JP7272289B2

JP7272289B2 - 磁石ホルダ

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Publication number: JP7272289B2
Application number: JP2020008867A
Authority: JP
Inventors: 飛鳥田中; 敏博藤田; 潤森本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2040-01-23
Also published as: JP2021117030A; WO2021149660A1; US20220349697A1; CN114981620B; CN114981620A

Description

本発明は、回転角度検出装置に用いられる磁石ホルダに関する。

従来、磁石と磁気センサを備える回転角度検出装置において磁石を回転体に固定するための磁石ホルダが知られている。特許文献１には、一定の厚さを有する筒状の磁石ホルダが記載されている。特許文献２には、比較的肉厚の筒状部材の一端部の内径が拡径されてなる凹部を有し、当該凹部に磁石が取り付けられた磁石ホルダが記載されている。これらの磁石ホルダは回転体としてのシャフトに圧入固定されている。

特開２０１９－１５８４１０号公報特開２０１６－３１３４２号公報

特許文献１に開示された磁石ホルダは一定の厚さを有する筒状部材であるため、シャフトへの組付け時の圧入荷重の調整が難しかった。特許文献２に開示された磁石ホルダは、圧入固定部分が比較的厚くなっているものの、シャフトの外径により圧入固定部分の肉厚が決まるため、同様に組付け時の圧入荷重の調整が難しかった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体への圧入荷重の調整が容易な磁石ホルダを提供することである。

本発明の磁石ホルダ（５２）は、回転角度検出装置（５０）に用いられ、筒状であり、磁気センサ（５３）に対向して設けられる磁石（５１）を保持し、回転体（８７０）に圧入固定される。磁石ホルダは、軸方向一方側に位置する磁石保持部（５６）と、軸方向他方側に位置する圧入固定部（５７）と、磁石保持部と圧入固定部とを接続している接続部（５８）とを有する。

さらに、圧入固定部の外径（Ｄｏ２）が磁石保持部の外径（Ｄｏ１）とは異なるとともに、圧入固定部の肉厚（ｔ２）が磁石保持部の肉厚（ｔ１）とは異なる。接続部の外面（６３）および内面（６８）がテーパ面である。このような寸法関係になっていることで、磁石のサイズに縛られずに回転体の外径を設計できる。また、磁石および回転体のサイズに縛られずに圧入固定部の肉厚を設計できるので、圧入荷重の調整が容易である。例えば回転体への圧入時に磁石ホルダが座屈しないこと等を考慮して最適な圧入荷重に調整できる。

回転電機の縦断面図である。図１の回転電機のＩＩ－ＩＩ線断面図である。第１実施形態の磁石ホルダを示す断面図である。第２実施形態の磁石ホルダを示す断面図である。第３実施形態の磁石ホルダを示す断面図である。第４実施形態の磁石ホルダを示す断面図である。第５実施形態の磁石ホルダを示す断面図である。

以下、磁石ホルダの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。磁石ホルダは回転角度検出装置に用いられる。回転角度検出装置は、例えば車両の電動パワーステアリング装置の回転電機に設けられ、ロータの回転位置を検出する。

最初に、各実施形態に共通する事項として、回転電機について説明する。図１および図２に示すように、回転電機１は、モータ部８０および制御部１０を備える。

モータ部８０は、例えば三相ブラシレスモータ等から構成され、ケース８３０、ステータ８４０およびロータ８６０を備える。ケース８３０は、筒部８３４と、筒部８３４の一端に設けられたリアフレームエンド８３７と、筒部８３４の他端に設けられたフロントフレームエンド８３８とを有する。リアフレームエンド８３７およびフロントフレームエンド８３８は、図示しないボルト等により互いに締結されている。本実施形態では筒部８３４とリアフレームエンド８３７とフロントフレームエンド８３８とが別部材から構成されているが、他の実施形態ではそれらのうち２つ以上が同一部材から構成されてもよい。

ステータ８４０は、ケース８３０内で筒部８３４に固定されているステータコア８４５と、ステータコア８４５に組み付けられた巻線組８０１、８０２とを有する。巻線組８０１、８０２のリード線８５２、８５５は、リアフレームエンド８３７を貫通してケース８３０外へ延び出ている。

ロータ８６０は、リア軸受８３５およびフロント軸受８３６により支持されている回転体としてのシャフト８７０と、シャフト８７０に嵌め付けられたロータコア８６５とを有する。シャフト８７０の一端部８７１および他端部８７２はケース８３０外に突き出している。ロータ８６０は、ステータ８４０の内側に設けられており、ステータ８４０に対して相対回転可能である。

制御部１０は、ケース８３０外に設けられ、リード線８５２、８５５に電気的に接続されている。制御部１０は、制御ユニット２０と、制御ユニット２０を覆うカバー２１と、制御ユニット２０を外部に接続するためのコネクタユニット３５とを備える。

制御ユニット２０は、リアフレームエンド８３７に固定されたヒートシンク２４５と、ヒートシンク２４５に固定された基板２３０、２３５およびパワーモジュール２４１、２４２と、基板２３０、２３５に実装されている図示しない各種の電子部品とを備える。一方の基板２３０は、リアフレームエンド８３７と対向する位置に設けられている。

制御部１０は、外部から取得した情報や制御部１０内部で検出したモータ電流等の情報に基づき、所望のアシストトルクを発生するようにモータ部８０の駆動を制御する。モータ部８０および制御部１０は機電一体型式の駆動装置を構成している。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態の磁石ホルダについて説明する。図１～図３に示すように、回転電機１には、シャフト８７０の回転角度（すなわちロータ８６０の回転位置）を検出する回転角度検出装置５０が設けられている。回転角度検出装置５０は、磁石５１、磁石ホルダ５２、および磁気センサ５３を備える。

磁石ホルダ５２は、筒状に形成され、磁石５１を保持し、シャフト８７０の一端部８７１に圧入固定されている。磁気センサ５３は、基板２３０のうち磁石５１に対向する位置に実装され、磁石５１の発生する磁気を検出する。磁石５１は、磁石ホルダ５２によりシャフト８７０に固定され、シャフト８７０と一体に回転する。磁石５１がシャフト８７０と共に回転することで、磁石５１と磁気センサ５３との相対的な位置関係が変化する。磁気センサ５３は、シャフト８７０の回転角度に応じて変化する磁束の大きさを検出し、ロータ８６０の回転位置に対応する信号を制御ユニット２０に出力する。

磁石ホルダ５２は、軸方向一方側すなわち基板２３０側に位置する磁石保持部５６と、軸方向他方側すなわちシャフト８７０側に位置する圧入固定部５７と、磁石保持部５６と圧入固定部５７を接続している接続部５８とを有する。

磁石保持部５６、圧入固定部５７および接続部５８は共に筒状に形成されている。磁石保持部５６の内側に磁石５１が固定されている。圧入固定部５７の内側に一端部８７１が圧入されている。接続部５８は、磁石５１と一端部８７１との間の部分である。

圧入固定部５７の外径Ｄｏ２が磁石保持部５６の外径Ｄｏ１とは異なるとともに、圧入固定部５７の肉厚ｔ２が磁石保持部５６の肉厚ｔ１とは異なっている。第１実施形態では、下記（Ａ－１）～（Ｃ－１）を満たすように磁石ホルダ５２の各部が設計されている。
（Ａ－１）磁石保持部５６の内径Ｄｉ１が圧入固定部５７の内径Ｄｉ２よりも大きい。
（Ｂ－１）磁石保持部５６の外径Ｄｏ１が圧入固定部５７の外径Ｄｏ２よりも大きい。
（Ｃ－１）圧入固定部５７の肉厚ｔ２が磁石保持部５６の肉厚ｔ１よりも大きい。

磁石保持部５６の外面６１および内面６６と、圧入固定部５７の外面６２および内面６７は、軸方向に対して略平行に形成されている。これにより肉厚ｔ１、肉厚ｔ２は軸方向において変わらない。他方、接続部５８の外面６３はテーパ面である。外径Ｄｏ１から外径Ｄｏ２まで接続部５８の外径が連続的に小さくなるように外面６３が形成されている。

接続部５８の内面は、軸方向に対して略平行な内面６８と、磁石保持部５６との境界に位置する環状平面６９とを有する。環状平面６９は、磁石保持部５６と圧入固定部５７との間の段差面であって、回転軸心Ａｘに垂直である。回転軸心Ａｘを通る断面において、接続部５８の外面６３の角度と内面６８、６９の角度とが共に異なっている。これにより磁石保持部５６側に位置する環状平面６９で磁石５１を受ける面積を確保しつつ、磁石保持部５６から圧入固定部５７に向けて接続部５８の肉厚が徐々に変化するようになっている。

磁石ホルダ５２は非磁性材料から構成されている。これにより磁石５１の磁路が乱れることを抑制できる。また、磁石ホルダ５２は焼結により製作される。なお、他の実施形態では磁石ホルダは鍛造等の他の製造方法で製作されてもよい。

制御ユニット２０が回転角度検出装置５０から取得した情報は、モータ制御においてロータ８６０の回転位置に応じて電流指令することに利用される。磁石ホルダ５２の形状は、磁石５１の着磁方向とロータ８６０の回転位置とを調整するため、磁石５１の着磁方向が外観で判別可能なように例えば溝（ノッチ）や平面（オリエンテーションフラット）を周方向の一部に有する形状であってもよい。また、上記着磁方向と回転位置とを調整するために必要となる磁石ホルダ５２のシャフト８７０への組付け向き調整の制限を無くすため、磁石５１の着磁方向を磁気センサ５３で検出し、上記着磁方向と回転位置とのを補正値として制御ユニット２０のプロセッサに記憶することで、磁石ホルダ５２の形状は溝や平面を有さない形状であってもよい。第１実施形態では、磁石ホルダ５２の形状は溝や平面を有さない形状になっている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、圧入固定部５７の外径Ｄｏ１が磁石保持部５６の外径Ｄｏ２とは異なるとともに、圧入固定部５７の肉厚ｔ１が磁石保持部５６の肉厚ｔ２とは異なっている。このような寸法関係になっていることで、磁石５１のサイズに縛られずにシャフト８７０の外径を設計できる。また、磁石５１およびシャフト８７０のサイズに縛られずに圧入固定部５７の肉厚ｔ１を設計できるので、圧入荷重の調整が容易である。例えばシャフト８７０への圧入時に磁石ホルダ５２が座屈しないこと等を考慮して最適な圧入荷重に調整できる。

また第１実施形態では、圧入固定部５７の肉厚ｔ１が磁石保持部の肉厚ｔ２よりも大きい。このように肉厚を変えることにより、シャフト８７０への圧入時に磁石ホルダ５２が座屈しないことを考慮して最適な圧入荷重に調整できる。結果として、磁石ホルダ５２のうち圧入時に応力が集中する箇所の強度が向上する。

また第１実施形態では、接続部５８の外面６３がテーパ面である。これにより接続部５８の強度を向上できる。

また第１実施形態では、磁石保持部５６の内径Ｄｉ２が圧入固定部５７の内径Ｄｉ１よりも大きい。回転軸心Ａｘを通る断面において、接続部５８の外面６３の角度と内面６８、６９の角度とが共に異なっている。接続部５８の内面は、磁石保持部５６と圧入固定部５７との間の段差面であって、回転軸心Ａｘに垂直な環状平面６９を含む。これにより磁石５１の形状を、磁気回路のために良好な形状となる円柱にすることができる。また、磁石保持部５６側に位置する環状平面６９で磁石５１を受ける面積を確保しつつ、磁石保持部５６から圧入固定部５７に向けて接続部５８の肉厚が徐々に変化するように接続部５８を設けることができる。

また第１実施形態では、磁石保持部５６の外径Ｄｏ２が圧入固定部５７の外径Ｄｏ１よりも大きい。これにより肉厚ｔ１を肉厚ｔ２よりも大きくしつつも、良好な磁気回路が得られるサイズの磁石５１を設けることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図４に示すように下記（Ａ－２）～（Ｃ－２）を満たすように磁石ホルダ５２の各部が設計されている。それでも第１実施形態と同様に磁石５１のサイズに縛られずにシャフト８７０の外径を設計でき、また、圧入荷重の調整が容易である。
（Ａ－２）Ｄｉ１＞Ｄｉ２
（Ｂ－２）Ｄｏ１＜Ｄｏ２
（Ｃ－２）ｔ２＞ｔ１

［第３実施形態］
第３実施形態では、図５に示すように下記（Ｂ－３）～（Ｃ－３）を満たすように磁石ホルダ５２の各部が設計されている。それでも第１実施形態と同様に圧入荷重の調整が容易である。
（Ｂ－３）Ｄｏ１＜Ｄｏ２
（Ｃ－３）ｔ２＞ｔ１

［第４実施形態］
第４実施形態では、図６に示すように下記（Ａ－４）～（Ｃ－４）を満たすように磁石ホルダ５２の各部が設計されている。それでも第１実施形態と同様に磁石５１のサイズに縛られずにシャフト８７０の外径を設計でき、また、圧入荷重の調整が容易である。
（Ａ－４）Ｄｉ１＜Ｄｉ２
（Ｂ－４）Ｄｏ１＜Ｄｏ２
（Ｃ－４）ｔ２＞ｔ１

［第５実施形態］
第５実施形態では、図７に示すように下記（Ａ－５）～（Ｃ－５）を満たすように磁石ホルダ５２の各部が設計されている。それでも第１実施形態と同様に磁石５１のサイズに縛られずにシャフト８７０の外径を設計でき、また、圧入荷重の調整が容易である。
（Ａ－５）Ｄｉ１＞Ｄｉ２
（Ｂ－５）Ｄｏ１＞Ｄｏ２
（Ｃ－５）ｔ２＜ｔ１

［他の実施形態］
他の実施形態では、回転角度検出装置は、回転電機に限らず、他の装置において回転体の回転角度を検出するために用いられてもよい。また、他の実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置に用いられてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

５０：回転角度検出装置、５１：磁石、５２：磁石ホルダ、５３：磁気センサ、
５６：磁石保持部、５７：圧入固定部、５８：接続部、８７０：回転体、
Ｄｏ１：磁石保持部の外径、Ｄｏ２：圧入固定部の外径、
ｔ１：磁石保持部の肉厚、ｔ２：圧入固定部の肉厚。

Claims

回転角度検出装置（５０）に用いられ、磁気センサ（５３）に対向して設けられる磁石（５１）を保持し、回転体（８７０）に圧入固定される筒状の磁石ホルダ（５２）であって、
軸方向一方側に位置する磁石保持部（５６）と、
軸方向他方側に位置する圧入固定部（５７）と、
前記磁石保持部と前記圧入固定部とを接続している接続部（５８）とを有し、
前記圧入固定部の外径（Ｄｏ２）が前記磁石保持部の外径（Ｄｏ１）とは異なるとともに、前記圧入固定部の肉厚（ｔ２）が前記磁石保持部の肉厚（ｔ１）とは異なり、
前記接続部の外面（６３）および内面（６８）がテーパ面である磁石ホルダ。
前記圧入固定部の肉厚が前記磁石保持部の肉厚よりも大きい請求項１に記載の磁石ホルダ。