JP2023122303A - マグネットの固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の信頼性を高め得る回転軸の回転数を検出するマグネットの固定構造を提供する。【解決手段】回転電機の回転軸３に取り付けられる環状の固定部材４１と、固定部材４１に取り付けられ、回転軸３の回転数を検出するための少なくとも一つのマグネット４２と、を有し、固定部材４１が、回転軸３の全周に亘って外嵌される筒部４１Ａと、筒部４１Ａの外周位置においてマグネット４２を固定するマグネット固定部４１Ｂと、を備え、回転軸３に沿う方向視において、固定部材４１におけるマグネット固定部４１Ｂと筒部４１Ａとの間には、少なくとも一つの孔部４１Ｃａが設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機の回転軸の回転数を検出するためのマグネットの固定構造に関する。

従来、回転電機の出力軸にマグネットを固定し、このマグネットに対向してホールＩＣを配置することにより、回転電機の回転数を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のマグネットの固定構造は、マグネットと回転軸との間にカラーを介在させている。このカラーは、回転軸に圧入される固定部と、固定部から拡径した応力伝達防止部と、応力伝達防止部から外側に屈曲しマグネットに接着固定される側部と、が一体形成されている。この応力伝達部にマグネットの内周面と当接する複数の突起を設けることにより、マグネットを回転軸に圧入固定する際、応力伝達部が弾性変形して変形応力が吸収される。

実開平６－７４０７４号公報

近年、急制動が可能な車両ブレーキには、高出力のブラシレスモータが要求されており、回転電機の回転数を正確に検出する必要がある。特許文献１に記載のマグネットの固定構造は、複数の突起がマグネットの内周面に当接することで変形応力を吸収する構造であることから、マグネットには突起から局所的に応力が負荷され、マグネットが破損するおそれがあった。マグネットが破損した場合、回転電機の回転数を正確に検出することが不可能となり、回転電機の信頼性が低下する。

このような実情に鑑み、回転電機の信頼性を高めることが可能な回転軸の回転数を検出するマグネットの固定構造が求められている。

（特徴構成）
本発明に係るマグネットの固定構造は、回転電機の回転軸に取り付けられる環状の固定部材と、前記固定部材に取り付けられ、前記回転軸の回転数を検出するための少なくとも一つのマグネットと、を有し、前記固定部材が、前記回転軸の全周に亘って外嵌される筒部と、前記筒部の外周位置において前記マグネットを固定するマグネット固定部と、を備え、前記回転軸に沿う方向視において、前記固定部材における前記マグネット固定部と前記筒部との間には、少なくとも一つの孔部が設けられている。

（効果）
本構成の固定構造は、固定部材が回転軸の全周に亘って外嵌する筒部を備えている。このため、回転軸に対する固定部材の当接面積が増え、固定部材が回転軸に対して強固に固定される。この固定部材を介してマグネットを回転軸に固定するため、マグネットも回転軸に強固に固定される。また、固定部材にはマグネットが固定されるが、固定部材におけるマグネット固定部と筒部との間には、回転軸に沿う方向視において少なくとも一つの孔部を形成してある。これにより、仮に、固定部材を回転軸に取り付ける際に筒部が拡径変形した場合でも、当該変形がマグネットに影響し難い。その結果、マグネットの破損を防止することができる。このように本構成であれば、マグネットが回転軸に対して破損し難い状態で強固に固定され、回転電機の信頼性を高めることができる。

（特徴構成）
本発明に係るマグネットの固定構造において、前記筒部と前記マグネット固定部とは、前記回転軸に垂直な異なる平面上に形成された構成にすることができる。

（効果）
回転軸に外嵌する筒部には回転軸の表面から径方向に向けて外力が作用する。その場合、当該外力がマグネット固定部に影響しないことが望ましい。そのために本構成では、筒部とマグネット固定部とを、回転軸に垂直な異なる平面上にそれぞれ形成し、仮に、筒部からマグネット固定部に外力が伝達される場合でも、当該外力の作用方向からマグネット固定部を変位させ、外力の分力が伝達されるようにしてある。よって、マグネット固定部に到達する外力が大幅に低減し、マグネットの取付状態に与える影響を少なくしている。

（特徴構成）
本発明に係るマグネットの固定構造において、前記マグネット固定部が孔状の第１孔として形成され、前記固定部材のうち前記第１孔の内面と前記固定部材の表面との境界に面取り部が設けられている構成にすることができる。

（効果）
マグネット固定部は、固定部材の一部に第１孔として形成される。この場合、マグネットの一部が第１孔に挿入固定される。そこで本構成では、第１孔の周囲に面取り部を形成し、第１孔の縁部がマグネットに対して局所的に当接することを防止している。これにより、比較的脆い構造のマグネットの破損が防止される。特に、第１孔にマグネット材料を充填してマグネットをインサート形成する場合には第１孔の縁部とマグネットとが完全に密当接する。このような場合に、面取り部が形成してあれば、マグネットに対して固定部材から局所的な応力が作用することが防止され、耐久性の高い回転電機を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係るマグネットの固定構造において、前記第１孔は、前記マグネットの一部が前記回転軸の延出方向に沿って挿入可能に開口し、前記孔部は、前記固定部材のうち前記第１孔が形成されたのと同じ平面において前記回転軸の周方向に沿って延在する第２孔を含めた構成にすることができる。

（効果）
本構成のように、第１孔および第２孔を固定部材の同じ平面に設けることで、固定部材の構成が簡略化される。また、第２孔は、回転軸の周方向に沿って延在するから、その外側でマグネットを固定する第１孔に外力が及ぶのを広く阻止することができる。さらに、第２孔が周方向に沿って延在するものであり、例えば溝状等に形成することができるため、固定部材のサイズを小径化することができる。

（特徴構成）
本発明に係るマグネットの固定構造において、前記第１孔及び前記第２孔は、それぞれが径方向視において重複する複数の長孔で形成された構成にすることができる。

（効果）
回転軸に外嵌する筒部には回転軸の表面から径方向に向けて外力が作用する。その場合、当該外力がマグネット固定部に影響しないことが望ましい。そのため本構成では、第２孔が第１孔と径方向視において重複する長孔であることから、第２孔の外側でマグネットを固定する第１孔に外力が及ぶのを確実に阻止することができる。これにより、比較的脆い構造のマグネットの破損が防止される。

回転電機の断面図である。 固定部材及びマグネットの一方側及び他方側から視た斜視図である。 固定部材の平面図である。 固定部材の側断面図である。 回転電機の一部を拡大した断面図である。

以下に、本発明に係るマグネットの固定構造の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、マグネットの固定構造を備えた回転電機の一例として、自動車のブレーキ装置に用いられるアクチェエータとして説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

急制動が可能な車両ブレーキには、高出力のブラシレスモータが要求されており、回転電機の回転数を正確に検出することが必要である。そこで、図１～図５に示すように、本実施形態における磁石ユニット４は、回転軸３の回転数を正確に検出することが可能なマグネット４２の固定構造を備えている。以下、本実施形態における回転電機１００の基本構成を説明した後、マグネット４２の固定構造の詳細構成について説明する。

図１に示すように、回転電機１００は、円環状のステータ１と、ステータ１の径方向内側に設けられたロータ２と、ロータ２を回転させる回転軸３と、回転軸３のロータ２とは異なる部位に固定され、回転軸３と一体回転する磁石ユニット４と、を備えている。回転電機１００は、ハウジング５に収容されており、ハウジング５には、磁石ユニット４に対向する位置でセンサユニット６が固定されている。

ステータ１は、複数の電磁鋼板から成るコアプレートを、回転軸３の軸方向に沿って積層して形成されている。また、ステータ１は、周方向に沿って分割された複数（本実施形態では１２個）の分割コア１Ａを有している。それぞれの分割コア１Ａのティース部には、コイル７の巻線が三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相に区分された状態で巻回されている。

ロータ２は、複数の電磁鋼板を回転軸３の軸方向に沿って積層して形成されている。このロータ２は、ステータ１と対向する位置に複数の永久磁石２１が固定されている。複数の永久磁石２１は、回転軸３の周方向に沿ってＮ極またはＳ極が配置されており、コイル７に通電することで発生する磁束がステータ１とロータ２との間に流れることで、ロータ２が回転軸３と共に回転する。

また、磁石ユニット４が回転軸３と共に回転することで、センサユニット６が回転軸３の回転数を検出する。つまり、磁石ユニット４のマグネット４２は、回転軸３の回転数を検出するために設けられている。ここで、回転軸３の回転数とは、単位時間あたりの回転速度や回転軸３の回転角度を含む概念である。センサユニット６は、ホールＩＣ等の磁束検出素子６１を含んでおり、この磁束検出素子６１から出力されたパルス信号により回転軸３の回転数を検出することができる。

磁石ユニット４は、以下で詳述するマグネット４２の固定構造を備えている。図２～図５に示すように、マグネット４２の固定構造（磁石ユニット４）は、回転電機１００の回転軸３に取り付けられる環状の固定部材４１と、固定部材４１に取り付けられ、回転軸３の回転数を検出するための少なくとも一つのマグネット４２と、を有している。本実施形態における固定部材４１は鉄板で構成されており、マグネット４２は円環状に配置された永久磁石を含んでいる。尚、マグネット４２は、一つの永久磁石で構成せずに、回転軸３の周方向に分割された複数の永久磁石で構成してもよい。

図３～図５に示すように、固定部材４１は、回転軸３の全周に亘って外嵌される筒部４１Ａと、筒部４１Ａの外周位置においてマグネット４２を固定するマグネット固定部４１Ｂと、筒部４１Ａとマグネット固定部４１Ｂとを接続する接続部４１Ｃと、を一体的に備えている。図３に示す回転軸３に沿う方向視において、固定部材４１におけるマグネット固定部４１Ｂと筒部４１Ａとの間の接続部４１Ｃには、少なくとも一つの孔部４１Ｃａが設けられている。筒部４１Ａが回転軸３の軸方向に沿う円筒形状であり、接続部４１Ｃ及びマグネット固定部４１Ｂは、筒部４１Ａから直交するように屈曲した円盤形状である。

図２～図３に示すように、マグネット４２は、円環状部４２Ａと、円環状部４２Ａから突出した複数（本実施形態では５つ）の突出部４２Ｂと、を一体的に備えている。本実施形態における突出部４２Ｂは、後述する第１孔４１Ｂａに密嵌合する断面が円弧形状で形成されている。突出部４２Ｂの断面は、回転軸３の周方向に沿う円弧部４２Ｂａと、円弧部４２Ｂａの両端に形成された半円部４２Ｂｂとで形成されている。突出部４２Ｂが半円部４２Ｂｂを有することにより、マグネット４２が回転したときにおいて突出部４２Ｂに負荷される外力が分散される。

尚、マグネット４２は、予め永久磁石をインサート成形した磁性体であってもよいし、予め磁性粉を焼結成形した磁性体であってもよいし、固定部材４１に永久磁石をインサート成形してもよい。固定部材４１と永久磁石とを一体成形した場合、組付け工数を無くすことができるためコスト低減を図ることができる。

このように、固定部材４１が回転軸３の全周に亘って外嵌する筒部４１Ａを備えているため、回転軸３に対する固定部材４１の当接面積が増え、固定部材４１が回転軸３に対して強固に固定される。この固定部材４１を介してマグネット４２を回転軸３に固定するため、マグネット４２も回転軸３に強固に固定される。また、接続部４１Ｃには少なくとも一つの孔部４１Ｃａが設けられているため、固定部材４１を回転軸３に取り付ける際に筒部４１Ａが拡径変形した場合でも、当該変形がマグネット４２に影響し難い。その結果、マグネット４２の破損を防止することができる。

図４～図５に示すように、筒部４１Ａとマグネット固定部４１Ｂとは、回転軸３に垂直な異なる平面上に形成されており、マグネット固定部４１Ｂと接続部４１Ｃとは、回転軸３に垂直な同一平面上に形成されている。換言すると、回転軸３の外周面に当接する筒部４１Ａの内周面は、マグネット固定部４１Ｂ及び接続部４１Ｃを含む平面からセンサユニット６に向かってオフセットされている。つまり、回転軸３と外嵌する筒部４１Ａには、回転軸３の表面から径方向に向けて外力が作用するが、外力の作用方向からマグネット固定部４１Ｂを変位させ、外力の分力が伝達されるようにしてある。これによって、マグネット固定部４１Ｂに到達する外力が大幅に低減し、マグネット４２の取付状態に与える影響を少なくすることができる。

図２～図３に示すように、マグネット固定部４１Ｂが回転軸３の周方向に沿って等間隔に配置された複数（本実施形態では５つ）の長孔から成る第１孔４１Ｂａとして形成されている。第１孔４１Ｂａを長孔形状とすれば、マグネット４２との接触面積を広く確保することが可能となり、マグネット４２を固定部材４１に強固に固定できる。また、図４に示すように、固定部材４１のうち第１孔４１Ｂａの内面と固定部材４１の表面（マグネット固定部４１Ｂの両面）との境界に円弧状又は傾斜状に面取りされた面取り部４１ｂが設けられている。マグネット４２の一部が第１孔４１Ｂａに挿入固定されるとき、第１孔４１Ｂａの周囲に面取り部４１ｂを形成しているため、第１孔４１Ｂａの縁部がマグネット４２に対して局所的に当接することを防止している。これにより、比較的脆い構造のマグネット４２の破損が防止される。特に、第１孔４１Ｂａにマグネット材料を充填してマグネット４２をインサート形成する場合には第１孔４１Ｂａの縁部とマグネット４２とが完全に密当接する。このような場合に、面取り部４１ｂが形成してあれば、マグネット４２に対して固定部材４１から局所的な応力が作用することが防止され、耐久性の高い回転電機１００を得ることができる。

図４に示すように、第１孔４１Ｂａは、マグネット４２の一部が回転軸３の延出方向（軸方向）に沿って挿入可能に開口している。図３に示すように、孔部４１Ｃａは、固定部材４１のうち第１孔４１Ｂａが形成されたのと同じ平面（接続部４１Ｃ）において回転軸３の周方向に沿って延在する長孔から成る複数（本実施形態では５つ）の第２孔４３を含んでいる。これら第１孔４１Ｂａ及び第２孔４３は、それぞれが径方向視において重複する複数の長孔で形成されている。

また、接続部４１Ｃにおける複数の第２孔４３の間には、着磁用の複数の丸穴４４が設けられている。この丸穴４４も上述した孔部４１Ｃａとして機能することにより、固定部材４１を回転軸３に取り付ける際に筒部４１Ａが拡径変形した場合でも、当該変形がマグネット４２に影響し難い。尚、丸穴４４のうち一つは径の大きな丸穴４４１としてあり、この丸穴４４１の位置が着磁方向の目印となる。ただし、寸法の異なる丸穴４４１を設ける代わりに、第２孔４３の内径側の側面に目印となる切欠き（図外）を設けておいてもよい。

このように、第１孔４１Ｂａおよび第２孔４３を同じ平面に設けることで、固定部材４１の構成が簡略化される。また、第２孔４３は、回転軸３の周方向に沿って延在するから、その外側でマグネット４２を固定する第１孔４１Ｂａに外力が及ぶのを広く阻止することができる。特に、第２孔４３は、第１孔４１Ｂａと径方向視において重複する長孔であることから、その外側でマグネット４２を固定する第１孔４１Ｂａに外力が及ぶのを確実に阻止することができる。さらに、第２孔４３が周方向に沿って延在するものであり、上述した実施形態のように貫通穴だけでなく、例えば溝状等に形成することができるため、固定部材４１のサイズを小径化することができる。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態における筒部４１Ａは回転軸３の全周に密当接する形状であればよく、回転軸３の断面が例えば矩形状であれば、筒部４１Ａは角筒状となる。
（２）マグネット固定部４１Ｂと筒部４１Ａとを同一平面上に配置してもよい。この場合でも、接続部４１Ｃに設けられた少なくとも一つの孔部４１Ｃａにより、マグネット４２の破損を抑制できる。
（３）第１孔４１Ｂａ、第２孔４３および丸穴４４の数，配置，形状等は、特に限定されず、マグネット４２の破損を防止できる効果的な構成とすればよい。

本発明は、回転電機の回転軸の回転数を検出するためのマグネットの固定構造に利用可能である。

３ 回転軸
４ 磁石ユニット
４１ 固定部材
４１Ａ 筒部
４１Ｂ マグネット固定部
４１Ｂａ 第１孔
４１Ｃ 接続部
４１Ｃａ 孔部
４１ｂ 面取り部
４２ マグネット
４３ 第２孔
１００ 回転電機

Claims (5)

1. 回転電機の回転軸に取り付けられる環状の固定部材と、
   前記固定部材に取り付けられ、前記回転軸の回転数を検出するための少なくとも一つのマグネットと、を有し、
   前記固定部材が、前記回転軸の全周に亘って外嵌される筒部と、前記筒部の外周位置において前記マグネットを固定するマグネット固定部と、を備え、
   前記回転軸に沿う方向視において、前記固定部材における前記マグネット固定部と前記筒部との間には、少なくとも一つの孔部が設けられているマグネットの固定構造。
2. 前記筒部と前記マグネット固定部とは、前記回転軸に垂直な異なる平面上に形成されている請求項１に記載のマグネットの固定構造。
3. 前記マグネット固定部が孔状の第１孔として形成され、前記固定部材のうち前記第１孔の内面と前記固定部材の表面との境界に面取り部が設けられている請求項１又は２に記載のマグネットの固定構造。
4. 前記第１孔は、前記マグネットの一部が前記回転軸の延出方向に沿って挿入可能に開口し、前記孔部は、前記固定部材のうち前記第１孔が形成されたのと同じ平面において前記回転軸の周方向に沿って延在する第２孔を含んでいる請求項３に記載のマグネットの固定構造。
5. 前記第１孔及び前記第２孔は、それぞれが径方向視において重複する複数の長孔で形成されている請求項４に記載のマグネットの固定構造。

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