(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受収容部が一体に形成されたハウジングと、界磁磁束を発生する回転子と、上記軸受収容部に収容されて上記回転子のシャフトを回転自在に支持する転がり軸受と、上記軸受収容部から上記ハウジングの外方に延出する上記シャフトの部位に装着されたスリップリングと、ブラシホルダ部が有底円筒状のスリンガ部の外周から一体に該スリンガ部の軸心方向と直交する方向に延設されてなり、上記スリップリングを覆うように該スリンガ部を上記シャフトの端部に装着されて上記ハウジングに取り付けられたブラシ装置と、上記軸受収容部および上記スリンガ部に近接して配設された整流器と、上記ハウジングの上記軸受収容部周りに穿設された吸気孔から外気を該ハウジング内に流入させる通風手段とを備え、
上記転がり軸受は、樹脂バンドを外輪の外周面に凹設されたリング状の凹溝に嵌装してなるクリープ防止軸受に構成され、
第１通風路が、車両への組み付け状態において地方向に位置し、かつ、上記スリンガ部の内外を連通するように該スリンガ部に穿設され、
保護壁が、上記スリンガ部と所定の隙間を確保しつつ上記第１通風路を覆うように上記軸受収容部の上記底部から上記シャフトの軸心方向に一体に延設されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
第２通風路が、溝方向を上記シャフトの軸心方向に一致させて、上記軸受収容部の内底面から開口に至るように該軸受収容部の円筒部の内壁面に凹設されていることを特徴とする請求項１記載の車両用回転電機。
【請求項３】
第３通風路が、上記軸受収容部の上記円筒部と底部との交差領域に、上記第２通風路と上記軸受収容部の外部とを連通するように穿設されていることを特徴とする請求項２記載の車両用回転電機。
【請求項４】
上記第２通風路が、車両への組み付け状態において地方向に位置するように、上記円筒部の内壁面に凹設されていることを特徴とする請求項３記載の車両用回転電機。
【請求項５】
上記通風手段は、上記回転子の軸方向端部に固着された遠心ファンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、乗用車やトラックなどに搭載される車両用回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用交流発電機においては、軸受収容部がフレームと別部材で構成されており、フレームの取付面に密着した状態で取り付けられている。そして、転がり軸受が軸受収容部に収容され、界磁磁束を発生する回転子がその回転軸を転がり軸受に支持されてフレームに回転自在に保持されている。また、スリップリングが回転軸の軸受収容部からの延出部に装着されている。ブラシ装置は、ブラシを収容するブラシホルダと、スリップリングの外周を覆うスリップリングカバーとを備えている。そして、ブラシホルダとスリップリングカバーとにより構成される筒体で、スリップリングの周囲空間を覆うことにより、当該周囲空間の気密性を保っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４５１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車両用交流発電機では、転がり軸受、スリップリング、ブラシなどが近接して配置されているので、近年の車両用交流発電機の高出力化に伴い、各部品の使用温度が上昇してしまい、転がり軸受やブラシの寿命への影響が問題となってきている。
【０００５】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、スリップリングの周囲空間を覆うスリンガに通風路を形成し、当該周囲空間に冷却風を流通させてスリップリングの温度上昇を抑え、ブラシや転がり軸受の長寿命化を図る車両用回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車両用回転電機は、軸受収容部が一体に形成されたハウジングと、界磁磁束を発生する回転子と、上記軸受収容部に収容されて上記回転子のシャフトを回転自在に支持する転がり軸受とを備えている。そして、上記軸受収容部から上記ハウジングの外方に延出する上記シャフトの部位に装着されたスリップリングと、ブラシホルダ部が有底円筒状のスリンガ部の外周から一体に該スリンガ部の軸心方向と直交する方向に延設されてなり、上記スリップリングを覆うように該スリンガ部を上記シャフトの端部に装着されて上記ハウジングに取り付けられたブラシ装置とを備えている。さらに、上記軸受収容部および上記スリンガ部に近接して配設された整流器と、上記ハウジングの上記軸受収容部周りに穿設された吸気孔から外気を該ハウジング内に流入させる通風手段とを備えている。そして、上記転がり軸受は、樹脂バンドを外輪の外周面に凹設されたリング状の凹溝に嵌装してなるクリープ防止軸受に構成され、第１通風路が、車両への組み付け状態において地方向に位置し、かつ、上記スリンガ部の内外を連通するように該スリンガ部に穿設され、保護壁が、上記スリンガ部と所定の隙間を確保しつつ上記第１通風路を覆うように上記軸受収容部の上記底部から上記シャフトの軸心方向に一体に延設されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、外気が、通風手段により、スリンガ部と整流器との間、さらに軸受収容部と整流器との間を通って吸気孔からハウジング内に流入される。この時、スリンガ部の内外に差圧が発生し、外気が第１通風路からスリンガ内に流入し、スリンガ内の空気が第１通風路から流出し、スリンガ内のスリップリングの周囲空間の空気が外気に入れ換えられる。これにより、スリップリングやブラシの温度上昇が抑えられ、スリップリングやブラシに近接して配置される軸受の温度上昇も抑えられ、ブラシや転がり軸受の長寿命化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
図１において、リヤブラケット１は、椀状に形成されたアルミニウム製であり、円筒部２ａおよび底部２ｂとからなる有底円筒状のリヤ側軸受収容部２がその開口側を内側に向けてリヤブラケット１の端面中央部に一体に形成されている。このリヤ側軸受収容部２の底部２ｂ中央には、シャフト挿通孔２ｃが穿設されている。また、吸気孔３がリヤブラケット１のリヤ側軸受収容部２周りに複数穿設されている。そして、図示していないが、排気孔がリヤブラケット１の側面に複数穿設されている。
【０００９】
なお、図示しないが、リヤブラケット１と協働してハウジングを構成するフロントブラケットも同様に構成されている。つまり、フロントブラケットは、椀状に形成されたアルミニウム製であり、有底円筒状のフロント側軸受収容部がその開口側を内側に向けてフロントブラケットの端面中央部に一体に形成されている。また、吸気孔がフロントブラケットのフロント側軸受収容部周りに複数穿設されている。そして、排気孔がフロントブラケットの側面に複数穿設されている。また、フロント側軸受収容部の底部中央には、シャフト挿通孔が穿設されている。
【００１０】
ハウジングは、このように構成されたフロントブラケットとリヤブラケット１とを相対して配設し、フロントブラケットとリヤブラケット１とをボルト（図示せず）により締着固定して構成されている。フロント側軸受収容部には、軸受（図示せず）が収容され、リヤ側軸受収容部２には、転がり軸受４が収容されている。シャフト５が、軸受および転がり軸受４に支持されて、ハウジングに回転自在に保持されている。そして、プーリ（図示せず）が、フロント側軸受収容部のシャフト挿通孔からのシャフト５の延出部に固着されている。また、一対のスリップリング６が、リヤ側軸受収容部２のシャフト挿通孔２ｃからのシャフト５の延出部に軸方向に離間して固着されている。
【００１１】
回転子７は、シャフト５に固着されて、ハウジング内に回転自在に配設されている。この回転子７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線（図示せず）と、この界磁巻線を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される一対の回転子鉄心７ａとを備えている。また、通風手段としての遠心ファン８が一対の回転子鉄心７ａの軸方向両端面に固着されている。さらに、図示していないが、固定子が回転子７を囲繞するようにハウジングに取り付けられている。
【００１２】
転がり軸受４は、円筒状の外輪９と、外輪９と同心上に配設される円筒状の内輪１０とを有し、ボール軌道１２が外輪９と内輪１０との相対する壁面に１列形成され、複数個のボール１１がボール軌道１２に配設されて構成されている。また、リング状の凹溝１３が、外輪９の外周面にボール軌道１２を挟んで相対するように２列形成され、クリープ防止材としての樹脂バンド１４が、各列の凹溝１３に嵌装されている。なお、樹脂バンド１４は、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂やポリアミド樹脂などで作製されている。
【００１３】
ブラシ装置１５は、ブラシホルダ部１７と、ブラシホルダ部１７と一体に樹脂成型された有底円筒状のスリンガ部１８とを備えている。このブラシホルダ部１７はスリンガ部１８の外周面からスリンガ部１８の軸心と直交する方向に延設されている。ブラシ挿入穴１７ａがスリンガ部１８の軸心方向に離間して、かつ、スリンガ部１８内に臨むようにブラシホルダ部１７に形成されている。そして、ブラシ装置１５は、スリップリング６の外周空間を覆うようにスリンガ部１８をシャフト５のリヤ側端部に被せ、ブラシホルダ部１７をリヤブラケット１に締着して取り付けられている。また、ブラシ１６が各ブラシ挿入穴１７ａに挿入され、スプリング１９の付勢力によりスリップリング６に押圧されている。そして、第１通風路としての細長の第１スリット２０がその長さ方向をシャフト５の軸心方向に一致させてスリンガ部１８の外周面に穿設されている。この第１スリット２０は、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に位置するように形成されている。
【００１４】
また、整流器２１が第１スリット２０と相対して、スリンガ部１８およびリヤ側軸受収容部２との間に所定の隙間を確保するようにリヤブラケット１に締着固定されている。
さらに、カバー（図示せず）が、ブラシ装置１５および整流器２１を覆うようにリヤブラケット１に取り付けられている。
【００１５】
このように構成された車両用回転電機の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１６およびスリップリング６を介して回転子７の界磁巻線に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方の回転子鉄心７ａの爪状磁極がＮ極に着磁され、他方の回転子鉄心７ａの爪状磁極がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがエンジンの出力軸からベルトおよびプーリを介してシャフト５に伝達され、回転子７が回転される。そこで、回転磁界が固定子の固定子巻線に与えられ、起電力が固定子巻線に発生する。この交流の起電力が整流器２１で直流電流に整流されて、バッテリを充電したり、電気負荷に供給される。
【００１６】
また、エンジンの始動時には、交流電流が固定子巻線に順次供給され、界磁電流がブラシ１６およびスリップリング６を介して界磁巻線に供給される。そして、固定子巻線および界磁巻線が電磁石となり、回転子７がシャフト５とともに固定子内で回転する。このシャフト５の回転力がプーリからベルトを介してエンジンの出力軸に伝達され、エンジンが始動される。
【００１７】
この車両用回転電機では、シャフト５が回転されると、回転子７とともに遠心ファン８が回転駆動される。そして、遠心ファン８の回転により、図１中矢印Ａで示されるように、外気がスリンガ部１８と整流器２１との間およびリヤ側軸受収容部２と整流器２１との間を通って吸気孔３からハウジング内に吸入される。そして、吸気孔３から吸入された外気は、遠心ファン８で遠心方向に曲げられて、排気孔からハウジングの外部に排出される。これにより、リヤ側軸受収容部２が冷却される。さらに、固定子巻線のリヤ側コイルエンドから熱が冷却風に吸熱され、固定子が冷却される。
この時、外気がスリンガ部１８と整流器２１との間を流通する際に、スリンガ部１８の内外に差圧が生じる。そこで、外気が第１スリット２０からスリンガ部１８内に流入し、一方スリンガ部１８内の空気が第１スリット２０からスリンガ部１８外に流出する。これにより、スリンガ部１８内の空気が外気と入れ替わり、スリップリング６およびブラシ１６周りが冷却される。
【００１８】
なお、フロント側においても、吸気孔から吸入された外気は、遠心ファン８により遠心方向に曲げられて、排気孔からハウジングの外部に排出される。これにより、固定子巻線のフロント側コイルエンドから熱が冷却風に吸熱され、固定子が冷却される。
【００１９】
また、車両用回転電機の動作時の発熱により、リヤ側軸受収容部２および転がり軸受４が熱膨張する。そして、リヤ側軸受収容部２がアルミニウムで作製され、転がり軸受４が炭素鋼で作製されているので、両者の熱膨張差に起因してリヤ側軸受収容部２と転がり軸受４の外輪９との間に隙間が生じるようにリヤ側軸受収容部２および転がり軸受４が熱膨張することになる。これにより、リヤ側軸受収容部２と転がり軸受４との結合力が弱まり、外輪９がシャフト５と共回りし、リヤ側軸受収容部２と外輪９との間の摩擦熱により、リヤ側軸受収容部２が過度に加熱され、外輪９が空転（クリープ）するという事態に至る恐れがある。しかし、リヤ側軸受収容部２が過度に加熱されると、樹脂バンド１４がリヤ側軸受収容部２以上に熱膨張し、リヤ側軸受収容部２と転がり軸受４との間の結合力が確保され、外輪９の空転が阻止される。
【００２０】
この実施の形態１によれば、軸受収容部２がリヤブラケット１に一体に形成されているので、部品点数が削減され、組立工数が削減され、低価格化を図ることができる。
また、転がり軸受４は、樹脂バンド１４を外輪９の外周面に形成された凹溝１３に嵌着してなるクリープ防止軸受に構成されているので、リングなどのクリープ防止用部品を別途設ける必要がなく、構成の簡素化が図られる。
【００２１】
また、第１スリット２０が遠心ファン８による空気の流れに沿うようにスリンガ部１８の外周面に穿設されているので、スリンガ部１８の内外に差圧が生じ、スリンガ部１８内の空気が第１スリット２０を介して外気と入れ換えられる。そこで、スリップリング６およびブラシ１６が冷却され、さらにはスリップリング６に近接する転がり軸受４およびリヤ側軸受収容部２が冷却されるので、ブラシ１６および転がり軸受４の長寿命化が図られる。
また、第１スリット２０が、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に向くように形成されているので、水、油、粉塵などがブラシホルダ部１７およびスリンガ部１８内に侵入しにくい。仮に、水、油、粉塵などがブラシホルダ部１７およびスリンガ部１８内に侵入しても、第１スリット２０から速やかに排出される。
【００２２】
また、整流器２１が第１スリット２０と相対してスリンガ部１８との間に所定の隙間を形成するように配設されているので、遠心ファン８の動作時に、空気が第１スリット２０に沿って流れるようになる。そこで、外気が第１スリット２０を介してスリンガ部１８内に直接的に流入し、スリンガ１８内を効果的に冷却することができる。この時、必要な風量が確保できるように整流器２１とスリンガ部１８との間の隙間を調整すればよい。
【００２３】
なお、上記実施の形態１では、１本の第１スリット２０がスリンガ部１８に外周面に穿設されているものとしているが、第１スリット２０の本数は１本に限定されるものではなく、第１スリット２０を周方向に近接して複数本配設するようにしてもよい。
【００２４】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図、図３はこの発明の実施の形態２に係る車両用回転電機におけるリヤ側軸受収容部の構成を説明する断面図、図４はこの発明の実施の形態２に係る車両用回転電機での転がり軸受をリヤ側軸受収容部に収容した状態を示す要部断面図である。
【００２５】
図２乃至図４において、第２通風路としての第２スリット２２が溝方向をシャフト５の軸心方向に一致させてリヤ側軸受収容部２Ａの円筒部２ａの内壁面に底部２ｂから開口に至るように凹設されている。また、第１通風路としての第１スリット２０ａがスリンガ部１８の底部と円筒部との交差部に穿設されている。そして、第１スリット２０ａおよび第２スリット２２は、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に位置するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２６】
この実施の形態２では、遠心ファン８が駆動されると、外気がスリンガ部１８と整流器２１との間、さらにリヤ側軸受収容部２Ａと整流器２１との間を通って吸気孔３からハウジング内に吸引される。また、遠心ファン８の内周側が負圧となり、外気が第１スリット２０ａからスリンガ部１８内に吸引され、シャフト５に沿ってリヤ側軸受収容部２Ａ側に流れ、第２スリット２２を通ってハウジング内に流入する。
【００２７】
そこで、この実施の形態２においても、スリップリング６およびブラシ１６が第１スリット２０ａからスリンガ部１８内に流入した外気により冷却され、ブラシ１６の長寿命化が図られる。
また、この実施の形態２においては、転がり軸受４およびリヤ側軸受収容部２Ａが第２スリット２２を流れる外気により直接冷却され、転がり軸受４の長寿命化が図られる。
さらに、樹脂バンド１４は、図４に示されるように、熱膨張すると第２スリット２２内に食い込むので、大きなクリープ防止効果が得られる。
【００２８】
なお、上記実施の形態２においても、第１スリット２０ａおよび第２スリット２２の個数は１つに限定されるものではない。
また、上記実施の形態２では、第２スリット２２は、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に位置するように形成されているものとしているが、第２スリット２２は必ずしも、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に位置するように形成する必要はない。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
図５において、第３通風路としての第３スリット２３が、車両用回転電機が車両に実装された際に地方向に位置するようにリヤ側軸受収容部２Ａの円筒部２ａと底部２ｂとの交差部に穿設されている。これにより、第２スリット２２とリヤ側軸受収容部２Ａの外部とが第３スリット２３を介して連通されている。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
【００３０】
この実施の形態３では、遠心ファン８が駆動されると、外気がスリンガ部１８と整流器２１との間、さらにリヤ側軸受収容部２Ａと整流器２１との間を通って吸気孔３からハウジング内に吸引される。この時、第３スリット２３まで流れてきた外気の一部が、第３スリット２３から第２スリット２２を通ってハウジング内に流入する。また、遠心ファン８の内周側が負圧となり、外気が第１スリット２０ａからスリンガ部１８内に吸引され、シャフト５に沿ってリヤ側軸受収容部２Ａ側に流れ、第２スリット２２を通ってハウジング内に流入する。
【００３１】
この実施の形態３では、第３スリット２３が、第２スリット２２とリヤ側軸受収容部２Ａの外部とを連通するようにリヤ側軸受収容部２Ａに形成されている。そこで、スリンガ部１８と整流器２１との間を通って第３スリット２３まで流れてきた外気の一部が、第３スリット２３から第２スリット２２を通ってハウジング内に流入するので、第２スリット２２を流れる外気の流量が多くなる。また、外気が第３スリット２３を通って第２スリット２２を流通するので、第１スリット２０ａからスリンガ部１８内に流入する空気量が増大する。
そこで、スリップリング６、ブラシ１６、転がり軸受４およびリヤ側軸受収容部２Ａを効果的に冷却することができ、ブラシ１６および転がり軸受４のさらなる長寿命化が図られる。
【００３２】
また、第２スリット２２および第３スリット２３が、車両に実装された際に地方向に位置しているので、水、油、粉塵などがスリンガ部１８側からリヤ側軸受収容部２Ａ内に侵入しても、第３スリット２３から速やかに排出される。
【００３３】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図、図７はこの発明の実施の形態４に係る車両用回転電機のスリンガ部周りを示す要部断面図である。
【００３４】
図６および図７において、断面円弧状の保護壁２４が、スリンガ部１８の外周壁面に対して所定の隙間を確保して、かつ、第１スリット２０を覆うように、リヤ側軸受収容部２Ｂの底部２ｂから延設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３５】
この実施の形態４では、保護壁２４が第１スリット２０を覆うように形成されているので、第１スリット２０からスリンガ部１８内への水や油などの異物の侵入が阻止される。
また、保護壁２４がスリンガ部１８の外周壁面に対して所定の隙間を確保して形成されている。そこで、外気がスリンガ部１８と整流器２１との間を流通する際に、スリンガ部１８の内外に差圧が生じ、スリンガ部１８内の空気が外気と入れ替わるので、スリップリング６およびブラシ１６周りの冷却性を損なうことがない。
【００３６】
なお、上記各実施の形態では、転がり軸受４はボール軌道１２が１列の単列ベアリングで構成されているものとして説明している。しかし、転がり軸受は、ボール軌道１２が軸方向に複数列設けられ、ボール１１が各列のボール軌道１２に配設された複列ベアリングで構成されていてもよい。
また、上記各実施の形態では、通風手段として遠心ファン８を用いるものとしているが、通風手段は遠心ファン８に限定されるものではなく、回転子７の軸方向両端面に固着した軸流ファンを用いてもよい。また、外扇ファンをリヤブラケット１の外側に取り付けて、外気をハウジング内に通風させるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、車両用発電電動機について説明しているが、この発明は、車両用発電機や車両用電動機などの車両用回転電機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る車両用回転電機におけるリヤ側軸受収容部の構成を説明する断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る車両用回転電機での転がり軸受をリヤ側軸受収容部に収容した状態を示す要部断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の要部を示す縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る車両用回転電機のスリンガ部周りを示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  リヤブラケット（ハウジング）、２，２Ａ，２Ｂ  リヤ側軸受収容部、２ａ  円筒部、２ｂ  底部、３  吸気孔、４  転がり軸受、５  シャフト、６  スリップリング、７  回転子、８  遠心ファン（通風手段）、９  外輪、１３  凹溝、１４  樹脂バンド、１５  ブラシ装置、１７  ブラシホルダ部、１８  スリンガ部、２０，２０ａ  第１スリット（第１通風路）、２１  整流器、２２  第２スリット（第２通風路）、２３  第３スリット（第３通風路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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