JP2016107787A - 電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と電動発電機を備えたハイブリッドシステムにおいて、非常に簡単な構成で、電動発電機のプーリーが取付けられた先端側に作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を有する電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法を提供する。
【解決手段】内燃機関１０と電動発電機２０を備え、内燃機関１０のクランク軸１２と電動発電機２０の回転軸２１とを平行に配置したハイブリッドシステムにおいて、電動発電機２０を固定支持する取付けボルト３０の挿通方向Ｙを、クランク軸１２に対して垂直方向Ｖにすると共に、取付けボルト３０の取り付け位置Ｐｉをクランク軸方向Ｘに関して離間して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動発電機とを備えたハイブリッドシステムにおいて、電動発電機を内燃機関に取付けるための電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法に関する。

一般的に、車両に搭載される内燃機関では、オルタネータと呼ばれるＡＣＧ（交流発電機）が備えられており、内燃機関のクランク軸からプーリーとベルトを介して動力を得て、スターター（セルモーター）や車両で必要とされる電力を発電し、バッテリに充電している。

このＡＣＧは通常は、エンジンブロックの側面又はエンジンブロックに取り付けられるブラケットに、クランク軸方向に貫通するボルト挿通穴を設け、このエンジン側のボルト挿通穴にＡＣＧ側の回転軸方向に貫通するように設けられたボルト挿通穴を一致させて、取付けボルトとナットにより、クランク軸とＡＣＧの回転軸とが平行に、しかも、両方のプーリーが横一直線になるように取付けられる。この場合に、ＡＣＧは比較的軽量でしかも、伝達トルクも比較的小さいので、エンジン側に対して上下二か所で支持することが多い。

例えば、エンジンブロックの側面に設けられた上側支持部と下側支持部のエンジンのクランク軸方向に貫通するボルト挿通孔にボルトを通すボルト締結により補機を取り付ける、オルタネータ等の補機を取付けるためのエンジンの補機取付構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このクランク軸方向に、言い換えれば、ＡＣＧの回転軸方向に貫通するボルト挿通穴と取付けボルトを使用すると、クランク軸側のプーリーと回転軸側のプーリーとの間のクランク軸方向の相対位置が、製造上の誤差などにより多少ずれても、スペーサやワッシャ等で容易に修正でき、横一直線になるように取付けることができるので、エンジン側及びＡＣＧ側の取付け構造の加工精度を高めなくてもよいというメリットがある。

しかしながら、これにならって、内燃機関と電動発電機とを備えたハイブリッドシステムで、同様な取付け構造を採用して、電動発電機を内燃機関に取付けると、ＡＣＧの容量に比べて、ハイブリッドシステムで使用する電動発電機の容量が大きく、重量だけでなく、クランク軸から受けるトルクも大きくなる。

その上、発電時にエンジンのクランク軸側から電動発電機の回転軸側に動力が伝達されるだけでなく、モーター駆動時には回転軸側からクランク軸側へも動力が伝達されるため、ＡＣＧの場合に比べて、動力伝達時にベルトに大きな引張力が発生し、電動発電機の回転軸の先端にあるプーリーがエンジン側に引き寄せられる力が大きく作用することが分かった。

特に、従来技術のＡＣＧと同様な取付け構造においては、エンジン側に、ボルト挿通穴が設けられるため、電動発電機の回転軸よりもエンジン側に近い部位でのみ電動発電機を固定しており、この電動発電機の回転軸の先端側にあるプーリーに作用する先端側引き寄せ力に対抗できる固定支持力が小さいという問題が生じた。

この対策として、エンジン側にブラケットを取付けて、このブラケットにおいて、電動発電機の回転軸よりもエンジン側とは反対側に離れた部位にもクランク軸方向のボルト挿通穴を設けて、電動発電機をより多くの取付けボルトで固定することが考えられたが、ブラケットを設ける必要が生じるため、ブラケット分の重量増加やブラケット取付けの工数の増加が生じると共に、クランク軸方向のボルト締結では先端側引き寄せ力に対抗できる固定支持力の増加の効果が小さいという問題があると考えられた。

特開２０１２−７５２７号公報

本発明者は、従来技術におけるクランク軸側のプーリーと回転軸側のプーリーの軸方向の相対位置の調整が容易にできるというメリットに囚われていることが、上記の問題の解決を妨げているとの考えに想到し、このメリットを取付けボルトの方向をクランク軸方向にすることでは無く、工作精度の向上でカバーすることを考えて、取付けボルトの方向を変えるという、非常に簡単な構成で、電動発電機の先端側引き寄せ力に対抗できる固定支持力を大きくすることができるとの発想を得た。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と電動発電機を備えたハイブリッドシステムにおいて、非常に簡単な構成で、電動発電機のプーリーが取付けられた先端側に作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を有する電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の電動発電機の取付け構造は、内燃機関と電動発電機を備え、前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機の回転軸とを平行に配置したハイブリッドシステムにおいて、前記電動発電機を固定支持する取付けボルトの挿通方向を、前記クランク軸に対して垂直方向にと共に、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け位置を前記クランク軸方向に関して離間して設けるように構成される。

この構成によれば、非常に簡単な構成で、電動発電機のプーリーが取り付けられている先端側に作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を発揮することができる。

なお、本発明は、電動発電機を固定支持する取付けボルトに関するものであり、位置調整ボルトなどは上記の構成から外れてもよく、必ずしも、取付けボルト全部が上記の構成を満たす必要はなく、上記の構成を持つ取付けボルトの組が一つ以上あればよい。

また、上記の電動発電機の取付け構造で、更に、前記電動発電機側において、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け構造を前記回転軸の回転方向に互いに離間させて設ける構造にすると、発電時と電動時で逆転するときに、電動発電機側のプーリーに力及びモーメントが作用するが、回転軸の回りのモーメント及びクランク軸の回りのモーメントに対する固定支持力を増加させることができる。

また、上記の電動発電機の取付け構造で、更に、前記電動発電機側において、前記取付けボルトを取付けたときの前記取付けボルトの頭部の位置と前記クランク軸の中心との距離が、前記回転軸の中心と前記クランク軸の中心との距離よりも大きくなる前記取付けボルトの取り付け位置が少なくとも１つあるように構成すると、電動発電機のプーリーを介して回転軸に作用するクランク軸の回転方向の力に対抗する固定支持力を増加させることができる。つまり、クランク軸から離れた位置でボルト固定することにより、クランク軸回りのモーメントを大きくすることができるので、より堅固に電動発電機を固定支持できる。

また、上記の電動発電機の取付け構造において、ブラケットを介して前記内燃機関と前記電動発電機を取付けると共に、前記ブラケットに前記電動発電機を固定支持する、前記クランク軸に対して垂直方向の取付けボルトの取付け構造を設ける構造にすると、エンジンブロックに直接電動発電機を取付けることが難しい場合やエンジンブロックにクランク軸に対して垂直方向のボルト挿通穴やボルト受けの雌ネジを設けることが難しい場合に、ブラケットを設けることで多様な対応ができるようになる。なお、この場合に、必ずしも、一つの一体物のブラケットである必要はないので、ブラケットによる重量増加を抑制することができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の電動発電機の取付け方法は、内燃機関と電動発電機を備え、前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機の回転軸とを平行に配置したハイブリッドシステムの電動発電機の取付け方法において、前記電動発電機を固定支持する取付けボルトの挿通方向を、前記クランク軸に対して垂直方向にすると共に、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け位置を前記クランク軸方向に関して離間して設けることを特徴とする方法である。この方法によれば、非常に簡単な構成で、電動発電機のプーリーがある先端側に作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を発揮することができる。

本発明の電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法によれば、内燃機関と電動発電機を備えたハイブリッドシステムにおいて、非常に簡単な構成で、電動発電機のプーリーが取り付けられている先端側に作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を発揮できる。

従って、内燃機関と電動発電機との間で大きな動力を伝達する場合でも、クランク軸と回転軸との平行を維持でき、プーリーとベルトにより、効率よく動力伝達を行うことができる。

本発明に係る第１の実施の形態の電動発電機の取付け構造の構成を示す図である。 電動発電機の取付け構造と各種の距離を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の電動発電機の取付け構造の構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法について図面を参照しながら説明する。この電動発電機の取付け構造及び電動発電機の取付け方法は、内燃機関と電動発電機を備え、内燃機関のクランク軸と電動発電機の回転軸とを平行に配置したハイブリッドシステムに適用される。

なお、本発明は、クランク軸との方向や位置関係を重視したものであり、直列エンジンやＶ形エンジンや水平対向エンジン等のいずれでも適用可能であるが、電動発電機の取付け構造の軽量化効果があるので、特に、軽量化に有利なＶ形エンジンや直列エンジンに採用するとその効果がより生きる。また、４輪以上の狭い空間にハイブリッドシステムを配置する車両で取付けスペースが小さくて済むという効果が大きくなる。

図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の電動発電機の取付け構造１は、エンジン（内燃機関）１０のエンジン本体１１に電動発電機２０を取付ける際に、エンジン１０のクランク軸１２と電動発電機２０の回転軸２１とを平行に配置する。そして、このクランク軸１２にはプーリー１４が、回転軸２１にはプーリー２３が配置される。この両者のプーリー１４、２１の間にベルト（図示しない）が装着され、相互間で動力伝達が行われる。

また、それと共に、電動発電機２０側に設けたボルト挿通穴２２に、取付けボルト３０を挿通して、エンジン本体１１側に設けた取付けボルト３０を固定する雌ネジ１３に、この取付けボルト３０をネジ留めして取付ける。なお、エンジン本体１１側に雌ネジ１３を設ける替りにボルト挿通穴（図示しない）を設けて、取付けボルト３０の先端側をナット（図示しない）でネジ留めする取付け構造にしてもよい。

本発明においては、この電動発電機２０を固定支持する取付けボルト３０の挿通方向Ｙを、クランク軸１２に対して垂直方向Ｖにする、即ち、クランク軸１２と垂直な面内に挿通方向Ｙがあるようにすると共に、取付けボルト３０の少なくとも１組の取り付け位置Ｐｉをクランク軸方向Ｘに関して離間して設ける。

つまり、図２に示すように、取付けボルト３０の取り付け位置Ｐａ、Ｐｂの間、及び、取り付け位置Ｐｃ、Ｐｄの間に距離Ｓｘを設ける。この距離Ｓｘは、クランク軸方向Ｘの距離となる。取付けボルト３０が互いに平行な場合は、この平行な距離のクランク軸方向Ｘの距離となる。なお、平行でない場合は取付けボルト３０の頭部３１の位置関係とする。

これにより、非常に簡単な構成で、電動発電機２０のプーリー２３が取り付けられている先端側Ｘａに作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を発揮することができる。

更に、図２に示すように、電動発電機２０側において、取付けボルト３０の少なくとも１組の取り付け構造を回転軸２１の回転方向Ｒｍに互いに離間させて設ける。つまり、取付けボルト３０の取り付け位置Ｐａ、Ｐｃの間、及び、取り付け位置Ｐｂ、Ｐｄの間に距離Ｓｙを設ける。この距離Ｓｙは、クランク軸方向Ｘから見たときの、取付けボルト３０の頭部３１の間のクランク軸方向Ｘに投影された距離となる。取付けボルト３０が互いに平行な場合は、この平行な距離のクランク軸方向Ｘに投影された距離となる。なお、平行でない場合は取付けボルト３０の頭部３１の距離とする。

これにより、発電時と電動時で逆転するときに、電動発電機２０側のプーリー２３に力及びモーメントが作用するが、回転軸２１の回りのモーメントと、クランク軸１２の回りのモーメントに対する固定支持力を増加させることができる。

また、図２に示すように、電動発電機２０側において、取付けボルト３０を取付けたときの取付けボルト３０の頭部３１の位置Ｐｉとクランク軸１２の中心との距離Ｓａが、回転軸２１の中心とクランク軸１２の中心との距離Ｒｂよりも大きくなる取付けボルト３０の取り付け位置Ｐｉが、一つ又はいくつかあるように構成する。好ましくは、全部の取付けボルト３０の取付け位置Ｐｉがこの条件を満たすように構成する。

これにより、電動発電機２０のプーリー２３を介して回転軸２１に作用するクランク軸１２の回転方向Ｒｃの力に対抗する固定支持力を増加させることができる。つまり、クランク軸１２から離れた位置Ｐｉでボルト固定することにより、クランク軸１２の回りのモーメントを大きくすることができるので、より堅固に電動発電機２０を固定支持できるようになる。

そして、この本発明に係る第１の実施の形態の電動発電機の取付け方法は、電動発電機２０を固定支持する取付けボルト３０の挿通方向Ｙを、クランク軸１２に対して垂直方向Ｖにすると共に、取付けボルト３０の少なくとも１組の取り付け位置Ｐｉをクランク軸方向Ｘに関して離間して設ける方法である。

次に、図３に示す第２の実施の形態の電動発電機の取付け構造２、及び電動発電機の取付け方法について説明する。この電動発電機の取付け構造２では、第１の実施の形態の電動発電機の取付け構造１では、電動発電機２０をエンジン本体１１に直接取付ける代わりに、ブラケット４０を介してエンジン１０に取付ける構成であり、この構成において、ブラケット４０に電動発電機２０を固定支持する取付けボルト３０の取付け構造を設ける。

そして、この取付けボルト３０の取付け構造においては、第１の実施の形態の電動発電機の取付け構造１と同様に、クランク軸１２に対して垂直方向Ｖの取付けボルト３０を採用する構成とする。

この取付けボルト３０は、電動発電機２０側に設けたボルト挿通穴２２を挿通して、ブラケット４０側に設けた雌ネジ４１に、この取付けボルト３０をネジ留めして固定される。なお、ブラケット４０側に雌ネジ４１を設ける替りにボルト挿通穴（図示しない）を設けて。取付けボルト３０の先端側をナット（図示しない）でネジ留めする取付け構造にしてもよい。

これにより、エンジンブロック等のエンジン本体１１に電動発電機２０を直接取付けることが難しい場合やエンジンブロック等のエンジン本体１１にクランク軸１２に対して垂直方向Ｖのボルト挿通穴やボルト受けの雌ネジ１３を設けることが難しい場合に、ブラケット４０を設けることで多様な対応ができるようになる。なお、このブラケット４０は、必ずしも、一つの一体物のブラケットである必要はないので、ブラケット４０による重量増加を抑制したい場合には、エンジン本体１１と電動発電機２０のボルト挿通穴２２との取り合い部分のみに、複数のブラケット４０を設けることが好ましい。

上記の構成の電動発電機の取付け構造１、２、及び電動発電機の取付け方法によれば、エンジン１０と電動発電機２０を備えたハイブリッドシステムにおいて、非常に簡単な構成で、電動発電機２０のプーリーがある先端側Ｘａに作用する先端側引き寄せ力に対抗できる大きな固定支持力を発揮できる。

従って、エンジン１０と電動発電機２０との間で大きな動力を伝達する場合でも、クランク軸１２と回転軸２１との平行を維持でき、プーリーとベルトにより、効率よく動力伝達を行うことができる。

１、２ 電動発電機の取付け構造
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１２ クランク軸
１３ 雌ネジ
１４ プーリー
２０ 電動発電機
２１ 回転軸
２２ ボルト挿通穴
２３ プーリー
３０ 取付けボルト
３１ 取付けボルトの頭部
４０ ブラケット
４１ 雌ネジ
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｉ 取付けボルトの取り付け位置
Ｒｃ クランク軸の回転方向
Ｒｍ 電動発電機のプーリーの回転方向
Ｓｘ クランク軸方向の距離
Ｓｙ クランク軸の回転方向の距離
Ｖ クランク軸に対して垂直方向
Ｘ クランク軸方向
Ｘａ 電動発電機のプーリーがある先端側
Ｙ 取付けボルトの挿通方向

Claims (5)

1. 内燃機関と電動発電機を備え、前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機の回転軸とを平行に配置したハイブリッドシステムにおいて、前記電動発電機を固定支持する取付けボルトの挿通方向を、前記クランク軸に対して垂直方向にすると共に、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け位置を前記クランク軸方向に関して離間して設けることを特徴とする電動発電機の取付け構造。
2. 更に、前記電動発電機側において、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け構造を前記クランク軸の回転方向に互いに離間させて設ける請求項１に記載の電動発電機の取付け構造。
3. 更に、前記電動発電機側において、前記取付けボルトを取付けたときの前記取付けボルトの頭部の位置と前記クランク軸の中心との距離が、前記回転軸の中心と前記クランク軸の中心との距離よりも大きくなる前記取付けボルトの取り付け位置が少なくとも１つある請求項１又は２に記載の電動発電機の取付け構造。
4. ブラケットを介して前記内燃機関と前記電動発電機を取付けると共に、前記ブラケットに前記電動発電機を固定支持する、前記クランク軸に対して垂直方向の取付けボルトの取付け構造を設ける請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動発電機の取付け構造。
5. 内燃機関と電動発電機を備え、前記内燃機関のクランク軸と前記電動発電機の回転軸とを平行に配置したハイブリッドシステムの電動発電機の取付け方法において、前記電動発電機を固定支持する取付けボルトの挿通方向を、前記クランク軸に対して垂直方向にすると共に、前記取付けボルトの少なくとも１組の取り付け位置を前記クランク軸方向に関して離間して設けることを特徴とする電動発電機の取付け方法。

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