具有防水结构的旋转机械 本申请基于1995年5月29提出的日本专利申请号NO.Hei 7-130201，并向其提出优先权，其内容作为参考已包含于此。
本发明涉及旋转机械，它由诸如发动机的驱动动力源通过皮带加以驱动，特别涉及车辆用交流发电机的防水结构。
美国专利5194770(它对应JA-A-4-140042)公开了一种车辆交流发电机，它在V形皮带轮和壳体之间设置有迷宫环以防止水通过主轴进入壳体。
然而，上述公开文件中公布的交流发电机迷宫环太简单以至不能阻止水进入壳体，假如交流发电机安装在车辆发动机下面，而车辆又没有下盖，那里的交流发电机受到水或泥浆的溅落，从而造成轴承寿命的减小。即使应用密封的轴承，这种轴承在固定于壳体的外座圈和固定于旋转轴的内座圈之间的轴承的相对侧具有密封件，水还会通过固定于外座圈和内座圈的密封件之间的间隙(使内座圈得以旋转的间隙)进入内部，造成滚珠轴承寿命的缩短。
特别是，假如含有抗冻电解液(诸如盐或乙酸盐)，当水溅落在交流发电机上，交流发电机停止旋转后，水就留在轴承内部。结果，含乙酸盐的泥浆就形成横跨轴承和皮带轮，或横跨铝壳体和铁皮带轮的桥路，从而形成局部电池，产生腐蚀性材料。
因此，水的排泄变坏，轴承内部变得更潮湿，更多的水留在轴承中。
本发明的一个目的是提出一种改进的旋转机械，它能防止水通过密封件进入至轴承内部，从而增加轴承地寿命。
本发明的又一目的是提出一种旋转机械，在这种机械中，水从形成于皮带轮与壳体之间的迷宫环或空气间隙中排泄，防止水通过密封件进入至轴承内部。
此外，本发明的另一目的是提出一种旋转机械，在其中，即使水进入轴承的内部，也不会产腐蚀性材料。
本发明的进一步目的是提出一种旋转机械，在这种机械中，在轴承箱与轴承外周边之间不会形成间隙。
本发明提出的旋转机械包括壳体，它具有前壁和轴承箱用于支承具有密封件的轴承的外座圈，以及诸如皮带轮的碗状旋转件，它具有围绕轴承箱而安置的圆筒形基础部分，与旋转主轴相固定的轴套部分和联接圆筒形基础部分与轴套部分的环形部分，从而在旋转件和壳体之间形成由开口部分绵延至轴承的空气间隙。该空气间隙具有四个不同的空气间隙：第一空气间隙，形成于圆筒形基础部分的后端部与前壁之间，第二空气间隙，形成于圆筒形基础部分的内周边与轴承箱之间，第三空气间隙，形成于环形部分的后表面与轴承箱的前表面之间，以及第四空气间隙，形成于轴套部分的后表面与密封件的前表面之间。它们的成形要满足下列不等式：δ1＜δ2，δ2＞δ3，δ3＞δ4，这里第一空气间隙为δ1，第二空气间隙为δ2，第三空气间隙为δ3以及第四空气间隙为δ4。
也即，靠近开口的第一空气间隙成形成一个狭窄空间，与第一空气间隙相毗连的第二空气间隙成形成要宽于第一空气间隙，与第二空气间隙相毗连的第三空气间隙成形成一个狭窄空间，而与第三空气间隙相毗连的第四空气间隙则成形成狭于第三空气间隙。
结果，进入第四空气间隙的水移动至第三空气间隙要比通过密封件移动至轴承容易，因为第三空气间隙宽于第四空气间隙。在第三空气间隙中的水移动至宽于第三空气间隙的第二空气间隙也比移动至第四空气间隙容易。在第二空气间隙中的水移动至第一空气间隙比移动至第三空气间隙容易。即使水进入皮带轮和壳体之间的空气间隙，水流至靠近开口的第一空气间隙也要比流至靠近轴承的第四或第三空气间隙更为容易，如此，水被阻止进入轴承以保持轴承的正常寿命。
空气间隙可包括第一空气间隙，它形成于圆筒形基础部分的后端部与前壁之间，第二空气间隙，近似垂直于第一空气间隙，形成于圆筒形基础部分的内周边与轴承箱之间，第三空气间隙，近似垂直于第二空气间隙，形成于环形部分后表面和轴承箱前表面之间，以及第四空气间隙，与第三空气间隙间隔有距离，但与其平行，并形成于轴套部分的后端部与所述密封件的前表面之间。
也即，该空气间隙从靠近空气间隙开口的第一空气间隙经过位于中间部分的第二、第三空气间隙到靠近轴承的第四空气间隙是弯曲的，这样，水被防止从靠近开口的第一空气间隙直接流至靠近轴承的第四空气间隙。结果，由于水不能通过密封件进入轴承，轴承寿命的缩短就能被防止。
轴承的外座圈最好是压入配合进入轴承箱的。也即，轴承支承的外周边是平滑的，这样，形成于皮带轮外圆筒形部分内周边与壳体轴承支承前表面之间的第二空气间隙可成形成具有均匀轴向长度的圆筒形状。因此，水能从第二空气间隙直接流至靠近开口的第一空气间隙。
轴承箱最好具有制动部分用于从前端部夹持住轴承的外座圈，而第四空气间隙的径向尺寸最好大于形成于制动部分内周边部分的后表面与密封件前表面之间的第五空气间隙的径向尺寸。由于第四空气间隙成形成宽于第五空气间隙，从而进入第四空气间隙的水被内圆筒形部分保留要比水被制动部分保留容易，当皮带轮旋转时，被内圆筒形部分保留的水就被离心力摔出。
圆筒形基础部分的内周边最好具有倾斜度，这样，第二空气间隙开口侧直径就大于底部侧直径。因此，离心力使得第二空气间隙中的水直接流向靠近开口的第一空气间隙。
轴承箱和旋转件最好由同类金属制成。因此，即使盐水进第二或第三空气间隙，也不会产生这种腐蚀性材料。
轴承外座圈和轴承箱最好也由同类金属制成。这样，在轴承外周边和轴承支承部分之间因热膨胀的差异而产生的间隙就能避免。
本发明其它目的，特点和特征以及本发明有关部分的作用将由下述详细说明，所附权利要求及附图的研究变得更为清晰。图中：
图1是第一实施例提出的车辆交流发电机主要部分的截面侧视图；
图2是第一实施例提出的车辆交流发电机主要部分的截面侧视图；
图3是第一实施例提出的车辆交流发电机整体截面侧视图；
图4是第一实施例和普通交流发电机在盐水喷雾试验后的耐盐能力比较图表；
图5是第二实施例提出的车辆交流发电机主要部分的截面侧视图；和
图6是第三实施例提出的车辆交流发电机主要部分的截面侧视图。
以下发电机的本发明最佳实施例将结合车辆交流发电机进行说明。
图1和图2表示车辆交流发电机的主要结构，而图3表示该车辆交流发电机的整体结构。
本发明提出的车辆交流发电机1是一种旋转机械。该车辆交流发电机由主轴2，可随主轴旋转的转子3，围绕转子3而布置的定子4，V形带肋皮带轮5，两只滚珠轴承6和7，和通过滚珠轴承6和7可旋转地支承主轴2的壳体8组成。空气间隙(迷宫环或水道)9成形于V形带肋皮带轮5和壳体8之间。
转子3由伦德尔(Lundel)型磁极铁芯10，励磁线圈11和两只集流环12组成。磁极铁芯10具有若干爪形部分，它们中的每一个从磁极铁芯的相对侧相互平行地交替地伸出。冷却风扇13相应地固定在磁极铁芯10的相对端，以便将冷却空气吸入壳体8。励磁线圈11绕在线轴14上，而线轴则被安放在磁极铁芯10的中间。每只集流环12固定在主轴2的一个端部，并被布置成相应地与其周边的两只电刷15中的一只相接触。电刷15被夹持在紧固于壳体8内部的电刷夹16中。
定子4由围绕磁极铁心10而布置的定子铁芯17和三相电枢绕组(或定子线圈)18组成。电枢铁芯17是磁性薄片的叠片铁芯，被压入配合在壳体8中。电枢铁心17设置有磁通量通道，这样，从磁极铁心10的爪形部分流出的磁通量能有效地链接三相电枢绕组18。在电枢铁心17的内周边等间隔地形成若干狭缝(未表示)。三相电枢绕组18按Y或△连接模式相连接以便在转子3旋转时产生三相交流输出功率。
V形带肋皮带轮5是一种供多V形皮带用的皮带轮，即是一种传输组件的另件，用于将发动机驱动力通过多V形皮带(未表示)传输给转子3。V形带肋皮带轮5由铁质材料(例如低碳钢)的平金属板制成，它由压力成形成腕状组件。V形带肋皮带轮5是由外圆筒形基础部分21，两个皮带引导件22和23，它们被布置在基础部分21的相对端，环形部分24，它从基础部分21的边缘向内伸展，和布置在其中心的轴套部分25组成。
基础部分21是一件近似为圆筒形的另件，它具有若干V形凹槽26，用于在其外周边安放多V形皮带。基础部分21具有倾角为θ(例如，1°)的内表面，如图1所示，空气间隙开口部分的直径要大于底部的直径。本实施例提出的V形带肋皮带轮5的基础部分21的内径大约为50mm。V形凹槽26是由成形滚轮成型的。
皮带引导件22和23阻止多V形皮带脱出V形带肋皮带轮5，而且如以后要说明的，也是防止水进入滚珠轴承6的水屏蔽(防水件)。环形部分24是环形板，用于连接基础部分21的边缘和轴套部分25的端部。
轴套部分25近似为圆筒形件，从环形件部分24的内周边在轴向伸展，并应用螺帽和垫圈27和主轴2的一个端部相连接。
轴套部分25与滚珠轴承6相接触而安置，以便限制滚珠轴承6的轴向移动，防止水进入轴承6。
滚珠轴承6是两侧密封的滚珠轴承，它由内座圈31，外座圈32，若干滚珠33和两件轴承密封件34和35组成。
内座圈31固定于主轴2的外周边部分，位于V形带肋皮带轮5的轴套部分25和转子3的磁极铁心10之间，和主轴2一起旋转。内座圈31的一端是与轴套部分25的后端相接触或相啮合而布置的，这样，主轴2的轴向移动就能被夹持住。
内座圈31在其后端通过隔离环36与磁极铁心的一个端部相啮合，以夹持主轴2的轴向移动。内座圈31在其外周边上具有许多半球形凹陷37以便可转动地安放滚珠33，在凹陷37的相对侧有凹槽38和39以便可滑移地夹住轴承密封件34和35。
外座圈32围绕内座圈31而放置，它不用特殊紧固件而是被压入配合在壳体8的轴承箱62的内周边中的。如图2和3所示，外座圈32的前端与轴承箱62法兰部分63的后端相啮合以阻止主轴2的轴向移动。
外座圈32的后端与定位片64的前端相啮合，以阻止主轴2的轴向移动。外座圈32在其内周边上有许多半球形凹陷41以例和内座圈31的凹陷37一起可转动地安放滚珠33，在凹陷41的相对侧有凹槽42和43，以便和内座圈31的凹槽38和39一起可滑移地夹住轴承密封件34和35。定位片64是用焊接或其它紧固件固定在壳体8的内侧部分的。
滚珠33可用滚柱或类似件加以代替。轴承密封件34和35是环形铁片，用树脂性橡胶加以压模以阻止水进入轴承6的内部44。
壳体8由驱动侧底座51，后底座52和后盖53组成。该驱动侧底座51和该后底座52固定转子3和定子4，并被安装在发动机中。
驱动侧底座51和后底座52用若干双头螺栓54直接连接在一起。在驱动侧底座51和后底座52上相应地开着若干冷却气窗以便引入被两扇冷却风扇13吸入的冷却空气。电刷15，整流组件57和输出端钮(未表示)被固定在后底座52和后盖53之间。电刷夹16，整流组件57和集成电路调节器58被诸如螺丝的紧固件加以紧固。
整流组件57由若干二极管(未表示)组成，用于将交流电流转换成直流电流。整流组件57与电负载和安装在车辆上的电池(未表示)相连接。
集成电路调节器58接通或切断连接在励磁线圈11和地线(未表示)之间的诸如晶体管的开关元件，以便控制输入至励磁线圈的励磁电流，从而调节车辆交流发电机1的输出电压。
驱动侧底座51是由铁质材料(诸如低碳钢)的薄板压力成型而成的，其环形前壁61面向V形带肋皮带轮5基础部分21的后皮带引导件23而放置，而其轴承箱62则从端壁61的内端轴向地向前伸展。
轴承箱62具有圆筒形部分，轴向地放置在V形带肋皮带轮5的基础部分21和滚珠轴承6的外座圈32之间。轴承箱62具有内周边，滚珠轴承6的外座圈32压入配合在此。
近似为环形的法兰部分63成形在轴承箱62的向前的端部用于支承滚珠轴承6的外座圈32。法兰部分63面向滚珠轴承密封件34而配置，与定位片64一起制止滚珠轴承6的外座圈32的轴向移动，定位片是采用点焊或类似方法固定在驱动侧底座51的内表面上的。
空气间隙9是一个从开口70绵延至轴承密封件34的空间，它由第一至第五空气间隙71-75组成。
第一空气间隙71位于开口70的附近，在V形带肋皮带轮5的皮带引导件23和驱动侧底座51的前壁61之间，它是一个环形平面空间，以一定的角度向后倾斜。
如图1所示，第二空气间隙72是一个与第一空气间隙71相毗连的中间空间，并在近似垂直于第一空气间隙71的方向拐弯。第二空气间隙72形成于V形带肋皮带轮5的基础部分21的内周边与轴承箱62的外周边之间，是一个平行主轴2而延伸的近似为圆筒形的空间。第二空气间隙72的轴向延伸尺度要大于第一和第三至第五空气间隙73-75具有的轴向延伸尺度。
如图1和图2所示，第三空气间隙73是一个与第二空气间隙72相毗连的中间空间，并在垂直于第二空气间隙72的方向拐弯。第三空气间隙73位于V形带肋皮带轮5的环形部分24的后端部表面与轴承箱62的法兰部分63的前表面之间，是一个在主轴2的径向方向延伸的环形平面空间。
如图2所示，第四空气间隙74是一个与第三空气间隙73相毗连的空间，靠近轴承密封件34(最深处侧)，与第三空气间隙73有一定间隔，但与之相平行。第四空气间隙74位于V形带肋皮带轮5的轴套部分25的后端部表面与轴承密封件34的径向内前表面之间，是一个在主轴2的径向方向延伸的环形平面空间。
如图2所示，第五空气间隙75是一个与第三空气间隙73相毗连的空间，靠近轴承密封件34(最深处侧)，与第三空气间隙73相隔一定距离而平行，并同轴地围绕第四空气间隙74。第五空气间隙75位于轴承箱62法兰部分63的后表面与轴承密封件34的径向外表面之间，是一个在主轴2的径向方向延伸的环形平面空间。
假定第一空气间隙71的轴向距离是δ1，第二空气间隙72的径向距离是δ2，第三空气间隙73的轴向距离是δ3，第四空气间隙的轴向距离是δ4，和第五空气间隙的轴向距离是δ5，则选定这些距离满足下列不等式E1至E3。
【E1】
δ1≤δ2
【E2】
δ2＞δ3
【E3】
δ3＞δ4
本实施例提出，δ1约为1.2mm，δ2约为3.0mm，δ3约为0.2mm以及δ5约为0.2mm。
【第一实施例的运行】
现将参考图1-4简要说明第一实施例提出的车辆交流发电机1运行。
当发动机的驱动力通过V形皮带传输至V形带肋皮带轮5，主轴旋转，从而去旋转转子3。电池向励磁线圈11输入励磁电流以激励磁极铁心10两侧的磁极爪形部分。旋转磁场加入至定子4的电枢铁心17相对定子而旋转，于是在三相电枢绕组18中就产生交流电流。此三相交流电流通过整流组件57转换成直流电流，该直流电流被输入至电池以及车辆的电负载。
通常，车辆交流发电机1是安装在发动机下方部位。假如车辆没有下盖，则交流发电机就受到泥浆水的溅落，泥浆水可能通过形成在V形带肋皮带轮5与驱动侧底座51之间的空间隙9而进入轴承密封件34之后的滚珠轴承6。
然而，本实施例提出的车辆交流发电机具有空气间隙9，它由靠近开口70的狭窄的第一空气间隙，与第一空气间隙71相毗连的最宽的第二空气间隙72，以及与第二空气间隙72相毗连，狭于第二空气间隙72的第三空气间隙73组成。此外，与第三空气间隙73相毗连的第四空气间隙74以及与第三空气间隙73相毗连的第五空气间隙75都狭于第三空气间隙73。结果，因为第三空气间隙73至第五空气间隙75都较第二空气间隙72狭，从空气间隙9的开口70通过第一空气间隙71进入第二空气间隙72的水不能进入空气间隙9的最深侧，而向开口70排出。
由于第一至第三空气间隙71-73之间的相应通道是弯曲的，或者第四和第五空气间隙74和75是与第三空气间隙73相平行的，水不能直接急速流入靠近轴承密封件34的第四空气间隙74和第五空气间隙75。
通常，轴承箱62外侧具有一些厚的部位(例如，四个部位)以便留有螺丝孔可应用螺丝夹持住滚珠轴承6的外座圈32，这使第二空气间隙72变得更狭。然而，在第一实施例中，由于滚珠轴承6的外座圈32是用压入配合到轴承箱6中去的，外座圈32可不用紧固件而被固定住，这样，轴承箱62的外部部位变得平直而没有起伏。
这也就是说，轴承箱62的外部部位能做成具有平滑表面，近似为圆筒形状，这样，形成于V形带肋皮带轮5基础部分21的内表面与驱动侧底座51轴承箱62的前表面之间的第二空气间隙能形成一个轴向平直的圆筒形空间。因此，进入第二空气间隙72的水能容易排出至开口70。
由于形成第二空气间隙72的V形带肋皮带轮5的基础部分21的内周边以某一角度θ(1°)倾斜，这样，第二空气间隙72的内径变成大于其底部的内径，进入第二空气间隙72的水被离心力从开口70排出。
此外，涉及到固定于外座圈32的轴承密封件34，与轴承密封件34一起组成第四空气间隙74的V形带肋皮带轮5的轴套部分25是一个转动壁，且第四空气间隙74在径向宽于法兰部分62的静止壁与轴承密封件34组成的第五空气间隙75。因此，进入第四空气间隙74的水易于较多地附着在轴套部分25上，而不是法兰部分63上，这样，附着在轴套部分25上的水被旋转，并被离心力从第四空气间隙74摔向开口70。
因此，可以阻止水从开口70直接快速流入轴承密封件34。此外，除去应用离心力将附着于轴套部分25内周边和轴套部分25的后表面的水排出外，还可通过空气间隙9空间的增、减(特别是增加第二空气间隙72)，将V形带肋皮带轮5和驱动侧底座51之间空气间隙9中的水排出。这样，水被阻止通过轴承密封件34进入滚珠轴承6，从而滚珠轴承6的寿命能增加。
由于轴承箱62和V形带肋皮带轮5是由相同的铁质材料制成的，即使有小量含一定电解液的水进入第二或第三空气间隙，含电解液水也不会在轴承箱62和V形带肋皮带轮5之间形成桥路，因此，不会形成局部电池，从而阻止在滚珠轴承6的轴承密封件34内生成腐蚀性材料。这样，水就不会进入滚珠轴承6轴承密封件34之内。
当车辆交流发电机1运行时，滚珠轴承6的外座圈32和轴承箱62被交流发电机1加热，并膨胀。由于滚珠轴承6的外座圈32和轴承箱62是相同的铁质材料制成的，因此不会在滚珠轴承6的外座圈32和轴承相62之间形成由于热膨胀的差异而产生的间隙。由于驱动侧底座51是由铁质材料压力成形而成的，与铸造的底座相比，毛刺要少得多。【第一实施例的试验结果】
为了将第一实施例提出的车辆交流发电机与通常的车辆交流发电机进行比较，采用了盐水喷雾试验，在试验时，将盐水(含电解质水)喷在交流发电机的所有侧面上。图4为试验结果，进行试验时，将350立方厘米的盐水通过直径为1.2毫米的6个喷嘴每分钟对在4000转/分下运转的相应交流发电机(第一实施例和通常交流发电机)喷溅15秒钟。
由图4可看出，第一实施例提出的车辆交流发电机1拥有1700小时的耐盐性，这是普通交流发电机拥有的560小时的耐盐性的三倍。
图5是第二实施例提出的车辆交流发电机的主要部分。在这一实施例中，V形带肋皮带轮5是由铁质材料平板加压成型或滚轧成型制成的。
在这一实施例中，滚珠轴承6被嵌入至驱动侧底座51的轴承箱62中直至它抵靠轴承箱62折叠部分65的前表面，并用外座圈32的前表面处的制动部分66加以固定。滚珠轴承6的外周边变成倒圆的，在这一情况，其横截面也是圆筒形的。由于外座圈32被夹持在折叠部分65和制动部分66之间，因此第一实施例中的定位片64就不必要了。
由于制动部分66能使轴承箱62的轴向测量可精确进行，第三空气间隙73也能精确形成。因此，第三空气间隙73的轴向距离δ3，或V形带肋皮带轮5环形部分24的后表面与轴承箱62制动部分66的前表面之间的轴向距离可以减少，从而使滚珠轴承6能有效地屏蔽水。【第三实施例】
图6是本发明第三实施例提出的车辆交流发电机的主要部分。在这一实施例中，V形带肋皮带轮5的皮带引导件23和驱动侧底座51的前壁是相互平行，垂直于主轴2而安置的。因此，第一空气间隙71成为一个安置在开口70相同轴上的环形平面空间。
由于第一空气间隙71成形成环形平面空间，V形带肋皮带轮5皮带引导件23的后表面和驱动侧底座位于一个安置在主轴2径向之外，基本为平面的空间中。结果，进入第一空气间隙71的水不进入滚珠轴承6而直接流出，从而增加了对轴承进行屏蔽的效果。【变型】
虽然本发明先前的实施例是用于以发动机通过多V形皮带驱动的车辆交流发电机的，本发明能用于马达，风轮水轮所驱动的交流或直流发电机。本发明也能用于诸如马达，压缩机或旋转泵的旋转机械。
在先前的实施例中，采用了带有多V形皮带的V形带肋皮带轮5，但也能采用具有单V形凹槽的V形皮带轮。V形带肋皮带轮也能用诸如齿轮或类似的旋转件加以代替。
在先前的实施例中，主轴2和V形带肋皮带轮5是分开成形的。但是它们也可成形成一组件。滚珠轴承6的内底座31能与主轴2整体成形。滚珠轴承6的外底座6也能与轴承箱62整体成形。另一方面，前壁61也可与轴承箱62分开。法兰部分63也可与轴承箱62分开。
在本发明的上述说明中，发明是根据其特殊的实施例来加以公开的。但是，只要不脱离所附权利要求中规定的发明的精神和范围，对本发明特殊实施例的各种修正和改变显然是可以进行的。因此，本文件中的对本发明的说明应理解为示范性而不是限制性的。