EA016623B1 - Способ сборки электрической машины с постоянными магнитами - Google Patents

Abstract

Представлен способ сборки электрической машины с постоянными магнитами с использованием выносных подшипников и внешнего основания, который включает в себя сборку остова ротора на валу ротора и установку концов вала ротора в выносные подшипники, а также сборку статора из секторов статора с фиксацией статора на внешнем основании. В соответствии со способом при сборке статора устанавливают все сектора статора за исключением одного или более секторов статора так, что в статоре оставляют проем, достаточный для установки постоянных магнитов на остов ротора. Вслед за этим осуществляют установку на остов ротора постоянных магнитов, а после установки постоянных магнитов на остов ротора в проем статора устанавливают оставшиеся сектора статора, завершая тем самым сборку статора.

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к способам сборки электрических машин с постоянными магнитами.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны различные способы сборки мощных электрических машин. Например, в издании В.В. Домбровский, Г.М. Хуторецкий Основы проектирования электрических машин переменного тока, изд. Энергия, 1974 г., Л., описан способ сборки крупных электрических машин со стояковыми подшипниками, предусматривающий сборку ротора, сборку статора состоящего из секторов, установку ротора в статор, установку торцевых закрытий закрывающие статор и роторную часть, установку стояковых подшипников на которые опираются концы вала ротора.

Известны 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 электрической машины, предусматривающий сборку ротора, включающую установку магнитных модулей, содержащих постоянные магниты, на остов ротора, сборку статора вместе с корпусом двигателя, последующую установку ротора в статор, установку торцевых закрытий и встроенных или выносных подшипников с фиксацией положения ротора в подшипниках.

Одной из актуальных задач при сборке электрических машин с постоянными магнитами является снижение трудоемкости и соответственно стоимости сборочных операций, повышение качества сборки и безопасности работ. Повышенные трудозатраты и большая стоимость работ при сборке электрических машин с постоянными магнитами вызваны тем, что постоянные магниты имеют магнитное поле и ротор, на котором установлены постоянные магниты, также имеет внешнее магнитное поле. Это определяет необходимость соблюдать определенные правила и меры безопасности при оперировании с ротором, имеющим постоянные магниты, при сборке электрической машины. Например, использовать немагнитный инструмент, не размещать ферромагнитные предметы ближе допустимого расстояния в зоне сборки машины, принимать меры предосторожности при перемещении ротора, который испытывает силы магнитного тяжения к предметам из ферромагнитного материала и т. п. Особенно возникают дополнительные трудности при установке ротора с постоянными магнитами в статор, так, как появляются большие магнитные силы тяжения ротора к магнитопроводу статора, действующие одновременно как в радиальном, так и осевом направлениях. При мощностях двигателей 2-10 МВт и более магнитные радиальные силы достигают 8-20 т и более, магнитные осевые силы достигают 3-10 т и более. В связи с этим специально изготавливается технологическое приспособление с приводом для введения ротора в статор, которое должно обеспечивать при заведении ротора в статор удержании ротора на продольной оси двигателя при действующих на него магнитных сил. При соответствующих габаритных размерах мощных двигателей и массах роторов (диаметр бочки ротора составляет от 0.6 до 1.5-2.0 м и более) такое приспособление является достаточно крупногабаритным и дорогостоящим. Также при выполнении такой операции предъявляются дополнительные требования по обеспечению техники безопасности проводимых работ. В случае каких-либо неточностей при выполнении сборки двигателя возможно смещение ротора из-за действия больших магнитных сил и возникновение соприкосновения бочки ротора с внутренней поверхностью магнитопровода статора. Соприкосновение при действии больших магнитных сил, может привести к повреждению ротора и статора, к необходимости восстановления повреждений и повторению операции по установке ротора в статор.

Использование способа сборки электрической машины, и, в том числе установки ротора по упрощенной схеме без специальных приспособлений, например, установки дистанционных прокладок на расточку статора и введение ротора в статор с опорой его в процессе перемещения на эти прокладки (наличие магнитных сил прижимает ротор к магнитопроводу статора) без принятия существенных мер по фиксации положения ротора в процессе сборки возможно для двигателей небольшой мощности до 100500 кВт. Из-за больших магнитных сил, действующих на ротор у более мощных машин (2-10 МВт и более), такой способ сборки приводит к существенному повышению вероятности повреждения при сборке магнитопровода и обмоток статора и элементов ротора, снижению качества сборки, снижению надежности машины и повышению уровня возможного травматизма персонала.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение решает задачу повышения качества сборки машины и машины в целом, снижения трудоемкости и стоимости сборочных операций, повышения надежности машины, а также повышения уровня защиты персонала от возможных случаев травматизма.

Поставленная задача решается посредством способа сборки электрической машины с постоянными магнитами с использованием выносных подшипников и внешнего основания, который включает в себя сборку остова ротора на валу ротора и установку концов вала ротора в выносные подшипники, а также сборку статора из секторов статора с фиксацией статора на внешнем основании. В соответствии со способом при сборке статора устанавливают все сектора статора за исключением одного или более секторов статора так, что в статоре оставляют проем, достаточный для установки постоянных магнитов на остов ротора. Вслед за этим осуществляют установку на остов ротора постоянных магнитов, а после установки постоянных магнитов на остов ротора в проем статора устанавливают оставшиеся сектора статора, за

- 1 016623 вершая тем самым сборку статора.

В одном из вариантов осуществления изобретения сборка остова ротора на валу ротора может быть осуществлена до установки концов вала ротора в выносные подшипники, в то же время возможен вариант, когда сборка остова ротора на валу ротора может быть выполнена после установки концов вала ротора в выносные подшипники.

В некоторых вариантах способа перед установкой постоянных магнитов на остов ротора крайние сектора статора в проеме могут быть зафиксированы с помощью технологической оснастки, которая может быть удалена перед или после завершения сборки статора. После завершения сборки статора преимущественно выполняют коммуникационные соединения между секторами статора и установку торцевых закрытий.

Постоянные магниты, устанавливаемые на остов ротора, могут быть выполнены в виде магнитных модулей. Постоянные магниты преимущественно устанавливают на остов ротора попарно по существу в противоположных местах окружности остова ротора, причем наибольшего эффекта повышения качества собираемой электрической машины удается достичь в том случае, если постоянные магниты устанавливают на остов ротора попарно в диаметрально противоположных местах окружности остова ротора. В то же время возможен вариант, при котором постоянные магниты устанавливают на остов ротора, по меньшей мере, через один вдоль окружности остова ротора.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества сборки машины за счет обеспечения удобства монтажа, а также качества и надежности электрической машины в целом, поскольку при сборке машины снижены нагрузки на отдельные детали, что приводит к увеличению срока службы и снижению отклонений от заданных размеров и положений. Обеспеченное удобство сборки позволяет снизить трудоемкость и стоимость сборочных операций. Кроме того, вследствие изменения схемы сборки электрической машины повышен уровень защиты персонала от возможных случаев травматизма.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 схематично изображен этап установки остова ротора в стояковые подшипники.

На фиг. 2 схематично изображен этап установки постоянных магнитов на остов ротора.

На фиг. 3 схематично изображен этап завершения сборки статора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Способ по настоящему изобретению используется при сборке электрических машин с постоянными магнитами, в общем случае состоящего из установки остова ротора на вал с последующей установкой магнитных модулей на остов ротора в штатные положения. Отличием настоящего изобретения от уровня техники является то, что магнитные модули или постоянные магниты устанавливают на остов ротора тогда, когда ротор находится уже в частично собранном статоре. Далее со ссылкой на фиг. 1-3 приведено описание способа сборки электрической машины в соответствии с настоящим изобретением.

Способ по настоящему изобретению может осуществляться следующим образом. Первоначально устанавливаются концы вала ротора с установленным на нем остовом ротора 1 в стояковые выносные подшипники 2, как это показано на фиг. 1. Возможен вариант, при котором в выносные подшипники 2 устанавливают отдельно от остова ротора 1, который затем собирают на валу ротора.

Далее, как показано фиг. 2, вокруг остова ротора 1 концентрично устанавливаются сектора статора 3 в штатное положение за исключением одного или более секторов. Образуемый проем в статоре должен быть достаточен для установки постоянных магнитов на остов ротора, например, на фиг. 2 показано, что достаточен проем из двух секторов статора 3. Положение концов секторов статора 3 с обеих сторон может быть зафиксировано, например, временным технологическим приспособлением 4, которое предотвращает какое-либо смещение концов секторов статора 3 в пространстве. Также часть секторов статора 3 закрепляется на основании 5, обеспечивая тем самым фиксацию статора 3 относительно внешнего основания 5.

Следует учитывать, что установка концов вала ротора с уже собранным на нем остовом ротора или последующей установкой на валу остова ротора может производиться и после сборки статора. Такой способ сборки более трудоемок, чем описываемый в качестве предпочтительного, однако также обеспечивает увеличение удобства и безопасности сборки, поскольку постоянные магниты на остове ротора отсутствуют.

После того, как вал ротора с остовом ротора 1 установлен на выносных подшипниках, а вокруг ротора собран статор 3 с проемом для установки постоянных магнитов на остов ротора 1, выполняется установка магнитов, например, в виде магнитных модулей 6 с установленными в них постоянными магнитами на остов ротора 1, как это изображено на фиг. 2. Для снижения воздействия магнитных сил на остов ротора, вал ротора, статор и подшипники, постоянные магниты, которые могут быть выполнены в виде магнитных модулей, устанавливают на остов ротора попарно по существу в противоположных местах окружности остова ротора. Это позволяет компенсировать силы магнитного взаимодействия, появляющиеся между постоянными магнитами и статором. Наибольшей компенсации возможно достичь в том случае, когда постоянные магниты, например в виде магнитных модулей 6, устанавливают на остов ротора 1 попарно в диаметрально противоположных местах окружности остова ротора 1, как это показано

- 2 016623 на фиг. 2. Кроме того, компенсации магнитных сил возможно достичь путем установки постоянных магнитов или магнитных модулей, по меньшей мере, через один вдоль окружности остова ротора, заполняя, таким образом, последовательно всю поверхность ротора.

Далее описан одна из предпочтительных последовательностей установки магнитных модулей на фиг. 2:

в проем между концами секторов статора 3 заводится один магнитный модуль 6 ротора и устанавливается на остов 1 ротора. Остов 1 ротора проворачивается на ~180° в стояковых подшипниках 2 и устанавливается второй магнитный модуль 6 ротора диаметрально напротив первого магнитного модуля 6;

далее устанавливаются на остов 1 ротора следующие два магнитных модуля 6 ротора со смещением первого магнитного модуля 6 ротора на ~ 90° по отношению к любому ранее установленному магнитному модулю 6 ротора и с размещением второго магнитного модуля 6 ротора диаметрально напротив первого магнитного модуля 6 ротора этой пары;

далее устанавливаются остальные магнитные модули 6 на остов 1 ротора попарно в диаметрально противоположных местах на остове ротора по возможности равномерно распределяя магнитные модули 6 ротора по окружности остова ротора.

После того как на остов ротора будут установлены все постоянные магниты, осуществляется установка оставшихся секторов статора 3 в проем статора, завершая тем самым сборку статора 3, как это показано на фиг. 3. После этого может быть произведена заключительная сборка электрической машины, заключающаяся в выполнении монтажа коммуникационных соединений между секторами статора и установкой торцевых закрытий 7. Технологическая оснастка 4, предназначенная для удержания в заданных положениях крайних сегментов статора 3, может быть удалена перед или после завершения сборки статора 3.

Такой способ сборки электрической машины позволяет без использования специального дорогостоящего технологического приспособления установить ротор в статоре и снизить трудоемкость сборки машины. При такой последовательности сборки отсутствует возможность появления магнитных сил взаимного притяжения между магнитным модулем 6 ротора и магнитопроводами крайних секторов статора

3. Так как магнитные модули 6 заводятся в воздушный проем, образованный концами секторов статора 3, и в виду наличия достаточно больших воздушных расстояний между магнитным модулем 6 ротора и концами секторов статора 3 эти магнитные силы тяжения не возникают. При этом монтаж магнитных модулей 6 можно выполнять ручным способом или использовать крановый подвес. При этом полностью исключается возможность соприкосновения магнитных модулей 6 с магнитопроводом статора и возможность повреждения узлов, что соответственно повышает качество сборки и надежность машины.

Для установки второго магнитного модуля 6 остов 1 ротора проворачивается на ~180°. При повороте магнитный модуль 6 будет находиться под каким-либо сектором статора 3 и в таком положении сразу возникает магнитная сила взаимного тяжения магнитного модуля 6 и сектора статора 3 друг к другу из-за наличия магнитного поля у постоянных магнитов. Но так как статор закреплен к основанию 5, а остов 1 зафиксирован в стояковых подшипниках, они не могут изменить своего положения в пространстве, магнитные силы воспринимаются опорами и возможность механического контакта магнитных модулей 6 и секторов статора полностью исключается. Появление дополнительной неуравновешенной радиальной силы не оказывает практически отрицательного влияния на узлы машины, так как эта сила по величине небольшая при модульной конструкции магнитной системы ротора по сравнению с действием весовых нагрузок от ротора и статора. Но если дальше продолжать устанавливать рядом следующие магнитные модули 6 ротора, то суммарная магнитная сила в первом приближении увеличивается пропорционально количеству установленных модулей и уже становится соизмерима с величиной веса ротора и создает превышение сил по сравнению со штатными. Это уже оказывает вредное воздействие на подшипниковые узлы, на крепежные элементы ротора, соответственно понижает качество сборки машины, надежность машины.

Поэтому целесообразно второй магнитный модуль 6 ротора устанавливать диаметрально напротив первого установленного магнитного модуля 6, что позволяет уравновесить магнитные силы и устранить наращивание по величине не уравновешенной магнитной силы.

Таким образом, продолжая выполнять сборку предлагаемым способом мы обеспечиваем в процессе сборки постоянную компенсацию магнитных неуравновешенных магнитных сил, простоту и удобство сборки, что позволяет повысить качество сборки, снизить трудоемкость сборки, исключить крупногабаритную оснастку для заводки ротора в статор, повысить надежность машины, снизить общую стоимость сборки электрической машины с постоянными магнитами и соответственно стоимость электрической машины.

Claims (9)

1. Способ сборки электрической машины с постоянными магнитами с использованием выносных подшипников и внешнего основания, включающий в себя сборку остова ротора на валу ротора и установку концов вала ротора в выносные подшипники, сборку статора из секторов статора с фиксацией ста

- 3 016623 тора на внешнем основании, причем при сборке статора устанавливают все сектора статора за исключением одного или более секторов статора так, что в статоре оставляют проем, достаточный для установки постоянных магнитов на остов ротора, а также установку на остов ротора постоянных магнитов, причем после установки постоянных магнитов на остов ротора осуществляют установку оставшихся секторов статора в проем статора, завершая тем самым сборку статора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сборку остова ротора на валу ротора осуществляют до установки концов вала ротора в выносные подшипники.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сборку остова ротора на валу ротора осуществляют после установки концов вала ротора в выносные подшипники.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после завершения сборки статора выполняют коммуникационные соединения между секторами статора и установку торцевых закрытий.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед установкой постоянных магнитов на остов ротора крайние сектора статора в проеме фиксируют с помощью технологической оснастки, которую удаляют перед или после завершения сборки статора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены в виде магнитных модулей.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты устанавливают на остов ротора попарно, по существу, в противоположных местах окружности остова ротора.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что постоянные магниты устанавливают на остов ротора попарно в диаметрально противоположных местах окружности остова ротора.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты устанавливают на остов ротора, по