JP2007053858A - 回転電機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転軸３の回転速度が所定値を越えた場合にも、冷却ファン２１の回転速度が、この所定値を越えない様にする。そして、オルタネータ装置１ａの低騒音化並びに発電効率の向上を図る。
【解決手段】
上記冷却ファン２１を、ローラクラッチ２２を介して上記回転軸３に支持する。このローラクラッチ２２として、上記冷却ファン２１の回転速度が上記所定値を越えた場合に接続が断たれるものを使用する。この為、上記冷却ファン２１の回転速度を、上記所定値を越えない状態に保つ事ができる。この様な構成により上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両（自動車）の走行用エンジンの回転を利用し、この車両に必要な電力を得る為に用いられる、オルタネータ装置（交流発電装置）や、電気自動車用の駆動モータや回生ブレーキの発電装置等の回転電機装置の改良に関する。

例えば、エンジンに連結されたクランクシャフトの回転を利用して、車両に搭載される各種電気装置を始め、バッテリーの充電に用いる電力を得る為に、従来からオルタネータ装置が用いられている。図１０は、この様なオルタネータ装置１の、従来から知られている基本構成を示している。

従来構造のオルタネータ装置１（例えば特許文献１、２参照）は、図示しないエンジンに隣接して組み付けられ、アルミニウム合金等の軽量金属により造られたハウジング２の内側に回転軸３を、１対の転がり軸受４ａ、４ｂにより回転自在に支持している。この回転軸３の軸方向一端部（図１０の左端部）で、上記ハウジング２外に突出した部分に、従動プーリ５を固定している。そして、上記エンジンのクランクシャフトの回転を、この従動プーリ５に掛け渡した無端ベルト（図示省略）を介して上記回転軸３に伝達自在としている。

又、上記回転軸３の軸方向中間部で、上記両転がり軸受４ａ、４ｂの間部分には、ロータ６を固定しており、このロータ６を、上記回転軸３と共に回転自在としている。このロータ６は、この回転軸３に外嵌固定されるポールコア７と、このポールコア７に巻装されたロータコイル８とから成る。このうちのポールコア７の外径側部分には、このロータコイル８に励磁電流が供給された場合に磁界を発生させる、台形状の爪形磁極片９ａ、９ｂを、円周方向に亙って交互に設けている（図１１参照）。又、上記ハウジング２の内側で、上記ロータ６の周囲に存在する部分に、ステータ１０を設けている。このステータ１０は、このロータ６の外径寸法よりも僅かに大きな内径寸法を有する略円筒状のステータコア１１と、このステータコア１１に三相に巻装され、上記各爪形磁極片９ａ、９ｂに生じた磁界を受けて交流電圧を誘起するステータコイル１２とから成る。一方、上記ハウジング２の外側で、上記回転軸３の軸方向他端側（図１０の右端側）には、上記ステータコイル１２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換する為の整流装置１３や、得られた直流電圧を適正値に制御する為の電圧調整装置１４等の電気部品を配置し、カバー１５により覆っている。

又、上記回転軸３の軸方向中間部周囲で上記ロータ６を軸方向両側から挟む部分には、１対の冷却ファン１６ａ、１６ｂを設けている。これら各冷却ファン１６ａ、１６ｂは、円輪状の基部１７と、この基部１７の外径寄り部分の円周方向複数個所に軸方向（９０度未満）に曲げ起こされた状態で設けられた、複数枚の冷却翼１８、１８とを備える。この様な構成を有する上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂは、上記基部１７のうち、軸方向に関して上記各冷却翼１８、１８とは反対側の軸方向片面部を、上記ロータ６（ポールコア７）の軸方向側面部にそれぞれ固定して、このロータ６と一体としている。上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂは、このロータ６と共に上記回転軸３により回転駆動され、前記オルタネータ装置１の発電に伴って発熱するロータコイル８、ステータコイル１２、整流装置１３、電圧調整装置１４等に冷却風を送る。具体的には、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂが回転する事により、上記ハウジング２及び上記カバー１５の軸方向側壁部に形成した複数の吸気孔１９、１９ａから、エンジンルーム内の外気を取り入れ、この外気を、上記各部材８、１２、１３、１４等を通過させつつ流す。そして、これら各部材８、１２、１３、１４等の熱を奪って温度上昇した空気を、上記ハウジング２の外周壁部に形成した複数の排気孔２０、２０から排出する（熱を逃がす）様にしている。この様にして、上記各部材８、１２、１３、１４等を冷却する事により、これら各部材８、１２、１３、１４等の寿命低下を防止すると共に、オルタネータ装置１の発電効率が低下する事を防止している。

ところで近年、自動車の電子制御システム化の普及を一つの要因として、オルタネータ装置には高出力化が要求されている。この為に、例えば特許文献２等に記載される様に、回転軸を高速回転（例えば最大１７０００ｍｉｎ^-1〜２００００ｍｉｎ^-1程度で回転）させる事が行なわれている。しかしながら、上述した従来構造のオルタネータ装置１の場合、高出力化を意図して、上記回転軸３を高速回転させると、以下の様な問題が生じる可能性がある。即ち、上述の様に、上記両冷却ファン１６ａ、１６ｂは、上記回転軸３と共に回転する上記ロータ６に固定されている為、これら両冷却ファン１６ａ、１６ｂと上記回転軸３とは、常に同じ回転速度で回転する。この為、この回転軸３の回転速度が、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの形状や外径寸法等により定まる或る値（以下「第一回転速度」とする。本明細書全体で同じ。）を越えると、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂから高周波の耳障りな異音を発生させて、自動車の乗員に不快感を与える可能性がある。従って、上記回転軸３の高速回転時に於いても、この様な異音の発生を防止する観点からは、この回転軸３の回転速度が上記第一回転速度を越えた場合にも、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度はこの第一回転速度を越えない状態に保たれる事が望まれる。

一方、オルタネータ装置１（前記各部材８、１２、１３、１４等）の冷却効率は、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度が、別の或る値（以下「第二回転速度」とする。本明細書全体で同じ。）に達するまでの間は、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度と共に上昇する。しかしながら、上記第二回転速度を越えるとそれ以降は、これら各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度を上昇させても、その回転速度に見合う（比例した）冷却効率を得られ難くなる。これは、前記各吸気孔１９、１９ａと前記各排気孔２０、２０の位置や大きさ、及び、上記各部材８、１２、１３、１４等の設置位置、更にはエンジンルーム内の温度等が、冷却効率の向上に密接に関連する為である。この為、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度を、上記第二回転速度を越えて上昇させる事は、これら各冷却ファン１６ａ、１６ｂを無駄に回転駆動する事になり、上記回転軸３を回転する為の駆動力に関するエネルギ損失の増大に結び付き、延いては、オルタネータ装置１の発電効率の低下を招く。従って、オルタネータ装置１の発電効率の低下を防止する観点からは、上記回転軸３の回転速度が上記第二回転速度を越えた場合にも、上記各冷却ファン１６ａ、１６ｂの回転速度はこの第二回転速度を越えない状態に保たれる事が望まれる。

特開平１１−２５４９５３号 特開平７−３１２８５４号

本発明は、上述の様な事情に鑑み、回転軸の回転速度が所定の回転速度を越えた場合にも、冷却ファンの回転速度をこの所定の回転速度を越えない状態に保つ事ができる構造を実現すべく発明したものである。具体的には、冷却ファンの回転速度の上昇を抑えて、オルタネータ装置等の回転電機装置の低騒音化並びに発電効率の向上を図るべく発明したものである。

本発明の回転電機装置は、前述の図１０〜１１に示した従来構造のオルタネータ装置等の回転電機装置と同様に、ハウジングと、回転軸と、ロータと、ステータと、冷却ファンとを備える。
このうちの回転軸は、上記ハウジング内に回転自在に支持され、エンジン等の駆動源により回転駆動される。
又、上記ロータは、上記回転軸の軸方向中間部に固定され、この回転軸と共に回転する。
又、上記ステータは、上記ハウジングの内側で、上記ロータの周囲に配設されている。 又、上記冷却ファンは、上記回転軸の一部で、このロータから軸方向に外れた部分の周囲に配設され、この回転軸により回転駆動される。
特に、本発明の回転電機装置に於いては、上記冷却ファンの内周面と上記回転軸の外周面との間に、クラッチ装置を設けている。そして、このクラッチ装置を、上記冷却ファンの回転速度が所定値以下の場合にのみ、上記回転軸とこの冷却ファンとの間で回転力を伝達するものとしている。

上述の様に構成する本発明の回転電機装置の場合、冷却ファンの回転速度が所定値を越えた場合には、クラッチ装置の接続が断たれ、回転軸とこの冷却ファンとの間での回転力の伝達を断つ。この為、この冷却ファンの回転速度を上記所定値を越えない状態に保つ事ができる。例えば、本発明をオルタネータ装置に適用し、この所定値を前記第一回転速度に設定すれば、回転軸の高速回転時に於いても、冷却ファンからの高周波の異音の発生を防止して、オルタネータ装置の低騒音化を実現できる。又、上記所定値を、前記第二回転速度に設定すれば、回転軸を回転駆動する駆動力に関するエネルギ損失を抑えて、オルタネータ装置の発電効率の向上を図れる。更に、上記所定値を、上記第一回転速度と上記第二回転速度とのうちの、より低い回転速度以下に設定すれば、オルタネータ装置の低騒音化を実現すると共に発電効率の向上を図れる。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、冷却ファンの内周面と回転軸の外周面との間で、クラッチ装置に隣接する位置に、これら回転軸と冷却ファンとの相対回転を自在とするサポート軸受を設ける。
この様に構成すれば、上記回転軸と上記冷却ファンとの間での回転力の伝達を断たれた状態で、これら回転軸と冷却ファンとの相対回転を安定して行なわせる事ができる。又、上記クラッチ装置内部の摺接部及び当接部に、摩耗、異常発熱、焼き付き等が生じる事を防止して、このクラッチ装置の寿命低下を防止できる。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、クラッチ装置を、回転軸が冷却ファンに対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、これら回転軸と冷却ファンとの間での回転力の伝達を自在とし、且つ、遠心力がこの回転力の伝達を断つ方向に作用する構造を有する、一方向クラッチとする。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項４或いは請求項５に記載した様に、一方向クラッチとして、外輪の内周面にカム面を形成したローラクラッチ（請求項４の場合）や、ディスエンゲージ型のスプラグクラッチ（請求項５の場合）を使用できる。
この様な構造を有する一方向クラッチによれば、冷却ファンの回転速度が所定値を越えた場合に、回転軸とこの冷却ファンとの間での回転力の伝達を断つ（回転軸と冷却ファンとの接続を断つ）為の構造を、遠心力を利用した簡易な構成で実現できる。

図１〜３は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本発明の特徴は、冷却ファン２１と回転軸３との間にクラッチ装置を設ける事により、回転電機装置であるオルタネータ装置１ａの低騒音化並びに発電効率の向上を図る点にある。オルタネータ装置の全体構造等、その他の部分の構造及び作用は、前述の図１０〜１１に記載した従来構造の場合とほぼ同様である。この為、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

図１に示す様に、本実施例のオルタネータ装置１ａは、従来構造のオルタネータ装置１（図１０参照）と同様に、回転軸３の軸方向中間部に固定したロータ６ａの両側部分に、１対の冷却ファン１６ｂ、２１を設けている。このうちの図１の右部に示した冷却ファン１６ｂは、上記従来構造のオルタネータ装置１と同様に、上記ロータ６ａの軸方向片側面部（図１の右側面部）に固定した状態で設けている。これに対し、図１の左部に示した上記冷却ファン２１は、一方向クラッチであるローラクラッチ２２を介して、上記回転軸３に支持されている。又、上記冷却ファン２１は、その内径側に上記ローラクラッチ２２を内嵌固定する為の支持筒部２３を設けた、断面略Ｌ字形の基部１７ａと、複数枚の冷却翼１８、１８とから構成される。又、上記ロータ６ａの軸方向他側面部（図１、２の左側面部）には、上記支持筒部２３及び上記ローラクラッチ２２の一部を収納できる収納凹部２４を形成して、オルタネータ装置１ａの軸方向寸法が徒に大きくなる事を防止している。

本実施例のローラクラッチ２２は、上記回転軸３が上記冷却ファン２１に対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、上記回転軸３と上記冷却ファン２１との間での回転力の伝達を可能とする。この様な構成を有する上記ローラクラッチ２２を構成する為、上記冷却ファン２１の支持筒部２３の内周面に、クラッチ用外輪２５を、締り嵌めにより内嵌固定している。又、このクラッチ用外輪２５の内周面は、カム面２６としている。即ち、このクラッチ用外輪２５の内周面には、図３に示す様なランプ部と呼ばれる複数の凹部２７を、円周方向に関して等間隔に形成する事により、上記内周面を上記カム面２６としている。これに対し、上記クラッチ用外輪２５の内径側で上記回転軸３の軸方向中間部外周面に、クラッチ用内輪２８を、締り嵌めにより外嵌固定している。このクラッチ用内輪２８は、その軸方向中間部外周面を単なる円筒面２９とすると共に、この円筒面２９の軸方向両側部分を径方向外方に延出させて、次述するローラ３０の抜け止めを図っている。

又、上記クラッチ用外輪２５及び上記クラッチ用内輪２８と共に、上記ローラクラッチ２２を構成する複数本のローラ３０、３０は、クラッチ用保持器３１（図３参照、図１〜２には省略）に転動及び円周方向に関する若干の変位自在に支持されている。このクラッチ用保持器３１は、その一部外周面を上記カム面２６に形成した上記各凹部２７に係合させて、上記クラッチ用外輪２５に対する相対回転を阻止されている。又、この様なクラッチ用保持器３１を構成する各柱部３２、３２の円周方向片側面（図３の左側面）と、上記各ローラ３０、３０との間に、それぞればね３３を設けている。これら各ばね３３は、これら各ローラ３０、３０を、上記カム面２６と上記円筒面２９との間に形成される略円筒状隙間３４のうち、直径方向の隙間が狭くなった部分に向け、円周方向に関して同方向に、弾性的に押圧している。又、上記各ばね３３が上記各ローラ３０、３０を押圧する方向は、上記回転軸３が、その軸方向一端部（図１の左端部）に固定された従動プーリ５を介して回転駆動される方向（図３の矢印イ方向）と一致させている。

上述の様に構成する上記ローラクラッチ２２の場合、上記回転軸３が前記冷却ファン２１に対して、上記各ばね３３が上記各ローラ３０、３０を押圧している方向に相対回転すると、これら各ローラ３０、３０が、上記円筒状隙間３４の直径方向の幅の狭い部分に食い込む（ロック状態となる）。これにより、上記回転軸３と上記冷却ファン２１との間で回転力が伝達自在となる（回転軸３と冷却ファン２１とが接続される）。上述した様に、上記各ばね３３が上記各ローラ３０、３０を押圧する方向と、上記回転軸３が回転駆動される方向とは、同方向（図３の矢印イ方向）である。従って、この回転軸３の回転がこの冷却ファン２１に伝達される。

更に、本実施例のローラクラッチ２２は、上述の様にして、上記回転軸３から上記冷却ファン２１へと回転力が伝達されている場合にも、この冷却ファン２１の回転速度が所定値を越えると、この回転力の伝達が断たれる（オーバラン状態となる）構成としている。即ち、上記冷却ファン２１の回転時には、上記各ローラ３０、３０がこの冷却ファン２１と同速で公転運動する。そして、この公転運動に基づいて、これら各ローラ３０、３０に遠心力が働き、これら各ローラ３０、３０が上記各凹部２７の底面に押し付けられる。これら各凹部２７の底面は傾斜しているので、上記各ローラ３０、３０は、上記各ばね３３の押圧力に抗して、図３の右方向に変位する傾向になる。そして、上記冷却ファン２１の回転速度の上昇に伴って（回転速度の二乗に比例して）上記遠心力が増大し、そのうちの周方向の分力の大きさが上記各ばね３３の弾力よりも大きくなると、上記各ローラ３０、３０がこれら各ばね３３を圧縮しつつ、上記各凹部２７の深い部分に移動し始める。特に、本実施例の場合には、上記冷却ファン２１の回転速度が上記所定値を越えた場合に、上記各ローラ３０、３０の転動面と前記クラッチ用内輪２８の円筒面２９とが離隔する様に、上記ローラクラッチ２２の構成を規制している。具体的には、このローラクラッチ２２を構成する、上記各ローラ３０、３０の質量、上記各ばね３３の弾力の大きさ、上記各凹部（ランプ部）２７の傾斜角度等の関係を、予め上記所定値として設定した回転速度から、実験或いは計算等の結果に基づき規制している。従って、上記冷却ファン２１の回転速度が上記所定値を越えると、上記各ローラ３０、３０の転動面と上記クラッチ用内輪２８の円筒面２９とが離隔して、上記回転軸３から上記冷却ファン２１への回転力の伝達が断たれる。この回転軸３の回転速度が上記所定値を越えている限り、上記ローラクラッチ２２は細かく断接を繰り返す（或いは半接続状態となる）。この為、上記冷却ファン２１の回転速度を、上記所定値を越えない状態に保つ事ができる。又、本実施例の場合には、上記各ローラ３０、３０の転動面と上記クラッチ用内輪２８の円筒面２９との細かな断接或いは半接続状態に拘わらず、これら転動面と円筒面２９との摩耗を抑える為に、このクラッチ用内輪２８を、銅若しくは銅系合金の様に、自己潤滑性を有する金属製としている。

尚、上記所定値として設定できる回転速度は、上記ローラクラッチ２２の構成に基づき、上記回転軸３の回転速度の範囲内で任意に選択する事が可能である。この為、例えば、以下の２つの回転速度を所定値として採用できる。即ち、上記冷却ファン２１から高周波の異音を発生し始める回転速度（前記第一回転速度）と、この冷却ファン２１の回転速度に見合う（比例した）冷却効率が得られ難くなる回転速度（前記第二回転速度）とのうちの何れかを採用できる。この場合に、上記２つの回転速度は、実験或いは計算等により求める事ができる。上記所定値を上記第一回転速度に設定すれば、上記回転軸３を高速回転させた場合にも、上記冷却ファン２１からの高周波の異音の発生を防止できる。この為、前記オルタネータ装置１ａの低騒音化を実現できる。これに対し、上記所定値を上記第二回転速度に設定すれば、上記冷却ファン２１の回転速度に応じた最適な冷却効率を得られて、上記回転軸３を回転駆動する駆動力に関するエネルギ損失を抑えられる。この為、上記オルタネータ装置１ａの発電効率の向上を図れる。又、上記２つの回転速度のうち、より低い回転速度を上記所定値として設定すれば、上記オルタネータ装置１ａの低騒音化を実現できると共に発電効率の向上を図れる。

又、上記冷却ファン２１は、上記回転軸３からの回転力の伝達が断たれた（回転軸３との接続が断たれた）場合にも、慣性力（惰性）により、回転速度を緩徐に低下させながら回転を続ける。そして、回転速度の低下に伴なって前記各ローラ３０、３０に作用する遠心力が小さくなり、その円周方向の分力が前記各ばね３３の弾力よりも小さくなると、これら各ローラ３０、３０が、前記円筒状隙間３４の直径方向の幅の狭い部分に再び食い込む（ロック状態となる）。この様にして、上記冷却ファン２１は、上記所定値を越えない状態で、上記回転軸３により回転駆動される。

一方、上記回転軸３が上記冷却ファン２１に対して、上記各ばね３３が上記各ローラ３０、３０を押圧している方向とは反対方向（図３の矢印ロ方向）に相対回転すると、これら各ローラ３０、３０が上記各ばね３３の弾力に抗して上記円筒状隙間３４の直径方向の隙間の広い部分に退避する（オーバラン状態となる）。即ち、上記回転軸３の回転速度が上記冷却ファン２１の回転速度よりも遅くなる傾向にある場合には、これら回転軸３と冷却ファン２１との間での回転力の伝達が断たれる。この為、エンジンの回転速度が急に低下する等により、上記回転軸３に制動力が加わる等して、この回転軸３の回転速度が上記冷却ファン２１の回転速度よりも相対的に遅くなる場合にも、この冷却ファン２１の回転速度が上記回転軸３の回転速度と同期して低下する事はない。この結果、この冷却ファン２１を、慣性力（惰性）により回転させて、発電に伴って発熱したロータコイル８やステータコイル１２等を効果的に冷却できる。

図４は、やはり請求項１、３、４に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合にも、上述した実施例１と同様に、図４の左部に示した冷却ファン２１を、ローラクラッチ２２を介して回転軸３に支持している。更に、本実施例の場合には、図４の右部に示した冷却ファン２１ａも同様に、ローラクラッチ２２ａを介して上記回転軸３に支持している。

この様な構成により、本実施例の場合には、上記各冷却ファン２１、２１ａを互いに異なる回転速度で回転させる事が可能になる。即ち、上記各ローラクラッチ２２、２２ａの構成｛ローラ３０の質量や凹部２７の傾斜角度、ばね３３（図３参照）の弾力の大きさ等｝を互いに異ならせる事により、上記回転軸３と上記各冷却ファン２１、２１ａとの間での回転力の伝達が断たれる回転速度（所定値）を、これら各冷却ファン２１、２１ａ毎に別個に設定できる。この為、発電に伴い発熱する各部材８、１２、１３、１４等の発熱量に合わせて、上記各冷却ファン２１、２１ａに関する所定値の設定を行なえば、上記各部材８、１２、１３、１４等を効果的に冷却する事が可能になる。尚、この場合にも、上記所定値として、前記第一回転速度と前記第二回転速度とのうちのより低い回転速度以下の速度を設定すれば、オルタネータ装置１ｂの低騒音化と発電効率の向上とを、より高次元で実現できる。又、上記両冷却ファン２１、２１ａに関する所定値を同じ回転速度として、上記両ローラクラッチ２２、２２ａの共通化を図れば、部品点数の減少によるコスト削減を図れる。又、本実施例の場合には、上記各冷却ファン２１、２１ａの支持筒部２３を、ロータ６ｂの軸方向両側面部に形成した収納凹部２４、２４内に収納して、上記オルタネータ装置１ｂの軸方向寸法が徒に大きくなる事を防止している。その他の構成及び作用は上述した実施例１と同様である。

図５〜６は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、オルタネータ装置１ｃを構成する１対の冷却ファン１６ｂ、２１ｂのうち、図５の左部に示した冷却ファン２１ｂの内周面と回転軸３の外周面との間に、ローラクラッチ２２とサポート軸受３５とを設けている。このうちのサポート軸受３５は、上記回転軸３と上記冷却ファン２１ｂとの間での回転力の伝達が断たれた際に、これら回転軸３と冷却ファン２１ｂとの相対回転を円滑に行なわせる為に設けている。図示の例では、この冷却ファン２１ｂの回転に伴い作用するモーメント等を支承すべく、上記サポート軸受３５として、モーメント剛性の高い、単列深溝型の玉軸受、更に好ましくは４点接触型の玉軸受等の転がり軸受を使用している。又、上記冷却ファン２１ｂには、その内径側に上記ローラクラッチ２２と上記サポート軸受３５を内嵌固定すべく、前述した実施例１及び実施例２の場合に比べて軸方向寸法の大きい支持筒部２３ａを設けている。又、これに合わせて、ロータ６ｃの軸方向片側面部（図５、６の左側面部）に、収納凹部２４ａを設けて、上記オルタネータ装置１ｃの軸方向寸法が徒に大きくなる事を防止している。

上述の様なサポート軸受３５を構成する為、上記支持筒部２３ａの内周面に、サポート軸受用外輪３６を締り嵌めにより内嵌固定すると共に、上記回転軸３の軸方向中間部外周面に、サポート軸受用内輪３７を締り嵌めにより外嵌固定している。そして、上記サポート軸受用外輪３６の内周面とこのサポート軸受用内輪３７の外周面との間に、複数個の玉３８、３８を転動自在に設けている。この様な構成により、上記冷却ファン２１ｂと上記回転軸３との接続が断たれた際に、この冷却ファン２１ｂに作用するモーメント等を、上記サポート軸受３５により支承できる。この為、この冷却ファン２１ｂの挙動を安定させる事ができる。又、上記ローラクラッチ２２を構成する各ローラ３０、３０の転動面や、クラッチ用内輪２８の円筒面２９等の摺接部に、過大な摩耗や異常発熱、更には焼き付き等が生じる事を防止できる。この為、上記ローラクラッチ２２の寿命低下を防止できる。尚、上記サポート軸受用内輪３７と上記クラッチ用内輪２８とを一体化して、コスト低減を図る事もできる。その他の構成及び作用は前述した実施例１と同様である。

図７〜９は、請求項１、３、５に対応する、本発明の実施例４を示している。本実施例のオルタネ−タ装置１ｄの場合、冷却ファン２１ｃと回転軸３との間に設けるクラッチ装置を、一方向クラッチであるディスエンゲージ型のスプラグクラッチ３９としている。このスプラグクラッチ３９も、前述した各実施例１〜３のローラクラッチ２２と同様に、上記回転軸３が上記冷却ファン２１ｃに対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、これら回転軸３と冷却ファン２１ｃとの間での回転力の伝達を自在とする。又、やはり同様に、上記スプラグクラッチ３９は、上記冷却ファン２１ｃの回転速度が所定値を越えた場合に、上記回転軸３とこの冷却ファン２１ｃとの間での回転力の伝達が断たれる構成を有する。

この様なスプラグクラッチ３９を構成する為に、上記冷却ファン２１ｃに設けた支持筒部２３の内周面に、クラッチ用外輪２５ａを内嵌固定している。このクラッチ用外輪２５ａは、その軸方向中間部内周面に外径側円筒面４０を設けると共に、この外径側円筒面４０の両側部分に内向フランジ状の鍔部４１ａ、４１ａを設けている。これに対し、上記回転軸３の軸方向中間部外周面に、クラッチ用内輪２８ａを外嵌固定している。このクラッチ用内輪２８ａは、その軸方向中間部外周面に内径側円筒面４２を設けると共に、この内径側円筒面４２の両側部分に外向フランジ状の鍔部４１ｂ、４１ｂを設けている。そして、上記外径側円筒面４０と上記内径側円筒面４２との間に、それぞれがロック部材である、断面形状が非円形である複数個のスプラグ４３、４３を、図示しないクラッチ用保持器に保持した状態で設けている。又、本実施例の場合、上記各スプラグ４３、４３は、それぞれが部分円弧状の凸状に形成された、外径側カム部４４と内径側カム部４５とから成り、その重心位置をこの内径側カム部４５側に位置させている。又、上記各スプラグ４３、４３は、上記両鍔部４１ａ、４１ｂにより、軸方向への抜け止めが図られている。

又、上記各スプラグ４３、４３には、弾性部材４６により、上記外径側円筒面４０と上記内径側円筒面４２とに押し付ける（両面間で突っ張る）方向の弾力を付与している。又、本実施例に用いる上記弾性部材４６は、上記外径側カム部４４を押圧するばね３３ａと、上記内径側カム部４５を押圧するばね３３ｂとから構成される。又、上記弾性部材４６により、上記各スプラグ４３、４３に弾力を付与する方向は、上記回転軸３が、その軸方向一端部（図７の左端部）に固定された従動プーリ５を介して図９の（Ａ）、（Ｂ）の矢印ハ方向に回転駆動される場合に、上記外径側、内径側両円筒面４０、４２と上記各スプラグ４３、４３との摩擦に伴って、これら各スプラグ４３、４３に加わるモーメントの方向（図９の反時計方向）と一致させている。

上述の様に構成する上記スプラグクラッチ３９は、図９の（Ａ）の矢印ハに示す様に、上記回転軸３が上記冷却ファン２１ｃに対して、上記弾性部材４６が上記各スプラグ４３、４３を押圧している方向（反時計方向）と反対方向（時計方向）に相対回転する傾向になると、これら各スプラグ４３、４３が、上記外径側円筒面４０と上記内径側円筒面４２との間で突っ張る（ロック状態となる）。これにより、上記回転軸３と上記冷却ファン２１ｃとの間で回転力が伝達自在となる（回転軸３と冷却ファン２１ｃとが接続される）。即ち、この回転軸３の回転がこの冷却ファン２１ｃに伝達される。

更に、本実施例のスプラグクラッチ３９は、上述の様にして、上記回転軸３から上記冷却ファン２１ｃへと回転力が伝達されている場合にも、この冷却ファン２１ｃの回転速度が所定値を越えると、図９の（Ｂ）に示す様に作動して、この回転力の伝達を断つ（オーバラン状態となる）。即ち、上記回転軸３の回転時には、上記各スプラグ４３、４３に遠心力が働く。又、これら各スプラグ４３、４３の重心は、これら各スプラグ４３、４３の揺動中心よりも、円周方向に関して、前記外径側円筒面４０との当接位置と反対側に存在する。この為、これら各スプラグ４３、４３の公転速度に伴う遠心力によって、これら各スプラグ４３、４３は、起立状態から傾倒状態へと変位する傾向になる。具体的には、これら各スプラグ４３、４３は、上記外径側カム部４４の周面を上記外径側円筒面４０に当接させた状態で、上記内径側カム部４５が前記ばね３３ｂの弾力に抗して、径方向外方に変位する傾向になる。特に、本実施例の場合には、上記回転軸３の回転速度が上記所定値を越えた場合に、上記内径側カム部４５の周面が上記内径側円筒面４２から離隔する様に、上記スプラグクラッチ３９の構成を規制している。具体的には、このスプラグクラッチ３９を構成する、上記各スプラグ４３、４３（外径側カム部４４、内径側カム部４５）の形状、重心位置、上記弾性部材４６（各ばね３３ａ、３３ｂ）の弾力の大きさ等の関係を、予め上記所定値として設定した回転速度から、実験或いは計算等の結果に基づき規制している。従って、前記冷却ファン２１ｃの回転速度が上記所定値を越えると、上記内径側カム部４５の周面と上記内径側円筒面４２とが離隔して、上記回転軸３から上記冷却ファン２１ｃへの回転力の伝達が断たれる。この為、この冷却ファン２１ｃの回転速度を上記所定値を越えない状態に保つ事ができる。又、本実施例の場合にも、上記内径側カム部４５の周面と上記内径側円筒面４２との当接部の摩耗を抑える為に、前記クラッチ用内輪２８ａを自己潤滑性を有する金属製として、所謂滑り軸受機能を持たせている。尚、前記クラッチ用外輪２５ａに関しても同様に、自己潤滑性を有する金属製のものを使用できる。

一方、上記回転軸３が上記冷却ファン２１ｃに対して、上記弾性部材４６が上記各スプラグ４３、４３を押圧している方向と一致する、図９の反時計方向｛図９の（Ａ）、（Ｂ）の矢印ニ方向｝に相対回転すると、上記各スプラグ４３、４３が、上記外径側円筒面４０と上記内径側円筒面４２とのうちの一方又は両方に対して滑る（オーバラン状態となる）。即ち、上記回転軸３の回転速度が上記冷却ファン２１ｃの回転速度よりも遅くなる傾向にある場合には、これら回転軸３と冷却ファン２１との間での回転力の伝達が断たれる。

本実施例の場合、一方向クラッチとして、ディスエンゲージ型のスプラグクラッチを使用する為、ローラクラッチを使用する前述した各実施例１〜３の場合に比べて、伝達自在なトルク容量を大きくする事ができる。この為、大型の冷却ファンを使用する事が可能になる等、大型車両に組み込まれるオルタネータ装置にも好ましく使用できる。その他の構成及び作用は前述した実施例１と同様である。
尚、本発明は、回転軸の周囲に２つの冷却ファンを備えた構造に限定されるものではなく、１乃至複数の冷却ファンを備えたオルタネータ装置に適用できる。又、オルタネータ装置を構成するハウジングの外に、冷却ファンを備えた構造に関しても本発明を適用できる事は勿論である。又、所定値とする回転速度は、前記第一回転速度や前記第二回転速度に限定されるものではなく、使用する冷却ファンの形状や使用条件等の各種の条件を考慮して最適な回転速度を設定できる。又、本発明は、上述した各実施例１〜４に示したオルタネータ装置だけでなく、電気自動車用の駆動モータや回生ブレーキの発電装置等の各種回転電機装置にも当然に適用できる。

本発明の実施例１を示す断面図。 図１のＡ部拡大図。 図２の拡大Ｂ―Ｂ略断面図。 本発明の実施例２を示す断面図。 同実施例３を示す断面図。 図５のＣ部拡大図。 本発明の実施例４を示す断面図。 図７のＤ部拡大図。 （Ａ）はロック状態を、（Ｂ）はオーバラン状態を、それぞれ示す、図８の拡大Ｅ―Ｅ略断面図。 従来構造のオルタネータ装置の１例を示す断面図。 同じくロータとこのロータに一体的に設けた冷却ファンと、ステータとを取り出して示す斜視図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ オルタネータ装置
２ ハウジング
３ 回転軸
４ａ、４ｂ 転がり軸受
５ 従動プーリ
６、６ａ、６ｂ、６ｃ ロータ
７ ポールコア
８ ロータコイル
９ａ、９ｂ 爪形磁極片
１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ ステータコイル
１３ 整流装置
１４ 電圧調整装置
１５ カバー
１６ａ、１６ｂ 冷却ファン
１７、１７ａ 基部
１８ 冷却翼
１９、１９ａ 吸気孔
２０ 排気孔
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 冷却ファン
２２、２２ａ ローラクラッチ
２３、２３ａ 支持筒部
２４、２４ａ 収納凹部
２５、２５ａ クラッチ用外輪
２６ カム面
２７ 凹部
２８、２８ａ クラッチ用内輪
２９ 円筒面
３０ ローラ
３１ クラッチ用保持器
３２ 柱部
３３、３３ａ、３３ｂ ばね
３４ 円筒状隙間
３５ サポート軸受
３６ サポート軸受用外輪
３７ サポート軸受用内輪
３８ 玉
３９ スプラグクラッチ
４０ 外径側円筒面
４１ａ、４１ｂ 鍔部
４２ 内径側円筒面
４３ スプラグ
４４ 外径側カム部
４５ 内径側カム部
４６ 弾性部材

Claims (5)

1. ハウジングと、このハウジング内に回転自在に支持され、駆動源により回転駆動される回転軸と、この回転軸の軸方向中間部に固定され、この回転軸と共に回転するロータと、上記ハウジングの内側で、このロータの周囲に配設されたステータと、上記回転軸の一部でこのロータから軸方向に外れた部分の周囲に配設され、この回転軸により回転駆動される冷却ファンとを備えた回転電機装置に於いて、この冷却ファンの内周面と上記回転軸の外周面との間に、この冷却ファンの回転速度が所定値以下の場合にのみ、上記回転軸とこの冷却ファンとの間で回転力を伝達するクラッチ装置を設けた事を特徴とする回転電機装置。
2. 冷却ファンの内周面と回転軸の外周面との間で、クラッチ装置に隣接する位置に、これら回転軸と冷却ファンとの相対回転を自在とするサポート軸受を設けている、請求項１に記載した回転電機装置。
3. クラッチ装置が、回転軸が冷却ファンに対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、これら回転軸と冷却ファンとの間での回転力の伝達を自在とし、且つ、遠心力がこの回転力の伝達を断つ方向に作用する構造を有する一方向クラッチである、請求項１〜２に記載した回転電機装置。
4. 一方向クラッチが、外輪の内周面にカム面を形成したローラクラッチである、請求項３に記載した回転電機装置。
5. 一方向クラッチが、ディスエンゲージ型のスプラグクラッチである、請求項３に記載した回転電機装置。

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