JP3996351B2 - スタータ兼用ジェネレータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータ兼用ジェネレータに関し、特に、ブラシレスモータからなるスタータの通電タイミングを制御するためのロータ角度センサおよびエンジンの点火トリガ用パルサセンサを有するスタータ兼用ジェネレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンには、点火トリガ用としてパルサセンサつまりパルスピックアップ装置が設けられる。特開平７−１０３１１９号公報には、クランク軸と一体に回転するフライホイールの外周面に設けられたピックアップマグネットの通過周期を検出するピックアップセンサをフライホイールカバーの内周面に設けたエンジンが開示されている。
【０００３】
一方、クランク軸に固着したマグネットロータとステータとからなるスタータ兼用ジェネレータにおいて、この回転機をブラシレス方式にしようとした場合、点火トリガ用パルサセンサとは別に通電タイミング制御用のロータ角度センサが必要となる。このように、ロータ角度センサとパルサセンサとを設ける場合、これらセンサやリラクタの設置スペースの確保が困難である。また、リラクタをクランク軸のフライホイール上に加工したり、別体のリラクタプレートを取り付けたりする手間がかかる。
【０００４】
上記状況に鑑み、クランクケースに前記ロータ角度センサを取り付けるようにして、フライホイールに対する加工を回避することが考えられる。図１９は、クランクケースにロータ角度センサを取り付けたスタータ兼用ジェネレータの断面図、図２０はスタータ兼用ジェネレータの、特にステータ部分の正面図である。両図において、クランク軸２０１は軸受２０９および図示しない他方の軸受によってクランクケース２０２に支持される。クランクケース２０２から外部に突出しているクランク軸２０１の端部には、マグネット６２を内周面に配置したカップ状のアウタロータ６０が固定される。
【０００５】
クランクケース２０２に取り付けられた隔壁２０２ａには、クランク軸２０１と同心に配置されたステータ５０が３本のボルト２７９で取り付けられる。また、隔壁２０２ａとステータ５０との間にはロータ角度センサ２９が配され、ねじ１００で隔壁２０２ａに取り付けられる。アウタロータ６０のハブ６０ａには環状のロータ角度センサ用マグネット３３ａが設けられる。マグネット３３ａと前記ロータ角度センサ２９の感知部分とは、互いに対向する。
【０００６】
アウタロータ６０の外周にはリラクタ６０ｂが形成され、このリラクタ６０ｂをアウタロータ６０の１回転毎に検出してタイミング信号を発するパルサセンサ３０Ａが設けられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記スタータ兼用ジェネレータでは、ロータ角度センサ２９とステータ５０との相対位置関係の精度を高めることが容易ではなく、そのためにステータに対するロータの角度位置検出精度を高めることが困難であった。また、ロータ角度センサは比較的温度が高いクランクケースに直接取り付けられているので、センサのケースや、センサ素子などに高い耐熱性が要求されていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、検出精度の向上を図ることができ、小さいスペースにパルサセンサおよびロータ角度センサならびにこれらのセンサに対応するマグネットを配置することができるスタータ兼用ジェネレータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、クランク軸部にブラシレス回転電機を設けたスタータ兼用ジェネレータにおいて、前記回転電機の回転角を検出するロータ角度センサを備え、前記ロータ角度センサが、前記回転電機のステータに取り付けられた点に第１の特徴がある。
【００１０】
第１の特徴によれば、ロータ角度センサがステータに取り付けられるので、両者の相対位置を予定関係に精度良く合わせることができる。したがって、ステータに対するロータの角度位置検出精度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記ロータ角度センサが、前記ステータの、エンジン側に配されるとともに、前記ステータの、前記エンジンの反対側から係合する締結手段によって取り付けられた点に第２の特徴がある。
【００１２】
第２の特徴によれば、エンジン側つまりクランク軸端から遠くて芯振れが少ない位置で角度検出できるので、検出精度が高められるとともに、外側から締結手段でロータ角度センサの取り付けを行うことができるので、組み立て作業性を良好にできる上に、ステータススペースを有効に利用できる。
【００１３】
また、本発明は、クランク軸に連結されたロ−タと、ステータとを有するブラシレス形式のスタータ兼用ジェネレータにおいて、前記ステータ上で共通のセンサケースに収容され、互いに近接して配置された点火トリガ用のパルサセンサおよびロータ角度センサを具備した点に第３の特徴がある。
【００１４】
第３の特徴によれば、パルサセンサおよびロータ角度センサをセンサケースに収容して一体に配置したので、スペースを有効利用できるし、センサに対応して設けられるリラクタも一体に構成できる。
【００１５】
また、本発明は、クランク軸方向で、前記パルサセンサがエンジン寄りに、前記ロータ角度センサが前記クランク軸端寄りに配置された点に第４の特徴があり、前記パルサセンサおよび前記ロータ角度センサが、前記クランク軸回転方向に等間隔で配置された点に第５の特徴がある。
【００１６】
さらに、本発明は、前記ロータ角度センサが前記クランク軸回転方向に１列に配置された複数の素子からなり、前記パルサセンサが、前記複数の素子からなるロータ角度センサの前記クランク軸回転方向幅内に配置された点に第６の特徴がある。
【００１７】
第４の特徴によれば、エンジン点火制御に対するクランク軸の芯ブレの影響を小さくすることができ、第５の特徴によれば、製造の容易化が図られる。また、第６の特徴によれば、クランク軸回転方向におけるセンサのサイズを小さくすることができる。
【００１８】
またさらに、本発明は、前記ロータが、前記ステータの外周に沿った内周面を持つ略円筒形状のロータヨークを有するとともに、該ロータヨーク円周方向には複数の磁石挿入孔が配置され、前記磁石挿入孔には、前記ロータヨーク間に一部の空隙を設けて永久磁石が挿入されている点に第７の特徴がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを搭載したスクータ型自動二輪車の本体構造を示す側面透視図である。同図において、車体前部３ａと車体後部３ｂとは低いフロア部４を介して連結され、車体の骨格をなす車体フレームは、ダウンチューブ６とメインパイプ７とで主要部を構成する。メインパイプ７によって支持される燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）の上方にはシート８が配置される。
【００２０】
車体前部３ａのステアリングヘッド５には、上方に延びたハンドル１１および下方に延びたフロントフォーク１２が回動自在に軸支され、かつフロントフォーク１２の下端には前輪ＦＷが軸支される。ハンドル１１の上部は計器盤を含むハンドルカバー１３で覆われる。メインパイプ７の立上がり部下端にはブラケット１５が設けられ、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持される。
【００２１】
スイングユニット２の前部には、単気筒の４ストローク内燃機関Ｅが搭載される。この内燃機関Ｅから後方にかけてベルト式無段変速機２６が設けられる。変速機２６の後部には遠心クラッチを介して減速機２７が設けられ、減速機２７には後輪ＲＷが軸支される。減速機２７の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション２２が介装される。内燃機関Ｅから延出する吸気管２３には気化器２４が接続され、さらに気化器２４にはエアクリーナ２５が接続される。
【００２２】
図３は、スイングユニット２をクランク軸の中心軸に沿って切断した断面図である。スイングユニット２は、左クランクケース２０２Ｌおよび右クランクケース２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２で覆われる。クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受２０８、２０９により回転自在に支持される。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド２１３ａが連結される。
【００２３】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室のケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられる。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられる。
【００２４】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側では、カムプレート２１５がクランク軸２０１に固着され、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合する。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有し、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトボール２１６が収容される。
【００２５】
クランク軸２０１の回転速度が増大すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５間にあって共に回転するドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００２６】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、内燃機関Ｅの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機２７等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００２７】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼用ジェネレータ１が配設されている。スタータ兼用ジェネレータ１は、ステータ５０と、このステータ５０の外周を回転するアウタロータ６０とから構成される。アウタロータ６０は、クランク軸２０１に連結されるカップ状のロータケース６３と、このロータケース６３の内周面に収容されるマグネット６２を有する。マグネット６２は後述するロータヨークの円周方向に交互に挿貫されたＮ極およびＳ極の永久磁石によって構成される。
【００２８】
アウタロータ６０は、クランク軸２０１の先端テーパ部に取り付けられ、ボルト２５３により固定される。アウタロータ６０の内周側に配設されるステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９で固定される。アウタロータ６０には、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６により固着されるファン２８０が設けられる。ファン２８０に隣接してラジエータ２８２が設けられ、ラジエータ２８２はファンカバー２８１により覆われる。
【００２９】
スタータ兼用ジェネレータ１と軸受２０９との間のクランク軸２０１上には、スプロケット２３１が固定され、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられる。スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成される。
【００３０】
図１１はアウタロータ６０のロータヨークの要部側面図である。ロータヨーク６１は、リング状のケイ素鋼板（薄板）を略円筒状に積層して構成され、ロータヨーク６１の円周方向に設けられた複数の開口部６１１が設けられる。この複数の開口部６１１内には、Ｎ極およびＳ極の永久磁石が交互に配置されて軸方向に挿入される。開口部６１１はロータヨーク６１の円周方向に３０度間隔で１２個形成される。隣接する各開口部６１１の間は補極部６１３として機能する。
【００３１】
各開口部６１１内に挿入される永久磁石６２の断面形状は、中央部が厚肉の略太鼓状である。開口部６１１の形状と永久磁石６２の断面形状とは同一ではなく、開口部６１１に永久磁石６２が挿入された状態では、各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に第１空隙６１２が形成され、かつ各永久磁石６２の両端部におけるステータ側には第２空隙６１４が形成される。
【００３２】
永久磁石６２を挿入孔（開口部）６１１の内壁面に対して全面で当接させるのではなく、内周側つまりステータ側の両端部の２点および外周側中央部の１点の合計３点で当接し、支持させることができる。この当接点以外の空隙には永久磁石６２を固定させるための接着剤を充填することができる。
【００３３】
上記３点支持によれば、永久磁石６２をロータヨーク６１の開口部６１１内で機械的に保持できるようにしながら、両者の間に接着剤の充填に必要十分な空隙を確保できるので、組み付け工程での作業性の向上と永久磁石の強固な固定とを両立できる。また、ロータヨーク６１の開口部６１１内で永久磁石６２を３点で支持することにより、開口部６１１内での永久磁石６２の位置ずれを防止しながら、接着剤の充填空隙を最大限に確保でき、接着剤による極めて強固な固定が可能になる。
【００３４】
図１２は、スタータ兼用ジェネレータ１の制御系のブロック図であり、上述の各図面と同符号は同一または同等部分を表している。制御ユニット４０は、バッテリ４２の出力電圧ＶBATTをロジック電圧ＶDDに変換してＣＰＵ１０１へ供給するＤＣ−ＤＣ変換器１０２と、ＩＧ（イグニッション）コイル４１への給電を制御して点火プラグ４３を所定のタイミングで点火させる点火制御装置１０３と、バッテリ電圧ＶBATTを３相交流電力に変換してスタータ兼用ジェネレータ１のステータ巻線５３へ供給する３相ドライバ１０４とを含む。
【００３５】
スロットルセンサ４５は、スロットル開度θthを検知してＣＰＵ１０１へ通知する。ロータ角度センサ２９は、アウタロータ６０の回転位置を検知してＣＰＵ１０１へ通知する。レギュレータ４４は、アウタロータ６０の回転に応じて前記ステータ巻線５３に発生した誘導起電力を所定のバッテリ電圧ＶBATTに制御して電源ラインＬへ供給する。
【００３６】
この構成において、エンジン始動時は、ＣＰＵ１０１がロータ角度センサ２９により検知されたアウタロータ６０の回転位置に基づいてステータ巻線５３の励磁タイミングを決定し、３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴのスイッチングタイミングを制御してステータ巻線５３の各相へ交流電力を供給する。３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）はＣＰＵ１０１によりＰＷＭ制御され、そのデューティ比すなわち駆動トルクは、前記スロットルセンサ４５により検知されたスロットル開度θthに基づいて制御される。
【００３７】
一方、エンジン（内燃機関）Ｅが始動されると、３相ドライバ１０４からステータ巻線５３への給電が中止され、今度はスタータ兼用ジェネレータ１が内燃機関Ｅにより従動的に駆動される。このとき、ステータ巻線５３には、クランク軸２０１の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレギュレータ４４によってバッテリ電圧ＶBATTに制御され、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバッテリ４２へ充電される。
【００３８】
次に、前記ロータヨーク６１に設けた各空隙部６１２，６１４の作用を説明する。図１３は、スタータ兼用ジェネレータ１をスタータモータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図であり、図１４は、スタータ兼用ジェネレータ１をジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【００３９】
スタータ兼用ジェネレータ１をスタータモータとして機能させる際、前記制御ユニット４０を介してバッテリ４２から各ステータ巻線５３へ励磁電流を供給すると、図１３に示したように、Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎから放射方向に発生した磁力線がＳ極永久磁石６２Ｓのステータ側表面から裏面へ抜け、その多くはロータヨーク６１のコア部６１５および補極部６１３を経由し、隣接するＳ極に励磁されたステータ突極５２Ｓ、ステータコア５１を経由して前記Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎへ戻る。
【００４０】
ここで、各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に形成される第１空隙６１２により各永久磁石６２の側部から補極部６１３への漏れ磁束が減ぜられるので、磁力線の大部分は各永久磁石６２からロータヨーク６１のコア部６１５へ抜け、さらに前記補極部６１３を経由してステータ５０側へ達する。この結果、アウタロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が増えるので、空隙６１２を設けない場合に比べて駆動トルクが増加する。さらに、永久磁石６２の両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための空隙６１４が形成されているので、ロータヨーク６１の内側を通過する漏れ磁束も減少する。
【００４１】
すなわち、永久磁石の両側に形成した２か所の空隙６１４のうち一方は、ロータヨーク６１の補極部６１３からステータ突極５２Ｓへ磁束を効率良く導くように作用し、空隙６１４の他方は、永久磁石６２Ｎからロータヨーク６１の内側円周部を通過する磁束をステータ突極５２Ｓへ効率良く導くように作用する。この結果、アウタロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が更に増え、スタータモータとしての駆動トルクを更に増加させることが可能になる。
【００４２】
一方、スタータ兼用ジェネレータ１をジェネレータとして機能させる際は、図１４に示したように、各永久磁石６２から発生する磁束がステータ突極およびステータコアと共に閉磁路を形成するので、ロータの回転数に応じた発電電流をステータ巻線に発生させることができる。
【００４３】
このように、永久磁石の背面から磁束が流入する部位６１３ａと空隙６１４の近傍部位６１３ｂ，６１３ｃにおける磁力の流れが、始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減に非常に重要となるため、部位６１３ａ、６１３ｂおよび６１３ｃにおいてロータヨーク６１と永久磁石６２とが高い精度で当接するよう位置決めすることにより、設計上の磁力を確保することが可能となる。
【００４４】
次に、ロータ角度センサおよびパルサセンサ（以下、両者を統合して「回転検出センサ」と呼ぶ）のレイアウトについて説明する。図１８は各センサの接続図である。３相のステータ巻線５３の端子は、前記３相ドライバ１０４との接続のために制御ユニット４０の端子台４０ａに接続される。ステータ５０に設けられたロータ角度センサ２９は、３個１組で構成される。また、パルサセンサ３０は、後述のように、ロータ角度センサ２９と近接配置するようにしてもよいし、アウタロータ６０の外周に配置するようにしてもよい。ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０はいずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子から構成することができる。各センサのリード線は、基板３１に接続される。
【００４５】
図１は回転検出センサのレイアウトを示すスタータ兼用ジェネレータ１の断面図、図４は無段変速機側から見た回転検出センサのレイアウトを示す図である。環状のステータ５０の内周にはセンサケース２８が嵌め込まれ、このセンサケース２８内には、前記アウタロータ６０のボスの外周に沿って互いに等間隔でロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０が設けられる。ロータ角度センサ２９はブラシレスのスタータ兼用ジェネレータ１のステータコイルに対する通電タイミングを制御するためのものであり、パルサセンサ３０はエンジンの点火制御のためのものである。
【００４６】
ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０は、クランク軸２０１の軸方向で互いにずれていて、ロータ角度センサ２９がクランク軸２０１の端部寄りつまりファン２８０側に位置し、パルサセンサ３０がクランク軸２０１の中央寄りつまりエンジン中心寄りに位置する。パルサセンサ３０をクランク軸２０１の中央寄りに位置させることにより、検出精度に対するクランク軸２０１の芯ブレの影響が小さくなり、エンジン点火制御の精度が向上する。回転検出センサ２９，３０のリード線は基板３１に接続され、さらに基板３１にはワイヤハーネス３２が結合される。
【００４７】
アウタロータ６０のハブ６０ａの外周には、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０に磁気作用を及ぼすマグネットリング３３が嵌め込まれる。マグネットリング３３はロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０にそれぞれ対応するよう２段着磁される。ロータ角度センサ２９に対応するマグネットリング３３の一方３３ａには円周方向に３０°ずつ交互にＮ極とＳ極の磁極が形成される（図５参照）。また、パルサセンサ３０に対応するマグネットリング３３の他方３３ｂには、クランク軸２０１の１回転毎にパルサセンサ３０が１パルス出力するよう、円周方向の１か所に、１５°〜４０°の角度範囲で磁極が形成される（図６参照）。
【００４８】
マグネットリング３３はプラスチックマグネットリングであるのが好ましい。また、パルサセンサ３０に対応するマグネットリング３３ｂに代えて、図７のように、プラスチックリング部分３３ｃにマグネット３３ｄを固着してもよい。
【００４９】
図４に示すように、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０は、クランク軸２０１方向から見て互いに重ならないよう配置してもよいが、センサケース２８をコンパクトにするためには、必ずしもこの配置に限定されない。図８は、クランク軸２０１回転方向でのセンサケース２８のサイズを小さくした例を示すセンサ部の要部斜視図である。同図において、パルサセンサ３０はクランク軸２０１の回転方向に並んだ３個のロータ角度センサ２９間、特に、３個のロータ角度センサ２９の真ん中のセンサと軸方向に並んで配置される。この配置によれば、前記クランク軸２０１回転方向でのセンサケース２８のサイズはホールＩＣ３個分の収容スペースを考慮して設定すればよいので、小型化が可能であり、かつ、センサケース２８内でのマス（質量）の集中化や重量バランスが良い。なお、センサ２９，３０のリード線が接続される基板３１は平板であり、図示のようにその長手方向の端面が、鞍状のセンサケース２８の内壁に沿うよう円弧状に設定されるのがよい。
【００５０】
図９は、変形例に係るセンサ部の斜視図である。この変形例では、図８と異なり、基板３１を回転検出センサ２９，３０の上部つまりステータ５０の外周寄りに設けるとともに、センサ２９，３０からの距離を均等にするよう、基板３１は平板ではなく円弧状に形成するのがよい。例えば、可撓性のビニール基板を用いれば、容易に円弧状にすることができる。このように、センサ２９，３０および基板３１の距離を均等にすることにより、センサ２９，３０の端子の長さと形状が揃うので、基板３１との接続が容易であり、センサケース２８内でのマスの集中化や重量バランスが良い。
【００５１】
センサケース２８をステータ５０に取り付けるためには、例えば、センサケース２８からブラケット２８ａを張り出し（図４参照）、このブラケット２８ａをステータ５０にねじ止めすればよい。また、センサケース２８をファン２８０側からねじ止めしてもよい。図１０はセンサケース２８の取付例を示す断面図であり、図４と同符号は同一または同等部分を示す。同図において、センサケース２８内にはインサートナット３４が埋め込まれる。なお、インサートナット３４の設置位置は図４に符号３４ａで示す。ステータ５０の前記ファン２８０側の面にはインシュレータ５０ａが端面に係合しているプレート３５が当てがわれ、このプレート３５を挟んで、ボルト３６をインサ−トナット３４に螺挿することによりセンサケース２８がステータ５０に固定される。これによれば、センサケース２８をステータ５０の径方向に小型化できるため、ステータのスペースが確保され、コイル巻線を増やすこともできる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図１５は、第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図、図１６は、ステータ部分をエンジン中央側から見た図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。両図において、クランク軸２０１の端部のテーパ部分には、ハブ６０ａを有するカップ状のアウタロータ６０が固定される。ハブ６０ａはキー７０によってクランク軸２０１に対する回転方向の位置が規定される一方、クランク軸２０１端部のボルト部分に螺着されたナット７１で、クランク軸２０１の軸方向での動きが規制されている。
【００５３】
アウタロータ６０のカップ状部分の内周には、図１のものと同様、マグネット６２を含むロータヨークが設けられ、このロータヨークとハブ６０ａとの間の空間にはアウタロータ６０と同心でステータ５０が配される。ステータ５０は、外側つまりクランク軸２０１端部側から挿入された３本のボルト２７９でクランクケース２０２の隔壁２０２ａに取り付けられる。
【００５４】
ステータ５０と隔壁２０２ａとの間には、ロータ角度センサ２９を収容したセンサケース７２が配置され、このセンサケース７２は前記ボルト２７９と同方向からステータ５０に挿通された、締結手段としてのボルト７３でステータ５０に固定される。すなわち、センサケース７２はボルト２７９間のスペースを有効に利用して取り付けられる。
【００５５】
アウタロータ６０のハブ６０ａには環状のロータ角度センサ用マグネット３３ａが設けられる。マグネット３３ａと前記ロータ角度センサ２９の感知部分とは、互いに対向するよう位置決めされる。
【００５６】
アウタロータ６０の外周にはリラクタ６０ｂが形成され、このリラクタ６０ｂをアウタロータ６０の１回転毎に検出してタイミング信号を発するパルサセンサ３０Ａが設けられる。
【００５７】
前記各センサ２９，３０Ａのリード線や、ステータ巻線の引き出し部分は、ステータ５０と隔壁２０２ａとの間に布線され、ケーブルクリップ７４で結束され、ケーブルクリップ７４はボルト７５でステータ５０に固定される。
【００５８】
続いて、ロータ角度センサ部分を更に詳述する。図１７はステータの要部断面図である。同図において、電気絶縁材料からなるセンサケース７２には、インサートナット７６が埋設されている。ステータ５０を貫通したボルト７３をインサートナット７６に螺挿させることによって、センサケース７２をステータ５０の側面に固着させる。センサケース７２の、ステータ５０内周寄りにはロータ角度センサ２９としてのホール素子が埋設され、このホール素子のリード線は基板３１Ａに接続される。ロータ角度センサ２９は、上述のように、３個１組であり、これらセンサのリード線は基板３１Ａ上にまとめられ、被覆コード７８で前記制御ユニット４０に引き出される。ステータ５０の両側面には絶縁板７７が配され、この絶縁板７７を介して、ステータ５０に巻線５３が巻き回される。
【００５９】
この第２実施形態では、パルサセンサ３０Ａをアウタロータ６０の外周に配置してリラクタ６０ｂを検出するようにした。しかし、第１実施形態（図１）と同様、ロータ角度センサ２９とパルサセンサ３０Ａとを隣接配置し、アウタロータ６０のハブ６０ａ外周に配置されるマグネット３３を検出するようにしても良い。要は、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０Ａのうち、少なくともロータ角度センサ２９がステータ５０に取り付けられていればよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１，２の発明によれば、ロータ角度センサがステータに取り付けられるので、ロータ角度センサとステータとの位置精度の向上が図られ、ステータに対するロータの角度位置検出精度が良好となる。また、請求項２の発明によれば、ロータ角度センサをステータに取り付けるときの作業性の向上を図ることができる。
【００６１】
また、請求項２〜請求項７の発明によれば、パルサセンサおよびロータ角度センサをセンサケースに収容して一体に配置したので、スペースを有効利用できるし、センサに対応して設けられるリラクタも一体に構成できる。特に、請求項４の発明によれば、エンジン点火制御に対するクランク軸の芯ブレの影響を小さくすることができるので、点火時期の精度を向上することができ、請求項５の発明によれば、製造の容易化が図られる。また、請求項６の発明によれば、クランク軸回転方向におけるセンサのサイズを小さくすることができる。
【００６２】
さらに、請求項７の発明によれば、スタータとしての始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減を図るものにおいて、設計上の磁力に影響を与えることなく、磁石を容易かつ強固に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを搭載したスクータ型自動二輪車の側面透視図である。
【図３】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを含むエンジンの要部を示す断面図である。
【図４】 無段変速機側から見た回転検出センサのレイアウトを示す図である。
【図５】 ロータ角度センサ用マグネットリングの模式図である。
【図６】 パルサセンサ用マグネットリングの模式図である。
【図７】 変形例に係るパルサセンサ用マグネットリングの模式図である。
【図８】 クランク角度センサおよびパルサセンサの配置を示す斜視図である。
【図９】 クランク角度センサおよびパルサセンサの配置の変形例を示す斜視図である。
【図１０】 センサケースの取付例を示す断面図である。
【図１１】 アウタロータのロータヨークの要部側面図である。
【図１２】 スタータ兼用ジェネレータの制御系のブロック図である。
【図１３】 スタータ兼用ジェネレータをスタータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【図１４】 スタータ兼用ジェネレータをジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【図１５】 第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図１６】 第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの、ステータ部分をエンジン側から見た図である。
【図１７】 ロータ角度センサの取り付け態様を示すステータの要部断面図である。
【図１８】 センサの接続図である。
【図１９】 従来装置に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図２０】 従来技術に係るスタータ兼用ジェネレータの、ステータ部分をクランク軸軸端側から見た図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼用ジェネレータ、 ２…スイングユニット、 ２８…センサケース、 ２９…ロータ角度センサ、 ３０…パルサセンサ、 ３１…基板、 ３２…ワイヤハーネス、 ３３…マグネットリング、 ５０…ステータ、 ６０…アウタロータ、 ７２…センサケース、 ７３…ボルト（締結手段）、 ２０１…クランク軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータ兼用ジェネレータに関し、特に、ブラシレスモータからなるスタータの通電タイミングを制御するためのロータ角度センサおよびエンジンの点火トリガ用パルサセンサを有するスタータ兼用ジェネレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンには、点火トリガ用としてパルサセンサつまりパルスピックアップ装置が設けられる。特開平７−１０３１１９号公報には、クランク軸と一体に回転するフライホイールの外周面に設けられたピックアップマグネットの通過周期を検出するピックアップセンサをフライホイールカバーの内周面に設けたエンジンが開示されている。
【０００３】
一方、クランク軸に固着したマグネットロータとステータとからなるスタータ兼用ジェネレータにおいて、この回転機をブラシレス方式にしようとした場合、点火トリガ用パルサセンサとは別に通電タイミング制御用のロータ角度センサが必要となる。このように、ロータ角度センサとパルサセンサとを設ける場合、これらセンサやリラクタの設置スペースの確保が困難である。また、リラクタをクランク軸のフライホイール上に加工したり、別体のリラクタプレートを取り付けたりする手間がかかる。
【０００４】
上記状況に鑑み、クランクケースに前記ロータ角度センサを取り付けるようにして、フライホイールに対する加工を回避することが考えられる。図１９は、クランクケースにロータ角度センサを取り付けたスタータ兼用ジェネレータの断面図、図２０はスタータ兼用ジェネレータの、特にステータ部分の正面図である。両図において、クランク軸２０１は軸受２０９および図示しない他方の軸受によってクランクケース２０２に支持される。クランクケース２０２から外部に突出しているクランク軸２０１の端部には、マグネット６２を内周面に配置したカップ状のアウタロータ６０が固定される。
【０００５】
クランクケース２０２に取り付けられた隔壁２０２ａには、クランク軸２０１と同心に配置されたステータ５０が３本のボルト２７９で取り付けられる。また、隔壁２０２ａとステータ５０との間にはロータ角度センサ２９が配され、ねじ１００で隔壁２０２ａに取り付けられる。アウタロータ６０のハブ６０ａには環状のロータ角度センサ用マグネット３３ａが設けられる。マグネット３３ａと前記ロータ角度センサ２９の感知部分とは、互いに対向する。
【０００６】
アウタロータ６０の外周にはリラクタ６０ｂが形成され、このリラクタ６０ｂをアウタロータ６０の１回転毎に検出してタイミング信号を発するパルサセンサ３０Ａが設けられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記スタータ兼用ジェネレータでは、ロータ角度センサ２９とステータ５０との相対位置関係の精度を高めることが容易ではなく、そのためにステータに対するロータの角度位置検出精度を高めることが困難であった。また、ロータ角度センサは比較的温度が高いクランクケースに直接取り付けられているので、センサのケースや、センサ素子などに高い耐熱性が要求されていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、検出精度の向上を図ることができ、小さいスペースにパルサセンサおよびロータ角度センサならびにこれらのセンサに対応するマグネットを配置することができるスタータ兼用ジェネレータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、クランク軸部にブラシレス回転電機を設けたスタータ兼用ジェネレータにおいて、前記回転電機の回転角を検出するロータ角度センサを備え、前記ロータ角度センサが、前記回転電機のステータに取り付けられた点に第１の特徴がある。
【００１０】
第１の特徴によれば、ロータ角度センサがステータに取り付けられるので、両者の相対位置を予定関係に精度良く合わせることができる。したがって、ステータに対するロータの角度位置検出精度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記ロータ角度センサが、前記ステータの、エンジン側に配されるとともに、前記ステータの、前記エンジンの反対側から係合する締結手段によって取り付けられた点に第２の特徴がある。
【００１２】
第２の特徴によれば、エンジン側つまりクランク軸端から遠くて芯振れが少ない位置で角度検出できるので、検出精度が高められるとともに、外側から締結手段でロータ角度センサの取り付けを行うことができるので、組み立て作業性を良好にできる上に、ステータススペースを有効に利用できる。
【００１３】
また、本発明は、クランク軸に連結されたロ−タと、ステータとを有するブラシレス形式のスタータ兼用ジェネレータにおいて、前記ステータ上で共通のセンサケースに収容され、互いに近接して配置された点火トリガ用のパルサセンサおよびロータ角度センサを具備した点に第３の特徴がある。
【００１４】
第３の特徴によれば、パルサセンサおよびロータ角度センサをセンサケースに収容して一体に配置したので、スペースを有効利用できるし、センサに対応して設けられるリラクタも一体に構成できる。
【００１５】
また、本発明は、クランク軸方向で、前記パルサセンサがエンジン寄りに、前記ロータ角度センサが前記クランク軸端寄りに配置された点に第４の特徴があり、前記パルサセンサおよび前記ロータ角度センサが、前記クランク軸回転方向に等間隔で配置された点に第５の特徴がある。
【００１６】
さらに、本発明は、前記ロータ角度センサが前記クランク軸回転方向に１列に配置された複数の素子からなり、前記パルサセンサが、前記複数の素子からなるロータ角度センサの前記クランク軸回転方向幅内に配置された点に第６の特徴がある。
【００１７】
第４の特徴によれば、エンジン点火制御に対するクランク軸の芯ブレの影響を小さくすることができ、第５の特徴によれば、製造の容易化が図られる。また、第６の特徴によれば、クランク軸回転方向におけるセンサのサイズを小さくすることができる。
【００１８】
またさらに、本発明は、前記ロータが、前記ステータの外周に沿った内周面を持つ略円筒形状のロータヨークを有するとともに、該ロータヨーク円周方向には複数の磁石挿入孔が配置され、前記磁石挿入孔には、前記ロータヨーク間に一部の空隙を設けて永久磁石が挿入されている点に第７の特徴がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを搭載したスクータ型自動二輪車の本体構造を示す側面透視図である。同図において、車体前部３ａと車体後部３ｂとは低いフロア部４を介して連結され、車体の骨格をなす車体フレームは、ダウンチューブ６とメインパイプ７とで主要部を構成する。メインパイプ７によって支持される燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）の上方にはシート８が配置される。
【００２０】
車体前部３ａのステアリングヘッド５には、上方に延びたハンドル１１および下方に延びたフロントフォーク１２が回動自在に軸支され、かつフロントフォーク１２の下端には前輪ＦＷが軸支される。ハンドル１１の上部は計器盤を含むハンドルカバー１３で覆われる。メインパイプ７の立上がり部下端にはブラケット１５が設けられ、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持される。
【００２１】
スイングユニット２の前部には、単気筒の４ストローク内燃機関Ｅが搭載される。この内燃機関Ｅから後方にかけてベルト式無段変速機２６が設けられる。変速機２６の後部には遠心クラッチを介して減速機２７が設けられ、減速機２７には後輪ＲＷが軸支される。減速機２７の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション２２が介装される。内燃機関Ｅから延出する吸気管２３には気化器２４が接続され、さらに気化器２４にはエアクリーナ２５が接続される。
【００２２】
図３は、スイングユニット２をクランク軸の中心軸に沿って切断した断面図である。スイングユニット２は、左クランクケース２０２Ｌおよび右クランクケース２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２で覆われる。クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受２０８、２０９により回転自在に支持される。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド２１３ａが連結される。
【００２３】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室のケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられる。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられる。
【００２４】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側では、カムプレート２１５がクランク軸２０１に固着され、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合する。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有し、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトボール２１６が収容される。
【００２５】
クランク軸２０１の回転速度が増大すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５間にあって共に回転するドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００２６】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、内燃機関Ｅの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機２７等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００２７】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼用ジェネレータ１が配設されている。スタータ兼用ジェネレータ１は、ステータ５０と、このステータ５０の外周を回転するアウタロータ６０とから構成される。アウタロータ６０は、クランク軸２０１に連結されるカップ状のロータケース６３と、このロータケース６３の内周面に収容されるマグネット６２を有する。マグネット６２は後述するロータヨークの円周方向に交互に挿貫されたＮ極およびＳ極の永久磁石によって構成される。
【００２８】
アウタロータ６０は、クランク軸２０１の先端テーパ部に取り付けられ、ボルト２５３により固定される。アウタロータ６０の内周側に配設されるステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９で固定される。アウタロータ６０には、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６により固着されるファン２８０が設けられる。ファン２８０に隣接してラジエータ２８２が設けられ、ラジエータ２８２はファンカバー２８１により覆われる。
【００２９】
スタータ兼用ジェネレータ１と軸受２０９との間のクランク軸２０１上には、スプロケット２３１が固定され、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられる。スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成される。
【００３０】
図１１はアウタロータ６０のロータヨークの要部側面図である。ロータヨーク６１は、リング状のケイ素鋼板（薄板）を略円筒状に積層して構成され、ロータヨーク６１の円周方向に設けられた複数の開口部６１１が設けられる。この複数の開口部６１１内には、Ｎ極およびＳ極の永久磁石が交互に配置されて軸方向に挿入される。開口部６１１はロータヨーク６１の円周方向に３０度間隔で１２個形成される。隣接する各開口部６１１の間は補極部６１３として機能する。
【００３１】
各開口部６１１内に挿入される永久磁石６２の断面形状は、中央部が厚肉の略太鼓状である。開口部６１１の形状と永久磁石６２の断面形状とは同一ではなく、開口部６１１に永久磁石６２が挿入された状態では、各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に第１空隙６１２が形成され、かつ各永久磁石６２の両端部におけるステータ側には第２空隙６１４が形成される。
【００３２】
永久磁石６２を挿入孔（開口部）６１１の内壁面に対して全面で当接させるのではなく、内周側つまりステータ側の両端部の２点および外周側中央部の１点の合計３点で当接し、支持させることができる。この当接点以外の空隙には永久磁石６２を固定させるための接着剤を充填することができる。
【００３３】
上記３点支持によれば、永久磁石６２をロータヨーク６１の開口部６１１内で機械的に保持できるようにしながら、両者の間に接着剤の充填に必要十分な空隙を確保できるので、組み付け工程での作業性の向上と永久磁石の強固な固定とを両立できる。また、ロータヨーク６１の開口部６１１内で永久磁石６２を３点で支持することにより、開口部６１１内での永久磁石６２の位置ずれを防止しながら、接着剤の充填空隙を最大限に確保でき、接着剤による極めて強固な固定が可能になる。
【００３４】
図１２は、スタータ兼用ジェネレータ１の制御系のブロック図であり、上述の各図面と同符号は同一または同等部分を表している。制御ユニット４０は、バッテリ４２の出力電圧ＶBATTをロジック電圧ＶDDに変換してＣＰＵ１０１へ供給するＤＣ−ＤＣ変換器１０２と、ＩＧ（イグニッション）コイル４１への給電を制御して点火プラグ４３を所定のタイミングで点火させる点火制御装置１０３と、バッテリ電圧ＶBATTを３相交流電力に変換してスタータ兼用ジェネレータ１のステータ巻線５３へ供給する３相ドライバ１０４とを含む。
【００３５】
スロットルセンサ４５は、スロットル開度θthを検知してＣＰＵ１０１へ通知する。ロータ角度センサ２９は、アウタロータ６０の回転位置を検知してＣＰＵ１０１へ通知する。レギュレータ４４は、アウタロータ６０の回転に応じて前記ステータ巻線５３に発生した誘導起電力を所定のバッテリ電圧ＶBATTに制御して電源ラインＬへ供給する。
【００３６】
この構成において、エンジン始動時は、ＣＰＵ１０１がロータ角度センサ２９により検知されたアウタロータ６０の回転位置に基づいてステータ巻線５３の励磁タイミングを決定し、３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴのスイッチングタイミングを制御してステータ巻線５３の各相へ交流電力を供給する。３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）はＣＰＵ１０１によりＰＷＭ制御され、そのデューティ比すなわち駆動トルクは、前記スロットルセンサ４５により検知されたスロットル開度θthに基づいて制御される。
【００３７】
一方、エンジン（内燃機関）Ｅが始動されると、３相ドライバ１０４からステータ巻線５３への給電が中止され、今度はスタータ兼用ジェネレータ１が内燃機関Ｅにより従動的に駆動される。このとき、ステータ巻線５３には、クランク軸２０１の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレギュレータ４４によってバッテリ電圧ＶBATTに制御され、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバッテリ４２へ充電される。
【００３８】
次に、前記ロータヨーク６１に設けた各空隙部６１２，６１４の作用を説明する。図１３は、スタータ兼用ジェネレータ１をスタータモータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図であり、図１４は、スタータ兼用ジェネレータ１をジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【００３９】
スタータ兼用ジェネレータ１をスタータモータとして機能させる際、前記制御ユニット４０を介してバッテリ４２から各ステータ巻線５３へ励磁電流を供給すると、図１３に示したように、Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎから放射方向に発生した磁力線がＳ極永久磁石６２Ｓのステータ側表面から裏面へ抜け、その多くはロータヨーク６１のコア部６１５および補極部６１３を経由し、隣接するＳ極に励磁されたステータ突極５２Ｓ、ステータコア５１を経由して前記Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎへ戻る。
【００４０】
ここで、各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に形成される第１空隙６１２により各永久磁石６２の側部から補極部６１３への漏れ磁束が減ぜられるので、磁力線の大部分は各永久磁石６２からロータヨーク６１のコア部６１５へ抜け、さらに前記補極部６１３を経由してステータ５０側へ達する。この結果、アウタロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が増えるので、空隙６１２を設けない場合に比べて駆動トルクが増加する。さらに、永久磁石６２の両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための空隙６１４が形成されているので、ロータヨーク６１の内側を通過する漏れ磁束も減少する。
【００４１】
すなわち、永久磁石の両側に形成した２か所の空隙６１４のうち一方は、ロータヨーク６１の補極部６１３からステータ突極５２Ｓへ磁束を効率良く導くように作用し、空隙６１４の他方は、永久磁石６２Ｎからロータヨーク６１の内側円周部を通過する磁束をステータ突極５２Ｓへ効率良く導くように作用する。この結果、アウタロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が更に増え、スタータモータとしての駆動トルクを更に増加させることが可能になる。
【００４２】
一方、スタータ兼用ジェネレータ１をジェネレータとして機能させる際は、図１４に示したように、各永久磁石６２から発生する磁束がステータ突極およびステータコアと共に閉磁路を形成するので、ロータの回転数に応じた発電電流をステータ巻線に発生させることができる。
【００４３】
このように、永久磁石の背面から磁束が流入する部位６１３ａと空隙６１４の近傍部位６１３ｂ，６１３ｃにおける磁力の流れが、始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減に非常に重要となるため、部位６１３ａ、６１３ｂおよび６１３ｃにおいてロータヨーク６１と永久磁石６２とが高い精度で当接するよう位置決めすることにより、設計上の磁力を確保することが可能となる。
【００４４】
次に、ロータ角度センサおよびパルサセンサ（以下、両者を統合して「回転検出センサ」と呼ぶ）のレイアウトについて説明する。図１８は各センサの接続図である。３相のステータ巻線５３の端子は、前記３相ドライバ１０４との接続のために制御ユニット４０の端子台４０ａに接続される。ステータ５０に設けられたロータ角度センサ２９は、３個１組で構成される。また、パルサセンサ３０は、後述のように、ロータ角度センサ２９と近接配置するようにしてもよいし、アウタロータ６０の外周に配置するようにしてもよい。ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０はいずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子から構成することができる。各センサのリード線は、基板３１に接続される。
【００４５】
図１は回転検出センサのレイアウトを示すスタータ兼用ジェネレータ１の断面図、図４は無段変速機側から見た回転検出センサのレイアウトを示す図である。環状のステータ５０の内周にはセンサケース２８が嵌め込まれ、このセンサケース２８内には、前記アウタロータ６０のボスの外周に沿って互いに等間隔でロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０が設けられる。ロータ角度センサ２９はブラシレスのスタータ兼用ジェネレータ１のステータコイルに対する通電タイミングを制御するためのものであり、パルサセンサ３０はエンジンの点火制御のためのものである。
【００４６】
ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０は、クランク軸２０１の軸方向で互いにずれていて、ロータ角度センサ２９がクランク軸２０１の端部寄りつまりファン２８０側に位置し、パルサセンサ３０がクランク軸２０１の中央寄りつまりエンジン中心寄りに位置する。パルサセンサ３０をクランク軸２０１の中央寄りに位置させることにより、検出精度に対するクランク軸２０１の芯ブレの影響が小さくなり、エンジン点火制御の精度が向上する。回転検出センサ２９，３０のリード線は基板３１に接続され、さらに基板３１にはワイヤハーネス３２が結合される。
【００４７】
アウタロータ６０のハブ６０ａの外周には、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０に磁気作用を及ぼすマグネットリング３３が嵌め込まれる。マグネットリング３３はロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０にそれぞれ対応するよう２段着磁される。ロータ角度センサ２９に対応するマグネットリング３３の一方３３ａには円周方向に３０°ずつ交互にＮ極とＳ極の磁極が形成される（図５参照）。また、パルサセンサ３０に対応するマグネットリング３３の他方３３ｂには、クランク軸２０１の１回転毎にパルサセンサ３０が１パルス出力するよう、円周方向の１か所に、１５°〜４０°の角度範囲で磁極が形成される（図６参照）。
【００４８】
マグネットリング３３はプラスチックマグネットリングであるのが好ましい。また、パルサセンサ３０に対応するマグネットリング３３ｂに代えて、図７のように、プラスチックリング部分３３ｃにマグネット３３ｄを固着してもよい。
【００４９】
図４に示すように、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０は、クランク軸２０１方向から見て互いに重ならないよう配置してもよいが、センサケース２８をコンパクトにするためには、必ずしもこの配置に限定されない。図８は、クランク軸２０１回転方向でのセンサケース２８のサイズを小さくした例を示すセンサ部の要部斜視図である。同図において、パルサセンサ３０はクランク軸２０１の回転方向に並んだ３個のロータ角度センサ２９間、特に、３個のロータ角度センサ２９の真ん中のセンサと軸方向に並んで配置される。この配置によれば、前記クランク軸２０１回転方向でのセンサケース２８のサイズはホールＩＣ３個分の収容スペースを考慮して設定すればよいので、小型化が可能であり、かつ、センサケース２８内でのマス（質量）の集中化や重量バランスが良い。なお、センサ２９，３０のリード線が接続される基板３１は平板であり、図示のようにその長手方向の端面が、鞍状のセンサケース２８の内壁に沿うよう円弧状に設定されるのがよい。
【００５０】
図９は、変形例に係るセンサ部の斜視図である。この変形例では、図８と異なり、基板３１を回転検出センサ２９，３０の上部つまりステータ５０の外周寄りに設けるとともに、センサ２９，３０からの距離を均等にするよう、基板３１は平板ではなく円弧状に形成するのがよい。例えば、可撓性のビニール基板を用いれば、容易に円弧状にすることができる。このように、センサ２９，３０および基板３１の距離を均等にすることにより、センサ２９，３０の端子の長さと形状が揃うので、基板３１との接続が容易であり、センサケース２８内でのマスの集中化や重量バランスが良い。
【００５１】
センサケース２８をステータ５０に取り付けるためには、例えば、センサケース２８からブラケット２８ａを張り出し（図４参照）、このブラケット２８ａをステータ５０にねじ止めすればよい。また、センサケース２８をファン２８０側からねじ止めしてもよい。図１０はセンサケース２８の取付例を示す断面図であり、図４と同符号は同一または同等部分を示す。同図において、センサケース２８内にはインサートナット３４が埋め込まれる。なお、インサートナット３４の設置位置は図４に符号３４ａで示す。ステータ５０の前記ファン２８０側の面にはインシュレータ５０ａが端面に係合しているプレート３５が当てがわれ、このプレート３５を挟んで、ボルト３６をインサ−トナット３４に螺挿することによりセンサケース２８がステータ５０に固定される。これによれば、センサケース２８をステータ５０の径方向に小型化できるため、ステータのスペースが確保され、コイル巻線を増やすこともできる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図１５は、第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図、図１６は、ステータ部分をエンジン中央側から見た図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。両図において、クランク軸２０１の端部のテーパ部分には、ハブ６０ａを有するカップ状のアウタロータ６０が固定される。ハブ６０ａはキー７０によってクランク軸２０１に対する回転方向の位置が規定される一方、クランク軸２０１端部のボルト部分に螺着されたナット７１で、クランク軸２０１の軸方向での動きが規制されている。
【００５３】
アウタロータ６０のカップ状部分の内周には、図１のものと同様、マグネット６２を含むロータヨークが設けられ、このロータヨークとハブ６０ａとの間の空間にはアウタロータ６０と同心でステータ５０が配される。ステータ５０は、外側つまりクランク軸２０１端部側から挿入された３本のボルト２７９でクランクケース２０２の隔壁２０２ａに取り付けられる。
【００５４】
ステータ５０と隔壁２０２ａとの間には、ロータ角度センサ２９を収容したセンサケース７２が配置され、このセンサケース７２は前記ボルト２７９と同方向からステータ５０に挿通された、締結手段としてのボルト７３でステータ５０に固定される。すなわち、センサケース７２はボルト２７９間のスペースを有効に利用して取り付けられる。
【００５５】
アウタロータ６０のハブ６０ａには環状のロータ角度センサ用マグネット３３ａが設けられる。マグネット３３ａと前記ロータ角度センサ２９の感知部分とは、互いに対向するよう位置決めされる。
【００５６】
アウタロータ６０の外周にはリラクタ６０ｂが形成され、このリラクタ６０ｂをアウタロータ６０の１回転毎に検出してタイミング信号を発するパルサセンサ３０Ａが設けられる。
【００５７】
前記各センサ２９，３０Ａのリード線や、ステータ巻線の引き出し部分は、ステータ５０と隔壁２０２ａとの間に布線され、ケーブルクリップ７４で結束され、ケーブルクリップ７４はボルト７５でステータ５０に固定される。
【００５８】
続いて、ロータ角度センサ部分を更に詳述する。図１７はステータの要部断面図である。同図において、電気絶縁材料からなるセンサケース７２には、インサートナット７６が埋設されている。ステータ５０を貫通したボルト７３をインサートナット７６に螺挿させることによって、センサケース７２をステータ５０の側面に固着させる。センサケース７２の、ステータ５０内周寄りにはロータ角度センサ２９としてのホール素子が埋設され、このホール素子のリード線は基板３１Ａに接続される。ロータ角度センサ２９は、上述のように、３個１組であり、これらセンサのリード線は基板３１Ａ上にまとめられ、被覆コード７８で前記制御ユニット４０に引き出される。ステータ５０の両側面には絶縁板７７が配され、この絶縁板７７を介して、ステータ５０に巻線５３が巻き回される。
【００５９】
この第２実施形態では、パルサセンサ３０Ａをアウタロータ６０の外周に配置してリラクタ６０ｂを検出するようにした。しかし、第１実施形態（図１）と同様、ロータ角度センサ２９とパルサセンサ３０Ａとを隣接配置し、アウタロータ６０のハブ６０ａ外周に配置されるマグネット３３を検出するようにしても良い。要は、ロータ角度センサ２９およびパルサセンサ３０Ａのうち、少なくともロータ角度センサ２９がステータ５０に取り付けられていればよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１，２の発明によれば、ロータ角度センサがステータに取り付けられるので、ロータ角度センサとステータとの位置精度の向上が図られ、ステータに対するロータの角度位置検出精度が良好となる。また、請求項２の発明によれば、ロータ角度センサをステータに取り付けるときの作業性の向上を図ることができる。
【００６１】
また、請求項２〜請求項７の発明によれば、パルサセンサおよびロータ角度センサをセンサケースに収容して一体に配置したので、スペースを有効利用できるし、センサに対応して設けられるリラクタも一体に構成できる。特に、請求項４の発明によれば、エンジン点火制御に対するクランク軸の芯ブレの影響を小さくすることができるので、点火時期の精度を向上することができ、請求項５の発明によれば、製造の容易化が図られる。また、請求項６の発明によれば、クランク軸回転方向におけるセンサのサイズを小さくすることができる。
【００６２】
さらに、請求項７の発明によれば、スタータとしての始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減を図るものにおいて、設計上の磁力に影響を与えることなく、磁石を容易かつ強固に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを搭載したスクータ型自動二輪車の側面透視図である。
【図３】 本発明の一実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータを含むエンジンの要部を示す断面図である。
【図４】 無段変速機側から見た回転検出センサのレイアウトを示す図である。
【図５】 ロータ角度センサ用マグネットリングの模式図である。
【図６】 パルサセンサ用マグネットリングの模式図である。
【図７】 変形例に係るパルサセンサ用マグネットリングの模式図である。
【図８】 クランク角度センサおよびパルサセンサの配置を示す斜視図である。
【図９】 クランク角度センサおよびパルサセンサの配置の変形例を示す斜視図である。
【図１０】 センサケースの取付例を示す断面図である。
【図１１】 アウタロータのロータヨークの要部側面図である。
【図１２】 スタータ兼用ジェネレータの制御系のブロック図である。
【図１３】 スタータ兼用ジェネレータをスタータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【図１４】 スタータ兼用ジェネレータをジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【図１５】 第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図１６】 第２実施形態に係るスタータ兼用ジェネレータの、ステータ部分をエンジン側から見た図である。
【図１７】 ロータ角度センサの取り付け態様を示すステータの要部断面図である。
【図１８】 センサの接続図である。
【図１９】 従来装置に係るスタータ兼用ジェネレータの断面図である。
【図２０】 従来技術に係るスタータ兼用ジェネレータの、ステータ部分をクランク軸軸端側から見た図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼用ジェネレータ、 ２…スイングユニット、 ２８…センサケース、 ２９…ロータ角度センサ、 ３０…パルサセンサ、 ３１…基板、 ３２…ワイヤハーネス、 ３３…マグネットリング、 ５０…ステータ、 ６０…アウタロータ、 ７２…センサケース、 ７３…ボルト（締結手段）、 ２０１…クランク軸
Claims (7)
- エンジンから突出したクランク軸の端部外周に固定されたハブを有するカップ状のアウタロータと、前記エンジンに固定され、前記アウタロータのカップ状部分の内周および前記ハブとの間の空間に該アウタロータと同心で配置された環状のステータとからなるブラシレス回転電機を設けたスタータ兼用ジェネレータにおいて、
前記ハブが前記ステータから前記エンジン側にはみだした延長部分を有し、
前記延長部分の外周に設けられたロータ角度センサ用マグネットと、
前記マグネットと対向させて配置され、前記ステータに取り付けられたロータ角度センサと、
前記クランク軸の端部側から前記ステータを貫通して延びたボルトによって該ステータの前記エンジン側側面に固定されたセンサケースとを具備し、
前記ロータ角度センサが、前記センサケースを介して前記ステータに取り付けられていることを特徴とするスタータ兼用ジェネレータ。 - エンジンから突出したクランク軸の端部外周に固定されたハブを有するカップ状のアウタロータと、前記エンジンに固定され、前記アウタロータのカップ状部分の内周および前記ハブとの間の空間に該アウタロータと同心で配置された環状のステータとからなるブラシレス回転電機を設けたスタータ兼用ジェネレータにおいて、
ロータ角度センサと、
点火トリガ用のパルサセンサと、
前記ハブの外周に設けられた前記ロータ角度センサ用マグネットと、
前記ハブの外周に設けられたパルサセンサ用マグネットと、
前記ステータに固定され、前記ロータ角度センサおよび前記パルサセンサを、互いに近接させ、かつ、前記ロータ角度センサ用マグネットおよび前記パルサセンサ用マグネットにそれぞれ対向させて収容するセンサケースとを具備し、
前記センサケースが前記ステータの内周に嵌めこまれていることを特徴とするスタータ兼用ジェネレータ。 - クランク軸方向で、前記パルサセンサがエンジン寄りに、前記ロータ角度センサが前記クランク軸端寄りに配置されたことを特徴とする請求項２記載のスタータ兼用ジェネレータ。
- 前記パルサセンサおよび前記ロータ角度センサが、前記クランク軸回転方向に等間隔で配置されたことを特徴とする請求項２または請求項３記載のスタータ兼用ジェネレータ。
- 前記ロータ角度センサが前記クランク軸回転方向に１列に配置された複数の素子からなり、前記パルサセンサが、前記複数の素子からなるロータ角度センサの前記クランク軸回転方向幅内に配置されたことを特徴とする請求項４または請求項５記載のスタータ兼用ジェネレータ。
- 前記ロータ角度センサおよび前記パルサセンサのリード線が接続される基板を備え、
前記基板が、前記クランク軸回転方向に配置された前記複数の素子のそれぞれから等距離となるように円弧状に形成されて該複数の素子を前記ステータの外周寄りから覆っていることを特徴とする請求項５記載のスタータ兼用ジェネレータ。 - 前記アウタロータが、前記ステータの外周に沿った内周面を持つ略円筒形状のロータヨークを有するとともに、該ロータヨーク円周方向には複数の磁石挿入孔が配置され、
前記磁石挿入孔には、前記ロータヨーク間に一部の空隙を設けて永久磁石が挿入されていることを特徴とする請求項２記載のスタータ兼用ジェネレータ。
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