TWI504106B - Rotating machines and engines with them, as well as vehicles and locomotives with the engine - Google Patents

Description

旋轉電機及具備其之引擎、以及具備該引擎之車輛及機車

本發明係關於一種旋轉電機，尤其關於適宜用作包含機車在內之各種車輛之引擎的起動發電機(starter generator)的旋轉電機。

先前，例如於機車之引擎安裝有作為起動發電機的旋轉電機，該旋轉電機係安裝於引擎的曲軸(crank shaft)，且當引擎發動時使曲軸旋轉而發動引擎從而作為起動馬達發揮功能、另一方面當引擎發動後藉由曲軸而旋轉從而作為發電機發揮功能。

尤其是就安裝於機車之引擎的起動發電機而言，例如日本專利特開2002-199660號公報中提出一種旋轉電機，其包括用於檢測轉子之旋轉角度而控制旋轉電機的磁力感測器單元。該提案中之旋轉電機中，於構成形成為有底圓筒狀之轉子本體的底壁部的中央部分，形成有用於連結引擎之曲軸的輪轂部。於該輪轂部之外周緣部配置有環狀的磁力感測器用永久磁石。於該轉子本體內設有定子。上述定子包括自圓筒狀芯部在直徑方向上延伸且沿圓周方向以固定之間距配置的複數個齒部、及捲繞於該等齒部的捲線。

另外，於上述定子，組裝有磁力感測器元件的磁力感測器單元固定於上述芯部。該磁力感測器單元具有用於將該單元安裝於上述定子的安裝部、及組裝有上述磁力感測器元件的感測器保持部。上述安 裝部係藉由螺栓而固定於上述定子的芯部。另一方面，上述感測器保持部係配置於上述捲線與上述轉子本體之底壁部之間的空間內。而且，上述磁力感測器元件係以與上述磁力感測器用永久磁石之直徑方向對向的方式配置於該磁力感測器用永久磁石的外周面。

於包括上述磁力感測器單元之旋轉電機中，利用組裝於上述磁力感測器單元之磁力感測器元件檢測上述磁力感測器用永久磁石的旋轉位置，且利用該檢測信號控制旋轉電機。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-199660號公報

然而，作為安裝於如機車般、零件的配置空間有限並且零件的佈局受到限制、且強烈要求小型化的車輛之引擎的起動發電機，尤其希望儘量小型化。尤其要求抑制軸線方向上之尺寸而實現小型化。

然而，於上述提案所述之旋轉電機中，係採用將上述磁力感測器單元之感測器保持部配置於轉子本體之底壁部與定子之捲線之間的空間內的構造。因此，該構造中，難以進一步縮小軸線方向上之尺寸。

於如上所述之技術背景下，希望有如下之旋轉電機，該旋轉電機適宜用作不會使構造複雜而能儘量抑制軸線方向上之尺寸從而實現小型化的引擎用起動發電機、尤其適宜用作安裝於機車的具備怠速熄火(idle-stop)功能之引擎的起動發電機。

本發明係鑒於上述之先前的問題而完成，其目的在於提供一種旋轉電機，該旋轉電機能抑制軸線方向上之尺寸而實現小型化、且尤其適宜用作安裝於機車之引擎的起動發電機。

另外，該發明之其他目的及優點可根據以下的較佳實施形態而明確。

以下，對於本發明之旋轉電機之構成進行說明。

該旋轉電機包括有底圓筒狀之轉子本體，該轉子本體具有：圓板狀之底壁部，其繞旋轉軸線而旋轉；周壁部，其自該底壁部之外周緣於上述旋轉軸線之軸線方向延伸；及軸固定用輪轂部，其與上述周壁部呈同軸狀地設於上述底壁部的中央部。

而且，於上述轉子本體之周壁部的內周面，以磁極之極性沿圓周方向交替不同的方式設有激磁用永久磁石。而且，於上述轉子本體內設有定子。而且，於上述轉子本體內設有磁力感測器用永久磁石。進而，具有磁力感測器單元，該磁力感測器單元包括檢測上述磁力感測器用永久磁石之磁通之變化的磁力感測器元件。

另外，上述定子具有：複數個齒部，其自圓筒狀之芯部於上述旋轉軸線之直徑方向延伸，且以固定的間距而配置於圓周方向；複數個捲線，其集中捲繞於該複數個齒部；及連接線導引壁，其於上述複數個齒部之基端側在上述旋轉軸線之軸線方向延伸，對上述複數個捲線的連接線進行導引。

而且，上述磁力感測器單元係以如下態樣配置，即，使上述磁力感測器單元整體收容於形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間內。該發明中，所謂「形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間」，並非表示限定為在旋轉軸線之直徑方向上重疊於上述連接線導引壁的軸線方向上之固定的範圍內的空間，而是表示比穿過上述連接線導引壁之旋轉軸線側之端面的假想圓筒面A更靠上述直徑方向內側的空間、即為自上述定子之芯部至上述轉子本體之底壁部的空間。

上述旋轉電機中，為了進一步減小軸線方向上之尺寸，較佳為，將上述磁力感測器用永久磁石以接觸於上述底壁部之內周面的態樣進行配置。或者，上述磁力感測器用永久磁石亦可嵌合於上述輪轂部之底壁部側最裏端部的外周面。

作為上述磁力感測器用永久磁石，亦可使用在上述直徑方向上磁化者，且將上述磁力感測器元件以在上述直徑方向上與上述磁力感測器用永久磁石重疊的方式配置。或者，作為上述磁力感測器用永久磁石，亦可使用在上述軸線方向上磁化者，且將上述磁力感測器元件以在上述軸線方向上與上述磁力感測器用永久磁石重疊的方式配置。

作為上述磁力感測器單元，較佳為，包含磁力感測器保持器、配置於上述底座部內之電路基板、及安裝於上述磁力感測器元件安裝部之上述磁力感測器元件，該磁力感測器保持器具有底座部、一體地設於該底座部之兩端的安裝部、及一體地設於上述底座部的磁力感測器元件安裝部。

較佳為，上述磁力感測器元件係以壓入狀態配置於上述磁力感測器元件安裝部的內部。

較佳為，上述磁力感測器單元係以上述底座部直接接觸於上述定子之芯部的態樣固定於上述定子。

較佳為，上述磁力感測器單元係於其芯部對向面具有定位用突起，上述定子之芯部具有與上述定位用突起對應之定位用孔，藉由使上述定位用突起嵌入上述定位用孔，而將上述磁力感測器單元定位於上述芯部。

較佳為，上述磁力感測器單元係藉由緊固構件而將上述安裝部固定於上述定子之芯部。

較佳為，上述捲線包括具有U、V、W相之三相捲線，上述磁力感測器單元包括與上述三相捲線之U、V、W相對應的3個磁力感測器 元件。

亦可將上述磁力感測器單元之底座部沿著上述連接線導引壁形成為弧狀，將上述磁力感測器元件安裝部以自上述底座部於上述軸線方向延伸之方式形成，且於上述磁力感測器安裝部內配置3個磁力感測器元件。

較佳為，上述磁力感測器單元之底座部具有縫隙，該縫隙係對連接於上述電路基板之線束(harness)進行導引。

作為上述磁力感測器用永久磁石，亦可使用以磁極之極性於圓周方向上交替不同之方式磁化的環狀永久磁石。

上述磁力感測器用永久磁石亦可包含複數個永久磁石片，該等複數個永久磁石片係以磁極之極性於圓周方向上交替不同之方式磁化。

上述磁力感測器元件較佳為霍耳元件。

上述旋轉電機係使上述轉子本體直接連結於引擎之曲軸，藉此，適宜用作起動發電機(發動發電機)，該起動發電機係當引擎發動時使上述曲軸旋轉而作為上述引擎之起動馬達發揮功能，另一方面，當引擎發動後藉由上述曲軸而旋轉從而作為發電機發揮功能。

根據本發明之另一側面，可提供一種具備上述旋轉電機之引擎、及具備該引擎之車輛、例如機車。

於本發明之旋轉電機中，包含：有底圓筒狀之轉子本體，其具有繞旋轉軸線而旋轉的圓板狀之底壁部、自該底壁部之外周緣於上述旋轉軸線之軸線方向延伸的周壁部、及與上述周壁部呈同軸狀地設於上述底壁部之中央部的軸固定用輪轂部；激磁用永久磁石，其以磁極之極性沿圓周方向交替不同之方式設於上述轉子本體之周壁部的內周面；定子，其設於上述轉子本體內；磁力感測器用永久磁石，其設於 上述轉子本體；及磁力感測器單元，其具備檢測上述磁力感測器用永久磁石之磁通之變化的磁力感測器元件。該構成中，上述定子具有：複數個齒部，其自圓筒狀芯部於上述旋轉軸線之直徑方向延伸且以固定的間距而配置於圓周方向；及複數個捲線，其集中捲繞於該複數個齒部。如此，於該發明之旋轉電機中，捲線係集中捲繞於定子的複數個齒部。因此，與具有分散捲繞之捲線的旋轉電機相比，該發明之旋轉電機能縮小軸線方向上之尺寸。

而且，上述定子中具有連接線導引壁，該連接線導引壁係於複數個齒部之基端側在上述旋轉軸線之軸線方向延伸、且對上述複數個捲線之連接線進行導引，上述磁力感測器單元係以使上述磁力感測器單元整體收容於形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間內的態樣配置。亦即，上述磁力感測器單元係以使上述磁力感測器單元整體收容於形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間內的態樣配置，且於構成形成為有底圓筒狀之轉子本體的底壁部與定子之捲線之間，未介在配置上述磁力感測器單元。因此，除了通過採用上述集中捲繞方式而使得軸線方向小型化之外，亦使轉子本體之底壁部與定子之捲線的間隔進一步縮小，從而能使旋轉電機整體進一步實現軸線方向上之小型化。

因能如上所述實現旋轉電機之軸線方向上的小型化，故能進一步提高將該旋轉電機搭載於車輛時的自由度。

1‧‧‧曲軸箱

2‧‧‧氣缸

3‧‧‧活塞

4‧‧‧連接桿

5‧‧‧曲軸

5a‧‧‧曲軸之一端部

5b‧‧‧曲軸之另一端部

6‧‧‧氣缸頭

7‧‧‧軸承

20‧‧‧主要皮帶輪

21‧‧‧固定槽輪

22‧‧‧可動槽輪

30‧‧‧轉子

30B‧‧‧螺栓

31‧‧‧轉子本體

32‧‧‧軸固定用輪轂部

32a‧‧‧錐狀***孔

32b‧‧‧前端小徑部

32c‧‧‧第一大徑部

32d‧‧‧第二大徑部

33‧‧‧底壁部

33a‧‧‧通風孔

33b‧‧‧孔部

33c‧‧‧風扇安裝孔

34‧‧‧周壁部

35‧‧‧螺母

37‧‧‧激磁用永久磁石

38‧‧‧突起部

40‧‧‧定子

40B‧‧‧螺栓

42‧‧‧芯部

42a‧‧‧定位用孔

42b‧‧‧定位孔

42c‧‧‧定位孔

43‧‧‧齒部

43a‧‧‧主體部

43b‧‧‧側方突出部

44‧‧‧捲線

44a‧‧‧連接線

50‧‧‧磁力感測器單元

51‧‧‧底座部

52‧‧‧磁力感測器元件(霍耳元件)/安裝部

53‧‧‧磁力感測器元件安裝部

54‧‧‧磁力感測器保持器

55‧‧‧電路基板

56‧‧‧耦合器

57‧‧‧縫隙

58‧‧‧定位用突起

59‧‧‧螺栓

60‧‧‧磁力感測器用永久磁石

61‧‧‧配接器

62‧‧‧信號線

70‧‧‧冷卻風扇

71‧‧‧葉片

80‧‧‧絕緣構件

81‧‧‧本體部

82‧‧‧連接線導引壁

150‧‧‧磁力感測器單元

152‧‧‧磁力感測器元件(霍耳元件)

160‧‧‧磁力感測器用永久磁石

A‧‧‧假想圓筒面

B‧‧‧皮帶

CVT‧‧‧無段變速器

E‧‧‧引擎

H‧‧‧磁力感測器元件

Q‧‧‧旋轉軸線

R‧‧‧散熱器

SG‧‧‧旋轉電機(起動發電機)

V‧‧‧車輛(機車)

X‧‧‧軸線方向

Y‧‧‧直徑方向

圖1係概略性地表示已將該發明之實施形態中之旋轉電機安裝於引擎的狀態的局部剖面圖。

圖2係上述旋轉電機之縱剖面圖。

圖3係自引擎側觀察上述旋轉電機之轉子的整體立體圖。

圖4係自散熱器(radiator)側觀察上述旋轉電機之轉子的整體立體 圖。

圖5係概略性地表示上述旋轉電機之定子的整體立體圖。

圖6係表示上述旋轉電機之磁力感測器單元附近的立體圖。

圖7係表示自散熱器側觀察上述定子之概略構成的說明圖。

圖8係該發明之第二實施形態之旋轉電機的縱剖面圖。

圖9係表示裝設有本發明之旋轉電機之機車(車輛)的概略圖。

以下，參照圖式且基於較佳的實施形態對本發明進行說明。

該實施形態中之旋轉電機SG係例如適宜用作包括搭載有具有怠速熄火功能之引擎的機車在內之各種車輛V(參照圖9)中的起動發電機。關於起動發電機，其係連結於引擎之曲軸，當引擎發動時使曲軸旋轉而作為發動引擎之起動馬達發揮功能，另一方面，當引擎發動後藉由曲軸而旋轉從而作為發電機發揮功能。然而，該發明並非限定為適用於此種具有怠速熄火功能之引擎用起動發電機，而是可適用於各種旋轉電機。

如圖1所示，該實施形態之旋轉電機係以直接連結之方式安裝於引擎E之曲軸5。然而，該發明中，以直接連結之方式安裝於引擎E之曲軸5並非必要條件，亦可為例如經由減速機構而間接地連結於引擎之曲軸5。上述引擎E包括：曲軸箱1；氣缸2，其設於該曲軸箱1；活塞3，其可滑動地設於該氣缸2內；連接桿(connecting rod)4，其上端部連結於上述活塞3；及曲軸5，其可旋轉地設於上述曲軸箱1內，且連結於上述連接桿4的下端部。

於上述氣缸2之上端安裝有氣缸頭6。另一方面，上述曲軸5係經由一對軸承7及7而以自如旋轉之態樣支承於曲軸箱1。

上述曲軸5之一端部5a(圖1中為右側之端部)係自曲軸箱1向外方呈突出狀延伸。於該曲軸5之一端部5a安裝有起動發電機SG，該起動 發電機SG係如下文所述，當引擎發動時使曲軸5旋轉而作為發動引擎E之起動馬達發揮功能，另一方面，當引擎發動後藉由曲軸5而旋轉從而作為發電機發揮功能。該起動發電機SG係構成本發明之旋轉電機的構件。於該起動發電機SG之外側配置有散熱器R。

另一方面，曲軸5之另一端部5b(圖1為左側之端部)係自曲軸箱1向外方呈突出狀延伸。於該曲軸5之另一端部5b，安裝有無段變速器CVT之主要皮帶輪(primary pulley)20。該主要皮帶輪20具有固定槽輪(sheave)21及可動槽輪22。固定槽輪21係以與該曲軸5一同旋轉之方式固定於上述曲軸5之另一端部5b的前端部分。另一方面，可動槽輪22係花鍵聯接於曲軸5之另一端部5b。因此，可動槽輪22可沿軸線方向X自如移動，且以與固定槽輪21之間隔可變更的態樣與上述曲軸5一同旋轉。於上述主要皮帶輪20及未圖示之次要皮帶輪上掛有皮帶B，且曲軸5的旋轉力被傳遞至車輛的驅動輪(省略圖示)。

於該實施形態中，表示出如圖1所示之構造的引擎E，但本發明中，引擎本體側之具體構成並非限定為圖示之實施形態中所示的構成。

以下，對於用作起動發電機SG之旋轉電機的具體構成進行詳細說明。如圖2所示，該旋轉電機包括轉子30、定子40、磁力感測器單元50及磁力感測器用永久磁石60。

如圖2所示，上述轉子30包括轉子本體31、及固定於該轉子本體31之激磁用永久磁石37。上述轉子本體31例如係包含強磁性材料且形成為有底圓筒狀，並且繞旋轉軸線Q旋轉。該轉子本體31包括：圓筒狀之軸固定用輪轂部32，其用於以***至上述曲軸5之一端部5a的狀態進行固定；圓板狀之底壁部33，其固定於該輪轂部32，且沿上述曲軸5之直徑方向Y延伸；及筒狀之周壁部34，其自該底壁部33之外周緣於曲軸5之軸線方向X(向引擎側)延伸。

上述底壁部33、上述周壁部34及上述輪轂部32係由包含強磁性體之材料而形成的一體成形品。然而，亦可代替如此之一體成形品，而例如由不同的構件構成上述輪轂部32及上述底壁部33，且利用螺栓等緊固構件將上述輪轂部32及上述底壁部33連結固定。於上述輪轂部32之中心沿上述曲軸5之軸線方向X形成有錐狀***孔32a，該錐狀***孔32a係供上述曲軸5之一端部5a***。上述錐狀***孔32a具有與上述曲軸5之一端部5a之外周面對應的錐形角。當已將上述曲軸5之一端部5a***該錐狀***孔32a時，以該一端部5a之外周面遍及該錐狀***孔32a之全長地緊密接觸於上述錐狀***孔32a之內周面的狀態得以固定。藉此，上述輪轂部32於上述曲軸5之軸線方向X上得到定位。於上述輪轂部32如此***配置於上述曲軸5之一端部5a的狀態下，如圖1所示，螺母35旋入形成於上述曲軸5之一端部5a之前端部分的公螺紋部，藉此，將上述輪轂部32緊固固定於上述曲軸5。

如圖2中放大所示，上述輪轂部32係以外徑自其前端側(引擎側，圖2中為左側)向基端側(散熱器側，圖2中為右側)呈台階狀變大的方式形成。亦即，上述輪轂部32中，自其前端側(引擎側，圖2中為左側)向基端側(散熱器側，圖2中為右側)，依序包括前端小徑部32b、第一大徑部32c及第二大徑部32d。於該第二大徑部32d之外周面，嵌合有後述之圓環狀之磁力感測器用永久磁石60。而且，以自上述輪轂部32之基端部向直徑方向Y延伸的方式一體地設有圓板狀之底壁部33。

如圖3及圖4所示，於上述底壁部33之直徑方向Y之中間部分，沿圓周方向形成有複數個通風孔33a。該實施形態中，形成有8個通風孔33a。進而，於上述底壁部33之外周緣部，沿圓周方向隔以規定的間隔而形成有複數個孔部33b。各孔部33b係形成於與上述激磁用永久磁石37對應之位置(參照圖2)，且形成為沿圓周方向之楕圓形狀。如此，底壁部33係具有複數個通風孔33a及複數個孔部33b者，且使得轉 子30及定子40上之因鐵損耗或銅損耗而產生的熱不會停留在轉子本體31內。

而且，於上述底壁部33形成有4個風扇安裝孔33c。而且，如圖1所示，於底壁部33之外周面配置有冷卻風扇70，並且，螺栓30B旋入上述風扇安裝孔33c，藉此，使冷卻風扇70固定於上述轉子本體31。因此，冷卻風扇70伴隨轉子本體31之旋轉而旋轉，且藉由該冷卻風扇70之葉片71使轉子本體31內之空氣經由上述通風孔33a及孔部33b而強制性地向散熱器R側排出。因如此形成有冷卻風的路徑，故而，熱不會停留於轉子本體31內，而強制性地使旋轉電機冷卻。因此，後述之磁力感測器單元50得以冷卻，而且，如下不良狀況可防患於未然，即，裝設於該單元50之包含霍耳元件的磁力感測器元件H達到高溫而使特性劣化、或產生誤動作。

而且，於上述轉子本體31之周壁部34之內周面，以N極與S極在圓周方向上交替地配置的態樣固定有激磁用永久磁石37。該永久磁石37係適宜採用例如釹黏結磁石等磁石，該磁石係藉由使磁石粉與塑膠樹脂混合而成形固化為圓筒狀，且如上所述以磁極於圓周方向上不同之方式於上述曲軸5之直徑方向Y上磁化而形成。然而，亦可代替此種黏結磁石，而將複數個焼結磁石片配置於圓周方向。該發明中，永久磁石之種類、形狀、磁極數量等並不限定於該實施形態。

而且，如圖3及圖4所示，於上述轉子本體31之周壁部34的外周面，沿圓周方向以固定的間距而形成有複數個突起部38。於上述周壁部34之圓周方向上之一個部位，存在未形成有上述突起部38之部位。藉由該突起部38，可由未圖示之感測器檢測出上述轉子本體31的旋轉位置。

以上述方式直接連結於曲軸5而以與該曲軸5一同旋轉的方式安裝的轉子30亦作為引擎E之飛輪(flywheel)發揮功能。

另一方面，上述定子40係例如由薄板狀之矽鋼板沿軸線方向積層而形成。該定子40係如圖2所示，包括：圓筒狀芯部42，其於中心部具有孔部42a，該孔部42a之內徑比上述轉子30之筒狀輪轂部32之外徑更大；及複數個作為突極之齒部43，其自該芯部42向直徑方向外側一體地延伸(參照圖7)。如圖7所示，各齒部43包括主體部43a、及於該主體部43a之前端向圓周方向兩側延伸之一對側方突出部43b及43b。於各齒部43之主體部43a的周圍，捲繞有電樞捲線44。

上述捲線44係以集中捲繞方式捲繞於各齒部43。如此採用集中捲繞方式之捲線的理由係如下所述，即，例如於用作機車之起動發電機的旋轉電機中，要求儘量實現小型化。然而，作為旋轉電機之電樞捲線的捲繞方式，有複數種方式。尤其於此種旋轉電機中多採用集中捲繞方式，與分散捲繞方式相比，該集中捲繞方式能實現捲線作業之高效化、且捲線長度短並且能實現線圈端部之小型化。另外，所謂分散捲繞方式係指將各相之捲線分散地捲繞於若干槽(slot)的方式，與此相對，所謂集中捲繞方式係指將各相之捲線捲繞於一個槽的方式。

亦即，藉由如該實施形態般採用集中捲繞作為電樞捲線44之捲線方式，從而具有能實現曲軸線方向上之尺寸之小型化的優點。

如圖2所示，上述各相之捲線44係捲繞於絕緣構件80之周圍，該絕緣構件80係配置於上述各齒部43之周圍、且例如包含塑膠等絕緣材料。該絕緣構件80包括：筒狀本體部81，其覆蓋各齒部43之主體部43a之周圍；及連接線導引壁82，其自該筒狀本體部81之上述旋轉軸線側的端部於上述軸線方向X延伸。因此，如圖5至圖7所示，複數個絕緣構件80之連接線導引壁82沿上述轉子本體31之圓周方向配置從而構成圓筒狀之周壁。該周壁之上述軸線方向X之端部係成如圖2所示為如下狀態：比上述捲線44之於軸線方向X上最突出的外周面，進一步於軸線方向X突出。

如圖2、圖6及圖7所示，捲繞於絕緣構件80之筒狀本體部81之外周面的捲線44之連接線44a係沿由上述絕緣構件80之連接線導引壁82所形成之周壁而配置。

然而，於背景技術中所說明之先前之旋轉電機中，係採用將磁力感測器單元之感測器保持部配置於轉子本體之底壁部與定子之捲線之間的空間內的構造。然而，於該先前之構造中，在轉子本體之底壁部與定子之捲線之間，必需確保用於配置上述感測器保持部的間隙。因必需如此使轉子本體與定子之捲線之間確保規定的間隔，故而，難以進一步縮小旋轉電機之軸線方向上之尺寸。為了解決先前技術中之問題，該發明中，藉由對磁力感測器用永久磁石及磁力感測器單元之安裝構造進行設計，從而通過對捲線進行集中捲繞而實現軸線方向上之小型化，且進一步實現軸線方向上之小型化。以下，對於其安裝構造進行具體說明。

如上文所述，上述磁力感測器用永久磁石60係形成為圓環狀者，且係以外嵌之狀態固定於上述轉子本體31之筒狀輪轂部32之第二大徑部32d的外周面。該磁力感測器用永久磁石60係以其散熱器側之端面(圖2中為右側端面)接觸於轉子本體31之底壁部33的方式配置。換而言之，上述磁力感測器用永久磁石60係在嵌合於上述輪轂部32之底壁部側最裏端部之外周面的狀態下，以接觸於底壁部33之內周面之態樣固定。因如此將磁力感測器用永久磁石60配置於有底圓筒狀之轉子本體31的最裏部分，故而，與將磁力感測器用永久磁石60配置於輪轂部32之軸線方向X之中間部分的情況相比，能實現旋轉電機之軸線方向上的小型化。

另一方面，如圖6所示，上述磁力感測器單元50中，於俯視時形成為大致弧狀之磁力感測器保持器54內設有複數個作為磁力感測器之霍耳元件H。更具體而言，上述磁力感測器保持器54係包括包含合成 樹脂等絕緣材料之一體成形品，且包括：底座部51，其由上述絕緣構件80之連接線導引壁82構成，且俯視時形成為沿著圓筒狀周壁部之圓弧狀；一對安裝部52，其一體地安裝於該底座部51之兩端；及3個磁力感測器元件安裝部53，其自上述底座部51突設於上述軸線方向X。於該等磁力感測器元件安裝部53內，分別以壓入狀態配置有作為磁力感測器元件之霍耳元件H。

而且，於上述底座部51內設有電路基板55，該電路基板55電性連接於上述霍耳元件H之端子。於該電路基板55設有耦合器56，該耦合器56係與形成於該電路基板55之未圖示的印刷電路電性連接。連接於信號線(線束)62之前端的配接器61係裝卸自如地連接於該耦合器56。

而且，如圖6及圖7所示，於上述底座部51形成有縫隙57，該縫隙57係用於導引連接於上述配接器61之上述信號線(線束)61。因此，上述各霍耳元件H係經由電路基板55、連接於該電路基板55之耦合器56、連接於該耦合器56之配接器61及連接於該配接器61之信號線(線束)62，而將信號取出至外部。另外，上述3個磁力感測器元件H係以與構成三相捲線之上述捲線44之U相、V相及W相對應的方式以固定的間距配置於圓周方向。

而且，如圖7所示，於上述磁力感測器保持器54，在其安裝部52之芯部對向面形成有一對定位用突起58及58。另一方面，對應於該等定位用突起58及58而於上述定子40之芯部42形成有一對定位孔42b及42b。該等一對定位孔42b及42b中之一個定位孔係形成為長孔，且能調整圓周方向上之安裝位置。而且，如圖6所示，於上述安裝部52之圓周方向兩端部插通有螺栓59及59，從而得以緊固固定於上述定子40之芯部42。

如上所述固定有磁力感測器單元50之定子40係藉由插通於形成 在其芯部42之安裝孔42c內的螺栓40B(參照圖2)，而緊固固定於上述引擎E之曲軸箱1。亦即，上述磁力感測器單元50係以配置於相鄰之安裝孔42c之間的狀態，藉由螺栓59及59而直接固定於定子40之芯部42。

如上所述，於上述感測器單元50安裝於定子40之狀態下，如圖2所示，作為磁力感測器元件之各霍耳元件H係配置於上述磁力感測器用永久磁石60之上述直徑方向Y之外側。亦即，各霍耳元件H係以於上述直徑方向Y上重疊於上述磁力感測器用永久磁石60的方式配置。因此，當上述磁力感測器用永久磁石60旋轉時，上述霍耳元件H檢測伴隨上述磁力感測器用永久磁石60之旋轉而產生的上述直徑方向Y上之磁通的變化。來自該等霍耳元件H之輸出信號係被輸入至未圖示的控制電路，用於控制旋轉電機。另外，於該實施形態中，如上所述，作為磁力感測器之霍耳元件H係以於上述直徑方向Y上重疊於上述磁力感測器用永久磁石60的方式配置。然而，只要在能夠檢測上述磁力感測器用永久磁石60之磁通之變化的範圍內，則未必需要配置於在上述直徑方向Y上重疊的位置。

如此，以上述磁力感測器單元50整體收容於比上述絕緣構件80之連接線導引壁82更靠上述直徑方向Y之內側的空間內的狀態而配置。換而言之，如圖2所示，上述磁力感測器單元50係呈如下狀態配置，即，上述磁力感測器單元50整體完全收容於由上述絕緣構件80之連接線導引壁82、上述定子40之芯部42、以及上述轉子之輪轂部32及底壁部33所包圍的空間內。亦即，上述磁力感測器單元50係以任一部分均不會自上述絕緣構件80之連接線導引壁82露出於上述直徑方向Y之更外側的方式配置。

以上述方式配置上述磁力感測器單元50，從而，於上述捲線44之上述軸線方向X(圖2中為右方向)的外周面與上述轉子30之底壁部33 之內周面之間隙內，未介有上述磁力感測器單元50之任一部分。因此，能將上述定子40與上述轉子30之底壁部33配置成進一步縮小其等相互之間隔的狀態。因此，於旋轉電機中，又因採用集中捲線方式，故能進一步實現軸線方向X之小型化。

總之，本發明中，有效地運用比上述連接線導引壁82更靠上述直徑方向Y之內側的、該連接線導引壁82與上述輪轂部32之間所形成的空間，從而實現旋轉電機之上述軸線方向X上之尺寸的小型化。因此，上述磁力感測器單元50只要以如下態樣配置即可，上述態樣係指上述磁力感測器單元整體收容於形成在比上述連接線導引壁82更靠上述直徑方向Y之內側的空間內。只要以上述方式配置，則磁力感測器用永久磁石60之個數、形狀、種類或配置位置、配置方向等不受限制。同樣，上述磁力感測器單元50之個數、形狀、種類或配置位置、配置方向等亦不受限制。

若將上述磁力感測器單元50及/或上述磁力感測器用永久磁石60之上述軸線方向X上之尺寸進一步設定得較小，則能進一步縮小旋轉電機之軸線方向X上的尺寸。

圖8係表示本發明之第二實施形態。該實施形態中，與上述第一實施形態相比，磁力感測器單元及磁力感測器用永久磁石之形狀、配置等有所不同，但其他構成均與上述第一實施形態相同。因此，僅針對與上述第一實施形態之不同點進行說明，且對於相同部分標註與上述第一實施形態相同的符號且省略說明。

該第二實施形態中之磁力感測器用永久磁石160係與上述第一實施形態同樣，嵌入至上述輪轂部32之第二大徑部32d的外周面，且在以接觸於上述轉子本體31之底壁部33之方式配置的狀態下固定於上述轉子本體31。該磁力感測器用永久磁石160係於上述軸線方向X上磁化。

上述磁力感測器單元150係與上述第一實施形態同樣，將霍耳元件H內設於磁力感測器保持器54中。上述磁力感測器保持器54係上述第一實施形態同樣，固定於上述定子40之芯部42。上述霍耳元件H係以於上述軸線方向X上重疊於上述磁力感測器用永久磁石160之方式配置。因此，上述霍耳元件H係檢測伴隨上述磁力感測器用永久磁石160之旋轉而產生的磁通之變化。

根據上述說明亦可知，於該實施形態中，亦以使上述磁力感測器單元150整體收容於比上述絕緣構件80之連接線導引壁82更靠上述直徑方向Y之內側的空間內的狀態配置。換而言之，上述磁力感測器單元150係以如下狀態配置，即，上述磁力感測器單元150整體完全收容於由上述絕緣構件80之連接線導引壁82、上述定子40之芯部42、以及上述轉子之輪轂部32及底壁部33所包圍的空間內。亦即，上述磁力感測器單元150係以如下方式配置，即，其任一部分均不會自上述絕緣構件80之連接線導引壁82露出於上述直徑方向Y之更外側。

以上述方式配置上述磁力感測器單元150，從而，於上述捲線44之軸線方向X(圖2中為右方向)之外周面與上述轉子30之底壁部33之內周面的間隙內，未介在配置上述磁力感測器單元150之任一部分。因此，能配置成使上述定子40與上述轉子30之底壁部33進一步接近的狀態。因此，於該實施形態中，亦能實現旋轉電機之軸線方向X上的小型化。

總之，本發明中，有效地運用比上述連接線導引壁82更靠上述直徑方向Y之內側的、該連接線導引壁82與上述輪轂部32之間所形成的空間，從而實現旋轉電機之軸線方向X上的小型化。該發明中，上述磁力感測器單元50只要以如下態樣配置即可，上述態樣係指上述磁力感測器單元50、150整體完全收容於形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間內。此處之「形成在比上述連接線導引 壁更靠上述直徑方向之內側的空間內」，並不意味著限定為在旋轉軸線Q之直徑方向Y上重疊於上述捲線44的軸線方向X上之固定範圍內的空間。應解釋為，比穿過上述連接線導引壁82的旋轉軸線Q側之端面的假想圓筒面A更靠上述直徑方向Y內側的空間、即為自上述定子40之芯部42至上述轉子本體31之底壁部33的全部空間。

而且，只要以上述方式配置，則磁力感測器用永久磁石60及160之個數、形狀、種類或配置位置、配置方向等不受限制。同樣，上述磁力感測器單元50及150之個數、形狀、種類或配置位置、配置方向等亦不受限制。

另外，於上述之任一個實施形態中，轉子本體31之底壁部33均配置於與引擎E成相反側(圖1中為右側)。然而，本發明亦適用於轉子本體之底壁部配置在引擎E側(圖1中為左側)的情形。

而且，本發明係適宜用作安裝於機車之引擎的起動發電機。然而，本發明並非限定於適用於作為此種起動發電機之旋轉電機，亦可適用於機車以外之各種車輛的各種旋轉電機。

應瞭解，本文中所使用之術語及表達係用於進行說明而非用於進行限定性的解釋，本文中所呈現及表述之特徵事項的任一種同等物均不應排除在外，且容許本發明之申請專利範圍內之各種變形。

本發明可由多種不同的形態具體化，且係於以下認知之基礎上在本文中記載多個圖示實施形態，上述認知係指：應瞭解，本揭示僅提供本發明之原理上之實施例，該等實施例並非旨在將本發明限定於本文中所記載且/或圖示的較佳實施形態。

以上，雖記載有本發明之若干圖示實施形態，但本發明並非限定於本文中記載之各種較佳的實施形態，所有業者可基於本揭示可理解的、包含同等的要素、修正、刪除、組合(例如跨及各種實施形態之特徵的組合)、改良及/或變更的所有實施形態均屬於本發明。申請 專利範圍中之限定事項應基於該申請專利範圍中所使用之術語而廣義地解釋，且並不限定於本說明書或本案申請過程(prosecution)中記載之實施例，該等實施例應解釋為非排他性。例如，該揭示中，「較佳為」這一術語係非排他性，其意味著「雖較佳者但並非限定於此」。

[產業上之可利用性]

本發明之旋轉電機係適宜用作例如安裝於機車之引擎的起動發電機。

30‧‧‧轉子

31‧‧‧轉子本體

32‧‧‧軸固定用輪轂部

32a‧‧‧錐狀***孔

32b‧‧‧前端小徑部

32c‧‧‧第一大徑部

32d‧‧‧第二大徑部

33‧‧‧底壁部

33b‧‧‧孔部

34‧‧‧周壁部

37‧‧‧激磁用永久磁石

38‧‧‧突起部

40‧‧‧定子

40B‧‧‧螺栓

42‧‧‧芯部

42a‧‧‧定位用孔

43‧‧‧齒部

43a‧‧‧主體部

44‧‧‧捲線

44a‧‧‧連接線

50‧‧‧磁力感測器單元

60‧‧‧磁力感測器用永久磁石

80‧‧‧絕緣構件

81‧‧‧本體部

82‧‧‧連接線導引壁

A‧‧‧假想圓筒面

H‧‧‧磁力感測器元件

Q‧‧‧旋轉軸線

X‧‧‧軸線方向

Y‧‧‧直徑方向

Claims (20)

1. 一種旋轉電機，其特徵在於，其包括：有底圓筒狀之轉子本體，其具有：圓板狀之底壁部，其繞旋轉軸線而旋轉；周壁部，其自該底壁部之外周緣於上述旋轉軸線之軸線方向延伸；及軸固定用輪轂部，其與上述周壁部呈同軸狀地設於上述底壁部之中央部；激磁用永久磁石，其以磁極之極性沿圓周方向交替不同之方式設於上述轉子本體之周壁部之內周面；定子，其設於上述轉子本體內；磁力感測器用永久磁石，其設於上述轉子本體；及磁力感測器單元，其具有檢測上述磁力感測器用永久磁石之磁通變化的磁力感測器元件；且上述定子具有：複數個齒部，其自圓筒狀之芯部於上述旋轉軸線之直徑方向延伸，且以固定的間距而配置於圓周方向；複數個捲線，其集中捲繞於該複數個齒部；及連接線導引壁，其於上述複數個齒部之基端側在上述旋轉軸線之軸線方向延伸，對上述複數個捲線之連接線進行導引；上述磁力感測器單元係以使上述磁力感測器單元整體收容於形成在比上述連接線導引壁更靠上述直徑方向之內側的空間內的態樣配置。
2. 如請求項1之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用永久磁石係以接觸於上述底壁部之內周面的態樣配置。
3. 如請求項1之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用永久磁石係嵌合於上述輪轂部之底壁部側最裏端部的外周面。
4. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用 永久磁石係於上述直徑方向上磁化，且上述磁力感測器元件係以在上述直徑方向上與上述磁力感測器用永久磁石重疊的方式配置。
5. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用永久磁石係於上述軸線方向上磁化，上述磁力感測器元件係以在上述軸線方向上與上述磁力感測器用永久磁石重疊的方式配置。
6. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器單元包括：磁力感測器保持器，其具有底座部、一體地設於該底座部之兩端的安裝部、及一體地設於上述底座部的磁力感測器元件安裝部；電路基板，其配置於上述底座部內；及上述磁力感測器元件，其安裝於上述磁力感測器元件安裝部。
7. 如請求項6之旋轉電機，其中，上述磁力感測器元件係以壓入狀態配置於上述磁力感測器元件安裝部的內部。
8. 如請求項6之旋轉電機，其中，上述磁力感測器單元係以上述底座部直接接觸於上述定子之芯部的態樣固定於上述定子。
9. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述感測器單元係於其芯部對向面具有定位用突起，上述定子之芯部具有與上述定位用突起對應之定位用孔，藉由使上述定位用突起嵌入上述定位用孔，而將上述磁力感測器單元定位於上述芯部。
10. 如請求項6之旋轉電機，其中，上述磁力感測器單元係藉由緊固構件而將上述安裝部固定於上述定子之芯部。
11. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述捲線包括具有U、V、W相之三相捲線，上述磁力感測器單元包括與上述三相捲線之U、V、W相對應的3個磁力感測器元件。
12. 如請求項6之旋轉電機，其中，上述磁力感測器單元之底座部係沿著上述連接線導引壁形成為弧狀，上述磁力感測器元件安裝部係以自上述底座部於上述軸線方向延伸的方式形成，於上述磁力感測器安裝部內配置有3個磁力感測器元件。
13. 如請求項6之旋轉電機，其中，上述磁力感測器單元之底座部具有縫隙，該縫隙係對連接於上述電路基板之線束進行導引。
14. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用永久磁石係以磁極之極性於圓周方向上交替不同之方式磁化的環狀永久磁石。
15. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器用永久磁石包含以磁極之極性於圓周方向上交替不同之方式磁化的複數個永久磁石片。
16. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述磁力感測器元件為霍耳元件。
17. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，上述轉子本體係直接連結於引擎之曲軸，上述旋轉電機係當引擎發動時使上述曲軸旋轉而作為上述引擎之起動馬達發揮功能、另一方面當引擎發動後藉由上述曲軸而旋轉從而作為發電機發揮功能的發動發電機。
18. 一種引擎，其包括如請求項1至17中任一項之旋轉電機。
19. 一種車輛，其包括如請求項18之引擎。
20. 一種機車，其包括如請求項18之引擎。