JP2004023801A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】外来磁気ノイズによるクランク角度センサの誤作動を防止することにある。
【解決手段】エンジンのクランク角度を、クランクシャフトと共に回転する点火信号トリガマグネット２２と、点火信号トリガマグネット２２に近接配置されたホールＩＣからなるクランク角度センサ８にて検出する。点火信号トリガマグネット２２は、無着磁領域を設けることなく、円周方向にＮ極に着磁された点火許可領域２４と、Ｓ極に着磁された点火不許可領域２５とから構成される。点火信号トリガマグネット２２は、外来磁気ノイズより大きく、クランク角度センサ８が過飽和状態となる大きさの磁束密度を有する。クランク角度センサ８は点火信号トリガマグネット２２から受ける磁束により過飽和状態となり、外来磁気ノイズがあっても誤動作することなく正常に作動する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランクシャフトに接続される回転電機に関し、特に、エンジンの点火基準信号を出力する部位を有する回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車などエンジンでは、クランクシャフトの回転角度を検出し、エンジンの温度や負荷等に基づいてエンジンの点火時期を調整している。クランクシャフトの角度検出には種々の角度センサが使用されるが、そのひとつとしてパルサコイルを使用したものが知られている。パルサコイルは、その近傍を金属などの導電体が通過すると一定の信号を送出するものであり、一般にリラクタと呼ばれる金属突起との組み合わせで使用される。
【０００３】
クランクシャフトには発電機のロータやフライホイールなどが接続されている場合が多く、それらはクランクシャフトと共に回転する。そこで、このような発電機では、フライホイール等にリラクタを設け、クランクシャフトの回転と共にパルサコイルの近傍を通過させることによりクランク角度の検出を行っている。この場合、ロータがフライホイールを兼ねた発電機（ＡＣＧ）では、クランクシャフトと共に回転するロータヨーク外周にリラクタが設けられる。一定のクランク角度となるとリラクタがパルサコイルに接近離反し、それに伴ってパルサコイルから信号が出力される。そして、このパルサコイルからの出力を基準信号として用い、エンジンの点火時期が制御される。
【０００４】
ところが、ロータヨーク外周にリラクタを設けると、リラクタ設置場所をロータヨークに確保しなければならず、エンジン周りのレイアウト性が良くないという問題があった。また、ロータヨークの周壁面を外側に打ち出してリラクタを形成するため、ロータヨークの真円度が低下し、回転ムラが生じ易くなるという問題がある。さらに、ロータヨーク成形に際しリラクタ形成工程が追加されるため、製造工数が増大するという問題もある。そこで、ブラシレスタイプのスタータモータを兼用した始動発電機では、このようなリラクタとパルサコイルに代えて、点火信号トリガマグネットとホールＩＣとの組み合わせによってクランク角を検出する構成が検討されている。
【０００５】
すなわち、エンジンのクランクシャフトに接続される発電機には、構成の近似性からスタータモータとして使用されるものもあり、かかる始動発電機では、モータをブラシレスタイプとすると、通電タイミング制御用にロータ角度検出用のセンサマグネットとホールＩＣが必要となる。そこで、クランク角度検出にもこれと同様の構成を採用し、点火信号トリガマグネットとホールＩＣによってこれを行い、前述のような問題を有するリラクタを廃した構成が検討されている。例えば、特開２００１−３４９２２８号公報には、アウタロータに２個のマグネットリングを取り付け、それらをクランク角度センサとロータ角度センサに対向配置したものが示されている。
【０００６】
ところで、このように点火信号トリガマグネットとホールＩＣによって点火基準信号を得る装置では、点火信号トリガマグネット５１は図５のように形成される。図５は、点火信号トリガマグネット５１の着磁形態を示す説明図である。点火信号トリガマグネット５１はリング状に形成され、Ｓ極領域（外周面がＳ極を示す領域、以下同様）５２と、Ｎ極領域５３及び無着磁領域５４とから構成される。点火信号トリガマグネット５１の外周近傍にはホールＩＣ５５が対向配置され、ホールＩＣ５５は点火信号トリガマグネット５１の極性変化に伴って出力信号が変化する。Ｎ極領域５３は、磁極変化によりホールＩＣ５５の動作を切り替えるために設けられており、Ｓ極領域が４０°程度であるのに対し、２０°程度に小さく設けられている。Ｓ極領域５２とＮ極領域５３以外の残りの部分は、無着磁領域５４となっている。そして、制御装置側にてこの出力変化を捉えて点火基準信号を取得し、エンジンの点火時期制御を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点火信号トリガマグネット５１に図５のような無着磁領域５４を設けると、外来磁気ノイズの影響によりホールＩＣ５５が誤動作するという問題があった。図６は、外来磁気ノイズとホールＩＣ５５の反応閾値との関係を示す説明図である。ホールＩＣ５５の周囲にはコイルや発電機以外の様々な機器が配置されおり、これらは磁気ノイズの発生源ともなっている。ホールＩＣ５５は、０．５ｍＴ程度の磁束密度から反応するが、これらによる外来磁気ノイズには、図６に示すように０．５ｍＴを超えるものも存在する。このような外来磁気ノイズが現れると、ホールＩＣ５５がそれに反応し出力信号が変化する場合がある。出力信号が変化するとクランク角度とは無関係に点火基準信号が形成されるおそれがあり、エンジンの点火制御形態が混乱し、正常なエンジン動作が妨げられるという問題が生じる。
【０００８】
特に、クランク角度センサとロータ角度センサを近接配置すると、クランク角度センサがセンサマグネットと近接する。このため、クランク角度センサ（ホールＩＣ５５）がセンサマグネットの回転に伴う磁気ノイズの影響を受け易くなり、誤動作が生じる可能性がより高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、外来磁気ノイズによるクランク角度センサの誤作動を防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、コイルが巻装されたステータと、前記ステータの外周又は内周に回転自在に配設され、エンジンのクランクシャフトに接続されたロータと、前記ロータに周方向に沿って取り付けられた複数個の界磁用マグネットと、前記ロータに取り付けられ、無着磁領域を設けることなく、円周方向に一の極性に着磁された点火許可領域と、他の極性に着磁された点火不許可領域とが設けられた点火信号トリガマグネットと、前記点火信号トリガマグネットの極性変化に伴って前記エンジンの点火基準信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の回転電機にあっては、点火信号トリガマグネットに磁気検出素子が外来磁気ノイズの影響を受け易い無着磁領域が存在せず、点火許可領域以外の部位は、全て着磁された点火不許可領域となっている。このため、磁気検出素子が外来磁気ノイズの影響を受けにくくなり、磁気検出素子の誤動作によるクランク角度の誤認識が抑えられ、エンジン点火時期の適正な制御が可能となる。
【００１２】
前記回転電機において、前記点火信号トリガマグネットの磁束密度を、前記磁気検出素子が過飽和状態となる大きさにしても良い。これにより、磁気検出素子は点火信号トリガマグネットから受ける磁束により過飽和状態となり、外来磁気ノイズの影響が排除される。従って、磁気検出素子は外来磁気ノイズがあっても誤動作することなく正常に作動し、誤った点火基準信号が出力されるのを防止できる。このため、クランク角度を正しく把握でき、エンジン点火時期の適正な制御が可能となる。
【００１３】
また、前記点火信号トリガマグネットの磁束密度が、前記磁気検出素子に入力される外来磁気ノイズの磁束密度より大きくなるようにしても良い。これにより、磁気検出素子が外来磁気ノイズの影響を受けて誤作動するのを防止できる。
【００１４】
一方、前記回転電機に、前記界磁用マグネットと同極数の磁極を備えたセンサマグネットと、前記センサマグネットの極性変化に伴って前記ロータの回転位置検出信号を出力する第２の磁気検出素子をさらに設けても良い。これにより、前記回転電機をブラシレスモータとして使用することが可能となる。この場合、前記点火信号トリガマグネットと前記センサマグネットを無着磁部を挟んで一体に形成しても良い。両マグネットを一体化することにより、回転電機の小型化が図れると共に、組付工数を削減できコストダウンが可能となる。また、組み付け精度も向上する。さらに、無着磁部を両マグネット間に介設することにより、他方の磁気検出素子への影響を抑えることが可能となる。
【００１５】
また、前記回転電機を、前記エンジンのスタータとして機能すると共に、前記エンジン始動後は前記コイルに生じる起電力により発電機として機能する始動発電機に構成しても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態である始動発電機の構成を示す断面図である。図１の始動発電機１は、ブラシレスモータと発電機を兼用したアウタロータ型の回転電機であり、例えば自動二輪車におけるＡＣＧ（交流発電機）スタータとして使用される。始動発電機１は、大きく分けてロータ２とステータ３とから構成されており、ロータ２には界磁用マグネット４が、ステータ３にはコイル５が取り付けられている。
【００１７】
ロータ２は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）に取り付けられる。ロータ２は、ステータ３の外側に回転自在に配設され、フライホイールとしても機能する。ロータ２は、有底円筒形状のロータヨーク１１と、ロータヨーク１１に取り付けられクランクシャフトに固定されるボスロータ１２とを備えている。ロータヨーク１１とボスロータ１２は共に鉄等の磁性材料にて形成されている。ロータヨーク１１の円筒部１１ａの内周面には、内面側の極性が交互にＮ極とＳ極になるように界磁用マグネット４が周方向に沿って複数個（例えば２４個）配設されている。
【００１８】
ボスロータ１２は、円盤状のフランジ部１２ａと略円筒形状のボス部１２ｂとからなる。フランジ部１２ａは、ロータヨーク１１の底部１１ｂに同心的に取り付けられる。ボス部１２ｂはフランジ部１２ａから回転中心線に沿って突設され、クランクシャフトにテーパ結合される。一方、ステータ３は、複数枚の鋼板を重ねて形成したステータコア１４を備えている。ステータコア１４には複数個の突極が形成されており、突極の周囲にコイル５が巻装されている。そして、クランクシャフトが回転するとボス部１２ｂが共に回転し、ロータ２がコイル５の外側にて回転する。
【００１９】
ロータ２のボス部１２ｂ先端には、円筒形状のリングマグネット６が取り付けられており、その外周にはマグネットカバー１３が外装されている。図２は、リングマグネット６の構成を示す斜視図である。図２に示すように、リングマグネット６は、ロータ角度検出用のセンサマグネット２１とクランク角検出用の点火信号トリガマグネット２２を、無着磁部２３を挟んで一体に形成した構成となっている。センサマグネット２１は、界磁用マグネット４の磁極に対応して、同磁極数（例えば２４極）に着磁されている。これに対し点火信号トリガマグネット２２は、Ｎ極とＳ極が１極ずつ設けられている。このように両マグネット２１，２２を一体化することにより、始動発電機１の小型化が図れると共に、組付工数が削減されコストダウンが可能となる。また、両マグネット２１，２２を個別に組み付ける場合に比して組付精度も向上する。さらに、無着磁部２３を両マグネット２１，２２間に介設することにより、他方の磁気検出素子への影響を抑えられる。
【００２０】
図３は、点火信号トリガマグネット２２の着磁形態を示す説明図である。図３に示すように、点火信号トリガマグネット２２では、無着磁領域を設けることなく、Ｓ極に着磁された点火許可領域２４と、Ｎ極に着磁された点火不許可領域２５とが設けられている。点火許可領域２４は、図５に示した従来の点火信号トリガマグネット５１と同様、着磁角度が約４０°に形成されている。そして、残りの約３２０°は全て点火不許可領域２５（Ｎ極）となっている。
【００２１】
一方、ステータ３側には、ホールＩＣ（磁気検出素子）からなるロータ角度センサ７とクランク角度センサ８を備えたセンサユニット９が取り付けられている。センサユニット９は、ねじ１５によってステータコア１４の端部に取り付けられ、リングマグネット６の外周に対向設置される。ロータ角度センサ７はセンサマグネット２１の外側に配設され、センサマグネット２１の磁極変化に伴い連続パルス状のセンサ信号を出力する。一方、クランク角度センサ８は点火信号トリガマグネット２２の外側に配設され、点火信号トリガマグネット２２の磁極変化に伴い単パルス状の点火基準信号を出力する。これらのセンサ信号と点火基準信号は、図示しない制御装置に送られる。
【００２２】
自動二輪車のスタータスイッチがＯＮされると、制御装置はコイル５に通電を行い始動発電機１がモータとして機能する。制御装置はロータ角度センサ７からのセンサ信号に基づきコイル５に適宜通電を行い、ロータ２の周囲に回転磁界を形成する。これにより、ロータ２が回転駆動されエンジンが始動される。一方、エンジンが始動しスタータスイッチがＯＦＦされると、ロータ２がエンジンによって回転され、始動発電機１は発電機として機能する。すなわち、ロータ２がステータ３の周囲で回転すると、界磁用マグネット４の磁界がコイル５を切り、起電力が生じ発電が行われる。
【００２３】
エンジンの回転に伴い、クランク角度センサ８からは点火基準信号が出力される。すなわち、点火信号トリガマグネット２２の点火許可領域２４の両端部で出力信号が変化し、点火不許可領域２５と点火許可領域２４との境界部Ａで点火トリガ信号が出力され、その後、点火許可領域２４と点火不許可領域２５との境界部Ｂで固定点火信号が出力される。点火トリガ信号を受信した制御装置は、エンジンの温度や負荷等を勘案して点火時期を決定する演算を開始し、適当な時期にエンジンを点火する。始動時や冷態時などでは固定点火信号が使用され、固定点火信号入力時にエンジンを点火する。
【００２４】
さらに、当該始動発電機１では、点火信号トリガマグネット２２の点火許可領域２４以外の部位は、全てＮ極に着磁された点火不許可領域２５となっている。つまり、点火信号トリガマグネット２２には無着磁領域が存在しておらず、このためクランク角度センサ８が外来磁気ノイズの影響を受けにくくなっている。図４は、点火信号トリガマグネット２２と外来磁気ノイズの着磁量との関係を示す説明図である。
【００２５】
図４に示すように、点火信号トリガマグネット２２は全周に亘って６ｍＴの着磁量を有している。この場合、点火信号トリガマグネット２２の着磁量（６ｍＴ）は、クランク角度センサ８を過飽和状態とするに十分なものであり、しかも、外来磁気ノイズの磁束密度（最大２ｍＴ程度）より大きく設定されている。従って、クランク角度センサ８は、点火信号トリガマグネット２２から受ける磁束により過飽和状態となり、外来磁気ノイズの影響が排除される。すなわち、クランク角度センサ８は境界部Ａ，Ｂでのみ反応し、外来磁気ノイズがあっても誤動作することなく正常に作動する。このため、誤った点火基準信号が形成されることがなく、クランク角度を正しく捉えることが可能となり、エンジンの点火時期を適正に制御できる。
【００２６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、センサマグネット２１と点火信号トリガマグネット２２を一体に形成した構成を示したが、これらを別々に形成してロータ２に取り付けても良い。その際、センサマグネット２１と点火信号トリガマグネット２２を隣接して設ける必要はなく、それらを離れた位置に取り付けても良い。また、リングマグネット６の無着磁部２３は必ずしも設けなくとも良いが、センサマグネット２１と点火信号トリガマグネット２２との間に間隔を設けた方が、ロータ角度センサ７，８への影響という点では有利である。
【００２７】
一方、前述の実施の形態では、本発明の回転電機をスタータ・発電機兼用の装置（始動発電機）に適用した例を示したが、発電機単体あるいはブラシレスモータ単体として使用される回転電機にも本発明は適用可能である。また、自動二輪車のみならず四輪自動車の発電機にも適用可能である。さらに、前述の実施の形態では、アウタロータ型の回転電機に本発明を適用した例を示したが、ロータがステータの内側に配設されるいわゆるインナーロータ型の回転電機に本発明を適用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の回転電機によれば、点火信号トリガマグネットを、無着磁領域を設けることなく、円周方向に一の極性に着磁された点火許可領域と、他の極性に着磁された点火不許可領域とで構成したので、点火信号トリガマグネットの点火許可領域以外の部位は全て着磁された点火不許可領域となり、磁気検出素子が外来磁気ノイズの影響を受けにくくなる。従って、磁気検出素子の誤動作によるクランク角度の誤認識が抑えられ、エンジン点火時期の適正な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である始動発電機の構成を示す断面図である。
【図２】図１の始動発電機で使用されるリングマグネットの構成を示す斜視図である。
【図３】点火信号トリガマグネットの着磁形態を示す説明図である。
【図４】点火信号トリガマグネットと外来磁気ノイズの着磁量との関係を示す説明図である。
【図５】従来の点火信号トリガマグネットの着磁形態を示す説明図である。
【図６】外来磁気ノイズとホールＩＣの反応閾値との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　始動発電機
２　　ロータ
３　　ステータ
４　　界磁用マグネット
５　　コイル
６　　リングマグネット
７　　ロータ角度センサ
８　　クランク角度センサ
９　　センサユニット
１１　　ロータヨーク
１１ａ　円筒部
１１ｂ　底部
１２　　ボスロータ
１２ａ　フランジ部
１２ｂ　ボス部
１３　　マグネットカバー
１４　　ステータコア
１５　　ねじ
２１　　センサマグネット
２２　　点火信号トリガマグネット
２３　　無着磁部
２４　　点火許可領域
２５　　点火不許可領域
５１　　点火信号トリガマグネット
５２　　Ｓ極領域
５３　　Ｎ極領域
５４　　無着磁領域
５５　　ホールＩＣ
Ａ，Ｂ　境界部

Claims (6)

1. コイルが巻装されたステータと、
   前記ステータの外周又は内周に回転自在に配設され、エンジンのクランクシャフトに接続されたロータと、
   前記ロータに周方向に沿って取り付けられた複数個の界磁用マグネットと、
   前記ロータに取り付けられ、無着磁領域を設けることなく、円周方向に一の極性に着磁された点火許可領域と、他の極性に着磁された点火不許可領域とが設けられた点火信号トリガマグネットと、
   前記点火信号トリガマグネットの極性変化に伴って前記エンジンの点火基準信号を出力する磁気検出素子とを有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、前記点火信号トリガマグネットは、前記磁気検出素子を過飽和状態とする磁束密度を有することを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２記載の回転電機において、前記点火信号トリガマグネットは、前記磁気検出素子に入力される外来磁気ノイズの磁束密度より大きい磁束密度を有することを特徴とする回転電機。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機において、前記回転電機は、前記界磁用マグネットと同極数の磁極を備えたセンサマグネットと、前記センサマグネットの極性変化に伴って前記ロータの回転位置検出信号を出力する第２の磁気検出素子をさらに有することを特徴とする回転電機。
5. 請求項４記載の回転電機において、前記点火信号トリガマグネットと前記センサマグネットは無着磁部を挟んで一体に形成されることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機において、前記回転電機は、前記エンジンのスタータとして機能すると共に、前記エンジン始動後は前記コイルに生じる起電力により発電機として機能する始動発電機であることを特徴とする回転電機。

Images