(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
回転軸を収容するケースと、前記ケースに同軸的に取り付けられ、前記ケースの開口部を覆う蓋部と、前記蓋部に設けられ前記回転軸の端部に対向する対向部と、前記回転軸の端部及び前記対向部の一方に取り付けられる磁石と、前記回転軸の端部及び前記対向部の他方に取り付けられ前記磁石が形成する磁場を検出する磁気センサと、を備えた回転角検出装置の組立方法において、
前記蓋部を前記ケースに取り付けるとともに、前記回転軸又は前記回転軸と同軸とされる部位を基準として前記対向部に取り付けられる前記磁石又は前記磁気センサの位置を規定し得る取付治具を使用して前記対向部を前記蓋部に対して位置決めし、前記位置決めした状態で前記対向部を前記蓋部に対して取り付け、前記蓋部を前記ケースに対して取り付ける回転角検出装置の組立方法。
【発明を実施するための形態】
【0020】
[第1の実施形態]
以下、回転角検出装置を備えた回転電機の第1の実施形態について説明する。
<全体構成>
図1に示すように、回転電機11は、有底円筒状のケース12、およびケース12の開口を塞ぐ中蓋13を備えている。ケース12の内周面には円筒状のステータ14が固定されている。ステータ14は、円筒状のコア15と、コア15の両端にそれぞれ設けられた2つのインシュレータ16,17と、これらインシュレータ16,17を介してコア15に巻回された複数のコイル18とを備えている。
【0021】
ステータ14には、円柱状のロータ19が挿通されている。ロータ19は、段付き円柱状の回転軸20、および回転軸20の外周面に固定された円筒状のロータマグネット21を有している。回転軸20は、ケース12の内底部に設けられた軸受22、および中蓋13の内面に設けられた軸受23を介して回転可能に支持されている。なお、回転軸20の中蓋13側の先端部26は、同中蓋13から突出している。回転軸20の中蓋13からの突出高さは、高さH1に設定されている。なお、本例では、中蓋13もケース12とともに回転軸20を収容するケースに相当する。
【0022】
ステータ14の中蓋13側の端部には、樹脂成型品である円板状のホルダ24が設けられている。ホルダ24には、複数のバスバー25が保持されている。各コイル18の両端は、各バスバー25に適宜接続される。各コイル18には、各バスバー25を介して三相交流電力が供給される。
【0023】
また、回転電機11は、中蓋13及び先端部26に取り付けられる回転角検出装置30を備えている。ここで、中蓋13のステータ14とは反対側の面には、第1の環状突部27が設けられている。第1の環状突部27の内径は径φ1に、外径は径φ2に、突出高さは高さH2に、それぞれ設定されている。第1の環状突部27の中心は、回転軸20と同軸上とされている。
【0024】
<回転角検出装置の構成>
回転角検出装置30は、先端部26に取り付けられる磁場部31と、中蓋13に取り付けられる検出部39と、を備えている。
【0025】
<磁場部の構成>
磁場部31は、マグネットホルダ33と、マグネット34とを備えている。マグネット34は、磁石に相当する。
【0026】
マグネット34は、外径が先端部26の外径φ3と等しい径φ3に、厚みが第1の環状突部27の突出高さよりも短い高さH3に、それぞれ設定された円盤状とされている。
マグネットホルダ33は、内径が先端部26の外径である径φ3に、外径が第1の環状突部27の内径φ1よりも小さい径φ4に、それぞれ設定される円筒部35と、円筒部35の内部を軸取付部37及びマグネット取付部38に隔てる隔壁36とを備えている。軸取付部37の高さは、先端部26の中蓋13からの突出高さである高さH1よりも短く設定されている。マグネット取付部38の高さは、マグネット34の厚みと等しい高さH3に設定されている。なお、マグネット取付部38の中蓋13からの高さは、高さH4とされている。
【0027】
マグネットホルダ33の軸取付部37には、回転軸20の先端部26が圧入される。当該圧入により、回転軸20と軸取付部37とが同軸上に位置する。また、マグネットホルダ33のマグネット取付部38には、マグネット34が圧入される。当該圧入により、マグネット34とマグネット取付部38とが同軸上に位置する。軸取付部37及びマグネット取付部38は同軸上に形成されていることから、これら圧入により、回転軸20とマグネット34とが同軸上に位置する。
【0028】
<検出部の構成>
検出部39は、台座80、基板43、磁気センサ44、および外蓋45を備えている。
台座80は、円筒状の台座本体部81と、中蓋13側の端部に連続する第1のフランジ部82と、中蓋13とは反対側の端部に連続する第2のフランジ部83と、を備えている。また、台座80は、第1及び第2のフランジ部82,83の間において台座本体部81の内周面に突設された円筒状の支持部84を備えている。
【0029】
台座本体部81の内径は、第1の環状突部27の内径φ1と等しく設定されている。また、台座本体部81の外径は、第1の環状突部27の外径φ2よりも大きく中蓋13の外径φ6よりも小さい径φ7に設定されている。台座本体部81における中蓋13側の端部の内周面には、切欠85が凹設されている。切欠85の内径は、第1の環状突部27の外径φ2と等しく設定されている。切欠85の深さは、第1の環状突部27の突出高さである高さH2と等しく設定されている。従って、第1の環状突部27は、切欠85に嵌りこむことができる。
【0030】
第1及び第2のフランジ部82,83の外径は、中蓋13の外径φ6と等しく設定されている。
台座80は、ケース12との間に中蓋13を挟持するように、締結具によってケース12に取り付けられる。
【0031】
支持部84の内径は、マグネット取付部38の外径φ4よりも大きく且つ第1の環状突部27の内径φ1よりも小さい径φ5に設定されている。また、支持部64の中蓋13とは反対側の面と中蓋13との間の距離は、マグネット取付部38の中蓋13からの高さH4よりも高い高さH5に設定されている。
【0032】
支持部84には、締結具を介して長方形の基板43が取り付けられる。この基板43の中蓋13側の面における中央部には、予めはんだによって正方形板状の磁気センサ44が取り付けられている。基板43は、磁気センサ44の中心が回転軸20と同軸上となるように支持部84に取り付けられる。磁気センサ44の中心とは、回転軸20に対向する面における対角線の交点である。磁気センサ44は、一辺の長さがL8に設定されている。磁気センサ44の厚みは、支持部84の中蓋13とは反対側の面と中蓋13との間の距離である高さH5からマグネット取付部38の中蓋13からの高さH4を引いたものよりもさらにうすい高さH6とされている。基板43の取り付けにかかる詳細については後述する。なお、基板43が対向部に相当する。
【0033】
外蓋45は、円盤状をなしている。外蓋45の外径は、第2のフランジ部83の外径φ6と等しく設定されている。外蓋45は、第2のフランジ部83側の開口部を塞ぐように、締結具を介して台座80に取り付けられる。なお、台座80、及び台座80に取り付けられた外蓋45は、蓋部に相当する。
【0034】
<回転角検出装置の取り付け>
次に、回転角検出装置30の取り付けについて説明する。なお、当該取り付けには、
図2に示すように、取付治具90を用いる。まず、取付治具90の構成について説明する。
【0035】
図2に示すように、取付治具90は、内径が先端部26の外径である径φ3とされるとともに外径が支持部84の内径φ5よりも小さい径φ4とされている円筒状の軸側位置合わせ部91と、一辺の長さが磁気センサ44の一辺の長さL8と等しい正方形状の内周を有するとともに外径が径φ4とされている円筒状のセンサ側位置合わせ部92とから構成されている。これら軸側位置合わせ部91及びセンサ側位置合わせ部92は、同軸上に設けられている。また、これら軸側位置合わせ部91とセンサ側位置合わせ部92との間は隔壁93によって隔てられている。
【0036】
軸側位置合わせ部91の高さは、先端部26の高さH1よりも短く設定されている。センサ側位置合わせ部92の高さは、磁気センサ44の厚みである高さH6よりも高く設定されている。また、隔壁93の軸側位置合わせ部91側の面とセンサ側位置合わせ部92の端部との間の距離は、支持部84の中蓋13とは反対側の面と中蓋13との間の距離である高さH5から先端部26の高さH1を引いた高さH7とされている。
【0037】
次に、回転角検出装置30の取り付け態様について説明する。
まず、
図2に示すように、切欠85の内周面に第1の環状突部27が接触するように台座80を中蓋13にセットする(仮取り付け工程)。次に、軸側位置合わせ部91の内周壁に回転軸20の先端部26が接触するように取付治具90をセットする。これにより、回転軸20と取付治具90とが同軸上に、すなわち、回転軸20とセンサ側位置合わせ部92とが同軸上に位置する。
【0038】
次に、予めはんだ付けされている磁気センサ44の外周面が取付治具90のセンサ側位置合わせ部92の内周面に接触するように、基板43を支持部64にセットするとともに、締結具によって固定する。回転軸20とセンサ側位置合わせ部92とが同軸上に位置するので、センサ側位置合わせ部92の内周面に接触する磁気センサ44も回転軸20と同軸上に位置する。
【0039】
次に、基板43が取り付けられた台座80、及び取付治具90を取りはず。
その後、
図3に示すように、回転軸20の先端部26に、マグネット34が圧入されたマグネットホルダ33を圧入する。これにより、マグネット34と回転軸20とが同軸上に位置する。
【0040】
次に、基板43が取り付けられた台座80を、再度切欠85の内周面に第1の環状突部27が接触するようにセットする。そして、当該台座80を、締結具によって固定する。台座80は、先の仮取り付け工程した場所と同じ場所に取り付けられるので、締結具によって台座80が中蓋13及びケース12に固定されても、磁気センサ44は、回転軸20と同軸上に位置する。
【0041】
次に、
図1に示すように、台座80の第2のフランジ部83側の開口部を塞ぐように、外蓋45を締結具によって固定する。以上により、回転角検出装置30の取り付けが完了する。
【0042】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)回転角検出装置30は、台座80を中蓋13に仮取り付けする工程と、取付治具90を使用して台座80に取り付けられる磁気センサ44を回転軸20に対して位置決めする工程と、台座80を中蓋13から取り外す工程と、取付治具90を取り除き回転軸20にマグネット34を取り付ける工程と、台座80を中蓋13に本取り付けする工程と、を経て組立てられる。この組立方法によれば、回転軸20に対する磁気センサ44の位置が、回転軸20に対するマグネット34の位置が、それぞれ規定される。従って、磁気センサ44とマグネット34との間の相対位置を高い精度で規定することができる。
【0043】
(2)また、磁気センサ44とマグネット34との間の相対位置が高い精度で規定されることより、回転角検出装置30が検出する回転角の精度が良い。
[第2の実施形態]
次に、回転角検出装置を備えた回転電機の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態における第1の実施形態との相違点は、回転角検出装置、正確には検出部の構成、及びその組立態様である。このため、第1の実施形態と同様とされる部分については、その詳細な説明を割愛する。
【0044】
<検出部の構成>
図4に示すように、検出部32は、第1の円筒台座41、第2の円筒台座42、基板43、磁気センサ44、および外蓋45を備えている。
【0045】
第1の円筒台座41は、円筒状の第1の台座本体部51と、第1の台座本体部51の中蓋13側の面に凹設される環状溝52と、第1の台座本体部51の中蓋13とは反対側の面に突設される第2の環状突部53と、を備えている。
【0046】
第1の台座本体部51の内径は、マグネット取付部38の外径φ4よりも大きく且つ第1の環状突部27の内径φ1よりも小さい径φ5に設定されている。また、第1の台座本体部51の外径は、中蓋13の外径φ6と等しい径φ6に設定されている。なお、第1の台座本体部51の厚みは、先端部26の中蓋13からの突出高さH1よりも高い高さH8に設定されている。
【0047】
環状溝52の内径は、第1の環状突部27の内径φ1と等しく設定されている。また、環状溝52の外径は、第1の環状突部27の外径φ2と等しく設定されている。さらに、環状溝52の深さは、第1の環状突部27の突出高さH2と等しく設定されている。これらから、第1の環状突部27は、環状溝52に嵌りこむことができる。
【0048】
第2の環状突部53の内径は、第1の環状突部27の内径φ1と等しく設定されている。また、第2の環状突部53の外径は、第1の環状突部27の外径φ2と等しく設定されている。さらに、第2の環状突部53の突出高さは、第1の環状突部27の突出高さH2と等しく設定されている。これら第1の台座本体部51、環状溝52、および第2の環状突部53は、互いに同軸上に形成されている。
【0049】
第1の円筒台座41は、環状溝52に第1の環状突部27が嵌り込む状態で中蓋13に取り付けられる。なお、当該取り付けにかかる詳細については後述する。
第2の円筒台座42は、円筒状の第2の台座本体部61と、第2の台座本体部61の第1の円筒台座41側の端部に連続する第1のフランジ部62と、第2の台座本体部61の第1の円筒台座41とは反対側の端部に連続する第2のフランジ部63と、を備えている。また、第2の円筒台座42は、第1及び第2のフランジ部62,63の間において第2の台座本体部61の内周面に突設された円筒状の支持部64を備えている。
【0050】
第2の台座本体部61の内径は、第1及び第2の環状突部27,53の内径φ1と等しく設定されている。また、第2の台座本体部61の外径は、第1及び第2の環状突部27,53の外径φ2よりも大きく中蓋13及び第1の台座本体部51の外径φ6よりも小さい径φ7に設定されている。第2の台座本体部61における第1の円筒台座41側の端部の内周面には、切欠65が凹設されている。切欠65の内径は、第1及び第2の環状突部27,53及び環状溝52の外径φ2と等しく設定されている。切欠65の深さは、第1及び第2の環状突部27,53の突出高さ及び環状溝52の深さである高さH2と等しく設定されている。これらから、第1及び第2の環状突部27,53は、切欠65に嵌りこむことができる。
【0051】
第1及び第2のフランジ部62,63の外径は、中蓋13及び第1の台座本体部51の外径φ6と等しく設定されている。
第2の円筒台座42は、ケース12との間に中蓋13及び第1の円筒台座41を挟持するように、締結具を介してケース12に取り付けられる。なお、当該取り付けにかかる詳細については後述する。
【0052】
支持部64の内径は、第1の台座本体部51の内径φ5と等しく設定されている。また、支持部64の中蓋13とは反対側の面と第1のフランジ部62との間の距離は、第1の台座本体部51の厚みである高さH8と等しく設定されている。
【0053】
支持部64には、締結具を介して長方形の基板43が取り付けられる。この基板43の中蓋13側の面における中央部には、予めはんだによって正方形板状の磁気センサ44が取り付けられている。基板43は、磁気センサ44が回転軸20と同軸上となるように支持部64に取り付けられる。なお、磁気センサ44の中心とは、回転軸20に対向する面における対角線の交点である。磁気センサ44は、一辺の長さがL8に設定されている。磁気センサ44の厚みは、支持部84の中蓋13とは反対側の面と中蓋13との間の距離である高さH5からマグネット取付部38の中蓋13からの高さH4を引いたものよりもさらにうすい高さH6とされている。また、基板43の取り付けにかかる詳細については後述する。なお、基板43が対向部に相当する。
【0054】
外蓋45は、円盤状をなしている。外蓋45の外径は、第2のフランジ部63の外径φ6と等しく設定されている。外蓋45は、第2の円筒台座42における第2のフランジ部63側の開口部を塞ぐように、締結具を介して第2の円筒台座42に取り付けられる。なお、第1の円筒台座41、第2の円筒台座42、及び第2の円筒台座42に取り付けられる外蓋45は、蓋部に相当する。
【0055】
<回転角検出装置の取り付け>
次に、回転角検出装置30の取り付けについて説明する。なお、当該取り付けには、
図5に示すように、取付治具70を用いる。
【0056】
図5に示すように、取付治具70は、円筒部71と、円筒部71の中蓋13側の端部に連続するフランジ部72と、円筒部71の中蓋13と反対側の端部に連続するセンサ側位置合わせ部73と、を備えている。
【0057】
円筒部71の内径は、磁気センサ44の外径φ4と等しく設定されている。円筒部71の外径は、支持部64の内径φ5よりも小さい径φ9に設定されている。円筒部71の軸方向長さは、支持部64の中蓋13とは反対側の面と第1のフランジ部62との間の距離である高さH8と等しく設定されている。
【0058】
フランジ部72の外径は、第1の環状突部27の内径と等しく設定されている。フランジ部72の厚み、すなわち軸方向長さは、第1の環状突部27の突出高さH2と等しく設定されている。
【0059】
センサ側位置合わせ部73は、一辺の長さが磁気センサ44の一辺の長さL8と等しい正方形状の内周を有する円筒状とされている。センサ側位置合わせ部73の厚みは、磁気センサ44の厚みである高さH6と等しく設定されている。
【0060】
次に、回転角検出装置30の取り付け態様について説明する。
まず、
図5に示すように、第1の環状突部27の内周面にフランジ部72の外周面が沿うように取付治具70をセットする。また、切欠65の内周面に第1の環状突部27が接触するように第2の円筒台座42を中蓋13にセットする(仮取り付け工程)。第1の環状突部27は回転軸20と同軸上とされているので、取付治具70の円筒部71及びセンサ側位置合わせ部73も回転軸20と同軸上に位置する。なお、第1の環状突部27が回転軸と同軸とされる部位に相当する。
【0061】
次に、予めはんだ付けされている磁気センサ44の外周面が取付治具70におけるセンサ側位置合わせ部73の内周面に接触するように、基板43を支持部64にセットするとともに、締結具によって固定する。センサ側位置合わせ部73は回転軸20と同軸上に位置するので、センサ側位置合わせ部73の内周面に接触する磁気センサ44も回転軸20と同軸上に位置する。
【0062】
次に、
図6に示すように、基板43が取り付けられた第2の円筒台座42、及び取付治具70を取りはず。そして、回転軸20の先端部26に、マグネット34が圧入されたマグネットホルダ33を圧入する。また、第1の環状突部27に環状溝52が嵌るように第1の円筒台座41を、第2の環状突部53に切欠65が接触するように基板43が取り付けられた第2の円筒台座42を、それぞれセットするとともに、締結具によって固定する。第1及び第2の環状突部27,53は、互いに回転軸20からの内径及び外径が等しいので、第2の円筒台座42が中蓋13との間に第1の円筒台座41を介在する状態で取り付けられても、磁気センサ44は、回転軸20と同軸上に位置する。
【0063】
次に、
図4に示すように、第2の円筒台座42における第2のフランジ部63側の開口部を塞ぐように、外蓋45を締結具によって固定する。以上により、回転角検出装置30の取り付けが完了する。
【0064】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(3)回転角検出装置30は、第2の台座42を中蓋13に仮取り付けする工程と、回転軸20と同軸とされる部位である第1の環状突部27に取付治具70を接触させて回転軸20に対する磁気センサ44を規定する工程と、磁気センサ44が取り付けられている基板43が取り付けられた第2の台座42を中蓋13から取り外す工程と、取付治具70を取り除き回転軸20にマグネット34を取り付ける工程と、第2の台座42を第1の台座41を介して中蓋13に本取り付けする工程と、を経て組立てられる。この組立方法によれば、回転軸20に対する磁気センサ44の位置が、回転軸20に対するマグネット34の位置が、それぞれ規定される。従って、磁気センサ44とマグネット34との間の相対位置を高い精度で規定することができる。
【0065】
(4)また、取付治具70が回転角検出装置30内に残らないので、回転軸20の円滑な回転に支障をきたすおそれがない。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【0066】
・上記第1及び第2の実施形態において、磁気センサ44は、回転軸20に対してその位置が規定されることにより回転軸20に対して位置が規定されるマグネット34との間の相対位置が規定されたが、回転軸20に対して位置が規定されるマグネット34に対して直接位置を規定するようにしてもよい。
【0067】
例えば、
図7に示すように、回転軸20の先端部26に取り付けられる磁石101に対して磁気センサ44の位置を直接規定する場合について説明する。なお、磁石101は、先端部26の外径φ3よりも大きい外径φ10を有する円盤状とされるとともに、その中心軸は、回転軸20と同軸上にあるものとする。
【0068】
図7に示すように、取付治具110は、内径が磁石101の外径φ10とされる磁石側位置合わせ部112と、一辺の長さが磁気センサ44の一辺の長さL8と等しい正方形状の内周を有するセンサ側位置合わせ部111とを備えて構成されている。これら磁石側位置合わせ部112及びセンサ側位置合わせ部111は、同軸上に設けられている。また、これら磁石側位置合わせ部112とセンサ側位置合わせ部111との間は隔壁113によって隔てられている。
【0069】
このように構成された取付治具110を採用して回転角検出装置を組立てれば、基板43に取り付けられる磁気センサ44は、回転軸20に取り付けられるマグネット34との間の相対位置が、マグネット34との間で直接規定されるので、第1及び第2の実施形態のように、間接的に規定される場合と比較して、両部品の相対位置を高精度に規定することができる。
【0070】
なお、上記第1及び第2の実施形態、及び本別例によれば、回転軸20、マグネット34、及び磁気センサ44は、全て同軸上に位置するが、マグネット34と磁気センサ44との間の相対位置、及び回転軸20と対向部に相当する基板43に取り付けられる磁気センサ44又はマグネット34との間の相対位置が規定されればよい。このように構成した場合でも、上記各実施形態及び上記別例と同様の効果を得ることができる。
【0071】
・上記第2の実施形態において、取付治具70は、必ずしも取り外さなくてもよい。
・上記第2の実施形態において、第1の円筒台座41が取付治具70の機能を備えていてもよい。すなわち、例えば、第1の台座本体部51の内径を磁気センサ44の外径である径φ4とするとともに、当該内径部分の厚みを高さH5の2倍に設定する。このように構成すれば、第1の円筒台座41が取付治具70の機能を有する。
【0072】
・上記第2の実施形態において、検出部32は、2つの台座、すなわち第1及び第2の円筒台座41,42を備えていたが、上記第1の実施形態の台座80のように1つであってもよい。
【0073】
・上記第1の実施形態における第1及び第2のフランジ部82,83、上記第2の実施形態における第1及び第2のフランジ部62,63を省略してもよい。この場合、第1の実施形態においては台座本体部81の外径を、第2の実施形態においては第2の台座本体部61の外径を、それぞれ中蓋13の外径φ6に設定する。このように構成すれば、中蓋13と外蓋45との間に第1の実施形態においては台座80を、第2の実施形態においては第1及び第2の円筒台座41,42を、それぞれ挟持するようにこれらを取り付けることができる。
【0074】
・上記第1の実施形態において基板43は台座80の支持部に、上記第2の実施形態において基板43は、第2の円筒台座42の支持部64に取り付けられたが、外蓋45の中蓋13側に取り付けられてもよい。この場合、外蓋45が蓋部に相当する。
【0075】
・上記第1及び第2の実施形態において、支持部84,64は円筒状とされたが、回転軸20の先端部26を覆うように円盤状とされてもよい。
・上記第1及び第2の実施形態において、中蓋13を省略してもよい。この場合、ケース12の開口部に第1の環状突部27に相当する突部を設ける。このように構成しても、上記第2の実施形態において、取付治具70の外周面を突部と接触させることができるので、上記第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ケース12の内周面に取付治具70の外周面を接触させてもよい。
【0076】
・上記第1及び第2の実施形態では、中蓋13に第1の環状突部27を設けたが、中蓋13に環状の凹部を設け、上記第2の実施形態においては当該凹部の内周面に取付治具70の外周面を接触させてもよい。このように構成しても、上記第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0077】
・上記第1及び第2の実施形態において、マグネット34と磁気センサ44との取り付け位置を逆転させてもよい。すなわち、回転軸20に磁気センサ44を、磁気センサ44の対向部にマグネット34を、それぞれ設ける構成であってもよい。
【0078】
・上記第1及び第2の実施形態において、磁気センサ44は、一辺の長さが等しい正方形板状とされたが一辺の長さが異なる長方形板状とされてもよい。
・上記第1及び第2の実施形態では、回転角検出装置30の検出対象は、回転電機11の回転軸20であったが、これに限らず回転するものであればよい。