起动机兼发电机本发明专利申请是申请日为2001年4月3日、申请号为01112429.6、 发明名称为"起动机兼发电机"的发明专利申请的分案申请。 技术领域本发明涉及一种起动机兼发电机，特别涉及一种具有用于控制由无 刷电机构成的起动机的通电时间的转子角度传感器和发动机的点火触发 器（卜卩力'）用脉冲传感器的起动机兼发电机。背景技术在发动机中设有作为点火触发器用的脉冲传感器即脉冲拾取装置。 特开平7-103119号公报公开了一种发动机，该发动机将拾取传感器设 在飞轮的内周面上，该拾取传感器用于检测拾取磁性体的通过周期，该 拾取磁性体设在与曲轴一体的旋转的飞轮的外周面上。另外，在由固定在曲轴上的磁性体转子和定子构成的起动机兼发电 机中，在将该旋转机做成无刷方式时，在点火触发器用脉冲传感器之外 需要通电时间控制用的转子角度传感器。这样，在设有转子角度传感器 和脉冲传感器时，难以确保这些传感器和磁阻的设置空间。另外将磁阻 加工在曲轴的飞轮上或加工分体的磁阻板都需要花费工时。鉴于上述状况，考虑将上述转子角度传感器安装在曲轴箱上而回避 对飞轮的加工。图19是将转子角度传感器安装在曲轴箱上的起动机兼发 电机的剖面图，图20是起动机兼发电机的特别是定子部分的正视图。在 两图中，曲轴201由轴承209和未图示的另一轴承支承在曲轴箱202上， 在从曲轴箱202向外部突出着的曲轴201的端部上固定着杯状的外转子 60，该外转子60将磁性体62配置在内周面上。安装在曲轴箱202上的隔壁202a上由3根螺栓279安装着与曲轴 201同心地配置着的定子50。另外，在隔壁202a和定子50之间配置着 转子角度传感器29，用螺栓100安装在隔壁202a上。在外转子60的轮

毂60a上安装着环状转子角度传感器用磁性体33a，磁性体33a和上述 转子角度传感器29的感知部分相互相对着。在外转子60的外周上安装着磁阻60b，设有脉冲传感器30a，该脉 冲传感器30a外转子60每旋转一圏检测该磁阻60b并发出定时信号。在上述起动机兼发电机中不容易提高旋转角度传感器29和定子50 的相对位置关系精度，因此，难以提高转子相对定子的角度位置检测精 度，另外，由于转子角度传感器直接安装在温度比较高的曲轴箱上，因 此要求传感器的壳体和传感器元件等具有高耐热性。发明内容本发明的目的是提供一种起动机兼发电机，该起动机兼发电机可以 消除上述问题，提高了检测精度，可以在小的空间内配置脉冲传感器和 转子角度传感器以及与这些传感器对应的磁性体。为了达到上述目的，本发明的第一特征是，在曲轴部设有无刷旋转传感器，上述转子角度传感器^装在上述旋转电机的定子上。根据该第一特征，由于转子角度传感器安装在定子上，可以将两者 的相对关系高精度地与预定关系一致。因此可以提高转子相对定子的角 度位置检测精度。另外，本发明的第二特征是，上述转子角度传感器配置在上述定子 的发动机一侧、并且由从上述定子的上述发动机的相反侧接合的固结装 置安装着。根据该第二特征，由于可以在发动机侧即离曲轴端远的径向跳动少 的位置进行检测角度，可以提高检测精度的同时可以从外侧用固结装置 进行转子角度传感器的安装，因此不仅使组装作业性良好而且可有效地 利用定子空间。另外，本发明的第三特征是，在具有连接在曲轴上的转子和定子的 无刷式起动机兼发电机中，备有点火触发器用的脉冲传感器和转子角度 传感器，该点火触发器用的脉冲传感器和转子角度传感器在定子上收容 在公共的传感器壳体内并相互接近地配置。

根据第三特征，由于将脉冲传感器和转子角度传感器收容在传感器 壳体内并一体地配置着，因此可以有效地利用空间，也可以一体地构成 与传感器相对应地设置的磁阻。另外，本发明的第四特征是，在曲轴轴向上，上述脉冲传感器靠近 发动机地被配置着，上述转子角度传感器靠近上述曲轴端地被配置着。另外，本发明的第五特征是，上述转子角度传感器由多个元件构成， 上述多个元件和上述脉冲传感器以等间隔配置在上述曲轴旋转方向。另外，本发明的第六特征是，上述转子角度传感器由一列地配置在 上述曲轴旋转方向上的多个元件构成，上述脉冲传感器配置在由上述多 个元件构成的转子角度传感器的上述曲轴旋转方向宽度内。根据上述第四特征，可以减小曲轴的径向跳动对发动机点火控制的 影响。根据第五特征，可以实现制造的容易化。另外，根据第六特征， 可以缩小曲轴旋转方向中的传感器的尺寸。另外，本发明的第七特征是，上述转子具有基本圆筒状的转子轭， 该转子轭具有顺沿上述定子外周的内周面，并且在该转子轭圆周方向配 置着多个磁铁插入孔，在该磁铁插入孔中以在上述磁铁插入孔的内壁面 与永久磁铁之间设有局部间隙的方式插入永久磁铁。附图说明图l是本发明的一实施例的起动机兼发电机的剖面图。图2是搭载了本发明的一实施例的起动机兼发电机的小型摩托车型 机动二轮车的侧面立体图。图3是表示含有本发明的一实施例的起动机兼发电机的发动机的要 部的剖面图。图4是表示从无级变速机侧看的旋转检测传感器的轮廓的图。图5是转子角度传感器磁性体环的模式图。图6是脉冲传感器用磁性体环的模式图。图7是变形力的脉冲传感器用磁性体环的模式图。图8是表示曲轴角度传感器和脉冲传感器配置的立体图。图9是表示曲轴角度传感器和脉沖传感器配置的变形例的立体图。

图IO是表示传感器壳体的安装例的剖视图。图11是外转子的转子轭的要部侧视图。图12是起动机兼发电机的控制系统的方框图。 图13是表示将起动机兼发电机作为起动机使用时的磁通密度分布 的图。图14是表示起动机兼发电机作为发电机使用时的的磁通密度分布 的图。图15是第二实施例的起动机兼发电机的剖面图。图16是从发动机侧看第二实施例的起动机兼发电机的定子部分的图。图17是表示转子角度传感器的安装形态的定子的要部剖面图。图18是传感器的连接图。图19是现有装置的起动机兼发电机的剖面图。图20是现有技术的起动机兼发电机的从曲轴轴端侧看定子部分的具体实施方式以下参照附图说明本发明的一实施例。图2是搭载了本发明的一实 施例的起动机兼发电机的小型摩托车型机动二轮车的侧面立体图。在该 图中，车体前部3a和车体后部3b通过低的底板部4连接着，构成车体 骨架的车体构架由下降管6和主管7构成主要部分。由主管7支承的燃 料箱和收容箱（都未图示）的上方配置着车座8。在车体前部的转向头5上自由转动地轴支承着向上方延伸的手柄11 和向下方延伸的前叉12,在前叉12的下端轴支承着前轮FW。手柄11 的上部用含有仪表盘的手柄軍13覆盖着。在主管7的立起部下端设有支 座15，在该支座15上通过连杆构件16自由摇动地连接支承着摆动单元 2的悬吊架18。在摆动单元2的前部搭载着单气缸4冲程内燃机E,从该内燃机E 到后方设有皮带式无级变速机26。在该变速机26的后部通过离心离合 器设置着减速机27，在减速机27上轴支承着后轮RW。在减速机27的

上端和主管7的上部弯曲部之间夹设着后緩冲器22。在从内燃机E延伸 出的吸气管23上连接着气化器24，在该气化器24上连接着空气滤清器 25。图3是沿曲轴的中心轴切断摆动单元2的剖面图。摆动单元2用通 过合体左曲轴箱202L和右曲轴箱202R构成的曲轴箱202覆盖着。曲轴 201由固定在右曲轴箱202R上的轴承208、 209自由旋转地支承着。在 该曲轴201上通过曲轴销213连接着连杆213a。左曲轴箱202L兼作皮带式无级变速机壳体，在一直延伸到左曲轴 箱202L的曲轴201上可旋转地设置着皮带驱动皮带轮210。皮带驱动皮定侧皮带轮半体210L通过轮毂211固定在曲轴201的左端部，在其右侧， 可动侧皮带轮半体210R花键嵌合在曲轴201上，可以与固定侧皮带轮 半体210L接近.离开。在两皮带轮半体210L、 210R之间绕挂着V型皮 带212。在可动侧皮带轮半体210R的右侧，凸轮板215固定在曲轴201上， 设在其外周端的滑动件215a滑动自由地与凸轮板滑动座部210Ra结合， 该凸轮板滑动座部210Ra在可动侧皮带轮半体210R的外周端沿轴向形 成。可动侧皮带轮半体210R的凸轮板215具有靠近外周向可动侧皮带 轮半体210R侧倾斜的锥面，该锥面和可动侧皮带轮半体210R之间的空 间中收容着干重球216。在曲轴201的旋转速度增大时，处于可动侧皮带轮半体210R和凸 轮板215之间的并一起旋转的干重球216由于离心力而向离心方向移动， 可动侧皮带轮半体210R被干重球216推压而向左方移动与固定侧皮带 轮210L接近。其结果，夹在两皮带轮半体210L、 210R之间的V型皮 带212向离心方向移动，其绕挂直径变大。在车辆的后部设有与上述皮带驱动皮带轮210对应的被动皮带轮 (未图示），V型皮带212绕挂在该被动皮带轮上。借助该皮带传动机构， 内燃机E的动力被自动调整地传递给离心离合器，通过上述减速机27 驱动后轮RW。在右曲轴箱202R内配设着组合了起动电机和AC发电机的起动机 兼发电机1。起动机兼发电机1由定子50、绕该定子50的外周旋转的外 转子60构成。外转子60具有与曲轴201连接的杯状的转子壳63和收容 在该转子壳63的内周面中的磁铁62,磁铁62由沿后述转子轭的内周方 向交替地穿插的N极和S极的永久磁铁构成。外转子60安装在曲轴201的前端锥部上，由螺栓253固定。配设外 转子60的内周侧的定子50由螺栓279固定在曲轴箱202上。在外转子 60上设有由螺栓246固定其中央圆锥部280a的裙部分的风扇280。与风 扇280相邻地设有散热器282,散热器282由散热器軍281覆盖着。在起动机兼发电机1与轴承209之间的曲轴201上固定着链轮231, 在该链轮231上绕挂着链，该链用于由曲轴201驱动凸轮轴（未图示）。 链轮231与齿轮232形成为一体，该齿轮232将动力传递给使润滑油循 环的泵。图U是外转子60转子轭的要部侧视图。转子轭61,通过将环状的 硅钢板（薄板）层叠为大致圆筒状而构成，设有设在转子轭61的圆周方 向的多个开口部611。在该多个开口部611内交替配置并沿轴向插入N 极和S极的永久磁铁。开口部611沿转子轭61的圆周方向以30度间隔 形成着12个。相邻的各开口部611之间起着极间极部613的作用。插在各开口部611内的永久磁铁62的横截面形状是中间部厚的大致 鼓状。开口部611的形状和永久磁铁62的横截面形状不相同，在永久磁 铁62插入孔开口部611中的状态下，在沿各7Jc久磁铁62的沿圆周方向 的两侧部形成着第一空隙612,在各永久磁铁62的两侧部的定子侧形成 着第二空隙614。不使永久磁铁62以整面与插入孔（开口部）611的内壁面接触。而 是以内周侧即定子侧的两端部的两点和外周侧中间部的一点合计三点与 插入孔（开口部）611的内壁面接触并被支承着。在该接触点以外的空 隙中可以填充用于固定永久磁铁62的粘接剂。借助上述三点支承不仅可 以将永久磁铁62机械式地保持在转子轭61的开口部611内，而且还可 以在二者之间确保填充粘接剂所需要的足够的间隙，因此，可以同时实

现组装工程的作业性的提高和永久磁铁的牢固的固定。另外通过在转子轭61的开口部611内以三点支承永久磁铁62，可以在防止永久磁铁在 开口部611内的位置错动的同时还可以最大限度地确保粘接剂的填充空 隙，从而可以实现由粘接剂所产生的极其牢固的固定。图12U动机兼发电机l的控制系统的方框图，与上述各图相同的 符号表示相同或同等的部分。控制单元40包括DC-DC变换器102、 点火控制装置103、三相驱动器104，该DC-DC变换器102将蓄电池 42的输出电压VBATT变换为逻辑电压VDD而供给CPUIOI，上述点火 控制装置103控制供向IG (点火器）线圏41的供电而以规定的时间使 点火火花塞43点火，上述三相驱动器104将电池电压VBATT变换为三 相交流电供向起动机兼发电机1的定子绕线53。节气门传感器45检测节气门开度eth并通知于CPU101 。转子角度 传感器29检测外转子60的旋转位置并向CUP101通知。调节器44根据 外转子60的旋转将产生于上述定子绕线53的感应电动势控制为电池电 压VBATT而供向电源线L。在该构成中，发动机起动时，CPU101根据由转子角度传感器29检 测的外转子61的旋转位置决定定子绕线53的励/磁时间，控制三相驱动 器104的各电源场效应晶体管（FET)的开关时间而向定子绕线53的各 相供给交流电。三相驱动器104的各电源场效应晶体管（Trl〜Tr6)由 CUP101进行PWM控制，负载比即驱动力矩根据由上述节气门传感器 45检测的节气门开度eth进行控制。另外，在发动机（内燃机）E起动时，停止从三相驱动器104向定 子绕线53的供电，这时起动机兼发电机1由内燃机E从动地驱动。这 时，在定子绕线53中对应于曲轴201的旋转速度产生起电力。该起电力 由调整器44控制为电池电压VBATT，之后与供给电气负载的同时，剩 余电力对电池42充电。下面对设在上述转子轭61上的各空隙部612、614的作用进行说明。 图13是表示将起动机兼发电机1作为起动电机使用时的磁通密度分布的 图，图14是表示将起动机兼发电机1作为发电机使用时的磁通密度分布的图。起动机兼发电机1作为起动电机使用时，在通过上述控制单元40 从电池42向各定子绕线53供给励磁电流时，如图13所示，从被N极定子侧表面穿过到背面，其大多数经由转子轭61的芯部615及极间极部 613,经由被相邻的S极励磁的定子显磁极52S、定子芯51返回到被上 述N极励磁的定子显磁极52N。在此，由形成在顺沿各永久磁铁62的圆周方向的两侧部的第一空隙 612减少从各永久磁铁62的侧部向极间极部613漏磁通，因此磁力线的 大部分从各永久磁铁62贯穿向转子轭61的芯部615，再经过上述极间 极部613到达定子50侧。结果，由于通过外转子60和定子50之间的空 气间隙的磁通的垂直成分增加，因此与不设空隙612的情况相比驱动力 矩增加。另外，由于在永久磁4失62的两端部处的转子轭的开口部的内壁 上也形成着用于限制圆周方向的磁路的空隙614，因此，通过转子辄61 内侧的漏》兹通也减少。即，形成在永久磁铁两侧的两处空隙614中的一方起到通过从转子 轭61的极间极部613向定子显磁极52S高效地导引磁通的作用，空隙 614的另一方起到将通过转子辄61的内侧圆周部的磁通从永久磁4失62N 高效地导引向定子显磁极52S的作用。其结果，通过外转子60和定子 50之间的空气间隙的磁通的垂直成分进一步增加，也可以进一步使起动 电才几的驱动力矩增加。另夕卜，在将起动机兼发电机l作为发电机使用时，如图14所示，由 于从各永久磁铁62产生的磁通与定子显磁极和定子芯一起形成闭磁路， 因此可以在定子绕线中产生对应于转子转速的发电电流。这样，磁通从永久磁铁背面流入的部位613a和空隙614的附近部位 613b、 613c中的磁力的流动对于起动时的力矩上升和作为发电^li动作时 的摩擦力的降低是非常重要的，因此，通过在部位613a、 613b及613c 处使转了轭61和永久磁铁62以高精度接触地进行定位，可以确保设计 上的磁力。

以下对转子角度传感器和脉冲传感器（以下将两者统称为"旋转检测传感器部件"）的轮廓进行说明。图18是各传感器连接图。三相的定子 绕线53的转子为了与上述三相驱动器104的连接而与控制单元40的端 子座40a连接。设在定子50上的转子角度传感器29以三个一组的元件 构成。另外，脉冲传感器30如后述地不仅可以与转子角度传感器29接 近地配置，而且也可以配置在外转子60的外周上。转子角度传感器29 和脉冲传感器30都以由通过霍尔元件构成的IC (集成电路）或磁阻 (MR)元件构成，各传感器的导线与基板31连接。

图1是表示旋转检测传感器的轮廓的起动机兼发电机1的剖面图。 图4是表示从无级变速机侧看到的旋转检测传感器的轮廓的图。在环状 定子50的内周中嵌入传感器壳体28，在该传感器壳体28内沿上述外转 子60的轮毂的外周相互等间隔地设有转子角度传感器29的三个元件和 脉冲传感器30。转子角度传感器29用于控制对无刷的起动机兼发电机1 的定子线圏的通电时间，脉冲传感器30用于发动机的点火控制。

转子角度传感器29和脉冲传感器30在曲轴201的轴向上相互错开， 角度传感器29靠近曲轴201的端部即位于风扇280侧，脉冲传感器30 靠近曲轴201的中央即靠近发动机地被设置。通过将脉冲传感器30靠近 曲轴201的中央地进行设置，可以减小曲轴201的径向跳动对检测精度 的影响，可以提高发动机点火控制的精度。旋转检测传感器29、 30的导 线与基板31连接，另外在基板31上接合着电气缆线32。

在外转子60的轮毂60a的外周上嵌入着给转子角度传感器29和脉 冲传感器30带来磁作用的磁环33。磁环33分别对应于转子角度传感器 29和脉冲传感器30地被二段磁化。在对应于转子角度传感器29的磁环 33的一方33a上沿圓周方向30度30度地交替地形成着N极和S极的磁 极（参照图5)。另外，在对应于脉冲传感器30的磁环33的另一方33b 上在圆周方向的一部位在15度~40度的角度范围内形成着磁极，用于 使脉冲传感器30在曲轴201每旋转一圏时输出一个脉冲（参照图6)。

磁环33最好是塑料磁环。另外也可以如图7所示地将磁性体33d 固定在塑料环部分33c上来代替对应于脉冲传感器30的磁环33b。

如图4所示，转子角度传感器29和脉冲传感器30可以是从曲轴201 方向看相互不重叠地进行配置，但是，为了使传感器壳体28紧凑，也不 一定限定于该配置。图8是表示使曲轴201旋转方向中的传感器壳体28 的尺寸减小了的例子的传感器部的要部立体图。在同图中，脉冲传感器 30沿轴向与沿曲轴201的旋转方向并列的三个转子角度传感器29间、 特别是三个转子角度传感器29中的正中间的传感器并列地配置着。根据 该配置，上述曲轴201旋转方向中的传感器壳体28的尺寸只要考虑收容 三个通过霍尔元件构成的IC (集成电路）程度的收容空间地进行设定即 可，因此可以小型化，而且传感器壳体28内的质量的集中化和重量平衡 好。另外，连接传感器29、 30的导线的基板31是平板，可以如图所示 地将其长度方向的端面设定为顺沿鞍状的传感器壳体28的内壁的圆弧 状。图9是变形侧的传感器部的立体图。在该变型例中，与图8不同， 将基板31设在旋转检测传感器29、 30的上部即靠近定子50的外周，为 了使与传感器29、 30的距离均等，基板31可以不是平板状，而形成为 圆弧状。例如，如果使用可挠性的乙烯基板则可以容易地形成为圆弧状。 这样，通过使传感器29、 30和基板31的距离均等，使传感器29、 30 的端子的长度和形状一致，因此，容易地进行与基板31的连接，传感器 壳体28内的质量的集中化和重量平衡良好。为了将传感器壳体28安装在定子50上，例如从传感器壳体28鼓出 座28a(参照图4)，只要将该座28a螺紋固定在定子50上即可。另夕卜， 也可以将传感器壳体28从风扇280侧螺紋固定。图10是表示传感器壳 体28的安装例的剖面图，与图4相同的符号表示相同或同等部分。在同 图中，在传感器壳体28内埋入嵌入螺母34。另外，嵌入螺母34的设置 位置在图4中用符号34a表示。在定子50的上述风扇280侧的面上贴靠 着板35,该板35与散热器50a的端面结合着。夹着该板35地将螺栓36 螺旋插入嵌入螺母34而将传感器壳体28安装在定子50上。由此，可以 将传感器壳体28沿定子50的径向小型化，因此也可以确保定子的空间， 增加线圏绕线。 以下说明本发明的第二实施例。图15是第二实施例的起动机兼发电 机的剖面图，图16是从发动机中央侧看定子部分的图，与图l相同的符 号表示相同或同等部分。在两图中，在曲轴201的端部的锥面部分上固 定着具有轮毂60a的杯状的外转子60。轮毂60a由键70限定着其相对 曲轴201的旋转方向的位置，另外，用螺紋固定在曲轴201的端部的螺 丝部分上的螺母71限制在曲轴201的轴向上的移动。在外转子60的杯状部分的内周与图1的相同地设有含有》兹铁62的 转子轭，在该转子轭和轮毂之间的空间中与外转子60同心地配置着定子 50。定子50由从外侧即曲轴201端部侧插入的三根螺栓279安装在曲轴 箱202的隔壁202a上。在定子50和隔壁202a之间配置着收容着转子角度传感器29的传感 器壳体72,该传感器壳体72从与上述螺栓279同方向插入定子50中的、 作为连接装置的螺栓73固定在定子50上。即，传感器壳体72有效地利 用螺栓279间的空间地被安装着。在外转子60的轮毂60a上设置着环状的转子角度传感器用磁性体 33a。磁性体33a和上述转子角度传感器29的感知部分相互相对地被定 位。在外转子60的外周上形成着磁阻60b，设有通过外转子60每旋转 一圏检测该磁阻60b而发出定时信号的脉沖传感器30A。上述各传感器29、30A的导线和定子绕线的引出部分布线在定子50 和隔壁202a之间，用缆线夹子74捆住。缆线夹子74由螺栓75固定在 定子50上。接着，进一步详细地叙述转子角度传感器部分。图17是定子的要部 断面图。在同图中，由电气绝缘材料构成的传感器壳体72上埋设着嵌入 螺母76,将贯通定子50的螺栓73的螺紋插入嵌入螺母76中，由此将 传感器壳体72固定在定子50的侧面上。传感器壳体72的靠定子50内 周的位置埋设着作为转子角度传感器29的霍尔元件，该霍尔元件的导线 与基板31a连接，转子角度传感器29如上所述地是三个一组，这争传感 器的导线汇总到M 31a上，由覆盖皮78引出到上述控制单元40。在 定子50的两侧面上配设着绝^ 77,通过该绝^ 77将绕线55绕在 定子50上。在该第二实施例中，通过将脉沖传感器30A配置在外转子60的外 周上来检测磁阻60b。但是，也可以与第一实施例（图l)相同相邻地配 置转子角度传感器29和脉冲传感器30A检测配设在外转子60的轮毂60a 外周上的磁性体33。主要是，只要是将转子角度传感器29和脉冲传感 器30A中的至少转子角度传感器29安装在定子50上即可。从以上说明可知，根据技术方案l、 2的发明，由于转子角度传感器 安装在定子上，因此可以提高转子角度传感器和定子的位置精度，转子 相对定子的角度位置检测精度变好。另外，根据技术方案2的发明可以 提高将转子角度传感器安装在定子上时的作业性。另外，根据技术方案2 ~技术方案7的发明，由于将脉冲传感器和 转子角度传感器收容在传感器壳体内并配置为一体，因此可以有效地利 用空间，也可以一体地构成对应于传感器设置的磁阻。特别是，根据技 术方案4的发明，由于可以减小曲轴的径向跳动对发动机点火控制的影 响，因此可以提高点火时的精度。另外，根据技术方案6的发明可以缩 小曲轴旋转方向上的传感器的尺寸。另外，根据技术方案7的发明，在谋求作为起动机起动时的力矩提 高和作为发电机动作时的摩擦力的降低的起动机兼发电机中，可以不对 设计上的磁力给予影响地容易且牢固地固定磁铁。