JP7339802B2

JP7339802B2 - 回転電機のセンサ構造

Info

Publication number: JP7339802B2
Application number: JP2019134395A
Authority: JP
Inventors: 明宏光山
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2023-09-06
Anticipated expiration: 2039-07-22
Also published as: JP2021019450A

Description

本発明は、モータ等の回転電機の回転状態を検出するセンサの構造に関するものである。

モータ等の回転電機には、例えば出力トルクを正確に制御するために、ロータの回転角度や回転速度を検出する回転センサが装備される。一般的に回転センサはロータの永久磁石あるいはロータと共に回転する永久磁石を回転検出用の磁石とし、この磁石が発生する磁束をホール素子で検出するように構成されている（例えば特許文献１）。

例えば特許文献１には、ロータと共に回転する磁束測定環にＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石（回転検出用の磁石）を備えると共に、この永久磁石の近傍に配置され永久磁石の磁束を検出するホール素子とを備えた回転センサが開示されている。磁束測定環は、ロータの軸に取り付けられロータと共に回転する。ホール素子は、磁束測定環の永久磁石の近くに永久磁石と対向して設置される。

特開２００８－７９４５２号公報

ところで、特許文献１のものでは、磁束測定環をロータとは離して独立に配置しているが、回転センサの構成を簡素化するために、ロータのロータコアの両端部に配置されるエンドプレートを利用して回転センサを構成することが考えられる。つまり、エンドプレートに、回転検出用の磁石を固定し、ホール素子をこの磁石に近接して磁石と対向するように配置して、回転センサを構成する。

しかし、例えば回転電機が車両駆動用のモータのように、高熱になりやすい場合には、エンドプレートと回転検出用の磁石との熱膨張差による熱応力で、回転検出用の磁石の破損を招くおそれがある。磁石が破損すると、破損した磁石がホール素子に衝突してホール素子も破損してしまう場合がある。

本発明はこのような課題に着目して創案されたもので、回転電機のエンドプレートに回転検出用の磁石を固定したセンサにおいて、磁石が破損してエンドプレートから剥離しても、破損した磁石からホール素子を保護することができるようにした回転電機のセンサ構造を提供することを目的としている。

本発明の回転電機のセンサ構造は、ロータコアの端部のエンドプレートに固定された回転検出用の磁石と、前記磁石と対向して設置されて前記磁石の磁束を検知するホール素子とを有する、回転電機のセンサ構造であって、前記磁石と前記ホール素子との間を遮蔽する遮蔽プレートを備えていることを特徴としている。

前記遮蔽プレートは、前記エンドプレートの一部で構成され、前記磁石は、前記遮蔽プレートに固定されていることが好ましい。
前記エンドプレートの前記ホール素子と対向する部位の前記ホール素子の逆側には凹所が形成され、前記磁石は前記凹所内に配置され固定されることが好ましい。
前記エンドプレートの前記ホール素子と対向する部位には、前記ホール素子側に突出して前記遮蔽プレートを構成する突出壁部を備え、前記突出壁部の前記ホール素子とは逆側に前記凹所が形成されることが好ましい。
前記凹所内は段部を介して前記磁石の収容空間を備えた段付き形状に形成され、前記磁石は前記収容空間内に収容され前記段部に充填される接着剤等によって固定されることが好ましい。
前記凹所内の前記磁石の前記ロータコア側には、第２遮蔽プレートが固定されていることが好ましい。

本発明によれば、磁石が破損してエンドプレートから剥離しても、遮蔽プレートが磁石とホール素子との間を遮蔽するので、破損した磁石からホール素子を保護することができる。

第１実施形態にかかる回転電機のセンサ構造を示すモータの要部断面図であり、（ａ）はその縦断面図（半部のみ示す）、（ｂ）はその横断面図（図１（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図）である。第１実施形態の比較例にかかる回転電機のセンサ構造を示すモータの要部縦断面図（半部のみ示す）である。第２実施形態にかかる回転電機のセンサ構造を示すモータの要部拡大縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することや適宜組み合わせることが可能である。

〔第１実施形態〕
本実施形態にかかる回転電機は、電動モータ（以下、単にモータという）であり、図１（ａ）に示すように、モータケース（図示略）内に、中心線ＣＬを中心に回転するロータ１と、ロータ１に対向する図示しないステータとが備えられている。ロータ１は、ロータコア２と、ロータコア２の外周面近傍に埋設された複数の回転駆動用の永久磁石３と、ロータコア２の軸方向両端部に配置されてロータコア２を保護する非磁性体製（例えば、ＳＵＳ製）のエンドプレート１０，２０とが備えられている。

エンドプレート１０，２０うちの少なくとも一方（ここでは、エンドプレート１０）は非磁性体製（例えば、ＳＵＳ製）であり、非磁性体製のエンドプレート１０の外周寄りには、図１（ｂ）に示すように、Ｎ極とＳ極とが交互に環状に配置された永久磁石（回転検出用の磁石）４０が固定されている。回転検出用の磁石４０は、環状の1つの磁性体にＮ極とＳ極とを交互に着磁させたものでもよいが、本実施形態では、回転検出用の磁石４０は、何れも円弧上に形成されたＮ極磁石４１とＳ極磁石４２とを交互に環状に並べて配置して構成している。Ｎ極とＳ極とは同数であり、ここでは4個ずつ設けているが、この個数は限定されない。

エンドプレート１０の外周寄りにおいて、エンドプレート１０の軸方向外側（ロータコア２と逆側）には、実装基板３０に装備されたホール素子３１が環状に配置された磁石４０と対向するように配設されている。ホール素子３１は、ロータ１と共に回転する磁石４０が発生する磁束を検知してロータ１の回転方向角度や回転速度等の回転情報を検出する。

本実施形態では、エンドプレート１０の外周寄りのホール素子３１と対向する部位に、ホール素子３１側に突出した突出壁部１１が形成されている。また、突出壁部１１の軸方向内側（ロータコア２側、ホール素子３１とは逆側）には、環状の凹所１２が形成されている。この環状の凹所１２内に、環状の回転検出用の磁石４０が配置され固定される。この固定は、凹所１２の内壁面と磁石４０の対向面との隙間に接着剤５０を充填して行う。

この結果、磁石４０とホール素子３１との間には、突出壁部１１が介在することになり、突出壁部１１は、磁石４０とホール素子３１との間を遮蔽する遮蔽プレートとして機能する。また、エンドプレート１０の凹所１２内の内周側及び外周側は、エンドプレート１０の内壁面１３がロータコア２に当接又は極めて接近している。

本実施形態にかかる回転電機のセンサ構造は、上述のように構成されており、突出壁部１１が、磁石４０とホール素子３１との間を遮蔽する遮蔽プレートとして機能するので、万一、磁石４０が破損してエンドプレート１０から剥離した場合でも、破損した磁石４０からホール素子３１を保護することができる。

つまり、例えば回転電機が高速且つ高負荷回転してエンドプレート１０が高温になると、熱応力でエンドプレート１０と回転検出用の磁石４０との相対変位量が大きくなって、回転検出用の磁石の破損を招くおそれがある。しかし、磁石４０とホール素子３１との間は突出壁部（遮蔽プレート）１１で遮蔽されているので、磁石４０が破損した場合にも、破損した磁石４０がホール素子３１に衝突するおそれがなくホール素子３１の破損を回避することができる。

また、磁石４０はエンドプレート１０の凹所１２内に隙間に接着剤５０を充填されて固定されており、また、エンドプレート１０の凹所１２内の内周側及び外周側は、エンドプレート１０の内壁面１３がロータコア２に当接又は極めて接近しているので、磁石４０が破損した場合でも、ごく小さい破片でない限りは、破片は凹所１２内に閉じ込められて、凹所１２外に飛び散って部品類に損傷を与えるおそれも抑制される。

一方、図２の比較例に示すように、磁石４０がエンドプレート１０´の外側にホール素子３１に対向して固定されている場合には、磁石４０が破損すると、破損した磁石４０がホール素子３１に衝突してホール素子３１も破損してしまう場合がある。また、破損した磁石４０がモータケース内を移動して種々の部品類の損傷も招くおそれがある。

さらに、本実施形態では、回転検出用の磁石４０がＮ極磁石４１とＳ極磁石４２とを交互に環状に並べて配置して構成されるので、環状の１つの大きな磁石よりも破損し難く磁石４０のコストも抑制できる。

〔第２実施形態〕
本実施形態にかかる回転電機は、図３の突出壁部１１を中心とした部分断面図に示すように、第１実施形態と同様に、エンドプレート１０の外周寄りのホール素子３１と対向する部位に、ホール素子３１側に突出した突出壁部１１が形成されている。また、突出壁部１１の軸方向内側には、環状の凹所１２Ｂが形成されている。

この環状の凹所１２Ｂ内は段部１４を介してその奥所に磁石４０の収容空間を備えた段付き形状に形成されている。磁石４０は、段部１４の奥の収容空間内に基部を配置され固定される。この固定も、凹所１２Ｂの内壁面と磁石４０の対向面との隙間に接着剤５０を充填して行う。

さらに、凹所１２Ｂ内の磁石４０よりもロータコア２側には、環状のサブプレート（第２遮蔽プレート）６０が磁石４０を覆うように固定されている。この固定も、凹所１２Ｂの内壁面との隙間に接着剤５０を充填して行う。
なお、本実施形態ではサブプレート６０に磁性体を使用しているが、サブプレート６０の材料はこれに限定されない。

本実施形態にかかる回転電機のセンサ構造は、上述のように構成されており、第１実施形態と同様に、突出壁部１１が、磁石４０とホール素子３１との間を遮蔽する遮蔽プレートとして機能するので、万一、磁石４０が破損してエンドプレート１０から剥離した場合でも、破損した磁石４０からホール素子３１を保護することができる。

また、本実施形態では、段部１４によって凹所１２Ｂの開口側（ロータコア２側）の磁石４０周り及びサブプレート６０に接着剤５０を充填し易い空間が確保されるので、接着作業を容易に行えると共に、十分な接着剤５０を用いて磁石４０及びサブプレート６０を強固に固定することができる。

そして、サブプレート６０が磁石４０を覆うように固定されているので、磁石４０が破損した場合でも、破片は凹所１２内により確実に閉じ込められて、凹所１２外に飛び散って部品類に損傷を与えるおそれもより一層抑制される。

〔その他〕
上記の各実施形態では、遮蔽プレートがエンドプレート１０の一部で構成されているが、遮蔽プレートは磁石とホール素子３１との間を遮蔽することができればよく、エンドプレート１０とは別部材であってもよい。
また、エンドプレート１０の肉厚が十分にあれば、突出壁部１１を設けずに、磁石４０を収容する凹所１２Ｂのみを設けてもよい。
さらに、電動モータ以外の回転電機に適用してもよい。

１ロータ
２ロータコア
３回転駆動用の永久磁石
１０，２０エンドプレート
１１突出壁部
１２，１２Ｂ凹所
３０実装基板
３１ホール素子
４０永久磁石（回転検出用の磁石）
４１Ｎ極磁石
４２Ｓ極磁石
５０接着剤
６０サブプレート（第２遮蔽プレート）
ＣＬモータの中心線

Claims

ロータコアの端部のエンドプレートに固定された回転検出用の磁石と、前記磁石と対向して設置されて前記磁石の磁束を検知するホール素子とを有する、回転電機のセンサ構造であって、
前記磁石と前記ホール素子との間を遮蔽する遮蔽プレートを備え、
前記遮蔽プレートは、前記エンドプレートの一部で構成され、
前記磁石は、前記遮蔽プレートに固定され、
前記エンドプレートの前記ホール素子と対向する部位の前記ホール素子の逆側には凹所が形成され、
前記磁石は前記凹所内に配置され固定され、
前記エンドプレートの前記ホール素子と対向する部位には、前記ホール素子側に突出して前記遮蔽プレートを構成する突出壁部を備え、
前記突出壁部の前記ホール素子とは逆側に前記凹所が形成されている
ことを特徴とする回転電機のセンサ構造。
前記凹所内は段部を介して前記磁石の収容空間を備えた段付き形状に形成され、
前記磁石は前記収容空間内に収容され前記段部に充填される接着剤によって固定される
ことを特徴とする請求項１に記載された回転電機のセンサ構造。
前記凹所内の前記磁石の前記ロータコア側には、第２遮蔽プレートが固定されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載された回転電機のセンサ構造。