JPH07224677A - 内燃機関及び発電機構造ユニット - Google Patents

内燃機関及び発電機構造ユニット

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JPH07224677A
JPH07224677A JP7039396A JP3939695A JPH07224677A JP H07224677 A JPH07224677 A JP H07224677A JP 7039396 A JP7039396 A JP 7039396A JP 3939695 A JP3939695 A JP 3939695A JP H07224677 A JPH07224677 A JP H07224677A
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JP
Japan
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generator
rotor
internal combustion
combustion engine
structural unit
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JP7039396A
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English (en)
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Dieter Lutz
ディエター・ルツ
Franz Nagler
フランツ・ナグラー
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ZF Sachs AG
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Fichtel and Sachs AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い品質水準を確保し、同時に、製造費も下
げる、内燃機関と発電機との構造ユニットのための設計
態様を提案することである。 【構成】 クランク室(1) とトルク出力のためのクラン
ク軸(2) とを備えた内燃機関と、その発電機ケーシング
(5) がクランク室(1) と強固に、又その回転子(4) がク
ランク軸(2) と同軸で耐捩り性に結合されている発電機
／電動機(3) とからなる構造ユニットに関するものであ
る。この構造ユニットは、弾性変形可能なトルク伝達円
板（フレックス板６）が設けられており、該円板がクラ
ンク軸(2)の出力端に強固にフランジ接合され、又周面
が回転子(4) と強固に結合されており、回転子(4) が発
電機ケーシング(5) 内で回転可能に支承されていること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の類概念に記
載された、内燃機関及び発電機構造ユニットに関するも
のである。本発明の枠内で、用語「発電機」とは、内燃
機関の定格出力に比べて小さな出力を有するだけの通常
のゼネレータを意味してはいない。むしろ、──従来の
駆動系統に対する選択案として──、車両を駆動するた
めに設けられた主電動機のために電気駆動エネルギーを
提供すべき、それ故に内燃機関オーダの定格出力を有す
る発電集成装置である（完全電気的動力伝達）。
【０００２】
【従来の技術】路上車両のためのこうした駆動システム
は例えばドイツ公開特許公報第 41 33013号により、又V
DI 報告 878（1991）、611 〜622 頁からも、公知であ
る。発電する発電機の回転子は、直接、内燃機関のクラ
ンク軸に強固にフランジ接合され、つまり剛性に結合さ
れている。かかる内燃機関／発電機ユニットでは、回転
子を発電機のケーシング内で別途支承することはなされ
ていない。運転中にクランク軸から発生する不規則回転
は、特に、幾何学的に理想的な回転軸線に対するクラン
ク軸の僅かなゆがみとして、クランク軸軸受の摩耗の結
果としての回転軸線の変位として、及び軸方向摺動とし
て現れ、この不規則回転の故に、発電機の固定子と回転
子との間の空隙は、申し分のない運転（発電機運転又は
電動機運転；後者は、内燃機関用始動装置としても発電
機を利用する場合）を保証するために、充分に大きく設
計されねばならない。しかし、空隙を拡大することは、
発電機効率のそれ相応の損失と結び付いているので、望
ましくない。しかも、特に回転子がアウタロータとして
強力永久磁石（例えば材料FeNdB 又はSmCoを基とする）
による励磁を備えている場合、クランク軸への回転子の
フランジ接合後にはじめて発電機ケーシングがそのなか
にある固定子とねじ止めされねばならない場合、構造ユ
ニットの取付けは困難であり又費用がかかる。これは、
永久励磁の場合事実上特殊な装置なしでは達成すること
のできないきわめて正確な調整を必要とする。こうし
て、最終取付け時に、所要の作業支出に関して、又、経
済的連続生産を妨げるような品質要求の維持に関して、
問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、高い品質水準を確保し、同時に、製造費も下げる、
内燃機関及び発電機構造ユニットのための設計態様を提
案することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題が、本発明によ
れば、類概念に係わる内燃機関及び発電機構造ユニット
に関して、請求項１に明示された特徴で解決される。本
発明の有利な諸展開は請求項２乃至１６に明示されてい
る。
【０００５】
【実施例】内燃機関／発電機ユニットの軸方向縦断面図
として単一の図に示された実施例に基づいて、以下、本
発明を詳しく説明する。この断面図が右縁に示唆する内
燃機関は、そのクランク室１及びクランク軸２の接続範
囲を備えているだけである。発電機３は、発電機ケーシ
ング５と、回転子４（アウタロータ）と、固定子ケーシ
ング５の部分5bと強固に結合された内側にある固定子と
を有し、固定子が固定子巻線９を備えている。回転子４
は、交互に極性を有する磁界強度の強い多数の永久磁石
4cを備えている。永久励磁式アウタロータの代わりに、
基本的には、電磁励磁式回転子も設けておくことができ
よう。固定子巻線内での電流の整流は、この場合、電気
機械的にではなく、図示されない出力電子装置によって
行われる。あまり好ましくはないが、発電機をインナロ
ータ機として構成することも可能であり、この場合発電
機のケーシングは適宜に変更しなければならないであろ
う。
【０００６】発電機ケーシング５はクランク室１に強固
に、但し直接にではなく、クランク室にねじ止めされた
中間フランジ15を介して、ねじ止めされており、該フラ
ンジは接続側がクランク軸２の末端から左方向に突出し
ている。この中間フランジ15は、発電機ケーシング５の
右方向への、又は選択的にクランク室１の左方向への適
宜な延長を節約するが故に、有利である。これにより、
従来の機械式駆動系統を備えた車両にも利用される内燃
機関の接続側（変速機鐘体のフランジ接合）を、車両ホ
イールを駆動するための適宜な電動機のケーシングと同
一構造に実施された発電機ケーシング５の接続側と同様
に未変更のままとすることが可能となる。より厳密に述
べるなら、この発電機ケーシング５は、前記刊行物、VD
I 報告、に述べられたような鏡像対称に形成された二基
機関（タンデム機関）のケーシングの半片である。それ
故に、このように安価に製造可能な中間フランジ15の利
用は、発電機ケーシング５に関しても又クランク室１に
関しても通常の連続生産部品の継続使用を可能とし、従
って、特に、連続生産個数が比較的小さい場合、著しい
経費削減に寄与する。他方、大量連続生産の場合には、
発電機ケーシングを単一部分で実施する方が、一般に、
一層安価であろう。
【０００７】発電機ケーシング５は、固定子巻線９によ
って取り囲まれた構造空間10内を左から右へと延びた折
返し部5aを有する。回転子４の永久磁石4cは、好ましく
は比較的肉薄の輪心状部品（例えば薄板からなる）とし
て作製された回転子支持体4aに固着されている。回転子
４の回転軸線の範囲で回転子支持体4aが回転子ハブ4bと
強固に結合されており、該ハブは回転子支持体4aの右端
面の平面から左方向に構造空間10内に、又は、一層適切
に述べるなら、折返し部5aの当該穴内に、延びている。
折返し部5aは、回転子支持体4aの端面の近傍にまで達し
ている。
【０００８】回転子ハブ4bは、折返し部5aの内部で（好
ましくは回転子支持体4aの近傍で）回転可能に支承され
ている。図示実施例において支承部11は複列転り軸受と
して、それもしかも玉軸受として、実施されている。そ
れは、適宜な止めカラーと止め輪とによって、軸方向固
定軸受を形成する。クランク軸２に対して厳密な同軸整
列を保証するために、回転子ハブ4b内及びクランク軸２
内に回転軸線と同軸でそれぞれ１個の調心穴18又は８が
設けられており、この穴に、適宜に成形された調心ピン
７が嵌め込まれている。調心ピン７は、回転子ハブ4b内
に留まるので、回転子４の回転軸線を持続的に整列させ
る。それ故に、支承部11は単列転り軸受として実施する
こともできよう。多くの場合支承部11は、更に、空軸受
として構成することもできる。
【０００９】回転子４を固定子ケーシング５の内部で別
途支承することは本来必要でなく、これまで一般的では
なかったが、この別途支承と並んで、本発明では、トル
クを伝達するためにクランク軸２への回転子４の結合
が、直接にではなく、例えば「フレックス板」の名称で
それ自体既に知られているような、特に軸方向に弾性変
形可能なトルク伝達円板６を介して行われる。本実施例
においてフレックス板６は、実質的に、平らな円形円板
として構成されて、クランク軸２の端面（出力端）に強
固にねじ止めされている。周面側では、それは、回転子
支持体4aと強固に結合された接続体12を介してねじ止め
されている。発電機３を内燃機関用始動装置として使用
することができない場合、（図示されない）始動装置の
ためのリングギヤ13を接続体12に外側から設けることが
考えられる。回転子支持体4aにフレックス板６をねじ止
めすることができるように該支持体を直接構成すること
も、勿論可能であろう。しかしこの場合欠点として、実
質的に同一構造の電動機について既に存在するのと同じ
機能部品を回転子支持体4aとして使用することがもはや
不可能となろう。
【００１０】発電機の運転中に効率の損失が不可避的に
生じて、望ましくない発電機３の加熱としてそれが現れ
るので、強制冷却を設ける必要がある。それ故に、符号
17と16は液体冷却の冷媒入口と冷媒出口であり、その強
制循環は冷媒ポンプ14によって保証される。発電機ケー
シング５の構造空間10内に突出した折返し部5aの内側自
由部品が、大きな利点を有して、この冷媒ポンプ14のた
めに利用される。というのも、こうしてクランク軸２を
介して直接的駆動を行うことができるからである。冷媒
の循環は、内燃機関が（従って当然に発電機３も）作動
するとき、常に強制的に行われる。この目的のために、
回転子ハブ4bは左側遊端が冷媒ポンプ14の好ましくは中
空軸として実施された駆動軸と耐捩り性に結合されてい
る。取付け上の理由から、軸は差込可能に形状嵌合式に
結合するのが好ましい。
【００１１】構造ユニットの取付は、以下の如くに行う
ことができる。まず、中間フランジ15がクランク室１
に、又、適宜な接続フランジを利用してフレックス板６
がクランク軸２の端面にねじ止めされる。発電機３は、
既に、仮に別途取付けられた構造ユニットとして用意す
ることができる。即ち、回転子４は発電機ケーシング５
内でその最終的位置を既に占めている。調心ピン７は回
転子ハブ4b又はクランク軸２の直接的構成要素とするこ
ともできよう。このピンを調心穴18又は８に嵌め込んだ
後、発電機３は調心ピン７を介してクランク軸２に対し
て厳密に同軸に整列されて、ねじで中間フランジ15に固
着される。こうして、クランク室１又は中間フランジ15
で調心するための手間のかかる措置が不要となる。調心
ピン７は、使い捨て取付補助具として、発電機３内に残
される。フレックス板６を接続体12にねじ止めすること
ができるようにするために、中間フランジ15及び／又は
クランク室１が（図示されない）穴を有しており、この
穴を通して取付ねじが外部から接近可能である。回転子
ハブ4bが全体として中空軸として実施され、内径が右か
ら左へと減少しない場合、調心ピン８は（その外輪郭が
適宜に相補的形状とされている場合）発電機３の取付け
後に調心穴８、13から再び引き出して、再び使用するこ
とができよう。しかし、この場合、冷媒ポンプ14の組付
けは、それが設けられている限り、その後にはじめて行
う必要があろう。
【００１２】発電機３の仮取付は、まず玉軸受11が発電
機ケーシング５の折返し部5aの当該穴に嵌め込まれて、
止め輪によって軸方向に固定される形で行われる。次
に、回転子ハブ4bと回転子支持体4aと永久磁石4cとから
なる回転子４は右側から軸受11に圧入され、引き続き左
側から、回転子ハブ4bに嵌着された止め輪を介して左側
でも軸方向で固定される。その後、冷媒ポンプ14を組付
けることができる。
【００１３】意外なことに、本発明によって、構造ユニ
ットを最終的に取付けるとき望ましい簡素化と品質の向
上とを達成することができるだけでなく、発電機ケーシ
ング５内で回転子４を別途支承することが付加的に必要
となり又付加的部品「フレックス板６」の支出にもかか
わらず、製造費の低減が可能となる。これは、永久磁石
と固定子巻線９の磁極との間の空隙の公差を従来の先行
技術におけるよりもかなり狭く抑えることができること
に起因している。これにより、発電機３の性能が著しく
向上し、この向上から、永久磁石のために高価な高級材
料に対して、その他の点では同じ性能の場合に必要とな
る材料支出の適宜な低減が可能となる。一方で支出がか
なり多くなるにもかかわらず、全体として、安価な解決
策が得られ、特に取付け時の誤り率もかなり低減する。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造ユニットを最終的に取付けるとき望ましい簡素化と
品質の向上とを達成することができるだけでなく、発電
機ケーシング内で回転子を別途支承することが付加的に
必要となり又付加的部品「フレックス板」の支出にもか
かわらず、製造費の低減が可能となる。これは、永久磁
石と固定子巻線の磁極との間の空隙の公差を従来の先行
技術におけるよりもかなり狭く抑えることができること
に起因している。これにより、発電機の性能が著しく向
上し、この向上から、永久磁石のために高価な高級材料
に対して、その他の点では同じ性能の場合に必要となる
材料支出の適宜な低減が可能となる。一方で支出がかな
り多くなるにもかかわらず、全体として、安価な解決策
が得られ、特に取付け時の誤り率もかなり低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関及び発電機構造ユニットの一実施例の
軸方向縦断面図である。
【符号の説明】
１ クランク室 ２ クランク軸 ３ 発電機 ４ 回転子 ５ 発電機ケーシング ６ フレックス板

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クランク室(1) とトルク出力のためのク
    ランク軸(2) とを備えた内燃機関と、その発電機ケーシ
    ング(5) がクランク室(1) と強固に、又その回転子(4)
    がクランク軸(2) と同軸で耐捩り性に結合されている発
    電機／電動機(3) とからなる構造ユニットにおいて、弾
    性変形可能なトルク伝達円板（フレックス板６）が設け
    られており、該円板がクランク軸(2) の出力端に強固に
    フランジ接合され、又周面が回転子(4) と強固に結合さ
    れており、回転子(4) が発電機ケーシング(5) 内で回転
    可能に支承されていることを特徴とする内燃機関及び発
    電機構造ユニット。
  2. 【請求項２】 回転子(4) がアウタロータとして構成さ
    れていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関
    及び発電機構造ユニット。
  3. 【請求項３】 回転子(4) が永久磁石(4c)を備えている
    ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関及
    び発電機構造ユニット。
  4. 【請求項４】 回転子(4) が、好ましくは肉薄の輪心状
    回転子支持体(4a)と、回転子ハブ(4b)とを有することを
    特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内
    燃機関及び発電機構造ユニット。
  5. 【請求項５】 発電機ケーシング(5) が、発電機(3) の
    固定子巻線(9) によって取り囲まれた構造空間(10)内に
    突出した折返し部(5a)を有し、該折返し部が、発電機ケ
    ーシング(5) の回転子支持体(4a)に対向した端面から出
    発していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれ
    か１項に記載の内燃機関及び発電機構造ユニット。
  6. 【請求項６】 折返し部(5a)が回転子支持体(4a)の近く
    にまで達していることを特徴とする、請求項５に記載の
    内燃機関及び発電機構造ユニット。
  7. 【請求項７】 回転子(4) の支承部(11)が、回転子支持
    体(4a)の近傍範囲で、折返し部(5a)に配置されているこ
    とを特徴とする、請求項５又は６に記載の内燃機関及び
    発電機構造ユニット。
  8. 【請求項８】 支承部(11)が固定軸受として構成されて
    いることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関及び
    発電機構造ユニット。
  9. 【請求項９】 支承部(11)が、複列転り軸受、特に複列
    玉軸受、として構成されていることを特徴とする、請求
    項７又は８に記載の内燃機関及び発電機構造ユニット。
  10. 【請求項１０】 支承部(11)が単列転り軸受として構成
    されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の
    内燃機関及び発電機構造ユニット。
  11. 【請求項１１】 トルク伝達円板(6) が、回転子支持体
    (4a)に強固に留められた接続体(12)を介して、回転子
    (4) とねじ止めされていることを特徴とする、請求項４
    乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関及び発電機構
    造ユニット。
  12. 【請求項１２】 接続体(12)が環状に構成されており、
    且つ外面に始動装置リングギヤ(13)を有することを特徴
    とする、請求項１１に記載の内燃機関及び発電機構造ユ
    ニット。
  13. 【請求項１３】 折返し部(5a)の内側に冷媒ポンプ(14)
    が配置されており、その駆動軸が中空に構成されてお
    り、又該ポンプが回転子ハブ(4b)の自由端と耐捩り性
    に、好ましくは形状嵌合式差込継手によって、結合され
    ていることを特徴とする、請求項７乃至１２のいずれか
    １項に記載の内燃機関及び発電機構造ユニット。
  14. 【請求項１４】 発電機ケーシング(5) が中間フランジ
    (15)を介してクランク室(1) とねじ止めされていること
    を特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載
    の内燃機関及び発電機構造ユニット。
  15. 【請求項１５】 クランク軸(2) 及び／又は回転子ハブ
    (4b)に、適宜な調心ピン(7) を受容するための調心穴
    (8,18)が設けられていることを特徴とする、請求項１乃
    至１４のいずれか１項に記載の内燃機関及び発電機構造
    ユニット。
  16. 【請求項１６】 回転子(4) の取付け実施後に調心ピン
    (7) を取り出すために、調心穴(18)が回転子ハブ(4b)に
    連続穴として実施されていることを特徴とする、請求項
    １５に記載の内燃機関及び発電機構造ユニット。
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