(57)【要約】  【課題】二枚のフライホイール部材を用い、その一方に磁石を他方に巻線を対向配置して、両者の回転差により発電させ、エネルギの有効利用を図る。  【解決手段】内燃機関の出力軸に固定される第一フライホイール部材と前記出力軸と同軸心上に回転可能に取り付けられる第二フライホイール部材とを備える可変容量フライホイールであって、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とは所定の間隙を空けて設け、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とのいずれか一方に磁石を設け、且つ第一及び第二フライホイール部材が静止している状態で他方の前記磁石に対向する位置に巻線を設けてなり、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材との間に回転差が生じている時に前記磁石と巻線とにより発電を行う。【選択図】図１
2012237329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸に固定される第一フライホイール部材と前記出力軸と同軸心上に回転可能に取り付けられる第二フライホイール部材とを備える可変容量フライホイールであって、
第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とは所定の間隙を空けて設け、
第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とのいずれか一方に磁石を設け、且つ第一及び第二フライホイール部材が静止している状態で他方の前記磁石に対向する位置に巻線を設けてなり、
第一フライホイール部材と第二フライホイール部材との間に回転差が生じている時に前記磁石と巻線とにより発電を行う可変容量フライホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両に搭載される内燃機関の出力軸に取り付けられて、円滑な出力軸の回転を補助するための可変容量フライホイールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車に搭載されるエンジンにおいて、例えば３気筒のものでは単位クランク回転数に対する燃焼（爆発）回数が少ないため、燃焼圧力の変動がクランク軸の回転の変動に現れやすい。この結果、気筒数の多いエンジンに比べて、振動が大きく感じられる。このような印象を回避するために、クランク軸に円盤状の錘、つまりフライホイールを取り付け、サイクル毎の燃焼圧力変動がクランク軸の回転変動に現れにくくしている。
【０００３】
フライホイールの慣性重量は、重いほどサイクル毎の燃焼圧力変動がクランク軸の回転変動に現れにくく、滑らかな回転を実現できる。しかしながらその一方で、慣性重量の重いフライホイールは、所望のエンジン回転数への到達時間を長くするものとなる。運転者は、運転感覚の良さから、所望のエンジン回転数への到達時間はできるだけ短いことを要求するため、回転変動に対して大きく貢献するフライホイールと、このような運転者の要求とを両立することが難しかった。
【０００４】
このようなフライホイールの抱える問題に対して、例えば特許文献１のものでは、フライホイールを、機関の出力軸に固定された第一の回転体に対して、出力軸に回転可能に支持された第二の回転体を設け、機関の運転状況に応じて、両回転体を磁力により係合することで、慣性重量を可変にすることで、問題の解決を図っている。しかしながら、例えば始動時において、サージタンクに大量の空気がある場合に、回転数が急激に上昇しても、そのような急激なエンジン回転数の上昇に対しては第二の回転体が第一の回転体に対してスリップするので、回転の吹き上がりを抑制することが困難であった。又、渦電流を利用しているので、発生した電流は第二の回転体から取り出されて利用されることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２‐１８０１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は以上の点に着目し、二枚のフライホイール部材を用い、その一方に磁石を他方に巻線を対向配置して、両者の回転差により発電させ、エネルギの有効利用を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の可変容量フライホイールは、内燃機関の出力軸に固定される第一フライホイール部材と前記出力軸と同軸心上に回転可能に取り付けられる第二フライホイール部材とを備える可変容量フライホイールであって、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とは所定の間隙を空けて設け、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材とのいずれか一方に磁石を設け、且つ第一及び第二フライホイール部材が静止している状態で他方の前記磁石に対向する位置に巻線を設けてなり、第一フライホイール部材と第二フライホイール部材との間に回転差が生じている時に前記磁石と巻線とにより発電を行うことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、内燃機関を運転することにより出力軸が回転すると、第一フライホイールが回転する。これに対して第二フライホイールは、出力軸に固定されていないため、内燃機関の始動と同時に回転することはない。そして、第一フライホイールが回転することにより磁石が回転し、回転磁界が発生する。回転磁界が巻線に作用することで、電磁誘導により発電が開始され、第一フライホイールと第二フライホイールとが磁力により相互に係合する。従って、第一フライホイールの慣性質量と第二フライホイールの慣性質量とが合計されて、全体の慣性質量を増加させることが可能になる。また、第一フライホイールと第二フライホイールとの回転により発電できるので、エネルギを有効に利用することが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上説明したような構成であり、第一フライホイールと第二フライホイールとの回転により発電できるので、エネルギを有効に利用することができ、燃料消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の全体の概略構成を示す断面図。
【図２】同実施形態の第一フライホイール部材と第二フライホイール部材との相対面の構成を示す図。
【図３】同実施形態の巻線による発電を利用するための構成を示す電気ブロック図。
【図４】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
この実施形態の可変容量フライホイール１は、図１に示すように、エンジン２の出力軸３に固定される第一フライホイール部材４と、出力軸３にベアリング５を介して出力軸３と同軸心上に回転可能に取り付けられる第二フライホイール部材６とを備えている。エンジン２は、軽油、ガソリン、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）などのガス、水素などを燃料とする公知のエンジンである。第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６とは、所定の間隔を空けて取り付けられるもので、それぞれが出力軸３の軸方向に相対移動することはない。
【００１３】
第一フライホイール部材４は、図２に示すように、円板形状をしており、エンジン２に背向する面に６個の巻線７を有している。それぞれの巻線７は、第一フライホイール部材４の径方向を巻芯方向として形成されている。それぞれの巻線７は、例えば第一フライホイール部材４の周方向に１２０°ずつ離れて、第一フライホイール部材４の中心に対して放射状に配置される。６個の巻線７は例えば、三相交流を出力できるように結線してある。
【００１４】
第二フライホイール部材６は、図２に示すように、第一フライホイール部材４と同一径の円板形状をしており、出力軸３に取り付けたベアリング５に取り付けてある。従って、出力軸３の回転に対して、第二フライホイール部材６は独立して回転するようになっている。第二フライホイール部材６は、第一フライホイール部材４と対向する面に６個の永久磁石８を有している。それぞれの永久磁石８は、第二フライホイール部材６の径方向に磁界の向きが向くように、その表面を第二フライホイール部材６の表面と面一にして取り付けられる。これらの永久磁石８の取付位置は、第一フライホイール部材４が停止している状態において、それぞれの巻線７と完全に重なり合う、言い換えれば相対する位置である。
【００１５】
この実施形態においては、第一フライホイール部材４に設ける巻線７には、図３に示すように、バッテリ９を充電する充電回路１０がスイッチ１１を介して接続してある。この充電回路１０には、バッテリ９から充電回路１０及びスイッチ１１を介してそれぞれの巻線７に電流が流れないように逆流防止回路（図示しない）が組み込まれている。この図３では、巻線７、スイッチ１１及び充電回路１０の基本的な接続関係を示すもので、３個の巻線７を１個の巻線７で図示している。スイッチ１１は例えば、エンジン２の運転状態を制御する電子制御装置（図示しない）により、オンオフされる。すなわち、スイッチ１１をオンにすると、エンジン２の運転により第一フライホイール部材４が回転した場合に、それぞれの巻線７に作用した磁界により発電して得られた電流が充電回路１０に出力されるものとなる。このようなスイッチ１１は、電気的にオンオフ制御ができるものならよく、例えばトランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチやリレーなどの機械式スイッチなどであってよい。このスイッチ１１により、電流がそれぞれの巻線７に流れること、つまり発電を制御することで、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との磁力による係合状態を制御するものである。
【００１６】
このような構成において、図４を参照して、エンジン２の運転状態の変化とそれに対応して巻線７に流れる電流の変化とについて説明する。
【００１７】
まずエンジン２の始動時にあっては、スイッチ１１をオフにしておく。この結果、それぞれの巻線７には起電力が発生しないので、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６とは電磁力が両者に作用することはない。従って、エンジン２に対しては、第一フライホイール部材４がフライホイールとして機能するので、慣性重量の軽量なフライホイールでエンジン２の始動が実施されるものとなる。従って、迅速な始動を実現することができ、燃費を向上させることができる。
【００１８】
エンジン２が始動後、つまり所定回転数に達した時点で、スイッチ１１をオンにする。この場合、第一フライホイール部材４が第二フライホイール部材６に対して回転することで、第二フライホイール部材６の永久８磁石による磁界が回転磁界となり、電磁誘導によりそれぞれの巻線７に生じた起電力により、電流がスイッチ１１を介して充電回路１０に流れる。この結果、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６とは、巻線７に流れた電流による磁力と永久磁石８の磁力とにより相互に係合する状態となる。従って、始動時より慣性重量が重いフライホイールがエンジンに取り付けられた状態となるので、始動後のエンジン回転の吹き上がりを抑制することができる。
【００１９】
この場合に、第二フライホイール部材６は第一フライホイール部材４に遅れて回転するので、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との間には回転差が生じている。この回転差は、エンジン回転数が例えば始動後の目標アイドル回転数に維持されている場合に小さくなるが、なくなることはなく、それぞれの巻線７には継続して電流が流れ続ける。
【００２０】
このようにそれぞれの巻線７に電流が流れている間は、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６とが磁力により相互に係合しているので、エンジン２に対しては、重い慣性重量のフライホイールが取り付けてある状態となる。このため、滑らかなエンジン回転を得ることができる。
【００２１】
次に、エンジン２が加速状態に移りエンジン回転数が上昇すると、対応して第一フライホイール部材の回転数が上昇する。これにより、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との回転差が大きくなり、それぞれの巻線７に流れる電流が小さくなる。この結果、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との電磁的な結合が弱くなる。従って、加速する前に比べてフライホイールとしての慣性重量が軽量となることにより、加速性を向上させることができる。そして、加速性が向上することで、加速に必要な燃料量を低減することができることから、燃費を改善することができる。
【００２２】
さらに、加速後に定常運転となった場合には、アイドル運転時と同様に、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との回転差が一定のものとなり、それぞれの巻線を流れる電流は一定値となる。従って、滑らかなエンジン回転が得られる。
【００２３】
停止するにあたって減速運転になると、第一フライホイール部材４の回転数が低下してくると、それに対応して第二フライホイール部材６の回転数も低下してくる。この場合に、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との回転差が変化しないので、両者は磁力により相互に係合している状態を維持する。従って、実質的な慣性重量が重く、円滑に減速を進行することができる。
【００２４】
アイドルストップを実行する場合、第一フライホイール部材４の回転が停止するので、それに伴って第二フライホイール部材６の回転も停止する。そして、再始動時にあっては、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との電磁的な結合力が小さいので、滑らかな再始動を実現することができる。また、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との間には回転差があるので、発電により始動時の吹き上がりを抑制することができる。
【００２５】
このように、スイッチ１１をオンにしている間は、第一フライホイール部材４のそれぞれの巻線７と第二フライホイール部材６のそれぞれの永久磁石８とにより継続して発電し、充電回路１０に電力を供給するので、バッテリ９を充電することができる。従って、エンジン２の運転中に、バッテリ９を充電することで、エネルギを有効に利用することができ、その間に燃費を向上させることができる。
【００２６】
しかも、スイッチ１１のオンオフにより発電状態を制御することができるので、第一フライホイール部材４と第二フライホイール部材６との電磁的な結合力を制御することができる。この結果、可変容量フライホイール１の慣性重量を調整することができ、エンジン２の運転状態に対応したものにすることができ、燃料の消費量を改善する、つまり燃費を向上させることができる。
【００２７】
この実施形態においては、エンジン２の出力軸３に固定した第一フライホイール部材４に巻線７を設けたので、巻線７からの配線をスイッチ１１及び充電回路１０に容易に接続することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
それぞれの巻線７は、上述したような三相交流以外に、単相の交流あるいは直流（脈流）を出力するように結成するものであってよい。
【００３０】
以上の説明にあっては、エンジン２の始動後、スイッチ１１をオンにし続けたが、加速開始時点においてスイッチ１１をオフにして、発電を停止するようにしてもよい。この場合、スイッチ１１をオフにすることで、加速時には第一フライホイール部材４のみの慣性重量となることで、加速性を向上させることができる。
【００３１】
また例えば、第二フライホイール部材６は、エンジン２の出力軸３に回転可能に取り付ける以外に、その外周面を回転可能に支持し、出力軸３とは切り離す構成であってもよい。この場合、第二フライホイール部材６の回転中心が出力軸３の軸芯と同心になるように、第二フライホイール部材６を第一フライホイール部材４に相対させて取り付けるものである。
【００３２】
また、第一フライホイール部材４に永久磁石８を、第二フライホイール部材６に巻線７を設けるものであってもよい。
【００３３】
巻線７及び永久磁石８の数は、上記実施形態以外に、１個であってもよく、第一及び第二フライホイール部材７、８の大きさや、エンジンの排気量や気筒数などに応じて設定すればよい。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、自動車、自動二輪車、船舶用原動機など、加減速運転が頻繁に行われるような内燃機関への適用が挙げられる。
【符号の説明】
【００３６】
１…可変容量フライホイール
２…エンジン
３…出力軸
４…第一フライホイール部材
６…第二フライホイール部材
７…巻線
８…永久磁石
【図１】
2012237329.tif 000003
【図２】
2012237329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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