JP7195723B2 - 分解可能な電気モータ - Google Patents

Description

本発明は、
－ モータハウジングと、
－ ハウジングに対して軸線の周りを回転可能な軸と、
－ ハウジングに取り付けられたベアリング装置であって、軸がハウジングに対して軸線の周りを回転できるように軸の周りに配置された、ベアリング装置と、
を備える電気モータに関する。

このタイプの電気モータは特に鉄道車両の推進のために利用されている。モータはボギー台車レベルに位置し、発電機から、または直接的に高圧電線から供給される電力を受ける。モータは、その電力を、ベアリングによって支えられた軸を駆動する回転子を回転させることを通して、その軸自体が、たとえば減速装置を介するなどして１つまたは複数の車輪の回転をもたらすものであることにより、車輪を回転駆動するための機械的出力に転換する。

電気モータの転がり軸受は、ベアリングの焼付きやモータの損傷などによる性能の低下を防ぐため、潤滑油の入替えや損耗したベアリング部品の交換など、定期的な保守を必要とする。

このような電気モータでは、ベアリング装置をその保守または交換のために分解するには、ベアリングを抜き取れるように回転子をその軸とともに分解することが一般に必要とされる。そのため、ベアリングの保守時間または交換時間は大きく、熟練者や専用の取扱い手段による対応を必要とする。回転子における永久磁石の存在も作業を一段と複雑にするものであり、取扱い作業における作業者の事故やモータ損傷のリスクの原因となっている。

そのため、本発明の目的の１つは、電気モータに装備されるベアリング装置であって、モータのその他の回転部分を分解する必要なしにベアリングを分解できる、ベアリング装置を提供することにある。

そのため、本発明は、組立て位置であって、ベアリング装置の少なくとも１つのセンタリング部位がハウジングの少なくとも１つのセンタリング部位に当接し、それによってベアリング装置が組立て位置でハウジングに取り付けられる、組立て位置と、分解位置であって、ベアリング装置のセンタリング部位がハウジングの凹み部に対向して配置され、ハウジングのセンタリング部位がベアリング装置の凹み部に対向して配置されて、それによってベアリング装置が分解位置でハウジングおよび軸に対して軸線に沿って平行移動することができる、分解位置と、の間で、ベアリング装置が移動可能であることを特徴とする前述のタイプの電気モータを対象とする。

このタイプのモータは、回転子をその軸とともに取り外す必要なしに、ベアリングを軸に沿って滑らせることで抜き取ることができる。

いくつかの詳細な実施形態によれば、本発明によるモータは以下の特徴のいずれか１つまたは複数を、個別に、または技術的に可能なあらゆる構成で有する。
－ ベアリング装置の組立て位置と分解位置との間の移動は、ベアリング装置を軸線の周りに回転させることによって行われる。
－ ハウジングの凹み部は組立て位置ではベアリング装置の凹み部に対向して配置され、ハウジングとベアリング装置の各々の前記凹み部は互いの間に少なくとも１つの導通部を画定する。
－ ハウジングは、ベアリング装置が引き抜かれたときに軸を分解位置で担持するように構成された予備センタリングリングを備える。
－ 軸は分解位置では内側バッフル板を介して予備センタリングリングに当接する。
－ モータはエアギャップによって隔てられた固定子と回転子を備える。
－ 固定子は、ベアリング装置が引き抜かれたときに軸を分解位置で担持するように構成された内径部を備える。
－ モータは、分解位置では、ボックスとフランジとの間にエアギャップよりも大きな隙間を有する。
－ ベアリング装置は、軸に組み付けられた外側バッフル板と協働して外側密封バッフル組立体を形成する外側溝を有するカバーを備える。
－ ベアリング装置は、軸に組み付けられた内側バッフル板と協働して内側密封バッフル組立体を形成する内側溝を備える。
－ ベアリング装置は複数の凹み部およびそれと同数のセンタリング部位を有し、ハウジングはそれと同数の凹み部およびセンタリング部位を有する。

本発明については、添付の図面を参照しながら以下に行う説明を読むことでさらによく理解されよう。

電気モータの長手方向の概略断面図である。 図１のモータの端部フランジとベアリング装置の長手方向の詳細断面図である。 図２のベアリング装置の横断方向の断面図である。 図３のベアリング装置の分解位置における横断方向の断面図である。 本発明によるモータの変形における端部フランジとベアリング装置の長手方向の詳細断面図である。

図１に示すモータ１０は、給電を受けた固定子１４によって駆動される回転子１２の回転によって電気出力を機械出力に変換する。回転子１２と固定子１４は、符号ｅで示された幅のエアギャップによって隔てられている。回転子１２は軸１６によって担持され、軸１６自体も少なくとも１つのベアリング装置１８によって担持される。少なくとも１つの端部フランジ２２が組み付けられたハウジング２０は回転子１２および固定子１４を保護する。図１に示したモータ１０は簡単にするために概略化されており、そのすべての構成要素が図示されているわけではない。そのため、従来技術では、モータ１０は冷却回路や固定子１４に接続された給電手段なども備えている。

図１および図２に示すように、それぞれの端部フランジ２２は、転がり軸受２４を含むボックス２３を備えるベアリング装置１８によって閉じられる。

回転子１２を担持する軸１６はほぼ円柱形で、長手方向の軸線Ａ－Ａ’に沿って延びており、転がり軸受２４の働きによって軸線Ａ－Ａ’の周りをハウジング２０に対して自由に回転する。

転がり軸受２４は、複数の転がり要素３０を締め付ける内側リング２６と外側リング２８を備える。

図２から図４に示すように、内側リング２６は軸１６の周りに締め付けられ、軸１６の肩部３２に当接して軸方向の移動を妨げられる。外側リング２８はボックス２３内に収められ、内側リング２６と対向する位置に置かれる。転がり要素３０は、内側リング２６と外側リング２８によって形成される軌道の中を添加された潤滑剤によって摩擦を減じられて自由に転動する金属球である。そのため、内側リングは軸線Ａ－Ａ’の周りを外側リングに対して回転動作することができる。変形形態では、転がり要素３０は、軸１６の軸線Ａ－Ａ’と平行な軸線を有する金属円柱である。

ボックス２３は、ボックス２３の肩部３４に当接するフランジ２２に対して、肩部３４に開けられた穴３６を貫通し、端部フランジ２２のねじ部３８に係合するねじなどにより、取り付けられて保持される。

図３および図４に示すように、ボックス２３は、フランジ２２との円周接触面の一部に、凹設領域など、少なくとも１つの凹み部４０を有する。凹設領域とは、凹み部４０の壁から軸線Ａ－Ａ’までの距離が軸線Ａ－Ａ’からボックス２３のその他の部分の円周壁までの距離よりも短い領域のことをいう。

同様にフランジ２２も、凹設領域など、少なくとも１つの凹み部４２をボックス２３との円周接触面の一部に有する。凹設領域とは、この場合、凹み部４２の壁から軸線Ａ－Ａ’までの距離が軸線Ａ－Ａ’からフランジ２２のその他の部分の円周壁までの距離よりも長い領域のことをいう。

ボックス２３は、フランジ２２との円周接触面のその他の部分に少なくとも１つのセンタリング部位４４をさらに有し、フランジ２２もまた、ボックス２３との円周接触面のその他の部分に少なくとも１つのセンタリング部位４６を有する。軸線Ａ－Ａ’からボックス２３のセンタリング部位４４までの距離は軸線Ａ－Ａ’からフランジ２２のセンタリング部位４６までの距離とほぼ同じである。軸線Ａ－Ａ’からセンタリング部位４４、４６までのこの距離は軸線Ａ－Ａ’からボックス２３の凹み部４０までの距離よりも長く、軸線Ａ－Ａ’からフランジ２２の凹み部４２の壁までの距離よりも短い。

有利には、ボックス２３とフランジ２２は軸線Ａ－Ａ’の周りに規則的に分散して配置された複数の凹設領域４０、４２と複数のセンタリング部位４４、４６とを備える。たとえば、ボックス２３とフランジ２２はそれぞれの円周上に交互に分散配置された同じ数の凹設領域４０、４２とセンタリング部位４４、４６とを備える。凹設領域４０、４２とセンタリング部位はそれぞれＡ－Ａ’の周りに同じ角度の測定で隔てられる。

図示した例では、ボックス２３とフランジ２２はそれぞれ、いずれも軸線Ａ－Ａ’の周りに６０°ずつ交互に振り分けられて軸線Ａ－Ａ’に対して６０°の角領域にわたってそれぞれ広がる３つの凹設領域４０、４２と３つのセンタリング部位４４、４６を有する。

ボックス２３は、図２および図３に示された組立て構成と、図４に示された分解構成と、の間で移動することができる。

組立て構成では、ボックス２３の凹設領域４０はフランジ２２の凹設領域４２に対向して配置され、協働することによって導通部４８を形成する。そのとき、ボックス２３のセンタリング部位４４はフランジ２２のセンタリング部位４６に当接するように配置される。次いで、ハウジング２０に対する軸１６のセンタリングおよびボックス２３の取付けがセンタリング部位４４、４６の協働によって果たされ、それによって電気モータ１０は最適な形での動作が可能となる。実際、ハウジング２０に対する軸１６の回転は、外側リング２８内でベアリング要素３０によって転がり軸受２４の内側リング２６が回転することによって可能となる。

ボックス２３は、組立て構成から軸線Ａ－Ａ’の周りに６０°回転することによって分解構成に移行することができる。

分解構成では、ボックス２３のセンタリング部位４４はフランジ２２の凹設領域４２に対向しており、フランジ２２のセンタリング部位４６はボックス２３の凹設領域４０に対向している。そのとき、ボックス２３とフランジ２２の間には、符号ｊで幅が示されている隙間がある。ボックス２３とフランジ２２の間の隙間は、保守または交換の目的で転がり軸受２４を分解するためにボックス２３を軸１６に沿って軸１６の自由端まで軸方向に移動させるのに十分なものである。

ボックス２３は、転がり軸受２４のほか、ベアリングの外側リング２８に軸方向に当接する固定バッフル板５０を含む。固定バッフル板５０は、ボックス２３と、軸１６と連携する回転スペーサ５２であって軸１６を取り囲む回転スペーサと、の間に配置される。

ハウジング２０の密閉性は、いずれも軸１６の周りに締め付けられた内側バッフル板５４および外側バッフル板５６によってさらに増強される。ボックス２３は、軸線Ａ－Ａ’の周りに周方向に延びる内側溝５７を内側面に有する。内側バッフル板５４は、溝５７と平行なリブであって、溝５７の中に入り込んで内側密封バッフル組立体５８を形成するリブを有する。ボックス２３は、軸線Ａ－Ａ’の周りに周方向に延びる外側溝６１を有するカバー６０によって閉じられる。外側バッフル板５６は、溝６１と平行なリブであって、図２に示すように溝６１の中に入り込んで外側密封バッフル組立体６２を形成するリブを有する。

有利には、ハウジング２０は、フランジ２２に取り付けられるか、またはフランジ２２と一体化された予備センタリングリング６４を備える。この予備センタリングリング６４は、ベアリングボックス２３が引き抜かれたときに内側バッフル板５４に支持を得て軸１６を分解位置で担持するように構成される。有利には、予備センタリングリング６４はフランジ２２内でのそのセンタリングを可能にする肩部６６を有する。変形として、リング６４は、ボックス２３が引き抜かれたときに分解位置で軸１６を直接担持することもできる。

モータが非同期モータである場合に特に対応する変形形態によれば、ハウジング１０は予備センタリングリング６４を有しない。固定子１４は、ボックス２３が引き抜かれたときに軸１６を分解位置で直接担持するように構成された内径部を有する。この変形形態では、ボックス２３とフランジ２２の間の隙間ｊは、固定子１４と回転子１２とを隔てるエアギャップｅよりも大きい。そのため、分解位置では、回転子１２は固定子１４の内径部に支えられ、ボックス２３とフランジ２２の間の隙間はボックス２３の引抜きを行うのに十分なものである。

図５に示した別の変形形態では、それぞれの凹み部４０およびそれぞれのセンタリング部位４４は肩部３４の円周壁に位置しており、組立て構成ではフランジ２２と協働するようにされる。同様に、それぞれの凹み部４２とそれぞれのセンタリング部位４６はフランジ２２の内側壁に肩部３４の円周壁と対向して位置する。したがって、導通部４８は、組立て位置では肩部３４レベルに位置する。

転がり軸受２４の分解方法は、
－ カバー６０を取り外して引き抜き、外側バッフル板５６のリブから外側溝６１の係合を外すステップと、
－ 外側バッフル板５６、スペーサ５２および固定バッフル板５０を取り外して引き抜くステップと、
－ フランジ２２のねじ部３８からボックス２３取付けねじを抜き取るステップと、
－ 穴３６に挿入した工具を用いるなどして、フランジ２２に対してボックス２３を角度６０°回転させるステップと、
－ 軸１６に沿ってボックス２３を引き抜き、内側バッフル板５４のリブから内側溝５７の係合を外すステップと、
－ ボックス２３から転がり軸受２４を抜き取るステップと、
の各ステップに従って進められる。

再組立て時には、ボックス２３とフランジ２２の間に軸方向の力も径方向の力も加えられることはない。それにより、再組立て時にベアリング２４を傷めるリスクの一切を回避することができる。

ここに説明した発明は、保守または交換のために容易に取り外すことができるベアリングを備えた電気モータを供給することが可能である。その取外しには、熟練者や大がかりな安全手段が必要となる複雑なステップである軸の引抜きも回転子の据置きも特に必要がない。そのため、本発明によるモータは人員および機材の大幅な節約を実現することができる。

１０ モータ
１２ 回転子
１４ 固定子
１６ 軸
１８ ベアリング装置
２０ ハウジング
２２ 端部フランジ、フランジ
２３ ボックス、ベアリングボックス
２４ 転がり軸受、ベアリング
２６ 内側リング
２８ 外側リング
３０ ベアリング要素
３２ 肩部
３４ 肩部
３６ 穴
３８ ねじ部
４０ 凹み部
４２ 凹み部
４４ センタリング部位
４６ センタリング部位
４８ 導通部
５０ 固定バッフル板
５２ 回転スペーサ
５４ 内側バッフル板
５６ 外側バッフル板
５７ 内側溝、溝
５８ 内側密封バッフル組立体
６０ カバー
６１ 外側溝、溝
６２ 外側密封バッフル組立体
６４ 予備センタリングリング
６６ 肩部

Claims (6)

1. － モータハウジング（２０）と、
   － 前記モータハウジング（２０）に対して軸線（Ａ－Ａ’）の周りを回転可能な軸（１６）と、
   － 前記モータハウジング（２０）に取り付けられたベアリング装置（１８）であって、前記軸（１６）が前記モータハウジング（２０）に対して前記軸線（Ａ－Ａ’）の周りを回転できるように前記軸（１６）の周りに配置された、ベアリング装置（１８）と、
   を備える電気モータ（１０）であって、
   組立て位置であって、前記モータハウジング（２０）との円周接触面の一部である前記ベアリング装置（１８）の少なくとも１つのセンタリング部位（４４）が、前記ベアリング装置（１８）との円周接触面の一部である前記モータハウジング（２０）の少なくとも１つのセンタリング部位（４６）に当接し、それによって前記ベアリング装置（１８）が組立て位置で前記モータハウジング（２０）に取り付けられる、組立て位置と、分解位置であって、前記ベアリング装置（１８）の前記センタリング部位（４４）が前記モータハウジング（２０）の凹み部（４２）に対向して配置され、前記モータハウジング（２０）の前記センタリング部位（４６）が前記ベアリング装置（１８）の凹み部（４０）に対向して配置されて、それによって前記ベアリング装置（１８）が分解位置で前記モータハウジング（２０）および前記軸（１６）に対して前記軸線（Ａ－Ａ’）に沿って平行移動することができる、分解位置と、の間で、前記ベアリング装置（１８）が移動可能であり、
   前記モータハウジング（２０）の前記凹み部（４２）が組立て位置では前記ベアリング装置（１８）の前記凹み部（４０）に対向して配置され、前記モータハウジング（２０）の前記凹み部（４２）と前記ベアリング装置（１８）の前記凹み部（４０）が互いの間に少なくとも１つの導通部（４８）を画定し、
   前記電気モータ（１０）がエアギャップ（ｅ）によって隔てられた固定子（１４）と回転子（１２）を備え、前記固定子（１４）は、前記ベアリング装置（１８）が引き抜かれたときに前記軸（１６）を分解位置で担持するように構成された内径部を備えることを特徴とする電気モータ。
2. 前記ベアリング装置（１８）の組立て位置と分解位置との間の移動が、前記ベアリング装置（１８）を前記軸線（Ａ－Ａ’）の周りに回転させることによって行われる、請求項１に記載の電気モータ（１０）。
3. 分解位置では、ボックス（２３）とフランジ（２２）との間に前記エアギャップ（ｅ）よりも大きな隙間（ｊ）を有する、請求項１に記載の電気モータ（１０）。
4. 前記ベアリング装置（１８）が、前記軸（１６）に組み付けられた外側バッフル板（５６）と協働して外側密封バッフル組立体（６２）を形成する外側溝（６１）を有するカバー（６０）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気モータ（１０）。
5. 前記ベアリング装置（１８）が、前記軸（１６）に組み付けられた内側バッフル板（５４）と協働して内側密封バッフル組立体（５８）を形成する内側溝（５７）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気モータ（１０）。
6. 前記ベアリング装置（１８）が複数の凹み部（４０）およびそれと同数のセンタリング部位（４４）を有し、前記モータハウジングがそれと同数の凹み部（４２）およびセンタリング部位（４６）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気モータ（１０）。

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