JP7129560B2 - 内燃機関用回転電機、およびその回転子 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１９年４月２６日に日本に出願された特許出願第２０１９－８５３８４号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。

この明細書における開示は、内燃機関用回転電機、およびその回転子に関する。

特許文献１および特許文献２は、内燃機関と組み合わせて使用される始動発電機を開示する。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特許第５０９７６５４号公報 特許第６２２１６７６号公報

特許文献１および特許文献２は、回転電機の制御のための出力信号と、内燃機関の制御のための出力信号とを出力する。内燃機関用回転電機、およびその回転子にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、基準位置の検出精度が高い内燃機関用回転電機、およびその回転子を提供することである。

ここに開示された第１発明の内燃機関用回転電機の回転子は、ヨークとしてのロータコアと、ロータコアに保持された永久磁石とを備え、永久磁石は、所定の基本周期ＰＴで極性が交番するように形成された複数の基本磁極、および、基本磁極と異なる極性をもつように永久磁石の一部に形成された特殊磁極を有し、特殊磁極は、周方向に隣接し、異なる極性をもつ２つの特殊磁極（２７ａ、２７ｂ）を有し、特殊磁極と基本磁極とが提供する同じ極性の周方向長さＬＧは、基本周期の１／２を超え、基本周期以下（１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴ）である。

開示される第１発明の内燃機関用回転電機の回転子によると、特殊磁極は、回転方向における少なくとも１箇所において、基準位置を示すことができる。しかも、特殊磁極と基本磁極とが提供する同じ極性の周方向長さは、基本周期ＰＴの１／２を超え、基本周期ＰＴ以下である。周方向長さＬＧは、１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴによってあらわされる。基本周期ＰＴを超える長い期間を要することなく、基準位置を示すことができる。この結果、基準位置の検出精度が高い内燃機関用回転電機の回転子が提供される。
ここに開示された第２発明の内燃機関用回転電機の回転子は、ヨークとしてのロータコア（２２）と、ロータコアに保持された永久磁石（２３）とを備え、永久磁石は、所定の基本周期（ＰＴ）で極性が交番するように形成された複数の基本磁極（２６）、および、基本磁極（２６）と異なる極性をもつように永久磁石の一部に形成された特殊磁極（２７）を有し、特殊磁極と基本磁極とが提供する同じ極性の周方向長さ（ＬＧ）は、基本周期の１／２を超え、基本周期以下（１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴ）であり、永久磁石は、基本磁極ごとに着磁された複数の磁石片を備え、特殊磁極（２２７ａ、２２７ｂ、２２７ｃ）は、複数の磁石片のすべてに着磁されている。

ここに開示された内燃機関用回転電機は、上記回転子と、回転子と対向して配置された固定子と、回転子の回転方向に沿って基本磁極が配置された基本磁極軌道に配置された複数の回転位置センサと、回転子の回転方向に沿って特殊磁極が配置された特殊磁極軌道に配置された基準位置センサとを備える。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

内燃機関用回転電機のブロック図である。 第１実施形態に係る磁極とセンサとを示す展開図である。 複数のセンサの出力信号を示す波形図である。 第２実施形態に係る磁極とセンサとを示す展開図である。 複数のセンサの出力信号を示す波形図である。 第３実施形態に係る磁極とセンサとを示す展開図である。

複数の実施形態が、図面を参照しながら説明される。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、内燃機関用回転電機（以下、単に回転電機という）１０は、発電電動機、始動発電機、または交流発電機スタータ（ＡＣ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｔａｒｔｅｒ）とも呼ばれる。回転電機１０の用途の一例は、乗り物用の内燃機関１２の発電電動機である。乗り物は、車両、船舶、航空機、アミューズメント機器、または、シミュレーション機器である。乗り物の典型的な一例は、鞍乗り型車両である。回転電機１０は、発電機、または、空調機器など定置の内燃機関に用いられてもよい。

回転電機１０は、インバータ回路（ＩＮＶ）と制御装置（ＥＣＵ）とを含む電気回路１１と電気的に接続されている。電気回路１１は、三相の電力変換回路を提供する。電気回路１１は、回転電機１０が発電機として機能するとき、出力される交流電力を整流し、バッテリを含む電気負荷に電力を供給する整流回路を提供する。電気回路１１は、回転電機１０から供給される点火制御用、および／または、燃料噴射制御用の基準位置信号を受信する信号処理回路を提供する。電気回路１１は、点火制御、および／または、燃料噴射制御を実行する点火制御器、および／または、燃料噴射制御を提供する。点火制御は、所定のクランク角において点火を実行する。所定のクランク角は、基準信号に基づいて特定される。燃料噴射制御は、所定のクランク角において燃料噴射を実行する。所定のクランク角は、基準信号に基づいて特定される。

電気回路１１は、回転電機１０を電動機として機能させる駆動回路を提供する。電気回路１１は、回転電機１０を電動機として機能させるための回転位置信号を回転電機１０から受信する。電気回路１１は、検出された回転位置に応じて回転電機１０への通電を制御することにより回転電機１０を電動機として機能させる。

この明細書における制御装置は、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、（ａ）ｉｆ－ｔｈｅｎ－ｅｌｓｅ形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または（ｂ）機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。

制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）を含む。ハードウェアプロセッサは、下記（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）により提供することができる。

（ｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＲＩＳＣ－ＣＰＵなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび／またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。

（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＳｏＣ：Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ、ＰＧＡ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＣＰＬＤ：Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび／またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。

（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、（ｉｉ）の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。

制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。

この開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

回転電機１０は、内燃機関１２に組み付けられている。内燃機関１２は、ボディ１３と、ボディ１３に回転可能に支持され、内燃機関１２と連動して回転する回転軸１４とを有する。回転電機１０は、取付対象であるボディ１３と回転軸１４とに組み付けられている。ボディ１３は、内燃機関１２のクランクケース、ミッションケースなどの構造体である。回転軸１４は、内燃機関１２のクランク軸、またはクランク軸と連動する回転軸である。回転軸１４は、内燃機関１２が運転されることによって回転する。

回転軸１４は、回転電機１０を発電機として機能させるように回転電機１０を回転させる。回転軸１４は、回転電機１０が電動機として機能するとき、回転電機１０の回転によって内燃機関１２を始動可能な回転軸である。また、回転軸１４は、回転電機１０が電動機として機能するとき、回転電機１０の回転によって内燃機関１２の回転を支援（アシスト）することができる回転軸である。回転軸１４は、回転電機１０が電動機として機能するとき、内燃機関１２に代わって回転動力を提供する回転軸でもある。

回転電機１０は、回転子２１と、固定子３１と、センサユニット３７とを有する。以下の説明において、軸方向ＡＤの語は、固定子３１を円筒体とみなした場合の中心軸の方向を意味する。径方向ＲＤの語は、固定子３１を円筒体とみなした場合の直径方向を意味する。周方向ＣＤの語は、固定子３１を円筒体とみなした場合の円周方向を意味する。

回転子２１は、界磁子である。固定子３１は、電機子である。回転子２１は、全体がカップ状である。回転子２１は、その開口端をボディ１３に向けて位置付けられる。回転子２１は、回転軸１４の端部に固定される。回転子２１と回転軸１４とは、キー嵌合などの回転方向の位置決め機構を介して連結されている。回転子２１は、固定ボルト２５によって回転軸１４に締め付けられることによって固定されている。回転子２１は、回転軸１４とともに回転する。回転子２１は、永久磁石によって界磁、すなわち回転界磁を提供する。

回転子２１は、カップ状のロータコア２２を有する。ロータコア２２は、内燃機関１２の回転軸１４に連結される。ロータコア２２は、回転軸１４に固定される内筒と、内筒の径方向外側に位置する外筒と、内筒と外筒との間に拡がる環状の底板とを有する。ロータコア２２は、後述する永久磁石のためのヨークを提供する。ロータコア２２は、鉄椀とも呼ばれる。ロータコア２２は、磁性金属製である。

回転子２１は、ロータコア２２の内面に配置された永久磁石２３を有する。永久磁石２３は、外筒の内側に固定されている。永久磁石２３は、径方向内側に配置された保持カップ２４によって軸方向ＡＤおよび径方向ＲＤに関して固定されている。保持カップ２４は、薄い非磁性金属製である。保持カップ２４は、ロータコア２２に固定されている。

永久磁石２３は、複数の磁石片を有する。セグメントは、磁石片とも呼ばれる。それぞれの磁石片は、部分円筒状である。永久磁石２３は、１２個の磁石片によって、６対のＮ極とＳ極、すなわち１２極の界磁を提供する。磁極の数は、他の数でもよい。永久磁石２３は、その内側に、複数のＮ極と複数のＳ極とを提供する。

永久磁石２３は、複数の基本磁極を提供する。複数の基本磁極は、所定の基本周期（ＰＴ）で極性が交番するように形成されている。複数の基本磁極は、発電機または電動機として機能するための回転電機のための回転磁界を提供する。永久磁石２３は、少なくとも界磁を提供する。回転子２１は、固定子３１に回転磁界を提供する。基本磁極は、回転電機１０を少なくとも電動機として機能させるための回転位置信号を提供する。基本磁極は、回転信号用磁極とも呼ばれる。

永久磁石２３は、部分的な特殊磁極を提供する。特殊磁極は、ひとつの磁極片の中において基本磁極と異なる極性をもつように永久磁石の一部に形成されている。特殊磁極は、点火制御、および／または燃料噴射制御のための基準位置信号を提供する。特殊磁極は、界磁のための磁極配列とは異なる部分的な磁極によって提供される。特殊磁極は、基準位置信号用磁極とも呼ばれる。

固定子３１とボディ１３とは、固定ボルト３４を介して連結されている。固定子３１は、複数の固定ボルト３４によってボディ１３に締め付けられることによって固定されている。固定子３１は、回転子２１とボディ１３との間に配置されている。固定子３１は、回転子２１の内面とギャップを介して対向する仮想の外周面を有する。仮想の外周面は、複数の磁極３５によって提供されている。固定子３１は、ボディ１３に固定されている。

固定子３１は、ステータコア３２を有する。ステータコア３２は、第１端面ＳＤ１と、第１端面ＳＤ１の反対側である第２端面ＳＤ２と、外周面とを有する。ステータコア３２は、内燃機関１２のボディ１３に固定されることによって回転子２１の内側に配置される。ステータコア３２は、複数のティース部分を有する。ひとつのティース部分は、ひとつの磁極３５を提供する。ステータコア３２は、複数の磁極３５を提供する。ステータコア３２は、外突極型の鉄心を提供する。固定子３１は、例えば、１８個の磁極３５を有する。

固定子３１は、ステータコア３２に装着されたステータコイル３３を有する。ステータコイル３３は、電機子巻線を提供する。ステータコア３２とステータコイル３３との間にはインシュレータ３６が配置されている。インシュレータ３６は、電気絶縁部材である。インシュレータ３６は、電気絶縁性の樹脂製である。ステータコイル３３は、三相巻線である。ステータコイル３３は、回転子２１および固定子３１を発電機または電動機として選択的に機能させることができる。

センサユニット３７は、内燃機関用回転位置検出装置を提供する。センサユニット３７は、内燃機関１２に連動する回転電機１０に設けられている。センサユニット３７は、固定子３１に設けられている。センサユニット３７は、回転電機１０のステータコア３２に設けられている。センサユニット３７は、固定ボルト３９によってステータコア３２の第１端面ＳＤ１に固定されている。固定ボルト３９は、第２端面ＳＤ２から第１端面ＳＤ１に向けて貫通している。

センサユニット３７は、複数のセンサ３８を備える。センサユニット３７は、センサ３８を隣接する２つの磁極３５の間に位置づけている。ひとつのセンサ３８は、基準位置信号を出力するように位置づけられる。ひとつのセンサ３８は、基準位置センサとも呼ばれる。他の少なくともひとつのセンサ３８は、回転信号を出力するように位置づけられる。他の少なくともひとつのセンサ３８は、回転位置センサとも呼ばれる。この実施形態では、複数のセンサ３８のうちのひとつのセンサ３８が、基準位置センサを提供する。この実施形態では、複数のセンサ３８のうちの３つのセンサ３８が、回転位置センサを提供する。複数のセンサ３８が、４つのセンサを備える場合、ひとつのセンサが基準位置センサを提供し、残る３つのセンサが回転位置センサを提供することができる。複数のセンサ３８が、３つのセンサを備える場合、ひとつのセンサが基準位置センサを提供し、全体の３つのセンサが回転位置センサを提供することができる。

センサユニット３７は、複数のセンサ３８から出力される信号を外部に取り出すための外部接続用の配線１５を有する。配線１５は、基準位置信号および回転信号を伝達することができる。回転電機１０は、ステータコイル３３と電気回路１１とを接続する複数の電力線１６を有する。電力線１６は、可撓性のケーブルによって提供されている。電力線１６は、回転電機１０が発電機として機能するとき、ステータコイル３３に誘導される電力を電気回路１１に供給する。電力線１６は、回転電機１０が電動機として機能するとき、ステータコイル３３を励磁するための電力を電気回路１１からステータコイル３３へ供給する。

図２において、対向して配置されている回転子２１と固定子３１との展開図が図示されている。回転子２１は、矢印ＲＴを正転方向としている。なお、基本磁極２６におけるＳ極２６ａとＮ極２６ｂとは交換可能である。特殊磁極２７におけるＳ極２７ａとＮ極２７ｂとは交換可能である。

永久磁石２３は、複数の磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを有する。複数の磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、基本磁極２６ごとに着磁されており、基本磁極２６を提供する。この実施形態では、４種類の着磁パターンに着磁された４種類の磁石片が使用されている。複数の磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、基本磁極２６のみを有する２種類の複数の磁石片２３ａ、２３ｂを備える。複数の磁石片は、基本磁極２６と特殊磁極２７との両方を有する２種類の２つの磁石片２３ｃ、２３ｄを備える。複数の磁石片２３ａは、基本磁極２６としてのＳ極２６ａを有する。複数の磁石片２３ｂは、基本磁極２６としてのＮ極２６ｂを有する。複数の基本磁極２６の極性が交番する基本周期ＰＴは、複数の磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの周方向幅に依存している。

ひとつの磁石片２３ｃは、基本磁極２６としてのＮ極２６ｂと、特殊磁極２７としてのＳ極２７ａとを有する。磁石片２３ｃにおいて、基本磁極２６の面積は、特殊磁極２７の面積より大きい。特殊磁極２７は、基本磁極２６の一部である。特殊磁極２７は、永久磁石２３において基本磁極２６に挟まれて配置されている。特殊磁極２７は、永久磁石２３における軸方向の中間に基本磁極２６に挟まれて配置されている。特殊磁極２７は、軸方向に関して基本磁極２６に挟まれているが、周方向に関して基本磁極２６に挟まれていてもよい。

ひとつの磁石片２３ｄは、基本磁極２６としてのＳ極２６ａと、特殊磁極２７としてのＮ極２７ｂとを有する。磁石片２３ｄにおいて、基本磁極２６の面積は、特殊磁極２７の面積より大きい。特殊磁極２７は、基本磁極２６の一部である。特殊磁極２７は、基本磁極２６に挟まれて位置している。

磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、基本磁極２６が周方向ＣＤに沿って交番するように配置されている。２つの磁石片２３ｃ、２３ｄは、基本磁極２６と特殊磁極２７とが周方向ＣＤに沿って連続する極性を示すように配置されている。２つの磁石片２３ｃ、２３ｄは、特殊磁極２７が周方向ＣＤに沿って反転する極性を示すように配置されている。磁石片２３ｃは、例えば、磁石片２３ａが提供する基本磁極２６であるＳ極２６ａと、磁石片２３ｃが提供する特殊磁極２７であるＳ極２７ａとが連続する極性を示すように配置されている。磁石片２３ｃと磁石片２３ｄとは、磁気的な特性が検出可能に異なる２つの特殊磁極２７を提供している。磁石片２３ｃと磁石片２３ｄとは、２つの特殊磁極２７が周方向ＣＤに沿って反転する極性を示すように配置されている。磁石片２３ｄは、例えば、磁石片２３ｂが提供する基本磁極２６であるＮ極２６ｂと、磁石片２３ｄが提供する特殊磁極２７であるＮ極２７ｂとが連続する極性を示すように配置されている。特殊磁極２７は、周方向ＣＤに隣接する２つの磁石片２３ｃ、２３ｄに着磁され、異なる極性をもつＳ極２７ａおよびＮ極２７ｂを有する。

基本磁極２６は、周方向ＣＤに沿って延びる基本磁極軌道２８にあらわれるように配置されている。基本磁極軌道２８には、複数の基本磁極２６だけがあらわれる。特殊磁極２７は、周方向ＣＤに沿って延びる特殊磁極軌道２９にあらわれるように配置されている。特殊磁極軌道２９は、永久磁石２３の軸方向の実質的な中央に設定されている。特殊磁極軌道２９には、複数の基本磁極２６とすべての特殊磁極２７とがあらわれる。

センサユニット３７は、基本磁極軌道２８に配置された複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃを有する。基本磁極軌道２８は、回転子２１の回転方向に沿って基本磁極２６が配置された軌道である。センサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、回転信号を出力する。センサユニット３７は、特殊磁極軌道２９に配置されたひとつのセンサ３８ｄを有する。特殊磁極軌道２９は、回転子２１の回転方向に沿って特殊磁極２７が配置された軌道である。センサ３８ｄは、基準位置信号を出力する。複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、永久磁石２３が提供する磁束を検出する。複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、磁束に反応する多様なセンサ素子によって提供することができる。複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、例えば、ホール効果を利用したセンサによって提供することができる。

この実施形態によると、特殊磁極２７は、周方向に隣接する２つの磁石片にわたって同じ極性の磁極を提供する。特殊磁極２７は、周方向に隣接する３つの磁極にわたって同じ極性の磁極を提供しない。特殊磁極２７は、例えば、周方向に隣接する２つの磁石片２３ａ、２３ｃにわたって同じ極性の磁極、すなわちＳ極２６ａとＳ極２７ａとを提供する。特殊磁極２７は、例えば、周方向に隣接する２つの磁石片２３ｄ、２３ｂにわたって同じ極性の磁極、すなわちＮ極２６ｂとＮ極２７ｂとを提供する。

特殊磁極２７は、基準位置を示す区間において周方向ＣＤに隣接する２つの磁石片２３ｃ、２３ｄに異なる極性の磁極を提供するように配置されている。図示される実施形態では、Ｓ極２７ａとＮ極２７ｂとは、周方向ＣＤに隣接する２つの磁石片２３ｃ、２３ｄに配置されており、かつ、異なる極性を与えられている。なお、Ｓ極２７ａとＮ極２７ｂとは、交換可能である。異なる極性は、Ｓ極とＮ極との関係、Ｓ極と無着磁との関係、または、無着磁とＮ極との関係を含む。

図３は、複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの出力信号波形を示す。波形Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、複数のセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄのそれぞれに対応している。回転位置センサとしての３つのセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、複数の出力波形Ａ、Ｂ、Ｃを出力する。出力波形Ａ、Ｂ、Ｃは、基本磁極２６が規定する基本周期ＰＴの矩形波として出力される。出力波形Ａ、Ｂ、Ｃの位相は、周期１／３×ＰＴごとにずれている。この結果、回転位置信号は、周期１／３×ＰＴの分解能を実現可能である。

基準位置センサとしてのセンサ３８ｄは、出力波形Ｄを出力する。出力波形Ｄは、基準位置信号である。出力波形Ｄは、基本周期ＰＴの基本周期期間と、周期２×ＰＴの欠歯期間とを有する。欠歯期間は、基準位置を示している。出力波形Ｄは、欠歯期間においても、基本周期ＰＴで交番する。出力波形Ｄは、時刻ｔ１０１と時刻ｔ１０３との間において欠歯部分を提供する。出力波形Ｄは、時刻ｔ１０２においても交番する。出力波形Ｄは、欠歯期間においても実質的に２回の基準位置を示すことができる。言い換えると、出力波形Ｄは、欠歯期間においても基本周期ＰＴの分解能を実現可能である。この結果、出力波形Ｄは、欠歯期間において、周期３／２×ＰＴ（１．５×ＰＴ）よりも高い分解能を提供する。

特殊磁極２７と基本磁極２６とが提供する同じ極性の周方向長さＬＧは、基本周期ＰＴの１／２を超え、基本周期ＰＴ以下である。長さＬＧは、１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴである。基本周期ＰＴを超える長い期間を要することなく、基準位置を示すことができる。この結果、基準位置の検出精度が高い内燃機関用回転電機の回転子が提供される。

基準位置の到来は、回転位置信号から与えられる信号周期１／３×ＰＴに基づいて判定可能である。内燃機関１２の始動時に回転数が徐々に上昇する過程においても、信号周期１／３×ＰＴと、基本周期ＰＴとの差は、欠歯機関の到来の判定を可能とする。さらに、基準位置信号が提供する周期２×ＰＴの欠歯期間は、２回の欠歯判定の機会を提供する。

電気回路１１は、センサユニット３７からの複数の信号に基づいて基準位置を検出する。電気回路１１は、基準位置に基づいて、点火制御、および／または、燃料噴射制御を実行する。電気回路１１は、例えば、センサ３８ｄからの信号に加えて、位相センサとしての３つのセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃのうちの２つのセンサを使用して、点火位置、および／または燃料噴射位置を特定する。この実施形態によると、内燃機関１２におけるいわゆる失火の発生を抑制することができる。よって、内燃機関１２の始動時においても、点火および／または燃料噴射を確実に実行することができる。この結果、内燃機関１２の始動が速く完了する。

以上に述べた実施形態によると、基準位置の検出精度が高い内燃機関用回転電機が提供される。ひとつの観点では、内燃機関１２の回転速度が遅い始動時においても、高い精度で欠歯部分の到来（基準位置の到来）を示すことができる。内燃機関の始動時において早期に基準位置を示すことができる。この結果、内燃機関１２の始動が速い内燃機関用回転電機が提供される。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、基準位置信号である出力波形Ｄは、基本周期ＰＴの分解能を提供する。これに代えて、この実施形態では、基準位置信号は、周期３／４×ＰＴの分解能を提供する。

図４において、永久磁石２３は、基本磁極２６ごとに着磁された複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃを備える。特殊磁極２２７ａ、２２７ｂ、２２７ｃは、複数の磁石片のすべてに着磁されている。特殊磁極２７は、基本周期ＰＴの１／２で極性が交番するように形成されている。この実施形態では、３種類の着磁パターンに着磁された３種類の磁石片が使用されている。複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、基本磁極２６と２つの特殊磁極２２７ａ、２２７ｂとを有する２種類の複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂを備える。複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、基本磁極２６とひとつの特殊磁極２２７ｃとを有する１つの磁石片２２３ｃを備える。この実施形態でも、基本磁極２６におけるＳ極２６ａとＮ極２６ｂとは交換可能である。特殊磁極２７におけるＳ極２２７ａとＮ極２２７ｂとも交換可能である。

回転子２１は、複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃを有する。複数の磁石片２２３ａは、基本磁極２６としてのＳ極２６ａと、特殊磁極２７としてのＳ極２２７ａ、および、Ｎ極２２７ｂとを有する。複数の磁石片２２３ｂは、基本磁極２６としてのＮ極２６ｂと、特殊磁極２７としてのＳ極２２７ａ、および、Ｎ極２２７ｂとを有する。特殊磁極２２７としてのＳ極２２７ａ、および、Ｎ極２２７ｂは、ひとつの磁石片２２３ａ、２２３ｂを周方向ＣＤに２分して着磁されている。

ひとつの磁石片２２３ｃは、基本磁極２６としてのＳ極２６ａと、特殊磁極２７としてのＮ極２２７ｃとを有する。Ｎ極２２７ｃは、ひとつの磁石片２２３ｃの周方向ＣＤにおける全体にわたって延びている。

複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、基本磁極２６としてのＳ極２６ａおよびＮ極２６ｂが交番するように配置されている。磁石片２２３ｃは、周方向ＣＤにおけるいずれか一方の特殊磁極（Ｓ極２２７ａまたはＮ極２２７ｂ）と連続した極性を提供するように配置されている。

図５において、基準位置センサとしてのセンサ３８ｄは、出力波形Ｄを出力する。出力波形Ｄは、基準位置信号である。出力波形Ｄは、周期１／２×ＰＴの期間と、周期３／４×ＰＴの欠歯期間とを有する。欠歯期間は、基準位置を示している。出力波形Ｄは、時刻ｔ２０１と時刻ｔ２０３との間において欠歯部分を提供する。出力波形Ｄは、欠歯期間において、周期３／２×ＰＴ（１．５×ＰＴ）よりも高い分解能を提供する。

基準位置の到来は、基本周期の期間に与えられる信号周期１／２×ＰＴに基づいて判定可能である。内燃機関１２の始動時に回転数が徐々に上昇する過程においても、信号周期１／２×ＰＴと、周期３／４×ＰＴとの差は、欠歯期間の到来の判定を可能とする。

以上に述べた実施形態によると、基準位置の検出精度が高い内燃機関用回転電機が提供される。ひとつの観点では、内燃機関１２の回転速度が遅い始動時においても、高い精度で欠歯部分の到来（基準位置の到来）を示すことができる。内燃機関の始動時において早期に基準位置を示すことができる。この結果、内燃機関１２の始動が速い内燃機関用回転電機が提供される。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、特殊磁極２７は、永久磁石２３のほぼ中央に形成されている。これに代えて、特殊磁極２７は、永久磁石２３の軸方向のいずれか一方に偏在して形成されてもよい。

図６において、磁石片２３ｃは、永久磁石２３における軸方向の一端に配置された特殊磁極２７としてのＳ極３２７ａを有する。磁石片２３ｄは、永久磁石２３における軸方向の一端に配置された特殊磁極２７としてのＮ極３２７ｂを有する。この結果、基本磁極２６は、基本磁極軌道２８にあらわれるように配置されている。特殊磁極２７は、特殊磁極軌道２９にあらわれるように配置されている。センサユニット３７は、基本磁極軌道２８に配置された回転位置センサとしてのセンサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃを有する。センサユニット３７は、特殊磁極軌道２９に配置された基準位置センサとしてのセンサ３８ｄを有する。この結果、センサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、回転位置を示す複数の回転位置信号を出力する。センサ３８ｄは、基準位置を示す基準位置信号を出力する。この実施形態でも、先行する第１実施形態と同様の信号波形が得られる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

上記実施形態では、複数の基本磁極２６は、複数の磁石片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによって提供されている。これに代えて、ひとつの磁石片によって、複数の基本磁極２６を提供してもよい。異なる極性の語は、磁気的な特性が検出可能に異なることを意味している。また、異なる極性の語は、Ｓ極とＮ極との関係、Ｓ極と無着磁との関係、または、無着磁とＮ極との関係を含む用語である。

上記実施形態では、１周期Ｔの中に、ひとつの基準位置を設定している。これに代えて、１周期Ｔの中に、２つ以上の基準位置を設定してもよい。例えば、複数の磁石片２３ａ、２３ｂに加えて、回転子２１の複数の位置に、複数の組の磁石片２３ｃ、２３ｄを配置することができる。複数の磁石片２２３ａ、２２３ｂに加えて、回転子２１の複数の位置に、複数の磁石片２２３ｃが配置されてもよい。同様に、複数の磁石片２３ａ、２３ｂに加えて、回転子２１の複数の位置に、複数の組の磁石片３２３ｃ、３２３ｄが配置されてもよい。

上記実施形態では、センサユニット３７は、４つのセンサ３８を備える。これに代えて、センサユニット３７は、３つのセンサ３８を備えていてもよい。この場合、センサユニット３７は、基本磁極軌道２８に配置された２つのセンサ３８と、特殊磁極軌道２９に配置されたひとつのセンサ３８とを備えることができる。特殊磁極軌道２９に配置されたひとつのセンサ３８は、基準位置センサおよび回転位置センサの両方として利用される。

Claims (10)

1. ヨークとしてのロータコア（２２）と、
   前記ロータコアに保持された永久磁石（２３）とを備え、
   前記永久磁石は、所定の基本周期（ＰＴ）で極性が交番するように形成された複数の基本磁極（２６）、および、前記基本磁極（２６）と異なる極性をもつように前記永久磁石の一部に形成された特殊磁極（２７）を有し、
   前記特殊磁極は、周方向に隣接し、異なる極性をもつ２つの前記特殊磁極（２７ａ、２７ｂ）を有し、
   前記特殊磁極と前記基本磁極とが提供する同じ極性の周方向長さ（ＬＧ）は、前記基本周期の１／２を超え、前記基本周期以下（１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴ）である内燃機関用回転電機の回転子。
2. 前記基本磁極は、回転電機のための回転磁界を提供する請求項１に記載の内燃機関用回転電機の回転子。
3. 前記永久磁石は、前記基本磁極ごとに着磁された複数の磁石片を備え、
   前記特殊磁極は、周方向に隣接する２つの前記磁石片に着磁され、異なる極性をもつ２つの前記特殊磁極（２７ａ、２７ｂ）を有する請求項１または請求項２に記載の内燃機関用回転電機の回転子。
4. 複数の前記磁石片は、
   前記基本磁極のみを有する２種類の複数の前記磁石片（２３ａ、２３ｂ）と、
   前記基本磁極と前記特殊磁極とを有する２種類の２つの前記磁石片（２３ｃ、２３ｄ）とを備える請求項３に記載の内燃機関用回転電機の回転子。
5. ヨークとしてのロータコア（２２）と、
   前記ロータコアに保持された永久磁石（２３）とを備え、
   前記永久磁石は、所定の基本周期（ＰＴ）で極性が交番するように形成された複数の基本磁極（２６）、および、前記基本磁極（２６）と異なる極性をもつように前記永久磁石の一部に形成された特殊磁極（２７）を有し、
   前記特殊磁極と前記基本磁極とが提供する同じ極性の周方向長さ（ＬＧ）は、前記基本周期の１／２を超え、前記基本周期以下（１／２×ＰＴ＜ＬＧ≦ＰＴ）であり、
   前記永久磁石は、前記基本磁極ごとに着磁された複数の磁石片を備え、
   前記特殊磁極（２２７ａ、２２７ｂ、２２７ｃ）は、複数の前記磁石片のすべてに着磁されている内燃機関用回転電機の回転子。
6. 前記特殊磁極は、前記基本周期の１／２で極性が交番するように形成されている請求項５に記載の内燃機関用回転電機の回転子。
7. 複数の前記磁石片は、
   前記基本磁極と２つの前記特殊磁極（２２７ａ、２２７ｂ）とを有する２種類の複数の前記磁石片（２２３ａ、２２３ｂ）と、
   前記基本磁極とひとつの前記特殊磁極とを有する１つの前記磁石片（２２３ｃ）とを備える請求項５または請求項６に記載の内燃機関用回転電機の回転子。
8. 前記特殊磁極は、前記永久磁石において前記基本磁極に挟まれて配置されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の内燃機関用回転電機の回転子。
9. 前記特殊磁極は、前記永久磁石における軸方向の一端に配置されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の内燃機関用回転電機の回転子。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の内燃機関用回転電機の回転子（２１）と、
    前記回転子と対向して配置された固定子（３１）と、
    前記回転子の回転方向に沿って前記基本磁極が配置された基本磁極軌道（２８）に配置された複数の回転位置センサ（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）と、
    前記回転子の回転方向に沿って前記特殊磁極が配置された特殊磁極軌道（２９）に配置された基準位置センサ（３８ｄ）とを備える内燃機関用回転電機。

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