JP6069043B2

JP6069043B2 - エンジンユニット

Info

Publication number: JP6069043B2
Application number: JP2013049078A
Authority: JP
Inventors: 健太郎海住
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: JP2014173563A

Description

本発明は、主に、発電機として用いられるエンジンユニットに関する。

従来、発電機として用いられるエンジンユニットには、エンジンの出力軸にアキシャルギャップ発電体が取り付けられており、リコイルスターターによりエンジンが始動され、エンジンの出力によりアキシャルギャップ発電体で電力を生成するものが提案されている（特許文献１）。

アキシャルギャップ発電体は、周方向に沿って複数の磁石が配置されるロータと、ロータに対して軸方向に近接離間し、周方向に沿って複数のコイルが配置されるステータとが設けられる。そして、エンジンにより出力軸とともにロータが回転されることにより磁石の周囲の磁界が変化し、変化する磁界によりコイルに電磁誘導が生じて電流が流れ、電力が生成される。

特開２００９−２１６０１４号公報

上記のようなエンジンユニットでは、ロータとステータとが近接離間しているため、リコイルスターターでエンジンを始動する際、ロータに配置される磁石と、ステータに配置されるコイルとの間に生じる引き付けあう磁力が磁力抵抗となり、使用者にとって負荷となる。

そこで、本発明は、従来と比して容易にエンジンを始動させることがきるエンジンユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンユニットは、リコイルスターターにより始動されるエンジンと、アキシャルギャップ発電体とを備えるエンジンユニットであって、前記アキシャルギャップ発電体は、前記エンジンの出力軸に接続され、回転自在な回転軸と、前記回転軸に固定され該回転軸と一体となって回転し、該回転軸と直交する対向面に、該回転軸の回転方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁性体が配置されたフライホイールと、前記フライホイールの対向面に対して前記回転軸の軸方向に所定間隔離間して配置され、該フライホイールの対向面に配置された前記磁性体と対向する位置に複数のコイルが配置されたステータとを備え、前記フライホイールおよび前記ステータの少なくとも一方を、該フライホイールおよび該ステータが離間する方向に移動させる移動制御部を備える。

前記出力軸および前記回転軸の動力伝達の接続状態および切断状態を切り替え可能なクラッチをさらに備え、前記移動制御部は、前記クラッチの接続状態および切断状態を切り替えるとともに、前記クラッチが切断状態に切り替えられる際に前記フライホイールおよび前記ステータの少なくとも一方を離間する方向に移動させてもよい。

前記移動制御部は、前記クラッチの接続状態および切断状態を切り替えるクラッチレバーであってもよい。

前記エンジンは、前記移動制御部により前記クラッチが切断状態に切り替えられ、前記リコイルスターターを介して前記回転軸が回転させられた後、前記移動制御部により前記クラッチが接続状態に切り替えられると、前記回転軸に接続された前記フライホイールの慣性力により始動してもよい。

本発明によれば、従来と比して容易にエンジンを始動させることができる。

エンジンユニットの全体構成を示す図である。（ａ）は、クラッチが接続状態である場合のクラッチ、アキシャルギャップ発電体およびリコイルスターターを示す概略図であり、（ｂ）は、クラッチが切断状態である場合のクラッチ、アキシャルギャップ発電体およびリコイルスターターを示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジンユニット１００の全体構成を示す図である。図２（ａ）は、クラッチ１１２が接続状態である場合のクラッチ１１２、アキシャルギャップ発電体１１４およびリコイルスターター１１６を示す概略図である。図２（ｂ）は、クラッチ１１２が切断状態である場合のクラッチ１１２、アキシャルギャップ発電体１１４およびリコイルスターター１１６を示す概略図である。図１に示すように、エンジンユニット１００は、発電機であり、エンジン１１０、クラッチ１１２、アキシャルギャップ発電体１１４、リコイルスターター１１６を含む構成とされ、エンジン１１０に対してクラッチ１１２、アキシャルギャップ発電体１１４およびリコイルスターター１１６が順に接続される。

エンジン１１０は、例えばガソリンエンジンが適応される。エンジン１１０は、シリンダ２００、ピストン２０２、ピストンロッド２０４、出力軸としてのクランク軸２０６を含む構成とされる。エンジン１１０は、シリンダ２００内で燃料が燃焼されてピストン２０２が上下方向に往復動することにより、ピストンロッド２０４を介してクランク軸２０６が回転する。クランク軸２０６は、一端がクラッチ１１２側に突出している。なお、エンジン１１０は、ガソリンエンジンだけでなく、ディーゼルエンジン等の各種エンジンが適応される。

クラッチ１１２は、例えばプッシュ式のクラッチが適応され、フリクションディスク３００、クラッチカバー３０２、クラッチディスク３０４、プレッシャープレート３０６、ダイヤフラムスプリング３０８、レリーズベアリング３１０、クラッチレバー３１２、クラッチケース３１４を含む構成とされる。クラッチ１１２は、突出したクランク軸２０６を覆うようにエンジン１１０に接続される。

フリクションディスク３００は、クランク軸２０６に連結され、クランク軸２０６と共に回転する。クラッチカバー３０２は、フリクションディスク３００の軸方向におけるクランク軸２０６が連結された側とは反対側に連結され、フリクションディスク３００とともに回転する。

フリクションディスク３００とクラッチカバー３０２との間には、フリクションディスク３００側から順に、クラッチディスク３０４、プレッシャープレート３０６およびダイヤフラムスプリング３０８が設けられる。プレッシャープレート３０６は、軸方向に移動可能にクラッチカバー３０２に保持される。クラッチディスク３０４は、後述する回転軸４０２に連結され、外縁部がフリクションディスク３００およびプレッシャープレート３０６の間に位置する。

ダイヤフラムスプリング３０８は、周方向における所定の位置で屈曲した円盤状に形成され、屈曲する位置でクラッチカバー３０２により支持される。ダイヤフラムスプリング３０８は、回転軸４０２が回転自在に挿通される。ダイヤフラムスプリング３０８は、クラッチディスク３０４に支持された位置を基準として、外周縁部がプレッシャープレート３０６に背面側（アキシャルギャップ発電体１１４側）から当接することにより、プレッシャープレート３０６を前面側（エンジン１１０側）に付勢する。また、ダイヤフラムスプリング３０８は、内周縁部が、軸方向に移動自在に回転軸４０２に保持されたレリーズベアリング３１０の前面側（エンジン１１０側）に当接している。

レリーズベアリング３１０は、クラッチレバー３１２の一端が接続され、クラッチレバー３１２の操作に応じて回転軸４０２の軸方向に移動する。クラッチレバー３１２は、レリーズベアリング３１０の接続された一端とは反対側の端がクラッチケース３１４の外側に突出しており、レリーズベアリング３１０側の所定の位置でクラッチケース３１４に支持される。クラッチレバー３１２は、使用者によって押し込まれると（図２（ｂ））、レリーズベアリング３１０を軸方向に沿ってエンジン１１０側に移動させる。また、クラッチレバー３１２は、使用者によって元の位置にもどされると（図２（ａ））、レリーズベアリング３１０を軸方向に沿ってアキシャルギャップ発電体１１４側に移動させる。

クラッチ１１２は、クラッチレバー３１２がアキシャルギャップ発電体１１４側（図２（ｂ））に押し込まれると、レリーズベアリング３１０がエンジン１１０側に移動し、ダイヤフラムスプリング３０８の内周縁部がレリーズベアリング３１０によって押し込まれる。すると、レリーズベアリング３１０がアキシャルギャップ発電体１１４側に移動し、プレッシャープレート３０６に対する付勢が解除され、プレッシャープレート３０６がクラッチディスク３０４から離間する。これにより、クラッチ１１２は、フリクションディスク３００とクラッチディスク３０４との摩擦力がなくなり、フリクションディスク３００からクラッチディスク３０４への動力の伝達が断たれた切断状態になる。

また、クラッチ１１２は、クラッチレバー３１２が元の位置（エンジン１１０側）に戻されると（図２（ａ））、レリーズベアリング３１０がアキシャルギャップ発電体１１４側に移動し、ダイヤフラムスプリング３０８の内周縁部もアキシャルギャップ発電体１１４側に移動する。すると、レリーズベアリング３１０の外周側がエンジン１１０側に押し込まれてプレッシャープレート３０６を付勢し、クラッチディスク３０４をフリクションディスク３００に付勢する。これにより、クラッチ１１２は、フリクションディスク３００とクラッチディスク３０４とが摩擦力により一体回転し、フリクションディスク３００からクラッチディスク３０４への動力が伝達されたクラッチ接続状態になる。

アキシャルギャップ発電体１１４は、ハウジング４００、回転軸４０２、フライホイール４０４およびステータ４０６を含む構成とされ、ハウジング４００内に回転軸４０２、フライホイール４０４およびステータ４０６が設けられる。回転軸４０２は、一端がクラッチ１１２内まで突出してフリクションディスク３００のベアリング３００ａに回転自在に支持され、他端がリコイルスターター１１６側に露出するようにしてハウジング４００に設けられたベアリング４００ａに回転自在に支持される。

フライホイール４０４は、中央部に貫通孔を有して円盤状に形成された円盤部材４０４ａが、当該貫通孔に挿通された回転軸４０２に固定される。円盤部材４０４ａは、回転軸４０２の軸方向と直交するクラッチ１１２側の側面に、周方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁石４０４ｂが配置される。

ステータ４０６は、中央部に貫通孔を有して円筒状に形成された円筒部材４０６ａがフライホイール４０４のクラッチ１１２側の側面に対して所定間隔離間するようにレリーズベアリング３１０に固定される。すなわち、ステータ４０６は、レリーズベアリング３１０と共に軸方向に移動可能に固定される。また、ステータ４０６は、円筒部材４０６ａの貫通孔に回転軸４０２が接触することなく回転自在に挿通される。ステータ４０６は、円筒部材４０６ａにおけるフライホイール４０４のクラッチ１１２側の側面と対向する面であって、フライホイール４０４に配置された磁石４０４ｂと対向する位置に、周方向に沿って複数のコイル４０６ｂが結線されて配置される。

ステータ４０６は、クラッチ１１２が接続状態にある場合（図２（ａ））、すなわちレリーズベアリング３１０がアキシャルギャップ発電体１１４側に位置する場合、フライホイール４０４と近接し、コイル４０６ｂと磁石４０４ｂとの間の距離が例えば１ｍｍ程度となる。一方、ステータ４０６は、クラッチ１１２が切断状態にある場合（図２（ｂ））、すなわちレリーズベアリング３１０がエンジン１１０側に位置する場合、フライホイール４０４から遠ざかり、コイル４０６ｂと磁石４０４ｂとの間の距離が例えば２ｍｍ程度となる。

アキシャルギャップ発電体１１４は、クラッチ１１２が接続状態にあり、フライホイール４０４とステータ４０６が近接している場合、エンジン１１０が駆動してクランク軸２０６およびクラッチ１１２を介して回転軸４０２およびフライホイール４０４が回転すると、フライホイール４０４の磁石４０４ｂの周囲の磁界が変化する。そして、この磁界の変化により、ステータ４０６のコイル４０６ｂに誘導電流が流れる。これによりアキシャルギャップ発電体１１４は、電力を生成する。

リコイルスターター１１６は、スターターケース５００、リール支軸５０２、ロープリール５０４、リコイルゼンマイ５０６、リコイルロープ５０８および駆動プーリ５１０を含む構成とされる。リコイルスターター１１６は、有底円筒形状のスターターケース５００内に、リール支軸５０２、ロープリール５０４、リコイルゼンマイ５０６、リコイルロープ５０８および駆動プーリ５１０が設けられる。

リール支軸５０２は、回転軸４０２の軸線上であって、スターターケース５００の底面に固定される。ロープリール５０４は、リール支軸５０２に回転自在に支持される。リコイルロープ５０８は、ロープリール５０４の外周に巻き回されており、一端がロープリール５０４に固定され、他端がスターターケース５００の外方に引き出されている。リコイルゼンマイ５０６は、スターターケース５００の底面とロープリール５０４との間に設けられ、一端がリール支軸５０２に固定され、他端がロープリール５０４に固定されている。駆動プーリ５１０は、ロープリール５０４側に開口した有底円筒形状に形成され、底面中央部が回転軸４０２に固定され、ロープリール５０４側の側面がロープリール５０４に当接されている。駆動プーリ５１０のロープリール５０４側の側面と、ロープリール５０４の駆動プーリ５１０が当接する面とは、回転軸４０２が回転する方向に駆動プーリ５１０が回転した場合に係合し、逆方向に回転した場合に係合が怪魚されるようになっている。

リコイルスターター１１６は、引き出されたリコイルロープ５０８が使用者により牽引されると、ロープリール５０４がクランク軸２０６および回転軸４０２が回転する方向に回転するとともに、リコイルゼンマイ５０６が巻き上げられる。ロープリール５０４が回転すると、駆動プーリ５１０が係合して連れ回り、回転軸４０２およびフライホイール４０４を回転させる。その後、使用者がリコイルロープ５０８を離すと、リコイルゼンマイ５０６の弾性力によりロープリール５０４が逆回転し、リコイルロープ５０８がロープリール５０４の外周に巻き上げられる。このとき、ロープリール５０４と駆動プーリ５１０は係合しないので、ロープリール５０４の逆回転に駆動プーリ５１０が連れ回されることはない。

このような構成でなるエンジンユニット１００は、エンジン１１０が駆動していない状態で、クラッチレバー３１２が使用者によりアキシャルギャップ発電体１１４側に押し込まれると（図２（ｂ））、レリーズベアリング３１０がエンジン１１０側に移動する。これにより、プレッシャープレート３０６に対するダイヤフラムスプリング３０８の付勢が解除されてクラッチディスク３０４とフリクションディスク３００とが離間し、クラッチ１１２が切断状態になる。また、アキシャルギャップ発電体１１４は、レリーズベアリング３１０と共にステータ４０６がクラッチ１１２側に移動してフライホイール４０４から離間する方向に移動する。このとき、フライホイール４０４の磁石４０４ｂと、ステータ４０６のコイル４０６ｂとの間の距離が、クラッチ１１２が接続状態にある場合よりも離間するので、磁石４０４ｂとコイル４０６ｂとが引き付け合う磁力が減少する。

この状態で、リコイルスターター１１６のリコイルロープ５０８が牽引されると、ロープリール５０４および駆動プーリ５１０を介して、回転軸４０２、フライホイール４０４およびクラッチディスク３０４が回転する。その後、クラッチレバー３１２が元の位置（エンジン１１０側）に戻されると（図２（ａ））、レリーズベアリング３１０がアキシャルギャップ発電体１１４側に移動し、ダイヤフラムスプリング３０８を介してプレッシャープレート３０６がクラッチディスク３０４をフリクションディスク３００に付勢し、クラッチ１１２が接続状態となる。このとき、フライホイール４０４の慣性力により、クラッチ１１２を介してクランク軸２０６を回転させる。これにより、エンジン１１０が始動する。また、レリーズベアリング３１０と共にステータ４０６がフライホイール４０４に接近する方向に移動する。

エンジン１１０が駆動しクランク軸２０６が回転すると、クラッチ１１２を介して回転軸４０２およびフライホイール４０４が回転する。フライホイール４０４が回転することにより、磁石４０４ｂの周囲の磁界が変化し、コイル４０６ｂに誘導電流が流れて電力を生成する。このとき、フライホイール４０４の磁石４０４ｂと、ステータ４０６のコイル４０６ｂとの間の距離が、クラッチ１１２が切断状態にある場合よりも近接するので、磁石４０４ｂによる磁界変化によりコイル４０６ｂで効率よく電力が生成される。

以上のように、エンジンユニット１００では、エンジン１１０を始動させる際、クラッチ１１２の切断動作に応じて、ステータ４０６がフライホイール４０４から離間する方向に移動される。このとき、ステータ４０６がフライホイール４０４に近接している状態と比して、磁石４０４ｂとコイル４０６ｂとの間に生じる引き付け合う磁力が減少するので、使用者がリコイルスターター１１６を操作（リコイルロープ５０８を牽引）する際の負荷が軽減され、容易にエンジン１１０を始動させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上述の実施形態においては、フライホイール４０４に対してステータ４０６がクラッチ１１２側に設けられるようにしたが、リコイルスターター１１６側にステータ４０６が設けられ、フライホイール４０４のステータ４０６と対向する面に磁石４０４ｂが設けられるようにしてもよい。この場合でも、クラッチ１１２が接続状態から切断状態に切り替えられたときにステータ４０６がフライホイール４０４から離間する方向に移動すればよい。

また、上述の実施形態においては、フライホイール４０４に対してステータ４０６がクラッチ１１２側に一つだけ設けられるようにしたが、フライホイール４０４を軸方向に挟むようにしてステータ４０６が二つ設けられ、フライホイール４０４のステータ４０６と対向する面にそれぞれ磁石４０４ｂが設けられるようにしてもよい。この場合でも、クラッチ１１２が接続状態から切断状態に切り替えられたときに、少なくとも一つのステータ４０６がフライホイール４０４から離間する方向に移動すればよい。

また、上述の実施形態においては、クラッチ１１２が接続状態から切断状態に切り替えられたときに、フライホイール４０４に対してステータ４０６がクラッチ１１２側に移動するようにしたが、ステータ４０６に対してフライホイール４０４がリコイルスターター１１６側に移動するようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、ステータ４０６がレリーズベアリング３１０に固定され、移動制御部としてのクラッチレバー３１２の操作に応じて移動するようにしたが、ステータ４０６がレリーズベアリング３１０とは異なる移動制御部によって軸方向に移動可能に支持され、エンジン１１０を始動する際、フライホイール４０４に対してステータ４０６をクラッチ１１２側に移動させるようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、エンジンユニット１００を発電機に適応するようにしたが、アキシャルギャップ発電体を備えるエンジンユニットであれば、発電機以外にも適応することができる。

本発明は、アキシャルギャップ発電体を備えるエンジンユニットに利用できる。

１００ …エンジンユニット
１１０ …エンジン
１１２ …クラッチ
１１４ …アキシャルギャップ発電体
１１６ …リコイルスターター
３１２ …クラッチレバー
４０４ …フライホイール
４０６ …ステータ

Claims

リコイルスターターにより始動されるエンジンと、アキシャルギャップ発電体とを備えるエンジンユニットであって、
前記アキシャルギャップ発電体は、
前記エンジンの出力軸に接続され、回転自在な回転軸と、
前記回転軸に固定され該回転軸と一体となって回転し、該回転軸と直交する対向面に、該回転軸の回転方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁性体が配置されたフライホイールと、
前記フライホイールの対向面に対して前記回転軸の軸方向に所定間隔離間して配置され、該フライホイールの対向面に配置された前記磁性体と対向する位置に複数のコイルが配置されたステータとを備え、
前記フライホイールおよび前記ステータの少なくとも一方を、該フライホイールおよび該ステータが離間する方向に移動させる移動制御部を備えることを特徴とするエンジンユニット。
前記出力軸および前記回転軸の動力伝達の接続状態および切断状態を切り替え可能なクラッチをさらに備え、
前記移動制御部は、前記クラッチの接続状態および切断状態を切り替えるとともに、前記クラッチが切断状態に切り替えられる際に前記フライホイールおよび前記ステータの少なくとも一方を離間する方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンユニット。
前記移動制御部は、前記クラッチの接続状態および切断状態を切り替えるクラッチレバーであることを特徴とする請求項２に記載のエンジンユニット。
前記エンジンは、
前記移動制御部により前記クラッチが切断状態に切り替えられ、前記リコイルスターターを介して前記回転軸が回転させられた後、前記移動制御部により前記クラッチが接続状態に切り替えられると、前記回転軸に接続された前記フライホイールの慣性力により始動することを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンユニット。