(57)【要約】【課題】クランクシャフトにフライホイールとロータ磁石を嵌設したフライホイール型発電機を有する補機駆動装置であって、他の補機へ動力を伝達可能とする補機駆動装置を提供する。【解決手段】エンジン１のクランクシャフト３の一端にフライホイール２とロータ磁石７を取り付け、該ロータ磁石７の外周側に対向して多数極のステータコイル８を配置したフライホイール型発電機１０を有したエンジン１の補機駆動装置において、前記ロータ磁石７の軸心側であって、前記クランクシャフト３の延長上に、補機駆動用の出力プーリ２１を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトの一端にフライホイールとロータ磁石を取り付け、該ロータ磁石の外周側に対向して多数極のステータコイルを配置したフライホイール型発電機を有したエンジンの補機駆動装置において、
前記ロータ磁石の軸心側であって、前記クランクシャフトの延長上に、補機駆動用の出力プーリを設けたことを特徴とする補機駆動装置。
【請求項２】
前記出力プーリに複数のベルト溝を並列に形成し、該プーリよりベルトを介して複数の補機へ動力を伝達するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の補機駆動装置。
【請求項３】
前記クランクシャフトに固定したプーリに動力を断接可能なクラッチを設けたことを特徴とする請求項１に記載の補機駆動装置。
【請求項４】
前記補機の入力軸に固定した入力プーリに動力を断接可能なクラッチを設けたことを特徴とする請求項１に記載の補機駆動装置。
【請求項５】
前記クランクシャフトと補機の入力軸の間にベルトテンション式のクラッチを設けたことを特徴とする請求項１に記載の補機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのクランクシャフトにフライホイールとロータ磁石を嵌設したフライホイール型発電機であって、該クランクシャフトの延長上から補機を駆動できるようにするための補機駆動装置についての技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンにより駆動される発電機は知られており、例えば、エンジンとは別体に構成した発電機を、該エンジンのクランクシャフトに直結して駆動するものがあった。また、発電機の小型化を図るために、エンジンのフライホイールに凹部を形成し、該凹部ロータ磁石とステータコイルとを収納して、発電機をフライホイールに内蔵したフライホイール内蔵型の発電機があった（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】実開昭５８−１３９８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した発電機をフライホイールに内蔵したフライホイール内蔵型の発電機では、クランクシャフトからの動力が発電にしか使用されないため、エンジンからの動力を効率よく使用することができなかった。また、空調などで使用するコンプレッサは、大きな動力を必要とするため、発電後の電力を使用するよりも、エンジンから直接動力を伝達して使用するほうが効率良く運転できる。
そこで、本発明は斯かる課題に鑑み、クランクシャフトにフライホイールとロータ磁石を嵌設したフライホイール型発電機を有する補機駆動装置であって、他の補機へ動力を伝達可能とする補機駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
即ち、請求項１においては、エンジンのクランクシャフトの一端にフライホイールとロータ磁石を取り付け、該ロータ磁石の外周側に対向して多数極のステータコイルを配置したフライホイール型発電機を有したエンジンの補機駆動装置において、前記ロータ磁石の軸心側であって、前記クランクシャフトの延長上に、補機駆動用の出力プーリを設けたものである。
【０００６】
請求項２においては、前記出力プーリに複数のベルト溝を並列に形成し、該プーリよりベルトを介して複数の補機へ動力を伝達するよう構成したものである。
【０００７】
請求項３においては、前記クランクシャフトに固定したプーリに動力を断接可能なクラッチを設けたものである。
【０００８】
請求項４においては、前記補機の入力軸に固定した入力プーリに動力を断接可能なクラッチを設けたものである。
【０００９】
請求項５においては、前記クランクシャフト３と補機の入力軸の間にベルトテンション式のクラッチを設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、フライホイール型発電機で発電しながら、更にエンジンの動力を補機に伝達することが可能となる。また、プーリがフライホイールと一体的に回転するので、フライホイールの重量を増加させて、エンジンの回転安定性が向上する。
【００１２】
請求項２においては、一台のエンジンで複数の補機を駆動することが可能となる。また、補機への動力を直接伝達することによりロスを少なくすることができる。
【００１３】
請求項３においては、エンジンからの動力を必要なときだけ、クラッチを作動させて伝達することができる。
【００１４】
請求項４においては、各補機ごとに独立して補機への動力を断接でき、レイアウトの自由度が向上する。
【００１５】
請求項５においては、単純な構造で安価にクラッチを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る補機駆動装置の全体的な構成を示した一部断面図、図２は補機駆動装置の斜視図、図３は補機駆動装置の電力系統を示した略式平面図である。図４は電磁クラッチを有する補機駆動装置の一部断面図、図５はテンションクラッチ機構を有する補機駆動装置の斜視図、図６は補機駆動装置の電力系統を示した略式平面図、図７はファンを有する補機駆動装置の一部断面図である。
【００１７】
本発明に斯かる補機駆動装置を、水冷式ディーゼルエンジンを用いて駆動し、トラック等に搭載して、共通の燃料により作動し、トラック等の本体と独立して作動して発電でき、エンジン及び発電機はトラック等の本機側から制御できるようにした例について説明する。
図１及び図２に示すように、水冷式ディーゼルエンジンであるエンジン１のクランクシャフト３の一端部にはフライホイール２が嵌設固定されている。また、フライホイール２を固定した側において、シリンダブロック４の側面に取付プレート５が固定され、該取付プーリ５に円筒状のフライホイールケースを兼ねるステータコイルブラケット６が固設されている。
【００１８】
前記フライホイール２の外側面（または外周であってもよい）にはロータ磁石７を取り付けた磁石ブラケット９がボルト等によって一体的に固設されている。
該磁石ブラケット９は断面視Ｌ字状の円筒体により構成され、内側面がフライホイール２への取付面とし、外周にロータ磁石７を固定している。該ロータ磁石７は永久磁石によって構成されており、該ロータ磁石７に対向してその外周側に所定の隙間を介して多数極のコイルで構成されたステータコイル８が略環状に配置されている。前記ロータ磁石７及びステータコイル８をフライホイール２の外側に配置して発電機１０を構成し、フライホイール２の回転により発電を行い、該発電機１０により発電した電力を外部へ供給するように構成している。
前記ロータ磁石７は、非常に高い出力エネルギーを有する強磁性永久磁石、例えば希土類磁石で構成されている。一方、前記ステータコイル８は、ロータ磁石７に対向させて略環状に多数個配置されており、三極のステータコイル８を一つの単位として構成して三相交流電流を取り出すようにしている。
図３に示すように、前記ロータ磁石７がフライホイール２の回転とともに回転することでステータコイル８に発生する電力はインバータ１１に入力され、該インバータ１１によって出力制御され、交流電源として使用することが可能となり、一部はレギュレータ１２によって直流に整流された後バッテリ１３に蓄電される。なお、インバータ１１や後述するクラッチやエンジン１の電子ガバナ等は制御装置４０と接続され、総合的に制御され、該制御装置はエンジンや発電機とともにユニットとして一体的に構成することも可能である。
【００１９】
次に本発明の要部である補機駆動装置について説明する。
前記フライホイール２の外側面であって、ロータ磁石７よりも中心側に出力プーリ２１を固設している。該出力プーリ２１は前記フライホイール２と同軸上に設けており、クランクシャフト３の外側端に固設する構成とすることもできる。前記出力プーリ２１はフライホイール２にボルト等によって一体的に回転するように固設されており、外周面には複数の補機に動力を伝達するためのベルト２２・２３を掛回すための複数のベルト溝２４・２５が平行に設けられている。該出力プーリ２１は鉄などを原料とした鋳物であり、前記フライホイール２に固設することにより、出力プーリ２１の質量がフライホイール２の質量に加えられて慣性力が増加され、回転変動が低減されて安定した回転が可能となり、エンジン１の始動性も向上することができる。
【００２０】
次に、補機について説明する。本実施例では補機として直流電流を発生させるオルタネータ３１及び空調設備の冷媒圧縮を行うコンプレッサ３２が付設可能としている。該補機は上記の組み合わせに限定するものではなく、油圧ポンプ等も駆動可能であり、また補機の数についても限定しない。
前記オルタネータ３１は、エンジンからの動力により発電機を作動させて整流回路を介して直流電力を出力できるようにしており、直流電源としたり、バッテリに蓄電することを可能とする。また、前記コンプレッサ３２は気体状態の冷媒を圧縮して、その圧縮ガスを冷媒回路へ吐出することにより、エアコン等の空調設備の冷凍サイクルを構成する。
前記オルタネータ３１及びコンプレッサ３２は、それぞれ駆動軸３１ａ・３２ａを有しており、該駆動軸にはそれぞれ入力プーリ３３・３４が嵌設されている。
前記ベルト２２・２３はオルタネータ３１及びコンプレッサ３２の入力プーリ３３・３４に巻回されており、エンジン１からの動力をオルタネータ３１及びコンプレッサ３２に伝達する。なお、動力伝達手段として、プーリとベルトの組み合わせの他に、スプロケットとチェーンも使用することが可能である。
【００２１】
次にエンジン１の出力プーリ２１と補機の入力プーリ３３・３４との間にクラッチを設けて動力を断接可能とする構成について説明する。
前記コンプレッサ３２の駆動軸とエンジン１のクランクシャフト３との間にクラッチ３６を設けている。該クラッチ３６は電気的に断接可能として、図３に示すように制御装置４０と接続され、該制御装置４０には操作部４６が接続されている。こうして、使用者が操作部４６に設けたスイッチ等を操作することにより、該クラッチ３６を断接することでコンプレッサ３２への動力の伝達を制御することができるため、必要な際のみ空調設備を駆動させることができる。
前記クラッチ３６は次のような構成とすることができる。
【００２２】
図５に示すように前記クラッチ３６をベルトテンションクラッチ４５として構成する。この場合、出力プーリ２１と入力プーリ３４との間に巻回されたベルト２３の中途部にテンションプーリ４７を設けて、該テンションプーリ４７を支持するテンションアーム４８をモータやシリンダ等のアクチュエータ４９により駆動して、ベルト２３を緊張、または、開放することで、動力の断接を可能としている。該アクチュエータ４９が制御装置４０と接続される。このように、テンションクラッチにすることで、クラッチが単純な構造となるため安価に配置することができる。
【００２３】
また、前記クラッチ３６は図４に示すように電磁クラッチ４１で構成することができる。バッテリなどの電力によりソレノイドをＯＮ／ＯＦＦすることにより、クラッチの入切が可能となる。
前記電磁クラッチ４１は、出力プーリ２１の外側面に配置する構成としている。前記電磁クラッチ４１は、例えば、出力プーリ２１の外側面の中心に駆動軸４３を突設し、該駆動軸４３に駆動ディスク４２を軸方向に摺動自在、かつ、相対回転不能にスプライン嵌合する。一方、駆動軸４３の前記ディスク４２外側に回転自在に従動側プーリ４４のディスク部４４ａを遊嵌し、該従動側プーリ４４の外側にソレノイド５０を配置する。このような構成において、ソレノイド５０を操作部４６からの操作（または制御信号）でＯＮ（通電）すると、ソレノイド５０の磁力により駆動ディスク４２とディスク部４４ａが圧接されて、駆動軸４３と従動側プーリ４４が一体的に回転して、出力プーリ２１の回転が、従動側プーリ４４、ベルト２３を介して補機を駆動できるようにしている。
なお、他の補機の入力プーリと出力プーリとの間でもクラッチを設けて動力を断接することが可能である。
【００２４】
また、前記電磁クラッチ４１は、図６に示すように、コンプレッサ３２側（補機側）の入力プーリ３４に取り付けることも可能である。このように構成することで、前記エンジン１周辺のレイアウトを単純にすることが可能となる。
【００２５】
また、図７に示すように出力プーリ２１の外側面に冷却ファン５１を設けることも可能である。前記冷却ファン５１は該出力プーリ２１と一体的に形成しており、該出力プーリ２１の回転に伴って、前記冷却ファンが回転する。前記冷却ファン５１により送風される冷却風は、高温となったロータ磁石７やステータコイル８を冷却する。
尚、本実施例では水冷式のディーゼルエンジンを用いているので、この冷却水を出力プーリ２１近傍に導く構成とすることも可能である。また、空冷式のディーゼルエンジンで実施することも可能である。
【００２６】
以上のように、本実施例の補機駆動装置は、エンジン１のクランクシャフト３の一端にフライホイール２とロータ磁石７を取り付け、該ロータ磁石７の外周側に対向して多数極のステータコイル８を配置したフライホイール型発電機１０を有したエンジン１の補機駆動装置において、前記ロータ磁石７の軸心側であって、前記クランクシャフト３の延長上に、補機駆動用の出力プーリ２１を設けたものである。
このように構成することにより、フライホイール型発電機で発電しながら、更にエンジンの動力を補機に伝達することが可能となる。また、プーリがフライホイールと一体的に回転するので、フライホイールの重量を増加させて、エンジンの回転安定性が向上する。
【００２７】
また、前記出力プーリ２１に複数のベルト溝２４・２５を並列に形成し、該出力プーリ２１よりベルト２２・２３を介して複数の補機へ動力を伝達するよう構成したものである。このように構成することにより、一台のエンジンで複数の補機を駆動することが可能となる。また、補機への動力を直接伝達することによりロスを少なくすることができる。
【００２８】
また、前記クランクシャフト３に固定した出力プーリ２１に動力を断接可能なクラッチ３６を設けたものである。このように構成することにより、エンジンからの動力を必要なときだけ、クラッチを作動させて伝達することができる。
【００２９】
また、前記補機３２の入力軸３２ａに固定した入力プーリ３４に動力を断接可能なクラッチ３６を設けたものである。このように構成することにより、各補機ごとに独立して補機への動力を断接でき、レイアウトの自由度が向上する。
【００３０】
また、前記クランクシャフト３と補機３２の入力軸の間にベルトテンション式のクラッチ４５を設けたものである。このように構成することにより、単純な構造で安価にクラッチを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例に係る補機駆動装置の全体的な構成を示した一部断面図。
【図２】補機駆動装置の斜視図。
【図３】補機駆動装置の電力系統を示した略式平面図。
【図４】電磁クラッチを有する補機駆動装置の一部断面図。
【図５】テンションクラッチ機構を有する補機駆動装置の斜視図。
【図６】補機駆動装置の電力系統を示した略式平面図。
【図７】ファンを有する補機駆動装置の一部断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１    エンジン
２    フライホイール
３    クランクシャフト
７    ロータ磁石
１１    インバータ
８    ステータコイル
２１    出力プーリ
３１    オルタネータ
３２    コンプレッサ
３３    入力プーリ
３４    入力プーリ
３６    クラッチ
４１    電磁クラッチ
４５    テンションクラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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