JP2008154381A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】体格の増大を最小限に抑えるとともにベアリングの寿命低下を防止することができる車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】回転子を回転自在に支持するベアリングをそれぞれが保持するフロント側フレーム１およびリア側フレームを備え、回転子の回転軸に取り付けられたプーリがベルトを介して回転駆動される車両用交流発電機であって、フロント側フレーム１は、プーリ側に配置されており、ベアリングを収納する円筒形状のベアリングボックス７を有し、このベアリングボックス７は、ベルトの張力による負荷圏側の径方向厚みが反負荷圏側の径方向厚みよりも大きい。
【選択図】図２

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。

一般に、車両用交流発電機のプーリがベルト駆動される場合に、ベルトテンションによるラジアル荷重が車両用交流発電機のベアリングに加わる。このラジアル荷重は、ベアリングを収納するベアリングボックスで受けることになる。

ベルトテンションによって発生するラジアル荷重がベアリングに加わることでベアリングが発熱する。この熱は、ベアリングと接しているベアリングボックスに伝わり、さらにベアリングボックスの外周面から放熱される。このベアリングボックスとしては、ベアリングから加わるラジアル荷重を受けるために必要な所定の厚みを有する単純な筒形状のものや、外周面における放熱性の向上を目的とした放熱突起を有する筒形状のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
実公昭６３−５４１７号公報（第２−３頁、図１−５）

ところで、上述した特許文献１等に開示された従来の車両用交流発電機のベアリングボックスは、厚みや放熱突起の配置等が全周に渡って均一に形成されているため放熱性も全周に渡って均一であり、ベアリングの負荷圏側においてより多く発生する熱を効率よく放熱することができず、負荷圏側のベアリング温度が上昇する。このため、ベアリングの潤滑グリースの熱劣化や、ベアリングに備わったシール部材の熱劣化が生じ、ベアリングの焼き付きによる寿命低下のおそれがあるという問題があった。

なお、ベアリングの部分的な許容限界を超える温度上昇を抑えるためにベアリングの体格を大きくすることも考えられるが、これに伴ってベアリングボックスの外径も大きくなるため、その外側にある冷却風の通風路が狭くなったり、通風路面積を維持しながらフレーム剛性も確保しようとすると車両用交流発電機の体格が大きくなるなどの不都合があり、採用は難しい。

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、体格の増大を最小限に抑えるとともにベアリングの寿命低下を防止す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、回転子を回転自在に支持するベアリングをそれぞれが保持するフロント側フレームおよびリア側フレームを備え、回転子の回転軸に取り付けられたプーリがベルトを介して回転駆動されており、フロント側フレームは、プーリ側に配置されており、ベアリングを収納する円筒形状の第１のベアリングボックスを有し、第１のベアリングボックスは、ベルトの張力による負荷圏側の径方向厚みが反負荷圏側の径方向厚みよりも大きい。フロント側フレームに形成されたベアリングボックスの負荷圏側の径方向厚みを大きくすることによりこの部位の伝熱容量を増加させることができるため、フロント側のベアリングの負荷圏側で発生する過大な発熱を効率よく放熱することができ、ベアリングの温度を低減することによって寿命低下を防止することができる。また、ベアリングボックスの径方向厚みを部分的に大きくしているだけであるため、ベアリングの体格を大きくする必要がなく、フロント側フレームおよび車両用交流発電機全体の体格増大を最小限に抑えることができる。

また、上述したリア側フレームは、反プーリ側に配置されており、ベアリングを収納する円筒形状の第２のベアリングボックスを有し、第２のベアリングボックスは、ベルトの張力による負荷圏側の径方向厚みが反負荷圏側の径方向厚みよりも大きいことが望ましい。リア側フレームに形成されたベアリングボックスの負荷圏側の径方向厚みを大きくすることによりこの部位の伝熱容量を増加させることができるため、リア側のベアリングの負荷圏側で発生する過大な発熱を効率よく放熱することができ、ベアリングの温度を低減することによって寿命低下を防止することができる。特に、リア側（反プーリ側）のベアリングは、整流装置やブラシ装置などの発熱体に囲まれており、熱の面でより厳しい環境にあるため、ベアリングの冷却性向上による寿命向上の効果はさらに大きくなる。

また、上述した第１のベアリングボックスの外周面には、少なくともベルトの張力による負荷圏側に複数の径方向突起が形成されていることが望ましい。あるいは、上述した第２のベアリングボックスの外周面には、少なくともベルトの張力による負荷圏側に複数の径方向突起が形成されていることが望ましい。具体的には、負荷圏側に配置された径方向突起は、反負荷圏側に配置された径方向突起よりも大きさおよび数の少なくとも一方が大であることが望ましい。これにより、ベアリングの負荷圏側の過大な発熱をさらに効率よく放熱することができる。

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、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。

プーリ側のフロント側フレーム１および反プーリ側のリア側フレーム２は、共に椀状の形状を有しており、これらの開口部同士を直接当接させた状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１の内周には固定子４が固定されている。また、フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス７が、リア側フレーム２には円筒状のベアリングボックス８がそれぞれ一体に形成されている。

固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、回転軸１４等を備えており、ベアリングボックス７、８に収納される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、回転軸１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンによりベルト１１０を介して回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に電気的に接続されている。

整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６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。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０の回転軸１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。

リアカバー２７は、樹脂製（あるいは鋼板製）であって、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の電気部品を覆って、これらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に、整流装置２４を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。

次に、フロント側フレーム１およびリア側フレーム２のベアリングボックス７、８の詳細について説明する。図２は、フロント側フレーム１の平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図２に示すように、フロント側フレーム１は、中央にベアリングボックス７が形成されており、その周囲に等間隔に放射状に延びた４本のスポーク２００を有している。ベアリングボックス７の外周側には、４本のスポーク２００によって周方向に沿って区画される４つの冷却風の吸入窓２１０が形成されている。

フロント側フレーム１に設けられたベアリングボックス７は、ベアリング固定用プレートを取り付けるために用いられる４箇所のねじ穴７１の周辺を除いてほぼ円筒形状を有している。このベアリングボックス７の円筒部分の径方向厚みは、全周に渡って均一ではなく、ベアリング１５の負荷圏側が反負荷圏側よりも大きくなっている。図２においては、符号Ａが付された矢印によってベルト１１０を張ったときに発生するラジアル荷重が最大となる方向が示されている。すなわち、図２では、負荷圏側の中心部が矢印Ａで指し示されている。本実施形態では、矢印Ａで示された負荷圏側の中心部を含むほぼ１８０°の範囲の径方向厚みが反負荷圏側に向かって徐々に減少するようにベアリングボックス７の径方向厚みが設定されている。

図４は、リア側フレーム２の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。図４に示すように、リア側フレーム２は、中央にベアリングボックス８が形成されており、その周囲に不等間隔に放射状に延びた４本のスポーク２５０を有している。ベアリングボックス８の外周側には、４本のスポーク２５０によって周方向に沿って区画される４つの冷却風の吸入窓２６０が形成されている。

リア側フレーム２に設けられたベアリングボックス８は、ほぼ円筒形状を有している。このベアリングボックス８の円筒部分の径方向厚みは、全周に渡って均一ではなく、ベアリング１６の負荷圏側が反負荷圏側よりも大きくなっている。図４においては、符号Ｂが付された矢印によってベルト１１０を張ったときに発生するラジアル荷重が最大となる方向が示されている。すなわち、図４では、負荷圏側の中心部が矢印Ｂで指し示されている。本実施形態では、矢印Ｂで示された負荷圏側の中心部を含むほぼ１８０°の範囲の径方向厚みが反負荷圏側に向かって徐々に減少するようにベアリングボックス７の径方向厚みが設定されている。

このように、本実施形態では、フロント側フレーム１に形成されたベアリングボックス７の負荷圏側の径方向厚みを大きくすることによりこの部位の伝熱容量を増加させることができるため、フロント側のベアリング１５の負荷圏側で発生する過大な発熱を効率よく放熱することができ、ベアリング１５の温度を低減することによって寿命低下を防止することができる。また、ベアリングボックス７の径方向厚みを部分的に大きくしているだけであるため、ベアリング１５の体格を大きくする必要がなく、フロント側フレーム１および車両用交流発電機１００全体の体格増大を最小限に抑えることができる。

また、リア側フレーム２に形成されたベアリングボックス８の負荷圏側の径方向厚みを大きくすることによりこの部位の伝熱容量を増加させることができるため、リア側のベアリング１６の負荷圏側で発生する過大な発熱を効率よく放熱することができ、ベアリング１６の温度を低減することによって寿命低下を防止することができる。特に、リア側（反プーリ側）のベアリング１６は、整流装置２４やブラシ装置２６などの発熱体に囲まれており、熱の面でより厳しい環境にあるため、ベアリング１６の冷却性向上による寿命向上の効果はさらに大きくなる。

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。上述した実施形態では、ベアリングボックス７、８の負荷圏側の径方向厚みを大きくしたが、代わりに少なくとも負荷圏側に複数の径方向突起を形成することで、負荷圏側の放熱性を向上させてベアリング１５、１６の温度低減による寿命向上を図るようにしてもよい。具体的には、負荷圏側に配置された径方向突起の大きさおよび数の少なくとも一方を、反負荷圏側に配置された径方向突起のそれらよりも大とすればよい。

図６および図７は、フロント側フレーム１のベアリングボックス７に複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。図６には、ベアリングボックス７の負荷圏側の半分（１８０°の範囲）に複数の径方向突起３００を形成した例が示されている。また、図７には、ベアリングボックス７の全周に渡って複数の径方向突起３１０が形成されているが、負荷圏側の半分（１８０°の範囲）に配置された径方向突起３１０を、残りの半分に配置された径方向突起３１０よりも大きくした例が示されている。

また、図８および図９は、リア側フレーム２のベアリングボックス８に複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。図８には、ベアリングボックス８の負荷圏側の半分（１８０°の範囲）に複数の径方向突起３２０を形成した例が示されている。また、図９には、ベアリングボックス８の全周に渡って複数の径方向突起３３０が形成されているが、負荷圏側の半分（１８０°の範囲）に配置された径方向突起３３０を、残りの半分に配置された径方向突起３３０よりも大きくした例が示されている。

また、図６〜図９に示す径方向突起３００〜３３０は、負荷圏側の径方向厚みを大としたベアリングボックス（図２〜図５に示したベアリングボックス７、８）と組み合わせるようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。 フロント側フレームの平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 リア側フレームの平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 フロント側フレームのベアリングボックスに複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。 フロント側フレームのベアリングボックスに複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。 リア側フレームのベアリングボックスに複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。 リア側フレームのベアリングボックスに複数の径方向突起を形成した具体例を示す図である。

符号の説明

１ フロント側フレーム
２ リア側フレーム
４ 固定子
１０ 回転子
２４ 整流装置
２５ 電圧制御装置
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
１００ 車両用交流発電機
１１０ ベルト
２００、２５０ スポーク
３００、３１０、３２０、３３０ 径方向突起

Claims (5)

1. 回転子を回転自在に支持するベアリングをそれぞれが保持するフロント側フレームおよびリア側フレームを備え、前記回転子の回転軸に取り付けられたプーリがベルトを介して回転駆動される車両用交流発電機において、
   前記フロント側フレームは、プーリ側に配置されており、前記ベアリングを収納する円筒形状の第１のベアリングボックスを有し、
   前記第１のベアリングボックスは、前記ベルトの張力による負荷圏側の径方向厚みが反負荷圏側の径方向厚みよりも大きいことを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記リア側フレームは、反プーリ側に配置されており、前記ベアリングを収納する円筒形状の第２のベアリングボックスを有し、
   前記第２のベアリングボックスは、前記ベルトの張力による負荷圏側の径方向厚みが反負荷圏側の径方向厚みよりも大きいことを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１または２において、
   前記第１のベアリングボックスの外周面には、少なくとも前記ベルトの張力による負荷圏側に複数の径方向突起が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１または２において、
   前記第２のベアリングボックスの外周面には、少なくとも前記ベルトの張力による負荷圏側に複数の径方向突起が形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項３または４において、
   負荷圏側に配置された前記径方向突起は、反負荷圏側に配置された前記径方向突起よりも大きさおよび数の少なくとも一方が大であることを特徴とする車両用交流発電機。

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