JPH0772565B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

車両用交流発電機

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JPH0772565B2
JPH0772565B2 JP62145484A JP14548487A JPH0772565B2 JP H0772565 B2 JPH0772565 B2 JP H0772565B2 JP 62145484 A JP62145484 A JP 62145484A JP 14548487 A JP14548487 A JP 14548487A JP H0772565 B2 JPH0772565 B2 JP H0772565B2
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JP
Japan
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retained austenite
vehicle alternator
alternator
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中村  重信
涓三 三谷
志賀  孜
昌之 北村
良樹 藤田
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、車両用交流発電機に関する。
従来の技術とその問題点 従来の車両用オルタネータ(交流発電機)の軸受の内輪
および外輪には、高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)を標準焼
入れ、焼戻しした材料が使用されている。
近年、車両の燃費向上や各種電気負荷増大のニーズに対
応して、オルタネータには、小形軽量化、高出力化が要
求されてきた。そして、この要求達成のために、プーリ
比を大きくして、オルタネータを高速回転で使用するよ
うになり、このため、最高回転数が12000rpmを越えるよ
うになった。
高速回転のための課題として、オルタネータ外部につい
ては、ベルトスリップが挙げられるが、この問題は、ベ
ルトの本数を増してベルト張力を増大することにより解
決された。一方、オルタネータ内部の課題としては、軸
受をこのような高速回転およびそれに伴う高張力に耐え
うるようにすることが必要である。すなわち、高速回転
による攪拌熱や高張力による摩擦熱の増大に起因するグ
リース寿命の短期化を解決し、また、高張力による軌道
面の変形によって高速回転時に発生する大きい振動を防
ぐことができる軸受が必要となってきた。なお、一般に
は、高速回転だけを満足させるためには、軸受サイズを
小さくすることが発熱量低減の面において有効な手段で
ある。ところが、オルタネータの軸受のように高張力荷
重を受ける場合は、サイズを小さくしたのでは、負荷容
量が減って、疲労寿命が短くなるため、最小でも外形32
mm程度のものが使用されている。
このように、オルタネータの小形軽量化、高出力化に必
要な高速化および高張力化を図るには、発熱抑制と高負
荷対策という矛盾する課題および振動低減という課題を
同時に解決する必要があるが、前記のような従来のオル
タネータではこれが困難である。
この発明の目的は、上記の問題を解決し、小形軽量化、
高出力化に必要な高速化およびそれに付随する高張力化
が可能な車両用交流発電機を提供することにある。
問題点を解決するための手段 この発明による車両用交流発電機は、 固定子を備えたフレームに1対の軸受を介して回転子の
回転軸が回転自在に支持され、上記フレームの外に突出
した上記回転軸の端部に駆動プーリが設けられた車両用
交流発電機において、 上記1対の軸受の内輪および外輪のうち、少なくとも上
記プーリ側の軸受の外輪が残留オーステナイト量が0.05
%以上10%未満の鋼よりなり軌道面下での残留オーステ
ナイトの分解による軌道面の塑性変形を防止したことを
特徴とするものである。
残留オーステナイト量が10%以上になると、軌道面の塑
性変形が生じ易くなり、高速回転時に発生する振動が大
きくなる。残留オーステナイト量が0.05%未満になる
と、高速回転する軸受の軌道輪に要求される十分な硬度
が得られなくなる。すなわち、鋼の焼入れ、焼もどしを
行う場合、焼もどし温度が高くなるほど残留オーステナ
イトが少なくなり、マルテンサイトが多くなる。しか
し、焼もどし温度が高くなりすぎると、マルテンサイト
の組織が比較的柔らかくなり、残留オーステナイト量が
0.05%未満になるような焼もどし温度では、比較的柔ら
かいマルテンサイトが多くなって、十分な硬度が得られ
なくなる。
実施例 第1図は、車両用オルタネータを示す。
オルタネータの外殻をなす1対のフレーム(10)(11)
は椀状をなし、複数組のボルト、ナットにより相互に固
定されている。これらのフレーム(10)(11)の内周
に、固定子(ステータ)(12)が圧入などの適当な方法
で固定されている。固定子(12)は、ステータコア(12
a)およびこれに巻かれたステータコイル(12b)から構
成された公知のものである。
各フレーム(10)(11)の中央部に、内側に向って突出
した円筒状の軸受ボックス(10a)(11a)がそれぞれ形
成されている。各軸受ボックス(10a)(11a)にはそれ
ぞれラジアル玉軸受(13)(14)が取付けられ、これら
の軸受(13)(14)に回転軸(15)が回転自在に支持さ
れている。軸(15)には、固定子(12)の内側に位置す
るように1対の爪形ポールコア(16a)(16b)が機械的
に固定され、これらの間にロータコイル(17)が挾持さ
れている。そして、軸(15)、ポールコア(16a)(16
b)およびロータコイル(17)により公知の回転子(ロ
ータ)(18)が構成されている。
第1の軸受(13)と回転子(18)のポールコア(16a)
の間の軸(15)の周囲にカラー(19)がはめられ、第1
の軸受(13)からフレーム(10)の外側に突出した軸
(15)の端部に、フレーム(10)(11)の外に位置する
プーリ(20)がナット(21)により固定されている。そ
して、軸(15)が、プーリ(20)を介してエンジン(図
示略)により回転させられる。
1対の軸受(13)(14)の内輪および外輪のうち、少な
くともプーリ(20)側の軸受(13)の外輪は、残留オー
ステナイト量が10%未満の鋼よりなる。
通常の焼入れ、焼もどしにおいては、オーステナイトが
平均11〜14%残留するが、これを10%以下に減少させる
方法としては、焼入れ、焼もどしの間にザブゼロ処理を
施すものがある。また、他の方法としては、焼もどし温
度を通常の150〜200℃に対して250〜380℃に上げること
によっても、残留オーステナイト量を減少させることが
できる。
残留オーステナイト量ところがり摩擦力の関係を第2図
に示す。なお、第2図のころがり摩擦力比率は、接触面
圧が250kgf/mm2の場合について、残留オーステナイト量
が10%のときを1として示している。残留オーステナイ
ト量と耐力の関係を第3図に示す。なお、第3図の耐力
は歪5×106ストレインの場合について示している。オ
ーステナイトはマルテンサイトに比べて耐力が低い組織
であるため、ボールが通過するときに荷重を受けている
軌道面は、オーステナイトが多いと、これが変形してボ
ールが凹みの中を転動する形となり、摩擦力が大きくな
る。よって、逆にオーステナイト量を低下させることに
より、オルタネータの高速化、高張力化に伴う軸受内部
の発熱量増加を抑えて、グリース焼付に対する耐久寿命
を向上させる。また、残留オーステナイト量が多いと、
高張力による荷重の増大によって軌道に塑性変形が生じ
易く、回転時にこの不均一な凹みの部分をボールが通過
するたびに振動が発生する。とくに高速回転で使用され
る場合は、この振動がさらに大きくなり、最悪の場合
は、回転子と固定子が干渉して、ロックを起すこともあ
る。このような塑性変形に対して残留オーステナイト量
を低減することは有効である。
残留オーステナイト量を低減することによる上記効果を
実証するため、ラジアル玉軸受を用いて評価した実施例
を示す。
まず、オルタネータのプーリ側の軸受として、表1に示
す材料を内輪および外輪に使用した4種類の試料すなわ
ち比較例および実施例1〜3を準備した。また、反対側
(リア側)の軸受として、比較例と同じ材料を内輪およ
び外輪に使用した試料を準備した。
比較例 効果比較の基準として、現用の軸受を用いた。材料は、
軸受材として一般に使われているSUJ2である。焼入れ加
熱温度は845℃であり、油焼入れ後、180℃で焼もどし処
理した。
実施例1 材料は、比較例と同じくSUJ2である。845℃で焼入れ加
熱、油冷後、350℃で焼もどし処理を行なった。
実施例2 材料は、比較例と同じくSUJ2である。845℃で焼入れ加
熱、油冷後、−60℃でサブゼロ処理を行なったのち、20
0℃で焼もどし処理を行なった。
実施例3 材料は、比較例と同じくSUJ2である。845℃で焼入れ加
熱、油冷後、−196℃でサブゼロ処理を行なったのち、2
00℃で焼もどし処理を行なった。
なお、残留オーステナイト量の測定は、軸受の軌道面の
うち半径方向に深さ0.2mmまでの範囲でX線回折法によ
り行なった。また、軸受サイズは、プーリ側の軸受を型
番6302(外径42mm)、リア側の軸受を型番6002(外径32
mm)とした。
上記の試料をオルタネータに組込んで、高速、高張力試
験を実施した。試験条件は、次のとおりである。
ベルト張力……100kgf 内輪回転数……12000rpm 雰囲気温度……70℃ 試験結果を表2に示す。
破壊は、比較例のみに発生し、その形態は焼付寿命であ
って、グリースが炭化し、内外輪、ボールの変色が大き
く、保持器の破損などにより、回転ロックを起してい
た。また、この破壊は、プーリ側の軸受にだけ発生し
た。これは、プーリ側の軸受が、リア側の軸受に対し、
プーリに近いために受け持つモーメント荷重が大きく、
よって、昇温も高いためである。
実施例1〜3はいずれも破壊には至っていないが、グリ
ース劣化について、赤外線分光分析を行ない、酸化劣化
度の差を調査した。その結果、実施例1および3はほと
んど劣化しておらず、実施例2のもののみ劣化が進行し
ていた。
また、比較例において、試験条件下での内輪、外輪の温
度を測定したところ、内輪より外輪の温度が8〜12℃高
いことが確認された。これは、内輪は回転子に結合して
おり、この回転子は従来に比べ高速回転で使われるた
め、ファンの効果により自己冷却性が充分であり、内輪
温度も従来以下に抑えられているのに対し、外輪は高出
力化によって発熱量の増大した固定子を取付けてあるフ
レームに組付けられているため、このステータからの伝
熱量増大によって、従来より高い温度になったことを示
している。
試験時間の経過に伴う振動の変化については、フレーム
上に振動加速度センサーを取付けて調査した結果の1例
を第4図に示す。この試験では、回転子と固定子が干渉
してロックする破壊形態は見られなかったが、比較例の
振動レベルが大きいことが確認されたことより、残留オ
ーステナイト量が多いものは塑性変形が大きくなってい
ることが推定される。
以上のように、残留オーステナイト量を低減した実施例
1〜3の軸受をオルタネータに使用することにより、オ
ルタネータの高速化および高張力化が可能となる。
なお、従来、オーステナイトが分解することによる寸法
変化を抑えることを目的として、精密測定機器などに使
用される軸受の中にはサブゼロ処理を実施するものは存
在していた。一方、この発明では、このような寸法安定
性に着目しているのではなく、残留オーステナイトその
ものの特性に着目して、残留オーステナイト量を低減し
た軸受をオルタネータと組合わせることによって小形軽
量化、高出力化という全く新しい効果を生み出すことが
できたものである。
軸受の材料として、SAE5120などの浸炭材を使用し、浸
炭焼入れ後にザブゼロ処理を施してもよい。この場合
は、SUJ2の場合に比べ圧縮残留応力が付加されるため、
疲労寿命に対しても有効となる。よって、さらに高速回
転させるために高張力化する場合に、対応できる。
発明の効果 この発明の車両用交流発電機によれば、上述のように、
残留オーステナイト量を低減することにより、軌道面の
塑性変形を防止することができる。そして、これによ
り、軌道面の不均一な凹みの発生を防止して、振動を低
減することができ、かつ、ころがり摩擦力を低減して、
発熱を抑制することができる。したがって、高速化およ
び高張力化が可能となり、よって、小形軽量化および高
出力化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第2図は残
留オーステナイト量ところがり摩擦力の関係を示すグラ
フ、第3図は残留オーステナイト量と耐力の関係を示す
グラフ、第4図は試験時間の経過に伴う振動レベルの変
化を示すグラフである。 (10)(11)…フレーム、(12)…固定子、(13)(1
4)…軸受、(15)…回転軸、(18)…回転子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三谷 涓三 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 志賀 孜 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 北村 昌之 大阪府大阪市南区鰻谷西之町2番地 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 藤田 良樹 大阪府大阪市南区鰻谷西之町2番地 光洋 精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−34615(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子を備えたフレームに1対の軸受を介
    して回転子の回転軸が回転自在に支持され、上記フレー
    ムの外に突出した上記回転軸の端部に駆動プーリが設け
    られた車両用交流発電機において、 上記1対の軸受の内輪および外輪のうち、少なくとも上
    記プーリ側の軸受の外輪が残留オーステナイト量が0.05
    %以上10%未満の鋼よりなり軌道面下での残留オーステ
    ナイトの分解による軌道面の塑性変形を防止したことを
    特徴とする車両用交流発電機。
  2. 【請求項2】上記残留オーステナイト量が0.05%以上6
    %以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の車両用交流発電機。
  3. 【請求項3】サブゼロ処理により残留オーステナイト量
    を減少させることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項に記載の車両用交流発電機。
  4. 【請求項4】250〜380℃の温度で焼もどし処理すること
    により残留オーステナイト量を減少させることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項または第2項に記載の車両用
    交流発電機。
  5. 【請求項5】上記鋼が浸炭焼入材であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載
    の車両用交流発電機。
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DE3851573T DE3851573T2 (de) 1987-06-10 1988-06-09 Reibungsloses Lager und mit einem solchen Lager ausgerüsteter Fahrzeugalternator.
US08/152,687 US5422524A (en) 1987-06-10 1993-11-16 Antifriction bearing and alternator incorporating same for use in vehicles
US08/869,844 USRE37967E1 (en) 1987-06-10 1997-06-05 Antifriction bearing and alternator incorporating same for use in vehicles
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