CN1112744A - 车辆用交流发电机 - Google Patents

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Abstract

一种车辆用交流发电机，皮带轮侧的轴承容纳在 机壳的凸出部中，此凸出部及皮带轮侧的轴承被内包 入皮带轮内侧的中空部内。皮带轮的荷重中心和皮 带轮侧的轴承的轴向中心不一致，且封入醚基润滑油 脂。此外，绕于定子上的线圈可用电气角度为2π/3 节距的短节距多相线圈，在皮带轮侧端面近旁所设冷 却风扇的端部和绕在定子上的线圈的端部在轴向位 于大致相同的位置上或者位于偏向非皮带轮一边的 位置上。

Description

本发明涉及车用交流发电机。
近年来，作为一种对于装入车辆发动机室内的副机类的省空间化即小型化以及在车辆燃料费用和加速方向是有利的轻量化的要求，关于车辆用交流发电机缩短轴长的改进被提出来了。
例如，作为已有的结构，有示于特开平5-22897号公报上的车辆用交流发电机。该车辆用交流发电机如在图6中所示，在由一对郎德尔（ランデル）型磁极铁芯6、6’、转轴9及激磁线圈7构成的转子31之前后两端面上设有具有比定子32的内径小的直径的一对通风风扇8、8’，上述转子31用设在皮带轮3一侧的多列轴承10和设在非皮带轮侧的单列轴承11回转自如地支承起来。上述定子32具有定子线圈4及定子铁心5，并由上述皮带轮侧机壳1和上述非皮带轮侧机壳2夹持而同轴地配设在转子31的外周位置。
因而，如图7中所示，上述皮带轮3的荷重中心L3和上述多列轴承10的轴向中心L4一致。此多列轴承10容纳在突出设置在上述皮带轮侧机壳1的前端之凸出部1a中，并用止动件17及螺栓18连结固定到上述皮带轮侧机壳1。上述凸出部1a及上述多列轴承10内包于上述皮轮带3内侧的中空部。上述单列轴承11由上述非皮带轮侧机壳2的凸出部2a保持着。对于以上的结构，皮带轮的荷重中心由于和设在皮带轮侧的多列轴承的轴向中心一致，故多列轴承的耐久性较好。又因设在皮带轮侧的多列轴承内包入皮带轮的内侧中空部，很清楚可缩短车辆用交流发电机的轴长。
可是，对此种结构的轴承荷重的大小用下式求取：
FA＝FP·L1/L2，FB＝FP（L1+L2）/L2
其中，FA：非皮带轮侧轴承荷重
FB：皮带轮侧轴承荷重，
FP：皮带轮荷重
L1：从皮带轮荷重中心位置到皮带轮侧轴承荷重中心的距离，
L2：从皮带轮侧轴承荷重中心到非皮带轮侧轴承荷重中心的距离。
不过，对于揭示于上述特开平5-22897号公报中的车辆用交流发电机，第一，因为皮带轮的荷重中心和设在皮带轮侧的多列轴承的轴向中心一致，几乎皮带轮的重量不会施加在设在非皮带轮侧的单列轴承上。但在高速旋转时，由转子重量不均衡所导致的旋转荷重比单列轴承所能分担的荷重大的情况是存在的。
通常，用铝、铜、树脂等热膨胀不同的材料构成的发电机，为了避免在发电机运转时的温度下由于上述热膨胀不同而锁住轴承，将非皮带轮侧轴承和非皮带轮侧机壳之间的约束力设定在规定值以下。从而，当上述回转荷重比上述单列轴承的分担荷重和上述约束力之和还大时，会发生因该单列轴承的回动（下称蠕动）而造成使该单列轴承和机壳不能转动，使设备蒙受磨耗损伤。
第二，为了将设在皮带轮侧的轴承内包入皮带轮内侧的中空部中，该轴承不得不使用直径小轴向长度长的多列轴承以承担载荷。加之，该轴承和通风风扇在轴向不重叠。从而，该轴承不能充分发挥因内包入皮带轮内而产生的缩短轴向长度的效果。
所以，本发明的目的在于提供解决上述课题、皮带轮侧轴承的耐久性提高、兼有防止非皮带轮侧轴承的蠕动及因轴向长度缩短而小型化的车辆用交流发电机。
为达到以上目的本发明采用如下构成：
本发明提出这样一种车辆用交流发电机，其用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
上述皮带轮的荷重中心和上述皮带轮侧的轴承的轴向中心不一致，且上述皮带轮侧的轴承中封入醚基润滑油脂。
该方案也就是在将容纳于突出在皮带轮侧机壳的前端之凸出部中的皮带轮侧轴承内包入皮带轮之内侧的结构的基础上，变更皮带轮的荷重中心和皮带轮侧轴承的荷重中心之位置关系，以及封入该轴承的润滑脂材料。
根据本发明提出的又一种车辆用交流发电机，其用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，所述发电机具有一对分别装有上述一对轴承的机壳，且具有被内包或挟持在上述一对机壳内的定子，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
在上述定子上绕的线圈为电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈，上述转子的轴向两端面内，在非皮带轮侧端面近旁设冷却风扇，且在皮带轮侧面近旁不设冷却风扇或者设冷却风扇的场合下，该皮带轮侧的冷却风扇的端部和绕在上述定子上的线圈端部位于轴向大致相同的位置上或处于偏向非皮带轮侧的位置上。
该方案也就是在将容纳于突出在皮带轮侧机壳的前端之凸出部中的皮带轮侧轴承内包入皮带轮之内侧的结构基础上，变更定子的线圈方式、及该线圈和转子端部的冷却风扇之间轴向位置的关系。
根据本发明提出的再一种车辆用交流发电机，其用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，所述发动机具有一对分别装有上述一对轴承的机壳，且具有被内包或挟持在上述一对机壳内的定子，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
上述皮带轮的荷重中心和上述皮带轮侧的轴承的轴向中心不一致，且上述皮带轮侧的轴承中封入醚基润滑油脂，同时，在上述定子上绕的线圈为电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈，上述转子的轴向两端面内，在非皮带轮侧端面近旁设冷却风扇，且在皮带轮侧面近旁不设冷却风扇或者设冷却风扇的场合下，该皮带轮侧的冷却风扇的端部和绕在上述定子上的线圈的端部位于轴向大致相同的位置上或处于偏向非皮带轮侧的位置上。
该方案也就是在将容纳于突出在皮带轮侧机壳的前端之凸出部中的皮带轮侧轴承内包入皮带轮之内侧的结构基础上，变更皮带轮的荷重中心和皮带轮侧轴承的荷重中心之位置关系、封入该轴承的润滑脂材质、定子线圈方式、及该线圈和转子端部的冷却风扇之间轴向位置的关系。
根据本发明提出的还一种车辆用交流发电机，其特征是，上述皮带轮侧的轴承是单列球轴承，即，列出了皮带轮侧轴承形式的优选例子。
根据本发明提出的还又一种车辆用交流发电机，其特征是，所述油脂含有尿素增稠剂、有机锑化合物及有机钼化合物的至少一种。即，列出了封入皮带轮侧轴承的润滑脂组成的优选例子。
根据本发明提出的再又一种车辆用交流发电机，其特征是，所述机壳是板材并通过加压成形形成。即，列出了机壳材质的优选例子。
根据本发明的还又一种车辆用交流发电机，其特征是，所述皮带轮侧的轴承通过紧配合装在凸出部内或在所述凸出部中铆接而固定在所述皮带轮侧的机壳中。即，列出了皮带轮侧轴承固定入机壳的方法的优选例子。
在本发明的第一个技术方案中，由于将容纳于突出在皮带轮侧机壳的前端之凸出部中的皮带轮侧轴承内包入皮带轮之内侧，故皮带轮和皮带轮侧轴承在轴向有重叠而轴向长度缩短。此外，因为皮带轮的荷重中心和皮带轮侧轴承的荷重中心的位置关系不一致，比起一致的场合来说皮带轮侧轴承荷重和非皮带轮侧轴承荷重两方都增加了，但是，尽管该皮带轮侧轴承的分担荷重增加，因使用至少含有醚基油的油脂润滑之故，在发电机运转时的高温度下伴随在内外圈滚动面和转动体之间的滑移所出现的过大切线方向的力减小了。因此，由于提高了皮带轮侧轴承的耐久性之后的该轴承的小型化而可以更进一步实现缩短轴向长度的效果。非皮带轮侧轴承的分担荷重的增加以使非皮带轮侧轴承的分担荷重比引起蠕动的回转荷重大这样来设定。从而，可使本发明的发电机达到皮带轮侧轴承的耐久性、防止非皮带轮侧轴承的蠕动、及由于轴向长度缩短所致的小型化。
在本发明的第二个技术方案，由于将容纳于突出在皮带轮侧机壳的前端之凸出部中的皮带轮侧轴承内包入皮带轮之内侧，故皮带轮和皮带轮侧轴承在轴向有重叠而轴向长度缩短。此外，由于在定子上装绕电气角2π/3节距的短节距多相线圈，该线圈从定子铁心的轴向突出量减少，且电阻也降低，这使得定子发热量减少，减低了发电机的运转温度之后也能减少定子的必要冷却风量。由于发电机运转温度减低，因防止热膨胀发生所要求的轴承和机壳间的间隙减少，转子的回转支承可成为高精度的。由此，也可减低引起蠕动的回转荷重。因为定子必要冷却风量的减低，对应着突出于上述轴向的定子线圈的冷却风扇之轴向长度也能缩短。从而，可达到皮带轮侧轴承的耐久性、防止非皮带轮侧轴承的蠕动、以及由于轴向长度缩短而带来的小型化。
在本发明的第三个技术方案中，因将上述技术方案的特征合在一起之故，所以有同样的作用、效果。
在本发明的其它技术方案中，由于用单列球轴承作为皮带轮侧轴承，扩大了通用尺寸的选择范围，根据在发动机处的副机配置等确定的多种样的皮带轮荷重，可达到相对于前述技术方案更为低的价格并且可以更为小型化。
在本发明的其它技术方案中，由于在皮带轮侧轴承的润滑油脂中含有尿素增稠剂、有机锑化合物和有机钼化合物中至少一种，该添加物和内外圈滚动面及转动体表面直接作用，故可以形成使切线方向的力减低的化合物被膜，而达到相对于上述技术方案更高的皮带轮侧轴承的耐久性。
在本发明的其它技术方案中，由于使用压成形板材于皮带轮侧机壳，该机壳的厚度及加工费可以减低，可达到相对于较前述技术方案更加低的价格并且可以更加小型化。
在本发明的其它技术方案中，由于将皮带轮侧轴承压入皮带轮侧机壳或铆接固定在该机壳中，故可废除固定部件，达到相对于前述技术方案更为低的价格且可以更加小型化。
以下结合附图对本发明进行详细描述。
图1是表示按照本发明的车辆用交流发电机的第一实施例的断面图。
图2是表示按照本发明的车辆用交流发电机的第二实施例的断面图。
图3是表示按照本发明的车辆有交流发电机的第三实施例的断面图。
图4是本发明实施例效果的补充说明图。
图5是按照本发明第二和第三实施例的缩短轴向长度效果的补充说明图。
图6是表示已有技术的断面图。
图7是按照已有技术的轴承和皮带轮的详细图。
图中符号说明：
1：皮带轮侧机壳
2：非皮带轮侧机壳
3：皮带轮
4：定子线圈
5：定子铁心
6：磁极铁心
7：激磁线圈
8、8’：冷却用风扇
9：转轴
10：皮带轮轴承
11：非皮带轮侧轴承
12：皮带轮锁紧螺母
13：双头螺杆
14：螺母
15：电刷装置
16：整流装置
31：转子
32：定子
根据图1-5说明本发明的实施例。
图1是表示按照本发明的车辆用交流发电机的第一实施例的断面图。发电机外廓由一对铝模压铸制成的皮带轮侧机壳1和非皮带轮侧机壳2构成，它们用多个双头螺栓13及螺母14连结起来。上述皮带轮侧机壳1上设有进风口HIb，出风口HOd。上述非皮带轮侧机壳2上设有进风口HIa、HIc及出风口HOa、HOb、HOc。而且，为了回转自如地支承轴承9，在上述皮带轮侧机壳1中把皮带轮侧单列球轴承10，及在上述非皮带轮侧机壳2中把非皮带轮侧单列球轴承11，以铆接及压入方式分别固定入凸出部1a、2a中。在上述皮带轮侧单列球轴承10及非皮带轮侧单列球轴承11中封入含有醚基油、尿素增稠剂、有机锑化合物、以及有机钼化合物的润滑脂10a、11a。将绕装有激磁线圈7的郎德尔型磁极铁心（激磁铁心）6压在上述转轴9上构成转子31，该磁极铁心6的皮带轮侧端面及非皮带轮侧端面上分别通过焊接固定冷却风扇8及8’，利用上述转子31的旋转而产生冷却风W。
在皮带轮侧机壳1的内周面上，压入有固定围着磁极铁心6、绕有定子线圈4的定子铁心（电枢铁心）5以构成定子32。在上述非皮带轮侧机壳2内部容纳有整流装置16、电刷装置15及电压调整器（图示未表示）等的电气部件。上述皮带轮侧单列球轴承10的内圈内装配孔及上述非皮带轮侧单列球轴承11的内圈内装配孔内压入固定上述转轴9，该皮带轮侧单列球轴承10被铆接固定在突出设在上述皮带轮侧机壳1的前端的上述凸出部1a的内侧，同时，该凸出部1a外侧自由回转地插入皮带轮3中。所以，上述皮带轮3的内侧端面压接在上述皮带轮侧单列球轴承10的内圈端面上，且皮带轮3用皮带轮锁紧螺母12紧固固定在上述转轴9上，皮带轮部分尺寸L3和轴承部分尺寸L4不一致，相差尺寸L1。因此，上述皮带轮和上述皮带轮侧单列球轴承在轴向上有重叠（即该轴承内包在该皮带轮内），构成皮带轮荷重中心和皮带轮侧单列球轴承的轴向中心不一致的发电机。
根据以上构成，虽然皮带轮侧轴承10的所分担的荷重增加了，因使用含有醚基油的脂润滑的原因，故可以减轻在发电机运转时的高温度下伴随在内外圈的滚动面和转动体之间的滑动而产生的过大的切线方向的力。因此，因提高了皮带轮侧轴承的耐久性，在该轴承的小型化方向能够使其在轴向方向的长度得以缩短。此外，非皮带轮侧轴承11的分担荷重增加比引起蠕动的回转荷重大，故可以防止蠕动。从而，达到了皮带轮侧轴承的耐久性、防止非皮带轮侧轴承的蠕动、以及因轴向长度缩短而小型化的目的。
图2是表示按本发明的车辆用交流发电机的第二实施例的断面图。第二实施例是在第一实施例构成之上将图5（b）所示电气角2π/3节距的短节距多相线圈4绕在上述定子32上。此短节距多相线圈4绕成集中线包。而且，冷却风扇部分尺寸L5比定子线圈部分尺寸L6也小。因此，构成上述皮带轮侧冷却风扇的端部在皮带轮侧的位置比起上述电气角2π/3节距的短节距多相线圈4的位置更朝向非皮带轮一边的发电机。
根据此构成，线圈的相间没有搭叠，线圈4轴向从定子铁心5的突出量减少，且线圈总长减少电阻也减少。这种结构使得定子发热量减少，减低了发电机运转温度从而减低了定子必要的冷却风量。因为发电机的运转温度减低，因防止热膨胀发生而要求的轴承11和凸出部2a之间的间隙减低，因而转子回转支承成为高精度支承，可以减低引起蠕动的回转荷重，同时可以防止轴承10、11中的油脂的热老化。此外，由于定子5的必要风量减低，可以缩短对应着突出于轴向的定子线圈的冷却风扇8的轴向长度。从而，可以达到皮带轮侧轴承10的耐外性、防止非皮带轮侧轴承11的蠕动、以及因缩短轴向长度而小型化的目的。
图3是表示按本发明的车辆用交流发电机的第三实施例。第三实施例和第二实施例的构成基本上同样，只在不设上述皮带轮侧的冷却风扇8这点上不同。由此，冷却性可以确保，比第二实施例更加减少部件数目。
图4是上述第一和第二实施例相对已有技术的效果之补充说明，（a）表示发电机轴向长度及轴承间距离L2，（b）表示定子温升值，（c）表示皮带轮侧轴承的寿命。即，第一及第二实施例对于上述已有技术如（c）所示保有同样的乃至高于它的轴承寿命，如（a）所示，因缩短轴承间距离之故，缩短了发电机全工。特别是对上述第二实施例，发电机的运行温度也减低了。
图5表示上述实施例二及三的上述电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈4的轴向长度缩短的效果。在其（b）中表示的电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈4相对于示于（a）的已有技术的全节矩多相线圈没有各多相线圈的重叠，突出于定子铁心5的轴向线圈长度L6＜L6’，故长度缩短了。
本发明不限制在上述实施例，也可以取代铝的模压铸面用铁板等板材压力成形和用铁块加工形成皮带轮侧机壳1及非皮带轮侧机壳2。

Claims (7)

1、车辆用交流发电机，用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
上述皮带轮的荷重中心和上述皮带轮侧的轴承的轴向中心不一致，且上述皮带轮侧的轴承中封入醚基润滑油脂。
2、车辆用交流发电机，用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，所述发电机具有一对分别装有上述一对轴承的机壳，且具有被内包或挟持在上述一对机壳内的定子，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
在上述定子上绕的线圈为电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈，上述转子的轴向两端面内，在非皮带轮侧端面近旁设冷却风扇，且在皮带轮侧面近旁不设冷却风扇或者设冷却风扇的场合下，该皮带轮侧的冷却风扇的端部和绕在上述定子上的线圈端部位于轴向大致相同的位置上或处于偏向非皮带轮侧的位置上。
3、车辆用交流发电机，用一对轴承支承转子的两端，经装在转子上的皮带轮被发动机驱动，所述发动机具有一对分别装有上述一对轴承的机壳，且具有被内包或挟持在上述一对机壳内的定子，上述的一对轴承中，皮带轮侧的轴承被容纳在突出设置的皮带轮侧机壳的前端的凸出部内，上述凸出部及上述皮带轮侧的轴承被内包入上述皮带轮的内侧的中空部中，其特征是，
上述皮带轮的荷重中心和上述皮带轮侧的轴承的轴向中心不一致，且上述皮带轮侧的轴承中封入醚基润滑油脂，同时，在上述定子上绕的线圈为电气角度为2π/3节距的短节距多相线圈，上述转子的轴向两端面内，在非皮带轮侧端面近旁设冷却风扇，且在皮带轮侧面近旁不设冷却风扇或者设冷却风扇的场合下，该皮带轮侧的冷却风扇的端部和绕在上述定子上的线圈的端部位于轴向大致相同的位置上或处于偏向非皮带轮侧的位置上。
4、根据权利要求1或3的车辆用交流发电机，其特征是，上述皮带轮侧的轴承是单列球轴承。
5、根据权利要求1、3或4中任一个的车辆用交流发电机，其特征是，所述油脂含有尿素增稠剂、有机锑化合物及有机钼化合物的至少一种。
6、根据权利要求1至5中任一个的车辆用交流发电机，其特征是，所述机壳是板材并通过加压成形形成。
7、根据权利要求1至6中任一个的车辆用交流发电机，其特征是，所述皮带轮侧的轴承通过紧配合装在凸出部内或在所述凸出部中铆接而固定在所述皮带轮侧的机壳中。
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