JP2013233030A - 始動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な回転位置の検出や点火時期の検出を可能としつつ、ロータの製造コストを低減することができる始動発電機を提供する。
【解決手段】ロータ磁石４は、９０度の角度幅で平面円弧状に形成された４個の磁石片４１〜４４を円周上に配置して形成される。各磁石片４１〜４４には、３個の磁極部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ、４４ａ，４４ｂ，４４ｃが等しい角度幅で形成される。隣接する磁極部は相互に相違する磁極の磁極部として帯磁される。磁石片４１〜４４内の１個の磁極部４３の端部に、磁極部４３ｂの磁極とは相違した磁極を有する検出磁極部４３ｄが設けられる。ロータ磁石４は、４個の磁石片４１〜４４を略隙間無く円周上に配置して形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動二輪車等のエンジンに搭載され、エンジンの始動、点火、及び搭載バッテリの充電等に使用される始動発電機に関する。

自動二輪車等のエンジンに搭載される始動発電機は、基本的には、回転子が中央にボス部を有したカップ状に形成され、その外周壁を形成するヨーク部の内側に沿って、ロータ磁石が円環状に装着され、固定子が回転子の内側に、発電コイルを巻装した複数の磁極部を放射状に配置して構成され、回転子のボス部がエンジンのクランク軸に嵌合固定される。

また、この種の始動発電機は、エンジンの始動時、スタータ用のブラシレスモータとして使用されるので、例えば、下記特許文献１に記載されるように、モータドライバ用の回転位置信号を発生させるために、回転位置検出センサが設けられ、さらに、エンジンの点火時期を示す点火時期基準信号を発生させるために、点火時期検出用の検出センサが設けられる。

このような回転検出センサを有した始動発電機は、固定子の内周部に回転位置検出センサ及び点火時期検出センサが取り付けられ、これらの回転検出センサに対向して、回転子のボス部の周面に、回転位置検出用環状マグネットが設けられ、さらに点火時期検出センサに対向して点火時期検出用環状マグネットが設けられる。このため、マグネット等の部品点数が増大する共に、回転子及び固定子の軸方向の厚さ寸法が増大し、また、環状マグネットの着磁位置の誤差等により、正確な回転位置信号や点火時期信号の検出が阻害され易いという課題があった。

特開２００３-１４８３１７号公報 特開２００９-８９５８８号公報

そこで、従来、回転位置検出用環状マグネット及び点火時期検出用環状マグネットを設けることなく、回転子のマグネットと磁気センサを用いて、回転位置信号と点火時期信号を発生させる始動発電機が、上記特許文献２等により提案されている。

この始動発電機は、回転子のマグネットにおける磁束の切換を磁気センサで検出するために、固定子のステータコアに複数の切欠凹部を設け、それらの切欠凹部内に磁気センサを挿入すると共に、回転子の１個のマグネットの一部に、隣接するマグネットと同じ極性の磁極部を設け、その磁極部とそれに対向する磁気センサにより点火時期検出信号を発生させるように構成される。また、回転子のマグネットは、単極に着磁されたマグネット片が、磁極数だけ円周上に配置され、回転子のヨーク部に取り付けられている。

然るに、この従来の始動発電機は、その回転子の環状マグネットが、単極のマグネット片を所定の等間隔をおいて円周上に配置して形成されるため、回転子を製造する際、例えば極数が１２極の回転子を製造する場合、１２個のマグネット片を製造して単極に着磁し、且つ点火時期検出用のマグネット片には２種の磁極を着磁し、それら１２個のマグネット片を、異磁極同士で隣接して、円周上に等間隔をおいて配置する必要がある。

このため、回転子を製造する場合、数多くのマグネット片を所定の大きさに成形して製造し、かつ所定の磁極に着磁し、さらに、それらのマグネット片を、専用の位置決め用治具を使用して、回転子のヨーク部の円周上に、正確に配置して固定する必要があり、そのために、作業工数が嵩み、製造コストが増大する課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、正確な回転位置の検出や点火時期の検出を可能としつつ、ロータの製造コストを低減することができる始動発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の始動発電機は、中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にヨーク部を形成し、ヨーク部の内側にロータ磁石を装着したロータと、該ロータの内側に静止して配設され、発電コイルをステータコアに巻装した複数の突極部を有したステータと、を備え、該ステータに取り付けられた複数の磁気センサにより該ロータの回転位置を検出してその検出信号を出力する始動発電機において、該ロータ磁石は、所定角度幅で平面円弧状に形成された複数の磁石片を円周上に配置して形成され、該各磁石片には、複数の磁極部が等しい角度幅で形成されるとともに、隣接する磁極部は相互に相違する磁極の磁極部として帯磁され、該磁石片内の１個の磁極部の端部には、隣接する磁極と同じ磁極を有する検出磁極部が設けられ、該ロータ磁石は、複数の磁石片を略隙間無く円周上に配置して形成されたことを特徴とする。

この発明によれば、ロータの製造時、例えば極数が１２極のロータ磁石を製造する際、単極の磁石片を使う場合、ロータ磁石には、１２個の磁石片を必要とするが、例えば３つの磁極を帯磁させた磁石片を使用する場合には、４個の磁石片を製造すればよい。単極の磁石片と複数極の磁石片とはその製造時の加工費が殆ど同じで、磁石に着磁する際の加工工数も変わらないことから、従来の単極の磁石片を使用する場合に比して、複数の磁極を形成した少数の磁石片を使用することにより、ロータの製造コストを下げることができる。

さらに、ロータ磁石は複数の磁石片を略隙間無く円周上に配置して形成されるので、ロータ磁石の磁石片をヨーク部の内側に取り付ける際、従来のように特別な位置合わせ用治具を用いて各磁石片を位置決めすることなく、簡単に且つ正確に磁石片を組み合わせて配置し、円環状のロータ磁石を少ない組付工数で安価に製造することができる。

ここで、上記始動発電機において、複数の磁気センサは、センサユニットの基板ケースのセンサカバー部内に配設されるとともに、該センサカバー部を介してステータの各突極部のステータコア間の隙間に挿入され、前記ロータのロータ磁石は、異なる磁極の磁極部が交互に環状に配置されて形成され、１つの該磁極部の端部に隣接する該磁極部と同じ磁極を有する検出磁極部が形成され、該複数の磁気センサのうちの何れか１つの磁気センサが、該検出磁極部にのみ達するように配置するように構成することができる。

この発明によれば、ロータ磁石の特定の磁石片の磁極部に検出磁極部を形成し、ロータの回転に伴う磁極の切換の磁束変化を、磁気センサを介してロータの回転位置を検出するので、製造時、特定の磁石片に検出磁極部を、他の磁極部とともに簡単に着磁することができ、磁気センサによって確実に点火時期検出用のロータの回転位置を安定して検出することができる。

また、上記始動発電機において、１２極のロータを製造する場合、上記各磁石片を９０度の角度幅で平面円弧状に形成し、４個の円弧状の磁石片を円周上に配置して、円環状のロータ磁石を形成し、各磁石片には３個の磁極部を３０度の角度幅で形成し、ロータ磁石を構成することが好ましい。これによれば、ロータに使用される磁石片の数、製造時の磁石片の加工工数、組付工数などの全体的な観点から、製造コストを最小とすることができる。

さらに、上記始動発電機において、１２極のロータを製造する場合、上記各磁石片を６０度の角度幅で平面円弧状に形成し、６個の円弧状の磁石片を円周上に配置して、円環状のロータ磁石を形成し、各磁石片には２個の磁極部を３０度の角度幅で形成し、ロータ磁石を構成することができる。これによれば、ロータに使用される磁石片の数、製造時の磁石片の加工工数、組付工数などの全体的な観点から、製造コストを最小とすることができる。

本発明の始動発電機によれば、精度の高い回転位置信号及び点火時期信号を発生させることができ、且つロータをより安価に製造することができる。

本発明の一実施形態を示す始動発電機の正面図である。 エンジンのクランク軸に取り付けた状態の始動発電機の中央断面図である。 センサユニットの取り付け状態を示す部分拡大断面図である。 ロータの平面に沿った断面図である。 ロータ磁石の展開配置図である。 センサユニットの分解正面図である。 センサユニットの分解平面図である。 センサユニットの分解斜視図である。 磁気センサとロータ磁石の関係を示す説明図である。 回転位置検出信号、点火時期信号を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は始動発電機の正面図を示し、図２はその中央縦断面図を示している。ロータ１は、中央にボス部３を有し、その外周部を囲うようにヨーク部２を設けてカップ状に形成され、ヨーク部２及びボス部３は、磁性体金属を材料にして、例えば熱間鍛造及び切削加工によって製作される。

ロータ１の中央のボス部３には、エンジンのクランク軸９に嵌着されるテーパ孔が形成され、ボス部３の先端には平坦な締付座面が形成され、ヨーク部２の内側には、例えば４分割された円弧状の磁石片４１〜４４からなるロータ磁石４が円環状に配設される。円環状に配設されたロータ磁石４は、ヨーク部２の内側に保持され、ロータ磁石４の内側に円筒状の保護カバー５が嵌着され、ヨーク部２の端部に形成したかしめ部を内側にかしめて所定位置に固定される。

ロータ磁石４は、図４のように、円弧状で円周方向に９０度の角度幅を持つ４個の磁石片４１〜４４を円環状に隙間なく配置して構成される。なお、４個の磁石片の他に、１８０度の角度幅を持つ２個の磁石片、或いは１２０度の角度幅を持つ３個の磁石片、或いは６０度の角度幅を持つ６個の磁石片を円環状に配置して構成することもできる。

図４に示すように、この実施形態のロータ磁石４の磁石片４１は、各々、９０度の角度幅で平面円弧状に形成され、図５に示すように、そこに３個の磁極部４１ａ、４１ｂ，４１ｃが円周方向に３０度幅で形成される。同様に、磁石片４２は、各々、９０度の角度幅で平面円弧状に形成され、そこに３個の磁極部４２ａ、４２ｂ，４２ｃが３０度幅で形成される。また、磁石片４３は、各々、９０度の角度幅で平面円弧状に形成され、そこに３個の磁極部４３ａ、４３ｂ，４３ｃが３０度幅で形成される。また同様に、磁石片４４は、各々、９０度の角度幅で平面円弧状に形成され、そこに３個の磁極部４４ａ、４４ｂ，４４ｃが３０度幅で形成される。なお、６０度の角度幅を持つ磁石片には、２個の磁極部を円周方向に３０度幅で形成することとなる。

４個の磁石片４１〜４４のうち、２個の磁石片４１，４３は、隣接する磁極がＮ・Ｓ・Ｎのように相互に相違した磁極となるように着磁され、２個の磁石片４２，４４は、隣接する磁極がＳ・Ｎ・Ｓのように相互に相違する磁極として着磁（帯磁）されている。これにより、図５のように、ロータ磁石４は、その全体で１２極の磁極部を、Ｎ極とＳ極を交互に円環状に隙間なく配置して構成されることとなる。

さらに、ロータ磁石４の磁石片４３は、そのうちの１つの磁極部４３ｂの端部に、磁極の相違した、つまり隣接する磁極と同じ磁極の検出磁極部４３ｄが、点火時期検出信号の発生用に帯磁される。ここでは、磁極部４３ｂがＳ極に帯磁されるため、その上の検出磁極部４３ｄはＮ極に帯磁され、隣接する磁極部４３ａ，４３ｃと同じ磁極に帯磁される。この磁石片４３の検出磁極部４３ｄは、後述の点火時期検出信号を発生するための磁気センサ１４ｄによって検出されるようになっている。

上記構成のロータ１は、図２のように、エンジンのクランク軸９の先端に、そのボス部３を嵌合させ、固定ボルトまたは固定ナットをクランク軸９の先端にねじ込み、固定される。ロータ１のボス部３のテーパ孔をクランク軸９の先端にはめ込む場合、クランク軸９のテーパ部の外周に取り付けたキーをロータ側のキー溝に嵌入することにより、ロータ１はエンジンのクランク軸９に対し所定の角度位置関係を設定し嵌合固定される。

一方、始動発電機のステータ２０は、図１、図２に示すように、ステータコア２２の外周部に突設された複数の突極部２１に、各々発電コイル２３を巻装して構成される。ステータコア２２は、環状の継鉄部２４の外周部に複数の突極部２１を設けた形状に打ち抜いた複数の鋼板を積層し、それをリベットにより固定して形成される。最前面の鋼板と背面の鋼板における突極部２１の先端は外側にフランジ状に曲折され、その部分に巻装する発電コイル２３の保持機能を持たせている。ステータコア２２の各突極部２１には、発電コイル２３が巻線機により順に所定のターン数巻回され、図１のように、その口出し線にワイヤハーネス８が接続される。

さらに、ステータ２０には、ロータ１の回転位置を検出してその回転位置検出信号及び点火時期信号を発生させるために、ホールＩＣ等の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを備えたセンサユニット１０が所定位置に取り付けられる。センサユニット１０は、図６〜図８に示すように、基板ケース１１内に磁気センサ１４の検出信号用の回路基板１２を収納し、基板ケース１１の底部に４本のセンサカバー部１５が突出するように設けられ、それらのセンサカバー部１５内に磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが挿入されて装着されるように構成される。

基板ケース１１は、図８などに示す如く、合成樹脂により箱状に一体成形され、基板ケース１１内底部には、内部に収納される回路基板１２を固定するために、回路基板１２固定用の割れピン部１１ａが突設される。回路基板１２には固定孔１２ａが設けられ、この固定孔１２ａを割れピン部１１ａに嵌め込み、回路基板１２が基板ケース１１内の所定位置に固定される。回路基板１２には、その内側面に回路が形成され、回路素子が実装されるとともに、磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、各々のセンサカバー部１５に挿入される形態で、長尺リード線または短尺リード線を介して、検出回路に接続される。

すなわち、図６〜図８に示す如く、回路基板１２には、４個の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、長尺リード線、短尺リード線を介して、各センサカバー部１５の位置に合わせ、内側に突き出す形態で取り付けられる。これにより、回路基板１２を基板ケース１１内の定位置に収納したとき、磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、各センサカバー部１５内に挿入され、基板ケース１１内に装着されるようになっている。４個の磁気センサの取り付け状態は、図６のように、ロータ１の回転位置を検出する３個の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが長尺リード線を介して取り付けられ、点火時期検出用の磁気センサ１４ｄはそれより短い短尺リード線を介して取り付けられる。

基板ケース１１の外側端部には固定孔を設けた取付部１３が形成され、この取付部１３をステータ２０の継鉄部２４に固定して基板ケース１１はステータ２０上に取り付けられる。この状態で、図３に示すように、磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、センサカバー部１５を介してステータ２０の突極部２１と突極部２１間の隙間に挿入され、ロータ１のロータ磁石４の回転に伴う磁束変化を検出するように取り付けられる。なお、図示は省略されているが、最終的には、基板ケース１１内にモールド樹脂が充填され、回路基板１２や磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは十分な耐振動強度を持って定位置に固定される。

このように、センサユニット１０の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、基板ケース１１をステータ２０の定位置に固定することにより、上記の如く、ステータ２０の突極部２１と突極部２１間の隙間に挿入配置される。そのとき、長尺リード線の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ロータ磁石４の磁極部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、磁極部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、及び磁極部４３ａ，４３ｂ，４３ｃに達する位置に取り付けられ、短尺リード線の磁気センサ１４ｄは、磁石片４３の磁極部４３ｂではなく、点火時期検出用の検出磁極部４３ｄの位置に対応して取り付けられることとなる。

つまり、センサユニット１０は、そこに設けた磁気センサ１４ａ〜１４ｄにより、ロータ磁石４の回転位置を検出するが、４個の磁気センサ１４のうちの１個の磁気センサ１４ｄは短尺リード線を有してロータ磁石４の端部の磁気を検出するので、その位置に対向して回転する磁石片４３は、その隣接する磁極と同じ磁極の検出磁極部４３ｄが磁気センサ１４ｄを通過する際、磁気センサ１４ｄは、Ｎ極の磁束を継続して検出する。これにより、ロータ磁石４の磁石片４３の検出磁極部４３ｄが、センサユニット１０の磁気センサ１４ｄに達したとき、磁気センサ１４ｄには、Ｎ・Ｎ・Ｎ極となって磁束の切換変化が生じず、ロータ磁石４の隣接する磁極部４３ａ〜４３ｃ間で、図１０に示す如く、連続する低レベル信号または高レベル信号を点火時期信号として発生させる。

このように、センサユニット１０は、図１の如く、ステータ２０の正面（クランク軸９に対する垂直面）に、取付部１３を介して固定ねじ１７により締付固定されるが、このとき、基板ケース１１の底部に突出したセンサカバー部１５を、図３のように、ステータ２０の突極部２１と突極部２１間のステータコア２２間に、正確に嵌入して固定される。これにより、センサカバー部１５内の各磁気センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、ステータコア２２の各突極部２１間に、正確に挿入される。また、ステータ２０の定位置に装着された短尺リード線の磁気センサ１４ｄは、ステータ２０をエンジンのクランクケース２７に固定した際、図９のように、ロータ磁石４の磁石片４３の検出磁極部４３ｄには達するが、磁極部４３ｂの端部に達しない位置に配置される。

一方、ステータコア２２の中央部の継鉄部２４には固定孔が穿設され、その固定孔に固定ねじ２６が挿通され、その固定ねじ２６によって、図１のようにステータ２０はエンジンのクランクケース２７の内側に固定される。ロータ１は、図２の如く、エンジンのクランク軸９の先端に、上記検出磁極部４３ｄを所定の角度位置として固定され、この状態で、上述のように、センサユニット１０の短尺リード線の磁気センサ１４ｄは、図９の如く、磁石片４３の検出磁極部４３ｄには達するが、磁極部４３ｂの端部に達しない位置に配置される。なお、基板ケース１１の底部に突き出したターミナル１６の外側端には、検出信号用のワイヤハーネス８が接続される。

このように構成された始動発電機は、エンジンの始動時、ブラシレスモータとして機能し、図示しないモータドライバからＵＶＷ各相の電流がステータ２０の各突極部２１のコイルに供給され、それによりロータ１が回転する。このとき、センサユニット１０の磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによって検出された回転位置検出信号がモータドライバに送られ、ブラシレスモータとして始動発電機が駆動され、始動発電機のロータ１の回転によりクランク軸９が回転駆動され、エンジンが始動する。

エンジンの始動に伴い、図示しないエンジンの制御部には、ロータ磁石４の磁束を検出した磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ,１４ｄからの回転位置検出信号と基準位置信号（磁気センサ１４ｄの検出信号）が入力され、この回転位置検出信号と基準位置信号に基づき点火時期信号が生成され、エンジンの点火時期制御が行われる。図１０に示すように、このときの点火時期信号は、磁気センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの回転位置検出信号と磁気センサ１４ｄからの高レベルの基準位置信号が継続するタイミングで生成される。

このように、従来の始動発電機の１２極のロータでは、単極の磁石片を使うために、１２個の磁石片を製造する必要があったが、本実施形態のロータ１では、３つの磁極を帯磁させた４個の磁石片４１〜４４を製造すればよく、各磁石片４１〜４４は９０度の角度幅で円弧状に形成すればよいため、単極の磁石片と複数極の磁石片とはその製造時の加工費が殆ど同じで、磁石に着磁する際の加工工数も殆ど変わらないことから、従来の単極の磁石片を使用する場合より、少数の磁石片を使用することによって、ロータ１の製造コストを下げることができる。

さらに、ロータ磁石４は９０度の角度幅の４個の磁石片４１〜４４を、略隙間無く円周上に配置すればよいため、ロータ磁石４の磁石片４１〜４４をヨーク部２の内側に取り付ける際、従来のような特別な位置合わせ用の治具などを使用せずに、簡単に且つ正確に磁石片４１〜４４を組み合わせて配置することができ、円環状のロータ磁石４を少ない組付工数で安価に製造することができる。

１ ロータ
２ ヨーク部
３ ボス部
４ ロータ磁石
５ 保護カバー
８ ワイヤハーネス
９ クランク軸
１０ センサユニット
１１ 基板ケース
１１ａ 割りピン部
１２ 回路基板
１２ａ 固定孔
１３ 取付部
１４ａ 磁気センサ
１４ｂ 磁気センサ
１４ｃ 磁気センサ
１４ｄ 磁気センサ
１５ センサカバー部
１６ ターミナル
２０ ステータ
２１ 突極部
２２ ステータコア
２３ 発電コイル
２４ 継鉄部
２７ クランクケース
４１ 磁石片
４１ａ 磁極部
４１ｂ 磁極部
４１ｃ 磁極部
４２ 磁石片
４２ａ 磁極部
４２ｂ 磁極部
４２ｃ 磁極部
４３ 磁石片
４３ａ 磁極部
４３ｂ 磁極部
４３ｃ 磁極部
４３ｄ 検出磁極部
４４ 磁石片
４４ａ 磁極部
４４ｂ 磁極部
４４ｃ 磁極部

Claims (4)

1. 中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にヨーク部を形成し、ヨーク部の内側にロータ磁石を装着したロータと、該ロータの内側に静止して配設され、発電コイルをステータコアに巻装した複数の突極部を有したステータと、を備え、該ステータに取り付けられた複数の磁気センサにより該ロータの回転位置を検出してその検出信号を出力する始動発電機において、
   該ロータ磁石は、所定角度幅で平面円弧状に形成された複数の磁石片を円周上に配置して形成され、該各磁石片には、複数の磁極部が等しい角度幅で形成されるとともに、隣接する磁極部は相互に相違する磁極の磁極部として帯磁され、該磁石片内の１個の磁極部の端部には、隣接する磁極と同じ磁極を有する検出磁極部が設けられ、該ロータ磁石は、複数の磁石片を略隙間無く円周上に配置して形成されたことを特徴とする始動発電機。
2. 前記複数の磁気センサは、センサユニットの基板ケースのセンサカバー部内に配設されるとともに、前記ステータの各突極部のステータコア間の隙間に該センサカバー部が挿入され、前記ロータのロータ磁石は、異なる磁極の磁極部が交互に円環状に配置されて形成され、１つの該磁極部の端部に、隣接する該磁極部と同じ磁極を有する検出磁極部が形成され、該複数の磁気センサのうちの何れか１つの磁気センサが、該検出磁極部にのみ達するように配置されたことを特徴とする請求項１記載の始動発電機。
3. 前記各磁石片は９０度の角度幅で平面円弧状に形成され、４個の磁石片を円周上に配置して前記ロータ磁石が形成され、該各磁石片には３個の磁極部が３０度の角度幅で形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の始動発電機。
4. 前記各磁石片は６０度の角度幅で平面円弧状に形成され、６個の磁石片を円周上に配置して前記ロータ磁石が形成され、該各磁石片には２個の磁極部が３０度の角度幅で形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の始動発電機。

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