CN101532424B

CN101532424B - 通用发动机

Info

Publication number: CN101532424B
Application number: CN200910118773.9A
Authority: CN
Inventors: 吉田贤一; 铃木敏行
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2009216018A; CN101532424A; DE102009012412A1; JP5058035B2; US8222753B2; US20090230695A1

Abstract

本发明提供一种通用发动机，其实现用于发电用途的通用发动机的轻量化·小型化。在旋转轴(9)的一侧的突出部位上可以安装作为选装部件而提供的外部装置，在旋转轴(9)的另一侧的突出部位上，一体地安装由发电用转子(33)(外转子)和定子(32)构成的轴向间隙型电动发电机(3)。

Description

通用发动机

技术领域

本发明涉及一种将轴向间隙型电动发电机一体化的通用发动机。

背景技术

作为通用发动机的典型的利用方式之一，存在下述方式，即，将作为外部装置的发电体外置于发动机上，使用发动机的驱动力进行发电。在专利文献1中，公开了将径向间隙型的电动发电机(发电体)外置的通用发动机。

专利文献1：特开2001-295657号公报

发明内容

当前，在将发电体外置于通用发动机上的情况下，必须将作为外部装置的发电体安装在从通用发动机的侧方突出的发动机的旋转轴上。但是，与通用发动机分体化的发电体，其自身的尺寸以及重量非常大。因此，在单纯地将发电体外置的情况下，存在整体的尺寸及重量变大，用户难以使用的问题。

因此，本发明的目的是，实现用于发电用途的通用发动机的轻量化·小型化。

为了解决上述课题，第1发明提供一种使轴向间隙型电动发电机与发动机主体一体化的通用发动机。利用发动机主体的驱动力进行旋转的旋转轴具有：第1突出部位，其从发动机主体的一个侧部突出；以及从所述发动机主体的另一侧的侧部突出的第2突出部位，在所述第1突出部位上，可以安装作为选装部件的外部装置。轴向间隙型电动发电机一体地安装在第2突出部位上。该轴向间隙型电动发电机具有：发电用转子，其与旋转轴一体地旋转；以及定子，其安装在发动机主体上，在旋转轴上配置于发电用转子的内侧，与发电用转子分离。在这里，优选在发电用转子的与定子相对的相对面上，沿圆周方向排列地安装多个磁体，在所述定子上接线并安装多个线圈。

在这里，在第1发明中，优选还具有后轭，其在旋转轴上配置于定子的内侧，与定子分离。另外，也可以在定子的外径比后轭的外径大的前提下，进一步设置安装部件，其以大致直线状延伸。在此情况下，优选安装部件的一端安装在发动机主体上，安装部件的另一端安装在定子的与后轭相比直径较大的部位。

另外，在第1发明中，也可以进一步设置多个第1散热片，其设置发电用转子上，沿圆周方向排列。在此情况下，优选在发电用转子的第1散热片的内侧进一步设置通气孔，其沿旋转轴的轴向贯穿发电用转子。另外，可以进一步设置散热片部件，其与旋转轴一体地旋转，插入定子的中空部位内，沿圆周方向排列有多个第2散热片，也可以使该散热片部件与发电用转子或者后轭一体形成。

另外，在第1发明中，优选发电用转子具有作为飞轮的功能，即，利用自身的惯性力，使旋转轴的旋转力稳定化。另外，也可以在发电用转子上安装用于检测旋转轴的旋转角度的点火用磁体。另外，也可以进一步设置反冲起动部，其与发电用转子相比配置在外侧，在使发动机主体起动时，强制地使旋转轴旋转。

第2发明提供一种使轴向间隙型电动发电机与发动机主体一体化的通用发动机。通过发动机主体的驱动力进行旋转的旋转轴具有：第1突出部位，其从发动机主体的一个侧部突出；以及从所述发动机主体的另一侧的侧部突出的第2突出部位，在所述第1突出部位上，可以安装作为选装部件的外部装置。在第2突出部位上，一体地安装轴向间隙型电动发电机。该轴向间隙型电动发电机具有：第1飞轮，其与旋转轴一体地旋转，利用自身的惯性力，使旋转轴的旋转力稳定化；以及定子，其安装在发动机主体上，在旋转轴上配置于第1飞轮的内侧，与第1飞轮分离，在定子上接线并安装多个线圈。在第1飞轮的与定子相对的相对面上，沿圆周方向排列地安装多个磁体。

在这里，在第2发明中，优选还具有第2飞轮，其在旋转轴上配置于定子的内侧，与定子分离，作为后轭起作用。另外，也可以在定子的外径比第2飞轮的外径大的前提下，进一步设置安装部件，其以大致直线状延伸。在此情况下，优选安装部件的一端安装在发动机主体上，安装部件的另一端安装在定子的与第2飞轮相比直径较大的部位。

另外，在第2发明中，也可以进一步设置多个第1散热片，其设置在第1飞轮上，沿圆周方向排列。在此情况下，优选在第1飞轮的第1散热片的内侧进一步设置通气孔，其沿旋转轴的轴向贯穿飞轮。另外，可以进一步设置散热片部件，其与旋转轴一体地旋转，插入定子的中空部位内，沿圆周方向排列有多个第2散热片，也可以使该散热片部件与第1飞轮或者第2飞轮一体形成。

另外，也可以在第1飞轮上安装用于检测旋转轴的旋转角度的点火用磁体。另外，也可以进一步设置反冲起动部，其与第1飞轮相比配置在外侧，在使发动机主体起动时，强制地使旋转轴旋转。

发明的效果

根据第1发明，作为发电体的轴向间隙型电动发电机与发动机主体一体化。因此，即使不将其作为外部装置而另外安装，也可以将通用发动机用于发电用途。另外，作为与发动机主体一体化的发电体，使用轴向间隙型电动发电机。因此，可以抑制旋转轴的轴向长度的增加。其结果，可以实现用于发电用途的通用发动机的小型化·轻量化。

根据第2发明，作为发电体的轴向间隙型电动发电机与发动机主体一体化。因此，即使不将其作为外部装置而另外安装，也可以将通用发动机用于发电用途。另外，作为与发动机主体一体化的发电体，使用轴向间隙型电动发电机。因此，不对现有通用发动机所具有的飞轮的大小等规格进行较大地变更，而仅通过追加发电用磁体等，就可以对第1飞轮附加作为发电用转子的功能。因此，可以抑制旋转轴的轴向长度的增加。其结果，对于以现有通用发动机为基础的发电用发动机，不需要对现有设计及规格进行较大地变更，可以以低成本实现，且可以实现小型化·轻量化。

附图说明

图1是从旋转轴的一端侧观察的通用发动机的展开立体图。

图2是从旋转轴的另一端侧观察的通用发动机的展开立体图。

图3是通用发动机的展开侧面图。

图4是由壳体内的气流进行冷却的冷却机构的说明图。

图5是使用了通用发动机的充电/放电系统的说明图。

具体实施方式

图1以及图2是本实施方式所涉及的通用发动机1的展开立体图，图1是从旋转轴9的一端侧观察的图，图2是从旋转轴9的另一端侧观察的图。另外，图3是通用发动机1的展开侧面图，该图中所示的标号C表示旋转轴9的轴向(轴线方向)。该通用发动机1具有使轴向间隙型电动发电机3与发动机主体2一体化的形式，用于发电用途。通用发动机1主要由发动机主体2、轴向间隙型电动发电机3、反冲起动部(recoil)4、壳体5、以及燃料箱6构成。

发动机主体2具有与通常的通用发动机相同的结构。在该发动机主体2的上部，安装用于储存燃料的燃料箱6。旋转轴9利用发动机主体2的驱动力而旋转。旋转轴9分别从发动机主体2的左右侧部突出，具有图3所示的突出部位9a、9b。在从发动机主体2的一侧的侧部突出的突出部位9a上，可以安装任意的外部装置(未图示)，该外部装置与通用发动机1分体化，作为选装部件而提供。另一方面，在从该突出部位9a的相反侧即另一侧的侧部突出的突出部位9b上，一体地安装轴向间隙型电动发电机3。

轴向间隙型电动发电机3，主要由圆盘状的发电用转子33(以下称为“外转子”)、以及中空状的定子32构成。在本说明书中，将外转子33的左右侧面中、与定子32相对的一侧称为“相对面”，将不与定子32相对的一侧称为“非相对面”(对于后述的后轭31也相同)。外转子33通过将其中心固定在旋转轴9上而与旋转轴9一体地旋转。在外转子33的相对面上，沿圆周方向排列地安装例如钕类永久磁体等多个发电用磁体33a，相邻的发电用磁体33a的极性交替地反转。定子32具有围绕其中心形成中空部位的环形形状。定子32经由大致直线状地延伸的多个安装部件7，固定在发动机主体2上。定子32，在旋转轴9上配置于外转子33的内侧，并在旋转轴9的轴向C上与外转子33分离。在定子32上接线并安装例如集中绕组导线等多个线圈32a。

另外，在与由上述部件32、33构成的轴向间隙型电动发电机3相邻、并与旋转轴9上的定子32相比位于内侧的位置上，配置与旋转轴9一体地旋转的圆盘状的后轭31。后轭31在轴向C上与定子32分离。后轭31是为了高效地确保外转子33中的发电用磁体33a的磁束通路而辅助使用的(但不是必须的)，例如，可以使用比较薄的铁板等。另外，在后轭31上设置有多个通气孔31b。沿圆周方向排列的上述通气孔31b沿轴向C贯穿后轭31。通气孔31b与外转子33侧的部位33b、33c、34协作，起到将发动机主体2以及轴向间隙型电动发电机3这两者冷却的作用。

在外转子33上设置有多个冷却散热片33c、多个通气孔33b、以及散热片部件34。沿圆周方向排列的冷却散热片33c，分别从外转子33的非相对面沿轴向C直立，向大致直径方向延伸。另外，沿圆周方向排列的通气孔33b设置在冷却散热片33c的内侧，沿轴向C贯穿外转子33。设置于外转子33的相对面上的散热片部件34，在外圆周上排列有向直径方向延伸的多个冷却散热片，与旋转轴9一体地旋转。此外，散热片部件34只要采用与旋转轴9一体地旋转的方式即可，不必一定与外转子33一体形成，也可以与后轭31一体形成，也可以相对于上述部件31、33作为单独的部件而形成。散热片部件34插入·收容在定子32的中空部位内。

后轭31的外径比位于其外侧的定子32的外径小。其原因是，使用于将定子32安装在发动机主体2上的安装部件7的形状最优化，抑制由发动机主体2的振动引起的定子32的位移(振动的放大)。在此情况下，定子32的向直径方向(径向方向)突出的部位(与后轭31相比直径较大的部位)，作为用于固定臂状的安装部件7的一端的部位、即安装部使用。另外，由于后轭31比定子32直径小，所以即使安装部件7的形状为其延伸长度最短的大致直线状，也可以避免与后轭31发生干涉。

轴向间隙型电动发电机3，由成对的外转子33和定子32构成，存在于外转子33的相对面和与其相对的定子32的平面之间的间隙，相当于轴向间隙。此外，在采用不使用电磁钢板的轴向间隙型电动发电机3的情况下，与通常的径向间隙型电动发电机相比较，可以减少铁损，高效地发电。

由于固定在旋转轴9的突出部位9b上的外转子33，除了其自身的自重以外，还要嵌入发电用磁体33a，所以具有一定程度的重量。因此，外转子33起到飞轮的作用，即，利用旋转时的自身的惯性力，使在发动机主体2的1个循环期间变化的旋转轴9的旋转力稳定化。相同地，后轭31在具有一定的重量的情况下，也可以作为飞轮起作用。

在外转子33的非相对面侧，即外转子33的外侧，设置反冲起动部4，该反冲起动部4在使发动机主体2起动时，强制地使旋转轴9旋转。在该反冲起动部4上形成进气口，其吸入用于将发动机主体2以及轴向间隙型电动发电机3冷却的空气。具有上述结构的轴向间隙型电动发电机3，其大致整体被壳体5覆盖。该壳体5具有将从反冲起动部4的进气口吸入的空气导入至发动机主体2侧的内部形状。

在外转子33上，安装用于检测旋转轴9的旋转角度的点火用磁体8(参照图3)。在本实施方式中，点火用磁体8安装在外转子33的非相对面侧，通过未图示的位置检测传感器，检测点火用磁体8的位置、即旋转轴9的旋转角度。位置检测传感器，以与外转子33的外缘相比位于外侧的方式安装在发动机主体2上，在外转子33的直径方向上与点火用磁体8相对时，对其进行检测。在此情况下，为了避免与定子32发生干涉，必须将位置检测传感器安装在与定子32的外缘相比的外侧，从而使得其与点火用磁体8之间的间隙变大，但可以确保实际使用中不会发生问题的检测精度。此外，在安装于外转子33上的情况下，在该点火用磁体8的附近同时设置点火线圈等点火系统部件(未图示)。通过将点火系统部件设置在更外侧，可以容易地进行维护时的间隙调整。

此外，点火用磁体8也可以不安装在外转子33上，而是安装在后轭31上。例如，将点火用磁体8安装在外转子33的非相对面侧等。

如果通过发动机主体2的驱动而旋转轴9旋转，则与旋转轴9一体化的外转子33也旋转。如果外转子33旋转，则安装在外转子33上的发电用磁体33a，以旋转轴9的轴线为中心，在铅直方向上旋转，因此使外转子33的周围的磁场急剧地改变。由此，在设置于外转子33附近的定子32的线圈32a中，流过由发电用磁体33a的电磁感应产生的感应电流。通过这种发电机构，轴向间隙型电动发电机3生成·输出电力。

图4是由壳体5内的气流进行冷却的冷却机构的说明图。需要注意的是，在该图中，部件31～33以沿轴向C较远地分离的方式示出，但这只是为了方便说明，实际中比该状态更接近，外转子33的散热片部件34插入定子32的中空部位中。如果通过发动机主体2的驱动而旋转轴9旋转，则设置在外转子33上的冷却散热片33c沿圆周方向发生位移。由此，从反冲起动部4的进气口吸入的空气的一部分(外气流)，利用冷却散热片33c向外转子33的外圆周方向流出。并且，向外圆周流出的外气流，一边沿壳体5的内部形状回旋，一边向轴向C流动，直至到达发动机主体2。利用该外气流，将外转子33的外周部位、定子32的外周部位冷却(后轭31的外周部位也被冷却)，进而发动机主体2也被冷却。

另外，如果旋转轴9旋转，则与外转子33一体化的散热片部件34也旋转。由此，从反冲起动部4的进气口吸入的空气的一部分(内气流)，通过外转子33的通气孔33b，流入至定子32的中空部位，即，轴向间隙型电动发电机3的内部。并且，流入至内部的内气流的一部分，利用散热片部件34的旋转，经过外转子33和定子32之间的间隙(轴向间隙)而向定子32的外圆周方向流出。另外，内气流的一部分，经过定子32和后轭31之间的间隙，向定子32的外圆周方向流出。并且，向外圆周流出的内气流与外气流汇合。利用该内气流，将后轭31、定子32以及外转子33的各自的内部冷却。另外，内气流的一部分，经过后轭31的通气孔31b，流过发动机主体2。通过如上述所示的气流，将轴向间隙型电动发电机3以及发动机主体2这两者冷却。此外，定子32的内部的气流方向，根据旋转轴9的旋转方向和散热片部件34的倾斜方向之间的关系而唯一地确定。

如上述所示，根据本实施方式，作为发电体的轴向间隙型电动发电机3与发动机主体2一体化。因此，即使不将其作为外部装置而另外安装，也可以将通用发动机1用于发电用途。另外，在安装某些外部装置时，可以使该外部装置的使用、和轴向间隙型电动发电机3的发电并行进行。作为一体化的发电体，使用轴向间隙型电动发电机3。因此，可以抑制旋转轴9的轴向长度的增加。其结果，可以实现用于发电用途的通用发动机1的小型化·轻量化。

通常，轴向间隙型电动发电机3与径向间隙型电动发电机相比较，具有径向方向(直径方向)的尺寸较小的优点。因此，通过安装发电用磁体33a，可以对飞轮附加作为外转子33的功能，而不需要对现有通用发动机所具有的飞轮的尺寸等规格、或者与其相应的发动机主体的规格等进行较大的变更。其结果，对于以现有通用发动机为基础的发电用途的通用发动机1，不对现有设计及规格进行较大的变更，就可以以低成本实现，且可以提高发电能力，同时实现小型化·轻量化。

在以具有飞轮的现有通用发动机为基础的情况下，在安装于突出部位9b上而与旋转轴9一体地旋转的飞轮中的相对面上，在圆周方向上排列地安装多个发电用磁体33a。另外，将定子32以与该飞轮分离的方式配置在旋转轴9上的飞轮的内侧。通过对飞轮实施这种改良，可以使它们与外转子33在功能上等价。相同地，在旋转轴9上配置于定子32的内侧并与定子32分离的后轭31，也可以作为飞轮起作用。

另外，根据本实施方式，可以高效地将轴向间隙型电动发电机3以及发动机主体2冷却。即，利用冷却散热片33c在圆周方向的位移而向外转子33的外圆周方向流出的外气流，被沿壳体5向轴向C引导，直至到达发动机主体2。另外，利用散热片部件34的旋转从通气孔33b吸入的内气流，从定子32的中空部位通过间隙，与上述外气流汇合。利用上述外气流和内气流，将由外转子33以及定子32构成的轴向间隙型电动发电机3、发动机主体2冷却。

另外，根据本实施方式，通过在与定子32相比配置于外侧的外转子33上形成冷却散热片33c，可以使同一部件兼有发电功能和冷却功能，可以减少所使用的磨损部件数量。另外，在进一步将点火用磁体8安装在外转子33上的情况下，可以兼有发动机控制功能，可以进一步减少通用发动机1的部件数量。另外，由于上述效果，使轴向间隙型电动发电机3的装配作业变容易，有助于提高批量生产性。

此外，在上述实施方式中，着眼于轴向间隙型电动发电机3的发电、即充电，但也可以进行充电/放电这两者。图5是使用通用发动机1的充电/放电系统的说明图。在充电时，使从定子32流出的电流经由单元10流入电源11。单元10对电源11的充放电进行控制。另外，电源11例如是铅电池、锂离子电池、电容器等可充放电的蓄电装置。由此，将旋转体的动能变换为电能，对电源11进行充电。另一方面，在放电时，使从电源11流出的电流经由单元10流过定子32。由此，将电能变换为旋转体的动能，使轴向间隙型电动发电机3开始旋转。利用这种充电/放电，不仅使轴向间隙型电动发电机3作为发电体起作用，还可以作为通用发动机1的启动器起作用。此外，充电/放电的切换是通过单元10中的切换开关的操作而进行的。

Claims

1.一种通用发动机，其特征在于，具有：

发动机主体；

旋转轴，其利用所述发动机主体的驱动力进行旋转，具有从所述发动机主体的一侧的侧部突出的第1突出部位、以及从所述发动机主体的另一侧的侧部突出的第2突出部位，在所述第1突出部位上，可以安装作为选装部件的外部装置；以及

轴向间隙型电动发电机，其一体地安装在所述第2突出部位上，

所述轴向间隙型电动发电机具有：

发电用转子，其与所述旋转轴一体地旋转；

定子，其安装在所述发动机主体上，在所述旋转轴上配置于所述发电用转子的内侧，并与所述发电用转子分离，所述定子围绕其中心形成中空部位；以及

散热片部件，其与所述旋转轴一体地旋转，插入所述定子的中空部位内，沿圆周方向排列有多个第1散热片。

2.根据权利要求1所述的通用发动机，其特征在于，

在所述发电用转子的与所述定子相对的相对面上，在圆周方向上排列地安装多个磁体，

在所述定子上接线并安装多个线圈。

3.根据权利要求1所述的通用发动机，其特征在于，

还具有后轭，其在所述旋转轴上配置于所述定子的内侧，与所述定子分离。

4.根据权利要求3所述的通用发动机，其特征在于，

还具有安装部件，其以大致直线状延伸，

所述定子的外径比所述后轭的外径大，

所述安装部件的一端安装在所述发动机主体上，所述安装部件的另一端安装在所述定子的与所述后轭相比直径较大的部位上。

5.根据权利要求1所述的通用发动机，其特征在于，

还具有多个第2散热片，其设置在所述发电用转子上，沿圆周方向排列。

6.根据权利要求5所述的通用发动机，其特征在于，

还具有通气孔，其设置在所述发电用转子的所述第2散热片的内侧，沿所述旋转轴的轴向贯穿所述发电用转子。

7.根据权利要求3所述的通用发动机，其特征在于，

所述散热片部件与所述发电用转子或者所述后轭一体形成。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的通用发动机，其特征在于，

所述发电用转子具有作为飞轮的功能，即，利用自身的惯性力，使所述旋转轴的旋转力稳定化。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的通用发动机，其特征在于，

在所述发电用转子上，安装用于检测所述旋转轴的旋转角度的点火用磁体。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的通用发动机，其特征在于，

还具有反冲起动部，其与所述发电用转子相比配置在外侧，在使所述发动机主体起动时，强制地使所述旋转轴旋转。

11.一种通用发动机，其特征在于，具有：

发动机主体；

所述轴向间隙型电动发电机具有：

第1飞轮，其与所述旋转轴一体地旋转，利用自身的惯性力，使所述旋转轴的旋转力稳定化；

定子，其安装在所述发动机主体上，在所述旋转轴上配置于所述第1飞轮的内侧，与所述第1飞轮分离，在该定子上接线并安装多个线圈，所述定子围绕其中心形成中空部位；以及

散热片部件，其与所述旋转轴一体地旋转，插入所述定子的中空部位内，沿圆周方向排列有多个第1散热片，

在所述第1飞轮的与所述定子相对的相对面上，沿圆周方向排列地安装多个磁体。

12.根据权利要求11所述的通用发动机，其特征在于，

还具有第2飞轮，其在所述旋转轴上配置于所述定子的内侧，与所述定子分离，作为后轭起作用。

13.根据权利要求12所述的通用发动机，其特征在于，

还具有安装部件，其以大致直线状延伸，

所述定子的外径比所述第2飞轮的外径大，

所述安装部件的一端安装在所述发动机主体上，所述安装部件的另一端安装在所述定子的与所述第2飞轮相比直径较大的部位上。

14.根据权利要求11所述的通用发动机，其特征在于，

还具有多个第2散热片，其设置在所述第1飞轮上，沿圆周方向排列。

15.根据权利要求14所述的通用发动机，其特征在于，

还具有通气孔，其设置在所述第1飞轮的所述第2散热片的内侧，沿所述旋转轴的轴向贯穿所述飞轮。

16.根据权利要求12所述的通用发动机，其特征在于，

所述散热片部件与所述第1飞轮或者所述第2飞轮一体形成。

17.根据权利要求11至16中任意一项所述的通用发动机，其特征在于，

在所述第1飞轮上，安装用于检测所述旋转轴的旋转角度的点火用磁体。

18.根据权利要求11至16中任意一项所述的通用发动机，其特征在于，

还具有反冲起动部，其与所述第1飞轮相比配置在外侧，在使所述发动机主体起动时，强制地使所述旋转轴旋转。