JP7027009B2 - モータの回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転角検出装置に関する。

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。

特開2017-208879号公報

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。

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、プレートに常時押し付けられている。

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。

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。 図１のS2-S2線矢視断面図である。 実施形態１のロータ2の正面図である。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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

Claims (3)

1. 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、前記プレートに常時押し付けられているモータの回転角検出装置。
2. 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。
3. 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。

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