(57)【要約】【課題】簡易な構成でフライホイールの回転軸に対してフライホイールの外周部の揺動を防止するフライホイールの制振構造を提供することである。【解決手段】フライホイールの制振構造においては、内燃機関を包むケーシングに対向するフライホイールの面に同一円周上に沿って（同一円環状に沿って）第１の磁石が設けられ、第１の磁石に対向して第１の磁石と同じ極性を有する第２の磁石が設けられる。また、回転軸が回転することによりフライホイールが回転する。この回転しているフライホイールに第１の磁石および第２の磁石の磁力が加わる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の外周を形成するケーシングと、
前記ケーシングの外側に突出して設けられた回転軸に対し、その軸芯方向に垂直に設けられた円盤状のフライホイールと、
前記フライホイールと前記ケーシングとの間で回転軸の軸芯方向に反発力を発生させて、前記フライホイールと前記ケーシングとの対向し合う面同士が平行に保たれた状態となるように、前記フライホイールと前記ケーシングとにそれぞれ磁石が配設されていることを特徴とするフライホイールの制振構造。
【請求項２】
前記第１の磁石は、
前記ケーシングに対向する前記フライホイールの面に同一円周上に沿って配設され、
前記第２の磁石は、
前記第１の磁石に同極側で対向するように前記ケーシングにおいて同一円周上に沿って配設されたことを特徴とする請求項１記載のフライホイールの制振構造。
【請求項３】
前記第１の磁石は、
環状に連続して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフライホイールの制振構造。
【請求項４】
前記第２の磁石は、
環状に連続して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフライホイールの制振構造。
【請求項５】
前記内燃機関の内部において前記回転軸に設けられたスラスト軸受けをさらに備え、
前記スラスト軸受けは、前記フライホイール側と逆方向に作用するスラスト力のみを保持することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のフライホイールの制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の回転運動エネルギーを保持（貯留）するフライホイールの制振構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のトルク変動および回転変動を抑制するためにフライホイールが設けられており、種々の研究開発が行われている。特に、フライホイールの回転軸の長手方向と平行な方向に対してフライホイールの外周部が大きく揺動する首振り運動が問題となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１記載の内燃機関のフライホイールでは、フライホイールの首振り運動を防ぐ電磁石をフライホイールハウジングに設けて、クランクシャフトが曲げ振動を起こす共振周波数時に曲げ振動と逆位相の磁力を発生させている。それにより、クランクシャフト後端近傍あるいはフライホイール取り付け部の曲げ応力を低減させるとともに内燃機関の振動を低減させている。
【０００４】
また、特許文献２記載の機関の回転変動防止装置では、内燃機関とフライホイールとの対向面にそれぞれ磁石を設けて機関本来の回転変動を相殺するようなトルクを付与し、トルク変動を抑制している。
【０００５】
さらに、特許文献３記載のトルク変動吸収フライホイールでは、フライホイールをエンジン側、ミッション側の二つに分割し、２つのフライホイール間に磁石を設けてトルク変動を吸収している。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２４２１５２号公報
【特許文献２】特開昭５８−６１９４４号公報
【特許文献３】特開昭６２−８９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の内燃機関のフライホイールでは、フライホイールの曲げ振動を低減するため電磁石に電気信号を付与する装置が必要となり、構造が複雑化し、さらに部材追加に伴うコスト増加が問題となる。
【０００８】
また、特許文献２記載の回転変動防止装置および特許文献３記載のトルク変動吸収ホイールでは、トルク変動の抑制のみを目的としており、フライホイールの回転軸に対してフライホイールの外周部が大きく揺動する首振り運動の問題を解決することができない。
【０００９】
本発明の目的は、簡易な構成でフライホイールの回転軸に対してフライホイールの外周部の揺動を防止するフライホイールの制振構造を提供することである。
【課題を解決するための手段および効果】
【００１０】
（１）
本発明に係るフライホイールの制振構造は、内燃機関の外周を形成するケーシングと、ケーシングの外側に突出して設けられた回転軸に対し、その軸芯方向に垂直に設けられた円盤状のフライホイールと、フライホイールとケーシングとの間で回転軸の軸芯方向に反発力を発生させて、フライホイールとケーシングとの対向し合う面同士が平行に保たれた状態となるように、フライホイールとケーシングとにそれぞれ磁石が配設されているものである。
【００１１】
本発明に係るフライホイールの制振構造においては、内燃機関の外周を形成するケーシングと、そのケーシングに対向するフライホイールの面同士が、反発力によって平行に保持されるようにそれぞれ磁石が設けられる。また、回転軸が回転することによりフライホイールも従動回転する。
【００１２】
この場合、フライホイールに同一円周上に沿って（同一円環状に沿って）設けられた磁石と、固定されたケーシングに設けられた磁石との間で反発力が発生し、フライホイールとケーシングとが遠ざかる方向に作用する。したがって、簡易な構成でフライホイールの外周部の揺動を抑制することができる。また、磁石の磁力の作用（反発作用）により接触部分を持たずに制振させることができるので、摩擦等による回転軸およびフライホイールの回転ロスを防止することができる。なお、特許文献２の特開昭５８−６１９４４号公報は、ケーシングに対向するフライホイールの面と、ケーシングにおけるフライホイールに対向する面にそれぞれ磁石が設けられているが、フライホイールとケーシングを平行に保つ状態となるように配置されていないので、本請求の範囲には含まれない。
【００１３】
（２）
第１の磁石は、ケーシングに対向するフライホイールの面に同一円周上に沿って配設され、第２の磁石は、第１の磁石に同極側で対向するようにケーシングにおいて同一円周上に沿って配設されたものである。
【００１４】
この場合、フライホイールの面に同一円周上に沿って設けられた第１の磁石に対して、固定されたケーシングに設けられた第２の磁石が同極側で対向するように設けられるため、フライホイールにケーシングから遠ざかる方向に一定の力（磁力）が作用する。したがって、簡易な構成でフライホイールの外周部が回転軸の長手方向と平行で、かつケーシングに遠近する方向の振動（以下、フライホイールの外周部の揺動と呼ぶ。）を抑制することができる。また、第１の磁石および第２の磁石の磁力の作用（反発作用）により接触部分を持たずに制振させることができるので、摩擦等による回転軸およびフライホイールの回転ロスを防止することができる。
【００１５】
（３）
第１の磁石は、環状に連続して形成されていてもよい。この場合、第１の磁石が環状に連続して形成されているので、フライホイールが回転する際に安定して反発力を生み出すことができる。また、第１の磁石が環状に連続して形成されているので、フライホイールの重量バランスを崩さず安定した回転を保持することができる。
【００１６】
（４）
第２の磁石は、環状に連続して形成されていてもよい。この場合、第２の磁石が環状に連続して形成されているので、フライホイールが回転する際に安定して反発力を生み出すことができる。すなわち、第１の磁石の全面に対して常に磁力による反発力を付与することができるので、１モードのみならず、複数のモードにおける振動を抑制することができる。
【００１７】
（５）
内燃機関の内部において回転軸に設けられたスラスト軸受けをさらに備え、スラスト軸受けは、フライホイール側と逆方向に作用するスラスト力のみを保持してもよい。
【００１８】
この場合、第１の磁石と第２の磁石との反発力（磁力）が、内燃機関の内部における回転軸に対してフライホイール側と逆方向にスラスト力として作用する。その結果、本来設けられる２箇所のスラスト軸受け部材のうち、フライホイール側のスラスト軸受け部材を減らすことができるため、部材のコストダウンを図ることができるとともに、スラスト軸受けを設けた場合の摩擦力によるロスを除去できるため、内燃機関の稼動効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態においては、フライホイールの制振構造の一例として、フライホイールの制振構造を内燃機関に取り入れた場合について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るフライホイールの制振構造の一例を説明するための模式的斜視図であり、図２は、フライホイールの制振構造を示す模式的断面図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、ケーシング２００に円環状の磁石２１０が設けられている。また、図２に示すように、ケーシング２００内に設けられたエンジンのクランクシャフト３００の端部が、ケーシング２００外に突出するように設けられている。該クランクシャフト３００の端部には円盤状のフライホイール１００が設けられている。フライホイール１００には、ケーシング２００に設けられた磁石２１０と対向する部分に磁石１１０が設けられている。
【００２２】
なお、本実施の形態に係るケーシング２００とは、内燃機関を外包するケースであることを示しており、例えば、シリンダーブロック、シリンダーケース、オイルパンのいずれか一つまたは複数から構成されるものであってもよい。さらに、本実施の内燃機関においては、ケーシング２００内に磁力が透過しないように保護板（図示せず）が設けられている。すなわち、ケーシング２００内には、磁力に左右される稼動体や信号ラインが存在しているため、第１の磁石１１０および第２の磁石２１０による磁力の影響を防止している。
【００２３】
図２に示す磁石１１０は、図１の磁石２１０に対向するように円環状からなる。磁石１１０と磁石２１０とは、互いに同一の磁性が対向するように配置される。すなわち、磁石１１０の磁石２１０と対向する面が、Ｎ極（陽極）であれば、磁石２１０の磁石１１０と対向する面もＮ極からなり、磁石１１０の磁石２１０と対向する面が、Ｓ極（陰極）であれば、磁石２１０の磁石１１０と対向する面もＳ極からなる。
【００２４】
また、磁石１１０は、クランクシャフト３００とフライホイール１００との取り付け位置を中心として同一円周上（同一円環状）に設けられ、磁石２１０は、磁石１１０と対向するように設けられる。したがって、クランクシャフト３００が回転した場合でも、磁石１１０と磁石２１０とは、常に対向するように設けられている。
【００２５】
なお、図２においては、磁石１１０および磁石２１０の大きさを同一としたが、これに限定されず、第１の磁石１１０よりも第２の磁石２１０の径を大きくしてもよい。この場合、フライホイール１００の外周部の揺動のみならず、第１の磁石１１０のクランクシャフト３００の長手方向と垂直方向の振動（揺動）をも同時に抑制することができる。
【００２６】
図３は、磁石１１０および磁石２１０の一例を示す模式図である。図３に示すように、磁石１１０および磁石２１０はそれぞれ、一定の幅を有する同一円周上（同一円環状）の磁石からなる。この図３の磁石１１０，２１０を用いた場合、クランクシャフト３００に対してフライホイール１００に所定の反発力が安定して加わるため、簡易な構成で新たな制御部材を必要とせず、フライホイール１００の外周部の揺動を確実に抑制することができる。
【００２７】
また、フライホイール１００の外周に対して一律に磁石１１０を設けることができるため、フライホイール１００の回転時における重量バランスを崩さず、フライホイール１００の回転を阻害するトルク変動を発生させる問題が生じない。すなわち、回転体であるフライホイール１００の一部に磁石１１０を設けても本発明の目的であるフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができるが、その場合、フライホイール１００が高速回転すればするほど、フライホイール１００の重量バランスが崩れて回転が安定しなくなる問題が生じる。したがって、フライホイール１００の重量バランスを考慮すれば、円環状が最適な形状となる。
【００２８】
図４は、磁石１１０および磁石２１０の他の例を示す模式図である。図４に示すように、磁石１１０および磁石２１０の代わりに、それぞれ一定の幅を有する複数の円弧状の磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃまたは複数の円弧状の磁石２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを均等間隔で配設する。この図４の磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃまたは磁石２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを用いた場合、磁石１１０または磁石２１０を用いる場合よりも磁石自体の製造が容易になるので、製造コストを低下させることができ、かつフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができる。その結果、さらにコストを抑制しつつ振動低減を図ることができる
【００２９】
また、磁石２１０ａ，２１０ｂを同一円周上に沿って（同一円環状に沿って）対向した位置に設けることにより、フライホイール１００の振動モードを１方向のみ抑制することもできる。さらに、磁石２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを設けることにより、少なくとも３点でフライホイール１００の円弧状の磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに対して磁力を与えることにより複数の振動モードを抑制することができる。
【００３０】
また、図３の第１の磁石１１０に対して、第２の磁石２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを設けることが好ましい。磁石１１０は、上述したように重量バランスの観点から一律な形状が好ましい。一方、ケーシング２００側の第２の磁石には重量バランスが必要でないため、コストダウンを図ることが好ましい。なお、本発明は、フライホイール１００側に第１の磁石１１０を設ける場合に限定されているわけではなく、重量バランスの問題が解決できる場合、任意の形状の磁石、例えば、磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ等を用いてもよい。
【００３１】
図５は、図３の磁石１１０および磁石２１０のさらに他の例を示す模式図である。図５に示すように、磁石１１０および磁石２１０の代わりに、図４の磁石１１０ａ〜１１０ｃよりも円弧の短い複数の円弧状の磁石１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆまたは図４の磁石２１０ａ〜２１０ｃよりも円弧の短い複数の円弧状の磁石２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆを均等間隔で配設する。この図５の磁石１１０ｄ，１１０e，１１０ｆまたは磁石２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆを用いた場合、磁石１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃまたは磁石２１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃよりも磁石自体の製造が容易になるので、製造コストを低下させることができ、かつフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができる。その結果、さらにコストを抑制しつつ振動低減を図ることができる
【００３２】
次に、図６は、図１または図２に示したフライホイール１００の制振構造の他の例を示す模式的断面図である。
【００３３】
図６に示すように、ケーシング２００に同一円周上（同一円環状）の磁石２１０，２１１，２１２が設けられている。また、図６に示すように、ケーシング２００内に設けられたエンジンのクランクシャフト３００の端部が、ケーシング２００外に突出するように設けられている。そのクランクシャフト３００の端部には円盤状のフライホイール１００が設けられている。フライホイール１００には、ケーシング２００に設けられた磁石２１０，２１１，２１２と対向する部分にそれぞれ磁石１１０，１１１，１１２が設けられている。
【００３４】
図６に示す磁石１１０，１１１，１１２，２１０，２１１，２１２は、それぞれ同一円周上（同一円環状）の磁石から構成されており、磁石１１２は、磁石１１１よりも径が小さく、磁石１１１は、磁石１１０よりも径が小さい。また、磁石２１０は、磁石１１０と対向するように、磁石１１０とほぼ同径からなり、磁石２１１は、磁石１１１と対向するように、磁石１１１とほぼ同径からなり、磁石２１２は、磁石１１２と対向するように、磁石１１２とほぼ同径からなる。
【００３５】
なお、図６においては、磁石１１０，２１０と、磁石１１１，２１１と、磁石１１２，２１２とがそれぞれ互いに同一径であるとしたが、これに限定されず、例えば、第１の磁石１１０よりも第２の磁石２１０の径を大きくしてもよい。同様に、第１の磁石１１１よりも第２の磁石２１１の径を大きくしてもよく、第１の磁石１１２よりも第２の磁石２１２の径を大きくしてもよい。この場合、クランクシャフト３００の長手方向と垂直方向の振動（揺動）をも同時に抑制することができる。
【００３６】
また、磁石１１０と磁石２１０とは、互いに同一の磁性が対向するように配置され、磁石１１１と磁石２１１とは、互いに同一の磁性が対向するように配置され、磁石１１２と磁石２１２とは、互いに同一の磁性が対向するように配置される。すなわち、磁石１１０の磁石２１０と対向する面が、Ｎ極（陽極）であれば、磁石２１０の磁石１１０と対向する面もＮ極からなり、磁石１１０の磁石２１０と対向する面が、Ｓ極（陰極）であれば、磁石２１０の磁石１１０と対向する面もＳ極からなり、磁石１１１の磁石２１１と対向する面が、Ｎ極（陽極）であれば、磁石２１１の磁石１１１と対向する面もＮ極からなり、磁石１１１の磁石２１１と対向する面が、Ｓ極（陰極）であれば、磁石２１１の磁石１１１と対向する面もＳ極からなる。また、磁石１１２の磁石２１２と対向する面が、Ｎ極（陽極）であれば、磁石２１２の磁石１１２と対向する面もＮ極からなり、磁石１１２の磁石２１２と対向する面が、Ｓ極（陰極）であれば、磁石２１２の磁石１１２と対向する面もＳ極からなる。
【００３７】
また、磁石１１０，１１１，１１２は、クランクシャフト３００とフライホイール１００との取り付け位置を中心として同一円周上に沿って（同一円環状にそって）設けられ、磁石２１０，２１１，２１２は、磁石１１０，１１１，１１２とそれぞれ対向するように設けられる。したがって、クランクシャフト３００が回転した場合でも、磁石１１０および磁石２１０，磁石１１１および磁石２１１，磁石１１２および磁石２１２，とは、常に対向するように設けられている。
【００３８】
図７は、磁石１１０，１１１，１１２および磁石２１０，２１１，２１２の一例を示す模式図である。図７に示すように、磁石１１０および磁石２１０はそれぞれ、一定の幅を有する同一円周上（同一円環状）の磁石からなる。この図７の磁石１１０，１１１，１１２および磁石２１０，２１１，２１２を用いた場合、クランクシャフト３００に対してフライホイール１００に所定の反発力が安定して加わるため、簡易な構成で新たな制御部材を必要とせず、図３の磁石１１０および２１０と比較して、さらにフライホイール１００の外周部の揺動を確実に抑制することができる。
【００３９】
また、フライホイール１００の外周に一律に磁石１１０，１１１，１１２を設けるため、フライホイール１００のバランスを崩さず、フライホイール１００の回転を阻害しトルク変動を発生させる問題が生じない。
【００４０】
図８は、磁石１１０，１１１，１１２および磁石２１０，２１１，２１２の他の例を示す模式図である。図８に示すように、磁石１１０，１１１，１１２および磁石２１０，２１１，２１２は、それぞれ一定の幅を有する複数の円弧状の磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，または円弧状の磁石２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃからなる。
【００４１】
この図８の磁石１１０ａ，〜，１１２ｃ，または円弧状の磁石２１０ａ，〜２１２ｃを用いた場合、磁石１１０，〜，１１２または磁石２１０，〜，２１２を用いる場合よりも磁石自体の製造が容易になるので、製造コストを低下させることができ、かつフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができる。その結果、さらにコストを抑制しつつ振動低減を図ることができる。
【００４２】
また、第２の磁石２１０ａ，２１１ｂ，２１２ｃのみを設けることにより、フライホイール１００の複数の振動モードを抑制することもできる。なお、他の任意の組み合わせにおいても１または複数の振動モードを抑制することができる。  
【００４３】
次に、図９は、回転軸とフライホイールとに設けられた磁石１１０および磁石２１０の効果を説明するための模式図である。
【００４４】
図９に示すように、磁石１１０および磁石２１０を設けた場合、フライホイール１００には、磁力ＦＳが加えられる。それにより、フライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができる。また、同時に磁力ＦＳの反力としてクランクシャフト３００に力ＦＲが加えられる。本来、クランクシャフト３００には、スラスト軸受け４００，４０１が二枚設けられる。しかし、力ＦＲにより、本来クランクシャフト３００に設けられたスラスト軸受け４０１の働きを代替することができるので、スラスト軸受け４０１を設ける必要がなくなる。
【００４５】
このように、反力ＦＲが、エンジン本体の内部におけるクランクシャフト３００に対してフライホイール１００側と逆方向にスラスト力の代替として作用する場合、フライホイール１００側のスラスト軸受け部材４０１を設ける必要がなくなり、エンジン構造の部材を減らすことができ、同時にコストダウンを図ることができる。また、部材同士の接触によりスラスト力を付与する構造と異なり、磁力によりスラスト力を付与する構造を採用しているので、摩擦力によるロスを除去でき、エンジンの稼動効率を向上させることができる。
【００４６】
以上のように、フライホイール１００に同一円周上に沿って（同一円環状に沿って）設けられた磁石１１０と固定されたケーシング２００に設けられた磁石２１０とが同極側で対向するように設けられるため、フライホイール１１０にケーシング２００から遠ざかる方向に一定の力が作用する。したがって、簡易な構成でフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができる。
【００４７】
また、磁石１１０および磁石２１０の磁力の作用によりフライホイール１００の外周部の揺動を抑制することができるので、摩擦等によるフライホイール１００の回転ロスを防止することができる。
【００４８】
さらに、磁石２１０の代わりに、複数の磁石２１０，２１１，２１２を用いた場合でも、すくなくとも磁石１１０または磁石１１０，１１１，１１２が同一円周上（同一円環状）の磁石により構成されていれば、重量バランスが維持され、フライホイール１００が高速回転する際でも安定して反発力を生み出すことができる。
【００４９】
本発明は、上記の好ましい実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態に係るフライホイールの制振構造の一例を説明するための模式的斜視図
【図２】フライホイールの制振構造を示す模式的断面図
【図３】磁石の一例を示す模式図
【図４】磁石の他の例を示す模式図である。
【図５】磁石のさらに他の例を示す模式図である。
【図６】図１または図２に示した図２は、フライホイールの制振構造の他の例を示す模式的断面図
【図７】磁石の一例を示す模式図
【図８】磁石の他の例を示す模式図
【図９】磁石を用いた場合の効果を説明するための模式図
【符号の説明】
【００５１】
１００  フライホイール
１１０，１１０ａ，〜，１１０ｆ，１１１ａ，〜１１１ｃ，１１２ａ，〜，１１２ｃ  第１の磁石
２００  ケーシング
２１０，２１０ａ，〜，２１０ｆ，２１１ａ，〜２１１ｃ，２１２ａ，〜，２１２ｃ  第２の磁石
３００  クランクシャフト
４００，４０１  スラスト軸受け
【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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【図８】
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【図９】
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