KR20020030698A - 차량용 교류발전기 - Google Patents

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KR20020030698A
KR20020030698A KR1020010036214A KR20010036214A KR20020030698A KR 20020030698 A KR20020030698 A KR 20020030698A KR 1020010036214 A KR1020010036214 A KR 1020010036214A KR 20010036214 A KR20010036214 A KR 20010036214A KR 20020030698 A KR20020030698 A KR 20020030698A
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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
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Abstract

이 발명은 반구동측 베어링의 내구성을 확보함과 동시에 소형화를 가능하게 하고, 온도상으로 인한 출력의 저하나 수명의 악화를 억제할 수 있는 차량용 교류발전기를 얻는 것이다.
반구동측 베어링(30)은 내륜과 외륜을 하나씩 갖고 있으며, 볼궤도가 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 배설되고, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배열된 복수열베어링으로 구성되어 있다. 그리고 정류기(13)가 반구동측 베어링박스 (2a)의 외주측에 배설되며 통풍공(2b)이 반구동측 브라켓(2)의 반구동측 베어링박스(2a)의 외주측에 천설되어 있다.

Description

차량용 교류발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR}
이 발명은 차량용 교류발전기에 관한 것으로, 특히 회전자를 지지하는 반구동측 베어링의 구조에 관한 것이다.
차량용 교류발전기에 있어서는 고출력화에 수반하여 회전자의 대형화 및 발전기 내부의 고온화가 촉진되어 베어링의 소형화나 고신뢰성이 요구되는 것이다.
도 13은 종래의 차량용 교류발전기를 나타내는 단면도이다.
도 13에 있어서, 구동측 브라켓(1) 및 반구동측 브라켓(2)은 알루미늄제로써 사발형으로 성형되어 있으며, 사발형 개구부를 대향시켜 체결볼트 및 너트(도시하지 않음)에 의하여 체결일체화 되어 있다. 그리고 브라켓(1),(2)의 단면 중앙부에는 원통상 구동측 및 반구동측 베어링박스(1a),(2a)가 일체로 형성되어 있다.
또한 통풍공(1b),(2b)이 브라켓(1),(2)의 베어링박스(1a),(2a)의 베어링박스 외주부에 천설되어 있다.
또 샤후트(3)는 베어링박스(1a),(2a)내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링 (4),(5)을 통하여 브라켓(1),(2)에 회전자재하게 지지되어 있다.
그리고 회전자(6)가 샤후트(3)에 고착되어 브라켓(1),(2)내에 회전자재하게 배설되어 있다.
또 고정자(7)가 양단을 브라켓(1),(2)에 지지되어 회전자(6)를 덥게 끔 배설되어 있다.
회전자(6)의 계자권선에 계자전류를 공급하는 스립링(8)이 샤후트(3)의 반구동측에 고착되고, 한 쌍의 브러시(9)가 스립링(8)에 접동되도록 브라켓(1),(2)내에 배설된 브러시홀더(10)내에 수납되어 있다. 또 샤후트(3)의 구동측 단부에는 풀리 (11) 및 팬(12)이 고착되고, 고정자(7)에 전기적으로 접속되며, 고정자(7)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(13)가 브라켓(12)내에 장착되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 차량용 교류발전기에 있어서는 전류가 배터리(도시하지 않음)에서 브러시(9) 및 스립링(8)을 통하여 회전자(6)의 계자권선에 공급되어 자속이 발생된다.
이 자속에 의하여 회전자(6)의 발톱형 자극에 자극이 발생된다. 한편, 엔진의 회전 토크가 벨트(도시하지 않음) 및 풀리(11)를 통하여 샤후트(3)에 전달되어 회전자(6)가 회전된다.
그러므로 고정자권선(7a)에 회전자계가 주어져 고정자권선(7a)에 기전력이 발생한다. 이 교류의 기전력이 정류기(13)를 통하여 직류로 정류되어 배터리에 충전된다.
그리고 사후트(3)의 회전에 따라 팬(12)이 회전구동되고, 외기가 통풍공(2b)에서 유입되어 브라켓(1),(2)내를 유통한 후 통풍공(1B)에서 배출되는 냉각풍의 흐름이 형성되고, 고정자(7), 회전자(6), 정류기(13), 전압조정기(도시하지 않음) 등의 발열부품이 냉각된다.
여기에서 반구동측 베어링(5)은 도 14에 표시한 바와 같이 한 쌍의 원통형 내륜(15)과 외륜(16)을 구비하고, 볼궤도(17)가 이 내륜(15)과 외륜(16) 사이에 1열로 배설되며, 복수개의 볼(18)이 볼궤도(17)에 배설된 단열(單列)베어링으로 구성되어 있다.
그리고 내륜(15)은 샤후트(3)에 고착되고, 외륜(16)은 반구동측 베어링박스 (2a)에 고착되어 있다. 그러므로 엔진의 회전토크가 벨트 및 풀리(11)을 통하여 샤후트(3)와 함께 회전 구동된다.
그리고 벨트에 가해진 텐션에 의한 래디얼하중이 복수개의 볼(18)을 통하여 외륜(16)에 전달된다. 또 회전자(6)의 중량에 의한 하중이 복수개의 볼(18)을 통하여 외륜(16)에 전달된다. 이들의 하중은 볼(18)의 통과에 의하여 진동하중으로써, 외륜(16)에 가해져서 외륜(16)의 뒤틀림이 반복하여 발생하게된다.
이로 인하여 내륜(15), 외륜(16) 및 볼(18)에 피로파괴가 발생하여 베어링 (5)의 수명이 저하되는 문제가 있었다.
이 문제를 해결하기 위하여 베어링외경을 크게 하거나 부하용량이 큰 베어링으로 바꾸거나 외륜의 두께를 두껍게 하여 외륜의 강성을 높이는 대책이 채택되어진다. 그러나 이들 대책은 베어링(5)의 직경을 크게 하는 결과가 되며, 즉 베어링박스(2a)의 직경을 크게 하는 결과가 되어 통풍공(2b)의 크기가 작아지게 된다.
이와 같이 베어링박스(2a)와 정류기(13)의 절연거리를 확보할 필요가 있어 정류기(13)의 크기가 작아지게 되었다.
그리고 통풍공(2b)의 크기가 작아지면 냉각풍의 풍량을 확보할 수 없어 회전자(6), 고정자(7) 및 정류기(13) 등의 발열부품의 냉각이 불충분하게 되며, 정류기 (13)의 크기가 작아지면 정류기(13)의 히트싱크의 면적이 작아져서 정류기(13)의냉각이 불충분하게 되여 결과적으로 차량용 교류발전기의 온도가 상승하여 출력의 저하나 구성부품의 열열화, 수명의 악화를 초래하였다.
또 다른 대책으로써, 단열베어링을 2열로 배열하여 반구동측 베어링을 구성하여 하중을 2개로 분산시켜 피로파괴를 방지하는 대책이 제안되었었다.
그러나 이 경우 2개의 단열베어링의 래디얼방향의 극간이 상이하여 2개의 단열베어링의 분담하중이 불균형을 이루어 베어링수명이 저하되는 불합리성이 있었다.
또 구동측 베어링(4)은 반구동측 베어링(5)과 같이 단열베어링으로 구성되어 있으나, 정류기(13)나 전압조정기 등의 발열부품은 반구동측 브라켓(2)측에 배설되어 있으므로 구동측 베어링 사의 외주측에는 충분한 공간이 형성되어 있고, 베어링박스와 정류기와의 절연거리를 확보할 필요가 없다.
그러므로 구동측 베어링(4)으로서 외경, 부하용량 또는 외륜의 두께를 크게 할 베어링이 채택된다.
따라서 차량용 교류발전기에 있어서는 정류기(13)나 전압조정기 등의 발열부품이 배설되는 반구동측 베어링(5)에 있어서 피로파괴 대책이 중요하다.
종래의 차량용 교류발전기에서는 반구동측 베어링(5)이 단열베어링으로 구성되어 있으나 비틀림이 반복 가해져 반구동측 베어링(5)의 피로파괴를 일으켜 베어링수명이 저하되는 문제점이 있었다.
또 반구동측 베어링(5)의 직경, 부하용량 또는 외륜(16)의 두께를 크게 하는 대책을 채용함으로써, 강성을 높여 반구동측 베어링(5)의 피로파괴를 억제할 수가 있었다.
그러나 이와 같은 대책은 통풍공(2b) 또는 정류기(13)의 크기를 작게하는 결과가 되며, 차량용 교류발전기의 온도가 상승하여 출력저하나 구성부품의 열열화, 수명의 악화를 초래하는 문제가 있었다.
이 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 발명된 것으로써 반구동측 베어링을 한 개씩 내륜 및 외륜을 구비하고, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되며 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 구성되어, 외륜에 걸리는 하중을 축방향으로 복수개로 분산시켜 반구동측 베어링의 몸체를 크게 하지 않고 내하중성을 향상시키며 반구동측 베어링의 내구성을 확보하는 동시에 소형화를 가능하게 하며, 교류발전기의 온도상승으로 인한 출력저하나 수명의 악화를 억제할 수 있는 차량용 교류발전기를 제공함을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
이 발명에 관한 차량용 교류발전기는 각 원통형 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 사발형으로 성형되고, 사발형 개구부를 대향시켜 결합된 구동측 및 반구동측 브라켓과 상기 양베어링박스내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재하게 지지된 샤후트와, 이 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와, 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와, 상기 샤후트에 고착되어, 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와, 이 정류기에서 발생하는 열을 방열하는 열교환부 등을 구비한 차량용 교류발전기에 있어서, 상기 반구동측 베어링은 내륜과 외륜을 하나씩 구비하고 있으며, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축 방향으로 복수열로 설치되고, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열베어링으로 된 것이다.
또, 각 원통형 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 사발형으로 성형되고, 사발형 개구부를 대향시켜 결합된 구동측 및 반구동측 브라켓과 상기 양베어링박스내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재 하게 지지된 샤후트와, 상기 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와, 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와, 상기 샤후트에 고착되어 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 천설된 통풍공 등을 구비하고 공기를 상기 통풍공을 통하여 통풍시키므로써 정류기를 냉각시키도록 구성되어 있는 차량용 교류발전기에 있어서, 상기 반구동측 베어링은 내륜 및 외륜을 하나씩 보유하고 있고, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되며, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 된 것이다.
또 상기 정류기는 중심각을 180。 이상으로 하는 원호상으로 구성되고 경방향에 관하여 반구동측 베어링과 중첩되도록 반구동측 베어링과 동축으로 배설되며, 상기 통풍공은 정류기에 대하여 주방향으로 반주이상 넘어 원호상으로 개구되도록반구동측 브라켓에 천설되어 있는 것이다.
또 상기 회전자의 계자권선에 계자전류를 공급하기 위한 스립링이 샤후트의 반구동측에 배설되어 복수열베어링의 직경과 스립링의 직경이 대량 동등하게 구성되어 있다.
또 상기 샤후트는 그 반구동측 단면이 복수열베어링의 반구동측 단면과 반구동측의 최외열의 볼궤도중심과의 사이에 위치되도록 복수열베어링에 지지되어 있는 것이다.
또 크립방지부재가 각 열의 볼궤도에 대응되도록 복수열베어링의 외륜의 외주면에 설치되어 있다.
또 상기 복수열베어링은 2열의 볼궤도를 보유하고, 상기 크립방지부재는 볼궤도에 배설된 볼의 직경이하의 폭을 갖는 환상체로 성형되고, 폭방향 중심이 볼궤도의 중심에 대하여 복수열베어링의 단면측에 오프셋되어, 볼궤도의 각각에 대응하여 외륜의 외주면에 설치되어 있다.
또 상기 브라켓은 금속제이고, 크립방지부재는 수지제이다. 또 방열수단이 반구동측 브라켓에 설치되어 있는 것이다.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기를 나타내는 종단면도.
도 2는 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 있어서, 반구동측 베어링을 나타내는 종단면도.
도 3은 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기를 반구동측에서 본 정면도.
도 4는 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 반구동측 내부도.
도 5는 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 정류기의 사시도.
도 6은 이 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 있어서, 반구동측 베어링의 구조를 나타낸 종단면도.
도 7은 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 있어서 반구동측 베어링의 구조를 나타내는 종단면도.
도 8은 이 발명의 실시의 형태 4에 관한 차량용 교류발전기에 있어서 반구동측 베어링을 나타내는 사시도.
도 9는 이 발명의 실시의 형태 5에 관한 차량용 교류발전기를 반구동측에서 본 정면도.
도 10은 이 발명의 실시의 형태 5에 관한 차량용 교류발전기의 반구동측 내부도.
도 11은 이 발명의 실시의 형태 6에 관한 차량용 교류발전기의 종단면도.
도 12는 이 발명의 실시의 형태 7에 관한 차량용 교류발전기의 종단면도.
도 13은 종래 차량용 교류발전기의 종단면도.
도 14는 종래 차량용 교류발전기에 적용되는 반구동측 베어링의 구조를 나타내는 요부단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 구동측 브라켓,1a : 구동측 베어링박스,
2 : 반구동측 브라켓,2a : 반구동측 베어링박스,
2b : 통풍공,2d : 방열리브,
3 : 샤후트,4 : 구동측 베어링,
6 : 회전자,7 : 고정자,
8 : 스립링,11 : 풀리,
13,13A : 정류기,22 : 계자권선,
30,30A,30B,30C : 반구동측 베어링,31 : 내륜,
32 : 외륜,33 : 볼궤도,
34 : 볼,36 : 수지밴드(크립방지부재),
37 : 금속링(크립방지부재),40 : (+)극측 히트싱크(열교환부),
41 : (-)극측 히트싱크(열교환부),51 : 유통로(방열수단),
52 : 냉각수(방열수단).
이하 이 발명의 실시의 형태를 도면에 의하여 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기를 나타낸 종단면도.
도 2는 도 1에 표시된 차량용 교류발전기에 있어서 반구동측 베어링을 나타내는 종단면도.
도 3은 도 1에 표시된 차량용 교류발전기를 반구동측에서 본 정면도.
도 4는 도 1에 표시된 차량용 교류발전기의 반구동측 내면도.
도 5는 도 1에 표시된 차량용 교류발전기에 적용되는 정류기를 나타내는 사시도이다.
도 1에 있어서 구동측 브라켓(1) 및 반구동측 브라켓(2)은 알루미늄제로써 사발형으로 성형되어 있으며, 사발형 개구부를 대향시켜 체결볼트(14)에 의하여 체결일체화되어 있다.
그리고 브라켓(1),(2)의 단면 중앙부에는 원통상 구동측 및 반구동측 베어링박스(1a),(2a)가 일체로 형성되어 있다. 또 통풍공(1b),(2b)이 브라켓(1),(2)의 베어링박스(1a),(2a)의 외주부에 통풍공(1c),(2c)이 브라켓(1),(2)의 측면 연부에 천설되고 다시 방열수단으로서의 방열리브(2d)가 브라켓(1),(2)의 측면 연부에 설치되어 있다.
또 샤후트(3)는 베어링박스(1a),(2a)내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링(4),(40)을 통하여 브라켓(1),(2)에 회전자재하게 지지되어 있다.
그리고 회전자(6)가 샤후트(3)에 고착되어 브라켓(1),(2)내에 회전자재하게 배설되어 있다. 또한 고정자(7)가 고정자철심(7b)의 양단을 브라켓(1),(2)에 지지되어 회전자(6)를 덮도록 배설되어 있다.
회전자(6)의 계자권선(22)에 계자전류를 공급하는 스립링(8)이 샤후트(3)의 반구동측에 고착되고 한 쌍의 브러시가 스립링(8)에 접동되도록 브라켓(1),(2)내에 배설된 브러시홀더(10)내에 수납되어 있다.
풀리(11)가 샤후트(3)의 구동측 단부에 고착되어 엔진의 회전토크를 벨트(도시하지 않음)를 통하여 샤후트(3)에 전달할 수 있도록 되어 있다.
고정자(7)에서 발생된 교류전압의 크기를 조정하는 전압조정기(20)가 브러시홀더(10)에 감착된 열교환부로서의 히트싱크(21)에 접착되어 있다.
고정자(7)에 전기적으로 접속되어, 고정자(7)에서 발생된 교류를 직류로 정류하는 정류기(13)가 브라켓(2)내에 장착되어 있다.
회전자(6)는 전류를 흘려서 자속을 발생시키는 계자권선(22)과 계자권선(22)을 덮도록 설치되고, 계자권선(22)에서 발생된 자속에 의하여 자극이 형성되는 한 쌍의 폴코어(23),(24)로 구성된다. 한 쌍의 폴코어(23),(24)는 철제로써 발톱형 자극(23a),(24a)이 외주면부에 주방향으로 등각피치로 복수개 돌설되고, 발톱형 자극(23a),(24a)을 맞물리게 끔 대행되게 샤후트(3)에 고착되어 있다.
또한 내측 팬(25)이 회전자(6)의 축방향의 양단에 고착되어 있다.
반구동측 베어링(30)은 도 2에 표시한 바와 같이 탄소강으로 된 한 쌍의 원통형 내륜(31)과, 외륜(32)을 구비하고, 볼궤도(33)가 이 내륜(31)과 외륜(32) 사이에 축방향으로 2열 설치되며, 복수개의 볼(34)이 각 열의 볼궤도(33)에 각각 배설된 복수열의 베어링으로 구성되어 있다. 그리고 씰(35)이 내륜(31)과 외륜(32)의 공간의 양단에 설치되어 윤활유가 씰(35)간에 봉입되어 있다.
또 내륜(31)은 샤후트(3)에 고착되고, 외륜(32)은 반구동측 베어링박스(2a)에 고착되어 있다.
이 때 샤후트(3)의 반구동측 단면(3a)은 반구동측 베어링(30)의 반구동측 단면(30a)과 반구동측의 최외열의 볼궤도(33) 중심(33a)과의 사이에 위치되어 있다.
또 반구동측 베어링(30)의 외륜(32)의 직경 A가 스립링(8)의 직경 B와 거의 일치되어 있다.
정류기(13)는 도 5에 표시한 바와 같이 원호상의 (+) 및 (-)극측 히트싱크 (40),(41)가 주면을 동일면위치가 되도록 동심상으로 배치되고 (+)극측 및 (-)극측 다이오드(43),(44)가 서로 상대되도록 (+)극측 및 (-)극측 히트싱크(40),(41)의 주변상에 배치되어, 또한 원호상 회로기판(42)이 (+)극측 및 (-)극측 다이오드(43), (44)를 협지하면서 (+)극측 및 (-)극측 히트싱크(40),(41)상에 배치 구성되어 있다.
그리고, 이 정류기(13)는 샤후트(3)와 동축에 배설되고, 히트싱크(42)의 배면(주면과 반대측면)을 반구동측 브라켓(2)의 내벽면에 밀접시켜 반구동측 브라켓 (2)에 고착되어 있다.
여기에서(+)극측 및 (-)극측 히트싱크(40),(41)의 주면이 샤후트(3)의 축심과 직교되어 있다.
또 방열핀(40a)이 극측 히트싱크(40)의 배면에 방사상으로 입설되어져 있다.
또 (+)극측 및 (-)극측 히트싱크(40),(41)가 다이오드(43),(44)에서 발생된 열을 방열하는 열교환부를 구성하고 있다. 브러시홀더(10) 및 정류기(13)는 도 4에 표시한 바와 같이 반구동측 브라켓(2)내에 샤후트(3)을 포위하도록 배면되어 있으며, 전압조정기(20), 히트싱크(21) 및 정류기(13)가 경방향으로 반구동측 베어링 (30)과 중첩되어 있다.
또 통풍공(2b)의 일부는 도 3에 표시한 바와 같이 히트싱크(21),(40)에 대향되도록 반구동측 브라켓(2)에 천설되어 있다. 이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에 있어서는 전류가 배터리(도시하지 않음)에서 브러시(9) 및 스립링(8)을 통하여 회전자(6)의 계자권선(22)에 공급되어 자속이 발생된다.
이 자속에 의하여 폴코어(23)의 발톱형 자극(23a)이 S극으로 착자되고, 폴코어(24)의 발톱형 자극(24a)이 N극으로 착자된다.
한편, 엔진의 회전토크가 벨트(도시하지 않음) 및 풀리(11)를 통하여 샤후트 (3)에 전달되어 회전자(6)가 회전된다.
그러므로 고정자권선(7a)에 회전자계가 부여되어 고정자권선(7a)에 기전력이 발생한다.
이 교류기전력이 정류기(13)를 통하여 직류로 정류됨과 동시에 그 출력전압이 전압조정기(20)에 의하여 조정되어 배터리에 충전된다.
그리고 구동측에 있어서는 샤후트(3)의 회전에 따라 내측 팬(25)이 회전구동되고 외기가 통풍공(1b)에서 브라켓(1)내로 유입되어 내측 팬(25)에 의하여 원심방향으로 구부러져 고정자권선(7a)의 코일엔드를 냉각시킨 후 통풍공(1c)에서 배기된다.
한편, 반구동측에 있어서는 도 3에 ->표로 표시한 바와 같이 샤후트(3)의 회전에 따라 내측 팬(25)이 회전구동되고, 외기가 통풍공(2b)에서 브라켓(1)내로 유입되어 전류기(13) 및 전압조정기(20)의 히트싱크(40),(21)를 따라 경방향 내측으로 흐른다. 이로 인하여 (+)극측 다이오드(43) 및 전압조정기(20)에서 발생된 열이 히트싱크(40),(21)에서 방열된다.
그리고 브러시홀더(10)와 샤후트(3)사이 및 정류기(13)와 샤후트(3) 사이를 통하여 회전자(6)측으로 흘러 반구동측 베어링(30)에서 발생된 열의 일부가 반구동측 베어링박스(2a)에서 방열된다. 이어서 내측 팬(25)에 의하여 원심방향으로 구부러져 고정자권선(7a)의 코일엔드를 냉각시킨 후 통풍공(2c)에서 배기된다.
또 (-)극측 다이오드(44)에서 발생된 열은 히트싱크(41)에서 반구동측 브라켓(2)에 전달되고, 반구동측 베어링(30)에서 발생된 열은 반구동측 브라켓(2)에 전달된다.
그리고 반구동측 브라켓(2)에 전달된 열은 반구동측 브라켓(2)의 표면에서 방열됨과 동시에 통풍공(2c)에서 배출되는 냉각풍과 방열리브(2d) 사이에서 열교환되어 방열된다.
또한 브라켓(1),(2)내의 압력차에 기인된 냉각풍이 구동측에서 반구동측으로 흘러 회전자(6)의 계자권선(22)이 냉각된다.
이와 같은 냉각풍의 흐름에 의하여 고정자(7), 회전자(6), 정류기(13), 전압조정기(20)등의 발열부품이 냉각된다.
또한 이 냉각풍의 흐름에 의하여 구동측 및 반구동측 베어링(4),(30)이 냉각된다.
이 실시의 형태 1에 의하면 반구동측 베어링(30)이 한 쌍의 원통형 내륜(31)과 외륜(32)을 구비하고, 볼궤도(33)가 이 내륜(31)과 외륜(32) 사이에 축방향으로 2열로 설치되어 있으며, 복수개의 볼(34)이 각 열의 볼궤도(33)에 각각 배설된 복수열의 베어링으로 구성되어 있다.
그러므로 벨트에 가해지는 텐션에 의한 래디얼하중 및 회전자(6)의 중량에 의한 하중은 볼궤도의 수만큼 분활되어 외륜(33)에 가해지게 된다.
이로 인하여 집중 하중이 저감되고, 내륜(31), 외륜(32) 및 볼(34)의 피로파괴의 발생이 억제되어 베어링(30)의 수명이 장기화되는 것이다.
또 외륜(32)에 가해지는 집중 하중이 감소되므로 베어링(30)의 소형화가 이루어져 발전기의 몸체를 크게 함이 없이 정류기(13)와 반구동측 베어링박스(2a)와의 절연거리를 확보하여 통풍공(2b), 정류기(13) 및 전압조정기(20)의 크기를 크게 할 수 있다.
그리고 통풍공(2b)이 커지면 냉각풍의 풍량이 증대되어 교류발전기의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
또 정류기(13) 및 전압조정기(20)의 크기가 커지면 열교환부인 히트싱크(40) ,(41),(21)의 표면적(방열면적)을 증대할 수 있어 정류기(13) 및 전압조정기 (20)의 온도상승을 억제할 수 있는 것이다.
그 결과 교류발전기의 온도상승이 억제되므로 출력 향상을 도모할 수 있음과 동시에 구성부품의 열열화 수명의 악화를 억제할 수 있는 것이다.
또, 반구동측 베어링(30)이 2열의 볼궤도(33)를 가진 복수열의 베어링으로구성되어 있다.
그러므로 볼궤도의 동시가공을 할 수 있으므로 양궤도간의 동축도 등의 정밀도가 향상됨과 동시에 열 사이의 래디얼극간차를 작게 억제되도록 볼(34)을 선택하여 미리 조립해 넣을 수 있는 것이다. 그 결과 각 열의 분담하중의 불균형이 감소되므로 단열의 베어링을 2개로 배열한 경우에 비하여 베어링수명을 현저하게 연장할 수 있는 것이다. 또 단열의 베어링은 2개로 배열한 경우에는 베어링간의 씰에 끼워져 있는 공간은 이용 불가능하지만, 복수열의 베어링에서는 궤도간의 공간은 전부 윤활유 저장소로써 이용할 수 있기 때문에 단열의 베어링을 2개 배열한 경우에 비하여 축방향 길이를 짧게 할 수 있는 것이다.
또한 씰(35)이 내륜(31)과 외륜(32)사이 공간의 양단에 설치되어 윤활유가 씰(35)간에 봉입되어 있으므로 윤활유 고갈에 의하여 타서 눌어붙는 일이 없기 때문에 베어링의 수명을 장기화할 수 있는 것이다.
또 샤후트(3)의 반구동측 단면(3a)은 반구동측 베어링(30)의 반구동측 단면(30a)과 반구동측의 최외열의 볼궤도(33) 중심(33a)과의 사이에 위치되어 있으므로 하중이 2열의 볼(34)에 균등하게 가해지게 되어 각 열의 분담하중의 불균형이 감소된다. 또 샤후트(3)의 반구동측 베어링(30)으로 부터의 돌출이 없으므로 조립성이 향상된다.
또한 반구동측 베어링(30)의 외륜(32)의 직경A가 스립링(8)의 직경B와 거의 일치되므로 마모된 브러시(9)를 교환하기 위하여 샤후트(3)를 반구동측 베어링(30)마다 반구동측 베어링박스(2a)에서 잡아 뽑을 때 반구동측 베어링(30)이 브러시(9)에 걸려서 브로시홀더(10)를 손상시키는 등의 사고를 방지할 수 있다.
실시의 형태 2.
이 실시의 형태 2에 의한 반구동측 베어링(30A)은 도 6에 표시한 바와 같이 링형의 요구(32a)가 외륜(32)의 외주면에 각 열의 복궤도(33)와 상대되게 설치되어 크립방지부재로서의 수지밴드(36)가 각 요구(32a)에 압착되어 있다.
그리고 수지밴드(36)의 폭(W)은 볼(34)의 직경R이하로 형성되어 수지밴드 (36)의 외주면은 외륜(32)의 외주면과 동일면에 위치되어 있다.
여기에서 수지밴드(36)에는 포리브치렌 테레푸타레이트(PBT)수지, 포리아미드수지 등이 사용된다.
다른 구성은 상술한 실시의 형태 1과 동일하게 구성되어 있다.
상기 실시의 형태 1에서는 차량용 교류발전기의 작동시의 발열에 의하여 베어링박스(2a)가 가열되어 베어링박스(2a) 및 베어링(30)이 열팽창 된다.
그리고 베어링박스(2a)가 알루미늄으로 제작되고, 베어링(30)이 탄소강으로 제작되어 있으므로 양자의 열팽창계수 차이에 의하여 베어링박스(2a)와 베어링(30)의 외륜(32)의 사이에 간격이 생기도록 베어링박스(2a) 및 베어링(30)이 열팽창하게 된다. 이로 인하여 베어링박스(2a)와 베어링(30)의 결합력이 약해져서 드디어는 베어링(30)의 외륜(32)이 샤후트(3)와 함께 회전하고 베어링박스(2a)와 외륜 (32)간의 마찰에 의하여 베어링박스(2a)가 과도하게 과열되어 외륜(32)이 공회전(크립)하는 사태에 이르는 우려가 있었다.
이 외륜(32)의 공회전은 회전자(6)의 회전중심의 변동을 의미하며, 회전자 (6)가 고정자(7)와 충돌하여 파손사고를 발생하게 되는 것이다.
이 실시의 형태 2에서는 수지밴드(36)가 외륜(32)의 외주면에 각 열의 볼궤도(33)와 상대되어 경방향으로 중첩되도록 설치되어 있으므로 차량용 교류발전기의 작동시의 발열에 의하여 베어링박스(2a)가 가열되면 수지밴드(36)가 베어링박스 (2a)이상으로 열팽창하여 베어링박스(2a)와 베어링(30)과의 결합력이 확보된다.
그러므로 베어링(30A)의 외륜(32)이 샤후트(3)와 함께 회전하여 베어링박스 (2a)와 외륜(32)간의 마찰에 의해 베어링박스(2a)가 과도하게 가열되는 것을 미연에 방지할 수 있어 회전자(6)와 고정자(7)의 충돌이 저지된다.
또 수지밴드(36)가 외륜(32)의 외주면에 각 열의 볼궤도(33)와 상대하여 경방향으로 중첩되도록 설치되어 있으므로, 수지밴드(36)가 볼(34)과 외륜(32)의 접촉부상에서 열팽창하므로 베어링박스(2a)와 베어링(30A)과의 결합력이 확실하게 확보되는 것이다. 또 크립방지부재가 수지밴드(36)로 제작되어 있으므로 제작이 용이함과 동시에 염가로 된다.
실시의 형태 3.
이 실시의 형태 3에서는 도 7에 표시한 바와 같이 수지밴드(36)의 폭방향 중심(36a)이 볼궤도중심(33a)에 대하여 반구동측 베어링(30B)의 단면측에 오프셋 (σ>0)되어 볼궤도(33)의 각각에 대응하여 경방향으로 중첩되도록 설치되어 있다.
다른 구성은 실시의 형태 2와 같이 구성되어 있다.
이 실시의 형태 3에 의하면 수지밴드(36)의 폭방향의 중심(36a)이 볼궤도중심(33a)에 대하여 반구동측 베어링(30B)의 단면측에 오프셋되어 있으므로 베어링박스(2a)와 베어링(30B)의 결합력이 확실하게 확보되어 베어링(30B)의 공회전이 저지되는 것이다.
실시의 형태 4.
이 실시의 형태 4에서는 도 8에 표시한 바와 같이 크립방지부재로서 금속링(37)의 요구(32a)에 압착되어 있다.
이 금속링(37)은 스프링재로 제작되고 요구(32a)의 외경보다 큰 내경의 C형으로 성형되어 있으며 반구동측 베어링(30c)이 반구동측 베어링박스(2a)에 장착되었을때 요구(32a)의 저면을 따라 탄성변형되어 베어링박스(2a)와 외륜(32)의 요구 (32a) 사이에 탄설된다.
다른 구성은 실시의 형태 2와 같이 구성되어 있다.
이 실시의 형태 4에서는 차량용 교류발전기의 작동시의 발열에 의하여 베어링박스(2a)가 가열되면 베어링박스(2a)의 열팽창에 수반하여 즉, 베어링박스(2a)와 외륜(32) 사이에 생기는 간격에 맞게 금속링(37)이 복원되어 베어링박스(2a)와 외륜(32) 사이에 금속링(37)의 탄설상태가 유지된다.
이로 인하여 베어링박스(2a)와 베어링(30)의 결합력이 확보되므로 이 실시의 형태 4에 있어서도 상기 실시의 형태 2와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 5.
이 실시의 형태 5에서는 도 9 및 도 10에 표시한 바와 같이 정류기(13A)가 중심각(θ)을 180。이상으로 하는 원호형으로 구성되고 반구동측 베어링(30)과 동축으로 배설되어 통풍공(2b)이 정류기(13A)에 상대되어 주방향으로 반주(半周)이상 넘어서 원호형으로 개구되도록 반구동측 브라켓(2)에 천설되어 있다. 이 정류기 (13A)는 원호형 중심각(θ)이 180。 이상인 점을 제외하고는 상기 실시의 형태 1에 있어서 정류기(13)와 동일하게 구성되어 있으며, 경방향에 관하여 반구동측 베어링(30)과 중첩되도록 배치되어 있다.
다른 구성은 실시의 형태 1에 동일하게 구성되어 있다.
이 실시의 형태 5에서는 정류기(13A)의 크기가 크게 형성되어 있으므로 히트싱크(40)의 표면적(방열면적)이 증대하여 정류기(13A)의 발열이 효과적으로 방열된다. 또 통풍공(2b) 크기가 크게 형성되어 있으므로 냉각풍의 풍량이 증대하여 차량용 교류발전기의 냉각성이 더욱 향상된다.
그 결과 교류발전기의 온도상승이 억제되므로 출력향상을 도모함과 동시에 구성부품의 열열화, 수명의 악화를 억제할 수 있다. 또 이러한 구성에 있어서는 정류기가 반구동측 베어링의 외주측을 크게 할 수 있도록 배설되어 있으므로 서로의 열적영향이 지대하여 상술한 복수열의 베어링에 매우 적합하다.
실시의 형태 6.
이 실시의 형태 6에서는 도 11에 표시한 바와 같이 샤후트(3)의 반구동측 단부를 반구동측 베어링(30)에서 연출시켜 스립링(8)을 샤후트(3)의 연출부에 장착되어 있다.
그리고 정류기(13) 및 전압조정기(20)가 반구동측 브라켓(2)의 외부에, 또 반구동측 베어링(30)의 외주에 배설되어 있다.
더욱이 브라켓의 커버(50)가 브러시홀더(10), 정류기(13) 및 전압조정기(20)를 덮게 끔 반구동측 브라켓(2)에 장착되어 있다.
다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 동일하게 구성되어 있다.
이 실시의 형태 6에서는 샤후트(3)의 회전에 따라 반구동측의 내측 팬(25)이 회전구동되면 외기가 브라켓의 커버(50)의 통풍공(50a)에서 브라켓의 커버(50)내로 유입하여 정류기(13) 및 전압조정기(20)의 히트싱크(40),(21)을 따라 경방향 내측으로 흘러간다. 이로 인하여 (+)극측 다이오드(43) 및 전압조정기(20)에서 발생된 열이 히트싱크(40),(21)에서 방열된다.
그리고 냉각풍은 반구동측 베어링박스(2a)의 외주에 설치된 통풍공(2b)에서 반구동측 브라켓(2)내로 유입하여 회전자(6)측으로 흘러 반구동측 베어링(30)에서 발생된 열의 일부가 반구동측 베어링박스(2a)에서 방열된다.
계속하여 내측 팬(25)에 의하여 공기가 원심방향으로 흘러 고정자권선(7a)의 코일엔드를 냉각시킨 후 통풍공(2c)에서 배기된다. 또, 구동측에 있어서 냉각풍의 흐름은 상기 실시의 형태 1과 동일하다.
이와 같은 냉각풍의 흐름에 의하여 고정자(7), 회전자(6), 정류기(13), 전압조정기(20) 등의 발열부품이 냉각됨과 동시에 구동측 및 반구동측 베어링(4),(30)이 냉각된다. 이 실시의 형태 6에 있어서도 상기 실시의 형태 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 7.
이 실시의 형태 7에서는 도 12에 표시한 바와 같이 냉각수(52)를 유통시키는 유통로(51)가 반구동측 브라켓(2A)내에 조밀하게 설치되어 있다. 여기에서 유통로 (51) 및 냉각수(52)가 방열수단을 구성하고 있다. 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 동일하게 구성되어 있다.
이 실시의 형태(7)에서는 반구동측 브라켓(2A)에 냉각수(52)의 유통로(51)가 설치되어 있으므로 (-)극측 다이오드(44)에서 발생된 열이 히트싱크(41)에서 반구동측 브라켓(2A)에 전달되고, 전압조정기(20)에서 발생된 열과 반구동측 베어링 (30)에서 발생된 열이 반구동측 브라켓(2A)에 전달되어 유통로(51)내를 유통하는 냉각수(52)에 흡열된다.
따라서 이 실시의 형태 7에 의하면 정류기(13), 전압조정기(20) 및 반구동측 베어링(30)의 온도상승을 억제할 수 있다.
또 반구동측 베어링의 외주를 덮게 끔 유통로가 형성되어 있으므로 유통로를 크게 형성할 수 있는 복수열의 베어링에 접합하다.
또 상기 실시의 형태에서는 반구동측 베어링으로서 2열의 볼궤도를 가진 복수열의 베어링을 사용한 것으로써 설명하였으나, 복수열의 베어링은 2열의 볼궤도를 가진 것에 한정되는 것이 아니고, 3열 이상의 볼궤도를 가진 복수열의 베어링이어도 좋다.
또 상기의 실시의 형태에서는 회전자가 계자권선을 가진 형태의 차량용 교류발전기에 적용한 것으로써 이에 대해 설명하였으나, 본 발명은 계자권선을 브라켓에 고정하고 에어 갭에 의하여 회전자계를 공급하도록 한 브러시를 가지지 않는 형태의 자동차용 교류발전기에 적용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 발명에 의하면, 각 원통형 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 것으로 사발형으로 성형되었으며, 사발형의 개구부를 대향시켜 결합시킨 구동측 및 반구동측 브라켓과, 양베어링박스내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재하게 지지된 샤후트와 상기 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와, 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와, 상기 샤후트에 고착되어 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와, 상기 정류기에서 발생된 열을 방열하는 열교화부 등을 구비한 차량용 교류발전기에 있어서, 반구동측 베어링은 하나씩의 내륜 및 외륜을 구비하고, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되며, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 되어 있으므로 외륜에 걸리는 하중이 축방향으로 복수개로 분산되어 반구동측 베어링의 크기를 크게 하지 않아도 내하중성이 향상된다.
그 결과 내구성을 확보하게 되어 반구동측 베어링의 소형화를 이룰 수 있으므로 열교환부의 면적을 크게 할 수 있는 것이다.
이로 인하여 냉각효율이 향상되고 반구동측 베어링 및 정류기의 온도상승이 억제되므로 교류발전기의 온도상승으로 인한 출력저하나 수명의 악화를 억제할 수 있는 차량용 교류발전기를 얻을 수 있는 것이다.
또 각 원통상 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 것으로써, 사발형으로 성형되고, 사발형 개구부를 대향시켜 결합시킨 구동측 및 반구동측 브라켓과 양베어링박스내에 설치된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재하게 지지된 샤후트와, 상기 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와 상기 샤후트에 고착되어 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 천설된 통풍공 등을 구비하고, 공기를 통풍공을 통풍시키므로써 정류기를 냉각시키도록 구성되어 있는 차량용 교류발전기에 있어서 반구동측 베어링은 하나씩의 내륜 및 외륜을 구비하고, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되고, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 되어 있으므로 외륜에 걸리는 하중이 축방향으로 복수개로 분산되어 반구동측 베어링의 크기를 크게 하지 않아도 내하중성이 향상된다.
그 결과 내구성이 확보되어 반구동측 베어링의 소형화를 도모할 수 있으므로 정류기 또는 통풍공의 면적을 크게 할 수 있다. 이로 인하여 냉각효율이 향상되고, 반구동측 베어링 및 정류기의 온도상승을 억제할 수 있으므로, 교류발전기의 온도상승으로 인한 출력저하 또는 수명의 악화를 억제할 수 있는 차량용 교류발전기가 얻어진다.
또 상기 정류기는 중심각을 180。 이상으로 하는 원호상으로 구성되고, 경방향에 관하여 반구동측 베어링과 중첩되도록 이 반구동측 베어링과 동축으로 배설되었으며, 상기 통풍공은 정류기에 상대되게 주방향으로 반주이상넘어 원호상으로 개구되도록 반구동측 브라켓에 천설되어 있으므로 정류기의 열교환부의 방열면적 및 통풍공에서 유입하는 냉각풍의 풍량이 많아져서 정류기 및 반구동측 베어링이 효과적으로 냉각된다.
또 상기 회전자의 계자권선에 계자전류를 공급하기 위한 스립링이 샤후트의 반구동측에 설치되고 복수열의 베어링의 직경과 스립링의 직경이 거의 동일하게 구성되어 있으므로 마모된 브러시의 교환작업시에 반구동측 베어링이 브러시에 걸리지 않아 부러시홀더의 손상사고를 억제할 수 있는 것이다.
또 상기 샤후트는 그 반구동측 단면이 복수열의 베어링의 반구동측 단면과 반구동측의 최외열의 볼궤도중심 사이에 위치되도록 복수열베어링에 지지되어 있으므로, 하중이 각 열의 볼에 균등하게 가해지게 되어 각 열의 분담하중의 불균형이 감소된다.
또 크립방지부재가 각 열의 볼궤도상에 대응되도록 복수열베어링의 외륜의 외주면에 설치되어 있으므로 내크립성이 향상된다.
또 복수열베어링은 2열의 볼궤도를 보유하고, 크립방지부재는 볼궤도에 배설된 볼의 직경 이하의 폭을 가진 환상체로 성형되고, 폭방향 중심이 볼궤도의 중심에 대하여 복수열의 베어링의 단면측에 오프셋되어 볼궤도의 각각에 대응하여 외륜의 외주면에 설치되어 있으므로 크립방지효과가 향상된다.
또 상기 브라켓이 금속제이고 크립방지부재가 수지제이므로 크립방지효과가 커짐과 동시에 생산성이 향상된다.
또 방열수단이 반구동측 브라켓에 설치되어 있으므로 반구동측 베어링에서의 발열이 효율적으로 방열되어 반구동측 베얼링의 온도상승이 억제된다.

Claims (3)

  1. 각 원통형 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 것으로써 사발형으로 성형되고, 사발형 개구부를 대향시켜 결합시킨 구동측 및 반구동측 브라켓과, 상기 양베어링박스내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재하게 지지된 샤후트와, 상기 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와, 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와 상기 샤후트에 고착되어 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와 상기 정류기에서 발생된 열을 방열하는 열교환부를 구비한 차량용 교류발전기에 있어서, 상기 반구동측 베어링은 하나씩의 내륜 및 외륜을 구비하고, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되고, 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
  2. 각 원통형 베어링박스가 단면 중앙부에 설치된 것으로써 사발형으로 성형되고, 사발형 개구부를 대향시켜 결합시킨 구동측 및 반구동측 브라켓과, 상기 양 베어링박스내에 배설된 구동측 및 반구동측 베어링을 통하여 양브라켓에 회전자재 되게 지지된 샤후트와, 상기 샤후트의 구동측 단부에 고착된 풀리와, 양단이 양브라켓에 지지되어 배설된 고정자와, 상기 샤후트에 고착되어 고정자의 내경측에 배설된 회전자와, 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 배설된 정류기와 상기 반구동측 브라켓의 베어링박스의 외주측에 천설된 통풍공을 구비하고, 공기를 상기 통풍공을 통풍시키므로써 정류기를 냉각시키도록 구성되어 있는 차량용 교류발전기에 있어서, 상기 반구동측 베어링은 하나씩의 내륜 및 외륜을 보유하고 있으며, 볼궤도가 이 내륜과 외륜 사이에 축방향으로 복수열로 설치되고 복수개의 볼이 각 열의 볼궤도에 배설된 복수열의 베어링으로 된 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 정류기는 중심각을 180。 이상으로 한 원호상으로 구성되고, 경방향에 관하여 반구동측 베어링과 중첩되도록 반구동측 베어링과 동축으로 배설되어, 상기 통풍공은 정류기에 상대되게 주방향으로 반주이상 넘어 원호상으로 개구되도록 반구동측 브라켓에 천설된 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
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