JP2007228689A

JP2007228689A - 車両用交流発電機の駆動方法

Info

Publication number: JP2007228689A
Application number: JP2006045364A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogi; 博行小木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06
Also published as: US20070194655A1

Abstract

【課題】コストの増大や組付作業性の悪化を防止することができる車両用交流発電機の駆動方法を提供すること。
【解決手段】原動機から駆動力が伝達される駆動軸１１に取り付けられた原動機側連結部材としてのカプラ１１０と、車両用交流発電機１のシャフト２０に取り付けられた発電機側連結部材としてのヨークプーリ９とを備え、カプラ１１０とヨークプーリ９とを連結することにより、原動機からの駆動力を駆動軸１１を介して車両用交流発電機１に伝達する。カプラ１１０とヨークプーリ９をそれぞれの中心軸の偏倚量が常に０にならないように配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等に搭載された車両用交流発電機の駆動方法に関し、特に原動機とヨークプーリ等のカップリングで軸結合して駆動する車両用交流発電機の駆動方法に関する。

車両用交流発電機（オルタネータ）は、原動機から動力を得て発電を行い、バッテリへの充電を行うとともに、原動機の点火、車内外照明、車内空調、音響機器、その他の各種電装品へ電源供給を行うものである。近年、自動車の快適性向上のためのデバイスや、排出ガス規制に代表される各種法規制へ対応するためのデバイスのエンジンへの装着・エンジンルーム内への配置が増加傾向にある。一方、衝突安全性を確保する手段としてエンジンルーム内には、衝撃を吸収するために、ある一定の空間を確保するよう設計される傾向がある。その結果、エンジンルーム内の機器は、集積度を高めて配置・装着することになる。エンジンへ装着される補機も例外ではなく、とりわけオルタネータは他の補機に対して比較的小さいこと、エンジン・ボディとの接続配線はフレキシブルなワイヤ類であることから、他の補機類に対して比較的配置の自由度は高いと考えられる。従って、エンジンルームの奥まった隙間へオルタネータを装着して、軸駆動で使用する場合がある。しかしながら、この駆動方式において、エンジン側駆動軸とオルタネータ軸とは一般的には同軸になるように配設されるため、オルタネータのロータを回転自在に支承しているベアリングのラジアル荷重が極端に小さくなる。その結果、オルタネータ使用中に、ベアリングの転動体滑りに伴う転走面の油膜切れからベアリング焼き付き故障に至る場合や、ハウジング側ベアリング保持部とベアリング外輪との間でクリープが発生し、ベアリング保持部が磨耗するなどの弊害が起きる。転動体滑り対策としては、ベアリングの外輪を局部的にわずかに変形させて、外輪または内輪が１回転する間に複数個の隙間狭小部を設け、ボールがその隙間狭小部を通過する際に転動体自身の自転を喚起する構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ベアリング保持部のクリープ磨耗対策としては、ベアリングの外輪に設けた溝へ、樹脂やバネといった弾性体を具備し、ベアリング外輪と保持部間で弾性体の突っ張りによる係止作用で、ベアリング外輪の回転を抑止して、クリープ磨耗を防止する構造が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１―２７２４６号公報（第２−５頁、図１−８）特開平１１―２９４４６９号公報（第２−３頁、図１−６）

ところで、特許文献１に開示された構造では、ベアリングの焼き付き防止のためにベアリングの内輪または外輪の変形度合、即ち狭小隙間を適切な値に保持するために、各部品の出来栄えを相当精度よく管理する必要があり、その加工の難しさも相まってベアリングのコストが大幅に増大するという問題があった。また、狭小隙間は当然ながらベアリング温度変化によって遷移するので、外部要因（使用温度や発電量、回転数など）によって時々刻々温度が変化するオルタネータでは十分な効果が期待できないことになる。

また、特許文献２に開示された構造では、ベアリングのクリープ防止のためにベアリングの構造が複雑になり、ベアリング自体が高価なうえ、製品組立の際には外輪に装着した弾性体が障害となって、保持部へのベアリング挿入の作業性が大幅に悪化し、組立工数増加を招き、ひいてはコスト上昇の要因となる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、ベアリングの焼き付きやクリープ発生を防止するとともにコストの増大や組付作業性の悪化を防止することができる車両用交流発電機の駆動方法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の駆動方法は、原動機から駆動力が伝達される駆動軸に取り付けられた原動機側連結部材と、車両用交流発電機の回転軸に取り付けられた発電機側連結部材とを備え、原動機側連結部材と発電機側連結部材とを連結することにより、原動機からの駆動力を駆動軸を介して車両用交流発電機に伝達するものであり、原動機側連結部材と発電機側連結部材をそれぞれの中心軸の偏倚量が常に０にならないように配置している。具体的には、上述した原動機側連結部材および発電機側連結部材の少なくとも一方には、それぞれの中心軸の偏倚に伴って変形する弾性体が含まれており、弾性体の変形によって生じるラジアル荷重が発電機側連結部材を介して回転軸を回転可能に保持するベアリングに印加されることが望ましい。これにより、車両用交流発電機の回転軸を回転可能に保持するベアリングに一方向のラジアル荷重を印加することが可能になり、回転時にベアリングに印加される荷重が０になることを防止することができ、ベアリングの焼き付きやクリープの発生を防止することが可能になる。また、ベアリングの加工精度を特に向上させる必要がなく、外輪に弾性体を装着する必要もないため、製造コストの増大や組付作業性が悪化することもない。

また、上述した原動機側連結部材と発電機側連結部材のそれぞれの中心軸の偏倚量は、ベアリングに変動荷重が印加されたときに、この変動荷重とラジアル荷重を合成した荷重が一方向からベアリングに印加される値に設定されることが望ましい。使用する弾性体の特性等を考慮して偏倚量をこのように設定することにより、ベアリングに印加される荷重が常に０にならないようにすることができ、ベアリングの焼き付き、クリープ発生、製造コスト増大および組付作業性悪化を確実に防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機（以後「オルタネータ」と称す）について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分断面図であり、一例として冷却ファンを内蔵するオルタネータの構造が示されている。図１に示すオルタネータ１は、ロータ２、ステータ３、ブラシ装置４、整流装置５、ＩＣレギュレータ６、ドライブフレーム７、リアフレーム８、ヨークプーリ９、リアカバー１０等を含んで構成される。ロータ２のシャフト（回転軸）２１は、両端近傍に配置されたベアリング２２、２３によって回転可能に支持されている。

図２は、駆動軸１１とオルタネータ１側のヨークプーリ９との結合状態を示す断面図である。ヨークプーリ９は、ロータ２のシャフト２１にナット２０を用いて締め付け固定される第１の筒部９０と、駆動軸１１の先端に設けられたカプラ１１０の内周側に嵌合する第２の筒部９２と、第１および第２の筒部９０、９２の間を連結するラバー等で形成された環状の弾性体９１とによって構成されている。ヨークプーリ９が発電機側連結部材に、カプラ１１０が原動機側連結部材にそれぞれ対応する。

本実施形態では、カプラ１１０の回転中心（駆動軸１１）とヨークプーリ９の回転中心（シャフト２１の中心軸）は、所定量δ（δ＞０）だけ偏倚して組み立てられている。このため、ヨークプーリ９に具備された弾性体９１は、図２に示すａ部では圧縮、ｂ部では引張状態となり、弾性体９１の特性によって得られる反発力ｆがヨークプーリ９へ印加されている。

図３は、弾性体を含まない従来構造のヨークプーリを用いた駆動軸１１とヨークプーリ９’との結合状態を示す断面図である。図３に示すように、従来の軸駆動方式においては、駆動軸１１側のカプラ１１０とヨークプーリ９’の先端フランジ９８との偏倚量δが０になるように組み付けられており、当然ながら、ヨークプーリ９’へはラジアル方向の外力ｆは印加されていない。

図４は、従来の一般的なオルタネータの駆動方式であるベルトを用いた駆動状態を示す図である。ベルトを用いた従来の駆動方式は、ベルト１２が所定のベルトテンションＴを保った状態で、図示しないクランクプーリやアイドラー、その他の機器等と連動するようにＶプーリ１３へ掛けられている。このベルト１２によってＶプーリ１３へは荷重ｆが図示のように加わり、この荷重ｆによって発生する一方向の荷重が、シャフト２１を介して第一ベアリング２２、第二ベアリング２３へ伝達、印加されている。

図５は、オルタネータに備わった２つのベアリング２２、２３に印加される荷重を模式的に示す図であり、ヨークプーリ９を用いた本実施形態の軸駆動方式と図３に示した偏倚量δを０にした従来の軸駆動方式や図４に示した従来のベルト駆動方式との違いが示されている。図５の上段には各ベアリングに印加される静荷重Ｐｓが、中段には変動荷重Ｐｆが、下段には静荷重Ｐｓと変動荷重Ｐｆとを合成した総動荷重Ｐｏがそれぞれ示されている。

各ベアリング２２、２３に印加される静荷重Ｐｓは、ヨークプーリ等に加わる外力ｆに依存し、ベルト駆動方式と軸駆動方式とでは図５の上段に示すような傾向を示す。すなわち、ベルト駆動方式は最も高い静荷重を示し、従来の軸駆動方式では偏倚量δが０であるから静荷重Ｐｓは０となり、本実施形態による軸駆動方式（δ＞０）における静荷重はそれぞれの中間値に設定してある。また、ロータ２によって生じる変動荷重Ｐｆは、ロータ２の質量（ｍ）に加わる振動（ｇ）で決まるＰ１と、ロータ２の回転アンバランス量によって回転数に依存して増減する荷重Ｐ２とで決まり、例えば図５の中段に示すように変動する。

ベアリング２２、２３に加わる総動荷重Ｐｏは、静荷重Ｐｓと変動荷重Ｐｆとの合成となり、図５の下段のように表される。すなわち、ベルト駆動方式では、常に一定方向の総動荷重Ｐｏが確保できるのに対して、従来の軸駆動方式では変動荷重Ｐｆの影響を受け、ある瞬間ｔでは、ベアリング荷重が０になったり、荷重の向きが逆転したりすることになる。したがって、第一ベアリング２２、第二ベアリング２３ともに適正なラジアル荷重が保持されず、第一ベアリング２２内の転動体滑りに伴うグリース切れによる焼き付き発生や、第二ベアリング２３の荷重方向が回転変化することに伴うリア側ベアリング保持部８１のクリープ磨耗が懸念される。

しかし、本実施形態の軸駆動方式であれば、変動荷重Ｐｆを打ち消す以上の静荷重Ｐｓを付与しているので、総動荷重Ｐｏは、ベルト駆動方式と同様に常に一定方向の値を維持することができ、前述の懸念点であるボール滑りに伴うグリース切れに起因する早期の焼き付きや、ベアリング保持部８１のクリープ磨耗といった現象を防止することができる。

図６は、ダンパー用ラバーの反発力特性を示す図である。この特性に従い、このダンパー用ラバーを用いたヨークプーリ９を、図６に示す偏倚量δ設定範囲で使用することにより、弾性体９１の反発力ｆは、ヨークプーリ９、シャフト２１を介して、第一ベアリング２２および第二ベアリング２３へ伝達、印加されて、第一ベアリング２２と第二ベアリング２３に対して常に０にならない適正なラジアル荷重を付与することが可能となる。

このように、本実施形態のオルタネータ１の駆動方法では、オルタネータ１のシャフト２１を回転可能に保持するベアリング２２、２３に一方向のラジアル荷重を印加することが可能になり、回転時にベアリング２２、２３に印加される荷重（総動荷重）が０になることを防止することができ、ベアリング２２、２３の焼き付きやベアリング保持部８１のクリープの発生を防止することが可能になる。また、ベアリング２２、２３の加工精度を特に向上させる必要がなく、外輪に弾性体を装着する必要もないため、製造コストの増大や組付作業性が悪化することもない。

また、偏倚量δを、ベアリング２２、２３に変動荷重が印加されたときに、この変動荷重と偏倚量δにともなって生じるラジアル荷重とを合成した総動荷重が一方向から常にベアリング２２、２３に印加される値に設定している。使用する弾性体９１の特性等を考慮して偏倚量δをこのように設定することにより、ベアリング２２、２３に印加される総動荷重が常に０にならないようにすることができ、ベアリング２２、２３の焼き付き、クリープ発生、製造コスト増大および組付作業性悪化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、ヨークプーリ９側に弾性体９１を含ませたが、駆動軸１１側のカプラ１１０に同じような弾性体を含ませるようにしてもよい。あるいは、ヨークプーリ９とカプラ１１０の両方に弾性体を含ませるようにしてもよい。

一実施形態のオルタネータの全体構造を示す断面図である。本実施形態における駆動軸とオルタネータ側のヨークプーリとの結合状態を示す断面図である。弾性体を含まない従来構造のヨークプーリを用いた駆動軸とヨークプーリとの結合状態を示す断面図である。従来の一般的なオルタネータの駆動方式であるベルトを用いた駆動状態を示す図である。オルタネータに備わった２つのベアリングに印加される荷重を模式的に示す図である。ダンパー用ラバーの反発力特性を示す図である。

符号の説明

１オルタネータ（車両用交流発電機）
２ロータ
２０ナット
２１シャフト
２２第一ベアリング
２３第二ベアリング
２４転動体
３ステータ
４ブラシ装置
５整流装置
６ＩＣレギュレータ
７ドライブフレーム
８リアフレーム
８１ベアリング保持部
９ヨークプーリ
９０第１の筒部
９１弾性体
９２第２の筒部
９８先端フランジ
１０リアカバー
１１駆動軸
１１０カプラ
１２ベルト
１３Ｖプーリ

Claims

原動機から駆動力が伝達される駆動軸に取り付けられた原動機側連結部材と、車両用交流発電機の回転軸に取り付けられた発電機側連結部材とを備え、前記原動機側連結部材と前記発電機側連結部材とを連結することにより、前記原動機からの駆動力を前記駆動軸を介して前記車両用交流発電機に伝達する車両用交流発電機の駆動方法において、
前記原動機側連結部材と前記発電機側連結部材をそれぞれの中心軸の偏倚量が常に０にならないように配置することを特徴とする車両用交流発電機の駆動方法。
請求項１において、
前記原動機側連結部材および前記発電機側連結部材の少なくとも一方には、それぞれの中心軸の偏倚に伴って変形する弾性体が含まれており、前記弾性体の変形によって生じるラジアル荷重が前記発電機側連結部材を介して前記回転軸を回転可能に保持するベアリングに印加されることを特徴とする車両用交流発電機の駆動方法。
請求項２において、
前記原動機側連結部材と前記発電機側連結部材のそれぞれの中心軸の偏倚量は、前記ベアリングに変動荷重が印加されたときに、この変動荷重と前記ラジアル荷重を合成した荷重が一方向から前記ベアリングに印加される値に設定されることを特徴とする車両用交流発電機の駆動方法。