JP2009089583A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動力を回転子に確実に伝達することにより信頼性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】車両用交流発電機１のプーリ８は、プーリ溝が形成された樹脂部８０と、樹脂部８０の内周側にインサート成形されて樹脂部８０の軸方向長さよりも長い軸方向長さを有する円環形状の鉄部８２とを有する。鉄部８２の内周面には、内周面の一部が回転軸の外周面に嵌合する貫通部８２ａと、回転軸の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部８２ｂと、横断面が多角形形状を有する多角形部８２ｃとが、回転軸の反先端側から順に形成されている。また、鉄部８２は、樹脂部８０との対向面の少なくとも一部に、周方向に沿った凹凸部を有する。
【選択図】図１

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、一部に金属製のインサート部材を一体形成したプーリを備える車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。それまで一般に用いられていた鉄製のプーリを樹脂製のプーリに置き換えることにより車両用交流発電機の軽量化が可能となる。また、プーリは回転子とともに回転駆動されるものであるため、プーリを軽量化するということは回転体全体を軽量化することでもあり、これを駆動するエンジンの負担を軽減することができるとともに、回転体の慣性モーメントの低減に伴うベルト滑りやベルト鳴きの発生を防止する効果もある。また、プーリをナットで締め付け固定する際に軸方向応力が加わる箇所にインサート部材が用いられているため、長期的な使用に際して押圧面が変形してナットの緩みが発生することを防止することができる。

また、例えば、コンプレッサの樹脂プーリにおいて、インサート部材との抜け止めのために、インサート部材に径方向および軸方向に凹部や凸部を形成する構造が知られていた（例えば、特許文献２参照。）
特開２００７−２８８３２号公報（第３−５頁、図１−３） 特開２００５−２７９７５１号公報（第７−１１頁、図１−２６）

ところで、特許文献１に開示された車両用交流発電機では、プーリ外周の溝にベルトから回転駆動力が繰り返し作用するため、長期的な使用の結果、インサート部材とその周囲の樹脂部との間の結合力が弱くなってこれらの対向面が剥離し、ベルトから作用する回転駆動力がプーリを介して回転子に伝達できずに発電不良が発生するおそれがあり、信頼性が低下するという問題があった。

また、特許文献２に開示されたプーリは、コンプレッサが作動しない場合は回転子と切り離されて、空転するものである。しかし、車両用交流発電機のプーリは、常に回転子に固定されてベルトから回転駆動力が繰り返し作用するとともに、回転数（プーリ比）も高いので繰り返し数もコンプレッサのプーリよりも格段に多くなり、特許文献２の形状をそのまま流用することはできない。

また、特許文献１、２を組み合わせてインサート部材と樹脂部との接触面積を増加するためには、径方向寸法はプーリ径で規制されるので、軸方向の接触長さを増やさねばならない。一方、ナットを用いてプーリを固定しているので、ナットおよび締め付け治工具のためのスペースを確保しなければならず、軸方向の接触長さを増やすためには回転軸の長さを長くする必要がある。以上により、車両用交流発電機としての軸方向寸法が大きくなるので、ますます狭小化するエンジンルーム内における小型化要求に反する。

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、軽量化を実現しつつ、回転駆動力を回転子に確実に伝達することにより信頼性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。また、本発明の他の目的は、小型化、低コスト化を実現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、回転軸と一体に回転する回転子と、回転子の外周に配置される固定子と、回転子および固定子を保持するフレームと、回転軸に外部からの駆動力を伝えるプーリとを有しており、プーリは、プーリ溝が形成された樹脂部と、樹脂部の内周側にインサート成形されて樹脂部の軸方向長さよりも長い軸方向長さを有する円環形状の鉄部とを有し、鉄部の内周面には、内周面の一部が回転軸の外周面に嵌合する貫通部と、回転軸の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部と、横断面が多角形形状を有する多角形部とが、回転軸の反先端側から順に形成され、鉄部は、樹脂部との対向面において、少なくとも一部に周方向に沿った凹凸部と、軸方向に沿った少なくとも１つの段差部とを有している。プーリを樹脂部と鉄部とによって構成するとともに、鉄部の少なくとも一部に周方向の凹凸部を設け、軸方向に少なくとも１つの段差部を設けることにより、樹脂部と鉄部との結合力を向上させ、接触面積を増やして、これらの対向面が剥離して樹脂部が回動したり軸方向に脱落することを防止し、これにより、回転駆動力を回転子に確実に伝達して信頼性低下を防止することができる。また、鉄部の一部に雌ねじ部を設けることにより、従来のプーリを締め付け固定するナットの機能をこの鉄部に持たせることができ、しかも、軸方向に沿った鉄部と樹脂部の結合面積を増やすことができる。よって、大型化することなく小型化、軽量化を実現しつつ信頼性を向上させ、部品点数の低減によるコストダウンも可能となる。

また、本発明の車両用交流発電機は、回転軸と一体に回転する回転子と、回転子の外周に配置される固定子と、回転子および固定子を保持するフレームと、回転軸に外部からの駆動力を伝えるプーリとを有しており、プーリは、プーリ溝が形成された樹脂部と、樹脂部の内周側にインサート成形された鉄部とを有し、鉄部の内周面には、内周面の一部が回転軸の外周面に嵌合する貫通部と、回転軸の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部が、回転軸の反先端側から順に形成され、鉄部の雌ねじ部に対応する外周面には、横断面が多角形形状を有する多角形部が形成され、多角形部の反先端側軸方向の一部が樹脂部にインサート成形され、鉄部は、樹脂部との対向面において、少なくとも一部に周方向に沿った凹凸部と、軸方向に沿った少なくとも１つの段差部とを有する。これにより、樹脂部と鉄部との結合力を向上させ、接触面積も増やして、これらの対向面が剥離して樹脂部が回動したり軸方向に脱落することを防止し、これにより、回転駆動力を回転子に確実に伝達して信頼性を向上させることができる。また、従来のプーリを締め付け固定するナットの機能をこの鉄部に持たせることができ、しかも軸方向に沿った鉄部と樹脂部の結合面積を増やすことができる。よって、大型化することなく小型化、軽量化を実現しつつ信頼性を向上させ、部品点数の低減によるコストダウンも可能となる。

また、上述した鉄部は、周方向に沿った凹凸部の凸部先端が径方向外側に進むのに従い、回転子の回転方向に対して逆方向に傾斜させることが望ましい。これにより、樹脂部と鉄部との結合力を向上させ、回転駆動力を回転子に確実に伝達して信頼性を向上させることができる。

また、上述した鉄部は、周方向に沿った凹凸部が、回転子の回転軸方向に対し、周方向に隣り合う凸部が交互に傾斜していることが望ましい。これにより、回転子の回転方向にかかわらず、樹脂部と鉄部との結合力を向上させ、回転駆動力を回転子に確実に伝達して信頼性を向上させることができる。また、プーリの加速駆動時だけでなく、減速時にも回転子の慣性力によって樹脂部と鉄部との対向面が剥離して樹脂部が回動することを防止して、信頼性を向上させることができる。

また、上述した鉄部は、軸方向に沿った段差部の小径部である凹部の軸方向両側に大径部があり、大径部から小径部への傾斜部に周方向に沿った凹凸部を有することが望ましい。これにより、樹脂部との接合面積を増やすとともに、樹脂成形する時の樹脂の流れを滑らかにできるので、さらに、樹脂部と鉄部との結合力を向上させ、信頼性を向上させることができる。

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。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、ブラシ装置５、整流装置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、回転子３の外周に配置されており、固定子鉄心２２と、この固定子鉄心２２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固定子巻線２３とを備えている。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、ポールコア３２の端面には、冷却ファン３５、３６が溶接等によって取り付けられている。回転子３は、回転軸３３と一体に回転する。

フレーム４は、固定子２および回転子３を収容して保持しており、軸受け６１、６２を介して回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で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。

ブラシ装置５は、整流装置６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に押圧するブラシを有する。整流装置６は、固定子巻線２３の出力電圧である交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものである。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置５、整流装置６およびＩＣレギュレータ９の全体を覆って、これらを保護する。

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６の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

次に、プーリ８の詳細について説明する。図２は、プーリ８をフロント側から見た平面図であり、回転軸３３に取り付けられた状態が示されている。図１および図２に示すように、プーリ８は、外周にプーリ溝８０ａが形成された樹脂部８０と、樹脂部８０の内周側にインサート成形されて樹脂部８０の軸方向長さＬよりも長い軸方向長さを有する円環形状の鉄部８２とを含んで構成されている。

鉄部８２の内周面には、内周面の一部が回転軸３３の外周面に嵌合する貫通部８２ａと、回転軸３３の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部８２ｂと、横断面が多角形形状を有する多角形部（例えば六角部）８２ｃとが、回転軸３３の反先端側から順に（先端側が多角形部８２ｃとなるように）形成されている。また、鉄部８２は、樹脂部８０との対向面の少なくとも一部に、周方向に沿った凹凸部を有している。貫通部８２ａの軸方向端面は、軸受け６１の内輪の軸方向端面のほぼ全面に当接する外径を有する。また、この貫通部８２ａは、樹脂部８０との対向面に軸方向に沿った少なくとも１つの段差部としての凹部８２ｄを有する。

図３は、鉄部８２のみを抜き出した平面図である。図４は、鉄部８２の外周の部分拡大図であり、図３においてＡで示される箇所の拡大形状が示されている。鉄部８２の貫通部８２ａの一部の外周面（本実施形態では凹部８２ｄよりもフレーム４側の外周面）に、ギア形状となる凹凸部８２ｅが形成されている。なお、凹凸部８２ｅは、ローレット形状としてもよい。

なお、この凹凸部８２ｅは、先端側に配置された凹部８２ｄ、雌ねじ部８２ｂ、多角形部８２ｃの少なくとも一部に対応する外周面に形成するようにしてもよい。また、本実施形態のプーリ８の樹脂部８０には、回転方向に沿った所定間隔で複数箇所（図２に示す例では４箇所）の肉抜き部８０ｂが形成されている。この肉抜き部８０ｂは、主に軽量化を目的に樹脂部８０の一部をくり抜いたものだが、樹脂部８０の内外径差や強度等が不足する場合には省略される。

プーリ８を回転軸３３に取り付ける場合には、鉄部８２の貫通部８２ａを回転軸３３に通した後、多角形部８２ｃの内側に、外形形状がこの多角形部８２ｃと同一形状を有する六角レンチ等の締め付け治具を挿入し、プーリ８全体を回転させて回転軸３３先端の雄ねじ部を鉄部８２の雌ねじ部８２ｂに締め付ければよい。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、プーリ８を樹脂部８０と鉄部８２とによって構成するとともに、鉄部８２の大径部８２ｆ、８２ｇの少なくとも一部に周方向の凹凸部８２ｅを設けることにより、樹脂部８０と鉄部８２との結合力を向上させてこれらの対向面が剥離して樹脂部８０が回動することを防止し、これにより、回転駆動力を回転子３に確実に伝達して信頼性低下を防止することができる。また、鉄部８２の一部に雌ねじ部８２ｂを設けることにより、従来のプーリを締め付け固定するナットの機能をこの鉄部８２に持たせることができ、しかも、軸方向に沿った鉄部８２と樹脂部８０の結合面積を増やすことができる。よって、大型化することなく小型化、軽量化を実現しつつ信頼性を向上させ、部品点数の低減によるコストダウンも可能となる。

また、鉄部８２は、樹脂部８０との対向面に軸方向に沿った凹部８２ｄを有しており、回転軸方向に沿った樹脂部８０と鉄部８２との軸方向の結合力を向上させることができ、信頼性をさらに向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、多角形部８２ｃは、六角穴であったが、トルクスのような星型穴であってもよい。

〔第２の実施形態〕
図５は、第２の実施形態の車両用交流発電機の部分断面図であり、プーリ近傍の拡大断面が示されている。第２の実施形態の車両用交流発電機は、プーリ８Ａ以外の基本的な構成については図１等に示した車両用交流発電機１と同じであり、以下ではプーリ８Ａについて説明を行う。

プーリ８Ａは、外周にプーリ溝１８０ａが形成された樹脂部１８０と、樹脂部１８０の内周側にインサート成形された円環形状の鉄部１８２とを含んで構成されている。鉄部１８２の内周面には、内周面の一部が回転軸３３の外周面に嵌合する貫通部１８２ａと、回転軸３３の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部１８２ｂとが、回転軸３３の反先端側から順に形成されている。雌ねじ部１８２ｂに対応する先端外径側には、横断面が多角形形状を有する多角形部（例えば六角部）１８２ｃが形成されている。この多角形部１８２ｃを治工具１８２ｋによって回転させることにより、プーリ８Ａが締め付け固定される。

また、鉄部１８２は、樹脂部１８０との対向面の少なくとも一部に、周方向に沿った凹凸部を有している。貫通部１８２ａの軸方向端面は、軸受け６１の内輪の軸方向端面のほぼ全面に当接する外径を有する。また、この貫通部１８２ａは、樹脂部１８０との対向面に軸方向に沿った少なくとも１つの段差部としての凹部１８２ｄを有する。

これにより、第１の実施形態と同様に、樹脂部１８０と鉄部１８２との結合力を向上させてこれらの対向面が剥離して樹脂部１８０が回動することを防止することができる。しかも、大型化することなく、軸方向に鉄部１８２と樹脂部１８０の結合面積を確保することによって、信頼性をさらに向上させることができ、部品点数の低減によるコストダウンも可能となる。

〔その他の実施形態〕
図６に示すように、鉄部８２（あるいは１８２）の周方向に沿った凹凸部の凸部先端１８２ｅを、径方向外側に進むのに従い、回転子３の回転方向に対して逆方向に傾斜させることにより、樹脂部８０（あるいは１８０）と鉄部８２（あるいは１８２）との結合力を向上させ、回転駆動力を回転子３に確実に伝達して信頼性を向上させることができる。

また、図７に示すように、鉄部８２（あるいは１８２）の周方向に沿った凹凸部についは、大径部８２ｆに形成された凹凸部８２ｅの周方向に隣り合う凸部および大径部８２ｇに形成された凹凸部８２ｅの周方向に隣り合う凸部の少なくとも一方を、回転軸方向に対し、交互に傾斜させてもよい。回転方向に見て凸部がハの字状に配置される。これにより、回転子３の回転方向にかかわらず、また、回転加速時だけでなく、減速時においても、回転子の慣性力に対して樹脂部８０（あるいは１８０）と鉄部８２（あるいは１８２）との結合力を向上させることができる。

また、図８に示すように、鉄部８２（あるいは１８２）の軸方向に沿った段差部の小径部である凹部８２ｄの軸方向両側に大径部８２ｆ、８２ｇがあり、大径部８２ｆ、８２ｇから小径部への傾斜部に、周方向に沿った凹凸部８２ｈ、８２ｉを設けてもよい。これにより、樹脂部８０（あるいは１８０）との接合面積を増やすとともに、樹脂部８０が鉄部８２（あるいは１８２）をインサート成形する際の樹脂の流れを滑らかにできるので、さらに、樹脂部８０（あるいは１８０）と鉄部８２（あるいは１８２）との結合力を向上させて、信頼性を向上させることができる。

第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 プーリをフロント側から見た平面図である。 鉄部のみを抜き出した平面図である。 鉄部の外周の部分拡大図である。 第２の実施形態の車両用交流発電機の部分断面図である。 その他の実施形態の鉄部の外周の部分拡大図である。 その他の実施形態の鉄部の外周の概観図である。 その他の実施形態の鉄部の部分断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ フレーム
５ ブラシ装置
６ 整流装置
７ リヤカバー
８、８Ａ プーリ
８０、１８０ 樹脂部
８０ａ、１８０ａ プーリ溝
８０ｂ 肉抜き部
８２、１８２ 鉄部
８２ａ 貫通部
８２ｂ 雌ねじ部
８２ｃ 多角形部
８２ｄ、１８２ｄ 凹部
８２ｅ 凹凸部
８２ｆ、８２ｇ 大径部

Claims (5)

1. 回転軸と一体に回転する回転子と、前記回転子の外周に配置される固定子と、前記回転子および前記固定子を保持するフレームと、前記回転軸に外部からの駆動力を伝えるプーリとを有する車両用交流発電機において、
   前記プーリは、プーリ溝が形成された樹脂部と、前記樹脂部の内周側にインサート成形されて前記樹脂部の軸方向長さよりも長い軸方向長さを有する円環形状の鉄部とを有し、
   前記鉄部の内周面には、内周面の一部が前記回転軸の外周面に嵌合する貫通部と、前記回転軸の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部と、横断面が多角形形状を有する多角形部とが、前記回転軸の反先端側から順に形成され、
   前記鉄部は、前記樹脂部との対向面において、少なくとも一部に周方向に沿った凹凸部と、軸方向に沿った少なくとも１つの段差部とを有することを特徴とする車両用交流発電機。
2. 回転軸と一体に回転する回転子と、前記回転子の外周に配置される固定子と、前記回転子および前記固定子を保持するフレームと、前記回転軸に外部からの駆動力を伝えるプーリとを有する車両用交流発電機において、
   前記プーリは、プーリ溝が形成された樹脂部と、前記樹脂部の内周側にインサート成形された円環形状の鉄部とを有し、
   前記鉄部の内周面には、内周面の一部が前記回転軸の外周面に嵌合する貫通部と、前記回転軸の先端の雄ねじ部に対応する雌ねじ部が、前記回転軸の反先端側から順に形成され、
   前記鉄部の前記雌ねじ部に対応する外周面には、横断面が多角形形状を有する多角形部が形成され、前記多角形部の反先端側軸方向の一部が前記樹脂部にインサート成形され、
   前記鉄部は、前記樹脂部との対向面において、少なくとも一部に周方向に沿った凹凸部と、軸方向に沿った少なくとも１つの段差部とを有する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、
   前記周方向に沿った凹凸部の凸部先端が径方向外側に進むのに従い、前記回転子の回転方向に対して逆方向に傾斜し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、
   前記周方向に沿った凹凸部は、前記回転子の回転軸方向に対し、周方向に隣り合う凸部が交互に傾斜していることを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   軸方向に沿った前記段差部の小径部である凹部の軸方向両側に大径部があり、前記大径部から前記小径部への傾斜部に周方向に沿った凹凸部を有することを特徴とする車両用交流発電機。

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