JP6350114B2 - 検出センサ及び始動発電機 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車のエンジンに設けられる検出センサ及び始動発電機に関する。

従来、エンジンの始動時にはスタータモータとして機能し、エンジンの始動後には発電機として機能する始動発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。始動発電機は、エンジンケースに固定されたステータの周囲を、エンジンの駆動軸に連結されたロータが回転可能なブラシレス型の回転機として構成されている。エンジンの始動時には、ステータの各ティースに巻回されたコイルに通電することで、マグネットが付いたロータを回転させてエンジンを始動させ、エンジンの始動後には、エンジンの駆動軸と共にロータがステータの周囲を回転することで、ステータの各コイルに起電力を生じさせて発電する。

この始動発電機には、エンジン始動時のコイルへの通電タイミングを調整するために、ロータの回転位置を検出する検出センサが取り付けられている。検出センサには、ホールＩＣ等の複数のセンサ素子が配設され、複数のセンサ素子によってロータの回転に伴う磁界の変化を検出することでロータの回転位置を検出している。検出センサのセンサケースは、ステータの中心付近から外周側に広がる略扇状に形成されており、外周側で複数のセンサ素子をステータのティース間に位置付けて、センサ素子をロータのマグネットに対向させて磁界の変化を検出させている。

特許第５０６４２７９号公報

ところで、特許文献１に記載の検出センサは、ステータの中心側でセンサケースがボルトによってネジ止めされ、ステータの外周側でセンサケースがエンジンケースにボルトによってネジ止めされている。これによって、始動発電機に対して検出センサを安定的に取り付けることが可能になるが、ボルトによるネジ止め箇所が多くなり、さらにボルトと他部材との干渉によって取り付け作業が煩雑になっていた。ボルトの本数が多くなると共に、作業工数も多くなってコストが増加するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、取り付け作業を簡略化できると共に、部品点数及び作業工数を削減することができる検出センサ及び始動発電機を提供することを目的とする。

本発明の検出センサは、コイルを巻回した複数のティースが周方向に並んだステータと、前記ステータの外周に対向するようにマグネットが配設されたロータとを備えた始動発電機に取り付けられ、前記ステータの周りを回る前記ロータの回転位置を検出する検出センサであって、前記ステータの中心側から外周側に向かって延びるセンサケースと、前記ステータの外周側で隣り合う前記ティースの間に入り込むように前記センサケースから起立した起立部と、前記ロータの回転に伴う磁界の変化を検出するように前記起立部に配設されたセンサ素子とを備え、前記センサケースには前記ステータの中心側に固定される固定部が形成されており、前記起立部には前記起立部の起立方向で前記ステータに係合する係合部が形成されていることを特徴とする。
本発明の他の検出センサは、コイルを巻回した複数のティースが周方向に並んだステータと、前記ステータの外周に対向するようにマグネットが配設されたロータとを備えた始動発電機に取り付けられ、前記ステータの周りを回る前記ロータの回転位置を検出する検出センサであって、前記ステータの中心側から外周側に向かって延びるセンサケースと、前記ステータの外周側で隣り合う前記ティースの間に入り込むように前記センサケースから起立した起立部と、前記ロータの回転に伴う磁界の変化を検出するように前記起立部に配設されたセンサ素子とを備え、前記センサケースには前記ステータの中心側に固定される固定部が形成されており、前記起立部には前記ステータに係合する係合部が形成され、前記起立部が隣り合う前記ティースの間を軸方向に突き抜け、当該起立部の先端側で前記係合部が前記ステータの外面に係合することを特徴とする。

これらの構成によれば、ステータの中心側ではセンサケースの固定部が固定され、ステータの外周側では隣り合うティースの間に入り込んだ起立部が係合部によって抜け止めされる。センサケースがステータの中心側と外周側の２カ所で保持されているため、検出センサを始動発電機に対して安定的に取り付けることができる。また、ステータの外周側では、ボルトを用いることなくセンサケースをステータに取り付けることができるため、取り付け作業を簡略化することができる。ステータの外周側でのボルトの締結作業を省略すると共にボルトの本数を削減することでコストを低減することができる。

さらに、本発明の他の検出センサによれば、隣り合うティースを突き抜けた起立部の先端でステータの外面に係合するため、ステータを形状変更することなく、起立部を抜け止めすることができる。

本発明の検出センサにおいて、前記係合部は、前記起立部の先端側から周方向に突出した突起である。この構成によれば、起立部の先端の突起がティースに引っ掛って抜け止めされるため、簡易な構成でセンサケースをステータの外周側に保持することができる。また、隣り合うティースの間に起立部を差し込む際に、起立部の突起がティースに対する摺動面になり、起立部とティースの接触面積を最小限に抑えて弱い力でティースの間に圧入することができる。

本発明の検出センサにおいて、前記隣り合うティースには、前記突起に係合する凹部が形成されている。この構成によれば、起立部の先端の突起がティースの凹部に入り込むことで、起立部を抜け止めすると共に、隣り合うティース間で起立部を位置決めすることができる。

本発明の始動発電機は、上記の前記検出センサと、前記ステータと、前記ロータとを備える構成にした。この構成によれば、エンジンケースに対する始動発電機の組み付け作業を簡略化することができる。

本発明の検出センサによれば、センサケースの固定部でステータの中心側に固定され、起立部に設けた係合部によってステータの外周側に係合するため、ステータの外周側でのボルトの締結作業を省略すると共にボルトの本数を削減してコストを低減することができる。

本実施の形態に係る検出センサが組み付けられた始動発電機の断面図である。 比較例に係る検出センサが組み付けられた始動発電機の断面図である。 本実施の形態に係る検出センサの斜視図である。 本実施の形態に係る検出センサの平面模式図である。 本実施の形態に係るセンサケースの取り付け作業の説明図である。

以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る検出センサが組み付けられた始動発電機の断面図である。なお、本実施の形態に係る検出センサ及び始動発電機は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、本実施の形態に係る検出センサ及び始動発電機は、自動二輪車に限らず、四輪車や船外機等にも適用可能である。

図１に示すように、始動発電機１は、自動二輪車のエンジンケース３から突出した駆動軸４の先端に連結して、エンジン２の始動時にはスタータモータとして機能し、エンジン２の始動後には発電機として機能している。始動発電機１は、エンジンケース３に固定されたステータ１０の周囲に、エンジン２の駆動軸４に固定されたロータ２０を回転可能に配置して構成される。ステータ１０は、複数枚の鋼板が積層されて、駆動軸４の周囲でエンジンケース３に固定される環状部１１と、環状部１１から放射方向に延びる複数のティース１２とが形成されている。

環状部１１は、中央にエンジン２の駆動軸４が挿通される開口が形成され、開口の周囲にエンジンケース３のネジ穴に対応した複数（１つのみ図示）の貫通穴１３が形成されている。ステータ１０は、貫通穴１３に差し込まれた複数（１つのみ図示）のボルト１９がエンジンケース３のネジ穴に締め付けられることで、駆動軸４の周囲においてエンジンケース３に固定される。複数のティース１２は、環状部１１から外周側に延びる脚部１４と脚部１４の先端側で周方向に広がる鍔部１５とによって、軸方向から見て略Ｔ字状に形成されている（図４Ｂ参照）。各ティース１２の脚部１４は、合成樹脂等の薄肉のインシュレータ１６によって周囲が覆われている。

各ティース１２の脚部１４には、それぞれコイル１７が巻回されており、脚部１４の表面を覆うインシュレータ１６によってコイル１７がステータ１０から絶縁されている。コイル１７が巻回されたティース１２は周方向に並んでおり、隣り合うティース１２の鍔部１５の間には所定の間隔（図５参照）が空けられている。また、各コイル１７は、コントローラ６を介してバッテリ５に接続されており、コントローラ６によってバッテリ５からコイル１７への通電とコイル１７からバッテリ５への充電が制御されている。ステータ１０によってエンジン２の駆動軸４の周囲に複数のコイル１７が周方向に配置されている。

ロータ２０は、ステータ１０を覆う断面Ｕ字状の環状のヨーク２１と、ヨーク２１と共に磁気回路を形成するマグネット２２と有している。ヨーク２１は、ステータ１０を挟んで径方向に対向する内壁部２３と外壁部２４を底壁部２５で接続した有底筒状に形成されている。ロータ２０は、ヨーク２１の内壁部２３がエンジン２の駆動軸４にボルト２９によってネジ止めされることで、エンジン２の駆動軸４と一体に回転するように構成されている。ヨーク２１の外壁部２４の内周面には、ステータ１０の外周と僅かな隙間を空けて対向するように、複数のマグネット２２が配設されている。

マグネット２２とヨーク２１の内壁部２３がステータ１０を挟んで対向することで、マグネット２２からコイル１７を通過して内壁部２３に向かう磁束が作られる。このため、始動発電機１がスタータとして機能する場合には、バッテリ５からコントローラ６を介してコイル１７に駆動電流が通電されることで、ロータ２０内の磁界とコイル１７に流れる電流の作用でロータ２０が回転されてエンジン２が始動される。一方で、始動発電機１が発電機として機能する場合には、マグネット２２からヨーク２１の内壁部２３に向かう磁束をコイル１７が横切ることで起電力が発生して、コイル１７からコントローラ６を介してバッテリ５に電力が供給される。

また、始動発電機１には、ステータ１０の周りを回るロータ２０の回転位置を検出する検出センサ３０が取り付けられている。検出センサ３０は、ロータ２０の回転に伴う磁界の変化をホールＩＣ等のセンサ素子３１（図４参照）を検出している。検出センサ３０はコントローラに接続されており、検出センサ３０からコントローラに入力されたロータ２０の検出信号に応じてエンジン２の始動タイミングが制御されている。検出センサ３０のセンサケース３２はステータ１０の中心側から外周側に広がる略扇状に形成されており（図４Ｂ参照）、センサケース３２の外周側ではセンサ素子３１が配設された複数の起立部３３がセンサケース３２から起立している。

この形状の検出センサ３０を始動発電機１に取り付ける際には、センサケース３２の中心側だけでなく外周側もステータ１０に固定することが望まれている。しかしながら、ステータ１０の中央側にはセンサケース３２のネジ止め用のスペースを確保できるものの、ステータ１０の外周側にはネジ止め用のスペースを確保することはできない。このため通常は、図２に示す比較例のように、センサケース４２の中心側にナット４５を配設して、センサケース４２の中心側をステータ１０にネジ止めし、センサケース４２の外周側にブラケット４３を設けて、ブラケット４３をエンジンケース３にネジ止めしている。

比較例に係る検出センサ４０では、ステータ１０及びエンジンケース３に対してそれぞれセンサケース４２をネジ止めしなければならず、取り付け作業が煩雑になっていた。このため、ボルトの本数が多くなると共に、作業工数も多くなってコストが増大していた。そこで、本実施の形態に係る検出センサ３０では、センサケース３２の外周側の起立部３３をステータ１０の隣り合うティース１２間から突き抜けさせて、起立部３３の先端側でステータ１０に係合させている。これにより、ネジ止め用のスペースを確保できないステータ１０の外周側でセンサケース３２を係合させて、センサケース３２を両持ちで保持させている。

以下、図３及び図４を参照して、本実施の形態に係る検出センサについて説明する。図３は、本実施の形態に係る検出センサの斜視図である。図４は、本実施の形態に係る検出センサの平面模式図である。なお、図４Ａは検出センサの側面模式図、図４Ｂは検出センサの上面模式図をそれぞれ示している。また、図４Ｂにおいては、説明の便宜上、ステータの外形形状を２点鎖線で示している。

図３及び図４に示すように、検出センサ３０のセンサケース３２は、合成樹脂等により、幅広円弧状のケース本体３８の内周側に、幅狭円弧状の固定部３４を設けて上面視略扇状に形成されている。ケース本体３８の内周面に一対のアーム３５を介して固定部３４が設けられており、固定部３４にはネジ止め用のナット３６がインサート成形されている。固定部３４は、ケース本体３８のステータ１０側の一面よりも持ち上げられており、ステータ１０の環状部１１の表面に当接可能に形成されている（図１参照）。このように、センサケース３２の中心側には、ステータ１０の環状部１１に固定される固定部３４が形成されている。

センサケース３２の外周側には、周方向に並んだ５つのティース１２の間に入り込むように、複数（本実施の形態では４つ）の起立部３３がケース本体３８から起立している。各起立部３３は、軸方向に長い板状に形成されており、隣り合うティース１２の間を軸方向に奥方まで入り込むような長さを有している。また、起立部３３は、隣り合うティース１２の鍔部１５の間隔に対応した幅を有しており、ティース１２の鍔部１５に対応した厚みを有している。このように、起立部３３は、隣り合うティース１２の鍔部１５の間隔を埋めるように形成されている。

各起立部３３の先端側には、側面から周方向に一対の突起３７が半円状に突出しており、後述するティース１２の凹部２６（図５参照）に係合可能に形成されている。一対の突起３７がティース１２の凹部２６に引っ掛ることで、隣り合うティース１２の間で各起立部３３が抜け止めされる。起立部３３は隣り合うティース１２の鍔部１５に対して軸方向に差し込まれるが、一対の突起３７が僅かに押し潰されることで圧入が可能になっている。このとき、一対の突起３７が半円状に形成されることで、隣り合うティース１２の鍔部１５の間に起立部３３が差し込まれる際の接触面積が最小限に抑えられている。

また、一対の突起３７は、滑り性の高い合成樹脂で形成されており、ティース１２の接触面との摩擦力が抑えられている。よって、突起３７の接触面積が最小限で、かつ滑り性が高く形成されているため、起立部３３を弱い力で隣り合うティース１２の間に圧入することが可能になっている。また、各起立部３３内には、ティース１２の間で磁界の変化を検出するようにセンサ素子３１が配設されている。各起立部３３がティース１２の鍔部１５の間に位置付けられることで、各センサ素子３１がロータ２０（図１参照）のマグネット２２に対して僅かな隙間を空けて対向される。

検出センサ３０をステータ１０に取り付ける際に、センサケース３２の中心側では、ステータ１０の環状部１１の貫通穴１８（図１参照）にボルト３９（図１参照）が差し込まれ、ボルト３９がセンサケース３２のナット３６に締め付けられる。また、センサケース３２の外周側では、各起立部３３がティース１２の間に差し込まれて、起立部３３の先端側で一対の突起３７がティース１２の凹部２６（図５参照）に係合してステータ１０に抜け止めされる。よって、センサケース３２の中心側だけをステータ１０にネジ止めすることで、センサケース３２の外周側をステータ１０にネジ止めすることなく、センサケース３２の中心側と外周側をステータ１０に対して取り付けることが可能になっている。

以下、図５を参照して、ステータに対するセンサケースの取り付け作業について説明する。図５は、本実施の形態に係るセンサケースの取り付け作業の説明図である。なお、図５Ａ及び図５Ｂは、ステータの外周側に対するセンサケースの取り付け作業、図５Ｃは、ステータの中心側に対するセンサケースの取り付け作業をそれぞれ示している。なお、図５においては、説明の便宜上、ステータにおけるセンサケース側を下側とし、その逆側を上側として説明する。また、図５においては、ステータ及びセンサケースの一部の部材を省略して記載している。

図５Ａに示すように、ステータ１０の各ティース１２の鍔部１５は、検出センサ３０の起立部３３に対応した高さ及び厚みを有しており、隣り合うティース１２の鍔部１５の間は起立部３３の幅に対応した間隔が空けられている。起立部３３が差し込まれる隣り合うティース１２には、鍔部１５の上側の角が切り欠かれて凹部２６が形成されている。凹部２６は、起立部３３から半円状に突出した突起３７に係合するように逆Ｒ状に切り欠かれている。このようにして、隣り合うティース１２の鍔部１５の間には、起立部３３を差し込み可能なスロットが形成されている。

検出センサ３０をティース１２に取り付ける際には、先ず、検出センサ３０の各起立部３３の先端側が、隣り合うティース１２の鍔部１５の間に位置合わせされる。そして、隣り合う鍔部１５の間に起立部３３の先端側から差し込まれる。起立部３３の先端側には一対の突起３７が形成されているため、隣り合う鍔部１５の間で一対の突起３７が押し潰されながら起立部３３が差し込まれる。このとき、一対の突起３７が半円状に形成されているため、ティース１２との接触面積が最小限に抑えられ、さらに一対の突起３７が滑り性のある合成樹脂で形成されている。よって、起立部３３の差し込みに対する抵抗を抑えて、隣り合うティース１２の鍔部１５の間に小さな力で圧入することが可能になっている。

図５Ｂに示すように、起立部３３の先端側が隣り合うティース１２の鍔部１５の間を軸方向に突き抜けると、潰された突起３７が元の形状に復帰されて鍔部１５の凹部２６に係合される。一対の突起３７がティース１２の凹部２６に係合されることで、隣り合うティース１２の間で起立部３３が抜け止めされる。また、一対の突起３７とティース１２の凹部２６の係合によって、隣り合うティース１２の間で起立部３３を周方向に位置決めすることができる。よって、隣り合うティース１２間での起立部３３の位置ズレが抑えられて、センサ素子３１（図４参照）による検出精度が高められる。

図５Ｃに示すように、所定のティース１２の間に起立部３３が奥まで差し込まれると、ステータ１０の環状部１１にセンサケース３２の固定部３４が当接される。これにより、センサケース３２の固定部３４のナット３６（図４参照）が、ステータ１０の環状部１１に形成された貫通穴１８（図１参照）に位置付けられる。この状態で、環状部１１の貫通穴１８にボルト３９（図１参照）が差し込まれ、ボルト３９の先端が固定部３４のナット３６に締め付けられることで、センサケース３２がステータ１０の内側で固定される。このようにして、検出センサ３０のセンサケース３２が、ステータ１０の中心側と外周側の２カ所で取り付けられる。

この場合、図２に示す比較例とは異なり、センサケース３２の外周側の起立部３３をステータ１０に差し込んで、センサケース３２の中心側だけをボルト３９でネジ止めすればよいため、ステータ１０に対する取り付け作業を簡略化することができる。また、１箇所のネジ止めだけでセンサケース３２をステータ１０に取り付けることができるため、部品点数を削減することが可能になっている。さらに、エンジンケース３に対するネジ止めが不要となるため、比較例に示すセンサケース４２のようなブラケット４３を設ける必要がなく（図２参照）、検出センサ３０を小型化することもできる。

以上のように、本実施の形態によれば、ステータ１０の中心側ではセンサケース３２の固定部３４が固定され、ステータ１０の外周側では隣り合うティース１２の間に入り込んだ起立部３３が一対の突起３７によって抜け止めされる。センサケース３２がステータ１０の中心側と外周側の２カ所で保持されているため、検出センサ３０を始動発電機１に対して安定的に組み付けることができる。また、ステータ１０の外周側では、ボルト３９を用いることなくセンサケース３２をステータ１０に取り付けることができるため、取り付け作業を簡略化することができる。ステータ１０の外周側でのボルト３９の締結作業を省略すると共にボルト３９の本数を削減することでコストを低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態では、起立部３３から突出した一対の突起３７によって、ステータ１０に係合する係合部を構成したが、この構成に限定されない。係合部は、ステータ１０に係合可能な構成を有していればよく、例えば、摩擦係合、接着係合、磁着係合する構成でもよい。また、一対の突起３７ではなく、単一の突起３７でステータ１０に係合するように構成されてもよい。

また、上記した実施の形態では、突起３７が半円状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。突起３７は、隣り合うティース１２の間を突き抜け可能な大きさ、形状であれば、どのように構成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、検出センサ３０が４つの起立部３３を有する構成にしたが、起立部３３の数は特に限定されない。また、各起立部３３に一対の突起３７が形成される構成にしたが、少なくとも一つの起立部３３に突起３７が形成されていればよい。

また、上記した実施の形態では、ティース１２に起立部３３の突起３７に係合する凹部２６が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。例えば、起立部３３が隣り合うティース１２の間を軸方向に突き抜ける構成であれば、凹部２６を形成しなくても一対の突起３７をティース１２に係合させることができる。

また、上記した実施の形態では、ティース１２の鍔部１５の角を切り欠いて逆Ｒ状の凹部２６を形成したが、この構成に限定されない。凹部２６は、一対の突起３７に係合可能な大きさ、形状であればよい。

また、上記した実施の形態では、起立部３３の先端側に突起３７が形成され、ティース１２の鍔部１５の角に凹部２６が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。起立部３３の突起３７とティース１２の凹部２６の位置が対応していれば、起立部３３のどの位置に突起３７が形成されていてもよいし、鍔部１５のどの位置に凹部２６が形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、ロータ２０に複数のマグネット２２を設ける構成にしたが、この構成に限定されない。例えば、複数のマグネット２２を設ける代わりに、周方向で交互に異極になるように着磁された環状のマグネットを使用してもよい。

また、上記した実施の形態では、センサケース３２が略扇状に形成されたが、この構成に限定されない。センサケース３２は、ステータ１０の中心側から外周側に向かって延びるように形成されていればよい。

以上説明したように、本発明は、取り付け作業を簡略化できると共に、部品点数及び作業工数を削減することができるという効果を有し、特に、自動二輪車のエンジンに設けられる検出センサ及び始動発電機に有用である。

１ 始動発電機
１０ ステータ
１１ 環状部
１２ ティース
１４ 脚部
１７ コイル
２０ ロータ
２１ ヨーク
２２ マグネット
２６ 凹部
３０ 検出センサ
３１ センサ素子
３２ センサケース
３３ 起立部
３４ 固定部
３７ 突起

Claims (5)

1. コイルを巻回した複数のティースが周方向に並んだステータと、前記ステータの外周に対向するようにマグネットが配設されたロータとを備えた始動発電機に取り付けられ、前記ステータの周りを回る前記ロータの回転位置を検出する検出センサであって、
   前記ステータの中心側から外周側に向かって延びるセンサケースと、
   前記ステータの外周側で隣り合う前記ティースの間に入り込むように前記センサケースから起立した起立部と、
   前記ロータの回転に伴う磁界の変化を検出するように前記起立部に配設されたセンサ素子とを備え、
   前記センサケースには前記ステータの中心側に固定される固定部が形成されており、前記起立部には前記起立部の起立方向で前記ステータに係合する係合部が形成されていることを特徴とする検出センサ。
2. コイルを巻回した複数のティースが周方向に並んだステータと、前記ステータの外周に対向するようにマグネットが配設されたロータとを備えた始動発電機に取り付けられ、前記ステータの周りを回る前記ロータの回転位置を検出する検出センサであって、
   前記ステータの中心側から外周側に向かって延びるセンサケースと、
   前記ステータの外周側で隣り合う前記ティースの間に入り込むように前記センサケースから起立した起立部と、
   前記ロータの回転に伴う磁界の変化を検出するように前記起立部に配設されたセンサ素子とを備え、
   前記センサケースには前記ステータの中心側に固定される固定部が形成されており、前記起立部には前記ステータに係合する係合部が形成され、
   前記起立部が隣り合う前記ティースの間を軸方向に突き抜け、当該起立部の先端側で前記係合部が前記ステータの外面に係合することを特徴とする検出センサ。
3. 前記係合部は、前記起立部の先端側から周方向に突出した突起であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検出センサ。
4. 前記隣り合うティースには、前記突起に係合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の検出センサ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の前記検出センサと、前記ステータと、前記ロータとを備えたことを特徴とする始動発電機。

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