(57)【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】
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記載のクランク軸直結式発電機。
【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、２０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，２５Ｂ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２７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、ΦＡ  ，ΦＢ  ，ΦＣ  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ΦＡ  が生ぜしめられる。この磁束ΦＡ  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ΦＡ  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ΦＢ  ，ΦＣ  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２８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ΦＢ，ΦＣ  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】
また、前記のように回転子や電機子を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せるに際し、介在させていなかった場合の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のままで済むようにすることが出来るが、そのためには、次のようにすれば良い。
【００１４】
即ち、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。
【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１１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。
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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。
▲４▼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，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、Ｓ…電機子、Ｒ…回転子
【図１】
0003629839.tif 000002
【図２】
0003629839.tif 000003
【図３】
0003629839.tif 000004
【図４】
0003629839.tif 000005
【図５】
0003629839.tif 000006