EA010752B1

EA010752B1 - Способ сборки электрического двигателя с постоянными магнитами

Info

Publication number: EA010752B1
Application number: EA200702124A
Authority: EA
Inventors: Алексей Сергеевич КИБАРДИН; Владимир Георгиевич КУЧИНСКИЙ; Владимир Федорович СОЙКИН
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2008-10-30
Also published as: EA200702124A1

Abstract

Способ сборки электрического двигателя с постоянными магнитами, в котором предусматривается фиксация ротора с возможностью вращения в заданном положении внутри статора, смонтированного в корпусе двигателя, отличающийся тем, что ротор устанавливается в предварительном положении и регулируется предварительное положение оси ротора относительно расточки статора для приведения ротора в заданное положение, в котором силы магнитного притяжения между ротором и статором уравновешены при любом угловом положении ротора.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электромашиностроению, в частности к способам сборки электрических двигателей.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны различные способы сборки электрических машин, в конструкции которых есть постоянные магниты. Например, в издании Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины, М., Высшая школа, 1985 описан способ сборки электродвигателя, предусматривающий сборку ротора, содержащего постоянные магниты, сборку статора вместе с корпусом двигателя, последующую заводку ротора в статор, установку торцевых щитов на корпус двигателя и установку подшипников скольжения на торцевые щиты с фиксацией положения ротора.

В патенте КН 2100893, выбранном в качестве прототипа, описан еще один способ сборки электрического двигателя. Указанный способ предусматривает сборку ротора без установки в него постоянных магнитов, сборку статора вместе с корпусом двигателя, последующую заводку ротора в статор, фиксацию положения ротора по отношению к статору соответствующим технологическим приспособлением, установку постоянных магнитов в ротор, установку торцевых щитов на корпус двигателя с фиксацией положения ротора в штатном положении и установку торцевых щитов с установкой на них подшипников, в которых фиксируется положение ротора.

Изготовленные детали и собранные узлы электрического двигателя имеют неизбежные отклонения по размерам в пределах точности изготовления по системе машиностроительных допусков. Совокупность данных отклонений от номинальных размеров приводит к тому, что собранный электродвигатель всегда имеет неравномерности по величине воздушного зазора между полюсами ротора и статора. Поскольку в конструкции ротора присутствуют постоянные магниты, в машине существуют магнитные потоки, замыкающиеся через воздушный зазор между ротором и статором. В результате возникают силы притяжения между полюсами ротора и статора. В случае, когда воздушный зазор и магнитодвижущие силы (МДС) магнитов равномерны по величине по всей окружности, силы взаимного притяжения полюсов ротора и статора одинаковы и ротор находится в уравновешенном состоянии, являющимся положением неустойчивого равновесия. Если же воздушный зазор или МДС магнитов неравномерен, силы притяжения между полюсами ротора и статора не равны по величине и увеличиваются там, где воздушный зазор между полюсами меньше. Таким образом, появляется дополнительная неуравновешенная однонаправленная сила, действующая на ротор. При мощностях двигателя от 2-10 МВт и более, когда размеры ротора достигают по длине 2-4 м и в диаметре 0,8-1,5 м, указанная сила может иметь величину порядка 5-10 т и выше.

Появление большой неуравновешенной силы вызывает дополнительные механические напряжения изгиба в вале ротора. Чтобы добиться в таких условиях необходимого ресурса работы, приходится увеличивать диаметр вала для снижения в нем до требуемого уровня механических напряжений. При этом увеличиваются масса вала и, соответственно, его стоимость.

Другим следствием указанной силы притяжения является увеличение нагрузки на подшипник. Изза этого размер и массу подшипника также приходится увеличивать, что влечет увеличение массы и габаритов двигателя, в целом, а также повышает его стоимость. Также такая несбалансированная сила приводит к повышению уровня вибрации и шума.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение решает задачу компенсации неточности изготовления узлов электрического двигателя и снижения величины односторонней неуравновешенной магнитной силы притяжения ротора к статору, что позволяет снизить нагрузку на составные части электрического двигателя, увеличить ресурс их работы и уменьшить общую стоимость двигателя.

Поставленная задача решается посредством способа сборки электрического двигателя с постоянными магнитами, в котором предусматривается фиксация ротора с возможностью вращения в заданном положении внутри статора, смонтированного в корпусе двигателя, отличающегося тем, что ротор устанавливается в предварительном положении и регулируется предварительное положение оси ротора относительно расточки статора для приведения ротора в заданное положение, в котором силы магнитного притяжения между ротором и статором уравновешены при любом угловом положении ротора.

Предварительное положение ротора предпочтительно регулируется при помощи юстировочных средств, расположенных с обеих сторон ротора на его валу.

Юстировочные средства могут быть образованы кольцеобразным элементом, закрепленным на валу ротора, и распорками регулируемой длины, опирающимися одним концом на кольцеобразный элемент и закрепленными другим концом на торцевом щите корпуса двигателя. Каждая распорка предпочтительно снабжена измерительным датчиком для определения механического напряжения в распорке.

Ротор может быть приведен в заданное положение путем регулирования длин распорок, причем заданное положение оси ротора представляет собой положение, при котором механические напряжения в каждой распорке, обусловленные силами магнитного притяжения, принимают одинаковое и минимальное значение.

Длина распорок в заданном положении ротора может быть использована для определения положе

- 1 010752 ния посадочного гнезда, выполняемого в торцевом щите корпуса двигателя под подшипник для вала ротора, и для определения эксцентриситета вала ротора относительно расточки статора.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 схематически изображена конструкция электрического двигателя с постоянными магнитами.

На фиг. 2 схематически изображено юстировочное приспособление, с помощью которого обеспечивается установка ротора в требуемое положение.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Способ по настоящему изобретению используется при сборке электрического двигателя, в общем случае, состоящего из корпуса электрического двигателя, размещенного в корпусе статора, установленного в статор ротора, содержащего постоянные магниты, торцевых щитов с подшипниками скольжения, укрепленных на корпусе электрического двигателя.

Способ по настоящему изобретению может осуществляться следующим образом. Первоначально собирается ротор 1 с постоянными магнитами 2 или без них. После этого ротор 1 заводится в собранный статор 3, находящийся в корпусе электродвигателя. Положение ротора фиксируется в статоре с помощью люнетов. Если постоянные магниты не были установлены ранее, они устанавливаются в ротор. На корпус 5 двигателя устанавливаются торцевые щиты 4 с перехватом концов ротора с помощью люнетов. Юстировочные приспособления 6 устанавливаются на каждый конец вала и фиксируются на конструкции электрического двигателя. Каждое юстировочное приспособление содержит кольцеобразный элемент 7, закрепленный на вале ротора. В свою очередь, на кольцеобразный элемент 7 оперты четыре равномерно расположенных упора 8, снабженных измерительными датчиками 9. Упоры 8 с другой стороны закреплены на конструкции электродвигателя (в частности, например, они могут быть закреплены на торцевых щитах). Указанные упоры выполнены с возможностью изменения своей длины (например, посредством использования пары «винт-гайка») и перемещения вала в любом направлении по отношению к расточке статора. В качестве измерительных датчиков могут быть использованы, например, тензодатчики, определяющие уровень механических напряжений, возникающих в измерительном стержне каждого упора при действии на них каких-либо сил.

После установки ротора в статор и установки юстировочных приспособлений на вал ротора во всех измерительных элементах юстировочных приспособлений возникают механические напряжения, поскольку измерительные элементы воспринимают силу магнитного притяжения ротора к статору и вес ротора. Уровень механических напряжений в различных измерительных элементах различен по величине.

После этого выполняется перемещение оси ротора 1 по отношению к расточке статора 3 упорами 8 с измерительными датчиками 9 таким образом, чтобы во всех измерительных элементах приспособления были минимальные и приблизительно одинаковые по величине уровни механических напряжений. Исключением является нижний упор, величина механических напряжений в котором может быть больше, чем в других упорах, на величину, равную половине веса ротора. При этом такое уравновешенное положение оси ротора необходимо находить в четырех-восьми различных угловых положениях относительно статора, после чего вычисляется окончательное усредненное геометрическое положение ротора. В таком положении силы притяжения полюсов ротора и статора по каждому полюсу, практически, одинаковы между собой, тем самым, результирующая сила притяжения ротора к статору, практически, сведена к минимуму.

Точность компенсации однонаправленной магнитной силы определяется точностью измерительной техники и может составлять порядка 2-3%. Исходя из практического опыта, эту остаточную силу одностороннего притяжения можно обеспечить на уровне 200-500 кг, что является хорошим результатом. По сравнению с величиной веса ротора, действующей на подшипники, составляющей от 2000 до 15000 кг и более, остаточная сила магнитного притяжения составляет приблизительно 5-10% от веса ротора и менее, что является уже несущественным по сравнению с весовыми нагрузками.

После этого производится измерение расстояний по всем четырем осям между шейкой вала и, например, посадочным диаметром под подшипник в торцевом щите. Определяется величина полученного при юстировке эксцентриситета вала по отношению к расточке статора. После этого снимаются торцевые щиты и производится доработка посадочного диаметра под подшипник с нужным эксцентриситетом по отношению к посадочному пояску, по которому щит устанавливается и центрируется в корпусе двигателя. Соответственно, после вторичной сборки двигателя ось посадочных отверстий под подшипники, в которые устанавливаются шейки вала, устанавливается уже в том положении, в котором на ротор действует минимальная сила однонаправленного магнитного притяжения, т.е. в положение, найденное при юстировке.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сборки электрического двигателя с постоянными магнитами, предусматривающий фиксацию ротора с возможностью вращения в заданном положении внутри статора, смонтированного в корпусе двигателя, отличающийся тем, что устанавливают ротор в предварительном положении и регулируют предварительное положение оси ротора относительно расточки статора для приведения ротора в заданное положение, в котором силы магнитного притяжения между ротором и статором уравновешены при любом угловом положении ротора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное положение ротора регулируют при помощи юстировочных средств, расположенных с обеих сторон ротора на его валу.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что юстировочные средства образованы кольцеобразным элементом, закрепленным на валу ротора, и распорками регулируемой длины, опирающимися одним концом на кольцеобразный элемент и закрепленными другим концом на торцевом щите корпуса двигателя, причем каждая распорка снабжена измерительным датчиком для определения механического напряжения в распорке.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ротор приводят в заданное положение путем регулирования длин распорок, причем заданное положение оси ротора представляет собой положение, при котором механические напряжения в каждой распорке, обусловленные силами магнитного притяжения, принимают одинаковое и минимальное значение.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что длину распорок в заданном положении ротора используют для определения положения посадочного гнезда, выполняемого в торцевом щите корпуса двигателя под подшипник для вала ротора, и для определения эксцентриситета вала ротора относительно расточки статора.