JP2009284748A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】プーリの筒部の強度を高め、プーリの信頼性を向上させることができる回転電機を提供すること。
【解決手段】回転電機としての車両用交流発電機１は、回転軸３３に外部からの駆動力がベルト３００を介してプーリ８に伝えられる。プーリ８は、ベルト３００と接触する筒部１００と、回転軸３３に嵌合してネジ固定される取付け部１０２と、取付け部１０２と筒部１００とを接合する保持部１０４と、筒部１００の内径側に突出した形状であってベルト３００の軸方向中心位置に対して保持部１０４の反対側に位置する補強部８４とを備える。
【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等の回転電機に関する。

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。
特開２００７−２８８３２号公報（第３−５頁、図１−３）

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、溝を形成する筒部の強度が不足し、プーリの信頼性が低下す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、プーリの筒部の強度を高め、プーリの信頼性を向上させることができる回転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、本発明の回転電機は、回転軸に外部からの駆動力がベルトを介してプーリに伝えられる回転電機であって、プーリは、ベルトと接触する筒部と、回転軸に嵌合してネジ固定される取付け部と、取付け部と筒部とを接合する保持部と、筒部の内径側に突出した形状であってベルトの軸方向中心位置に対して保持部の反対側に位置する補強部とを備えている。これにより、筒部はベルト中心に対し片側を保持部で支持し、他の片側を補強部で支持する両持ち構造となるため、筒部の強度を高めることができ、プーリの信頼性を向上させることが可能となる。

また、上述した筒部は、ベルトに接触する溝部を有し、少なくとも溝部のベルトに接する部分は樹脂により形成されていることが望ましい。一般に、ベルトに接触する部分を樹脂で形成した場合には鉄鋼製のプーリに比べて強度が低下するが、補強部を用いて強度を高めることにより、少なくとも一部に樹脂を用いた場合であっても充分な強度を得ることができる。

また、上述した補強部は、筒部とは別体であって筒部と線膨張係数が同じ材質を有し、筒部に圧入固定されていることが望ましい。また、上述した補強部を前記筒部に圧入する際の圧入締め代は０．１ｍｍ以下であることが望ましい。補強部を筒部と別体で形成することにより、プーリを鋳造や樹脂成形する際に補強部が内径側に突出して型成形が困難になることを回避することができる。また、補強部を圧入することにより、確実に筒部を内径側から支持することができる。また、圧入の締め代を０．１ｍｍ以下に設定することにより、筒部の変形を０．１ｍｍ以下に抑えることができ、筒部の精密性を維持することができる。さらに、補強部と筒部の線膨張係数を同じにすることにより、温度変化時に補強部が筒部から抜けたり、補強部から筒部に過大な応力がかかることを防止することができる。

また、上述した補強部は、内径側に穴が開いていることが望ましい。これにより、筒部の強度を高めるとともに軽量化を実現することができる。

また、上述した補強部の内径側の穴の内径は、ネジ固定に用いられるナットを締め付けおよび取り外しを行う治具の外径よりも大きいことが望ましい。これにより、補強部を追加した状態でプーリの取り付けや取り外しが可能となり、作業性を向上させることができる。

また、筒部の内径面から外部への連通路（穴）を形成することにより、補強部と筒部で囲まれた空間下部に水がたまって、ナットや取付け部が腐食することを防止することができる。また、泥や塩の堆積を防止することができる。泥や塩が溜まると、回転体のバランスが悪化し、回転変動が生じたり、ベルトテンション変動が生じるが、これを防止することができる。

また、上述した補強部は、筒部とは別体であって、筒部と弾性率と線膨張係数が同じ材質を有し、筒部に係合するとともに、取付け部または保持部と係合固定されていることが望ましい。これにより、外力によって部分的に歪が集中せず筒部と補強部が一体的に変形し全体として剛性を高めることができる。また、補強部が筒部に係合して筒部としての剛性を高めるだけでなく、取付け部または保持部と係合するため、保持部や取付け部の剛性を高めることができ、信頼性の高いプーリを提供することができる。

また、上述した補強部は、筒部とは別体であって、筒部に係合するとともに、ネジ固定に用いられるナットまたは回転軸と係合固定されていることが望ましい。プーリに固定された回転軸またはそれを固定するナットと補強部とが係合するため、回転体全体としての剛性を向上させることができる。

また、上述した補強部は、筒部にネジ構造によって係合するとともに、取付け部または保持部に対して軸方向に圧接することにより係合固定されていることが望ましい。あるいは、上述した補強部は、筒部にネジ構造によって係合するとともに、ナットまたは回転軸に対して軸方向に圧接することにより係合固定されていることが望ましい。これにより、ネジを締めるだけで簡単に確実な係合が可能であり、回転体全体としての剛性を向上させることができる。

また、上述した補強部は、筒部、取付け部、保持部と接着により係合固定されていることが望ましい。あるいは、上述した補強部は、筒部、ナット、回転軸と接着により係合固定されていることが望ましい。これにより、摩擦など圧接による１方向の係合ではなく、補強部を全方向に固着することができる。また、全部位に固着されることにより、補強部とその周辺の部位とがより一体度合いが増す。以上により、さらに高剛性構造を期待することができる。

以下、本発明の回転電機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の界磁巻線に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の断面図であり、中心軸を挟んで片側の断面形状が、プーリ８を回転軸３３に締め付け固定するナット２００とともに示されている。

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た鉄部８２と、補強部８４とを含んで構成されている。樹脂部８０の一部によって、ベルト３００と接触する溝部を有する筒部１００が形成されている。このように、少なくとも溝部のベルト３００に接する部分は樹脂により形成されている。また、樹脂部８０の一部と鉄部８２の一部とによって、回転軸３３に嵌合してネジ固定される取付け部１０２が形成されている。さらに、樹脂部８０の一部と鉄部８２の一部とによって、取付け部１０２と筒部１００とを接合する保持部１０４が形成されている。

補強部８４は、筒部１００の内径側に突出した形状であってベルトの軸方向中心位置（図２では一点鎖線Ｐで示されている）に対して、保持部１０４の反対側に位置している。また、補強部８４は、内径側に穴が開いた円環形状を有している。また、補強部８４は、筒部１００とは別体であって、筒部１００と線膨張係数が同じ材質によって形成されており、筒部１００の内周面に圧入固定されている。この圧入の締め代は０．１ｍｍ以下に設定されており、圧入固定は、その先端がナット２００に押圧されるまで行われる。

なお、筒部１００と補強部８４の間は、接着剤で固着するようにしてもよい。また、筒部１００と補強部８４の少なくとも一方の当り面は、円筒面でもよいし、摩擦増のため凹凸を形成するようにしてもよい。

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の筒部１００は、ベルト中心に対し片側を保持部１０４で支持し、他の片側を補強部８４で支持する両持ち構造となるため、筒部１００の強度を高めることができ、プーリ８の信頼性を向上させることが可能となる。

また、筒部１００は、ベルト３００に接触する溝部を有し、この溝部のベルト３００に接する部分が樹脂により形成されている。一般に、ベルト３００に接触する部分を樹脂で形成した場合には鉄鋼製のプーリに比べて強度が低下するが、補強部８４を用いて強度を高めることにより、樹脂を用いた場合であっても充分な強度を得ることができる。

また、補強部８４を筒部１００と別体で形成することにより、プーリ８を鋳造や樹脂成形する際に補強部８４が内径側に突出して型成形が困難になることを回避することができる。また、補強部８４を圧入することにより、確実に筒部１００を内径側から支持することができる。また、圧入の締め代を０．１ｍｍ以下に設定することにより、筒部１００の変形を０．１ｍｍ以下に抑えることができ、筒部１００の精密性を維持することができる。さらに、補強部８４と筒部１００の線膨張係数を同じにすることにより、温度変化時に補強部８４が筒部１００から抜けたり、補強部８４から筒部１００に過大な応力がかかることを防止することができる。

また、補強部８４の内径側に穴が開いているため、筒部１００の強度を高めると同時に軽量化を実現することができる。

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、図３に示すように、内径側に開いた穴の直径を大きくした補強部８４Ａを用いるようにしてもよい。補強部８４Ａの内径側の穴の直径は、プーリ８Ａのネジ固定に用いられるナット２００を締め付けおよび取り外しを行う治具であるナットランナーの外径より大きく設定されている。これにより、補強部８４Ａを追加した状態でプーリ８Ａの取り付けや取り外しが可能となり、作業性を向上させることができる。

また、上述した実施形態では、補強部８４、８４Ａの内径側に穴を開けるようにしたが、防錆等の観点から内径側を開口させずに閉じるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、補強部８４、８４Ａを筒部１００と別体で形成して圧入するようにしたが、これらを一体形成するようにしてもよい。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示す変形例では、筒部１００の内径面から外部へ連通する連通路としての穴８０１が筒部１００に形成されている。これにより、補強部８４Ａと筒部１００で囲まれた空間下部に水がたまって、ナット２００や取付け部１０２が腐食することを防止することができる。穴８０１は、補強部８４Ａや取付け部１０２を加工して形成するようにしてもよい。また、穴８０１を複数設ける場合には、９０°ピッチ等、アンバランスを生じない位置に設けることが望ましい。また、筒部１００の内径側に段差Ｄを設けることにより、補強部８４Ａを組み付ける際の軸方向の位置決めが容易となる。

なお、上記の穴８０１は、図２に示したプーリ８に設けるようにしてもよい。また、上記の段差Ｄは、図２に示したプーリ８や図３に示したプーリ８Ａに設けるようにしてもよい。

図５に示す変形例では、補強部８４Ｂは筒部１００Ｂにネジ固定されている。補強部８４Ｂのネジの軸方向奥側（半先端側）には高精度の円筒部が設けられており、その外周側の筒部１００Ｂの内周面に対して位置決めすることで同軸を確保している。ネジ軸力により、補強部８４Ｂを取付け部１０２に押圧することで、補強部８４Ｂは取付け部１０２に係合固定される。また、補強部８４Ｂの内径側には、回転軸３３の先端六角部を内包する穴（真円）が形成されており、補強部８４Ｂの内径側の穴に回転軸３３の先端六角部を圧入することで、補強部８４Ｂが回転軸３３に係合固定される。このように、ネジを締めるだけで簡単に確実な係合が可能であり、回転体全体としての剛性を向上させることができる。

なお、補強部８４Ｂの内径側の真円の穴よりも先端側に真円の穴よりも大きな六角穴を形成するようにすれば、この六角穴を用いて補強部８４Ｂのネジ締めを容易に行うことができる。また、上述した補強部８４Ｂは、取付け部１０２に係合固定したが、保持部１０４に対して係合固定するようにしてもよい。また、補強部８４Ｂの内径側の穴に回転軸３３の先端六角部を圧入したが、この穴の径を拡大してナット２００を圧入するようにしてもよい
図６に示す変形例では、補強部８４Ｃは、他の部位（筒部１００、取付け部１０２、保持部１０４、ナット２００、回転軸３３の先端六角部）に接着剤を用いて固定されている。これにより、摩擦など圧接による１方向の係合ではなく、補強部８４Ｃを全方向に固着することができる。また、全部位に固着されることにより、補強部８４Ｃとその周辺の部位とがより一体度合いが増す。以上により、さらに高剛性構造を期待することができる。なお、生産性向上の観点からは、補強部８４Ｃの内径側に設けられた穴から流し込んでポッティングしてもよい。剛性向上のため、図５に示す手法と図６に示す手法を組み合わせたり、さらにその他の係合手法を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断面図である。 プーリの断面図である。 プーリの変形例の断面図である。 プーリの変形例の断面図である。 プーリの変形例の断面図である。 プーリの変形例の断面図である。

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 樹脂部
８０ａ プーリ溝
８２ 鉄部
８４、８４Ａ 補強部
１００ 筒部
１０２ 取付け部
１０４ 保持部

Claims (13)

1. 回転軸に外部からの駆動力がベルトを介してプーリに伝えられる回転電機において、
   前記プーリは、
   前記ベルトと接触する筒部と、
   前記回転軸に嵌合してネジ固定される取付け部と、
   前記取付け部と前記筒部とを接合する保持部と、
   前記筒部の内径側に突出した形状であって前記ベルトの軸方向中心位置に対して前記保持部の反対側に位置する補強部と、
   を備えることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、
   前記筒部は、前記ベルトに接触する溝部を有し、少なくとも溝部の前記ベルトに接する部分は樹脂により形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記補強部は、前記筒部とは別体であって前記筒部と線膨張係数が同じ材質を有し、前記筒部に圧入固定されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項３において、
   前記補強部を前記筒部に圧入する際の圧入締め代は０．１ｍｍ以下であることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記補強部は、内径側に穴が開いていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項５において、
   前記補強部の内径側の穴の内径は、前記ネジ固定に用いられるナットを締め付けおよび取り外しを行う治具の外径よりも大きいことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記筒部の内径面から外部への連通路を形成したことを特徴とする回転電機。
8. 請求項１または２において、
   前記補強部は、前記筒部とは別体であって、前記筒部と弾性率と線膨張係数が同じ材質を有し、前記筒部に係合するとともに、前記取付け部または前記保持部と係合固定されていることを特徴とする回転電機。
9. 請求項８において、
   前記補強部は、前記筒部にネジ構造によって係合するとともに、前記取付け部または前記保持部に対して軸方向に圧接することにより係合固定されていることを特徴とする回転電機。
10. 請求項８において、
    前記補強部は、前記筒部、前記取付け部、前記保持部と接着により係合固定されていることを特徴とする回転電機。
11. 請求項１または２において、
    前記補強部は、前記筒部とは別体であって、前記筒部に係合するとともに、前記ネジ固定に用いられるナットまたは前記回転軸と係合固定されていることを特徴とする回転電機。
12. 請求項１１において、
    前記補強部は、前記筒部にネジ構造によって係合するとともに、前記ナットまたは前記回転軸に対して軸方向に圧接することにより係合固定されていることを特徴とする回転電機。
13. 請求項１１において、
    前記補強部は、前記筒部、前記ナット、前記回転軸と接着により係合固定されていることを特徴とする回転電機。

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