JP5331049B2

JP5331049B2 - 回転電機の回転子挿入装置および挿入方法

Info

Publication number: JP5331049B2
Application number: JP2010095110A
Authority: JP
Inventors: 由敬落合; 典大馬上; 正和新田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: JP2011229236A

Description

本発明は、回転電機の回転子挿入技術に係り、特に、回転電機を組み立てる際、回転電機の固定子内に回転子を挿入する挿入技術に関する。

例えば特許文献１には、ロータ両端に、ロータと同径の芯出し用シャフトを装着し、その芯出し用シャフトを用いてステータとの芯出しを行うと同時に、ロータの芯出しを行い、その後、移動台車を軸方向に移動させ、ステータをロータに極小な隙間を介して挿入する回転子挿入装置が示されている。

この装置では、挿入作業の進行に従い、前記芯出し用シャフトを支持するローラおよびメタル支持箇所からのシャフトの突出長が短くなるため、挿入作業終時点付近における高精度な位置決め時における撓み量を抑制することが可能である。また、片側のシャフトを長尺化し、固定子枠を貫通させた位置で回転子を搭載可能な構造であるため、挿入作業開始前の回転子搭載作業は、両シャフトに回転子両端を載せるだけですむ。

特開号公報特開平８−１２６２６２号公報

回転電機の組立作業は、回転子挿入後、回転子両端のジャーナル部に軸受および軸受フランジを組み付けるのが一般的である。しかし、前記特許文献１による装置では、剛性アップを図るため、前記シャフトが太い。このため、前記軸受および軸受フランジ組付作業時にシャフトが邪魔になる。このため、回転子挿入作業後、一旦回転子を固定子枠内に下し、両側シャフトを退避させた後、回転子両側に軸受および軸受フランジを装着し、再度、回転子両端を別の手段で支持し直すという作業、いわゆる受け直し作業が発生する。

この受け直し作業時においては、回転子と回転子枠とが衝突してダメージを与えることがある。着磁ロータを扱う際には、着磁により磁気吸引力が働くためより可能性が高まる。

また、特許文献１では、装置支持シャフトの撓み量を更に低減するため、固定子枠両端にローラおよびメタルを装着し前記シャフトをガイドし、支持する構造としている。この構造では、装置支持シャフトのガイド芯と、移動テーブルのガイド芯との平行度を確保するのは困難である。

また、上記二つのガイド間のスパンは挿入動作開始後では狭いため、ガイド位置偏差がある場合、シャフト先端部（回転子端支持部）の位置ずれも過大になる。二つのガイド間の偏荷重も過大になる。

また、シャフトが固定子枠を貫通した状態においては、シャフトをローラで支持しているが、シャフト先端部が固定子枠内に入った直後には、一瞬シャフト或いは固定子を支持する手段を失うため、撓みが一時期増大してしまう。

更に、ガイド以外にも、回転子、回転子枠の搭載位置を高精度に規定し、同芯にしておくことが必要である。ずれがある場合には、挿入作業が不可能となるか、あるいは製品にダメージを与えることになる。また、移動テーブルにより回転子枠を移動させる構造となっているが、回転子枠は回転電機構成部品の中では大型且つ重量のある部品であり、高精度位置決めには有利な構造ではない。本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、回転子の受け直し作業が不要で、且つ装置シャフト撓み量が抑制可能な挿入装置の提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

回転電機の固定子枠を搭載する固定子枠搭載台と、前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯でかつ軸方向に移動可能であり、その固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた固定支持ベースと、前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯で、かつその固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた移動支持ベースと、前記固定子枠に挿入される回転子を軸方向に移動可能に支持する回転子支持ローラとを備え、前記固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部間に、両端にテーパ状の凸部を形成した回転子軸を狭持して回転子を固定子枠に挿入する。

本発明は、以上の構成を備えるため、回転子の受け直し作業が不要で、且つ装置シャフト撓み量が抑制可能な挿入装置の提供することができる。

本発明の実施形態にかかる回転電機回転子挿入装置を説明する図である。移動支持ベースをテーパリングがテーパカラーに接する位置まで移動させた状態を示す図である。移動支持ベースを回転子コア部分がローラに搭載可能なぎりぎりの位置まで移動させた状態を示す図である。挿入作業の完了状態を示す図である。

以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる回転電機回転子挿入装置を説明する図である。

図１において、１は固定子枠であり、固定子枠１の左方には軸受フランジ２を取り付けた状態で装置ベース３上に設けた固定子搭載台４に搭載される。５は回転子であり、回転子５の左側には予め軸受６が取り付けられ、右側には軸受７および軸受フランジ８が取り付けられている。また両軸端には外径側がテーパ状のテーパリング２１，２２が嵌められ、この状態で挿入作業が行われる。

９は固定支持ベースであり、スライドガイド１０を介しシャフト１１を保持する。シャフト１１はシリンダ１２の伸縮により移動可能で、その外径は軸受フランジ２の中心穴径、あるいは軸受６の軸受フランジ２へ嵌る箇所の外径より細い。また、シャフト１１の回転子支持側先端には穴が形成されている。この穴には、内周側がテーパ形状であり、外周側がシャフト１１先端穴径より小径のテーパカラー１３が挿入されている。テーパカラー１３は、前記シャフト１１の水平方向および垂直方向に設けられた調整ネジ１４により、位置調整が可能となっている。なお、テーパカラー１３のテーパ部は回転子軸端に設けたテーパリング２１のテーパ部と合致する形状に設定されている。

１５は移動支持ベースであり、レール１６上をモータ１８により回転する推力ネジ１７により移動可能となっている。移動支持ベース１５の上部にはシャフト１９が設けられ、その回転子支持側先端には穴が形成されている。穴内には内周側がテーパ形状であり、外周側がシャフト１９先端穴径より小径のテーパカラー２０が挿入されている。テーパカラー２０はシャフト１９の水平および垂直方向に設けられた調整ネジ３３により、位置調整可能となっている。なお、テーパカラー２０のテーパ部は回転子軸端に設けたテーパリング２２のテーパ部と合致する形状に設定されている。

また、前記固定子枠１、回転子５、シャフト１１、シャフト１９の軸芯は合致するような位置関係になっている。当然レール１６、推力ネジ１７、モータ１８の軸芯も、上記軸芯に平行に設定されている。

２３、２４は回転子５の下方側面を支持するローラであり、それぞれ、シリンダ２７、２８を伸縮させることにより、リンク２５および２６を介して、ピン２９，３０を中心に揺動可能であり、ベース３内に退避可能な構造となっている。また、ローラの位置は、回転子５の軸芯を固定子枠軸芯に合わせた際、回転子５の下方側面に接する位置に設定されている。

次に、図１ないし図４を参照して、回転子を固定子に挿入する動作につき説明する。ここで、図１は初期状態を示す図、図２は移動支持ベース１５を、テーパリング２１がテーパカラー１３に接する位置まで移動させた状態を示す図、図３は移動支持ベース１５を回転子コア部分がローラ２３に搭載可能なぎりぎりの位置まで移動させた状態を示す図、図４は挿入作業の完了状態を示す図である。

まず、固定支持ベース９に一端を固定したシリンダ１２を伸張することによりシャフト１１を左に移動させる。また、移動支持ベース１５は右側へ移動させて退避させる。ローラ２３、２４は上方に突出させる。次に、軸受フランジ２を取り付けた固定子枠１を固定子搭載台４に搭載し、その後、シリンダ１２を縮めることによりシャフト１１を右側へ伸ばす。この状態においてシャフト１１外径および固定子枠１の内径を利用して、シャフト１１の芯に合うように固定子枠１の芯位置を微調整する。

次に、軸受６、軸受７および軸受フランジ８、テーパリング２１，２２を取り付けた回転子５をクレーンにより搬送し、ローラ２４に接する位置まで吊り下げた後、移動支持ベース１５を左方へ移動させることにより、テーパカラー２０とテーパリング２２を嵌め合わせる。この状態においては、回転子５の重量はローラ２４と移動支持ベース１５により
支持される。なお、嵌め合わせはテーパカラー２０とテーパリング２２のテーパ部を介して行うため、固定子５の位置決めはクレーンによるラフな位置決めで十分である。その後、固定子５を吊っていたワイヤ３１，３２を外し、クレーンを退避させる（図１）。

次に、移動支持ベース１５を更に左方へ、テーパリング２１がテーパカラー１３に接する位置まで移動させる。

このとき、テーパリング２１とテーパカラー１３との嵌めあわせは固定子枠１の内部で行われ目視しにくい状態での作業となるが、この嵌め合わせは、テーパカラー１３とテーパリング２１のテーパ部を介して行われるため、スライドガイド１０の軸芯と固定子５の軸芯は自動調芯されることになる。このように、嵌め合わせにテーパカラー１３とテーパリング２１を採用することにより、目視性悪化による作業性の悪化を阻止することができる。また、装置の大型化を阻止しスラストガイド部等に要求される精度を低減することができる。

なお、ローラ２３とローラ２４との回転子軸方向の距離は固定子のコア部分の長さＬよりも小さく設定されている。このため、何れか一方のローラで必ず回転子５の重量を支持できるよう工夫されている。また、テーパカラー２０とテーパリング２２はテーパ部を介して嵌め合わせているため、移動支持ベース１５からの推力がかかる程、より調芯されることになる（図２）。

その後、ローラ２４を下方へ退避させ、移動支持ベース１５を、回転子５のコア部分がローラ２３に搭載されるぎりぎりの位置まで左方へ移動させる。このとき、シリンダ１２は短縮する方向に推力を出し続けるが、シリンダ１２推力＜移動支持ベース１５推力に設定しておく。また、図示しない空圧回路のリリーフ弁の働きにより、一定推力を発生しながら押し戻すことも可能である。

なお、ローラ２３および移動支持ベース１３により回転子５の重量の殆どを支持するため、シャフト１１に付加される重量は僅かである。

その後、ローラ２３を下方に退避させることにより、シャフト１１に回転子５の重量が付加される。しかし、この状態においては、シャフト１１の片持ち突出長はかなり小さくなっているため、シャフト１１の撓みによる位置偏差は微小である（図３）。

次に、移動支持ベース１５を更に左方へ移動させて、軸受６のフォルダ部を軸受フランジ２に嵌合させ、軸受７の軸受フランジ８を固定子枠１に嵌合させる。これにより、回転子両端を別手段で支持し直すという、いわゆる受け直し作業をすることなく回転子を固定子に取り付けることができる。

なお、軸受６と軸受フランジ２の嵌め合い隙間および軸受フランジ８と固定子枠１との嵌め合い隙間は極微小であるため、テーパカラー１３の位置を調整する調整ネジ１４およびテーパカラー２０の位置を調整する調整ネジ３３を調整しながら最後の嵌め合い作業を実施する。これによりシャフト１１、スライドガイド１０、固定子枠１、回転子５に偏荷重を付加することなく、回転子挿入作業を完了することが可能となる。なお、固定子枠１の搭載位置がずれていても挿入位置修正は可能となっている。

最後に、シャフト１１を左方に、移動支持ベース１５を右方に退避させることにより組立作業が終了となる（図４）。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、図３に示す状態までは、回転子重量の殆どが印加されない。このため、シャフト１１の長さは、より長くすることが可能である。例えば、図１に示す状態において、先端が固定子枠１を突き抜ける程度まで長くすることができる。このように設定すると、回転子５搭載時のテーパカラー１３とテーパリング２１との嵌め合わせ作業の目視性を改善することができる。

また、シャフト１１の剛性は十分に大きく設定できるため、図４に示す挿入作業最終段階における軸受６と軸受フランジ２の嵌め合い作業、および軸受フランジ８と固定子枠１との嵌め合い作業において、予めテーパカラー１３およびテーパカラー２０の軸芯を合わせておけば、調整ネジ１４および調整ネジ３３による微調整は不要となる。但し、固定子枠１搭載時の位置決め精度を軸受および軸受フランジの嵌め合い公差と同レベルにまで確保しておくことが必要である。このように、本実施形態においては、挿入作業最終段階における芯ずれに対する調整代を設け、調整ネジによる微調整を可能としている。

また、本実施形態によれば、受け直し作業が不要となるので、回転電機組立作業全体としての作業時間の短縮を図ることができる。また、回転子、回転子枠の搭載時に高精度な位置決めが不要となるので、作業準備に要する時間を短縮することができる。また、回転子を支持するガイド間の位置関係を厳密にする必要がなくなるため、装置の精度を低減することができる。また、大型重量物を搭載しながらの高精度位置決め動作不要となるため、装置および駆動手段の大型化を抑えることができる。また、受け直し作業が不要であるため回転子と回転子枠との衝突の危険が無く、また、挿入作業中、製品にかかる偏荷重を低減することができるので製品信頼性を向上することができる。

１固定子枠
２軸受フランジ
３ベース
４固定子枠搭載台
５回転子
６軸受
７軸受
８軸受フランジ
９固定支持ベース
１０スライドガイド
１１シャフト
１２シリンダ
１３テーパカラー
１４調整ネジ
１５移動支持ベース
１６レール
１７推力ネジ
１８モータ
１９シャフト
２０調整ネジ
２１テーパリング
２２テーパリング
２３ローラ
２４ローラ
２５リンク
２６リンク
２７シリンダ
２８シリンダ
２９ピン
３０ピン
３１ワイヤ
３２ワイヤ

Claims

回転電機の固定子枠を搭載する固定子枠搭載台と、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯でかつ軸方向に移動可能であり、その固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた固定支持ベースと、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯で、かつその固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた移動支持ベースと、
前記固定子枠に挿入される回転子を軸方向に移動可能に支持する回転子支持ローラとを備え、
前記固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部間に、両端にテーパ状の凸部を形成した回転子軸を狭持して回転子を固定子枠に挿入することを特徴とする回転電機の回転子挿入装置。
請求項１記載の回転電機の回転子挿入装置において、
前記回転子支持ローラは、前記回転子軸を固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部間に狭持した後、退避可能であることを特徴とする回転電機の回転子挿入装置。
請求項１記載の回転電機の回転子挿入装置において、
前記回転子軸を固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部は、それぞれのシャフト軸芯に対して半径方向に移動可能であることを特徴とする回転電機の回転子挿入装置。
回転電機の固定子枠を搭載する固定子枠搭載台と、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯でかつ軸方向に移動可能であり、その固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた固定支持ベースと、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯で、かつその固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた移動支持ベースと、
前記固定子枠に挿入される回転子を軸方向に移動可能に支持する回転子支持ローラとを備え、
前記固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部間に、両端にテーパ状の凸部を形成した回転子軸を狭持して回転子を固定子枠に挿入し、
前記固定子枠の前記固定子支持ベース端側に設けたフランジに前記回転子の前記固定子支持ベース端側に設けた軸受フォルダを嵌合し、前記固定子枠の前記移動支持ベース側端に前記回転子の前記移動支持ベース側端に設けた軸受フランジを嵌合したことを特徴とする回転電機の回転子挿入方法。
回転電機の固定子枠を搭載する固定子枠搭載台と、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯でかつ軸方向に移動可能であり、その固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた固定支持ベースと、
前記搭載台に搭載された固定子枠の軸芯と同芯で、かつその固定子枠搭載台側端部にテーパ状の凹部を形成したシャフトを備えた移動支持ベースと、
前記固定子枠に挿入される回転子を軸方向に移動可能に支持する回転子支持ローラを備え、
前記固定支持ベース側のシャフトの径は前記回転子の回転軸に嵌入する軸受装置の径よりも小であり、
前記固定支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部および前記可動支持ベース側のシャフトに形成したテーパ状の凹部間に、両端にテーパ状の凸部を形成した回転子軸を狭持し、前記固定支持ベース側のシャフトおよび移動支持ベースを軸方向に駆動して回転子を固定子枠に挿入することを特徴とする回転電機の回転子挿入方法。