JP5911577B2

JP5911577B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5911577B2
Application number: JP2014524497A
Authority: JP
Inventors: 大橋　篤志; 篤志大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: EP2874281B1; EP2874281A1; EP2874281A4; JPWO2014009998A1; US20150155754A1; CN104428981A; WO2014009998A1; US9472993B2; CN104428981B

Description

この発明は、例えば車両に搭載される交流発電機等の回転電機に関するものであり、回転子を支持する軸受がブラケットの軸受収納部で収納された回転電機に関するものである。

従来、車両用交流発電機として、回転子を支持するためにシャフトの両側に駆動側軸受及び反駆動側軸受が設けられており、駆動側軸受は、駆動側ブラケットに直接圧入されリテイナをねじで締結することで駆動側ブラケットに固定し、反駆動側軸受は、リテイナを用いて反駆動側ブラケットに固定せずに、車両用交流発電機の駆動時の発熱に起因する軸受収納部及び軸受の熱膨張差による両者の結合力が低下するのを防止するために、反駆動側ブラケットの軸受収納部と、軸受外輪との間に樹脂製のスペーサを設けて、軸受の外輪が軸受収納部に対して回転するのをスペーサにより防止していた。（例えば、特許文献１参照）

特開平７−１５８６４７号公報

しかしながら、従来の車両用交流発電機では、軸受の外輪の回転を防止するための樹脂製スペーサを、軸受収納部と軸受の外輪との間に常温で圧入状態ではなく、少量の隙間を設ける様、樹脂製スペーサを装着すると、一般的なアルミ製のブラケットは高温状態が続くことにより、永久変形してしまい、軸受収納部の内径が大きくなり、その結果樹脂製スペーサの内周面が軸受外輪の外周面より大きく熱膨張し、これら樹脂製スペーサ内周面と軸受外輪の外周面との間に隙間が生じてしまい、軸受外輪の回転を防止できない、また、常温で樹脂製スペーサを、軸受外輪とブラケットの軸受収納部との間に全周に亘り圧入状態で装着すると、高温状態となった場合、スペーサの内周側へも熱膨張が生じ、その結果、スペーサの内周面が軸受外輪を押圧して軸受内部へ応力が印加され、軸受内の正規隙間が異常に減少してしまい、軸受機能に支障を来たすという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、軸受外輪の回転を確実に防止して、軸受および軸受収納部の破損を防止し得る回転電機を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機は、シャフトと、このシャフトに固定された回転子と、この回転子の両側であって前記シャフトに回転自在に設けられていると共に前記回転子を支持した軸受と、この軸受が装着された軸受収納部を有し、前記軸受を介して前記回転子を回転自在に支持するブラケットと、前記軸受の外輪外周と前記軸受収納部の内周との間に装着された樹脂製の円筒状スペーサとを備え、前記スペーサは、その径方向肉厚が、前記軸受外輪外周と前記軸受収納部内周との間隙よりも小さく設定され、かつ、全周上の少なくとも１ヶ所の内周において平坦部が設けられ、この平坦部が前記軸受外輪の外周を常に押圧するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る回転電機によれば、スペーサの内周に設けられた平坦部が軸受外輪の外周を常に押圧するように構成されているので、回転電機の駆動時の発熱に起因する軸受外輪とスペーサとの間の相対回転を防止して軸受および軸受収納部の破損を防止することができる。
従って、特殊な軸受を用いる必要がないので低コスト化が図れ、また、この軸受けの外輪は、スペーサとの間で回転することがないので、装置の耐久性を向上でき、信頼性を高めることができる。また、スペーサの円周上、部分的に設けられた平坦部により、軸受外輪を押圧して回転防止しているので、高温状態となっても、軸受内部の応力印加に伴う軸受機能に支障を来たすこともなくし得る。

本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す側断面図である。図１の円筒状スペーサを示す斜視図である。図１のスペーサを示す断面図である。図１の軸受収納部の内側を示す部分斜視図である。図１に示す車両用交流発電機のブラケットの軸受収納部と、スペーサ及び軸受外輪の構成を示す部分拡大断面図である。本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機のスペーサを示す断面図である。図６に示すスペーサの装着状態を示す部分断面図である。本発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機のスペーサを示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す側断面図、図２は、図１の円筒状スペーサを示す斜視図、図３は、図１のスペーサを示す断面図、図４は、図１の軸受収納部の内側を示す部分斜視図、図５は、図１に示す車両用交流発電機のブラケットの軸受収納部と、スペーサ及び軸受外輪の構成を示す部分拡大断面図である。
この車両用交流発電機（以下、発電機と略称する。）は、駆動側ブラケット１及び反駆動側ブラケット２からなるケースと、反駆動側ブラケット２の全面を覆った樹脂カバー１８と、ケースの内側に設けられ、一端にプーリ３が取り付けられたシャフト４と、このシャフト４に取り付けられた回転子５と、この回転子５の駆動側ブラケット１側に取り付けられた駆動側ファン６及び反駆動側ブラケット２側に取り付けられた反駆動側ファン７とを備えている。
また、この発電機は、シャフト４に取り付けられた、回転子５に電流を供給するためのスリップリング８と、スリップリング８に摺動する一対のブラシ９と、駆動側ブラケット1及び反駆動側ブラケット２に固定された固定子１０と、固定子１０に電気的に接続され、固定子１０で生じた交流電流を直流電流に整流するレクチファイヤ１１と、固定子１０で生じた交流電圧を調整するレギュレータ１２とを備えている。

回転子５は、対向した一対の爪状磁極１３，１４とこの爪状磁極１３，１４の内部に導線が巻回された回転子コイル１５とを有している。
固定子１０は、固定子鉄心１６と、固定子鉄心１６のスロット（図示せず）に導線が巻回された固定子コイル１７とを有している。固定子コイル１７は、３個の巻線部（図示せず）を３相Ｙ形結線した２つの３相交流巻線により構成されている。

駆動側ブラケット１及び反駆動側ブラケット２は、アルミニウム製で、椀状に形成されており、椀状のそれぞれの開口部を対向して締付ボルト１９により締結することで一体化されている。
駆動側ブラケット１には、中央部に軸受収納部２０が形成されている。この軸受収納部２０には、シャフト４を回転自在に支持した駆動側軸受２１が圧入して収納されている。この駆動側軸受２１は、リテイナ４０をねじ４１で締結することで駆動側ブラケット１に固定されている。
反駆動側ブラケット２には、中央部に軸受け収納部２２が形成されている。この軸受収納部２２には、シャフト４を回転自在に支持した反駆動側軸受２３が樹脂製の円筒状スペーサ２４を介して装着されている。反駆動側軸受２３は、シャフト４に固着された内輪２３ａと、軸受収納部２２内にスペーサ２４を介して固定された外輪２３ｂと、この外輪２３ｂと内輪２３ａとの間に装着されたボール２３ｃとからなる。
このスペーサ２４は、駆動時の発熱に起因する軸受収納部２２及び反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの熱膨張差により生じた、軸受収納部２２と反駆動側軸受２３の外輪２３ｂとの間の隙間を熱膨張により補完するものである。

図２に示すスペーサ２４は、反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの軸線方向の全長を覆う円筒状であって、ポリブチレンテレフタレート（PoLybutyLeneterephthaLate:PBT）樹脂で構成されている。スペーサ２４の径方向肉厚ｃ（例えばｃ＝０．９８ｍｍ）は、軸受外輪２３ｂ外周径と軸受収納部２２内周径との間隙よりも小さく設定されている。
また、このスペーサ２４は、回転子５と反対側の縁部に全周に亘って係止部２５が形成されている。この係止部２５は、スペーサ本体２６から径内側方向に突出している。
また、スペーサ本体２６の外周面に、軸線方向にその全幅に亘って延びて形成された２個のリブ２７が形成されている。

２個で一対のリブ２７は、そのスペーサ２４の円周上等間隔で３ヶ所に形成されている。
２個のリブ２７の間には、リブ２７の幅と同一の寸法ａ（ａ＝０．８ｍｍ）のスリット２８が設けられている。
また、リブ２７が形成されるスペーサ２４の円周上の３ヶ所には平坦部２９が形成されており、この平坦部２９に、一対のリブ２７が突出して一体形成されて径方向の肉厚ｄは、０．９８ｍｍに設定されている。
この平坦部２９は、その内周面２９ｂは、スペーサ２４の内周に弦形状を成す様に構成されており、常温において、常に軸受外輪２３ｂの外周面を押圧する様に寸法ｅ（例えば０．０６５ｍｍ）が設定されている。また、常温において、平坦部２９を除く軸受外輪２３ｂの外周面とスペーサ２４の内周面との間の隙間ｆ（例えば０．０２５ｍｍ）に設定されている。前記の寸法ｅおよび隙間ｆの値は、高温状態が続いても、常に平坦部２９の内周面のみが軸受外輪２３ｂの外周面を押圧して、軸受外輪２３ｂの回り止め機能を成すように設定されている。

平坦部２９の外周面２９ａには、スリット２８を介して２個のリブ２７がスペーサ２４と一体に形成されている。
その平坦部２９の径方向対向部には、軸受収納部２２に形成された係合凹部３０が形成されており、リブ２７を係合することにより、スペーサ２４の回転を阻止している。なお、リブ２７と係合凹部３０の側壁との隙間ｇは例えば０．２ｍｍに設定されており、リブ２７と係合凹部３０の外周壁との隙間ｈは、例えば０．３９ｍｍに設定されている。この隙間ｈの寸法は、高温状態が続いても、各リブ２７の外周面が軸受収納部２２の係合凹部３０の内周面に当接しない値に設定されている。
また、スペーサ２４における平坦部外周面２９ａを除くスペーサ２４の外周面と軸受収納部２２の内周面との隙間ｉは例えば０．０１４ｍｍに設定されている。

ここで、軸受２３の外輪２３ｂの外径は３５ｍｍ、スペーサ２４の内径は３５．０５ｍｍ、スペーサ２４の外径は３７．０１ｍｍ、ブラケット２の軸受収納部２２の内径は３７．０３８ｍｍに各々設定されている。
従って、前記のように隙間ｆ＝０．０２５ｍｍ、隙間ｉ＝０．０１４ｍｍに設定されている。

図４は、反駆動側ブラケット２の軸受収納部２２を内側から視たときの部分斜視図である。
この軸受収納部２２は、シャフト４が貫通するつば部３１に、スペーサ２４の係止部２５が係合されるテーパ部３２と、スペーサ２４のリブ２８の先端が係合される係合部３３が形成されている。
軸受収納部２２の内周面には、先端部が係合部３３に接続され、軸線方向に延びたリブ収納部３４が形成され、このリブ収納部３４の入口部には、テーパ状の切欠き部３５が形成されている。

上記構成の発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ９、スリップリング８を通じて回転子５の回転子コイル１５に電流が供給されて、磁束が発生し、回転子５の爪状磁極１３，１４には、それぞれＮ極、Ｓ極が生じる。
一方、エンジンによってプーリ３は駆動され、シャフト４によって回転子５が回転するため、固定子鉄心１６には回転磁界が与えられ、固定子コイル１７には起電力が生じる。
この交流の起電力は、回転子コイル１５に流れる電流を調整するレギュレータ１２によりその大きさが調整される。
また、この交流の起電力により生じる交流は、レクチファイヤ１１を通って直流に整流されてバッテリに充電される。

ところで、反駆動側軸受２３は、発熱部品であるレクチファイヤ１１やレギュレータ１２が配設されている反駆動側ブラケット２の軸受収納部２２に収納されている。
そのため、発熱部品で発生した熱が反駆動側の軸受収納部２２を介して反駆動側軸受２３に伝達され、また、回転子コイル１５で発生した熱が爪状磁極１３，１４を介してシャフト４に伝わり、この熱が反駆動側軸受２３の外輪２３ｂに伝達され、軸受収納部２２、スペーサ２４および反駆動側軸受２３の外輪２３ｂが熱膨張する。
このとき、軸受収納部２２がアルミニウムで作製されており、反駆動側軸受２３の外輪２３ｂが炭素鋼で作製されているので、軸受収納部２２と反駆動側軸受２３の外輪２３ｂとの間隙が大きくなるように熱膨張する。
一方、スペーサ２４の線膨張率が大きいことから軸受収納部２２と反駆動側軸受２３の外輪２３ｂとの間隙の増分を補完するように熱膨張するので、軸受収納部２２と反駆動側軸受２３の外輪２３ｂとの間のスペーサ２４を介しての結合力は確保される。

即ち、スペーサ２４の平坦部２９の内周面２９ｂは、発熱部品からの熱を受け、高温状態となっても、その全周の３ヶ所において、軸受外輪２３ｂを押圧し続けるので、スペーサ２４と軸受外輪２３ｂとの相対回転は生じない。
また、スペーサ２４のリブ２７も高温時には熱膨張し、外周方向側および円周方向側へ熱膨張するが、その各リブ２７が軸受収納部２２の内周面と圧接することがないように、寸法ｇと寸法ｈが各々設定されている。
各リブ２７は、軸受収納部２２の周方向内面とは、所定の微小間隙を介すこととなり、その結果、スペーサ２４のリブ２７は、シャフト４の回転時にはその回転方向への対向側の軸受収納部２２の周方向内面と当接してスペーサ２４の軸受収納部２２に対する回転を阻止している。

なお、この実施の形態１のものでは、スペーサ２４の軸受収納部２２への装着の際には、環状の係止部２５が形成された側のリブ２７を、軸受収納部２２の切欠き部３５を介してリブ収納部３４に嵌合させながら挿入し、リブ２７の先端を、係止部３３に係合させると共にスペーサ２４の係合部２５をテーパ部３２に押し当てて、つば部３１に当接するようにして装着する。
リブ２７は、各１対のリブ２７がその円周上１２０°毎に３ヶ所設けられており、各々同時に軸受収納部２２に収納されるので、組付けが極めて容易に出来、作業性が向上する。

また、スペーサ２４は、常温時にもその平坦部内周面２９ｂが軸受外輪２３ｂの外周面を押圧して保持しているので、常温時の軸受２３の組付け時にも、軸受２３の外輪２３ｂとスペーサ２４とは回転が阻止されているので、組付け作業が容易となる。

また、スペーサ２４に設けられたリブ２７は２個１対で、そのリブ２７間にスリット２８を設けているので、リブ２７の周方向の肉厚を薄くすることが出来、スペーサ２４の樹脂材が引き起こす高温時の熱収縮によるヒケ現象を防止出来、その結果スペーサ２４の平坦部２９の径方向肉厚そ均一することが出来、より確定にスペーサ２４の機能を発揮出来る効果がある。

なお、スペーサ２４に設けられたリブ２７は、スペーサ２４の軸方向全幅にわたり構成する必要はなく、スペーサ２４の外周部が突出して、軸受収納部２２の凹部３０と係合して互いの回転を防止する如く軸方向全幅の一部分設けても良い。また、リブ２７は平坦部２９に１個設けても良い。また、リブ２７は円周上３ヶ所に設けるものを例示したが、これに限定されるものではない。

実施の形態２
図６は、この発明の実施の形態２の車両用交流発電機のスペーサ２４を示す断面図、図７は、図６の要部拡大断面図である。
この実施の形態では、スペーサ２４におけるリブ２７装着部の円周方向中央部外周面に、常温で常に軸受収納部２２の内周面に圧入し得る凸部３６が形成されている。この凸部３６は、図６に示すように、スペーサ２４の外周面の円周上１２０°等間隔（角度α）でかつ、一対のリブ２７装着部の中央位置に各々３個形成されている。これら凸部３６は、スペーサ２４と一体に形成されており、常温時には図７に示す如く軸受収納部２２の内周面を押圧すると共に、高温状態時にも、スペーサ２４の外周面の凸部３６は、軸受収納部２２の内周面を押圧して、スペーサ２４と軸受収納部２２との回転を阻止している。また、スペーサ２４の内周面に形成された平坦部２９ｂが軸受外輪２３ｂの外周面を、常温時にも、高温時にも所定の押圧力で押圧するように構成されている。

従って、スペーサ２４は、その内周面は、平坦部内周面２９ｂにより、その外周面は、凸部３６により、各々軸受外輪２３ｂおよび軸受収納部２２に対して回転を阻止しているので、より確実にスペーサ２４における軸受外輪２３と、軸受収納部２２との回り止めを行うことが出来る。
更に、スペーサ２４に設けられた平坦部２９と凸部３６は、スペーサ２４の円周上、各々等間隔となるように、スペーサ２４の内周面と外周面とに各々設けられているので、スペーサ２４をバランスよく回り止め機能を発揮出来、回転防止動作を確実にして、耐久性の良好な装置を提供し得る。

実施の形態３
図８は、この発明の実施の形態３の車両用交流発電機のスペーサ２４を示す断面図である。
この実施の形態では、スペーサ２４には、常温時にも、高温状態時にも、軸受外輪２３ｂ外周面を押圧して、軸受外輪２３ｂに対して回転防止を行う平坦部２９のみが形成されている。前述の実施の形態１および２の如くリブ２７、および凸部３６は設けられていない。
即ち、この実施の形態のものでは、スペーサ２４に平坦部２９を設けることにより、常に軸受外輪２３ｂを押圧して、特に高温状態時におけるスペーサ２４と軸受外輪２３ｂとの間の回転を防止出来るので、交流発電機の駆動時の発熱に起因する軸受外輪２３ｂとスペーサ２４との相対回転を防止出来ると共に、従来の如くスペーサ２４の内周面全体が軸受外輪２３ｂを押圧することによる軸受の機能低下を防止出来る。

上述の各実施の形態では、スペーサ４の平坦部２９の内周面２９ｃは弦を程する様に形成したものを例示したが、これに限定されるものでなく、軸受外輪２３ｂを押圧して、回り止め機能を成すものであれば、他の形状のものでも良い。

なお、上記各実施の形態では、車両用交流発電機に適用される交流発電機について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この発明は例えば船外機用交流発電機にも適用することができる。
また、電動機にも適用することができる。
また、電動機と発電機を兼用した電動発電機にも適用することができる。

符号の説明
１駆動側ブラケット、２反駆動側ブラケット、３プーリ、４シャフト、５回転子、６駆動側ファン、７反駆動側ファン、８スリップリング、９ブラシ、１０固定子、１１レクチファイヤ、１２レギュレータ、１３，１４爪状磁極、１５回転子コイル、１６固定子鉄心、１７固定子コイル、１８樹脂カバー、１９締付ボルト、２０，２２軸受収納部、２１駆動側軸受、２３反駆動側軸受、２３ａ内輪、２３ｂ外輪、２３ｃボール、２４スペーサ、２５係止部、２６スペーサ本体、２７リブ、２８スリット、２９平坦部、２９ａ外周面、２９ｂ内周面、３０係合凹部、３１つば部、３２テーパ部、３３係合部、３４リブ収納部、３５切欠き部、３６凸部。

Claims

シャフトと、このシャフトに固定された回転子と、この回転子の両側であって前記シャフトに回転自在に設けられていると共に前記回転子を支持した軸受と、この軸受が装着された軸受収納部を有し、前記軸受を介して前記回転子を回転自在に支持するブラケットと、前記軸受の外輪外周と前記軸受収納部の内周との間に装着された樹脂製の円筒状スペーサとを備え、
前記スペーサは、その径方向肉厚が、前記軸受外輪外周と前記軸受収納部内周との間隙よりも小さく設定され、かつ、全周上の少なくとも１ヶ所の内周において、平坦部が設けられ、この平坦部が前記軸受外輪の外周を常に押圧するように構成されていることを特徴とする回転電機。
前記平坦部は、円周上複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記平坦部は、円周上均等に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記平坦部は、スペーサの内周に弦形状を成すように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記平坦部を有するスペーサは、前記平坦部の外周にリブを設けると共に、前記軸受収納部には、前記リブを収納する凹部を設け、この凹部内周と前記リブの外周との隙間は前記スペーサが熱膨張しても前記リブが前記凹部に当接しないように設定されていることを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記リブが設けられているスペーサ外周は平坦部から成ることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
前記リブは、周方向にスリットを介して２個１対で設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の回転電機。
前記リブは、前記スペーサの軸方向外周の全幅に亘って形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の回転電機。
スペーサの外周の少なくとも円周上の１ヶ所に、前記軸受収納部内周に常に圧入し得る凸部を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。
スペーサに設けられた平坦部は円周上均等に３ヶ所に設けられ、かつ前記スペーサに設けられた凸部は前記隣接する平坦部間の中央の位置に各々３ヶ所設けられていることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の回転電機。