JP7404206B2 - 回転電機 - Google Patents

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、センサユニットを形成するケースの径方向内側が、固定ボルトによりステータに固定され、ケースの径方向外側に、ティースの隙間部分に差し込まれるカバーが配置されている。つまり、特許文献１に記載されたセンサユニットは、所謂「片持ち状態」でステータに支持され、自由端側の部分にセンサが配置されている。

また、センサを収容する樹脂材料製のカバーが、複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータの突出部に対して、直に接触してかつ摺動するようにして装着されている。

これにより、センサユニットを形成するケースの径方向外側（自由端側）が、振動等によりステータに対してその軸方向にガタついてしまい、樹脂製のカバーが金属製のステータに擦れて、カバーのステータとの接触部分が早期に摩耗する虞があった。よって、カバーがステータの径方向にもガタつくようになり、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）されたり、センサの設置位置がステータの正規位置からずれたりする虞があった。

本発明の目的は、センサユニットを形成するセンサ収容部のステータの軸方向へのガタつきを防止し、センサユニットの耐久性向上および検出精度向上を図ることができる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、取付対象物に固定される環状の本体部と、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第１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、前記センサ収容部に設けられ、前記取付対象物に固定される第２固定部と、を備え、前記インシュレータには、前記ステータの軸方向に向けられた第１接触面が設けられ、前記センサ収容部には、前記第１接触面に対して前記ステータの軸方向から接触される第２接触面が設けられ、前記第１接触面および前記第２接触面が、それぞれ同じ曲率半径の円弧面であり、かつ互いに面接触さ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、ステータの本体部に固定される第１固定部と、センサ基板を収容するセンサ収容部に設けられ、取付対象物に固定される第２固定部とを備え、インシュレータの第１接触面およびセンサ収容部の第２接触面は、それぞれ同じ曲率半径の円弧面であり、かつ互いに面接触されている。

これにより、センサ収容部がステータの軸方向にガタつくことが防止されて、センサ素子が損傷したり位置ずれを起こしたり、さらにはセンサ基板のはんだにクラックが発生する等の不具合の発生が抑制される。したがって、センサユニットの耐久性向上および検出精度向上を図ることが可能となる。

また、仮にセンサ収容部がステータに対して傾斜するように装着されても、第１接触面および第２接触面がそれぞれ同じ曲率半径の円弧面のため、互いの面接触を維持することができる。よって、部品毎に発生する寸法精度のばらつきを吸収することができ、ひいてはセンサユニットがステータに対してガタつくことをより確実に抑制す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。 図３の破線円Ａ部の部分拡大図である。 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。 センサユニットのステータへの装着後を示す斜視図である。

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は図３の破線円Ａ部の部分拡大図を、図８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９はセンサユニットのステータへの装着後を示す斜視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の周方向に沿うティース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の周方向に沿う突出部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および図７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、ティース２１ｂの周囲，本体部２１ａ（図１参照）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２２ａを備えている。また、ステータ２０の軸方向において、インシュレータ２２のセンサユニット４０側（図中上側）には、薄肉部２２ａよりも肉厚となった肉厚部２２ｂが設けられている。つまり、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）との対抗面（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。

そして、ステータ２０の周方向に沿う肉厚部２２ｂの両側には、第１円弧面２２ｃが一体に設けられている。言い換えれば、第１円弧面２２ｃ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ている。これらの第１円弧面２２ｃは、本発明における第１接触面を構成しており、第１円弧面２２ｃの一部はステータ２０の軸方向に向けられており、第１円弧面２２ｃの他の部分はステータ２０の周方向に向けられている。

ここで、第１円弧面２２ｃの曲率半径はＲに設定されている。第１円弧面２２ｃの曲率半径Ｒは、後述する第２円弧面４７ｃの曲率半径Ｒと同じ値となっている。具体的には、曲率半径Ｒは、約1.5mm程度に設定されている。

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の軸方向に沿う底壁部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の周方向に沿う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、略扇形状に形成されており、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。ここで、クランクケースの内部に設けられた取付ステーＳＴは、本発明における取付対象物を構成している。

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の長手方向に沿うセンサ収容部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の短手方向に沿う第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。

ここで、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。これにより、センサユニット４０を射出成形する際に用いる上下金型（図示せず）の形状を、簡素化することが可能となっている。よって、センサユニット４０の製造コストを下げることが可能となる。

なお、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の基端部には、一対の第２円弧面４７ｃが一体に設けられている（図示では片方のみ示す）。これらの第２円弧面４７ｃは、ホルダ本体４６の長手方向に沿うセンサ収容部４７の両側に設けられ、かつ第１当接部４７ａと第２当接部４７ｂとの間に配置されている。そして、一対の第２円弧面４７ｃは、センサユニット４０をステータ２０に装着した状態で、ステータ２０の周方向において隣り合うインシュレータ２２の第１円弧面２２ｃ（図６参照）に対して、それぞれ面接触されている（図７参照）。

すなわち、一対の第２円弧面４７ｃは、一対の第１円弧面２２ｃに対して、ステータ２０の軸方向からそれぞれ接触されており、かつ一対の第２円弧面４７ｃの曲率半径は、一対の第１円弧面２２ｃの曲率半径Ｒと同じ値のＲ（約1.5mm）に設定されている。ここで、第２円弧面４７ｃは、本発明における第２接触面を構成している。

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。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の軸方向に沿う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の回転方向に沿う各マグネット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の回転方向に沿う各マグネット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の回転方向に沿う各スロット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８および図９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８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の薄肉部２２ａに摺接され、第２当接部４７ｂは突出部２１ｄに摺接される。

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７に示されるように、インシュレータ２２に設けられた第１円弧面２２ｃに対して、センサ収容部４７に設けられた第２円弧面４７ｃが、ステータ２０の軸方向から互いに面接触されて、センサユニット４０がステータ２０に突き当てられる。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において、図８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に最終的に固定する。これにより、図９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。

ここで、変形例として、図９の白抜矢印で示されるように、センサユニット４０をステータ２０に対して固定ボルトＢＴで固定した状態で、ハウジング４１のセンサホルダ部４５の部分を、ステータ２０に対して所定の押圧力Ｆで押圧されるようにもできる。すなわち、ハウジング４１の形状を、センサユニット４０をステータ２０に装着する過程において、第１固定部４２が本体部２１ａに接触するよりも先に、第１円弧面２２ｃが第２円弧面４７ｃ（図７参照）に接触する形状にもできる。

このようにすれば、センサ収容部４７が先端部２１ｃに対して傾斜するように装着されたり、部品精度を多少低くしたりしても、第１円弧面２２ｃおよび第２円弧面４７ｃを、互いに確実に面接触させることが可能となる。

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、ステータ２０の本体部２１ａに固定される第１固定部４２と、センサ基板ＳＢを収容するセンサ収容部４７に設けられ、取付ステーＳＴに固定される第２固定部４３とを備え、インシュレータ２２の第１円弧面２２ｃおよびセンサ収容部４７の第２円弧面４７ｃは、それぞれ同じ曲率半径Ｒの円弧面であり、かつ互いに面接触されている。

これにより、センサ収容部４７がステータ２０の軸方向にガタつくことが防止されて、各センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｒが損傷したり位置ずれを起こしたりすることが抑制される。また、センサ基板ＳＢのはんだ（図示せず）にクラックが発生する等の不具合の発生も抑制される。したがって、センサユニット４０の耐久性向上および検出精度向上を図ることが可能となる。

また、仮にセンサ収容部４７がステータ２０に対して傾斜するように装着されても、第１円弧面２２ｃおよび第２円弧面４７ｃがそれぞれ同じ曲率半径Ｒの円弧面のため、互いの面接触を維持することができる。よって、部品毎に発生する寸法精度のばらつきを吸収することができ、ひいてはセンサユニット４０がステータ２０に対してガタつくことをより確実に抑制す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、第１円弧面２２ｃ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、第２円弧面４７ｃは、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られているので、センサユニット４０とインシュレータ２２との接触箇所を増やすことができる。よって、センサユニット４０がステータ２０に対してガタつくことをより確実に抑制す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、第２円弧面４７ｃが、第１円弧面２２ｃに対して、所定の押圧力Ｆで押圧されるようにもできる。この場合には、センサ収容部４７が先端部２１ｃに対して傾斜するように装着されたり、部品精度を多少低くしたりしても、第１円弧面２２ｃおよび第２円弧面４７ｃを、互いに確実に面接触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、第１円弧面２２ｃ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、第２円弧面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に対して、１つずつの第１円弧面２２ｃおよび第２円弧面４７ｃを設けることもできる。

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，２２ａ：薄肉部，２２ｂ：肉厚部，２２ｃ：第１円弧部（第１接触面），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，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：第２円弧面（第２接触面），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），Ｆ：押圧力，ＨＤ：マグネットホルダ，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（取付対象物），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、
   取付対象物に固定される環状の本体部と、
   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第１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、
   前記センサ収容部に設けられ、前記取付対象物に固定される第２固定部と、
   を備え、
   前記インシュレータには、前記ステータの軸方向に向けられた第１接触面が設けられ、
   前記センサ収容部には、前記第１接触面に対して前記ステータの軸方向から接触される第２接触面が設けられ、
   前記第１接触面および前記第２接触面が、それぞれ同じ曲率半径の円弧面であり、かつ互いに面接触されていることを特徴とする、
   回転電機。
2. 前記第１接触面は、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接触面は、前記ステータの周方向において、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に記載の回転電機。
3. 前記第２接触面が、前記第１接触面に対して押圧さ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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