(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁磁束を発生する回転子と、前記回転子を回転自在に保持する転がり軸受けとを備える車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記転がり軸受けの内輪の前記回転子側の一端に当接する第１のカラーを備え、
前記転がり軸受けは、前記内輪の肩部に周段部を設けるとともに、密封装置を備え、
前記密封装置は、前記転がり軸受けの外輪に固着したシール環体を備え、このシール環体は、内周シールリップを備え、
前記内周シールリップは前記シール環体の内周部から、前記周段部の側面に沿って径方向に延びて形成されるとともに、前記周段部の側面方向に延びる複数の内側リップと、この各内側リップの基部から前記周段部の側面とは反対方向に延びる複数の外側リップとから形成され、前記内周シールリップの先端に設けられた前記内側リップが、前記周段部の側面に接触されており、
前記外側リップの外周側に隣接する部位には円環状の溝部を備え、
前記第１のカラーは前記密封装置の外側リップと隣接して対向していると共に、前記第１のカラーの前記転がり軸受け側の端面の最外径は、前記溝部外径より小さく、前記周段部の外径より大きくすることで、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がすようにし、かつ
前記回転子を駆動するプーリを備え、
前記プーリは、前記転がり軸受けの前記内輪の一端であって、前記第１のカラーが当接する側と反対側に当接する第２のカラーを備え、
前記プーリと前記第２のカラーとが一体に形成されるとともに、前記第２のカラーの外径は、前記溝部外径より大きいことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転子は、前記第１のカラー側に冷却ファンを備えたことを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ９８／５４８２３等に開示された従来の車両用交流発電機は、回転子を回転自在に支持するために転がり軸受けを用いている。このような車両用交流発電機の多くは、過酷な被水によって転がり軸受け内に浸水を生じ、内部の発錆に伴って短寿命となることを防止するため、良好な密閉性を有する密封装置を備えた転がり軸受けが使用されている。具体的には、転がり軸受けの内周シールリップを内輪に接触させて密閉しているとともに、回転子及びプーリのカラー外径を極力大きくしてシール部への直接的な大量の被水を防いでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように従来の車両用交流発電機では、転がり軸受け内への浸水防止を目的として、回転子のカラーを大きくしているため、発電時に高温となる回転子と転がり軸受けのシール部との対向面積が大きくなる。したがって、シールリップは回転子から熱を受けやすくなるとともに、外気との接触を回転子のカラーによって阻まれるためシールリップと内輪との摺動熱が放熱しにくく、シール部の冷却が困難になって、熱硬化が生じやすいという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、転がり軸受けの冷却性を向上させるとともに良好な密閉性を確保することができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、励磁磁束を発生する回転子と、前記回転子を回転自在に保持する転がり軸受けとを備える車両用交流発電機において、前記回転子は、前記転がり軸受けの内輪の前記回転子側の一端に当接する第１のカラーを備え、前記転がり軸受けは、前記内輪の肩部に周段部を設けるとともに、密封装置を備え、前記密封装置は、前記転がり軸受けの外輪に固着したシール環体を備え、このシール環体は、内周シールリップを備え、前記内周シールリップは前記シール環体の内周部から、前記周段部の側面に沿って径方向に延びて形成されるとともに、前記周段部の側面方向に延びる複数の内側リップと、この各内側リップの基部から前記周段部の側面とは反対方向に延びる複数の外側リップとから形成され、前記内周シールリップの先端に設けられた前記内側リップが、前記周段部の側面に接触されており、前記外側リップの外周側に隣接する部位には円環状の溝部を備え、前記第１のカラーは前記密封装置の外側リップと隣接して対向していると共に、前記第１のカラーの前記転がり軸受け側の端面の最外径は、前記溝部外径より小さく、前記周段部の外径より大きくすることで、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がすようにし、かつ前記回転子を駆動するプーリを備え、前記プーリは、前記転がり軸受けの前記内輪の一端であって、前記第１のカラーが当接する側と反対側に当接する第２のカラーを備え、前記プーリと前記第２のカラーとが一体に形成されるとともに、前記溝部外径より前記第２のカラーの外径は、前記溝部外径より大きいことを特徴としている。回転子に備わった第１のカラーの外径を小さくすることで、シール環体が回転子の熱を吸収しにくくするとともに、その表面が外気に開放されるので放熱がしやすくなる。したがって、シールリップ部周辺の熱を外径方向へ逃がしやすくしてこの部分の熱硬化を防ぐことができるとともに、良好な密閉性を長期にわたって維持することができる。プーリはフレームの外部にあって被水量が多いので、これと一体形成されたカラー径を大きくすることにより、水の飛散効果（スリンガー効果）を高めて耐被水性を確保することができる。また、プーリ側は回転子側に比べて、比較的温度が低いため、プーリ側のカラー径を回転子側のカラー径よりも大きく設定しても、シールリップの熱硬化を抑えることができる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、請求項１の車両用交流発電機において、前記回転子は、前記第１のカラー側に冷却ファンを備えたことを特徴としている。この回転子に備わった冷却ファンによって、第１のカラーおよびシールリップ周辺に乱流が生じてこれらの温度が下がるため、シールリップの熱硬化をさらに抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明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。
【００１０】
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。本実施形態の車両用交流発電機は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、転がり軸受け３ａ、３ｂ、回転子４、固定子５、整流装置６、電圧調整器７、ブラシ装置８等を含んで構成されている。
【００１１】
アルミダイカスト製のフロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、ともに椀状に形成されており、それらの開口部を当接して、複数個のボルト（図示せず）により相互に固定されている。フロント側フレーム１には、円筒状の軸受け収容部１１が一体で形成されるとともに、固定子５が圧入されている。また、リア側フレーム２には、フロント側の軸受け収容部１１より小径の円筒状で鉄製の軸受け収容部１２がボルト（図示せず）によって固定されている。
【００１２】
回転子４は、界磁巻線４１、界磁鉄心４２、４３、回転軸４４、カラー（第１のカラー）４５等によって構成されており、軸受け収容部１１、１２に固定される一対の転がり軸受け３ａ、３ｂにより回転自在に保持されている。
【００１３】
リア側の界磁鉄心４３の軸方向端面には遠心方向に流れる冷却風を生成するように、遠心型の冷却ファン４６が取り付けられている。また、フロント側の界磁鉄心４２の軸方向端面には、界磁巻線４１への冷却風を生成するように、回転子４の回転方向に対して前傾させた斜流式ブレードを有する冷却ファン４７が取り付けられている。
【００１４】
また、回転軸４４の前端には、図示しないベルトを介して車両の回転動力を伝達するプーリ２０が固定されている。
【００１５】
整流装置６は、固定子５の固定子巻線から出力される三相電圧に対して三相全波整流を行うものである。リア側フレーム２の外側側面部には、整流装置６、電圧調整器７、ブラシ装置８等からなるいわゆる電気部品がボルト等の締結手段によって固定されており、これらの電気部品を覆うように、冷却風吸入窓を有する金属製のカバー９が固定されている。
【００１６】
上述した構造を有する車両用交流発電機は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子４が所定方向に回転する。この状態で回転子４の界磁巻線４１に外部から励磁電圧を印加することにより、界磁鉄心４２、４３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子５の固定子巻線に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置６からは所定の直流電流が取り出される。
【００１７】
次に、本発明の特徴部分である一方の転がり軸受け３ａ周辺の詳細について説明する。図２は転がり軸受け３ａおよびその周辺の部分的な拡大断面図である。図２に示すように、転がり軸受け３ａは、内輪３０および外輪３１と、それらの間であって保持器４００によって保持された玉４０１と、外輪３１に固定されたシール環体３２０を備えている。
【００１８】
内輪３０は、肩部形成された周段部３０１を有している。また、外輪３１に固着されたシール環体３２０は、ゴム等の弾性体３２０ａからなり、径方向に延びる金属製の芯金３２０ｂが埋設されている。このシール環体３２０の内周部には、周段部３０１の側面３０１ａに沿って径方向に延びる弾性体よりなる柔軟な内周シールリップ３２１が形成されており、この内周シールリップ３２１と周段部３０１の側面３０１ａとの間で密封が行われる。本実施形態では、外輪３１に固着されたシール環体３２０の内周部から周段部３０１の側面３０１ａに沿って径方向に延びた内周シールリップ３２１の一部を、この側面３０１ａに接触させることにより密封装置が構成されている。
【００１９】
上述したシール環体３２０の内周シールリップ３２１には、その先端部および中間部に、周段部３０１の側面３０１ａ方向に延びる２個の内側リップ３２２、３２３と、これらの内側リップ３２２、３２３のそれぞれの基部から周段部３０１の側面３０１ａとは反対方向に延びる２個の外側リップ３２４、３２５が形成されている。上述した２個の外側リップ３２４、３２５のそれぞれの外周には、円環状の溝部３２６、３２７が形成されている。また、上述した２個の内側リップ３２２、３２３の内、先端の内側リップ３２２のみが常時周段部３０１の側面３０１ａに接触しており、他の内側リップ３２３は、内側リップ３２２が所定量の摩耗の後初めて周段部３０１の側面３０１ａに接触するようになっている。したがって、長期の使用に際して先端の内側リップ３２２の摺動面が低下してきたときに内側リップ３２３が周段部３０１の側面３０１ａに接触して、さらに長期にわたって密封性を維持できるようになっている。
【００２０】
本実施形態では、上述した転がり軸受け３ａの内輪３０の端面に当接する回転子４のカラー４５の端面の最外径Ａが、周段部３０１の端部外径Ｃ以上であって、外周側に形成された溝部３２７の外径Ｂ以下に設定されている。
【００２１】
周段部３０１の端部外径Ｃをカラー４５の端面の最外径Ａ以下に設定することにより、プーリ２０と回転子４とを一体駆動するために内輪３０を挟んでカラー４５とプーリ２０を締結する際に、内輪３０とカラー４５の間の接触面積をできるだけ広く確保することができ、接触部分の金属疲労を低減することができる。
【００２２】
また、カラー４５の端面の最外径Ａを外周側に形成された溝部３２７の外径Ｂ以下に設定することにより、カラー４５の端面がシール環体３２０に対向しないようになるため、シール環体３２０は回転子４からの放熱を吸収しにくくなり、しかも外気に開放されて放熱が容易となる。したがって、リップ部周辺の熱硬化を抑えることができるとともに、良好な密閉性を確保することができる。
【００２３】
また、プーリ２０側のカラー（第２のカラー）２１と転がり軸受け３ａとの当接部付近は、フレーム１内に配置されたカラー４５との当接部付近よりも被水量が多いので、水の飛散効果（スリンガー効果）を高めて耐被水性を確保するため、プーリ２０側のカラー２１の外径を外周側の溝部３２７の外径Ｂよりも大きく設定している。このとき、プーリ２０側においては、ベルトによる駆動に際してミクロな滑りによる発熱があるだけであり、回転子４側のように界磁巻線４１などの発熱体がない分、カラー２１の温度が低くなる。したがって、カラー２１の外径を大きく設定した場合であっても、対向するシール環体３２０に対する放射熱が少なく、熱劣化をもたらすおそれはない。
【００２４】
また、回転子４のフロント側の軸方向端面には冷却ファン４７が備わっており、カラー４５およびシール環体３２０周辺に乱流が生じてこれらの温度を下げるため、さらにリップ部の熱劣化を低減することができる。
【００２５】
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で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、プーリ２０に近い側の転がり軸受け３ａについて説明したが、リア側の転がり軸受け３ｂとこれに隣接するカラー４１０についても同様の構造を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。
【図２】転がり軸受けとその周辺の部分的な拡大断面図である。
【符号の説明】
１  フロント側フレーム
２  リア側フレーム
３ａ、３ｂ  転がり軸受け
４  回転子
５  固定子
３０  内輪
３１  外輪
４１  界磁巻線
４２、４３  界磁鉄心
４４  回転軸
４５  カラー
４６、４７  冷却ファン
車両用交流発電機
３０１  周段部
３２０  シール環体
３２１  内周シールリップ
３２２、３２３  内側リップ
３２４、３２５  外側リップ
【図１】
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【図２】
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