JP6918063B2 - 発電機冷却構造 - Google Patents

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Description

本発明は、発電機冷却構造に係り、特に、発電機にエンジンオイルを噴き付けることで冷却する発電機冷却構造に関する。
従来から、エンジンのクランク軸と同期回転する発電機を冷却するため、発電機に対してエンジンオイルを噴き付ける発電機冷却構造が知られている。
特許文献1には、エンジンのクランクケースの車幅方向外側に取り付けられるインナロータ式の発電機において、発電機の車幅方向外側を覆うカバー部材に、エンジンオイルを圧送する油路および複数の噴射孔を形成し、車幅方向外側からステータに向かってエンジンオイルを噴き付ける発電機冷却構造が開示されている。
特許第5604498号公報
ここで、特許文献1の構成では、ステータを構成する角柱状のステータコイルの角部に向けてオイルを噴射することで、ステータコイルの2側面にオイルが当たるようにして冷却効果を高める工夫がなされている。しかし、この構成では、ステータコイルの裏面側にオイルが届きにくく、より冷却効果を高めるための構成には依然として工夫の余地があった。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ステータコイルにオイルを噴き付ける噴射孔の工夫によって冷却効果を高めることができる発電機冷却構造を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、オイル(O)を噴射する複数の噴射孔(H1,H2)を有し、発電機(M)のステータ(38)に対して一側面側からオイル(O)を噴き付けて冷却する発電機冷却構造において、前記ステータ(38)は、全体で円環状をなすように隣接配置された複数のステータコイル(50)を有し、前記噴射孔(H1,H2)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で隣り合うステータコイル(50)同士の境界ごとに、該境界をまたいで一対で配設されており、前記一対の噴射孔(H1,H2)による噴射方向が、前記ステータコイル(50)の径方向外側から見て互いに交差している点に第1の特徴がある。
また、前記噴射孔(H1,H2)から噴射されるオイル(O)が、隣り合う前記ステータコイル(50)同士の間で対向する側面(50a)に噴き付けられる点に第2の特徴がある。
また、前記一対の噴射孔(H1,H2)のそれぞれの軸線(C1,C2)が、互いに接触しない点に第3の特徴がある。
また、前記発電機(M)を覆うカバー部材(40)を備え、前記カバー部材(40)に溝状の油路(42)が形成されており、前記噴射孔(H1,H2)が、前記溝状の油路(42)に蓋をする板状の蓋部材(60)に形成された貫通孔である点に第4の特徴がある。
また、前記蓋部材(60)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で、円環形状とされている点に第5の特徴がある。
また、前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿って設けられている点に第6の特徴がある。
また、前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿わないで設けられている点に第7の特徴がある。
さらに、前記噴射孔(H1,H2)によるオイル(O)の噴射方向が、前記発電機(M)の回転軸方向視における90度位置(R1)および270度位置(R2)を除いて上方に傾斜しており、前記90度位置(R1)および270度位置(R2)では、上下方向に対となる噴射孔(H1,H2)によって、ステータコイル(50)の径方向内側寄りの位置と径方向外側寄りの位置の両方にオイル(O)を噴射する点に第8の特徴がある。
第1の特徴によれば、オイル(O)を噴射する複数の噴射孔(H1,H2)を有し、発電機(M)のステータ(38)に対して一側面側からオイル(O)を噴き付けて冷却する発電機冷却構造において、前記ステータ(38)は、全体で円環状をなすように隣接配置された複数のステータコイル(50)を有し、前記噴射孔(H1,H2)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で隣り合うステータコイル(50)同士の境界ごとに、該境界をまたいで一対で配設されており、前記一対の噴射孔(H1,H2)による噴射方向が、前記ステータコイル(50)の径方向外側から見て互いに交差しているので、対をなす2つの噴射孔において、それぞれが噴射するオイルを、ステータコイル同士の境界をまたいで反対側のステータコイルに噴き付けることが可能となる。これにより、隣り合うステータコイル同士の間で対向する側面に向けてオイルを噴き付けることができる。その結果、ステータコイルの側面を冷却できると共に、噴射の勢いでステータコイルの裏面にもオイルが届いて裏面側の冷却効果も高めることが可能となる。
第2の特徴によれば、前記噴射孔(H1,H2)から噴射されるオイル(O)が、隣り合う前記ステータコイル(50)同士の間で対向する側面(50a)に噴き付けられるので、ステータコイルの側面を冷却できると共に、噴射の勢いでステータコイルの裏面側にもオイルが届いて裏面側の冷却効果も高めることが可能となる。
第3の特徴によれば、前記一対の噴射孔(H1,H2)のそれぞれの軸線(C1,C2)が、互いに接触しないので、噴射したオイルが互いに干渉し合うことなく、所望の場所にオイルを噴き付けることが可能となる。
第4の特徴によれば、前記発電機(M)を覆うカバー部材(40)を備え、前記カバー部材(40)に溝状の油路(42)が形成されており、前記噴射孔(H1,H2)が、前記溝状の油路(42)に蓋をする板状の蓋部材(60)に形成された貫通孔であるので、板状の蓋部材にドリル等で穴を開ける簡単な加工によって噴射孔を設けることが可能となる。
第5の特徴によれば、前記蓋部材(60)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で、円環形状とされているので、円環をなして配設されるすべてのステータコイルに対してオイルを噴き付けることが可能となる。また、蓋部材の剛性が高まることで、噴射孔を設けても強度を維持することが可能となる。
第6の特徴によれば、前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿って設けられているので、噴射孔を設ける径方向の位置が固定されることで、噴射孔を設ける加工が容易となる。この場合、噴射孔の軸線角度を互いに異ならせることで軸線が接触しないように構成できる。
第7の特徴によれば、前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿わないで設けられているので、噴射孔の軸線角度を同じにした場合でも、軸線が互いに接触しないように構成することができる。
第8の特徴によれば、前記噴射孔(H1,H2)によるオイル(O)の噴射方向が、前記発電機(M)の回転軸方向視における90度位置(R1)および270度位置(R2)を除いて上方に傾斜しており、前記90度位置(R1)および270度位置(R2)では、上下方向に対となる噴射孔(H1,H2)によって、ステータコイル(50)の径方向内側寄りの位置と径方向外側寄りの位置の両方にオイル(O)を噴射するので、円環をなして配設される複数のステータコイルのうち、回転軸より上方側の位置ではステータコイルの径方向外側寄りにオイルを噴き付けると共に、回転軸より下方側の位置ではステータコイルの径方向内側寄りにオイルを噴き付けることで、ステータコイルに付着したオイルが重力で下方に垂れることを利用して、ステータコイル全体を効率よく冷却できる。一方、90度位置と270度位置では、2つの噴射孔が上下に並ぶこととなるため、それぞれの噴射孔によってステータコイルの径方向内側寄りおよび径方向外側寄りに直接オイルを噴き付けてステータコイル全体を効率よく冷却できる。
本発明の一実施形態に係る発電機冷却構造を適用した自動二輪車の左側面図である。 発電機の正面図である。 ステータコイルの斜視図である。 発電機を覆うカバー部材を裏面側から見た斜視図である。 蓋部材の正面図である。 発電機と蓋部材との位置関係を示す正面図である。 図6のVII−VII線断面図である。 噴射されるオイルとステータコイルとの関係を示す模式図である。 蓋部材を発電機の回転軸方向から見た際の噴射孔の軸線方向を示す模式図である。 噴射孔の変形例に係る模式図である。 噴射孔の第2変形例に係る模式図である。 噴射孔のパターンの使用例を示す概念図である。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る発電機冷却構造を適用した自動二輪車1の左側面図である。鞍乗型車両としての自動二輪車1の車体フレーム4は、ヘッドパイプ9から後方下方に延出する左右一対のメインフレーム5を有する。ヘッドパイプ9に揺動自在に軸支される前輪WFの操舵系は、車軸17によって前輪WFを軸支する左右一対のフロントフォーク15と、ヘッドパイプ9の上下でフロントフォーク15をクランプするトップブリッジ8およびボトムブリッジ11と、トップブリッジ8およびボトムブリッジ11を互いに連結してヘッドパイプ9に軸支されるステアリングステム(不図示)とからなる。フロントフォーク15の上部には操向ハンドル6が固定されている。
メインフレーム5の後端部には、スイングアーム23を揺動可能に軸支するピボット19を支持する左右一対のピボットフレーム20が接続されている。メインフレーム5の下方かつピボットフレーム20の前方には、V型4気筒のエンジンEと変速機とを一体に構成したパワーユニットPが固定されている。エンジンEの燃焼ガスは、排気管を介して車幅方向右側のマフラに導かれる。エンジンEの駆動力は、出力軸に固定されるドライブスプロケット18に巻きかけられた無端状のドライブチェーン26を介して、車軸24でスイングアーム23の後端に回転自在に軸支された後輪WRに伝達される。
ヘッドパイプ9の前方には、防風スクリーン7を備えるフロントカウル10が配設されている。車体前方を覆うフロントカウル10の後部には、車体側方を覆う左右一対のサイドカウル28が連結されており、サイドカウル28の下端部には、パワーユニットPの下部を覆うアンダカウル21が連結されている。
前輪WFの上部を覆うフロントフェンダ14は、フロントフォーク15に固定されている。メインフレーム5の上部には、燃料タンク31およびエアクリーナボックス3の上部を覆うタンクカバー2が取り付けられている。タンクカバー2に取り付けられるシート30の後方にはリヤカウル29が配設されており、後輪WRの上部を覆うリヤフェンダ27は、スイングアーム23の上部に固定されている。
スイングアーム23は、ピボット19の後方に配設されるリヤクッション32によって車体フレーム4に吊り下げられている。メインフレーム5の車幅方向外側には、エアクリーナボックス3の下部に外気を導く導風管13が左右一対で配設されている。導風管13は、フロントフォーク15の車幅方向外側を通ってヘッドパイプ9の前方で集合し、フロントカウル10の車幅方向中央に設けられた吸気開口12に接続される。エンジンEの車体前方にはラジエータ22が配設されており、車幅方向に長尺なラジエータ22の下方には縦方向に長尺なオイルクーラ39が配設されている。
前側2気筒および後側2気筒を有するV字形状のエンジンEの車幅方向左側には、クランクシャフトCの回転動力で駆動する発電機Mが設けられている。発電機Mの回転軸心COは、車幅方向に指向するクランクシャフトCの回転軸中心と一致する。発電機Mの車幅方向外側は、クランクケースに取り付けられるカバー部材40によって覆われている。
図2は、発電機Mの正面図である。また、図3はステータコイル50の斜視図である。本実施形態に係る発電機Mは、ケース35に収納される円環状のステータ38の内側に、クランクシャフトCの端部に固定されたロータ36を配設したインナロータ式とされる。ステータ38は、計12個のステータコイル50を周方向に隣接配置した構成を有する。ステータコイル50は、積層された金属板からなるステータコアのティース51に、金属巻線52を巻回した絶縁体53を被せることで構成される。図2に示す直線L1〜L6は、隣り合うステータコイル50同士の境界と発電機Mの回転軸心COを通るように、回転方向で30度毎に引いたものである。
図4は、発電機Mを覆うカバー部材40を裏面側から見た斜視図である。また、図5は蓋部材60の正面図であり、図6は発電機Mと蓋部材60との位置関係を示す正面図である。
カバー部材40の裏面側には、外側環状凸部41と内側環状凸部43との間に形成される略円環状の溝からなる油路42が形成されており、この油路42に蓋部材60で蓋をすることで、オイルポンプで圧送されるオイルが通る密閉された通路が構成される。蓋部材60は、径方向外側に膨出する3つのフランジ部に形成された貫通孔62と、径方向内側に膨出する3つのフランジ部に形成された貫通孔63にそれぞれ締結部材(不図示)を通し、カバー部材40に設けられた複数の雌ねじ孔44,45に螺合することで、カバー部材40に固定される。
略円環形状をなす板状の蓋部材60には、図2に示した直線L1〜L6に対応する位置に、それぞれオイルの噴射孔H1,H2が形成されている。すなわち、隣り合うステータコイル50同士の境界に対して、一対の噴射孔H1,H2がそれぞれ配設されることとなる。各直線から噴射孔H1,H2までの距離は対称をなして等しく設定され、また、すべての噴射孔H1,H2は単一の円周Fに沿って設けられている。本実施形態では、噴射孔H1,H2が、ステータコイル50の径方向寸法の略中央に位置するように設定されている。
また、本実施形態では、蓋部材60が発電機Mの回転軸方向視で円環形状とされていることで、円環をなして配設されるすべてのステータコイル50に対してオイルを噴き付けることを可能としている。そして、円環形状とすることで蓋部材60の剛性が高められ、噴射孔H1,H2を設けても蓋部材60の強度を維持することが可能となる。
図7は、図6のVII−VII線断面図である。噴射孔H1,H2は、それぞれ、オイルの入口側(カバー部材側)より出口側(発電機側)の方が、ステータコイル50同士の境界に近くなるように傾斜して形成されている。詳しくは、噴射孔H1の軸線C1と噴射孔H2の軸線C2は、それぞれ、発電機Mの回転軸心COに対して所定角度α,βだけ傾斜している。噴射孔H1,H2は、板状の蓋部材60に形成された貫通孔であるので、蓋部材60にドリル等で穴を開ける簡単な加工によって噴射孔H1,H2を形成できる。
図8は、噴射されるオイルOとステータコイル50との関係を示す模式図である。この図は、図7の断面図に対応して、発電機Mの径方向外側から見た状態を示している。本実施形態に係る発電機冷却構造では、一対の噴射孔H1,H2による噴射方向が、ステータコイル50の径方向外側から見て互いに交差している点に特徴がある。これにより、対をなす2つの噴射孔において、それぞれが噴射するオイルOを、ステータコイル50同士の境界をまたいで反対側のステータコイル50に噴き付けることが可能となり、隣り合うステータコイル50同士の間で対向する側面50aに向けてオイルOを噴き付けることができる。これにより、ステータコイル50の側面50aを冷却できると共に、噴射の勢いでステータコイル50の裏面50bにもオイルOが届いて、裏面側の冷却効果も高めることが可能となる。
本実施形態では、発電機Mの径方向外側から見た際には軸線C1,C2が交差するものの、互いに接触しないように軸線方向を調整することで、噴射したオイルOが互いに干渉し合うことなく、所望の場所にオイルOを噴き付けることを可能としている。
図9は、蓋部材60を発電機Mの回転軸方向から見た際の噴射孔H1,H2の軸線方向を示す模式図である。この図は、図8に破線で囲んだK部分を、回転軸方向でケース部材40側から見た状態を示している。また、噴射孔H1,H2の入口側を実線で示すと共に、出口側を破線で示している。
本実施形態では、入口側を単一の円周Fに沿って設ける一方、軸線C1,C2の傾斜角度が互いに異なるように構成している。この構成により、出口側の位置は左右非対称となり、軸線C1と軸線C2が接触することなく、噴射したオイルOが互いに干渉することを防いで所望の場所にオイルOを噴き付けることが可能となる。
ここで、軸線C1,C2の両方を、水平面に対して発電機Mの外周側に傾斜させる構成を「パターンA」と定義する。一方、軸線C1,C2の両方を、水平面に対して発電機Mの中心側に傾斜させる構成を「パターンB」と定義する。各パターンの使用例は、図12を用いて説明する。
図10は、噴射孔H1,H2の変形例に係る模式図である。図9と同様に、噴射孔H1,H2の入口側を実線で示すと共に、出口側を破線で示している。この変形例では、両方の入口側を単一の円周Fに沿って設ける一方、出口側では、噴射孔H1の軸線C1が図示下方に傾斜すると共に、噴射孔H2の軸線C2が図示上方に傾斜するように構成している。この構成によっても、軸線C1と軸線C2が接触することなく、噴射したオイルOが互いに干渉することを防いで所望の場所にオイルOを噴き付けることが可能となる。
ここで、上記した噴射孔H1,H2の構成を「パターンC」と定義する。このパターンの使用例も、図12を用いて説明する。
図11は、噴射孔H1,H2の第2変形例に係る模式図である。図9と同様に、噴射孔H1,H2の入口側を実線で示すと共に、出口側を破線で示している。この第2変形例では、一対の噴射孔H1,H2が、単一の円周Fに沿わないで上下方向にオフセットして設けられている。この構成では、軸線C1,C2の傾斜角度を対称としても、噴射したオイルOが互いに干渉することを防ぐことができる。
図12は、噴射孔H1,H2のパターンの使用例を示す概念図である。ステータコイル50に噴き付けるオイルOの噴射方向は、重力によりオイルが下方に垂れることを考慮して各部で変化させることが好ましい。この図の例では、回転軸心COより上方側の位置に図9に示したパターンAを適用する。これにより、ステータコイル50の径方向外側寄りにオイルを噴き付けるようにして、オイルが下方に垂れることでステータコイル50の全体が冷却されるようにしている。具体的には、隣り合うステータコイル50同士の境界位置を、時計回りに30度毎に設定した場合に、0度、30度、60度、300度、330度の位置にパターンAを適用する。
また、回転軸心COより下方側の位置には、図9に示したパターンBを適用する。これにより、ステータコイル50の径方向内側寄りにオイルを噴き付けるようにして、オイルが下方に垂れることでステータコイル50の全体が冷却されるようにしている。具体的には、120度、150度、180度、210度、240度の位置にパターンBを適用する。
そして、2つの噴射孔H1,H2が上下に並ぶ90度位置(R1)と270度位置(R2)には、図10に示したパターンCを適用する。仮に、90度位置(R1)および270度位置(R2)にパターンAまたはパターンBを適用すると、重力によってオイルが垂れても径方向内側寄りまたは径方向外側寄りの一方にオイルが付着しないこととなるが、パターンCでは、噴射孔H1,H2によって、ステータコイル50の径方向内側寄りおよび径方向外側寄りの両方に直接オイルを噴き付けることができる。これにより、ステータコイル50全体を効率よく冷却できることとなる。なお、90度位置と270度位置において、パターンCの天地が逆となるように適用してもよい。また、90度位置と270度位置には、図11に示したオフセットタイプの噴射孔を適用してもよい。
前記したように、本発明に係る発電機冷却構造によれば、ステータ38が全体で円環状をなすように隣接配置された複数のステータコイル50を有し、噴射孔H1,H2が、発電機Mの回転軸方向視で隣り合うステータコイル50同士の境界ごとに、該境界をまたいで一対で配設されており、一対の噴射孔H1,H2による噴射方向が、ステータコイル50の径方向外側から見て互いに交差しているので、対をなす2つの噴射孔H1,H2において、それぞれが噴射するオイルを、ステータコイル50同士の境界をまたいで反対側のステータコイル50に噴き付けることが可能となる。これにより、ステータコイル50の側面50aを冷却できると共に、噴射の勢いでステータコイル50の裏面50bにもオイルが届いて裏面側の冷却効果も高めることが可能となる。
なお、自動二輪車の形態、発電機の形状や構造、ステータコイルの数、カバー部材や蓋部材の形状や材質、噴射孔の位置、噴射孔の直径や軸線角度等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、前記した実施形態では、円環状をなすステータに対して3つの噴射孔のパターンを適用したが、ステータコイル同士の境界毎にすべて異なるパターンの噴射孔を配設してもよい。本発明に係る発電機冷却構造は、自動二輪車のエンジンに取り付けられる発電機に限られず、また、インナロータ式の発電機のほか、発電機とモータの役割を兼ねる電動発電機や、電装車両の駆動用モータ等の各種モータに適用することが可能である。
1…自動二輪車、E…エンジン、P…パワーユニット、M…発電機、38…ステータ、40…カバー部材、42…油路、60…蓋部材、50…ステータコイル、50a…ステータコイルの側面、50b…ステータコイルの裏面、H1,H2…噴射孔、C1,C2…軸線、F…円周、R1…90度位置、R2…270度位置

Claims (8)

  1. オイル(O)を噴射する複数の噴射孔(H1,H2)を有し、発電機(M)のステータ(38)に対して一側面側からオイル(O)を噴き付けて冷却する発電機冷却構造において、
    前記ステータ(38)は、全体で円環状をなすように隣接配置された複数のステータコイル(50)を有し、
    前記噴射孔(H1,H2)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で隣り合うステータコイル(50)同士の境界ごとに、該境界をまたいで一対で配設されており、
    前記一対の噴射孔(H1,H2)による噴射方向が、前記ステータコイル(50)の径方向外側から見て互いに交差していることを特徴とする発電機冷却構造。
  2. 前記噴射孔(H1,H2)から噴射されるオイル(O)が、隣り合う前記ステータコイル(50)同士の間で対向する側面(50a)に噴き付けられることを特徴とする請求項1に記載の発電機冷却構造。
  3. 前記一対の噴射孔(H1,H2)のそれぞれの軸線(C1,C2)が、互いに接触しないことを特徴とする請求項1または2に記載の発電機冷却構造。
  4. 前記発電機(M)を覆うカバー部材(40)を備え、
    前記カバー部材(40)に溝状の油路(42)が形成されており、
    前記噴射孔(H1,H2)が、前記溝状の油路(42)に蓋をする板状の蓋部材(60)に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の発電機冷却構造。
  5. 前記蓋部材(60)が、前記発電機(M)の回転軸方向視で、円環形状とされていることを特徴とする請求項4に記載の発電機冷却構造。
  6. 前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿って設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の発電機冷却構造。
  7. 前記一対の噴射孔(H1,H2)が、単一の円周(F)に沿わないで設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の発電機冷却構造。
  8. 前記噴射孔(H1,H2)によるオイル(O)の噴射方向が、前記発電機(M)の回転軸方向視における90度位置(R1)および270度位置(R2)を除いて上方に傾斜しており、
    前記90度位置(R1)および270度位置(R2)では、上下方向に対となる噴射孔(H1,H2)によって、ステータコイル(50)の径方向内側寄りの位置と径方向外側寄りの位置の両方にオイル(O)を噴射することを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の発電機冷却構造。
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