JP6034160B2 - 発電体ユニット - Google Patents

Description

本発明は、汎用エンジンに取り付けられる発電体ユニットに関し、特に既存のエンジンに容易に取付可能なものに関する。

汎用エンジンに取付けられる発電体は、クランクケースに固定されるステータ及びクランクシャフトに固定されるロータを有し、エンジンで駆動されることによって発電を行う装置である。
このような発電体として、例えば、特許文献１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。

特開２００９−２１６０１４号公報

上述したような発電体は、エンジンのクランクケースに固定されるステータと、クランクシャフトに固定されるロータとの位置関係を正確に設定する必要があることから、取付対象となるエンジンに対して、ステータ、ロータ及びこれらを収容するハウジング等を専用設計とする必要があり、汎用性に乏しかった。
一方で、既存の汎用エンジンにも発電体を装着して発電用途に使用したいというユーザの要望も存在する。
本発明の課題は、既存のエンジンに容易に取付可能な発電体ユニット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、エンジンに着脱可能に取り付けられる発電体ユニットであって、前記エンジンの出力軸が挿入される筒状体を介して前記エンジンの出力軸に接続され回転駆動され、前記筒状体の外径側に取り付けられたロータと、前記ロータに対して回転軸方向に間隔を隔てて対向して配置されたステータと、前記ステータを保持しかつ前記エンジンのクランクケースに取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに固定された第１の軌道輪、前記筒状体を介して前記ロータに固定された第２の軌道輪、及び、前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に組み込まれた転動体を有し、前記ロータを前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受とを備えることを特徴とする発電体ユニットである。
これによれば、ハウジングに設けられた軸受によってロータとハウジング、ステータとの相対配置が、エンジンへの取付前に予め位置決めされるため、ロータとステータとの芯出しや軸方向ギャップの調整を考慮することなく、発電体ユニットをエンジンに容易に取り付けて利用することができる。

請求項２に係る発明は、前記エンジンの前記クランクケースに取り付けられ、前記ハウジング側に突き出したスタッドボルトを有するアダプタを備え、前記ハウジングは、前記スタッドボルトが挿入される開口を有するとともに、前記スタッドボルトにナットを締結することによって前記アダプタに固定されることを特徴とする請求項１に記載の発電体ユニットである。
これによれば、エンジンのクランクケースの種類に応じて適切なアダプタを準備することによって、多くの機種のエンジンに発電体ユニットを取付けることが可能となり、汎用性がさらに向上する。

請求項３に係る発明は、前記ロータは、前記エンジンの前記出力軸に取り付けられるロータ保持部材に固定され、前記ハウジングは、前記ロータの回転軸方向に沿って複数個を連結可能とされ、前記ロータ保持部材は、連結された隣接するハウジング内に設けられた他のロータ保持部材と嵌合して駆動力を伝達可能な嵌合手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電体ユニットである。
これによれば、必要に応じて複数の発電体ユニットを連結して使用することによって発電力を増強することができる。
また、ロータ保持部材が駆動力の伝達機能を持つため、エンジンの出力軸を延長することなく複数の発電体ユニットを駆動することができる。

以上説明したように、本発明によれば、既存のエンジンに容易に取付可能な発電体ユニットを提供することができる。

本発明を適用した発電体ユニットの実施例をエンジンに取り付けた状態を示す外観図である。 図１の発電体ユニットを回転軸を含む平面で切って見た模式的断面図である。 図１の発電体ユニットを２個連結した状態を回転軸を含む平面で切って見た模式的断面図である。

本発明は、既存のエンジンに容易に取付可能な発電体ユニットを提供する課題を、クランクケースに取り付けられステータを保持するハウジングに、ロータを回転可能に支持する軸受を設けることによって解決した。

以下、本発明を適用した発電体ユニットの実施例について説明する。
実施例の発電体ユニットは、汎用エンジンに取り付けられ、駆動されることによって、発電を行うものである。
図１は、実施例の発電体ユニットをエンジンに取り付けた状態を示す外観図である。
エンジン１は、例えば４ストローク単気筒のガソリン汎用エンジンであって、クランクケース１０、クランクシャフト２０等を備えている。
クランクケース１０は、クランクシャフト２０の主要部を収容する容器状の部材であって、例えばアルミニウム系合金によって形成されている。
また、クランクケース１０には、ピストンが挿入されるシリンダが一体に形成されている。
シリンダには、吸排気ポート、吸排気バルブ、動弁駆動系及び点火栓などが設けられるシリンダヘッドが取り付けられ、さらにシリンダヘッドにはキャブレター、エアクリーナ、マフラなどが取り付けられる。
クランクケース１０のクランクシャフト２０の軸方向における一方の端部（ＰＴＯ側の端部）には、蓋状のメインベアリングカバー１１が着脱可能に設けられている。
また、クランクケース１０のベアリングカバー１１とは反対側の端部には、フライホイール、ブロワファン、リコイルスタータ等が設けられている。

クランクシャフト２０は、クランクケース１０の内部において、コンロッドを介してピストンと接続されたエンジン１の出力軸である。
クランクシャフト２０の一方の端部は、クランクケース１０の側部に設けられたメインベアリングカバー１１から水平方向に突出して設けられ、エンジン１の出力軸部（ＰＴＯ軸部）として機能する。

発電体ユニット１００は、クランクケース１０におけるクランクシャフト２０が突出した側（メインベアリングカバー１１側）の側部に着脱可能に取り付けられるものである。
発電体ユニット１００は、ロータとステータとが軸方向に微小なギャップを介して対向して配置された、いわゆるアキシャルギャップ型の発電体である。
図２は、発電体ユニットを回転軸を含む平面で切って見た断面図である。

発電体ユニット１００は、ロータ１１０、ロータ保持部材１２０、ステータ１３０、ハウジング１４０、アダプタ１５０、制御ユニット１６０（図１参照）等を有して構成されている。

ロータ１１０は、中央部に開口を有する円盤部材１１１の両面に永久磁石１１２を所定のパターンで配列したものである。
また、ロータ１１０は、磁性体からなる円盤部材に所定のパターンで着磁処理を施して形成することも可能である。
ロータ保持部材１２０は、ロータ１１０をエンジン１のクランクシャフト２０に取付ける部材（アダプタ）である。
ロータ保持部材１２０は、実質的に円筒状に形成され、ロータ１１０はロータ保持部材１２０の外周面部の軸方向における中央部から、外径側につば状に張り出した状態で固定されている。
ロータ保持部材１２０の内径側には、クランクシャフト２０が挿入される。
ロータ保持部材１２０の内周面とクランクシャフト２０の外周面との間には、駆動力の伝達のため、例えばスプラインやキー及びキー溝等の相対回転規制手段が設けられている。
また、ロータ保持部材１２０の軸方向における両側の端部１２１，１２２には、複数の発電体ユニット１００を連結する際に、隣接する発電体ユニット１００の間で駆動力伝達に用いられる例えばドグクラッチ状の嵌合手段が設けられている。

ステータ１３０は、ロータ１１０の両面に対して、回転軸方向に例えば１ｍｍ程度の間隔を隔てて対向して配置されている。
ステータ１３０は、ステータコアに巻線を巻き回して構成された複数のコイルを、周方向に配列して構成されている。

ハウジング１４０は、ロータ１１０、ステータ１３０を収容するとともに、ステータ１３０が取り付けられた円筒容器状の部材である。
ステータ１３０は、ハウジング１４０の軸方向両側の端面（内面）にそれぞれ固定されている。
また、ハウジング１４０は、アダプタ１５０を介して、エンジン１のクランクケース１０（メインベアリングカバー１１）に固定される。
ハウジング１４０の端面における中央部には、クランクシャフト２０及びロータ保持部材１２０の両端部が挿入される開口が形成されている。
この開口の内周縁部には、ロータ保持部材１２０を回転可能に支持する軸受１４１が設けられている。

軸受１４１は、ハウジング１４０の両端面にそれぞれ設けられ、ロータ保持部材１２０の両端部をそれぞれ回転可能に支持する転がり軸受である。
軸受１４１は、例えば、単列の深溝玉軸受であるが、これに限定されず、他種の転がり軸受を用いることもできる。
軸受１４１の内輪は、ロータ保持部材１２０の外周面部に形成された段部に固定されている。
軸受１４１の外輪は、ハウジング１４０の端面における中央部開口の内周縁部に固定されている。
内輪の外周面、外輪の内周面には、それぞれ軌道面が形成され、これらの間には転動体（鋼球）が組み込まれている。
軸受１４１は、ロータ１１０とステータ１３０との位置関係を軸方向、径方向ともに位置決めしつつロータ１１０及びロータ保持部材１２０を回転可能に支持するものである。

ハウジング１４０の外周側には、アダプタ１５０のスタッドボルト１５２が挿入される貫通穴１４２が形成されている。
貫通穴１４２は、周方向に分散して複数配置されている。

アダプタ１５０は、ハウジング１４０をエンジン１のクランクケース１０に固定する際の基部となるものである。
アダプタ１５０は、プレート１５１及びスタッドボルト１５２を有して構成されている。
プレート１５１は、例えば、中央部に開口を有する円盤状、平板状の部材であって、クランクケース１０のメインベアリングカバー１１に固定されるものである。
プレート１５１は、これをメインベアリングカバー１１に形成されたネジ孔１２に締結するビス１５３が挿入される開口１５１ａを有する。
開口１５１ａの配置は、エンジン１の機種に応じて適宜設定される。

スタッドボルト１５２は、プレート１５１の外周縁部近傍の領域から、ハウジング１４０側へ突き出して取り付けられている。
スタッドボルト１５２は、ハウジング１４０の貫通穴１４２に挿入され、ナット１５４で締結されることによって、ハウジング１４０をプレート１５１に固定するものである。

制御ユニット１６０は、発電体ユニット１００を制御する電気回路等を備えている。

また、実施例の発電体ユニット１００は、必要に応じて軸方向に複数個を連結して使用可能となっている。
図３は、２個の発電体ユニットを連結した状態を示す模式的断面図である。
図３に示すように、アダプタ１５０のスタッドボルト１５２を延長されたものに交換して各発電体ユニット１００のハウジング１４０の貫通穴１４２に順次挿入し、ナット１５４で締結することによって、クランクケース１０に複数の発電体ユニット１００を取付けられるようになっている。
このとき、一方の発電体ユニット１００のロータ保持部材１２０の端部１２１と、他方の発電体ユニット１００のロータ保持部材１２０の端部１２２とを嵌合させることによって、クランクシャフト２０の延長等を行わなくても、クランクケース１０から離れた側の発電体ユニット１００にも駆動力の伝達が可能となっている。

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）ハウジング１４０に設けられた軸受１４１によってロータ１１０とハウジング１４０、ステータ１３０との相対配置が予め位置決めされるため、ロータ１１０とステータ１３０との芯出しや軸方向ギャップの調整を考慮することなく発電体ユニット１００をエンジン１に容易に取り付けて利用することができる。
これによって、発電体ユニット１００を、既に生産中であり、あるいは、市中に出回っている既存機種のエンジンに対しても、オプション品として提供することが可能となる。
（２）ハウジング１４０をクランクケース１０にアダプタ１５０を介して取り付けることによって、エンジン１のクランクケース１０の種類に応じて適切なアダプタ１５０を準備することによって、多くの機種のエンジンに発電体ユニット１００を取付けることが可能となり、汎用性がさらに向上する。
（３）必要に応じて複数の発電体ユニット１００を連結して使用することによって発電力を増強することができる。
また、ロータ保持部材１２０が駆動力の伝達機能を有する端部１２１，１２２をもつため、エンジン１のクランクシャフト２０を延長することなく複数の発電体ユニット１００を駆動することができる。

（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。
例えば、発電体ユニットを構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置等は適宜変更することができる。

１ エンジン
１０ クランクケース １１ メインベアリングカバー
１１ ネジ孔 ２０ クランクシャフト
１００ 発電体ユニット １１０ ロータ
１１１ 円盤部材 １１２ 永久磁石
１２０ ロータ保持部材 １２１，１２２ 端部
１３０ ステータ １４０ ハウジング
１４１ 軸受 １４２ 貫通穴
１５０ アダプタ １５１ プレート
１５１ａ 開口 １５２ スタッドボルト
１５３ ビス １５４ ナット
１６０ 制御ユニット

Claims (3)

1. エンジンに着脱可能に取り付けられる発電体ユニットであって、
   前記エンジンの出力軸が挿入される筒状体を介して前記エンジンの出力軸に接続され回転駆動され、前記筒状体の外径側に取り付けられたロータと、
   前記ロータに対して回転軸方向に間隔を隔てて対向して配置されたステータと、
   前記ステータを保持しかつ前記エンジンのクランクケースに取り付けられるハウジングと、
   前記ハウジングに固定された第１の軌道輪、前記筒状体を介して前記ロータに固定された第２の軌道輪、及び、前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に組み込まれた転動体を有し、前記ロータを前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受と
   を備えることを特徴とする発電体ユニット。
2. 前記エンジンの前記クランクケースに取り付けられ、前記ハウジング側に突き出したスタッドボルトを有するアダプタを備え、
   前記ハウジングは、前記スタッドボルトが挿入される開口を有するとともに、前記スタッドボルトにナットを締結することによって前記アダプタに固定されること
   を特徴とする請求項１に記載の発電体ユニット。
3. 前記ロータは、前記エンジンの前記出力軸に取り付けられるロータ保持部材に固定され、
   前記ハウジングは、前記ロータの回転軸方向に沿って複数個を連結可能とされ、
   前記ロータ保持部材は、連結された隣接するハウジング内に設けられた他のロータ保持部材と嵌合して駆動力を伝達可能な嵌合手段を有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電体ユニット。
   

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