JPWO2018092207A1

JPWO2018092207A1 - 回転位置検出装置

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Publication number: JPWO2018092207A1
Application number: JP2018550912A
Authority: JP
Inventors: 秀輔堀; 陽介由井; 佑川野; 正寛金丸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: WO2018092207A1; DE112016007441T5; CN109923769B; US20190265070A1; JP6850304B2; CN109923769A; US11204261B2

Abstract

センサマグネット−磁気センサ間の距離のばらつきによる回転位置検出誤差を軽減した回転位置検出装置を提供するため、磁束を発生するセンサマグネット（３０）と、このセンサマグネットを保持するフォルダであって、モータ（１）のシャフト（４０）に固定するための圧接部（３４０）を有するもの（３４）と、モータに直接又は間接的に固定されるとともに、センサマグネットからシャフトの軸方向に離れて配置され、センサマグネットによる磁束を検出する磁気センサ（３２）とを備え、シャフトは、圧接部の先端部（３４１）を受け止める突き当て部（４０３，４０５，５）を有する。

Description

本発明は、回転位置検出装置に関し、例えば電動パワーステアリング用駆動モータのシャフトなどの回転部に取付けられたセンサマグネットとモータ筐体などの被回転部に取付けられた磁気センサを備えた回転位置検出装置に関するものである。

従来から知られている、モータの回転速度及び回転位置を検出するための回転位置検出装置としては、センサマグネットである位置検出用磁石と、磁気センサであるセンサ基板とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合のセンサマグネットは、モータシャフトのような回転部に直接又はフォルダなどの固定部材を介して固定され、回転位置を検出するための磁束を発生させる部材である。センサマグネットの配置及び形状は、回転軸の円周方向に配置された環形状、又は回転軸端に配置された円形状である。磁気センサは、モータ筐体などの非回転部に取付けられ、センサマグネットの回転による磁束の変化を検出して、その変化に対応した信号を出力する素子である。この信号により、モータシャフト等の回転位置を検出している。

また、別の回転位置検出装置として、筒状の第１周壁部とこの第１周壁部の軸方向端部から内側に延在する底壁部とによって区画される空間に、回転体の回転位置を検出するための磁束を発生する回転位置検出用磁石を配置し、回転体の回転軸に固定する非磁性体からなる固定部材が、上記空間内の第１周壁部の内周面に、周方向に間隔をあけて形成される内側に突出した複数の突起部を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５−６５７８９号公報特開２０１４−５７４３１号公報

上記の特許文献１の回転位置検出装置にあっては、センサマグネット−磁気センサ間の距離のばらつきや傾きが発生した場合、「回転位置検出誤差」が生じる。この「回転位置検出誤差」は、センサマグネット−磁気センサ間の距離のばらつきによる、磁気センサが検出するために必要な磁束の変動、又はセンサマグネット−磁気センサ間の傾きによる回転時のセンサ間距離のばらつきによる磁束変動により発生する。その結果、発生トルクを変動させ性能を低下させるという課題があった。

また、この特許文献１では、センサマグネットを保持するフォルダはシャフトに保持され磁気センサとの距離を規制する部材がなく、センサマグネット−磁気センサ間の距離のばらつきが生じ易く、組立時に位置合わせ管理が必要となる。また、回転軸の円周方向に配置された環形状のセンサマグネットは、回転軸から離れて配置されているため、フォルダの傾きにより回転時のセンサ間距離のばらつきが大きい。そのため、「回転位置検出誤差」が大きくなる要因となる。

さらに、特許文献２でも、センサマグネットを保持するフォルダは、シャフトに保持され磁気センサとの距離を規制する部材がなく、センサマグネット−磁気センサ間の距離にばらつきが生じ易い。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、センサマグネット−磁気センサ間の距離のばらつきによる回転位置検出誤差を軽減した回転位置検出装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明に係る回転位置検出装置は、磁束を発生するセンサマグネットと、前記センサマグネットを保持するフォルダであって、モータのシャフトに固定するための圧接部を有するものと、前記モータに直接又は間接的に固定されるとともに、前記センサマグネットから前記シャフトの軸方向に離れて配置され、前記センサマグネットによる磁束を検出する磁気センサとを備え、前記シャフトは、前記圧接部の先端部を受け止める突き当て部を有するものである。

本発明によれば、磁気センサと対向配置され、モータのシャフトに固定するためのセンサマグネットを保持するフォルダの圧接部の先端部を受け止める突き当て部をシャフトに設けたことにより、センサマグネット−磁気センサ間の距離が規制されるので、距離のばらつきが抑制され、回転位置検出誤差を軽減させることができる。

本発明の実施の形態１による回転位置検出装置を内蔵したモータの断面図である。本発明の実施の形態１による回転位置検出装置の断面図である。本発明の実施の形態２による回転位置検出装置の断面図である。本発明の実施の形態３による回転位置検出装置の断面図である。本発明の実施の形態４による回転位置検出装置を内蔵したモータの断面図である。本発明の実施の形態５による回転位置検出装置を内蔵したモータの断面図である。

以下、本発明の実施の形態による回転位置検出装置を、電動パワーステアリング用のモータに適用した場合を例に取り、上記の図１〜図６を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１に示すモータ１は、モータ筐体１０と、このモータ筐体１０に取付けられたステータ１１と、このステータ１１内の回転体４と、モータ筐体１０に接続された制御装置２と、この制御装置２内に設けられた回転位置検出装置３と、回転体４と制御装置２とを軸受５により貫通するシャフト４０とを備えている。

ステータ１１は、磁性体で構成された円筒状のステータコア１１０と、このステータコア１１０に巻回された巻線１１１とで構成されている。巻線１１１に所定の電流が通電することで、ステータコア１１０に回転磁界が発生する。

回転体４は、ロータ４１と、シャフト４０と、ボス４２とを備え、軸受５を介して回転可能な状態に保持されている。ロータ４１は、ステータ１１の内周面に対向して配置され、磁性体で構成された円筒状のロータコア４１１と、このロータコア４１１の外周に配置されたマグネット４１２とで構成される。この構成により、ステータコア１１０で発生した回転磁界により、回転体４は回転力を得る。この回転力は、ボス４２を介して外部のステアリング（図示せず。）へ伝達される。

回転位置検出装置３は、センサマグネット３０と、フォルダ３４と、磁気センサ３２と、磁気センサ基板３１とを備えている。センサマグネット３０は、プラスチックマグネット材から成り、磁束を発生させ、シャフト４０により回転体４と一体で回転する。

図２に示すように、シャフト４０は、小径部４０１と大径部４０２との段差部４０３を有している。小径部４０１は、シャフト４０のセンサマグネット３０の部位に位置し、大径部４０２は、ロータ４１の側に位置している。また、シャフト４０の軸受内輪突き当て部４０４は、軸受５の軸受内輪５０を、大径部４０２とで受け止める別の段差部４０４を構成している。

フォルダ３４は非磁性体の金属材料から成り、例えば樹脂磁石のセンサマグネット３０を保持するとともに、シャフト４０に対して円筒状の圧接部３４０により嵌合固定される。そして、この圧接部３４０のロータ４１の側の軸方向に延長した先端部３４１は、シャフト４０の小径部４０１と大径部４０２との段差部４０３に突き当たって位置決めされる。

また、フォルダ３４は、センサマグネット３０にインサート成形加工によって一体化されている。センサマグネット３０のセンサ側面３００は、フォルダ３４の先端部３４１に対して平行で且つ円筒状の圧接部３４０の中心軸に対して直交するように成形されている。

磁気センサ３２は、回転するセンサマグネット３０の磁束変化を検出し、この変化に対応した信号を出力する。また、センサマグネット３０から軸方向に離れており、センサ側面３００に対向するように配置する。磁気センサ基板３１は、信号を制御装置２へ伝える。また、磁気センサ３２を実装した磁気センサ基板３１は、制御装置筐体２１にねじ等で固定され、軸受外輪５１は制御装置筐体２１に嵌め込まれ、軸受外輪突き当て部２１０によって軸方向に突き当たって位置決めされる。

制御装置２は、図１に示すように、制御基板２０と、制御装置筐体２１と、制御カバー２２とを備えている。制御基板２０は、回転位置検出装置３の検出信号を受信し、マイクロコンピュータ等による制御信号に基づきステータ１１の巻線１１１の電流を制御している。これにより、回転体４が回転し、モータ１が必要な回転力を得る。

また、回転位置検出装置３が、シャフト４０の回転力を伝達するボス４２の側へ配置された場合には、センサマグネット３０は、シャフト４０の外周方向に配置された環形状となる。この際、フォルダ３４は、センサマグネット３０の内周に位置する部分において、シャフト４０に対して、軸逃がし部３４２を設けている。これは、シャフト４０の熱膨張によってセンサマグネット３０に発生する応力を減らし、センサマグネット３０の破損を防ぐためである。

次に、本実施の形態１の作用効果について説明する。
本実施の形態１によれば、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４は、円筒状の圧接部３４０の先端に位置する先端部３４１が、シャフト４０の小径部４０１と大径部４０２との段差部４０３に突き当たるようになっている。

更に、シャフト４０にもう一つ別に設けられた段差部４０４により軸受内輪５０が位置決めされる。また、磁気センサ３２を実装した磁気センサ基板３１は、制御装置筐体２１にねじ等で固定されている。軸受外輪５１は、制御装置筐体２１に嵌め込まれ、突き当て部４０４とともに軸受外輪突き当て部２１０に突き当たって位置決めされる。

このため、センサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離ばらつきは、センサマグネット３０−磁気センサ３２間に介在するフォルダ３４と、シャフト４０と、軸受５と、制御装置筐体２１とによる構造部材の精度を高めることで抑制することができる。

この構造部材の精度向上は以下の手法によって実現可能である。
フォルダ３４については、金型プレスによる板金絞り加工により、センサマグネット３０の取り付面と軸方向に延長した圧接部３４０との間の寸法精度を高める。
また、シャフト４０については、機械加工で、小径部４０１−大径部４０２間の段差部４０３と軸受内輪突き当て部４０４との間の寸法精度を高める。
更に、制御装置筐体２１については、筐体全体をダイキャスト等で成形し、軸受外輪突き当て部２１０及び磁気センサ基板３１の基板支持部２１１を部分的に機械加工することで精度を高める。尚、軸受５は、既製品で予め精度を確保することができる。

従って、センサマグネット３０−磁気センサ３２間に介在するフォルダ３４と、シャフト４０と、軸受５と、制御装置筐体２１とによる構造部材の精度を高めることで、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４の先端部３４１を、シャフト４０の小径部４０１−大径部４０２間の段差部４０３に突き当てることができ、軸受内輪５０を、大径部４０２と段差部４０４とに突き当てて組み立てる。これにより、組立管理が容易で且つセンサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離ばらつきを抑制することが可能となる。

さらに、フォルダ３４は、センサマグネット３０にインサート成形加工によって一体化される。これにより、センサマグネット３０のセンサ側面３００が、フォルダ３４の先端部３４１に対して平行であり他方円筒状の圧接部３４０の中心軸に対して直交するように成形される。このため、フォルダ３４の面精度に拘わらず、センサ側面３００を先端部３４１及び圧接部３４０の中心軸に対してそれぞれ平行及び直交するようにインサート成形することで、センサ側面３００と磁気センサ３２の傾きばらつきを抑制することができる。

仮に、予め成形されたセンサマグネット３０をフォルダ３４に接着又は加締め等で固定する場合、フォルダ３４とセンサマグネット３０との接着面精度を高めなければセンサ側面に傾きが生じてしまう。また、接着強度を確保すためには、接着面積を大きく取る必要があるため、さらに接着面精度の確保が難しくなる。
一方、本構造のインサート成形の場合、先端部３４１及び圧接部３４０の中心軸に対してセンサ側面３００の寸法精度を狙って成形すればよいため、接着等により固定と比較し、精度が確保し易い。

尚、回転位置検出装置３をシャフト４０の回転力を伝達するボス４２の側へ配置し、センサマグネット３０をシャフト４０の外周方向に配置された環形状の構成とすることで、モータ１の設計自由度を高め且つセンサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離のばらつきや傾きを抑制した回転位置検出装置３を実現することができる。

実施の形態２．
図３に示す本実施の形態２は、上記の実施形態１における小径部４０１と大径部４０２との段差部４０３を無くし、その代わりに、図２のシャフト４０の大径部４０２を、別部材の環状シャフトスペーサ４０５に置き換えたものである。このシャフトスペーサ４０５は、軸受内輪５０とフォルダ３４の先端部３４１との間に配置されている。従って、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４は、シャフトスペーサ４０５の軸方向の寸法によって位置決めされる。なお、このシャフトスペーサ４０５は、軸受内輪５０に接していなく離れていてもよい。

次に本実施の形態２の作用効果について説明する。
本実施の形態２によれば、シャフトスペーサ４０５の軸方向の寸法精度を確保することで、センサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離ばらつきを抑制することが可能である。上記の実施の形態１と比較し、シャフト４０は、小径部４０１−大径部４０２間の段差部４０３と軸受内輪突き当て部４０４との間の寸法精度を狙う必要がなくなる。

従って、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４の先端部３４１をシャフトスペーサ４０５に突き当てて組み立てることで、組立管理が容易で且つセンサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離ばらつきを抑制することが可能となる。

実施の形態３．
図４に示す本実施の形態３は、上記の実施形態１において、図２のシャフト４０の大径部４０２を、軸受５、特に軸受内輪５０に置き換えたものである。従って、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４は、円筒状の圧接部３４０が、軸方向に延長した先端部３４１により軸受内輪５０に突き当たって位置決めされるようになる。

次に本実施の形態３の作用効果について説明する。
本実施の形態３によれば、センサマグネット３０のフォルダ３４に対する取り付面と、軸方向に延長した圧接部３４０の先端部３４１との間の精度を高めることで、センサマグネット３０−磁気センサ３２間の距離ばらつきを抑制することが可能である。

従って、上記の実施の形態１のように、シャフト４０は、小径部４０１−大径部４０２間の段差部４０３と軸受内輪突き当て部４０４との間の寸法精度を狙う必要がなくなる。また、上記の実施の形態２と比較して、シャフトスペーサ４０５の軸方向の寸法精度を狙う必要がなくなる。

従って、センサマグネット３０を保持するフォルダ３４を軸受内輪５０に突き当て組み立てることで、組立管理が容易で且つセンサマグネット３０と磁気センサ３２間の距離ばらつきを抑制することが可能となる。

実施の形態４．
図５に示す本実施の形態４は、モータ１ａにおいて、回転位置検出装置３ａが、シャフト４０ａの回転力を伝達するボス４２ａの側と反対側に配置された構成になっている。この時、センサマグネット３０ａは、シャフト４０ａの軸端に配置された丸形状となる。また、磁気センサ３２ａは、センサマグネット３０ａに対して軸を延長する方向に移動され、センサ側面３００ａに対向するように配置する。その他の構成と役割は上記と同様であるため説明を省略する。

次に本実施の形態４の効果について説明する。
本実施の形態４によれば、上記の配置構成とすることで、上記の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。また、モータ１ａの設計の自由度を高め且つセンサマグネット３０ａ−磁気センサ３２ａ間の距離のばらつき（傾きを含む。）を抑制した回転位置検出装置３ａを構成することができる。

実施の形態５．
図６に示す本実施の形態６は、図４のモータ１のシャフト４０がシャフト４０ｂ１と、このシャフト４０ｂ１に埋め込まれたシャフト４０ｂ２とで構成されている点を除いて同一である。
すなわち、回転体４のシャフト４０ｂ１は、Ｓ４５Ｃ材等の磁性体から成り、ロータ側を構成し、シャフト４０ｂ２は、ＳＵＳ３０４材等の非磁性体から成り、回転位置検出装置３ｂを構成している。或いは、図４のモータ１のシャフト４０全体を非磁性体で構成してもよい。

回転動作中のモータ１は、ステータコア１１０に発生する回転磁界、及び回転するロータ４１のマグネット４１２の磁束などから、磁界ノイズが発生している。シャフト４０が磁性体から成る場合、磁界ノイズがシャフト４０を伝導し、磁気センサ３２へ影響する。

次に本実施の形態５の作用効果について説明する。
本実施の形態４によれば、回転位置検出装置３は、磁気センサ３２による位置検知のため、磁界ノイズの影響を受け易い。そのため、回転位置検出装置３は、ステータコア１１０及びロータ４１をマグネット４１２から遠ざけた配置が望ましい。

本実施の形態５は、これらの配置制約に鑑みなされたもので、構成部品を削減し、組み立て管理が容易で且つセンサマグネット３０ａ−磁気センサ３２ａ間の距離のばらつき（傾きを含む。）を抑制した回転位置検出装置３ａを提供することができる。

１、１ａ、１ｂモータ、１０モータ筐体、２制御装置、２０制御基板、２１制御装置筐体、２２制御カバー、３、３ａ回転位置検出装置、４回転体、４１ロータ、４１１ロータコア、４１２マグネット、５軸受、５０軸受内輪、５１軸受外輪、１１ステータ、１１０ステータコア、１１１巻線、３０、３０ａセンサマグネット、３１磁気センサ基板、３２、３２ａ磁気センサ、３４フォルダ、４０、４０ａ、４０ｂ１、４０ｂ２シャフト、４２、４２ａボス、２１０軸受外輪突き当て部、２１１基板支持部、３００、３００ａセンサ側面、３４０圧接部、３４１先端部、３４２軸逃がし部、４０１小径部、４０２大径部、４０３、４０４段差部、４０５シャフトスペーサ。

Claims

磁束を発生するセンサマグネットと、
前記センサマグネットを保持するフォルダであって、モータのシャフトに固定するための圧接部を有するものと、
前記モータに直接又は間接的に固定されるとともに、前記センサマグネットから前記シャフトの軸方向に離れて配置され、前記センサマグネットによる磁束を検出する磁気センサとを備え、
前記シャフトは、前記圧接部の先端部を受け止める突き当て部を有する
回転位置検出装置。
前記突き当て部は、前記シャフトの径差によって形成された段差部である
請求項１に記載の回転位置検出装置。
前記突き当て部は、前記シャフトの外周に固定された環状のシャフトスペーサである
請求項１に記載の回転位置検出装置。
前記突き当て部は、前記モータに接続された制御装置が前記シャフトを回転支持するために設けられた軸受である
請求項１に記載の回転位置検出装置。
前記シャフトは、磁性体の大径シャフトに、前記圧接部が固定される非磁性体の小径シャフトが嵌め込まれて前記段差部を形成している
請求項２に記載の回転位置検出装置。
前記センサマグネットは、前記シャフトに取り付けられたボスの側に設置されるとき、前記シャフトの外周方向に配置される環状のものである
請求項１から５のいずれか１項に記載の回転位置検出装置。
前記センサマグネットは、前記シャフトに取り付けられたボスとは反対の側に設置されるとき、前記シャフトの端部に配置される円形状のものである
請求項１から５のいずれか１項に記載の回転位置検出装置。
前記フォルダは、非磁性体の金属材料で構成されている
請求項１から７のいずれか１項に記載の回転位置検出装置。
前記フォルダは、前記センサマグネットの内周に位置する部分において、前記シャフトの熱膨張によってセンサマグネットに発生する応力を減らすための軸逃がし部を有している
請求項１から８のいずれか１項に記載の回転位置検出装置。
前記フォルダは、前記センサマグネットにインサート成形加工によって一体化されている
請求項１から８のいずれか１項に記載の回転位置検出装置。