JP2005531271A - 発電ユニットを組み立てるための方法ならびに構成 - Google Patents

Abstract

この発明は、発電機および駆動機構としてのピストン内燃エンジンからなる発電ユニットを組み立てるための方法ならびに構成に係り、特に外側回転子の内部に空隙をもって配置された内側固定子の心合わせに関するものであり、その方法は：発電機の外側回転子を駆動エンジンに固定してこの駆動エンジンの駆動システムと結合し；周囲方向に分散して配置された少なくとも２本の心合わせボルトを、放射方向に見て空隙を架橋する心合わせボルトを部分的に収容するために回転子／固定子内に設けられた心合わせ溝内に挿入し；回転子内において固定子を心合わせボルトに沿って挿入することによって回転子内で固定子を心合わせし；心合わせされた位置で固定子を発電機ケース部材上に固定するとともに発電機ケース部材を駆動エンジンの接続ケース部材上に固定し；空隙から心合わせボルトを除去する、各ステップからなる。

Description

発明の詳細な説明

この発明は、発電機および駆動機構としてのピストン内燃エンジンからなる発電ユニットを組み立てるための方法ならびに構成に関する。これは特に外側回転子の内部に空隙をもって配置された内側固定子の心合わせに関する。

発電機およびこれを駆動するピストン内燃エンジンからなる発電ユニットならびにその組み立て方法は従来から知られている。

例えば、本件出願人によるドイツ国特許出願公開第１００１０２４８Ａ１号公報には、固定式の電機子巻線と回転子内に配置された発電機を励磁するための永久磁石とからなる同種の発電装置が記載されており、これにおいては回転子が外側回転子としてディーゼルエンジンのはずみ車を形成し固定子は電機子巻線を支持して回転子の内部に配置されている。さらに、回転子はファンホイール上に取り付けられており、これは他方で端面側が駆動エンジンのクランク軸にフランジ付けされている。固定子は板金製の鉄組成体として形成されており、これが電機子巻線を支持するとともに、板金部材内の孔部内を貫通し板金組成体を束ね合わせている固定子ネジによって排出側に設けられた発電機ケース蓋部材の内側リングにネジ付けられている。回転子は板金製の鉄組成体として形成され、これは回転磁束を生成するための永久磁石を支持しており、板金組成体内の孔部内を貫通しこの板金組成体を束ね合わせている固定ネジによってファンホイールの外周に複数箇所ネジ付けられている。

発電機を組み立てるために、固定ネジによって回転子をファンホイールに固定し、このファンホイールは一方で端面側が駆動エンジンのクランク軸上にフランジ付けされる。その後、発電機ケース部材が固定ネジによってエンジン側の接続ケース部材に取り付けられる。固定子を発電機ケース部材に固定するために、固定子は固定子ネジを使用して発電機ケース部材のケース蓋部材上に固定される。続いて、ケース蓋部材が発電機ケース部材上に載置されそこでボルトネジによって固定される。

固定子は回転子内に非直接的に配置されているだけであるため、固定子は間接的にのみ回転子内で心合わせすることができる。従って、この固定子の心合わせは以下の組み立て許容誤差に依存するものとなり：それらは、回転子をファンホイールに固定する際の組み立て許容誤差、一方で既に一定の許容誤差をもってファンホイールまたはクランク軸に取り付けられているエンジン側の接続ケース部材上に発電機ケース部材を固定する際の組み立て許容誤差、固定子をケース蓋部材上に固定する際の組み立て許容誤差、ならびにケース蓋部材を発電機ケース部材上に固定する際の組み立て許容誤差である。最悪の場合これらの組み立て許容誤差を合算しなければならず、心合わせされた固定子の取り付けが極めて困難になる。改善された固定子の心合わせは、固定子を直接的に発電機ケース部材に固定し、少なくともケース蓋部材上への固定子の固定ならびに発電機ケース部材上へのケース蓋部材の固定に際して組み立て許容誤差を低減することによってのみ達成可能である。しかしながら、回転子内における直接的な固定子の心合わせのみを排除し得るものである。

しかしながら、正確に保持された空隙を有する回転子内における固定子の正確な心合わせが必要不可欠となる。ピストン内燃エンジンの点火の度にクランク軸が屈曲しこれがその上にフランジ付けされたファンホイールならびにその上に形成された回転子に伝達される。この屈曲に際して回転子が移動し固定子に衝突すると、大きな磨耗とそれどころか短時間のうちにおける発電ユニットの動作障害の危険性が考えられる。この種の回転子の移動は完全に阻止することができないため、受容する必要がある。これは適宜に大きな寸法を有する回転子と固定子との間の間隙によって行う必要があるが、固定子の正確な心合わせが必要となる。固定子が極僅かでも所与の心合わせされた位置から変位していると、点火によって生じた回転子の移動による回転子の固定子への衝突の危険性を除去することはできない。

従って、本発明の目的は、従来の技術における回転子内での間接的な固定子の心合わせの問題点を克服することである。前記の課題は本発明の提案において独立請求項によって解決される。本発明の好適な追加構成が従属請求項に示されている。

本発明によれば、発電機と駆動機構としてのピストン内燃エンジンとからなる発電ユニットの組み立て方法、特に外側回転子内に空隙をもって配置された内側固定子の心合わせ方法が提案されており、これは以下のステップを有している：
まず発電機の外側回転子を駆動エンジンに固定してこの駆動エンジンの駆動システムと結合し；これは例えば一方で駆動エンジンのクランク軸に端面が固定されているファンホイールに回転子を結合することによって達成される。

続いて、周囲方向に分散して配置された少なくとも２本の心合わせボルトが、放射方向に見て空隙を架橋する心合わせボルトを部分的に収容するために回転子／固定子内に設けられた心合わせ溝内に挿入される。心合わせ溝は、この心合わせ溝内に挿入された心合わせボルトが心合わせ溝から放射方向に突出する部分を有するように形成される。

その後回転子内で固定子が心合わせされ、ここで回転子内において固定子は心合わせボルトに沿って挿入される。回転子ならびに固定子の両方が心合わせ溝を有する場合、固定子の心合わせに際して既に回転子または固定子の心合わせ溝内に挿入されている心合わせボルトが空隙を介して対向している回転子あるいは固定子の心合わせ溝内に挿入される。

その後固定子が心合わせされた位置で発電機ケース部材上に固定される。このため固定子は発電機ケース部材上に固定するケース蓋部材上に固定することができる。発電機ケース部材は一方で固定子の固定の前あるいは後にエンジン側の接続ケース部材上に取り付けられる。

続いて、心合わせボルトを空隙から除去する必要がある。このことは例えば、心合わせボルトをケース蓋部材内に配置された穴部を介して発電機から抜き取ることによって実施することができる。

心合わせピンが特殊な形状、すなわちシリンダ軸に沿って平面状の切断面に切削されたシリンダ部材からなる場合、放射方向に見て心合わせ溝から突出する部分を全く有さないようになるまで心合わせピンを回転させることができる。その前提条件は、心合わせボルトが心合わせ溝内に完全な場所を得ることであり、すなわちこのような最初シリンダ形状である心合わせボルトにおいて平面状の切断面が切断面から１つの周囲点への垂直最大距離が心合わせ溝の深さ以下であるようにシリンダ内に配置される。この心合わせボルトは適宜な支持システムによってこの位置で固定され、これは例えばバネによって実施することができる。

従って、本発明によれば極めて好適な方式で回転子内における固定子の心合わせが実施される。場合によって組み立てに際して発生し得る回転子あるいはその他の構成要素の組み立て許容誤差は、従来の固定子の心合わせにおいては重要な要素であったが、ここでは無視することができる。

さらに、本発明に係る方法を実施するために適した構成が提案される。この構成は、発電機と駆動機構としてのピストン内燃エンジン、特に同期発電機とディーゼルエンジンからなる発電ユニットと、回転子内において固定子を心合わせするために設けられた心合わせピンを備えている。発電機は駆動エンジンに取り付けられた外側回転子と発電機ケース部材上に固定された内側固定子とを備えている。本発明に係る構成は、回転子または固定子が空隙に接している周囲部に空隙に向かって開口し軸方向に延在している少なくとも２つの心合わせ溝を備え、その中に心合わせボルトが放射方向に見て部分的に収容されており、その心合わせボルト上で他方の周囲面が心合わせされることを特徴とする。従って、心合わせ溝は心合わせボルトがこの心合わせ溝から放射方向に突出した部分を有するように形成されている。

本発明の特に好適な構成形態において両方の周囲面が心合わせ溝を備えており、その中に心合わせボルトが部分的に収容されている。

回転子はファンホイール上に形成することができ、これは一方で端面が駆動エンジンのクランク軸上に固定されている。さらに、回転子は例えば板金製の鉄組成体として形成することができ、これは回転磁束を生成するための永久磁石を支持するとともに孔部を介してその板金組成体内に貫通しこの板金組成体を束ね合わせている固定ネジによってファンホイールの外周上に複数箇所ネジ付けされている。

固定子は電機子巻線を支持する板金製の鉄組成体として形成することができ、孔部を介してその板金組成体内に貫通しこの板金組成体を束ね合わせている固定子ネジによって排出側に設けられた発電機ケース蓋部材の内側リング部材にネジ付けされている。

次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１および図２に示された発電装置を構成している電気機器は、駆動エンジンならびに同期発電機からなるユニットに関する。駆動エンジンとしてはディーゼルエンジンが好適であり、そのうちクランク軸１の接続側端部のみが点線で示されている。クランク軸１の端面側にはファンホイール２がネジ３によって取り付けられている。ファンホイール２は矢印Ｌの方向に向かって気流を吸引するとともに矢印Ｓ１に従ってエンジン冷却および矢印Ｓ２に従って発電機冷却を行うための羽根４を備えている。

ファンホイール２が収容された空間をエンジン側の接続ケース５が放射方向外側で囲んでおり；これはエンジンに向かって開口するとともに反対側にはシリンダ形状の発電機ケース部材８を両側の端面上で平面状に固定することによって接続するための固定ネジ７をねじ込むためのネジ穴を備えたリングフランジ６を備えている。この固定ネジ７は発電機ケース部材８の内周に沿って分散して配置され、ケース部材の全長にわたって貫通固定している。

図中において発電機ケース部材８の左側末端には発電機ケース蓋部材９が設けられており、その上に発電機の固定子１１が取り付けられている。

この実施例においては外周に沿って配分された８個の固定ネジ７が設けられているが、固定子を固定するためには６個の固定子ネジ１７で充分であり、これらは板金組成体の孔部を通じて間隔保持スリーブ２０を介してネジ付けされている。固定子１１の板金組成体の対応する断片部３８内に発電機の渦流巻線２８の巻線が収容されている。

固定子１１は回転子２９によって包囲されており、これも同様に板金組成体から形成され、これはエンジン側のネジ端部３１がファンホイール２の対応するネジ穴内にネジ付けされている固定ネジ３０によって束ね合わされている。ファンホイールとこれに取り付けられる回転子２９との間には固定ネジ３０上に差し付けられた支持スリーブ３２が固定されている。それによって回転子２９は回転ずれが生じることがないようにファンホイール２に結合されている。その内周部には約２ｍｍの狭い空隙３３が固定子に対して形成されている。さらに、回転子２９は、軸方向に貫通し略円形に２つの分節間を延在している袋部材を有しており、その中に両側から磁石要素３５が挿入され、これは本実施例において図２に示されているように極ごとにそれぞれ１０個の相互に隣接した磁石要素３５からなる２列が設けられ、これらは発電機の励磁を行う機能を果たすものである。

図２によれば、４本の固定ネジ３０によってファンホイール２上に固定された回転子２９が示されている。回転子２９の内周上には多角形状に形成された断片が設けられており、これは開口した袋部を形成しておりその中に両極の磁石要素３５が挿入されている。袋部の領域内において回転子２９の内側輪郭線が固定子１１の外側輪郭線３７とともに狭い空隙３３を定義している。回転子２９を形成している板金組成体の輪郭のみでなく、固定子を形成している板金組成体も示されており、これは巻線を収容するための断片部３８を備えている。

図２に示されているように、固定子１１を回転子２９内において心合わせするために回転子の内周面に部分円形状の断面形を有する心合わせ溝３９が切削されている。回転子の心合わせ溝３９の向かい側には固定子の外周上に心合わせ溝４１が切削されており、これも（ここでは切断されているが）部分円形の断面形状を有している。これらの心合わせ溝間には空隙が存在している。回転子および固定子の心合わせ溝３９，４１内に挿入された心合わせボルト４０が空隙３３を架橋している。

発電装置ユニットを組み立てるために、まず回転子２９が駆動エンジンのファンホイール２上に取り付けられる。続いて、シリンダ形状に形成された心合わせボルトが回転子の心合わせ溝３９内に挿入される。回転子２９の心合わせ溝は部分円形状に形成されているため、心合わせボルトは放射方向において完全には嵌合せず、従って心合わせボルトの一部は心合わせ溝から放射方向に突出する。続いて、固定子１１が回転子の心合わせ溝３９から突出してこの固定子の心合わせ溝４１内に挿入される心合わせボルトの部分が回転子内に挿入され外周が回転子に対して均等な距離を有するように配置され、すなわち回転子２９内において心合わせされる。従って、回転子２９の内周面ならびに固定子１１の外周面は心合わせボルト４０に接触している。続いて、固定子１１は心合わせされた位置においてケース蓋部材９にネジ付けされ、このケース蓋部材９は発電機ケース部材８に固定される。最後に、心合わせピン４０がケース蓋部材９内に設けられている穴部４２を通じて除去される。

以上、本発明の実施例につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特に、回転子と固定子の相対位置は対称的に交換することができ、すなわち回転子を内側回転子とし固定子を外側固定子とすることができる。

図２の線Ｉ−Ｉに沿ったエンジン／発電機ユニット軸方向断面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ったエンジン−発電機ユニットの固定子および回転子を示した断面図である。

Claims (15)

1. 特に外側回転子内に空隙をもって配置された内側固定子を心合わせするための、発電機と駆動機構としてのピストン内燃エンジンとからなる発電ユニットの組み立て方法であり：
   発電機の外側回転子（２９）を駆動エンジンに固定してこの駆動エンジンの駆動システムと結合し；
   周囲方向に分散して配置された少なくとも２本の心合わせボルト（４０）を、放射方向に見て空隙（３３）を架橋する心合わせボルト（４０）を部分的に収容するために回転子／固定子内に設けられた心合わせ溝（３９；４１）内に挿入し；
   回転子（２９）内において固定子（１１）を心合わせボルト（４０）に沿って挿入することによって回転子（２９）内で固定子（１１）を心合わせし；
   心合わせされた位置で固定子（１１）を発電機ケース部材（８）上に固定するとともに発電機ケース部材を駆動エンジンの接続ケース部材（５）上に固定し；
   空隙（３３）から心合わせボルト（４０）を除去する、
   ステップからなる方法。
2. 回転子は駆動エンジンのクランク軸（１）に端面が固定されたファンホイール（２）上に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 固定子は発電機ケース部材（８）上に固定されるケース蓋部材（９）上に固定することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 心合わせボルト（４０）はケース蓋部材（９）内に設けられている穴部（４２）を通じて除去することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 心合わせボルト（４０）を空隙（３３）から除去するために回転させることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 心合わせボルト（４０）をケース蓋部材内に設けられた穴部（４２）を通じて回転させることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 発電機と駆動機構としてのピストン内燃エンジン、特に同期発電機とディーゼルエンジンからなる発電ユニットを備え、発電機は駆動エンジンに取り付けられた外側回転子と発電機ケース部材上に固定された内側固定子からなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法を実施するための構成であり、
   回転子（２９）または固定子（１１）が空隙（３３）に接している周囲部に空隙に向かって開口し軸方向に延在している少なくとも２つの心合わせ溝（３９；４１）を備え、その中に心合わせボルト（４０）が放射方向に見て部分的に収容されており、その心合わせボルト（４０）に他方の周囲面が心合わせされて着合することを特徴とする構成。
8. 両方の周囲面に心合わせ溝（３９；４１）が設けられ、その中に心合わせボルト（４０）が部分的に収容されることを特徴とする請求項７記載の構成。
9. 回転子（２９）は駆動エンジンのクランク軸（１）に端面が固定されたファンホイール（２）上に取り付けられることを特徴とする請求項７記載の構成。
10. 回転子（２９）は永久磁石（３５）を支持する板金製の鉄組成体として構成されることを特徴とする請求項７記載の構成。
11. 固定子（１１）は電機子巻線を支持する板金製の鉄組成体として構成されることを特徴とする請求項７記載の構成。
12. 心合わせ溝（３９；４１）は部分円形の断面形状を有することを特徴とする請求項７記載の構成。
13. 心合わせボルト（４０）はシリンダ形状であることを特徴とする請求項７記載の構成。
14. 心合わせボルト（４０）はシリンダ縦軸に沿って平面状の切断面に切断されたシリンダ形状を有することを特徴とする請求項７記載の構成。
15. 発電機のケース蓋部材（９）は心合わせボルト（４０）を除去／回転させるための穴部（４２）を備えることを特徴とする請求項７記載の構成。

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