JP2013066375A - 永久磁石電気機械を組み立てるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単でかつアクシデントおよび設備に対するダメージのリスクが少ない永久磁石電気機械を組み立てるための方法を提供する。
【解決手段】本発明は永久磁石電気機械を組み立てるための方法および設備に関する。電気機械は少なくとも一つのステータと、軸線を中心に回転可能な円形ローター(10)を備え、ローター(10)はそれぞれ永久磁石を受けるための複数の位置を備える。本方法は、ステータおよび永久磁石がないローター(10)の事前組み立てステップであって、ローター(10)はそれぞれ永久磁石(26)を受けることができる複数の事前配置位置(24)を備えたものであるステップと、永久磁石のない事前配置位置を所定の装填空間位置(28)と対応させるようローター(10)を回転させることができる回転手段を作動させるステップと、所定の装填空間位置(28)に対応するよう配置されたローター(10)の事前配置位置(24)に永久磁石(26)を装填するステップとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石電気機械を組み立てるための方法、ならびに対応する永久磁石電気機械を組み立てるための設備に関する。

永久磁石電気機械は、一般に、少なくとも一つのステータおよび軸線を中心として回転できる円形のローターを備え、ローターは、それぞれ磁石を収容するよう意図された複数の位置を備える。(一組の磁石を備える)ローターがステータあるいはステータ群内に設けられる場合、電磁誘導によって電磁力を発生させることができ、この結果、ローターが回転する。そうした永久磁石電気機械は、たとえば発電機あるいはモーターのために利用される。

本発明は、さらに一般化して言うと、永久磁石回転電気機械によるエネルギー変換の分野に属する。それは、特に水力発電および風力分野に特定の用途を有する。

この種の用途においては、非常に大きなサイズの機械が、しばしば必要となる。

二つのタイプの永久磁石機械、軸線束機械および放射状束機械が公知である。

軸線束永久磁石機械は一つまたは二つの円形ステータを備える。二つのステータを備える形態の場合、(ディスクの形状の)ローターは、ステータ間に配置され、かつ、ローター上に半径方向平面内で水平に配置された多数の強力な磁石を含む。従来技術によれば、そうした磁石の組み付けは、ローターの軸線方向に沿って、この目的のために設けられた位置において、ローター上に永久磁石を配置することによって実施される。通常、設けられる位置は、ローターのディスクのクラウンに形成された孔である。いったん、全ての磁石が配置された状態でローターが準備され、そしてステータもまた準備されると、これらの要素は、「サンドイッチ」組み立てによって、二つのステータ間にローターが装填されるように組み立てられる。そうした組み立て方法のために、ローターに並ぶ全ての永久磁石は、機械の最終組み立て前に配置されかつ固定される必要がある。

放射状束永久磁石機械は、一般に、円形ステータを備え、その中には同心円形ローターが配置される。軸方向に垂直に配置される永久磁石がローター内に装填される。一般に、軸線束機械の場合のように、ローターには、まず、その磁石の全てが並べられ、それは続いてステータと組み合わされる。

いずれの場合においても、そうした組み立て作業は、特に配置される磁石が大きなサイズでかつ強力なものである場合には、さまざまな問題を抱えている。実際、非常に大きな吸引磁力が、完全に磁石が並べられたローターと、ステータあるいはステータ群との間に生じる。機械のために求められる最終位置は、ローターとステータあるいはステータ群との間に小さな空のスペースを残す必要があるので、こうした力は制御が困難である。組み立ての間、ローターがステータと接触するのを阻止することが重要である。なぜなら、及ぼされる磁力に鑑みると、その後、損傷を伴わずに、それらを分離するのは、ほとんど不可能であるからである。したがって、そうした方法による永久磁石機械の組み立てはコストが掛かり、かつ、作業員にとって危険であり、しかも磁石の損傷あるいは破損のリスクが非常に高い。

本発明は、より簡単でありかつアクシデントおよび設備に対するダメージのリスクが少ない、永久磁石電気機械を組み立てるための方法を提供することによって、従来技術の欠点を克服することを目的とする。

このために、本発明は、第１の態様に基づいて、永久磁石電気機械を組み立てるための方法を提供するが、当該電気機械は、少なくとも一つのステータと、軸線を中心として回転可能な、円形のローターとを具備してなり、当該ローターは、それぞれ永久磁石を受けるよう意図された複数の位置を備え、当該方法は、
・ステータあるいはステータ群および永久磁石がないローターの事前組み立てステップであって、ローターは、それぞれ永久磁石を受けることができる複数の事前配置位置を備えたものであるようなステップと、
・永久磁石のない事前配置位置を所定の装填空間位置と対応させるように、ローターを回転させることができる回転のための手段を作動させるステップと、
・所定の装填空間位置に対応するように配置されたローターの事前配置位置に永久磁石を装填するステップとを備える。

有利なことには、永久磁石の装填は、ステータあるいはステータ群と、永久磁石のないローターとを一つに事前組み立てした後に、連続的に実施されるが、これは装填方法を著しく簡素化する。永久磁石の装填は所定の装填空間位置において実施されるが、これは固定されたものであり、しかも、ローターは、磁石のない事前配置位置を所定の装填空間位置に対応させるために回転させられる。これによって、装填された磁石が損傷するリスクを低減させることが可能となる。なぜなら、磁石間の相互作用磁力がこの場合には低減されるからである。さらに、この組み立て方法によって、作業員にとっての事故のリスクを低減することも可能となる。

本発明に基づく永久磁石電気機械を組み立てるための上記方法は、以下の特徴の一つ以上を有することができる。
・それは、ローターの事前配置位置のそれぞれが所定の装填空間位置の向かい側に連続的に現れるように、所定のシーケンスに従って回転のための手段を作動させることを含む。
・永久磁石の装填は、ステータあるいはステータ群に関して固定され、かつ、所定の装填空間位置においてローターの事前配置位置内に永久磁石を装填することができる、適合装填ツールによって実施される。
・電気機械は軸線束機械であり、二つのステータと、この二つのステータ間のローターとを具備し、ローターは、このローターの半径方向平面内に配置された永久磁石を収容できる事前配置位置を備え、永久磁石の装填は半径方向に沿って所定の装填空間位置において実施される。
・電気機械は、さらに、二つのステータ間の空間を保護することを可能とする保護構造体を備え、保護構造体は、ローターの事前配置位置への永久磁石の装填を可能とする少なくとも一つのアクセスウインドウを備える。
・ローターは、外側円形クラウン上で均一に離間した半径方向開口を備えたディスクの形状を有する。
・電気機械は、ステータおよびローターを備えた放射状束機械であり、ローターは、ローターのクラウン内に軸方向に配置された永久磁石を収容することができる事前配置位置を備え、永久磁石の装填はローターの軸方向に沿って事前配置位置において実施される。
・電気機械は、ローターの回転軸線が鉛直であるように配置される。

第２の態様によれば、本発明は永久磁石電気機械を組み立てるための設備に関し、当該電気機械は、少なくとも一つのステータと、軸線を中心として回転可能な円形状のローターとを備え、ローターは、それぞれ永久磁石を収容するよう意図された複数の位置を備え、ステータあるいはステータ群および磁石のないローターは事前組み立てされ、ローターはそれぞれ永久磁石を収容することができる複数の事前配置位置を備える。本発明に基づく当該設備は、
・磁石のない事前配置位置を所定の装填空間位置と対応させるように、ローターを回転させることができる回転のための手段と、
・電気機械に関して固定され、かつ、所定の装填空間位置に対応するように配置されたローターの事前配置位置に、所定の装填空間位置において、永久磁石を装填できる適合装填ツールとを備える。

永久磁石電気機械を組み立てるための上記設備の利点は、先に簡潔に説明した永久磁石電気機械を組み立てるための方法の利点と同じである。

一実施形態によれば、永久磁石電気機械を組み立てるための上記設備は、素材のブロックを用いて永久磁石を磁化することができる磁化のための手段を備え、当該磁化のための手段は、ローターの事前配置位置への永久磁石の装填の前に作動させられる。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照した例証のための非限定的な以下の説明から明らかとなる。

一実施形態に基づく軸線束機械を形成する要素の全ての分解図である。 ローターの、そして本発明に基づくローターの配置状態の詳細を示す図である。 本発明の一実施形態に基づく軸線束永久磁石機械を組み立てるための設備の横断面図である。 本発明の一実施形態に基づく軸線束永久磁石機械を組み立てるための設備の長手方向断面図である。 本発明の一実施形態に基づく放射状束永久磁石機械を組み立てるための設備の斜視図である。

本発明について、永久磁石発電機である電気機械に対する、その用途に関して説明する。永久磁石は、以下では、単に磁石と呼ぶ。

図１は、その組み立て前の分離状態で、軸線束発電機１を構成する要素の全てを示している。

発電機１は、回転軸線Ａを中心として回転できるディスクの形態のローター１０と、やはり円形の二つのステータ１２,１４と、リングの形態の保護構造体１６(これは図１の実施形態においてはステータの外部に存在する)とを備える。これに代えて、保護構造体１６を、ステータの一つと、あるいは、それが二つの部分へと切断される場合には両方と一体化することができる。保護構造体１６は、二つのステータ間のスペースを保護することを、そしてさらに、この実施形態では、二つのステータを機械的に連結することを可能とする。

発電機１の作動のために、ローター１０には、このローター１０の半径に沿って、水平方向に、一定の間隔で配置される、図１に示していない永久磁石のセットが並べられる。

既に説明したように、従来公知の組み立て方法によれば、そうした電気機械の要素がまず準備され、特にローターには磁石が並べられ、続いて、ローターとステータのそれぞれとの間の小さな空のスペースを伴って、二つのステータ間に「サンドイッチ」された状態でローターが配置されるように、軸線方向Ａに沿って組み立てられる。

本発明によれば、図１の実施形態においては、保護構造体１６はアクセスウインドウ１８を備えるが、そのサイズは磁石の装填を可能とするのに十分なものである。通常、ウインドウのサイズは、ローター内に装填されることを意図された磁石の最大横断面よりも大きなものである。保護構造体１６がステータの少なくとも一つと一体化される代替例においては、それは、ステータのフレームの一部であり、アクセスウインドウはこのフレームに直に形成されるが、その目的は、いったんステータが保護構造体と組み合われると、ユニット全体がアクセスウインドウ１８(そのサイズは磁石の装填を可能とするのに十分なものであり、かつ、そのポジションはローターに所定の方向に沿って磁石を装填するのを可能とする)を持つことである。保護構造体１６が二つあるいは複数の集まりから形成される場合、要素１２,１６,１４の組み立て後、先に説明したようなアクセスウインドウ１８を終端に形成するために、開口がこれらの部分に形成される。

さらに、図２に示すように、ローター１０はディスク２０および外部クラウン２２を備え、ここに事前配置位置２４が形成されるが、これは、均一に離間した放射状開口であり、歯２５間に形成され、そして後に外面を経て磁石２６を受け取ることができる。事前配置位置２４は、特に、図２に示すように、磁石２６のそれぞれの半径方向に沿った外面を経由した装填を可能とする。図２に示す実施形態では、事前配置位置２４は台形状の磁石を収容するよう構成される。これに代えて、たとえば、矩形状のあるいはその他の幾何学形状の磁石を収容するよう構成された事前配置位置のような、その他の形態が考えられる。

本発明によれば、磁石がないローター１０が、初めに、二つのステータ１２,１４と、そして保護構造体１６と事前組み立てされる。

構造体１６の使用は任意である。これは、特に、ステータの機械的固定のための別な手段を設けることができるからである。そうした代替例においては、本発明に基づく方法は、単に、二つのステータ１２,１４と、磁石がないローター１０との事前組み立ての第１のステップを備えるだけである。

ローター１０は、したがって、外面を経由した磁石の装填を可能とするように、その周面の外部に対して開口した事前配置位置２４を有する。本発明によれば、ローター１０は、所定の固定空間位置において、磁石２６をそれぞれ受けるために、事前配置位置２４を出現させるように回転させられるが、これは装填のために固定式ツールを使用することを可能とする。

図３は、本発明の一実施形態に基づく設備の横断面である。当該設備は、それぞれ磁石を受けることができる、事前配置位置２４を、固定された装填空間位置２８(これは予め決定される)に連続的に対応させるために、所定の回転シーケンスに従ってローター１０を回転させることを可能とする回転のための手段(図３には示していない)を備える。装填空間位置２８は、磁石を装填するためのツール３２のレール３０の到着に対応する。装填ツールはステータに関して固定される。ある実施形態では、装填ツールは電気機械に関して固定される。通常、装填ツールは、互いに事前組み立てされたローターおよびステータを備えた電気機械の固定された要素に対して取り付けられる。これに関して、磁石２６は、装填ツール３２によって、図３の矢印で示すように、事前配置位置２４へと装填される。

装填空間位置２８を固定することによって、組み立てを容易に実施することが可能となるが、これは、回転のための好適な手段によるローターの回転は格別の困難を伴わない一方で、装填ツール３２の調整は一度だけ実施されるからである。

磁石の装填は、したがって、連続的に、そして、この実施形態の軸線束発電機に関しては半径方向に沿って実施される。有利なことには、磁石間の相互作用磁力は、装填がこのようにして実施されているとき低減される。

任意選択で、本発明に基づく設備はさらに磁化のための手段３４を備えるが、これによって組み立て場所で素材のブロックを磁化することが可能となる。有利なことには、現場磁化を用いることで、磁化されたブロックの輸送コストおよびその損傷のリスクが著しく低減される。

適合装填ツール３２は各磁石２６をコントロールすることを可能とするが、これは所定の装填空間位置２８まで内部で固定され、ここで、それは、この目的のために設けられたローター１０の事前配置位置２４に配置されかつ固定される。

ローター１０の回転は、所定のシーケンスに基づいて、たとえば、回転の方向によって規定されるオーダーで、一つずつ空の位置を出現させることによって実施される。

これに代えて、たとえば、二つから一つの事前配置位置を、あるいはｎ個から一つの事前配置位置を、続いて残りの位置を出現させることによる別なシーケンスが実施される。

代替実施形態によれば、磁石の連続装填のための事前配置位置を出現させるためのシーケンスが、既に装填された磁石とステータとの間に相互作用によって生じる電磁抵抗トルクを低減するために計算される。

図４は、本発明の一実施形態に基づく、電気機械を組み立てることができる設備の長手方向断面図であり、これは特に装填ツール３２を備える。

この実施形態では、電気機械は、その回転軸線(これはまたローターの回転軸線である)が鉛直ポジションにある状態で設置されるが、これは水平面(これはローターの半径方向面である)内での磁石の装填を可能とする。

固定された部分４０を介して、固定されたフレーム３８に連結され、かつ、連結リング４２を介してローター１０に連結された、回転のための手段３６は、装填空間位置２８に対応するように事前配置位置２４を位置決めするように、その回転軸線を中心としてローター１０を回転させることを可能とする。フレーム３８に対して固定された部分４０を連結し、かつ、回転のための手段３６と、そしてローター１０とリング４２を連結する手段は、たとえば、図示するようにスクリュー４４である。回転のための手段３６は、たとえば、ローター１０に対して固定された連結リング４２を回転駆動することができるギアドライブを形成する、図示していないモーターによって駆動されるベアリングからなる。もちろん、回転のための手段の別な代替実施形態を考えることができる。

保護構造体１６のウインドウ１８もまた、所定の装填空間位置２８に対応して予め配置される。

磁石２６は、レール３０上でスライドするよう構成されたサポート機構４６によって、位置２４に向かってガイドされる。

もちろん、所定の固定装填空間位置へと磁石を装填するよう構成された別な代替ツールも考えられる。たとえば、ローターの回転軸線のその他の位置決め、および回転のための手段の、そして装填のためのツールの適合が考えられる。

概して、本発明に基づく永久磁石電気機械を組み立てるための方法は、以下のステップ、すなわち、
・ステータ１２,１４および永久磁石がないローター１０の事前組み立てステップであって、ローター１０は、それぞれ永久磁石２６を収容できる複数の事前配置２４を備えたものであるようなステップと、
・永久磁石のない事前配置位置を所定の装填空間位置２８と対応させるように、ローターを回転させることができる回転のための手段３６を作動させるステップと、
・所定の装填空間位置２８に対応するように配置されたローターの事前配置位置２４に永久磁石２６を装填するステップとを備える。

図５は、放射状束永久磁石電気機械を組み立てるための設備を大まかに示している。

この実施形態に基づく放射状束機械は、ステータ５２内に配置されたローター５０を備える。

代替例では、ローター５０はステータ５２の外部に配置されるが、ローターおよびステータは共軸である。

ローターは、ローターを形成する円筒形クラウンの少なくとも一つの外面によって磁石２６を収容できる事前配置位置５４を含む。

この実施形態では、ローター５０およびステータ５２は同じ程度の高さを有する。ローターの事前配置位置５４は、放射状束が得られるように、ローターのクラウン内に軸方向に配置される磁石を収容できる。

本設備はさらに、各事前配置位置５４を所定の装填空間位置５８と対応するように配置するためにローターを回転させることができる回転のための手段５６を備える。

装填ツール６０(図５に大まかに示す)は、軸方向に沿った外面を経由した装填のために、装填空間位置５８に磁石２６を配置することを可能とする。好ましくは、装填ツール６０は、電気機械の固定要素に対して固定的に取り付けられる。

選択肢として、既に説明したように、それらがローターに組み付けられる直前に、装填される磁石２６を磁化するように、素材のブロックのそれぞれの現場磁化を可能とするために、磁化のための手段６２が設けられる。

軸線束電気機械の組み立てのための上記実施形態におけるように、所定のシーケンスが、磁石が装填されることになる位置５４の全てを連続的に出現させるために、ローターの回転のために適用される。所定のシーケンスは、これに代えて、生み出される磁気抵抗トルクを低減することによって装填を容易にするように計算される。

概して、放射状型の場合におけるのと同様に軸線型の場合における、回転のための手段の実現のコストは、多数のそうした電気機械の製造を考えた場合、無視できるものとなる。

当業者には周知の範囲内の、さまざまな代替例は本発明の一部と見なされる。

特に、永久磁石電気機械はシェルあるいは保護構造体と共に設けることができるが、これは一つあるいは二つのステータと一体化できる。この場合、ローターの事前配置位置への磁石の装填のために適合された少なくとも一つのアクセスウインドウが、事前組み立ての後に磁石の、外面を経由した装填を可能とするために、そうした保護構造体内に設けられる。

本発明は、電気機械ローターにおける大きなサイズおよびパワーの永久磁石の簡単かつ安全な組み立てを可能とするが、これは、ロジスティクスを簡素化し、設備を損傷させるリスクおよびオペレータに関するアクシデントのリスクを制限する。

１ 軸線束発電機
１０ ローター
１２,１４ ステータ
１６ 保護構造体
１８ アクセスウインドウ
２０ ディスク
２２ 外部クラウン
２４ 事前配置位置
２５ 歯
２６ 磁石
２８ 装填空間位置
３０ レール
３２ 装填ツール
３４ 磁化のための手段
３６ 回転のための手段
３８ 固定されたフレーム
４０ 固定された部分
４２ 連結リング
４４ スクリュー
４６ サポート機構
５０ ローター
５２ ステータ
５４ 事前配置位置
５６ 回転のための手段
５８ 装填空間位置
６０ 装填ツール
６２ 磁化のための手段

Claims (10)

1. 永久磁石電気機械(１)を組み立てるための方法であって、前記電気機械は、少なくとも一つのステータ(１２,１４,５２)と、軸線(Ａ)を中心として回転可能な、円形のローター(１０,５０)と、を具備してなり、前記ローター(１０,５０)は、それぞれ永久磁石を受けるよう意図された複数の位置を備え、前記方法は、
   前記ステータあるいはステータ群(１２,１４,５２)および永久磁石がない前記ローター(１０,５０)の事前組み立てステップであって、前記ローター(１０,５０)は、それぞれ永久磁石(２６)を受けることができる複数の事前配置位置(２４,５４)を備えたものであるようなステップと、
   永久磁石のない前記事前配置位置を所定の装填空間位置(２８,５８)と対応させるように、前記ローター(１０,５０)を回転させることができる回転のための手段(３６,５６)を作動させるステップと、
   前記所定の装填空間位置(２８,５８)に対応するように配置された前記ローター(１０,５０)の前記事前配置位置(２４,５４)に永久磁石(２６)を装填するステップと、
   を備えることを特徴とする組み立て方法。
2. 前記ローター(１０,５０)の前記事前配置位置(２４,５４)のそれぞれが前記所定の装填空間位置(２８,５８)の向かい側に連続的に現れるように、所定のシーケンスに従って、回転のための前記手段(３６,５６)を作動させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の組み立て方法。
3. 永久磁石(２６)の装填は、前記ステータあるいはステータ群に関して固定されかつ前記所定の装填空間位置(２８,５８)において前記ローター(１０,５０)の事前配置位置(２４,５４)内に永久磁石(２６)を装填することができる、適合装填ツール(３２,６０)によって実施されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組み立て方法。
4. 前記電気機械は軸線束機械であり、二つのステータ(１２,１４)と、この二つのステータ(１２,１４)間のローター(１０)とを具備し、前記ローター(１０)は、このローターの半径方向平面内に配置された永久磁石(２６)を収容できる事前配置位置(２４)を備え、永久磁石(２６)の装填は前記半径方向に沿って前記所定の装填空間位置(２８)において実施されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の組み立て方法。
5. 前記電気機械は、さらに、前記二つのステータ(１２,１４)間の空間を保護することを可能とする保護構造体(１６)を備え、前記保護構造体(１６)は、前記ローター(１０)の前記事前配置位置(２４)への永久磁石(２６)の装填を可能とする少なくとも一つのアクセスウインドウ(１８)を備えることを特徴とする請求項４に記載の組み立て方法。
6. 前記ローター(１０)は、外側円形クラウン上で均一に離間した半径方向開口を備えたディスクの形状を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の組み立て方法。
7. 前記電気機械は、ステータ(５２)およびローター(５０)を備えた放射状束機械であり、前記ローター(５０)は、前記ローターのクラウン内に軸方向に配置された永久磁石(２６)を収容することができる事前配置位置(５４)を備え、永久磁石(２６)の装填は前記ローター(５０)の軸方向に沿って事前配置位置(５４)において実施されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の組み立て方法。
8. 前記電気機械は、前記ローター(１０,５０)の回転軸線が鉛直であるように配置されることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の組み立て方法。
9. 永久磁石電気機械を組み立てるための設備であって、前記電気機械は、少なくとも一つのステータ(１２,１４,５２)と、軸線(Ａ)を中心として回転可能な円形状のローター(１０,５０)と、を備え、前記ローター(１０,５０)は、それぞれ永久磁石を収容するよう意図された複数の位置を備え、
   前記ステータあるいはステータ群および磁石のない前記ローター(１０,５０)は事前組み立てされ、前記ローター(１０,５０)は、それぞれ永久磁石(２６)を収容することができる複数の事前配置位置(２４,５４)を備え、
   かつ、前記設備は、
   磁石のない前記事前配置位置を所定の装填空間位置(２８,５８)と対応させるように、前記ローター(１０,５０)を回転させることができる回転のための手段(３６,５６)と、
   前記電気機械に関して固定され、かつ、前記所定の装填空間位置(２８,５８)に対応するように配置された前記ローター(１０,５０)の前記事前配置位置(２４,５４)に、前記所定の装填空間位置(２８,５８)において、永久磁石(２６)を装填できる適合装填ツール(３２,６０)と、
   を備えることを特徴とする永久磁石電気機械を組み立てるための設備。
10. 素材のブロックを用いて永久磁石(２６)を磁化することができる磁化のための手段(３４,６２)を備え、前記磁化のための手段(３４,６２)は、前記ローター(１０,５０)の前記事前配置位置(２４,５４)への前記永久磁石(２６)の装填の前に作動させられることを特徴とする請求項９に記載の永久磁石電気機械を組み立てるための設備。

Images