JP5631511B2

JP5631511B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5631511B2
Application number: JP2013558640A
Authority: JP
Inventors: 義博篠坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: WO2013121555A1; EP2816710A4; US9641040B2; CN104115372B; EP2816710A1; JPWO2013121555A1; CN104115372A; US20140312727A1; EP2816710B1

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、回転子を回転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されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この車両用交流発電機では、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に、外輪部の外周面に設けられた樹脂製のバンドを介して反駆動側軸受を収納しており、軸受の外輪が軸受収納部に対して回転するのをバンドの摩擦力により防止している。

特開２００２−１２５３４６号公報（図６、段落００２９、００３１）

しかしながら、こ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バンドを配設するために、軸受の外輪の外周面に溝部を形成しなければならず、特殊な軸受となり製造コストが高くなり、ひいては車両用交流発電機のコストが嵩むという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、軸受収納部に軸受を円筒状の隙間補完部材を介して圧入することで、回転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の低下により軸受の外輪が回転するのを防止して、軸受収納部の破損を防止することができ、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、またこの隙間補完部材が軸受収納部から抜け、また回転するのを防止した回転電機を得ることを目的とする。

この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ともに回転子を支持した軸受と、この軸受が円筒状の隙間補完部材を介して圧入された軸受収納部を有するブラケットとを備え、
前記隙間補完部材は、駆動時の発熱に起因する前記軸受収納部及び前記軸受の外輪の熱膨張差により生じた、軸受収納部と前記軸受の外輪との間の隙間を熱膨張により補完するものであって、前記回転子の反対側の周縁部の少なくとも一箇所に、径内側方向に突出したフックが形成されており、
前記軸受収納部は、前記シャフトが貫通したつば部に前記フックが係止する凹部が形成されている。

この発明に係る回転電機によれば、隙間補完部材は、回転子の反対側の周縁部の少なくとも一箇所に、径内側方向に突出したフックが形成されており、軸受収納部は、シャフトが貫通した軸受収納部のつば部に前記フックが係止する凹部が形成されているので、回転電機の駆動時の発熱に起因する軸受の外輪の回転を防止して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、この隙間補完部材は軸受収納部から抜け、また回転することはない。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。図１の樹脂ケースを示す斜視図である。図１の軸受収納部の内側を示す部分斜視図である。図１の軸受収納部の外側を示す部分斜視図である。この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の樹脂ケースを示す部分斜視図である。図５の車両用交流発電機の軸受収納部の内側を示す部分斜視図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。
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が隙間補完部材である樹脂ケース２４を介して圧入されている。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内に樹脂ケース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。
この樹脂ケース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は、図１の樹脂ケース２４を示す斜視図である。
図２に示す樹脂ケース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形であって、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。
この樹脂ケース２４は、回転子５と反対側の縁部に周方向に等分間隔でフック２５が形成されている。このフック２５は、ケース本体２６の端面から軸線方向に突出しているとともに、径内側方向にも突出している。
図３は、この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、図４は、軸受収納部２２を外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４２にフック２５が係止する凹部２７が形成されている。つば部４２は、その外側に凹部２７に対応して突出部２８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、樹脂ケース２４及び反駆動側軸受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、樹脂ケース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との間の樹脂ケース２４を介しての結合力は確保される。

また、樹脂ケース２４は、この縁部に形成されたフック２５により軸受収納部２２の凹部２７に係止しているので、樹脂ケース２４自体の回転を防止することができる。
また、フック２５は、先端部が径内側方向に指向して反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの側面に係止しているので、樹脂ケース２４は、軸受収納部２２から脱落し、また回転するようなことはない。
また、駆動側ブラケット１及び反駆動側ブラケット２は、軽量化のために肉厚は薄くなっており、そのためつば部４２に形成された凹部２７の裏側に突出部２８が形成されているものの、この突出部２８は、３箇所に部分的に形成されているのみであり、冷却風の通風抵抗に殆どならない。
また、つば部４２に形成された凹部２７は、穴ではないので、凹部２７から水、異物が混入して性能、耐久性を悪化させるようなことはない。
また、樹脂ケース２４は、反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの軸線方向の全長にわたって設けられているので、発電機の駆動時の発熱に起因して生じる反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの回転をより確実に防止することができる。

また、フック２５は、周方向に等分間隔で複数形成されているので、樹脂ケース２４は軸受収納部２２に安定して収まるとともに、樹脂ケース２４自体の回転をより確実に防止することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の樹脂ケース２４を示す部分斜視図、図６は、図５の車両用交流発電機の軸受収納部２２の内側を示す部分斜視図である。
この実施の形態では、樹脂ケース２４のケース本体２６の外周面に、先端部がフック２５に接続されたリブ３０が軸線方向にその全幅にわたり延びて形成されている。
一方、軸受収納部２２は、シャフト４が貫通するつば部４２にフック２５が係止する凹部２７が形成されている。つば部４２は、その外側に凹部２７に対応して突出部（図示せず）が形成されている。
軸受収納部２２の内周面には、先端部が凹部２７に接続され軸線方向に延びたリブ収納部３１が形成されている。このリブ収納部３１の入り口部には、テーパ形状の切欠き部３２が形成されている。
他の構成は、実施の形態１の車両用交流発電機と同じである。

この実施の形態では、樹脂ケース２４の周面に、フック２５に先端部が接続されたリブ３０が形成されているので、フック２５及び樹脂ケース２４のそれぞれの強度が補強される。
また、リブ３０を収納したリブ収納部３１は、切欠き部３２とともに、樹脂ケース２４を軸受収納部２２に組付ける際の挿入ガイドとして機能する。
更にまた、樹脂ケース２４が加熱されると熱で膨張し、熱が下がると収縮し、リブ３０形成部内周面が内周側に突出し、また、リブ３０形成部間の中央の外周部が外周側に突出して真円でない形状に変形することによって、反駆動側軸受２３の外輪２３ｂの保持力を有する構成となり、外輪２３ｂの回り止め、更には樹脂ケース２４の回り止めの機能を有する。
なお、リブ３０は、樹脂ケース２４の軸方向全幅にわたり構成する必要はなく、樹脂ケース２４の内周または外周部が突出して外輪２３ｂまたは軸受収納部２２に係合して互いの回動を防止する如く軸方向全幅の一部分に設けてもよい。

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。
また、隙間補完部材の材料として樹脂を用いた場合について説明したが、金属であってもよい。

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樹脂ケース（隙間補完部材）、２５フック、２６ケース本体、２７凹部、２８突出部、３０リブ、３１リブ収納部、３２切欠き部、４０リテイナ、４１ねじ、４２つば部。

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ともに回転子を支持した軸受と、
この軸受が円筒状の隙間補完部材を介して圧入された軸受収納部を有するブラケットとを備え、
前記隙間補完部材は、駆動時の発熱に起因する前記軸受収納部及び前記軸受の外輪の熱膨張差により生じた、軸受収納部と前記軸受の外輪との間の隙間を熱膨張により補完するものであって、前記回転子の反対側の周縁部の少なくとも一箇所に、径内側方向に突出したフックが形成されており、
前記軸受収納部は、前記シャフトが貫通したつば部に前記フックが係止する凹部が形成されていることを特徴とする回転電機。
前記隙間補完部材は、前記軸受の外輪の軸線方向の全長にわたって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。
前記隙間補完部材は、その外周面に先端部が前記フックに接続され軸線方向に延びたリブが形成されており、
前記軸受収納部は、その内周面に前記リブを収納するリブ収納部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記リブ収納部は、その入り口部に、開口側に向かって拡大したテーパ形状の切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
前記つば部は、前記凹部の裏側に突出部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
前記フックは、周方向に等分間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機。
前記回転電機は、車両用交流発電機であって、前記ブラケットは、レクチファイヤ、レギュレータが配設された反駆動側ブラケットであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。