JP2008160995A - Generator, and vehicle equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの動力を利用して発電を行う発電機およびそれを備えた車両に関する。 The present invention relates to a generator that generates electric power using engine power and a vehicle including the same.
自動二輪車および四輪自動車等には、エンジンにより発生される動力を利用して発電を行う発電機が設けられている。このような発電機は、ステータコアの内側にロータが設けられるインナロータ型と、ステータコアの外側にロータが設けられるアウタロータ型とに大きく分類される。近年では、十分な発電量を維持しつつ小型化が可能であるアウタロータ型の発電機が一般に用いられている。 Motorcycles, four-wheeled vehicles, and the like are provided with a generator that generates power using power generated by an engine. Such a generator is roughly classified into an inner rotor type in which a rotor is provided inside the stator core and an outer rotor type in which a rotor is provided outside the stator core. In recent years, an outer rotor type generator that can be reduced in size while maintaining a sufficient power generation amount is generally used.
上記のような発電機の発電量は、エンジンの回転速度に応じて変化する。図13は、自動二輪車に設けられる従来の発電機の発電量とエンジンの回転速度との関係の一例を示す図である。図13において、横軸は回転速度を示し、縦軸は電力を示す。 The amount of power generated by the generator as described above changes according to the rotational speed of the engine. FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the power generation amount of a conventional generator provided in a motorcycle and the rotational speed of the engine. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the rotation speed, and the vertical axis indicates the power.
図13の例においては、実線Aが示すように、発電機の発電量は、エンジンの回転速度が低い領域(1500rpm付近)においては小さく、エンジンの回転速度が3000rpm付近まで上昇するときに急激に上昇している。 In the example of FIG. 13, as indicated by the solid line A, the power generation amount of the generator is small in the region where the engine speed is low (around 1500 rpm), and suddenly increases when the engine speed increases to around 3000 rpm. It is rising.
ここで、例えば、自動二輪車の消費電力が一点鎖線Bで示す値である場合、実線Aで示す値と一点鎖線Bで示す値との差が余剰発電となる。図13の例では、低速域での余剰発電量は少ないが、中高速域での余剰発電量が大きくなる。この場合、エンジンには発電機の発電量に応じて負荷がかかるため、中高速域におけるエンジンの動力損失が大きくなる。それにより、自動二輪車の中高速域での走行安定性が低下する。 Here, for example, when the power consumption of the motorcycle is the value indicated by the alternate long and short dash line B, the difference between the value indicated by the solid line A and the value indicated by the alternate long and short dash line B is surplus power generation. In the example of FIG. 13, the surplus power generation amount in the low speed region is small, but the surplus power generation amount in the medium / high speed region is large. In this case, since the engine is loaded according to the amount of power generated by the generator, the power loss of the engine in the medium and high speed range increases. Thereby, the running stability in the middle and high speed range of the motorcycle is lowered.
また、中高速域での余剰発電量を少なくするために発電機の発電能力を低下させた場合、低速域での発電量が不足する。それにより、自動二輪車の電子部品に動作不良が発生するおそれがある。 In addition, when the power generation capacity of the generator is reduced in order to reduce the surplus power generation amount in the medium and high speed range, the power generation amount in the low speed range is insufficient. As a result, malfunctions may occur in the electronic components of the motorcycle.
そこで、上記のような問題を解決するために、エンジンの回転速度に応じて発電量を調整できるアウタロータ型の発電機が開発されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to solve the above-described problems, an outer rotor type generator that can adjust the amount of power generation according to the rotational speed of the engine has been developed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載されている電圧制御機構を備えた交流発電機においては、ロータの内周側に複数の永久磁石が設けられている。これら複数の永久磁石は、ロータの回転速度の増加に従って、遠心力によりロータの外周側へ移動する。この場合、ロータの内側で固定されているステータヨークとロータとの間の磁束密度が低下する。それにより、ロータの回転速度が増加した場合にも、発電量の増加を抑制することができる。
ところで、ロータの回転速度が高い状態で永久磁石を移動させる場合、ロータおよび永久磁石の振動が大きくなる。この場合、ロータとステータヨークとの間の磁束密度を安定させることは困難である。したがって、発電機の発電量を調整することが困難になる。 By the way, when moving a permanent magnet in the state where the rotational speed of a rotor is high, a vibration of a rotor and a permanent magnet becomes large. In this case, it is difficult to stabilize the magnetic flux density between the rotor and the stator yoke. Therefore, it becomes difficult to adjust the power generation amount of the generator.
本発明の目的は、過剰な発電を抑制しつつ発電量を安定させることができる発電機およびそれを備えた車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a generator capable of stabilizing the amount of power generation while suppressing excessive power generation, and a vehicle including the same.
(1)第1の発明に係る発電機は、回転軸の回転運動を利用して発電を行う発電機であって、回転軸の回転運動に従い回転軸を中心として回転するロータと、ロータに固定され、ロータとともに回転する磁石と、回転軸と磁石との間で回転軸の軸方向に対して移動可能に設けられたコアと、コアに巻回された巻線と、回転軸の回転速度の増加に応じて磁石とコアとの対向面積が減少するようにコアを軸方向と平行な第1の方向に移動させる移動機構とを備えたものである。 (1) A generator according to a first aspect of the present invention is a generator that generates electric power using the rotational motion of a rotating shaft, and is fixed to the rotor that rotates about the rotating shaft according to the rotational motion of the rotating shaft. A magnet that rotates together with the rotor, a core that is movable between the rotating shaft and the magnet in the axial direction of the rotating shaft, a winding wound around the core, and a rotational speed of the rotating shaft. A moving mechanism is provided that moves the core in a first direction parallel to the axial direction so that the facing area between the magnet and the core decreases with an increase.
この発電機によれば、回転軸の回転運動に従いロータおよびロータに固定される磁石が回転する。回転軸の回転速度が増加した場合には、回転軸と磁石との間に設けられたコアと磁石との対向面積が減少するように、移動機構によりコアが第1の方向に移動される。 According to this generator, the magnet fixed to the rotor and the rotor rotates according to the rotational movement of the rotating shaft. When the rotational speed of the rotating shaft increases, the core is moved in the first direction by the moving mechanism so that the facing area between the core and the magnet provided between the rotating shaft and the magnet decreases.
それにより、回転軸が中高速で回転している場合には、コアおよび巻線を通過する磁力線の数(磁束密度)が低下する。その結果、回転軸の中高速回転時の発電量を抑制することができる。 As a result, when the rotating shaft rotates at a medium to high speed, the number of magnetic lines of force (magnetic flux density) passing through the core and the winding decreases. As a result, it is possible to suppress the amount of power generation during the middle and high speed rotation of the rotating shaft.
したがって、この発電機を車両に設けた場合には、車両の中高速走行時に、エンジンの動力損失が大きくなることを防止することができる。それにより、車両の走行安定性が向上する。 Therefore, when this generator is provided in the vehicle, it is possible to prevent the power loss of the engine from becoming large when the vehicle is traveling at medium to high speed. Thereby, the running stability of the vehicle is improved.
また、この発電機においては、コアを移動させることによりコアと磁石との対向面積を減少させることができる。すなわち、回転体である磁石を移動させなくてよい。この場合、磁石を安定させた状態で対向面積を変化させることができるので、コアを横切る磁力線の数が不安定に変化することを防止することができる。それにより、発電機の発電量を十分に安定させることができる。 Moreover, in this generator, the facing area of a core and a magnet can be reduced by moving a core. That is, it is not necessary to move the magnet that is a rotating body. In this case, since the facing area can be changed in a state where the magnet is stabilized, it is possible to prevent the number of magnetic lines of force crossing the core from changing in an unstable manner. Thereby, the power generation amount of the generator can be sufficiently stabilized.
(2)移動機構は、遠心ガバナ機構を含んでもよい。 (2) The moving mechanism may include a centrifugal governor mechanism.
この場合、遠心ガバナ機構を用いることにより、モータ等の駆動装置を用いることなくコアを移動させることができる。それにより、発電機の製造コストを低減することができる。また、回転軸の速度に応じて、コアと磁石との対向面積を容易かつ確実に調整することができる。 In this case, by using the centrifugal governor mechanism, the core can be moved without using a driving device such as a motor. Thereby, the manufacturing cost of a generator can be reduced. Further, the facing area between the core and the magnet can be easily and reliably adjusted according to the speed of the rotating shaft.
(3)発電機は、コアを第1の方向に対して反対の第2の方向に付勢する付勢部材をさらに備えてもよい。 (3) The generator may further include a biasing member that biases the core in a second direction opposite to the first direction.
この場合、移動機構によりコアが第1の方向に移動された後に回転軸の回転速度が低下した場合に、コアを第2の方向に容易に移動させることができる。それにより、回転軸の回転速度に応じた適切な発電を行うことができる。その結果、発電機の発電量を確実に安定させることができる。 In this case, when the rotational speed of the rotating shaft decreases after the core is moved in the first direction by the moving mechanism, the core can be easily moved in the second direction. Thereby, appropriate power generation according to the rotational speed of the rotating shaft can be performed. As a result, the power generation amount of the generator can be reliably stabilized.
(4)第2の発明に係る車両は、駆動輪と、エンジンと、エンジンにより発生される動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、第1の発明に係る発電機とを備えるものである。 (4) A vehicle according to a second invention includes drive wheels, an engine, a power transmission mechanism for transmitting power generated by the engine to the drive wheels, and a generator according to the first invention. .
この車両においては、エンジンにより発生される動力が動力伝達機構を介して駆動輪に伝達される。それにより、駆動輪が駆動される。 In this vehicle, the power generated by the engine is transmitted to the drive wheels via a power transmission mechanism. Thereby, the driving wheel is driven.
ここで、この車両においては、第1の発明に係る発電機が設けられている。この場合、エンジンの回転速度の増加に応じて、発電機の磁石とコアとの対向面積が減少する。それにより、エンジンが中高速で回転している場合には、コアおよび巻線を通過する磁力線の数(磁束密度)が低下する。その結果、エンジンの中高速回転時の発電量を抑制することができできる。 In this vehicle, the generator according to the first invention is provided. In this case, the facing area between the magnet and the core of the generator decreases as the rotational speed of the engine increases. Thereby, when the engine is rotating at medium and high speeds, the number of magnetic lines of force (magnetic flux density) passing through the core and the windings decreases. As a result, it is possible to suppress the amount of power generated during medium and high speed rotation of the engine.
したがって、車両の中高速走行時に、エンジンの動力損失が大きくなることを防止することができる。それにより、車両の走行安定性が向上する。 Therefore, it is possible to prevent the power loss of the engine from increasing when the vehicle is traveling at a medium to high speed. Thereby, the running stability of the vehicle is improved.
また、この発電機においては、コアを移動させることによりコアと磁石との対向面積を減少させることができる。すなわち、回転体である磁石を移動させなくてよい。この場合、磁石を安定させた状態で対向面積を変化させることができるので、コアを横切る磁力線の数が不安定に変化することを防止することができる。それにより、発電機の発電量を十分に安定させることができる。その結果、車両の走行安定性がさらに向上する。 Moreover, in this generator, the facing area of a core and a magnet can be reduced by moving a core. That is, it is not necessary to move the magnet that is a rotating body. In this case, since the facing area can be changed in a state where the magnet is stabilized, it is possible to prevent the number of magnetic lines of force crossing the core from changing in an unstable manner. Thereby, the power generation amount of the generator can be sufficiently stabilized. As a result, the running stability of the vehicle is further improved.
(5)動力伝達機構は、遠心クラッチを含み、移動機構は、遠心クラッチが接続される前に回転軸の回転速度の増加に応じてコアを第1の位置から第2の位置に移動させてもよい。 (5) The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch, and the moving mechanism moves the core from the first position to the second position according to an increase in the rotational speed of the rotating shaft before the centrifugal clutch is connected. Also good.
この場合、遠心クラッチの接続前にコアの移動が行われるので、車両の走行時に発電機において過剰な発電が行われることを防止することができる。それにより、車両の走行時に発電機において大きな発電制動が生じることを防止することができる。その結果、エンジンの動力損失の変動に基づく衝撃が車両に発生することを防止することができ、運転者は車両を快適かつ安全に運転することができる。 In this case, since the core is moved before the centrifugal clutch is connected, it is possible to prevent excessive power generation in the generator when the vehicle is traveling. Thereby, it is possible to prevent large power generation braking from occurring in the generator when the vehicle is traveling. As a result, it is possible to prevent the vehicle from receiving an impact based on fluctuations in engine power loss, and the driver can drive the vehicle comfortably and safely.
(6)動力伝達機構は、遠心クラッチを含み、移動機構は、遠心クラッチが接続動作を開始する前に回転軸の回転速度の増加に応じてコアを第1の位置から第2の位置に移動させてもよい。 (6) The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch, and the moving mechanism moves the core from the first position to the second position in accordance with an increase in the rotation speed of the rotating shaft before the centrifugal clutch starts the connection operation. You may let them.
この場合、遠心クラッチが半クラッチ状態になる前にコアの移動が行われる。すなわち、車両の発進前にコアの移動が行われる。それにより、車両の発進時に発電機において過剰な発電が行われることを防止することができる。その結果、車両の発進時に発電機において大きな発電制動が生じることを防止することができ、車両の円滑な発進が可能となる。 In this case, the core is moved before the centrifugal clutch enters the half-clutch state. That is, the core is moved before the vehicle starts. Thereby, it is possible to prevent excessive power generation in the generator when the vehicle starts. As a result, it is possible to prevent large generator braking from occurring at the generator when the vehicle starts, and the vehicle can start smoothly.
(7)動力伝達機構は、遠心クラッチを含み、移動機構は、回転軸の回転速度の増加に応じてコアを第1の位置から第2の位置に移動させるとともに、回転軸の回転速度の減少に応じて遠心クラッチが切断されている状態でコアを第2の位置から第1の位置に移動させてもよい。 (7) The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch, and the moving mechanism moves the core from the first position to the second position in response to an increase in the rotation speed of the rotation shaft and decreases the rotation speed of the rotation shaft. Accordingly, the core may be moved from the second position to the first position while the centrifugal clutch is disengaged.
この場合、遠心クラッチが切断されている状態でコアが元の位置に戻される。したがって、コアが元の位置に戻されることにより発電機において発電制動が発生しエンジンの回転速度が低下した場合にも、駆動輪の回転速度が急激に変化することを防止することができる。その結果、車両に衝撃が発生することを防止することができ、車両の安全性が向上する。 In this case, the core is returned to the original position while the centrifugal clutch is disengaged. Therefore, it is possible to prevent the rotational speed of the drive wheels from changing suddenly even when power generation braking occurs in the generator due to the return of the core to the original position and the rotational speed of the engine decreases. As a result, it is possible to prevent an impact from occurring on the vehicle, and the safety of the vehicle is improved.
本発明によれば、発電機の中高速回転時の発電量を抑制することができる。また、回転体である磁石を移動させる必要がないので、発電機の発電量を十分に安定させることができる。また、この発電機を車両に設けた場合、車両の中高速走行時に、エンジンの動力損失が大きくなることを防止することができる。それにより、車両の走行安定性が向上する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power generation amount at the time of middle high speed rotation of a generator can be suppressed. Moreover, since it is not necessary to move the magnet which is a rotary body, the electric power generation amount of a generator can fully be stabilized. Further, when this generator is provided in the vehicle, it is possible to prevent an increase in engine power loss when the vehicle is traveling at a medium to high speed. Thereby, the running stability of the vehicle is improved.
以下、本発明の実施の形態に係る発電機およびそれを備えた自動二輪車について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a generator according to an embodiment of the present invention and a motorcycle including the generator will be described with reference to the drawings.
(1)自動二輪車の構造
図1は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の模式的側面図である。なお、以下の説明において、前、後、左および右とは、使用者が自動二輪車のシートに着座した状態で見た場合の前、後、左および右を意味する。
(1) Structure of Motorcycle FIG. 1 is a schematic side view of a motorcycle according to an embodiment of the present invention. In the following description, front, rear, left, and right mean front, rear, left, and right when viewed in a state where the user is seated on a motorcycle seat.
図1に示すように、本実施の形態に係る自動二輪車100は、車体フレーム10を備える。車体フレーム10の前方にヘッドパイプ11が形成されている。ヘッドパイプ11にステアリング軸11Sが左右方向に揺動自在に取り付けられている。ステアリング軸11Sの上端には、ハンドル14が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, a
また、ステアリング軸11Sには、前輪13を回転可能に支持するフロントフォーク12が接続されている。これにより、フロントフォーク12が乗り手によるハンドル14の操作に応じて左右方向に揺動する。
A front fork 12 that rotatably supports the front wheel 13 is connected to the
車体フレーム10の上部には、メインシート15aおよびタンデムシート15bからなるシート15が設けられている。また、前後方向における自動二輪車100の略中央部で、車体フレーム10の一部にエンジン20が取り付けられている。なお、エンジン20は、その動力伝達系70とともに、図示しないスイングアームに一体的に取り付けられている。
A
図示しないスイングアームの一端に後輪16が回転可能に設けられている。エンジン20および後輪16は、動力伝達系を通じて接続されている。これにより、エンジン20の回転に伴って後輪16が回転可能となっている。
A
図1においては、矢印X,Y,Zで示すように、互いに直交する3方向をX方向、Y方向およびZ方向と定義する。すなわち、図1においては、自動二輪車100の左右方向がX方向と定義され、自動二輪車100の前後方向がY方向と定義され、自動二輪車100の上下方向がZ方向と定義される。以降の図面においても、互いに直交する3方向をX方向、Y方向およびZ方向と定義する。
In FIG. 1, as indicated by arrows X, Y, and Z, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction. That is, in FIG. 1, the left-right direction of the
(2)エンジンおよび動力伝達系
図2は、図1のエンジン20および動力伝達系70の構造を示す図である。
(2) Engine and Power Transmission System FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
図2に示すように、エンジン20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23および2つのクランク24a,24bを含む。クランク24a,24bには、クランクシャフト251,252の一端がそれぞれ固定されている。クランクシャフト251の他端は、発電機30に連結されている。発電機30では、クランクシャフト251の回転力を利用して発電が行われる。発電機30の詳細は後述する。
As shown in FIG. 2, the
クランクシャフト252の他端には連結ギヤ26が固定されている。クランクシャフト252の回転力は、連結ギヤ26を介して遠心クラッチ40に伝達される。遠心クラッチ40には、第1の伝達シャフト41の一端が連結されている。遠心クラッチ40は、エンジン20が作動していない状態では切断されており、エンジン20の回転速度が上昇することにより接続される。これにより、クランクシャフト252の回転力が第1の伝達シャフト41に伝達される。
A connecting
第1の伝達シャフト41の他端には、サイドギヤ42が固定されている。サイドギヤ42は、第2の伝達シャフト43の一端に固定されたサイドギヤ44と噛み合っている。これにより、第1の伝達シャフト42の回転力が第2の伝達シャフト43に伝達される。
A
第2の伝達シャフト43の他端は、自在継手45を介してプロペラシャフト46の一端に連結されている。プロペラシャフト46の他端にはサイドギヤ47が固定されている。サイドギヤ47は、リングギヤ48と噛み合っている。リングギヤ48には、駆動シャフト49の一端が固定されている。プロペラシャフト46の回転力は、サイドギヤ47およびリングギヤ48を介して駆動シャフト49に伝達される。駆動シャフト49の他端には、図1の後輪16が連結されている。
The other end of the
以上のような構成により、エンジン20により発生される回転力が図1の後輪16に伝達され、後輪16が駆動される。
With the configuration as described above, the rotational force generated by the
(3)発電機
図3は、図1の発電機30を示す組立斜視図であり、図4および図5は、発電機30の縦断面図である。なお、図4は、エンジン20がアイドル回転を行っている場合の発電機30の状態を示し、図5は、エンジン20の高速回転時の発電機30の状態を示している。
(3) Generator FIG. 3 is an assembled perspective view showing the
図3〜図5に示すように、発電機30は、ロータ31、第1のガイド部材32、スライダ33、スラストベアリング34、ワッシャ35、固定ピン36、第2のガイド部材37、ステータコア38、バネ部材381およびカバー部材39により構成される。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
ロータ31は、一方が開口された円筒形状を有する。ロータ31の内周面には、円筒状の永久磁石31aが固定される。ロータ31の低部外側には、シャフト固定部材31bが固定される。シャフト固定部材31bは、円筒部311および鍔部312を有する。クランクシャフト251は、ナット25aおよびワッシャ25bにより円筒部311に固定される。
The
第1のガイド部材32は、円板形状を有する。第1のガイド部材32の中央部には、貫通孔32aが形成されている。貫通孔32aには、クランクシャフト251および円筒部311が挿通される。シャフト固定部材31bの鍔部312、ロータ31および第1のガイド部材32は、図示しないボルトにより固定される。これにより、クランクシャフト251の回転に伴い、ロータ31および第1のガイド部材32が回転する。
The
第1のガイド部材32の一方の面には、径方向に延びるように6つのガイド溝32bが形成されている。図4および図5に示すように、ガイド溝32bは、中心軸に向かって深くなるように形成されている。ガイド溝32b内には、球状のウェイト32cがそれぞれ移動可能に設けられる。
Six
図3〜図5に示すように、スライダ33は、円筒部331および鍔部332を有する。円筒部331内にクランクシャフト251およびシャフト固定部材31bの円筒部311が挿入されるように、第1のガイド部材32の一方側にスライダ33が回転可能に設けられる。スラストベアリング34およびワッシャ35は、スライダ33の円筒部331の外周部に回転可能に嵌められる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
第2のガイド部材37は、第1の円筒部37aおよびこの第1の円筒部37aより径大の第2の円筒部37bを有する。図4に示すように、第2のガイド部材37は、固定ピン36によりカバー部材39に固定される。
The
図3〜図5に示すように、ステータコア38には、導線38aが巻回される。ステータコア38は、円筒状の支持部材382の外周部に固定される。支持部材382は、第2のガイド部材37の第2の円筒部37bの外周部に、軸方向に移動自在に取り付けられる。
As shown in FIGS. 3 to 5, a
支持部材382の一面には、略扇状の4つのバネ保持部38bが設けられる。バネ保持部38bの略中央部には、バネ保持穴38cがそれぞれ形成される。4つのバネ部材381は、一端がカバー部材39に当接し、他端がバネ保持穴38cの底部に当接するように支持部材382とカバー部材39との間に設けられる。これにより、ステータコア38、ワッシャ35、スラストベアリング34およびスライダ33がカバー部材39から離間する方向に付勢される。
On one surface of the
(4)発電機の動作
エンジン20の回転数が低い場合には、ウェイト32cに大きな遠心力が働かない。そのため、バネ部材381の弾性力と永久磁石31aおよびステータコア38の間の磁力との合力がウェイト32cの遠心力より大きくなる。この場合、図4に示すように、ステータコア38、ワッシャ35、スラストベアリング34およびスライダ33は、鍔部332と第1のガイド部材32とが最も近接する位置(以下、基準位置と称する)で保持される。なお、ウェイト32cの直径は、ガイド溝32bの最大深さよりわずかに大きい値に設定されている。したがって、基準位置においても、鍔部332と第1のガイド部材32とは接触していない。
(4) Operation of generator When centrifugal speed of
エンジン20が通常に作動している状態(例えば、自動二輪車100の走行時)では、ウェイト32cは、クランクシャフト251を中心として高速で回転する。それにより、ウェイト32cに作用する遠心力が大きくなる。この場合、ウェイト32cには、ガイド溝32b内を中心軸から離間する方向に移動しようとする力が作用する。
In a state where the
上述したように、ガイド溝32bは、中心軸から離間するに従い浅くなるように形成されている。したがって、図5に示すように、ウェイト32cがガイド溝32b内を中心軸から離間する方向に移動した場合には、ウェイト32cの一部がスライダ33を押しつつ第1のガイド部材32の一方の面よりカバー部材39側に突出する。これにより、ステータコア38、ワッシャ35、スラストベアリング34およびスライダ33が、カバー部材39に近づく方向に移動する。
As described above, the
このように、本実施の形態においては、エンジン20の回転速度が増加した場合には、ウェイト32cに働く遠心力により、ステータコア38がカバー部材39に近づく方向に移動される。これにより、ステータコア38と永久磁石31aとの対向面積が減少する。この場合、ステータコア38を横切る磁力線の数が減少(磁束密度が低下)する。したがって、エンジン20(ロータ31)の回転速度が増加した場合にも、発電機30の発電量を抑制することができる。
Thus, in the present embodiment, when the rotational speed of the
なお、ステータコア38と永久磁石31aとの対向面積とエンジン20の回転速度との関係は、バネ部材381のバネ定数、ウェイト32cの重さおよびガイド溝32bの形状等により調整することができる。それにより、使用条件に応じて発電機30の発電量を適切に調整することが可能となる。なお、ステータコア38と永久磁石31aとの対向面積とエンジン20の回転速度との関係の詳細は後述する。
The relationship between the facing area between the
(5)効果
以上のように、本実施の形態においては、エンジン20の回転速度の増加に従い、ステータコア38と永久磁石31aとの対向面積が減少する。したがって、エンジン20の中高速回転時に、発電機30において過剰発電が行われることを防止することができる。それにより、車両の走行安定性が向上する。
(5) Effect As described above, in the present embodiment, as the rotational speed of the
また、本実施の形態においては、ステータコア38を移動させることにより発電機30の発電量が調整される。この場合、ステータコア38は回転していないので、移動時に振動が発生することを防止することができる。また、回転体である永久磁石31aは移動しないので、永久磁石31aに振動が発生することを防止することができる。これらの結果、ステータコア38を移動させる際に、ステータコア38を横切る磁力線の数(磁束密度)の変化が不安定になることを防止することができる。それにより、発電機30の発電量を適切に調整することができる。
In the present embodiment, the power generation amount of the
また、本実施の形態においては、遠心力によるウェイト32cの移動により、クランクシャフト251の回転運動を回転軸方向の運動に変換し、ステータコア38を移動させている。すなわち、モータ等の駆動装置を用いることなく、ステータコア38を移動させることができる。その結果、自動二輪車100の製造コストを低減することができる。
Further, in the present embodiment, the movement of the
また、本実施の形態においては、ステータコア38が基準位置に戻ることにより発生する発電制動によりエンジン20の負荷が増加する場合(エンジン20の動力損失が発生する場合)にも、ロータ31の慣性力が大きいので、ロータ31が停止することを防止することができる。それにより、エンジン20が停止することを防止することができる。その結果、運転者は自動二輪車100を快適かつ安全に運転することができる。
Further, in the present embodiment, the inertial force of the
(6)動力伝達系の他の例
(6−1)チェーンを用いた例
図6は、図1の動力伝達系70の他の例を示す図である。図6の動力伝達系70が図2の動力伝達系70と異なるのは以下の点である。
(6) Other Examples of Power Transmission System (6-1) Examples Using Chains FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the
図6の動力伝達系70においては、クランクシャフト252の他端が発電機30に連結されている。また、クランクシャフト251の他端は、遠心クラッチ40に連結されている。遠心クラッチ40には、第1のスプロケット51が固定されている。クランクシャフト251の回転速度が上昇し、遠心クラッチ40が接続されることにより、第1のスプロケット51が回転する。
In the
クランクシャフト251の後方には、伝達シャフト52が設けられる。伝達シャフト52には、第2のスプロケット53が固定される。第1および第2のスプロケット51,53にはチェーン54が架け渡される。第1のスプロケット51の回転運動は、チェーン54を介して第2のスプロケット53に伝達される。それにより伝達シャフト52が回転する。
A
伝達シャフト52の後方には、駆動シャフト55が設けられる。駆動シャフト55の一端には、図1の後輪16が連結される。駆動シャフト55には連結ギヤ56が固定されている。伝達シャフト52の回転運動は連結ギヤ56を介して駆動シャフト55に伝達される。それにより、駆動シャフト55が回転する。
A
以上のような構成により、エンジン20により発生される回転力が図1の後輪16に伝達され、後輪16が駆動される。
With the configuration as described above, the rotational force generated by the
(6−2)ベルトを用いた例
図7は、図1の動力伝達系70の他の例を示す図である。図7の動力伝達系が図2の動力伝達系と異なるのは以下の点である。
(6-2) Example Using Belt FIG. 7 is a diagram showing another example of the
図7の動力伝達系70においては、発電機30を貫通するようにクランクシャフト251が設けられている。詳細には、図4のカバー部材39および第2のガイド部材37を貫通するようにクランクシャフト251が設けられる。クランクシャフト251の他端には、第1のプーリ61が固定されている。クランクシャフト251が回転することにより、第1のプーリ61が回転する。
In the
クランクシャフト251の後方には、伝達シャフト62が設けられる。伝達シャフト62には、第2のプーリ63が回転可能に設けられる。第1および第2のプーリ61,63には、ベルト64が架け渡される。第1のプーリ61の回転運動は、ベルト64を介して第2のプーリ63に伝達される。
A
伝達シャフト62の一端には、遠心クラッチ40が設けられる。第2のプーリ63の回転運動は、所定の伝達機構を介して遠心クラッチ40に伝達される。第2のプーリ63の回転速度が上昇し、遠心クラッチ40が接続されることにより、伝達シャフト62が回転する。
A
伝達シャフト62の後方には、伝達シャフト68が設けられる。伝達シャフトの一端には、連結ギヤ65が固定される。伝達シャフト62の回転運動は、連結ギヤ65を介して伝達シャフト68に伝達される。それにより、伝達シャフト68が回転する。
A
伝達シャフト68の後方には、駆動シャフト66が設けられる。駆動シャフト66の一端には、連結ギヤ67が固定される。駆動シャフト66の他端には、後輪16が連結される。伝達シャフト68の回転運動は、連結ギヤ67を介して駆動シャフト66に伝達される。それにより、駆動シャフト66が回転する。
A
以上のような構成により、エンジン20により発生される回転力が後輪16に伝達され、後輪16が駆動される。
With the configuration described above, the rotational force generated by the
(6−3)ロータの永久磁石とステータコアとの関係
上述したように、上記実施の形態においては、使用条件に応じてバネ部材381(図4)のバネ定数を変えることにより、永久磁石31a(図3、図4および図5)とステータコア38(図3、図4および図5)との対向面積を調整することができる。以下、例を挙げて使用条件に応じた調整方法について説明する。
(6-3) Relationship between Permanent Magnet of Rotor and Stator Core As described above, in the above embodiment, the
(a)基本例
図8は、永久磁石31aとステータコア38との対向面積(以下、対向面積と略記する)とエンジン20(図1)の回転速度との関係の一例を示す図である。
(A) Basic Example FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the facing area between the
図8および後述する図9〜図11において、縦軸は対向面積を示し、横軸はエンジン20の回転速度を示す。なお、図8〜図11において、値r1は、エンジン20のアイドル回転速度を示し、値r2は、遠心クラッチ40(図2、図6および図7参照)の接続開始時点におけるエンジン20の回転速度を示し、値r3は遠心クラッチ40が完全に接続された時点におけるエンジン20の回転速度を示す。すなわち、値r2−r3間においては、遠心クラッチ40は、半クラッチ状態である。
In FIG. 8 and FIGS. 9 to 11 described later, the vertical axis indicates the facing area, and the horizontal axis indicates the rotational speed of the
また、図8〜図11において、実線は、エンジン20の回転速度が上昇する過程における対向面積の変化を示し、一点鎖線は、エンジン20の回転速度が低下する過程における対向面積の変化を示す。
8 to 11, the solid line indicates the change in the facing area in the process of increasing the rotational speed of the
図8の例では、エンジン20の回転速度が値r3を超えた後に対向面積が減少している。すなわち、遠心クラッチ40が接続された後に、ステータコア38が基準位置(図4の状態)からの移動を開始している。以下、ステータコア38が基準位置からの移動を開始する時点のエンジン20の回転速度を開始速度と称する。また、エンジン20の回転速度が上記開始速度より低い状態で、ステータコア38が基準位置に戻っている。以下、ステータコア38が基準位置に戻る時点のエンジン20の回転速度を復帰速度と称する。
In the example of FIG. 8, the facing area decreases after the rotational speed of the
ここで、図8の例では、対向面積の変化にヒステリシスが形成されている。この場合、エンジン20の回転速度にフレが生じても、そのフレ幅よりもヒステリシスが大きい場合には、ウェイト32c(図4)が振動することを防止することができる。それにより、発電機30(図4)において振動が発生することを防止することができる。
Here, in the example of FIG. 8, hysteresis is formed in the change in the facing area. In this case, even if a fluctuation occurs in the rotation speed of the
また、本例においては、バネ部材381(図4)のバネ定数、ウェイト32cの重さおよびガイド溝32b(図4)の形状等を調整することにより開始速度と復帰速度との差を小さくすることができる。この場合、遠心力によりウェイト32cが移動するエンジン20の回転速度の領域が狭くなる。
In this example, the difference between the start speed and the return speed is reduced by adjusting the spring constant of the spring member 381 (FIG. 4), the weight of the
ここで、ウェイト32cが移動している場合には、発電機30に振動が発生する場合がある。そのため、エンジン20の回転速度が安定しない場合がある。そこで、開始速度と復帰速度との差を小さくすることにより、発電機30に振動が発生するエンジン20の回転速度領域を狭くすることができる。それにより、エンジン20の挙動を安定させることができる。
Here, when the
また、本例においては、オイル潤滑等により対向面積のヒステリシスを小さくすることができる。この場合、エンジン20の任意の回転速度において、回転速度上昇時のステータコア38の位置と回転速度低下時のステータコア38の位置との差を小さくすることができる。それにより、ウェイト32cが移動しているときに発電機30に振動が発生した場合にも、ウェイト32cが大きく振動することを防止することができる。その結果、ウェイト32cの挙動を安定させることができ、エンジン20の動力損失の変動を抑制することができる。
In this example, the hysteresis of the facing area can be reduced by oil lubrication or the like. In this case, the difference between the position of the
なお、図7で説明したようなベルト形式の動力伝達系70においては、ベルト(図7)および第1および第2のプーリ61,63(図7)において動力伝達系70に発生する衝撃(エンジン20の動力損失の変化に基づく衝撃等)を緩和することができる。したがって、図8の例のように、遠心クラッチ40が接続されている状態でステータコア38が基準位置に戻る場合にも、発電機30において発生する発電制動等に基づく衝撃を緩和することができる。それにより、運転者は自動二輪車100を快適かつ安全に運転することができる。
In the belt-type
(b)ステータコアの移動動作終了時のエンジンの回転速度の例
図9は、対向面積とエンジン20の回転速度との関係の他の例を示す図である。
(B) Example of Engine Rotation Speed at End of Stator Core Moving Operation FIG. 9 is a diagram showing another example of the relationship between the facing area and the
本例では、エンジン20の回転速度上昇時において、エンジン20の回転速度が値r3なる前に対向面積が最小値に達している。この場合、遠心クラッチ40の接続時すなわち自動二輪車100の走行時に、発電機30において過剰な発電が行われることを確実に防止することができる。それにより、自動二輪車100の走行時に、発電機30において大きな発電制動が生じることを防止することができる。その結果、エンジン20の回転速度が安定し、運転者は自動二輪車100を快適かつ安全に運転することができる。
In this example, when the rotational speed of the
また、図9に示す関係は、特に、シャフト形式の動力伝達系70(図2)またはチェーン形式の動力伝達系70(図6)に効果的に適用することができる。 Further, the relationship shown in FIG. 9 can be effectively applied to the shaft type power transmission system 70 (FIG. 2) or the chain type power transmission system 70 (FIG. 6).
ここで、シャフト形式またはチェーン形式の動力伝達系70においては、遠心クラッチ40が接続された状態では、エンジン20の動力損失に基づく衝撃がほとんど緩和されずに後輪16(図1)に伝達される。そこで、図9に示すように、遠心クラッチ40が完全に接続される前にステータコア38の移動を完了させることにより、エンジン20の動力損失に基づく衝撃が後輪16に伝達されることを防止することができる。その結果、自動二輪車100に衝撃が発生することを防止することができ、自動二輪車100の走行安全性が向上する。
Here, in the shaft-type or chain-type
(c)ステータコアの移動動作開始時のエンジン回転速度の例
図10は、対向面積とエンジン20の回転速度との関係の他の例を示す図である。
(C) Example of Engine Rotation Speed at Start of Stator Core Movement Operation FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the relationship between the facing area and the rotation speed of the
本例では、エンジン20の回転速度上昇時において、エンジン20の回転速度が値r2になる前に対向面積が最小値に達している。この場合、遠心クラッチ40が半クラッチ状態になる前にステータコア38の移動が終了している。すなわち、自動二輪車100の発進前にステータコア38の移動が終了している。この場合、自動二輪車100の発進時に、発電機30において過剰な発電が行われることを確実に防止することができる。また、自動二輪車100の発進時に、発電機30において大きな発電制動が生じることを防止することができる。その結果、自動二輪車100の発進を円滑に行うことができる。
In this example, when the rotational speed of the
また、図10に示す関係は、図9に示す関係と同様に、シャフト形式の動力伝達系70(図2)またはチェーン形式の動力伝達系70(図6)に効果的に適用することができる。 Further, the relationship shown in FIG. 10 can be effectively applied to the shaft type power transmission system 70 (FIG. 2) or the chain type power transmission system 70 (FIG. 6), similarly to the relationship shown in FIG. .
図10に示すように、遠心クラッチ40の接続動作が開始される前にステータコア38の移動を完了させることにより、エンジン20の動力損失に基づく衝撃が後輪16に伝達されることを確実に防止することができる。その結果、自動二輪車100に衝撃が発生することを確実に防止することができ、自動二輪車100の走行安全性がさらに向上する。
As shown in FIG. 10, the movement of the
(d)ウェイトの移動を制限した場合の例
図11は、ウェイト32cの移動を制限した場合の対向面積とエンジン20の回転速度との関係の他の例を示す図である。また、図12に、ウェイト32cの移動を制限するための方法の一例を示す。
(D) Example when Limiting Movement of Weight FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the relationship between the facing area and the rotational speed of the
図12に示すように、本例においては、ガイド溝32bの底面の略中央部に突起部90が形成されている。この場合、突起部90においてウェイト32cの移動が制限される。詳細には、図11に示すように、エンジン20の回転速度上昇時には、ウェイト32cが突起部90を越える際に、対向面積が急激に減少する。その後、対向面積は緩やかに減少する。
As shown in FIG. 12, in this example, a
また、エンジン20の回転速度低下時には、ウェイト32cが突起部90を越える際に、対向面積が急激に増加する。その後、対向面積は緩やかに増加する。
Further, when the rotational speed of the
このように、ウェイト32cの移動を制限することにより、対向面積の変化のヒステリシスを大きくすることが可能となる。それにより、発電機30をより多様な使用条件に適用することが可能となる。
In this way, by limiting the movement of the
また、本例においては、エンジン20の回転速度低下時において、エンジン20の回転速度が値r2以下の状態でステータコア38が基準位置に戻っている。すなわち、遠心クラッチ40が切断された状態でステータコア38が基準位置に戻っている。それにより、ステータコア38が基準位置に戻ることによりエンジン20の動力損失が急激に変化した場合にも、後輪16の回転速度が急激に低下することを防止することができる。その結果、自動二輪車100に衝撃が発生することを防止することができ、自動二輪車100の安全性がさらに向上する。
In this example, when the rotational speed of the
なお、本例においては、突起部90によりウェイト32cの移動を制限している。この場合、ガイド溝32bとウェイト32cとの間の摩擦係数を増加させることによりウェイト32cの移動を制限する場合に比べて、ウェイト32cの移動が動力伝達系70内のオイルの影響を受けにくい。したがって、オイルの温度が上昇した場合にも、対向面積の変化のヒステリシスが変化することを防止することができる。
In this example, the movement of the
なお、本例においては、1つの突起部90によりウェイト32cの移動を制限しているが、複数の突起部を設けてもよく、1または複数の凹部を設けることによりウェイト32cの移動を制限してもよい。
In this example, the movement of the
(7)他の実施の形態
上記実施の形態においてはバネ部材381を設けているが、永久磁石31aおよびステータコア38の間に働く磁力が十分に大きい場合には、バネ部材381は設けなくてもよい。
(7) Other Embodiments In the above embodiment, the
また、上記実施の形態においては、発電機30が適用された車両の一例として自動二輪車100について説明したが、自動三輪車および鞍乗り型の自動四輪車等の他の車両に発電機30を適用してもよい。
In the above embodiment, the
(8)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(8) Correspondence between each constituent element of claim and each element of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claim and each element of the embodiment will be described. It is not limited to.
上記実施の形態では、クランクシャフト251またはクランクシャフト252が回転軸の例であり、永久磁石31aが磁石の例であり、ステータコア38がコアの例であり、導線38aが巻線の例であり、第1のガイド部材32およびウェイト32cが移動機構の例であり、バネ部材381が付勢部材の例であり、後輪16が駆動輪の例であり、動力伝達系70が動力伝達機構の例である。
In the above embodiment, the
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。 As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.
本発明は種々の車両の発電機として有効に利用することができる。 The present invention can be effectively used as a generator for various vehicles.
16 後輪
20 エンジン
30 発電機
31 ロータ
31a 永久磁石
32 第1のガイド部材
32c ウェイト
38 ステータコア
38a 導線
70 動力伝達系
100 自動二輪車
251,252 クランクシャフト
381 バネ部材
16
Claims (7)
前記回転軸の回転運動に従い前記回転軸を中心として回転するロータと、
前記ロータに固定され、前記ロータとともに回転する磁石と、
前記回転軸と前記磁石との間で前記回転軸の軸方向に対して移動可能に設けられたコアと、
前記コアに巻回された巻線と、
前記回転軸の回転速度の増加に応じて前記磁石と前記コアとの対向面積が減少するように前記コアを前記軸方向と平行な第1の方向に移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする発電機。 A generator that generates electricity using the rotational motion of a rotating shaft,
A rotor that rotates about the rotational axis according to the rotational motion of the rotational axis;
A magnet fixed to the rotor and rotating together with the rotor;
A core provided to be movable with respect to the axial direction of the rotary shaft between the rotary shaft and the magnet;
A winding wound around the core;
And a moving mechanism that moves the core in a first direction parallel to the axial direction so that the facing area between the magnet and the core decreases as the rotational speed of the rotating shaft increases. And the generator.
エンジンと、
前記エンジンにより発生される動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達機構と、
請求項1〜3のいずれかに記載の発電機とを備えることを特徴とする車両。 Drive wheels,
Engine,
A power transmission mechanism for transmitting power generated by the engine to the drive wheels;
A vehicle comprising the generator according to claim 1.
前記移動機構は、前記遠心クラッチが接続される前に前記回転軸の回転速度の増加に応じて前記コアを第1の位置から第2の位置に移動させることを特徴とする請求項4記載の車両。 The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch,
The said moving mechanism moves the said core from a 1st position to a 2nd position according to the increase in the rotational speed of the said rotating shaft, before the said centrifugal clutch is connected. vehicle.
前記移動機構は、前記遠心クラッチが接続動作を開始する前に前記回転軸の回転速度の増加に応じて前記コアを第1の位置から第2の位置に移動させることを特徴とする請求項4または5記載の車両。 The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch,
5. The moving mechanism moves the core from a first position to a second position in accordance with an increase in rotational speed of the rotating shaft before the centrifugal clutch starts a connection operation. Or the vehicle of 5.
前記移動機構は、前記回転軸の回転速度の増加に応じて前記コアを第1の位置から第2の位置に移動させるとともに、前記回転軸の回転速度の減少に応じて前記遠心クラッチが切断されている状態で前記コアを前記第2の位置から前記第1の位置に移動させることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の車両。 The power transmission mechanism includes a centrifugal clutch,
The moving mechanism moves the core from the first position to the second position according to an increase in the rotation speed of the rotation shaft, and the centrifugal clutch is disconnected according to a decrease in the rotation speed of the rotation shaft. The vehicle according to any one of claims 4 to 6, wherein the core is moved from the second position to the first position in a state where the core is in a state of being on the vehicle.
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