JPH10191594A - クランク軸直結式発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸５がエンジンのクランク軸６に直結さ
れたクランク軸直結式発電機においては、エンジンから
の熱と発電電流によるジュール熱とによりステータコイ
ル２の抵抗が増大し、発電効率が悪くなる。従来は、エ
アポンプを設置し、そこから発電機内に冷却風を供給し
ていたので、エアポンプの設置スペースの確保、エアポ
ンプ騒音防止対策等を講ずる必要があった。 【解決手段】 軸方向に対して傾斜した導風穴２２をロ
ータホイール７に設けると共に、ロータＲ回転時に導風
穴２２に実線矢印方向の空気流が出来るのを助けるサイ
ドプレート２０，２１を、ロータホイール７の側面に張
りつける。他方、ロータＲとステータＳとを境にして両
側に形成される室と外部とを通ずる通気口２３，２４
を、ハウジングの外周部分に設ける。ロータＲ回転時に
は、外部→通気口２３→導風穴２２→通気口２４→外部
という経路を通る空気流が発生され、ステータコイル２
はまんべんなく冷却される。

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
ンのクランク軸に、回転軸が直結されているクランク軸
直結式発電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クランク軸直結式発電機は、自動車に搭
載される場合、エンジンとトランスミッションとの間に
付設されているフライホイールの部分に設置されること
が多い。このようなクランク軸直結式発電機では、自ら
のコイルで発生するジュール熱の他に、エンジンからの
熱を受けるので、発電効率を高めるためには、所要の冷
却措置を講ずることが要請される。

【０００３】図７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７において、１はク
ランク軸直結式発電機、２はステータコイル、３はステ
ータコア、４はフライホイールハウジング、５は回転
軸、６はクランク軸、７はロータホイール、８は永久磁
石、９はヨーク、１０はフライホイール、１１はギャッ
プ、１２は前部コイルハウジング、１３は後部コイルハ
ウジング、１４はクラッチハウジング、１５は空気通
路、１６は空気排出口、１７はパイプ、１８はエアポン
プ、Ｒはロータ、Ｓはステータである。

【０００４】エンジン（図示せず）からのクランク軸６
には回転軸５が直結され、これにフライホイール１０が
固着されると共に、ロータホイール７が固着される。ロ
ータホイール７の外周には、ヨーク９が取り付けられ、
その外周には磁極としての永久磁石８が取り付けられ、
ロータが構成される。一方、前記フライホイール１０と
クランク軸直結式発電機１を覆うハウジングは、フライ
ホイールハウジング４とクラッチハウジング１４と、両
者の間に介在させられた前部コイルハウジング１２と後
部コイルハウジング１３とから成る。ステータコイル２
が巻回されたステータコア３は、前部コイルハウジング
１２および後部コイルハウジング１３に固定支持され、
その端面が、狭いギャップ１１を隔ててロータＲの外周
と対向するよう配設される。

【０００５】前部コイルハウジング１２および後部コイ
ルハウジング１３には、ステータコイル２への冷却風を
通流させるため、空気通路１５および空気排出口１６が
設けられる。空気通路１５の入口には、エアポンプ１８
からのエアを供給するパイプ１７が接続されている。エ
アポンプ１８から送り込まれ、ステータコイル２を冷却
したエアは、空気排出口１６を通って外部へ排出され
る。なお、エアポンプ１８は、エンジンにより駆動され
る。

【０００６】次に、このようなクランク軸直結式発電機
の動作を説明する。エンジンによりクランク軸６が回転
させられると、ロータＲが回転し、ステータコイル２に
起電力が誘起され、発電電流が流れる。ステータコイル
２は、発電電流によるジュール熱とエンジンからの熱を
受けるが、エアポンプ１８から供給される冷却風により
冷却されるので、温度上昇が抑制される。もし、冷却が
何もなされないとすれば、ステータコイル２の抵抗値は
温度上昇により大となるので、電力損失が増大し、発電
効率が低下する。

【０００７】なお、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、特開昭６１−１５４４６０
号公報，実開昭６２−４１３６０号公報，実開平２−３
７５６２号公報等がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

（問題点）しかしながら、前記した従来のクランク軸直
結式発電機には、次のような問題点があった。第１の問
題点は、クランク軸直結式発電機の外部にエアポンプ１
８を設けているので、それを設置するスペースが必要と
なるという点である。第２の問題点は、エアポンプ１８
の駆動にエンジンの出力が用いられているので、その分
だけ本来の目的に使用できるエンジン出力が少なくなる
という点である。第３の問題点は、エアポンプ１８の駆
動時に騒音を発生するので、その防音対策が必要となる
という点である。第４の問題点は、ステータコイル２の
冷却のアンバランスが甚だしいという点である。第５の
問題点は、クランク軸直結式発電機を、ステータＳの重
い大型のものにすることが出来ないという点である。

【０００９】（問題点の説明）第１〜第３の問題点につ
いては、格別の補足説明を必要としないと思われるの
で、第４，第５の問題点について説明する。まず、第４
の問題点について説明する。空気通路１５は前部コイル
ハウジング１２，後部コイルハウジング１３に設けられ
ているので、その空気噴出口は、どうしてもステータコ
イル２のハウジング側の部分（外周側の部分）となる。
空気排出口１６も後部コイルハウジング１３に設けられ
ているので、冷却用に送り込まれたエアは、前部コイル
ハウジング１２，後部コイルハウジング１３の内面付近
に沿って流れて、外部へ出てしまう。そのため、ステー
タコイル２のハウジング側の部分はよく冷却されるが、
それとは反対のギャップ側の部分（内周側の部分）は、
あまり冷却されないこととなる。

【００１０】次に、第５の問題点について説明する。１
つのパイプ１７から供給されるエアを、あちこちに配る
ため、空気通路１５には、後部コイルハウジング１３の
円周に沿って配設されている部分もあるが、このような
部分があると、後部コイルハウジング１３の肉厚は薄く
なり、機械的強度は弱くなる。そのため、重量が大きい
ステータＳは支持し得なくなるので、クランク軸直結式
発電機を出力の大きい大型のものにしようとしても、出
来なくなる。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る。

【００１１】

【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、回転軸に固着されたロータホイールお
よび該ロータホイールの外周にヨークを介して取り付け
られた磁極を有するロータと、ハウジングに固定支持さ
れたステータコアおよび該ステータコアに巻回されたス
テータコイルを有するステータとを具え、前記回転軸が
エンジンのクランク軸に直結されたクランク軸直結式発
電機において、ロータおよびステータを境にしてその両
側においてハウジングとの間に形成される第１の室およ
び第２の室をそれぞれ外部と通ずるため、第１の室に対
しては第１の通気口，第２の室に対しては第２の通気口
をハウジングの外周部分に設けると共に、ロータ回転時
にロータを軸方向に貫通して流れる空気流を発生させる
空気流発生機構をロータに具備させることとした。

【００１２】前記空気流発生機構は、ロータホイールの
第１の室側の面に大口部を有し、第２の室側の面におい
てロータホイールの中心から見て該大口部の位置より遠
い位置に小口部を有し、該大口部から小口部に向かって
断面積が次第に小となるようロータホイールに開けられ
た導風穴と、前記大口部に対応する第１の穴を有すると
共に、ロータ回転時に前記大口部への空気の導入を促進
する第１の盛り上がり部を有し、前記ロータホイールの
第１の室側の面に張られる第１のサイドプレートと、前
記小口部に対応する第２の穴を有すると共に、ロータ回
転時に前記小口部からの空気の導出を促進する第２の盛
り上がり部を有し、前記ロータホイールの第２の室側の
面に張られる第２のサイドプレートとから成るものとし
て構成することが出来る。

【００１３】また、第１の盛り上がり部の形状は、第１
の穴の回転方向後方側に設けられ、該第１の穴の一部を
上空で覆うドーム状としたドーム部と、該ドーム部を先
頭として回転方向に沿って断面半円形で後方に延びる中
間部と、下方に傾斜する尾翼部とを有するものとするこ
とが出来る。第２の盛り上がり部は、第２の穴の回転方
向側に設けられ、該第２の穴の一部を上空で覆うドーム
状とすることが出来る。

【００１４】（解決する動作の概要）ロータが回転を始
めると、ロータホイールの導風穴および第１，第２のサ
イドプレートによる作用により、導風穴に、その大口部
から小口部に向かって空気が流れる。そのため、ハウジ
ングに設けられた第１の通気口から外気が流れ込み、導
風穴を通り、第２の通気口から外部へ出るという空気の
流れが出来る。この流れは、半径方向に流れる流れであ
るので、ステータコイルの表面に沿って流れ、ステータ
コイルは均一に冷却される。

【００１５】

【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、本発明のクランク軸
直結式発電機を示す図である。符号は図７のものに対応
し、２０，２１はサイドプレート、２２は導風穴、２
３，２４は通気口、２３−１は空気通路、Ｍは前室（第
１の室）、Ｐは後室（第２の室）である。

【００１６】導風穴２２は、ロータホイール７の軸方向
に開けられた貫通穴である。導風穴２２内の矢印は、ロ
ータＲの回転時に空気の流れる方向を示す。その方向に
流れる理由は、後で説明する。サイドプレート２０は、
ロータホイール７，ヨーク９，永久磁石８のエンジン側
の面に張りつけられたプレートであり、サイドプレート
２１はトランスミッション側の面に張りつけられたプレ
ートである。前室Ｍは、ロータＲおよびステータＳのエ
ンジン側の面とフライホイールハウジング４との間の室
であり、後室Ｐは、ロータＲおよびステータＳのエンジ
ン側の面とクラッチハウジング１４との間の室である。

【００１７】後部コイルハウジング１３（または前部コ
イルハウジング１２）には、外周上の適宜な箇所に通気
口２３が設けられ、それから前室Ｍへ通ずる空気通路２
３−１が設けられる。また、後部コイルハウジング１３
には、後室Ｐと外部とを通ずる通気口２４が設けられ
る。

【００１８】図２は、本発明に使用するロータホイール
７を示す図である。図２（Ａ）は、前室Ｍ側から見た平
面図であり、図２（Ｂ）は側面図である。符号は図１の
ものに対応し、７−１は回転軸嵌合口、７−２はキー
溝、７−３はヨーク結合部、２２−１は大口部、２２−
２は小口部である。

【００１９】回転軸嵌合口７−１には図１の回転軸５が
嵌合され、キー溝７−２には、回転軸５外周の凸条（図
示せず）が挿入される。キー溝７−２は、周方向への回
り止めのためのものであり、ヨーク結合部７−３は、ヨ
ーク９を取り付けるためのものである。導風穴２２は適
宜個数（図２では５個）設けられるが、前室Ｍ側の開口
は大口部２２−１とされるが、穴の断面は次第に狭めら
れ、反対側（後室Ｐ側）の開口は小口部２２−２とされ
る。そして、大口部２２−１は、小口部２２−２より回
転中心に近い位置に設けられる。

【００２０】図４は、本発明に使用するサイドプレート
２０，２１を説明する図である。符号は図２のものに対
応し、２５，２６は盛り上がり部、２５Ｄはドーム部、
２５Ｅは尾翼部、２７，２８は穴、Ａ，Ｂは、ロータホ
イール７に張りつけられた場合の回転方向を示す矢印で
ある。図４（Ａ）は、ロータホイール７の前室Ｍ側の面
に張りつけるサイドプレート２０の外面側の平面図、図
４（Ｃ）は、ロータホイール７の後室Ｐ側の面に張りつ
けるサイドプレート２１の外面側の平面図、図４（Ｂ）
は、サイドプレート２０，２１の、それぞれＸ−Ｘ線，
Ｙ−Ｙ線における断面図である。

【００２１】サイドプレート２０には、ロータホイール
７の大口部２２−１に一致する部分に穴２７が設けら
れ、その穴２７の部分を先頭にして、盛り上がり部２５
が回転方向に沿って設けられる。盛り上がり部２５の先
頭は、穴２７の一部を上空で覆うドーム状としたドーム
部２５Ｄとされ、中間部は断面半円形で回転方向に沿っ
て後方に延び、後部は下方に傾斜する尾翼部２５Ｅとさ
れる。サイドプレート２１には、ロータホイール７の小
口部２２−２に一致する部分に穴２８が設けられ、穴２
８の回転方向側には、該穴２８の一部を上空で覆うドー
ム状とされた盛り上がり部２６が設けられる。

【００２２】図５は、盛り上がり部２５を説明する図で
ある。符号は図４のものに対応している。ドーム部２５
Ｄは、穴２７の部分のうち、回転方向後方の部分の上空
をドーム状に覆っているが、ドーム状にしてある理由
は、ロータＲの回転により、盛り上がり部２５が矢印Ａ
の方向に進行して行った場合、空気が実線矢印のように
穴２７より導風穴２２内へ、スムーズに流れるようにす
るためである。サイドプレート２１の盛り上がり部２６
の内面もドーム状にされているが、これは、導風穴２２
から穴２８を経て、空気がスムーズに外部へ流れるよう
にするためである。

【００２３】次に、動作について説明する。発電動作は
図７の従来例と同様であるので、その説明は省略し、冷
却動作について詳細に説明する。本発明での冷却は空冷
であり、次のような経路での空気の流れが生ぜしめられ
ることにより、行われる（図１参照）。外部→通気口２
３→空気通路２３−１→前室Ｍ→導風穴２２→後室Ｐ→
通気口２４→外部

【００２４】このような空気の流れが生ぜしめられる理
由は、次の通りである。第１の理由は、前室Ｍ，後室Ｐ
には、外部と通ずる通気口２３，２４が設けられている
からである。第２の理由は、サイドプレート２０，２１
と導風穴２２とにより、導風穴２２内を矢印の方向に
（前室Ｍから後室Ｐに向かう方向に）空気が流れるよう
にするところの、空気流発生機構が構成されているから
である。次に、送風ポンプ機構の作用について（何故上
記の方向に流れるようになるかを）説明する。

【００２５】図５に示したように、サイドプレート２０
の盛り上がり部２５の尾翼部２５Ｅは急に低くなってい
るので、矢印Ａの方向に進行し始めると、尾翼部２５Ｅ
が通過した後には負圧が発生する。すると、上方の空気
は負圧部分に向かって流れ込もうとする。そこへ、後続
する穴２７（導風穴２２に通じている）および盛り上が
り部２５のドーム部２５Ｄがやって来るから、負圧部分
に向かって流れて来た空気は、導風穴２２内に流れ込む
ことになる。

【００２６】導風穴２２の構造は、穴２７に一致させら
れている開口である大口部２２−１は回転中心に近く、
他方の開口である小口部２２−２に近づくにつれて回転
中心より遠くなるようにしてあるから、穴２７から入っ
た空気は、遠心力により小口部２２−２に向かって流れ
て行く。そして、導風穴２２の断面は、小口部２２−２
に近づくにつれて小としてあるから、空気の圧力は次第
に高められる。

【００２７】他方、小口部２２−２の外部の回転方向側
には、図４（Ｃ）で示したように、サイドプレート２１
の盛り上がり部２６が設けられている。これは、小口部
２２−２に一致させられている穴２８の一部を上空で覆
うようドーム状にされているから、回転すると、盛り上
がり部２６の直後（つまり穴２８の部分）に負圧を発生
する。従って、導風穴２２内を流れて来て圧力が高くな
って来ている空気は、小口部２２−２を出たところに形
成された負圧部分に向かって、勢いよく流れ出す。以上
のようにして、導風穴２２内を矢印の方向に流れる空気
流が発生され、前室Ｍと後室Ｐの圧力の関係は、前室Ｍ
は負圧となり、後室Ｐは正圧となる。

【００２８】図１は複雑な図であるため、単純化した模
式図で全体の空気の流れを説明する。図６は、本発明の
クランク軸直結式発電機における空気の流れを説明する
模式図である。符号は図１のものに対応している。Ｈは
ハウジングであり、図１の各ハウジングをまとめて表し
たものである。通気口２３，２４は、ハウジングＨの外
周面部分（図１では後部コイルハウジング１３の部分）
に開けられている。

【００２９】導風穴２２内を矢印の方向に空気が流れる
と、前室Ｍの空気は不足し、前室Ｍが外部と通じている
通気口２３からは、外気が流入する（つまり、通気口２
３は、吸気口である）。流入した空気は、導風穴２２の
入口に向かって（つまり、クランク軸直結式発電機の半
径方向に）流れて行くが、その途中にステータコイル２
があるから、その表面に沿って流れることになる。これ
によりステータコイル２の前室Ｍ側にある部分は、外周
に近い部分も内周に近い部分も冷却される。

【００３０】導風穴２２から後室Ｐに出た空気は、後室
Ｐと外部と通じている通気口２４から外部へ出て行く
（つまり、通気口２４は、排気口である）が、その途中
にステータコイル２があるから、その表面に沿って流れ
ることになる。従って、ステータコイル２の後室Ｐ側に
ある部分も、前室Ｍ側にある部分と同様に冷却される。

【００３１】前記したような空気の流れは、導風穴２２
を中心とする空気流発生機構の作用によって生ぜしめら
れから、導風穴２２以外に、前室Ｍと後室Ｐとの間に空
気を通流させる空気通路があれば、その作用は弱められ
ることになる。そのような空気通路としては、ギャップ
１１，隣接するステータコイル２間の隙間，隣接するス
テータコア３の先端間の隙間等がある。ギャップ１１
は、発電効率を高めることからも極力小にされており、
これを通して流れる空気の量は少ない。問題となるの
は、それ以外の隙間である。

【００３２】図３は、コイル間隙間等の充填を説明する
図であり、サイドプレート２０側から見たロータＲおよ
びステータＳの上半分を示している。符号は、図１のも
のに対応し、２９はコイル間隙間、３０は隙間充填材で
ある。各ステータコア３にはそれぞれステータコイル２
が巻回されているが、隣接するステータコイル２の間に
はコイル間隙間２９が存在し、隣接するステータコア３
の先端間にも隙間が存在している。最も大きな隙間はコ
イル間隙間２９であり、これを塞ぐだけでも、空気流発
生機構の作用の低下は相当程度防止できる。

【００３３】そこで、空気流発生機構の作用を向上させ
るためには、コイル間隙間２９を何らかの充填材（例え
ば、耐熱性樹脂）で塞ぐことが望ましい。出来れば、隣
接するステータコア３の先端間の隙間も塞ぐことが望ま
しい。図３では１箇所にしか隙間充填材３０が充填され
ていないが、勿論、全てのコイル間隙間２９に充填す
る。なお、本発明のクランク軸直結式発電機において施
したステータコイル冷却用の構成は、同じくステータコ
イルを具備する電動機に対しても適用できることは言う
までもない。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のクランク軸直
結式発電機によれば、ロータを軸方向に貫通して流れる
空気の流れを発生させる空気流発生機構を、ロータ自身
に具備させたので、次のような効果を奏する。 冷却風を供給するのにエアポンプを使用しないので、
エアポンプ設置に伴う問題点が解消される。即ち、設置
スペースを用意する必要はなくなるし、エンジンの出力
が消費されないし、エアポンプ騒音の防音対策を取る必
要はなくなる。 ステータコイルが外周付近のみではなく、まんべんな
く冷却される。 コイルハウジングに、円周方向に沿って空気通路を設
ける必要がなくなるので、コイルハウジングの肉厚が薄
くならず、固定支持できるステータの重量が大になる。
そのため、発電機を大型にすることが出来る。

【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を
示す図

【図２】 本発明に使用するロータホイールを示す図

【図３】 コイル間隙間等の充填を説明する図

【図４】 本発明に使用するサイドプレートを説明する
図

【図５】 盛り上がり部を説明する図

【図６】 本発明のクランク軸直結式発電機における空
気の流れを説明する模式図

【図７】 従来のクランク軸直結式発電機を示す図

【符号の説明】

１…クランク軸直結式発電機、２…ステータコイル、３
…ステータコア、４…フライホイールハウジング、５…
回転軸、６…クランク軸、７…ロータホイール、７−１
…回転軸嵌合口、７−２…キー溝、７−３…ヨーク結合
部、８…永久磁石、９…ヨーク、１０…フライホイー
ル、１１…ギャップ、１２…前部コイルハウジング、１
３…後部コイルハウジング、１４…クラッチハウジン
グ、１５…空気通路、１６…空気排出口、１７…パイ
プ、１８…エアポンプ、２０，２１…サイドプレート、
２２…導風穴、２２−１…大口部、２２−２…小口部、
２３，２４…通気口、２３−１…空気通路、２５，２６
…盛り上がり部、２５Ｄ…ドーム部、２５Ｅ…尾翼部、
２７，２８…穴、２９…コイル間隙間、３０…隙間充填
材、Ａ…矢印、Ｈ…ハウジング、Ｒ…ロータ、Ｓ…ステ
ータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に固着されたロータホイールおよ
   び該ロータホイールの外周にヨークを介して取り付けら
   れた磁極を有するロータと、ハウジングに固定支持され
   たステータコアおよび該ステータコアに巻回されたステ
   ータコイルを有するステータとを具え、前記回転軸がエ
   ンジンのクランク軸に直結されたクランク軸直結式発電
   機において、ロータおよびステータを境にしてその両側
   においてハウジングとの間に形成される第１の室および
   第２の室をそれぞれ外部と通ずるため、第１の室に対し
   ては第１の通気口，第２の室に対しては第２の通気口を
   ハウジングの外周部分に設けると共に、ロータ回転時に
   ロータを軸方向に貫通して流れる空気流を発生させる空
   気流発生機構をロータに具備させたことを特徴とするク
   ランク軸直結式発電機。
2. 【請求項２】 空気流発生機構を、ロータホイールの第
   １の室側の面に大口部を有し、第２の室側の面において
   ロータホイールの中心から見て該大口部の位置より遠い
   位置に小口部を有し、該大口部から小口部に向かって断
   面積が次第に小となるようロータホイールに開けられた
   導風穴と、前記大口部に対応する第１の穴を有すると共
   に、ロータ回転時に前記大口部への空気の導入を促進す
   る第１の盛り上がり部を有し、前記ロータホイールの第
   １の室側の面に張られる第１のサイドプレートと、前記
   小口部に対応する第２の穴を有すると共に、ロータ回転
   時に前記小口部からの空気の導出を促進する第２の盛り
   上がり部を有し、前記ロータホイールの第２の室側の面
   に張られる第２のサイドプレートとから成るものとした
   ことを特徴とする請求項１記載のクランク軸直結式発電
   機。
3. 【請求項３】 第１の盛り上がり部の形状を、第１の穴
   の回転方向後方側に設けられ、該第１の穴の一部を上空
   で覆うドーム状としたドーム部と、該ドーム部を先頭と
   して回転方向に沿って断面半円形で後方に延びる中間部
   と、下方に傾斜する尾翼部とを有するものとしたことを
   特徴とする請求項２記載のクランク軸直結式発電機。
4. 【請求項４】 第２の盛り上がり部を、第２の穴の回転
   方向側に設けられ、該第２の穴の一部を上空で覆うドー
   ム状としたことを特徴とする請求項２記載のクランク軸
   直結式発電機。