JP6045267B2

JP6045267B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP6045267B2
Application number: JP2012206479A
Authority: JP
Inventors: 和芳大西
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: US20140077644A1; JP2014064342A

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来から、軸受外輪のクリープ防止のために、ハウジングに形成された軸受収納部と軸受との間に、円筒部材（樹脂ケース）を設けた車両用交流発電機が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。この車両用交流発電機では、円筒部材の形状を完全な円筒ではなく、内周面の一部を平面としている。

発明推進協会公開技報公技番号２０１２−５０３０１８号

ところで、非特許文献１に開示された車両用交流発電機に備わっている円筒部材は、外周面のほとんどが軸受収納部の内周面と接触しており接触面積が大きい。このため、円筒部材を軸受収納部に圧入する際の荷重が大きくなり、円筒部材が破損するおそれがあるという問題があった。

また、円筒部材の内周面に形成された平面部と軸受外輪の外周面とが局部的に接触してこの接触部分において応力が集中するため、軸受外輪の転動体軌道が局部変形し、回転時の転動体の動きが不安定となり、軸受内部の転動体の保持器の破損などを誘発して、最終的に軸受の寿命低下をまねくという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、軸受と軸受収納部との間に設けられた円筒部材の破損を防止することができ、軸受の外輪に作用する部分的な応力集中を低減して軸受の長寿命化を図ることができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転子、固定子、フレーム、軸受収納部、樹脂製円筒部材を備えている。固定子は、回転子と対向配置されている。フレームは、回転子と固定子とを保持する。軸受収納部は、フレームに設けられ、回転子を回転可能に支持する軸受を収納する。樹脂製円筒部材は、軸受と軸受収納部との間に配置され、内周面が単純円筒形状を有し、外周面の一部に肉厚部を有する。また、肉厚部の厚みは、軸受収納部と軸受との間の隙間よりも大きく、樹脂製円筒部材の内径側に軸受が圧入されているとともに、樹脂製円筒部材が軸受収納部に圧入されている。また、肉厚部は、内部に空間を有している。

樹脂製円筒部材の外周面の一部に肉厚部、すなわち凸形状を設けることにより、この外周面と軸受収納部の内周面との間の接触面積を低減することができる。これにより、樹脂製円筒部材を軸受収納部に圧入する際の荷重を小さくして樹脂製円筒部材が破損することを防止することができる。また、樹脂製円筒部材の内周面を単純円筒形状とすることにより、軸受外輪の全体に作用する荷重を均一化することができ、軸受の長寿命化が可能となる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。樹脂製円筒部材の外観斜視図である。樹脂製円筒部材の平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。変形例の樹脂製円筒部材の拡大断面図である。他の変形例の樹脂製円筒部材の拡大断面図である。変形例の樹脂製円筒部材の平面図である。他の変形例の樹脂製円筒部材の部分的な平面図である。他の変形例の樹脂製円筒部材の部分的な平面図である。他の変形例の樹脂製円筒部材の平面図である。他の変形例の樹脂製円筒部材の平面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。固定子２は、回転子３と対向配置されている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが複数の磁極爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。この回転子３は、ベルトにより駆動されるプーリ８と一体で回転する。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。整流装置５は、例えば三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電圧に変換する。

フレーム６は、固定子２および回転子３を保持しており、一対の軸受１０、１１を用いて回転子３が回転軸３３を中心に回転可能に支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５およびＩＣレギュレータ１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

次に、軸受１０、１１の周辺構造について説明する。図１に示すように、反プーリ側のフレーム６は、軸受１０を収納する軸受収納部６３を有している。この軸受収納部６３は、フレーム６に一体化しており、フレーム６をアルミダイカストで製造する場合を想定すると、フレーム６の製造時にその一部として同時に軸受収納部６３が形成される。

本実施形態では、軸受１０と軸受収納部６３との間に樹脂ケースとしての樹脂製円筒部材１３が配置されている。例えば、樹脂製円筒部材１３の内径側に軸受１０が圧入されて一体となり、さらに、これら一体となった軸受１０と樹脂製円筒部材１３の全体が軸受収納部６３に圧入されて収納される。なお、先に樹脂製円筒部材１３を軸受収納部６３に圧入し、次に、樹脂製円筒部材１３の内径側に軸受１０を圧入するようにしてもよい。これらの組み付け方法については、後述する軸受１１についても同じである。この樹脂製円筒部材１３を、主に鉄系の材質で形成される軸受１０の外輪とアルミ材料で形成される軸受収納部６３と間に配置することにより、これらの熱膨張係数の違いにより生じる軸受１０のクリープを防止することができる。

図２および図３に示すように、樹脂製円筒部材１３は、内周面１３Ａが単純円筒形状を有し、外周面１３Ｂの一部に肉厚部１３Ｃを有する。肉厚部１３Ｃを除く外周面１３Ｂは単純円筒形状を有しており、その一部を外径側に突出させた凸形状とすることにより肉厚部１３Ｃが形成されている。この肉厚部１３Ｃの厚みは、樹脂製円筒部材１３を軸受収納部６３内に配置した際に生じる軸受収納部６３と軸受１０との間の隙間よりも大きい。すなわち、軸受収納部６３内に樹脂製円筒部材１３を配置した際に肉厚部１３Ｃが軸受収納部６３に対して締め代を有するように肉厚部１３Ｃの所定の厚みが設定されている。なお、肉厚部１３Ｃ以外の外周面１３Ｂについては、軸受収納部６３に対して締め代を持たせる場合と持たせない場合の両方が考えられる。

同様に、プーリ側のフレーム６は、軸受１１を収納する軸受収納部６４を有している。この軸受収納部６４は、フレーム６に一体化しており、フレーム６をアルミダイカストで製造する場合を想定すると、フレーム６の製造時にその一部として同時に軸受収納部６４が形成される。

軸受１１と軸受収納部６４との間に樹脂製円筒部材１４が配置されている。樹脂製円筒部材１４は、内周面１４Ａが単純円筒形状を有し、外周面１４Ｂの一部に肉厚部１４Ｃを有する。肉厚部１４Ｃを除く外周面１４Ｂは単純円筒形状を有しており、その一部を外径側に突出させた凸形状とすることにより肉厚部１４Ｃが形成されている。この肉厚部１４Ｃの厚みは、樹脂製円筒部材１４を軸受収納部６４内に配置した際に生じる軸受収納部６４と軸受１１との間の隙間よりも大きい。すなわち、軸受収納部６４内に樹脂製円筒部材１４を配置した際に肉厚部１４Ｃが軸受収納部６４に対して締め代を有するように肉厚部１４Ｃの厚みが設定されている。

ところで、肉厚部１３Ｃの所定の厚みは、図４に示すように、樹脂製円筒部材１３の軸方向に沿った全域について一定とする場合の他に、図５に示すように、肉厚部１３Ｃの挿入側外径φＣを反挿入側外径φＢよりも小さくしてもよい。これにより、樹脂製円筒部材１３を軸受収納部６３に挿入する際に肉厚部１３Ｃを通して樹脂製円筒部材１３の外周面１３Ｂに作用する荷重を挿入の進行とともに徐々に大きくすることができるため、組み付け時における樹脂製円筒部材１３の破損を確実に防止することができる。樹脂製円筒部材１４についても同様である。

また、樹脂製円筒部材１３の内周面１３Ａは、図４に示すように、全体が同じ内径を有するようにしたが、図６に示すように、内周面１３Ａの軸受挿入側内径φＥ（軸受１０の外輪外径φＡより大きい）を反軸受挿入側内径φＤ（軸受１０の外輪外径φＡより小さい）よりも大きくしてもよい。軸受１０の外輪の外径をφＡとすると、φＥ＞φＡ＞φＤの関係を有する。これにより、軸受１０を樹脂製円筒部材１３に挿入する際の位置合わせが容易となる。樹脂製円筒部材１４についても同様である。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、樹脂製円筒部材１３、１４の外周面１３Ｂ、１４Ｂの一部に肉厚部１３Ｃ、１４Ｃを設けることにより、この外周面１３Ｂ、１４Ｂと軸受収納部６３、６４の内周面との間の接触面積を低減することができる。これにより、樹脂製円筒部材１３、１４を軸受収納部６３、６４に圧入する際の荷重を小さくして樹脂製円筒部材１３、１４が破損することを防止することができる。また、樹脂製円筒部材１３、１４の内周面１３Ａ、１４Ａを単純円筒形状とすることにより、軸受１０、１１の外輪全体に作用する荷重を均一化することができ、軸受１０、１１の長寿命化が可能となる。

また、肉厚部１３Ｃ、１４Ｃの厚みが、軸受収納部６４、６４と軸受１０、１１との間の隙間よりも大きいため、軸受１０、１１と軸受収納部６３、６４との間に樹脂製円筒部材１３、１４を確実に挟み込んだ状態で組み付けることが可能になり、軸受収納部６３、６４内で軸受１０、１１の外輪がクリープすることを確実に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、肉厚部１３Ｃと隣接する外周面１３Ｂとの境界部分に段差を設けたが、図７に示すように、段差がないように次第に外径を変化させるテーパ状にしてもよい。肉厚部１４Ｃについても同様である。

また、上述した実施形態では、肉厚部１３Ｃを中実の構造としたが、図８に示すように、肉厚部１３の内部に空間（隙間）１３Ｄを形成するようにしてもよい。また、この空間は、図９に示すように、樹脂製円筒部材１３の外周面１３Ｂにおいて外部空間と連通して開放するようにしてもよい。図８や図９に示す肉厚部１３Ｃの構造を採用することにより、樹脂製円筒部材１３を軸受収納部６３に圧入する際の荷重をさらに小さくして樹脂製円筒部材１３が破損することをさらに防止することができる。肉厚部１４Ｃについても同様である。また、図８や図９では、図７に示した肉厚部１３Ｃの内部に空間１３Ｄを形成したが、図３に示した形状の肉厚部１３Ｃの内部に空間１３Ｄを形成してもよい。

また、上述した実施形態では、軸受１０と軸受収納部６３の間に樹脂製円筒部材１３を配置し、軸受１１と軸受収納部６４の間に樹脂製円筒部材１４を配置したが、樹脂製円筒部材１３のみを配置してもよい。なぜなら、樹脂製円筒部材１４については、ベルトテンションが加わるプーリ８に近いので、軸受１１に加わる径方向荷重が大きく、軸受１１の外輪がクリープしにくいためである。この場合には、軸受収納部６４に軸受１１の外輪を直接圧入すればよい。

また、図１０や図１１に示すように、肉厚部１３Ｃは周方向に複数箇所設けるようにしてもよい。この場合には、周方向に等間隔に複数の肉厚部１３Ｃを配置することが望ましい。複数箇所に肉厚部１３Ｃを設けることにより、軸受１０を軸受収納部６３に組み付ける際に回転中心軸ずれを防止し、精度よく組み付けることができ、軸受１０の寿命向上に寄与することができる。肉厚部１４Ｃについても同様である。

上述したように、本発明によれば、樹脂製円筒部材の外周面の一部に肉厚部を設けることにより、この外周面と軸受収納部の内周面との間の接触面積を低減することができ、樹脂製円筒部材を軸受収納部に圧入する際の荷重を小さくして樹脂製円筒部材が破損することを防止することができる。

２固定子
３回転子
６フレーム
１０、１１軸受
１３、１４樹脂製円筒部材
１３Ａ、１４Ａ内周面
１３Ｂ、１４Ｂ外周面
１３Ｃ、１４Ｃ肉厚部
１３Ｄ空間
６３、６４軸受収納部

Claims

ベルトにより駆動されるプーリと一体で回転する回転子（３）と、
前記回転子と対向配置された固定子（２）と、
前記回転子と前記固定子とを保持するフレーム（６）と、
前記フレームに設けられ、前記回転子を回転可能に支持する一対の軸受（１０、１１）を収納する軸受収納部（６３、６４）と、
少なくとも反プーリ側の前記軸受と前記軸受収納部との間に配置され、内周面（１３Ａ、１４Ａ）が単純円筒形状を有し、外周面（１３Ｂ、１４Ｂ）の一部に肉厚部（１３Ｃ、１４Ｃ）を有する樹脂製円筒部材（１３、１４）と、
を備え、前記肉厚部の厚みは、前記軸受収納部と前記軸受との間の隙間よりも大きく、
前記樹脂製円筒部材の内径側に前記軸受が圧入されているとともに、前記樹脂製円筒部材が前記軸受収納部に圧入されており、
前記肉厚部は、内部に空間（１３Ｄ）を有することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記空間は、前記樹脂製円筒部材の外周面において外部空間に開放していることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１または２において、
前記肉厚部は、周方向に複数箇所設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項３において、
複数の前記肉厚部は、周方向に等間隔に設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記樹脂製円筒部材は、前記肉厚部の挿入側外径が反挿入側外径よりも小さいことを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１〜５のいずれか一項において、
前記樹脂製円筒部材は、内周面の軸受挿入側内径が反軸受挿入側内径よりも大きいことを特徴とする車両用交流発電機。