(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受けを介して回転軸を支承するモータハウジングと、
外周部に界磁磁石を有して前記回転軸に嵌着される積層電磁鋼板製のローターコアと、
前記ローターコアの径方向外側に位置して前記モータハウジングの周壁部に固定されるステータコアと、
前記ステータコアの軸方向両側に延在するコイルエンドを有して前記ステータコアに巻装されるステータコイルと、
周方向極性交互に磁化された磁極面を有して前記回転軸に固定されるリング磁石と、
磁気センサを有して前記モータハウジングに固定されるとともに前記リング磁石の前記磁極面に小間隙を隔てて対面する回転角検出器と、
を備える磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において、
前記ロータコアに対して所定回転角度位置で位置合わせ可能な位置合わせ部と、前記リング磁石に対して所定回転角度位置で位置合わせ可能な位置合わせ部とを有して前記リング磁石を保持しつつ前記ローターコアの端面に密着配置されるリング磁石支持用の輪板を有し、
前記リング磁石の磁極面は、軸方向端面に形成され、
前記界磁磁石は、前記ロータコアに周方向等ピッチで軸方向へ貫設された偶数個の磁石収容孔に個別に収容されており、
前記輪板は、前記永久磁石に押し込まれる前記位置合わせ部としての突起を有していることを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において、
前記回転角検出器は、非磁性金属製の前記モータハウジングの周壁部から軸方向内側に突設された軸受け筒部の外周面に接して径方向の位置決めをなされ、前記軸受け筒部に設置されて径方向に延在する段差面に接して軸方向の位置決めをなされ、前記モータハウジングの周壁部から軸方向内側に突設された突起部の周方向端面に接して周方向の位置決めをなされていることを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する回転電機。
【請求項３】
請求項２記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において、
前記軸受け筒部の径方向外側に位置して前記周壁部から軸方向内側へ突設されて頂面が前記段差面と同一平面に延在する台座部を有し、
前記回転角検出器は、前記軸受け筒部の外周面、前記段差面、頂面及び前記突起部の周方向端面に接した位置で、前記台座部に締結されていることを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する回転電機。
【請求項４】
請求項３記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において、
前記回転角検出器は、厚さ一定の高透磁性板を介して前記軸受け筒部の前記段差面及び前記台座部の頂面に密着することを特徴とする磁気式回転角度検出装置を有する回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気式回転角度検出装置を有する回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期機では、ロータの回転位置に基づいてステータコイル電流を制御するために、ロータの回転角を検出する回転角検出装置を装着している。
【０００３】
回転角検出装置としては、ハウジングに固定したホール素子などの磁気センサに対面しつつ回転角表示用の永久磁石（以下、単にリング磁石ともいう）を回転させる磁気式回転角度検出装置が、耐久性及び汚損などに対する安定性の点から最も広く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の磁気式回転角度検出装置を有する同期機では、磁気式回転角度検出装置とモータの永久磁石及びステータコイルとの高精度の位置合わせが必要であるため、複雑で熟練を要する構成部品の位置合わせ作業が要求され、生産性向上を阻んでいた。
【０００５】
更に具体的に説明すれば、磁気式回転角度検出装置のリング磁石（回転角表示用の永久磁石）を、ローターコアの界磁磁石（界磁束発生用の永久磁石）に対して高精度に位置合わせする必要があったが、従来、ローターコアと磁気式回転角度検出装置のリング磁石とは、回転軸に別個に装着されており、両者の高精度の位置合わせは簡単ではなかった。
【０００６】
また、磁気式回転角度検出装置の磁気センサ（通常はホール素子）はステータコイルに対して周方向に、かつ、リング磁石に対して軸方向及び径方向に、高精度に位置合わせされる必要があった。
【０００７】
もちろん、種々の位置合わせ用の面を形成し、この面を利用して位置合わせすることができるが、多数の位置合わせ面を介在させることは累積誤差の増大抑止及び位置合わせ面作製工数の増加の点で、生産性向上を阻害する結果となった。
【０００８】
本発明は、磁気式回転角度検出装置の位置合わせ精度を低下することなく、磁気式回転角度検出装置の位置合わせ作業の簡素化を実現した磁気式回転角度検出装置を有する回転電機を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機は、軸受けを介して回転軸を支承するモータハウジングと、外周部に界磁磁石を有して前記回転軸に嵌着される積層電磁鋼板製のローターコアと、前記ローターコアの径方向外側に位置して前記モータハウジングの周壁部に固定されるステータコアと、前記ステータコアの軸方向両側に延在するコイルエンドを有して前記ステータコアに巻装されるステータコイルと、周方向極性交互に磁化された磁極面を有して前記回転軸に固定されるリング磁石と、磁気センサを有して前記モータハウジングに固定されるとともに前記リング磁石の前記磁極面に小間隙を隔てて対面する回転角検出器とを備える磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において、
前記ローターコアに対して所定回転角度位置で位置合わせ可能な位置合わせ部と、前記永久磁石に対して所定回転角度位置で位置合わせ可能な位置合わせ部とを有して前記リング磁石を保持しつつ前記ローターコアの端面に密着配置されるリング磁石支持用の輪板を有し、前記リング磁石の磁極面は軸方向端面に形成され、前記界磁磁石は、前記ロータコアに周方向等ピッチで軸方向へ貫設された偶数個の磁石収容孔に個別に収容されており、
前記輪板は、前記永久磁石に押し込まれる前記位置合わせ部としての突起を有していることを特徴としている。
【００１０】
すなわち、本発明の回転電機では、磁気式回転角度検出装置の回転角表示用のリング磁石が固定されるリング磁石支持用の輪板をローターコアの端面に位置合わせ部で位置合わせしつつ密着させ、かつ、永久磁石を位置合わせ部で位置合わせしつつ支持することを特徴としている。
【００１１】
なお、ここでいう密着は、積層電磁鋼板からなるローターコアの端面に直接密着してもよいし、中間介在部材を介して密着させてもよい。この中間介在部材としては、界磁磁石のロータコアよりの飛び出しを防止した非磁性輪板とすることが好適である。
【００１２】
このようにすれば、リング磁石支持用の輪板をローターコアにこの輪板の位置合わせ部を利用して位置合わせしつつ密着させ、永久磁石をリング磁石支持用の輪板にこの輪板の位置合わせ部を利用して位置合わせしつつ固定することができるので、ローターコアの界磁磁石と回転角表示用の永久磁石（の磁極）とを周方向に作業容易に高精度の位置合わせを行うことができる。
【００１３】
また、回転軸を経由することなしに界磁磁石と回転角表示用の永久磁石とを位置合わせすることができるので、回転軸のねじれや、回転軸の２カ所にローターコア位置合わせ用の位置合わせ部と、リング磁石支持用の輪板位置合わせ用の位置合わせ部を設ける必要がなく、回転軸の製造が容易で、位置合わせ誤差の累積も少なく、また回転軸のスプライン溝を位置合わせ部作製のために減らす必要もない。
【００１４】
好適な態様において、リング磁石支持用の輪板は、この輪板に設けた貫通孔とローターコアの孔とに位置合わせピン又は締結ねじを固定することにより、ローターコアに位置合わせされ、固定される。位置合わせピンをリング磁石支持用の輪板自体に植設することも可能である。
【００１５】
同様に、リング磁石支持用の輪板は、この輪板に設けた位置合わせ突起に永久磁石を接しつつ両者を固定することにより、リング磁石支持用の輪板に対する永久磁石の周方向の位置合わせを実施する。
【００１６】
このようにすれば、ローターコアの界磁磁石と回転角表示用の永久磁石とを簡単かつ高精度に位置合わせすると同時に、リング磁石を回転系に装着することができる。
【００１７】
好適な態様において、リング磁石支持用の輪板の外周部は軸方向一方側（反ローターコア側）に曲げられた円筒状のリブを有し、リング磁石の外周面はこのリブの内周面に密着する。このようにすれば、簡単な形状のリング磁石支持用の輪板により永久磁石を固定することができ、リング磁石に作用する遠心力をよるリング磁石の脱落を良好に防止することができる。
【００１８】
また、本発明では、リング磁石の磁極面が軸方向端面に形成されているので、この磁極面に支障を与えることなく、上記リブによる簡単な構造を用いたリング磁石の強固な支持を実現することができる。
【００１９】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更に、前記回転角検出器は、非磁性金属製の前記モータハウジングの周壁部から軸方向内側に突設された軸受け筒部の外周面に接して径方向の位置決めをなされ、前記軸受け筒部に設置されて径方向に延在する段差面に接して軸方向の位置決めをなされ、前記モータハウジングの周壁部から軸方向内側に突設された突起部の周方向端面に接して周方向の位置決めをなされていることを特徴としている。
【００２０】
すなわち、本発明では、リング磁石の磁界を検出する回転角検出器をモータハウジングの軸受け筒部を利用して支持するので、この軸受け筒部の存在にも関わらず、回転角検出器を容易にリング磁石に軸方向に近接配置することができる。
【００２１】
また、軸受け筒部の外周面は、その内周面研削工程と連続する一連の研削工程で研削することができ、簡素な工程で回転角検出器用の径方向の位置合わせ面を作製することができる。
【００２２】
軸受け筒部を含むモータハウジングにより回転角検出装置を完全に位置決めすることができ、位置決め作業が簡素となる。
【００２３】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更に、前記軸受け筒部の径方向外側に位置して前記周壁部から軸方向内側へ突設されて頂面が前記段差面と同一平面に延在する台座部を有し、前記回転角検出器は、前記軸受け筒部の外周面、前記段差面、頂面及び前記突起部の周方向端面に接した位置で、前記台座部に締結されていることを特徴としている。
【００２４】
すなわち、本構成では、回転角検出器の側面を軸受け筒部の外周面と突起部の周方向端面とに接触し、かつ軸受け筒部の段差面及び台座部の頂面に接した状態で、回転角検出器を台座部の所定位置に締結固定すれば、自動的に回転角検出器をモータハウジングに対して周方向、径方向及び軸方向の位置決めを自動的に行うことができ、位置合わせ作業が簡単となる。
【００２５】
なお、ステータコイルの各相巻線はステータコアの所定の基準位置をなす位置合わせ部を基準として所定順序にてステータコアに巻装されており、このステータコアの位置合わせ部はモータハウジング側の位置合わせ部と嵌合し、これにより、モータハウジングに対するステータコイルの周方向配置位置が確定されている。
【００２６】
これにより、簡素な工程で、リング磁石に対する回転角検出器の軸方向、径方向の位置合わせ、及びステータコイルに対する周方向位置合わせを、簡素な製造工程で実現することができる。
【００２７】
請求項４記載の構成によれば請求項３記載の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機において更に、前記回転角検出器は、厚さ一定の高透磁性板を介して前記軸受け筒部の前記段差面及び前記台座部の頂面に密着することを特徴としている。
【００２８】
これにより、リング磁石と回転角検出器との間を流れるはずの磁束は、この高透磁性板で吸収されるので、ステータコイル磁界による回転角検出精度の低下を抑止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のロータを有する回転電機の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００３０】
【実施例】
この実施例の磁気式回転角度検出装置を有する同期機を以下に説明する。図１はこの回転電機の軸方向断面図、図２は図１の要部拡大軸方向断面図、図３は回転角度検出部の径方向断面図、図４はロータコアへのリング磁石の取り付け図である。
【００３１】
（全体構成）
１はフロントハウジング、２はリヤハウジング、３はステータコア、４は回転軸、５はローターコア、６は界磁磁石、７、８は軸受け、９はステータコイル、１０は磁気式回転角度検出装置である。
【００３２】
フロントハウジング１とリヤハウジング２は、一端開口略円筒形状をもつアルミダイキャスト製品であり、両ハウジング１，２の端壁部は、軸方向内側に突出する軸受け筒部１１，１２が設けられている。リヤハウジング２の周壁部をフロントハウジング１の周壁部に嵌着して、両者の内部に冷却液体室１３が形成されている。冷却液体室１３内の冷却液は循環ポンプにより外部のラジエータとの間を循環している。
【００３３】
円筒状のステータコア３は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されてフロントハウジング１の周壁部の内周面に嵌入、固定されている。ステータコア３の内周部に軸方向に形成されたスロットには、ステータコイル９が巻装されている。
【００３４】
回転軸４は、両ハウジング１，２の軸受け筒部１１，１２に収容された軸受け７，８に回転自在に支承されている。
【００３５】
ローターコア５は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されて、回転軸４にローレット嵌着されている。ローターコア５の外周面とステータコア３の内周面との間には微小空隙が設けられている。
【００３６】
偶数個の界磁磁石６は、ローターコア５の外周部に周方向等ピッチで軸方向へ貫口された偶数個の磁石収容孔５１に個別に挿入されている。すなわちこのローターは、ＩＰＭ（インターナルパーマネントマグネット）構造をもつ。
（磁気式回転角度検出装置１０の構造）
次に、この実施例の要部をなす磁気式回転角度検出装置１０を図２〜図４を参照して以下に説明する。
【００３７】
１４は、輪板であり、非磁性板を板金加工して形成されて、ローターコア５の両端面に固定されている。
【００３８】
磁気式回転角度検出装置１０は、プリント基板１０１、ホール素子１０２、リング磁石１０３、リング磁石支持用の輪板１０４、磁気バイパス部材１０５からなる。
【００３９】
リヤハウジング２の内端壁面から軸方向に台座部２１、突起部２２が突出している。台座部２１は、軸受け筒部１２から径方向外側に所定距離離れて配設されている。
【００４０】
突起部２２は、軸受け筒部１２から径方向外側に所定距離離れて配設され、プリント基板１０１の面よりも高く突出され、周方向面２１１を有している。
【００４１】
軸受け筒部１２の外周面には、軸受け筒部１２の軸心を中心として輪板状に形成され、径方向に延在する段差面１２１が設けられており、この段差面１２１よりも先端側の軸受け筒部１２は径小な円筒外周面１２２となっている。
【００４２】
プリント基板１０１及び磁気バイパス部材１０５は重ねられており、プリント基板１０１は磁気バイパス部材１０５を挟んで台座部２１の頂面２１１上に間接的に密着している。プリント基板１０１及び磁気バイパス部材１０５の径方向内側の側面１０１１，１０５１は、軸受け筒部１２の径小な円筒外周面１２２に密着している。更に説明すると、側面１０１１，１０５１は、軸受け筒部１２の円筒外周面１２２と同径の円形（正確には円筒状凹面形状）に形成されており、円筒外周面１２２に周方向に密着している。
【００４３】
また、プリント基板１０１及び磁気バイパス部材１０５の周方向側面１０１３，１０５３は、突起部２２の周方向面２２１に密着している。
【００４４】
プリント基板１０１及び磁気バイパス部材１０５には、貫通孔１０１２，１０５２が形成されており、ねじ孔２１２が台座部２１に形成されている。１５は、貫通孔１０１２，１０５２を貫通して台座部２１に締結されたねじである。
【００４５】
すなわち、円筒外周面１２２、段差面１２１、周方向面２２１及びねじ孔２１２により、プリント基板１０１及び磁気バイパス部材１０５は、リヤハウジング２に対して周方向、軸方向及び径方向に位置合わせされた状態で固定されている。円筒外周面１２２及び段差面１２１は、軸受け筒部１２の内周面を軸受け８の嵌入のために研削する工程と連続する一連の研削工程により形成することができ、簡単な工程でプリント基板１０１を高精度にリヤハウジング２に三次元的に位置合わせすることができる。
【００４６】
磁気バイパス部材１０５は、高透磁性材料、ここでは軟鉄平板で構成されているが、電磁鋼板で構成しても良い。
【００４７】
プリント基板１０１の素子搭載面上にはホール素子１０２と、このホール素子１０２に給電する電源回路と、このホール素子１０２の信号電圧を検出、増幅するセンシング回路が実装されているがそれらの図示は省略されている。なお、プリント基板１０１及びホール素子１０２は集積回路技術により一体化された磁気センサに代替することもできることは当然である。
【００４８】
リング磁石支持用の輪板１０４は、前述した輪板１４を挟んでローターコア５の後端面に密着固定されている。リング磁石支持用の輪板１０４は、高透磁性の材料（ここでは軟鉄板）を板金加工して形成されている。もちろん、リング磁石支持用の輪板１０４を非磁性材料で形成することも可能である。リング磁石支持用の輪板１０４の外周部は、軸方向後方側（反ローターコア側）に曲げられた円筒状のリブ１０４１を有し、リング磁石１０３の外周面はこのリブ１０４１の内周面に密着して支持されている。これにより、リング形状のリング磁石は容易かつ堅牢に輪板１０４に支持されて遠心力に耐えることができ、遠心力をよるリング磁石の脱落を良好に防止することができる。
【００４９】
輪板状の永久磁石からなるリング磁石１０３は、ホール素子１０２に軸方向に微小間隙を隔てて対面している。
【００５０】
（磁気式回転角度検出装置の位置合わせ構造）
次に、磁気式回転角度検出装置の位置合わせ構造の更なる詳細を以下に説明する。
【００５１】
まず、リング磁石１０３の磁極と界磁磁石６との位置合わせを以下に説明する。
【００５２】
この実施例では、輪板１４は、永久磁石収容孔５１に押し込まれる突起１４２を有している。この永久磁石収容孔５１への突起１４２の押し込みにより、輪板１４と永久磁石収容孔５１との位置合わせを簡単な工程で実現することができ、永久磁石収容孔５１からの永久磁石６の離脱も阻止することができる。
【００５３】
また、リング磁石支持用の輪板１０４は周方向所定位置に位置決め用の突起１０４２を有している。輪板１４は、突起１０４２が挿入される位置決め用の開口１４３を有している。この位置決め用の開口１４３への突起１０４２の挿入により、輪板１４、１０４の位置合わせを簡単な工程で実現することができる。なお輪板１４、１０４は一枚板から形成することもできる。また、突起を輪板１４に、位置決め用の開口を輪板１０４に設けてもよい。
【００５４】
リング磁石支持用の輪板１０４は周方向所定位置にてリング磁石側に突出した位置決め用突起１０４３を有している。この位置決め用突起１０４３は、リング磁石１０３の外周面の所定位置に凹設された位置決め溝部１０３１に嵌入され、これにより、リング磁石１０３はリング磁石支持用の輪板１０４に対して周方向に位置決めされる。
【００５５】
リング磁石１０３は、位置決め溝部１０３１を基準として着磁装置により磁化され、これにより、界磁磁石６とリング磁石１０３の磁極とが正確かつ簡単に位置決めされる。
【００５６】
次に、ステータコイル９とホール素子１０２との位置決めについて以下に説明する。
【００５７】
ステータコア３及びフロントハウジング１の周壁部の内周面ロにはそれぞれキー溝が形成されており、これらキー溝を一致させてキーを打ち込むことにより、ステータコア３はフロントハウジング１に対し、常に同じ周方向角度位置で固定される。ステータコア３の各スロットには上記キー溝との空間関係を基準として決められたスロット番号が与えられており、三相のステータコイル９は、それぞれ所定のスロット位置に巻装される。これにより、ステータコイル９とフロントハウジング１とはステータコア３を通じて位置決めがなされる。
【００５８】
フロントハウジング１とリヤハウジング２とは、締結ボルト１６（図１参照）により所定の周方向角度で固定され、結局、ステータコイル９とホール素子１０２とは所定の周方向角度位置に位置決めされることができる。
【００５９】
上記説明したこの実施例の磁気式回転角度検出装置を有する回転電機によれば、上述した作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の磁気式回転角度検出装置を有する同期機の軸方向断面図である。
【図２】図１の一部拡大軸方向断面図である。
【図３】回転角度検出部の径方向断面図である。
【図４】ロータコアへのリング磁石の取り付け図である。
【符号の説明】
１  フロントハウジング（モータハウジング）
２  リヤハウジング（モータハウジング）
３  ステータコア
４  回転軸
５  ローターコア
６  界磁磁石
７  軸受け
８  軸受け
９  ステータコイル
１０  磁気式回転角度検出装置
１１  軸受け筒部
１２  軸受け筒部
１４  輪板
２１  台座部
１２１  段差面
１２２  円筒外周面
１０１  プリント基板（回転角検出器）
１０２  ホール素子（回転角検出器）
１０３  リング磁石
１０４  リング磁石支持用の輪板
１０５  磁気バイパス部材
２１１  台座部２１の頂面
１０４１  リング磁石支持用の輪板１０４のリブ
【図１】
0003738966.tif 000002
【図２】
0003738966.tif 000003
【図３】
0003738966.tif 000004
【図４】
0003738966.tif 000005