymium magnet, is formed in a rectangular shape when viewed from the X-axis direction, and extends in the X-axis direction. The rotor magnet 4 is magnetized in the radial direction and is arranged so that magnetic poles having different polarities in the circumferential direction are alternately arranged. The rotor 2 is integrated with the rotor magnet 4 and the motor output shaft 5 by a resin mold.

回転角検出装置1は、複数（8個）のセンサマグネット7、ホール素子（磁気センサ）8および基板9を有する。
センサマグネット7は、例えば、ネオジム磁石であり、X軸方向から見て截頭扇形に形成されている。センサマグネット7は、周方向に着磁され、周方向において極性の異なる磁極が交互に並ぶように配置されている。センサマグネット7は、基部7aおよび突起部（挿入部）7bを有する。突起部7bは、基部7aのX軸負方向端からX軸負方向側へ突出する。突起部7bは、径方向の長さが基部7aよりも短い。基部7aのX軸負方向の端面において、突起部7bの径方向内側および外側には、段差面7cが形成されている。 The rotation angle detection device 1 includes a plurality (eight) of sensor magnets 7, a hall element (magnetic sensor) 8, and a substrate 9.
The sensor magnet 7 is a neodymium magnet, for example, and is formed in a truncated fan shape when viewed from the X-axis direction. The sensor magnet 7 is magnetized in the circumferential direction, and is arranged so that magnetic poles having different polarities in the circumferential direction are alternately arranged. The sensor magnet 7 has a base portion 7a and a protrusion (insertion portion) 7b. The projecting portion 7b protrudes from the X-axis negative direction end of the base portion 7a to the X-axis negative direction side. The protrusion 7b is shorter in the radial direction than the base 7a. On the end surface in the negative direction of the X-axis of the base portion 7a, step surfaces 7c are formed on the radially inner side and the outer side of the protruding portion 7b.

センサマグネット7は、リングプレート（プレート）10を介してロータ2のX軸負方向端に取り付けられている。リングプレート10は、樹脂モールドによりロータ2と一体化されている。リングプレート10は、例えば、アルミ焼結材やSUS304などの非磁性材料で形成されている。リングプレート10は、X軸方向から見て環状に形成されている。リングプレート10の径方向外側には、マグネット固定部11が形成されている。マグネット固定部11は、X軸正方向側が開口する断面略コ字状に形成されている。   The sensor magnet 7 is attached to the X-axis negative direction end of the rotor 2 via a ring plate (plate) 10. The ring plate 10 is integrated with the rotor 2 by a resin mold. The ring plate 10 is made of a nonmagnetic material such as an aluminum sintered material or SUS304, for example. The ring plate 10 is formed in an annular shape when viewed from the X-axis direction. A magnet fixing portion 11 is formed on the outer side in the radial direction of the ring plate 10. The magnet fixing portion 11 is formed in a substantially U-shaped cross section with an opening on the X axis positive direction side.

マグネット固定部11は、複数（8個）の窓部11aを有する。窓部11aは、周方向に等間隔で配置されている。窓部11aは、X軸方向から見たとき、センサマグネット7の突起部7bよりも大きく、かつ、基部7aよりも小さな截頭扇形に形成されている。マグネット固定部11のX軸正方向側であって、窓部11aの径方向内側の縁部には、段差面11a1が形成されている。センサマグネット7は、マグネット固定部11のX軸正方向側から突起部7bが窓部11aに挿入された状態で、接着剤を用いて固定されている。突起部7bのX軸負方向側の端面は、マグネット固定部11のX軸負方向側の面と面一である。センサマグネット7は、X軸方向に対向するロータマグネット4との間に斥力（反発力）が作用する位置に配置されている。つまり、センサマグネット7は、ロータマグネット4との間に作用する斥力により、マグネット固定部11に常時押し付けられている。   The magnet fixing part 11 has a plurality (eight) window parts 11a. The window portions 11a are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The window portion 11a is formed in a truncated fan shape that is larger than the protrusion 7b of the sensor magnet 7 and smaller than the base portion 7a when viewed from the X-axis direction. A step surface 11a1 is formed on the edge of the magnet fixing portion 11 on the X axis positive direction side and on the radially inner side of the window portion 11a. The sensor magnet 7 is fixed using an adhesive in a state where the protrusion 7b is inserted into the window 11a from the X axis positive direction side of the magnet fixing portion 11. The end surface on the X axis negative direction side of the protrusion 7b is flush with the surface of the magnet fixing portion 11 on the X axis negative direction side. The sensor magnet 7 is disposed at a position where a repulsive force (repulsive force) acts between the rotor magnet 4 facing the X-axis direction. That is, the sensor magnet 7 is always pressed against the magnet fixing portion 11 by the repulsive force acting between the rotor magnet 4 and the sensor magnet 7.

ホール素子8は、ロータ2の回転時にセンサマグネット7とX軸方向に所定の隙間（エアギャップ）を有して対向する位置に設置されている。ホール素子8は、基板9に実装されている。ロータ2の回転軸線Oに沿う方向をX軸方向としたとき、基板9は、X軸方向において、磁気センサであるホール素子8に対しロータ2と反対側に配置されている。つまり、基板9は、ホール素子8のX軸負方向側に設置されている。基板9は、図外のモータケーシングに固定されている。基板9を介してホール素子8に一定の電流を供給すると、ホール素子8は、磁束密度の大きさに略比例した電圧を発生する。基板9は、ホール素子8が発生した電圧の大きさに応じてロータ2の絶対回転角を検出する。   The hall element 8 is disposed at a position facing the sensor magnet 7 with a predetermined gap (air gap) in the X-axis direction when the rotor 2 rotates. The Hall element 8 is mounted on the substrate 9. When the direction along the rotation axis O of the rotor 2 is the X-axis direction, the substrate 9 is disposed on the opposite side of the rotor 2 with respect to the Hall element 8 that is a magnetic sensor in the X-axis direction. That is, the substrate 9 is disposed on the X axis negative direction side of the Hall element 8. The substrate 9 is fixed to a motor casing (not shown). When a constant current is supplied to the Hall element 8 through the substrate 9, the Hall element 8 generates a voltage substantially proportional to the magnitude of the magnetic flux density. The substrate 9 detects the absolute rotation angle of the rotor 2 according to the magnitude of the voltage generated by the Hall element 8.

次に、実施形態１の作用効果を説明する。
センサマグネット7は接着剤を用いてリングプレート10に固定されている。モータの発熱や経時劣化により、接着剤の接着力は低下する。接着剤の接着力が低下すると、センサマグネット7はリングプレート10から脱落するおそれがある。ここで、脱落したセンサマグネット7がホール素子8や基板9に接触すると、ホール素子8および基板9が破損し、モータが作動不能となるおそれがある。 Next, the effect of Embodiment 1 is demonstrated.
The sensor magnet 7 is fixed to the ring plate 10 using an adhesive. The adhesive strength of the adhesive decreases due to heat generation of the motor and deterioration over time. If the adhesive strength of the adhesive is reduced, the sensor magnet 7 may fall off the ring plate 10. Here, if the dropped sensor magnet 7 comes into contact with the Hall element 8 or the substrate 9, the Hall element 8 and the substrate 9 may be damaged, and the motor may become inoperable.

これに対し、実施形態１の回転角検出装置1では、センサマグネット7がリングプレート10に対して基板9の反対側に設置されている。つまり、センサマグネット7と基板9との間にリングプレート10が介在するため、接着剤の接着力低下に伴いセンサマグネット7がリングプレート10から脱落した場合であっても、センサマグネット7はロータ2とリングプレート10との間の空間に留まり、ホール素子8および基板9との接触を回避できる。この結果、センサマグネット7の脱落時におけるホール素子8および基板9の破損を防止できる。   On the other hand, in the rotation angle detection device 1 of the first embodiment, the sensor magnet 7 is installed on the opposite side of the substrate 9 with respect to the ring plate 10. That is, since the ring plate 10 is interposed between the sensor magnet 7 and the substrate 9, even if the sensor magnet 7 is detached from the ring plate 10 due to a decrease in the adhesive strength of the adhesive, the sensor magnet 7 is not connected to the rotor 2. And the space between the ring plate 10 and the contact between the Hall element 8 and the substrate 9 can be avoided. As a result, the Hall element 8 and the substrate 9 can be prevented from being damaged when the sensor magnet 7 is removed.

また、センサマグネット7は、ロータマグネット4との間に作用する斥力により、常時リングプレート10に押し付けられているため、接着剤の接着力低下に伴いセンサマグネット7がリングプレート10から脱落するのを抑制できる。この結果、接着剤の接着力低下に伴う耐久性および信頼性の低下を抑制できる。加えて、センサマグネット7に作用する押し付け力の分だけ接着剤の接着力を小さくできるため、接着剤コストを削減できる。   Further, since the sensor magnet 7 is constantly pressed against the ring plate 10 by the repulsive force acting between the rotor magnet 4 and the adhesive force of the adhesive decreases, the sensor magnet 7 does not fall off the ring plate 10. Can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in durability and reliability associated with a decrease in adhesive strength of the adhesive. In addition, since the adhesive force of the adhesive can be reduced by the pressing force acting on the sensor magnet 7, the adhesive cost can be reduced.

また、リングプレート10は、X軸方向から見てセンサマグネット7とオーバーラップする窓部11aを有する。窓部11aによりホール素子8に対してセンサマグネット7が露出するため、窓部11aが無い場合と比べてホール素子8を通過する磁束密度が大きくなる。この結果、回転角検出装置1の回転角検出精度を向上できる。   The ring plate 10 has a window portion 11a that overlaps the sensor magnet 7 when viewed from the X-axis direction. Since the sensor magnet 7 is exposed to the Hall element 8 by the window portion 11a, the magnetic flux density passing through the Hall element 8 becomes larger than when the window portion 11a is not provided. As a result, the rotation angle detection accuracy of the rotation angle detection device 1 can be improved.

さらに、センサマグネット7は、窓部11aに挿入された突起部7bを有する。これにより、突起部7bが無い場合と比べてセンサマグネット7とホール素子8との距離を縮小できるため、ホール素子8を通過する磁束密度を大きくなる。この結果、回転角検出装置1の回転角検出精度を向上できる。   Furthermore, the sensor magnet 7 has a projection 7b inserted into the window 11a. As a result, the distance between the sensor magnet 7 and the Hall element 8 can be reduced as compared with the case where there is no projection 7b, so that the magnetic flux density passing through the Hall element 8 is increased. As a result, the rotation angle detection accuracy of the rotation angle detection device 1 can be improved.

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、本発明は、IPM型のモータに限らず、SPM(Surface Permanent Magnet)型のモータにも適用可能である。
センサマグネットおよびロータマグネットの個数は任意に設定できる。
ホール素子を複数個用いてもよい。
また、窓部11aは、８つのセンサマグネット7のN極とS極との境界部分がホール素子8に対して露出するように設けられているが、隣り合うセンサマグネット7の隣接する部分に窓部を設けてもよいし、センサマグネット7のN極とS極との境界部分と隣り合うセンサマグネット7の隣接する部分にそれぞれ設けることもできる。 [Other Embodiments]
As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated based on drawing, the specific structure of this invention is not limited to embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of invention are mentioned. Even if it exists, it is included in this invention.
For example, the present invention can be applied not only to an IPM type motor but also to an SPM (Surface Permanent Magnet) type motor.
The number of sensor magnets and rotor magnets can be set arbitrarily.
A plurality of Hall elements may be used.
The window portion 11a is provided so that the boundary portion between the N pole and the S pole of the eight sensor magnets 7 is exposed to the Hall element 8. A portion may be provided, or may be provided at each adjacent portion of the sensor magnet 7 adjacent to the boundary portion between the N pole and the S pole of the sensor magnet 7.

1 回転角検出装置
2 ロータ
3 ロータコア
3a 外周面
4 ロータマグネット
5 モータ出力軸
6 マグネット挿入部
7 センサマグネット
7a 基部
7b 突起部（挿入部）
7c 段差面
8 ホール素子（磁気センサ）
9 基板
10 リングプレート（プレート）
11 マグネット固定部
11a 窓部（開口）
11a1 段差面
O 回転軸線 1 Rotation angle detector
2 rotor
3 Rotor core
3a Outer surface
4 Rotor magnet
5 Motor output shaft
6 Magnet insertion part
7 Sensor magnet
7a base
7b Protruding part (insertion part)
7c Stepped surface
8 Hall element (magnetic sensor)
9 Board
10 Ring plate (plate)
11 Magnet fixing part
11a Window (opening)
11a1 Step surface
O Rotation axis

Claims (3)

ロータの回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向において、前記ロータの一端側に取り付けられ、非磁性材料で形成されたプレートと、
前記プレートに固定されたセンサマグネットと、
前記センサマグネットと前記軸方向に対向し、前記ロータの回転に伴う前記センサマグネットの磁界の大きさまたは方向の変化を検出することにより前記ロータの回転角を検出する磁気センサと、
を有するモータの回転角検出装置であって、
前記ロータは、ロータマグネットを有し、
前記センサマグネットは、前記軸方向において、前記ロータと前記プレートとの間であって、前記ロータマグネットとの間に斥力が作用する位置に配置され、当該斥力により、前記ロータの側から前記プレートの側へ付勢されているモータの回転角検出装置。 When the direction along the rotation axis of the rotor is the axial direction, in the axial direction, a plate attached to one end of the rotor and formed of a nonmagnetic material;
A sensor magnet fixed to the plate;
A magnetic sensor that faces the sensor magnet in the axial direction and detects a rotation angle of the rotor by detecting a change in the magnitude or direction of the magnetic field of the sensor magnet accompanying the rotation of the rotor;
A rotation angle detection device for a motor having
The rotor has a rotor magnet,
The sensor magnet is disposed between the rotor and the plate in the axial direction and at a position where a repulsive force acts between the rotor magnet and the repulsive force. Rotation angle detection device for motor biased to the side. 請求項１に記載のモータの回転角検出装置において、
前記プレートは、前記軸方向から見て前記センサマグネットとオーバーラップする開口を有するモータの回転角検出装置。 In the rotation angle detection apparatus of the motor according to claim 1,
The rotation angle detection device for a motor, wherein the plate has an opening that overlaps the sensor magnet when viewed from the axial direction. 請求項２に記載のモータの回転角検出装置において、
前記センサマグネットは、前記開口に挿入された挿入部を有するモータの回転角検出装置。 In the rotation angle detection device of the motor according to claim 2,
The sensor magnet is a motor rotation angle detection device having an insertion portion inserted into the opening.
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