JP2017130994A - 回転電機分解装置および回転電機分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機一体構造体の分解に必要となる空間を従来より低減させる。【解決手段】実施形態によれば、回転電機分解装置１００は、ロータシャフト１１と回転子鉄心を有する回転子１０と、固定子２０と、固定子２０を固定支持する固定子枠３０とが一体となった回転電機一体構造体５０の分解に用いる。回転電機分解装置１００は、長手方向に延びて互いに平行に同一の高さ方向の位置に水平に配された２本のレール１１１と、固定子枠３０の支持脚３１を支持し、２本のレール１１１上をそれぞれ摺動しながら移動可能に形成された２組の可動板１２０と、ロータシャフト１１の両端を支持する２つのロータシャフト支持台１３１、１３２を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の分解装置および分解方法に関する。

回転電機は、回転軸方向に延びたロータシャフトおよびロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心を有する回転子と、回転子鉄心の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心と固定子鉄心の径方向の内面に形成された複数のスロット内に配された固定子コイルを有する固定子とを備える。

回転子鉄心の径方向の外面とこれに対向する固定子鉄心の径方向の内面との間には、ギャップが形成されている。回転電機の運転状態において、固定子コイルにより形成される磁力は、回転子鉄心の内部に浸透するが、ギャップの寸法が大きいと、磁気抵抗が大きくなり十分な強度の磁場が得られなくなる。したがって、製作誤差、熱膨張等を考慮して必要なギャップ寸法を確保した上で、ギャップ寸法はできるだけ小さくすることが望ましい。

特開２０１２−１６１２１２号公報 実公平６−９５６９号公報

回転電機の回転子と固定子間のギャップは、前記のように極力短い寸法としていることから、回転電機の回転子および固定子を点検する場合、回転子鉄心の径方向の外面あるいは固定子鉄心の径方向の内面の表面観察の検査であっても、このギャップを利用して検査用器具等を挿入して検査を実施することは現実的に困難である。このため、回転電機の回転子および固定子を点検する場合には、回転子鉄心が固定子鉄心に対して軸方向の外側にある状態とする必要がある。

特許文献１では、固定子で回転子の荷重を一端受けた後に、荷重を上方からの回転子の吊り下げに移行して回転子を引き抜く方法が示されている。特許文献２では、９０度回転可能な固定子受け台と、アライメントに垂直方向にレールを設けて引き抜きスペースが過大に長くならないような技術が示されている。

しかしながら、いずれにしても、回転子鉄心を固定子鉄心に対して軸方向の外側にあるように回転子を引き抜くためには、分解のためのスペースとして、そのロータシャフトの長さに加えて回転軸方向に、回転子鉄心の長さに相当する長さのスペースが必要となる。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、回転電機一体構造体を分解する場合に、必要となる空間を従来より低減させることを目的とする。

ここで、回転電機一体構造体とは、ケーシング等が除去された状態で、固定子が回転子鉄心の径方向外側に存在して全体が一体で取り扱いうる状態の回転子および固定子の総称として用いるものとする。

上述の目的を達成するため、本発明は、水平に延びたロータシャフトと前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心を有する回転子と前記回転子の径方向外側に配された円筒状の固定子と前記固定子の外側に設けられて前記固定子を固定支持する固定子枠とが一体となった回転電機一体構造体の分解に用いる回転電機分解装置であって、長手方向に延びて互いに平行に同一の高さ方向の位置に水平に配された２本のレールと、前記固定子枠の支持脚を支持し、前記２本のレール上をそれぞれ摺動しながら移動可能に形成された２組の可動板と、前記ロータシャフトの両端を支持する２つのロータシャフト支持台と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、回転電機の構成要素のうち水平に延びたロータシャフトと前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心を有する回転子と前記回転子の径方向外側に配された円筒状の固定子と前記固定子の外側に設けられて前記固定子を固定支持する固定子枠とが一体となった回転電機一体構造体の分解に用いる回転電機分解方法であって、前記回転電機の結合対象機器とのカップリングを切り離すカップリング切り離しステップと、固定子枠の支持脚が可動板上となるように回転電機一体構造体を搭載する搭載ステップと、前記ロータシャフトの両端をそれぞれロータシャフト支持台で支持するロータ支持ステップと、回転子の露出状態への移行を可能とするための障害物の取り外しを含む移動準備作業を行う移動準備ステップと、前記固定子を内蔵した状態の前記固定子枠を搭載した状態で、前記回転子鉄心が前記固定子から露出するまで可動板を回転軸方向に移動する引き抜きステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転電機一体構造体を分解する場合に、必要となる空間を従来より低減させることができる。

実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機一体構造体を示す、回転電機分解装置の側面図および回転電機の一部側断面図である。 実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機の正面図である。 実施形態に係る回転電機分解装置のレールおよび可動板を示す斜視図である。 実施形態に係る回転電機分解装置のレールおよび可動板の変形例を示す斜視図である。 実施形態に係る回転電機分解装置上で回転電機の回転子が露出した状態を示す回転電機分解装置の側面図および回転電機一体構造体の一部側断面図である。 実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機一体構造体を示す図５のＶＩ−ＶＩ線矢視図である。 実施形態に係る回転電機分解方法の手順を示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機分解方法について説明する。

図１は、実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機一体構造体を示す、回転電機分解装置の側面図および回転電機の一部立断面図である。また、図２は、回転電機分解装置および回転電機一体構造体の正面図である。

まず、分解の対象としている回転電機一体構造体５０について説明する。回転電機一体構造体５０は、ロータシャフト１１と回転子鉄心１２を有する回転子１０と、回転子鉄心１２の径方向周囲に配された固定子鉄心２１および固定子鉄心２１を貫通する固定子巻線２２を有する固定子２０、および固定子枠３０の全体が一体となった状態の構造体である。

すなわち、回転電機の分解の過程で、まず、回転電機の据付け場所（図示せず）において、たとえば、図示しないケーシングなどの取り外しの可能な部材を撤去し、また、結合対象の機器との結合を切り離す。その後に、回転子１０と固定子２０の全体を一体となって単独で取り扱いのできる状態のものを、たとえばクレーン等で吊り下げながら、回転電機分解装置１００まで移動し、回転電機分解装置１００上に搭載する。この際の単独に一体で取り扱いのできるものを、回転電機一体構造体５０と呼ぶこととしている。

固定子枠３０は、径方向の両側に設けられた２つの支持脚３１を有する。支持脚３１はそれぞれ、回転子１０の据付け場所においては、基礎（図示せず）の上に、たとえば基礎側の図示しないスタッドボルトにナットで固定されている。支持脚３１の底部は平面状に形成されている。

回転電機分解装置１００は、２本の水平方向に延びるレール１１１、このレール１１１上を移動可能な可動板１２０、２つのロータシャフト支持台１３１、１３２、回転子鉄心支持台１３５（図５）、およびこれらを支持する架構１０１を有する。

架構１０１は、鉛直方向に延びて互いに平行に配された棒状の複数の縦フレーム１０２と、レール１１１が延びる方向（以下、長手方向ともいう。）に延びて互いに平行に配された棒状の複数の横フレーム１０３とを有し、これらが互いに結合して全体の剛性が確保されている。なお、縦フレーム１０２が鉛直方向、横フレーム１０３が水平方向の場合を例にとって示したが、これに限定されない。剛性が確保されれば、それぞれの方向に対して若干の角度を有していてもよいし、あるいは、斜め方向のものがあってもよい。なお、レール１１１を支持する部分は、レール１１１が水平に設置されるように形成されている。

架構１０１は、全体としては、回転電機一体構造体５０が搭載された際に回転電機一体構造体５０の軸方向となる方向、したがって長手方向に延びている。架構１０１は、長手方向に延びて鉛直方向に拡がった２つの側部１０１ａと、この２つの側部１０１ａを互いに連結する水平で長手方向に垂直な方向に設けられた連結部１０１ｂを有する。側部１０１ａおよび連結部１０１ｂはそれぞれ、構成要素として縦フレーム１０２および横フレーム１０３を有する。

図３は、実施形態に係る回転電機分解装置のレールおよび可動板を示す斜視図である。レール１１１は、側部１０１ａのそれぞれの最上部に設けられている。２本のレール１１１の上面は、同一水平面内となるように形成されている。レール１１１の上面には、長手方向に沿って突起部ガイド溝１１１ａが形成されている。

各レール１１１の上面には、２枚の可動板１２０が設置されている。各可動板１２０は、底板１２１および２枚の側板１２２を有する。可動板１２０は、底板１２１がレール１１１の上面に接するように設置されている。また、側板１２２は、底板１２１の辺部から鉛直上方および長手方向に延びるように底板１２１に取り付けられている。

側板はそれぞれ２つの場合を示したが、１つあるいは３つ以上でもよい。また、底板と別の部材である側板が、底板に取り付けられている場合を例に説明したが、１枚の板を９０度に折り曲げて、底板と側板を形成することでもよい。

底板１２１の底部には、下方に向かって突起部１２１ａが形成されている。突起部１２１ａは、長手方向に沿って延びており、レール１１１の上面の突起部ガイド溝１１１ａに緩く嵌合しレール１１１上を長手方向に移動可能に形成されている。

底部１２１には、固定子枠３０の支持脚３１が可動板１２０上にあるときに、支持脚３１を固定するための結合孔１２３が形成されている。結合孔１２３は、据付け場所における支持脚３１の固定のためのスタッドボルトに相当するボルトをねじ込むためのめねじが形成されており、据付け場所における固定と同様の方法で支持脚３１を可動板１２０に固定可能である。また、側板１２２にも、結合孔１２４が形成されている。

可動板１２０は、それぞれのレール１１１上に１組ずつ設けられている。１組中の可動板１２０の数は、図１に示すように２つである。ただし、２つに限定されず、全体の荷重のバランス、移動時の動的なバランス等から数を設定すればよい。

可動板１２０の移動のための手段として、たとえば、レールの端部に巻き取り装置（図示せず）を設けて、それぞれの可動板１２０にワイヤを結合させてもよい。あるいは、搭載されている固定子枠３０を巻き取り装置で長手方向に牽引することでもよい。

図４は、レールおよび可動板の変形例を示す斜視図である。各可動板１２０ａは、長手方向に垂直な方向の外側と内側にそれぞれ２つの車輪１２５ａ、１２５ｂを有する。側板１２２ａは、底板１２１の底部より低い高さ位置まで下方に延びており、外側の車輪１２５ａは、側板１２２ａのこの延びている領域に支持されている。また、側板１２２ａが設けられていない側の底板１２１の側部にも下方に延びる支持板１２６が取り付けられている。内側の車輪１２５ｂは、支持板１２６により支持されている。

レール１１２には、外側の車輪１２５ａおよび内側の車輪１２５ｂが長手方向に回転移動を可能とする車輪ガイド溝１１２ａが形成されている。

ロータシャフト支持台１３１は、回転電機一体構造体５０のロータシャフト１１の一方の端部である第１カップリング４１を搭載可能に形成されている。すなわち、ロータシャフト支持台１３１の上面は、円板形状である第１カップリング４１が、ころがらず、かつずれないように形成されている。具体的には、その上面に、第１カップリング４１の軸方向位置に対応して、かつ円板の半径よりも大きな曲率半径の溝（図示せず）が形成されている。この結果、第１カップリング４１はロータシャフト支持台１３１上に安定して位置決めされる。

同様に、ロータシャフト支持台１３２は、回転電機一体構造体５０のロータシャフト１１の他方の端部である第２カップリング４２を搭載可能に形成されている。すなわち、ロータシャフト支持台１３２は、円板形状である第２カップリング４２が、ころがらず、かつずれないように形成されている。具体的には、その上面に、第２カップリング４２の軸方向位置に対応して、かつ第２カップリング４２の円板の半径よりも大きな曲率半径の溝（図示せず）が形成されている。この結果、第２カップリング４２はロータシャフト支持台１３２上に安定して位置決めされる。

なお、ロータシャフト支持台１３１およびロータシャフト支持台１３２は、長手方向に移動可能に構成されている。また、ロータシャフト支持台１３１およびロータシャフト支持台１３２の上面の高さ方向の位置は、調節可能に構成されている。

図５は、実施形態に係る回転電機分解装置上で回転電機の回転子が露出した状態を示す回転電機分解装置の側面図および回転電機一体構造体の一部立断面図である。また、図６は、実施形態に係る回転電機分解装置および回転電機一体構造体を示す図５のＶＩ−ＶＩ線矢視図である。

回転子鉄心支持台１３５は、回転子鉄心１２を下方から支持する平板状の支持台１３５ａを有する。また、回転子鉄心支持台１３５は、架構１０１の２つの側部１０１ａのそれぞれに支持される２つの脚部１３５ｂを有する。回転子鉄心支持台１３５は、直接には、回転子鉄心１２から荷重が伝達されるが、ロータシャフト１１の重量も含めて支持可能な容量を有する。

図７は、実施形態に係る回転電機分解方法の手順を示すフロー図である。

まず、回転電機の図示しないケーシングの取り外し、結合対象機器との第１カップリング４１および第２カップリング４２での切り離しなどの、移動準備を行う（ステップＳ０１）。ここで、結合対象機器は、回転電機がたとえば電動機の場合であれば駆動対象機器、たとえば発電機であれば原動機である。この段階で、回転電機は、回転電機一体構造体５０の状態となる。

なお、移動準備としては、回転電機分解装置１００が回転電機の分解場所に常設されていない場合は、回転電機分解装置１００を回転電機の分解場所まで移動することも含まれる。

次に、回転電機一体構造体５０を回転電機分解装置１００上に搭載する（ステップＳ０２）。この際、回転電機一体構造体５０の固定子枠３０の２つの支持脚３１の底部が、それぞれ可動板１２０上にあるようにする。支持脚３１と可動板１２０とは、結合孔１２３、１２４を用いて、ボルト・ナット（図示せず）で結合される。なお、状況によって、ワイヤ等で結合することでもよい。

次に、回転電機一体構造体５０のロータシャフト１１の両端である第１カップリング４１をロータシャフト支持台１３１で、また第２カップリング４２をロータシャフト支持台１３２で支持するように、ロータシャフト支持台１３１およびロータシャフト支持台１３２の高さを調節する（ステップＳ０３）。

回転電機一体構造体５０においては、ステップＳ０２の段階では、ロータシャフト１１および回転子鉄心１２の荷重は、固定子鉄心２１により支持されている。ロータシャフト支持台１３１およびロータシャフト支持台１３２の高さの調節は、回転子鉄心１２が固定子鉄心２１上に載っている状態から、回転子鉄心１２が固定子鉄心２１から僅かに離れるまで行う。この段階で、固定子鉄心２１と回転子鉄心１２間のギャップが周方向全体に形成された状態となる。

次に、回転子１０と固定子２０の相対位置を変更可能なように、たとえば、内扇などの付属物のような障害となる物を取り外し、相対位置の移動の準備を行う（ステップＳ０４）。

次に、固定子２０を内蔵した固定子枠３０を搭載した状態で、回転子鉄心１２が固定子２０から露出、具体的には固定子鉄心２１から露出するまで、全ての可動板１２０を長手方向、すなわち軸方向に移動させる（ステップＳ０５）。全ての可動板１２０は、同じ方向に同じ移動速度で移動させる。これは、たとえば、固定子枠３０を牽引することでも可能である。

回転子１０は、ロータシャフト１１の両端でロータシャフト支持台１３１およびロータシャフト支持台１３２上に搭載され、支持されている。この状態で可動板１２０に搭載された固定子２０を内蔵する固定子枠３０が軸方向に移動すると、固定子２０と回転子１０とは、長手方向に互いにずれて、回転子鉄心１２が、固定子鉄心２１から露出することになる。

回転子鉄心１２が、固定子鉄心２１から露出する状態となったら、回転子鉄心支持台１３５を設置し、回転子鉄心支持台１３５により回転子鉄心２１を直接支持する（ステップＳ０６）。

この状態において、回転電機の保守補修を実施する（ステップＳ０７）。すなわち、固定子鉄心２１から露出する状態となれば、回転子鉄心１２の径方向外側の表面、および固定子鉄心２１の径方向内側の表面に外部からアクセスすることが可能となる。ここで、保守補修とは、状態確認、点検、部品・部材の交換、部分的な修理等を言う。

保守補修を終了したら、復旧を行う（ステップＳ０８）。復旧では、分解までの手順の逆の手順を行う。

回転子鉄心を固定子鉄心から露出させるためには、従来は、回転子を軸方向に移動させて、固定子から引き抜く方法であった。このため、ロータシャフトを少なくとも固定子鉄心の長さは軸方向に移動させる必要があり、保守点検場所のスペースはこの分を確保する必要があった。

さらに、ロータシャフトのように長尺の構造物を、固定子鉄心の中心軸を軸を合わせながら正確に移動させるためには、たとえば複数個所でロータを吊って、確認しながらロータシャフトを移動させるため、多くの労力と時間を要する作業であった。

一方、本実施形態は、回転電機一体構造体の分解において、固定子側を長手方向に移動させる方式である。固定子側の移動は、ロータシャフトの軸方向の長さの範囲内で行われるため、ロータシャフトの長さを超えてスペースを必要とすることがない。したがって、必要となる空間を従来より低減させることができる。

また、固定子鉄心２１を移動させるために、レール上を移動する可動板を用いることから、作業の上での労力が軽減され作業時間も短縮できる。また、安定したレール上を移動するので、万が一の回転子鉄心と固定子鉄心との接触の生ずる可能性も大幅に低減でき、作業品質の向上を図ることができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…固定子枠、３１…支持脚、４１…第１カップリング、４２…第２カップリング、５０…回転電機一体構造体、１００…回転電機分解装置、１０１…架構、１０１ａ…側部、１０１ｂ…連結部、１０２…縦フレーム、１０３…横フレーム、１１１…レール、１１１ａ…突起部ガイド溝、１１２…レール、１１２ａ…車輪ガイド溝、１２０、１２０ａ…可動板、１２１…底板、１２１ａ…突起部、１２２、１２２ａ…側板、１２３、１２４…結合孔、１２５ａ、１２５ｂ…車輪、１２６…支持板、１３１、１３２…ロータシャフト支持台、１３５…回転子鉄心支持台、１３５ａ…支持台、１３５ｂ…脚部

Claims (8)

1. 水平に延びたロータシャフトと前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心を有する回転子と前記回転子の径方向外側に配された円筒状の固定子と前記固定子の外側に設けられて前記固定子を固定支持する固定子枠とが一体となった回転電機一体構造体の分解に用いる回転電機分解装置であって、
   長手方向に延びて互いに平行に同一の高さ方向の位置に水平に配された２本のレールと、
   前記固定子枠の支持脚を支持し、前記２本のレール上をそれぞれ摺動しながら移動可能に形成された２組の可動板と、
   前記ロータシャフトの両端を支持する２つのロータシャフト支持台と、
   を備えることを特徴とする回転電機分解装置。
2. 前記レールのそれぞれには、長手方向に突起部ガイド溝が形成され、
   前記可動板には、前記突起部ガイド溝に対応する突起部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機分解装置。
3. 前記レールのそれぞれには、長手方向に平行な２本の車輪ガイド溝が形成され、
   前記可動板は、前記車輪ガイド溝に対応する位置にそれぞれ車輪を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機分解装置。
4. 前記可動板は、前記固定子枠の径方向への移動を防止する側板を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機分解装置。
5. 前記可動板には、前記固定子枠を固定可能な結合孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機分解装置。
6. 前記回転子鉄心が前記固定子から露出した状態で前記回転子を支持する回転子鉄心支持台をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機分解装置。
7. 回転電機の構成要素のうち水平に延びたロータシャフトと前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心を有する回転子と前記回転子の径方向外側に配された円筒状の固定子と前記固定子の外側に設けられて前記固定子を固定支持する固定子枠とが一体となった回転電機一体構造体の分解に用いる回転電機分解方法であって、
   前記回転電機の結合対象機器とのカップリングを切り離すカップリング切り離しステップと、
   固定子枠の支持脚が可動板上となるように回転電機一体構造体を搭載する搭載ステップと、
   前記ロータシャフトの両端をそれぞれロータシャフト支持台で支持するロータ支持ステップと、
   回転子の露出状態への移行を可能とするための障害物の取り外しを含む移動準備作業を行う移動準備ステップと、
   前記固定子を内蔵した状態の前記固定子枠を搭載した状態で、前記回転子鉄心が前記固定子から露出するまで可動板を回転軸方向に移動する引き抜きステップと、
   を有することを特徴とする回転電機分解方法。
8. 前記引き抜きステップの後に、回転子鉄心支持台を設置して前記回転子の荷重を受ける回転子支持ステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の回転電機分解方法。

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