JP2008193841A - アキシャルギャップ型回転電機付きエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】搭載性に優れたアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンを提供する。
【解決手段】回転電機付きエンジン５０は、ピストンによって軸心Ｘ回りに回転駆動されるクランクシャフト５１を回転可能に挿通するクランクケース６０と、クランクケース６０の外側でクランクシャフト５１の端部５１ｃ側に固定され、複数の永久磁石２４を有するロータ２１と、クランクシャフト５１を挿通させた状態でクランクケース６０に固定され、各永久磁石２４と軸心Ｘ方向で対面するステータ２５とを備える。ステータ２５は、第１ティース３４をもつ固定ステータ３０と、第１ティース３４に対して軸心Ｘ回りに相対回転して第１ティース３４との間の磁気抵抗となるギャップを変更することが可能な第２ティース４１をもつ可動ステータ４０とを有する。第１ステータ３４及び第２ステータ４１を相対回転させる駆動機構８０が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明はアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンに関する。

特許文献１に従来のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンが開示されている。このアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、クランクケースと、クランクケース内でピストンによって軸心回りに回転駆動されるクランクシャフトと、クランクケース内でクランクシャフトの一端側にベルト式無段変速機を介して連結されるアキシャルギャップ型回転電機とを備えている。

アキシャルギャップ型回転電機は、クランクシャフトと平行に配設され、一端側がベルト式無段変速機に連結される回転電機側シャフトと、回転電機側シャフトの他端側に固定されたロータと、ロータより他端側で、回転電機側シャフトを挿通させた状態でクランクケースに固定されたステータとを備えている。

ロータのステータと対向する面には、回転電機側シャフトの軸心と直交する複数の永久磁石が配置されている。ステータは、各永久磁石と軸方向で対面する磁束発生領域を有している。

ステータは、より詳しくは、磁束発生領域を構成する第１ティースをもつ第１ステ−タと、第１ティースに対して軸心回りに相対回転して、第１ティースとの間の磁気抵抗となるギャップを変更することが可能な第２ティースをもつ第２ステータとを有している。

第１ステータはクランクケースに固定され、第２ステ−タを第１ステ−タに対して相対回転させる駆動機構が設けられている。

このような構成である従来のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、自動二輪車をはじめとする鞍乗型車両に搭載される。そして、このアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、ピストンによって軸心回りに回転駆動されるクランクシャフトをアキシャルギャップ型回転電機により補助的に駆動して、又は、ピストンによるクランクシャフトの回転駆動を止めて、アキシャルギャップ型回転電機のみにより駆動して、鞍乗型車両を走行させることが可能となっている。

また、このアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンでは、駆動機構が第２ステ−タを回転させることにより、第１ティースと第２ティースとの間の磁気抵抗となるギャップを変更し、回転速度と回転トルクとの関係を制御することができる。このため、このアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、鞍乗型車両の走行状況に応じて、アキシャルギャップ型回転電機の出力特性を高トルク低速回転型や低トルク高速回転型に変化させることが可能となっている。

特開２００６−２７１０４０号公報

しかし、上記従来のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、アキシャルギャップ型回転電機がベルト式変無段速機等を介してクランクシャフトに連結されていることから、小型化が困難であり、例えば鞍乗型車両への搭載性が十分でない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、搭載性に優れたアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンを提供することを解決すべき課題としている。

本発明のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンは、ピストンによって軸心回りに回転駆動されるクランクシャフトを回転可能に挿通するクランクケースと、
前記クランクケースの外側で前記クランクシャフトの一端側に固定され、前記軸心と直交する複数の永久磁石を有するロータと、
前記クランクシャフトを挿通させた状態で前記クランクケースに固定され、各前記永久磁石と軸方向で対面する磁束発生領域を有するステータとを備え、
前記ステータは、前記磁束発生領域を構成する第１ティースをもつ第１ステ−タと、前記第１ティースに対して前記軸心回りに相対回転して、前記第１ティースとの間の磁気抵抗となるギャップを変更することが可能な第２ティースをもつ第２ステータとを有し、
前記第１ステータ及び／又は前記第２ステータを相対回転させる駆動機構が設けられていることを特徴とする。

このような構成である本発明のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン（以下、「アキシャルギャップ型回転電機」を単に「回転電機」と呼ぶ。）では、クランクシャフトの軸心の延長線上にステータとロータとが配置されているので、回転電機をベルト式無段変速機等を介してクランクシャフトに連結する従来技術より小型化される。

また、この回転電機付きエンジンでは、ロータがステータより外側に配置されることから、送風可能なファンをロータに固定して一体に回転させることにより、小型化しつつ、回転電機付きエンジン自体を冷却したり、回転電機付きエンジンの近傍に配置されるラジエータを冷却したりすることを容易に実現できる。

したがって、本発明の回転電機付きエンジンは、優れた搭載性を実現可能である。

ステータがクランクケースに固定される形態には、クランクケースに直接固定される形態のほか、クランクケースに付設されるカバー等を介して、クランクケースに間接的に固定される形態が含まれる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、駆動機構は、車体フレーム等に取り付けられる他、クランクケースに取り付けられ得る。駆動機構をクランクケースに取り付けることにより、搭載性が一層向上する。

駆動機構がクランクケースに設けられる形態には、クランクケースに直接設けられる形態のほか、クランクケースに付設されるカバー等を介して、クランクケースに間接的に設けられる形態が含まれる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、ロータは、軸心から半径方向に延在するヨークと、ヨークの外周縁からステータ側に延在し、ステータの外周の少なくとも一部を覆う外筒部とを有するカップ状であり得る。この場合、ロータとステータとの隙間がカップ状のロータにより覆われるので、ゴミ等の異物がその隙間に入り難くなり、耐久性が一層向上する。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、各永久磁石は、ロータに埋設されて一体に配置されることも可能であるが、ロータの内側に配置されることが好ましい。ロータの内側に各永久磁石を配置する場合、各永久磁石と磁束発生領域とが軸方向で対面する間隙を確実に小さくできるので、回転電機付きエンジンは、回転電機の性能を確実に発揮させることができる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、クランクケース、クランクシャフト、ロータ及びステータ間には、各永久磁石と磁束発生領域との軸方向の間隙を一定とする間隙調整機構が設けられ得る。この場合、この回転電機付きエンジンは、各永久磁石と磁束発生領域との軸方向の間隙をばらつき難くすることができるので、回転電機としての性能を確実に発揮させることができる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、間隙調整機構は、クランクシャフトとロータとの軸方向の位置を規定する第１規定機構と、クランクシャフトとロータとの軸方向の位置のばらつきを許容しつつ、クランクケースとステータとの軸方向の位置を規定する第２規定機構とからなり得る。この場合、この回転電機付きエンジンは、各永久磁石と磁束発生領域との軸方向の間隙を確実にばらつき難くすることができるので、回転電機としての性能を一層確実に発揮させることができる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、第１規定機構は、クランクシャフトの一端とロータとがテーパ嵌合する構成であり、第２規定機構は、ロータの中央からステータ側に突出する小径筒部の外周面に設けられる軸受支持部と、ステータの内周面に設けられる軸受支持部と、両軸受支持部の間に配設される軸受と、ステータ及びクランクケースにそれぞれ配設され、互いの軸方向の移動を許容する係合ピン及び係合穴とからなる構成であり得る。

このような具体的な構成により、各永久磁石と磁束発生領域との軸方向の間隙をより確実にばらつき難くすることができる。なお、第１規定機構の変形例として、クランクシャフトとロータとがスプライン嵌合する構成も可能である。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、第１ステータはクランクケースに固定され、第２ステータがクランクケースに回転可能に設けられていることが好ましい。この場合、この回転電機付きエンジンは、磁束発生領域を構成して第２ティースより構造が複雑な第１ティースを回転させる必要がないので、装置構成を簡略化することができる。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、ロータの外側には、送風可能なファンが一体に固定され得る。この場合、この回転電機付きエンジンは、ファンにより、回転電機付きエンジン自体を冷却したり、回転電機付きエンジンの近傍に配置されるラジエータを冷却したりすることを容易に実現できる。また、ステータよりも軽量なロータにファンが一体に固定されることにより、回転抵抗が低減される。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、ファンは、軸方向外側から吸気し、軸心に対して半径方向外側に排気するものであり得る。この場合、回転電機付きエンジンが搭載される鞍乗型車両等の車幅方向外側に大きな吸気用開口を設けることができるので、回転電機付きエンジンで過熱されていない冷たい外気を吸気し易くなるとともに、排気する空気を鞍乗型車両等の車外に導出し易くなる。

軸方向外側から吸気し、軸心に対して半径方向外側に排気するファンとしては、いわゆるシロッコファンに限らず、ターボファン或いはシロッコファン及びターボファンの複合型のファンでもよい。

本発明の回転電機付きエンジンにおいて、クランクケースには、ファンの外側にラジエータが配置され得る。この場合、この回転電機付きエンジンは、水冷によりエンジンの性能の向上を実現できる。特に、ファンが軸方向外側から吸気するものである場合には、ラジエータに冷たい外気を当てて効果的にラジエータを冷却することができる。

以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４に示すように、実施例のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン５０（以下、単に「回転電機付きエンジン５０）と呼ぶ。）は、自動二輪車１に搭載されるものである。

自動二輪車１は、図１に示すように、車体前方下部に前車輪３を備え、前車輪３はフロントフォーク５の下端部にて回転可能に軸支されている。フロントフォーク５の上端部には、上方に延伸するステアリング軸７が連結されている。ステアリング軸７の上端部には、車幅方向に延伸するハンドル９が取り付けられている。ハンドル９の両端部には、グリップ１１が取り付けられている。ステアリング軸７の中央部には、車体フレーム１０が取り付けられている。

車体フレーム１０は、車体後部に向けて斜め下方に延伸した後、屈曲し水平に延伸している。その後、車体フレーム１０は、さらに屈曲して、真っ直ぐに延伸している。車体フレーム１０の後部上方にはシート１３が配置されている。車体フレーム１０の後端部にはリヤサスペンション１５の上端部が接続されている。

図２に示すように、リヤサスペンション１５の下端部は、車体フレーム１０の一部であるリヤアーム１６の後端部１６ａに接続されている。リヤアーム１６は、後車輪１７を回転可能に支持している。後車輪１７は、ベルト式無段変速機等の駆動力伝達機構を介して回転電機付きエンジン５０の駆動力が伝達されて回転駆動される。回転電機付きエンジン５０は、車体フレーム１０の中央部下方に配置されている。

図３に示すように、回転電機付きエンジン５０は、クランクケース６０と、クランクシャフト５１と、アキシャルギャップ型回転電機２０（以下、単に「回転電機２０」と呼ぶ。）とを備えている。

クランクケース６０は、クランクケース本体６１と、クランクケース本体６１の車幅方向外側（図３に示すαの方向）に位置するクランクケースカバー６２とを有している。クランクケースカバー６２は、車幅方向内側（図３に示すαの方向と反対の方向）に嵌合部６２ｂが形成された略平板状のものであり、クランクケース本体６１の車幅方向外側に形成された被嵌合部６１ｂに嵌合部６２ｂが嵌合することで、クランクケース本体６１に一体に組み付けられている。

クランクケース本体６１の車幅方向外側には、クランクシャフト５１の軸心Ｘを中心軸とする挿通口６１ａが形成され、クランクケースカバー６２にも、軸心Ｘを中心軸とする挿通口６２ａが形成されている。

クランクシャフト５１は、クランクケース本体６１内に配置され、回転電機付きエンジン５０の中心部に設けられたシリンダ（図示しない）内に収容されるピストン（図示しない）に、コンロッド５０ｃを介して連結されている。クランクシャフト５１の車幅方向外側の端部５１ｃは、挿通口６１ａ、６２ａ側に延び、さらに挿通口６２ａよりも車幅方向外側に突出している。

クランクシャフト５１と挿通口６１ａとの間には、クランクシャフト５１を軸心Ｘ回りで回転可能に支承する軸受５２ａが配設されている。また、クランクケース本体６１内にも、クランクシャフト５１を軸心Ｘ回りで回転可能に支承する軸受５２ｂが配設されている。このため、クランクシャフト５１は、ピストンの上下動によって、クランクケース６０内で軸心Ｘ回りに回転駆動されるようになっている。また、クランクシャフト５１と挿通口６２ａとの間には、クランクシャフト５１とクランクケース６０との隙間をシールするシール部材５４が配設されている。

クランクケース６０の車幅方向外側には回転電機２０が配設されている。回転電機２０は、ロータ２１と、ステータ２５と、駆動機構８０とを備えている。

ロータ２１は、図４に示すように、小径筒部２２と、ヨーク２３と、外筒部２３ａとを有している。小径筒部２２の内周面は、車幅方向外側に向かうにつれて径が小さくなるテーパ面２２ａとされている。他方、クランクシャフト５１の端部５１ｃの外周面は、車幅方向外側に向かうにつれて径が小さくなるテーパ面５１ｂとされている。このため、クランクシャフト５１の端部５１ｃにロータ２１の小径筒部２２が嵌め合わされると、テーパ面５１ｂとテーパ面２２ａとが接する。そして、端部５１ｃに形成された雄ねじにナット５７を螺合すると、ナット５７がロータ２１をクランクシャフト５１の中央側に押圧し、テーパ面５１ｂとテーパ面２２ａとが圧接する。こうして、ロータ２１は、クランクシャフト５１の端部５１ｃ側に固定されるとともに、クランクシャフト５１に対するロータ２１の軸心Ｘ方向の位置が決まる。

クランクシャフト５１の端部５１ｃとロータ２１とがテーパ面５１ｂ及びテーパ面２２ａによりテーパ嵌合する構成がクランクシャフト５１とロータ２１との軸心Ｘ方向の位置を規定する第１規定機構に相当する。そして、第１規定機構では、テーパ嵌合の性質上、クランクシャフト５１とロータ２１との軸心Ｘ方向の位置のばらつきが生じ得るが、後述の第２規定機構により、このばらつきを許容するようになっている。

小径筒部２２のテーパ面２２ａには、軸心Ｘ方向に延伸する溝状の凹状部２２ｈが形成されている。他方、クランクシャフト５１の端部５１ｃのテーパ面５１ｂには、半円形状に窪む凹部が形成されている。この凹部には、その形状に相応するキー２２ｇが嵌められている。キー２２ｇの縁部はテーパ面５１ｂから突出しており、凹状部２２ｈと係合している。こうして、キー２２ｇがロータ２１とクランクシャフト５１の双方に係合することにより、ロータ２１は、クランクシャフト５１と一体回転可能となっている。

ヨーク２３は、小径筒部２２から半径方向に延在する略円盤状のものである。そして、ヨーク２３の車幅方向内側には、軸心Ｘと直交する円周上に配列された複数の永久磁石２４（界磁用磁石ともいう。）が固定されている。

外筒部２３ａは、ヨーク２３の外周縁から車幅方向内側に延在し、後述するステータ２５の外周の少なくとも一部を覆う筒状体である。ロータは、ヨーク２３と外筒部２３ａとによりカップ状をなしており、ロータ２１とステータ２５との隙間を覆っている。このため、ロータ２１とステータ２５との隙間には、ゴミ等の異物が入り難くなっている。

ヨーク２３の車幅方向外側には、送風可能なファンとしての冷却ファン６５がボルト６５ａにより一体に固定されている。冷却ファン６５は、軸心Ｘ方向に薄い形状のいわゆるシロッコファンであり、軸心Ｘ方向外側（車幅方向外側）から吸気し、軸心Ｘに対して半径方向外側に排気することが可能な複数枚の羽が一体に形成されている。

冷却ファン６５の車幅方向外側には、図３に示すように、ラジエータ６６が配置されている。ラジエータ６６は、クランクケース６０から車幅方向外側に延在する支持部材（図示しない）に組み付けられており、ラジエータ６６の車幅方向外側には、大きな吸気用開口６６ａが配設されている。冷却ファン６５の回転により車幅方向外側から吸気用開口６６ａを介して吸気される冷たい外気が直接ラジエータ６６にあたることで、ラジエータ６６とエンジン５０のシリンダブロック（図示しない）との間を循環する冷却水を効果的に冷却することが可能となっている。また、冷却ファン６５の半径方向外側には、排気用開口６６ｂが配設されており、冷却ファン６５から半径方向外側に排気される空気をスムーズに車外に排出可能となっている。仮に、冷却ファン６５の送風方向が逆であれば、ラジエータ６６には、回転電機付きエンジン５０の熱で暖められた空気が当たり、冷却効率が低下してしまうが、上記構成により、そのような不具合を解消している。

ステータ２５は、クランクシャフト５１を挿通させた状態でクランクケース６０の車幅方向外側に固定され、ロータ２１より車幅方向内側に位置している。そして、ステータ２５は、各永久磁石２４と軸心Ｘ方向で対面する端面（磁束発生領域）３４ａを有している。

より詳しくは、ステータ２５は、ロータ２１側に位置する第１ステータとしての固定ステータ３０と、クランクケースカバー６２側に位置する第２ステータとしての可動ステータ４０とを備えている。

図３〜図５に示すように、固定ステータ３０は、鉄心で構成される複数の第１ティース３４を備えている。各第１ティース３４は、クランクシャフト５１を囲むように円環状に配置されている。各第１ティース３４のロータ２１側の端面（磁束発生領域）３４ａは、ロータ２１の各永久磁石２４に対向している。

各第１ティース３４には、通電されると磁束を発生するコイル３１が巻回されている。これら第１ティース３４及びコイル３１は、潤滑剤を包含する樹脂からなる樹脂部３６によりモールドされている。樹脂部３６は軸心Ｘを中心とするように円環状に形成されている。図５に拡大して示すように、樹脂部３６は、複数のコイル３１からなるコイル群の径方向内方に略筒状の内周部３６ｂを有している。また、樹脂部３６は、複数のコイル３１からなるコイル群より径方向外方に略筒状の外周部３６ａを有している。

外周部３６ａは、クランクケースカバー６２側（車幅方向内側）に向かって延びる突出部３６ｃを有しており、突出部３６ｃのクランクケースカバー６２側（車幅方向内側）の端面には、複数の係合穴３７が軸心Ｘと平行に凹設されている。他方、クランクケースカバー６２の各係合穴３７に対応する位置には、各係合穴３７と嵌合可能なように車幅方向外側に向けて突出する複数の係合ピン５９が配設されている。そして、各係合穴３７と各係合ピン５９とが嵌め合わされることで、固定ステータ３０は、クランクケースカバー６２に固定され、軸心Ｘ回りの回転が不能となる。各係合穴３７の深さは、各係合ピン５９の突出長さより深くされている。このため、各係合穴３７と各係合ピン５９とは、軸心Ｘ方向では相対位置を規制しないようになっている。

内周部３６ｂの内周面と小径筒部２２の外周面との間には、ラジアル軸受６３が配設されている。

より詳しくは、内周部３６ｂの内周面には、軸受支持部３６ｉが形成されている。この軸受支持部３６ｉは、軸受接触面３６ｊと、軸受支持面３６ｃとを有している。軸受支持面３６ｃは、ロータ２１に対向するように軸心Ｘに垂直に形成されており、内周部３６ｂにおけるロータ２１側の端部と可動ステータ４０側の端部との中間位置近傍に位置している。軸受接触面３６ｊは、軸心Ｘを中心軸として円筒状に形成されており、ラジアル軸受６３の外周面６３ａに接している。

また、小径筒部２２の外周側には、軸受支持部２２ｅが形成されている。この軸受支持部２２ｅは、軸受接触面２２ｆと、軸受支持面２２ｄとを有している。軸受支持面２２ｄは、固定ステータ３０に対向するように軸心Ｘに対して垂直に形成されており、小径筒部２２の軸心Ｘ方向の中間位置近傍に位置している。軸受接触面２２ｆは、軸心Ｘを中心軸として円筒状に形成されており、ラジアル軸受６３の内周面６３ｂに接している。

ラジアル軸受６３は、軸心Ｘ方向において、軸受支持面３６ｃと軸受支持面２２ｄとの間に配置されている。ここで、上述したように、各係合穴３７と各係合ピン５９とは、軸心Ｘ方向では相対位置を規制しないようになっているので、固定ステータ３０は、各永久磁石２４の磁力によりロータ２１側に引き寄せられようとする。このとき、軸受支持面２２ｄは、この吸引力（磁力）に抗して、ラジアル軸受６３及び軸受支持面３６ｃを介し、固定ステータ３０を支持する。これにより、各永久磁石２４の固定ステータ３０に対向する対向面２４ａが第１ティース３４の各永久磁石２４に対向する端面（磁束発生領域）３４ａから間隙ｈだけ離間した状態が保たれることとなっている。ここで、間隙ｈは、言い換えれば、各永久磁石２４と端面（磁束発生領域）３４ａとの軸心Ｘ方向の間隙でもある。この間隙ｈは、固定ステータ３０における軸受支持面３６ｃの位置と、ラジアル軸受６３の軸心Ｘ方向の幅と、小径筒部２２における軸受支持面２２ｄの位置とによって決めることが可能となっている。

また、ラジアル軸受６３は、径方向において、固定ステータ３０の軸受接触面３６ｊと、小径筒部２２の軸受接触面２２ｆとの双方に接しているので、固定ステータ３０とロータ２１とは径方向にずれることなく、相対回転可能に支承されている。

ラジアル軸受６３と、固定ステータ３０の軸受支持部３６ｉと、小径筒部２２の軸受支持部２２ｅと、各係合穴３７と、各係合ピン５９とがクランクシャフト５１とロータ２１との軸心Ｘ方向の位置のばらつきを許容しつつ、クランクケース６０とステータ２５との軸心Ｘ方向の位置を規定する第２規定機構に相当する。そして、この第２規定機構と、上述の第１規定機構とにより、各永久磁石２４と端面（磁束発生領域）３４ａとの軸心Ｘ方向の間隙ｈを一定とする間隙調整機構が構成されている。

次に、可動ステータ４０について説明する。可動ステータ４０は、上述したように、ロータ２１に対して、固定ステータ３０よりもクランクケースカバー６２側であって、固定ステータ３０と対向した状態で配置されている。

この可動ステータ４０は、第１ティース３４と同数の第２ティース４１と、円環状の基台４２とを備えている。基台４２は、軸心Ｘを中心とする円環状に配列された各第２ティース４１を支持している。基台４２と各第２ティース４１とは、潤滑剤を包含する樹脂からなる樹脂部４３によりモールドされている。各第２ティース４１は鉄心から構成されており、コイル３１の通電による磁力によって、第１ティース３４側へ吸引されるが、保持部材（図示しない）により、軸心Ｘ方向で一定の間隔を維持し得るように保持されている。また、可動ステータ４０は、後述する通り、軸心Ｘ回りで固定ステータ３０に対して相対回転可能とされている。

駆動機構８０は、図４及び図６に示すように、クランクケースカバー６２の車幅方向外側であって、可動ステータ４０の径方向外方に配設されており、駆動モータ８１とギヤ機構８２とにより構成されている。ギヤ機構８２は、ウォームギヤ８２ａ、ウォームホイール８２ｂ及び欠け歯ギヤ８２ｃからなっている。そして、駆動モータ８１が回転すれば、図６に示すように、所定の角度範囲内で、ウォームホイール８２ｂが回転し、欠け歯ギヤ８２ｃを介して、可動ステータ４０の外周面の一部に形成された欠け歯ギヤ８２ｄに駆動力が伝達されるように構成されている。このため、この駆動機構８０において、駆動モータ８１が正方向又は逆方向に回転すれば、可動ステータ４０が軸心Ｘ回りに揺動し、固定ステータ３０に対して相対的に回転するようになっている。

このような構成である回転電機２０では、可動ステータ４０と固定ステータ３０との相対回転により、下記のようにして、その出力特性が変化し、高トルク低速回転で駆動したり、低トルク高速回転で駆動したりすることができる。

図７〜図９は、可動ステータ４０が軸心Ｘ回りで固定ステータ３０に対して相対的に回転する様子を示す図である。なお、説明のため、同図において、図３〜図５に示す固定ステータ３０の樹脂部３６、可動ステータ４０の樹脂部４３、クランクシャフト５１及びコイル３１等の記載を省略している。また、図７〜図９において、図３〜図５と同一箇所には同一符号を付している。

図７は、固定ステータ３０の第１ティース３４に対して、可動ステータ４０の第２ティース４１が正対している状態を示している。この状態では、第１ティース３４の第２ティース４１側の端面３４ｂと、第２ティース４１の第１ティース３４側の端面４１ａとの間の磁気抵抗となるギャップが最も小さい値ｋとなっている（図５参照）。このとき、第１ティース３４及び第２ティース４１、基台４２、各永久磁石２４に磁束流が発生している。この磁束流は、第１ティース３４の各永久磁石２４側の端面３４ａから反対側の端面３４ｂまで流れている。すなわち、この場合には、磁束流はコイル３１の内側を流れている。

駆動機構８０の駆動により、可動ステータ４０が図８に示す中間位置を経て、図９に示す位置、すなわち第２ティース４１が第１ティース３４とそれに隣接する第１ティース３４との間の中間位置まで回転する場合、第１ティース３４の第２ティース４１側の端面３４ｂと、第２ティース４１の第１ティース３４側の端面４１ａとの間の磁気抵抗となるギャップが拡大する。そのため、第２ティース４１には磁束流が流れず、第１ティース３４におけるロータ２１近傍と各永久磁石２４とに磁束流が流れる。この磁束流は、コイル３１の内側を流れていないため、図７に示す場合の磁束流より弱い磁束流となっている。図９に示す状態では、磁束流が弱いため、回転電機２０は低トルク高速回転型の回転電機となっている。一方、図７に示す状態では、磁束流はコイル３１の内側を流れることにより、図９に示す状態より強力な磁束流となっており、回転電機２０は高トルク低速回転型の回転電機となっている。

このような構成である実施例の回転電機付きエンジン５０は、ピストンによって軸心Ｘ回りに回転駆動されるクランクシャフト５１を回転電機２０により補助的に駆動して、又は、ピストンによるクランクシャフト５１の回転駆動を止めて、回転電機２０のみにより駆動して、自動二輪車１を走行させることが可能となっている。

ここで、実施例の回転電機付きエンジン５０では、クランクシャフト５１の軸心Ｘの延長線上にステータ２５とロータ２１とが配置されているので、回転電機をベルト式無段変速機等を介してクランクシャフトに連結する従来技術より小型化されている。

また、この回転電機付きエンジン５０では、ロータ２１がステータ２５より車幅方向外側に配置されていることから、冷却ファン６５をロータ２１に固定して一体に回転させることにより、小型化しつつ、回転電機付きエンジン５０自体を冷却したり、回転電機付きエンジン５０の車幅方向外側に配置されるラジエータ６６を冷却したりすることを容易に実現できている。

したがって、実施例の回転電機付きエンジン５０は、優れた搭載性を実現できている。

また、この回転電機付きエンジン５０は、駆動機構８０がクランクケース６０に取り付けられているので、搭載性が一層向上している。

さらに、この回転電機付きエンジン５０は、ロータ２１とステータ２５との隙間がカップ状のロータ２１により覆われているので、ゴミ等の異物がその隙間に入り難くなり、耐久性が一層向上している。

また、この回転電機付きエンジン５０は、各永久磁石２４がロータ２１の内側に配置されているので、各永久磁石２４と磁束発生領域３４ａとが軸心Ｘ方向で対面する間隙ｈを確実に小さくできており、回転電機２０の性能を確実に発揮させることができている。

さらに、この回転電機付きエンジン５０において、クランクケース６０、クランクシャフト５１、ロータ２１及びステータ２５間には、上述の第１規定機構及び第２規定機構からなる間隙調整機構が設けられていることから、各永久磁石２４と磁束発生領域３４ａとの軸心Ｘ方向の間隙ｈを確実にばらつき難くすることができており、回転電機２０としての性能を一層確実に発揮させることが可能となっている。

また、この回転電機付きエンジン５０において、可動ステータ４０より構造が複雑な固定ステータ３０がクランクケース６０に固定され、可動ステータ４０がクランクケース６０に回転可能に設けられている。このため、この回転電機付きエンジン５０は、装置構成を簡略化することができている。

さらに、この回転電機付きエンジン５０において、ロータ２１の車幅方向外側には、冷却ファン６５が一体に固定されている。このため、この回転電機付きエンジン５０は、冷却ファン６５により、回転電機付きエンジン５０自体を冷却したり、回転電機付きエンジン５０の車幅方向外側に配置されるラジエータ６６を冷却したりすることを容易に実現できている。また、ステータ２５よりも軽量なロータ２１に冷却ファン６５が一体に固定されることにより、回転抵抗が低減されている。

また、この回転電機付きエンジン５０において、冷却ファン６５は、車幅方向側から吸気し、軸心Ｘに対して半径方向外側に排気するものである。このため、回転電機付きエンジン５０が搭載される自動二輪車１の車幅方向外側に大きな吸気用開口６６ａを設けて、冷たい外気を容易に吸気できるとともに、排気する空気を自動二輪車１の車外に容易に導出できている。

さらに、この回転電機付きエンジン５０において、クランクケース６０には、冷却ファン６５の外側にラジエータ６６が配置されている。そして、ラジエータ６６には、冷却ファン６５が車幅方向外側から吸気する冷たい外気が直接当たるので、冷却効果が向上しており、エンジンの性能の向上を図ることができている。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明はアキシャルギャップ型回転電機付きエンジンに利用可能である。

実施例の回転電機付きエンジンを搭載した自動二輪車の側面図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、図１の自動二輪車後部の側面図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、図３の断面図の回転電機を拡大して示す拡大断面図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、図４の断面図のステータを拡大して示す拡大断面図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、駆動機構を示す概略模式図である 実施例の回転電機付きエンジンに係り、可動ステータが固定ステータに対して相対的に回転する様子を示す図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、可動ステータが固定ステータに対して相対的に回転する様子を示す図である。 実施例の回転電機付きエンジンに係り、可動ステータが固定ステータに対して相対的に回転する様子を示す図である。

符号の説明

２０…アキシャルギャップ型回転電機
２１…ロータ
２３…ヨーク
２３ａ…外筒部
２４…永久磁石
２５…ステータ
３０…第１ステータ（固定ステータ）
４０…第２ステータ（可動ステータ）
３４…第１ティース
３４ａ…磁束発生領域（各第１ティースのロータ側の端面）
４１…第２ティース
５０…アキシャルギャップ型回転電機付きエンジン
５１…クランクシャフト
５１ｃ…クランクシャフトの一端（端部）
６０…クランクケース（６１…クランクケース本体、６２…クランクケースカバー）
６１ａ、６２ａ…挿通口
６５…ファン（冷却ファン）
６６…ラジエータ
８０…駆動機構
５１、５１ｂ、２２、２２ａ、６３、３６ｉ、２２ｅ、３７、５９…間隔調整機構（５１、５１ｂ、２２、２２ａ…第１規定機構、６３、３６ｉ、２２ｅ、３７、５９…第２規定機構）
２２ａ…テーパ面
５１ｂ…テーパ面
２２ｅ、３６ｉ…軸受支持部
６３…軸受
５９…係合ピン
３７…係合穴
Ｘ…軸心
ｈ…各永久磁石と磁束発生領域との軸方向の間隙

Claims (11)

1. ピストンによって軸心回りに回転駆動されるクランクシャフトを回転可能に挿通するクランクケースと、
   前記クランクケースの外側で前記クランクシャフトの一端側に固定され、前記軸心と直交する複数の永久磁石を有するロータと、
   前記クランクシャフトを挿通させた状態で前記クランクケースに固定され、各前記永久磁石と軸方向で対面する磁束発生領域を有するステータとを備え、
   前記ステータは、前記磁束発生領域を構成する第１ティースをもつ第１ステ−タと、前記第１ティースに対して前記軸心回りに相対回転して、前記第１ティースとの間の磁気抵抗となるギャップを変更することが可能な第２ティースをもつ第２ステータとを有し、
   前記第１ステータ及び／又は前記第２ステータを相対回転させる駆動機構が設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
2. 前記駆動機構は、前記クランクケースに取り付けられている請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
3. 前記ロータは、軸心から半径方向に延在するヨークと、前記ヨークの外周縁から前記ステータ側に延在し、前記ステータの外周の少なくとも一部を覆う外筒部とを有するカップ状である請求項１又は２記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
4. 各前記永久磁石は、前記ロータの内側に配置されている請求項３記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
5. 前記クランクケース、前記クランクシャフト、前記ロータ及び前記ステータ間には、各前記永久磁石と前記磁束発生領域との軸方向の間隙を一定とする間隙調整機構が設けられている請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
6. 前記間隙調整機構は、前記クランクシャフトと前記ロータとの軸方向の位置を規定する第１規定機構と、前記クランクシャフトと前記ロータとの軸方向の位置のばらつきを許容しつつ、前記クランクケースと前記ステータとの軸方向の位置を規定する第２規定機構とからなる請求項５記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
7. 前記第１規定機構は、前記クランクシャフトの一端と前記ロータとがテーパ嵌合する構成であり、
   前記第２規定機構は、前記ロータの中央から前記ステータ側に突出する小径筒部の外周面に設けられる軸受支持部と、前記ステータの内周面に設けられる軸受支持部と、両前記軸受支持部の間に配設される軸受と、前記ステータ及び前記クランクケースにそれぞれ配設され、互いの軸方向の移動を許容する係合ピン及び係合穴とからなる構成である請求項６記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
8. 前記第１ステ−タは前記クランクケースに固定され、前記第２ステ−タが前記クランクケースに回転可能に設けられている請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
9. 前記ロータの外側には、送風可能なファンが一体に固定されている請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
10. 前記ファンは、軸方向外側から吸気し、軸心に対して半径方向外側に排気する請求項９記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。
11. 前記クランクケースには、前記ファンの外側にラジエータが配置されている請求項９又は１０記載のアキシャルギャップ型回転電機付きエンジン。

Images