JP5996464B2

JP5996464B2 - 回転角検出装置の製造方法

Info

Publication number: JP5996464B2
Application number: JP2013057520A
Authority: JP
Inventors: 達郎鈴木; 晋一磯部; 高太郎椎野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP2014183674A

Description

本発明は、回転角検出装置の製造方法に関する。

特許文献１に記載には、マグネットを覆うマグネットカバーによりマグネットの破損による破片の飛散を防止する回転角検出装置が開示されている。

特開2008-219996号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、マグネットカバーを装着した状態では、回転体に対するマグネットの搭載方向（磁極境界線方向）を判別できないという問題があった。
本発明の目的は、マグネットカバーを装着した状態で回転体に対するマグネットの磁極境界線方向を判別できる回転角検出装置の製造方法を提供することにある。

本発明の回転角検出装置の製造方法は、マグネット保持部を、磁極境界線に沿って延びるように磁石搭載部に形成した保持溝とし、保持溝を、磁極境界線を挟んで互いに平行に対向する一対の保持面と、保持面よりも軸方向の一方側に形成し、保持溝の幅が軸方向の一方側に向かって徐々に拡大するように形成した一対の傾斜面と、から構成し、マグネットを、略直方体状に形成し、一対の保持面に嵌合することにより周方向位置を規制し、かつ一対の傾斜面との間に接着剤を充填することにより磁石搭載部に固定した。

よって、本発明によれば、マグネットカバーを装着した状態で回転体に対するマグネットの磁極境界線方向を判別できる。

実施例１の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。実施例１の機電一体型モータの側面一部断面図である。図２の要部拡大図である。 (a)マグネットアッシーの斜視図、(b)マグネットカバー装着前の斜視図、(c)A-A断面図、(d)マグネットカバー装着前の平面図である。

以下、本発明の回転角検出装置の製造方法を実施するための形態を、図面に基づく実施例により説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
［電動パワーステアリング装置］
図１は、実施例１の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
ステアリングホイール1への操舵入力は、回転運動としてコラムシャフト2、ピニオンシャフト3を介してピニオン4に伝達され、ピニオン4と噛み合うラック部5aを有するラック5により直線運動に変換される。ラック5の直線運動は、タイロッド6を介して前輪（転舵輪）7へと伝達される。電動モータ（以下、モータ）8の出力は、ウォームシャフト9とウォームホイール10とから構成される減速機を介してピニオン4に伝達され、これにより、運転者の操舵力がアシストされる。コラムシャフト2とピニオンシャフト3との間には、操舵トルクを検出するトルクセンサ11が介装されている。トルクセンサ11により検出された操舵トルクは、モータ8と一体に設けられた電子コントロールユニット（以下、ECU)12へ出力される。ECU12は、操舵トルクや車両の走行状態に関する情報（車速等）に基づき、モータ8の電流値を制御する。

［機電一体型モータ］
図２は、実施例１の機電一体型モータ13の側面一部断面図であり、機電一体型モータ13は、モータ8とECU12を同一のハウジング14の内部に収容したものである。ハウジング14は、モータ8を収容する円筒状のモータハウジング15と、ECU12を収容する円筒状のECUハウジング16とから構成される。以下、モータ8の回転軸Oの方向にx軸をとり、モータ8に対してECU12の側を正方向とする。
モータ8は、三相ブラシレスモータであり、所定のスロット数を有するステータ17と、所定の磁極数を有するロータ18と、モータシャフト（回転体）19とを備える。ステータ17はモータハウジング15に固定され、複数のティースにはコイル17aが巻回されている。ロータ18は、ステータ17の内側に配置され、ステータ17に対して回動可能に設けられている。ロータ18の外周には複数の永久磁石がS極とN極を交互にして取り付けられている。モータシャフト19は、ロータ18と一体に設けられ、回転軸Oを中心に回転する。モータシャフト19のx軸負方向側端部19a寄りの位置にはベアリング20が設けられ、x軸正方向側端部19b寄りの位置には、ベアリング21が設けられている。ベアリング20は、モータハウジング15のベアリング支持部15aに固定され、ベアリング21は、モータハウジング15とECUハウジング16とを仕切るベアリング支持部22に固定されている。X軸負方向側端部19aには、ウォームシャフト9が軸方向に接続される。

モータシャフト19のx軸正方向側端部19bは、ベアリング支持部22よりもx軸正方向側に突出し、その端縁には、ロータ18の回転角を検出する回転センサ（回転位置検出装置）30のマグネット31が取り付けられている。マグネット31は、マグネットケース32を介してモータシャフト19のx軸正方向側端部19bに固定され、マグネットカバー33により全体を包囲されている。
ECU12は、CPUやインバータ回路等が実装された制御基板23と、回転センサ30のGMRセンサ34が実装されたセンサ基板24とを有する。なお、実施例１ではGMRセンサを使用しているが、その他の磁気センサとして、MRセンサ、AMRセンサ、ホールICセンサ等を用いても良い。制御基板23およびセンサ基板24はECUハウジング16に固定されている。制御基板23は、ステータ17のコイル17aおよびセンサ基板24と電気的に接続されている。また、ECUハウジング16のx軸正方向端に設けられたコネクタ（不図示）と電気的に接続されている。制御基板23のCPUには、センサ基板24からロータ18の回転角が直接入力されると共に、操舵トルクや車両の走行状態に関する情報が入力される。また、コネクタを介して外部電力が供給される。CPUは、操舵トルクや車両の走行状態に関する情報に基づき、ステータ17のコイル17aに対し電流を供給する。このとき、ロータ18の回転角に基づき、位相を120°ずらした三相交流をインバータ回路で作り、ステータ17のコイル17aの電流方向と大きさを変化させることで、ロータ18を回転させる（正弦波駆動）。または、ロータ18の回転角に応じてインバータ回路のパワー素子のON/OFF状態を切り替え、ステータ17のコイル17aの電流方向を変化させることでロータ18を回転させる（矩形波駆動）。

［回転センサ］
図３は、図２の要部拡大図である。
上述したように、回転センサ30は、モータシャフト19側に設けられたマグネット31、マグネットケース32およびマグネットカバー33と、ハウジング14側にマグネット31と対向するように設けられたGMRセンサ34とを有し、モータシャフト19の回転に伴うマグネット31の磁界の大きさまたは方向の変化をGMRセンサ34で検出することにより、モータシャフト19の回転角、すなわち、ロータ18の回転角を検出する。マグネット31、マグネットケース32およびマグネットカバー33は、マグネットアッシー35として一体化後、モータシャフト19へ組み付けられる。

［マグネットアッシー］
図４(a)はマグネットアッシー35の斜視図、図４(b)はマグネットカバー装着前の斜視図、図４(c)は図４(a)のA-A断面図、図４(d)はマグネットカバー装着前の平面図である。
マグネット31は、角部に面取り加工を施した略直方体状の磁石素材を着磁したものであり、マグネットケース32の中心位置に固定されている。マグネット31は、モータシャフト19に対し対称にS極およびN極が配置されている。
マグネットケース32は、筒状部36と磁石搭載部37とフランジ部38とを有し、軸方向中心には、モータシャフト19を挿入する貫通孔32aが形成されている。
筒状部36は、モータシャフト19のx軸正方向側端部19bを包囲する円筒状に形成されている。モータシャフト19のx軸正方向側端部19bは、筒状部36のx軸負方向側の開口部36aから筒状部36の内部に挿入される。
磁石搭載部37は、筒状部36のx軸正方向端側を閉塞するように形成され、一対の保持面39aと一対の傾斜面39bとから構成される保持溝（マグネット保持部）39を有する。
一対の保持面39aは、マグネット31のS極およびN極の境界線Lを挟んで互いに平行に対向する。一対の傾斜面39bは、保持面39aよりもx軸正方向側に形成され、保持溝39の幅がx軸正方向に向かって徐々に拡大するように形成されている。

磁石搭載部37は、保持溝39にマグネット31を搭載した状態で、マグネット31の長辺側を一対の保持面39aに嵌合することにより、マグネット31のS極およびN極の境界線Lの方向を磁極境界線方向としたとき、磁石搭載部37に対する磁極境界線方向の周方向位置を規制する。一対の傾斜面39bとマグネット31との間には、マグネット31を保持溝39に固定するための固定接着剤（不図示）が充填されている。
一対のフランジ部38は、筒状部36のx軸負方向端から径方向外側に延びるように形成され、筒状部36の周方向範囲のうち、保持溝39の両端部と一致する範囲に設けられている。一対のフランジ部38には、モータシャフト19をマグネットケース32に圧入固定する際、圧入荷重が加えられる。
筒状部36のx軸負方向端であって、一対のフランジ部38を除く範囲には、x軸正方向側へ延びる一対の二面幅（周方向位置規定部）40が設けられている。一対の二面幅40は、マグネットケース32に設けられた目印であって、回転軸Oを挟んで互いに平行に対向するように形成されている。一対の二面幅40は、保持溝39と平行に設けられている。
マグネットカバー33は、非磁性の金属材料により、マグネット31の全体を包囲し、かつ、一対のフランジ部38および一対の二面幅40のx軸負方向側の一部が露出するような有底円筒状に形成されている。マグネットカバー33は、マグネットケース32の一対の二面幅40に対しカシメによって固定されている。

次に、マグネットアッシー35の組み立ておよびマグネットアッシー35のモータシャフト19への組み付けの手順を説明しつつ、実施例１の作用を述べる。
まず、マグネット31を磁石搭載部37の保持溝39に固定する前に、着磁コイル等によりマグネット31を着磁する着磁工程を行う。ここで、仮にマグネット31を保持溝39に固定した後、着磁を行った場合、マグネット31の保持溝39によって包囲された領域は充分な着磁がなされない。これに対し、固定前に着磁を行うことで、マグネット31の略全体を露出して着磁を行うことができるため、磁力の大きなマグネット31が得られる。
続いて、着磁されたマグネット31を磁石搭載部37の保持溝39に載置し、一対の傾斜面39bに接着剤を充填することで、マグネット31を保持溝39に固定する。このとき、マグネット31の底面（x軸負方向面）には接着剤が入り込まないため、マグネット31と保持溝39とを密着させた状態で、精度良く、かつ、確実に固定できる。
次に、マグネットケース32にマグネットカバー33を被せ、マグネットカバー33において一対の二面幅40の外周に位置する部分をカシメすることで、マグネットカバー33をマグネットケース32に固定する。これにより、マグネットカバー33を確実に保持させることができ、マグネット31、マグネットケース32およびマグネットカバー33を一体化したマグネットアッシー35が得られる。

マグネットアッシー35の組み立て後は、マグネットケース32の開口部36aからモータシャフト19のx軸正方向側端部19bを挿入し、モータシャフト19に対するマグネット31の周方向位置を適正な位置に合わせる。このとき、マグネット31は保持溝39により磁極境界線方向を規制された状態で磁石搭載部37に固定され、マグネットカバー33から一部が露出する一対の二面幅40は、マグネット31の磁極境界線方向と平行に設定されているため、マグネットカバー33によりマグネット31が直接見えない状態であっても、目印である一対の二面幅40の周方向位置を見ることで、モータシャフト19に対するマグネット31の磁極境界線方向（搭載方向）を判別できる。ここで、高いセンサ検出精度を得るためには、マグネット31の磁極位相とロータ18の磁極位相とを精度良く合わせる必要がある。これに対し、実施例１では、一対の二面幅40という簡素な構造で、マグネット31の磁極位相とロータ18の磁極位相とを精度良く合わせることができる。また、磁極位相合わせとカシメの両方を一対の二面幅40で実現できるため、２つの機能を別々に設けた場合と比較して、省スペース化を図ることができる。

最後に、一対のフランジ部38に圧入荷重を加え、モータシャフト19をマグネットケース32に圧入固定する。ここで、マグネットカバー33は薄板であり、かつ、マグネットケース32にカシメ固定されるため、カシメ部には荷重を掛けることができず、マグネットカバー33に荷重を加えてモータシャフト19を圧入固定することはできない。これに対し、実施例１では、一対のフランジ部38に圧入荷重を加えるため、マグネットカバー33には圧入荷重が作用しない。よって、マグネットケース32へのモータシャフト19の圧入固定が可能となる。
また、圧入作業時、一対のフランジ部38に荷重が加えられることによりマグネットケース32は変形する力を受けるが、一対の保持面39aおよび一対の傾斜面39bの向きは一対のフランジ部38の向きと垂直であるため、マグネットケース32の変形は接着剤を剥離する方向に対し略直角方向となり、保持溝39の溝幅が広がる方向に力が掛からないため、接着剤の剥離を抑制できる。
実施例１の回転センサ30は、マグネット31を包囲するマグネットカバー33を設けたため、マグネット31の破損による破片の飛散を防止できる。
また、マグネット31を直方体としたため、マグネット31を保持溝39に固定する際、仮にマグネット31が保持溝39の中で多少ずれたとしても、モータシャフト19の回転時にマグネット31の磁極境界線方向が常に回転軸Oと一致するため、センサ検出精度に影響しない。

実施例１にあっては、以下の効果を奏する。
(1) 回転センサ30は、回転軸Oを中心に回転するモータシャフト19と、回転軸Oの方向をx軸方向としたとき、モータシャフト19のx軸正方向側を包囲するように形成された筒状部36と、筒状部36のx軸正方向側を閉塞するように形成された磁石搭載部37と、から構成され、筒状部36のx軸負方向側の開口部36aからモータシャフト19を挿入することによりモータシャフト19に固定されるマグネットケース32と、磁石搭載部37に固定され、モータシャフト19に対し対称にS極およびN極が配置されたマグネット31と、軸方向周りの方向を周方向とし、マグネットのS極およびN極の境界線Lの方向を磁極境界線方向としたとき、磁石搭載部37に形成され、磁石搭載部37に対する磁極境界線方向の周方向位置を規制するようにマグネット31を保持するマグネット保持部と、マグネットケース32に設けられた目印であって、目印と回転軸Oとを結ぶ線と磁極境界線との間の角度が所定角となるように形成された周方向位置規定部と、非磁性材料で形成され、マグネット31の全体を包囲し、かつ周方向位置規定部の少なくとも一部が露出するようにマグネットケース32に固定されたマグネットカバー33と、マグネット31と対向するように設けられ、モータシャフト19の回転に伴うマグネット31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モータシャフト19の回転角を検出するGMRセンサ34と、を有する。
よって、マグネット31の破損によるその破片の飛散を防止できる。また、マグネットカバー33を装着した状態でモータシャフト19に対するマグネット31の磁極境界線方向（搭載方向）を判別できる。

(2) マグネットケース32は、筒状部36のうちマグネットカバー33によって包囲されない範囲に設けられ、筒状部36から径方向外側に延びるように形成されたフランジ部38を備え、フランジ部38を介してマグネットケース32に圧入荷重が加えられることによりモータシャフト19がマグネットケース32に圧入固定される。
よって、マグネットケース32へのモータシャフト19の圧入固定が可能となる。
(3) マグネット保持部は、磁極境界線に沿って延びるように磁石搭載部37に形成された保持溝39であって、保持溝39は、磁極境界線を挟んで互いに平行に対向する一対の保持面39aと、保持面39aよりもx軸正方向側に形成され、保持溝39の幅がx軸正方向側に向かって徐々に拡大するように形成された一対の傾斜面39bと、から構成され、マグネット31は、略直方体状に形成され、一対の保持面39aに嵌合することにより周方向位置が規制され、かつ一対の傾斜面39bとの間に接着剤が充填されることにより磁石搭載部37に固定される。
よって、マグネット31は、保持面39aによって周方向位置を規制されると共に、接着剤によって磁石搭載部37にしっかりと固定される。
(4) マグネットケース32は、筒状部36のうちマグネットカバー33によって包囲されない範囲に設けられ、筒状部36から径方向外側に延びるように形成されたフランジ部38を備え、フランジ部38を介してマグネットケース32に圧入荷重が加えられることによりモータシャフト19がマグネットケース32に圧入固定されると共に、フランジ部38は、筒状部36の周方向範囲のうち、保持溝39の両端部と一致する位置に一対設けられる。
よって、圧入荷重により接着剤が剥離するのを抑制できる。

以下に、実施例から把握される特許請求の範囲に記載した発明以外の技術的思想について説明する。
(a) 請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記周方向位置規定部は、前記マグネットケースの前記筒状部の外周側に形成され、前記回転軸を挟んで互いに平行に対向するように形成された一対の平面部であることを特徴とする回転角検出装置。
よって、簡素な構造で周方向位置を規定できる。
(b) (a)において、
前記マグネットカバーは、非磁性体の金属材料によって形成され、前記周方向位置規定部である前記一対の平面部に対しカシメによって固定されることを特徴とする回転角検出装置。
よって、マグネットカバーを確実に保持させることができる。
(c) 請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記マグネットは、磁石素材を着磁することによって磁力を発生する磁石であって、着磁の工程は、前記マグネットが前記マグネット保持部に固定される前に行われることを特徴とする回転角検出装置。
よって、マグネット全体を着磁できるため、磁力の大きなマグネットが得られる。

19 モータシャフト（回転体）
30 回転センサ（回転角検出装置）
31 マグネット
32 マグネットケース
33 マグネットカバー
34 GMRセンサ（磁気センサ）
35 マグネットアッシー
36 筒状部
36a 開口部
37 磁石搭載部
38 フランジ部
39 保持溝（マグネット保持部）
39a 保持面
39b 傾斜面
40 二面幅（周方向位置規定部）

Claims

回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転軸の方向を軸方向としたとき、前記回転体の前記軸方向一端側を包囲するように形成された筒状部と、前記筒状部の前記軸方向の一端側を閉塞するように形成された磁石搭載部と、から構成され、前記筒状部の前記軸方向の他端側の開口部から前記回転体を挿入することにより前記回転体に固定されるマグネットケースと、
前記磁石搭載部に固定され、前記回転体に対し対称にS極およびN極が配置されたマグネットと、
前記軸方向周りの方向を周方向とし、前記マグネットの前記S極およびN極の境界線の方向を磁極境界線方向としたとき、前記磁石搭載部に形成され、前記磁石搭載部に対する前記磁極境界線方向の前記周方向位置を規制するように前記マグネットを保持するマグネット保持部と、
前記マグネットケースに設けられた目印であって、前記目印と前記回転軸とを結ぶ線と前記磁極境界線との間の角度が所定角となるように形成された周方向位置規定部と、
非磁性材料で形成され、前記マグネットの全体を包囲し、かつ前記周方向位置規定部の少なくとも一部が露出するように前記マグネットケースに固定されたマグネットカバーと、
前記マグネットと対向するように設けられ、前記回転体の回転に伴う前記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回転体の回転角を検出する磁気センサと、
を有する回転角検出装置の製造方法であって、
前記マグネット保持部を、前記磁極境界線に沿って延びるように前記磁石搭載部に形成した保持溝とし、
前記保持溝を、前記磁極境界線を挟んで互いに平行に対向する一対の保持面と、前記保持面よりも前記軸方向の一方側に形成し、前記保持溝の幅が前記軸方向の一方側に向かって徐々に拡大するように形成した一対の傾斜面と、から構成し、
前記マグネットを、略直方体状に形成し、前記一対の保持面に嵌合することにより前記周方向位置を規制し、かつ前記一対の傾斜面との間に接着剤を充填することにより前記磁石搭載部に固定したことを特徴とする回転角検出装置の製造方法。
請求項１に記載の回転角検出装置の製造方法において、
前記マグネットケースの前記筒状部のうち、前記マグネットカバーによって包囲されない範囲に、前記筒状部から径方向外側に延びるように形成したフランジ部を設け、
前記フランジ部を介して前記マグネットケースに圧入荷重を加えることにより前記回転体を前記マグネットケースに圧入固定し、
前記フランジ部を、前記筒状部の前記周方向範囲のうち、前記保持溝の両端部と一致する位置に一対設けたことを特徴とする回転角検出装置の製造方法。