JP2013223390A - 回転電機の軸受部の交換方法及びその交換治具 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受を交換するためには回転子を固定子枠から引抜く必要があるが、回転子内部に挿入された強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着して回転子を取り出せない事態が生じる恐れがある。このため、強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着しないように大掛かりな解体装置が必要であった。
【解決手段】回転電機の回転軸部の端部に継ぎシャフトを固定すると共に、継ぎシャフトを支持する第１の冶具を前記ベアリングブラケットに固定して軸受組立体をベアリングブラケットから取り外し、次に、軸受組立体が取り外された回転軸を支持する第２の冶具をベアリングブラケットに固定して軸受組立体と第１の冶具を取り外し、その後に新規の軸受組立体を前記ベアリングブラケットと回転軸の間に介装するようにした。
【選択図】図１１

Description

本発明は発電機や電動機等の回転電機の回転軸を軸受する軸受部の交換方法及びその交換冶具に関するものである。

発電機や電動機等の回転電機は多くの産業分野で使用されている。ところで、この種の回転電機は使用している間に回転軸を支持する軸受が摩耗、損傷して交換する必要がある。

小型の回転電機においては回転電機そのものを交換することも考えられるが、比較的大型の回転電機はその価格が高いのでそう簡単に交換できるものではない。このため、軸受そのものを新規な軸受に交換して対応している。

例えば、ディーゼル機関車等に搭載されている発電機は車両の動力室にディーゼルエンジンと直結されて設置されている。発電機の回転子を備えた回転軸の一方はカップリングを介してディーゼルエンジンのクランク軸に連結、固定されているが、これとは反対側の回転軸は発電機のケーシングに設けた軸受で支持されている。

この軸受は発電機を長期間に亘って運転すると磨耗や損傷を生じるため、必要に応じて交換するようにしている。そして、軸受を交換するためには回転子を固定子枠から引抜く必要がある。

ここで、この軸受の交換方法について、例えば、特開２００８−９９４９１号公報（特許文献１）に記載された技術がある。この特許文献１では、電動機の内部に回転子の支持装置を設け、この支持装置を移動させることで回転子を固定子枠に固定して軸受を交換する方法が記載されており、回転子を固定子枠から抜かないで軸受を交換している。

特開２００８−９９４９１号公報

例えば、近年では高効率の発電機が求められており、回転子内部にネオジウム磁石のような強力な永久磁石を挿入した永久磁石式発電機が採用され始めている。

そして、軸受を交換するためには回転子を固定子枠から引抜く必要があるが、回転子内部に挿入された強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着して回転子を取り出せない事態が生じる恐れがある。このため、強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着しないように大掛かりな解体装置が必要である。しかしながら、ディーゼル機関車の発電機のように狭い車両空間に大掛かりな解体装置を配置することは無理があり、好ましい方法ではなかった。

また、首尾よく回転子を引抜いたとしても、回転子内部に強力な永久磁石を挿入しているため、永久磁石が金属製の工具等を吸引して回転子を損傷する危険性が増加する恐れもある。

本発明の目的は、大掛かりな解体装置を必要としない回転電機の軸受部の交換方法及びその交換冶具を提案するものである。

本発明の特徴は、回転電機の回転軸部の端部に継ぎシャフトを固定すると共に、継ぎシャフトを支持する第１の冶具をベアリングブラケットに固定し、次に、第１の冶具によって継ぎシャフトが支持されている状態で軸受組立体をベアリングブラケットから取り外し、次に、軸受組立体が取り外された回転軸を支持する第２の冶具をベアリングブラケットに固定し、次に、第２の冶具によって回転軸が支持されている状態で軸受組立体と第１の冶具を取り外し、その後に新規の軸受組立体及び第１の冶具を継ぎシャフトに挿通して第１の冶具で継ぎシャフトを支持し、この第１の冶具で継ぎシャフトを支持している状態で第２の冶具を取り外して新規の軸受組立体をベアリングブラケットと回転軸の間に介装する、ところにある。

本発明によれば、固定子内から回転子を抜くことなく軸受組立体を交換できるので、大掛かりな解体装置を必要としないで軸受組立体を交換できるようになる。

本発明が適用されるディーゼルエンジンにより駆動される発電機の構成を示す断面図である。 図１に示す軸受組立体付近の部分拡大図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換に使用する第１交換治具の正面図である。 図３に示す第１交換治具のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換に使用する第２交換治具の正面図である。 図５に示す第２交換治具のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換手順を示し、軸受のストッパーと外部蓋部を取り外した状態の部分断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換手順を示し、継ぎシャフトと第１交換冶具を取り付け桁状態の部分断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換手順を示し、軸受箱を水平に移動させた状態の部分断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換手順を示し、継ぎシャフトと第２交換冶具を取り付けた状態の部分断面図である。 本発明の一実施例になるに軸受部の交換手順を示し、第１交換冶具と軸受組立体を取り外した状態の部分断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に従い詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることなく本発明の基本的な概念の中で種々の変形例や応用例を含むものである。

図１はディーゼル機関車等に搭載されている発電機の断面図を示しており、発電機は車両の動力室にディーゼルエンジンと直結されて設置されるものである。

発電機の回転子１０３を備えた回転軸１０３Ａの一方の軸部１０３Ｂはカップリング１１１を介して図示しないディーゼルエンジンのクランク軸に連結、固定されており、これとは反対側の回転軸１０３Ａの他方の軸部１０３Ｃは発電機の固定子枠１０１に設けた軸受組立体１１５で支持されている。

固定子枠１０１は円筒状で一端側に側板１０１Ａを有し、他端側は開放されベアリングブラケット（以下、ブラケットという）１０４がこの開放部を塞ぐようにボルト１１６で固定されている。

固定子枠１０１の内周部には固定子巻線１０２Ａを有した固定子１０２が接着、ボルト締め等の手段によって固定されている。

固定子１０２の内側には回転子１０３が配置されており、この回転子１０３は回転軸１０３Ａに固定されている。上述したように回転軸１０３Ａの一方の軸部１０３Ｂにはエンジンのクランク軸と直結されているカップリング１１１が取付けられている。したがって、エンジンの回転はこのカップリング１１１を介して回転軸１０３Ａに伝えられて回転子１０３を回転させるものである。

また、回転軸１０３Ａの他方の軸部１０３Ｃはブラケット１０４に取り付けた軸受組立体１１５に回転自在に支持されている。したがって、回転軸１０３はカップリング１１１と軸受組立体１１５によって支持されている。

軸受組立体１１５はブラケット１０４のほぼ中心付近に設けられており、この軸受組立体１１５は軸受箱１０６を介してブラケット１０４に固定されている。軸受箱１０６はボルト１１７によってブラケット１０４の外側側面に固定されている。

軸受箱１０６内には軸部１０３Ｃと軸受箱１０６の間に介在するように軸受１０５が設けられており、この軸受１０５は軸受保持蓋１０７、１０８によっての両端から軸受箱１０６内に保持固定されている。

軸部１０３Ｃの軸端にはストッパー１０９が取り付けあり、更にこのストッパー１０９の外側から塵内等の浸入を防ぐ外部蓋１１０によって軸受１０５が覆われている。

ストッパー１０９には３本の固定ボルト１２０が設けられており、このボルト１２０は回転軸１０３Ａの軸部１０３Ｃの軸方向に形成されたねじ孔に螺合されて軸部１０３Ｃとストッパー１０９を固定しているものである。この軸部１０３Ｃのねじ孔は後で述べるが、軸受組立体１１５の交換に際して継ぎシャフトと軸部１０３Ｃとを一体化する時に使用される。

図２は図１に示す軸受組立体１１５付近の部分拡大図であり、ブラケット１０４にはブラケット１０４の表面から回転軸１０３Ａの外側方向に向かって延びる円形状の第１の位置決め突起部１１８が形成されている。

更にこの円形状の突起部１１８の内側に円環状の第２の位置決め突起部１１９が形成されており、この円環状の第２の位置決め突起部１１９の内側に軸受箱１０６がボルト１１７で固定されるようになっている。したがって、この位置決め突起部１１９が軸受箱１０６の取り付け位置を規定するものである。

そして、後述するが本実施例においては円形状の第１の位置決め突起部１１８と円環状の第２の位置決め突起部１１９が軸受組立体１１５を交換する時の交換冶具の取り付け位置を規定する働きを有するものである。

次に、軸受組立体１１５の交換に使用する交換冶具について説明するが、本交換方法では２種類の交換冶具を使用する。

図３、図４に第１交換冶具１１２を示しており、この第１交換冶具１１２はかご型の形状をしている。具体的には円環状の位置決め部１２１と、この円環状の位置決め部１２１に９０度の間隔で固定され、位置決め部１２１から垂直に植立した４本の支柱１２２Ａ、この支柱１２２Ａが集合した平面部１２２Ｂに形成されたシャフト支持孔１２２Ｃより構成されている。支柱１２２Ａは後述するが交換作業の時に継ぎシャフトに沿って延びるようになっている。

第１交換冶具１２１の円環状の位置決め部１２１の形状は図１、図２に示したブラケット１０４に形成した円形状の第１の位置決め突起部１１８の形状に一致するようになっている、つまり、円形状の第１の位置決め突起部１１８の外周面に円環状の位置決め部１２１の内周面が係合するようになっている。

また、シャフト支持孔１２２Ｃは後述する継ぎシャフトを支持する働きを備えている。これについては軸受組立体の交換方法を説明する時の示すことにする。

次に、図５、図６に第２交換冶具１１３を示しており、この第２交換冶具１１３は二分割された半円状の冶具片である。具体的には半円環状の支持部１３１と、この支持部１３１から外側に張り出した位置決め部１３２Ａと、支持部１３１の中央に形成した軸部支持孔１３２Ｂより構成されている。

また、支持部１３１にはボルト挿通孔１３３が形成されており、このボルト挿通孔１３３は軸受箱１０６を取り付けるボルト１１７と同等の固定ボルトが取り付けられる。もちろん、固定ボルト１１７を使用しても差し支えないものである。

したがって、二つの冶具片を合わせることで回転軸１０３の軸部１０３Ｃを支持するようになっている。この二つの冶具軸片は第１交換冶具の支柱１２２Ａの夫々の間に隙間を通して第１交換冶具１１２内に収納でき、収納した状態でブラケット１０４に組み立てて取り付けることができるようになっている。

第２交換冶具１１３の位置決め部１３２Ｂの形状は図１、図２に示したブラケット１０４に形成した第１の位置決め突起部１１８の内側に形成した円環状の第２の位置決め突起部１１９の形状に一致するようになっている、つまり、円環状の第２の位置決め突起部１１９の内周面に位置決め部１３２Ｂの外周面が係合するようになっている。

また、軸部支持孔１２２Ｃは回転軸１０３の軸部１０３Ｃを支持する働きを備えている。これについては軸受組立体の交換方法を説明する時の示すことにする。

以上のような構成を有する第１交換冶具１１２と第２交換冶具１１３を用いて軸受組立体１１５を交換する方法を以下に示す図７乃至図１１に基づいて説明する。

図７において、軸受組立体１１５の交換を行う場合には、まず、外部蓋１１０を外し、その後に固定ボルト１２０を外して軸部１０３Ｃからストッパー１０９を取り外すように作業する。この状態で軸受組立体１１５は取り外し可能な状態となっている。

次に、図８において、第１交換冶具１１２をブラケット１０４に固定する。第１交換冶具１１２は上述したように、第１交換冶具１２１の円環状の位置決め部１２１の形状が円形状の第１の位置決め突起部１１８の形状に一致するので、回転軸１０３の軸心とシャフト支持孔１２２Ｃの中心は一致するようになっている。

この状態で継ぎシャフト１４０（これも冶具のひとつである）をシャフト支持孔１２２Ｃに通して回転軸１０３の軸部１０３Ｃの端面に当接させ、継ぎシャフト１４０の軸方向に設けた３本の挿通孔（図示せず）に通しボルト（図示せず）を挿入して、固定ボルト１２０のねじ孔に螺合することで継ぎシャフト１４０と軸部１０３Ｃを一体化することができる。

ここで、継ぎシャフト１４０の径は軸受組立体１１５を抜くため軸部１０３Ｃと実質的に同径か若干小さく構成されている。この状態で、回転軸１０３は第１冶具１１２のシャフト支持孔１２２Ｃに間接的に支持されていることになる。

次に、図９において、軸受組立体１１５の軸受箱１０６の固定ボルトをブラケット１０４から取り外すことによって、軸受組立体１１５はブラケット１０４から自由な状態となり、図に示すように軸受組立体１１５は右側に移動することができる。この状態でも回転軸１０３は継ぎシャフト１４０によって第１交換冶具１２に支持されている。

次に、図１０において、第１交換冶具１１２の支柱１２２Ａの間から第２交換冶具１１３の各冶具片を挿入し、各冶具片の軸部支持孔１３２Ｂを軸部１０３Ｃに合わせ、更に位置決め部１３２Ｂの外周がブラケット１０４に形成した位置決め突起部１１８の内側に形成した円環状の第２の位置決め突起部１１９の内周面に係合するようにして固定する。

本実施例では、支持部１３１のボルト挿通孔１３３を通して、固定ボルト１１７を使用してブラケット１０４と第２交換冶具１１３を一体化している。もちろん、固定ボルト１１７とは別の専用のボルトを用いても差し支えない。

この状態で、回転軸１０３は第１交換冶具１１２と第２交換冶具１１３とによって支持された状態となっている。

次に、図１１において、第２交換冶具１３によって回転軸１０３が支持されている状態なので、第１交換冶具１１２をブラケット１０４から取り外すことができる。したがって、第１交換冶具１１２をブラケット１０４から取り外した後に、軸受組立体１１５を継ぎシャフト１４０から取り外すことができる。

これによって、固定子枠１０１から回転子１０３を外すことなく、摩耗、或いは損傷した軸受組立体１１５をブラケット１０４から取り外すことができるようになる。

尚、新規の軸受組立体１１５を取り付ける場合は上述した作業を逆に行なえば良いものである。つまり、新規の軸受組立体１１５を継ぎシャフト１４０に挿通し、その後に第１の冶具１１２をブラケット１０４に取り付けて継ぎシャフト１４０を支持するようにセットする。次に第２の冶具１１３を取り外し、この第２の冶具１１３を取り外した回転軸の軸部１０３Ｃとブラケット１０４の間に継ぎシャフト１４０に支持された新規の軸受組立１１５を移動させることで、回転軸の軸部１０３Ｃとブラケット１０４の間に新規の軸受組立１１５を介装して交換することができる。

このように、第１次具１１２と第２冶具１１３、及び継ぎシャフト１４０を用いることによってブラケット１０４と軸部１０３Ｃの間に軸受組立体１１５を介装することで新規の軸受組立体１１５に交換ができる。これによれば、簡単な冶具を用いることによって効率よく軸受組立体１１５を交換することができるものである。

従来では、軸受組立体を交換するためには回転子を固定子枠から引抜く必要があるが、回転子内部に挿入された強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着して回転子を取り出せない事態が生じる恐れがあった。このため、強力な永久磁石の磁力で回転子が固定子に吸着しないように大掛かりな解体装置が必要であった。

これに対して、本発明においては大掛かりな解体装置を必要としないで回転電機の軸受組立体の交換が可能となるものである。

また、狭い場所でも交換作業ができるので、例えば、ディーゼル機関車の発電機のように狭い車両空間でも簡単に軸受組立体の交換が可能となるものである。

１０１…固定子枠部、１０２…固定子、１０３…回転子、１０４…ベアリングブラケット部、１０５…軸受部、１０６…軸受箱、１０７、１０８…軸受保持蓋、１０９…ストッパー、１１０…外部蓋、１１１…カップリング、１１２…第１交換冶具、１１３…第２交換冶具、１２１…位置決め部、１２２Ａ…支柱、１２２Ｃ…シャフト支持孔、１３１…支持部、１３２Ｂ…軸部支持孔、１４０…継ぎシャフト。

Claims (4)

1. 固定子枠の内部に配置された固定子と、この固定子枠の内部に配置された回転子と、前記固定子枠に固定され前記回転子の回転軸が挿通するベアリングブラケットと、前記ベアリングブラケットと前記回転軸の間に設けられた軸受組立体とを備えた回転電機において、
   前記回転軸部の端部に継ぎシャフトを固定すると共に、前記継ぎシャフトを支持する第１の冶具を前記ベアリングブラケットに固定し、
   前記第１の冶具によって前記継ぎシャフトが支持されている状態で前記軸受組立体を前記ベアリングブラケットから取り外し、
   前記軸受組立体が取り外された前記回転軸を支持する第２の冶具を前記ベアリングブラケットに固定し、
   前記第２の冶具によって前記回転軸が支持されている状態で前記軸受組立体と前記第１の冶具を取り外し、
   その後に新規の軸受組立体及び前記第１の冶具を前記継ぎシャフトに挿通して前記第１の冶具で前記継ぎシャフトを支持し、
   前記第１の冶具で前記継ぎシャフトを支持している状態で前記第２の冶具を取り外して前記新規の軸受組立体を前記ベアリングブラケットと前記回転軸の間に介装する
   ことを特徴とする回転電機の軸受部の交換方法。
2. 請求項１に記載の回転電機の軸受部の交換方法に使用される交換冶具において、
   前記第１の冶具は前記ベアリングブラケットに形成した位置決め突起部の形状に一致する位置決め部と、前記継ぎシャフトを支持するシャフト支持孔が形成された平面部と、前記位置決め部と前記平面部を繋ぎ前記継ぎシャフトの沿って延びる複数の支柱より構成されていることを特徴とする交換冶具。
3. 請求項１に記載の回転電機の軸受部の交換方法に使用される交換冶具において、
   前記第２の冶具は前記ベアリングブラケットに形成した第１の位置決め突起部の内側に形成された第２の位置決め突起部の形状に一致する位置決め部と、前記回転軸を支持する軸部支持孔が形成された支持部を有する二分割された冶具片より構成されていることを特徴とする交換冶具。
4. 請求項１に記載の回転電機の軸受部の交換方法に使用される交換冶具において、
   前記第１の冶具は前記ベアリングブラケットに形成した位置決め突起部の形状に一致する位置決め部と、前記継ぎシャフトを支持するシャフト支持孔が形成された平面部と、前記位置決め部と前記平面部を繋ぎ前記継ぎシャフトの沿って延びる複数の支柱より構成され、
   前記第２の冶具は前記ベアリングブラケットに形成した第１の位置決め突起部の内側に形成された第２の位置決め突起部の形状に一致する位置決め部と、前記回転軸を支持する軸部支持孔が形成された支持部を有する二分割された冶具片より構成され、
   前記第２の冶具を構成する冶具片は前記第１の冶具に設けられた前記支柱の間から前記第１の冶具内に収納されて前記第２の冶具片が組み立てられることを特徴とする交換冶具。

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