JP6062756B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機及び／又は発電機として動作可能に構成された、回転電機に関する。

この種の回転電機における、いわゆる「ブラシレス」構造を有するものには、通常、ロータの回転制御を行うために、ロータの回転位置（回転位相）を検出するための回転検出センサが設けられている。この回転検出センサとして、ホール素子等の磁気検出素子を備えたものが、広く用いられている。

また、上述のような、磁気検出素子を備えた回転検出センサとして、回転電機のステータにおける互いに隣接する一対の突極の間にて磁気検出素子が保持されるように、ステータに固定される構成のものが知られている（例えば、特開２０１０−１１９２４９号公報等参照。）。かかる構成の回転検出センサは、磁気検出素子を保持（収容）するセンサ保持部を備えている。このセンサ保持部は、互いに隣接する一対の突極の間に配置されている。

特開２０１０−１１９２４９号公報

上述のような構成の回転検出センサ（特開２０１０−１１９２４９号公報等参照）においては、外部からの振動や組付時の部品バラツキなどによってセンサ保持部が径方向（後述）に振動あるいは変位することで、検出信号にノイズが生じたり、検出結果に誤差が生じたり、センサ保持部とロータとが干渉したりするような、不具合が生じるおそれがあった。特に、この種の回転電機が内燃機関のクランクケースに取り付けられる場合は、エンジンの運転に伴う振動の、回転電機への伝播のため、上述のような不具合が生じる懸念が顕著であった。このため、機械的な強度を上げるためや、センサ位置を決めるために、装置コストの上昇を招くという問題も生じていた。具体的には、例えば、特開２０１０−１１９２４９号公報の構成においては、センサユニットとは別体の金属板からなるステー部材という、特別な部材が追加されている。また、センサユニットには、外径方向に突出する突片が設けられている。そして、かかる突片とステー部材とを係合させつつ両者をエンジンの躯体に固定することで、センサユニットがエンジンの躯体に取り付けられている。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ステータに対する回転検出センサの固定状態をよりいっそう適切に設定することにある。

本発明の回転電機は、ステータと、ロータと、センサユニットと、を備えている。

前記ステータは、複数の突極と、複数（具体的には前記突極の数と同数）のコイルと、を備えている。複数の前記突極は、それぞれ中心軸から外側（すなわち後述する「径方向」における「外側」）に向かうように放射状に設けられている。また、複数の前記突極は、円周方向に沿って配列されている。ここで、「円周方向」とは、前記中心軸を中心とする円に沿った方向であって、より詳細には、前記中心軸と平行な法線を有する平面内にて当該中心軸を中心として形成された円に沿った方向である。前記コイルは、複数の前記突極の各々の周囲に巻回された導線によって形成されている。

前記ロータは、複数の前記突極の各々と対向するように、前記ステータの外側に配置されている。このロータは、前記中心軸を中心として回転可能に設けられている。前記センサユニットは、前記ロータよりも前記中心軸側に設けられている。すなわち、前記センサユニットは、前記ロータの内側に配置されている。また、前記センサユニットは、前記ステータに固定されている。このセンサユニットは、前記ロータの回転位置を検出するために設けられたセンサ素子を内部に備えている。

前記ステータにおける前記突極は、先端部（前記中心軸から離隔した側の端部）を備えている。また、前記センサユニットは、基部と、突出部と、を備えている。前記基部は、軸方向（前記中心軸と平行な方向）における前記ステータの一端側にて、当該ステータに固定されている。前記突出部は、前記円周方向について隣接する２つの前記先端部の間で挟持されるように配置されている。また、前記突出部は、前記基部から前記軸方向に沿って突出するように形成されている。前記突出部の内部には、前記センサ素子が収容されている。

本発明の特徴は、前記センサユニットにおける前記突出部と、前記ステータの前記突極における前記先端部との、径方向に沿った外側及び内側に向かう相対移動が規制されるように、前記突出部と前記突極における前記先端部とが互いに嵌め合わされていることにある。ここで、「径方向」とは、上述の円の半径方向であって、より詳細には、前記中心軸及び前記円周方向と直交する方向である。また、かかる径方向における「外側」とは、前記中心軸から離隔する方向である。同様に、「内側」とは、前記中心軸に近接する方向である。

かかる構成においては、前記センサユニットにおける前記突出部と、前記ステータの前記突極における前記先端部とが、互いに嵌め合わされる。すると、前記突出部の、前記先端部に対する、前記径方向に沿って外側及び内側に向かう相対移動が規制される。すなわち、前記突出部が、前記突極における前記先端部に対して、前記径方向について良好に固定される。これにより、前記センサユニットにおける前記センサ素子を収容する前記突出部の、前記ロータに対する、前記径方向に沿って外側及び内側に向かう相対移動も、良好に規制され位置決めされる。

したがって、本発明によれば、前記ステータに対する前記センサユニットの固定状態をよりいっそう適切に設定することが可能になる。具体的には、前記突出部が前記径方向に振動あるいは変位することによる種々の不具合の発生が、上述の従来例のような、前記センサユニットから外径方向に突出するように設けられた突片等による固定がなくても、良好に抑制される。

本発明の一実施形態に係る回転電機の概略的な構成を示す（ａ）側断面図及び（ｂ）平面図。 図１に示されているステータ及びセンサユニットの側面図。 図２における３−３断面図における要部を拡大して示す図。 図３に示されている構成の一変形例を示す断面図。 図３に示されている構成の他の変形例を示す断面図。 図３に示されている構成のさらに他の変形例を示す断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、各図面に基づいて説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜構成＞
図１を参照すると、本発明の回転電機の一実施形態である始動発電機１０は、図示しない自動二輪車に搭載された始動発電機であって、電動機及び発電機として動作可能に構成されている。この始動発電機１０は、ステータ１２と、ロータ１４と、センサユニット１６と、を備えている。

ステータ１２は、上述の自動二輪車に搭載されたエンジンＥにおけるクランクケースＥ１に、固定具Ｂによって固定されている。ロータ１４は、上述のエンジンＥに設けられたクランクシャフトＥ２の一端に形成されたネジ部に、固定ナットＮによって固定されていて、中心軸Ｃを中心として当該クランクシャフトＥ２と一体的に回転可能に設けられている。センサユニット１６は、ロータ１４よりも中心軸Ｃ側にて、ステータ１２に固定されている。すなわち、センサユニット１６は、ロータ１４の内側に配置されている。

ステータ１２は、リング状のステータ本体部２１と、このステータ本体部２１の外側に設けられた複数の突極２２と、を備えている。複数の突極２２は、それぞれ中心軸Ｃから外側に向かうように放射状に設けられている。また、複数の突極２２は、円周方向に沿って等間隔に配列されている。ここで、「円周方向」とは、中心軸Ｃと平行な法線を有する平面内にて当該中心軸Ｃを中心として形成された円に沿った方向である。

突極２２の、中心軸Ｃから離隔した側の端部である先端部２３は、円周方向に沿って突出するように設けられている。すなわち、突極２２は、平面視にて略Ｔ字状に形成されている。複数の先端部２３は、円周方向に沿って等間隔に配列されている。突極２２における、先端部２３よりも中心軸Ｃ寄りの位置には、コイル２４が設けられている。コイル２４は、突極２２の周囲に巻回された導線によって形成されている。すなわち、ステータ１２には、複数（具体的には突極２２の数と同数）のコイル２４が設けられている。

ロータ１４は、複数の突極２２の各々と対向するように、ステータ１２の外側に配置されている。このロータ１４は、ロータ本体部４１と、マグネット部４２と、を備えている。ロータ本体部４１は、円筒状部分の一方を塞いだ形状に形成されている。マグネット部４２は、ロータ本体部４１における上述の円筒状部分の内周にて、ロータ本体部４１に固定されている。このマグネット部４２には、多数の磁化部が、磁極の向きが交互に異なるように、円周方向に沿って等間隔に配列されている。

図１及び図２を参照すると、センサユニット１６は、ステータ１２に取付ネジＳで固定されている。このセンサユニット１６は、センサ素子６１を内部に備えている。本実施形態においては、センサ素子６１は、ロータ１４の回転位置を検出するためのいわゆるホール素子であって、ロータ１４におけるマグネット部４２と対向するように設けられている。また、センサユニット１６には、複数（具体的には４個）のセンサ素子６１が設けられている。

センサユニット１６のケーシングを構成するセンサユニットケース６２は、基部６３と、複数（具体的にはセンサ素子６１の個数と同数）の突出部６４と、を備えている。このセンサユニットケース６２は、合成樹脂によって一体に形成されている。

基部６３は、平面視にて扇形に形成された部材であって、軸方向（中心軸Ｃと平行な方向：図２における上下方向）におけるステータ本体部２１の一端側にて、ステータ１２に固定されている。突出部６４は、円周方向について隣接する２つの先端部２３の間で挟持されるように配置されている。具体的には、突出部６４は、基部６３から軸方向に沿って（図２における下方、すなわち隣接する２つの先端部２３の間に向かって）突出するように形成されている。また、複数の突出部６４は、円周方向に沿って等間隔に配列されている。突出部６４の内部における、基部６３から離隔した側の端部（図２における下端部）には、センサ素子６１が収容されている。

なお、図１及び図２に示された構成は、本願の出願時点においてすでに公知あるいは周知であるので、これらについてのこれ以上の詳細な説明については省略する（必要に応じ、特開２００３−２６４９７１号公報、特開２００９−２４００７１号公報、特開２０１０−１１９２４９号公報、等参照。）。

以下、図１〜図３を参照しつつ、本実施形態における要部構成について説明する。本実施形態においては、図３に示されているように、先端部２３の円周方向における端縁部２３１には、円周方向に沿って突出する凸部２３２が形成されている。本実施形態においては、凸部２３２は、歯車の歯の如き形状（断面視にて略台形状）に形成されている。また、突出部６４の円周方向における端縁部６４１には、上述の凸部２３２が嵌入されるような形状の凹部６４２が設けられている。この凹部６４２は、開口方向が円周方向に沿った方向となるように形成されている。そして、先端部２３の端縁部２３１（凸部２３２）と突出部６４の端縁部６４１（凹部６４２）とは、互いに嵌め合わされている。

すなわち、センサユニットケース６２における突出部６４と、突極２２における先端部２３との、径方向に沿った外側及び内側の両方向の相対移動と、円周方向に沿った相対移動とが規制されるように、先端部２３及び突出部６４が構成されている。ここで、「径方向」とは、中心軸Ｃ及び円周方向と直交する方向である。また、かかる径方向における「外側」とは、中心軸Ｃから離隔する方向である。同様に、「内側」とは、中心軸Ｃに近接する方向である。さらに、本実施形態においては、凸部２３２は、先端部２３の円周方向における両側の端縁部２３１にそれぞれ設けられている。同様に、凹部６４２は、凸部２３２と対向するすべての位置に設けられている。

＜作用・効果＞
以下、上述の通りの、本実施形態の構成による作用・効果について説明する。

本実施形態の構成においては、ステータ１２の突極２２における先端部２３に設けられた凸部２３２と、センサユニットケース６２における突出部６４に設けられた凹部６４２とが、互いに嵌め合わされる。すると、突出部６４が、隣接する２つの先端部２３の間にて、径方向及び円周方向について良好に位置決めされ固定される。かかる固定は、突出部６４をコイル２４に当接させるのではなく、先端部２３と突出部６４との嵌め合いのみによって実現される。

これにより、突出部６４の、先端部２３に対する、径方向に沿って外側及び内側に向かう相対移動が、良好に規制される。また、径方向のセンサ位置も、正確に固定（位置決め）することができる。よって、センサユニット１６におけるセンサ素子６１を収容する突出部６４の、ロータ１４に対する、径方向に沿って外側及び内側に向かう相対移動も、良好に規制される。また、突出部６４の、先端部２３に対する、円周方向に沿った相対移動も、良好に規制される。

したがって、本実施形態の構成によれば、ステータ１２に対するセンサユニット１６の固定状態をよりいっそう適切に設定することが可能になる。具体的には、センサ素子６１を収容する突出部６４が径方向や円周方向に振動あるいは変位することによる種々の不具合の発生（検出誤差や干渉等）が、良好に抑制される。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例の全部及び一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

上述の実施形態の構成において、先端部２３と突出部６４との接合部は、機械的強度をさらに確保するため接着剤等によって固着してより強固な固定とし、エンジン振動などに不具合発生の虞を防止してもよい。また、上述の従来例のような、センサユニットケース６２にて外径方向に突出するように設けた突片等による、センサユニットケース６２のクランクケースＥ１への固定を追加してもよい。また、突出部６４の個数は、センサ素子６１の個数よりも多くてもよい。すなわち、センサ素子６１を収容しない、いわゆる「ダミー」の突出部６４が設けられていてもよい。また、凸部２３２と対向しない位置に凹部６４２が設けられる必要がないことは、いうまでもない。もっとも、凸部２３２と対向しない位置に凹部６４２が設けられていても差し支えない。すなわち、複数の突極２２における先端部２３の全部に、凹部６４２が設けられていても差し支えない。

図３の構成とは逆に、図４に示されているように、先端部２３に凹部２３３が設けられるとともに、この凹部２３３に嵌め込まれる形状の凸部６４３が突出部６４に設けられていてもよい。なお、図４に示されている本変形例においては、凸部６４３は、円周方向に沿って開口するように、側断面視にて略矩形状あるいは略台形状に形成されている。

突出部６４における一方の端縁部６４１には凹部６４２が設けられる一方で、他方の端縁部６４１には凸部６４３が設けられていてもよい。この場合、先端部２３における一方の端縁部２３１であって、凹部６４２と対向する位置には、凸部２３２が設けられる。また、先端部２３における他方の端縁部２３１であって、凸部６４３と対向する位置には、凹部２３３が設けられる。

突出部６４における凹部６４２や凸部６４３は、円周方向における一方の端縁部６４１にのみ設けられていてもよい（図５参照）。この場合、先端部２３においても、突出部６４における凹部６４２や凸部６４３に対向する一方の端縁部２３１にのみ、凸部２３２や凹部２３３が設けられる。

先端部２３における端縁部２３１や、突出部６４における端縁部６４１の形状は、互いに嵌め合わされることで突出部６４の振動や変位が抑制されるような形状であれば、特に限定はない。具体的には、例えば、凸部２３２や凸部６４３は、断面視にて三角形状（楔状）あるいは半楕円形状であってもよい。あるいは、先端部２３における端縁部２３１は、特定形状の凸部２３２を有していない場合、当該端縁部２３１を収容する凹部６４２が突出部６４に形成されることで、上述の作用・効果が良好に達成され得る。

上述の実施形態及び変形例においては、突出部６４における１つの端縁部６４１と、これに対向する、先端部２３における１つの端縁部２３１と、の嵌め合いによって、先端部２３と突出部６４の径方向に沿った両方向の相対移動が規制された。しかしながら、本発明は、かかる構成に限定されない。

すなわち、先端部２３における一方の端縁部２３１と、これに対向する、突出部６４における一方の端縁部６４１とによって、突出部６４の先端部２３に対する径方向における外側への相対移動が規制され得る。この場合、先端部２３における他方の端縁部２３１と、これに対向する、突出部６４における他方の端縁部６４１とによって、突出部６４の先端部２３に対する径方向における内側への相対移動が規制され得る。このような構成の一例が図６に示されている。

図６に示されている構成例においては、１つの突出部６４を挟んで隣接する一対の先端部２３における一方の、当該突出部６４と対向する端縁部２３１には、凸部２３４が形成されている。また、上述の一対の先端部２３における他方の、当該突出部６４と対向する端縁部２３１には、凸部２３５が形成されている。そして、凸部２３４と、これと突出部６４を挟んで対向する凸部２３５とは、当該突出部６４の中心を挟んだ対角位置に設けられている。具体的には、凸部２３４は、径方向における内側寄り（中心軸Ｃ側）に設けられている。一方、凸部２３５は、径方向における外側寄りに設けられている。

これに対応するように、突出部６４における、凸部２３４側の端縁部６４１には、凸部６４４が形成されている。この凸部６４４は、径方向における外側寄りに設けられている。一方、突出部６４における、凸部２３５側の端縁部６４１には、凸部６４５が形成されている。この凸部６４５は、径方向における内側寄りに設けられている。すなわち、凸部６４４と凸部６４５とは、突出部６４の中心を挟んだ対角位置に設けられている。

かかる構成によれば、先端部２３における凸部２３４が、突出部６４における凸部６４４（換言すれば凸部６４４に隣接して径方向における内側に設けられた段差部あるいは凹部）と係合する。これにより、突出部６４の、先端部２３に対する、径方向における内側への相対移動が規制される。同様に、先端部２３における凸部２３５が、突出部６４における凸部６４５（換言すれば凸部６４５に隣接して径方向における外側に設けられた段差部あるいは凹部）と係合する。これにより、突出部６４の、先端部２３に対する、径方向における外側への相対移動が規制される。

なお、凸部２３４，２３５，６４４，６４５を設けなくても、突出部６４を断面視にて略平行四辺形状（但し矩形状ではない）に形成することによって、上述と同様の作用・効果が得られる。

１０…始動発電機、１２…ステータ、１４…ロータ、１６…センサユニット、２２…突極、２３…先端部、２４…コイル、６１…センサ素子、６２…センサユニットケース、６３…基部、６４…突出部、Ｃ…中心軸。

Claims (11)

1. 中心軸（Ｃ）から外側に向かうように放射状に設けられるとともに前記中心軸を中心とする円に沿った方向である円周方向に沿って配列された複数の突極（２２）と、複数の前記突極の各々の周囲に巻回された導線によって形成された複数のコイル（２４）と、を有する、ステータ（１２）と、
   複数の前記突極の各々と対向しつつ、前記ステータの外側にて前記中心軸を中心として回転可能に設けられた、ロータ（１４）と、
   前記ロータの回転位置を検出するために設けられたセンサ素子（６１）を内部に備えていて、前記ロータよりも前記中心軸側に設けられつつ前記ステータに固定された、センサユニット（１６）と、
   を備えた、回転電機（１０）であって、
   前記ステータにおける前記突極は、前記中心軸から離隔した側の先端部（２３）を備え、
   前記センサユニットは、
   前記中心軸と平行な軸方向における前記ステータの一端側にて当該ステータに固定された、基部（６３）と、
   前記円周方向について隣接する２つの前記先端部の間で挟持されるように配置されていて、前記基部から前記軸方向に沿って突出するとともに内部に前記センサ素子を収容するように設けられた、突出部（６４）と、
   を備え、
   前記突出部と前記突極における前記先端部とは、前記突出部の、前記先端部に対する、前記中心軸及び前記円周方向と直交する径方向に沿った前記中心軸から離隔する外側及び前記中心軸に近接する内側に向かう相対移動を規制するように、互いに嵌め合わされたことを特徴とする、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記突出部は、前記突極における前記先端部の前記円周方向における端縁部（２３１）を収容する凹部（６４２）を備えたことを特徴とする、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   前記凹部は、前記突出部の、前記円周方向における両側に設けられたことを特徴とする、回転電機。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機であって、
   前記端縁部には、前記凹部に嵌入される凸部（２３２）が形成されたことを特徴とする、回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記凸部は、前記端縁部の、前記円周方向における両側に設けられたことを特徴とする、回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記突極における前記先端部は、前記突出部の前記円周方向における端縁部（６４１）を収容する凹部（２３３）を備えたことを特徴とする、回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記凹部は、前記突極における前記先端部の、前記円周方向における両側に設けられたことを特徴とする、回転電機。
8. 請求項６又は７に記載の回転電機であって、
   前記端縁部には、前記凹部に嵌入される凸部（６４３）が形成されたことを特徴とする、回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機であって、
   前記凸部は、前記端縁部の、前記円周方向における両側に設けられたことを特徴とする、回転電機。
10. 請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記ステータは、内燃機関（Ｅ）のクランクケース（Ｅ１）に固定されることを特徴とする、回転電機。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記基部と、前記突出部とは、合成樹脂によって一体に形成されていることを特徴とする、回転電機。

Images