JP2015100221A - エンジン制御用信号出力機能付き始動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転位相検出及びこれに基づくロータ回転制御における良好な精度を保持しつつ、ロータの絶対回転位置を検出することが可能な、エンジン制御用信号出力機能付き始動発電機を提供すること。
【解決手段】ロータの回転位相検出に用いられる回転位相センサ（７３Ｕ，７３Ｖ，７３Ｗ）は、軸方向（回転中心軸（Ｃ）と平行な方向）におけるマグネット（６３）の一端部である回転位相信号発生部（６４２）と対向するように設けられている。絶対回転位置信号発生部（６４１）は、特定マグネット（６３０）の、軸方向における回転位相信号発生部とは異なる位置に設けられている。ロータの絶対回転位置検出に用いられる絶対回転位置センサ（７４）は、絶対回転位置信号発生部と対向するように設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの点火装置等の制御に用いるエンジン制御用信号を出力する機能を有した、エンジンの始動発電機（例えば始動モータ、磁石式発電機またはモータ発電機）に関する。

一般に、いわゆる「ブラシレス」構造を有する回転電機には、ロータの回転制御を行うために、ロータの回転位相（回転位置）を検出する回転位相センサが設けられている。この回転位相センサとしては、ホール素子等の磁気検出素子を備えた磁気センサが、広く用いられている。

ところで、この種の回転電機が、自動二輪車等におけるエンジンの始動発電機として用いられる場合、ロータ回転数はエンジン回転数と通常一致する。また、この場合、ロータの回転制御を行うための回転位相検出とともに、エンジンの運転制御（点火制御等）のためにエンジンの回転位置の検出を行う必要がある。

そこで、特開２００９−８９５８８号公報においては、複数のロータマグネットのうちの１つは、これに隣接するマグネットの磁極とは異なる磁極で形成された第一磁極部と、当該隣接するマグネットの磁極と同じ磁極で形成された第二磁極部と、を有している。この第二磁極部は、ロータマグネットの軸方向における一端部に設けられている。また、第一磁極部を検知するためのセンサ素子と、第二磁極部を検知するためのセンサ素子と、が設けられている。

特開２００９−８９５８８号公報

上述した従来の構成においては、エンジン回転数の検出を行うためのセンサ素子（上述の第二磁極部を検知するためのセンサ素子）が、ロータマグネットの軸方向における一端部に対応する位置に設けられる。すると、ロータの回転制御を行うためのセンサ素子（上述の第一磁極部を検知するためのセンサ素子）が配置される位置は、ロータマグネットの軸方向における一端部よりも中央寄りとなり、これによりセンサリード部が長くなる。このため、組付時の傾き等による位置ズレや機械振動等による検出誤差の影響により、ロータの回転位相検出及びこれに基づくロータ回転制御の精度向上に限界があった。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ロータの回転位相検出及びこれに基づくロータ絶対回転位置検出における良好な精度を保持しつつ、エンジンの制御を精度よく実施することが可能な、始動発電機を提供することにある。

本発明のエンジン制御用信号出力機能付き始動発電機は、
極性の異なるマグネットを回転方向に交互に配置して構成されたロータと、コイルが巻き回されたティース部を前記回転方向に複数並べて構成されたステータと、
前記ステータのうち前記マグネットと対向する位置に取り付けられ、回転する前記マグネットの極性に応じたクランク位置信号を出力する絶対回転位置センサと、を備え、
複数の前記マグネットのうち所定のマグネットの一部に、当該所定のマグネットとは異なる極性に着磁された、或いはいずれの極性にも着磁されていない異極部を、当該所定のマグネットの極性に着磁された部分によって、前記ロータの回転軸方向について挟まれるように設け、
前記ロータとともに回転する前記異極部の回転軌道上に前記絶対回転位置センサを配置することで、前記絶対回転位置センサが前記異極部を検出した時には、エンジンの出力軸の絶対回転位置を表したエンジン制御用信号を前記絶対回転位置センサが出力することを特徴とする。

本発明が適用された自動二輪車の概略構成図。 図１に示されている自動二輪車に搭載されたエンジンの内部構成を示す概略図。 図３に示されている、本発明の始動発電機の一実施形態の概略構成を示す断面図。 図３に示されている始動発電機の底面図（図３における右方から見た図）。 図４に示されている各センサの位置関係を説明するための概略図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、各図面に基づいて説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜構成＞
図１を参照すると、本発明の「車両」としての自動二輪車２０には、操舵輪である前輪２１と、駆動輪である後輪２２と、が設けられている。また、自動二輪車２０には、動力伝達機構２３と、制御ユニット２４と、が搭載されている。制御ユニット２４は、自動二輪車２０用のエンジン３０の全体の動作を制御するための電子制御ユニットであって、シート２５の下に設けられている。自動二輪車２０に搭載されているエンジン３０は、動力伝達機構２３を介して後輪２２に回転駆動力を出力することで、後輪２２を駆動するように設けられている。

図２を参照すると、エンジン３０のケーシングを構成するエンジンブロック３１内には、１つの気筒３２が形成されている。すなわち、本実施形態の自動二輪車２０に搭載されるエンジン３０は、１つの気筒３２を有する、いわゆる「単気筒エンジン」として構成されている。そして、気筒３２内には、ピストン３３が、気筒３２の中心軸線に沿って往復移動可能に収容されている。ピストン３３は、本発明の「出力軸」としてのクランクシャフト３４と、コンロッド３５を介して連結されている。

図２及び図３を参照すると、始動発電機４０は、電動機及び発電機として動作可能なものであって、エンジンブロック３１に取り付けられている。具体的には、始動発電機４０は、ステータ４５と、ロータ４６と、センサユニット４７と、を備えている。この始動発電機４０は、ステータ４５の外側にてロータ４６が回転中心軸Ｃを中心として回転するように構成されている。

ステータ４５は、エンジンブロック３１（より具体的にはクランクケース）に固定された鉄心５１を備えている。図３及び図４を参照すると、鉄心５１は、回転中心軸Ｃを中心として放射状に延出するように設けられた複数のティース部５２を有している。これら複数のティース部５２は、回転中心軸Ｃを中心とした円周方向（ロータ４６の回転方向）に沿って等間隔に配列されている。また、複数のティース部５２には、それぞれ、コイル５３が巻回されている。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイル５３が、上述の円周方向に沿って相順に配列されている。

ロータ４６は、有底円筒形状のハウジング６１を備えている。ハウジング６１の有底円筒形状における平板状（円板状）の部分は、ボルト等の固定具６２を介して、クランクシャフト３４と結合されている。すなわち、ロータ４６は、クランクシャフト３４と一体的に回転するように設けられている。

ロータ４６の円筒状部分における内面には、複数のマグネット６３が固定されている。本実施形態においては、マグネット６３は、平面視にて略扇状の部材である（なお、図示の簡略化のため、図４、図５においては、隣接するマグネット６３の間に設けられている隙間の図示が省略されているものとする。）。マグネット６３においては、Ｎ磁化部６４Ｎ（内側にＮ極が露出する磁化部）及びＳ磁化部６４Ｓ（内側にＳ極が露出する磁化部）のうちの少なくともいずれか一方が形成されている。そして、Ｎ磁化部６４Ｎを（主として）有するマグネット６３と、Ｓ磁化部６４Ｓを（主として）有するマグネット６３とは、上述の円周方向に沿って交互に配列するように設けられている。

センサユニット４７は、ロータ４６の回転位相及び絶対回転位置の検出に用いられるものであって、ステータ４５に装着されている。具体的には、センサユニット４７のケーシングを構成するセンサハウジング７１は、平面視にて略扇形の部材であって、軸方向（回転中心軸Ｃと平行な方向）における鉄心５１の一端側（エンジンブロック３１側）の端面にネジ止め等により固定されている。

センサハウジング７１は、先端部にホールセンサ（後述する回転位相センサ７３Ｕ等）を内蔵する複数の突出部７２を備えている。突出部７２は、隣り合うティース部５２の間の空間にて、軸方向に沿って突出するように設けられている。すなわち、突出部７２は、センサハウジング７１における、鉄心５１の上述の一端側に固定された略扇形の部分から、片持ち梁状に突設されている。

本実施形態においては、隣り合う４つの間隙Ｇ（間隙Ｇは隣り合うティース部５２間の空間である）に対して、それぞれ突出部７２が配設されている。また、突出部７２は、マグネット６３の内周面と近接しつつ対向するように配置されている。なお、以上の始動発電機４０の構成は、特開２００９−８９５８８号公報や国際公開第２０１２／１６９１５６号に開示されている公知のものと同様である。

４つの突出部７２には、それぞれ、上述した回転位相センサ７３Ｕに加えて、回転位相センサ７３Ｖ、回転位相センサ７３Ｗ、及び絶対回転位置センサ７４が取り付けられている。すなわち、回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、回転位相センサ７３Ｗ、及び絶対回転位置センサ７４は、マグネット６３に近接しつつ対向するように、センサハウジング７１を介してステータ４５に固定されている。回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗは、ロータ４６の回転位相検出に用いられるセンサであって、具体的には磁気センサ（より詳細にはいわゆるホールセンサ）である。また、絶対回転位置センサ７４は、ロータ４６の絶対回転位置検出に用いられるセンサであって、具体的には磁気センサ（より詳細にはいわゆるホールセンサ）である。

ここで、図５に示されているように、円周方向に沿って複数配列されたマグネット６３のうちの１つである特定マグネット６３０は、絶対回転位置信号発生部６４１（本発明の「異極部」に相当する）を有している。絶対回転位置信号発生部６４１は、特定マグネット６３０の極性に着磁された部分（図５の例ではＳ磁化部６４Ｓと同極性の部分）によって、軸方向について挟まれるように設けられている。本実施形態においては、絶対回転位置信号発生部６４１は、円周方向にて特定マグネット６３０に隣接するマグネット６３（具体的にはＮ磁化部６４Ｎを有するもの）における磁極の極性と同極性の部分（具体的にはＮ磁化部６４Ｎ）である。また、本実施形態においては、絶対回転位置信号発生部６４１は、特定マグネット６３０の軸方向（図中上下方向）における略中央部に設けられている。

すなわち、本実施形態における特定マグネット６３０は、軸方向について、いわゆる３段着磁状態（Ｓ−Ｎ−Ｓ）となるように形成されている。そして、絶対回転位置信号発生部６４１は、特定マグネット６３０における他の部分に対して相対移動不能に設けられている。

回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗは、軸方向における各マグネット６３の一端部（具体的にはセンサユニット４７側の端部：すなわち図３における右側の端部／図５における上端部）である回転位相信号発生部６４２と対向するように設けられている。具体的には、回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗは、ロータ４６の回転により回転位相信号発生部６４２が円周方向に沿って移動する軌道Ｘ１上にて等間隔となるように配列されている。

また、絶対回転位置センサ７４は、絶対回転位置信号発生部６４１と対向するように設けられている。すなわち、絶対回転位置センサ７４は、上述の軌道Ｘ１とは対向しない一方、ロータ４６の回転により絶対回転位置信号発生部６４１が円周方向に沿って移動する軌道Ｘ２とは対向するように配置されている。

上述のように、絶対回転位置信号発生部６４１は、特定マグネット６３０の、軸方向における回転位相信号発生部６４２とは異なる位置に設けられている。すなわち、絶対回転位置信号発生部６４１は、軸方向について、回転位相信号発生部６４２から離隔した位置にて、比較的狭い幅で形成されている。

＜作用・効果＞
以下、上述の通りの本実施形態の構成によって奏される、作用・効果について、各図を適宜参照しつつ説明する。

本実施形態の構成においては、回転位相信号発生部６４２が軸方向における各マグネット６３の一端部に設けられ、これに対応して、かかる回転位相信号発生部６４２からの磁束を検出するための回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗもまた、軸方向におけるステータ４５の一端部に設けられる。このため、回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗの配置される位置を、軸方向について、センサユニット４７における、鉄心５１とセンサハウジング７１との固定部分に可及的に近づけることが可能となりセンサ用リードやホルダ長さが可及的に短くでき、機械的な位置精度や耐震性を高めることができる。

よって、自動二輪車２０の走行やエンジン３０の運転等に起因する振動が生じても、各マグネット６３（回転位相信号発生部６４２）からの磁束の回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗによる個々の検出精度や個々のセンサ間信号の検出精度、すなわち、ロータ４６の回転位相検出精度が、良好に保持される。また、ステータ４５とロータ４６との軸方向における位置関係が設計上のものからズレていても、これにより上述の検出精度が低下する懸念が小さい。したがって、本実施形態の構成によれば、制御ユニット２４によるロータ４６の駆動制御が、高精度で行われ得る。

一方、ロータ４６の絶対回転位置検出については、３つの磁気センサを用いる回転位相検出とは異なり、１つの磁気センサである絶対回転位置センサ７４を用いて行われる。このため、絶対回転位置センサ７４がマグネット６３の軸方向における略中央部に対応する位置に設けられていても、上述のような振動等によって絶対回転位置検出に支障を来たす懸念は小さい。

また、本実施形態の構成においては、絶対回転位置信号発生部６４１が、軸方向について、回転位相信号発生部６４２から離隔した位置にて、比較的狭い幅で形成されている。このため、かかる絶対回転位置信号発生部６４１の通過に伴う絶対回転位置センサ７４の出力信号が１回転以上回転しても、絶対回転位置信号発生部６４１以外の磁極は検出できるが絶対回転位置信号発生部６４１の磁極は検出できないことをもって、ステータ４５とロータ４６との軸方向における取り付け異常を容易に判定することが可能となる。なお、この時の絶対回転位置信号発生部６４１の磁極幅は、ロータ４６とステータ４５との軸方向の取り付け寸法バラツキを許容する値と、ほぼ同じ値に設定すれば良い。

ここで、絶対回転位置信号についての誤差は、一つのセンサと固有のマグネットで決まる信号であるため、制御ユニット２４に設けられたＥＣＵにおける、制御プログラムやエンジン制御データ適合により、吸収することができる。これに対し、モータ駆動用の各位相センサ間のずれは、磁極位置が物理的に決まっているためにそのまま制御誤差となってモータの制御性に影響を与える。このような違いにより、モータ駆動に使用する位相センサは、可能な限り機械的精度を確保したい。この点、本実施形態の構成においては、モータ駆動用の位相センサである回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、及び回転位相センサ７３Ｗにおける機械的精度が良好に確保されている。したがって、本実施形態の構成によれば、始動発電機４０における良好な制御性が確保される。

また、本実施形態の構成においては、ロータ４６の回転位置を検出するための絶対回転位置信号発生部６４１が、特定マグネット６３０における３段着磁により形成されている。したがって、本実施形態によれば、ロータ４６の回転位相検出における良好な精度を保持しつつ、ロータ４６の回転位置を検出することが可能な構造を、安価に提供することが可能となる。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例の全部及び一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明は、上述した具体的な装置構成に限定されない。すなわち、例えば、本発明の適用対象は、ステータ４５の外側にロータ４６が設けられた構成に限定されない。

特定マグネット６３０及び絶対回転位置信号発生部６４１の構成は、上述の具体例に限定されない。すなわち、例えば、特定マグネット６３０は、円周方向に１つ以上形成されていればよい。また、絶対回転位置信号発生部６４１は、特定マグネット６３０の円周方向における幅の一部分のみに形成されていてもよい。さらに、絶対回転位置信号発生部６４１は、上述の具体例のような、いわゆる磁極反転部に限定されない。すなわち、例えば、絶対回転位置信号発生部６４１は、無着磁部や切り欠き部であってもよい。

回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、回転位相センサ７３Ｗ、及び絶対回転位置センサ７４の、円周方向における位置も、上述の具体例に限定されない。すなわち、例えば、これらは、国際公開第２０１２／１６９１５６号の図２３に記載のような、いわゆる「分散配置」され得る。この場合、センサユニット４７（センサハウジング７１）は、回転位相センサ７３Ｕ、回転位相センサ７３Ｖ、回転位相センサ７３Ｗ、及び絶対回転位置センサ７４のそれぞれに対応して、個別に形成され得る。

２０…自動二輪車、３０…エンジン、３１…エンジンブロック、３４…クランクシャフト、４０…始動発電機、４５…ステータ、４６…ロータ、４７…センサユニット、５３…コイル、６３…マグネット、７１…センサハウジング、７２…突出部、７３Ｕ…回転位相センサ、７３Ｖ…回転位相センサ、７３Ｗ…回転位相センサ、７４…絶対回転位置センサ、６４０…特定磁化部、６４１…絶対回転位置信号発生部、６４２…回転位相信号発生部、Ｃ…回転中心軸。

Claims (4)

1. 極性の異なるマグネット（６３）を回転方向に交互に配置して構成されたロータ（４６）と、
   コイル（５３）が巻き回されたティース部（５２）を前記回転方向に複数並べて構成されたステータ（４５）と、
   前記ステータのうち前記マグネットと対向する位置に取り付けられ、回転する前記マグネットの極性に応じたクランク位置信号を出力する絶対回転位置センサ（７４）と、を備え、
   複数の前記マグネットのうち所定のマグネットの一部に、当該所定のマグネットとは異なる極性に着磁された、或いはいずれの極性にも着磁されていない異極部（６４１）を、当該所定のマグネットの極性に着磁された部分によって、前記ロータの回転軸方向について挟まれるように設け、
   前記ロータとともに回転する前記異極部の回転軌道上に前記絶対回転位置センサを配置することで、前記絶対回転位置センサが前記異極部を検出した時には、エンジン（３０）の出力軸（３４）の絶対回転位置を表したエンジン制御用信号を前記絶対回転位置センサが出力することを特徴とするエンジン制御用信号出力機能付き始動発電機。
2. 前記異極部は、前記回転方向にて前記異極部に隣接する前記マグネットにおける磁極の極性と同極性であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン制御用信号出力機能付き始動発電機。
3. 前記ステータは、車両（２０）に搭載された前記エンジンにおけるエンジンブロック（３１）に固定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエンジン制御用信号出力機能付き始動発電機。
4. 前記絶対回転位置センサで１回転以上回転しても前記異極部のみが検出されない場合には、前記ロータと前記ステータの軸方向位置の異常と判定することを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のエンジン制御用信号出力機能付き始動発電機。

Images