JP2002130127A - 電気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部、及び、電気モータ駆動式空気圧縮機と組み合わせるための改良型シャフト延長部 - Google Patents
電気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部、及び、電気モータ駆動式空気圧縮機と組み合わせるための改良型シャフト延長部Info
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Abstract
フトを軸方向に延長して外側回転軸受けに係合できるよ
うにするため、クランクシャフトに取り付けられるシャ
フト延長部を提供する。 【解決手段】 電気モータ駆動式空気圧縮機10は、軸
受けプレート16と、内側回転軸受けと、クランクシャ
フト12とを含む。空気圧縮機は、さらに、電気モータ
18を含む。電気モータは、ステータフレーム20と、
ステータ22と、ロータ24とを有する。空気圧縮機
は、さらに、ステータフレーム、ステータおよびロータ
の軸方向外側に配置された外側回転軸受け42を含む。
シャフト延長部38は、延長長軸および該延長長軸にほ
ぼ直角をなす短軸を有する延長部材と、該延長部材をク
ランクシャフトの先端部に連結する連結機構44とを含
む。
Description
ータによって駆動される空気圧縮機に関する。
または軽便車両)の空気ブレーキシステムに圧縮空気を
供給するために使用される、電気モータ駆動式の空気圧
縮機に関する。
ステムに圧縮空気を供給し、電気モータによって駆動さ
れる空気圧縮機を、空気圧縮機のクランクシャフトの外
側端部が「第3」すなわち「外側」軸受けによって支持
されるように改良することができるシャフト延長部に関
する。十分に後述するように、そのような「第3」すな
わち「外側」軸受けを設けて使用することによって、電
気モータのロータが電気モータのステータに対して「傾
斜する」可能性が大幅に減少する。ロータおよびステー
タ間のそのような相対的角変位は、電動式空気圧縮機の
性能を大幅に低下させ、結合装置の故障を生じることも
ある。
AS14622の「空気圧縮機駆動用電気モータのステ
ータフレームに取付けられるエンドプレート、電気モー
タ駆動式空気圧縮機と組合わされる改良型エンドプレー
ト、及び電気モータ駆動式空気圧縮機を後付けするため
のキット」、及び、整理番号SAS14621の「電気
モータ駆動空気圧縮機用の軸受けプレートおよびステー
タフレーム結合体、電気モータ駆動空気圧縮機と組み合
わせる改良型軸受けプレートおよびステータフレーム結
合体、及び、電気モータによって駆動される空気圧縮
機」と関連している。また、本出願は、平成13年6月
1日付けで出願した特願2001−166776号の
「電気モータによって駆動される回転シャフト部材を支
持する組立体、及び、多シリンダ2段式空気圧縮機と該
空気圧縮機の回転シャフト部材を支持する外部取付け組
立体との結合体」に開示されている主題、および、平成
13年6月1日付けで出願した特願2001−1667
77号の「モータによって駆動される回転シャフト部材
を支持する組立体、及び、多シリンダ2段式空気圧縮機
と電気モータによって駆動される回転シャフト部材を支
持する外部取付け組立体との結合体」に開示されている
主題と同様な主題に関している。上記の米国特許出願の
各々は、参照として本出願に明確に援用され、上記の米
国特許出願の各々の全文が本明細書に記載されている場
合と同じ効果を有する。
されている発明を読者が理解し易くするためのものであ
る。従って、本説明に使用されている用語は、特記され
ていなければ、特定の狭い解釈に制限されるものではな
い。
を供給するために空気圧縮機を使用することは、周知で
ある。鉄道車両においては、空気圧縮機は、一般的に、
列車などの機関車に配置されている。従来の列車用空気
圧縮機は、機関車のエンジンから動力取り出しリンク機
構を介して駆動されることが多かった。より最近のディ
ーゼル機関車は、一般的に、牽引力を供給するために電
気モータを用いており、電力を車上で発生している。従
って、ディーゼル機関車の空気圧縮機は、一般的に、車
上で容易に入手できる電力によって駆動される。
る。主圧縮空気溜めは、圧縮空気を列車の全長に延びた
「ブレーキ管」に供給する。空気圧縮機を駆動する電気
モータは、一般的に、主圧縮空気溜め内の圧縮空気圧力
を所定限界内に維持するために、「必要に応じた」ベー
スで起動および停止される。このため、電気モータは、
装置の運用寿命にわたって起動および停止を繰り返すで
あろう。
ち、ワブテック(Wabtec)・コーポレーション(登録商
標)(ペンシルベニア州、ウィルマーディング、エヤー
・ブレーキ・アベニュー1001)のウエスチングハウ
ス・エヤー・ブレーキ・テクノロジーズ・コーポレイシ
ョン(登録商標)が製造している「3−CD」空気圧縮
機に使用される圧縮空気を供給するために、鉄道産業で
広く用いられている空気圧縮機装置の簡略化した斜視図
である。「3−CD」空気圧縮機の詳細は、上記ウエス
チングハウス・エヤー・ブレーキ・コンパニー(登録商
標)が発行している「『3−CD』空気圧縮機の分解、
修理および組み立ての説明」と題するパンフレット(1
994年著作権取得)に記載されており、この書類は、
本出願に参照として明確に援用され、本明細書に全文が
記載されている場合と同様な効果を有する。
は、包括的に参照符号10で表されている。空気圧縮機
10は、クランクシャフト12を含み、これは外部電源
によって駆動されて、空気圧縮機10の内部圧縮部品
(例えば、ピストン、弁など)を駆動する。クランクシ
ャフト12は、一般的に、2つの内側回転軸受けによっ
て回転支持されて位置決めされており、そのような内側
軸受け14の一つが図1に点線で示されている。内側軸
受け14は、ほぼキー形の軸受けプレート16によって
支持されて位置決めされており、この軸受けプレート1
6は、空気圧縮機10のクランクケースの一部分を閉鎖
する機能も果たしている。クランクシャフト12が軸受
けプレート16からその先に突出していることが分かる
であろう。
めに、包括的に参照符号18で表された電気モータを空
気圧縮機10と組み合わせる、これまでのやり方を示し
ている。電気モータは、一般的に、ステータフレーム2
0と、ステータ22と、ロータ24とを含む。ステータ
フレーム20は、従来は、ステータフレーム20の後面
に設けられた内向き突出リップ28に設けられた穴26
に挿通させたボルト25によって、軸受けプレート16
の露出面に連結されていた。ボルトは、その後、軸受け
プレート16の外側露出面に設けられた一連のねじ付き
止まり穴30に係合する。従って、ステータフレーム2
0は、軸受けプレート16の露出面から「片持ち式に」
支持され、ボルトによって、この位置に固定されてい
る。
の「ハウジング」と見なすことができ、静止ステータ2
2および回転ロータ24を包囲することができる。電気
モータ18は、一般的に誘導型モータであり、多くの場
合は、三相交流誘導型モータである。ステータ22は、
一般的に、複数のコイル巻線を含み、ステータフレーム
20の内表面に固定的に取り付けられている。ロータ2
4は、クランクシャフト12の突出部分へ非回転的に係
合しており(すなわち、クランクシャフト12に対して
固定的に取り付けられており)、従って、固定ステータ
22によって取り囲まれている。一般的に、ロータ24
は、クランクシャフト12に圧力嵌めされており、ロー
タ24の円筒形内表面に設けられた突出軸方向スプライ
ンが、クランクシャフト12に設けられた溝と噛み合
う。
2の外側先端部に設けられたねじ部分34にねじ付ける
ことによって、ロータ24をクランクシャフト12に軸
方向に保持することができる。
の寸法差は、比較的小さく、一般的に約102/100
0〜127/1000センチ(約40/1000〜50
/1000インチ)程度である。ロータ24が周囲のス
テータ22に対してほぼ中央整合位置に維持されない
と、ロータ24は、ステータ22と接触するであろう。
そのような擦りは、性能を低下させる。重大な場合、ロ
ータ24がステータ22と接触することによって、ステ
ータ22の巻線がショートして、電気モータ18が「焼
き付き」を発生するであろう。
向力がロータ24に、従ってクランクシャフト12に加
わることが分かっている。このため、起動時に、ロータ
24をステータ22に対して「傾斜」させようとする力
がロータ24に加わる。使用していく間に、これらの力
によって上記擦りが発生し、最終的に電気モータ18の
上記ショートおよび焼き付きが発生する可能性がある。
および、特願2001−166777号に、本明細書で
「第3」すなわち(代替的に)「外側」軸受けと呼ぶも
のを装備するための様々な構造が開示されている。その
ような第3すなわち外側軸受けは、クランクシャフト1
2の外側先端部の追加支持を行い、ステータ22に対す
るクランクシャフト12およびそれに取り付けられたロ
ータ24の傾斜を相当に防止する(すなわち、少なくと
も大幅に減少させる)。
使用されている。従って、そのような使用中の空気圧縮
機にそのような第3すなわち外側軸受けを「後付けする
改良」を行うための装置および方法を提供することが望
ましい。そのような改良を実施する装置および方法は、
本明細書に開示されている。
る)ステータフレーム20と(最終的にロータ24の位
置を決定する)クランクシャフト12との間の整合は、
比較的狭い公差にすることが必要であるので、ロータ2
4がステータ22に対して、かなり正確にセンタリング
した状態にあるようにするために、軸受けプレート16
の外側露出面およびステータフレーム20の後面(すな
わち、ステータフレーム20の後面に設けられた内向き
突出リップ28を含む)の両方を、比較的正確な寸法に
注意深く機械加工するのが、これまでの当該産業でのや
り方であった。
びステータフレーム22のそのように正確な機械加工
は、高コストの処理であり、必ずしも完全には満足でき
るように実施されない。軸受けプレートおよびステータ
フレームを別々に必要な上記狭い公差に個別機械加工す
る必要性をなくすと共に、使用する間に、ロータ24を
ステータ22内に整合させる正確度を大幅に増す軸受け
プレートおよびステータフレーム結合体が、本明細書に
開示されている。
電気モータ駆動式空気圧縮機を、空気圧縮機のクランク
シャフトの端部が外側回転軸受け内で終端するように改
良し、それによってクランクシャフトに相当な構造的支
持を与えて、電気モータのロータおよびステータが互い
に対して傾斜することによる性能低下または故障が空気
圧縮機に生じる可能性を大幅に減少させることができる
シャフト延長部を提供することである。
き、作動信頼性が高い、そのようなシャフト延長部を提
供することである。
の詳細な説明を読めば、当該技術分野の専門家には様々
な他の目的および利点がさらに容易に明らかになるであ
ろう。それらの他の目的および利点は、詳細な説明を図
面および請求項と合わせて考えたとき、特に明らかにな
るであろう。
本発明の様々な実施形態によって達成される。
気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトを軸方向
に延長して外側回転軸受けに係合できるようにするた
め、クランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部
を特徴としている。電気モータ駆動式空気圧縮機は、軸
受けプレートと、該軸受けプレートに取り付けられた内
側回転軸受けと、内側回転軸受けおよび軸受けプレート
の両方を貫いて突出し、軸受けプレートの外側に位置す
る先端部で終端するクランクシャフトとを含む。空気圧
縮機は、さらに電気モータを含み、該電気モータは、ス
テータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に取
り付けられたステータと、クランクシャフトに固定的に
取り付けられてそれと共に回転可能であり、ステータの
内部に配置されたロータとを有する。空気圧縮機は、さ
らに、ステータフレーム、ステータおよびロータの軸方
向外側に配置された外側回転軸受けを含む。シャフト延
長部は、延長長軸および該延長長軸にほぼ直角をなす短
軸を有する延長部材と、該延長部材をクランクシャフト
の先端部に連結する連結機構とを含む。
モータ駆動式空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト
延長部を特徴としている。空気圧縮機は、軸受けプレー
トと、該軸受けプレートに取り付けられた内側回転軸受
けと、該内側回転軸受けによって回転支持されて軸受け
プレートを貫通し、軸受けプレートの外側に位置する先
端部で終端するクランクシャフトとを含む。空気圧縮機
は、さらに、ステータフレームと、該ステータフレーム
内に固定的に取り付けられたステータと、クランクシャ
フトに固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であ
り、ステータの内部に配置されたロータとを有する電気
モータを含む。空気圧縮機は、さらに、ステータフレー
ム、ステータおよびロータの軸方向外側に配置された外
側回転軸受けを含む。改良型シャフト延長部は、延長長
軸および該延長長軸にほぼ直角をなす短軸を有する延長
部材と、該延長部材をクランクシャフトの先端部に連結
する連結機構とを含む。
0に第3すなわち外側軸受けを後付けするための装置
(すなわち「キット」)は、包括的に、エンドプレート
36とシャフト延長部38とを含む。ステータフレーム
20は、空気圧縮機10の軸受けプレート16の外側露
出面から適当な手段によって片持ち式に支持されてい
る。例えば、ステータフレーム20の後(すなわち、内
側)面に形成されて内向きに延出した半径方向リップ2
8に設けられた穴26に挿通されるボルト25を使用す
ることによって、ステータフレーム20を軸受けプレー
ト16に固定することができ、ボルト25は、軸受けプ
レート16に形成されたねじ付き止まり穴30内で終端
をなしている。
軸受け42用の取り付け部となる軸受けハウジング40
を含む。ステータ22は、ステータフレーム20に固定
的に取り付けられており、ロータ24は、例えば上記の
ような従来方法で、クランクシャフト12に固定的に取
り付けられている。
り、クランクシャフト12の先端部にねじ付けられるね
じ付き止まり穴44を有する。このため、シャフト延長
部によって、シャフト12は、その先端部を第3すなわ
ち外側軸受け42内に回転可能に取り付けて、それによ
って位置決めすることができる長さに延長される。
を備えており、対応する一連のラグ48が、ステータフ
レーム20の軸方向外側の周縁部に取り付けられるよう
に設けられている。対応する一連のボルト50が穴46
に挿通されてラグ48に螺着されており、それによって
エンドプレート36をステータフレーム20に対して固
定的に位置決めすることができる。従って、第3すなわ
ち外側軸受け42は、ステータフレーム20に対して、
ひいては軸受けプレート16に対して固定的に位置決め
される。
2に示されている構造に取り付けられたとき、クランク
シャフト12の先端部用の外側回転軸受け支持部を与え
ることによって、ロータ24がステータ22に対して傾
斜する傾向が大幅に減少する。
に詳細に示されているエンドプレート36は、包括的
に、好ましくは、ディスク形部分52の形で与えられる
キャップ部材と、ディスク形部分52の周縁部から軸方
向に突出した外側リム54と、外側リム54から半径方
向内側に間隔を置いて設けられた内側フランジ56とを
含む。内側フランジ56は、ステータフレーム20の軸
方向外側縁部と密接するように適当に機械加工されてい
る。例えば、嵌め合い階段状表面を対応表面の各々に機
械加工してもよい。貫通穴46は、好ましくは、ほぼ外
側リム54および内側フランジ56間に位置する支柱5
8内に設けられている。軸受けハウジング40は、好ま
しくは、ディスク形部分52から内向きに突出したカラ
ー60の形で設けられており、好ましくは、これに補強
リブ62および通気開口64が設けられている。
8は、ほぼ円筒形であり、好ましくは、クランクシャフ
ト12のねじ付き部分34に対してねじって着脱させる
ために、それにトルクを加えることができるようにする
工具係合部分66(例えば、向き合った平坦部すなわち
六角頭)を備えている。前述したように、止まり穴44
には、雌ねじ68を設けるなどによって内側にねじが付
けられている。
軸受けプレートおよびステータフレーム結合体を空気圧
縮機10内に使用した例を示している。クランクシャフ
ト12の先端部を回転支持するために、軸受けプレート
およびステータフレーム結合体70をエンドプレート3
6および第3すなわち外側軸受け42と組み合わせて使
用することは必須ではないが、これは好適な組み合わせ
である。しかし、軸受けプレートおよびステータフレー
ム結合体70を単独で使用することもでき、その場合で
も、軸受けプレートおよびステータフレームを個別に必
要な狭い公差に機械加工する必要がないという利点が得
られるであろう。
合体70を用いるとき、図7に参照符号72で示されて
いるように、クランクシャフト12に当該業界で現在使
用されている長さより延長した追加延長部を設けること
が好ましい。従って、一般的に、単一鋳造品として製造
されるクランクシャフト12は、好ましくは、軸受けプ
レートおよびステータフレーム結合体70を用いるとき
には、延長した長さにする。しかし、図7にオプション
として示されているように、図6に具体的に示されてい
るシャフト延長部38を使用してクランクシャフト12
の長さを延長する場合、軸受けプレートおよびステータ
フレーム結合体70を従来の長さのクランクシャフト1
2に使用することもできる。
タフレーム結合体70は、単一鋳造品として製造されて
から、空気圧縮機10に連結するために、またエンドプ
レート36および他の構成部材を取り付けるために必要
な公差に機械加工される。
軸受けプレートおよびステータフレーム結合体70は、
包括的に、円筒形あるいはボウル形のステータフレーム
部分74と、軸受けプレート部分76とを含む。ボウル
形ステータフレーム部分74は、円筒形壁部分78を含
み、それの一端部80がステータ22を収容できるよう
に開放されており、端部壁82が円筒形壁部分78の他
端部を部分的に包囲している。軸受けプレート部分76
は、端部壁82に当接して重なり、それと一体成形され
ている。端部壁82に開口84が形成されて、好ましく
は、突出カラー88の形で設けられた軸受け収容部分8
6によって取り囲まれている。軸受けプレート部分76
は、好ましくは、開口84および軸受け収容部分86の
両方を取り囲む馬蹄形部分90と、この馬蹄形部分90
から半径方向外向きに延出したくさび形部分92とを含
む。
で円筒形壁部分78から半径方向に延出して、ボルト5
0を使用してエンドプレート36を軸受けプレートおよ
びステータフレーム結合体70に固定できるようにして
いる。
合体70は、空気圧縮機10の従来の軸受けプレート1
6が通常、収容されている場所である、図7に参照符号
94で示されている開放空間に嵌まる寸法である。空気
圧縮機10の従来の内側軸受け14は、軸受けプレート
およびステータフレーム結合体70の内側面に形成され
た軸受け収容部分86内に取り付けられる。
の説明によって開示してきたが、請求項に記載されてい
る本発明の精神すなわち範囲のいずれからも逸脱するこ
となく同等物の様々な代用を行うことができることは、
当該技術分野の専門家には容易に明らかになるであろ
う。それゆえ、本発明は、添付の請求項だけでなく、下
記の項目に記載の概念も、その保護の対象とすることが
できる。 (1) 前記延長部材は、前記長軸に関して軸方向にほ
ぼ対称的である、請求項6記載の空気圧縮機と組み合わ
せる改良型シャフト延長部。 (2) 前記連結手段は、前記延長部材の前記長軸に沿
って延在する止まり穴を含む、請求項6記載の空気圧縮
機と組み合わせる改良型シャフト延長部。 (3) 前記延長部材は、ほぼ円筒形周縁部分を含む、
請求項6記載の空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフ
ト延長部。 (4) さらに、前記延長部材に形成されたトルク伝達
部分を含む、請求項6記載の空気圧縮機と組み合わせる
改良型シャフト延長部。
D」型空気圧縮機の簡略斜視図である。
った電気モータを装備した「3−CD」型空気圧縮機の
分解斜視図である。
外側軸受けを設けた「3−CD」型空気圧縮機の分解斜
視図である。
視図である。
外側軸受けを設けた、軸受けプレートおよびステータフ
レーム結合体を有する「3−CD」型空気圧縮機の分解
斜視図である。
体の斜視図である。
ム結合体を逆の平面から見た斜視図である。
側軸受け、16…軸受けプレート、18…電気モータ、
20…ステータフレーム、22…ステータ、24…ロー
タ、25…ボルト、26…穴、28…内向き突出リップ
(半径方向リップ)、30…ねじ付き止まり穴、32…
エンドナット、34…ねじ部分、36…エンドプレー
ト、38…シャフト延長部、40…軸受けハウジング、
42…第3軸受け(外側軸受け)、44…ねじ付き止ま
り穴、46…貫通穴、48…ラグ、50…ボルト、52
…ディスク形部分、54…外側リム、56…内側フラン
ジ、58…支柱、60…カラー、62…補強リブ、64
…通気開口、66…工具係合部分、70…軸受けプレー
トおよびステータフレーム結合体、72…追加延長部、
74…ボウル形ステータフレーム部分(円筒形ステータ
フレーム部分)、76…軸受けプレート部分、78…円
筒形壁部分、80…一端部、82…端部壁、84…開
口、86…軸受け収容部分、88…突出カラー、90…
馬蹄形部分、92…くさび形部分、94…開放空間。
Claims (6)
- 【請求項1】 軸受けプレートと、該軸受けプレートに
取り付けられた内側回転軸受けと、前記内側回転軸受け
および前記軸受けプレートの両方を貫いて突出し、前記
軸受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクラ
ンクシャフトと、電気モータとを含み、該電気モータ
は、ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定
的に取り付けられたステータと、前記クランクシャフト
に固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、
前記ステータの内部に配置されたロータとを有し、さら
に、前記ステータフレーム、前記ステータおよび前記ロ
ータの軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む電
気モータ駆動式空気圧縮機の前記クランクシャフトを軸
方向に延長して外側回転軸受けに係合できるようにする
ため、前記クランクシャフトに取り付けられるシャフト
延長部であって、 延長長軸および該延長長軸にほぼ直角をなす短軸を有す
る延長部材と、 該延長部材を前記クランクシャフトの前記先端部に連結
する連結手段とを含むシャフト延長部。 - 【請求項2】 前記延長部材は、前記長軸に関して軸方
向にほぼ対称的である、請求項1記載の電気モータ駆動
式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャ
フト延長部。 - 【請求項3】 前記連結手段は、前記延長部材の前記長
軸に沿って延在する止まり穴を含む、請求項1記載の電
気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付
けられるシャフト延長部。 - 【請求項4】 前記延長部材は、ほぼ円筒形周縁部分を
含む、請求項1記載の電気モータ駆動式空気圧縮機のク
ランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部。 - 【請求項5】 さらに、前記延長部材に形成されたトル
ク伝達部分を含む、請求項1記載の電気モータ駆動式空
気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャフト
延長部。 - 【請求項6】 軸受けプレートと、該軸受けプレートに
取り付けられた内側回転軸受けと、該内側軸受けによっ
て回転支持されて前記軸受けプレートを貫通し、前記軸
受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクラン
クシャフトと、電気モータとを含み、該電気モータは、
ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に
取り付けられたステータと、前記クランクシャフトに固
定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、前記
ステータの内部に配置されたロータとを有し、さらに、
前記ステータフレーム、前記ステータおよび前記ロータ
の軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む電気モ
ータ駆動式空気圧縮機と組み合わせるための改良型シャ
フト延長部であって、 延長長軸および該延長長軸にほぼ直角をなす短軸を有す
る延長部材と、 該延長部材を前記クランクシャフトの前記先端部に連結
する連結手段とを含む改良型シャフト延長部。
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