JP4364971B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
WO98/54823等に開示された従来の車両用交流発電機は、回転子を回転自在に支持するために転がり軸受けを用いている。このような車両用交流発電機の多くは、過酷な被水によって転がり軸受け内に浸水を生じ、内部の発錆に伴って短寿命となることを防止するため、良好な密閉性を有する密封装置を備えた転がり軸受けが使用されている。具体的には、転がり軸受けの内周シールリップを内輪に接触させて密閉しているとともに、回転子及びプーリのカラー外径を極力大きくしてシール部への直接的な大量の被水を防いでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように従来の車両用交流発電機では、転がり軸受け内への浸水防止を目的として、回転子のカラーを大きくしているため、発電時に高温となる回転子と転がり軸受けのシール部との対向面積が大きくなる。したがって、シールリップは回転子から熱を受けやすくなるとともに、外気との接触を回転子のカラーによって阻まれるためシールリップと内輪との摺動熱が放熱しにくく、シール部の冷却が困難になって、熱硬化が生じやすいという問題があった。
【0004】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、転がり軸受けの冷却性を向上させるとともに良好な密閉性を確保することができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、励磁磁束を発生する回転子と、前記回転子を回転自在に保持する転がり軸受けとを備える車両用交流発電機において、前記回転子は、前記転がり軸受けの内輪の前記回転子側の一端に当接する第1のカラーを備え、前記転がり軸受けは、前記内輪の肩部に周段部を設けるとともに、密封装置を備え、前記密封装置は、前記転がり軸受けの外輪に固着したシール環体を備え、このシール環体は、内周シールリップを備え、前記内周シールリップは前記シール環体の内周部から、前記周段部の側面に沿って径方向に延びて形成されるとともに、前記周段部の側面方向に延びる複数の内側リップと、この各内側リップの基部から前記周段部の側面とは反対方向に延びる複数の外側リップとから形成され、前記内周シールリップの先端に設けられた前記内側リップが、前記周段部の側面に接触されており、前記外側リップの外周側に隣接する部位には円環状の溝部を備え、前記第1のカラーは前記密封装置の外側リップと隣接して対向していると共に、前記第1のカラーの前記転がり軸受け側の端面の最外径は、前記溝部外径より小さく、前記周段部の外径より大きくすることで、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がすようにし、かつ前記回転子を駆動するプーリを備え、前記プーリは、前記転がり軸受けの前記内輪の一端であって、前記第1のカラーが当接する側と反対側に当接する第2のカラーを備え、前記プーリと前記第2のカラーとが一体に形成されるとともに、前記溝部外径より前記第2のカラーの外径は、前記溝部外径より大きいことを特徴としている。回転子に備わった第1のカラーの外径を小さくすることで、シール環体が回転子の熱を吸収しにくくするとともに、その表面が外気に開放されるので放熱がしやすくなる。したがって、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がしやすくしてこの部分の熱硬化を防ぐことができるとともに、良好な密閉性を長期にわたって維持することができる。プーリはフレームの外部にあって被水量が多いので、これと一体形成されたカラー径を大きくすることにより、水の飛散効果(スリンガー効果)を高めて耐被水性を確保することができる。また、プーリ側は回転子側に比べて、比較的温度が低いため、プーリ側のカラー径を回転子側のカラー径よりも大きく設定しても、シールリップの熱硬化を抑えることができる。
【0008】
請求項2の発明によれば、請求項1の車両用交流発電機において、前記回転子は、前記第1のカラー側に冷却ファンを備えたことを特徴としている。この回転子に備わった冷却ファンによって、第1のカラーおよびシールリップ周辺に乱流が生じてこれらの温度が下がるため、シールリップの熱硬化をさらに抑えることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
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。
【0010】
図1は、一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。本実施形態の車両用交流発電機は、フロント側フレーム1、リア側フレーム2、転がり軸受け3a、3b、回転子4、固定子5、整流装置6、電圧調整器7、ブラシ装置8等を含んで構成されている。
【0011】
アルミダイカスト製のフロント側フレーム1およびリア側フレーム2は、ともに椀状に形成されており、それらの開口部を当接して、複数個のボルト(図示せず)により相互に固定されている。フロント側フレーム1には、円筒状の軸受け収容部11が一体で形成されるとともに、固定子5が圧入されている。また、リア側フレーム2には、フロント側の軸受け収容部11より小径の円筒状で鉄製の軸受け収容部12がボルト(図示せず)によって固定されている。
【0012】
回転子4は、界磁巻線41、界磁鉄心42、43、回転軸44、カラー(第1のカラー)45等によって構成されており、軸受け収容部11、12に固定される一対の転がり軸受け3a、3bにより回転自在に保持されている。
【0013】
リア側の界磁鉄心43の軸方向端面には遠心方向に流れる冷却風を生成するように、遠心型の冷却ファン46が取り付けられている。また、フロント側の界磁鉄心42の軸方向端面には、界磁巻線41への冷却風を生成するように、回転子4の回転方向に対して前傾させた斜流式ブレードを有する冷却ファン47が取り付けられている。
【0014】
また、回転軸44の前端には、図示しないベルトを介して車両の回転動力を伝達するプーリ20が固定されている。
【0015】
整流装置6は、固定子5の固定子巻線から出力される三相電圧に対して三相全波整流を行うものである。リア側フレーム2の外側側面部には、整流装置6、電圧調整器7、ブラシ装置8等からなるいわゆる電気部品がボルト等の締結手段によって固定されており、これらの電気部品を覆うように、冷却風吸入窓を有する金属製のカバー9が固定されている。
【0016】
上述した構造を有する車両用交流発電機は、ベルト等を介してプーリ20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4が所定方向に回転する。この状態で回転子4の界磁巻線41に外部から励磁電圧を印加することにより、界磁鉄心42、43のそれぞれの爪部が励磁され、固定子5の固定子巻線に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置6からは所定の直流電流が取り出される。
【0017】
次に、本発明の特徴部分である一方の転がり軸受け3a周辺の詳細について説明する。図2は転がり軸受け3aおよびその周辺の部分的な拡大断面図である。図2に示すように、転がり軸受け3aは、内輪30および外輪31と、それらの間であって保持器400によって保持された玉401と、外輪31に固定されたシール環体320を備えている。
【0018】
内輪30は、肩部形成された周段部301を有している。また、外輪31に固着されたシール環体320は、ゴム等の弾性体320aからなり、径方向に延びる金属製の芯金320bが埋設されている。このシール環体320の内周部には、周段部301の側面301aに沿って径方向に延びる弾性体よりなる柔軟な内周シールリップ321が形成されており、この内周シールリップ321と周段部301の側面301aとの間で密封が行われる。本実施形態では、外輪31に固着されたシール環体320の内周部から周段部301の側面301aに沿って径方向に延びた内周シールリップ321の一部を、この側面301aに接触させることにより密封装置が構成されている。
【0019】
上述したシール環体320の内周シールリップ321には、その先端部および中間部に、周段部301の側面301a方向に延びる2個の内側リップ322、323と、これらの内側リップ322、323のそれぞれの基部から周段部301の側面301aとは反対方向に延びる2個の外側リップ324、325が形成されている。上述した2個の外側リップ324、325のそれぞれの外周には、円環状の溝部326、327が形成されている。また、上述した2個の内側リップ322、323の内、先端の内側リップ322のみが常時周段部301の側面301aに接触しており、他の内側リップ323は、内側リップ322が所定量の摩耗の後初めて周段部301の側面301aに接触するようになっている。したがって、長期の使用に際して先端の内側リップ322の摺動面が低下してきたときに内側リップ323が周段部301の側面301aに接触して、さらに長期にわたって密封性を維持できるようになっている。
【0020】
本実施形態では、上述した転がり軸受け3aの内輪30の端面に当接する回転子4のカラー45の端面の最外径Aが、周段部301の端部外径C以上であって、外周側に形成された溝部327の外径B以下に設定されている。
【0021】
周段部301の端部外径Cをカラー45の端面の最外径A以下に設定することにより、プーリ20と回転子4とを一体駆動するために内輪30を挟んでカラー45とプーリ20を締結する際に、内輪30とカラー45の間の接触面積をできるだけ広く確保することができ、接触部分の金属疲労を低減することができる。
【0022】
また、カラー45の端面の最外径Aを外周側に形成された溝部327の外径B以下に設定することにより、カラー45の端面がシール環体320に対向しないようになるため、シール環体320は回転子4からの放熱を吸収しにくくなり、しかも外気に開放されて放熱が容易となる。したがって、リップ部周辺の熱硬化を抑えることができるとともに、良好な密閉性を確保することができる。
【0023】
また、プーリ20側のカラー(第2のカラー)21と転がり軸受け3aとの当接部付近は、フレーム1内に配置されたカラー45との当接部付近よりも被水量が多いので、水の飛散効果(スリンガー効果)を高めて耐被水性を確保するため、プーリ20側のカラー21の外径を外周側の溝部327の外径Bよりも大きく設定している。このとき、プーリ20側においては、ベルトによる駆動に際してミクロな滑りによる発熱があるだけであり、回転子4側のように界磁巻線41などの発熱体がない分、カラー21の温度が低くなる。したがって、カラー21の外径を大きく設定した場合であっても、対向するシール環体320に対する放射熱が少なく、熱劣化をもたらすおそれはない。
【0024】
また、回転子4のフロント側の軸方向端面には冷却ファン47が備わっており、カラー45およびシール環体320周辺に乱流が生じてこれらの温度を下げるため、さらにリップ部の熱劣化を低減することができる。
【0025】
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で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、プーリ20に近い側の転がり軸受け3aについて説明したが、リア側の転がり軸受け3bとこれに隣接するカラー410についても同様の構造を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。
【図2】転がり軸受けとその周辺の部分的な拡大断面図である。
【符号の説明】
1 フロント側フレーム
2 リア側フレーム
3a、3b 転がり軸受け
4 回転子
5 固定子
30 内輪
31 外輪
41 界磁巻線
42、43 界磁鉄心
44 回転軸
45 カラー
46、47 冷却ファン
車両用交流発電機
301 周段部
320 シール環体
321 内周シールリップ
322、323 内側リップ
324、325 外側リップ
Claims (2)
- 励磁磁束を発生する回転子と、前記回転子を回転自在に保持する転がり軸受けとを備える車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記転がり軸受けの内輪の前記回転子側の一端に当接する第1のカラーを備え、
前記転がり軸受けは、前記内輪の肩部に周段部を設けるとともに、密封装置を備え、
前記密封装置は、前記転がり軸受けの外輪に固着したシール環体を備え、このシール環体は、内周シールリップを備え、
前記内周シールリップは前記シール環体の内周部から、前記周段部の側面に沿って径方向に延びて形成されるとともに、前記周段部の側面方向に延びる複数の内側リップと、この各内側リップの基部から前記周段部の側面とは反対方向に延びる複数の外側リップとから形成され、前記内周シールリップの先端に設けられた前記内側リップが、前記周段部の側面に接触されており、
前記外側リップの外周側に隣接する部位には円環状の溝部を備え、
前記第1のカラーは前記密封装置の外側リップと隣接して対向していると共に、前記第1のカラーの前記転がり軸受け側の端面の最外径は、前記溝部外径より小さく、前記周段部の外径より大きくすることで、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がすようにし、かつ
前記回転子を駆動するプーリを備え、
前記プーリは、前記転がり軸受けの前記内輪の一端であって、前記第1のカラーが当接する側と反対側に当接する第2のカラーを備え、
前記プーリと前記第2のカラーとが一体に形成されるとともに、前記第2のカラーの外径は、前記溝部外径より大きいことを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項1において、
前記回転子は、前記第1のカラー側に冷却ファンを備えたことを特徴とする車両用交流発電機。
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