JP5958048B2 - 回転電機の軸受支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石形モータなどを対象とした回転電機の軸受支持構造に関する。

先ず、永久磁石形モータを例に、従来における回転電機の一般的な縦組立構造を図１２に示す。図において、１は円筒形の外囲フレーム２とその両端にボルト３を介して結合したブラケット４，５からなるケーシング、６は前記フレーム２の内周側に支持したステータ、７はステータ６の内周側に対向配置したロータ、８は電磁鋼板の積層体からなるロータコア、９は周方向に配列してロータコア８に埋設した永久磁石、１０はロータコア８を支持してブラケット４，５を貫通するロータシャフト（回転軸）、１１はロータシャフト１０に嵌挿してその運転側（図示の右側），および反運転側（図示の左側）の肩部１０ａに押し当てて圧入保持した転がり軸受（ラジアル軸受）、１２はロータシャフト１０の反運転側の軸端に連結した冷却ファン、１３はファンカバーである。

ここで、前記転がり軸受１１は、その内輪をロータシャフト１０の周面に圧挿して「しまりばめ」され、外輪はブラケット４，５の軸貫通部に一体成形した軸受ハウジング４ａ，５ａの内側に「すきまばめ」ないし「中間ばめ」して嵌合支持されている。

ところで、前記の軸受支持構造では、回転電機の長期運転に伴う疲労寿命，もしくは損傷が生じた転がり軸受１１を新しい軸受に交換する場合に、ケーシング１のブラケット４，ないし５を取り外してロータ７の組立体をケーシング１から外方に取り出した上で、軸受引き抜き用治具などを用いて転がり軸受１１をロータシャフト１０から引き抜く必要があり、その交換作業に手間がかかる。

また、永久磁石形モータは、ケーシング１からロータ７の組立体を取り出して作業場の床に置いたりすると、床面上に散乱している鉄粉などの異物が永久磁石９の磁力でロータコア８の周面に吸着されて傷をつけるおそれがある。なお、モータ負荷が接続されるロータシャフトの運転側に配置した転がり軸受は、反運転側に配置した軸受に比べて軸受荷重も大きく、疲労寿命，損傷などによる軸受交換の頻度も運転側の転がり軸受が多い。

そこで、前記した軸受の交換に伴う問題の対応策として、転がり軸受の外輪を保持する軸受受容体（軸受箱）をケーシングのブラケットと分離独立した別部品として構成した上で、この軸受受容体をブラケットの端壁に外側から着脱可能にボルト締結し、軸受の交換時には前記軸受受容体をケーシングのブラケットから外すことで、ロータの組立体をケーシング内に収めたままロータシャフトの軸上に嵌挿した転がり軸受をブラケットの外側から引き抜き治具等を用いて抜き取り、新しい軸受と交換できるようにしたロータ回転電機の軸受支持構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６６１６５号公報

ところで、前記特許文献１に記載されている軸受支持構造では、軸受交換の作業性，および軸受支持機能の信頼性で次記のような問題点がある。
すなわち、軸受の交換作業で軸受受容体（軸受箱）をケーシングのブラケット端壁から取り外した状態では、転がり軸受がロータシャフトに圧入されたまま元の位置に残る。そこで先記した引き抜き治具等を用いて転がり軸受を引き抜くことになるが、この場合に転がり軸受はその内側端部（後端）がブラケットの外方に完全に露呈してなく、このために引き抜き治具を軸受に掛け難くい上、ブラケットが障害物になって軸受の引き抜き作業がすこぶる困難となる。

また、ロータシャフトに転がり軸受を嵌挿した組立状態では、外側から転がり軸受に被せた軸受受容体をブラケットの端壁に押し当てた状態で両者間を締結ボルトを介して固定している。したがって、回転電機の運転中に加わる振動などが原因で締結ボルトが緩むと転がり軸受の保持が不安定となるなど、信頼性にも問題がある。

そこで、本発明の目的は前記課題を解決してロータシャフトの軸上に嵌挿して圧入支持した転がり軸受の交換作業性を改善し、併せて軸受保持機能の信頼性向上が図れるように改良した回転電機の軸受支持構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、筒形の外囲フレームと、前記フレームの両端に配したブラケットとからなるケーシングと、
前記ケーシング内に配置されたステータおよび回転軸と、
前記回転軸にロータコアが支持されたロータと、
前記回転軸の運転側、および反運転側に嵌挿した一対の転がり軸受と、
前記ケーシングの外側から前記ブラケットの軸部貫通穴に差し込まれ、かつ、バヨネット式に係合され、かつ、前記転がり軸受を受容保持する軸受ホルダーと、
前記軸受ホルダーの外側端面に重ね合わせたと共に前記ブラケットにボルト締結されたカバーと、
を備えたことを特徴とする回転電機とし（請求項１）、ここで前記軸受ホルダーは具体的には次記のような態様で構成することができる。
（１）前記の軸受ホルダーを、運転側，もしくは運転側と反運転側のブラケットに配置す
る（請求項２）。
（２）前記の軸受ホルダーは、転がり軸受の外輪が嵌合する円筒体を基体として、該円筒
体の周上複数箇所にバヨネットの係合爪を設けるとともに、円筒体の内側端には内径側に
張り出す軸受引っ掛け用の段部を形成する（請求項３）。
（３）前記軸受ホルダーの円筒体には、その外側端部の外周面に回し治具差込用の凹溝を
刻設する（請求項４）。
（４）前記軸受ホルダーの円筒体には、その外側端部にブラケットの軸部貫通穴より径大
な鍔状段部を形成する（請求項５）。
（５）軸受ホルダーに嵌入した転がり軸受の外輪側面とカバーとの間に与圧ばねを介装す
る（請求項６）。

上記の構成によれば次記の効果を奏することができる。
（１）軸受の交換に際しては、転がり軸受の外輪に被せた軸受ホルダーケーシングのブラケットから引き抜き操作することにより、転がり軸受の外輪を軸受ホルダーの円筒体の内側端部に形成した段部に引っ掛けて軸受ホルダーと一緒にロータの回転軸から抜き出すことができ、これにより従来の支持構造と比べて軸受交換の作業が大幅に改善される。
（２）軸受ホルダーは、その円筒体の外周に形成したバヨネットの係合爪を介してケーシングのブラケットに抜け止め支持した上で、この軸受ホルダーとカバーをブラケットにボルト締結するようにしたことで、回転電機の運転中に加わる振動などにより締結ボルトが緩んでも、軸受ホルダーが不測にブラケットの外側に抜け落ちるおそれがなく、これにより軸受の保持機能面で高い信頼性を確保できる。
（３）そのほか、軸受ホルダーの円筒体周面に治具差込用の凹溝を形成しておくことにより、軸受ホルダーをブラケットから外す際にはこの凹溝に回し治具を差し込んで軸受ホルダーを回すことで、バヨネットの係合を解除できる。また、前記円筒体の外側端部にブラケットの軸部貫通穴より径大な鍔状段部を形成することにより、この鍔状段部がストッパの役目を果たして軸受交換作業中に誤って軸受ホルダーがケーシングの内側に脱落するのを防止できる。さらに、軸受ホルダーに嵌入した転がり軸受の外輪側面とカバーとの間に与圧ばねを介装することで、転がり軸受摺動面の滑りに起因するフレッチング，スミアリングの損傷を防ぐ効果が得られる。

本発明の実施例１に係わる軸受支持構造を備えた回転電機の断面図である。 図１におけるブラケットの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図、および端面図である。 図１における軸受ホルダーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図、および端面図である。 図１におけるカバーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図、および端面図である。 本発明の実施例２に係わる軸受ホルダーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図、および端面図、（ｃ）は回し治具を用いたバヨネット係脱操作の作業説明図である。 本発明の実施例３に係わる軸受支持構造を備えた回転電機の断面図である。 図６における軸受ホルダーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図、および端面図である。 本発明の実施例４に係わる軸受支持構造を備えた回転電機の断面図である。 図８における反運転側のブラケットの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ端面図、および断面図である。 図８における反運転側の軸受ホルダーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、端面図および断面図である。 図８における反運転側のカバーの構造図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、端面図および断面図である。 従来における回転電機の一般的な組立構造の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１１に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図１２に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

まず、本発明による基本的な軸受支持構造を図１〜図４に示す。この実施例１では、図１で示すように、ロータシャフト（回転軸）１０の運転側，反運転側に配した転がり軸受１１のうち、軸交換頻度が高い運転側の軸受について、その転がり軸受１１の外輪を次記構造になる軸受ホルダー１４に受容保持させた上で、この軸受ホルダー１４，およびその外側端面に重ね合わせたカバー１６をケーシング１のブラケット４に締結ボルト１５で締結支持するようにしており、加えて転がり軸受１１の外輪側面と前記カバー１６との間に与圧ばね１７（例えば、波形ワッシャー）を介装している。

ここで、軸受ホルダー１４は、図３（ａ），（ｂ）で示すように、その軸方向の寸法が転がり軸受１１の幅よりも長く、かつ転がり軸受１１の外径寸法に対応した内径（「すきまばめ」ないし「中間ばめ」のはめあい）に定めた円筒体１４ａを基体として、その外周面上にはバヨネット係合爪１４ｂとして放射状に突き出す４個の突起片を等間隔に分散形成し、その突起片には前記締結ボルト１５と螺合するねじ穴１４ｃを穿設しており、さらに円筒体１４ａの内側端部には内径側に張り出す内径段部１４ｄが形成されている。

一方、図２（ａ），（ｂ）で示すように、ブラケット４にはロータシャフト１０，転がり軸受１１，軸受ホルダー１４が貫通する軸部貫通穴４ａが開口し、さらに該貫通穴４ａの周縁には前記バヨネット係合爪１４ｂの擦り抜けを許容する溝４ｂが切欠き形成されている。なお、４ｃは締結ボルト１５の通し穴で、該ボルト通し穴４ｃは隣接する溝１４ｂの中間位置に穿設されている。

また、図４（ａ），（ｂ）で示すように、軸受ホルダー１４の外側端面を覆う円盤状のカバー１６には、ロータシャフト１０が貫通する軸穴１６ａ、および外周の４箇所に締結ボルト１５の通し穴１６ｂが穿設されている。

次に、図１に示す回転電機から、その運転側に配した前記転がり軸受１１をロータシャフト１０から引き抜いて新しい軸受と交換する際の作業手順について説明する。
最初にケーシング１の外方から締結ボルト１５を緩めて該ボルトとカバー１６を取り外した後、軸受ホルダー１４を周方向に回してバヨネット係合爪１４ｂをブラケット４の溝４ｂに合わせた上で、軸受ホルダー１４の円筒体１４ａを手動で外側に引き抜きながらバヨネット係合爪１４ｂをブラケット４の外側に引き出す。この状態では軸受ホルダー１４の内径段部１４ｄに転がり軸受１１の外輪の後端に掛かるようになる。

次いで、円筒体１４ａから外周に突き出ているバヨネット爪１４ｂに引き抜き治具の爪を引っ掛けて円筒体１４ａを軸方方向に引き抜き操作すると、ロータシャフト１０に圧入して「しまりばめ」されていた転がり軸受１０は、軸受ホルダー１４と一緒に軸方向に移動してロータシャフト１０からに抜き取ることができる。

これにより、ケーシング１のブラケット４に邪魔されることなく、ロータシャフト１０に圧入されていた転がり軸受１１を容易に引き抜くことができる。
一方、新しい転がり軸受１１をロータシャフト１０に嵌挿して組み付けるには、まず軸受ホルダー１４のバヨネット係合爪１４ｂをブラケット４の溝４ｂに合わせながら円筒体１４ａをブラケット４の軸部貫通穴４ａに差し込んで、バヨネット係合爪１４ｂをブラケット４の内側に突き出す。続いて、軸受ホルダー１４を周方向に回してバヨネット係合爪１４ｂの板面に穿孔したねじ穴１４ｃをブラケット４のボルト通し穴４ｃに合わせる。

次いで、運転側からロータシャフト１０に嵌挿した新しい転がり軸受１１をプレス治具を用いて圧入し、その内輪がロータシャフト１０の肩部１０ａに当たる位置に押し込む。なお、転がり軸受１０のプレス圧入が困難である場合には、焼き嵌め方法により転がり軸受１１を定位置に嵌挿する。続いて、軸受ホルダー１４の円筒体１４ａに外側から与圧ばね１７を介装した上で、円筒体１４ａの外側端面にカバー１６を重ね合わせ、この状態で締結ボルト１５を螺合して軸受ホルダー１４，およびカバー１６をブラケット４にボルト締結し、これで転がり軸受１１の交換作業が完了する。

次に、前記軸受ホルダー１４について、その構造一部を変更した本発明の応用実施例を次記の実施例２，実施例３で説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の請求項４に対応する軸受ホルダー１４を示すものであり、図示のように円筒体１４ａの外周の外側端部には、回し治具差込用の凹溝１４ｅが刻設されている。この凹溝１４ｅは、図５（ｃ）で示すように回し治具１８を斜め方向に差し込んで円筒体１４ａを周方向に押し回すために設けてものであり、先記した転がり軸受１１の交換作業で軸受ホルダー１４をブラケット４から引き出す際に、軸受ホルダー１４／ブラケット４間のはめあいが固い、あるいは軸受ホルダー１４がブラケット４に錆び付いていたりして手動では軸受ホルダー１４を周方向に回すのが困難である場合でも、回し治具を用いることで軸受ホルダー１４の引き出し操作を支援することができる。

次に、本発明の請求項５に対応する実施例を図６，図７に示す。この実施例では軸受ホルダー１４の円筒体１４ａに対し、その外側端部にはブラケット４の軸部貫通穴４ａ（図２参照）より径大な鍔状段部１４ｆが形成されている。

この実施例の構成により、先記した軸受交換作業の途上で軸受ホルダー１４をブラケット４に差し込む際に、誤って軸受ホルダー１４がブラケット４の内側に落下するのを防ぐことができる。なお、この鍔状段部１４ｆの周上に局部的な凹溝を刻設しておくことで、先記実施例２で述べた回し治具用の凹溝１４ｅと同等な機能を付与することができる。

次に、先記の各実施例で述べた軸受ホルダーを回転電機の運転側，および反運転側の双方のブラケットに配置した本発明の請求項２に対応する軸受支持構造を図８〜図１１に示す。なお、図９，図１０，図１１は、それぞれ図８における反運転側のブラケット５、該ブラケット５に装着した軸受ホルダー１８、および軸受ホルダー１８の外側端面を覆うカバー１９の構造図である。

すなわち、運転側のブロック４（図２参照）と同様に、反運転側のブラケット５には軸部貫通穴５ａ，バヨネット溝５ｂ，および締結ボルト１５のボルト通し穴１５ｃが形成されている。また、このブラケット５の軸部貫通穴５ａに装着する軸受ホルダー１８の円筒体１８ａには、運転側の軸受ホルダー１４（図３参照）と同様に、バヨネット係合爪１８ｂ，ねじ穴１８ｃ，および内径段部１８ｄを形成し、さらにこの軸受ホルダー１８の外側端面を覆うカバー１９にはロータシャフト１０が貫通する軸穴１９ａ，および締結ボルト１５の通し穴１９ｂが穿設されている。

この実施例４によれば、回転電機の反運転側に配した転がり軸受１１が疲労寿命，もしくは損傷した場合でも、ケーシング１の外側からファンカバー，ファンを外すことで、運転側に配した転がり軸受１１と同様な作業手順で反運転側に配した軸受１１の交換を作業性よく行うことができる。

なお、この反運転側の軸受ホルダー１８についても、その円筒体１８ａの外周端部には、運転側の軸受ホルダー１４と同様な回し治具差込用の凹溝（図５参照）、軸受ホルダーがケーシング内に脱落するのを防ぐ鍔状段部（図６，図７参照）を設けてもよい。

１ ケーシング
４ 運転側のブラケット
５ 反運転側のブラケット
６ ステータ
７ ロータ
８ ロータコア
１０ ロータシャフト
１１ 転がり軸受
１４ 軸受ホルダー
１４ａ 円筒体
１４ｂ バヨネット係合爪
１４ｃ ねじ穴
１４ｄ 内径段部
１４ｅ 凹溝
１４ｆ 鍔状段部
１５ 締結ボルト
１６ カバー
１７ 与圧ばね
１８ 回し治具

Claims (6)

1. 筒形の外囲フレームと、前記フレームの両端に配したブラケットとからなるケーシングと、
   前記ケーシング内に配置されたステータおよび回転軸と、
   前記回転軸にロータコアが支持されたロータと、
   前記回転軸の運転側、および反運転側に嵌挿した一対の転がり軸受と、
   前記ケーシングの外側から前記ブラケットの軸部貫通穴に差し込まれ、かつ、バヨネット式に係合され、かつ、前記転がり軸受を受容保持する軸受ホルダーと、
   前記軸受ホルダーの外側端面に重ね合わせたと共に前記ブラケットにボルト締結されたカバーと、
   を備えたことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。
2. 請求項１に記載の軸受支持構造において、軸受ホルダーを運転側，もしくは運転側と反運転側のブラケットに配したことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。
3. 請求項１または２に記載の軸受支持構造において、軸受ホルダーは転がり軸受の外輪が嵌合する円筒体を基体として、該円筒体の周上複数箇所にバヨネットの係合爪を設けるとともに、円筒体の内側端には内径側に張り出す軸受引っ掛け用の段部を形成したことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。
4. 請求項２記載に記載の軸受支持構造において、軸受ホルダーの円筒体には、その外側端部の外周面に凹溝を刻設したことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。
5. 請求項２に記載の軸受支持構造において、軸受ホルダーの円筒体には、その外側端部にブラケットの軸部貫通穴より径大な鍔状段部を形成したことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。
6. 請求項１ないし５のいずれかの項に記載の軸受支持構造において、軸受ホルダーに嵌入した転がり軸受の外輪側面とカバーとの間に与圧ばねを介装したことを特徴とする回転電機の軸受支持構造。

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