WO2013179515A1

WO2013179515A1 - 回転電機および軸受交換方法

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Publication number: WO2013179515A1
Application number: PCT/JP2012/081206
Authority: WO
Inventors: 健太金子
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-12-05
Also published as: JP2013247827A; US20150123517A1; JP5138111B1

Abstract

　固定子鉄心３と、積層コア４と鉄心押え５，１１と冷却ファン６０，７０とを有する回転子７と、固定子鉄心３と回転子７とを内包する筒状部９と回転子軸６の方向に延在して回転子軸６を支持する第１のブラケット１および第２のブラケット２とを有するフレームと、第１のブラケット１および第２のブラケット２に着脱可能に装着され回転子軸６を回転可能に支持するカートリッジ２９，４９と、を備え、冷却ファン６０，７０には、第１のブラケット１および第２のブラケット２を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部を保持する溝状の保持部６４，７４が設けられる。

Description

回転電機および軸受交換方法

　本発明は、鉄道車両を駆動する回転電機および軸受交換方法に関するものである。

　一般に、鉄道車両用の回転電機には、省保守性の観点から全密閉形の回転電機が多く採用されている。この全密閉形の回転電機は、主に、筒状を成し内周側に回転子を配置するフレームと、フレームの両端に対向して配設され回転子軸を回転可能に支持するハウジングと、を有して構成されている。このハウジングの中心部には軸受が設けられているとともに、フレームの内周部には固定子コイルを収納する円筒状の固定子鉄心が取り付けられ、固定子鉄心の内周面と回転子の外周面との間には、一様な空隙が形成されている。

　このように構成された全密閉形の回転電機では、回転子などの清掃作業が不要であるものの、軸受に関しては定期的なメンテナンスが必要である。メンテナンス時には、まず回転子をフレームから引き出し、その後に軸受を取り外すという流れが一般的である。

　このような作業を省く手段として、下記特許文献１に示される主電動機は、回転子を支持するための回転子支持装置と回転子支持装置を受ける支持受けとが設けられている。そして、ベアリングブラケット側から挿入される複数のボルトによって回転子支持装置を支持受けに押し付けることで回転子を固定し、その後にベアリングを固定しているハウジングを分解するという態様である。

特開２００８－９９４９１号公報（図１など）

　しかしながら、上記従来の技術によれば、ベアリングブラケットから挿入されたボルトによって回転子支持装置が支持受けに押し付けられるわけであるが、回転子支持装置の先端部の摩擦力によって回転子を支持する形であるため、この摩擦力だけでは回転子を安定して固定することが困難であるという課題があった。その場合、回転子の軸中心位置がフレームの軸中心位置から変移してしまうため、固定子鉄心の内周面と回転子の外周面とが接触して欠損する可能があるだけでなく、軸受の着脱が困難になる場合があるという課題があった。また、上記従来の技術によれば、回転子支持装置および支持受けを、ベアリングブラケットおよびハウジング周辺に設ける必要があるため、冷却ファンによる軸受冷却を行うスペースを確保することができない。さらに、回転子支持装置や回転子支持部を設けることによって回転電機の質量が増加するという課題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸受の着脱作業を容易化することが可能な回転電機および軸受交換方法を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子と、前記固定子の内周側に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えと前記鉄心押えに取り付けられる冷却ファンとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備え、前記冷却ファンは、前記鉄心押えから前記軸受部に向かうにつれて拡径する形状の主板を有し、前記主板は、前記回転子軸支持部を介して挿入される軸受着脱用治具の端部が保持される溝状または穴状の保持部が設けられ、当該保持部が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部を有することを特徴とする。

　この発明によれば、軸受着脱用治具を用いて冷却ファンを保持するようにしたので、軸受の着脱作業を容易化することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる回転電機の縦断面図である。図２は、軸受着脱用治具を模式的に示す図である。図３は、冷却ファンに形成された保持部の形状と、軸受着脱用治具の端部の形状とを説明するための図である。図４は、第１のブラケットに軸受着脱用治具を装着し、かつ、第２のブラケットに軸受着脱用治具を装着した状態を示す図である。図５は、本発明の実施の形態３にかかる回転電機の縦断面図である。図６は、図５に示される第１のブラケットの側面を示す図である。

　以下に、本発明にかかる回転電機および軸受交換方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる回転電機１００の縦断面図であり、図１には一例として密閉型の回転電機１００が示されている。回転電機１００は、固定子鉄心３と、回転子７と、筒状部９と、第１のブラケット１と、第２のブラケット２と、カートリッジ２９と、カートリッジ４９とを有して構成されている。第１のブラケット１は、筒状部９の駆動側８２に配設され、第２のブラケット２は、筒状部９の反駆動側８１に配設される。筒状部９、第１のブラケット１、および第２のブラケット２は、回転電機１００のフレームを構成する。

　筒状部９の内周部には、固定子コイル８を収納する円筒状の固定子鉄心３が取り付けられ、この固定子鉄心３の内周面と積層コア４の外周面との間には、一様な空隙が形成されている。このような構成によって、回転子７の回転力は、駆動側８２に配設された図示しない継手および歯車装置を介して車輪に伝達される。

　次に、回転子７の駆動側８２に配設された冷却ファン６０、および回転子７の反駆動側８１に配設された冷却ファン７０に関して説明する。

　回転子７は、電磁鋼板を積層してなる積層コア４と、積層コア４の駆動側８２を覆う鉄心押え５と、積層コア４の反駆動側８１を覆う鉄心押え１１とで構成され、図１には、鉄心押え５の駆動側８２に取り付けられる冷却ファン６０と、鉄心押え１１の反駆動側８１に取り付けられる冷却ファン７０とが示されている。

　冷却ファン６０には、回転電機１００内の空気を撹拌するため、回転子７の半径方向に延設され回転子７の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成されている。主板６３は、鉄心押え５からカートリッジ２９（軸受部）に向かうにつれて拡径する形状を成し、主板６３には回転子軸６が挿入される貫通穴が設けられ、主板６３は各羽根の一端を保持する。なお、冷却ファン６０の形状は、図１に示される形状に限定されるものではない。

　さらに、主板６３には、カートリッジ２９を着脱可能に、第１のブラケット１を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａの端部１３ａが保持される溝状の保持部６４が周設されている。主板６３は、例えばその外周端側が第１のブラケット１に沿うように形成され、保持部６４が設けられていない肉薄部６３ｂと比較して板厚が厚い肉厚部６３ａを有する。肉厚部６３ａの板厚ｔ１は、肉薄部６３ｂの板厚ｔ２よりも厚くなるように形成されている。保持部６４は、肉厚部６３ａの第１のブラケット１側の面に形成されている。

　冷却ファン７０には、軸受周囲の空気を撹拌するため、回転子７の半径方向に延設されている。主板７３は、鉄心押え１１からカートリッジ４９（軸受部）に向かうにつれて拡径する形状を成し、主板７３には回転子軸６が挿入される貫通穴が設けられている。なお、冷却ファン７０の形状は、図１に示される形状に限定されるものではない。

　さらに、主板７３には、第２のブラケット２を介して挿入される軸受着脱用治具２０ｂの端部１３ｂが保持される溝状の保持部７４が周設されている。主板７３は、例えばその外周端側が第２のブラケット２に沿うように形成され、保持部７４が設けられていない肉薄部７３ｂと比較して板厚が厚い肉厚部７３ａを有する。肉厚部７３ａの板厚ｔ１は、肉薄部７３ｂの板厚ｔ２よりも厚くなるように形成されている。保持部７４は、肉厚部７３ａの第２のブラケット２側の面に形成されている。なお「周設」は、周方向に連続形成された環状の円のように設けること、あるいは、一部が途切れている環状の円のように設けることを意味する。

　これらの冷却ファン６０および冷却ファン７０によって、回転子軸６が回転した際に回転電機１００内の空気が撹拌され、回転子７や固定子鉄心３などで熱せられた空気が、第１のブラケット１、第２のブラケット２、および筒状部９などで熱交換され、回転電機１００が効率的に冷却される。

　次に、駆動側８２に示される第１のブラケット１およびカートリッジ２９に関して説明する。

　第１のブラケット１の軸中心部には、第１のブラケット１に着脱可能に固定されるカートリッジ２９が設けられている。

　カートリッジ２９は、駆動側８２から着脱可能な構造であり、回転子軸６の一端を回転自在に支持する軸受２７を収納するとともに、軸受２７の潤滑用グリースポケットを備えている。

　回転子軸６には、軸受２７の機内側に配設され、軸受２７の位置を決め、カートリッジ２９と共にラビリンス構造を構成するベアリングストッパ２８が設けられている。ラビリンスとは、回転部と固定部の境目を構成し、潤滑用グリースが漏れ出すことを防ぎ、さらに外部から軸受２７（後述する軸受４７を含む）および回転電機１００内部へのゴミの浸入を防止する構造をいう。

　軸受２７の機外側には、軸受２７に供給される潤滑用グリースを保持するグリースポケットを有し、かつ、ベアリングストッパ２６と共にラビリンス構造を構成するベアリングキャップ２５が設けられている。ベアリングキャップ２５は、機外側からカートリッジ２９に向けて螺入される締結部材（図示せず）によって、着脱可能に固定される。

　ベアリングストッパ２６は、軸受２７の位置を決め、かつ、ベアリングキャップ２５と共にラビリンス構造を構成することで潤滑用グリースが機外に漏れ出すことを防止するものである。

　このように、ベアリングキャップ２５、ベアリングストッパ２６、カートリッジ２９、およびベアリングストッパ２８で形成されたラビリンス構造によって、潤滑用グリースが機外へ漏れ出ることを抑制可能となる。

　第１のブラケット１には、複数の軸受着脱用治具２０ａが挿入される挿入穴８０が形成されている。軸受着脱用治具２０ａを使用する時以外は、挿入穴８０には、軸受着脱用治具２０ａよりも短寸のボルト（例えば、その先端部が主板６３に設けられた保持部６４に接することがない長さに形成されているもの）が螺入されている。従って、軸受着脱用治具２０ａは、これらのボルトを取り外してから取り付けられる。図１には、挿入穴８０に軸受着脱用治具２０ａを挿入するときの状態が示されている。

　次に、反駆動側８１に示される第２のブラケット２およびカートリッジ４９に関して説明する。

　第２のブラケット２の軸中心部には、第２のブラケット２に着脱可能に固定されるカートリッジ４９が設けられている。

　カートリッジ４９は、反駆動側８１から着脱可能な構造であり、回転子軸６の一端を回転自在に支持する軸受４７を収納するとともに、軸受４７の潤滑用グリースポケットを備えている。

　回転子軸６には、軸受４７の機内側に配設され、軸受４７の位置を決め、カートリッジ４９と共にラビリンス構造を構成するベアリングストッパ４８が設けられている。

　軸受４７の機外側には、軸受４７に供給される潤滑用グリースを保持するグリースポケットを有し、かつ、ベアリングストッパ４６と共にラビリンス構造を構成するベアリングキャップ４５が設けられている。ベアリングキャップ４５は、機外側からカートリッジ４９に向けて螺入される締結部材（図示せず）によって、着脱可能に固定される。

　ベアリングストッパ４６は、軸受４７の位置を決め、かつ、カートリッジ４９と共にラビリンス構造を構成することで潤滑用グリースが機外に漏れ出すことを防止するものであり、回転子軸６の端部に装着される。

　このように、ベアリングキャップ４５、ベアリングストッパ４６、カートリッジ４９、およびベアリングストッパ４８で形成されたラビリンス構造によって、潤滑用グリースが機外へ漏れ出ることを抑制可能となる。

　第２のブラケット２には、複数の軸受着脱用治具２０ｂが挿入される挿入穴９０が形成されている。軸受着脱用治具２０ｂを使用する時以外は、挿入穴９０には、軸受着脱用治具２０ｂよりも短寸のボルト（例えば、その先端部が主板７３に設けられた保持部７４に接することがない長さに形成されているもの）が螺入されている。従って、軸受着脱用治具２０ｂは、これらのボルトを取り外してから取り付けられる。図１には、挿入穴９０に軸受着脱用治具２０ｂを挿入するときの状態が示されている。

　なお、回転子軸６の中心線から挿入穴８０，９０の中心までの距離は、回転子軸６の中心線から保持部６４，７４の中心までの距離と等しくなるように設定されているものとする。

　次に、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの形状に関して説明する。

　図２は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを模式的に示す図である。軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂは、カートリッジ２９，４９を着脱する際、積層コア４を固定子鉄心３に接触させることなく回転子７を固定するための治具であり、第１のブラケット１または第２のブラケット２に装着され、回転子支持部材として機能する。軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの太さは、回転子７の軸中心位置が筒状部９の軸中心位置から変移することを防ぐため、回転子７の重量などを考慮して設定することが望ましい。

　軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂには、第１のブラケット１または第２のブラケット２に形成された複数の挿入穴８０，９０に螺入可能な雄ねじ部１１ａ，１１ｂが、ボルト頭１２ａ，１２ｂから所定の位置まで形成されている。所定の位置とは、例えば、第１のブラケット１または第２のブラケット２の厚み分を見込む長さである。

　軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂは、例えば、ボルト頭１２ａ，１２ｂ側から端部１３ａ，１３ｂの先端にかけて先細りとなるテーパー状に形成してもよいし矩形に形成してもよい。

　次に、端部１３ａ，１３ｂの断面と保持部６４，７４の断面との関係を具体的に説明する。

　図３は、冷却ファン６０，７０に形成された保持部６４，７４の形状と、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂの形状とを説明するための図である。図３には、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂの断面と、この端部１３ａ，１３ｂ（端部１４ａ，１４ｂ）を保持した状態の保持部６４，７４の断面（回転子７の半径方向に沿う断面）とが示されている。

　図３（ａ）に示される端部１３ａ，１３ｂは、先端にかけて先細りとなるテーパー状に形成されている。保持部６４，７４も同様に、その側面は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部が当接可能なテーパー状に形成されている。軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの長手方向に対する保持部６４，７４のテーパー角は、端部１３ａ，１３ｂのテーパー角よりやや小さい角度である。このように、端部１３ａ，１３ｂのテーパー角を保持部６４，７４のテーパー角より大きくすれば、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。また、保持部６４，７４と端部１３ａ，１３ｂが互いにテーパー状に形成されているため、例えば主板６３，７３にアルミなどの軽量な材質を用いた場合でも、保持部６４，７４の局所的な変形（例えば保持部６４，７４の頂部６４ａ，７４ａの変形など）を抑制することが可能である。なお、端部１３ａを保持部６４に保持させたとき、端部１３ａと保持部６４の底面との間には非接触部６４ｂが形成される。同様に、端部１３ｂを保持部７４に保持させたとき、端部１３ｂと保持部７４の底面との間には非接触部７４ｂが形成される。

　図３（ｂ）には、保持部６４，７４の断面形状を変形した例が示されている。図３（ｂ）に示される端部１３ａ，１３ｂは、図３（ａ）に示される端部１３ａ，１３ｂと同様にテーパー状に形成されているが、保持部６４，７４は、矩形に形成されている。このように、端部１３ａ，１３ｂをテーパー状に形成し、保持部６４，７４を矩形に形成した場合でも、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することができると共に、保持部６４，７４の加工工数を減らすことができる。なお、端部１３ａを保持部６４に保持させたとき、端部１３ａと保持部６４の底面との間には非接触部６４ｂが形成される。同様に、端部１３ｂを保持部７４に保持させたとき、端部１３ｂと保持部７４の底面との間には非接触部７４ｂが形成される。

　図３（ｃ）には、端部１４ａ，１４ｂの断面形状を変形した例が示されている。図３（ｃ）に示される保持部６４，７４は、図３（ａ）に示される保持部６４，７４と同様に、保持部６４，７４の側面が、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部が当接可能なテーパー状に形成されているが、端部１４ａ，１４ｂは、矩形に形成されている。ここで、端部１４ａ，１４ｂの先端部分の幅をｃとし、保持部６４，７４の底面の幅をｄとした場合、幅ｃは、幅ｄよりも広く形成されている。このように、端部１４ａ，１４ｂを矩形に形成し、保持部６４，７４をテーパー状に形成した場合でも、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することができる。なお、端部１４ａを保持部６４に保持させたとき、端部１４ａと保持部６４の底面との間には非接触部６４ｂが形成される。同様に、端部１４ｂを保持部７４に保持させたとき、端部１４ｂと保持部７４の底面との間には非接触部７４ｂが形成される。

　図３に示される端部１３ａ，１３ｂ（または端部１４ａ，１４ｂ）と保持部６４，７４の断面形状は、一例を示すものであり、以下のように構成してもよい。

　（１）まず、端部１３ａ，１３ｂをテーパー状に形成する場合に関して説明する。端部１３ａ，１３ｂは、端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４の底面に達する前に、保持部６４，７４の頂部６４ａ，７４ａが端部１３ａ，１３ｂに当接可能なテーパー状に形成されているものとする。（１ａ）このとき、保持部６４，７４は、回転子７の半径方向に沿う断面がテーパー状になるように形成してもよいし、（１ｂ）または、回転子７の半径方向に沿う断面が矩形になるように形成してもよい。なお、（１）と（１ａ）を組み合わせた形状は、図３（ａ）に相当し、（１）と（１ｂ）を組み合わせた形状は、図３（ｂ）に相当する。

　（２）次に、保持部６４，７４をテーパー状に形成する場合に関して説明する。保持部６４，７４は、端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４の底面に達する前に、端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４の側面に当接可能なテーパー状に形成されているものとする。（２ａ）このとき、端部１３ａ，１３ｂは、矩形（例えば端部１４ａ，１４ｂ）に形成してもよいし、（２ｂ）または、テーパー状に形成してもよい。なお、（２）と（２ａ）を組み合わせた形状は、図３（ｃ）に相当する。

　なお、端部１３ａ，１３ｂの形状をアール状（曲線状）に形成した場合、主板６３，７３に、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂよりも軟質な材料（アルミなど）を用いたときでも、主板６３，７３の損傷を防ぐことが可能である。

　次に、実施の形態１にかかる回転電機１００の軸受交換方法を説明する。

　図４は、第１のブラケット１に軸受着脱用治具２０ａを装着し、かつ、第２のブラケット２に軸受着脱用治具２０ｂを装着した状態を示す図である。まず、カートリッジ２９，４９を取り外す動作を説明する。挿入穴８０，９０に軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを挿入する際、端部１３ａ，１３ｂと保持部６４，７４との間に隙間が生じると、回転子７の軸中心位置が変移して、積層コア４の外周面が固定子鉄心３の内周面に干渉する可能性がある。このような干渉を防ぐため、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂは、その端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４と当接するまで螺入することが望ましい。

　図４に示されるように、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４を保持した状態となったとき、冷却ファン６０，７０は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂによって固定される。従って、回転子７も軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂによって固定された状態となるため、この状態でカートリッジ２９，４９を取り外した場合でも、積層コア４が固定子鉄心３に接触することはない。

　駆動側８２においては、図示しない締結部材を取り外すことによってカートリッジ２９を取り外すことが可能であり、反駆動側８１においても同様に、図示しない締結部材を取り外すことによってカートリッジ４９を取り外すことが可能である。

　次に、軸受２７，４７および潤滑用グリースの交換を行った新しいカートリッジ２９，４９を装着する動作を説明する。駆動側８２においては、第１のブラケット１にカートリッジ２９を装着し、その後、挿入穴８０から軸受着脱用治具２０ａを取り外し、図示しないボルトを挿入穴８０へ螺入する。反駆動側８１においては、第２のブラケット２にカートリッジ４９を装着し、その後、挿入穴９０から軸受着脱用治具２０ｂを取り外し、図示しないボルトを挿入穴９０へ螺入する。

　なお、軸受着脱用治具２０ａまたは軸受着脱用治具２０ｂの本数は、回転子７を安定して固定するため、各々３本以上用いることが望ましい。その場合、第１のブラケット１（または第２のブラケット２）に形成される挿入穴８０（挿入穴９０）は、軸受着脱用治具２０ａ（軸受着脱用治具２０ｂ）の数に対応した数以上とし、かつ、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上に例えば等間隔で設けるものとする。

　以上に説明したように、実施の形態１にかかる回転電機１００は、固定子鉄心（固定子）３と、固定子鉄心３の内周側に配置され電磁鋼板を積層してなる積層コア（回転子コア）４と前記積層コア４の両端を覆う鉄心押え５，１１と前記鉄心押え５，１１に取り付けられる冷却ファン６０，７０とを有する回転子７と、固定子鉄心３と回転子７とを内包する筒状部９と回転子軸６の方向に延在して回転子軸６を支持する回転子軸支持部（第１のブラケット１、第２のブラケット２）とを有するフレームと、回転子軸支持部（１，２）に着脱可能に装着され回転子軸６を回転可能に支持するカートリッジ（軸受部）２９，４９と、を備え、冷却ファン６０，７０は、鉄心押え５，１１から軸受部（２９，４９）に向かうにつれて拡径する形状の主板６３，７３を有し、主板６３，７３は、回転子軸支持部（１，２）を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂが保持される溝状の保持部６４，７４が設けられ、当該保持部６４，７４が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部６３ａ，７３ａを有するようにしたので、カートリッジ２９，４９を着脱する際、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを挿入穴８０，９０へ締結するだけで、回転子７のラジアル方向（回転子７の半径方向）の固定が可能である。一般的に、回転子７の外周面と固定子鉄心３の内周面との隙間は、数ｍｍ程度であるため、筒状部９から回転子７を引き出してからカートリッジ２９，４９を着脱するには、回転子７の外周面が固定子鉄心３の内周面に接触することがないように、多大な慎重を期す必要がある。前述した従来技術は、軸受の着脱作業を容易化するために、回転子支持装置などをベアリングブラケットおよびハウジングの周辺に設けるように構成されていたが、冷却ファンによる軸受冷却を行うスペースを確保することができないだけでなく、回転電機の質量増加やコスト増加を招くという課題があった。実施の形態１にかかる回転電機１００は、第１のブラケット１（または第２のブラケット２）に軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを挿入するための挿入穴８０，９０が設けられ、かつ、冷却ファン６０，７０に溝状の保持部６４，７４が設けられているため、従来技術の回転子支持装置などを用いることなく、かつ、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から殆ど変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

　また、鉄道車両用モータの回転子の重量は例えば１００ｋｇ程度になる場合があるため、軸受保守の際、回転子７を支える回転子支え治具や保持部を構成する部品には十分な強度が必要となる。従来の電動機は冷却ファンの主板にこのような保持部を設けることを前提としていないため、従来の電動機の主板には十分な強度を確保するための肉厚部が設けられていない。従って、従来の電動機の主板に保持部を形成した場合、強度不足により保持部周辺に応力集中が発生し、主板が変形しあるいは主板に亀裂が生じる可能性がある。本実施の形態に係る主板６３，７３は、保持部６４，７４が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部６３ａ，７３ａを有するため、本実施の形態に係る回転電機１００を鉄道車両用モータに適用した場合でも、保持部６４，７４への応力集中が緩和され必要強度を満たす。その結果、主板６３，７３が変形し、あるいは主板６３，７３に亀裂が生じることがなく、安定した状態で軸受保守を行うことができる。その結果、軸受の着脱作業が容易化されると共に軸受冷却スペースを確保することができる。さらに、従来の回転電機よりも軽量、かつ、安価に製作することが可能である。

　また、実施の形態１にかかる回転電機１００によれば、回転子７を筒状部９から引き出す必要がないので、例えば１００ｋｇ以上にも及ぶ鉄道車両用の回転子７を吊すためのクレーンや、カートリッジ２９，４９を分解するための特別な治具などが不要である。特に、永久磁石励磁式同期機の場合、回転子７が強磁力を発生するため、回転子７を筒状部９から引き出した際、メンテナンス中の回転電機１００の周囲の磁性体がこの回転子７に引き付けられる可能性があるだけでなく、引き出された回転子７と筒状部９との間で反発力あるいは吸引力が発生する虞がある。実施の形態１にかかる回転電機１００によれば、このような危険を伴うことなくカートリッジ２９，４９を交換することが可能となる。

　また、溝状の保持部６４，７４は、冷却ファン６０，７０の円周方向に周設されているので、回転子７の回転方向の位置に制約されることなく、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂを保持することが可能である。

　また、図３（ａ）に示されるように、実施の形態１にかかる保持部６４，７４は、端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４の側面に当接可能なテーパー状に形成され、端部１３ａ，１３ｂと保持部６４，７４の底面との間には、非接触部６４ｂ，７４ｂが形成されている。このように構成することによって、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

　また、図３（ｃ）に示されるように、実施の形態１にかかる保持部６４，７４は、端部１４ａ，１４ｂが保持部６４，７４の側面に当接可能なテーパー状に形成され、端部１４ａ，１４ｂと保持部６４，７４の底面との間には、非接触部６４ｂ，７４ｂが形成されている。このように構成しても、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

　また、実施の形態１にかかる軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂは、回転子軸支持部（１，２）に挿入され冷却ファン６０，７０に設けられた保持部６４，７４に保持されるボルト状を成すので、カートリッジ２９，４９を着脱する際に、積層コア４を固定子鉄心３に接触させることなく回転子７を固定することができると共に、一般的な締結部材（ボルトなど）を加工して製作できるため、安価に製作することが可能である。

　また、実施の形態１にかかる軸受交換方法は、回転子軸支持部（１，２）に挿入され冷却ファン６０，７０に設けられた溝状の保持部６４，７４に保持される軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを、回転子軸支持部（１，２）に装着する治具装着ステップと、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを回転子軸支持部（１，２）に螺入することによって、保持部６４，７４に軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂ（端部１４ａ，１４ｂ）を保持させて回転子７を固定する回転子固定ステップと、回転子軸支持部（１，２）からカートリッジ２９，４９を取り外し、回転子軸支持部（１，２）に新しいカートリッジ２９，４９を装着する軸受交換ステップと、を含むようにしたので、カートリッジ２９，４９を着脱する際、積層コア４を固定子鉄心３に接触させることなく、かつ、従来技術の手法よりも容易に軸受２７，４７を交換することが可能である。

　また、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、端部１３ａ，１３ｂが保持部６４，７４の底面に達する前に、保持部６４，７４の頂部６４ａ，７４ａが端部１３ａ，１３ｂに当接可能なテーパー状に形成されている。このとき、保持部６４，７４は、図３（ａ）に示されるようにテーパー状に形成してもよいし、または図３（ｃ）に示されるように矩形になるように形成してもよい。このように構成することによって、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

実施の形態２．
　実施の形態１にかかる回転電機１００は、冷却ファン６０，７０に形成された保持部６４，７４によって軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを保持するように構成されているが、実施の形態２にかかる回転電機１００は、保持部６４，７４の代わりに、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを保持する穴状の窪み（保持部）を冷却ファン６０，７０に設けて、この穴状の保持部によって軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを保持するように構成されている。なお、実施の形態２にかかる回転電機１００は、図１に示される保持部６４，７４が穴状の保持部に変更された態様であるため、以下の説明では、実施の形態２にかかる回転電機１００の図示を省略すると共に、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

　実施の形態２にかかる冷却ファン６０，７０には、上述した穴状の保持部が、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上に複数設けられている。この穴状の保持部の数は、特に限定されるものではないが、冷却ファン６０および冷却ファン７０に各々３つ以上設けることが望ましい。この場合、各穴状の保持部は、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上に等間隔で設けることが望ましい。また、第１のブラケット１（または第２のブラケット２）に形成される挿入穴８０，９０は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの数に対応した数以上とし、かつ、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上において、各穴状の保持部に対応した間隔で設けるものとする。また、回転子軸６の中心線からこの挿入穴８０，９０の中心までの距離は、回転子軸６の中心線から穴状の保持部の中心までの距離と等しくなるように設定する。

　次に、実施の形態２にかかる回転電機１００の軸受交換方法を説明する。

　まず、カートリッジ２９，４９を取り外す動作を説明する。挿入穴８０，９０に軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを挿入する際、端部１３ａ，１３ｂと穴状の保持部との間に隙間が生じると、回転子７の軸中心位置が変移して、積層コア４の外周面が固定子鉄心３の内周面に干渉する可能性がある。このような干渉を防ぐため、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂは、その端部１３ａ，１３ｂが穴状の保持部と当接するまで螺入することが望ましい。

　軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂが穴状の保持部を保持した状態となったとき、冷却ファン６０，７０は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂによって固定される。従って、回転子７も軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂによって固定された状態となるため、この状態でカートリッジ２９，４９を取り外した場合でも、積層コア４が固定子鉄心３に接触することはない。

　駆動側８２においては、図示しない締結部材を取り外すことによってカートリッジ２９を取り外すことが可能であり、反駆動側８１においても同様に、図示しない締結部材を取り外すことによってカートリッジ４９を取り外すことが可能である。なお、軸受２７，４７および潤滑用グリースの交換を行った新しいカートリッジ２９，４９を装着する動作は、実施の形態１と同様であるため、以下説明を割愛する。

　なお、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの本数は、回転子７を安定して固定するため、各々３本以上用いることが望ましい。その場合、第１のブラケット１（または第２のブラケット２）に形成される挿入穴８０，９０は、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの数に対応した数以上とし、かつ、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上に例えば等間隔で設けるものとする。

　以上に説明したように、実施の形態２にかかる回転電機１００は、固定子鉄心（固定子）３と、固定子鉄心３の内周側に配置され電磁鋼板を積層してなる積層コア（回転子コア）４と前記積層コア４の両端を覆う鉄心押え５，１１と前記鉄心押え５，１１に取り付けられる冷却ファン６０，７０とを有する回転子７と、固定子鉄心３と回転子７とを内包する筒状部９と回転子軸６の方向に延在して回転子軸６を支持する回転子軸支持部（第１のブラケット１、第２のブラケット２）とを有するフレームと、回転子軸支持部（１，２）に着脱可能に装着され回転子軸６を回転可能に支持するカートリッジ（軸受部）２９，４９と、を備え、冷却ファン６０，７０は、鉄心押え５，１１から軸受部（２９，４９）に向かうにつれて拡径する形状の主板６３，７３を有し、主板６３，７３は、回転子軸支持部（１，２）を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂが保持される穴状の保持部６４，７４が設けられ、当該保持部６４，７４が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部６３ａ，７３ａを有するようにしたので、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。

　また、穴状の保持部は、回転子軸６の軸中心部を中心とする同心円上に複数設けられているので、溝状の保持部６４，７４を周設する場合よりも冷却ファン６０，７０の加工に伴うコストを低減することが可能である。

　また、実施の形態２にかかる穴状の保持部は、端部１３ａ，１３ｂが保持部の側面に当接可能なテーパー状に形成され、端部１３ａ，１３ｂと保持部の底面との間には、非接触部６４ｂ，７４ｂが形成されている。このように構成することによって、実施の形態１と同様に、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

　また、実施の形態２にかかる穴状の保持部は、端部１４ａ，１４ｂが穴状の保持部の側面に当接可能なテーパー状に形成され、端部１４ａ，１４ｂと穴状の保持部の底面との間には、非接触部６４ｂ，７４ｂが形成されている。このように構成しても、実施の形態１と同様に、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

　また、実施の形態２にかかる回転電機１００に適用される軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂは、回転子軸支持部（１，２）に挿入され冷却ファン６０，７０に形成された穴状の保持部を保持するボルト状を成すので、カートリッジ２９，４９を着脱する際に、積層コア４を固定子鉄心３に接触させることなく回転子７を固定することができると共に安価に製作することが可能である。

　また、実施の形態２にかかる回転電機１００に適用される軸受交換方法によれば、回転子軸支持部（１，２）に挿入され冷却ファン６０，７０に形成された穴状の保持部を保持する軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを、回転子軸支持部（１，２）に装着する治具装着ステップと、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂを回転子軸支持部（１，２）に螺入することによって、穴状の保持部に軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂ（端部１４ａ，１４ｂ）を保持させて回転子７を固定する回転子固定ステップと、回転子軸支持部（１，２）からカートリッジ２９，４９を取り外し、回転子軸支持部（１，２）に新しいカートリッジ２９，４９を装着する軸受交換ステップと、を含むようにしたので、カートリッジ２９，４９を着脱する際に、積層コア４を固定子鉄心３に接触させることなく、かつ、従来技術の手法に比して容易に、カートリッジ２９，４９を交換することが可能である。

　また、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの端部１３ａ，１３ｂは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、端部１３ａ，１３ｂが穴状の保持部の底面に達する前に、穴状の保持部の頂部６４ａ，７４ａが端部１３ａ，１３ｂに当接可能なテーパー状に形成されている。このとき、穴状の保持部は、図３（ａ）に示される保持部６４，７４と同様に、テーパー状に形成してもよいし、または図３（ｃ）に示される保持部６４，７４と同様に、矩形になるように形成してもよい。このように構成することによって、回転子７の軸中心位置を筒状部９の軸中心位置から変移させることなく、回転子７を固定することが可能である。

実施の形態３．
　図５は、本発明の実施の形態３にかかる回転電機の縦断面図であり、図６は、図５に示される第１のブラケットの側面を示す図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

　主板６３には、カートリッジ２９を着脱可能に、第１のブラケット１を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａの端部１３ａが保持される溝状の保持部６４が周設されている。主板６３は、その外周端側が第１のブラケット１に沿うように形成され、保持部６４が設けられていない肉薄部６３ｂと比較して板厚が厚い肉厚部６３ａ’を有する。この肉厚部６３ａ’の板厚ｔ１は、肉薄部６３ｂの板厚ｔ２よりも厚くなるように形成されている。保持部６４は、肉厚部６３ａ’の第１のブラケット１側の面に形成されている。

　第１のブラケット１の軸中心部にはカートリッジ２９が設けられている。カートリッジ２９は、駆動側８２から第１のブラケット１に向けて挿入される締結部材（図示せず）によって、第１のブラケット１に着脱可能に固定される。

　第１のブラケット１には、複数の軸受着脱用治具２０ａを挿入するための挿入穴８０が、カートリッジ２９の外周よりも外側に形成されている。軸受着脱用治具２０ａを使用する時以外は、挿入穴８０には、軸受着脱用治具２０ａよりも短寸のボルト（例えば、その先端部が主板６３に設けられた保持部６４に接することがない長さに形成されているもの）が螺入されている。従って、軸受着脱用治具２０ａは、これらのボルトを取り外してから取り付けられる。

　次に、実施の形態３にかかる回転電機１００の軸受交換方法を説明する。なお、ここでは駆動側８２の軸受交換方法のみ説明し、反駆動側８１の軸受交換方法は実施の形態１と同様と仮定して説明を割愛する。

　まず、カートリッジ２９を取り外す場合、挿入穴８０に軸受着脱用治具２０ａを挿入し、軸受着脱用治具２０ａを、その端部１３ａが保持部６４に当接するまで螺入する。軸受着脱用治具２０ａの端部１３ａが保持部６４を保持した状態となったとき、冷却ファン６０は、軸受着脱用治具２０ａによって固定される。従って、回転子７も軸受着脱用治具２０ａによって固定された状態となる。この状態で、図示しない締結部材が取り外され、その後、カートリッジ２９を取り外される。このように回転子７が軸受着脱用治具２０ａによって固定されるため、この状態でカートリッジ２９を取り外した場合でも、積層コア４が固定子鉄心３に接触することはない。

　次に、軸受２７および潤滑用グリースの交換を行った新しいカートリッジ２９を装着する場合、第１のブラケット１にカートリッジ２９を装着した後、挿入穴８０から軸受着脱用治具２０ａを取り外す。そして、この挿入穴８０に図示しないボルトを螺入する。

　なお、実施の形態３に係る冷却ファン６０は、反駆動側８１の冷却ファンにも適用可能であり、その場合、第２のブラケット２は、第１のブラケット１に設けられた挿入穴８０と同様の挿入穴を有するものとする。

　また、実施の形態３に係る冷却ファン６０には、溝状の保持部６４の代わりに実施の形態２の穴状の保持部を適用することも可能である。

　以上に説明したように、実施の形態３にかかる回転電機１００の主板６３は、第１のブラケット１を介して挿入される軸受着脱用治具２０ａの端部１３ａが保持される溝状または穴状の保持部６４が設けられ、当該保持部６４が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部６３ａ’を有し、肉厚部６３ａ’が主板６３の中心側に形成されている。このように構成した場合でも実施の形態１，２と同様の効果を得ることができると共に、実施の形態１に比べて肉厚部６３ａ’の量を減らすことができ、軽量、かつ、安価に製作することが可能である。

　なお、実施の形態１～３の説明では、第１のブラケット１、第２のブラケット２、および筒状部９が別々の構成となっているが、実施の形態１～３にかかる回転電機、軸受着脱用治具、および軸受交換方法は、第１のブラケット１、第２のブラケット２、および筒状部９が一体的に構成されたフレームを備えた回転電機にも適用可能である。

　なお、実施の形態１，３にかかる溝状の保持部または実施の形態２にかかる穴状の保持部が軸受着脱用治具２０ａを保持する構造は、交換頻度が高いと予想されるカートリッジ（例えば駆動側８２のカートリッジ２９）側のみに適用するようにしてもよい。このように構成した場合でも、駆動側８２のカートリッジ２９を取り外す際、反駆動側８１に延設される回転子軸６が、反駆動側８１に配設された軸受４７に支持されているため、駆動側８２のカートリッジ２９の着脱に伴う作業性が低下することはない。また、第２のブラケット２側に設けられる軸受着脱用治具２０ｂ用の挿入穴９０や、溝状の保持部７４または穴状の保持部を形成する必要がなくなるため、加工に伴うコストを低減可能である。

　なお、軸受着脱用治具２０ａと軸受着脱用治具２０ｂは、長さおよび径が異なるものであってもよい。

　なお、実施の形態１～３にかかる軸受着脱用治具および軸受交換方法は、全閉内扇冷却方式の回転電機に限定されず、例えば、全閉外扇冷却方式の回転電機などにも適用可能である。

　なお、実施の形態１～３にかかる保持部６４，７４の形状は、テーパー状または矩形に限定されるものではなくアール状（曲線状）に形成してもよい。このように形成した場合、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂに、主板６３，７３よりも軟質な材料（アルミなど）を用いたときでも、軸受着脱用治具２０ａ，２０ｂの損傷を防ぐことが可能である。

　なお、実施の形態１～３にかかる回転電機は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

　以上のように、本発明は、回転電機に適用可能であり、特に、軸受の着脱作業を容易化することができる発明として有用である。

　１　第１のブラケット（回転子軸支持部）、２　第２のブラケット（回転子軸支持部）、３　固定子鉄心（固定子）、４　積層コア（回転子コア）、５　鉄心押え、６　回転子軸、７　回転子、８　固定子コイル、９　筒状部、１１　鉄心押え、１１ａ，１１ｂ　雄ねじ部、１２ａ，１２ｂ　ボルト頭、１３ａ，１３ｂ　端部、２０ａ，２０ｂ　軸受着脱用治具、２５　ベアリングキャップ、２６　ベアリングストッパ、２７　軸受、２８　ベアリングストッパ、２９　カートリッジ（軸受部）、４５　ベアリングキャップ、４６　ベアリングストッパ、４７　軸受、４８　ベアリングストッパ、４９　カートリッジ（軸受部）、６０　冷却ファン、６３　主板、６３ａ，６３ａ’　肉厚部、６３ｂ　肉薄部、６４　保持部、６４ａ　頂部、７０　冷却ファン、７３　主板、７３ａ　肉厚部、７３ｂ　肉薄部、７４　保持部、７４ａ　頂部、８０　挿入穴、８１　反駆動側、８２　駆動側、９０　挿入穴、１００　回転電機。

Claims

　固定子と、
　前記固定子の内周側に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えと前記鉄心押えに取り付けられる冷却ファンとを有する回転子と、
　前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、
　前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、
　を備え、
　前記冷却ファンは、前記鉄心押えから前記軸受部に向かうにつれて拡径する形状の主板を有し、
　前記主板は、前記回転子軸支持部を介して挿入される軸受着脱用治具の端部が保持される溝状または穴状の保持部が設けられ、当該保持部が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部を有することを特徴とする回転電機。
　前記溝状の保持部は、前記冷却ファンの円周方向に周設され、
　前記穴状の保持部は、回転子軸の軸中心部を中心とする同心円上に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記保持部の側面は、前記軸受着脱用治具の端部が当接可能なテーパー状に形成され、
　前記端部と前記保持部の底面との間には、非接触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。
　固定子と、前記固定子の内周側に配置され電磁鋼板を積層してなる回転子コアと前記回転子コアの両端を覆う鉄心押えと前記鉄心押えに取り付けられる冷却ファンとを有する回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包する筒状部と回転子軸の方向に延在して前記回転子軸を支持する回転子軸支持部とを有するフレームと、前記回転子軸支持部に着脱可能に装着され前記回転子軸を回転可能に支持する軸受部と、を備え、前記冷却ファンは、前記鉄心押えから前記軸受部に向かうにつれて拡径する形状の主板を有し、前記主板は、前記回転子軸支持部を介して挿入される軸受着脱用治具の端部が保持される溝状または穴状の保持部が設けられ、当該保持部が設けられていない部分と比較して板厚が厚い肉厚部を有する回転電機に適用され、前記軸受部を交換する軸受交換方法であって、
　前記軸受着脱用治具を、前記回転子軸支持部に装着する治具装着ステップと、
　前記軸受着脱用治具を前記回転子軸支持部に螺入することによって、前記保持部に前記軸受着脱用治具の端部を保持させて前記回転子を固定する回転子固定ステップと、
　前記回転子軸支持部から前記軸受部を取り外し、前記回転子軸支持部に新しい軸受部を装着する軸受交換ステップと、
　を含むことを特徴とする軸受交換方法。
　前記溝状の保持部は、前記冷却ファンの円周方向に周設され、
　前記穴状の保持部は、回転子軸の軸中心部を中心とする同心円上に複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の軸受交換方法。
　前記軸受着脱用治具の端部は、前記端部が前記保持部の底面に達する前に、前記保持部の頂部が前記端部に当接可能なテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の軸受交換方法。