JP2022052071A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】センサユニットのステータからの脱落を防止して、組み立て作業の効率向上を図る。【解決手段】センサユニット４０は、複数のティース２１ｂのうちの隣り合うティース２１ｂの先端部２１ｃの間に設けられるセンサ収容部４７を備え、インシュレータ２２には、ステータ２０の周方向に窪んだ係合凹部２５が設けられ、センサ収容部４７には、係合凹部２５に係合される係合凸部４７ｃが設けられている。これにより、係合凹部２５と係合凸部４７ｃとの係合により、センサ収容部４７がステータ２０に対してその軸方向に移動することが阻止され、第１固定部を本体部に対して固定する前に、センサユニット４０がステータ２０から脱落することを防止できる。よって、係合凹部２５および係合凸部４７ｃが抜け止め機構として作用し、ひいては組み立て作業性の効率向上を図ることが可能となる。【選択図】図８

Description

本発明は、ステータと、ステータに対して回転するロータと、ロータの回転状態を検出するセンサユニットと、を備えた回転電機に関する。

従来、自動二輪車等のエンジンの始動には、スタータまたはＡＣＧスタータが用いられている。「ＡＣＧ」とは、「Alternating Current Generator」の略であり、ＡＣＧスタータは、エンジンの始動時にはクランクシャフトを回転させるスタータモータとして作動し、エンジンの始動後には車載バッテリを充電する発電機として作動する。また、ＡＣＧスタータは、クランクの位置を検出して、車載コントローラに最適なプラグの点火や燃料の噴射をさせるようにしている。

例えば、特許文献１には、エンジンの始動に用いられる回転電機が記載されている。特許文献１に記載の回転電機は、ロータと、ステータと、センサユニットとを備えている。センサユニットには、ステータの軸方向に延びる複数のカバーが設けられ、これらのカバーの内部には、ロータの回転状態を検出するセンサがそれぞれ収容されている。

そして、それぞれのカバーは、隣り合うティースの間の隙間部分に、ステータの軸方向から差し込んで固定されている。具体的には、ティースの先端部に、ステータの周方向に突出した突出部が設けられ、当該突出部をステータの径方向から挟むようにしてカバーが装着されている。

国際公開第２０１６／１８１６５９号

しかしながら、上述の特許文献１に記載された回転電機では、センサユニットをステータに装着する際に、ステータの軸方向一側からセンサユニットを装着し、その状態でステータの軸方向他側から固定ボルトをねじ込む必要があるが、センサユニットおよびステータには、センサユニットのステータからの脱落（落下）を防止する抜け止め機構が無かった。

したがって、固定ボルトをねじ込むためにステータをひっくり返した際に、センサユニットがステータから脱落する虞があり、ひいてはカバーの内部に収容されたセンサと電気回路部品との電気的な接続が遮断（断線等）される等、これが組み立て作業の効率低下を招いていた。

本発明の目的は、センサユニットのステータからの脱落を防止することができ、組み立て作業の効率向上を図ることが可能な回転電機を提供することにある。

本発明の回転電機では、ステータと、前記ステータに対して回転し、回転方向にＮ極およびＳ極が交互に現れるように並べられた複数のマグネットを有するロータと、前記ステータに装着され、前記ロータの回転状態を検出するセンサユニットと、を備えた回転電機であって、前記ステータは、環状の本体部と、前記本体部の径方向外側に放射状に突出された複数のティースと、前記ティースに装着されたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ティースに巻装されたコイルと、を有し、前記センサユニットは、前記本体部に固定される固定部と、センサ素子が電気的に接続されたセンサ基板と、前記複数のティースのうちの隣り合うティースの先端部の間に設けられ、前記センサ基板を収容するセンサ収容部と、を備え、前記インシュレータには、前記ステータの周方向に突出または窪んだ第１係合部が設けられ、前記センサ収容部には、前記第１係合部に係合される第２係合部が設けられていることを特徴とする。

本発明の回転電機によれば、センサユニットは、複数のティースのうちの隣り合うティースの先端部の間に設けられるセンサ収容部を備え、インシュレータには、ステータの周方向に突出または窪んだ第１係合部が設けられ、センサ収容部には、第１係合部に係合される第２係合部が設けられている。

これにより、第１係合部と第２係合部との係合により、センサ収容部がステータに対してその軸方向に移動することが阻止され、固定部を本体部に対して固定する前に、センサユニットがステータから脱落することが防止され、ひいてはセンサ素子の損傷やはんだクラックの発生等を防止できる。よって、第１係合部および第２係合部が抜け止め機構として作用し、ひいては組み立て作業性の効率向上を図ることが可能となる。

本発明に係る回転電機を示す斜視図である。 スロット数および極数を説明する説明図である。 図１の回転電機を側方から見た部分断面図である。 センサ素子とマグネットとの配置関係を説明する説明図である。 センサユニットのハウジングを単体で示す斜視図である。 ステータの一部を拡大して示す斜視図である。 センサユニットのステータへの装着手順を説明する斜視図である。 抜け止め機構の詳細を説明する部分拡大断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る回転電機を示す斜視図を、図２はスロット数および極数を説明する説明図を、図３は図１の回転電機を側方から見た部分断面図を、図４はセンサ素子とマグネットとの配置関係を説明する説明図を、図５はセンサユニットのハウジングを単体で示す斜視図を、図６はステータの一部を拡大して示す斜視図を、図７はセンサユニットのステータへの装着手順を説明する斜視図を、図８は抜け止め機構の詳細を説明する部分拡大断面図をそれぞれ示している。

図１ないし図３に示される回転電機１０は、所謂ＡＣＧスタータであって、自動二輪車等（図示せず）のスタータおよび発電機に用いられるものである。具体的には、回転電機１０は、アウターローター型のブラシレスモータと同じ構造を採用している。そして、エンジン（図示せず）を始動する際には、車載バッテリ（図示せず）からの駆動電流の供給によりスタータモータとして作動し、エンジンの始動後には、エンジンの駆動力により発電機として作動する。

回転電機１０は、その全体が扁平の略円盤形状に形成されており、エンジンを形成するクランクシャフト（図示せず）の軸方向端部に配置されている。具体的には、回転電機１０は、クランクケース（図示せず）の内部に設けられた取付ステーＳＴ（図３の二点鎖線参照）に固定されるステータ２０と、クランクシャフトに固定されてステータ２０に対して回転するロータ３０と、を備えている。また、ステータ２０には、ロータ３０の回転状態を検出するセンサユニット４０が装着されている。

これにより、スタータとしての作動時には、回転電機１０に所定のタイミングで駆動電流が供給されて、ロータ３０の回転に伴ってクランクシャフトが連れ回される。これとは逆に、発電機としての作動時には、所定の点火タイミングおよび燃料噴射タイミングでエンジンが駆動されて、クランクシャフトの回転に伴ってロータ３０が連れ回される。

ステータ２０は、複数の鋼板（磁性体）を積層してなるステータコア２１を備えている。ステータコア２１は、環状に形成された本体部２１ａと、本体部２１ａの径方向外側に放射状に突出された複数のティース２１ｂと、を備えている。具体的には、ティース２１ｂは合計１８個設けられ、ティース２１ｂの基端部が本体部２１ａに一体に連結されている。言い換えれば、ステータコア２１には、合計１８個のスロットＳＬ（図２参照）が設けられている。

スロットＳＬには、Ｕ相に対応したＵ相コイルＣｕと、Ｖ相に対応したＶ相コイルＣｖと、Ｗ相に対応したＷ相コイルＣｗとが、それぞれステータコア２１の周方向に順番に配置されている。具体的には、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗは、ロータ３０の回転方向に対して、Ｕ相コイルＣｕ，Ｖ相コイルＣｖ，Ｗ相コイルＣｗ，Ｕ相コイルＣｕ，Ｖ相コイルＣｖ…のように、一相ずつ交互に現れるようにそれぞれティース２１ｂに集中巻で巻装されている（図２参照）。そのため、ステータ２０の周方向におけるティース２１ｂの本体部分（コイルが巻装される部分）の厚み寸法は、比較的薄肉となっている。

ティース２１ｂの先端部２１ｃ（図２参照）には、ステータ２０（本体部２１ａ）の周方向両側にそれぞれ突出された突出部２１ｄが一体に設けられている。そして、ステータ２０の周方向における突出部２１ｄの厚み寸法（長さ寸法）は、ティース２１ｂの本体部分の厚み寸法よりも肉厚となっている。これにより、突出部２１ｄの部分において、隣り合うティース２１ｂの間隔を狭くすることができる。その結果、ロータ３０は、脈動（コギング）が抑えられた状態で、スムーズに回転可能となる。

合計１８個のティース２１ｂには、特に、図６，図７および図８に示されるように、プラスチック等の絶縁体よりなるインシュレータ２２がそれぞれ装着されている。インシュレータ２２は、ステータ２０の軸方向におけるティース２１ｂの一方側（図中上側）を覆う第１被覆部２３と、ステータ２０の軸方向におけるティース２１ｂの他方側（図中下側）を覆う第２被覆部２４と、を有している。具体的には、第１被覆部２３および第２被覆部２４は、ティース２１ｂの周囲，本体部２１ａの外周部分および突出部２１ｄの裏面（本体部２１ａ側の面）を覆う薄肉部２３ａ，２４ａをそれぞれ備えている。

また、ステータ２０の軸方向における第１被覆部２３と第２被覆部２４との間で、かつ突出部２１ｄの裏面側の部分には、ステータ２０の周方向に窪むようにして、係合凹部（第１係合部）２５が設けられている。具体的には、図８に示されるように、係合凹部２５は、ステータ２０の周方向、つまり図中左右方向に窪んで設けられている。そして、係合凹部２５は、ステータ２０の周方向両側に突出されたそれぞれの突出部２１ｄの部分に対応して設けられている。すなわち、係合凹部２５は、隣り合うティース２１ｂに装着されたそれぞれのインシュレータ２２に設けられている。

なお、図６および図７に示されるように、突出部２１ｄの先端部分の一部およびティース２１ｂのマグネットＭＧ（図２参照）との対向面（先端部２１ｃの本体部２１ａ側とは反対側の面）の部分は、インシュレータ２２で覆われていない。

係合凹部２５は、第１被覆部２３および第２被覆部２４とともに、インシュレータ２２を構成している。そして、図８に示されるように、ステータ２０の軸方向における係合凹部２５の幅寸法Ｗ（約2.5mm）は、当該係合凹部２５に入り込んで係合される後述の係合凸部４７ｃの幅寸法Ｔ（約1.5mm）よりも大きくなっている（Ｗ＞Ｔ）。

これにより、係合凸部４７ｃは係合凹部２５に容易に係合され、ひいてはセンサユニット４０のステータ２０への組み立て作業性が向上する。なお、係合凹部２５の幅寸法Ｗを係合凸部４７ｃの幅寸法Ｔよりも大きくすることで、センサユニット４０がステータ２０に対してガタつくことになるが、係合凹部２５および係合凸部４７ｃは、センサユニット４０をステータ２０に仮固定した状態で「抜け止め機構」として機能するものである。よって、センサユニット４０をステータ２０に本固定した後は、センサユニット４０はステータ２０に対してガタつくことは無い。

また、ステータ２０の周方向における係合凹部２５の深さ寸法Ｄ（約1.2mm）は、当該係合凹部２５に入り込んで係合される係合凸部４７ｃの高さ寸法Ｈ（約0.6mm）よりも大きくなっている（Ｄ＞Ｈ）。これにより、ステータ２０の周方向において、係合凸部４７ｃおよびティース２１ｂは互いに接触することが無い。よって、センサユニット４０を、ステータ２０の軸方向に対する規定位置に容易に位置決め可能となっている。

このように、インシュレータ２２は、ティース２１ｂと各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗとの間を絶縁している。すなわち、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗは、インシュレータ２２を介してそれぞれのティース２１ｂに巻装されている。ここで、図１では、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの巻装状態を分かり易くするために、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗにそれぞれ網掛けを施している。

図１ないし図３に示されるように、ロータ３０はロータ本体３１を備えている。ロータ本体３１は、比較的厚みのある鋼板（磁性材料）をプレス加工等することで略お椀形状に形成され、略円盤状に形成された底壁部３１ａと、当該底壁部３１ａの外周部分から垂直に立ち上がった筒状の側壁部３１ｂと、を備えている。

また、底壁部３１ａの回転中心には、クランクシャフトの軸方向端部が固定される筒状のボス部３２が固定されている。これにより、ロータ本体３１の回転に伴ってクランクシャフトが回転される。ここで、ボス部３２の肉厚は、ロータ本体３１の肉厚よりも厚くなっており、ボス部３２の重量は、比較的大きくなっている。これにより、回転電機１０とクランクシャフトとの固定強度が十分に確保され、かつ高速回転時等における回転ムラの発生が抑えられて、クランクシャフトおよび回転電機１０の双方に掛かる負荷が低減される。

筒状に形成された側壁部３１ｂの径方向内側、つまり側壁部３１ｂのステータコア２１側には、合計１２個のマグネットＭＧが装着されている。これらのマグネットＭＧはフェライト磁石を採用している。なお、ネオジウム磁石等の他の磁石を使用することもできる。マグネットＭＧは、図２の網掛け部分に示されるように、筒状の側壁部３１ｂ（図１参照）の形状に倣って略円弧形状に形成されている。なお、これらのマグネットＭＧは、側壁部３１ｂに対して、接着剤等（図示せず）により強固に固定されている。

また、合計１２個のマグネットＭＧは、略筒状に形成されたマグネットホルダＨＤにより、ロータ本体３１の径方向内側から側壁部３１ｂに向けて押さえ付けられている。よって、それぞれのマグネットＭＧが、側壁部３１ｂから脱落することが防止される。なお、マグネットホルダＨＤは、可撓性を有する薄いステンレス鋼板やＳＰ材（冷間圧延鋼板）等によって形成され、それぞれのマグネットＭＧを側壁部３１ｂの周方向に対して等間隔で位置決めする機能も備えている。これにより、各マグネットＭＧの側壁部３１ｂに対する固定作業を容易にして、回転電機１０の組み立て作業性を向上させている。

ここで、図４に示されるように、合計１２個のマグネットＭＧのうちの１１個は、ステータコア２１（各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒ）と対向する対向部ＳＦに１つの磁極のみを有する標準マグネット３３となっている。これに対し、合計１２個のマグネットＭＧのうちのその他の１個は、ステータコア２１（各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒ）と対向する対向部ＳＦに２つの磁極を有する２段マグネット３４となっている。

そして、これらの複数のマグネットＭＧ（１１個の標準マグネット３３および１個の２段マグネット３４）は、ロータ３０の回転方向にＮ極およびＳ極が交互に現れるように並べられている。

図１および図３に示されるように、ステータコア２１の軸方向一側、つまりステータコア２１の軸方向における底壁部３１ａ側とは反対側には、センサユニット４０が設けられている。センサユニット４０は、ステータ２０の周方向における一部分を覆うようにして設けられている。

センサユニット４０は、プラスチック等の絶縁体により略Ｔ字形状に形成されたハウジング４１を備えている。ハウジング４１は、図１および図５に示されるように、第１固定部４２，第２固定部４３，橋渡し部４４およびセンサホルダ部４５を備えている。

第１固定部４２は、本発明における固定部を構成しており、略扇形状に形成されている。そして、第１固定部４２は、ステータコア２１の本体部２１ａに対して、固定ボルトＢＴ（図１参照）により強固に固定されている。なお、固定ボルトＢＴは、ステータ２０の軸方向他側（底壁部３１ａ側）から、締結治具（図示せず）によりねじ込まれるようになっている。このように、センサユニット４０は、ステータコア２１、つまり回転電機１０の非回転部分に固定される。

第２固定部４３は、略環状に形成されており、側壁部３１ｂよりも径方向外側に突出して設けられている（図１参照）。そして、第２固定部４３は、クランクケースの内部に設けられた取付ステーＳＴ（図３の二点鎖線参照）に対して、固定ボルト（図示せず）により強固に固定される。

このように、センサユニット４０の橋渡し部４４およびセンサホルダ部４５を挟む両側の部分が、非回転部分であるクランクケースの内部の取付ステーＳＴに固定される。すなわち、本実施の形態に係るセンサユニット４０は、従前のような所謂「片持ち状態」で支持されず、所謂「両持ち状態」で支持される。

図５に示されるように、第１固定部４２と第２固定部４３との間に、橋渡し部４４およびセンサホルダ部４５が配置されている。橋渡し部４４は、ステータコア２１の径方向内側、つまり第１固定部４２寄りの部分に設けられ、センサホルダ部４５は、ステータコア２１の径方向外側、つまり第２固定部４３寄りの部分に設けられている。

橋渡し部４４は、略板状に形成されており、ステータ２０を形成する各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの部分を覆うようにして設けられている。そして、橋渡し部４４は、センサホルダ部４５の内側（第１固定部４２側）を支持している。ここで、橋渡し部４４は、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗに対して非接触の状態となっており、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの表面の絶縁被膜（図示せず）を傷付けたりすることは無い。

センサホルダ部４５は、ステータコア２１の径方向外側の部分に設けられ、センサホルダ部４５の外側（第２固定部４３側）は、第２固定部４３によって支持されている。すなわち、センサホルダ部４５の径方向内側および径方向外側は、第１固定部４２および第２固定部４３の双方に支持されている。したがって、センサホルダ部４５は、振動等によりステータ２０に対してガタつくことが抑えられている。

センサホルダ部４５は、略円弧形状に形成されたホルダ本体４６と、当該ホルダ本体４６からステータ２０の軸方向に延びた３つのセンサ収容部４７と、を備えている。すなわち、第２固定部４３は、ホルダ本体４６を介して３つのセンサ収容部４７に一体に設けられており、これにより３つのセンサ収容部４７のステータ２０に対するガタつきが効果的に抑えられる。具体的には、３つのセンサ収容部４７は、ホルダ本体４６からロータ本体３１の底壁部３１ａに向けて延在されている（図３参照）。

３つのセンサ収容部４７は、何れも同様の形状に形成されており、図３および図５に示されるように、ステータ２０の軸方向に延びる中空の棒状となっている。センサ収容部４７の基端部は、ホルダ本体４６に一体に連結されており、センサ収容部４７は、その基端部から先端部に亘って略同じ横断面形状に形成されている。そして、センサ収容部４７の内部には、センサ素子としての各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒが実装されたセンサ基板ＳＢが収容されている。

なお、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒが実装されたセンサ基板ＳＢは、硬化されたモールド樹脂ＭＲ（図１参照）により、センサ収容部４７の内部の規定位置に精度良く位置決めされている。また、センサ基板ＳＢに実装された各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒ側が、ロータ３０のマグネットＭＧと対向している。

ホルダ本体４６の長手方向におけるセンサ収容部４７の両側には、第１当接部４７ａおよび第２当接部４７ｂが、それぞれ一体に設けられている。これらの第１，第２当接部４７ａ，４７ｂは、センサ収容部４７の両側からそれぞれ所定の高さで突出されており、ホルダ本体４６の短手方向における第１当接部４７ａと第２当接部４７ｂとの間の窪み部分に、ティース２１ｂの突出部２１ｄにおける先端部分が入り込むようになっている。なお、第１当接部４７ａおよび第２当接部４７ｂは、何れもセンサ収容部４７の長手方向全域に亘って設けられている。

ここで、センサ収容部４７の第１当接部４７ａにおいては、ステータ２０の径方向内側から、ティース２１ｂの突出部２１ｄに対してインシュレータ２２を介して当接されている。これに対し、センサ収容部４７の第２当接部４７ｂにおいては、ステータ２０の径方向外側から、ティース２１ｂの突出部２１ｄに対して直に当接されている。より具体的には、第１当接部４７ａはインシュレータ２２に対して略線接触され、第２当接部４７ｂは突出部２１ｄに対して略線接触されている。

これにより、ステータ２０に装着されたセンサユニット４０の特に３つのセンサ収容部４７の部分が、ステータ２０に対してその径方向にそれぞれガタつくことが防止される。

また、突出部２１ｄと第１当接部４７ａとの間にインシュレータ２２を介在させ、かつ両者を略線接触させている。したがって、隣り合うティース２１ｂの先端部２１ｃの間に、センサ収容部４７を装着する際の装着荷重を小さくすることができる。よって、センサユニット４０のステータ２０への装着作業を容易にすることができる。このとき、特に第１当接部４７ａはインシュレータ２２に摺接されるので、第１当接部４７ａのすり減り等が効果的に抑えられる。

図５に示されるように、３つのセンサ収容部４７には、それぞれ一対の係合凸部４７ｃが一体に設けられている（図示では片方のみ示す）。これらの係合凸部４７ｃは、略三角形形状に形成され、本発明における第２係合部を構成している。そして、係合凸部４７ｃは、ステータ２０に設けられた係合凹部２５に入り込んで係合するようになっている。係合凸部４７ｃは、ホルダ本体４６の長手方向（ステータ２０の周方向）におけるセンサ収容部４７の両側に配置され、かつ第１当接部４７ａに一体に設けられている。また、係合凸部４７ｃは、センサ収容部４７の長手方向中央部よりも先端部寄りに配置されている。

ここで、センサ収容部４７は、ステータ２０の軸方向から、隣り合うティース２１ｂの突出部２１ｄの間に差し込まれる（図７参照）。このとき、図８に示されるように、係合凸部４７ｃの高さ寸法Ｈは約0.6mmに設定され、係合凸部４７ｃは、インシュレータ２２を形成する第１被覆部２３の薄肉部２３ａに摺接しつつ、当該薄肉部２３ａを若干弾性変形させるようになっている。なお、センサ収容部４７の両側と薄肉部２３ａとの間には、それぞれ微小隙間δＳ（0.2mm程度）が形成されており、これらの微小隙間δＳを加えても、係合凸部４７ｃの高さ寸法Ｈ（約0.6mm）を超えることは無い。

図３に示されるように、ホルダ本体４６に設けられた３つのセンサ収容部４７にそれぞれ収容されたセンサ基板ＳＢには、それぞれＵ相用センサＳｕ，Ｖ相用センサＳｖ，Ｗ相用センサＳｗが実装されている。また、Ｗ相に対応したセンサ基板ＳＢ（図３の最も左側）には、点火タイミングおよび燃料噴射タイミングを検出（クランクの位置を検出）するための回転センサＳｒも実装されている。つまり、これらの４つのセンサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、それぞれセンサ基板ＳＢに電気的に接続されている。

ここで、Ｕ相用，Ｖ相用，Ｗ相用センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの３つは、センサ収容部４７の先端側の部分で、かつステータ２０の軸方向における係合凹部２５の部分に設けられ、かつロータ３０の回転方向に並んで配置されている。すなわち、３つのセンサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗおよび係合凹部２５は、それぞれ基準線ＬＥ上に設けられている。また、回転センサＳｒは、センサ収容部４７の基端側の部分に配置されている。

これらの４つのセンサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、それぞれ同じ構成のホール素子（センサ素子）となっている。具体的には、磁極（Ｎ極／Ｓ極）によりオン／オフが切り替わる交番検知型（バイポーラ）のホール素子を採用している。例えば、Ｎ極を検出すると「オン信号（１）」を発生し、Ｓ極を検出すると「オフ信号（０）」を発生する。

これにより、合計１２個のマグネットＭＧ（図４参照）を有するロータ３０の回転に伴って、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、それぞれ矩形波信号（図示せず）を出力する。よって、車載コントローラ（図示せず）は、これらの矩形波信号の入力に基づいて、ロータ３０の回転状態を把握して、各コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗに対して最適なタイミングで駆動電流を供給することができる。また、車載コントローラは、点火タイミングおよび燃料噴射タイミングを把握して、イグナイターや燃料ポンプ（図示せず）を制御することができる。

図３に示されるように、Ｕ相用センサＳｕ，Ｖ相用センサＳｖ，Ｗ相用センサＳｗ，回転センサＳｒは、それぞれセンサ基板ＳＢを介して、隣り合うティース２１ｂの先端部２１ｃの間（スロットＳＬの部分）に入り込んでいる。ここで、ステータコア２１の軸方向におけるＷ相用センサＳｗと回転センサＳｒとの離間寸法Ｌは、約5.0mmに設定されている。

このように、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、何れもステータコア２１に対して固定され、そのうちの１つの回転センサＳｒのみが、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗに対して、ロータ３０の軸方向にずれて配置されている。ここで、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、何れも合計１２個のマグネットＭＧ（図４参照）に対して、回転電機１０の径方向内側から対向するようになっている。これにより、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、ロータ３０の回転に伴う磁極（Ｎ極／Ｓ極）の変化により、矩形波信号をそれぞれ出力する。

図４に示されるように、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、合計１２個のマグネットＭＧに対して相対移動（相対回転）して、それぞれのマグネットＭＧのエッジ部分ＰＮ，ＰＳに差し掛かったときに、それぞれの磁極を検出する。例えば、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒは、Ｎ極のエッジ部分ＰＮに差し掛かると「オン信号（１）」を発生し、Ｓ極のエッジ部分ＰＳに差し掛かると「オフ信号（０）」を発生する。

そして、３つのＵ相用センサＳｕ，Ｖ相用センサＳｖ，Ｗ相用センサＳｗは、それぞれ２段マグネット３４の第１対向部３４ａ（Ｓ極）と対向するようになっており、１つの回転センサＳｒは、２段マグネット３４の第２対向部３４ｂ（Ｎ極）と対向するようになっている。

合計１２個のマグネットＭＧと、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒとの位置関係は、図４に示される位置関係となる。図４は、ロータ本体３１の筒状の側壁部３１ｂ（図３参照）を平面状に展開した模式図となっている。

各マグネットＭＧの幅寸法Ｗは約30mmに設定され、各マグネットＭＧの高さ寸法Ｈは約25mmに設定されている。また、ロータ３０の回転方向における各マグネットＭＧの間隔寸法Ｇは約2mmに設定されている。そして、各マグネットＭＧのエッジ部分ＰＮ，ＰＳのピッチＰ１は30度に設定されている。このピッチＰ１（30度）は、ロータ３０の回転方向における各マグネットＭＧの配置間隔と一致しており、「360度÷12極」に基づいて得られる。

これに対し、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，ＳｗのピッチＰ２は20度に設定されている。このピッチＰ２（20度）は、ロータ３０の回転方向における各スロットＳＬ（図２参照）の配置間隔と一致しており、「360度÷18スロット」に基づいて得られる。このように、本実施の形態における回転電機１０は、［12極18スロット］のブラシレスモータを形成している。これにより、コギングトルクの発生が抑えられた滑らかな回転駆動が可能となっている。

図４に示されるように、標準マグネット３３および２段マグネット３４において、薄い網掛け部分がＳ極となっており、濃い網掛け部分がＮ極となっている。そして、標準マグネット３３の対向部ＳＦは１極に着磁され、２段マグネット３４の対向部ＳＦは２極に着磁されている。

具体的には、２段マグネット３４の対向部ＳＦには、大きな表面積を占める第１対向部３４ａと、第１対向部３４ａの表面積よりも小さな表面積の第２対向部３４ｂと、が設けられている。そして、第１対向部３４ａがＳ極に着磁され、第２対向部３４ｂがＮ極に着磁されており、第１対向部３４ａの磁極および第２対向部３４ｂの磁極が互いに異なっている。

２段マグネット３４の第２対向部３４ｂは、第１対向部３４ａに比して大分小さくなっている。言い換えれば、第２対向部３４ｂは、ロータ３０の回転方向に帯状に延在されている。そして、第１対向部３４ａ（大）と第２対向部３４ｂ（小）との間には、磁極の境界を示す境界部ＢＬが設けられている。ここで、２段マグネット３４の対向部ＳＦ上に設けられる境界部ＢＬは、Ｓ極に着磁された第１対向部３４ａとＮ極に着磁された第２対向部３４ｂとの境界線となっている。

さらに、図３および図４に示されるように、境界部ＢＬの近傍には、仮想線（二点鎖線）で示されるように、検出境界線ＬＮが形成されている。検出境界線ＬＮは、Ｗ相用センサＳｗと回転センサＳｒとの間の丁度真ん中に配置され、当該検出境界線ＬＮの第１対向部３４ａ側（図中下側）が、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗが磁極の変化を検出し得る第１検出領域ＡＲ１となっている。これに対し、検出境界線ＬＮの第２対向部３４ｂ側（図中上側）が、回転センサＳｒが磁極の変化を検出し得る第２検出領域ＡＲ２となっている。なお、検出境界線ＬＮは、境界部ＢＬよりも第１対向部３４ａ側に若干オフセットされている（ずれている）。

ここで、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの検出精度および回転センサＳｒの検出精度をそれぞれ向上させるためにも、ロータ３０の軸方向に対する検出境界線ＬＮの位置と境界部ＢＬの位置とを、完全に一致させることが望ましい。このようにすることで、他方の磁極に影響を受けること無く、それぞれの磁極を精度良く検出することが可能となる。しかしながら実際には、構成部品の寸法精度がばらついたり、ステータ２０に対するロータ３０の軸ずれが生じたりするため、検出境界線ＬＮの位置と境界部ＢＬの位置とを完全に一致させることは困難である。

そこで、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗが、より高精度に磁極の変化を検出可能となるように、設計上において、検出境界線ＬＮを中心として、第２対向部３４ｂ側に第１対向部３４ａのＳ極を少しだけはみ出させている。これにより、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの検出精度が十分に確保され、回転電機１０をスタータモータとして確実に駆動させることが可能となっている。

ここで、図４に示されるように、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，ＳｗのピッチＰ２は20度となっている。そのため、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、１つのマグネットＭＧに対して同時に対向することが無い。そして、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗが、それぞれ異なるタイミングで矩形波信号を出力することで、車載コントローラはロータ３０の回転状態（回転方向や回転速度等）を把握するようになっている。

ここで、回転センサＳｒは、ロータ３０が１回転する間に、２段マグネット３４の部分において３回連続でＮ極と対向することになる。つまり、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗが出力する矩形波信号の長さを「１」としたときに、駆動用の各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、常に長さが「１」の矩形波信号を出力する。これに対し、回転センサＳｒは、３回連続してＮ極と対向すると、長さが「３」の矩形波信号を出力する。したがって、車載コントローラは、回転センサＳｒからの長い矩形波信号の入力に基づいて、ロータ３０が１回転したことを把握することができる。

このようにして、本実施の形態に係る回転電機１０では、スタータモータとして効率良く回転駆動させることができ、かつ点火タイミングや燃料噴射タイミングを確実に検出することが可能となっている。

なお、図４に示されるように、回転センサＳｒは、ロータ３０の軸方向に対して、Ｎ極に着磁された第２対向部３４ｂから第１対向部３４ａ側とは反対側に少しだけはみ出た位置に配置されている。これにより、回転センサＳｒは、検出境界線ＬＮを中心として第２対向部３４ｂ側に少しだけはみ出た第１対向部３４ａのＳ極の影響を受け難くなっている。よって、回転センサＳｒの検出精度の低下も効果的に抑えられている。

次に、以上のように形成された回転電機１０の組み立て手順、特に、センサユニット４０のステータ２０への装着手順について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図７におけるセンサユニット４０では、モールド樹脂ＭＲ（図１参照）の図示を省略している。

まず、図７に示されるように、別の製造工程を経てそれぞれ組み立てられたステータ２０およびセンサユニット４０を準備する。次いで、センサユニット４０に設けられた３つのセンサ収容部４７を、ステータ２０に対してその軸方向一側（図中上側）から臨ませる。このとき、それぞれのセンサ収容部４７の先端部を、隣り合うティース２１ｂにおける先端部２１ｃの間に向けるようにする。その後、矢印Ｍ１に示されるように、３つのセンサ収容部４７を先端部２１ｃの間にそれぞれ差し込む。

これにより、ティース２１ｂの突出部２１ｄが、センサ収容部４７の第１当接部４７ａと第２当接部４７ｂとの間（図５参照）に挟まれるようにして配置される。このとき、第１当接部４７ａは、インシュレータ２２を形成する第１被覆部２３の薄肉部２３ａに摺接され、第２当接部４７ｂは突出部２１ｄに摺接される。そして、係合凸部４７ｃは、薄肉部２３ａを若干弾性変形させる。

ここで、センサ収容部４７のステータ２０への差し込み部分は、突出部２１ｄの間隔寸法が他の部分（間隔寸法Ｌ１）よりも大きい部分である。具体的には、突出部２１ｄの間隔寸法がＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）の部分に、センサ収容部４７を差し込むようにする。なお、間隔寸法Ｌ２の大きさは、間隔寸法Ｌ１の大きさの略２倍となっており、さらには間隔寸法Ｌ２の部分がステータ２０の周方向に３箇所連続して設けられている。したがって、センサ収容部４７が差し込まれる間隔寸法Ｌ２の部分は、ステータ２０の外観上、目立つようになっており、装着作業性が良好となっている。

その後、図８に示されるように、センサ収容部４７の係合凸部４７ｃが、インシュレータ２２の係合凹部２５に入り込んで、係合凸部４７ｃおよび係合凹部２５が互いに係合される。これにより、３つのセンサ収容部４７の先端部２１ｃの間（突出部２１ｄの間）への差し込み動作が終了する。

次いで、差し込み動作を終えた状態、つまり、センサユニット４０のステータ２０に対する仮固定の状態において、図７の矢印Ｍ２に示されるように、固定ボルトＢＴを用いて、センサユニット４０をステータ２０に最終的に固定（本固定）する。このとき、固定ボルトＢＴの締結作業を容易にするために、ステータ２０の上下をひっくり返すようにする。これにより、固定ボルトＢＴをステータ２０の上方から目視しつつ、当該固定ボルトＢＴを容易に締結することが可能となる。そして、固定ボルトＢＴを締結する前、つまりセンサユニット４０のステータ２０に対して本固定する前に、ステータ２０の上下をひっくり返したとしても、係合凸部４７ｃが係合凹部２５に入り込んで係合しているので、係合凸部４７ｃおよび係合凹部２５が互いに「抜け止め機構」として機能し、センサユニット４０がステータ２０から脱落（落下）するようなことが無い。

これにより、図８および図１に示されるように、センサユニット４０のステータ２０への装着が完了する。

以上詳述したように、本実施の形態に係る回転電機１０によれば、センサユニット４０は、複数のティース２１ｂのうちの隣り合うティース２１ｂの先端部２１ｃの間に設けられるセンサ収容部４７を備え、インシュレータ２２には、ステータ２０の周方向に窪んだ係合凹部２５が設けられ、センサ収容部４７には、係合凹部２５に係合される係合凸部４７ｃが設けられている。

これにより、係合凹部２５と係合凸部４７ｃとの係合により、センサ収容部４７がステータ２０に対してその軸方向に移動することが阻止され、第１固定部４２を本体部２１ａに対して固定する前に、センサユニット４０がステータ２０から脱落することを防止できる。また、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒの損傷やはんだクラックの発生等を防止できる。よって、係合凹部２５および係合凸部４７ｃが抜け止め機構として作用し、ひいては組み立て作業性の効率向上を図ることが可能となる。

また、本実施の形態に係る回転電機１０によれば、インシュレータ２２は、ステータ２０の軸方向におけるティース２１ｂの一方側を覆う第１被覆部２３と、ステータ２０の軸方向におけるティース２１ｂの他方側を覆う第２被覆部２４と、を有し、ステータ２０の軸方向における第１被覆部２３と第２被覆部２４との間に、ステータ２０の周方向に窪んだ係合凹部２５が設けられている。

これにより、インシュレータ２２を第１被覆部２３および第２被覆部２４からなる分割構造として、第１被覆部２３および第２被覆部２４の形状を簡素化しつつ、容易に係合凹部２５を設けることが可能となる。

さらに、本実施の形態に係る回転電機１０によれば、係合凹部２５は、隣り合うティース２１ｂに装着されたインシュレータ２２のそれぞれに設けられ、係合凸部４７ｃは、ステータ２０の周方向におけるセンサ収容部４７の両側にそれぞれ設けられているので、センサユニット４０のステータ２０に対する仮固定の強度を向上させることができる。つまり、センサユニット４０をステータ２０から脱落し難くすることができ、ひいては組み立て作業性をより向上させることが可能となる。

本発明は上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、上記実施の形態においては、係合凹部２５を、隣り合うティース２１ｂに装着されたインシュレータ２２のそれぞれに設け、係合凸部４７ｃを、ステータ２０の周方向において、センサ収容部４７の両側にそれぞれ設けたものを示したが、本発明はこれに限らず、１つのセンサ収容部４７に対応させて、１つの係合凹部２５および１つの係合凸部４７ｃのみを設けるようにしても良い。また、ステータ２０の軸方向における係合凹部２５および係合凸部４７ｃの長さ寸法は任意である。要するに、仮固定の状態において、センサユニット４０がステータ２０から脱落しないようにできるのであれば、個数や長さ寸法さらには形状の設定について規制が無い。

また、上記実施の形態においては、インシュレータ２２に、ステータ２０の周方向に窪んだ係合凹部２５を設けたものを示したが、本発明はこれに限らず、インシュレータに、ステータの周方向に突出された係合凸部（第１係合部）を設けるようにしても良い。つまり、上述の実施の形態に対して、第１係合部および第２係合部の凹凸関係を逆にすることもできる。

さらに、上記実施の形態においては、インシュレータ２２を、第１被覆部２３と第２被覆部２４とで構成し、両者間に係合凹部２５を設けたものを示したが、本発明はこれに限らず、係合凸部４７ｃが摺接する第１被覆部２３の薄肉部２３ａに、係合凹部を設けるようにしても良い。

また、上記実施の形態においては、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒを、センサ基板ＳＢ上に直に実装したものを示したが、本発明はこれに限らず、センサ素子がリード線を介してセンサ基板に電気的に接続されるものにも適用することができる。

さらに、上記実施の形態においては、回転電機１０を、「１２極１８スロット」のブラシレスモータ構造としたものを示したが、本発明はこれに限らず、他の極数および他のスロット数であっても構わない。

また、上記実施の形態においては、回転電機１０を、自動二輪車等のスタータおよび発電機に用いられるＡＣＧスタータとしたものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば、耕運機などの農機具や小型船舶の船外機等のエンジンの始動に用いられるＡＣＧスタータにも適用することができる。

その他、上記実施の形態における各構成要素の材質，形状，寸法，数，設置箇所等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、上記実施の形態に限定されない。

１０：回転電機，２０：ステータ，２１：ステータコア，２１ａ：本体部，２１ｂ：ティース，２１ｃ：先端部，２１ｄ：突出部，２２：インシュレータ，２３：第１被覆部，２３ａ：薄肉部，２４：第２被覆部，２４ａ：薄肉部，２５：係合凹部（第１係合部），３０：ロータ，３１：ロータ本体，３１ａ：底壁部，３１ｂ：側壁部，３２：ボス部，３３：標準マグネット（マグネット），３４：２段マグネット（マグネット），３４ａ：第１対向部，３４ｂ：第２対向部，４０：センサユニット，４１：ハウジング，４２：第１固定部（固定部），４３：第２固定部，４４：橋渡し部，４５：センサホルダ部，４６：ホルダ本体，４７：センサ収容部，４７ａ：第１当接部，４７ｂ：第２当接部，４７ｃ：係合凸部（第２係合部），ＡＲ１：第１検出領域，ＡＲ２：第２検出領域，ＢＬ：境界部，ＢＴ：固定ボルト，Ｃｕ：Ｕ相コイル（コイル），Ｃｖ：Ｖ相コイル（コイル），Ｃｗ：Ｗ相コイル（コイル），ＨＤ：マグネットホルダ，ＬＥ：基準線，ＬＮ：検出境界線，ＭＧ：マグネット，ＭＲ：モールド樹脂，ＳＢ：センサ基板，ＳＦ：対向部，ＳＬ：スロット，Ｓｒ：回転センサ（センサ素子），ＳＴ：取付ステー，Ｓｕ：Ｕ相用センサ（センサ素子），Ｓｖ：Ｖ相用センサ（センサ素子），Ｓｗ：Ｗ相用センサ（センサ素子）

Claims (3)

1. ステータと、
   前記ステータに対して回転し、回転方向にＮ極およびＳ極が交互に現れるように並べられた複数のマグネットを有するロータと、
   前記ステータに装着され、前記ロータの回転状態を検出するセンサユニットと、
   を備えた回転電機であって、
   前記ステータは、
   環状の本体部と、
   前記本体部の径方向外側に放射状に突出された複数のティースと、
   前記ティースに装着されたインシュレータと、
   前記インシュレータを介して前記ティースに巻装されたコイルと、
   を有し、
   前記センサユニットは、
   前記本体部に固定される固定部と、
   センサ素子が電気的に接続されたセンサ基板と、
   前記複数のティースのうちの隣り合うティースの先端部の間に設けられ、前記センサ基板を収容するセンサ収容部と、
   を備え、
   前記インシュレータには、前記ステータの周方向に突出または窪んだ第１係合部が設けられ、
   前記センサ収容部には、前記第１係合部に係合される第２係合部が設けられていることを特徴とする、
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記インシュレータは、
   前記ステータの軸方向における前記ティースの一方側を覆う第１被覆部と、
   前記ステータの軸方向における前記ティースの他方側を覆う第２被覆部と、
   を有し、
   前記ステータの軸方向における前記第１被覆部と前記第２被覆部との間に、前記ステータの周方向に窪んだ前記第１係合部が設けられていることを特徴とする、
   回転電機。
3. 前記第１係合部は、隣り合う前記ティースに装着された前記インシュレータのそれぞれに設けられ、
   前記第２係合部は、前記ステータの周方向における前記センサ収容部の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする、
   請求項１または請求項２に記載の回転電機。

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