スタータジェネレータ
【課題】電機子コイルの冷却を妨げることなく、本体を密閉されたケーシング内に収容して、本体の防水と機械的な保護とを図ることができるスタータジェネレータを提供する。
【解決手段】スタータジェネレータのロータ４と、ステータブラケット２１に取り付けられたステータ２５とを保護カバー３０で覆い、保護カバー３０とステータブラケット２１とにより密閉されたケーシングを構成する。ロータヨーク７の底壁部６の外面に多数の送風羽１３を形成し、各送風羽に隣接する位置にロータヨークの底壁部を貫通した通風孔１４を形成して、多数の送風羽により、遠心送風ファンを構成する。ロータヨーク７内から通風孔１４を通して外部に引き出されて遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出された空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面６５をステータブラケット２１に設けた。
【解決手段】スタータジェネレータのロータ４と、ステータブラケット２１に取り付けられたステータ２５とを保護カバー３０で覆い、保護カバー３０とステータブラケット２１とにより密閉されたケーシングを構成する。ロータヨーク７の底壁部６の外面に多数の送風羽１３を形成し、各送風羽に隣接する位置にロータヨークの底壁部を貫通した通風孔１４を形成して、多数の送風羽により、遠心送風ファンを構成する。ロータヨーク７内から通風孔１４を通して外部に引き出されて遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出された空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面６５をステータブラケット２１に設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動時にはスタータモータとして動作し、エンジンが始動した後は磁石発電機として動作するスタータジェネレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにより駆動される車両にスタータジェネレータを搭載することが提案されている。スタータジェネレータは、エンジンを始動する際にエンジンのクランク軸を駆動するスタータモータと、エンジンを始動した後に各種の電気負荷に電力を供給する発電機とを兼ねる回転電機である。特許文献１に示されているように、スタータジェネレータは、永久磁石からなる界磁を有してエンジンのクランク軸に取り付けられるロータと、多相の電機子コイルを有するステータと、ロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサと、エンジンの始動時に該スタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させるべく、磁気センサの検出出力に応じて電機子コイルの励磁パターンを切り換えながら電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置とを備えている。磁気センサとしては例えば、各相の電機子コイルに対して設定された検出位置でロータの磁極の極性を検出するホールセンサが用いられる。
【０００３】
駆動制御装置は、エンジンを始動する際に、各瞬時における磁気センサの検出出力に応じて駆動電流を流す相と、流す駆動電流の極性とを示す励磁パターンを決定し、決定した励磁パターンに従って所定の相の電機子コイルに所定の極性の駆動電流を流すことにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させて、エンジンのクランク軸を始動方向に回転させる。エンジンが始動した後、スタータジェネレータは、エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作し、エンジン用点火装置や燃料噴射装置等の各種の電装品負荷に電力を供給する。
【０００４】
エンジンにより駆動される車両、特に山野や不整地を走行するＡＴＶ車（All terrain vehicle）にスタータジェネレータを搭載する場合には、スタータジェネレータを水や障害物から保護するめに、スタータジェネレータ全体を保護カバーで覆って密封することが好ましい。
【０００５】
しかし、スタータジェネレータは、エンジンの始動時にモータとして高トルクを発生することが求められ、またエンジン始動後は、発電機として高出力を発生することが求められるため、常に電機子コイルから多くの熱が発生し、電機子コイルの温度が上昇する。
【０００６】
そのため、スタータジェネレータを保護カバーで覆って密封した場合には、カバー内の温度が大きく上昇して、磁気センサの使用可能温度範囲を超えるおそれがある。スタータジェネレータを保護カバーで覆うことを可能にするためには、保護カバー内でスタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせるための工夫が必要である。
【０００７】
ステータの内側にロータが配置される発電機本体を保護カバーで覆って密封した車両用発電機においては、特許文献２に示されているように、保護カバーの側壁部内に冷却水循環路を形成して、保護カバーの側壁部の内面にステータの電機子鉄心の外周面を密接させた状態で配置する構造が提案されている。このように構成すると、電機子コイルで発生した熱を電機子鉄心から冷却水により冷却されている保護カバーの側壁部に伝達させることができるため、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。
【特許文献１】特開２００１−２５１８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロータがステータの内側に配置される回転電機の場合は、特許文献２に示されたように、ステータの電機子鉄心の外周面を保護カバーの側壁に密接させて配置することができるため、特許文献２に示された構造を採用することにより、電機子鉄心と保護カバーの側壁との間で熱交換を行なわせて、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。
【０００９】
しかしながら、ステータがロータの内側に配置されるスタータジェネレータの場合には、電機子鉄心の外周面を保護カバーの側壁に接触させることができないため、特許文献２に示された構造を採用しても、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができない。
【００１０】
本発明の目的は、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を密閉構造の保護カバーで覆って、本体の防水と機械的な保護とを図ることができるようにしたスタータジェネレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、エンジンの始動時にブラシレスモータとして動作してエンジンを始動させるために該エンジンのクランク軸を回転駆動し、エンジンが始動した後は該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作するスタータジェネレータを対象とする。
【００１２】
本発明に係わるスタータジェネレータは、周壁部と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部とを有するロータヨークと該ロータヨークの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石とを有してロータヨークの底壁部の中央に設けられたボス部がエンジンのクランク軸に結合されるロータと、エンジンのケースに固定されるステータブラケットと、電機子鉄心と該電機子鉄心に巻回された多相の電機子コイルとを有して電機子鉄心がステータブラケットに固定されてロータの内側に配置されるステータと、ロータヨークの底壁部に対向する端部壁とロータヨークの周壁部を取り囲む筒状の側壁部とを有し、エンジンに対して液密にシールされた状態で固定されてロータ及びステータを収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間を内部に形成する保護カバーとを備えている。そして、本発明においては、ロータヨークの底壁部の外周寄りの部分の外面に、ロータヨークの周方向に並ぶ多数の送風羽が形成されるとともに、多数の送風羽のそれぞれに隣接する位置にロータヨークの底壁部を貫通した多数の通風孔が形成されて、該多数の送風羽により、ロータが回転した際にロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンが構成される。また、この遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面がステータブラケットに設けられている。
【００１３】
上記のように、ロータヨークの底壁部に送風羽と通風孔とを設けて、送風羽によりロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンを構成するとともに、該遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面をステータブラケットに設けておくと、ロータヨーク内から通風孔を通してロータヨークと保護カバーとの間の隙間を通った後、ロータヨークの開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができるため、ロータヨーク内で電機子コイルの熱を吸収して温度が上昇した空気をロータヨークの外側に引き出して保護カバーの端部壁及び側壁部に接触させることにより冷却した後ロータヨーク内に戻して、該空気に再び電機子コイルの熱を吸収させることができる。従って、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができ、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、ステータブラケットが、ロータの軸線と直交する板面を有し、ロータヨークの周壁部よりも大きい外径を有して、中央部にロータヨークのボス部を同心的に取り囲む孔が設けられた基板部と、該基板部の内周部からロータ側に突出してロータヨークのボス部を取り囲む環状の内周壁部と、ロータヨークの周壁部よりも外側の位置で基板部の外周部からロータ側に突出した外周壁部とを有して、基板部がエンジンのケースに設けられた環状のステータ取り付け用周壁部の端面に液密にシールされた状態で接続されるように構成される。またステータは、ステータブラケットの内周壁部に固定され、保護カバーはその側壁部の開口端をステータブラケットの外周壁部の端面に突き合わせた状態でステータブラケットに固定される。この場合、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面は、ステータブラケットの外周壁部と基板部との間の境界部に形成される。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の内面及び保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成される。
【００１６】
上記のように保護カバーの端部壁の内面及び側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンを形成しておくと、ロータヨークの通風孔を通して流出した空気と保護カバーの端部壁との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気の冷却を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように、ウォータカバーが取り付けられて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路が形成され、該冷却水通路にエンジンの冷却水を導入し得るように構成される。
【００１８】
上記のように構成すると、保護カバーを冷却水により積極的に冷却することができるため、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができる。
【００１９】
上記のように保護カバーの少なくとも一部を外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間に冷却水通路を形成する場合、冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンを形成するのが好ましい。
【００２０】
上記のように構成すると、ロータヨークと保護カバーとの間を流れる空気と冷却水との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができるため、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を、保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２１】
本発明の他の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路を形成した上で、ロータヨークの底壁部の外面に、複数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された位置検出用磁石を取り付け、該位置検出用磁石の磁極の極性を検出してロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサを保護カバーの端部壁の内面に熱的に結合した状態で取り付ける。また、エンジンの始動時に磁気センサにより検出される回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置を設けて、エンジンの始動時に該駆動制御装置により電機子コイルに駆動電流を供給することにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動する。
【００２２】
この場合も、該冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンをそれぞれ形成しておくのが好ましい。
【００２３】
上記のように、エンジンの始動時にスタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させる場合に必要な磁気センサを、冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けると、磁気センサを効率よく冷却することができるため、磁気センサの温度が使用可能温度範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【００２４】
上記磁気センサとしては、金属基板にホール素子を実装したものを用いて、該金属基板を冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ロータヨークの底壁部に送風羽と通風孔とを設けて、送風羽によりロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンを構成するとともに、該遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面をステータブラケットに設けたので、ロータヨーク内から通風孔を通してロータヨークと保護カバーとの間の隙間を通った後、ロータヨークの開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができ、電機子コイルの熱を吸収したロータヨーク内の空気をロータヨークの外側に引き出して保護カバーの端部壁及び側壁部に接触させることにより冷却した後、該空気に再び電機子コイルの熱を吸収させて、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。従って本発明によれば、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２６】
本発明において、保護カバーの端部壁の内面及び保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンを形成した場合には、ロータヨークの通風孔を通して流出した空気と保護カバーの端部壁との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気の冷却を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００２７】
本発明において、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように、ウォータカバーを取り付けて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路を形成し、該冷却水通路にエンジンの冷却水を導入し得るようにした場合には、保護カバーを冷却水により積極的に冷却することができるため、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができる。
【００２８】
本発明において、保護カバーの少なくとも一部を外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間に冷却水通路を形成するとともに、冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンをそれぞれ形成した場合には、ロータヨークと保護カバーとの間を流れる空気と冷却水との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができるため、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２９】
本発明において、エンジンの始動時にスタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させる場合に必要な磁気センサを、冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けた場合には、磁気センサを効率よく冷却することができるため、磁気センサの温度が使用可能温度範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係わるスタータジェネレータの一実施形態を示したもので、図１は同実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図、図２は同実施形態に係わるスタータジェネレータの保護カバーを外した状態での正面図、図３は同実施形態で用いるロータヨークの斜視図、図４は同実施形態で用いる磁気センサの斜視図、図５は同実施形態で用いる磁気センサの基板と該基板に取り付けられたホール素子等の電子部品とを示した斜視図、図６は同実施形態に係わるスタータジェネレータ内で生じる空気流と冷却水の流れとを示した縦断面図である。
【００３１】
図１において、１はエンジン、２はエンジンのクランクケース、３はクランクケース２に回転自在に支持されたクランク軸であり、クランク軸３にはロータ４が取り付けられている。図示のロータ４は、周壁部５と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部６とを一体に有するカップ状のロータヨーク７と、ロータヨーク７の周壁部５の内周に等角度間隔で配置されて、該周壁部に接着された複数の弧状の永久磁石８とを有している。
【００３２】
ロータヨークの底壁部６の中央には、該ロータヨークの内側に突出した大径の筒状部９ａと該筒状部９ａの底部から周壁部５の開口端を越える位置まで突出して延びている小径の柱状延長部９ｂとからなるボス部９が一体に設けられている。ボス部９の延長部９ｂの軸芯部にはテーパ孔１０が設けられ、エンジンのクランク軸３の先端に形成されたテーパ部３ａがテーパ孔１０に嵌合されている。ボス部９の延長部９ｂの軸芯部を貫通したボルト１１がクランク軸３の軸芯部に設けられたネジ孔に螺合されて締め付けられることによりロータ４がクランク軸３に締結されている。ロータヨーク７は、鉄等の強磁性材料により形成される。
【００３３】
ロータ４の周壁部５の内周に取り付けられた複数の永久磁石８は、ロータ４の周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶようにしてロータの径方向に着磁されていて、これらの磁石によりロータの界磁が構成されている。本実施形態では、永久磁石８として希土類磁石が用いられている。
【００３４】
エンジンのクランク軸の回転角度情報を得るため、ロータ４の周壁部５の外周には、該ロータ４の周方向に延びる円弧状の突起からなるリラクタ（誘導子）１２が形成されている。図示の例では、リラクタ１２が１８０度離れた対称位置に１対設けられている。
【００３５】
図２及び図３に示されているように、ロータ４の底壁部６の外周寄りの部分（ボス部９の筒状部９ａと周壁部５との間をつなぐ部分）の外面には、ロータヨーク７の周方向に沿って放射状に並ぶ多数の送風羽１３が突設されている。また多数の送風羽１３，１３，…のそれぞれに隣接する位置に、ロータの周方向に並ぶ多数の通風孔１４，１４，…がロータヨーク７の底壁部６を貫通した状態で形成され、多数の送風羽１３，１３，…により、ロータ４が回転した際にロータヨーク７内の空気を通風孔１４，１４，…を通して引き出してロータヨーク７の外周側に送り出す遠心送風ファンが構成されている。
【００３６】
ロータヨーク７の底壁部の外面には、複数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された円環状の位置検出用磁石１５が接着により取り付けられている。この磁石１５は、後記する磁気センサとともに、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動する際にロータ４の回転角度位置情報を検出する位置検出器を構成する。本実施形態では、位置検出用磁石１５が、ロータ４の内周の永久磁石８により形成される界磁の磁極配列と同じ磁極配列を有するように、ロータ４の磁極の極数と同じ極数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁されている。
【００３７】
クランクケース２の端面には、クランク軸３を同心的に取り囲む円環状のステータ取り付け用周壁部２０が突設され、この周壁部に金属材料からなるステータブラケット２１が固定されている。ステータブラケット２１は、ロータ４の軸線と直交する板面を有し、ロータヨーク７の周壁部よりも大きい外径を有して、中央部にロータヨーク７のボス部９の延長部９ｂを同心的に取り囲む孔２２が設けられた円板状の基板部２１ａと、該基板部２１ａの内周部からロータ４側に突出してロータヨーク７のボス部９の延長部９ｂを取り囲む環状の内周壁部２１ｂと、ロータヨーク７の周壁部５よりも外側の位置で基板部２１ａの外周部からロータ側に突出した外周壁部２１ｃとを有している。ステータブラケット２１は、その基板部２１ａがエンジンのクランクケース２に設けられた環状のステータ取り付け用周壁部２０の端面に図示しないガスケットを介して当接されて、図示しないボルトによりクランクケース２に締結されることにより、ステータ取付用周壁部２０に液密にシールされた状態で接続される。
【００３８】
ステータブラケット２１には、ステータ２５が取り付けられている。ステータ２５は、鋼板の積層体からなっていて、環状の継鉄部２６ａの外周部から多数の突極部２６ｂを放射状に突出させた構造を有する周知の多極環状電機子鉄心２６と、電機子鉄心２６の一連の突極部に巻回されたコイルを多相結線して構成した多相の電機子コイル２７とからなっている。ステータ２５は、その電機子鉄心２６の継鉄部２６ａの内周が、ステータブラケット２１の内周壁部２２の先端寄りの部分の内周を所定量切削することにより形成された段差部を有する電機子鉄心嵌合部に嵌合されることにより、ロータ４と同心的に位置決めされるとともに、ロータの軸線方向に対して位置決めされる。ステータ２５は、このように位置決めされた状態で、電機子鉄心２６の継鉄部２６ａを貫通してステータブラケット２１の内周壁部２２にねじ込まれたボルト２８により、ステータブラケット２１に締結される。ステータ２５の電機子鉄心２６の突極部２６ｂの先端には、ステータの磁極部が形成されていて、該ステータ２５の磁極部が、ロータ４の磁極にエアギャップを介して対向させられる。本実施形態では、電機子コイルの相数が３に設定されている。
【００３９】
ステータブラケット２１にはまた、ロータ４をステータ２５とともに覆う金属製の保護カバー３０が液密にシールされた状態で接続されて、保護カバー３０の内側に、ロータ４及びステータ２５を収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間が形成される。
【００４０】
図示の保護カバー３０は、ロータヨーク７の底壁部６に対向する端部壁３１とロータヨーク７の周壁部５を取り囲む円筒状の側壁部３２とを有するカップ状の形状に形成されていて、ロータ４及びステータ２５を内包した状態で配置され、側壁部３２の開口端に形成されたフランジ部３３が、ステータブラケット２１の外周壁部２１ｃに図示しないガスケットを介して当接されている。そして、フランジ部３３とステータブラケット２１の外周壁部２１ｃとが図示しないボルトにより共締めされてクランクケースのステータ取り付け用周壁部２０に締結されることにより、保護カバー３０がステータブラケット２１の外周壁部２１ｃを介して液密にシールされた状態でエンジンに接続されている。保護カバー３０とエンジンのクランクケース２との間に、密閉されたロータ・ステータ収容空間が形成され、ロータ４及びステータ２５が保護カバー３０内に密封されている。ステータブラケット２１の外周壁部２１ｃの一部に形成された切り欠きにグロメット３５が嵌合され、電機子コイル２７の各相の端子から引き出されたリード線（図示せず。）と、後記する磁気センサから引き出されたリード線５３とを含むワイヤハーネスＨが、グロメット３５を通して外部に引き出されている。
【００４１】
保護カバー３０の端部壁３１の内面には、該保護カバー内の空気との接触面積を増大させるため、分散配置された多数の柱状突起３８が形成され、保護カバー３０の側壁部３２の内周には該側壁部の軸線方向に延びる放熱フィン３９が、該側壁部の周方向に並べた状態で多数形成されている。
【００４２】
なお保護カバー３０の端部壁３１の内面に柱状突起を形成する代わりに多数の放熱フィンを形成してもよい。保護カバー３０の側壁部とロータヨーク７の周壁部との間を通して空気の流れを円滑に生じさせるため、保護カバー３０の側壁部の内周には、図示の例のように、保護カバーの軸線方向に延び、周方向に並ぶ多数の放熱フィンを形成することが好ましいが、これらの放熱フィンに代えて、多数の突起を形成してもよい。
【００４３】
保護カバー３０の側壁部３２の一部には該保護カバーの径方向に突出したボス部４０が形成され、このボス部４０を貫通させた状態で、リラクタ１２のエッジを検出してパルス信号を発生するパルサ（パルス信号発生器）４１が取り付けられている。パルサ４１は、リラクタ１２に対向する磁極部を先端に有する鉄心と該鉄心に磁気結合された永久磁石と該鉄心に巻回された信号コイルとを備えた周知のもので、リラクタ１２がパルサ４１の鉄心の磁極部との対向を開始する際、及び該対向を終了する際にそれぞれ該鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルに極性が異なるパルスを発生する。パルサ４１が発生するパルスは、エンジンの回転速度を検出するために用いられる他、エンジンの回転速度に対して演算されたエンジンの点火位置の計測を開始するタイミングを定める信号や、燃料の噴射を開始するタイミングを定める信号等として用いられる。
【００４４】
保護カバー３０の端部壁３８の外周寄りの部分の内側には、磁気センサ４５を嵌合させて位置決めするための凹部４６が形成され、該凹部４６の底壁部の外面側に形成された突出部４７に、磁気センサを保護カバー３０に固定するネジ４８をねじ込むためのネジ孔が形成されている。
【００４５】
磁気センサ４５は、図４及び図５に示されているように、金属製の基板５０を備え、金属基板５０の表面に形成された薄い絶縁層５１の上に、３相の電機子コイルに対してそれぞれ設けられた３相のホールセンサ５２ｕないし５２ｗと、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗを外部の回路に接続するためのリード線５３が接続されるコネクタ５４，５４，…とが実装されるとともに、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗとコネクタ５４，５４，…との間を接続する配線パターン５５が形成されている。金属基板５０の上には、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗ及び配線パターン５５が設けられた部分を覆う絶縁カバー５６が、該金属基板と一体化するように成形され、コネクタ５４，５４，…に接続されたリード線５３が絶縁カバー５６から外部に導出されている。絶縁カバー５６は、金属基板の裏面を覆わないように設けられ、金属基板５０の両端の、絶縁カバー５６から外れた位置には取付孔５８、５８が形成されている。
【００４６】
磁気センサ４５は、金属基板５０を保護カバー３０の端部壁３１の凹部４６内に嵌合させて、金属基板５０の裏面を、凹部４６の底面に直接接触させるか、または熱伝導性が良好な材料からなる伝熱層を介して凹部４６の底面に接触させることにより、保護カバー３０の端部壁に熱的に結合された状態で配置され、取付孔５８，５８を貫通させたネジ４８を保護カバー３０の端部壁に形成された突出部４７に設けられたネジ孔に螺合させることにより、磁気センサ４５が保護カバー３０の端部壁３１に固定されている。上記伝熱層は、シリコーンなどの熱伝導性が良好な樹脂からなるペーストやシリコーンからなる両面接着テープ等により形成できる。
【００４７】
ホールセンサ５２ｕないし５２ｗは、上記のようにして磁気センサ４５を保護カバー３０の端部壁に取り付けた状態で、ロータヨーク７の底壁部に取り付けられた位置検出用磁石１５の周方向に沿って、３相の電機子コイルのそれぞれに対して設定された検出位置に配置されるように位置決めされ、各相のホールセンサが、各相の電機子コイルに対して設定された検出位置でエアギャップを介して位置検出用磁石１５の磁極の極性を検出することにより、ロータ４の回転角度位置情報を含む矩形波状の検出信号を出力する。
【００４８】
リード線５３は、電機子コイルから引き出されたリード線と共にワイヤハーネスＨを構成し、該ワイヤハーネスＨがグロメット３５を通して外部に導出されて、スタータジェネレータの外部に配置された図示しないスタータジェネレータ駆動制御装置に接続される。スタータジェネレータ駆動制御装置は、ブリッジの各辺が半導体スイッチと該半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードとにより構成されて、直流端子側がバッテリに接続され、交流端子側が３相の電機子コイルに接続された周知の３相ブリッジタイプのインバータ回路と、該インバータ回路の各半導体スイッチをオンオフ制御するコントローラとを備えている。コントローラは、エンジンの始動時に、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗの出力から得られるロータの回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って３相の電機子コイル２７に駆動電流を流すようにインバータ回路を制御することにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動してエンジンのクランキングを行なわせる。
【００４９】
エンジンが始動した後、スタータジェネレータがエンジンにより駆動されて磁石式交流発電機として動作する際には、上記コントローラが、発電機からインバータ回路のブリッジの各辺のダイオードにより構成される全波整流回路を通してバッテリに印加される充電電圧を設定範囲に保つように、インバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５０】
本実施形態では、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように金属製のウォータカバー６０が取り付けられている。ウォータカバー６０は、保護カバー３０に溶接されていて、ウォータカバー６０と保護カバー３０との間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路６１が形成されている。ウォータカバー６０には、冷却水通路６１に冷却水を導入する冷却水導入口を構成する接続管部６２と、冷却水通路６１内の冷却水を外部に流出させる冷却水導出口を構成する接続管部６３とが設けられ、これらの接続管部が図示しない配管を通してエンジンのラジエータに接続されることにより、図６に示したように冷却水通路６１内にエンジンの冷却水Ｗが流されるようになっている。
【００５１】
またステータブラケット２１の外周壁部２１ｃと基板部２１ａとの間の境界部及びステータブラケット２１の内周壁部２１ｂと基板部２１ａとの境界部に、送風羽１３により構成された遠心送風ファンによりロータヨーク７の外周側に送り出されて、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間の隙間を通してステータブラケット２１側に流れた空気Ａをロータヨーク７の内側に流入させるように案内する湾曲した案内面６５及び６６が形成され、これらの案内面と、外周壁部２１ｃ及び内周壁部２１ｂとの間の部分とにより、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間を通してステータブラケット２１側に流れた空気Ａをロータヨーク７の内側に流入させるエアフローガイド部６７が形成されている。
【００５２】
本実施形態のスタータジェネレータは、エンジン１の始動時に、磁気センサ４５により検出されるロータ４の回転角度位置情報に応じて決められる励磁パターンに従って、バッテリから所定の相の電機子コイル２７に通電されることによりブラシレスモータとして駆動されて、エンジン１のクランキングを行なうスタータモータとして機能する。スタータジェネレータはまた、エンジン１が始動した後、該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作し、電機子コイル２７に誘起する交流電圧が整流されるとともに電圧調整されて、バッテリと該バッテリの両端に接続された負荷とに供給される。
【００５３】
本実施形態においては、ロータヨークの底壁部に送風羽１３と通風孔１４とを設けて、送風羽１３によりロータヨーク内の空気を通風孔１４を通して引き出してロータヨーク７の外周側に送り出す遠心送風ファンが構成されているため、電機子コイル２７からの発熱により加熱されたロータヨーク７内の空気Ａは、図６に白い矢印で示したように、遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出された後、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間の隙間を通してステータブラケット２１側に流れる。従って、ロータヨーク７内から通風孔１４を通してロータヨーク７と保護カバー３０との間の隙間を通った後、ロータヨーク７の開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができる。このような空気の流れを常時生じさせておくと、電機子コイル２７からの発熱により加熱されて通風孔１４を通して流出した空気Ａは、保護カバー３０の端部壁３１及び側壁部３２に接触しながら流れる過程で冷却水通路６１内の冷却水Ｗと熱交換して冷却される。冷却された空気は、エアフローガイド部６７により向きを変えられてロータヨーク７内に流入して、再度電機子コイル２７からの発熱を吸収するため、電機子コイル２７を効率よく冷却することができ、電機子コイルの温度が上昇するのを防ぐことができる。従って、本発明によれば、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を密閉されたケーシング内に収容して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００５４】
上記の実施形態では、磁気センサ４５を構成するホールセンサ５２ｕないし５２ｗが金属基板５０に実装されていて、該金属基板５０が保護カバー３０の端部壁の冷却水通路６１に接している部分に熱的に結合されているため、ホールセンサを効率よく冷却することができ、ホールセンサの温度が使用可能範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【００５５】
上記のように保護カバー３０の端部壁３１の内面及び側壁部３２の内周に多数の突起または放熱フィンを形成しておくと、ロータヨーク７の通風孔１４を通して流出した空気と保護カバーの端部壁３１との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部３２とロータヨークの周壁部５との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部３２との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気と保護カバー３０の外側の冷却媒体との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００５６】
上記の実施形態では、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と側壁部３２の少なくとも一部を覆うようにウォータカバー６０を取り付けて、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と側壁部３２の少なくとも一部とに接する冷却水通路６１を形成したが、本発明はこのように構成する場合に限定されない。例えば、図７に示すように、保護カバー３０の端部壁３１の外面に多数の放熱フィン７０を形成して保護カバー３０の内側の空気と保護カバー３０の外側の空気との間で行なわれる熱交換を促進することにより、スタータジェネレータの電機子コイルの冷却を促進するようにしてもよい。
【００５７】
なお図７には図示してないが、更に保護カバー３０の側壁部３２の外面にも多数の放熱フィンを設けるようにしてもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、保護カバー３０の側壁部の開口端とステータブラケット２１の外周壁部２１ｃとの間及びステータブラケット２１の基板部２１ａとクランクケース２のステータ取付け用周壁部２０の端面との間にそれぞれガスケットを介在させた状態で、保護カバー３０をステータブラケット２１と共締めしてエンジンのクランクケース２に締結して、保護カバー３０をエンジンに液密にシールした状態で接続することにより、保護カバー３０の内側にロータ４及びステータ２５を収容する密閉構造のロータ・ステータ収容空間を形成している。しかしながら、本発明においては、保護カバー３０内にロータ４及びステータ２５が密封されるようにすればよく、保護カバーの取り付け方は上記の例に限定されない。例えば、保護カバー３０の側壁部３２の開口端をステータブラケット２１と別個にクランクケース２に液密にシールした状態で締結することにより、保護カバー３０の内側に密閉構造のロータ・ステータ収容空間を構成して、保護カバー３０内にロータ及びステータを密封する構造にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図である。
【図２】同実施形態に係わるスタータジェネレータの保護カバーを外した状態での正面図である。
【図３】同実施形態で用いるロータヨークの斜視図である。
【図４】同実施形態で用いる磁気センサの斜視図である。
【図５】同実施形態で用いる磁気センサの基板と該基板に取り付けられたホール素子等の電子部品とを示した斜視図である。
【図６】同実施形態に係わるスタータジェネレータ内で生じる空気流と冷却水の流れとを示した縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ エンジン
２ クランクケース
３ クランク軸
４ ロータ
５ ロータヨークの周壁部
６ ロータヨークの底壁部
７ ロータヨーク
８ 永久磁石
９ ロータヨークのボス部
１２ リラクタ
１３ 送風羽
１４ 通風孔
１５ 位置検出用磁石
２１ ステータブラケット
２１ａ ステータブラケットの基板部
２１ｂ ステータブラケットの内周壁部
２１ｃ ステータブラケットの外周壁部
２５ ステータ
２６ 電機子鉄心
２７ 電機子コイル
３０ 保護カバー
３１ 保護カバーの端部壁
３２ 保護カバーの円筒状側壁部
３８ 突起
３９ 放熱フィン
４５ 磁気センサ
５０ 金属基板
５２ｕないし５２ｗ ホールセンサ
５３ ワイヤハーネス
６０ ウォータカバー
６１ 冷却水通路
６５ 案内面
６６ 案内面
６７ エアフローガイド部
７０ 放熱フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動時にはスタータモータとして動作し、エンジンが始動した後は磁石発電機として動作するスタータジェネレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにより駆動される車両にスタータジェネレータを搭載することが提案されている。スタータジェネレータは、エンジンを始動する際にエンジンのクランク軸を駆動するスタータモータと、エンジンを始動した後に各種の電気負荷に電力を供給する発電機とを兼ねる回転電機である。特許文献１に示されているように、スタータジェネレータは、永久磁石からなる界磁を有してエンジンのクランク軸に取り付けられるロータと、多相の電機子コイルを有するステータと、ロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサと、エンジンの始動時に該スタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させるべく、磁気センサの検出出力に応じて電機子コイルの励磁パターンを切り換えながら電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置とを備えている。磁気センサとしては例えば、各相の電機子コイルに対して設定された検出位置でロータの磁極の極性を検出するホールセンサが用いられる。
【０００３】
駆動制御装置は、エンジンを始動する際に、各瞬時における磁気センサの検出出力に応じて駆動電流を流す相と、流す駆動電流の極性とを示す励磁パターンを決定し、決定した励磁パターンに従って所定の相の電機子コイルに所定の極性の駆動電流を流すことにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させて、エンジンのクランク軸を始動方向に回転させる。エンジンが始動した後、スタータジェネレータは、エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作し、エンジン用点火装置や燃料噴射装置等の各種の電装品負荷に電力を供給する。
【０００４】
エンジンにより駆動される車両、特に山野や不整地を走行するＡＴＶ車（All terrain vehicle）にスタータジェネレータを搭載する場合には、スタータジェネレータを水や障害物から保護するめに、スタータジェネレータ全体を保護カバーで覆って密封することが好ましい。
【０００５】
しかし、スタータジェネレータは、エンジンの始動時にモータとして高トルクを発生することが求められ、またエンジン始動後は、発電機として高出力を発生することが求められるため、常に電機子コイルから多くの熱が発生し、電機子コイルの温度が上昇する。
【０００６】
そのため、スタータジェネレータを保護カバーで覆って密封した場合には、カバー内の温度が大きく上昇して、磁気センサの使用可能温度範囲を超えるおそれがある。スタータジェネレータを保護カバーで覆うことを可能にするためには、保護カバー内でスタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせるための工夫が必要である。
【０００７】
ステータの内側にロータが配置される発電機本体を保護カバーで覆って密封した車両用発電機においては、特許文献２に示されているように、保護カバーの側壁部内に冷却水循環路を形成して、保護カバーの側壁部の内面にステータの電機子鉄心の外周面を密接させた状態で配置する構造が提案されている。このように構成すると、電機子コイルで発生した熱を電機子鉄心から冷却水により冷却されている保護カバーの側壁部に伝達させることができるため、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。
【特許文献１】特開２００１−２５１８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロータがステータの内側に配置される回転電機の場合は、特許文献２に示されたように、ステータの電機子鉄心の外周面を保護カバーの側壁に密接させて配置することができるため、特許文献２に示された構造を採用することにより、電機子鉄心と保護カバーの側壁との間で熱交換を行なわせて、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。
【０００９】
しかしながら、ステータがロータの内側に配置されるスタータジェネレータの場合には、電機子鉄心の外周面を保護カバーの側壁に接触させることができないため、特許文献２に示された構造を採用しても、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができない。
【００１０】
本発明の目的は、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を密閉構造の保護カバーで覆って、本体の防水と機械的な保護とを図ることができるようにしたスタータジェネレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、エンジンの始動時にブラシレスモータとして動作してエンジンを始動させるために該エンジンのクランク軸を回転駆動し、エンジンが始動した後は該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作するスタータジェネレータを対象とする。
【００１２】
本発明に係わるスタータジェネレータは、周壁部と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部とを有するロータヨークと該ロータヨークの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石とを有してロータヨークの底壁部の中央に設けられたボス部がエンジンのクランク軸に結合されるロータと、エンジンのケースに固定されるステータブラケットと、電機子鉄心と該電機子鉄心に巻回された多相の電機子コイルとを有して電機子鉄心がステータブラケットに固定されてロータの内側に配置されるステータと、ロータヨークの底壁部に対向する端部壁とロータヨークの周壁部を取り囲む筒状の側壁部とを有し、エンジンに対して液密にシールされた状態で固定されてロータ及びステータを収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間を内部に形成する保護カバーとを備えている。そして、本発明においては、ロータヨークの底壁部の外周寄りの部分の外面に、ロータヨークの周方向に並ぶ多数の送風羽が形成されるとともに、多数の送風羽のそれぞれに隣接する位置にロータヨークの底壁部を貫通した多数の通風孔が形成されて、該多数の送風羽により、ロータが回転した際にロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンが構成される。また、この遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面がステータブラケットに設けられている。
【００１３】
上記のように、ロータヨークの底壁部に送風羽と通風孔とを設けて、送風羽によりロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンを構成するとともに、該遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面をステータブラケットに設けておくと、ロータヨーク内から通風孔を通してロータヨークと保護カバーとの間の隙間を通った後、ロータヨークの開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができるため、ロータヨーク内で電機子コイルの熱を吸収して温度が上昇した空気をロータヨークの外側に引き出して保護カバーの端部壁及び側壁部に接触させることにより冷却した後ロータヨーク内に戻して、該空気に再び電機子コイルの熱を吸収させることができる。従って、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができ、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、ステータブラケットが、ロータの軸線と直交する板面を有し、ロータヨークの周壁部よりも大きい外径を有して、中央部にロータヨークのボス部を同心的に取り囲む孔が設けられた基板部と、該基板部の内周部からロータ側に突出してロータヨークのボス部を取り囲む環状の内周壁部と、ロータヨークの周壁部よりも外側の位置で基板部の外周部からロータ側に突出した外周壁部とを有して、基板部がエンジンのケースに設けられた環状のステータ取り付け用周壁部の端面に液密にシールされた状態で接続されるように構成される。またステータは、ステータブラケットの内周壁部に固定され、保護カバーはその側壁部の開口端をステータブラケットの外周壁部の端面に突き合わせた状態でステータブラケットに固定される。この場合、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面は、ステータブラケットの外周壁部と基板部との間の境界部に形成される。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の内面及び保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成される。
【００１６】
上記のように保護カバーの端部壁の内面及び側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンを形成しておくと、ロータヨークの通風孔を通して流出した空気と保護カバーの端部壁との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気の冷却を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように、ウォータカバーが取り付けられて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路が形成され、該冷却水通路にエンジンの冷却水を導入し得るように構成される。
【００１８】
上記のように構成すると、保護カバーを冷却水により積極的に冷却することができるため、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができる。
【００１９】
上記のように保護カバーの少なくとも一部を外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間に冷却水通路を形成する場合、冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンを形成するのが好ましい。
【００２０】
上記のように構成すると、ロータヨークと保護カバーとの間を流れる空気と冷却水との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができるため、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を、保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２１】
本発明の他の好ましい態様では、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路を形成した上で、ロータヨークの底壁部の外面に、複数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された位置検出用磁石を取り付け、該位置検出用磁石の磁極の極性を検出してロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサを保護カバーの端部壁の内面に熱的に結合した状態で取り付ける。また、エンジンの始動時に磁気センサにより検出される回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置を設けて、エンジンの始動時に該駆動制御装置により電機子コイルに駆動電流を供給することにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動する。
【００２２】
この場合も、該冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンをそれぞれ形成しておくのが好ましい。
【００２３】
上記のように、エンジンの始動時にスタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させる場合に必要な磁気センサを、冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けると、磁気センサを効率よく冷却することができるため、磁気センサの温度が使用可能温度範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【００２４】
上記磁気センサとしては、金属基板にホール素子を実装したものを用いて、該金属基板を冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ロータヨークの底壁部に送風羽と通風孔とを設けて、送風羽によりロータヨーク内の空気を通風孔を通して引き出してロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンを構成するとともに、該遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出されて保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通してステータブラケット側に流れた空気をロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面をステータブラケットに設けたので、ロータヨーク内から通風孔を通してロータヨークと保護カバーとの間の隙間を通った後、ロータヨークの開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができ、電機子コイルの熱を吸収したロータヨーク内の空気をロータヨークの外側に引き出して保護カバーの端部壁及び側壁部に接触させることにより冷却した後、該空気に再び電機子コイルの熱を吸収させて、電機子コイルの冷却を効率よく行なわせることができる。従って本発明によれば、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２６】
本発明において、保護カバーの端部壁の内面及び保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンを形成した場合には、ロータヨークの通風孔を通して流出した空気と保護カバーの端部壁との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気の冷却を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００２７】
本発明において、保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように、ウォータカバーを取り付けて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路を形成し、該冷却水通路にエンジンの冷却水を導入し得るようにした場合には、保護カバーを冷却水により積極的に冷却することができるため、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができる。
【００２８】
本発明において、保護カバーの少なくとも一部を外側から覆うようにウォータカバーを取り付けて、ウォータカバーと保護カバーとの間に冷却水通路を形成するとともに、冷却水通路に接する保護カバーの端部壁の内面及び冷却水通路に接する保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または多数の放熱フィンをそれぞれ形成した場合には、ロータヨークと保護カバーとの間を流れる空気と冷却水との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却を効率よく行なわせることができるため、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を保護カバー内に密封して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００２９】
本発明において、エンジンの始動時にスタータジェネレータをブラシレスモータとして動作させる場合に必要な磁気センサを、冷却水通路に接している保護カバーの端部壁に熱的に結合した状態で取り付けた場合には、磁気センサを効率よく冷却することができるため、磁気センサの温度が使用可能温度範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係わるスタータジェネレータの一実施形態を示したもので、図１は同実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図、図２は同実施形態に係わるスタータジェネレータの保護カバーを外した状態での正面図、図３は同実施形態で用いるロータヨークの斜視図、図４は同実施形態で用いる磁気センサの斜視図、図５は同実施形態で用いる磁気センサの基板と該基板に取り付けられたホール素子等の電子部品とを示した斜視図、図６は同実施形態に係わるスタータジェネレータ内で生じる空気流と冷却水の流れとを示した縦断面図である。
【００３１】
図１において、１はエンジン、２はエンジンのクランクケース、３はクランクケース２に回転自在に支持されたクランク軸であり、クランク軸３にはロータ４が取り付けられている。図示のロータ４は、周壁部５と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部６とを一体に有するカップ状のロータヨーク７と、ロータヨーク７の周壁部５の内周に等角度間隔で配置されて、該周壁部に接着された複数の弧状の永久磁石８とを有している。
【００３２】
ロータヨークの底壁部６の中央には、該ロータヨークの内側に突出した大径の筒状部９ａと該筒状部９ａの底部から周壁部５の開口端を越える位置まで突出して延びている小径の柱状延長部９ｂとからなるボス部９が一体に設けられている。ボス部９の延長部９ｂの軸芯部にはテーパ孔１０が設けられ、エンジンのクランク軸３の先端に形成されたテーパ部３ａがテーパ孔１０に嵌合されている。ボス部９の延長部９ｂの軸芯部を貫通したボルト１１がクランク軸３の軸芯部に設けられたネジ孔に螺合されて締め付けられることによりロータ４がクランク軸３に締結されている。ロータヨーク７は、鉄等の強磁性材料により形成される。
【００３３】
ロータ４の周壁部５の内周に取り付けられた複数の永久磁石８は、ロータ４の周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶようにしてロータの径方向に着磁されていて、これらの磁石によりロータの界磁が構成されている。本実施形態では、永久磁石８として希土類磁石が用いられている。
【００３４】
エンジンのクランク軸の回転角度情報を得るため、ロータ４の周壁部５の外周には、該ロータ４の周方向に延びる円弧状の突起からなるリラクタ（誘導子）１２が形成されている。図示の例では、リラクタ１２が１８０度離れた対称位置に１対設けられている。
【００３５】
図２及び図３に示されているように、ロータ４の底壁部６の外周寄りの部分（ボス部９の筒状部９ａと周壁部５との間をつなぐ部分）の外面には、ロータヨーク７の周方向に沿って放射状に並ぶ多数の送風羽１３が突設されている。また多数の送風羽１３，１３，…のそれぞれに隣接する位置に、ロータの周方向に並ぶ多数の通風孔１４，１４，…がロータヨーク７の底壁部６を貫通した状態で形成され、多数の送風羽１３，１３，…により、ロータ４が回転した際にロータヨーク７内の空気を通風孔１４，１４，…を通して引き出してロータヨーク７の外周側に送り出す遠心送風ファンが構成されている。
【００３６】
ロータヨーク７の底壁部の外面には、複数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された円環状の位置検出用磁石１５が接着により取り付けられている。この磁石１５は、後記する磁気センサとともに、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動する際にロータ４の回転角度位置情報を検出する位置検出器を構成する。本実施形態では、位置検出用磁石１５が、ロータ４の内周の永久磁石８により形成される界磁の磁極配列と同じ磁極配列を有するように、ロータ４の磁極の極数と同じ極数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁されている。
【００３７】
クランクケース２の端面には、クランク軸３を同心的に取り囲む円環状のステータ取り付け用周壁部２０が突設され、この周壁部に金属材料からなるステータブラケット２１が固定されている。ステータブラケット２１は、ロータ４の軸線と直交する板面を有し、ロータヨーク７の周壁部よりも大きい外径を有して、中央部にロータヨーク７のボス部９の延長部９ｂを同心的に取り囲む孔２２が設けられた円板状の基板部２１ａと、該基板部２１ａの内周部からロータ４側に突出してロータヨーク７のボス部９の延長部９ｂを取り囲む環状の内周壁部２１ｂと、ロータヨーク７の周壁部５よりも外側の位置で基板部２１ａの外周部からロータ側に突出した外周壁部２１ｃとを有している。ステータブラケット２１は、その基板部２１ａがエンジンのクランクケース２に設けられた環状のステータ取り付け用周壁部２０の端面に図示しないガスケットを介して当接されて、図示しないボルトによりクランクケース２に締結されることにより、ステータ取付用周壁部２０に液密にシールされた状態で接続される。
【００３８】
ステータブラケット２１には、ステータ２５が取り付けられている。ステータ２５は、鋼板の積層体からなっていて、環状の継鉄部２６ａの外周部から多数の突極部２６ｂを放射状に突出させた構造を有する周知の多極環状電機子鉄心２６と、電機子鉄心２６の一連の突極部に巻回されたコイルを多相結線して構成した多相の電機子コイル２７とからなっている。ステータ２５は、その電機子鉄心２６の継鉄部２６ａの内周が、ステータブラケット２１の内周壁部２２の先端寄りの部分の内周を所定量切削することにより形成された段差部を有する電機子鉄心嵌合部に嵌合されることにより、ロータ４と同心的に位置決めされるとともに、ロータの軸線方向に対して位置決めされる。ステータ２５は、このように位置決めされた状態で、電機子鉄心２６の継鉄部２６ａを貫通してステータブラケット２１の内周壁部２２にねじ込まれたボルト２８により、ステータブラケット２１に締結される。ステータ２５の電機子鉄心２６の突極部２６ｂの先端には、ステータの磁極部が形成されていて、該ステータ２５の磁極部が、ロータ４の磁極にエアギャップを介して対向させられる。本実施形態では、電機子コイルの相数が３に設定されている。
【００３９】
ステータブラケット２１にはまた、ロータ４をステータ２５とともに覆う金属製の保護カバー３０が液密にシールされた状態で接続されて、保護カバー３０の内側に、ロータ４及びステータ２５を収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間が形成される。
【００４０】
図示の保護カバー３０は、ロータヨーク７の底壁部６に対向する端部壁３１とロータヨーク７の周壁部５を取り囲む円筒状の側壁部３２とを有するカップ状の形状に形成されていて、ロータ４及びステータ２５を内包した状態で配置され、側壁部３２の開口端に形成されたフランジ部３３が、ステータブラケット２１の外周壁部２１ｃに図示しないガスケットを介して当接されている。そして、フランジ部３３とステータブラケット２１の外周壁部２１ｃとが図示しないボルトにより共締めされてクランクケースのステータ取り付け用周壁部２０に締結されることにより、保護カバー３０がステータブラケット２１の外周壁部２１ｃを介して液密にシールされた状態でエンジンに接続されている。保護カバー３０とエンジンのクランクケース２との間に、密閉されたロータ・ステータ収容空間が形成され、ロータ４及びステータ２５が保護カバー３０内に密封されている。ステータブラケット２１の外周壁部２１ｃの一部に形成された切り欠きにグロメット３５が嵌合され、電機子コイル２７の各相の端子から引き出されたリード線（図示せず。）と、後記する磁気センサから引き出されたリード線５３とを含むワイヤハーネスＨが、グロメット３５を通して外部に引き出されている。
【００４１】
保護カバー３０の端部壁３１の内面には、該保護カバー内の空気との接触面積を増大させるため、分散配置された多数の柱状突起３８が形成され、保護カバー３０の側壁部３２の内周には該側壁部の軸線方向に延びる放熱フィン３９が、該側壁部の周方向に並べた状態で多数形成されている。
【００４２】
なお保護カバー３０の端部壁３１の内面に柱状突起を形成する代わりに多数の放熱フィンを形成してもよい。保護カバー３０の側壁部とロータヨーク７の周壁部との間を通して空気の流れを円滑に生じさせるため、保護カバー３０の側壁部の内周には、図示の例のように、保護カバーの軸線方向に延び、周方向に並ぶ多数の放熱フィンを形成することが好ましいが、これらの放熱フィンに代えて、多数の突起を形成してもよい。
【００４３】
保護カバー３０の側壁部３２の一部には該保護カバーの径方向に突出したボス部４０が形成され、このボス部４０を貫通させた状態で、リラクタ１２のエッジを検出してパルス信号を発生するパルサ（パルス信号発生器）４１が取り付けられている。パルサ４１は、リラクタ１２に対向する磁極部を先端に有する鉄心と該鉄心に磁気結合された永久磁石と該鉄心に巻回された信号コイルとを備えた周知のもので、リラクタ１２がパルサ４１の鉄心の磁極部との対向を開始する際、及び該対向を終了する際にそれぞれ該鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルに極性が異なるパルスを発生する。パルサ４１が発生するパルスは、エンジンの回転速度を検出するために用いられる他、エンジンの回転速度に対して演算されたエンジンの点火位置の計測を開始するタイミングを定める信号や、燃料の噴射を開始するタイミングを定める信号等として用いられる。
【００４４】
保護カバー３０の端部壁３８の外周寄りの部分の内側には、磁気センサ４５を嵌合させて位置決めするための凹部４６が形成され、該凹部４６の底壁部の外面側に形成された突出部４７に、磁気センサを保護カバー３０に固定するネジ４８をねじ込むためのネジ孔が形成されている。
【００４５】
磁気センサ４５は、図４及び図５に示されているように、金属製の基板５０を備え、金属基板５０の表面に形成された薄い絶縁層５１の上に、３相の電機子コイルに対してそれぞれ設けられた３相のホールセンサ５２ｕないし５２ｗと、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗを外部の回路に接続するためのリード線５３が接続されるコネクタ５４，５４，…とが実装されるとともに、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗとコネクタ５４，５４，…との間を接続する配線パターン５５が形成されている。金属基板５０の上には、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗ及び配線パターン５５が設けられた部分を覆う絶縁カバー５６が、該金属基板と一体化するように成形され、コネクタ５４，５４，…に接続されたリード線５３が絶縁カバー５６から外部に導出されている。絶縁カバー５６は、金属基板の裏面を覆わないように設けられ、金属基板５０の両端の、絶縁カバー５６から外れた位置には取付孔５８、５８が形成されている。
【００４６】
磁気センサ４５は、金属基板５０を保護カバー３０の端部壁３１の凹部４６内に嵌合させて、金属基板５０の裏面を、凹部４６の底面に直接接触させるか、または熱伝導性が良好な材料からなる伝熱層を介して凹部４６の底面に接触させることにより、保護カバー３０の端部壁に熱的に結合された状態で配置され、取付孔５８，５８を貫通させたネジ４８を保護カバー３０の端部壁に形成された突出部４７に設けられたネジ孔に螺合させることにより、磁気センサ４５が保護カバー３０の端部壁３１に固定されている。上記伝熱層は、シリコーンなどの熱伝導性が良好な樹脂からなるペーストやシリコーンからなる両面接着テープ等により形成できる。
【００４７】
ホールセンサ５２ｕないし５２ｗは、上記のようにして磁気センサ４５を保護カバー３０の端部壁に取り付けた状態で、ロータヨーク７の底壁部に取り付けられた位置検出用磁石１５の周方向に沿って、３相の電機子コイルのそれぞれに対して設定された検出位置に配置されるように位置決めされ、各相のホールセンサが、各相の電機子コイルに対して設定された検出位置でエアギャップを介して位置検出用磁石１５の磁極の極性を検出することにより、ロータ４の回転角度位置情報を含む矩形波状の検出信号を出力する。
【００４８】
リード線５３は、電機子コイルから引き出されたリード線と共にワイヤハーネスＨを構成し、該ワイヤハーネスＨがグロメット３５を通して外部に導出されて、スタータジェネレータの外部に配置された図示しないスタータジェネレータ駆動制御装置に接続される。スタータジェネレータ駆動制御装置は、ブリッジの各辺が半導体スイッチと該半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードとにより構成されて、直流端子側がバッテリに接続され、交流端子側が３相の電機子コイルに接続された周知の３相ブリッジタイプのインバータ回路と、該インバータ回路の各半導体スイッチをオンオフ制御するコントローラとを備えている。コントローラは、エンジンの始動時に、ホールセンサ５２ｕないし５２ｗの出力から得られるロータの回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って３相の電機子コイル２７に駆動電流を流すようにインバータ回路を制御することにより、スタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動してエンジンのクランキングを行なわせる。
【００４９】
エンジンが始動した後、スタータジェネレータがエンジンにより駆動されて磁石式交流発電機として動作する際には、上記コントローラが、発電機からインバータ回路のブリッジの各辺のダイオードにより構成される全波整流回路を通してバッテリに印加される充電電圧を設定範囲に保つように、インバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５０】
本実施形態では、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うように金属製のウォータカバー６０が取り付けられている。ウォータカバー６０は、保護カバー３０に溶接されていて、ウォータカバー６０と保護カバー３０との間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路６１が形成されている。ウォータカバー６０には、冷却水通路６１に冷却水を導入する冷却水導入口を構成する接続管部６２と、冷却水通路６１内の冷却水を外部に流出させる冷却水導出口を構成する接続管部６３とが設けられ、これらの接続管部が図示しない配管を通してエンジンのラジエータに接続されることにより、図６に示したように冷却水通路６１内にエンジンの冷却水Ｗが流されるようになっている。
【００５１】
またステータブラケット２１の外周壁部２１ｃと基板部２１ａとの間の境界部及びステータブラケット２１の内周壁部２１ｂと基板部２１ａとの境界部に、送風羽１３により構成された遠心送風ファンによりロータヨーク７の外周側に送り出されて、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間の隙間を通してステータブラケット２１側に流れた空気Ａをロータヨーク７の内側に流入させるように案内する湾曲した案内面６５及び６６が形成され、これらの案内面と、外周壁部２１ｃ及び内周壁部２１ｂとの間の部分とにより、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間を通してステータブラケット２１側に流れた空気Ａをロータヨーク７の内側に流入させるエアフローガイド部６７が形成されている。
【００５２】
本実施形態のスタータジェネレータは、エンジン１の始動時に、磁気センサ４５により検出されるロータ４の回転角度位置情報に応じて決められる励磁パターンに従って、バッテリから所定の相の電機子コイル２７に通電されることによりブラシレスモータとして駆動されて、エンジン１のクランキングを行なうスタータモータとして機能する。スタータジェネレータはまた、エンジン１が始動した後、該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作し、電機子コイル２７に誘起する交流電圧が整流されるとともに電圧調整されて、バッテリと該バッテリの両端に接続された負荷とに供給される。
【００５３】
本実施形態においては、ロータヨークの底壁部に送風羽１３と通風孔１４とを設けて、送風羽１３によりロータヨーク内の空気を通風孔１４を通して引き出してロータヨーク７の外周側に送り出す遠心送風ファンが構成されているため、電機子コイル２７からの発熱により加熱されたロータヨーク７内の空気Ａは、図６に白い矢印で示したように、遠心送風ファンによりロータヨークの外周側に送り出された後、保護カバー３０の側壁部３２とロータヨーク７の周壁部５との間の隙間を通してステータブラケット２１側に流れる。従って、ロータヨーク７内から通風孔１４を通してロータヨーク７と保護カバー３０との間の隙間を通った後、ロータヨーク７の開口部から該ロータヨーク内に戻る空気の流れを、保護カバー内に常時生じさせることができる。このような空気の流れを常時生じさせておくと、電機子コイル２７からの発熱により加熱されて通風孔１４を通して流出した空気Ａは、保護カバー３０の端部壁３１及び側壁部３２に接触しながら流れる過程で冷却水通路６１内の冷却水Ｗと熱交換して冷却される。冷却された空気は、エアフローガイド部６７により向きを変えられてロータヨーク７内に流入して、再度電機子コイル２７からの発熱を吸収するため、電機子コイル２７を効率よく冷却することができ、電機子コイルの温度が上昇するのを防ぐことができる。従って、本発明によれば、電機子コイルの冷却を妨げることなく、ロータと該ロータの内側に配置されるステータとを備えたスタータジェネレータ本体を密閉されたケーシング内に収容して、スタータジェネレータ本体の防水と機械的な保護とを図ることができる。
【００５４】
上記の実施形態では、磁気センサ４５を構成するホールセンサ５２ｕないし５２ｗが金属基板５０に実装されていて、該金属基板５０が保護カバー３０の端部壁の冷却水通路６１に接している部分に熱的に結合されているため、ホールセンサを効率よく冷却することができ、ホールセンサの温度が使用可能範囲を超えるのを確実に防ぐことができる。
【００５５】
上記のように保護カバー３０の端部壁３１の内面及び側壁部３２の内周に多数の突起または放熱フィンを形成しておくと、ロータヨーク７の通風孔１４を通して流出した空気と保護カバーの端部壁３１との接触面積を増大させるとともに、保護カバーの側壁部３２とロータヨークの周壁部５との間の隙間を通して流れる空気と保護カバーの側壁部３２との接触面積を増大させることができるため、ロータヨークの内部から導出された空気と保護カバー３０の外側の冷却媒体との間で行なわれる熱交換を促進して、スタータジェネレータの冷却効率を高めることができる。
【００５６】
上記の実施形態では、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と側壁部３２の少なくとも一部を覆うようにウォータカバー６０を取り付けて、保護カバー３０の端部壁３１の少なくとも一部と側壁部３２の少なくとも一部とに接する冷却水通路６１を形成したが、本発明はこのように構成する場合に限定されない。例えば、図７に示すように、保護カバー３０の端部壁３１の外面に多数の放熱フィン７０を形成して保護カバー３０の内側の空気と保護カバー３０の外側の空気との間で行なわれる熱交換を促進することにより、スタータジェネレータの電機子コイルの冷却を促進するようにしてもよい。
【００５７】
なお図７には図示してないが、更に保護カバー３０の側壁部３２の外面にも多数の放熱フィンを設けるようにしてもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、保護カバー３０の側壁部の開口端とステータブラケット２１の外周壁部２１ｃとの間及びステータブラケット２１の基板部２１ａとクランクケース２のステータ取付け用周壁部２０の端面との間にそれぞれガスケットを介在させた状態で、保護カバー３０をステータブラケット２１と共締めしてエンジンのクランクケース２に締結して、保護カバー３０をエンジンに液密にシールした状態で接続することにより、保護カバー３０の内側にロータ４及びステータ２５を収容する密閉構造のロータ・ステータ収容空間を形成している。しかしながら、本発明においては、保護カバー３０内にロータ４及びステータ２５が密封されるようにすればよく、保護カバーの取り付け方は上記の例に限定されない。例えば、保護カバー３０の側壁部３２の開口端をステータブラケット２１と別個にクランクケース２に液密にシールした状態で締結することにより、保護カバー３０の内側に密閉構造のロータ・ステータ収容空間を構成して、保護カバー３０内にロータ及びステータを密封する構造にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図である。
【図２】同実施形態に係わるスタータジェネレータの保護カバーを外した状態での正面図である。
【図３】同実施形態で用いるロータヨークの斜視図である。
【図４】同実施形態で用いる磁気センサの斜視図である。
【図５】同実施形態で用いる磁気センサの基板と該基板に取り付けられたホール素子等の電子部品とを示した斜視図である。
【図６】同実施形態に係わるスタータジェネレータ内で生じる空気流と冷却水の流れとを示した縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係わるスタータジェネレータの縦断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ エンジン
２ クランクケース
３ クランク軸
４ ロータ
５ ロータヨークの周壁部
６ ロータヨークの底壁部
７ ロータヨーク
８ 永久磁石
９ ロータヨークのボス部
１２ リラクタ
１３ 送風羽
１４ 通風孔
１５ 位置検出用磁石
２１ ステータブラケット
２１ａ ステータブラケットの基板部
２１ｂ ステータブラケットの内周壁部
２１ｃ ステータブラケットの外周壁部
２５ ステータ
２６ 電機子鉄心
２７ 電機子コイル
３０ 保護カバー
３１ 保護カバーの端部壁
３２ 保護カバーの円筒状側壁部
３８ 突起
３９ 放熱フィン
４５ 磁気センサ
５０ 金属基板
５２ｕないし５２ｗ ホールセンサ
５３ ワイヤハーネス
６０ ウォータカバー
６１ 冷却水通路
６５ 案内面
６６ 案内面
６７ エアフローガイド部
７０ 放熱フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの始動時にブラシレスモータとして動作して前記エンジンを始動させるために該エンジンのクランク軸を回転駆動し、前記エンジンが始動した後は該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作するスタータジェネレータであって、
周壁部と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部とを有するロータヨークと該ロータヨークの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石とを有して前記ロータヨークの底壁部の中央に設けられたボス部が前記エンジンのクランク軸に結合されるロータと、
前記エンジンのケースに固定されるステータブラケットと、
電機子鉄心と該電機子鉄心に巻回された多相の電機子コイルとを有して前記電機子鉄心が前記ステータブラケットに固定されて前記ロータの内側に配置されるステータと、
前記ロータヨークの底壁部に対向する端部壁と前記ロータヨークの周壁部を取り囲む筒状の側壁部とを有し、前記エンジンに対して液密にシールされた状態で固定されて前記ロータ及びステータを収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間を内部に形成する保護カバーと、
を具備し、
前記ロータヨークの底壁部の外周寄りの部分の外面に、前記ロータヨークの周方向に並ぶ多数の送風羽が形成されるとともに、前記多数の送風羽のそれぞれに隣接する位置に前記ロータヨークの底壁部を貫通した多数の通風孔が形成されて、該多数の送風羽により、ロータが回転した際に前記ロータヨーク内の空気を前記通風孔を通して引き出して前記ロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンが構成され、
前記遠心送風ファンにより前記ロータヨークの外周側に送り出されて前記保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して前記ステータブラケット側に流れた空気を前記ロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面が前記ステータブラケットに設けられているスタータジェネレータ。
【請求項２】
前記ステータブラケットは、前記ロータの軸線と直交する板面を有し、前記ロータヨークの周壁部よりも大きい外径を有して、中央部に前記ロータヨークのボス部を同心的に取り囲む孔が設けられた基板部と、該基板部の内周部から前記ロータ側に突出して前記ロータヨークのボス部を取り囲む環状の内周壁部と、前記ロータヨークの周壁部よりも外側の位置で前記基板部の外周部から前記ロータ側に突出した外周壁部とを有して、前記基板部が前記エンジンのケースに設けられた環状のステータ取り付け用周壁部の端面に液密にシールされた状態で接続されるように構成され、
前記ステータは、前記ステータブラケットの内周壁部に固定され、
前記保護カバーは前記側壁部の開口端を前記ステータブラケットの外周壁部の端面に突き合わせた状態で前記ステータブラケットに固定され、
前記ステータブラケットの外周壁部と前記基板部との間の境界部に前記案内面が形成されている請求項１に記載のスタータジェネレータ。
【請求項３】
前記保護カバーの端部壁の内面及び前記保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成されている請求項１または２に記載のスタータジェネレータ。
【請求項４】
前記保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うようにウォータカバーが取り付けられて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路が形成され、
前記ウォータカバーと前記保護カバーとの間に形成された冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導入し得るように構成されている請求項１または２に記載のスタータジェネレータ。
【請求項５】
前記冷却水通路に接する前記保護カバーの端部壁の内面及び前記冷却水通路に接する側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成されている請求項４に記載のスタータジェネレータ。
【請求項６】
前記ロータヨークの底壁部の外面に、前記ロータの磁極と同数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された位置検出用磁石が取り付けられ、
前記位置検出用磁石の磁極の極性を検出して前記ロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサが前記保護カバーの端部壁の冷却水通路に接している部分の内面に熱的に結合された状態で取り付けられ、
前記エンジンの始動時に前記磁気センサにより検出される回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って前記電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置が設けられて、前記エンジンの始動時に前記駆動制御装置により前記電機子コイルに駆動電流が供給されることにより、ブラシレスモータとして駆動される請求項４または５に記載のスタータジェネレータ。
【請求項７】
前記磁気センサは、金属基板にホール素子を実装したものが用いられて、該金属基板が前記保護カバーの端部壁の冷却水通路に接している部分の内面に熱的に結合された状態で取り付けられている請求項６に記載のスタータジェネレータ。
【請求項１】
エンジンの始動時にブラシレスモータとして動作して前記エンジンを始動させるために該エンジンのクランク軸を回転駆動し、前記エンジンが始動した後は該エンジンにより駆動されて磁石発電機として動作するスタータジェネレータであって、
周壁部と該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部とを有するロータヨークと該ロータヨークの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石とを有して前記ロータヨークの底壁部の中央に設けられたボス部が前記エンジンのクランク軸に結合されるロータと、
前記エンジンのケースに固定されるステータブラケットと、
電機子鉄心と該電機子鉄心に巻回された多相の電機子コイルとを有して前記電機子鉄心が前記ステータブラケットに固定されて前記ロータの内側に配置されるステータと、
前記ロータヨークの底壁部に対向する端部壁と前記ロータヨークの周壁部を取り囲む筒状の側壁部とを有し、前記エンジンに対して液密にシールされた状態で固定されて前記ロータ及びステータを収容する密閉されたロータ・ステータ収容空間を内部に形成する保護カバーと、
を具備し、
前記ロータヨークの底壁部の外周寄りの部分の外面に、前記ロータヨークの周方向に並ぶ多数の送風羽が形成されるとともに、前記多数の送風羽のそれぞれに隣接する位置に前記ロータヨークの底壁部を貫通した多数の通風孔が形成されて、該多数の送風羽により、ロータが回転した際に前記ロータヨーク内の空気を前記通風孔を通して引き出して前記ロータヨークの外周側に送り出す遠心送風ファンが構成され、
前記遠心送風ファンにより前記ロータヨークの外周側に送り出されて前記保護カバーの側壁部とロータヨークの周壁部との間の隙間を通して前記ステータブラケット側に流れた空気を前記ロータヨークの内側に流入させるように案内する案内面が前記ステータブラケットに設けられているスタータジェネレータ。
【請求項２】
前記ステータブラケットは、前記ロータの軸線と直交する板面を有し、前記ロータヨークの周壁部よりも大きい外径を有して、中央部に前記ロータヨークのボス部を同心的に取り囲む孔が設けられた基板部と、該基板部の内周部から前記ロータ側に突出して前記ロータヨークのボス部を取り囲む環状の内周壁部と、前記ロータヨークの周壁部よりも外側の位置で前記基板部の外周部から前記ロータ側に突出した外周壁部とを有して、前記基板部が前記エンジンのケースに設けられた環状のステータ取り付け用周壁部の端面に液密にシールされた状態で接続されるように構成され、
前記ステータは、前記ステータブラケットの内周壁部に固定され、
前記保護カバーは前記側壁部の開口端を前記ステータブラケットの外周壁部の端面に突き合わせた状態で前記ステータブラケットに固定され、
前記ステータブラケットの外周壁部と前記基板部との間の境界部に前記案内面が形成されている請求項１に記載のスタータジェネレータ。
【請求項３】
前記保護カバーの端部壁の内面及び前記保護カバーの側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成されている請求項１または２に記載のスタータジェネレータ。
【請求項４】
前記保護カバーの端部壁の少なくとも一部と該保護カバーの側壁部の少なくとも一部とを外側から覆うようにウォータカバーが取り付けられて、該ウォータカバーと保護カバーとの間にエンジンの冷却水が導入される冷却水通路が形成され、
前記ウォータカバーと前記保護カバーとの間に形成された冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導入し得るように構成されている請求項１または２に記載のスタータジェネレータ。
【請求項５】
前記冷却水通路に接する前記保護カバーの端部壁の内面及び前記冷却水通路に接する側壁部の内周に多数の突起または放熱フィンが形成されている請求項４に記載のスタータジェネレータ。
【請求項６】
前記ロータヨークの底壁部の外面に、前記ロータの磁極と同数の磁極が周方向に等角度間隔で並ぶように着磁された位置検出用磁石が取り付けられ、
前記位置検出用磁石の磁極の極性を検出して前記ロータの回転角度位置情報を含む信号を出力する磁気センサが前記保護カバーの端部壁の冷却水通路に接している部分の内面に熱的に結合された状態で取り付けられ、
前記エンジンの始動時に前記磁気センサにより検出される回転角度位置情報に基づいて決定される励磁パターンに従って前記電機子コイルに駆動電流を流す駆動制御装置が設けられて、前記エンジンの始動時に前記駆動制御装置により前記電機子コイルに駆動電流が供給されることにより、ブラシレスモータとして駆動される請求項４または５に記載のスタータジェネレータ。
【請求項７】
前記磁気センサは、金属基板にホール素子を実装したものが用いられて、該金属基板が前記保護カバーの端部壁の冷却水通路に接している部分の内面に熱的に結合された状態で取り付けられている請求項６に記載のスタータジェネレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２７８７５１（Ｐ２００９−２７８７５１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６８１７（Ｐ２００８−１２６８１７）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
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