JP2015187427A - アキシャルギャップ型発電体の冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン100のクランクケース110と遠心式の冷却ファン160との間に配置されたアキシャルギャップ型発電体200の冷却構造を、アキシャルギャップ型発電体は、ロータ210、クランクケース側ステータ220、冷却ファン側ステータ230、発電体ケース240,250を有し、発電体ケースに形成され冷却ファンが吐出する冷却風Wをロータと冷却ファン側ステータとの間隔に外径側から導入する冷却風導入流路243,253,Oと、クランクシャフトからの動力を冷却ファンに伝達する動力伝達部材141,151に設けられ、冷却風を冷却ファン側ステータの内径側の領域から動力伝達部材の内部を介して冷却ファンの内径側に還流させる冷却風排出流路とを備える構成とする。
【選択図】図1
Description
このようなアキシャルギャップ型の発電体は、例えば、汎用エンジンのクランクケースと、エンジン強制空冷用のブロワファンとの間に設けられ、ブロワファンからエンジンに送られる冷却風の一部を、発電体ケースの外径側からステータ、ロータへ導入し、発電体ケースの内径側からエンジン側へ排出する冷却構造とすることが一般的である。
また、発電体ケースにおけるファン側(反クランクケース側)に設けられるステータを冷却する冷却風は、ロータ内径側に形成された開口から反対側のステータの内径側に流れ、ここからエンジン側に排出されるため、エンジン側のステータに対して冷却風の流路抵抗が多く、風量の確保が困難であった。このため、エンジン側のステータよりもファン側のステータが高温となる温度ばらつきが生じ、発電体の出力低下の原因となっていた。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構造により冷却性能を向上したアキシャルギャップ型発電体の冷却構造を提供することである。
請求項1に係る発明は、エンジンのクランクケースと前記エンジンのクランクシャフトに接続された遠心式の冷却ファンとの間に配置されたアキシャルギャップ型発電体の冷却構造であって、前記アキシャルギャップ型発電体は、前記エンジンのクランクシャフトとともに回転する円盤状のロータと、前記ロータの前記クランクケース側の面に対向して配置されたクランクケース側ステータと、前記ロータの前記冷却ファン側の面に対向して配置された冷却ファン側ステータと、前記ロータ、前記クランクケース側ステータ、前記冷却ファン側ステータを収容する発電体ケースとを有し、前記発電体ケースに形成され前記冷却ファンが吐出する冷却風を前記ロータと前記冷却ファン側ステータとの間隔に外径側から導入する冷却風導入流路と、前記クランクシャフトからの動力を前記冷却ファンに伝達する動力伝達部材に設けられ、前記冷却風を前記冷却ファン側ステータの内径側の領域から前記動力伝達部材の内部を介して前記冷却ファンの内径側に還流させる冷却風排出流路とを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型発電体の冷却構造である。
これによれば、ロータと冷却ファン側ステータとの間を、外径側から内径側へ流れた冷却風を、動力伝達部材の内部を介して冷却ファンの内径側に還流させることによって、冷却風量を増加させ、冷却ファン側ステータを効果的に冷却することが可能となる。
このため、発電体全体としての風量を増加させて冷却能力を高めることができ、さらに、従来は高温となりやすかった冷却ファン型ステータを効果的に冷却して、温度ばらつきを抑制し、発電体の出力を向上することができる。
また、動力伝達部材を、冷却風排出流路を有するものに交換することによって既存のアキシャルギャップ発電体付き汎用エンジンにも容易に適用することが可能である。
これによれば、動力伝達部材の回転を利用して冷却風を吸入することによって、簡単な構成によって冷却風量を増加させ、冷却性能をより向上することができる。
これによれば、筒状の動力伝達部材の周面部に端縁を傾斜させた開口を設けることによって、簡単な構成によって上述した効果を得ることができる。
これによれば、ロータとクランクケース側ステータとの間を流れた冷却風の一部も冷却風排出流路から冷却ファン内径側へ還流させることによって、クランクケース側ステータの冷却風量も増加させて冷却性能をさらに高めることができる。
さらに、クランクケース側ステータと冷却ファン側ステータの冷却風量のバランスを改善して各ステータの温度ばらつきをより抑制し、発電体の出力低下をさらに抑制することができる。
図1は、実施例のアキシャルギャップ型発電体の冷却構造を有する発電体付き汎用エンジンの断面図である。
実施例のアキシャルギャップ型発電体の冷却構造は、例えば4ストローク単気筒のガソリンエンジンであるエンジン100に設けられるアキシャルギャップ型の発電体200を冷却するものである。
クランクケース110は、例えばアルミニウム系合金の鋳物によって、シリンダと一体に形成されている。
クランクケース110における発電体200とは反対側の端部には、メインベアリングカバー120によって閉塞される開口が形成されている。
シリンダのクランクケース110側と反対側の端部には、図示しないシリンダヘッドが設けられている。
シリンダヘッドは、シリンダ及びピストンの冠面とともに燃焼室を構成する。
シリンダヘッドには、点火栓、吸気ポート、排気ポート及び各ポートを開閉するバルブとその駆動系などが設けられている。
ジャーナル部131は、メインベアリング137を介して、クランクケース110及びメインベアリングカバー120にそれぞれ支持されている。
また、メインベアリング137に対してクランクケース110の外部側に隣接して、クランクケース110内からのオイルの漏出を防止するため、オイルシール138が設けられている。
クランクウェブ133は、ジャーナル部131とクランクピン132とを連結するクランクアーム、及び、クランクアームに対して実質的に軸対称に配置されるクランクウェイトを一体に形成したものである。
発電体側出力軸部134は、基部側(クランクケース110側)に対して先端部側(ネジ部135側が細く窄まったテーパ軸である。
ネジ部135は、発電体側出力軸部134の端部から突き出して形成され、アダプタ211を固定するナット135aが締結される部分である。
セット機器側出力軸部136は、エンジン100を動力源として駆動される図示しないセット機器の入力部に接続され、動力伝達を行うものである。
フライホイール140は、エンジンのトルク変動を抑制する回転質量体である。
アダプタ150は、フライホイール140のクランクケース110側とは反対側に接続され、リコイルスタータ170のスタータプーリ171が接続される部材である。
フライホイール140及びアダプタ150の詳細な構成については、後に詳しく説明する。
ブロワファン160は、フライホイール140のクランクケース110側とは反対側の面部に取り付けられ、中央部側から取り込んだ空気を外径側へ吹き出す複数のベーン(羽根)を備えている。
ブロワファン160は、例えば樹脂系材料をインジェクション成型して一体に形成されている。
ブロワファン160の周囲には、ブロワファン160をカバーするとともに、発生した冷却風Wを所定の流路へ案内するブロワハウジング(ファンカバー)161が設けられている。
ブロワハウジング161は、例えば樹脂系材料をインジェクション成型して形成され、クランクケース110側の端部は発電体200の発電体ケース(第2ハウジング250)に接続されている。
リコイルスタータ170は、図示しないリコイルノブをユーザが牽引することによって、フリクションプレートが繰り出され、アダプタ150に取り付けられたスタータプーリ171を回転駆動する。
発電体200は、ロータ210、第1ステータ220、第2ステータ230、第1ハウジング240、第2ハウジング250等を備えて構成されている。
ロータ210は、中央部に円形開口を有する平板状の円盤であって、磁性体によって形成され、所定のパターンでNSの着磁が施されている。
ロータ210の内周縁部は、アダプタ211を介して発電体側出力軸部134に締結されている。
アダプタ211は、発電体側出力軸部134とテーパ嵌合するテーパ穴が形成された円筒状の部材であって、外周面部にはロータ210の本体部が取り付けられるフランジ部が形成されている。
また、ロータ210のアダプタ211と隣接する内周縁部近傍の領域には、第1ロータ220側と第2ロータ230側とを連通させる開口212が形成されている。
開口212は、ロータ210の周方向に分散して、複数形成されている。
第1ステータ220は、第1ハウジング240を介して、エンジン100のクランクケース110に固定されている。
第2ステータ220は、第1ハウジング240と結合されて発電体200の筐体を構成する第2ハウジング250を介して、エンジン100のクランクケース110に固定されている。
第1ハウジング240、第2ハウジング250は、それぞれ耐熱性を有するナイロン樹脂等の樹脂系材料を用いて、インジェクション成型によって一体に形成されている。
円筒部241は、第1ステータ220の外径側を囲って配置され、発電体ケースの外周面部を構成する。
端面部242は、第1ステータ220のクランクケース110側に設けられた円盤状の部分である。
端面部242の外周縁部は、円筒部241におけるクランクケース110側の端部と接続されている。
端面部242は、第1ステータ220が取り付けられる基部となる。
対面部242の中央部には、クランクシャフト110等が挿入される円形の開口が形成されている。
円筒部251は、第2ステータ230の外径側を囲って配置され、発電体ケースの外周面部を構成する。
端面部252は、第2ステータ230のフライホイール140側に設けられた円盤状の部分である。
端面部252の外周縁部は、円筒部251におけるフライホイール140側の端部と接続されている。
端面部252は、第2ステータ230が取り付けられる基部となる。
対面部252の中央部には、フライホイール140の円筒部141等が挿入される円形の開口が形成されている。
ダクト部243、253は、発電体200の回転軸方向に沿って連続する空洞部として形成されている。
ダクト部253のブロワファン160側の端部は開口しており、冷却風Wの一部はここに流入する。
ダクト部243のクランクケース110側の端部は閉塞されている。
また、ダクト部243、253内における第1ハウジング240と第2ハウジング250との合わせ部には、ダクト部243,253の内部と、ロータ210、第1ステータ220、第2ステータ230等が配置される領域とを連通させる開口Oが形成されている。
エンジン100を冷却する冷却風Wの主な部分は、第1ハウジング240、第2ハウジング250からなる発電体ケースの外径側を通って、エンジン100のシリンダ、シリンダヘッド等へ導かれる。
開口Oを通過した冷却風Wは、ロータ210と第1ステータ220との間、及び、ロータ210と第2ステータ230との間にそれぞれ導入され、これらの間を外径側から内径側へ流れてロータ210、第1ステータ220、第2ステータ230を冷却する。
ダクト部243,253、開口Oは、本発明にいう冷却風導入流路を構成する。
ロータ210と第2ステータ230との間を流れて内径側へ到達した冷却風Wの実質的に全部は、フライホイール140及びアダプタ150の内径側に形成された流路を通ってブロワファン160の内径側へ還流される。
フライホイール140及びアダプタ150の内部に設けられる流路の構造について、以下詳しく説明する。
図2(a)は、軸方向におけるブロワファン160側から見た外観図である。
図2(b)は、図2(a)のb−b部矢視断面図である。
図2(c)は、図2(b)のc−c部矢視図である。
図2(d)は、図2(d)のd−d部矢視部分断面図である。
円筒部141は、ロータ210のアダプタ211を介して、クランクシャフト130からの動力を、ブロワファン160や円盤部142等へ伝達する動力伝達部材である。
円筒部141は、クランクシャフト130と同心に配置され、中空に形成されている。
円筒部141のクランクケース110側の端部は、ブロワファン160側から挿入されるボルトによって、発電体200のロータ210のアダプタ211のフランジ部に締結される。
締結箇所は、周方向に分散して例えば3箇所が等間隔に配置されている。
円筒部141の内周面部におけるクランクケース110側の端部近傍には、部分的に内径を拡大して形成された拡径部141aが形成されている。
拡径部141aは、アダプタ211の外周面部と実質的に同径に形成され、アダプタ211とフライホイール140とが実質的に同心となるように案内する部分である。
円盤部142は、クランクケース110側の面部における径方向中間部分を凹ませることによって、外径側に質量が多く分布するようにしている。
アダプタ締結部143は、円盤部142のブロワファン160側の面部から段状に突き出して形成された円環状の部分である。
アダプタ締結部143は、円筒部141に対して大径に形成され、円筒部141をアダプタ211に締結するボルトは、アダプタ締結部143の内径側から挿入されるようになっている。
アダプタ締結部143には、アダプタ150が締結されるネジ孔が、例えば3箇所周方向に等間隔に分散して配置されている。
アダプタ締結部143の外周面部は、ブロワファン160の中央部に形成された開口に挿入され、ブロワファン160の内径側を保持している。
スリット部144は、アダプタ211との締結箇所を避けて、例えば3箇所が周方向に分散して配置されている。
スリット部144は、円筒部141の外径側の空気を、円筒部141の内径側へ導入する開口部を構成する。
すなわち、これらの開口縁は、外径側の端部が内径側の端部に対して、回転時における進行方向前方側となるようにずらして配置されている。
このような構成によって、円筒部141におけるスリット部144以外の領域は、回転時に羽根形状を有する吸入ファンとして機能する。
図3(a)は、アダプタ150をリコイルスタータ170側から見た外観図である。
図3(b)は、図3(a)のb−b部矢視断面図である。
図3(c)は、図3(a)のc−c部矢視図である。
円筒部151は、クランクシャフト130と同心に配置され、フライホイール140のアダプタ締結部143とリコイルスタータ170のスタータプーリ171とを接続するものである。
フランジ部152は、フライホイール140の円盤部142との間で、ブロワファン160の内周縁部近傍の領域を挟持し、ブロワファン160を保持する機能を有する。
フランジ部152は、円筒部151のフライホイール140側の端部から外径側につば状に張り出して形成されている。
フランジ部152には、アダプタ締結部143への締結用ボルトが挿入されるボルト穴が形成されている。
開口部153は、円筒部151の周方向に分散して例えば4か所形成されている。
その後、アダプタ150の円筒部151の内径側に流れ、ブロワファン160がその内径側に形成する負圧によって開口部153から吸い出され、ブロワファン160の内径側へ還流する。
フライホイール140の円筒部141及びアダプタ150の円筒部151の内径側は、本発明にいう冷却風排出流路を構成する。
(1)ロータ210と第2ステータ230との間を流れた冷却風Wを、フライホイール140の円筒部141及びアダプタ150の円筒部151の内径側を経由してブロワファン160の内径側に還流させることによって、冷却風Wの風量を増加させ、第2ステータ230側を効果的に冷却することが可能となる。
このため、発電体200全体としての冷却風Wの風量を増加させて冷却能力を高めることができ、さらに、従来は第1ステータ220に対して高温となりやすかった第2ステータ230を効果的に冷却して、温度ばらつきを抑制し、発電体200の出力を向上することができる。
また、フライホイール140及びアダプタ150を、スリット部144及び開口部153を有する中空のものとするだけで既存のアキシャルギャップ型発電体付きエンジンにも適用が容易である。
(2)スリット部144の端面に、回転時に周囲の空気を吸入する羽根形状を形成したことによって、簡単な構成によって冷却風Wの風量を増加させ、冷却性能をより向上することができる。
(3)羽根形状を、スリット部144の端縁を径方向に対して傾斜させて形成することによって、簡単な構成によって上述した効果を得ることができる。
(4)ロータ210に開口212を形成したことによって、クランクケース側の第1ステータ220の冷却風Wの風量も増加させて冷却性能を向上することができる。
また、第1ステータ220側と第2ステータ230側を流れる冷却風Wの風量のバランスを改善して各ステータの温度ばらつきをより抑制し、発電体の出力低下をさらに抑制することができる。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
エンジン及びアキシャルギャップ型発電体を構成する各部品の形状、構造、材質、製法、配置等は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
また、冷却風を動力伝達部材に導入する開口、排出する開口の形状、個数、配置や、吸入側の開口における端縁部の処理なども特に限定されない。
120 メインベアリングカバー 130 クランクシャフト
131 ジャーナル部 132 クランクピン
133 クランクウェブ 134 発電体側出力軸部
135 ネジ部 135a ナット
136 セット機器側出力軸部 137 メインベアリング
138 オイルシール 140 フライホイール
141 円筒部 142 円盤部
143 アダプタ締結部 144 スリット部
150 アダプタ 151 円筒部
152 フランジ部 153 開口部
160 ブロワファン 161 ブロワハウジング
170 リコイルスタータ 171 スタータプーリ
200 発電体 210 ロータ
211 アダプタ 212 開口
220 第1ステータ 230 第2ステータ
240 第1ハウジング 241 円筒部
242 端面部 243 ダクト部
250 第2ハウジング 251 円筒部
252 端面部 253 ダクト部
O 開口 W 冷却風
Claims (4)
- エンジンのクランクケースと前記エンジンのクランクシャフトに接続された遠心式の冷却ファンとの間に配置されたアキシャルギャップ型発電体の冷却構造であって、
前記アキシャルギャップ型発電体は、
前記エンジンのクランクシャフトとともに回転する円盤状のロータと、
前記ロータの前記クランクケース側の面に対向して配置されたクランクケース側ステータと、
前記ロータの前記冷却ファン側の面に対向して配置された冷却ファン側ステータと、
前記ロータ、前記クランクケース側ステータ、前記冷却ファン側ステータを収容する発電体ケースとを有し、
前記発電体ケースに形成され前記冷却ファンが吐出する冷却風を前記ロータと前記冷却ファン側ステータとの間隔に外径側から導入する冷却風導入流路と、
前記クランクシャフトからの動力を前記冷却ファンに伝達する動力伝達部材に設けられ、前記冷却風を前記冷却ファン側ステータの内径側の領域から前記動力伝達部材の内部を介して前記冷却ファンの内径側に還流させる冷却風排出流路と
を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型発電体の冷却構造。 - 前記冷却風排出流路は、前記動力伝達部材の回転に応じて周囲の空気を前記動力伝達部材の内部に吸引する吸入ファンを有すること
を特徴とする請求項1に記載のアキシャルギャップ型発電体の冷却構造。 - 前記動力伝達部材はクランクシャフトと同心に配置された中空筒状に形成されるとともに、
前記吸入ファンは、前記動力伝達部材の周面に形成された開口の端縁を径方向に対して傾斜させて形成したこと
を特徴とする請求項2に記載のアキシャルギャップ型発電体の冷却構造。 - 前記ロータの内周縁部近傍に、前記ロータに対して前記クランクケース側ステータ側の領域と前記冷却ファン側ステータ側の領域とを連通させる開口を形成したこと
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型発電体の冷却構造。
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