SE515167C2

SE515167C2 - Method is for fitting a permanent magnet rotor and stator working in conjunction with it and involves first stage with stator and rotor placed in their different positions, rotor carrying no permanent magnets or only part of them

Info

Publication number: SE515167C2
Application number: SE0000660A
Authority: SE
Inventors: Daniel Waeppling; Bengt Rothman; Gunnar Kylander; Mikael Dahlgren
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-06-18
Also published as: SE0000660D0; SE0000660L

Abstract

The method is for fitting a permanent magnet rotor (2) and a stator (3) working in conjunction with it. It involves a first stage with the stator and rotor placed their different positions, the rotor carrying no permanent magnets or only a part of them. The permanent magnets in their entirety or those residual in a second stage are placed in spaces (9) provided for them in the rotor. The magnets are transferred to their spaces from a yoke of magnetic material, which with them maintains a closed magnetic circuit. The rotor incorporates flow-concentrating components (13), which are incorporated in it before the stator and rotor are made to adopt their required positions. The flow-concentrating components between them have spaces (9) for receiving permanent magnets.

Description

20 25 30 35 STS 167 och vid de smala luftgap som kommer ifråga, i regel i storleks- ordningen 1 cm, är det svårt att åstadkomma en effektiv slutning av de magnetiska kretsarna eftersom endast förhållandevis tunna plåtar ryms i utrymmet mellan rotor och stator. 20 25 30 35 STS 167 and with the narrow air gaps in question, usually of the order of 1 cm, it is difficult to achieve an effective closure of the magnetic circuits because only relatively thin plates fit in the space between rotor and stator.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa ett förfarande för montering av en permanentmagnetrotor och en med rotorn samverkande stator, med vilket förfarande de ovan redovisade problemen elimineras.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method for mounting a permanent magnet rotor and a stator cooperating with the rotor, by which method the problems described above are eliminated.

Enligt uppfinningen uppnås detta syfte med hjälp av förfarandet enligt patentkravet 1. Förfarandet enligt uppfinningen innefattar ett första steg i vilket rotorn och statorn bringas att inta sina i förhållande till varandra önskade lägen, varvid rotorn under detta första steg ej uppbär några permanentmagneter eller endast uppbär en del av det slutliga antalet permanentmagneter, och att permanentmagneterna eller i förekommande fall det resterande antalet permanentmagneter bringas på plats i för mottagande av permanentmagneter avsedda utrymmen i rotorn i ett andra steg efter det första steget. Detta förfarande representerar ett nytän- kande inom det aktuella teknikområdet och möjliggör på ett syn- nerligen enkelt och ändamålsenligt sätt undvikandet av haveriris- ker vid montering och lägesjustering av en rotor och en stator.According to the invention, this object is achieved by means of the method according to claim 1. The method according to the invention comprises a first step in which the rotor and the stator are caused to assume their desired positions in relation to each other, the rotor during this first step not bearing any permanent magnets or only part of the final number of permanent magnets, and that the permanent magnets or, where applicable, the remaining number of permanent magnets are brought into place in spaces intended for receiving permanent magnets in the rotor in a second step after the first step. This method represents an innovation in the current field of technology and enables in a particularly simple and expedient manner the avoidance of accident risks when mounting and positioning a rotor and a stator.

Genom att inga, eller i förekommande fall endast ett fåtal, per- manentmagneter är monterade i rotorn då denna och statorn för- flyttas relativt varandra elimineras risken att rotorn och statorn ska fastna vid varandra. Således undviks dyrbara förluster av havererade rotor-statorenheter. Vidare erhålls den fördelen att rotorn ej riskerar att drar åt sig objekt av magnetiska material, såsom exempelvis metallspån, före och i samband med att rotorn och/eller statorn anbringas på avsedd plats, vilka objekt annars skulle kunna fastna i luftgapet mellan rotor och stator och orsaka driftstörningar. 10 15 20 25 30 35 | : o v :o s o 51'5 167 Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfin- ningen införs respektive permanentmagnet i rotorn i en riktning väsentligen parallell med rotorns centrumaxel. Härigenom kan permanentmagneter på ett enkelt sätt monteras i en rotor som redan är fixerad i avsett läge relativt en stator.Because no, or where applicable only a few, permanent magnets are mounted in the rotor as this and the stator are moved relative to each other, the risk of the rotor and the stator sticking to each other is eliminated. Thus, costly losses of failed rotor-stator units are avoided. Furthermore, the advantage is obtained that the rotor does not risk attracting objects of magnetic material, such as for instance metal shavings, before and in connection with the rotor and / or the stator being placed in the intended place, which objects could otherwise get stuck in the air gap between rotor and stator and cause malfunctions. 10 15 20 25 30 35 | According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the respective permanent magnet is inserted into the rotor in a direction substantially parallel to the center axis of the rotor. In this way, permanent magnets can be mounted in a simple manner in a rotor which is already fixed in the intended position relative to a stator.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av förfarandet en- ligt uppfinningen införs permanentmagneterna i nämnda utrym- men i form av block bestående av ett flertal enskilda och intill varandra anordnade permanentmagneter, varvid företrädesvis ett flertal permanentmagnetblock införs i respektive utrymme. Här- igenom kan en permanentmagnetenhet av mycket stort format på ett enkelt och rationellt sättubyggas upp i respektive utrymme.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the permanent magnets are inserted in said spaces in the form of blocks consisting of a plurality of individual and arranged permanent magnets, wherein preferably a plurality of permanent magnet blocks are inserted in the respective space. In this way, a permanent magnet unit of very large format can be built up in the respective space in a simple and rational manner.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av förfarandet en- ligt uppfinningen anordnas tyngdelement i de för mottagande av permanentmagneter avsedda utrymmena i rotorn så att rotorn under det att rotorn och statorn bringas att inta sina i förhållande till varandra avsedda lägen har en vikt väsentligen överens- stämmande med den vikt rotorn kommer att ha efter det att per- manentmagneterna monterats på plats. Härigenom kan rotorn och statorn lägesjusteras relativt varandra med beaktande av de slutgiltiga viktförhållandena. Således kan man härigenom redan vid nämnda lägesjustering ta hänsyn till permanentmagneternas kommande påverkan på exempelvis axeltappens utböjning.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, weight elements are arranged in the spaces intended for receiving permanent magnets in the rotor so that the rotor, while the rotor and the stator are caused to assume their relative positions, have a weight substantially corresponding to the weight the rotor will have after the permanent magnets have been mounted in place. In this way, the rotor and the stator can be positioned relative to each other taking into account the final weight ratios. Thus, one can thereby already at the said position adjustment take into account the future influence of the permanent magnets on, for example, the deflection of the shaft journal.

Uttrycken "radiell", "radialriktning" och "radiell riktning" är här relaterade till rotorns centrumaxel och avser således en riktning vinkelrätt mot nämnda centrumaxel. På motsvarande sätt avser uttrycken "axiell", "axialriktning" och "axiel| riktning" en riktning parallell med rotorns centrumaxel.The terms "radial", "radial direction" and "radial direction" are here related to the center axis of the rotor and thus refer to a direction perpendicular to said center axis. Correspondingly, the terms "axial", "axial direction" and "axial | direction" refer to a direction parallel to the center axis of the rotor.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hjälp av utföringsexempel, med hänvisning till bifogade ritning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING The invention will be described in more detail below with the aid of exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawing.

Det visas i: »nano 10 15 20 25 30 35 515167 4 Fig 1 en ytterst schematlsk skuren sidovy av en på en axel- tapp monterad rotor och stator, Fig 2 en perspektivvy av en på en axeltapp monterad rotor och stator, Fig 3 en frontvy av rotorn och statorn enligt Fig 2, Fig 4 en frontvy av rotorn enligt Fig 2 och Fig 3, Fig 5 en schematlsk skuren sidovy av ett ok med ett för infö- ring i en rotor avsett permanentmagnetblock, och Fig 6 en ytterst schematlsk skuren sidovy av ett parti av en permanentmagnetrotor av en andra typ, lämpad att monteras med förfarandet enligt uppfinningen.It is shown in: »nano 10 15 20 25 30 35 515167 4 Fig. 1 an extremely schematic cut side view of a rotor and stator mounted on a shaft pin, Fig. 2 a perspective view of a rotor and stator mounted on a shaft pin, Fig. 3 a front view of the rotor and stator according to Fig. 2, Fig. 4 a front view of the rotor according to Fig. 2 and Fig. 3, Fig. 5 a schematic cut side view of a yoke with a permanent magnet block intended for insertion into a rotor, and Fig. 6 an extremely schematic cut side view of a portion of a permanent magnet rotor of a second type, suitable for mounting with the method according to the invention.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER I Fig 1 visas i en ytterst schematlsk skuren sidovy en på en ax- eltapp 1 monterad rotor 2 och stator 3. Statorn 3 uppvisar en så kallad statorstommehàllare 4, vilken är fast monterad på tappen 1. Vid statorstommehàllarens radiellt sett yttre ände är en cylin- derformad statorstomme 5 fäst, varvid således statorstommen 5 uppbärs av statorstommehållaren 4. Statorstommen 5 uppbär i sin tur för magnetisk samverkan med rotorns permanentmagneter avsedda statorelement, ej visade i Fig 1. Dessa statorelement innefattar statorlindningar med ett lämpligt kärnarrangemang samt i förekommande fall mot rotorns periferi vettande stator- plàtar. Rotorn 2 är roterbart monterad på tappen 1 via ett lager 6.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Fig. 1 shows in a highly schematic side view a rotor 2 and stator 3 mounted on a shaft pin 1, the stator 3 having a so-called stator body holder 4, which is fixedly mounted on the pin 1. radially outer end, a cylindrical stator body 5 is attached, thus the stator body 5 is supported by the stator body holder 4. The stator body 5 in turn supports magnetic stator elements not shown in Fig. 1. These stator elements comprise stator windings with a suitable core arrangement and, where applicable, stator plates facing the periphery of the rotor. The rotor 2 is rotatably mounted on the pin 1 via a bearing 6.

Mellan rotorn 2 och statorplàtarna föreligger ett luftgap 7, vilket hos en generator uppvisande en rotor och stator med en diame- ter på 2-6 meter ligger i storleksordningen 1 cm. l Fig 1 visas luftgapet 7 med överdriven dimension i illustrerande syfte. faan: 10 15 20 25 30 35 515167 5 Enligt en variant av det uppfinningsenliga förfarandet monteras först statorstommehàllaren 4 på tappen 1 och fixeras vid denna exempelvis med hjälp av krymp- eller svetsförband. Därefter monteras rotorn 2 och dess lager 6 på tappen 1, varvid rotorn 2 i detta skede ej uppbär några permanentmagneter. Statorstommen 5 fästes sedan på statorstommehàllaren 4, exempelvis med hjälp av skruvförband. För att underlätta transport av statorstommen 5 kan denna vara uppdelad i två halvcirkelformade delar. Den kan även vara uppdelad i mer än två delar. Statorelementen fästes vid statorstommen 5 antingen före eller efter det att statorstom- men monterats på statorstommehàllaren 4. Tyngdelement kan sedan placeras i för mottagande av permanentmagneter avsedda utrymmen hos rotorn 2. Den eller de tyngdelement som placeras i vart och ett av nämnda utrymmen är härvid avsedda att ha en totalvikt och företrädesvis även en tyngdpunkt som väsentligen överensstämmer med vikten och tyngdpunkten hos den perma- nentmagnetenhet som senare kommer att monteras i samma ut- rymme. Med tyngdelementen på plats centreras sedan stator- stommen 5 så att ett jämnt luftgap '7 erhålls hela varvet runt mellan statorelementen och rotorns periferi, varefter lagerfrik- tionsprov genomförs. När statorn och rotorn väl lägesjusterats relativt varandra avlägsnas tyngdelementen och permanentmag- neter införs i de för mottagande av dessa avsedda utrymmena.Between the rotor 2 and the stator plates there is an air gap 7, which in a generator having a rotor and stator with a diameter of 2-6 meters is in the order of 1 cm. Fig. 1 shows the air gap 7 with excessive dimension for illustrative purpose. According to a variant of the method according to the invention, the stator body holder 4 is first mounted on the pin 1 and fixed to it, for example by means of shrink or welded joints. Thereafter, the rotor 2 and its bearings 6 are mounted on the pin 1, the rotor 2 at this stage not bearing any permanent magnets. The stator body 5 is then attached to the stator body holder 4, for example by means of screw connections. To facilitate transport of the stator body 5, this can be divided into two semicircular parts. It can also be divided into more than two parts. The stator elements are attached to the stator body 5 either before or after the stator body is mounted on the stator body holder 4. Gravity elements can then be placed in spaces for receiving permanent magnets of the rotor 2. The weight element or elements placed in each of said spaces to have a total weight and preferably also a center of gravity which substantially corresponds to the weight and center of gravity of the permanent magnet unit which will later be mounted in the same space. With the weight elements in place, the stator body 5 is then centered so that an even air gap '7 is obtained the entire revolution between the stator elements and the periphery of the rotor, after which bearing friction tests are performed. Once the stator and rotor have been positioned relative to each other, the weight elements are removed and permanent magnets are inserted in the spaces intended for receiving them.

Permanentmagneterna monteras således i rotorn 2 först efter det att rotorn 2 och statorn 3 monterats på tappen 1 och lägesjuste- rats relativt varandra. Genom att de under justeringsfasen i ro- torn anordnade vikterna uppvisar en vikt och en tyngdpunkt som motsvarar den hos de senare monterade permanentmagneterna kan lägesjusteringen ske med de korrekta viktförhàllandena hos rotorn, varigenom en korrekt relativ lägesjustering mellan statorn och rotorn tillförsäkras. Enligt det ovan beskrivna förfarandet bringas statorstommen 5 på plats efter det att rotorn 2 fästs vid tappen 1 men det är naturligtvis även möjligt att fästa rotorn 2 vid tappen 1 efter det att hela statorn monterats.The permanent magnets are thus mounted in the rotor 2 only after the rotor 2 and the stator 3 have been mounted on the pin 1 and position-adjusted relative to each other. Because the weights arranged in the rotor during the adjustment phase have a weight and a center of gravity corresponding to that of the later mounted permanent magnets, the position adjustment can take place with the correct weight ratios of the rotor, whereby a correct relative position adjustment between the stator and the rotor is ensured. According to the method described above, the stator body 5 is brought into place after the rotor 2 is attached to the pin 1, but it is of course also possible to attach the rotor 2 to the pin 1 after the entire stator has been mounted.

I Fig 2 visas en på en tapp 1 anbringad rotor 2 och stator 3 i det monteringsskede under vilket de för mottagande av permanent- »anno 10 15 20 25 30 35 sis 167 6 magneter avsedda utrymmena 9 hos rotorn 2 är tomma. I Fig 3 visas samma rotor och stator med en av ett flertal enskilda per- manentmagneter sammansatt permanentmagnetenhet 19 införd i ett av permanentmagnetutrymmena. Rotorn 2 och statorn 6 har här företrädesvis en diameter på 2-8 meter och är avsedda att ingå i en generator för exempelvis ett vindkraftverk. Rotorn 2 uppvisar ett rotornav 10, vilket via ett vid var ände av navet 10 anordnat distansorgan 11, exempelvis i form av en ringformad plåt, uppbär en rotorring 12. Navet 10, distansorganen 11 och rotorringen 12 kan exempelvis vara tillverkade av järn eller stål.Fig. 2 shows a rotor 2 and stator 3 mounted on a pin 1 during the mounting stage during which the spaces 9 of the rotor 2 intended for receiving permanent magnets 167 6 are empty. Fig. 3 shows the same rotor and stator with a permanent magnet unit 19 composed of a plurality of individual permanent magnets inserted in one of the permanent magnet spaces. The rotor 2 and the stator 6 here preferably have a diameter of 2-8 meters and are intended to be included in a generator for, for example, a wind turbine. The rotor 2 has a rotor hub 10, which via a spacer 11 arranged at each end of the hub 10, for example in the form of an annular plate, carries a rotor ring 12. The hub 10, the spacers 11 and the rotor ring 12 can for instance be made of iron or steel.

Flödeskoncentrerande organ i form av mjukmagnetiska poler 13 är via mellanliggande klossar 14 fästa vid rotorringen 12. Klos- sarna 14 består av aluminium eller annat väsentligen icke-mag- netiskt material och är placerade mellan rotorringen 12 och re- spektive pol 13 för att förhindra Iäckflöden från polerna 13 till rotorringen 12. Polerna 13 är anordnade på avstånd från var- andra och är jämnt fördelade kring rotorringen 12 i olika lägen sett i rotorringens perifeririktning, dvs i rotorns avsedda rota- tionsriktning, så att likformiga utrymmen 9 erhålls mellan två varandra angränsande poler 13 runt hela rotorn. I dessa utrym- men 9 är permanentmagneter avsedda att mottagas, såsom se- nare kommer att beskrivas.Flow concentrating means in the form of soft magnetic poles 13 are attached to the rotor ring 12 via intermediate blocks 14. The blocks 14 consist of aluminum or other substantially non-magnetic material and are placed between the rotor ring 12 and the respective pole 13 to prevent leakage flows. from the poles 13 to the rotor ring 12. The poles 13 are arranged at a distance from each other and are evenly distributed around the rotor ring 12 in different positions seen in the circumferential direction of the rotor ring, i.e. in the intended direction of rotation of the rotor, so that uniform spaces 9 are obtained between two adjacent poles 13 around the entire rotor. In these spaces 9, permanent magnets are intended to be received, as will be described later.

I Fig 4 visas en frontvy av rotorn 2 enligt Fig 2 och Fig 3, där permanentmagnetutrymmena 9 efter monteringen av permanent- magneterna tillslutits med hjälp av fasthållningsorgan 16. I utfö- ringsformen enligt Fig 4 är respektive fasthållningsorgan 16 an- ordnat att fullständigt täcka ett bakomliggande permanentmag- netutrymme 9, varför de i respektive utrymme 9 anordnade per- manentmagneterna ej framträder i figuren. Fasthållningsorganen 16 utgörs i det visade exemplet av plattor anordnade att förbinda två varandra angränsande poler 13, 13' vid polernas radiellt riktade sidoytor. Fasthållningsorgan av den visade typen kan även vara anordnade vid den i axiell riktning sett bakre änden hos polerna. Fasthållningsorganen 16 bildar således axiella avgränsningar för utrymmena 9. Dessa fasthållningsorgan 16 kan även vara fästa vid rotorringen 12 och bidra till att fixera polerna :anno 10 15 20 25 30 35 5115167 7 13, 13' i sina avsedda lägen och till att ge rotorn 2 erforderlig stadga. Fasthàllningsorganen 16 fästes lämpligen vid polerna 13, 13' och rotorringen 12 med hjälp av skruvförband. Således kommer respektive utrymme 9 att vara tiilslutet i bägge sina axi- ella ändar, varigenom permanentmagneterna hålls på plats i axi- ell riktning i respektive utrymme 9. Naturligtvis kan fasthàll- ningsorganen vara utformade på ett annat sätt än det visade och de behöver ej vara likadant utformade vid rotorns bägge axiella ändar. Huvudsaken är att de förhindrar axiell förskjutning av permanentmagneterna ut ur respektive utrymme 9.Fig. 4 shows a front view of the rotor 2 according to Fig. 2 and Fig. 3, where the permanent magnet spaces 9 after the mounting of the permanent magnets are closed by means of holding means 16. In the embodiment according to Fig. 4, respective holding means 16 are arranged to completely cover a underlying permanent magnet space 9, so that the permanent magnets arranged in the respective space 9 do not appear in the figure. The holding means 16 in the example shown consist of plates arranged to connect two adjacent poles 13, 13 'at the radially directed side surfaces of the poles. Holding means of the type shown can also be arranged at the rear end of the poles seen in the axial direction. The holding means 16 thus form axial delimitations for the spaces 9. These holding means 16 can also be attached to the rotor ring 12 and help to fix the poles 13, 13 'in their intended positions and to give the rotor 2 required charter. The retaining means 16 are suitably attached to the poles 13, 13 'and the rotor ring 12 by means of screw connections. Thus, the respective space 9 will be closed at both its axial ends, whereby the permanent magnets are held in place in the axial direction in the respective space 9. Of course, the holding means can be designed in a different way than shown and they do not have to be similarly shaped at both axial ends of the rotor. The main thing is that they prevent axial displacement of the permanent magnets out of the respective space 9.

Omslutande rotorn 2 är statorstommen 5 och de av denna upp- burna statorelementen anordnade. Statorstommen 5 är cylinder- formad och är vid sin bakre ände fäst vid statorstommehållaren 4 med hjälp av fästorgan, exempelvis i form av skruvförband. Den cylinderformade statorstommen 5 uppbär statorelementen vid sin insida. Statorelementen, vilka bland annat innefattar i en snittad sektion i Fig 2 och 3 visade statorlindningar 17, bildar en rotorns periferi omslutande cylinderformad enhet 15. Denna enhet 15 är anordnad på ett sådant sätt i förhållande till rotorn 2 att ett smalt och jämnt luftgap 7 erhålls mellan rotorns yttre periferi och en- hetens inre yta. Eftersom luftgapet 7 är mycket smalt i förhål- lande till rotorns och statorns diameter är detta ej synligt i Fig 2 och 3. Mellan statorstommehållaren 4 och statorstommen 5 är i det visade utföringsexemplet justeringsskruvar 18 anordnade för att möjliggöra centrering av statorn 3 i förhållande till rotorn 2.The enclosing rotor 2 is the stator body 5 and the stator elements supported by it are arranged. The stator body 5 is cylindrical and is attached at its rear end to the stator body holder 4 by means of fastening means, for example in the form of screw connections. The cylindrical stator body 5 carries the stator elements at its inside. The stator elements, which among other things comprise stator windings 17 shown in a section shown in Figs. 2 and 3, form a cylindrical unit 15 enclosing the rotor periphery. between the outer periphery of the rotor and the inner surface of the unit. Since the air gap 7 is very narrow in relation to the diameter of the rotor and the stator, this is not visible in Figs. 2.

I det följande kommer ett förfarande enligt uppfinningen att ex- emplifieras genom beskrivning av ett föredraget förfarande för montering av den i Fig 2-4 visade rotorn och statorn. Inlednings- vis monteras statorstommehållaren 4 på tappen 1 och fixeras vid denna, exempelvis med hjälp av krympförband. Därefter fästes rotorn 2 och dess lager 6 på tappen 1. l detta skede är de för mottagande av permanentmagneter avsedda utrymmena 9 mellan polerna 13 tomma. Fasthållningsorgan 16 är härvid fästa vid po- lernas bakre ändar, medan polernas främre ändar är öppna så att utrymmena 9 mellan polerna 13 är åtkomliga i axiell riktning. »snor 10 15 20 25 30 35 a - a ø u- 5515167 8 Därefter anbringas statorstommen 5 kring rotorn 2 och fästes vid sin bakre ände vid statorstommehållaren 4. När statorstommen 5 monterats vid statorstommehållaren 4 förs statorelementen på plats och fästes vid statorstommen 5.In the following, a method according to the invention will be exemplified by describing a preferred method for mounting the rotor and stator shown in Figs. 2-4. Initially, the stator body holder 4 is mounted on the pin 1 and fixed to it, for example by means of shrink joints. Thereafter, the rotor 2 and its bearings 6 are attached to the pin 1. At this stage, the spaces 9 intended for receiving permanent magnets between the poles 13 are empty. Holding means 16 are attached to the rear ends of the poles, while the front ends of the poles are open so that the spaces 9 between the poles 13 are accessible in the axial direction. 5515 20 25 30 35 a - a ø u 5515167 8 Then the stator body 5 is placed around the rotor 2 and attached at its rear end to the stator body holder 4. When the stator body 5 is mounted to the stator body holder 4, the stator elements are moved into place and attached to the stator body 5.

Efter det att rotorn 2 och statorn 3 anbringats på tappen 1 place- ras tyngdelement i utrymmena 9 mellan polerna. Dessa tyngde- iement har såsom tidigare nämnts en sådan vikt och viktfördel- ning att den eller de tyngdelement som placeras i vart och ett av nämnda utrymmen har en totalvikt och en tyngdpunkt som vä- sentligen överensstämmer med vikten och tyngdpunkten hos den permanentmagnetenhet som är avsedd att senare monteras i samma utrymme. Tyngdelementen kan exempelvis ha samma form och densitet som permanentmagnetenheterna 19, men kan även ha annan form och densitet så länge de uppfyller nämnda vikt- och tyngdpunktsvillkor. Med tyngdelementen på plats i ro- torn centreras sedan statorstommen 5 så att ett jämnt luftgap 7 erhålls hela varvet runt mellan statorelementen och rotorns pe- rif.eri, varefter lagerfriktionsprov genomförs. Därefter avlägsnas vikterna och permanentmagneter 8 införs i utrymmena 9 mellan polerna 13 i vilka tidigare vikterna var placerade.After the rotor 2 and the stator 3 have been mounted on the pin 1, weight elements are placed in the spaces 9 between the poles. These weight elements have, as previously mentioned, such a weight and weight distribution that the weight element or elements placed in each of said spaces have a total weight and a center of gravity which substantially corresponds to the weight and center of gravity of the permanent magnet unit intended. to be later mounted in the same space. The weight elements may, for example, have the same shape and density as the permanent magnet units 19, but may also have a different shape and density as long as they meet the said weight and center of gravity conditions. With the weight elements in place in the rotor, the stator body 5 is then centered so that an even air gap 7 is obtained the entire revolution between the stator elements and the periphery of the rotor, after which bearing friction tests are performed. Thereafter, the weights are removed and permanent magnets 8 are inserted into the spaces 9 between the poles 13 in which the previous weights were placed.

När det rör sig om en stor rotor med en diameter på ett par meter krävs en permanentmagnetvolym i varje enskilt utrymme 9 som är så stor att den måste byggas upp av ett flertal mindre perma- nentmagneter, eftersom enskilda permanentmagneter av denna volym inte är möjliga att framställa. Monteringen av en sådan av ett flertal mindre permanentmagneter uppbyggd permanentmag- netenhet 19 kommer att beskrivas nedan. lnföringen av permanentmagneterna 8 sker företrädesvis genom att ett antal enskilda permanentmagneter 8 sammanfogade i ett block 20 införs i avsett utrymme 9 i en riktning väsentligen pa- rallell med rotorns centrumaxel. Vid denna införing är perma- nentmagnetblocket 20, såsom schematiskt visas i Fig 5, an- bringat i ett ok 21 av magnetiskt material, exempelvis järn, vilket sluter den magnetiska kretsen. Blocket 20 förskjuts sedan ut ur :inst 10 15 20 25 30 35 | | ø « »- '515167 9 oket 21 och in i nämnda utrymme 9. Vid denna förskjutning tillses att en sluten magnetisk krets hela tiden upprätthålls, varigenom endast skjuvkrafter behöver övervinnas för förskjutning av blocket 20. Under denna procedur bör det upprätthàllas ett visst avstånd mellan oket och polerna för att undvika magnetisk kort- slutning, vilken kortslutning annars kan resultera i att oket fast- nar mellan polerna. Detta avstånd, som bör vara åtminstone ca 1 cm, kan åstadkommas med hjälp av ett mellanlägg av icke-mag- netiskt material. Efter att ett block 20 bringats på plats upprepas proceduren och ett nytt block 20 bringas på plats intill det tidi- gare. Detta fortgår tills en permanentmagnetenhet 19 av önskad storlek erhållits i utrymmet 9. På motsvarande sätt monteras permanentmagneter 8 i samtliga utrymmen 9. För att upprätthålla en viss jämvikt i konstruktionen vid monteringen av permanent- magnetblocken 20 är det lämpligt att införa blocken 20 successivt i de olika utrymmena 9, dvs på sådant sätt att ett block 20 införs i vart och ett av utrymmena 9 innan ett andra block 20 införs i något av utrymmena 9, osv. Ur denna aspekt är det även lämpligt att blocken 20 dessutom införs successivt i två mittemot varandra belägna utrymmen 9.In the case of a large rotor with a diameter of a few meters, a permanent magnet volume is required in each individual space 9 which is so large that it must be built up by a number of smaller permanent magnets, since individual permanent magnets of this volume are not possible to produce. The assembly of such a permanent magnet unit 19 made up of a plurality of smaller permanent magnets will be described below. The insertion of the permanent magnets 8 takes place preferably by inserting a number of individual permanent magnets 8 joined together in a block 20 in the intended space 9 in a direction substantially parallel to the center axis of the rotor. In this insertion, the permanent magnet block 20, as schematically shown in Fig. 5, is arranged in a yoke 21 of magnetic material, for example iron, which closes the magnetic circuit. Block 20 is then moved out of: inst 10 15 20 25 30 35 | | In this displacement it is ensured that a closed magnetic circuit is maintained at all times, whereby only shear forces need to be overcome to displace the block 20. During this procedure a certain distance should be maintained between the yoke and the poles to avoid magnetic short circuit, which short circuit may otherwise result in the yoke getting caught between the poles. This distance, which should be at least about 1 cm, can be achieved by means of a spacer of non-magnetic material. After a block 20 is put in place, the procedure is repeated and a new block 20 is put in place next to the previous one. This continues until a permanent magnet unit 19 of the desired size is obtained in the space 9. Correspondingly, permanent magnets 8 are mounted in all spaces 9. In order to maintain a certain balance in the construction when mounting the permanent magnet blocks 20, it is convenient to insert the blocks 20 successively in the different spaces 9, i.e. in such a way that a block 20 is inserted in each of the spaces 9 before a second block 20 is inserted in one of the spaces 9, etc. From this aspect it is also suitable that the blocks 20 are additionally inserted successively in two opposite spaces 9.

De permanentmagneter 8 som tillsammans bygger upp en per- manentmagnetenhet 19 är lämpligen likformade och bör ha en form som är så anpassad till permanentmagnetutrymmet 9 att det är möjligt att bilda en permanentmagnetenhet 19 som fyller ut väsentligen hela utrymmet 9. För att göra det enkelt att väsentli- gen helt fylla ut utrymmena 9 mellan varandra angränsande poler 13 bör dessa utrymmen vara av rätblocksform, dvs rätvinkliga.The permanent magnets 8 which together build up a permanent magnet unit 19 are suitably uniform and should have a shape which is so adapted to the permanent magnet space 9 that it is possible to form a permanent magnet unit 19 which fills substantially the entire space 9. In order to make it easy to substantially completely fill in the spaces 9 between adjacent poles 13, these spaces should be of rectangular block shape, ie rectangular.

Sådana rätblocksformade utrymmen 9 lämpar sig väl för motta- gande av rätblocksformade permanentmagneter 8, vilka enkelt kan sammanfogas till block 20 av lämplig storlek. Även andra former hos utrymmena 9 och permanentmagneterna 8 är dock tänkbara. Naturligtvis ska de i en permanentmagnetenhet 19 in- gående permanentmagneterna 8 vara i magnetisk kontakt med varandra vid sina inbördes anliggningsytor.Such rectangular spaces 9 are well suited for receiving rectangular permanent magnets 8, which can be easily joined to blocks 20 of suitable size. However, other shapes of the spaces 9 and the permanent magnets 8 are also conceivable. Of course, the permanent magnets 8 included in a permanent magnet unit 19 must be in magnetic contact with each other at their mutual abutment surfaces.

Iveco 10 15 20 25 30 35 ~ - - n oo 515 167 10 Efter det att permanentmagneterna 8 monterats i utrymmena 9 tillslutes utrymmena 9 med hjälp av fasthållningsorgan 16, före- trädesvis i form av plattor såsom visas i Fig 4. Således kommer respektive utrymme 9 att vara tillslutet i bägge sina axiella ändar, varigenom permanentmagneterna 8 hålls på plats i axiell riktning i respektive utrymme 9.Iveco 10 15 20 25 30 35 ~ - - n oo 515 167 10 After the permanent magnets 8 are mounted in the spaces 9, the spaces 9 are closed by means of holding means 16, preferably in the form of plates as shown in Fig. 4. Thus, the respective space 9 to be closed at both its axial ends, whereby the permanent magnets 8 are held in place in the axial direction in the respective space 9.

För att förhindra en förskjutning av permanentmagneterna 8 i ra- diell riktning i utrymmena 9 kan ett kraftorgan, ej visat, anordnas mellan rotorringen 12 och de radiellt sett innerst liggande perma- nentmagneterna 9, vilket kraftorgan med rotorringen 12 som stöd bringas att utöva en radiellt riktad kraft mot nämnda innerst lig- gande permanentmagneter' och därigenom förhindrar dessa att förskjutas radiellt inåt. Detta kraftorgan anligger företrädesvis fjädrande förspänt mot nämnda innerst liggande permanentmag- neter.In order to prevent a displacement of the permanent magnets 8 in the radial direction in the spaces 9, a force means, not shown, can be arranged between the rotor ring 12 and the radially innermost permanent magnets 9, which force means with the rotor ring 12 as support is caused to exert a radially directed force against said innermost permanent magnets' and thereby prevents them from being displaced radially inwards. This force means preferably abuts resiliently biased against said innermost permanent magnets.

I det visade exemplet innefattar permanentmagnetrotorn 2 tret- tiotvå poler 13 och ett lika stort antal mellanliggande perma- nentmagnetenheter 19. Antalet poler 13 och permanentmagne- tenheter 19 kan dock vara såväl mindre som större och anpassas bland annat efter rotorns dimension. En rotor för en direktdriven vindkraftgenerator med en diameter av åtminstone 4 m är lämp- ligen försedd med åtminstone trettio och företrädesvis cirka sex- tio poler 13 respektive permanentmagnetenheter 19. l de utföringsexempel som redovisats ovan har rotorn varit helt fri fràn permanentmagneter i det inledande monteringsskedet. Al- ternativt kan dock ett mindre antal av det slutliga antalet perma- nentmagneter vara på plats i rotorn då rotorn och statorn monte- ras pà plats. Det väsentliga är att permanentmagnetvolymen i rotorn är så liten att några för monteringsförloppet besvärliga magnetiska flöden ej föreligger då rotorn och statorn monteras på plats och lägesjusteras relativt varandra.In the example shown, the permanent magnet rotor comprises 2 thirty-two poles 13 and an equal number of intermediate permanent magnet units 19. The number of poles 13 and permanent magnet units 19 can, however, be both smaller and larger and adapted, among other things, to the rotor dimension. A rotor for a direct-driven wind power generator with a diameter of at least 4 m is suitably provided with at least thirty and preferably about sixty poles 13 and permanent magnet units 19, respectively. . Alternatively, however, a smaller number of the final number of permanent magnets may be in place in the rotor when the rotor and stator are mounted in place. The essential thing is that the permanent magnet volume in the rotor is so small that there are no magnetic flows which are difficult for the mounting process when the rotor and the stator are mounted in place and positioned relative to each other.

Med förfarandet enligt uppfinningen möjliggörs på ett enkelt och med avseende på magnetiska krafter riskfritt sätt monteringen av sssno 10 15 20 25 30 35 n o n . u- u 515 167 11 en stator och permanentmagnetrotor av mycket stort format.With the method according to the invention, the assembly of sssno 10 15 20 25 30 35 n o n is made possible in a simple and without risk with magnetic forces. u- u 515 167 11 a stator and permanent magnet rotor of very large format.

Förfarandet enligt uppfinningen är företrädesvis avsett för monte- ring av stator och rotor ingående i en generator hos en vind- kraftanläggning, varvid statorn och rotorn uppvisar en diameter av företrädesvis åtminstone 2 meter. En generator hos en vind- kraftanläggning kan vara direktdriven, varvid generatorn ligger på samma axel som turbinen och rotorn drivs direkt av turbinen utan mellanliggande växelanordning. Detta innebär en långsam rota- tion hos rotorn, varför en sålunda anordnad permanentmag- netrotor för att fungera tillfredsställande måste vara av mycket stor dimension och innefatta många poler. En rotor ingående i en sådan direktdriven generator kan uppvisa en diameter av cirka 4- 6 meter. Förfarandet enligt. uppfinningen lämpar sig synnerligen väl för montering av en sådan mycket stor direktdriven perma- nentmagnetrotor och en med denna samverkande stator. För att underlätta monteringen av rotorn 2 och statorn 3 monteras dessa lämpligen på en vertikalt anordnad tapp 1. Tappen 1 med på- monterad rotor 2 och stator 3 förbinds sedan med en stödinrätt- ning hos exempelvis en vindkraftanläggning, varvid tappen 1 kommer att placeras i väsentligen horisontell riktning. Monte- ringen av permanentmagneterna kan ske såväl före som efter det att den rotor 2 och stator 3 uppbärande tappen 1 förbundits med stödinrättningen. När tappen 1 är avsedd att vara horisontellt an- ordnad i sitt arbetslåge inses det att den relativa lägesjuste- ringen mellan rotorn och statorn, med tyngdelement anordnade i rotorn 2, måste ske med tappen 1 i horisontellt läge för att en fullständigt korrekt lägesinställning av rotorn 2 och statorn 3 ska kunna erhållas.The method according to the invention is preferably intended for mounting a stator and rotor included in a generator of a wind power plant, the stator and rotor having a diameter of preferably at least 2 meters. A generator of a wind turbine can be directly driven, the generator being on the same axis as the turbine and the rotor driven directly by the turbine without an intermediate gear unit. This means a slow rotation of the rotor, which is why a permanent magnet rotor thus arranged in order to function satisfactorily must be of a very large dimension and comprise many poles. A rotor included in such a directly driven generator can have a diameter of about 4-6 meters. The procedure according to. The invention is particularly well suited for mounting such a very large direct-driven permanent magnet rotor and a stator cooperating therewith. In order to facilitate the mounting of the rotor 2 and the stator 3, these are suitably mounted on a vertically arranged pin 1. The pin 1 with mounted rotor 2 and stator 3 is then connected to a support device of, for example, a wind power plant, the pin 1 being placed in essentially horizontal direction. The mounting of the permanent magnets can take place both before and after the pin 1 supporting the rotor 2 and stator 3 has been connected to the support device. When the pin 1 is intended to be arranged horizontally in its working position, it is realized that the relative position adjustment between the rotor and the stator, with weight elements arranged in the rotor 2, must take place with the pin 1 in horizontal position in order for a completely correct position adjustment of the rotor 2 and the stator 3 must be obtainable.

Förfarandet enligt uppfinningen kan även tillämpas för montering av andra typer av permanentmagnetrotorer än de ovan beskrivna.The method according to the invention can also be applied for mounting other types of permanent magnet rotors than those described above.

I Fig 6 visas schematiskt ett parti av en permanentmagnetrotor 102 med ytmonterade permanentmagneter 108. Denna perma- nentmagnetrotor 102 uppvisar ett antal i väsentligen axiell rikt- ning vid rotorns periferi sig sträckande hålrum 109, vilka är an- ordnade med jämna mellanrum utefter nämnda periferi. Respek- tive hålrum 109 är anordnat att sträcka sig fram till och genom leon: 10 15 20 25 30 35 515 1.67 12 åtminstone en väsentligen radiellt sig sträckande yttre sidoyta hos rotorn 102 så att en permanentmagnet 108 med en till häl- rummet 109 anpassad form kan förskjutas in i hålrummet 109 frân nämnda sidoyta efter det att rotorn och en med denna sam- verkande stator monterats på plats, exempelvis på en tapp. Hål- rummen 109 och permanentmagneterna 108 uppvisar lämpligen komplementära axiellt sig sträckande sidopartier 123, 124, vilka är vinklade utåt sett i radiell riktning in mot rotorns centrum, så att respektive hålrum 109 bildar en laxstjärtsartad styrning för permanentmagneterna 108. Härigenom åstadkoms på ett enkelt sätt en fasthållning i radiell riktning av permanentmagneterna 108 i hålrummen 109. Det är även möjligt att låta två eller flera permanentmagneter 108 införas efter varandra i respektive hål- rum 109 så att varje hålrum innefattar ett flertal enskilda perma- nentmagneter.Fig. 6 schematically shows a portion of a permanent magnet rotor 102 with surface-mounted permanent magnets 108. This permanent magnet rotor 102 has a number of cavities 109 extending in substantially axial direction at the periphery of the rotor, which are arranged at regular intervals along said periphery. The respective cavities 109 are arranged to extend up to and through the leon: at least one substantially radially extending outer side surface of the rotor 102 so that a permanent magnet 108 with a shape adapted to the cavity 109 can be displaced into the cavity 109 from said side surface after the rotor and a stator cooperating therewith have been mounted in place, for example on a pin. The cavities 109 and the permanent magnets 108 suitably have complementary axially extending side portions 123, 124, which are angled outwards in a radial direction towards the center of the rotor, so that the respective cavities 109 form a dovetail-like guide for the permanent magnets 108. This is achieved in a simple manner. a holding in the radial direction of the permanent magnets 108 in the cavities 109. It is also possible to have two or more permanent magnets 108 inserted one after the other in the respective cavities 109 so that each cavity comprises a plurality of individual permanent magnets.

Förfarandet enligt uppfinningen är företrädesvis avsett för montering av en stator och en rotor ingående i en generator av- sedd för spänning överstigande 10 kV, företrädesvis 16-30 kV, och vars effekt lämpligen är större än 1 MW, företrädesvis mellan 1,5 och 6 MW. En sådan generator är företrädesvis försedd med en stator uppvisande statorlindningar utformade i enlighet med vad som visas i WO 99/29025 A1, där lindningen innesluter det magnetiska fältet. Rotorns vikt kan härvid vara mellan 10 och 100 ton.The method according to the invention is preferably intended for mounting a stator and a rotor included in a generator intended for voltages exceeding 10 kV, preferably 16-30 kV, and whose power is suitably greater than 1 MW, preferably between 1.5 and 6 MW. Such a generator is preferably provided with a stator having stator windings designed in accordance with what is shown in WO 99/29025 A1, where the winding encloses the magnetic field. The weight of the rotor can be between 10 and 100 tons.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fack- man på området, utan att denne för den skull avviker från uppfin- ningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patent- krav. Exempelvis är förfarandet tillämpligt även vid monteringen av en rotor-statorenhet där statorn ej befinner sig radiellt utanför rotorn utan istället innanför rotorns permanentmagneter. Vidare är det ej nödvändigt att statorn uppvisar en separat statorstom- mehållare och statorstomme, utan dessa delar kan vara integre- rade med varandra.The invention is of course not in any way limited to the preferred embodiments described above, but a number of possibilities for modifications thereof should be obvious to a person skilled in the art, without this departing from the basic idea of the invention as defined. in the appended patent claims. For example, the method is also applicable to the mounting of a rotor-stator unit where the stator is not radially outside the rotor but instead inside the permanent magnets of the rotor. Furthermore, it is not necessary for the stator to have a separate stator body holder and stator body, but these parts can be integrated with each other.

Claims

1.: ruu- 10 15 20 25 30 35 515 167 13 PATENTKRAV. A method for mounting a permanent magnet rotor and a stator cooperating with the rotor, in that the method comprises a first step in which the rotor (2, 102) and the stator (3) are caused to assume their desired positions in relation to each other, wherein the rotor (2, 102) during this first step does not carry any permanent magnets or carries only a part of the final number of permanent magnets, and that the permanent magnets (8, 108) or, where applicable, the remaining number of permanent magnets are put in place for receiving permanent magnet spaces (9, 109) in the rotor (2, 102) in a second step after the first step. Method according to claim 1, in that the respective permanent magnet (8, 108) in the second stage is arranged in the designated space (9, 109) in the rotor by means of displacement being transferred to said space from a device (21), preferably. in the form of a yoke of magnetic material, which in cooperation with the permanent magnet (8, 108) maintains a closed magnetic circuit. . Method according to one of the preceding claims, in that the respective permanent magnet (8, 108) is inserted in the second stage in the rotor (2, 102) in a direction substantially parallel to the center axis of the rotor. A method according to any one of the preceding claims, in that the rotor (2) comprises flow concentrating means _ (13), which are mounted in the rotor (2) before the rotor (2) and the stator (3) are caused to assume their desired positions in relation to each other, the flow-concentrating means (13) between each other having spaces (9) for receiving permanent magnets (8). . Method according to claim 4, characterized in that the permanent magnets (8) are inserted in said spaces (9) in the form of blocks nan-n 10 15 20 25 30 35 - Q - o o u u | n »n o. o .n 515 '167 14 (20) consisting of a plurality of individual and adjacent permanent magnets (8). . Method according to claim 5, in that a plurality of permanent magnet blocks (20) are inserted in the respective space (9). . A method according to any one of claims 1-4, in that the permanent magnet rotor (102) has a number of cavities (109) extending substantially in the axial direction at the periphery of the rotor, which cavities (109) connect to at least one outer side surface of the rotor (102), wherein in said second step one or more permanent magnets (108) with a shape adapted to the cavities (109) are displaced into respective cavities (109) from said side surface. . Method according to one of the preceding claims, in that weight elements are arranged in the spaces (9, 109) in the rotor intended for receiving permanent magnets. that the rotor (2, 102) while the rotor (2, 102) and the stator (3) 9. 10. are caused to assume their relative positions have a weight substantially corresponding to the weight of the rotor (2, 102). ) will have after the permanent magnets (8, 108) have been mounted in place. Method according to one of the preceding claims, in that the stator (3) comprises a stator body holder (4) and a stator body (5) attachable thereto, which stator body (5) is arranged to be supported for magnetic interaction with the permanent magnets (8) of the rotor. intended stator elements (17), the stator body (5) being brought into place and attached to the stator body holder (4) after the stator body holder (4) has been mounted in the intended place. Method according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet rotor and the stator are included in a generator for a wind power plant and the rotor has a diameter of at least 2 meters. 515 167 15 11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the permanent magnet rotor and the stator are included in a direct-driven generator for a wind power plant and the rotor has a diameter of at least 4 meters. »»> N;