JPS5910348Y2 - Internal combustion engine with integrated transmission and generator - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の改良に係り、詳しくは機関の出力軸
と関連して駆動する発電機をフライホイールを被包する
フライホイールハウジング内に内蔵することにより、発
電機を併設した機関構造のコンパクトを図ったフライホ
イールハウジング付内燃機関に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to the improvement of internal combustion engines, and more specifically, by incorporating a generator that is driven in conjunction with the output shaft of the engine into a flywheel housing that encloses the flywheel, the generator This invention relates to an internal combustion engine with a flywheel housing that has a compact engine structure.

船舶搭載テ゛イーゼルエンジンの如き内燃機関には通常
、ポンプ類、コンプレッサー等の補機類や各種電気機器
の電源となる発電機が付設されているが、これら機関か
ら動力を得て駆動する機器を機関出力軸と連結するにあ
たっては、従来第１図に示す如く作業機Ｂ、発電機Ｃの
入力軸をカップリングにより機関Ａの出力軸に連結する
ことにより直列的に結合するが、あるいは機関の出力軸
に嵌着したプーリーに、伝動用ベルトを掛張し、該伝動
用ベルトを介して機関の側方に配置した作業機、発電機
を駆動させることが行なわれていた。Internal combustion engines such as easel engines installed on ships are usually equipped with generators that power auxiliary equipment such as pumps and compressors, as well as various electrical equipment. Conventionally, as shown in Fig. 1, the input shafts of work equipment B and generator C are connected in series to the output shaft of engine A by coupling to connect them to the output shaft. A power transmission belt was hung around a pulley fitted to the shaft, and a working machine or a generator placed on the side of the engine was driven through the power transmission belt.

しかし前者の如く内燃機関、作業機および発電機を直列
的に連結したものは軸方向の延長長さが極めて長く、セ
ット全体の外形寸法が大きくなり、重量も大となる欠点
があり、一方、後者のものでは軸方向の大型化はある程
度回避できるとしても、セット全体の占める空間が更に
大きくなることは避けられず、しかも伝動ベルトなどを
用いた動力伝動機構の構造が複雑となり、装置コストを
高騰させる原因となっていた。However, the former, which connects an internal combustion engine, a working machine, and a generator in series, has the disadvantage that the axial extension length is extremely long, and the overall external dimensions and weight of the entire set are large. Although the latter method can avoid increasing the size in the axial direction to some extent, it is unavoidable that the space occupied by the entire set becomes even larger, and the structure of the power transmission mechanism using a power transmission belt becomes complicated, which increases the equipment cost. This was causing the price to soar.

なお、上記内燃機関、作業機、発電機等の組み合わせか
らなるセット全体のコンパクト化、軽量化は特に機関の
取付けスペースに制約のある船舶等においては、極めて
重要な要件の一つであり、この早急な改善策が要望され
ている。Furthermore, making the entire set consisting of the above-mentioned combination of internal combustion engine, working equipment, generator, etc. more compact and lightweight is one of the extremely important requirements, especially on ships where there is limited space for installing the engine. Immediate improvement measures are required.

他方、上記内燃機関に付設される発電機は、通常その定
格回転数が４極の場合においては１８００ｒｐｍ、２極
の場合は３６００ ｒｐｍのいずれがに限られているが
、前記第１図に示した如く機関の出力軸と発電機の入力
軸とを直結したものでは、内燃機関の理想的な運転状態
、すなわち最も燃費が安く、安定した高トルクが得られ
る回転速度、所謂経済運転速度と前記発電機の定格回転
速度とが合致せず、従って従来はしかたなく経済運転速
度が、前記発電機の定格回転数１８０Ｏ ｒｐｍ又は３
６００ ｒｐｍよりも大きい値の内燃機関を用い、発電
機側の定格回転数まで回転速度を落として運転を行って
いたのが実状である。On the other hand, the rated rotational speed of the generator attached to the internal combustion engine is usually limited to either 1800 rpm in the case of a 4-pole engine or 3600 rpm in the case of a 2-pole engine; In the case where the output shaft of the engine and the input shaft of the generator are directly connected, the ideal operating state of the internal combustion engine, that is, the rotational speed at which the lowest fuel consumption and stable high torque can be obtained, the so-called economical operating speed, and the above-mentioned The rated rotational speed of the generator does not match with the rated rotational speed of the generator.
The actual situation is that an internal combustion engine with a speed higher than 600 rpm is used and the engine speed is reduced to the rated speed of the generator.

ところが、この様に内燃機関を経済運転速度以下で運転
した場合には、経済的損失はもとより機関が正常なトル
クを発揮することが出来ない不都合が生じ、しかもこれ
を防止するには、大型の機関を使用する以外、適切な解
決手段が見当らなかった。However, when an internal combustion engine is operated at below economical operating speed, there is not only economic loss but also the inconvenience that the engine cannot produce normal torque. No suitable solution was found other than using the agency.

特に定格回転数３６０Ｏ ｒｐｍの発電機を付設する場
合には、経済運転速度が３６０ｏｒｐｍ以上の高速機関
を使用する必要があるが、この場合には機関の耐久性、
騒音等の問題を生じ、実際上採用が不可能であった。In particular, when a generator with a rated rotation speed of 360 rpm is attached, it is necessary to use a high-speed engine with an economical operating speed of 360 rpm or higher, but in this case, the durability of the engine
This caused problems such as noise and was practically impossible to adopt.

本考案は上述した如き従来の発電機併設内燃機関に内在
する種々の難点に着目し、これを解消すべく考案された
もので、機関フライホイールに固設された遊星歯車式変
速装置の出力側に発電機を取付け、該変速装置及び発電
機をフライホイールハウジング内に内蔵せしめた構或を
特徴とするものである。This invention was devised in order to solve the various problems inherent in the conventional internal combustion engine equipped with a generator as described above. It is characterized by a structure in which a generator is attached to the flywheel housing, and the transmission and the generator are built into the flywheel housing.

以下、本考案の具体的内容を添付図面に示す実施例を参
照しつつ更に詳細に説明すると、第２図は発電機の定格
回転速度よりも低い経済運転速度の内熱燃機関を、その
出力軸の回転を変速装置によって発電機側の要求速度ま
で増速しで用いる場合の一例を示したもので、図におい
て１は機関のクランク軸等の出力軸２端部に固着された
フライホイールで゛あり、該フライホイール１にはその
中央の凹陥部１ａに内装される遊星歯車式変速装置３の
入力側となる遊星歯車軸受部材４が固設されている。Hereinafter, the specific content of the present invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the attached drawings. Fig. 2 shows an internal heat combustion engine with an economical operating speed lower than the rated rotational speed of the generator, and its output This is an example of a case in which the rotation of the shaft is increased to the speed required by the generator using a transmission. In the figure, 1 is a flywheel fixed to the 2nd end of the output shaft such as the engine's crankshaft. A planetary gear bearing member 4, which serves as an input side of a planetary gear type transmission 3, is fixed to the flywheel 1 in a concave portion 1a at the center thereof.

遊星歯車軸受部材４は中央に丸孔４ａを備えた略円盤形
状をなしており、その一側面には後述する発電機側に送
風し冷却するため、ならびに該変速装置３の摺動部分の
発熱を放散させるためのリブ状ファン４ｂが突設されて
いると共に、他方の側面には複数個の遊星歯車５を回転
自在に嵌装した支持軸６が立設されている。The planetary gear bearing member 4 has a substantially disk shape with a round hole 4a in the center, and one side of the planetary gear bearing member 4 is used for blowing air to the generator side, which will be described later, for cooling, and for storing heat generated by the sliding portion of the transmission 3. A rib-shaped fan 4b for dissipating the air is provided in a protruding manner, and a support shaft 6 on which a plurality of planetary gears 5 are rotatably fitted is provided upright on the other side.

遊星歯車５は前記フライホイール１を囲繞する如く、シ
リンダブロック７に接して固設されたフライホイールハ
ウジング８の開口縁に冷却風通路９ａを有する隔壁部材
９を介して固定した太陽歯支持部材１０の中央突出円筒
部の外周に刻設した太陽歯車１１と噛合して設けられて
おり、これは更に前記フライホイール１に嵌着された軸
受１２と前記太陽歯支持部材１０に嵌着された軸受１３
とによって回転自在に保持された出力軸１４に固着した
内歯歯車支持部材１５の内歯歯車１６と噛合して、全体
として前記フライホイール１の回転を出力軸１４に伝達
する構戊となっている。The planetary gear 5 is surrounded by a sun tooth support member 10 which is fixed to the opening edge of a flywheel housing 8 which is fixed in contact with the cylinder block 7 via a partition member 9 having a cooling air passage 9a. It is provided to mesh with a sun gear 11 carved on the outer periphery of a centrally protruding cylindrical portion of the cylindrical part, which further includes a bearing 12 fitted to the flywheel 1 and a bearing fitted to the sun tooth support member 10. 13
The structure is such that the rotation of the flywheel 1 as a whole is transmitted to the output shaft 14 by meshing with the internal gear 16 of the internal gear support member 15 fixed to the output shaft 14 which is rotatably held. There is.

前記出力軸１４には、その前記太陽歯支持部材１０から
外方へ延出した位置に回転子部材１７が固着されており
、また更に作業機等の人力軸と連結するためのカツフ゜
リング１８が固着されている。A rotor member 17 is fixed to the output shaft 14 at a position extending outward from the sun tooth support member 10, and a coupling ring 18 is further fixed to the output shaft 14 for connection to a human power shaft such as a working machine. has been done.

そして前記回転子部材１７の周縁には磁石等の磁性体か
らなる磁極１９が複数個等間隔をおいて配設されている
一方、前記フライホイールハウジング８の開口縁に固着
され、前記回転子部材１７を包囲する如く設けられた第
２のフライホイール／’％ウジング２０の内壁には、前
記複数個の磁極１９と極めて小さい間隙を有して対向す
る如く、鉄芯２１およびコイル２２から構或される複数
個の固定子２３が固設され、前記隔壁部材９と第２のフ
ライホイールハウジング２０とで画威される空間内にお
いて発電機２４を構威している。A plurality of magnetic poles 19 made of a magnetic material such as a magnet are arranged at equal intervals on the periphery of the rotor member 17, and are fixed to the opening edge of the flywheel housing 8. The inner wall of the second flywheel/% housing 20, which is provided so as to surround the magnetic poles 17, is composed of an iron core 21 and a coil 22, so as to face the plurality of magnetic poles 19 with a very small gap therebetween. A plurality of stators 23 are fixedly installed, and a generator 24 is arranged in a space defined by the partition wall member 9 and the second flywheel housing 20.

図中、２５は第２のフライホイールハウジング２０の中
央に開口した出力軸貫通口２０ Ｈに設けた通風網、２
６， ２７， ２８， ２９は各部材間に装設されたオ
イルシールである。In the figure, 25 is a ventilation net provided in the output shaft through hole 20H opened in the center of the second flywheel housing 20;
6, 27, 28, and 29 are oil seals installed between each member.

なお、本実施例では遊星歯車列のうち、太陽歯を固定し
、遊星歯車の公転を入力側、内歯歯車を出力側とした歯
車機構を適用した例を示しているが、変速装置としては
本実施例に限ることなく、他の遊星歯車機構を用いたり
、あるいは他の任意の変速装置と代替することも勿論可
能である。In addition, this example shows an example in which a gear mechanism of a planetary gear train in which the sun gear is fixed, the revolution of the planetary gear is on the input side, and the internal gear is on the output side, but as a transmission It is of course possible to use other planetary gear mechanisms or replace it with any other transmission device without being limited to this embodiment.

本考案内燃機関は叙上の如き構或を有してなり、従って
機関の運転を行う場合は、先ず機関の出力軸であるクラ
ンク軸２と共にフライホイール１が回転を起し、機関の
出力を蓄勢しながら機関の出力トルクおよび回転速度を
安定させる。The internal combustion engine of the present invention has the above structure. Therefore, when the engine is operated, first the flywheel 1 rotates together with the crankshaft 2, which is the output shaft of the engine, and the output of the engine is increased. Stabilizes the engine's output torque and rotational speed while accumulating energy.

それと同時に該フライホイール１に固着された遊星歯車
軸受部材４が回動して、その支持軸６に回動可能に嵌着
された遊星歯車５が、固定された太陽歯車１０に噛合し
た状態で、該太陽歯車１０の周囲をフライホイール１の
回転方向と同方向へ公転運動する。At the same time, the planetary gear bearing member 4 fixed to the flywheel 1 rotates, and the planetary gear 5 rotatably fitted to the support shaft 6 meshes with the fixed sun gear 10. , revolves around the sun gear 10 in the same direction as the rotational direction of the flywheel 1.

すなわち、該遊星歯車５は太陽歯車１０の周囲を自転し
ながら公転することになる。That is, the planetary gear 5 revolves around the sun gear 10 while rotating.

従って該遊星歯車５と噛合している内歯歯車１６は太陽
歯車１０とのギヤ比の逆数に相当する回転と、遊星歯車
５の公転回数とを加えた分の回転を生じ、該内歯歯車１
６を保持している内歯歯車支持部材１５を介して、その
増速された回転が出力軸１４に伝達される。Therefore, the internal gear 16 meshing with the planetary gear 5 generates a rotation corresponding to the reciprocal of the gear ratio with the sun gear 10 plus the number of revolutions of the planetary gear 5, and the internal gear 1
The accelerated rotation is transmitted to the output shaft 14 via the internal gear support member 15 holding the internal gear 6 .

次に出力軸１４が回転すると、該出力軸１４に固設され
た回転子部材１７が回転し、第２のフライホイールハウ
ジング２０に固定されている固定子２３の周囲を磁極１
９が回転するため、固定子２３側のコイル２２に誘導起
電力が発生し、これが図示しない例えば船舶においては
船内灯や漁探用の電源として供給される。Next, when the output shaft 14 rotates, the rotor member 17 fixed to the output shaft 14 rotates, and the magnetic pole 1 rotates around the stator 23 fixed to the second flywheel housing 20.
9 rotates, an induced electromotive force is generated in the coil 22 on the stator 23 side, and this is supplied as a power source for an interior light or a fishing search in a ship (not shown), for example.

なお、前記フライホイール１が回動するときは、これに
固設された遊星歯車軸受部材４のリブ状ファン４ｂか゛
回転して、フライホイールハウジング８および゛第２の
フライホイールハウジング２０内部に滞溜した熱を冷却
風通路９ａおよび出力軸貫通口２０ ａを通じて外部に
放出し、フライホイールハウジング内に発生熱が滞溜す
るのを防止する。Note that when the flywheel 1 rotates, the rib-shaped fan 4b of the planetary gear bearing member 4 fixed thereto rotates, causing stagnation inside the flywheel housing 8 and the second flywheel housing 20. The accumulated heat is released to the outside through the cooling air passage 9a and the output shaft through hole 20a, thereby preventing the generated heat from accumulating in the flywheel housing.

第３図は本考案内燃機関の他の実施例であって、第２図
に示した実施例とは逆に、発電機の定格回転数よりも若
干早い経済運転速度を有する内燃機関を、減速して用い
る場合を示しており、その変速機構は概ね第２図に示し
た実施例と同様な遊星歯車列を、その入力側と出力側を
入れ替えた構或となっている。FIG. 3 shows another embodiment of the internal combustion engine of the present invention, in which, contrary to the embodiment shown in FIG. The transmission mechanism has a planetary gear train similar to that of the embodiment shown in FIG. 2, but with its input and output sides switched.

即ち、図において３１はフライホイール１の凹陥部１ａ
の開口側周縁に固着した変速装置３０の一部をなす内歯
歯車であって、クランク軸２およびフライホイール１と
共に、一体的に回転するようになっている。That is, in the figure, 31 is the concave portion 1a of the flywheel 1.
It is an internal gear that forms a part of the transmission 30 fixed to the opening side periphery of the crankshaft 2 and the flywheel 1, and rotates integrally with the crankshaft 2 and the flywheel 1.

そして、一方フライホイール１を囲繞するフライホイー
ルハウジング８に固着された隔壁部材９には太陽歯車３
２を備えた太陽歯支持部材１０が固定されていると共に
、該太陽歯車３２の中心孔には隔壁部材９の中央に嵌着
された軸受１３と、前記フライホイール１の中央に嵌着
された軸受１２とによって回転自在に保持された出力軸
１４が貫挿されている。On the other hand, a sun gear 3 is attached to a partition wall member 9 fixed to a flywheel housing 8 surrounding the flywheel 1.
A sun gear support member 10 having a bearing 2 is fixed thereto, and a bearing 13 fitted in the center of the partition member 9 and a bearing 13 fitted in the center of the flywheel 1 are fixed in the center hole of the sun gear 32. An output shaft 14 rotatably held by a bearing 12 is inserted through the shaft.

出力軸１４は、そのフライホイール１の凹陥部１ａに湾
入した部分から放射状に突出した複数本の遊星歯車支持
腕１４ ａを備えていると共に、該支持腕１４Ｈの先端
部分において遊星歯車３３を遊星歯車軸３４により回動
可能に支持している。The output shaft 14 is provided with a plurality of planetary gear support arms 14a that protrude radially from a portion recessed into the concave portion 1a of the flywheel 1, and a planetary gear 33 is supported at the distal end portion of the support arm 14H. It is rotatably supported by a planetary gear shaft 34.

そして該遊星歯車３３は内方において前記内歯歯車３１
と噛合して、フライホイール１の回転トルクを出力軸１
４に伝達するようになっている。The planetary gear 33 is connected to the internal gear 31 on the inside.
The rotating torque of the flywheel 1 is transferred to the output shaft 1.
4.

また、前記隔壁部材９と第２のフライホイールハウジン
グ２０とで画威される空間内には、第２図に示した実施
例と同様、出力軸１４に固着した、磁極１９を備えた回
転子と、ハウジング２０の内壁に固定した、鉄芯２１お
よびコイル２２を備えた固定子２３とからなる発電機２
４が組み込まれている。Also, in the space defined by the partition wall member 9 and the second flywheel housing 20, a rotor having magnetic poles 19 fixed to the output shaft 14 is provided, as in the embodiment shown in FIG. and a stator 23 having an iron core 21 and a coil 22 fixed to the inner wall of the housing 20.
4 is included.

更に、図中、３５はフライホイール１の凹陥部１ａ周縁
に取付けた放熱フィンであって、該放熱フイン３５はフ
ライホイール１と共に回転するとき前記隔壁部材９に穿
設された冷却風通路９ａおよび第２のフライホイールハ
ウジング２０に開口した出力軸貫通口２０ ａを通じて
、変速装置３０部分ならびに発電機２４部分の熱を外部
に排出するようになっている。Further, in the figure, reference numeral 35 denotes a heat radiation fin attached to the periphery of the concave portion 1a of the flywheel 1, and when the heat radiation fin 35 rotates together with the flywheel 1, the cooling air passage 9a bored in the partition member 9 and Heat from the transmission 30 portion and the generator 24 portion is discharged to the outside through the output shaft through hole 20 a opened in the second flywheel housing 20 .

なお、本実施例は第２図に示した実施例の変速装置の構
或を減速装置として変形したものであって、第２図と同
一符号を付した部材は、夫々同一部材を示している。Note that this embodiment is a modification of the transmission structure of the embodiment shown in FIG. 2 as a speed reduction device, and members with the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same members. .

しかして、叙上の如き構或を備えた内燃機関を駆動させ
た場合は、出力軸２と共にフライホイール１が回転し、
機関の出力トルク、回転速度の安定化がはかれると共に
、フライホイール１に設けた内歯歯車３１の回転が、遊
星歯車３３および該遊星歯車３３を軸着した支持腕１４
ａを介して発電機２４の定格回転速度まで減速し、出力
軸１４に伝達されることにより発電機２４の回転子が回
転を起して固定子２３に誘導起電力が発生し、各種電気
機器の電源として供給される。Therefore, when an internal combustion engine with the above structure is driven, the flywheel 1 rotates together with the output shaft 2.
The output torque and rotational speed of the engine are stabilized, and the rotation of the internal gear 31 provided on the flywheel 1 is controlled by the planetary gear 33 and the support arm 14 on which the planetary gear 33 is pivoted.
The rotational speed of the generator 24 is decelerated to the rated rotational speed via the output shaft 14, which causes the rotor of the generator 24 to rotate and an induced electromotive force to be generated in the stator 23, which causes various electrical equipment to It is supplied as a power source.

なお、変速装置３０の減速比は各歯車のギヤ比によって
決定されるが、この減速比は機関の経済運転速度と、発
電機２４の定格回転速度との比に一致させることが好ま
しく又、これは第２図に示した実施例の変速装置３の増
速比に関しても同様である。Note that the reduction ratio of the transmission 30 is determined by the gear ratio of each gear, and it is preferable that this reduction ratio corresponds to the ratio between the economical operating speed of the engine and the rated rotational speed of the generator 24. The same holds true for the speed increasing ratio of the transmission 3 of the embodiment shown in FIG.

本考案内燃機関は以上述べた如く、機関フライホイール
に遊星歯車式変速装置の入力側を固設し、かつ該変速装
置の出力側に発電機を取付けて、これらをフライホイー
ルを被包するフライホイールハウジング内にコンパクト
に内蔵したもので゛あるから、従来のように機関と別体
に構或された発電機を機関の前後あるいは側方に配設し
、機械的手段により動力伝達を行っていたものに比べ、
２０％程度も装置全体が小型化し、かつ、軽量化し、か
つ、軽量化される効果がある。As described above, in the internal combustion engine of the present invention, the input side of the planetary gear type transmission is fixed to the engine flywheel, the generator is attached to the output side of the transmission, and these are connected to the engine flywheel that encloses the flywheel. Because it is compactly built into the wheel housing, unlike conventional generators, which are constructed separately from the engine, are placed in the front, rear, or side of the engine, and power is transmitted by mechanical means. compared to
This has the effect of making the entire device smaller and lighter by about 20%.

しかも、本考案の内燃機関は機関の出力軸と発電機との
間にコンパクトな遊星歯車式変速装置を組み込むことに
よって構威した発電機の定格回転数と内燃機関の固有経
済運転速度とが一致しない場合でも、変速装置の歯車の
ギヤ比を変化させ、減速比、増速比を両者の要求回転速
度比と一致させるだけで、これらを容易に適合させるこ
とができ、かくして本考案装置は発電機の定格回転速度
に制約されることなく、経済運転速度の異なる＆種内燃
機関の中から希望するものを任意に選択することが可能
であり、機関設計に自由度を与える上で、その実際的効
果は頗る大である。Furthermore, the internal combustion engine of the present invention incorporates a compact planetary gear type transmission between the output shaft of the engine and the generator, so that the rated rotational speed of the generator matches the specific economic operating speed of the internal combustion engine. Even if this is not the case, it is possible to easily match these by simply changing the gear ratio of the gears of the transmission and making the reduction ratio and speed increase ratio match the required rotational speed ratio of both. It is possible to arbitrarily select the desired internal combustion engine from various types of internal combustion engines with different economical operating speeds without being constrained by the rated rotational speed of the engine. The effect is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の内燃機関に設けられる発電機の取付態様
を示す概略図、第２図は本考案内燃機関の一例を示す断
面構造図、第３図は同機関の他の実施例を示す断面構造
図である。 １・・・フライホイール、２・・・機関出力軸、３，３
０・・・遊星歯車式変速装置、８，２０・・・フライホ
イールハウジング、２４・・・発電機。Fig. 1 is a schematic diagram showing how a generator is installed in a conventional internal combustion engine, Fig. 2 is a cross-sectional structural diagram showing an example of the internal combustion engine of the present invention, and Fig. 3 shows another embodiment of the same engine. FIG. 1... Flywheel, 2... Engine output shaft, 3, 3
0... Planetary gear type transmission, 8, 20... Flywheel housing, 24... Generator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 機関フライホイールに固設された遊星歯車式変速装置の
出力側に発電機を取付け、該変速装置及び発電機をフラ
イホイールハウジング内に内蔵せしめたことを特徴とす
る変速装置付発電機一体付設型内燃機関。A generator integrated type with a transmission, characterized in that a generator is attached to the output side of a planetary gear type transmission fixed to the engine flywheel, and the transmission and generator are built into the flywheel housing. Internal combustion engine.