JP5029524B2 - 車両用補機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用補機に関する。

車両用補機としての車両用交流発電機には回転軸を支持する軸受が備わっており、この軸受は、フレームに設けられた軸受収納部に収納されて保持される（例えば、特許文献１参照。）。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、ベルト張力によるラジアル荷重が車両用交流発電機の軸受に加わる。このラジアル荷重は、軸受を収納する軸受収納部で受けることになる。また、この軸受収納部の周囲には冷却風をフレーム内に導入するための複数の吸入窓が設けられており、これら複数の吸入窓の間に径方向に延在する複数の支持部によって軸受収納部が支持されている。
実公昭６３−５４１７号公報（第２−３頁、図２−５）

ところで、上述した特許文献１等に開示された車両用交流発電機の軸受は、ベルト張力によるラジアル荷重を受けるため、軸受の外輪には局部的なラジアル荷重が加わって外輪の軸受軌道面が部分的に変形して軸受の寿命が低下するという問題があった。また、このような外輪の軸受け軌道面の部分的な変形は、ベルト張力によるラジアル荷重が作用する位置や、このラジアル荷重に対する反力が最大となる各支持部の位置において大きくなる。さらに、外輪の軸受軌道面の部分的な変形はベルト張力によるラジアル荷重以外の要因でも発生する。例えば、軸受を軸受収納部にねじ止めする場合を考えると、軸受収納部の雌ねじ穴が形成された箇所がねじ止めの際に変形して軸受の外輪に外周側から荷重が加わるため、これらの雌ねじ穴が形成された箇所においても外輪の軸受軌道面の変形が発生する。

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、軸受の外輪軌道面の変形に伴う軸受の寿命低下を抑制することができる車両用補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、本発明の車両用補機は、回転軸を回転自在に支持する軸受を保持するフレームを備え、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補機であって、フレームは、軸受の外輪の外周面に対向する内周面を有する軸受収納部を有し、軸受収納部の内周面と外輪の外周面との間の隙間あるいは締め代が周方向に沿って不均一になっている。具体的には、軸受の外輪軌道面の変形を抑制可能な特定位置について軸受収納部の内周面の外径が広くなっている。これにより、軸受の外輪に部分的に加わる過大な荷重を低減して外輪軌道面の部分的な変形を抑えることができ、軸受の寿命低下を抑制することができる。

また、上述した特定位置は、ベルトの張力による負荷圏側の位置を含むことが望ましい。これにより、ベルトの張力によって発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。

また、上述したフレームは、環状の軸受収納部を外周側から支持する複数の支持部を有しており、特定位置は、複数の支持部に対応する位置を含むことが望ましい。これにより、軸受収納部の支持部に対応して発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。

また、上述した軸受収納部には、軸受をねじ止めするための複数の雌ねじ穴が回転軸に沿った向きに設けられており、特定位置は、複数の雌ねじ穴に対応する位置を含むことが望ましい。これにより、軸受固定用の雌ねじ穴に対応して発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。

また、上述した軸受は、玉軸受であることが望ましい。これにより、軸受の玉や外輪に局部的に過大な荷重がかかることを防止することができる。

以下、本発明の車両用補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、共にアルミダイカストによって製造されて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には円筒状の軸受収納部７が、リア側フレーム２には円筒状の軸受収納部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、軸受収納部７、８に収納される一対の軸受（玉軸受）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の軸受収納部７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、フロント側フレーム１の軸受収納部７周辺の拡大図である。

図２に示すように、フロント側フレーム１は、中央に環状の軸受収納部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。４本のスポーク２００のそれぞれは、軸受収納部７を外周側から支持する支持部である。軸受収納部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に設けられた軸受収納部７は、軸受固定プレート７０を取り付けるために用いられる軸受ねじ止め用の４箇所の雌ねじ穴７２が回転軸１４に沿った向きに形成されている。

また、軸受収納部７は、その内周面と軸受１５の外輪１５ａの外周面との間の隙間あるいは締め代が周方向に沿って不均一になっている。具体的には、軸受１５の外輪軌道面の変形を抑制可能な特定位置について軸受収納部７の内周面の外径を真円から部分的に削り取って広くしている。なお、軸受未収納時に軸受収納部７の内周面の最も大きい径よりも軸受１５の外径の方が大きい場合にはこれらの間に隙間は形成されず、締め代のみが不均一になる。一方、軸受け収納部７に軸受１５を収納した状態でこれらの間に部分的に隙間が形成される場合であって、軸受未収納時に軸受収納部７の内周面の最も小さい径よりも軸受１５の外径の方が大きい場合には隙間と締め代の両方が不均一になる。また、軸受１５の外輪１５ａの外周面は、横断面が真円になっている。

ところで、軸受１５の外輪軌道面の変形が大きくなる箇所の代表的なものとしては以下の３つが考えられる。
（１）ベルトの張力による負荷圏側の位置（図３ではベルト張力が加わる向きがＴで、この位置がＡで示されている）
（２）４本のスポーク２００に対応する位置（図３ではこの位置がＢで示されている）
（３）４つの雌ねじ穴７２に対応する位置（図３ではこの位置がＢで示されている）
本実施形態では、上記の３種類の位置Ａ、Ｂがともに含まれるように、スポーク２００および雌ねじ穴７２に対応する位置Ｂを中心にした両側の所定範囲（この範囲には位置Ａも含まれる）について径が大きくなるように軸受収納部７の内周面の形状が設定されている。

図３では、軸受収納部７の内周面を真円とした場合の形状が点線で図示されている。このような軸受収納部７の内周面の形状とすることにより、この内周面と軸受１５の外輪１５ａの外周面との間の隙間あるいは締め代を周方向に沿って不均一にしている。これにより、上記の３種類の位置Ａ、Ｂにおける外輪軌道面の変形が大きくなることを防止している。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、軸受１５の外輪軌道面の変形を抑制可能な特定位置について軸受収納部７の内周面の外径が広くなっており、軸受１５の外輪１５ａに部分的に加わる過大な荷重を低減して外輪軌道面の部分的な変形を抑えることができ、軸受１５の寿命低下を抑制することができる。

また、上述した特定位置としてベルト１１０の張力による負荷圏側の位置Ａを含ませることにより、ベルト１１０の張力によって発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。また、上述した特定位置として、４本のスポーク２００に対応する位置Ｂを含ませることにより、スポーク２００に対応して発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。また、上述した特定位置としては、４つの雌ねじ穴７２に対応する位置を含ませることにより、軸受固定用の雌ねじ穴７２に対応して発生する外輪軌道面の変形を確実に抑制することが可能となる。

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、車両用交流発電機１００に本発明を適用した場合について説明したが、エアコン等の他の車両用補機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、（１）ベルトの張力による負荷圏側の位置、（２）４本のスポーク２００に対応する位置、（３）４つの雌ねじ穴７２に対応する位置の全てが含まれるように、軸受収納部７の内周面の形状を設定したが、これら３種類の位置を全て含むのではなく、１種類あるいは２種類が含まれるように内周面の形状を設定してもよい。

また、上述した実施形態では、（２）４本のスポーク２００に対応する位置と（３）４つの雌ねじ穴７２に対応する位置とが一致するようにしたが、これらの位置が周方向にずれていてもよい。すなわち、スポーク２００の位置と雌ねじ穴７２の位置が周方向に沿ってずれていてもよい。また、軸受固定プレート７０の固定用に雌ねじ穴７２が設けられているが、他の用途に他の雌ねじ穴が設けられている場合には、この他の雌ねじ穴に対応する位置において、軸受収納部７の内周面の径を広げるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、玉軸受を用いる場合について説明したが、その他の軸受け、例えばころ軸受を用いる場合についても本発明を適用することができる。

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。 フロント側フレームの軸受収納部周辺の拡大図である。

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
１５ 軸受
２４ 整流装置
２５ 電圧制御装置
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
７０ 軸受固定プレート
７２ 雌ねじ穴
１００ 車両用交流発電機
１１０ ベルト
２００ スポーク

Claims (5)

1. 回転軸を回転自在に支持する軸受を保持するフレームを備え、前記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補機において、
   前記フレームは、前記軸受の外輪の外周面に対向する内周面を有する軸受収納部を有し、
   前記軸受収納部の内周面と前記外輪の外周面との間の隙間あるいは締め代が周方向に沿って不均一であり、
   前記軸受の外輪軌道面の変形を抑制可能な特定位置について前記軸受収納部の内周面の外径を広くすることを特徴とする車両用補機。
2. 請求項１において、
   前記特定位置は、前記ベルトの張力による負荷圏側の位置を含むことを特徴とする車両用補機。
3. 請求項１において、
   前記フレームは、環状の前記軸受収納部を外周側から支持する複数の支持部を有しており、
   前記特定位置は、前記複数の支持部に対応する位置を含むことを特徴とする車両用補機。
4. 請求項１において、
   前記軸受収納部には、前記軸受をねじ止めするための複数の雌ねじ穴が前記回転軸に沿った向きに設けられており、
   前記特定位置は、前記複数の雌ねじ穴に対応する位置を含むことを特徴とする車両用補機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記軸受は、玉軸受であることを特徴とする車両用補機。

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