磁铁结构体、旋转角度检测器及电动动力转向装置的制作方法

本实用新型涉及磁铁结构体、旋转角度检测器及电动动力转向装置(ELECTRIC POWER STEERING DEVICE)。

背景技术：

近年来，使用磁传感器检测电动动力转向装置的电动马达的旋转角度的技术的开发正在进行。例如，国际公开第2015/140961号(专利文献1)中公开有与安装于电动马达的旋转轴的传感器磁铁组装体的传感器磁铁接近并相对配置检测该传感器磁铁的磁场的朝向的旋转传感器而检测电动马达的旋转轴的旋转角的技术。另外示出，在电动马达的旋转轴上安装传感器磁铁组装体时，施加沿着旋转轴的轴向的压力，将旋转轴压入传感器磁铁组装体。

技术实现要素：

在上述的现有技术中，在将旋转轴压入传感器磁铁组装体时，需要相对于传感器磁铁施加压力。如果对传感器磁铁施加压力，则可能引起传感器磁铁的破损或变形，该情况下，磁特性可能发生变化。

实用新型人们深入研究，结果新发现了可以在抑制相对于传感器磁铁的压力的同时，将旋转轴压入传感器磁铁组装体的技术。

根据本实用新型，提供一种具有稳定的磁特性的磁铁结构体、旋转角度检测器及电动动力转向装置。

本实用新型的一个方式所涉及的磁铁结构体，具备：粘结磁铁成型体，其具有板状的外形，且具有沿着厚度方向延伸的贯通孔；轴，其具有与粘结磁铁成型体的贯通孔嵌合的第一端部和应安装于同轴配置的旋转轴的第二端部，轴的第一端部的端面从粘结磁铁成型体露出。

在上述磁铁结构体中，因为轴的第一端部的端面从粘结磁铁成型体露出，所以通过按压露出的第一端部的端面，能够在轴的第二端部压入旋转轴。即，能够不对粘结磁铁成型体施加压力而进行压入，有意地抑制压入时的粘结磁铁成型体的破损或变形引起的磁特性的变化，因此，实现磁特性的稳定化。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，粘结磁铁成型体具有圆形截面的贯通孔，并且轴的第一端部具有圆柱状的外形，设置有粘结磁铁成型体的贯通孔的内周面和第一端部的外周面卡合的卡合部。该情况下，可抑制相对于在第一端部与粘结磁铁成型体的贯通孔嵌合的轴产生粘结磁铁成型体的相对的位置偏移的事态、或粘结磁铁成型体脱离的事态。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，卡合部包含设置于第一端部的外周面的凹部，粘结磁铁成型体进入凹部。该情况下，通过粘结磁铁成型体进入设置于第一端部的外周面的凹部，粘结磁铁成型体的贯通孔的内周面和第一端部的外周面卡合。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，卡合部包含多个凹部，在第一端部的外周面，沿着周向排列有多个凹部。该情况下，特别是关于粘结磁铁成型体的周向的相对的位置偏移被抑制。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，多个凹部以第一端部的圆柱状外形的中心轴为基准以等角度间隔排列。该情况下，关于将磁铁结构体用于旋转角度检测器时的周向的传感器特性的偏差被抑制。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，卡合部包含沿着周向设置于第一端部的外周面的环状槽，粘结磁铁成型体进入环状槽。该情况下，特别是关于粘结磁铁成型体的轴向的相对的位置偏移及粘结磁铁成型体从轴的脱离被抑制。

在其它方式所涉及的磁铁结构体中，卡合部包含设置于第一端部的外周面的网眼状的凹凸图案。该情况下，通过粘结磁铁成型体覆盖设置于第一端部的外周面的网眼状的凹凸图案，粘结磁铁成型体的贯通孔的内周面和第一端部的外周面卡合。

本实用新型的一个方式所涉及的旋转角度检测器，具备上述磁铁结构体、和在第一端部侧与磁铁结构体相对配置的磁传感器。另外，本实用新型的一个方式所涉及的电动动力转向装置，具备上述旋转角度检测器。

附图说明

图1是表示具备实施方式所涉及的旋转角度检测器的马达组装体的概略截面图。

图2是表示使用图1所示的马达组装体的电动动力转向装置的方块结构图。

图3是表示图1所示的旋转角度检测器的概略立体图。

图4是表示图3所示的轴的第一端部的方式的(a)侧视图及(b)B－B线截面图。

图5是表示与图4不同的方式的第一端部的方式的侧视图。

图6是表示与图4不同的方式的第一端部的方式的侧视图。

图7是表示与图4不同的方式的第一端部的方式的侧视图。

图8是表示与图4不同的方式的第一端部的方式的侧视图。

图9是表示与图4不同的方式的第一端部的方式的(a)侧视图及(b)B－B线截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明用于实施本实用新型的方式。此外，对相同或同等的要素标注相同的符号，在重复说明时省略其说明。

图1是表示具备实施方式所涉及的旋转角度检测器的马达组装体10的概略截面图。马达组装体10具有在框体12内收纳有旋转角度检测器15及电动马达20的结构。

电动马达20具备具有转矩侧端部22a和传感器侧端部22b的旋转轴22。旋转轴22的转矩侧端部22a通过设置于框体12的滚珠轴承14A转动自如地保持，传感器侧端部22b通过设置于框体12的滚珠轴承14B转动自如地保持。

在传感器侧端部22b安装有下述的磁铁结构体30。另外，在框体12的内部，在与磁铁结构体30接近且相对的位置配置有旋转传感器(磁传感器)40。在本实施方式中，由磁铁结构体30和旋转传感器40构成旋转角度检测器15。旋转传感器40检测由磁铁结构体30产生的磁场。旋转传感器40具有例如由惠斯通电桥电路等构成的检测电路，作为上述惠斯通电桥电路的磁检测元件，具有磁阻效应元件(MR元件)。作为MR元件，例如可举出隧道磁阻效应元件(TMR元件)、各向异性磁阻效应元件(AMR元件)、及巨大磁阻效应元件(GMR元件)等。在本实施方式中，作为旋转传感器40，使用TMR元件。通过使用TMR元件，获得比其它元件高的输出，能够以高的精度检测旋转角度。另外，通过使用TMR元件，能够将旋转角度检测器15小型化。旋转传感器40可以是具有两个MR元件的二轴型，检测相对于磁铁结构体30的中心轴正交的面内的磁场的方向。

在此，参照图2对使用马达组装体10的电动动力转向装置50进行说明。

电动动力转向装置50除上述的马达组装体10之外，还具备通常被称作ECU的控制部52和检测方向盘54的操纵力的转矩传感器56。控制部52构成为能够接收来自车辆的车速信号、关于马达组装体10的旋转传感器40检测的旋转轴22的旋转角的信息、及关于方向盘54的操纵力的转矩传感器56的转矩信号。另外，控制部52构成为能够调整驱动电动马达20的电流。控制部52在接收到上述的车速信号及转矩信号时，将与它们对应的电流发送到动力辅助用的电动马达20，驱动电动马达20，通过旋转轴22的转矩进行操纵力的辅助。此时，控制部52根据从旋转传感器40接收到的旋转轴22的旋转角对电动马达20的电流进行反馈控制，调整动力辅助的量。

以下，参照图3、4说明旋转角度检测器15的磁铁结构体30及旋转传感器40的结构。

如图3、4所示，磁铁结构体30具备粘结磁铁成型体32和轴34。

粘结磁铁成型体32具有圆板状的外形。另外，粘结磁铁成型体32具有沿着其厚度方向延伸的贯通孔33。在本实施方式中，贯通孔33沿着粘结磁铁成型体32的圆板状外形的中心轴延伸。与贯通孔33的延伸方向正交的截面是圆形。如图3所示，粘结磁铁成型体32在与旋转传感器40相对的端面32a出现N极和S极这两极。

粘结磁铁成型体32可以是各向同性粘结磁铁成型体，也可以是各向异性粘结磁铁成型体。从生产性及成本降低的观点出发，粘结磁铁成型体32能够采用各向同性粘结磁铁成型体。

粘结磁铁成型体32的厚度(中心轴方向长度)例如可以设为1～12mm，也可以设为3～10mm。粘结磁铁成型体32的外径(外形的直径)例如可以设为5～25mm，也可以设为10～20mm。贯通孔33的直径例如可以设为1～15mm，也可以设为3～12mm。

粘结磁铁成型体32包含树脂和磁铁粉末。上述树脂没有特别限定，可以是热固化性树脂或热塑性树脂。作为热固化性树脂，例如可举出环氧树脂及酚醛树脂等。作为热塑性树脂，可举出弹性体、离聚物、乙烯丙烯共聚物(EPM)及乙烯－丙烯酸乙酯共聚物等。另外，作为弹性体，具体而言可举出苯乙烯系、烯烃系、氨基甲酸酯系、聚酯系及聚酰胺系等。上述树脂根据成形方法、成形性、耐热性及机械特性等选择。在通过注塑成形制造粘结磁铁成型体32时，上述树脂可以为热塑性树脂。在制造粘结磁铁成型体32时，除这些树脂外，有时使用偶联剂及其它添加剂等。从成形性及耐久性等的观点出发，上述热塑性树脂的熔点例如可以设为100～350℃，也可以设为120～330℃。粘结磁铁成型体32可以单独含有一种树脂，也可以含有两种以上的树脂。

作为上述磁铁粉末，例如可举出稀土类磁铁粉末及铁氧体磁铁粉末等。从获得高的磁特性的观点出发，优选磁铁粉末为稀土类磁铁粉末。作为稀土类磁铁，可举出R－Fe－B系、R－Co系及R－Fe－N系等。R是指稀土类元素。此外，在本说明书中，稀土类元素是指属于长周期型周期表第三族的钪(Sc)、钇(Y)及镧系元素。镧系元素中例如包含镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)等。另外，稀土类元素能够分类为轻稀土类元素及重稀土类元素。本说明书中的“重稀土类元素”表示Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu，“轻稀土类元素”表示Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm及Eu。

磁铁粉末更优选为R－Fe－B系磁铁粉末。R－Fe－B系磁铁粉末优选为含有Nd及Pr的至少一方作为R(稀土类元素)的R(Nd、Pr)－Fe－B系磁铁粉末。R－Fe－B系磁铁粉末除R、Fe及B以外，根据需要还可以含有Co、Ni、Mn、A1、Cu、Nb、Zr、Ti、W、Mo、V、Ga、Zn及Si等其它元素、或不可避免的杂质。

在粘结磁铁成型体32为各向同性粘结磁铁成型体的情况下，磁铁粉末的形状没有特别限制，也可以是球状、破碎状、针状及板状等的任一种。另一方面，在粘结磁铁成型体32为各向异性粘结磁铁成型体的情况下，磁铁粉末的形状优选为针状或板状等。磁铁粉末的平均粒径优选为30～250μm，更优选为50～200μm。粘结磁铁成型体32可以单独含有一种磁铁粉末，也可以含有两种以上的磁铁粉末。此外，平均粒径的定义是激光衍射式粒度测定法的体积基准的粒度分布的d50。

另外，从获得所希望的磁特性及成形性的观点出发，树脂的含量相对于粘结磁铁成型体32的全体积可以设为40～90体积％，也可以设为50～80体积％。另外，从同样的观点出发，磁铁粉末的含量相对于粘结磁铁成型体32的全体积可以设为10～60体积％，也可以设为20～50体积％。

轴34是沿着粘结磁铁成型体32的厚度方向延伸的长条状的部件，具有大致圆柱状的外径。轴34的长度例如可以为3～20mm，也可以为5～15mm。另外，轴34的直径被设计为轴34嵌合于粘结磁铁成型体32的贯通孔33的尺寸，且可设计为与贯通孔33的直径相同或稍小。

构成轴34的材料可以从非磁性材料中选择。作为构成轴34的非磁性材料，例如可举出铝、铜、黄铜及不锈钢等。轴34在本实施方式中由黄铜构成。

轴34具有安装有粘结磁铁成型体32的第一端部35和安装于电动马达20的旋转轴22的第二端部36。在第二端部36设置有沿着轴34的轴34a延伸的孔36a。在将相对于轴34同轴配置的旋转轴22在第二端部36安装于轴34时，向第二端部36的孔36a压入电动马达20的旋转轴22的传感器侧端部22b。

在轴34的第一端部35，在贯通孔33与粘结磁铁成型体32嵌合。轴34的第一端部35与沿着粘结磁铁成型体32的中心轴设置的贯通孔33嵌合，由此，轴34和粘结磁铁成型体32被同轴配置。在本实施方式中，轴34的第一端部35的端面35a从粘结磁铁成型体32的贯通孔33露出，但第一端部35未完全贯通粘结磁铁成型体32，第一端部35的端面35a存在于从粘结磁铁成型体32的端面32a退出的位置(引入的位置)。

在此，粘结磁铁成型体32向轴34的第一端部35的安装通过注塑成形进行。在进行注塑成形时，首先，将轴34以第二端部36朝向上方的方式固定于下部模具内。下部模具具有形成收纳轴34的凹部及粘结磁铁成型体的下部的空间。接着，在下部模具上安装上部模具并将模具封闭，在模具内形成可制造粘结磁铁成型体32的模腔。接着，将含有树脂及磁铁粉末的原料组合物通过加热等流动化，向上述模具内的模腔注塑，通过冷却等使其固化，由此在轴34的第一端部35形成粘结磁铁成型体32。在粘结磁铁成型体32为各向同性粘结磁铁成型体的情况下，注塑成形在无磁场下进行。另一方面，在粘结磁铁成型体32为各向异性粘结磁铁成型体的情况下，注塑成形在磁场中进行。粘结磁铁成型体32也可以使用采用了热固化性树脂的所谓传递模塑成形而形成。

另外，如图4所示，被粘结磁铁成型体32覆盖的轴34的第一端部35由从接近端面35a的一方按顺序排列的、第一部分35b、第二部分35c及第三部分35d构成。第一部分35b和第三部分35d是实质上具有同一直径的部分，第二部分35c是具有比第一部分35b及第三部分35d的直径小的直径的部分。因此，在轴34的第一端部35，在第二部分35c，在外周面上设置有沿着周向的环状槽37。粘结磁铁成型体32进入环状槽37。另外，在第一端部35的第三部分35d设置有多个(本实施方式中为10个)凹部38，粘结磁铁成型体32进入各凹部38。多个凹部38为所谓扁平滚花，沿着轴34的轴34a(与第一端部35的轴相同的轴)延伸，并且以轴34的轴34a为基准以等角度间隔排列(参照图4(b))。

返回图3，在磁铁结构体30上，粘结磁铁成型体32的N极及S极在与轴34的轴34a垂直的方向上分开配置。由此，在磁铁结构体30的周围产生图示的M那样的静磁场，在轴34的轴34a上产生相对于轴34a垂直的方向的磁场。轴34a上的磁场的方向根据磁铁结构体30的旋转方向R上的旋转位置发生变化，因此，通过在第一端部35侧与磁铁结构体30相对配置的旋转传感器40检测磁场的方向，能够检测磁铁结构体30的旋转角度。

在旋转角度检测器15中，电动马达20的旋转轴22安装有轴34的第二端部36。于是，磁铁结构体30与旋转轴22的转动连动而以轴34的轴34a为中心向方向R旋转。因此，通过检测磁铁结构体30的旋转角度，能够检测电动马达20的旋转轴22的旋转角度。

如以上所说明的那样，在磁铁结构体30中，轴34的第一端部35的端面35a从粘结磁铁成型体32露出。因此，在将磁铁结构体30向第二端部36侧按压，将电动马达的旋转轴22压入第二端部36时，能够按压露出的第一端部35的端面35a。即，能够不对粘结磁铁成型体32施加压力地进行压入。因此，压入时的粘结磁铁成型体32的破损或变形被抑制，且因它们而引起的磁特性的变化被有意地抑制，由此实现磁特性的稳定化。

在本实施方式中，上述的环状槽37及凹部38为粘结磁铁成型体32的贯通孔33的内周面和第一端部35的外周面卡合的卡合部。通过这种卡合部可抑制粘结磁铁成型体32相对于轴34的相对的位置偏移或粘结磁铁成型体32从轴34的脱离。在环状槽37中，第一部分35b和第二部分35c之间的阶差及第二部分35c和第三部分35d之间的阶差特别是在轴34a的方向上抑制粘结磁铁成型体32和轴34发生位置偏移，并且抑制粘结磁铁成型体32从轴34的脱离。另外，多个凹部38特别是在轴34的外周的周向上抑制粘结磁铁成型体32和轴34发生位置偏移。由此，实现由旋转角度检测器15检测的旋转角的精度提高。

在本实施方式中，多个凹部38以轴34的轴34a为基准以等角度间隔排列，因此，关于将磁铁结构体30用于旋转角度检测器15时的周向的传感器特性的偏差被抑制。

关于卡合部，如图5～9所示，可以为各种方式。

图5表示将作为卡合部的多个凹部38设置于轴34的第一端部35的第一部分35b的方式。另外，图6表示将作为卡合部的多个凹部38设置于轴34的第一端部35的第二部分35c(即环状槽37的底面)的方式。即使为图5及图6所示的方式，多个凹部38也特别是在轴34的外周的周向上抑制粘结磁铁成型体32和轴34发生位置偏移。此外，也可以是不在第一部分35b、第二部分35c、第三部分35d的任一个，而在第一部分35b、第二部分35c、第三部分35d中的多个部分设置凹部38的方式。

如图7所示，在第一端部35为具有均匀的直径的圆柱状部分的情况下，能够遍及第一端部35的大部分设置多个凹部38。

图8中，作为卡合部，在第一端部35的外周面设置有网眼状的凹凸图案39(所谓绫眼滚花)。该情况下，通过粘结磁铁成型体32覆盖设置于第一端部35的外周面的网眼状的凹凸图案39，粘结磁铁成型体32的贯通孔33的内周面和第一端部35的外周面卡合，可抑制粘结磁铁成型体32相对于轴34的相对的位置偏移及粘结磁铁成型体32从轴34的脱离。

图9中，作为卡合部，在第一端部35的外周面设置有底面为平坦的槽37A。槽37A通过所谓D切断加工而形成，槽37A的侧面呈D字状(参照图9(b))。作为卡合部，在第一端部35的外周面的相对的位置也可以形成一对槽37A(所谓H切断)。即使是这种卡合部，也能够抑制粘结磁铁成型体32相对于轴34的相对的位置偏移及粘结磁铁成型体32从轴34的脱离。

本实用新型不限于上述实施方式，可以采用各种变形方式。

例如，在上述实施方式中，使用具有圆柱形状的外形的轴，但也可以使用具有角柱状的外形或椭圆柱状的外形的轴。另外，磁铁成型体的贯通孔的形状可以根据轴的外形适宜变形。再有，磁铁成型体的外形不限于圆板状，也可以是其它板状(例如四边形板状或六边形板状等多边形板状)的外形。在上述实施方式中，示出将轴和磁铁成型体同轴配置的方式，但也可以采用将轴的轴和磁铁成型体的轴错开，在偏离磁铁成型体的中心轴的位置安装轴的方式。

另外，在上述实施方式中，作为通过压入将磁铁结构体30的轴34和电动马达20的旋转轴22连结的结构，示出在设置于轴34的第二端部36侧的孔36a插入旋转轴22的方式，但也可以为在旋转轴22侧设置孔，在该孔插入轴34的第二端部36的方式。

再有，轴34只要是通过压入而与电动马达20的旋转轴22连结的结构，则也可以是中空部件或筒状部件。

另外，如果轴34的第一端部35的端面35a从粘结磁铁成型体32露出，则轴34的第一端部35可以为完全贯通粘结磁铁成型体32的方式，也可以为第一端部35的端面35a存在于从粘结磁铁成型体32的端面32a伸出的位置的方式。在轴34的第一端部35从粘结磁铁成型体32伸出的情况下，在进行磁铁结构体30的压入时，容易按压端面35a，另一方面，容易产生轴34与旋转传感器40接触的事态。