JP2021035186A - 固定子トルク伝達構造、電動機駆動システム、および固定子トルク伝達構造の組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子トルクの伝達を確実に行い、かつ、分解、組立てを容易にする。【解決手段】固定子トルク伝達構造２００は、回転電機と、駆動部外被構造６とを備えた電動機駆動システムにおいて、固定子トルクを駆動部外被構造６に伝達する。固定子トルク伝達構造２００は、回転トルクに抗して固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造２１０と、固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造とを具備する。軸方向拘束構造２２０は、部分円弧状の第１テーパキー２２１と、第１テーパキー２２１と密着しキー溝６ｘ内に挿入可能な第２テーパキー２２３と、第１テーパキー２２１および第２テーパキー２２３の第１ボルト貫通孔２２１ａ、２２３ａを貫通し、固定子フレーム４０のねじ穴４１ｓと螺合可能な第１ボルト２２２と、第２テーパキー２２３の第２ボルト貫通孔２２３ｂを貫通し駆動部外被構造６のねじ穴６ｓと螺合可能な第２ボルト２２４とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、固定子トルク伝達構造、これを備える電動機駆動システム、および固定子トルク伝達構造の組み立て方法に関する。

回転電機のうち、同期機においては、磁石としての機能を有する回転子が、固定子によって生成される回転磁界に追従して回転する。また、誘導機においては、固定子により生成される回転磁界により回転子側に誘導起電力が生じこの結果回転子に流れる誘導電流により、回転子が固定子による回転磁界に追従して回転する。

このように、固定子側の回転磁界により、回転子には回転トルクが生じ、固定子側と回転子側とは電磁気的に結合している。このため、回転子に回転トルクが生じているときは、固定子側にはその反力として逆方向のトルクが生じる。固定子側に付加されたこのトルクは、最終的には、回転電機を支持している構造物、さらには基礎に伝達される。

米国特許出願公開ＵＳ２０１４／００７７６６５Ａ１明細書

大型機になると、回転トルクが大きくなることから、固定子からその支持構造物へのトルクの伝達を確実に行う必要がある。たとえば、圧力容器に内蔵された回転電機において、回転電機を軸方向に拘束する構造と、周方向に拘束する構造とを組み合わせて、トルクを伝達する例が知られている（特許文献１参照）。

この例に示す圧力容器のような外側の構造物、すなわち外被構造の中に収納されている回転電機の場合、通常の状態において、トルクを確実に伝達する構造であるとともに、回転電機のメンテナンス時には、分解、組立てが容易であることが重要である。

そこで、本発明は、固定子トルク伝達構造において、固定子トルクの伝達を確実に行い、かつ、固定子トルク伝達構造の分解、組立てを容易にすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る固定子トルク伝達構造は、回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、円筒状で内面に周方向にキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造とを備えた電動機駆動システムにおいて、前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達する固定子トルク伝達構造であって、前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造と、を具備し、前記軸方向拘束構造は、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、一方の面は径方向外側になるほど厚みが増すようなテーパが形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔を有する第１テーパキーと、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に軸方向に隣接するように配されて、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に対向する面は径方向外側になるほど薄くなり前記第１テーパキーと密着するように形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔および径方向に貫通するように形成された第２ボルト貫通孔を有し、前記キー溝内に挿入可能な第２テーパキーと、前記第１テーパキーおよび前記第２テーパキーのそれぞれの前記第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴と螺合可能な第１ボルトと、前記第２テーパキーの前記第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴と螺合可能な第２ボルトと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電動機駆動システムは、回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、円筒状で内面に円周に沿ってキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造と、前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達する固定子トルク伝達構造と、を備えた電動機駆動システムであって、前記固定子トルク伝達構造は、前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造と、を具備し、前記軸方向拘束構造は、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、一方の面は径方向外側になるほど厚みが増すようなテーパが形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔を有する第１テーパキーと、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に軸方向に隣接するように配されて、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に対向する面は径方向外側になるほど薄くなり前記第１テーパキーと密着するように形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔および径方向に貫通するように形成された第２ボルト貫通孔を有し、前記キー溝内に挿入可能な第２テーパキーと、前記第１テーパキーおよび前記第２テーパキーのそれぞれの前記第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴と螺合可能な第１ボルトと、前記第２テーパキーの前記第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴と螺合可能な第２ボルトと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る固定子トルク伝達構造の組み立て方法は、回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、円筒状で内面に円周に沿ってキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造とを備えた電動機駆動システムにおいて、前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達するために、前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造とを具備する固定子トルク伝達構造の組み立て方法であって、第１テーパキーおよび第２テーパキーのそれぞれの第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴に第１ボルトを螺合させる第１ボルト締結ステップと、前記第２テーパキーの第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴に第２ボルトを螺合させる第２ボルト締結ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、固定子トルク伝達構造において、固定子トルクの伝達を確実に行い、かつ、固定子トルク伝達構造の分解、組立てを容易にすることができる。

実施形態に係る電動機駆動システムの構成を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの構成を示す部分外形図である。 実施形態に係る固定子トルク伝達構造の周方向拘束構造の構成を示す縦断面図である。 実施形態に係る固定子トルク伝達構造の軸方向拘束構造の構成を示す図５のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 実施形態に係る固定子トルク伝達構造の軸方向拘束構造の構成を示す図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法を示すフロー図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造の取り付けステップの詳細を示すフロー図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造の取り付けステップにおけるテーパピン挿入前の状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造の取り付けステップにおけるテーパピン挿入後の状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造の取り付けステップにおける押しねじによるテーパピンの押し込み後の状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造の取り付けステップにおける回転電機との結合後の状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップの詳細を示すフロー図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップにおける第１テーパキーおよび第２テーパキーの設定前の状態を示す部分横断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップにおける第１テーパキーおよび第２テーパキーの設定前の状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップにおける第１ボルトを設定した状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップにおける第２ボルトの設定前の状態を示す部分横断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の組み立て方法のうち、軸方向拘束構造の取り付けステップにおける第２ボルトを設定した状態を示す図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法を示すフロー図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法のうち、周方向拘束構造の取り外しステップの詳細を示すフロー図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法のうち、周方向拘束構造の取り外しステップにおいて押しねじを取り外した状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法のうち、周方向拘束構造の取り外しステップにおいてねじ棒を取り付けた状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法のうち、周方向拘束構造の取り外しステップにおいて押さえ板を設定し、ねじ棒にナットを螺合させた状態を示す部分縦断面図である。 実施形態に係る電動機駆動システムの回転電機側の分解方法のうち、周方向拘束構造の取り外しステップにおいてねじ棒に螺合させたナットを回してテーパピンを引き抜いた状態を示す部分縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る固定子トルク伝達構造、これを備える電動機駆動システム、固定子トルク伝達構造の組み立て・分解方法、および分解治具について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る電動機駆動システム１の構成を示す縦断面図である。

電動機駆動システム１は、駆動対象２、駆動対象２を収納する駆動対象外被構造３、回転電機１００、回転電機１００を収納する駆動部外被構造５、および固定子トルク伝達構造２００を有する。

以下、電動機駆動システム１として、駆動対象２および回転電機１００が、それぞれ駆動対象外被構造３および駆動部外被構造５内に収納されている場合を例にとって示す。なお、駆動対象２および駆動対象外被構造３については、その一部のみを示しており、他の部分の表示を省略している。

駆動対象２は、たとえばポンプである。回転電機１００は、駆動対象２を駆動する。ここで、駆動対象外被構造３および駆動部外被構造５は、たとえば圧力容器などである。

回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、軸受３１、および固定子フレーム４０を有する。

回転子１０は、ロータシャフト１１、ロータシャフト１１に取り付けられた回転子鉄心１２、周方向に互いに間隔をあけて配され回転子鉄心１２を軸方向の両外側に貫通する複数の回転子バー１３、および回転子バー１３の両端をそれぞれ電気的に結合する２つのエンドリング１４を有する。ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２を挟んだ軸方向の両側の部分で、軸受３１により回転可能に支持される。ロータシャフト１１の一方の端部には、駆動対象２にトルクを伝達するためのカップリング部１１ａが設けられている。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に空隙を介して配され軸方向に積層された複数の電磁鋼板を有する円筒状の固定子鉄心２１、固定子鉄心２１内を貫通する固定子巻線２２、固定子鉄心２１を軸方向の両側から挟む２つの内側クランパ２３、および内側クランパ２３の両外側から固定子鉄心２１を拘束する２つの外側クランパ２４を有する。外側クランパ２４により、固定子２０は軸方向に締め付けられて一体化する。

固定子フレーム４０は、円筒状の固定子外筒４１および固定子外筒４１の両端を閉止するように取り付けられた結合側軸受ブラケット４２および反結合側軸受ブラケット４３を有する。結合側軸受ブラケット４２はカップリング部１１ａに近い側に、反結合側軸受ブラケット４３はカップリング部１１ａに遠い側に配されている。結合側軸受ブラケット４２および反結合側軸受ブラケット４３は、それぞれ軸受３１を静止支持する。固定子外筒４１の内面には、外側クランパ２４が接しており、外側クランパ２４は、固定子外筒４１を径方向外側から径方向内側に向かって貫通する複数のキー２４ｋによって固定子外筒４１に固定されている。

駆動部外被構造５は、円筒状の駆動部外被構造胴部６、駆動部外被構造胴部６の駆動対象外被構造３に近い側の端部に取り付けられた駆動部外被構造端板７、および、駆動部外被構造胴部６の他の端部に設けられた駆動部外被構造蓋８を有する。駆動部外被構造蓋８は、駆動部外被構造胴部６に複数の図示しないボルトにより脱着可能に取り付けられている。駆動部外被構造端板７には、その中央に、ロータシャフト１１を貫通させ、かつ、駆動部外被構造５の内部空間と駆動対象外被構造３の内部空間とを連通する開口７ｈが形成されている。駆動部外被構造端板７は、径方向外側にフランジ７ｆが形成されている。

駆動部外被構造胴部６の内面には、回転電機１００の駆動部外被構造蓋８に近い側の端部の近傍に、キー溝６ａが形成されている。

駆動部外被構造５は、駆動部外被構造脚９（図２）を有するが、図１では表示を省略している。また、回転電気１００の冷却のために、ポンプ等の駆動対象２から冷却用の流体の供給を受けるために、駆動部外被構造５のいずれかの部分に、駆動対象２の吐出側と接続するためのノズル等が設けられる場合があるが、図示は省略している。

駆動対象外被構造３は、駆動対象２を収納する。駆動対象外被構造３の駆動部外被構造５に近い側には、駆動部外被構造端板７のフランジ７ｆに対向するようにフランジ３ａが形成されている。

固定子トルク伝達構造２００は、周方向拘束構造２１０および軸方向拘束構造２２０を有する。

周方向拘束構造２１０は、固定子外筒４１の結合側軸受ブラケット４２側の部分と駆動部外被構造端板７とを結合し、回転方向に抗するように固定子外筒４１を拘束する。軸方向拘束構造２２０は、駆動部外被構造胴部６に形成されたキー溝６ａにおいて、固定子外筒４１の反結合側軸受ブラケット４３側の部分を軸方向および回転方向に拘束する。

図２は、実施形態に係る電動機駆動システム１の構成を示す外形図である。駆動対象外被構造３のフランジ３ａの近傍には、アクセス用開口３ｈが形成されており、通常時は、図示しない蓋が取り付けられている。アクセス用開口３ｈは、周方向に互いに間隔をもって形成されている。回転電機１００の停止状態において、この蓋を取り外すと、アクセス用開口３ｈから、周方向拘束構造２１０にアクセスが可能である。また、アクセス用開口３ｈからカップリング部１１ａの結合を外す作業を行うことが可能である。アクセス用開口３ｈの数および位置は、駆動対象外被構造３の強度および作業時のアクセス性から適切に設定すればよい。

駆動部外被構造５は、駆動部外被構造胴部６の外側の底部に取り付けられた、たとえば、４つの駆動部外被構造脚９を有する。駆動部外被構造脚９は、電動機駆動システム１の設置場所である基礎部分に固定されている。

図３は、実施形態に係る固定子トルク伝達構造２００の周方向拘束構造２１０の構成を示す縦断面図である。

周方向拘束構造２１０は、テーパピン２１１、押しねじ２１２を有する。また、駆動部外被構造端板７に形成された外被側テーパ孔７ａと外被側ねじ穴７ｂ、および固定子フレーム４０の固定子外筒４１に形成された固定子フレームテーパ孔４１ｈは、周方向拘束構造２１０を構成する。

テーパピン２１１は、図３において右側の端部から左側の端部に向けて、径が直線的に増加している。なお、テーパピン２１１は、全長にわたってテーパが形成されていなくともよく、少なくとも、一方の端部から直線的に径が増加している部分を有し、残る部分は一部円柱状でもよい。

外被側テーパ孔７ａおよび外被側ねじ穴７ｂは、駆動部外被構造端板７に、周方向に互いに間隔をあけて複数が形成されている。また、固定子フレームテーパ孔４１ｈは、固定子フレーム４０の固定子外筒４１の端部の外被側テーパ孔７ａに対応する位置に形成されている。なお、固定子外筒４１の端部を結合側軸受ブラケット４２が覆っている場合には、固定子フレームテーパ孔４１ｈは、結合側軸受ブラケット４２に形成される。

駆動部外被構造端板７と固定子外筒４１とが結合した状態において、外被側テーパ孔７ａと固定子フレームテーパ孔４１ｈとが相俟って、直線的に径が縮小しテーパ状のテーパピン２１１と嵌合可能なテーパ孔を形成する。テーパピン２１１の太径側の端部には、軸方向に、後述するねじ棒２１３（図２１）と螺合可能なねじ穴２１１ａが形成されている。この結果、ねじ棒２１３によりテーパピン２１１の軸方向への引き出しが可能となる。

外被側ねじ穴７ｂは外被側テーパ孔７ａの軸方向の外側、すなわち、駆動部外被構造端板７の内側の部分（図３において左側）に形成されている。外被側ねじ穴７ｂと押しねじ２１２は、互いに螺合可能に形成されている。押しねじ２１２の第1の端面は平面状であり、この第１の端面がテーパピン２１１の太径側の平面状の端面に接触しながら、押しねじ２１２が回転可能である。押しねじ２１２の第２の端面側には、図示しないトルクレンチ等で押しねじ２１２を回せるように、取り合い穴２１２ａが形成されている。

図４は、実施形態に係る固定子トルク伝達構造２００の軸方向拘束構造２２０の構成を示す図５のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。

軸方向拘束構造２２０は、第１テーパキー２２１、第２テーパキー２２３、第１ボルト２２２、第２ボルト２２４、固定子フレーム４０の固定子外筒４１に形成された固定子フレームねじ穴４１ｓ、駆動部外被構造胴部６に形成されたキー溝６ａ、貫通孔６ｈおよびねじ穴６ｓを有する。

キー溝６ａは、断面が矩形であり、駆動部外被構造胴部６の部分の内面に、周方向に形成されている。キー溝６ａは、図１に示すように全周にわたり形成されていてもよいし、周方向の複数個所にそれぞれ形成されていてもよい。キー溝６ａが形成されている軸方向の位置は、固定子フレーム４０の固定子外筒４１の、反結合側軸受ブラケット４３（図１）側の端部の近傍である。

第１テーパキー２２１および第２テーパキー２２３は、部分円弧状であり、軸方向に見た形状は互いにほぼ同一である。第１テーパキー２２１の径方向外側の第１テーパキー外周面２２１ｅおよび第２テーパキー２２３の径方向外側の第２テーパキー外周面２２３ｅの曲率半径は、キー溝６ａのキー溝内周面６ｘの曲率半径とほぼ等しい。すなわち、第１テーパキー２２１の第１テーパキー外周面２２１ｅが、キー溝６ａのキー溝内周面６ｘに接触した場合には、大きなガタが生じない程度に接触できるものとする。

第１テーパキー２２１を回転電機１００に近い側にして第１テーパキー２２１と第２テーパキー２２３とを同じ方向にして重ねたときの、互いに接触する面は、それぞれ、傾斜している。第１テーパキー２２１の第２テーパキー２２３に対向する第１テーパキーテーパ面２２１ｔ、および第２テーパキー２２３の第１テーパキー２２１に対向する第２テーパキーテーパ面２２３ｔには、それぞれ、互いに反対方向に等しい傾斜のテーパ面が形成されている。

固定子外筒４１には、それぞれの第１テーパキー２２１に対応する位置に２つずつの固定子フレームねじ穴４１ｓが形成されている。また、第１テーパキー２２１には２つの第１ボルト貫通孔２２１ａが、第２テーパキー２２３には２つの第１ボルト貫通孔２２３ａが、それぞれ形成されている。また、第２テーパキー２２３の中央には、第１テーパキー２２１に向かう方向に貫通し、分解時に使用する第３ボルト（図示せず）と螺合するねじ穴２２３ｃが形成されている。なお、ねじ穴２２３ｃは、中央に一つに限定されず、たとえば、２つを左右に設けたり、３つ以上でもよい。

軸方向拘束構造２２０が取り付けられた状態において、第１テーパキー２２１と第２テーパキー２２３を、２つの第１ボルト２２２が貫通し、固定子フレームねじ穴４１ｓと螺合している。第１ボルト貫通孔２２１ａおよび第１ボルト貫通孔２２３ａの内径は、第１ボルト２２２の外径よりも大きく、いわゆる馬鹿穴である。ただし、第１ボルト貫通孔２２１ａおよび第１ボルト貫通孔２２３ａの内径は、第１ボルト２２２の頭の径よりは小さいものとする。

駆動部外被構造胴部６には、２つの貫通孔６ｈが形成されている。また、その奥の延長方向には、ねじ穴６ｓが形成されている。また、第２テーパキー２２３には、２つの貫通孔６ｈに対応するように２つの第２ボルト貫通孔２２３ｂが形成されている。第２ボルト貫通孔２２３ｂの内径は、第２ボルト２２４の外径よりも大きく、いわゆる馬鹿穴である。ただし、第２ボルト貫通孔２２３ｂの内径は、第２ボルト２２４の頭の径よりは小さいものとする。軸方向拘束構造２２０が取り付けられた状態において、第２テーパキー２２３の第２ボルト貫通孔２２３ｂおよび駆動部外被構造胴部６の貫通孔６ｈを、それぞれ第２ボルト２２４が貫通し、駆動部外被構造胴部６のねじ穴６ｓと螺合している。

ここで、２つの第２ボルト２２４で第２テーパキー２２３を締め付けた場合に、第２テーパキー２２３は、径方向外側に移動するとともに、第１テーパキーテーパ面２２１ｔと第２テーパキーテーパ面２２３ｔが互いにスライドすることにより、第２テーパキー２２３は軸方向に固定子外筒４１から離れていく。この場合に、第２テーパキー外周面２２３ｅが、キー溝６ａの内部に移動し、かつ、第２テーパキー外周面２２３ｅがキー溝内周面６ｘに接触しないように、キー溝６ａの端面６ｙと固定子フレーム端面４１ｙとの間隔Ｌが設定されている。固定子フレーム端面４１ｙは、固定子外筒４１の端面である。

なお、固定子外筒４１の端部を反結合側軸受ブラケット４３が覆っている場合には、固定子フレームねじ穴４１ｓは反結合側軸受ブラケット４３に形成される。また、固定子フレーム端面４１ｙは、固定子外筒４１の端面ではなく、反結合側軸受ブラケット４３の外側表面となる。

この状態においては、回転電機１００が固定子外筒４１の部分において、軸方向拘束構造２２０を介して駆動部外被構造胴部６により拘束される。この際、回転方向すなわち周方向の拘束は、第２テーパキー２２３とキー溝６ａの端面との間の摩擦力によりなされる。

以上のように構成された本実施形態に係る固定子トルク伝達構造２００において、周方向拘束構造２１０は、周方向を荷重すなわち、回転子１０の回転トルクの反力として固定子２０に付加される回転トルクを、駆動部外被構造５に確実に伝達する。また、軸方向拘束構造２２０は、回転電機１００を駆動部外被構造５によって軸方向に拘束するとともに、周方向拘束構造２１０と相俟って固定子２０に付加される回転トルクを、駆動部外被構造５に伝達する。

次に、以上のように構成された本実施形態による電動機駆動システム、固定子トルク伝達構造についての組み立て、分解方法を説明する。

図６は、実施形態に係る電動機駆動システム１の回転電機１００側の組み立て方法を示すフロー図である。電動機駆動システム１の回転電機１００側の組立てステップＳ１００は、以下の通りである。

まず、駆動対象側および外被構造の設置を行う（ステップＳ１１０）。詳細には、駆動対象外被構造３、駆動対象２、および駆動部外被構造５を設置する。この際、駆動対象外被構造３と駆動部外被構造５とは、駆動対象外被構造３のフランジ３ａと駆動部外被構造５側のフランジ７ｆとにより結合されている。また、駆動対象外被構造３については、アクセス用開口３ｈが開放されているものとする。また、駆動部外被構造５については、駆動部外被構造蓋８が外されているものとする。なお、特に記載しないが、最終的には、アクセス用開口３ｈの閉止、および駆動部外被構造蓋８の取り付けが行われるものとする。

次に、固定子トルク伝達構造２００のうちの周方向拘束構造２１０の取り付けを行う（ステップＳ１２０）。

図７は、実施形態に係る電動機駆動システム１の回転電機１００側の組み立て方法のうち、周方向拘束構造２１０の取り付けステップ（Ｓ１２０）の詳細を示すフロー図である。

ステップＳ１２０においては、まず、複数の外被側テーパ孔７ａのそれぞれにテーパピン２１１を挿入する（ステップＳ１２１）。

図８は、テーパピン２１１挿入前の状態を示す部分縦断面図である。また、図９は、テーパピン２１１挿入後の状態を示す部分縦断面図である。

この際、テーパピン２１１の挿入の程度は、互いに同一である必要はない。

次に、押しねじ２１２をトルク管理しながら回転させ、テーパピン２１１の押込みを行う（ステップＳ１２２）。

具体的には、まず、図９に示す押しねじ２１２を外被側ねじ穴７ｂに螺合させる。次に、押しねじ２１２の取り合い穴２１２ａでたとえばトルクレンチと結合させ、トルクレンチにより所定のトルクまで、押しねじ２１２を回して、テーパピン２１１を外被側テーパ孔７ａ内に押し込む。この結果、テーパピン２１１は、それぞれ、駆動部外被構造端板７の反対側の面から突出した状態となる。

図１０は、押しねじによるテーパピンの押し込み後の状態を示す部分縦断面図である。

次に、図６に示すように、回転電機１００の挿入、周方向拘束構造２１０との結合を行う（ステップＳ１３０）。具体的には、まず、回転電機１００を駆動部外被構造５内に挿入する。回転電機１００が駆動部外被構造５の駆動部外被構造端板７に近接する際に、駆動部外被構造端板７の反対側の面から突出したテーパピン２１１をガイドとして、固定子外筒４１に形成された固定子フレームテーパ孔４１ｈとテーパピン２１１とが嵌合するようにして、固定子外筒４１と駆動部外被構造端板７とを結合する。

図１１は、回転電機挿入後の状態を示す部分縦断面図である。

次に、図６に示すように、軸方向拘束構造２２０の取り付けを行う（ステップＳ１４０）。

図１２は、軸方向拘束構造の取り付けステップ１４０の詳細を示すフロー図である。図１３は、第１テーパキー２２１および第２テーパキー２２３の取り付け前の状態を示す。

軸方向拘束構造の取り付けステップ１４０においては、まず、第１テーパキー２２１および第２テーパキー２２３を、第１ボルト２２２により、固定子フレーム４０に接続する（ステップＳ１４１）。具体的には、第１ボルト２２２を、第２テーパキー２２３の第１ボルト貫通孔２２３ａおよび第１テーパキー２２１の第１ボルト貫通孔２２１ａを貫通させ、第１ボルト２２２を固定子フレーム４０の固定子外筒４１に形成された固定子フレームねじ穴４１ｓに螺合させ、第２テーパキー２２３と第１テーパキー２２１を固定子フレーム４０に取り付ける。

図１５は、第１ボルト２２２を設定した状態を示す部分断面図である。すなわち、第１テーパキー２２１および第２テーパキー２２３を、第１ボルト２２２により、固定子フレーム４０の固定子外筒４１に取り付けた状態を示す。

次に、図１２に示すように、第２テーパキー２２３を、第２ボルト２２４により駆動部外被構造５に接続する（ステップＳ１４２）。図１６は、第２ボルトの設定前の状態を示す部分横断面図である。具体的には、第２テーパキー２２３に形成された第２ボルト貫通孔２２３ｂおよび駆動部外被構造胴部６のキー溝内周面６ｘから径方向外側に向かって形成された貫通孔６ｈに、第２ボルト２２４を挿通させ、貫通孔６ｈの奥側に形成されたねじ穴６ｓと第２ボルト２２４を螺合させ、締め付ける。この結果、第２テーパキー２２３は、キー溝６ａ内に押し込まれる。

図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図であり、第２テーパキー２２３が第２ボルト２２４によってキー溝６ａ内に押し込まれた状態を示している。

以上のように構成された本実施形態による固定子トルク伝達構造２００においては、周方向拘束構造２１０の組立てが容易であり、かつ複数のテーパピン２１１の押し込み力が互いに同じトルク管理値のもとに管理されていることから、外被側テーパ孔７ａ側へのテーパピン２１１の突出長さも互いに同等となる。この結果、周方向拘束構造２１０を介しての駆動部外被構造５と回転電機１００との結合において周方向の結合力のばらつきを抑えることができ、安定なトルク伝達が可能となる。また、軸方向拘束構造２２０の組み立てについても、２段階で実施することにより確実にかつ容易に行うことができる。

図１８は、実施形態に係る電動機駆動システム１の回転電機１００側の分解方法を示すフロー図である。電動機駆動システム１の回転電機１００側の分解ステップＳ２００は、以下の通りである。

まず、駆動部外被構造５の駆動部外被構造蓋８の取り外しを行う（ステップＳ２１０）。具体的には、駆動部外被構造蓋８と駆動部外被構造胴部６とを結合しているボルトを取り外して、駆動部外被構造蓋８を駆動部外被構造胴部６から取り外す。

次に、軸方向拘束構造２２０の取り外しを行う（ステップＳ２２０）。具体的には、電動機駆動システム１の回転電機１００側の組み立てステップＳ１００における軸方向拘束構造２２０の取り付けステップ１４０の手順の逆の手順で行う。その後、第３ボルトを第２テーパキー２２３のねじ穴２２３ｃに螺合させ、第３ボルト（図示せず）の先端を駆動部外被構造胴部６の内周面６ｘに押し当てることで第２テーパキー２２３を取り外す。すると、第１テーパキー２２１を容易に取り外すことができる。

次に、周方向拘束構造２１０の取り外しを行う（ステップＳ２３０）。

図１９は、周方向拘束構造の取り外しステップＳ２３０の詳細を示すフロー図である。

周方向拘束構造の取り外しステップＳ２３０においては、まず、押しねじ２１２を取り外す（ステップＳ２３１）。

図２０は、軸方向拘束構造の取り外しステップＳ２３０において押しねじ２１２を取り外した状態を示す部分縦断面図である。

次に、ねじ棒２１３（図２１）をテーパピン２１１に形成されたテーパピン側ねじ穴２１１ａに螺合させる（ステップＳ２３２）。

図２１は、周方向拘束構造の取り外しステップにおいてねじ棒２１３を取り付けた状態を示す部分縦断面図である。ねじ棒２１３はテーパピン側ねじ穴２１１ａの奥まで届くように緩みなく螺合させる。また、次のステップのために、押さえ板２１４およびナット２１５を準備する。

ねじ棒２１３は、軸方向の一方の端部から軸方向の途中までには、テーパピン側ねじ穴２１１ａに螺合する第１のおねじ２１３ａが形成されている。また、ねじ棒２１３の軸方向の他方の端部から軸方向の途中までには、ナット２１５に螺合する第２のおねじ２１３ｂが形成されている。また、押さえ板２１４には、ねじ棒２１３が貫通する貫通孔が形成されている。

次に、押さえ板２１４とナット２１５により、ねじ棒２１３とテーパピン２１１を一体で引き出す（ステップＳ２３３）。具体的には、まず、押さえ板２１４を挟んで、ナット２１５とねじ棒２１３を螺合させる。図２２は、周方向拘束構造の取り外しステップにおいて押さえ板２１４を設定し、ねじ棒２１３にナット２１５を螺合させた状態を示す部分縦断面図である。

なお、第１のおねじ２１３ａと第２のおねじ２１３ｂのそれぞれのおねじの形成された方向は、ナット２１５により締め付ける際に、ねじ棒２１３とテーパピン２１１との螺合状態が緩まないような方向に、互いに形成されている。

次に、ナット２１５をさらに回転させることにより、ねじ棒２１３を軸方向の外側に移動させる。ねじ棒２１３はテーパピン２１１に螺合しねじ棒は２１３とテーパピン２１１とは一体となっていることから、テーパピン２１１が軸方向外側に引き抜かれ、テーパピン２１１を固定子フレームテーパ孔４１ｈから外すことができる。

図２３は、周方向拘束構造２１０の取り外しステップにおいてねじ棒２１３に螺合させたナット２１５を回してテーパピン２１１を引き抜いた状態を示す部分縦断面図である。

以上のように、周方向拘束構造２１０および軸方向拘束構造２２０の分解についても、確実にかつ容易に行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る固定子トルク伝達構造は、トルクを確実に伝達するとともに、容易に分解、組立てが可能である。

［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。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。

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。

１…電動機駆動システム、２…駆動対象、３…駆動対象外被構造、３ａ…フランジ、３ｈ…アクセス用開口、５…駆動部外被構造、６…駆動部外被構造胴部、６ａ…キー溝、６ｈ…貫通孔、６ｓ…ねじ穴、６ｘ…キー溝内周面、６ｙ…キー溝端面、７…駆動部外被構造端板、７ａ…外被側テーパ孔、７ｂ…外被側ねじ穴、７ｆ…フランジ、７ｈ…開口、８…駆動部外被構造蓋、９…駆動部外被構造脚、１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…カップリング部、１２…回転子鉄心、１３…回転子バー、１４…エンドリング、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、２３…内側クランパ、２４…外側クランパ、２４ｋ…キー、３１…軸受、４０…固定子フレーム、４１…固定子外筒、４１ａ…固定子フレームねじ穴、４１ｈ…固定子フレームテーパ孔、４１ｓ…固定子フレームねじ穴、４１ｙ…固定子フレーム端面、４２…結合側軸受ブラケット、４３…反結合側軸受ブラケット、１００…回転電機、２００…固定子トルク伝達構造、２１０…周方向拘束構造、２１１…テーパピン、２１１ａ…ねじ穴、２１２…押しねじ、２１２ａ…取り合い穴、２１３…ねじ棒、２１３ａ…第１のおねじ、２１３ｂ…第２のおねじ、２１４…押さえ板、２１５…ナット、２２０…軸方向拘束構造、２２１…第１テーパキー、２２１ａ…第１ボルト貫通孔、２２１ｅ…第１テーパキー外周面、２２１ｔ…第１テーパキーテーパ面、２２２…第１ボルト、２２３…第２テーパキー、２２３ａ…第１ボルト貫通孔、２２３ｂ…第２ボルト貫通孔、２２３ｃ…ねじ穴、２２３ｅ…第２テーパキー外周面、２２３ｔ…第２テーパキーテーパ面、２２４…第２ボルト

Claims (4)

1. 回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、円筒状で内面に周方向にキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造とを備えた電動機駆動システムにおいて、前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達する固定子トルク伝達構造であって、
   前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、
   前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造と、
   を具備し、
   前記軸方向拘束構造は、
   前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、一方の面は径方向外側になるほど厚みが増すようなテーパが形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔を有する第１テーパキーと、
   前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に軸方向に隣接するように配されて、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に対向する面は径方向外側になるほど薄くなり前記第１テーパキーと密着するように形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔および径方向に貫通するように形成された第２ボルト貫通孔を有し、前記キー溝内に挿入可能な第２テーパキーと、
   前記第１テーパキーおよび前記第２テーパキーのそれぞれの前記第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴と螺合可能な第１ボルトと、
   前記第２テーパキーの前記第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴と螺合可能な第２ボルトと、
   を有することを特徴とする固定子トルク伝達構造。
2. 前記第２テーパキーには、第１テーパキーに向かう方向に貫通し、分解時に使用するボルトと螺合する少なくとも一つのねじ穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固定子トルク伝達構造。
3. 回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、
   円筒状で内面に円周に沿ってキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造と、
   前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達する固定子トルク伝達構造と、
   を備えた電動機駆動システムであって、
   前記固定子トルク伝達構造は、
   前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、
   前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造と、
   を具備し、
   前記軸方向拘束構造は、
   前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、一方の面は径方向外側になるほど厚みが増すようなテーパが形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔を有する第１テーパキーと、
   前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に軸方向に隣接するように配されて、前記キー溝に嵌合するように部分円弧状に形成され、前記第１テーパキーの前記テーパが形成された面に対向する面は径方向外側になるほど薄くなり前記第１テーパキーと密着するように形成され、回転軸方向に貫通するように形成された第１ボルト貫通孔および径方向に貫通するように形成された第２ボルト貫通孔を有し、前記キー溝内に挿入可能な第２テーパキーと、
   前記第１テーパキーおよび前記第２テーパキーのそれぞれの前記第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴と螺合可能な第１ボルトと、
   前記第２テーパキーの前記第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴と螺合可能な第２ボルトと、
   を有することを特徴とする電動機駆動システム。
4. 回転子と、固定子と、前記固定子を囲むように前記固定子の径方向および軸方向の外側に配されて前記固定子を支持する固定子フレームとを有する回転電機と、円筒状で内面に円周に沿ってキー溝が形成され前記回転電機を収納する駆動部外被構造とを備えた電動機駆動システムにおいて、前記回転子を駆動する回転トルクの反力として前記固定子に付加されるトルクを前記外被に伝達するために、前記固定子を周方向に拘束する周方向拘束構造と、前記固定子を軸方向に拘束する軸方向拘束構造とを具備する固定子トルク伝達構造の組み立て方法であって、
   第１テーパキーおよび第２テーパキーのそれぞれの第１ボルト貫通孔を貫通し、前記固定子フレームに形成されたねじ穴に第１ボルトを螺合させる第１ボルト締結ステップと、
   前記第２テーパキーの第２ボルト貫通孔を貫通し、前記駆動部外被構造に形成されたねじ穴に第２ボルトを螺合させる第２ボルト締結ステップと、
   を有することを特徴とする固定子トルク伝達構造の組み立て方法。

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