JP2003269474A - 発電機能付軸受 - Google Patents

発電機能付軸受

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JP2003269474A
JP2003269474A JP2002070086A JP2002070086A JP2003269474A JP 2003269474 A JP2003269474 A JP 2003269474A JP 2002070086 A JP2002070086 A JP 2002070086A JP 2002070086 A JP2002070086 A JP 2002070086A JP 2003269474 A JP2003269474 A JP 2003269474A
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power generation
ring
generation function
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Kenichi Iwamoto
憲市 岩本
Koichi Okada
浩一 岡田
Hiroaki Oba
博明 大庭
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用の内燃機関の伝達駆動系に組立性良く、
かつコンパクトに設置できる発電機能付軸受を提供す
る。 【解決手段】 この発電機能付軸受は、転がり軸受１に
おける内輪６と外輪７の相対回転によって発電する発電
機２を、両輪６，７の間に内蔵してものである。発電機
２は、回転検出手段として兼用されるものであっても良
い。この軸受は、内燃機関の駆動伝達系において、クラ
ンク軸４などを支持する軸受として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、汎用の内燃機関
の駆動伝達系に設置される発電機能付軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】汎用エンジンでは、そのクランク軸に、
支持軸受とは別に発電機が設置され、各種の負荷の電源
に利用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、支持軸受と発
電機とを別置きとした構成では、組立が煩雑になるばか
りか、コンパクト性に欠けるという問題点を有する。こ
のため、小型の内燃機関使用機器、例えば刈払機等で
は、発電機を省略したものもあり、電源の確保に不便を
生じている。
【０００４】この発明の目的は、内燃機関の駆動伝達系
に組立性良く、かつコンパクトに発電機能を付与できる
発電機能付軸受を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の発電機能付軸
受は、内燃機関の駆動伝達系に設置される転がり軸受に
おいて、回転側の軌道輪と固定側の軌道輪との相対回転
によって発電する発電機を、両軌道輪の間に内蔵したこ
とを特徴とする。この構成によると、転がり軸受に発電
機が一体化されているので、軸受と発電機を別々に設置
するものに比べて組立性が向上する。また、発電機が軸
受に内蔵されるため、コンパクトな構成となる。
【０００６】この発明の発電機能付軸受は、例えば内燃
機関のクランク軸の支持に用いられる。クランク軸の支
持に適用することにより、支持軸受と発電機の機能が一
体化でき、内燃機関の周辺スペースの節約につながる。
【０００７】上記発電機は、回転検出と電力供給とを兼
ねるものであっても良い。発電機が発生する交流信号か
ら回転信号を取り出すことにより、回転検出機能も併せ
持つことが可能になる。例えば、発電機の出力の一部を
波形整形する手段を設けることにより、回転パルスを取
り出して回転検出が行える。そのため、回転センサを別
置きする必要がなくなる。支持軸受、発電機、および回
転センサの機能が一体化できて、スペースの節約効果が
大きい。
【０００８】上記発電機は、回転側の軌道輪に取付けら
れて円周方向に多極に磁化されたリング状の多極磁石か
らなるロータと、このロータと対向して固定側の軌道輪
に取付けられた磁性体のリング部材およびこのリング部
材に収容されたコイルを有するステータとでなるものと
しても良い。このように多極磁石を用いた発電機とする
ことにより、発電機の多極化、小型化が容易で、効率の
良い発電が行える。特に、発電機を回転検出手段として
兼ねさせる場合、多極磁石による多極化により、精度の
良い回転数検出が行える。
【０００９】多極磁石を用いた発電機とする場合に、上
記ステータのリング部材は、ロータと対面する部分に、
互いに対向方向に延びる２組の櫛歯状の爪が形成された
ものであって、両組の各爪が隙間を介して円周方向に交
互に並び、各爪が磁極となるものであっても良い。この
ように、爪間に隙間を持たせることで、より一層の多極
化が実現できる。
【００１０】この発明において、上記軸受がラジアル型
の軸受であって、両軌道輪の間の環状空間をシールする
一対のシール部材を、転動体および上記発電機の並びの
軸方向の外側に設けたものとしても良い。このように転
動体と発電機の並びの両側にシール部材を設けることに
より、転走面および発電機を共に外部からシールするこ
とができる。そのため、転走面と発電機とに別々にシー
ルを設けることが不要で、部品点数を増やすことなく、
シールの確実を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図１
ないし図５と共に説明する。この発電機能付軸受Ａは、
転がり軸受１に発電機２を内蔵したものである。転がり
軸受１は、ラジアル型の軸受であって、回転側の軌道輪
である内輪６と、固定側の軌道輪である外輪７と、転動
体８とから構成される。転動体８は、内輪６および外輪
７に設けられた対向する転走面６ａ，７ａの間に介在
し、保持器９で保持されている。転動体８はボールから
なる。発電機２は、内輪６の内径面に取付けられたロー
タ１８と、このロータ１８と対向して外輪７の外径面に
取付けられたステータ１７とでなる。内外輪６，７の転
走面６ａ，７ａは、軸受幅の中心から一端側へ片寄って
おり、発電機２はその片寄り側とは反対側の軸受内空間
に配置されている。
【００１２】発電機２のロータ１８は、図２に示すよう
に、リング状の部材であって、円周方向に並べて磁極
Ｎ，Ｓを等間隔で交互に設けた多極磁石からなる。ロー
タ１８は、具体的には、芯金の外周に多極磁石の磁石部
材を設けたものとされ、その磁石部材にはゴム磁石、プ
ラスチック磁石、または焼結合金等が用いられる。プラ
スチック磁石または焼結合金を用いる場合は、芯金は省
略しても良い。ロータ１８は、内輪６の外周に接着また
は圧入により取付けられる。図３に示すように、ステー
タ１７はクローポール型のものとされている。ステータ
１７は、詳しくは、磁性体のリング部材１９と、このリ
ング部材１９内に収容されたコイル２０とからなり、コ
イル２０から引き出し線２３が引き出されている。リン
グ部材１９は、内周側に向くコ字状の断面形状とされ、
両側の側板部１９ａ，１９ｂの内周側から対向側へ折れ
曲がった櫛歯状の複数の爪２１ａ，２１ｂを有する。両
側の櫛歯状の各爪２１ａ，２１ｂは、周方向に互いに所
定の隙間をもって交互に配列されている。
【００１３】図５に示すように、この発電機能付軸受Ａ
は、内燃機関３の駆動伝達系５の何処か、例えばクラン
ク軸４の支持に用いられる。転がり軸受１の外輪７はケ
ーシング３ａに設置され、内輪６にクランク軸４を嵌合
させる。内燃機関３は、例えば汎用エンジンであり、例
えば刈払機や、芝刈機、小型の農機、小型の土木機械等
に装備される。内燃機関３は、自動車に装備されたもの
であっても良い。
【００１４】図４に示すように、発電機２の出力端子
は、負荷２４と回転信号成分処理回路２６とに接続され
る。回転信号成分処理回路２６は、例えば波形整形回路
からなり、ＡＣカップラ２８とコンパレータ２９とで構
成される。発電機２で発生した電流は、負荷２４に供給
されると共に、その一部が回転信号成分処理回路２６に
に入力され、この回路２６からパルス列等による回転信
号として出力される。この回転信号は、ＣＰＵ（中央処
理回路）等の制御回路２７に入力される。このように発
電機２は、発電手段と回転検出手段とを兼用する。回転
信号成分処理回路２６は、転がり軸受１の内部に設置し
ても、外部に設置しても良い。内部に設置する場合、例
えば発電機２のステータ１７を構成するリング部材１９
の内部に配置してもよく、またステータ１７の外部に配
置しても良い。転がり軸受１の外部に配置する場合、Ｃ
ＰＵ等の制御回路２７を備えた制御装置２５の一部とし
て回転信号成分処理回路２６を設けても良い。制御回路
２７は、回転速度に応じて内燃機関３を制御する手段等
である。なお、発電機２に対して、その発電電力を蓄電
する二次電池および充電回路（図示せず）を設けても良
い。
【００１５】この発電機能付軸受Ａによると、回転輪で
ある内輪６と共に、多極磁石からなるロータ１８が回転
すると、その磁極の変化により発生する誘導電流がステ
ータ１７のコイル２０に流れるため、発電が可能にな
る。また、発電した電流の一部が波形整形回路等からな
る回転信号成分処理回路２６（図４）に入力され、パル
ス列からなる回転信号として出力される。このように、
この発電機能付軸受Ａは、クランク軸４の支持軸受と発
電機と回転センサの機能が一体化される。このため、発
電機や回転検出器を別置きするものに比べて組立性が向
上する。また、発電機２が軸受１に内蔵されるため、コ
ンパクトな構成となる。発電機２で発電した電力を使用
する負荷２４（図４）は、例えば、内燃機関３に付設さ
れる表示ランプや各種の表示機器、あるいは手元ランプ
等である。発電機２から回転信号成分処理回路２６を介
して得られる回転信号は、制御回路２７において、内燃
機関３の回転数異常等の検出に使用される。また、回転
数異常の場合に、制御回路２７によって回転数を低減さ
せる制御を行うことで、発電機２のコイル２０の焼損な
どの故障を未然に防止することが可能になる。
【００１６】発電機２は、多極磁石からなるロータ１８
と、櫛歯状の爪２１ａ，２１ｂを有するステータ１７と
で構成されるため、多極化、小型化が容易で、磁束の利
用効率に優れた効率の良い発電が行える。また、多極化
により高精度の回転検出が行える。
【００１７】図６は、この発明の他の実施形態を示す。
この実施形態は、第１の実施形態における発電機２のス
テータ１７を、クローポール型のものに代えて、積層ケ
イ素鋼板３０にコイル２０を巻回した構成のものとして
いる。また、転がり軸受１における発電機２の設置側の
端部は、外輪７の内径面に嵌合するカバー３１で覆われ
ている。発電機ステータ１７の引き出し線２３はカバー
３１に貫通形成された引き出し孔３１ａから軸受外に引
き出される。その他の構成，効果は、第１の実施形態と
同じである。
【００１８】図７は、この発明のさらに他の実施形態を
示す。この実施形態は、第１の実施形態において、内輪
６の外径面における発電機ロータ１８の設置部を他の部
分よりも小径とした段差部６ｂとし、かつ外輪７の内径
面における発電機ステータ１７の設置部を他の部分より
も大径とした段差部７ｂとしている。このように、この
段差部６ｂ，７ｂを設けて発電機２の設置空間を広くし
ているため、ロータ１８の磁石厚さや、ステータ１７に
おけるコイル２０のターン数を稼ぐことができ、発電量
を増大させることができる。その他の構成，効果は、第
１の実施形態と同じである。
【００１９】図８は、この発明のさらに他の実施形態を
示す。この実施形態は、図７に示す実施形態において、
多極に着磁されたロータ１８を内輪６に固定する構造と
して、波形の芯金１８ｂを用いたものである。リング状
のロータ１８は、板金製の芯金１８ｂの外周に多極磁石
の磁石部材１８ａを設けたものとされる。磁石部材１８
ａは、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結合金等
からなる。芯金１８ｂは、周壁部分の両側にフランジを
有する溝形とされ、その周壁部分における軸方向に沿う
断面形状が波板状とされている。なお、芯金１８ｂは周
壁部分のみからなるものや、片方だけにフランジを有す
るものであっても良い。このような波形の芯金１８ｂ
を、内輪６の外径面に圧入状態に取付けている。このよ
うに波形の芯金１８ｂを介してロータ１８を固定すれ
ば、温度変化によるロータ１８と内輪６との熱膨張差を
吸収することができる。内燃機関の駆動伝達系では、運
転時に高温となるため、運転時と休止時とで大きな温度
差が生じるが、上記のように芯金１８ｂを波形として熱
膨張差を吸収可能とすれば、嵌合の緩みによる抜けが防
止される。そのため、ロータ１８の取付構造として、高
温使用環境下でも簡素な固定構造である圧入嵌合が採用
できる。
【００２０】芯金１８ｂを、図９のように、磁石部材１
８ａの表面を覆うものとすれば、磁石部材１８ａをカバ
ーを兼ねるものとできる。磁石部材１８ａがゴム磁石や
プラスチック磁石等のように傷つき易い材質であって
も、異物の噛み込み等による表面の損傷が防止される。
この場合、芯金１８ｂの材質は、非磁性体とされる。な
お、図８，図９は、内輪６に段差部６ｂを設けた例を示
したが、配置空間が得られれば、必ずしも段差部６ｂは
設けなくても良い。また、外輪７の内径面に設けたステ
ータ嵌合用の段差部も、必ずしも設けなくても良い。
【００２１】図１０は、この発明のさらに他の実施形態
を示す。この実施形態は、第１の実施形態において、発
電機２としてアキシアル型のものを用いた例である。こ
の例の発電機２は、ロータ１８が断面Ｌ字状のリング部
材であり、その端面が円周方向に多極に磁化された磁石
面とされている。ステータ１７は、ロータ１８に対して
軸方向に並べて配置される。このステータ１７は、クロ
ーポール型であるが、櫛歯状の爪は、ロータ１８の磁石
面に対向するように配置される。また、この実施形態で
は、内外輪６，７の間の環状空間をシールする一対のス
ール部材３２，３３が、転動体８および発電機２の並び
の軸方向の外側に設けられている。発電機２の配置側を
シールするシール部材３３は、ステータ１７の外周から
外側端面を覆う断面逆Ｌ字状のリング部材とされてい
る。シール部材３３は、その円筒部３３ａで外輪７の内
径面に嵌合し、縦片３３ｂの内端が、内輪６の外径面に
対して非接触シールを形成する微小隙間分だけ大径とさ
れている。
【００２２】この実施形態では、一対のシール部材３
２，３３が、転動体８および発電機２の並びの両側に配
置されているので、転走面６ａ，７ａおよび発電機２に
外部から異物が侵入することが、シール部材３２，３３
によって防止される。その他の構成，効果は、第１の実
施形態と同じである。
【００２３】なお、上記各実施形態では、内輪６に発電
機２のロータ１８を配置し、外輪７にステータ１７を配
置したが、これとは逆に内輪６にステータ１７を配置
し、外輪７にロータ１８を配置しても良い。その場合、
外輪７を回転側の軌道輪として用いる。
【００２４】
【発明の効果】この発明の発電機能付軸受は、内燃機関
の駆動伝達系に設置される転がり軸受において、回転側
の軌道輪と固定側の軌道輪との相対回転によって発電す
る発電機を、上記両軌道輪の間に内蔵したため、発電機
を別置きする場合に比べて、組立性が向上すると共に、
コンパクトとなる。クランク軸の支持軸受にこの発電機
能付軸受を適用した場合は、支持軸受と発電機の機能が
一体化できて、内燃機関の周辺スペースの節約につなが
る。上記発電機が回転検出と電力供給とを兼ねるもので
ある場合は、回転センサを別置きする必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる発電機能付
軸受の断面図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は各々同軸受における発電機ロ
ータの破断側面図および正面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は各々同軸受における発電機ス
テータの破断側面図および正面図である。
【図４】同発電機と負荷および回転信号成分処理回路と
の接続関係を示すブロック図である。
【図５】同発電機能付軸受が設置されるエンジンの駆動
伝達系を示す概略図である。
【図６】この発明の他の実施形態にかかる発電機能付軸
受の断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機
能付軸受の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機
能付軸受の断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機
能付軸受の断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかる発電
機能付軸受の断面図である。
【符号の説明】
１…転がり軸受 ２…発電機 ３…内燃機関 ４…クランク軸 ５…駆動伝達系 ６…内輪（回転側の軌道輪） ７…外輪（固定側の軌道輪） １７…ステータ １８…ロータ １９…リング部材 ２０…コイル ２１ａ，２１ｂ…爪 ３２，３３…シール部材 Ａ…発電機能付軸受
フロントページの続き (72)発明者 大庭 博明 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 Ｆターム(参考） 3J016 AA02 BA02 BB12 CA03 5H607 AA00 BB02 BB07 BB14 CC01 CC05 CC07 DD19 FF23 GG08 HH03 5H621 BB07 GA07 HH01 JK15 JK19

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の駆動伝達系に設置される転が
    り軸受において、回転側の軌道輪と固定側の軌道輪との
    相対回転によって発電する発電機を、両軌道輪の間に内
    蔵したことを特徴とする発電機能付軸受。
  2. 【請求項２】 内燃機関のクランク軸を支持する軸受と
    して使用される請求項１に記載の発電機能付軸受。
  3. 【請求項３】 上記発電機が回転検出と電力供給とを兼
    ねるものである請求項１または請求項２に記載の発電機
    能付軸受。
  4. 【請求項４】 上記発電機は、回転側の軌道輪に取付け
    られて円周方向に多極に磁化されたリング状の多極磁石
    からなるロータと、このロータと対向して固定側の軌道
    輪に取付けられ磁性体のリング部材およびこのリング部
    材に収容されたコイルを有するステータとでなる請求項
    １ないし請求項３のいずれかに記載の発電機能付軸受。
  5. 【請求項５】 上記ステータのリング部材は、ロータと
    対面する部分に、互いに対向方向に延びる２組の櫛歯状
    の爪が形成されたものであって、両組の各爪が隙間を介
    して円周方向に交互に並ぶものである請求項４に記載の
    発電機能付軸受。
  6. 【請求項６】 ラジアル型の軸受であって、両軌道輪の
    間の環状空間をシールする一対のシール部材を、転動体
    および上記発電機の並びの軸方向の外側に設けた請求項
    １ないし請求項５のいずれかに記載の発電機能付軸受。
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