JP2010057279A - エンジンの交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸端に配置されたロータの円筒部の外周にダイナミックダンパを配置したエンジンの交流発電機において、発電機ロータから生じる振動を効果的に吸収することのできるダイナミックダンパを提供しようとするものである。
【解決手段】上記ロータの円筒部の内側に発電機を構成するステータを配置し、上記ロータをクランク軸に固定するボス部の外周で、上記ステータに対向する位置に、永久磁石を上記ダイナミックダンパと同じ外周向きに配置し、更に、軸方向に関してこのダイナミックダンパと永久磁石が重なるように配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明はエンジンのクランク軸の端部に設けられる交流発電機に関するものであり、特に、ロータの振動低減のために、上記ロータにダイナミックダンパを装着した交流発電機に関するものである。

ロータの円筒部の端部外周にリングギヤを圧入したもの、あるいは上記円筒部の端部外周を径方向外方へ拡大してリングギヤとしたものをクランク軸端に固定し、上記発電機ロータにフライホイールとしての機能も持たせると共に、発電機ステータとなる電磁コイルを上記円筒部の内部空間に位置するよう固定配置し、このコイルに対向する上記発電機ロータの円筒部の内周側に永久磁石を配置して、発電機を構成したものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなアウターロータ型の発電機においては、質量の大きい磁石が回転中心から離れて配置されているため、ロータ回転軸のアンバランスが生じやすい。このアンバランスによって発生する振動を、従来技術では、円筒部の外方の、上記リングギヤの一方の面あるいは円筒部外面にダイナミックダンパを配置して振動を吸収しようとしている。しかしアンバランス幅の大きい上記構造においては、大きい範囲の振動を吸収するためのダイナミックダンパの特性を選定することが難しい。

実開平５−５２４００号公報（図３、図４）

本発明は、発電機ロータから生じる振動を効果的に吸収することのできるダイナミックダンパを提供しようとするものである。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、
クランク軸端に配置されたロータの円筒部の外周にダイナミックダンパを配置したエンジンの交流発電機において、
上記ロータの円筒部の内側に発電機を構成するステータを配置し、
上記ロータをクランク軸に固定するボス部の外周で、上記ステータに対向する位置に、永久磁石を上記ダイナミックダンパと同じ外周向きに配置し、
更に、軸方向に関してこのダイナミックダンパと永久磁石が重なるように配置したことを特徴とするエンジンの交流発電機に関するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジンの交流発電機において、
上記ダイナミックダンパは、内側リングと外側リングとを、樹脂またはゴム等の弾性体により焼き付けた部材を、上記円筒部に圧入することにより構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のエンジンの交流発電機において、
上記ロータの外周を上記円筒部の径より大きく径方向外方へ拡張して外周板状部を設け、ロータのフライホイールとしての効果を増加させたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のエンジンの交流発電機において、
上記ダイナミックダンパの外側リングの厚みを、内側リングの厚みより大きくしたことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載のエンジンの交流発電機において、
上記ダイナミックダンパの内側リングの幅を外側リングの幅より大きくし、内側リングの端部を上記ロータの外周板状部に当接させる一方、外側リングを上記外周板状部から離して隙間を設けて配置したことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載のエンジンの交流発電機において、
上記永久磁石を環状に形成し、軸方向に平行な締結部材を周上に配置してロータのボス部に固定したことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６に記載のエンジンの交流発電機において、
上記ステータは交流発電機カバーに固定され、上記ロータがクランク軸の軸受側に底部を有する椀状に形成されることを特徴とするものである。

請求項１の発明において、
質量が大きい永久磁石を回転中心寄りに配置し、さらに永久磁石とダイナミックダンパを、ロータのボス部及び円筒部の外側で且つ中心軸方向に関して重なるように配置したため、外周方向及び軸線方向のアンバランス量が抑制され、振動を吸収する対応幅が小さくなりダイナミックダンパの設計が容易となる。

請求項２の発明において、
ダイナミックダンパをロータと別体に形成でき、従来のように、直接弾性樹脂を焼き付けて成形する場合に比べて製造が楽になる。

請求項３の発明において、
ロータがフライホイールとして機能すると共に、外周板状部の外周端からダイナミックダンパが突出しないので、ダイナミックダンパの保護を図ることができる。

請求項４の発明において、
ダイナミックダンパの外側リングを厚くすることにより、ロータがフライホイールとして作用するための慣性モーメントを一層大きくすることができる。

請求項５の発明において、
内側リングの端部を上記ロータの外周板状部に当接させることによってダイナミックダンパの位置決めを確実にし、外側リングを上記外周板状部から離して隙間を設けて配置することによって、振動吸収の際に弾性体が弾性変形した時、外側リングが外周板状部に接触することを防止して、ダイナミックダンパの機能を確実に果たすように構成できる。

請求項６の発明において、
内周径が小さいロータのボス部では、従来のように永久磁石を溶着にて固定することが困難であるが、締結部材にて固定することによって、確実に、容易に、更に低コストで配置することができる。

請求項７の発明において、
ステータを交流発電機カバーに固定し、ロータをクランク軸の軸受側に底部を有する椀状にすることによって、クランク軸に対するロータの固定箇所がクランク軸軸受側に寄るので、軸受より外側のクランク軸軸長を短くすることができる。更に、ロータの重心を軸受側に寄せることができるので、クランク軸の撓みを抑制することができ、小さいダンパで振動を吸収することが可能となり、交流発電機を小型化することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る交流発電機付きエンジンが搭載されている自動二輪車50の側面図である。矢印Ｆは前方を指している。車両前端部にヘッドパイプ51が設けられ、車体フレーム52は上記ヘッドパイプ51から左右に分かれて後下がりに傾斜しつつ後方へ伸びる一対のメインフレーム52ａを備えている。上記ヘッドパイプ51には、前輪53を支持するフロントフォーク54が操向可能に支持され、フロントフォーク54の上部には操向ハンドル55が連結されている。車体フレーム52には、後輪56を支持するリヤフォーク57が上下揺動可能に支承されており、このリヤフォーク57は懸架手段を介してメインフレーム52ａに懸架されている。車体フレーム52には、車両進行方向に直交する方向に気筒が並ぶ４気筒エンジンと変速機とからなるパワーユニット58が搭載されている。図にはこのパワーユニット58のクランク軸１の位置が示してある。クランク軸の左端に交流発電機２（図２参照）が設けてある。交流発電機２は交流発電機カバー15に覆われている。このパワーユニット58の出力軸は変速機カウンタ軸であり、変速機カウンタ軸の左端の駆動スプロケット（図示なし）とチェーン伝動機構59を介して、動力が後輪56に伝達される。エンジンの上部には燃料タンク60が設けてある。車体フレーム52の後部にはタンデムシート61が設けてある。

図２は、クランク軸１の左端部に設けられた交流発電機２の断面図である。図において、クランク軸１はクランクケース３内に軸受16を介して回転可能に保持されている。図のクランク軸１は、４気筒エンジンのクランク軸１の一部を示したものである。クランクピン部４にコンロッド５が連結され、その上部には、シリンダ10内を上下方向に摺動するピストン14が連なっている。

クランク軸１の端部に、ロータ６がワッシャー７とボルト８を介してクランク軸１に締結され、キー９を介してクランク軸１と共に回転するよう固定されている。このロータ６は、円板部６ａと、中心のボス部６ｂと、円筒部６ｃとが一体に形成されたものである。上記ボス部６ｂと円筒部６ｃとの間には、環状凹部11が形成され、この環状凹部11にステータ12の電磁コイル13が位置している。更に、ロータ６の円筒部６ｃの基部外周を上記円筒部６ｃの径より大きく径方向外方へ拡張して外周板状部６ｄを形成し、ロータ６のフライホイールとしての効果を増加させてある。上記外周板状部６ｄの外周に点火タイミング検知用の外周突起６ｅが設けてある。

上記ロータ６の軸方向外側を覆うように、交流発電機カバー15が設けてある。この交流発電機カバー15はクランクケース３の端部にボルト（図示なし）を介して固定してある。交流発電機カバー15の内面側に突出するステータ取付けボス15ｄに、ステータ12がステータ取付け用ボルト17を介して固定されている。

上記ロータ６のボス部６ｂには、押さえ金具20とネジ21を介して永久磁石22とロータリング23が固定されている。これは、上記ステータ12の電磁コイル13に対向して設けられているものである。

上記ロータ６の外周の近くにある円筒部６ｃには、ダイナミックダンパ25が固定されている。これは、鋼製の内側リング25ａと、鋼製の外側リング25ｂと、これらの間に挟まれた樹脂又はゴム等の弾性体25ｃから構成されている。弾性体25ｃは、内側リング25ａと外側リング25ｂとにそれぞれ焼き付けられ、両リングと一体化されている。

上記ダイナミックダンパ25は、内側リング25ａを円筒部６ｃに圧入して、円筒部６ｃに固定されている。内側リング25ａの端面はロータ６の外周板状部６ｄに当接しているが、外側リング25ｂの端面はロータ６の外周板状部６ｄとの間に隙間26が設けてある。これは、内側リング25ａの端部を上記ロータ６の外周板状部６ｄに当接させることによってダイナミックダンパ25の位置決めを確実にし、外側リング25ｂを上記外周板状部６ｄから離して隙間26を設けて配置することによって、振動吸収の際に弾性体が弾性変形した時、外側リング25ｂが外周板状部６ｄに接触することを防止している。

本実施形態では、質量が大きい永久磁石22を、ロータ６のボス部６ｂ、即ち回転中心の近くに配置し、更にダイナミックダンパ25を回転軸線方向に関して上記永久磁石22と重なるように配置してあるので、外周方向及び軸線方向のアンバランス量が抑制され、振動を吸収する対応幅が小さくなり、ダイナミックダンパ25の設計が容易となっている。

図３は、図２に示したロータ６の断面図、図４は、図３のＩＶ矢視図である。図３は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。中央部のボス部６ｂに永久磁石22（図３）が装着され、永久磁石22の外周のロータリング23と共に、押さえ金具20とネジ21からなる締結部材によってボス部６ｂに固定されている。中央の貫通孔28にはキー溝29が設けてある。内周径が小さいロータ６のボス部６ｂでは、従来のように永久磁石22を溶着にて固定することが困難であるが、締結部材にて固定することによって、確実に、容易に、更に低コストで配置することができる。ロータの外周に、複数の外周突起６ｅが設けてある。これは、後述のパルサ30による、点火タイミング検知用の突起である。

ロータ６の外周の近くに円筒部６ｃが設けてある。また、ロータ６の上記円筒部６ｃの基部の外周を円筒部６ｃの径より大きく径方向外方へ拡張した外周板状部６ｄを形成し、ロータ６のフライホイールとしての効果を増加させてある。これによって、ロータ６がフライホイールとして機能すると共に、外周板状部６ｄの外周端からダイナミックダンパ25（図２）が突出しないので、ダイナミックダンパ25の保護を図ることができる。

図５は、図２に示したダイナミックダンパ25の断面図、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。内側から、内側リング25ａ、弾性体25ｃ、外側リング25ｂの順に配置されている。上記両リングは何れも鋼製である。弾性体25ｃは樹脂またはゴムからなるもので、内側リング、外側のリングのそれぞれに焼き付けられ、これらの３部分が一体化している。ダイナミックダンパ25の外側リング25ｂを厚く、質量を大きくしてあるので、ロータ６がフライホイールとして作用するための慣性モーメントを一層大きくしている。

上記ダイナミックダンパ25は、ロータ６と別体に形成でき、従来のように、直接弾性樹脂をロータに焼き付けて成形する場合に比べて製造が楽になる。

上記のようにして一体化した後に、このダイナミックダンパ25の内側リング25ａを、上記ロータ６の円筒部６ｃの外周に圧入する。内側リング25ａの端部を上記ロータ６の外周板状部６ｄに当接させることによってダイナミックダンパ25の位置決めを確実にし、外側リング25ｂを上記外周板状部６ｄから離して隙間26（図２）を設けて配置することによって、振動吸収の際に弾性体25ｃが弾性変形した時、外側リング25ｂが外周板状部６ｄに接触することを防止している。

図７は、図２に示した交流発電機カバー15の断面図、図８は、図７のＶＩＩＩ矢視図である。図７は図８のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示している。交流発電機カバー15の外周に、複数のカバー取付け用ボルト挿通孔15ａが設けてある。交流発電機カバー15の内側に、環状の補強リブ15ｂが設けてあり、補強リブ15ｂの４箇所にネジ孔15ｃ付きの取付けボス15ｄが設けてある。このネジ孔15ｃに螺入されるステータ取付け用ボルト17（図２）によってステータ12が取り付けられる。

図９はステータ12の正面図、図１０は図９のＸ−Ｘ断面図である。ステータ12は、中心方向突出部12ｂを備えた環状の鉄板を重ねて形成された本体部12ａの、上記中心方向突出部12ｂに電線を巻きつけて電磁コイル13が形成されている。本体部の周囲には４箇所のボルト挿通孔12ｃが設けてあり、これに挿通されるステータ取付け用ボルト17（図２）によって、ステータ12は交流発電機カバー15のネジ孔15ｃ（図８）に取付けられる。

交流発電機カバー15へのステータ12の取付けに際しては、図８に示される面と、図９に示される面とが向き合うように取付けられる。交流発電機カバー15の内面には、図８に示されるケーブル移動抑制用リブ15ｆが設けてある。図９、図１０においては、上記ケーブル移動抑制用リブ15ｆの位置は一点鎖線示で示してある。このリブ15ｆは、ステータ12の電磁コイル13の一つに接続されている電流取り出し用ケーブル18の近傍に設置されており、電流取り出し用ケーブル18の移動を阻止するために設置されているものである。

図１１は、図８のＸＩ−ＸＩ断面図である。図８及び図１１において、交流発電機カバー15の内側の一方の側に、パルサ30が設けてある。パルサ30は、そのケーブル接続部位30ａが交流発電機カバー15の内面に臨むように固定されると共に、交流発電機カバー15の内面から、パルサ30に向かって突出するリブ31を形成して、このリブ31にケーブル32を当てて位置規制してある。パルサ30は、回転中のロータ６の外周突起６ｅ（図４）の通過を検知して、そのタイミングに応じて点火プラグに通電するための、燃焼のタイミングを制御する装置である。

以上詳述したように、上記実施形態においては次の効果がもたらされる。
（１）質量が大きい永久磁石22を回転中心寄りに配置し、さらに永久磁石22とダイナミックダンパ25を、ロータ６のボス部６ｂ及び円筒部６ｃの外側で且つ中心軸方向に関して重なるように配置したため、外周方向及び軸線方向のアンバランス量が抑制され、振動を吸収する対応幅が小さくなりダイナミックダンパの設計が容易となる。
（２）ダイナミックダンパ25をロータ６と別体に形成でき、従来のように、直接弾性樹脂を焼き付けて成形する場合に比べて製造が楽になる。
（３）ロータ６がフライホイールとして機能すると共に、外周板状部６ｄの外周端からダイナミックダンパ25が突出しないので、ダイナミックダンパ25の保護を図ることができる。
（４）ダイナミックダンパ25の外側リング25ｂを厚くすることにより、ロータがフライホイールとして作用するための慣性モーメントを一層大きくすることができる。
（５）内側リング25ａの端部を上記ロータの外周板状部６ｄに当接させることによってダイナミックダンパ25の位置決めを確実にし、外側リング25ｂを上記外周板状部６ｄから離して隙間26を設けて配置することによって、振動吸収の際に弾性体が弾性変形した時、外側リング25ｂが外周板状部６ｄに接触することを防止して、ダイナミックダンパ25の機能を確実に果たすように構成できる。
（６）内周径が小さいロータ６のボス部６ｂでは、従来のように永久磁石22を溶着にて固定することが困難であるが、締結部材（押さえ金具20とネジ21）にて固定することによって、確実に、容易に、更に低コストで配置することができる。
（７）ステータを交流発電機カバーに固定し、ロータをクランク軸の軸受側に底部を有する椀状に形成しているので、クランク軸に対するロータの固定箇所がクランク軸軸受側により、軸受より外側のクランク軸軸長を短くすることができる。更に、ロータの重心を軸受側に寄せることができるので、クランク軸の撓みを抑制することができ、小さいダンパで振動を吸収することが可能となり、交流発電機を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係る交流発電機付きエンジンが搭載されている自動二輪車の側面図である。 クランク軸の軸端部に設けられた交流発電機の断面図である。 図２に示したロータの断面図である。 図３のＩＶ矢視図である。 図２に示したダイナミックダンパの断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図２に示した交流発電機カバーの断面図である。 図７のＶＩＩＩ矢視図である。 ステータの正面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 図８のＸＩ−ＸＩ断面図である。

符号の説明

１…クランク軸、２…交流発電機、６…ロータ、６ａ…円板部、６ｂ…ボス部、６ｃ…円筒部、６ｄ…外周板状部、６ｅ…外周突起、11…環状凹部、12…ステータ、13…電磁コイル、15…交流発電機カバー、16…軸受、20…押さえ金具、21…ネジ、22…永久磁石、23…ロータリング、25…ダイナミックダンパ、25ａ…内側リング、25ｂ…外側リング、25c…弾性体、26…隙間、30…パルサ

Claims (7)

1. クランク軸端に配置されたロータの円筒部の外周にダイナミックダンパを配置したエンジンの交流発電機において、
   上記ロータの円筒部の内側に発電機を構成するステータを配置し、
   上記ロータをクランク軸に固定するボス部の外周で、上記ステータに対向する位置に、永久磁石を上記ダイナミックダンパと同じ外周向きに配置し、
   更に、軸方向に関してこのダイナミックダンパと永久磁石が重なるように配置したことを特徴とするエンジンの交流発電機。
2. 上記ダイナミックダンパは、内側リングと外側リングとを、樹脂またはゴム等の弾性体により焼き付けた部材を、上記円筒部に圧入することにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの交流発電機。
3. 上記ロータの外周を上記円筒部の径より大きく径方向外方へ拡張して外周板状部を設け、ロータのフライホイールとしての効果を増加させたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの交流発電機。
4. 上記ダイナミックダンパの外側リングの厚みを、内側リングの厚みより大きくしたことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの交流発電機。
5. 上記ダイナミックダンパの内側リングの幅を外側リングの幅より大きくし、内側リングの端部を上記ロータの外周板状部に当接させる一方、外側リングを上記外周板状部から離して隙間を設けて配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のエンジンの交流発電機。
6. 上記永久磁石を環状に形成し、軸方向に平行な締結部材を周上に配置してロータのボス部に固定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のエンジンの交流発電機。
7. 上記ステータは交流発電機カバーに固定され、上記ロータがクランク軸の軸受側に底部を有する椀状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載のエンジンの交流発電機。

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