JPH10174366A - クランク軸直結式発電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランク軸直結式発電機は、エンジン３０と
トランスミッション３３との間のコイルハウジング６，
７の内部に設けられている。この発電機はエンジンに隣
接して配設されているので、エンジンからの熱を受け、
温度上昇が甚だしい。そのため、発電量の低下とか、発
電コイルが絶縁不良となるという問題点があった。それ
を解決することを課題とする。 【解決手段】 車載ポンプ３８，ポンプ負荷４２は既に
車両に搭載されているものであるが、両者をつなぐパイ
プ４１から分岐し、電磁バルブ４０を介してクランク軸
直結式発電機内にエアを供給し得るようにする。また、
各コイルハウジング６，７には通風口３１，３２を開け
る。車両の走行中は、クランク軸直結式発電機は走行風
により充分冷却される。走行風がない停車時において発
電コイルの温度が所定温度に達すると、ポンプ負荷へエ
アを供給する必要のない状態にある車載ポンプから、ク
ランク軸直結式発電機内にエアを供給して冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等のエンジ
ンのクランクシャフト自身を回転軸として兼用している
か、あるいはクランクシャフトに回転軸が直結されてい
るかしているクランク軸直結式発電機に対する冷却装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、クランク軸直結式発電機として
は、例えば自動車のスタータと発電機とを兼用させたも
のに、その例が見られる。 （第１の従来例）図６は、そのような従来のクランク軸
直結式発電機の１例を示す図である。図６において、４
はクランクシャフト、５はメインドライブシャフト、２
０はシリンダブロック、２１はリヤプレート、２２はブ
ラケット、２３は電機子鉄心、２４はステータコイル、
２５はロータ、２５Ａ，２５Ｂはロータ歯状部、２６は
連結用リング、２７は界磁鉄心、２８は界磁コイルであ
る。

【０００３】ロータ２５は磁性体で出来ており、クラン
クシャフト４に取り付けられている。ロータ２５の外周
部分はロータ歯状部２５Ａ，２５Ｂで出来ており、両者
は周上で間隔を開けて交互に配置されている。そして、
非磁性体（例、ステンレス）である連結用リング２６に
より、互いに連結されている。ロータ歯状部２５Ａ，２
５Ｂと、ロータ２５の軸側との間には凹部が設けられ、
その凹部に狭い間隙を隔てて嵌まるように、界磁鉄心２
７およびそれに巻回された界磁コイル２８が配設されて
いる。界磁鉄心２７は、リヤプレート２１に固着され、
リヤプレート２１はシリンダブロック２０に取り付けら
れている。

【０００４】ロータ歯状部２５Ａ，２５Ｂの外周面に狭
い間隙を隔てて、ステータコイル２４が巻回された電機
子鉄心２３が配設される。電機子鉄心２３はブラケット
２２に固着され、ブラケット２２はリヤプレート２１に
取り付けられている。図７は、前記した界磁コイル２８
が発生する磁束を説明する図である。符号は図６のもの
に対応し、Φ_A ，Φ_B ，Φ_C は磁束である。磁束の経路
が明瞭に分かるよう、図６では施していた斜線等は省略
してある。

【０００５】界磁コイル２８に通電すると、ロータ２５
の外周面にはＮ極，Ｓ極の磁極が交互に誘起され、界磁
鉄心２７，ロータ歯状部２５Ａ，電機子鉄心２３，ロー
タ歯状部２５Ｂ，ロータ２５の軸側，界磁鉄心２７とい
う経路を通過する磁束Φ_A が生ぜしめられる。この磁束
Φ_A が、ステータコイル２４に対していわゆる界磁の役
割を果たす。界磁コイル２８への通電により誘起される
磁束は、磁束Φ_A の他に、遠くのクランクシャフト４や
メインドライブシャフト５を通る磁束Φ_B ，Φ_C もあ
る。これらはステータコイル２４に対する界磁としての
役割は果たしておらず、いわゆる漏れ磁束である。

【０００６】次に、前記したクランク軸直結式発電機の
動作について説明する。 （１）スタータ（モータ）として使用する場合 図示しないバッテリからステータコイル２４に電流を流
す。それによって発生される磁界と前記した界磁との作
用により、ロータ２５は回転される。ロータ２５は、ク
ランクシャフト４を回転させ、図示しないエンジンを始
動する。 （２）発電機として使用する場合 クランクシャフト４がエンジンによって回転させられる
と、ロータ２５が回転し、その外周に発生させられてい
る界磁のＮ極，Ｓ極が電機子鉄心２３の傍を交互に通過
する。そのため、電機子鉄心２３に巻回されているステ
ータコイル２４には起電力が誘起され、発電が行われ
る。なお、このようなクランク軸直結式発電機に関する
従来の文献としては、例えば、実開昭60−16298 号公報
がある。

【０００７】（第２の従来例）クランク軸直結式発電機
の他の例としては、例えば、特開昭61−154460号公報に
示されるように、クランクシャフトに直結されているフ
ライホイールを利用したものがある。自動車のエンジン
等では、１回転中におけるトルク変動を緩和するため
や、回転エネルギーの蓄積手段として、クランクシャフ
トにフライホイールが直結されていることがある。その
ようなフライホイールの外周面に永久磁石でＮ極，Ｓ極
を設けると共に、それに対向させてステータコイルを設
けることにより、回転電機を形成する。そして、上記し
た例と同様に、スタータとして動作させたり、発電機と
して動作させたりしている。

【０００８】しかしながら、前記した第１の従来例に
は、シリンダブロック２０の構造を、クランク軸直結式
発電機を設けない場合のものとは異なった構造としなけ
ればならないという問題点や、前述した漏れ磁束により
鉄粉等が付着するため、クランクシャフト４やメインド
ライブシャフト５が磨耗し易いという問題点があった。
また、第２の従来例には、半径方向のサイズが大になっ
てしまうと共に、スタータのギヤと噛み合うギヤをフラ
イホイール以外のどこかに設けなければならないという
問題点があった。

【０００９】そこで、出願人は、そのような問題点を解
決するものとして、次のようなクランク軸直結式発電機
を既に提案している（特願平８−249211号）。図８は、
改良したクランク軸直結式発電機を示す図である。エン
ジンには従来からフライホイールが取り付けられている
が、この改良したものでは、そのフライホイールが取り
付けられている部分を利用して、発電機を組み込んでい
る。符号は図６のものに対応し、６は前部コイルハウジ
ング、７は後部コイルハウジング、８は電機子鉄心、９
はステータコイル、１０は永久磁石、１１はロータ、１
２はロータホイール、１３ははずれ止め、１４は回転
軸、Ｒは回転子、Ｓは電機子である。

【００１０】回転子Ｒは、ロータホイール１２，ロータ
１１，永久磁石１０，はずれ止め１３等から構成され、
電機子Ｓは、電機子鉄心８，ステータコイル９等から構
成されている。回転子Ｒが回転すると、ステータコイル
９に発電電流が誘起される。従って、ステータコイル９
が発電コイルである。

【００１１】クランクシャフト４からフライホイール３
を外し、その代わりに発電機の回転軸１４を直結する。
回転軸１４の直結部分を、フライホイール３の直結部分
と同じ構造にすると、クランクシャフト４の直結部分の
構造は何ら変更することなく、回転軸１４を接続するこ
とが出来る。回転軸１４の外周には、非磁性体で出来た
環状のロータホイール１２が取り付けられ、ロータホイ
ール１２の外周には、強磁性体で出来た環状のロータ１
１が取り付けられる。はずれ止め１３は、ロータ１１が
ロータホイール１２から外れるのを防止するためのもの
である。ロータ１１の外周面には、界磁の役割をさせる
ための永久磁石１０を複数個埋め込み、それらの配設順
序は、Ｎ極，Ｓ極が交互に現れるようにする。

【００１２】回転軸１４の他端には、外していたフライ
ホイール３を直結する。該他端の構造を、クランクシャ
フト４のフライホイール３との直結部分の構造と同じ構
造にしておくと、フライホイール３の直結部分の構造は
何ら変更することなく、接続することが出来る。なお、
フライホイール３は従来通りのものが直結され、クラン
ク軸直結式発電機の構成要素として利用されるわけでは
ないので、スタータのギヤと噛み合うギヤは、従来通り
フライホイール３の上に存在しており、他の箇所に設け
る必要はない。

【００１３】クランクシャフト４とフライホイール３と
の間に回転軸１４が介挿されるから、従来のクラッチハ
ウジング２をフライホイール３の後方から従来の如く当
てがっても、フライホイールハウジング１の嵌合部１−
１とクラッチハウジング２の嵌合部２−１とは先端が届
かず、そこに隙間が出来てしまう。その隙間を覆うため
と、ステータコイル９を巻回した電機子鉄心８を支持す
るために、何らかのハウジング手段を施す必要がある。
ここでは、そのハウジング手段を、リング状に形成した
前部コイルハウジング６と後部コイルハウジング７とで
形成している。

【００１４】前部コイルハウジング６の一端は、フライ
ホイールハウジング１の嵌合部１−１と嵌合する構造と
しておく。前部コイルハウジング６の他端と後部コイル
ハウジング７の一端は、互いに突き合わされて電機子鉄
心８の外周部分を挟持する構造とされる。そして挟持す
る位置は、電機子鉄心８の内周側の面が僅かなギャップ
を隔てて永久磁石１０に対向するような位置とされる。
電機子鉄心８には予めステータコイル９を巻回してお
く。

【００１５】後部コイルハウジング７の他端は、クラッ
チハウジング２の嵌合部２−１と嵌合する構造としてお
く。そうすれば、嵌合部１−１，２−１の構造は、従来
と同じ構造のままでよい。これは言うまでもないことで
あり、図示もしてはいないが、前部コイルハウジング６
あるいは後部コイルハウジング７の適宜箇所に、ステー
タコイル９に接続する端子が設けられる。

【００１６】このような構成にすれば、永久磁石１０と
電機子鉄心８との間でのみ磁気回路が形成され、漏れ磁
束が無いので、回転軸１４やクランクシャフト４やメイ
ンドライブシャフト５が、界磁用の永久磁石１０に磁化
されることはない。従って、それらは金属粉を吸着せ
ず、磨耗が促進されることはない。

【００１７】以上のようなクランク軸直結式発電機は、
まだ公知とはなっていないが、本発明は、それに対して
更に改良を加えたものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】

（問題点）図８に示したクランク軸直結式発電機は、エ
ンジンに隣接して配設されているので、エンジンからの
熱を受け、独立して配設されている発電機に比べて、温
度上昇が甚だしくなるという問題点があった。

【００１９】（問題点の説明）一般に発電機の発電コイ
ル（上例では、ステータコイル９）は、発電電流による
ジュール熱により温度が上昇するが、温度が上昇する
と、電気抵抗の増大により発電量が低下すると共に、絶
縁被覆の劣化により絶縁不良に陥るおそれがある。とこ
ろが、前記の改良したクランク軸直結式発電機では、そ
のハウジングの外部に接している空気によってのみ冷却
されているだけである。そのため、車両の走行中は走行
風によって冷却されるからよいものの、停車中は走行風
がないので、温度上昇は大になってしまう。

【００２０】温度上昇を防止する第１の方法として考え
られるのは、ステータコイル９の近傍に温度センサを設
け、所定温度以上になったら発電を停止させるという方
法であるが、これでは、継続して電気を供給することが
出来ない。第２の方法としては、コイルハウジング内に
冷媒を循環させるという方法が考えられる。この方法に
よると、極めて良好な冷却が行われるであろうが、冷媒
を循環させるパイプ，ポンプ、および冷媒を冷却する装
置等が必要となり、コストが高くなると共に、それらを
設置するのに大きなスペースを新たに必要とする。

【００２１】第３の方法としては、ハウジングに空気噴
出孔と排出口とを設け、空気噴出孔より冷却空気を吹き
込み、排出口より空気を排出する方法（実開平２−3756
2 号公報参照）が考えられるが、これには冷却空気送風
用に専用のポンプを必要とし、コストがかかったり、新
たなスペースを必要とするという問題があった。本発明
は、以上のような問題点を解決することを課題とするも
のであり、格別のコストやスペースを要することなく、
クランク軸直結式発電機の冷却を行う装置を提供しよう
とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、車両エンジンに駆動され、停車時以外
の時に作動され得るポンプ負荷を有している車載ポンプ
と、パーキングブレーキ作動検出手段と、回転軸が該車
両エンジンのクランク軸に直結されているクランク軸直
結式発電機の発電コイルの温度を検出するための温度セ
ンサと、外気と通ずる通風口が開けられ、前記車載ポン
プからのエアを通ずるパイプが接続された前記クランク
軸直結式発電機のハウジングと、前記パイプの途中に接
続された電磁バルブと、前記パーキングブレーキ作動検
出手段からの検出信号および前記温度センサからの検出
信号が入力され、パーキングブレーキ作動中において発
電コイル温度が第１設定温度を超えてからそれより低い
第２設定温度に低下するまでの間、前記電磁バルブを開
くよう制御するコントローラとを具えるクランク軸直結
式発電機の冷却装置を提供することとした。

【００２３】（解決する動作の概要）車両の走行中は、
クランク軸直結式発電機は走行風により充分冷却され
る。走行風による冷却がなくなる停車時においては、発
電コイルの温度が第１設定温度を超えてから第２設定温
度に低下するまでの間、本来のポンプ負荷へエアを供給
する必要のない状態にある車載ポンプから、クランク軸
直結式発電機のハウジング内にエアを供給して冷却す
る。これにより、発電量の低下とか、発電コイルの絶縁
不良を防止することが出来る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかわるク
ランク軸直結式発電機の冷却装置を示す図である。符号
は図８のものに対応し、３０はエンジン、３１，３２は
通風口、３３はトランスミッション、３４はプロペラシ
ャフト、３５，３７はプーリ、３６はベルト、３８は車
載ポンプ、３９は温度センサ、４０は電磁バルブ、４１
はパイプ、４２はポンプ負荷、４３はコントローラ、４
４はパーキングブレーキ作動検出手段である。クランク
軸直結式発電機は、エンジン３０とトランスミッション
３３との間に配設され、図１では、前部コイルハウジン
グ６，後部コイルハウジング７の内部に配設されてい
る。

【００２５】ポンプ負荷４２は、正圧または負圧のエア
の助けを借りて、所要の動作をする負荷であり、例えば
ブレーキ操作アクチュエータ，クラッチ操作アクチュエ
ータ，変速操作アクチュエータ等がある。車載ポンプ３
８は、プーリ３５，ベルト３６，プーリ３７を介してエ
ンジン３０により駆動され、ポンプ負荷４２が必要とす
るエアを供給するポンプである。該ポンプにより発生さ
れるエア圧は、正圧である場合もあるし、負圧である場
合もある。これらは、車両（特に大型の車両）に搭載さ
れているものとして、既に公知である。

【００２６】本発明は、既に車両に搭載されている車載
ポンプ３８のエアを、クランク軸直結式発電機の冷却に
利用する。即ち、車載ポンプ３８からポンプ負荷４２へ
エアを供給しているパイプ４１を途中で分岐させ、電磁
バルブ４０を介して前部コイルハウジング６（または後
部コイルハウジング７）に接続する。前部コイルハウジ
ング６，後部コイルハウジング７には、それぞれ外気と
通ずる複数個の通風口３１，３２を設ける。

【００２７】温度センサ３９は、前部コイルハウジング
６，後部コイルハウジング７の内部の、ステータコイル
近傍の温度を検出するセンサである。検出温度は、コン
トローラ４３へ入力される。パーキングブレーキ作動検
出手段４４は、パーキングブレーキが作動しているか否
かを検出する手段であり、公知のパーキングブレーキス
イッチを用いることが出来る。パーキングブレーキが作
動させられていれば、車両は停車しており、作動させら
れていなければ、停車しているとは限らないことが分か
る。コントローラ４３は、温度センサ３９，パーキング
ブレーキ作動検出手段４４からの検出信号を考慮して、
電磁バルブ４０の開閉を制御し、冷却を行う。

【００２８】図５は、通風口を施したコイルハウジング
を示す図である。符号は図１のものに対応し、３１は通
風口、３１Ａはポンプ接続口、４５は水抜きドレイン管
である。この例では、車載ポンプ３８は負圧を発生する
ポンプであると仮定しており、パイプ４１にエアが供給
される時、その圧力は負圧である。従って、ポンプ接続
口３１Ａから空気が吸い出されるので、各通風口３１お
よび隣接する後部ハウジング７の通風口３２からは、外
気が吸い込まれる。コイルハウジング内にこのような空
気の流れが作り出されるので、その中にあるクランク軸
直結式発電機は冷却される。なお、エアを供給するパイ
プ４１の接続先を、図１では前部コイルハウジング６と
しているが、後部コイルハウジング７に接続してもよ
い。

【００２９】次に、コントローラ４３に設定しておく温
度と、電磁バルブ４０の開閉との関係について説明す
る。図３は、ステータコイル温度と電磁バルブの開閉動
作との関係を説明する図である。図３（イ）はステータ
コイル温度の変化を示す図であり、縦軸は温度を示し、
横軸は時間を示し、実線の曲線はステータコイル温度の
変化を示している。第１設定温度Ｔ₁ およびそれより小
さい第２設定温度Ｔ₂ は、コントローラ４３に設定され
ている温度である。図３（ロ）は、電磁バルブ４０の開
閉動作を示す図であり、縦軸は開，閉を示し、横軸は時
間を示している。

【００３０】ステータコイル温度がＡ点（時間ｔ_A ）で
第１設定温度Ｔ₁ より大になったとすると、ここで電磁
バルブ４０が開かれる。すると、車載ポンプ３８よりク
ランク軸直結式発電機内にエアが供給され、そのエアに
より空気の流れが生ぜしめられ、冷却がなされる。ステ
ータコイル温度がＢ点（時間ｔ_B ）で第２設定温度Ｔ₂
より小に低下したとすると、ここで電磁バルブ４０は閉
じられ、エアによる冷却は停止される。第１設定温度Ｔ
₁ と第２設定温度Ｔ₂ とを設けた理由は、電磁バルブ４
０の開閉動作が頻繁にならないよう、ヒステリシスを持
たせるためである。

【００３１】次に、冷却動作を説明する。図４は、本発
明の冷却動作を説明するフローチャートである。ステッ
プ１…パーキングブレーキが作動させられているかどう
かを調べる。これは、パーキングブレーキ作動検出手段
４４からの検出信号をみて行う。作動させられていれば
停車していることは確実であり、ポンプ負荷４２が作動
させられることはないから、車載ポンプ３８のエアは使
用されてはいない。パーキングブレーキが作動させられ
ていない場合は停車しているとは限らないから、ポンプ
負荷４２が作動させられることが有り得る。そのため、
車載ポンプ３８のエアは、ポンプ負荷４２のために使用
される恐れがある。

【００３２】ステップ２…クランク軸直結式発電機のス
テータコイル温度が、第１設定温度Ｔ₁ より大となった
かどうか調べる。これは、温度センサ３９で検出した温
度と、予めコントローラ４３内に設定してある第１設定
温度Ｔ₁ と比較することによって行う。

【００３３】ステップ３…ステータコイル温度が、第２
設定温度Ｔ₂ より小になったかどうか調べる。ステータ
コイル温度が第２設定温度Ｔ₂ より小になると、電磁バ
ルブ４０を閉じる。ステップ４…ステータコイル温度が
第１設定温度Ｔ₁ より大となったら、電磁バルブ４０を
開き、車載ポンプ３８よりクランク軸直結式発電機内に
エアを供給する。

【００３４】ステップ５…ステータコイル温度が第１設
定温度Ｔ₁ と第２設定温度Ｔ₂ との間の場合、電磁バル
ブ４０は現在の状態を維持する（開なら開の状態、閉な
ら閉の状態のままとする）。ステップ６…ステップ１で
ＮＯの場合（つまり、パーキングブレーキが作動中でな
い場合。走行中等）、あるいは、ステップ３でＹＥＳの
場合（ステータコイル温度が第２設定温度Ｔ₂ より小で
あれば）、電磁バルブ４０を閉じ、エアの供給はしな
い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のクランク軸直
結式発電機の冷却装置によれば、走行風による冷却がな
くなる停車時においては、発電コイルの温度が第１設定
温度を超えてから第２設定温度に低下するまでの間、本
来のポンプ負荷へエアを供給する必要のない状態にある
車載ポンプを利用して、冷却をすることが出来る。その
ため、新たにコストや大きなスペースを要する専用ポン
プ等を設けなくとも、発電量の低下とか発電コイルの絶
縁不良を防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかわるクランク軸直結式発電機の
冷却装置を示す図

【図２】 冷却装置を施したクランク軸直結式発電機を
示す図

【図３】 ステータコイル温度と電磁バルブの開閉動作
との関係を説明する図

【図４】 本発明の冷却動作を説明するフローチャート

【図５】 通風口を施したコイルハウジングを示す図

【図６】 従来のクランク軸直結式発電機の１例を示す
図

【図７】 従来のクランク軸直結式発電機の界磁コイル
が発生する磁束を説明する図

【図８】 改良したクランク軸直結式発電機を示す図

【符号の説明】

１…フライホイールハウジング、１−１…嵌合部、２…
クラッチハウジング、２−１…嵌合部、３…フライホイ
ール、４…クランクシャフト、５…メインドライブシャ
フト、６…前部コイルハウジング、７…後部コイルハウ
ジング、８…電機子鉄心、９…ステータコイル、１０…
永久磁石、１１…ロータ、１２…ロータホイール、１３
…はずれ止め、１４…回転軸、２０…シリンダブロッ
ク、２１…リヤプレート、２２…ブラケット、２３…電
機子鉄心、２４…ステータコイル、２５…ロータ、２５
Ａ，２５Ｂ…ロータ歯状部、２６…連結用リング、２７
…界磁鉄心、２８…界磁コイル、３０…エンジン、３
１，３２…通風口、３１Ａ…ポンプ接続口、３３…トラ
ンスミッション、３４…プロペラシャフト、３５，３７
…プーリ、３６…ベルト、３８…車載ポンプ、３９…温
度センサ、４０…電磁バルブ、４１…パイプ、４２…ポ
ンプ負荷、４３…コントローラ、４４…パーキングブレ
ーキ作動検出手段、４５…水抜きドレイン管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両エンジンに駆動され、停車時以外の
   時に作動され得るポンプ負荷を有している車載ポンプ
   と、パーキングブレーキ作動検出手段と、回転軸が該車
   両エンジンのクランク軸に直結されているクランク軸直
   結式発電機の発電コイルの温度を検出するための温度セ
   ンサと、外気と通ずる通風口が開けられ、前記車載ポン
   プからのエアを通ずるパイプが接続された前記クランク
   軸直結式発電機のハウジングと、前記パイプの途中に接
   続された電磁バルブと、前記パーキングブレーキ作動検
   出手段からの検出信号および前記温度センサからの検出
   信号が入力され、パーキングブレーキ作動中において発
   電コイル温度が第１設定温度を超えてからそれより低い
   第２設定温度に低下するまでの間、前記電磁バルブを開
   くよう制御するコントローラとを具えたことを特徴とす
   るクランク軸直結式発電機の冷却装置。