PL248042B1 - Konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika oraz sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika oraz sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi, pozwalające uniknąć przyklejenie się wirnika z magnesami trwałymi do rdzenia stojana, mające zastosowanie zwłaszcza w konstrukcjach generatorów elektrowni wiatrowych. Konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika, zaopatrzona w obudowę (2), w której zamocowane są osadzony na wale (6) wewnątrz stojana (1) wirnik (3), na którym to zamocowane są neodymowe magnesy (8) oraz obsadzone na rzeczonym wale (6) łożyska toczne (7), przy czym obudowę zamykają łożyskowe tarcze (4, 5), charakteryzuje się tym, że od strony czopa przeciwnapędowego wału (6) zamontowany jest na czas demontażu lub montażu wirnika (3) przedłużający wałek (9) o średnicy co najwyżej równej średnicy wału (6), ponadto na rdzeniu stojana (1) od strony czopa napędowego znajduje się prowadzący pierścień (11) o średnicy zewnętrznej równej średnicy zewnętrznej stojana (2) i średnicy wewnętrznej większej od średnicy zewnętrznej wirnika, korzystnie o co najmniej 0,02 mm.

Description

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja maszyny magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika oraz sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi, pozwalający uniknąć przyklejenia się wirnika z magnesami trwałymi do rdzenia stojana, mający zastosowanie zwłaszcza w konstrukcjach generatorów elektrowni wiatrowych.

Dostępne na rynku maszyny z magnesami trwałymi o konstrukcji cylindrycznej charakteryzują się tym, że montaż i demontaż wirnika ze względu na obecność silnego pola magnetycznego pochodzącego od magnesów trwałych i sił z nim związanych jest bardzo kłopotliwy, wymaga zastosowania specjalnego oprzyrządowania dostępnego w wyspecjalizowanych serwisach. Wymiana łożysk w tego typu maszynach wiąże się z koniecznością wyjęcia z maszyny wirnika, w związku z wyżej opisanymi problemami może się to odbywać w wyspecjalizowanym serwisie, co pociąga za sobą stosunkowo duże koszty. Próba samodzielnej wymiany łożysk najczęściej prowadzi do uszkodzenia zarówno wirnika jak i stojana.

Z opisu patentowego polskiego wynalazku Pat.234155, znany jest wolnoobrotowy generator synchroniczny z magnesami trwałymi, zwłaszcza do zastosowania w elektrowni wiatrowej o pionowej osi obrotu składający się ze stojana zamocowanego w obudowie i wirnika osadzonego na wale wewnątrz stojana, na którym symetrycznie rozłożone są magnesy neodymowe. Integralną częścią obudowy stojana są tarcze łożyskowe górna i dolna, przy czym do tarczy łożyskowej górnej generatora zamocowana jest na stałe tuleja prowadząca. Na wale wirnika osadzone są łożyska kulkowe dwurzędowe skośne, natomiast w tarczy łożyskowej dolnej tuleja gniazda łożyskowego jest przedłużona.

Z kolei z japońskiego opisu wynalazku JP2018074897A znany jest zespół wirnika. Zespół wirnika zawiera wał utworzony z materiału niemagnetycznego z osią centralną skierowaną w kierunku pionowym jako środek i cylindryczny korpus wirnika przymocowany do zewnętrznej powierzchni wału, gdzie korpus wirnika zawiera wiele elementów rdzenia rozmieszczonych w kierunku obwodowym wokół wału, wiele magnesów wirnika rozmieszczonych w kierunku obwodowym naprzemiennie z wieloma elementami rdzenia wokół wału, posiada część łączącą wykonaną z żywicy łączącą wał i wiele elementów rdzenia z wieloma magnesami wirnika.

Następnie z amerykańskiego opisu wynalazku US2016254711A1 znany jest silnik, który posiada wirnik zawierający wał, stojan, oraz łożysko podtrzymujące wał. Wirnik może zawierać wiele kawałków rdzenia na zewnętrznej stronie wału, wiele magnesów trwałych i część z żywicy uformowanej pomiędzy kawałkami rdzenia.

Celem wynalazku jest konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika oraz sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca wymianę łożysk, umożliwiające bezpieczną wymianę wirnika, bez ryzyka uszkodzenia samego wirnika lub stojana niekontrolowanym zespojeniem magnesów.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na zastosowaniu w konstrukcji maszyny specjalnie ukształtowanego pierścienia prowadzącego umieszczonego na rdzeniu stojana od strony czopa napędowego wału wirnika i wałka przedłużającego wirnik od strony przeciwnapędowej mocowanego za pomocą gwintowanej szpilki na czas montażu i demontażu wirnika.

Konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika, zaopatrzona w obudowę, w której zamocowane są osadzony na wale wewnątrz stojana wirnik, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy, oraz obsadzone na rzeczonym wale łożyska toczne, przy czym obudowę zamykają łożyskowe tarcze, od strony czopa przeciwnapędowego wału zamontowany jest na czas demontażu lub montażu wirnika przedłużający wałek o średnicy co najwyżej równej średnicy wału, charakteryzuje się tym, że na rdzeniu stojana od strony czopa napędowego znajduje się prowadzący pierścień o średnicy zewnętrznej równej średnicy zewnętrznej stojana i średnicy wewnętrznej większej o co najmniej 0,02 mm od średnicy zewnętrznej wirnika, zaś przedłużający wałek, którego długość L2 jest równa lub większa od długości L1 będącej sumą długości stojana i prowadzącego pierścienia do wału przymocowany jest osiowo za pomocą gwintowanej szpilki.

Korzystnie, rdzeń magnetyczny stojana wykonany jest z blach elektromagnetycznych.

Korzystnie, średnica zewnętrzna przedłużającego wałka jest mniejsza od średnicy czopa łożyskowego wału.

Korzystnie, średnica zewnętrzna przedłużającego wałka jest mniejsza o 0,01 mm od średnicy czopa łożyskowego wału.

Korzystnie, w prowadzącym pierścieniu od strony rdzenia stojana wykonane jest pierścieniowe podcięcie.

Korzystnie, w prowadzącym pierścieniu od strony rdzenia stojana wykonane jest pierścieniowe podcięcie, którego wysokość hp jest mniejsza od połowy wysokości zamka hz wykonanego w obudowie i tarczy łożyskowej od strony czopa napędowego wału.

Sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi, w którym do wału montuje się przedłużający wałek i po montażu ów wałek demontuje, charakteryzuje się tym, że w celu montażu wirnika w stojanie od strony czopa napędowego na wale mocuje się toczne łożysko następnie na tak przygotowanym wirniku osadza się także od strony czopa napędowego łożyskowa tarczę, kolejno od strony czopa przeciwnapędowego wału montuje się przedłużający wałek, przy czym przedłużający wałek przykręca się osiowo do czopa przeciwnapędowego wału za pomocą gwintowanej szpilki, następnie w gnieździe tarczy łożyskowej znajdującej się od strony czopa przeciwnapędowego mocuje się toczne łożysko, w kolejnym kroku tarczę łożyskową mocuje się do kadłuba stojana po przeciwnej stronie od umiejscowienia pierścienia prowadzącego, przy czym pierścień prowadzący montowany jest bezpośrednio po umieszczeniu rdzenia magnetycznego stojana w kadłubie przed procesem uzwajania rdzenia, następnie od strony umiejscowienia pierścienia prowadzącego wsuwa się wirnik, dzięki zastosowaniu pierścienia prowadzącego i wałka przedłużającego zapewnione jest dystansowanie magnesów neodymowych od rdzenia stojana w ostatnim etapie demontuje się przedłużający wałek, natomiast w celu demontażu wirnika na wale montuje się przedłużający wałek, zdejmuje się znajdującą się od strony czopa napędowego łożyskową tarczę, korzystnie odkręcając się śruby mocujące tarczę łożyskową, następnie wysuwa się ze stojana wirnik, który to prowadzi uniemożliwiając przywieranie powierzchni bocznej wirnika z neodymowymi magnesami do stojana się za pomocą dystansującego je prowadzącego pierścienia.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie wałka przedłużającego, oraz prowadzącego pierścienia który dystansuje magnesy neodymowe wirnika od stojana, co umożliwia wymianę wirnika bez udziału wyspecjalizowanego serwisu. Podczas demontażu wirnik utrzymywany jest w odpowiedniej pozycji względem stojana dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu dystansującego je prowadzącego pierścienia i zastosowaniu wałka przedłużającego wał wirnika.

Rozwiązanie według wynalazku zostało zilustrowane przykładem wykonania na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia widok modelu 3D konstrukcji, Fig. 2 - przekrój podłużny konstrukcji, a Fig. 3, 4, 5 detale konstrukcyjne.

Jak pokazano na rysunku Fig. 1 i Fig. 2, maszyna jest zbudowana ze stojana 1 zamocowanego w obudowie 2, wirnika 3 osadzonego wewnątrz stojana 1 i tarcz łożyskowych 4 i 5 stanowiących integralne części obudowy 2. Na wale 6 wirnika 3 osadzone są łożyska toczne 7. W wirniku 3 zamocowane są trwałe magnesy 8 o naprzemiennej biegunowości. Rdzeń magnetyczny stojana 1 wykonany jest z blach elektrotechnicznych. Dodatkowo maszyna powinna być wyposażona w wałek 9 stanowiący przedłużenie wału maszyny od strony czopa przeciwnapędowego. Wałek 9 ten jest mocowany do wału maszyny za pomocą szpilki gwintowanej 10 na czas montażu i demontażu wirnika. W celu ułatwienia współosiowego ustawienia elementu przedłużającego i wału maszyny wykonano zamek ustalający (Fig. 3). Średnica zewnętrzna przedłużającego wałka 9 powinna być mniejsza o 0,01 mm od średnicy czopa łożyskowego znajdującego się po stronie mocowania wałka 6. Wymiar L2 wałka 6 powinien być równy lub większy od wymiaru L1 (suma wysokości rdzenia stojana i wysokości pierścienia prowadzącego 11).

W celu ułatwienia montażu i demontażu wirnika 3 z magnesami trwałymi zastosowano dodatkowo pierścień prowadzący 11 umieszczony na rdzeniu stojana 1 od strony czopa napędowego. W pierścieniu prowadzącym wykonane jest podcięcie od strony rdzenia stojana, zapobiegające ocieraniu wirnika w przypadku jego przesunięcia związanego z rozszerzalnością termiczną materiału, z którego wykonany jest wirnik. W celu zapewnienia prawidłowego montażu i demontażu wirnika wysokość podcięcia hp powinna być mniejsza od połowy wysokości zamka hz wykonanego w obudowie i tarczy łożyskowej od strony czopa napędowego wału maszyny.

Montaż wirnika 3 w stojanie 1 wymaga w pierwszej kolejności osadzenia na wale 6 łożyska 7 od strony czopa napędowego, następnie na tak przygotowanym wirniku 3 osadza się tarczę łożyskową 5 (od tej samej strony), w dalszej kolejności do wału 6 wirnika 3 należy zamocować przedłużający wałek 9. W kolejnym kroku należy osadzić łożysko 7 w gnieździe drugiej łożyskowej tarczy 4, tak przygotowaną tarczę 4 zamontować w kadłubie stojana 1 z osadzonym w nim uzwojonym rdzeniem magnetycznym stojana 1 wyposażonym w pierścień prowadzący 11. W kolejnym etapie montuje się wirnik 3 w stojanie 1. W tym celu należy ustawić kadłub stojana 1 z zamocowaną łożyskową tarczą 4 do dołu z otwartą stroną ku górze i rozpocząć montaż wirnika wsuwając go od góry do ustawionego uprzednio stojana 1. Zastosowanie pierścienia prowadzącego 11 i przedłużającego wałka 9 zapewnia odpowiednie prowadzenie wirnika 3 podczas jego montażu uniemożliwiając sklejenie wirnika 3 z magnesami trwałymi ze stojanem 1 maszyny. Przy demontażu wirnika 3 dzięki zastosowaniu pierścienia prowadzącego 11 i przedłużenia wału 6 również nie dochodzi do sklejania wirnika 3 z trwałymi magnesami 8 ze stojanem 1. Wałek przedłużający 9 mocowany jest do wału 6 na czas montażu i demontażu wirnika 3, po przeprowadzeniu tych operacji przedłużający wałek 9 należy zdemontować.

Przykład 1

Konstrukcja generatora lub silnika elektrycznego z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika, zaopatrzona jest w obudowę 2, w której zamocowane są osadzony na wale 6 wewnątrz stojana 1 wirnik 3, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy 8, oraz osadzone na rzeczonym wale 6 łożyska toczne 7, przy czym obudowę zamykają łożyskowe tarcze 4, 5. Od strony czopa przeciwnapędowego wału 6 zamontowany jest na czas demontażu lub montażu wirnika 3 przedłużający wałek 9 o średnicy mniejszej od średnicy wału 6, ponadto na rdzeniu stojana 1 od strony czopa napędowego znajduje się prowadzący pierścień 11 o średnicy zewnętrznej równej średnicy wewnętrznej kadłuba 2 i średnicy wewnętrznej większej od średnicy zewnętrznej wirnika 3 o ok. 0,05 mm. Przedłużający wałek 9 do wału 6 przymocowany jest osiowo za pomocą gwintowanej szpilki 10. Rdzeń magnetyczny stojana 1 wykonany jest z blach elektromagnetycznych. Średnica zewnętrzna przedłużającego wałka 9 jest mniejsza o 0,01 mm od średnicy czopa łożyskowego wału 6. Długość L2 przedłużającego wałka 6 jest równa lub większa od długości L1 będącej sumą wysokości stojana 1 i prowadzącego pierścienia 11. W prowadzącym pierścieniu 11 od strony rdzenia stojana 1 wykonane jest pierścieniowe podcięcie. W prowadzącym pierścieniu 11 od strony rdzenia stojana 1 wykonane jest pierścieniowe podcięcie, którego wysokość hp jest mniejsza od połowy wysokości zamka hz wykonanego w obudowie 2 i tarczy łożyskowej 5 od strony czopa napędowego wału 6.

Przykład 2

Sposób wymiany wirnika w generatorach lub silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi, polega na tym, że w celu montażu wirnika 3 w stojanie 1 od strony czopa napędowego na wale 6 mocuje się toczne łożysko 7 następnie na tak przygotowanym wirniku 3 osadza się także od strony czopa napędowego łożyskowa tarczę 4, kolejno od strony czopa przeciwnapędowego wału 6 montuje się przedłużający wałek 9, następnie w gnieździe tarczy łożyskowej 4 znajdującej się od strony czopa przeciwnapędowego mocuje się toczne łożysko 7, w kolejnym kroku tarczę łożyskową mocuje się do kadłuba stojana 2 po przeciwnej stronie od umiejscowienia pierścienia prowadzącego 11, następnie od strony umiejscowienia pierścienia prowadzącego wsuwa się wirnik 3, dzięki zastosowaniu pierścienia prowadzącego 11 i wałka przedłużającego 9 zapewnione jest dystansowanie magnesów neodymowych 8 od rdzenia stojana 1, w ostatnim etapie demontuje się przedłużający wałek 9. Przedłużający wałek 9 przykręca się osiowo do czopa przeciwnapędowego wału 6 za pomocą gwintowanej szpilki 10.

Sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi, polega na tym, że w celu demontażu wirnika 3 z mocowania w stojanie 1 na wale 6 montuje się przedłużający wałek 9, odkręca się śruby mocujące tarczę łożyskową 5 znajdującą się od strony czopa napędowego, następnie wysuwa się ze stojana 1 wirnik 3, który to prowadzi się uniemożliwiając przywieranie powierzchni bocznej wirnika 3 z neodymowymi magnesami 8 do stojana 1 za pomocą dystansującego je prowadzącego pierścienia 11. Przedłużający wałek 9 przykręca się osiowo do czopa przeciwnapędowego wału 6 za pomocą gwintowanej szpilki 10.

Claims (7)

1. Konstrukcja maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca montaż i demontaż wirnika, zaopatrzona w obudowę (2), w której zamocowane są osadzony na wale (6) wewnątrz stojana (1) wirnik (3), na którym to zamocowane są neodymowe magnesy (8), oraz obsadzone na rzeczonym wale (6) łożyska toczne (7), przy czym obudowę zamykają łożyskowe tarcze (4, 5), od strony czopa przeciwnapędowego wału (6) zamontowany jest na czas demontażu lub montażu wirnika (3) przedłużający wałek (9) o średnicy co najwyżej równej średnicy wału (6), znamienna tym, że na rdzeniu stojana (1) od strony czopa napędowego znajduje się prowadzący pierścień (11) o średnicy zewnętrznej równej średnicy zewnętrznej stojana (2) i średnicy wewnętrznej większej o co najmniej 0,02 mm od średnicy zewnętrznej wirnika (3), zaś przedłużający wałek (9), którego długość L2 jest równa lub większa od długości L1 będącej sumą długości stojana (1) i prowadzącego pierścienia (11) do wału (6) przymocowany jest osiowo za pomocą gwintowanej szpilki (10).

2. Konstrukcja maszyny, według zastrz. 1, znamienna tym, że rdzeń magnetyczny stojana (1) wykonany jest z blach elektromagnetycznych.

3. Konstrukcja maszyny, według zastrz. 1 znamienna tym, że średnica zewnętrzna przedłużającego wałka (9) jest mniejsza od średnicy czopa łożyskowego wału (6).

4. Konstrukcja maszyny, według zastrz. 3 znamienna tym, że średnica zewnętrzna przedłużającego wałka (9) jest mniejsza o 0,01 mm od średnicy czopa łożyskowego wału (6).

5. Konstrukcja maszyny, według zastrz. 1 znamienna tym, że w prowadzącym pierścieniu (11) od strony rdzenia stojana (1) wykonane jest pierścieniowe podcięcie.

6. Konstrukcja maszyny, według zastrz. 1 lub 5 znamienna tym, że w prowadzącym pierścieniu (11) od strony rdzenia stojana (1) wykonane jest pierścieniowe podcięcie, którego wysokość hp jest mniejsza od połowy wysokości zamka hz wykonanego w obudowie (2) i tarczy łożyskowej (5) od strony czopa napędowego wału (6).

7. Sposób wymiany wirnika maszyny z magnesami trwałymi, w którym do wału montuje się przedłużający wałek i po montażu ów wałek demontuje, znamienny tym, że w celu montażu wirnika (3) w stojanie (1) od strony czopa napędowego na wale (6) mocuje się toczne łożysko (7) następnie na tak przygotowanym wirniku (3) osadza się także od strony czopa napędowego łożyskowa tarczę (5), kolejno od strony czopa przeciwnapędowego wału (6) montuje się przedłużający wałek (9), przy czym przedłużający wałek (9) przykręca się osiowo do czopa przeciwnapędowego wału (6) za pomocą gwintowanej szpilki (10), następnie w gnieździe tarczy łożyskowej (4) znajdującej się od strony czopa przeciwnapędowego mocuje się toczne łożysko (7), w kolejnym kroku tarczę łożyskową mocuje się do kadłuba stojana (2) po przeciwnej stronie od umiejscowienia pierścienia prowadzącego (11), przy czym pierścień prowadzący montowany jest bezpośrednio po umieszczeniu rdzenia magnetycznego stojana w kadłubie przed procesem uzwajania rdzenia, następnie od strony umiejscowienia pierścienia prowadzącego wsuwa się wirnik (3), dzięki zastosowaniu pierścienia prowadzącego (11) i wałka przedłużającego (9) zapewnione jest dystansowanie magnesów neodymowych (8) od rdzenia stojana (1) w ostatnim etapie demontuje się przedłużający wałek (9), natomiast w celu demontażu wirnika (3) na wale (6) montuje się przedłużający wałek (9), zdejmuje się znajdującą się od strony czopa napędowego łożyskową tarczę (5), korzystnie odkręcając się śruby mocujące tarczę łożyskową (5), następnie wysuwa się ze stojana (1) wirnik (3) który to prowadzi uniemożliwiając przywieranie powierzchni bocznej wirnika (3) z neodymowymi magnesami (8) do stojana (1) za pomocą dystansującego je prowadzącego pierścienia (11).