JP5097654B2 - 始動発電機 - Google Patents
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Description
回転検出センサは、回転子のロータヨークに設けられたセンサマグネットと、固定子に配設されたホールIC等のセンサ素子によって構成され、センサ素子は、回転子の回転に伴って切り替わるセンサマグネットの磁束の切り替りを検出する。始動発電機がエンジン始動装置として使用される場合には、回転検出センサは、モータ駆動用信号を発生するための回転位置信号の他に、回転子の絶対的な位置情報信号をも検出する。この位置情報信号はエンジンの点火タイミング用信号を発生するために用いられる。
有底筒状に形成されたロータヨークと前記ロータヨークの内周面に周回り方向に隣接して固定された複数のマグネットとを有し、前記固定子の周りを回転する回転子と、
前記回転子の回転位置を検出する検出センサとを有する始動発電機において、
前記複数のマグネットのうち一つのマグネットは、
隣接するマグネットの磁極と異なる磁極で形成された第一磁極部と、
該第一磁極部の軸方向の一端部に、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、
前記検出センサは、複数のセンサ素子を有しており、
前記複数のセンサ素子のうち一つのセンサ素子は、
各マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出し、
他のセンサ素子は、
各マグネットの軸方向他端部側の磁束の切り替りを検出するように構成したことを特徴とする始動発電機である。
請求項2の発明は、一つのマグネットに形成される第一、第二磁極部は、一体形成されるものとし、第二磁極部は、回転子の開口部側に位置して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の始動発電機である。
請求項3の発明は、第二磁極部の軸方向の長さは、
第一磁極部の軸方向の長さより短く、かつ、少なくとも2mmの長さを有して形成されていることを特徴とする請求項1または2項に記載の始動発電機である。
請求項4の発明は、検出センサは、
複数のセンサ素子と、
各センサ素子が電気的に接続される基盤と、
該基盤を収容する凹溝状の基盤収容部と前記基盤収容部の溝底片から延出し各センサ素子がそれぞれ収容されるセンサ保持部と基盤収容部の溝側片から径方向に延出し固定子鉄心に固定される固定部とを有するケース体とを有し、
各センサ保持部は、
隣接するティース部の間に設置されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の始動発電機である。
請求項5の発明は、ティース部には、センサ保持部が収容可能な切欠き部が形成されており、前記センサ保持部は、前記切欠き部内に挿入されていることを特徴とする請求項4に記載の始動発電機である。
請求項6の発明は、検知センサは、
各センサ保持部にそれぞれ保持されるセンサ素子のうち、マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出する一つのセンサ素子は、
固定子鉄心の軸方向一端部よりも一端側に位置するように保持され、
各マグネットの軸方向他端部側の磁束の切り替りを検出する複数のセンサ素子は、
固定子鉄心に径方向に対向する部位に位置して保持されていることを特徴とする請求項4または5に記載の始動発電機である。
請求項7の発明は、各マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出する一つのセンサ素子は、
ケース体に設けられる周回り方向に隣接する複数のセンサ保持部のうち、回転子の回転方向に対して回転方向基端側の端部に位置するセンサ保持部に収容されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか1項に記載の始動発電機である。
請求項8の発明は、ケース体に形成される複数のセンサ保持部には、
ティース部から外径側に抜出すのを防止する第一リブと、
ティース部の内径側に倒れ込むのを防止する第二リブとがそれぞれ形成されるものとし、
前記第二リブは外径側ほど周回り方向に延出する傾斜面を備えて構成され、
ティース部に形成される切欠き部には、第二リブの傾斜面に対向する面取り部が形成されていることを特徴とする請求項5乃至7の何れか1項に記載の始動発電機である。
請求項2の発明とすることにより、設計の自由度、組付け性の向上を図ることができる。
請求項3の発明とすることにより、回転子の回転位置検出を確実に行うことができる。
請求項4の発明とすることにより、コンパクト化を損なうことがなく、構成の簡略化、組込み作業の簡略化を果せ、しかも、コイルに通電されたときの影響を小さくすることができる。
請求項5の発明とすることにより、さらなるコンパクト化が図れるうえ精度の高い検出を行なうことができる。
請求項6の発明とすることにより、励磁するコイルの影響が低減され、一層精度の高い回転位置検出を行うことができる。
請求項7の発明とすることにより、ケース体のコンパクト化を図ることができる。
請求項8の発明とすることにより、センサ保持部の固定子に対する安定性が向上し、一層精度よく回転位置検出を行うことができる。
図面において、1は、始動発電機であって、自動二輪のエンジン2を構成する駆動軸2aに連結される。始動発電機1は、エンジン2の始動時においてスタータモータとして機能し、エンジン2の始動後においては発電機として機能する。
始動発電機1は、エンジン2に固定された固定子4と、エンジン2の駆動軸2aに固定され、固定子4の周りを回転する回転子3とを備えたブラシレス型の回転電機として構成されている。
固定子4をエンジン2のケース体2bに固定し、この後、回転子3を構成するロータヨーク5に固定子4を内嵌する状態で、エンジン2のケース体2bから突出する駆動軸2aにボス筒部5cを回り止め状に外嵌させることでエンジン2への組込みがなされ、これによって、エンジン2の駆動軸2aと回転子3とが一体回転するように構成されている。回転子3のロータヨーク5の筒片部5bの内周面にはマグネット6が配設され、マグネット6は、固定子4のコア材7に対向して配置されている。また、固定子4のコア材7には、後述するように、センサ素子(ホールIC)10、11、12が設けられている。センサ素子10、11、12は、回転子3の回転に伴い、ロータヨーク5に固定されたマグネット6が発生する磁束の変化を検出し、回転子3の回転位置信号を発生する。
従って、第二磁極部6dが形成された高さにおける周回り方向のマグネット6の磁極の配列状態は、周回り方向の一ヶ所において、N極の磁極が三個隣接して配置されている。該部位が同極隣接部6eとなっている。
これに対し、第一磁極部6cが形成された高さにおいては、マグネット6の周回り方向の配列状態は、S極とN極が交互に配置されている。
そして、検出センサユニットは、第一磁極部6cの高さに配置された第一、第二、第三ホールIC(センサ素子)10、11、12と、第二磁極部6dの高さに配置された第四ホールIC13とを有している。第四ホールIC13は、マグネット6bの一端部に形成された第二磁極部6dの高さにおける磁束の切り替りを検出することにより、回転子3の絶対位置を検出し、絶対位置情報信号を制御部に供給する。
第一〜第三ホールIC10、11、12は、マグネット6bを含む各マグネット6の磁束の切り替りを検出し、回転位置信号を制御部に供給する。
制御部は、第四ホールIC13から出力された絶対位置情報信号と第一〜第三ホールIC10、11、12から出力された回転位置信号に基づいて、エンジン2を点火する点火タイミング信号を発生する。
即ち、第四ホールIC13によって出力された絶対位置情報信号がゲート信号となり、エンジン2の点火可能範囲が選択され、ゲート信号である絶対位置情報信号によって選択された第二ホールIC11の信号の立ち上がりのタイミングで、制御部は点火タイミング信号を発生する。
そして、溝底片14dの外径側部位には、軸方向他端側に向けて四つのセンサ保持部となるホルダ片14eが、同形状で、周回り方向に隣接して突出形成される。これら各ホルダ片14eは、後述するように、隣接するティース部7cの外径側部位に形成される隙間にそれぞれ嵌入されている。
そして、各ホルダ片14eには、溝底片14dを貫通する支持溝14fが軸方向他端側に向けてそれぞれ形成されており、各支持溝14fの溝側面は、先端側(軸方向他端側)ほど細くなる先端先細状に傾斜して形成されている。
また、第一〜第四ホールIC10、11、12、13は、予めセンサホルダ15に支持された状態で組込まれており、センサホルダ15は、ケース体14の外径側片14aに沿う円弧状の平板部15aを備えている。平板部15aの軸方向他端側の板面には、前記支持溝14fに対向する状態で軸方向他端側に向けて突出する四つの支持片15bが形成されている。各支持片15bのうち、回転子3の回転方向の逆方向に位置する支持片15cの長さは、他の支持片15bの長さよりも短く形成されており、支持片15bに第一〜第三ホールIC10、11、12が支持され、支持片15cに第四ホールIC13が支持されている。
ここで、各第一〜第四ホールIC10、11、12、13は、それぞれセンサ部10a、11a、12a、13aと端子部10b、11b、12b、13bとを備えている。
一方、センサホルダ平板部15aには、貫通孔15dが開設され、各支持片15b、15cの基端部は、貫通孔15dに臨んで、センサホルダ平板部15aに固定されている。そして、各第一〜第四ホールIC10、11、12、13は、各支持片15b、15cにセンサ部10a、11a、12a、13aが支持され、端子部10b、11b、12b、13bが貫通孔15dから軸方向一端部側に引出された状態でセンサホルダ15に組込まれている。引出された端子部10b、11b、12b、13bは、平板部14aの軸方向一端側面に固定された基盤16に接続されている。
これに対し、各ホルダ片14eには、軸方向に第一、第二段差部14h、14iが形成されており、第二段差部14iは、各ホルダ片14e先端部の両側においてその幅が、第一段差部14hの幅よりも小さく形成されており、各ホルダ片14eの先端中央部には外径側に突出する膨出部14jが形成されている。因みに、ホルダ片14eは、第一、第二段差部14h、14iの幅が切欠き部7fの幅と略同じ長さとなり、膨出部14jの幅は、隣接するティース部7cの爪片7eの間隔と略同じ長さとなる。
また、この状態とすることにより、各第一〜第四ホールICセンサ部10a、11a、12a、13aは、固定子4のティース部7cの間に位置し、しかも、爪片7eの端部の位置よりも内側のティース部7cの間に配設されている。これによって、従来のように、始動発電機が軸方向に長くなってしまう不具合を防止できるとともに、各ティース部7cに巻装されたコイル8が励磁されたときに発生する磁束が、各第一〜第四ホールICセンサ部10a、11a、12a、13aに対して与える影響を小さくすることができる。尚、溝底片14dには、取付けプレート7が連結されており、該取付けプレート17が、コア材7のリング状のリング状の本体部7bに螺子17aを用いて螺合されることにより、検出センサユニット9は、固定子4に固定されている。
そして、制御部は、第一〜第三ホールIC10、11、12から出力される回転位置信号と、第四ホールIC13から出力される位置情報信号に基づき、エンジン2の点火タイミング用信号を発生し、エンジン2を点火する。
因みに、各ホールIC10、11、12、13は、マグネット6の磁束がN極に切り替わることにより回転検出信号を出力するように構成されており、制御部は、図10に示すように、軸方向一端部に位置するマグネット6に対向する第四ホールIC13が第二磁極部(N極)6dに対向した位置で発生する位置情報信号と回転位置信号とを論理演算して、エンジン2の点火タイミング用信号を発生する。
即ち、制御部は、W相に対応する第二ホールIC11が発生する回転位置信号の立ち上がりのタイミングでエンジン2を点火する点火タイミング用信号を発生する。尚、点火のタイミングは、前記制御状態に限定されることはなく、第一〜第三ホールIC10、11、12の回転位置信号の何れかの出力状態(立ち上がり、または、立ち下がり)を選択して設定することで適宜調整することが可能である。
制御部は、モータ駆動制御を行うために、U、W、V相のコイルの位相差に基づいて、マグネット6の磁束の切り替りを検出したホールIC10、11、12、13から出力される検出信号を得なければならない。そのため、ホールICから出力される検出信号が各相の位相差を持って出力されるように、各ホールICは順次ずれるように配置されている。このため、図8(A)に示すように、三相交流のU、W、Vの各相に対応する第一〜第三ホールIC10、11、12は、回転子3(ロータヨーク5)の回転方向先側に位置するホルダ片14eから順次保持されている。
第四ホールIC13を第三ホールIC12に隣接して保持させることにより、第一〜第四ホールIC10、11、12、13は、二十度の角度間隔で配置された状態で、前述したように検出信号を出力することができ、このようにすることにより、検出センサユニット9(ケース体14)の小型化を図るようにしている。
始動発電機1をスタータモータとして機能させる場合に、回転子3の回転位置に基づいて、検出信号を検出センサユニット9が出力する。ロータヨーク5の内周面に配設されたマグネット6は、被検出体として用いられる。
この結果、従来のように、回転子を構成するロータヨークのボス筒部に、モータ駆動用のセンサマグネットや、点火タイミング用のセンサマグネットを設ける必要がなくなり、これらセンサマグネットを設けることに基づく不具合、例えば、ボス筒部が長くなってコンパクト化が損なわれること、センサマグネットと界磁とが位置ズレすること等の問題を全て解消することができるうえ、始動発電機1の構造の簡略化を図ることができ、しかも、正確な回転検出をすることが可能となる。
前記第二の実施の形態において、検出センサユニットの構成、即ち、第一〜第四ホールIC10、11、12、13を保持するケース体18の構成と、該ケース体18を固定子19に固定する構成に新たな発明が実施されており、これらを除く構成であって、複数のマグネットのうち、一つのマグネットを二段着磁して第一磁極部の軸方向一端部に第二磁極部を形成し、第一〜第四ホールIC10、11、12、13を用いてマグネットの軸方向基端部と一端部とにおける磁束の切り替りを検出することにより、検出信号を制御部に出力するように構成されていること等の基本構成は、前記第一の実施の形態と同様の構成となっている。
さらに、ケース体18の溝底片18dには、内径側部位に位置して複数(本実施の形態では六個)の貫通孔18gが形成されており、ケース体18の内径側片18bの溝外側の面には、周回り方向中間部の位置にリード線ホルダ18hが一体形成されている。第一〜第四ホールIC10、11、12、13の端子部10b、11b、12b、13bが接続される基盤21から引出されたリード線は、貫通孔18gを通って、溝底片18dの溝外側に引き出され、リード線ホルダ18hにより集束して固定子19の一端側に沿って外部に引出されている。
本実施の形態のホルダ片18eは、第一の実施の形態に置けるホルダ片14eよりも筒軸方向に長く形成されており、固定子19への保持状態が一層安定した状態となる。
ここで、前記内径側面18rの傾斜角度は、面取り部22dの傾斜角度と異なっているため、容易にホルダ片18eを切欠き部22cに組込むことが可能となる。
前記組込み状態において、図13(B)に示すように、第一リブ18mは、爪片22bの内径側縁部に突当たるように組込まれ、各ホルダ片18eの外径側への倒れ込みを規制する。図13(C)に示すように、第二リブ18qは、爪片22bの内径側の内径側面18rが、切欠き部22cの面取り部22dに突当たるように組込まれ、各ホルダ片18eの内径側への倒れ込みを規制する。これによって、各ホルダ片18eは、それぞれ一層安定した状態で固定子19に保持されている。
尚、18sは、ケース体18の内径側片18bから内径側に延出形成される固定片であって、ケース体18は、各ホルダ片18eをティース部22aの間に保持させるとともに、固定片18sが固定子19の内径側部位に螺着するように構成されている。ケース体18は、各ホルダ片18eの第一、第二リブ18m、18qによる倒れ込み規制と、固定片18sによる固定とにより、固定子19に対してガタつきのない安定した状態で、固定子19に固定されている。
第一〜第三ホールIC10、11、12は、センサ部10a、11a、12aが固定子鉄心22に対し径方向に対向する部位、即ち、固定子鉄心22の軸方向一端部の内側に位置するように設けられており、第四ホールIC13は、センサ部13aが固定子鉄心22よりも一端側、即ち、固定子鉄心22の軸方向一端部の外側に位置するように設けられている。これによって、第一〜第四ホールIC10、11、12、13は、固定子19に巻装されるコイルに通電がなされてコイルが励磁された状態であっても、コイルによる磁束の影響を少なくすることができる。特に、第四ホールIC13は、固定子鉄心22の外側に配設されるため、検出精度の一層の向上を図ることが可能となる。
2 エンジン
2a 駆動軸
3 回転子
4 固定子
5 ヨーク
6 マグネット
6c 第一磁極部
6d 第二磁極部
7 コア材
7c ティース部
8 コイル
9 検出センサユニット
10 第一ホールIC
14 ケース体
15 センサホルダ
16 基盤
Claims (8)
- T字形状のティース部を有する固定子鉄心と前記ティース部の周りに巻装されたコイルとを有する固定子と、
有底筒状に形成されたロータヨークと前記ロータヨークの内周面に周回り方向に隣接して固定された複数のマグネットとを有し、前記固定子の周りを回転する回転子と、
前記回転子の回転位置を検出する検出センサとを有する始動発電機において、
前記複数のマグネットのうち一つのマグネットは、
隣接するマグネットの磁極と異なる磁極で形成された第一磁極部と、
該第一磁極部の軸方向の一端部に、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、
前記検出センサは、複数のセンサ素子を有しており、
前記複数のセンサ素子のうち一つのセンサ素子は、
各マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出し、
他のセンサ素子は、
各マグネットの軸方向他端部側の磁束の切り替りを検出するように構成したことを特徴とする始動発電機。 - 一つのマグネットに形成される第一、第二磁極部は、一体形成されるものとし、第二磁極部は、回転子の開口部側に位置して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の始動発電機。
- 第二磁極部の軸方向の長さは、
第一磁極部の軸方向の長さより短く、かつ、少なくとも2mmの長さを有して形成されていることを特徴とする請求項1または2項に記載の始動発電機。 - 検出センサは、
複数のセンサ素子と、
各センサ素子が電気的に接続される基盤と、
該基盤を収容する凹溝状の基盤収容部と前記基盤収容部の溝底片から延出し各センサ素子がそれぞれ収容されるセンサ保持部と基盤収容部の溝側片から径方向に延出し固定子鉄心に固定される固定部とを有するケース体とを有し、
各センサ保持部は、
隣接するティース部の間に設置されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の始動発電機。 - ティース部には、センサ保持部が収容可能な切欠き部が形成されており、前記センサ保持部は、前記切欠き部内に挿入されていることを特徴とする請求項4に記載の始動発電機。
- 検知センサは、
各センサ保持部にそれぞれ保持されるセンサ素子のうち、マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出する一つのセンサ素子は、
固定子鉄心の軸方向一端部よりも一端側に位置するように保持され、
各マグネットの軸方向他端部側の磁束の切り替りを検出する複数のセンサ素子は、
固定子鉄心に径方向に対向する部位に位置して保持されていることを特徴とする請求項4または5に記載の始動発電機。 - 各マグネットの軸方向一端部側の磁束の切り替りを検出する一つのセンサ素子は、
ケース体に設けられる周回り方向に隣接する複数のセンサ保持部のうち、回転子の回転方向に対して回転方向基端側の端部に位置するセンサ保持部に収容されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか1項に記載の始動発電機。 - ケース体に形成される複数のセンサ保持部には、
ティース部から外径側に抜出すのを防止する第一リブと、
ティース部の内径側に倒れ込むのを防止する第二リブとがそれぞれ形成されるものとし、
前記第二リブは外径側ほど周回り方向に延出する傾斜面を備えて構成され、
ティース部に形成される切欠き部には、第二リブの傾斜面に対向する面取り部が形成されていることを特徴とする請求項4乃至7の何れか1項に記載の始動発電機。
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