(57)【要約】  ステータ鉄心４１と、ステータ鉄心４１内に配置され電磁鋼板を積層してなる積層コア２５と積層コア２５の両端を覆う鉄心押え２１ａ、鉄心押え２１ｂとを有する回転子２０と、ステータ鉄心４１と回転子２０とを内包する筒状部と回転子軸２４の方向に延在して回転子軸２４を支持する回転子軸支持部とを有するフレーム１５と、回転子軸支持部に着脱可能に装着され回転子軸２４を回転可能に支持するカートリッジ５ａ、５ｂとを備え、鉄心押え２１ａ、鉄心押え２１ｂには、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱可能に回転子軸支持部を介して挿入される治具（３０ａ、３０ｂ、５０）の端部（３４ａ、３４ｂ、５３）を嵌合させる凹部（２３ａ、２３ｂ）が周設された回転電機１００。
2012046314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、
前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、
前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、
を備え、
前記鉄心押えには、前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部を介して挿入される治具の端部を嵌合させる凹部が周設されていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子の半径方向に沿う前記凹部の断面は、前記端部が前記凹部の底面に達する前に前記端部が前記凹部の側面に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記端部が前記凹部に嵌合したときにおける前記半径方向に沿う前記端部の断面は、矩形に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記端部が前記凹部に嵌合したときにおける前記半径方向に沿う前記端部の断面は、テーパー状に形成されていること、を特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記端部が前記凹部に嵌合したときにおける前記回転子の半径方向に沿う前記端部の断面は、前記端部が前記凹部の底面に達する前に前記凹部の頂部が前記端部に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記半径方向に沿う前記凹部の断面は、矩形に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記半径方向に沿う前記凹部の断面は、テーパー状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項８】
固定子と、前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備えた回転電機に適用され、前記軸受部を着脱する軸受着脱用治具であって、
前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部を介して挿入され、前記鉄心押えに周設された凹部に嵌合する支持部が、環状板に立設されてなることを特徴とする軸受着脱用治具。
【請求項９】
前記回転子の半径方向に沿う前記凹部の断面は、前記支持部の端部が前記凹部の底面に達する前に前記端部が前記凹部の側面に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の軸受着脱用治具。
【請求項１０】
前記支持部の端部が前記凹部に嵌合したときにおける前記回転子の半径方向に沿う前記端部の断面は、前記端部が前記凹部の底面に達する前に前記凹部の角部が前記端部に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の軸受着脱用治具。
【請求項１１】
固定子と、前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備えた回転電機に適用され、前記軸受部を着脱する軸受着脱用治具であって、
前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部に挿通され、前記鉄心押えに周設された前記凹部に嵌合するボルト状をなすことを特徴とする軸受着脱用治具。
【請求項１２】
前記回転子の半径方向に沿う前記凹部の断面は、前記ボルト状の治具の端部が前記凹部の底面に達する前に前記端部が前記凹部の側面に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の軸受着脱用治具。
【請求項１３】
前記ボルト状の治具の端部が前記凹部に嵌合したときにおける前記回転子の半径方向に沿う前記端部の断面は、前記端部が前記凹部の底面に達する前に前記凹部の角部が前記端部に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の軸受着脱用治具。
【請求項１４】
固定子と、前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備えた回転電機に適用され、前記軸受部を交換する軸受交換方法であって、
前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部を介して挿入され前記鉄心押えに周設された凹部に嵌合する支持部が環状板に立設されてなる治具を、前記回転子軸支持部に装着する治具装着ステップと、
前記環状板に形成されたボルト挿入穴を介して前記回転子軸支持部に所定のボルトを螺入することで前記鉄心押えに周設された前記凹部に、前記支持部の端部を嵌合させる治具固定ステップと、
前記回転子軸支持部から前記軸受部を取り外し、前記回転子軸支持部に新しい軸受部を装着する軸受交換ステップと、
を含むこと特徴とする軸受交換方法。
【請求項１５】
前記治具装着ステップの前に、前記回転子軸支持部に形成された前記支持部の挿通穴を閉塞しているカバーを取り外すこと特徴とする請求項１４に記載の軸受交換方法。
【請求項１６】
固定子と、前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備えた回転電機に適用され、前記軸受部を交換する軸受交換方法であって、
前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部に挿通され、前記鉄心押えに周設された前記凹部に嵌合するボルト状をなす治具を、前記回転子軸支持部に装着する治具装着ステップと、
前記治具を前記回転子軸支持部に螺入することで前記鉄心押えに周設された前記凹部に、前記治具の端部を嵌合させる治具固定ステップと、
前記回転子軸支持部から前記軸受部を取り外し、前記回転子軸支持部に新しい軸受部を装着する軸受交換ステップと、
を含むこと特徴とする軸受交換方法。
【請求項１７】
前記治具装着ステップの前に、前記回転子軸支持部に形成された前記治具の挿通穴を閉塞しているボルトを取り外すこと特徴とする請求項１６に記載の軸受交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両を駆動する回転電機、軸受着脱用治具、および軸受交換方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両用の回転電機には、省保守性の観点から全密閉形の回転電機が多く採用されている。この全密閉形の回転電機は、主に、筒状を成し内周側に回転子を配置するフレームと、フレームの両端に対向して配設され回転子軸を回転可能に支持するハウジングと、を有して構成されている。このハウジングの中心部には軸受が設けられているとともに、フレームの内周部にはステータコイルを収納する円筒状のステータ鉄心が取り付けられ、ステータ鉄心の内周面と回転子の外周面との間には、一様な空隙が形成されている。【０００３】
このように構成された全密閉形の回転電機では、回転子などの清掃作業が不要であるものの、軸受に関しては定期的なメンテナンスが必要である。メンテナンス時には、まず回転子をフレームから引き出し、その後に軸受を取り外すという流れが一般的である。【０００４】
このような作業を省く手段として、下記特許文献１に示される主電動機は、ベアリングブラケット側から回転子に向けて挿入される複数のボルトによって回転子を固定して、その後にベアリングを固定しているハウジングを分解するという態様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９９４９１号公報（図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、ベアリングブラケットから挿入されたボルトの先端部の摩擦力で回転子を支持する形であるため、この摩擦力だけでは回転子を安定して固定することが困難であるという課題があった。また、上記従来の技術によれば、ボルトが比較的長尺となるため、ボルトで固定された回転子がボルトの撓みによって不安定な状態となる場合がある。その場合、回転子の軸中心位置がフレームの軸中心位置から変移してしまうため、ステータ鉄心の内周面と回転子の外周面とが接触して欠損する可能があるだけでなく、軸受の着脱が困難になる場合があるという課題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸受の着脱作業を容易化することが可能な回転電機、軸受着脱用治具、および軸受交換方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子と、前記固定子内に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と前記回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備え、前記鉄心押えには、前記軸受部を着脱可能に前記回転子軸支持部を介して挿入される治具の端部を嵌合させる凹部が周設されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、積層コアの両端を覆う鉄心押えを有する回転子と、フレームの両端に配置され回転子軸を支持するブラケット部と回転子軸を回転可能に支持する軸受部とを備え、鉄心押えには治具の端部を嵌合させる凹部が周設されるようにしたので、軸受の着脱作業を容易化することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる回転電機の縦断面図である。
【図２】図２は、環状の治具の構成を示す図である。
【図３】図３は、反駆動側の鉄心押えを中心として示す回転子の斜視図である。
【図４】図４は、反駆動側の鉄心押えまたは駆動側の鉄心押えに形成された溝部の形状と、回転子支持部の端部の形状とを説明するための図である。
【図５】図５は、第１のブラケット部からカバーなどを取り外している状態を示す回転電機の斜視図である。
【図６】図６は、環状の治具と第１のブラケット部との関係を示す回転電機の斜視図である。
【図７】図７は、環状の治具を第１のブラケット部に装着した状態を示す回転電機の斜視図である。
【図８】図８は、第１のブラケット部からベアリングストッパなどを取り外している状態を示す回転電機の斜視図である。
【図９】図９は、第３のブラケット部側のベアリングストッパなどを取り外している状態を示す回転電機の斜視図である。
【図１０】図１０は、環状の治具を第３のブラケット部に装着途中の状態を示す回転電機の斜視図である。
【図１１】図１１は、環状の治具を第３のブラケット部に装着した状態を示す回転電機の斜視図である。
【図１２】図１２は、環状の治具を装着した状態の回転電機の縦断面図である。
【図１３】図１３は、ボルト状の治具の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、第１のブラケット部に形成されたボルト挿入穴を説明するための図である。
【図１５】図１５は、第３のブラケット部に形成されたボルト挿入穴を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる回転電機、軸受着脱用治具、および軸受交換方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の説明では、簡単のため、一部の構成要素は参照符号のみで表す。
【００１２】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる回転電機１００の縦断面図であり、図２は、環状の治具３０の構成を示す図である。図３は、反駆動側の鉄心押え２１ａを中心として示す回転子２０の斜視図であり、図４は、反駆動側の鉄心押え２１ａまたは駆動側の鉄心押え２１ｂに形成された凹部２３ａ、２３ｂの形状と、回転子支持部（支持部）３１ａ、３１ｂの端部の形状とを説明するための図である。
【００１３】
以下の説明では、図１に示される回転電機１００の構成を説明し、その後に、図２を用いて環状の治具３０ａ、３０ｂに関して説明すると共に、図３を用いて回転子２０の構成を説明する。また、回転電機１００の構成を分かり易く説明するために、回転子２０より第３のブラケット部（回転子軸支持部）８側を「駆動側」、回転子２０より第１のブラケット部（回転子軸支持部）６側を「反駆動側」と定義する。
【００１４】
図１に示される回転電機１００は、筒状を成し内周側に回転子２０を配置するフレーム１５と、フレーム（筒状部）１５の両端に対向して配設された第１のブラケット部６および第３のブラケット部８と、を有して構成されている。
【００１５】
第１のブラケット部６には軸受１０ａが設けられ、また第３のブラケット部８には軸受１０ｂが設けられているため、回転子軸２４は、これらの軸受１０ａ、１０ｂによって回転自在に支持されている。
【００１６】
回転子２０の中心部分には電磁鋼板を積層してなる積層コア２５が設置され、この積層コア２５の両端には、鉄心押え２１ａと鉄心押え２１ｂとが積層コア２５を挟み込むように対向して設置されている。例えば、鉄心押え２１ａは、積層コア２５の反駆動側に焼き嵌めされ、鉄心押え２１ｂは、積層コア２５の駆動側に焼き嵌めされている。
【００１７】
フレーム１５の内周部にはステータコイル４０を収納する円筒状のステータ鉄心（固定子）４１が取り付けられ、このステータ鉄心４１の内周面と積層コア２５の外周面との間には一様な空隙が形成されている。
【００１８】
このような構成によって、回転子２０の回転力は、図示しない継手および歯車装置を介して車輪に伝達される。
【００１９】
次に、回転電機１００の反駆動側の構成を説明する。第１のブラケット部６は、フレーム１５の反駆動側に設置され回転電機１００の筐体の一部を成すものである。この第１のブラケット部６の中心部にはカートリッジ（軸受部）５ａが嵌着され、このカートリッジ５ａは、回転子軸２４の一端を回転自在に支持する軸受１０ａを収納するとともに、軸受１０ａの潤滑用グリースポケットを備える。このような構成によってカートリッジ５ａは、ベアリングストッパ３ｄとラビリンス構造を構成している。また、カートリッジ５ａは、反駆動側から座金１１ａを介して第１のブラケット部６に螺入されるボルト１８ａによって固定されている。このカートリッジ５ａは、フレーム１５内に回転子２０を装着した状態で回転子軸２４の方向に着脱が可能である。なお、ラビリンスとは、回転部と固定部の境目を構成し、潤滑用グリースが漏れ出すことを防ぎ、さらに外部より軸受部５ａ、５ｂおよび回転電機１００内部へゴミの浸入を防止する構造をいう。
【００２０】
ベアリングキャップ４ａは、潤滑用グリースを保持し、ベアリングストッパ３ａとラビリンス構造を構成することで、潤滑用グリースが機外に漏れ出すことを防止する。ベアリングストッパ３ｄは、軸受１０ａの位置を決め、さらにカートリッジ５ａとラビリンス構造を構成することで、潤滑用グリースが回転子２０側に漏れ出すことを防止する。
【００２１】
ベアリングストッパ３ａは、回転子軸２４の端部に装着される。このように、ベアリングキャップ４ａおよびカートリッジ５ａには潤滑用グリースポケットがあり、このような構成によって軸受１０ａにグリースが供給される。さらに、ベアリングキャップ４ａおよびベアリングストッパ３ａと、カートリッジ５ａおよびベアリングストッパ３ｄとによって、ラビリンス構造を構成することでグリースが漏れ出ることを抑制可能となる。
【００２２】
なお、ファン２は中央より放射状に配置された複数のフィンを有しており、さらに第１のブラケット部６には機外から流入した空気の流路が形成されている。このような構成によって、回転子軸２４が回転すると、電動機１００の内部に導入された空気によって、回転電機１００が効率的に冷却される。
【００２３】
次に、回転電機１００の駆動側の構成を詳細に説明する。第２のブラケット部７は、フレーム１５の駆動側に設置され、回転電機１００の筐体の一部を成すものである。さらに第２のブラケット部７の駆動側には、第２のブラケット部７と共に回転電機１００の筐体の一部を成す第３のブラケット部８が設置されている。この第３のブラケット部８の中心部にはカートリッジ（軸受部）５ｂが嵌着され、カートリッジ５ｂは、回転子軸２４の他端を回転自在に支持する軸受１０ｂを収納するとともに、軸受１０ｂの潤滑用グリースポケットを備える。このような構成によってカートリッジ５ｂは、ベアリングストッパ３ｃとラビリンス構造を構成している。また、カートリッジ５ｂは、駆動側から座金１１ｂを介して第３のブラケット部８に螺入されるボルト１８ｂによって固定されている。このカートリッジ５ｂは、フレーム１５内に回転子２０を装着した状態で回転子軸２４の方向に着脱が可能である。
【００２４】
ベアリングストッパ３ｂは、回転子軸２４の端部に装着される。ベアリングキャップ４ｂは、潤滑用グリースを保持し、ベアリングストッパ３ｂとラビリンス構造を構成することで、潤滑用グリースが機外に漏れ出すことを防止する。ベアリングストッパ３ｃは、軸受１０ｂの位置を決め、さらにカートリッジ５ｂとラビリンス構造を構成することで、潤滑用グリースが回転子２０側に漏れ出すことを防止する。このように、ベアリングキャップ４ｂおよびカートリッジ５ｂには潤滑用グリースポケットがあり、このような構成によって軸受１０ｂにグリースが供給される。さらに、ベアリングキャップ４ｂおよびベアリングストッパ３ｂと、カートリッジ５ｂおよびベアリングストッパ３ｃとによって、ラビリンス構造を構成することでグリースが漏れ出ることを抑制可能となる。
【００２５】
次に、図２を用いて、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱する際に使用される環状の治具３０ａ、３０ｂの構成を説明する。
【００２６】
環状の治具３０ａは、図１に示される第１のブラケット部６に装着され、環状の治具３０ｂは、図１に示される第３のブラケット部８に装着される。これら環状の治具３０ａ、３０ｂは、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱する際に、積層コア２５をステータ鉄心４１に接触させることなく回転子２０を固定する治具である。
【００２７】
環状の治具３０ａ、３０ｂは、主たる構成として、環状板３２ａ、３２ｂと、環状板３２ａ、３２ｂに立設されてなる回転子支持部３１ａ、３１ｂと、を複数有して構成されている。
【００２８】
環状板３２ａの周方向に沿う回転子支持部３１ａの断面は、凹部２３ａのなす円に沿うＲ状であり、同様に環状板３２ｂの周方向に沿う回転子支持部３１ｂの断面は、凹部２３ｂのなす円に沿うＲ状である。このように、回転子支持部３１ａ、３１ｂの断面をＲ状にすることで、環状の治具３０ａ、３０ｂの着脱が容易化されるだけでなく、回転子２０の重量に対する回転子支持部３１ａ、３１ｂの剛性を高めることが可能である。なお、端部３４ａ、３４ｂの断面形状に関しては、後述する。
【００２９】
環状板３２ａの内径は、第１のブラケット部６に環状の治具３０ａを装着したときに、カートリッジ５ａを着脱可能な大きさに形成されている。環状板３２ａには、複数のボルト挿入穴３３ａが設けられており、環状の治具３０ａは、機外から挿入される所定のボルトによって第１のブラケット部６に固定される。同様に、環状板３２ｂの内径は、第３のブラケット部８に環状の治具３０ｂを装着したときに、カートリッジ５ｂを着脱可能な大きさに形成されている。環状板３２ｂには、複数のボルト挿入穴３３ｂが設けられており、環状の治具３０ｂは、機外から挿入される所定のボルトによって第３のブラケット部８に固定される。
【００３０】
次に、図３を用いて本実施の形態にかかる回転子２０の構成を説明する。図３は、反駆動側の鉄心押え２１ａを中心として示す回転子２０の斜視図である。積層コア２５は、回転子軸２４に薄板を積層した構造であり、積層コア２５の両端には、鉄心押え２１ａおよび鉄心押え２１ｂが対応して設置されている。鉄心押え２１ａおよび鉄心押え２１ｂは、いずれも鉄製あるいはＳＵＳ製の円盤状を成す。
【００３１】
鉄心押え２１ａの表面には、機外から回転子２０方向に向けて先細りとなるテーパー状、または矩形状の凹部２３ａが周設されている。この凹部２３ａの位置は、特に限定されるものではないが、第１のブラケット部６から挿入された回転子支持部３１ａの端部３４ａの位置を考慮し、回転子２０の外周寄りが望ましい。同様に、鉄心押え２１ｂの表面には、機外から回転子２０方向に向けて先細りとなるテーパー状、または矩形状の凹部２３ｂが周設され、凹部２３ｂの位置は、第３のブラケット部８から挿入された回転子支持部３１ｂの端部３４ｂの位置を考慮し、回転子２０の外周寄りが望ましい。
【００３２】
次に、図４を用いて、回転子支持部３１ａの端部３４ａと回転子支持部３１ｂの端部３４ｂの形状を説明すると共に、鉄心押え２１ａに形成された凹部２３ａと回転子支持部３１ａの端部３４ａとの嵌合構造、および鉄心押え２１ｂに形成された凹部２３ｂと回転子支持部３１ｂの端部３４ｂとの嵌合構造に関して説明する。
【００３３】
図４は、反駆動側の鉄心押え２１ａまたは駆動側の鉄心押え２１ｂに形成された凹部の形状と、回転子支持部３１ａ、３１ｂの端部３４ａ、３４ｂの形状とを説明するための図である。
【００３４】
図４（ａ）に示される端部３４ａ、３４ｂの断面は、回転子２０の半径方向に沿う断面部分であり、回転子支持部３１ａ、３１ｂの基端から先端にかけて先細りとなるテーパー状に形成されている。凹部２３ａ、２３ｂの断面も同様に回転子２０の半径方向に沿う断面部分であり、テーパー状に形成されているが、回転子支持部３１ａ、３１ｂの長手方向に対する凹部２３ａ、２３ｂのテーパー角は、端部３４ａ、３４ｂのテーパー角よりやや小さい角度である。このように、端部３４ａ、３４ｂのテーパー角を凹部２３ａ、２３ｂのテーパー角より大きくすれば、回転子２０の軸中心位置をフレーム１５の軸中心位置から変移させることなく、回転子２０を固定することが可能である。
【００３５】
図４（ｂ）には、凹部２３ａ、２３ｂの断面形状を変形した例が示されている。図４（ｂ）に示される端部３４ａ、３４ｂの断面は、図４（ａ）に示される端部３４ａ、３４ｂと同様にテーパー状に形成されている。一方、図４（ｂ）に示される凹部２３ａ、２３ｂの断面は、上述同様に回転子２０の半径方向に沿う断面部分であるが、矩形に形成されている。このように、端部３４ａ、３４ｂをテーパー状に形成し、凹部２３ａ、２３ｂの断面を矩形に形成した場合でも、回転子２０の軸中心位置をフレーム１５の軸中心位置から変移させることなく、回転子２０を固定することが可能である。
【００３６】
図４（ｃ）には、端部３４ａ、３４ｂの断面形状を変形した例が示されている。図４（ｃ）に示される凹部２３ａ、２３ｂの断面は、図４（ａ）に示される凹部２３ａ、２３ｂと同様にテーパー状に形成されている。一方、図４（ｃ）に示される端部３４ａ、３４ｂの断面は、回転子２０の半径方向に沿う断面部分であり、矩形に形成されている。さらに、端部３４ａ、３４ｂの厚さをｃとし、凹部２３ａ、２３ｂの底面の幅をｄとした場合、端部３４ａ、３４ｂの厚さｃは、凹部２３ａ、２３ｂの底面の幅ｄよりも広く形成されている。このように、端部３４ａ、３４ｂを矩形に形成し、凹部２３ａ、２３ｂの断面をテーパー状に形成した場合でも、回転子２０の軸中心位置をフレーム１５の軸中心位置から変移させることなく、回転子２０を固定することが可能であると共に、端部３４ａ、３４ｂの加工工数を減らすことができる。
【００３７】
なお、図４に示される端部３４ａ、３４ｂと凹部２３ａ、２３ｂの断面形状は、一例を示すものであり、以下のように構成してもよい。
【００３８】
まず、凹部２３ａ、２３ｂの断面をテーパー状に形成する場合に関して説明する。（１）回転子２０の半径方向に沿う凹部２３ａ、２３ｂの断面は、環状の治具３０ａ、３０ｂの端部３４ａ、３４ｂが凹部２３ａ、２３ｂの底面に達する前に、端部３４ａ、３４ｂが凹部２３ａ、２３ｂの側面に当接可能なテーパー状に形成されているものとする。このとき、端部３４ａ、３４ｂが凹部２３ａ、２３ｂに嵌合したときにおける回転子２０の半径方向に沿う端部３４ａ、３４ｂの断面は、矩形に形成してもよいし（１ａ）、またはテーパー状に形成してもよい（１ｂ）。なお、（１）と（１ａ）を組み合わせた形状は、図４（ｃ）に相当する。
【００３９】
次に、端部３４ａ、３４ｂの断面をテーパー状に形成する場合に関して説明する。（２）端部３４ａ、３４ｂが凹部２３ａ、２３ｂに嵌合したときにおける回転子２０の半径方向に沿う端部３４ａ、３４ｂの断面は、端部３４ａ、３４ｂが凹部２３ａ、２３ｂの底面に達する前に凹部２３ａ、２３ｂの頂部が端部３４ａ、３４ｂに当接可能なテーパー状に形成されているものとする。このとき、回転子２０の半径方向に沿う凹部２３ａ、２３ｂの断面は、矩形に形成してもよいし（２ａ）、またはテーパー状に形成してもよい（２ｂ）。なお、（２）と（２ａ）を組み合わせた形状は、図４（ｂ）に相当し、（２）と（２ｂ）を組み合わせた形状は、図４（ａ）に相当する。
【００４０】
次に、環状の治具３０ａ、３０ｂを用いた軸受交換方法を説明する。
【００４１】
まず、図５から図８を用いてカートリッジ５ａを取り外すときの動作を説明する。図５は、第１のブラケット部６からファン２などを取り外している状態を示す回転電機１００の斜視図であり、図６は、環状の治具３０ａと第１のブラケット部６との関係を示す回転電機１００の斜視図であり、図７は、環状の治具３０ａを第１のブラケット部６に装着した状態を示す回転電機１００の斜視図であり、図８は、第１のブラケット部６からベアリングストッパ３ａなどを取り外している状態を示す回転電機１００の斜視図である。
【００４２】
軸受１０ａのメンテナンス時には、図５に示すように、ファン２、ボルト１７ａ、カバー１３ａの順に取り外す。なお、カバー１３ａは、回転子支持部３１ａが挿入される挿通穴１６ａを塞ぐものであり、非メンテナンス時においてはボルト１７ａによって第１のブラケット部６に設置されている。なお、メンテナンスとは、軸受１０ａを交換すると共に新しいグリースに入れ替えることを言う。
【００４３】
ファン２、ボルト１７ａ、およびカバー１３ａを取り外した後の回転電機１００には、ベアリングストッパ３ａ、ベアリングキャップ４ａ、およびカートリッジ５ａが装着されている。すなわち、ベアリングストッパ３ａは、回転子軸２４に装着されたままの状態であり、カートリッジ５ａは、ボルト１８ａ（図１参照）によって第１のブラケット部６に固定されている。なお、図５では簡単のためボルト１８ａの図示を省略している。
【００４４】
図６には、回転子支持部３１ａを挿通穴１６ａに挿着するときの状態が示されている。なお、図６には、回転子支持部３１ａの挿通穴１６ａが４つ示されているが、この挿通穴１６ａの数は、回転子支持部３１ａの本数に対応した数だけ設けられているものとする。
【００４５】
次に、図７に示すように、環状の治具３０ａは第１のブラケット部６に装着されるわけであるが、端部３４ａ（図２参照）と凹部２３ａ（図１参照）との間に隙間が生じると、回転子２０の軸中心位置が変移し積層コア２５の外周面がステータ鉄心４１の内周面に干渉する可能性がある。このような干渉を防ぐため、ボルト挿入穴３３ａにボルト１７ａ、を螺入して、環状の治具３０ａを第１のブラケット部６に固定することが望ましい。
【００４６】
第１のブラケット部６に装着された環状の治具３０ａの内径側には、図７に示すように、カートリッジ５ａが着脱可能な状態で設置されている。このとき、鉄心押え２１ａは環状の治具３０ａによって固定されているため、この状態でカートリッジ５ａが取り外された場合でも、積層コア２５がステータ鉄心４１に接触することはない。従って、図８に示すように、ベアリングストッパ３ａを取り外した後にカートリッジ５ａを取り外すことが可能である。なお、軸受１０ａおよびグリースの交換を行った新しいカートリッジ５ａを装着した後は、ボルト１７ａおよび環状の治具３０ａを取り外し、カバー１３ａ、ボルト１７ａ、ファン２の順に装着すればよい。なお、ベアリングキャップ４ａは、カートリッジ５ａに装着された状態でカートリッジ５ａと共に取り外される。その後、カートリッジ５ａからベアリングキャップ４ａを外すことで軸受１０ａを取り出すことができる。
【００４７】
次に、図９から図１１を用いてカートリッジ５ｂを取り外すときの動作を説明する。図９は、第３のブラケット部８側のベアリングストッパ３ｂなどを取り外している状態を示す回転電機１００の斜視図であり、図１０は、環状の治具３０ｂを第３のブラケット部８に装着途中の状態を示す回転電機１００の斜視図であり、図１１は、環状の治具３０ｂを第３のブラケット部８に装着した状態を示す回転電機１００の斜視図である。
【００４８】
軸受１０ｂのメンテナンス時には、図９に示すように、まずベアリングストッパ３ｂ、ボルト１７ｂ、およびカバー１３ｂを取り外す。カバー１３ｂは、回転子支持部３１ｂが挿入される挿通穴１６ｂを塞ぐものであり、非メンテナンス時においてはボルト１７ｂによって第３のブラケット部８に装着されている。
【００４９】
ベアリングストッパ３ｂ、ボルト１７ｂ、およびカバー１３ｂを取り外した後の回転電機１００には、ベアリングキャップ４ｂおよびカートリッジ５ｂが装着されている。すなわち、ベアリングキャップ４ｂは、図示しないボルトによってカートリッジ５ｂに装着されたままの状態であり、このカートリッジ５ｂは、ボルト１８ｂ（図１参照）によって第３のブラケット部８に固定されている。なお、図９では、簡単のためボルト１８ｂと挿通穴１６ｂの数との図示を省略しているが、挿通穴１６ｂの数は、回転子支持部３１ｂの本数に対応した数だけ設けられているものとする。
【００５０】
図１０および図１１において、環状の治具３０ｂは、環状の治具３０ａと同様に、ボルト挿入穴３３ｂに挿入されるボルト１７ｂを用いて第３のブラケット部８に固定される。環状の治具３０ｂは第３のブラケット部８に装着されるわけであるが、端部３４ｂ（図２参照）と凹部２３ｂ（図１参照）との間に隙間が生じると、回転子２０の軸中心位置が変移し積層コア２５の外周面がステータ鉄心４１の内周面に干渉する可能性がある。このような干渉を防ぐため、ボルト挿入穴３３ｂにボルト１７ｂ、を螺入して、環状の治具３０ｂを第３のブラケット部８に固定することが望ましい。
【００５１】
第３のブラケット部８に装着された環状の治具３０ｂの内径側には、図１１に示すように、カートリッジ５ｂが着脱可能な状態で設置されている。このとき、鉄心押え２１ｂは環状の治具３０ｂによって固定されているため、この状態でカートリッジ５ｂが取り外された場合でも、積層コア２５がステータ鉄心４１に接触することはない。従って、図１に示したベアリングストッパ３ｂを取り外した後にカートリッジ５ｂを取り外すことが可能である。なお、軸受１０ｂおよびグリースの交換を行った新しいカートリッジ５ｂを装着した後は、ボルト１７ｂおよび環状の治具３０ｂを取り外し、ベアリングストッパ３ｂを装着すればよい。なお、ベアリングキャップ４ｂは、カートリッジ５ｂに装着された状態でカートリッジ５ｂと共に取り外される。その後、カートリッジ５ｂからベアリングキャップ４ｂを外すことで軸受１０ｂを取り出すことができる。
【００５２】
図１２は、環状の治具３０ａ、３０ｂを装着した状態の回転電機１００の縦断面図である。図１と図１２との相違点は以下の通りである。第１のブラケット部６においては、環状板３２ａおよび回転子支持部３１ａが装着され、鉄心押え２１ａに形成された凹部２３ａには、回転子支持部３１ａの端部３４ａが嵌合している。第３のブラケット部８においては、環状板３２ｂおよび回転子支持部３１ｂが装着され、鉄心押え２１ｂに形成された凹部２３ｂには、回転子支持部３１ｂの端部３４ｂが嵌合している。
【００５３】
なお、第１のブラケット部６において、図１に示されるボルト１７ａ用の挿入穴と、図１２に示される回転子支持部３１ａ用の挿入穴は、互いに異なる位置に形成されているものとする。具体的には、これらの挿入穴は、図２に示される環状の治具３０ａ、３０ｂに形成された回転子支持部３１ａ、３１ｂの位置とボルト挿入穴３３ａ、３３ｂの位置とに対応する形で形成されているものとする。
【００５４】
次に、図１３を用いて、治具の他の構成例を説明する。図１３は、ボルト状の治具５０の構成を示す図であり、図１４は、第１のブラケット部６に形成されたボルト挿入穴１６ｃを説明するための図であり、図１５は、第３のブラケット部８に形成されたボルト挿入穴１６ｄを説明するための図である。図１３に示されるボルト状の治具５０は、図２に示される環状の治具３０ａ、３０ｂと同様に、第１のブラケット部６または第３のブラケット部８に装着されるものであり、回転子支持部材として機能するものである。
【００５５】
ボルト状の治具５０には、第１のブラケット部６に形成される複数のボルト挿入穴１６ｃまたは第３のブラケット部８に形成される複数のボルト挿入穴１６ｄに螺入可能な雄ねじ部５２が、ボルト頭５１から所定の位置まで形成されている。図１４に示されるボルト挿入穴１６ｃは、図５に示した挿通穴１６ａに相当する部分であり、図１５に示されるボルト挿入穴１６ｄは、図９に示した挿通穴１６ｂに相当する部分である。所定の位置とは、例えば、第１のブラケット部６または第３のブラケット部８の厚み分を見込む長さである。ボルト挿入穴１６ｃおよび１６ｄは、通常時にはボルト（図示せず）で塞がれているものとする。すなわち、ボルト状の治具５０を装着する前におけるボルト挿入穴１６ｃおよび１６ｄには、それぞれ、ボルト状の治具５０よりも短寸のボルト（例えば、その先端部が鉄心押え２１ａおよび鉄心押え２１ｂに接することがない長さに形成されているもの）が螺入されている。従って、ボルト状の治具５０は、これらのボルトを取り外してから取り付けられる。図１４および図１５には、挿入穴１６ｃと挿入穴１６ｄを塞いでいた短寸のボルト（図示せず）を取り外した後の状態が示されると共に、挿入穴１６ｃと挿入穴１６ｄにボルト状の治具５０を螺入するときの状態が示されている。
【００５６】
ボルト状の治具５０の端部５３は、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示される端部３４ａ、３４ｂと同様に、ボルト頭５１側から端部５３の先端にかけて先細りとなるテーパー状に形成してもよいし、図４（ｃ）に示される端部３４ａ、３４ｂと同様に、矩形に形成してもよい。
【００５７】
端部５３の断面と凹部２３ａの断面との関係をより具体的に説明する。
【００５８】
まず、凹部２３ａ、２３ｂの断面をテーパー状に形成する場合に関して説明する。（１）回転子２０の半径方向に沿う凹部２３ａ、２３ｂの断面は、端部５３が凹部２３ａ、２３ｂの底面に達する前に、端部５３が凹部２３ａ、２３ｂの側面に当接可能なテーパー状に形成されているものとする。このとき、端部５３が凹部２３ａ、２３ｂに嵌合したときにおける端部５３の断面は、矩形に形成してもよいし（１ａ）、またはテーパー状に形成してもよい（１ｂ）。なお、（１）と（１ａ）を組み合わせた形状は、図４（ｃ）に相当する。
【００５９】
次に、端部５３の断面をテーパー状に形成する場合に関して説明する。（２）端部５３が凹部２３ａ、２３ｂに嵌合したときにおける端部５３の断面は、端部５３が凹部２３ａ、２３ｂの底面に達する前に凹部２３ａ、２３ｂの頂部が端部５３に当接可能なテーパー状に形成されているものとする。このとき、回転子２０の半径方向に沿う凹部２３ａ、２３ｂの断面は、矩形に形成してもよいし（２ａ）、またはテーパー状に形成してもよい（２ｂ）。なお、（２）と（２ａ）を組み合わせた形状は、図４（ｂ）に相当し、（２）と（２ｂ）を組み合わせた形状は、図４（ａ）に相当する。
【００６０】
図１３に示されるボルト状の治具５０は、既存のボルトを加工して利用することができるため、環状の治具３０ａ、３０ｂに比して安価に制作することが可能である。なお、ボルト状の治具５０は、回転子２０を安定して固定するには少なくとも３本用いることが望ましい。また、ボルト状の治具５０のサイズは、回転子２０の軸中心位置がフレーム１５の軸中心位置から変移することを防ぐため、回転子２０の重量などを考慮して選定することが望ましい。ボルト状の治具５０を用いた軸受交換方法に際しては、環状の治具３０ａ、３０ｂを用いた場合と同等であるため説明を割愛する。
【００６１】
なお、回転電機１００は、例えば、交換頻度が高いと予想される側のカートリッジ（例えばカートリッジ５ｂ）側のみに、上述した各治具３０ａ、３０ｂ、５０を装着可能な態様であってもよく、この場合、回転子２０の製造コストを低減可能である。このように構成しても、例えば、カートリッジ５ｂを取り外す際に、反駆動側の回転子軸２４は、軸受１０ａに支持されているので、カートリッジ５ｂの交換に伴う作業性が低下することはない。
【００６２】
また、図２に示される環状板３２ａ、３２ｂには４つの回転子支持部３１ａ、３１ｂが立設されているが、これに限定されるものではなく、環状板３２ａ、３２ｂに回転子支持部３１ａ、３１ｂが少なくとも２つ立設されていればよい。例えば、回転子支持部３１ａ、３１ｂを２つにした場合、回転子支持部３１ａ、３１ｂの面積を環状板３２ａ、３２ｂの円周方向に沿って広くすれば、回転子２０を安定して固定することも可能だからである。この場合、第１のブラケット部６には回転子支持部３１ａの数に対応する挿通穴１６ａが形成されているものとし、第３のブラケット部８に関しても同様である。
【００６３】
なお、本実施の形態にかかる回転電機１００は、全閉外扇冷却方式の電動機に限定されるものではない。
【００６４】
また、上記説明では、フレーム１５と第１のブラケット部６と第３のブラケット８とが別々の構成となっているが、これに限定されるものではない。本実施の形態にかかる回転電機、軸受着脱用治具、および軸受交換方法は、図１に示されるフレーム（筒状部）１５、第１のブラケット部６（回転子軸支持部）、および第３のブラケット８（回転子軸支持部）が一体となって構成されたフレームを備えた回転電機にも適用可能である。
【００６５】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる回転電機１００は、筒状のフレーム１５内に保持されるステータ鉄心４１と、ステータ鉄心４１内に配置され電磁鋼板を積層してなる積層コア２５と積層コア２５の両端を覆う鉄心押え（２１）とを有する回転子２０と、フレーム１５（第１〜第３のブラケット部６、７、８を含む）に着脱可能に装着され回転子軸２４を回転可能に支持する軸受部（５ａ、５ｂ）とを備え、鉄心押え（２１）には、軸受部（５ａ、５ｂ）を着脱可能にフレーム１５を介して挿入される治具（３０ａ、３０ｂ、５０）の端部（３４ａ、３４ｂ、５３）を嵌合させる凹部（２３ａ、２３ｂ）が周設されるようにしたので、回転子２０のラジアル方向（回転子２０の半径方向）の固定が可能となる。一般的に、回転子２０の外周面とステータ鉄心４１の内周面との隙間は、数ｍｍ程度であるため、フレーム１５から回転子２０を引き出してからカートリッジ５ａ、５ｂを着脱するには、回転子２０の外周面がステータ鉄心４１の内周面に接触するということがないように、多大な慎重を期す必要がある。本実施の形態にかかる回転電機１００によれば、環状の治具３０ａ、３０ｂまたはボルト状の治具５０によって、回転子２０の軸中心位置をフレーム１５の軸中心位置から殆ど変移させることなく、回転子２０を固定することができるため、従来のように回転子２０を着脱するという作業が不要になるだけでなく、回転子軸２４の軸中心位置が軸受１０ａ、１０ｂの中心位置から殆ど変移することがないので、カートリッジ５ａ、５ｂを素早く交換することが可能となる。
【００６６】
また、本実施の形態にかかる回転電機１００によれば、回転子２０をフレーム１５から引き出す必要がないので、１００ｋｇ以上にも及ぶ鉄道車両用の回転子２０を吊すためのクレーンや、カートリッジ５ａ、５ｂを分解するための特別な治具などが不要となる。さらに、永久磁石励磁式同期機の場合、回転子２０が強磁力を発生するため、回転子２０をフレーム１５から引き出した際、メンテナンス中の回転電機１００の周囲の磁性体がこの回転子２０に引き付けられる可能性があるだけでなく、引き出された回転子２０とフレーム１５との間で反発力あるいは吸引力が発生するおそれがある。本実施の形態にかかる回転電機１００によれば、このような危険を伴うことなくカートリッジ５ａ、５ｂを交換することが可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態にかかる軸受着脱用治具である環状の治具３０ａ、３０ｂは、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱可能にブラケット部（６、８）を介して挿入され、鉄心押え（２１）に周設された凹部２３ａ、２３ｂに嵌合する端部３４ａ、３４ｂが、環状板３２ａ、３２ｂに立設されてなるように構成されているので、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱する際に、積層コア２５をステータ鉄心４１に接触させることなく回転子２０を固定することが可能である。
【００６８】
また、本実施の形態にかかる軸受着脱用治具であるボルト状の治具５０は、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱可能にブラケット部（６、８）に挿通され、鉄心押え（２１）に周設された凹部２３ａ、２３ｂに嵌合するボルト状をなすので、カートリッジ５ａ、５ｂを着脱する際に、積層コア２５をステータ鉄心４１に接触させることなく回転子２０を固定することができると共に、環状の治具３０ａ、３０ｂよりも安価に制作可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明は、回転電機に適用可能であり、特に、軸受の着脱作業を容易化することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１３ａ、１３ｂ  カバー
２  ファン
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  ベアリングストッパ
４ａ、４ｂ  ベアリングキャップ
５ａ  カートリッジ（軸受部）
５ｂ  カートリッジ（軸受部）
６  第１のブラケット部（回転子軸支持部）
７  第２のブラケット部
８  第３のブラケット部（回転子軸支持部）
１０ａ、１０ｂ  軸受
１１ａ、１１ｂ  座金
１５  フレーム（筒状部）
１６ａ、１６ｂ  挿通穴
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ  ボルト
２０  回転子
２１ａ、２１ｂ  鉄心押え
２３ａ、２３ｂ  凹部
２４  回転子軸
２５  積層コア
３０ａ、３０ｂ  環状の治具
３１ａ、３１ｂ  回転子支持部（支持部）
３２ａ、３２ｂ  環状板
３３ａ、３３ｂ  ボルト挿入穴
３４ａ、３４ｂ、５３  端部
４０  ステータコイル
４１  ステータ鉄心（固定子）
５０  ボルト状の治具
５１  ボルト頭
５２  雄ねじ部
１００  回転電機
【図１】
2012046314.tif 000003
【図２】
2012046314.tif 000004
【図３】
2012046314.tif 000005
【図４】
2012046314.tif 000006
【図５】
2012046314.tif 000007
【図６】
2012046314.tif 000008
【図７】
2012046314.tif 000009
【図８】
2012046314.tif 000010
【図９】
2012046314.tif 000011
【図１０】
2012046314.tif 000012
【図１１】
2012046314.tif 000013
【図１２】
2012046314.tif 000014
【図１３】
2012046314.tif 000015
【図１４】
2012046314.tif 000016
【図１５】
2012046314.tif 000017
【国際調査報告】
2012046314.tif 000018
2012046314.tif 000019