JP5538447B2

JP5538447B2 - アキシャルギャップ型発電体

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Publication number: JP5538447B2
Application number: JP2012009039A
Authority: JP
Inventors: 和弥沼口; 裕幸久田
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: US20130187393A1; JP2013148014A; US8941279B2; CN103244264A; DE102013100365A1; CN103244264B

Description

本発明は、エンジンに取り付けられるアキシャルギャップ型発電体に関し、特に、ステータコアとロータヨークとのギャップを精度よく設定可能なものに関する。

例えば産業用の汎用エンジン等において、エンジン本体から突出したクランクシャフトの一方の端部に発電体を接続することが知られている。
例えば、特許文献１には、自動二輪車のエンジンのクランクシャフト端部に固定されるフライホイールに発電用の磁石を設けるとともに、これらの磁石と径方向に対向する箇所に、エンジンに対して固定された発電用のコイルを設けることが記載されている。

また、近年では発電体をコンパクトに構成するため、発電用コイルが設けられエンジンに対して固定されたステータコアと、発電用磁石が設けられクランクシャフトとともに回転するロータヨークとを、クランクシャフトの中心軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型の発電体を用いることが提案されている。
例えば、特許文献２には、クランクシャフトから外径側に突き出して配置され、軸方向に間隔をおいて配置された一対のロータヨークの間隔に、エンジンに固定されたステータコアを配置したアキシャルギャップ型の発電体が記載されている。

また、特許文献３には、このようなアキシャルギャップ型発電体において、ステータコアのエンジンに対する位置決め精度を向上するため、ステータと一体に形成された突出部をエンジン側の支持部材に直接結合することが記載されている。

特開平１０− ４６５０号公報特開２００９−２１６０１４号公報特開２０１０−０３８００６号公報

上述したようなアキシャルギャップ型発電体においては、ステータコアとロータヨークとの軸方向ギャップが発電体の効率を左右することから、ギャップを精度よく設定することが重要である。
しかし、ステータコアが取り付けられるクランクケースと、ロータヨークが取り付けられるクランクシャフトとは、各部品の寸法公差の影響によって、軸方向における位置関係にばらつきが生じることは避けられない。
この影響によって、ロータヨークが本来あるべき位置に対して軸方向にずれた場合、発電体のギャップが変化して発電効率が低下してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、ステータコアとロータヨークとのギャップを精度よく設定可能なアキシャルギャップ型発電体を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、エンジンのクランクケースに対して固定されたステータコアと、前記エンジンのクランクシャフトに対して固定され、前記ステータと前記クランクシャフトの軸方向に間隔を隔てて対向するロータヨークとを有するアキシャルギャップ型発電体であって、前記クランクシャフトに設けられ回転中心軸と直交する平面状に形成された第１の平面部と、前記ロータヨークが前記クランクシャフトに取り付けられる基部に設けられ前記第１の平面部に対向して配置された第２の平面部と、前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に挟持されるシムとを備え、前記基部に形成されたテーパ軸部に前記エンジンのフライホイールが取り付けられることを特徴とするアキシャルギャップ型発電体である。
これによれば、第１の平面部と第２の平面部との間に挟持されるシムの選択によって、クランクケースに対するクランクシャフトの軸方向位置にばらつきが生じた場合であっても、クランクケース及びこれに固定されるステータコアと、ロータヨークとの軸方向における位置関係を適切に調節することができ、ロータヨーク、ステータコア間のギャップの精度を向上し、発電効率を改善することができる。

また、エンジン主機にアキシャルギャップ型発電体及びフライホイールをコンパクトに取り付けることが可能となり、エンジン及び発電体を含む製品全体としての小型化、軽量化を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ステータコアとロータヨークとのギャップを精度よく設定可能なアキシャルギャップ型発電体を提供することができる。

本発明を適用したアキシャルギャップ型発電体の実施例を備えたエンジンの断面図である。図１のエンジン及びアキシャルギャップ型発電体の分解斜視図である。図１のアキシャルギャップ型発電体の発電体ケースの外観斜視図である。

本発明は、ステータコアとロータヨークとのギャップを精度よく設定可能なアキシャルギャップ型発電体を提供する課題を、クランクシャフトの端面との間にギャップ調整用のシムを挟持可能なアダプタを用いて、ロータヨークをクランクシャフトに取り付けることによって解決した。

以下、本発明を適用したアキシャルギャップ型発電体の実施例について説明する。
実施例のアキシャルギャップ型発電体は、例えば、産業用の汎用エンジンのクランクシャフトの一方の端部に取り付けられて駆動されるものである。
図１は、実施例のアキシャルギャップ型発電体を備えたエンジンの断面図である。
図２は、図１のエンジン及びアキシャルギャップ型発電体の分解斜視図である。

エンジン１は、例えば単気筒の４ストロークＯＨＣガソリンエンジンである。
エンジン１は、クランクシャフト１０、クランクケース２０等を備えて構成されている。
クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸であって、クランクケース２０に設けられた軸受部によって回転可能に支持されている。
クランクシャフト１０は、中間部にクランクピン１１、クランクアーム１２、クランクウェイト１３等が設けられ、その両側で軸受部に支持されている。

また、クランクシャフト１０は、クランクケース２０の両側にそれぞれ突き出した出力軸部１４，１５を有する。
出力軸部１４は、後述するアキシャルギャップ型発電体１００が取り付けられ、これを駆動するものである。
出力軸部１４の先端部の端面１４ａは、軸方向と直交する方向に延在する平面状に形成されている。
また、端面１４ａから軸方向に沿って、アキシャルギャップ型発電体１００のロータヨーク１５０を固定するアダプタ１６０、及び、フライホイール２１０が共締めにより締結されるネジ穴１４ｂが形成されている。
出力軸部１５は、図示しない被駆動対象となる機器が接続される部分である。

クランクケース２０は、クランクシャフト１０の中間部を収容しかつこれを回転可能に支持する容器状の部材である。
クランクケース２０には、エンジン１のシリンダ部が一体に形成され、このシリンダ部には、吸排気ポート、動弁及びその駆動系、点火プラグ等が設けられたシリンダヘッド３０（図２参照）等が取り付けられる。
また、図１に示すように、クランクケース２０内の下部には、エンジン１の潤滑用のオイルＯが貯留されている。

エンジン１には、アキシャルギャップ型発電体１００が取り付けられている。
アキシャルギャップ型発電体１００は、フロントケース１１０、リアケース１２０、フロントステータコア１３０、リアステータコア１４０、ロータヨーク１５０、アダプタ１６０等を有して構成されている。
フロントケース１１０及びリアケース１２０は、軸方向に二分された２つ割のケースとして構成され、アキシャルギャップ型発電体１００の構成部材が収容される筐体（発電体ケース）となるものである。

図３は、フロントケースをクランクケース側から見た外観斜視図である。
フロントケース１１０は、円盤部１１１、周壁部１１２、冷却フィン１１３、取付部１１４等を、例えばアルミニウム系合金のダイキャストによって一体に形成したものである。
円盤部１１１は、クランクシャフト１０の中心軸に対して直交する平面に沿って配置された平板状かつ円盤状の部分である。
円盤部１１１の中央部には、クランクシャフト１０が挿入される開口１１１ａが形成されている。
また、円盤部１１１には、フロントステータコア１３０の締結に用いられるビス穴１１１ｂが、周方向に分散して形成されている。

周壁部１１２は、円盤部１１１の外周縁部から、クランクシャフト１０の軸方向に沿って、クランクケース２０から反対側へ延びた面部である。
冷却フィン１１３は、周壁部１１２の外周面から、径方向に突き出して形成されている。
冷却フィン１１３は、後述するブロワファン部２１１が生成する冷却風の流れ方向に沿って延在するヒレ状に形成され、フロントケース１１０の周方向に分散して複数形成されている。
冷却風は、これらの冷却フィン１１３の間隔を通ってシリンダヘッド３０側へ流れるようになっている。

取付部１１４は、フロントケース１１０をクランクケース２０に固定する基部となる発電体ケース支持部である。
図３に示すように、取付部１１４は、フロントケース１１０の円盤部１１１の外周縁部から外径側に突き出して形成され、円盤部１１１の周方向に分散して、例えば４箇所が設けられている。
各取付部１１４は、フロントステータコア１３０及びリアステータコア１４０の外周縁部に対して外径側に配置されている。
取付部１１４は、フロントケース１１０をクランクケース２０に締結するボルトが挿入されるボルト穴１１４ａが形成されている。
また、取付部１１４がクランクケース２０と当接する当接面部１１４ｂは、円盤部１１１に対してクランクケース２０側に段状に突き出して配置されている。
このため、フロントケース１１０をクランクケース２０に締結した際に、円盤部１１１とクランクケース２０との間には間隔が設けられるようになっている。
また、取付部１１４とクランクケース２０との結合箇所は、クランクケース２０をクランクシャフト１０の軸方向から見たときに、高温のオイルOが貯留される範囲から外して配置されている。

リアケース１２０は、フロントケース１１０に対してクランクケース２０側とは反対側に設けられている。
リアケース１２０は、円盤部１２１、周壁部１２２、冷却フィン１２３等を、例えばアルミニウム系合金のダイキャストによって一体に形成したものである。
円盤部１２１は、クランクシャフト１０の中心軸に対して直交する平面に沿って配置された平板状かつ円盤状の部分である。
円盤部１２１の中央部には、アダプタ１６０が挿入される開口が形成されている。この開口は、フロントケース１１０の開口１１１ａと実質的に同様に形成されている。
また、円盤部１２１には、リアステータコア１４０の締結に用いられるビス穴が、周方向に分散して形成されている。このビス穴は、フロントケース１１０のビス穴１１１ｂと実質的に同様に形成されている。

周壁部１２２は、円盤部１２１の外周縁部から、クランクシャフト１０の軸方向に沿って、クランクケース２０側（フロントケース１１０側）へ延びた面部である。
フロントケース１１０の周壁部１１２と、リアケース１２０の周壁部１２２とは、その先端縁部どうしを付き合わせた状態で接合され、ボルト等によって締結される。
このとき、フロントケース１１０及びリアケース１２０の相対位置合わせ精度を向上するため、周壁部１１２の先端部は、フロントケース１１０の内径側の部分がリアケース１２０側に段状に突き出して形成されるとともに、周壁部１２２の先端部には、この突出部が嵌め込まれる段状の凹部が形成されている。
フロントケース１１０とリアケース１２０とは、周壁部１１２の突出部と、周壁部１２２の凹部とを嵌合させることによって、いわゆるインロウ構成によって位置決めされている。

冷却フィン１２３は、周壁部１２２の外周縁部から、径方向に突き出して形成されている。
冷却フィン１２３は、上述したフロントケース１１０の冷却フィン１１３と実質的に同様に形成されている。
また、アキシャルギャップ型発電体１００外周の周方向における位置が重なって配置された冷却フィン１１３と冷却フィン１２３とは、実質的に連続した面部を構成するように形成されている。

フロントステータコア１３０、リアステータコア１４０は、例えば、鉄心の周囲に巻線を巻き回して構成した発電用コイルを備えている。
フロントステータコア１３０は、フロントケース１１０の円盤部１１１のリアケース１２０側の面部に取り付けられている。
リアステータコア１４０は、リアケース１２０の円盤部１２１のフロントケース１１０側の面部に取り付けられている。
フロントステータコア１３０、リアステータコア１４０は、周方向において複数のピースに分割して形成され、各ピースはビスによって各円盤部１１１，１２１に締結される。
フロントステータコア１３０、リアステータコア１４０は、相互にクランクシャフト１０の軸方向に対向して配置されている。

ロータヨーク１５０は、中央部に開口を有する円盤状の部材の両面に、発電用の永久磁石１５１を取り付けて構成されている。
ロータヨーク１５０は、フロントステータコア１３０、リアステータコア１４０の中間に、各ステータコアとの間に所定のギャップを隔てて配置される。
ロータヨーク１５０は、以下説明するアダプタ１６０を介してクランクシャフト１０に固定され、エンジン１の運転時に、各ステータコア１３０，１４０に対して相対回転する。

アダプタ１６０は、クランクシャフト１０の出力軸部１４に固定されるとともに、ロータヨーク１５０が固定される部材である。
アダプタ１６０は、円盤部１６１、筒状部１６２、シム挟持部１６３、フライホイール取付部１６４を一体に形成したものである。
円盤部１６１は、外径側の部分にロータヨーク１５０の内径側の部分が締結される平板状かつ円盤状の部分である。
円盤部１６１は、クランクシャフト１０の軸方向における位置が、出力軸部１４の先端部付近に設けられ、リアケース１２０の内部に配置されている。
ロータヨーク１５０は、円盤部１６１のクランクケース２０側の面部に取り付けられている。

筒状部１６２は、円盤部１６１のクランクケース２０側の面部から突き出して形成された円筒状の部分であって、クランクシャフト１０の出力軸部１４が挿入される部分である。
シム挟持部１６３は、筒状部１６２の底面を形成する面部であって、クランクシャフト１０の回転軸方向と直交する方向の平面状に形成されている。
このシム挟持部１６３と、クランクシャフト１０の出力軸部１４の端面１４ａとの間には、ロータヨーク１５０の軸方向位置を調節するための円盤状のシムＳが挟持されている。
このシムＳは、ロータヨーク１５０が、フロントステータコア１３０及びリアステータコア１４０とそれぞれ適切なギャップを有して配置されるよう、厚さが設定されている。
シムＳの厚さ選択は、例えば、出力軸部１４の端面１４ａと、クランクケース２０あるいはこれに固定された部材に予め設定された計測対象部位との間の、クランクシャフト１０の軸方向における距離を測定し、予め準備された距離−シム厚さの相関データから、測定された距離に対応する厚さのシムを選択することによって行なう。

フライホイール取付部１６４は、円盤部１６１からクランクケース２０側とは反対側に突き出して形成されたテーパ軸状の部分である。
フライホイール取付部１６４には、エンジン１のフライホイール２１０が取り付けられる。
フライホイール２１０は、図１に示すように、アダプタ１６０とともに、クランクシャフト１０に対して、ハイテンションのボルトＢによって共締めされ固定されている。
このように、フライホイール取付部１６４をテーパ軸状に構成することによって、結合強度を確保することが容易となる。

また、フライホイール２１０には、回転時に冷却風を発生するブロワファン部２１１が一体に形成されている。
フライホイール２１０のクランクケース２０側、及び、クランクケース２０の反対側には、それぞれブロワハウジングベース２２０、ブロワハウジング２３０が設けられている。
このブロワハウジングベース２２０及びブロワハウジング２３０は、リアケース１２０に固定されるとともに、ブロワファン部２１１を含むフライホイール２１０を取り囲んで配置され、冷却風が冷却フィン１１３，１２３を経由してシリンダ及びシリンダヘッド３０へ至る空気流路を形成するものである。

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ロータヨーク１５０が、クランクシャフト１０の端面１４ａとの間に厚さ選択可能なシムＳを挟んだ状態で取り付けられるアダプタ１６０を介して、クランクシャフト１０に取り付けられることによって、各部品の寸法公差の累積によってクランクケース２０に対するクランクシャフト１０の軸方向位置にばらつきが生じた場合であっても、ロータヨーク１５０と各ステータコア１３０，１４０との間のギャップを精度よく設定することができる。
（２）アダプタ１６０にエンジン１のフライホイール２１０を取り付けることによって、エンジン１の主機、アキシャルギャップ型発電体１００、フライホイール２１０等を含めた製品全体をコンパクトかつ軽量に構成することができる。

（変形例）
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材の形状、構造、材質、製法、配置等は、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
また、実施例ではロータヨークを別体のアダプタを介してクランクシャフトに取り付けたが、ロータヨークの内径側の部分に、実施例のアダプタに相当する部分を一体に形成してもよい。
また、実施例では、クランクシャフトの端面とアダプタとの間にシムを介在させているが、これに限らず、例えばクランクシャフトの中間部に段部やフランジ部を設けて、ここに形成された平面部とアダプタとの間でシムを挟持するようにしてもよい。

１エンジン１０クランクシャフト
１１クランクピン１２クランクアーム
１３クランクウェイト１４出力軸部
１４ａ端面１４ｂネジ穴
１５出力軸部２０クランクケース
３０シリンダヘッドＯオイル
１００アキシャルギャップ型発電体１１０フロントケース
１１１円盤部１１１ａ開口
１１１ｂビス穴１１２周壁部
１１３冷却フィン１１４取付部
１１４ａボルト穴１１４ｂ当接面部
１２０リアケース１２１円盤部
１２２周壁部１２３冷却フィン
１３０フロントステータコア１４０リアステータコア
１５０ロータヨーク１５１永久磁石
１６０アダプタ１６１円盤部
１６２筒状部１６３シム挟持部
１６４フライホイール取付部
ＳシムＢボルト
２１０フライホイール２１１ブロワファン部
２２０ブロワハウジングベース２３０ブロワハウジング

Claims

エンジンのクランクケースに対して固定されたステータコアと、
前記エンジンのクランクシャフトに対して固定され、前記ステータと前記クランクシャフトの軸方向に間隔を隔てて対向するロータヨークと
を有するアキシャルギャップ型発電体であって、
前記クランクシャフトに設けられ回転中心軸と直交する平面状に形成された第１の平面部と、
前記ロータヨークが前記クランクシャフトに取り付けられる基部に設けられ前記第１の平面部に対向して配置された第２の平面部と、
前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に挟持されるシムとを備え、
前記基部に形成されたテーパ軸部に前記エンジンのフライホイールが取り付けられること
を特徴とするアキシャルギャップ型発電体。