JPH1080098A

JPH1080098A - クランク軸直結式発電機

Info

Publication number: JPH1080098A
Application number: JP24921196A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Shibuya; 谷正敏渋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JP3629839B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のクランク軸直結式発電機は、界磁鉄心
をシリンダブロックに取付けたり、エンジンのフライホ
イールの外周に界磁用の永久磁石を取り付けたりするも
のであったので、シリンダブロックを特別の構造としな
ければならないとか、半径方向のサイズが大になってし
まうとかという問題点があった。【解決手段】クランクシャフト４とそれに直結すべき
フライホイール３との間に専用の回転軸１４を直結し、
それに非磁性体のロータホイール１２，強磁性体のロー
タ１１，界磁用の永久磁石１０等から成る回転子Ｒを取
り付ける。また、フライホイールハウジング１とクラッ
チハウジング２との間に前部コイルハウジング６，後部
コイルハウジング７とを介在させ、これらにより電機子
鉄心８を挟持する。フライホイールハウジング１，クラ
ッチハウジング２，フライホイール３，クランクシャフ
ト４は、クランク軸直結式発電機を組み込まない場合の
構造のものがそのまま使用できるし、半径方向のサイズ
が大になることもない。

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３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３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４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３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３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
示すように、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】

【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、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】（問題点の説明）第１の従来例では、界磁
鉄心２７等をシリンダブロック２０に取り付けなければ
ならないので、シリンダブロック２０の構造を、取り付
けに適する構造のものとしておかなければならない。そ
うすると、クランク軸直結式発電機を設ける場合と設け
ない場合に合わせて、異なった構造のシリンダブロック
を製作しなければならないこととなり、部品（シリンダ
ブロック）の汎用性という面で好ましくなく、コストが
高くなる。

【００１０】また、図４に示したように、界磁コイル２
８により発生される磁束の中には、発電には寄与しない
漏れ磁束Φ_B,Φ_Cがあるが、これらは、クランクシャフ
ト４やメインドライブシャフト５を通り、それらを磁化
する。磁化されたクランクシャフト４やメインドライブ
シャフト５は、エンジン内やトランスミッション内で発
生する金属粉を吸着しつつ回転するので、どうしても磨
耗の進行が早くなり、寿命が短くなる。

【００１１】第２の従来例では、ただでさえ半径方向の
サイズが大であるフライホイールの半径方向に、永久磁
石による磁極や、ギャップを隔てて電機子鉄心等を積層
して設けるので、いよいよ半径方向のサイズが大になっ
てしまい、エンジンルームの貴重な空間を大きく占有し
てしまうことになる。また、通常、フライホイールの外
周にはスタータのギヤと噛み合うギヤが設けられてい
て、これらのギヤが始動時に噛み合わされ、スタータか
らの回転力がクランクシャフトに伝達されるようになっ
ている。しかし、フライホイールの外周に永久磁石を設
けるとなると、始動用のギヤは他のどこかに設けなけれ
ばならなくなる。本発明は、以上のような問題点を持た
ないクランク軸直結式発電機を提供することを課題とす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のクランク軸直結式発電機では、一端がクラ
ンクシャフトと直結され、他端がフライホイールと直結
された回転軸と、該回転軸に取り付けられ、外周面に界
磁用の永久磁石が配設されている回転子と、電機子鉄心
と該電機子鉄心に巻回されているステータコイルとを有
し、該電機子鉄心の内周側の面がギャップを隔てて前記
回転子の外周面と対向させられている電機子と、フライ
ホイールハウジングとクラッチハウジングとの間に介在
され、両者間の隙間を覆うと共に前記電機子を所定位置
に支持するハウジング手段とを具えることとした。

【００１３】前記の回転子は、回転軸に取り付けられた
非磁性体のロータホイールと、該ロータホイールの外周
に取り付けられた強磁性体のロータと、該ロータの外周
面に配設された界磁用の永久磁石とを有する構成とする
ことが出来る。

【００１４】また、前記のクランク軸直結式発電機を構
成するに際し、クランクシャフトと直結する側の回転軸
の端部の接続構造を、該回転軸の他端部に直結するフラ
イホイールの接続構造と同じにし、該他端部の接続構造
を、前記回転軸と直結するクランクシャフトの接続構造
と同じにすると共に、ハウジング手段のフライホイール
ハウジングと接続する側の接続構造を、該ハウジング手
段の他方の側に接続するクラッチハウジングの接続構造
と同じにし、該ハウジング手段のクラッチハウジングと
接続する側の接続構造を、フライホイールハウジングが
該ハウジング手段に接続する接続構造と同じにすること
も出来る。そのようにすると、従来のフライホイールの
構造およびそれを収容していた室を構成するフライホイ
ールハウジングやクラッチハウジングの構造を変更する
ことなく、クランク軸直結式発電機を構成することが出
来る。

【００１５】（解決する動作の概要）エンジンの回転に
よりクランクシャフトが回転すれば、回転子が回転し、
ステータコイルに起電力が誘起され、発電出力を取り出
すことが出来る。クランクシャフトとそれに直結すべき
フライホイールとの間に専用の回転軸を直結し、それに
回転子を取り付けたので、フライホイールの外周に界磁
用の永久磁石を設けて発電機を構成する従来例に比し、
半径方向のサイズが大にならないし、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箇所に設ける必要
もない。

【００１６】界磁用の永久磁石と回転軸との間に、非磁
性体のロータホイールを介在させることにより、クラン
クシャフトやメインドライブシャフト等の磁化を阻止す
ると、それらは金属粉を吸着しないので、磨耗が促進さ
れることがない。また、回転軸の両端部の接続構造や、
電機子を支持するハウジング手段の接続構造を工夫する
ことにより、フライホイールハウジングやクラッチハウ
ジング等の構造は、クランク軸直結式発電機を組み込ま
ない場合の構造と同じままで済むので、部品の汎用性を
害することがなく、コストが安くて済む。

【００１７】

【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。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、本発明では、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
電機を組み込む。図２は、従来のエンジンのフライホイ
ール部分を示す図である。符号は図３のものに対応し、
１はフライホイールハウジング、１−１は嵌合部、２は
クラッチハウジング、２−１は嵌合部、３はフライホイ
ールである。フライホイール３はクランクシャフト４に
直結されており、フライホイールハウジング１とクラッ
チハウジング２とにより形成される室の中に収容されて
いる。フライホイールハウジング１とクラッチハウジン
グ２とは、それぞれの嵌合部１−１，２−１により互い
に嵌合されている。

【００１８】図１は、本発明のクランク軸直結式発電機
を示す図であり、上記のフライホイール部分に発電機を
組み込んだものである。符号は図２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、１２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。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。

【００１９】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。

【００２０】回転軸１４の他端には、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、その他必要な端子（例え
ば、ステータコイル９の温度を測定する温度センサに接
続する端子）が設けられる。

【００２４】永久磁石１０と回転軸１４との間には、非
磁性体のロータホイール１２が介在させられているの
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。

【００２５】図５は、本発明のクランク軸直結式発電機
を軸方向に対して直角な平面で見た図である。符号は図
１のものに対応し、１２−１は凹溝、１４−１は凸条、
１５は透孔、Φは永久磁石１０による磁束である。凸条
１４−１は回転軸１４の外周上に設けられた軸方向の凸
条であり、凹溝１２−１はロータホイール１２の内周上
に設けられた軸方向の凹溝である。回転軸１４の回転に
より永久磁石１０が回転方向に移動すると、ステータコ
イル９と鎖交する磁束Φが変化し、ステータコイル９に
起電力が誘起される（発電作用）。

【００２６】クランク軸直結式発電機を組み込む場合
は、まず、回転軸１４をクランクシャフト４に取り付
け、次に前部コイルハウジング６，後部コイルハウジン
グ７により、電機子鉄心８およびステータコイル９から
成る電機子Ｓをフライホイールハウジング１に取り付け
る。その後、回転子Ｒを回転軸１４に差し込んで取り付
けるわけであるが、その際、凹溝１２−１の端部を凸条
１４−１の端部に嵌合し、スライドしつつ取り付ける。

【００２７】電機子Ｓの内周の中心および回転子Ｒの外
周の中心が、回転軸１４の中心と一致するように電機子
Ｓ，回転子Ｒを製作しておけば、スライドしつつ取り付
ける際、永久磁石１０が電機子鉄心８に接触したりせ
ず、所定のギャップを保ちながら取り付けられるので、
専用の取付治具など不用となり、整備性がよくなる。凹
溝１２−１と凸条１４−１との係合は、回転軸１４がロ
ータホイール１２に対して周方向に滑るのを防止し、確
実に回転力を伝達するのにも寄与している。ただし、ロ
ータホイール１２の回転軸１４への取り付けを焼きばめ
で行う場合には、凸条１４−１や凹溝１２−１を設ける
必要はない。

【００２８】このようなクランク軸直結式発電機は、通
常、車両に搭載されている発電機（オルタネータ）とは
異なり、エンジンが低回転でも大容量の発電が出来るよ
うな規格で作ることが出来る。即ち、低騒音で大電力の
発電が出来るので、車両に搭載した電動の作業装置を、
夜間や住宅街において動作させても、周辺に迷惑をかけ
るようなことがなくなる。

【００２９】

【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、次のような効果を奏する。フライホイールの半径方向に積層して界磁用磁石や電
機子を設けるわけではないので、半径方向のサイズが大
となることはない。フライホイールを収容していた部分の構造（例、フラ
イホイールハウジングやクラッチハウジング等の構造）
は、何ら変更する必要がないので、部品の汎用性が損な
われず、コストが安くて済む。界磁を生じさせるための永久磁石と回転軸，クランク
シャフト，メインドライブシャフト等との間には、非磁
性体のロータホイールが介在させられるので、回転軸等
の磁化が阻止される。そのため、金属粉を吸着すること
がなく、磨耗が促進されることもない。スタータのギヤと噛み合うギヤを、フライホイール以
外のところに設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクランク軸直結式発電機を示す図

【図２】エンジンのフライホイール部分を示す図

【図３】従来のクランク軸直結式発電機の１例を示す
図

【図４】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５】本発明のクランク軸直結式発電機を軸方向に
対して直角な平面で見た図

【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、１２
−１…凹溝、１３…はずれ止め、１４…回転軸、１４−
１…凸条、１５…透孔、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、２５Ａ，２
５Ｂ…ロータ歯状部、２６…連結用リング、２７…界磁
鉄心、２８…界磁コイル、Ｓ…電機子、Ｒ…回転子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端がクランクシャフトと直結され、他
端がフライホイールと直結された回転軸と、該回転軸に
取り付けられ、外周面に界磁用の永久磁石が配設されて
いる回転子と、電機子鉄心と該電機子鉄心に巻回されて
いるステータコイルとを有し、該電機子鉄心の内周側の
面がギャップを隔てて前記回転子の外周面と対向させら
れている電機子と、フライホイールハウジングとクラッ
チハウジングとの間に介在され、両者間の隙間を覆うと
共に前記電機子を所定位置に支持するハウジング手段と
を具えたことを特徴とするクランク軸直結式発電機。
【請求項２】回転子が、回転軸に取り付けられた非磁
性体のロータホイールと、該ロータホイールの外周に取
り付けられた強磁性体のロータと、該ロータの外周面に
配設された界磁用の永久磁石とから成ることを特徴とす
る請求項１記載のクランク軸直結式発電機。
【請求項３】クランクシャフトと直結する側の回転軸
の端部の接続構造を、該回転軸の他端部に直結するフラ
イホイールの接続構造と同じにし、該他端部の接続構造
を、前記回転軸と直結するクランクシャフトの接続構造
と同じにすると共に、ハウジング手段のフライホイールハウジングと接続する
側の接続構造を、該ハウジング手段の他方の側に接続す
るクラッチハウジングの接続構造と同じにし、該ハウジ
ング手段のクラッチハウジングと接続する側の接続構造
を、フライホイールハウジングが該ハウジング手段に接
続する接続構造と同じにしたことを特徴とする請求項１
または２記載のクランク軸直結式発電機。