WO2014089644A1 - Máquina elétrica girante de imãs permanentes com método de montagem e desmontagem da mesma - Google Patents

Máquina elétrica girante de imãs permanentes com método de montagem e desmontagem da mesma Download PDF

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Clovis VANDERLEI KOCH
Cristan Wili WOHLFAHRT
Eduardo BOTELHO BARCELLOS
Leandro PAULO DA CUNHA
Rafael FONSECA STUCHI
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Weg Equipamentos Elétricos S.A. - Motores
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centering rotors within the stator; Balancing rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports

Definitions

  • the present patent application discloses a rotating permanent magnet electric machine and a method for assembling and disassembling it comprising a rotating electric machine, whether a permanent magnet motor or generator, provided with a plurality of threaded holes disposed on its surface. of the rear cover, transverse non-magnetic rods associated therewith and a support device for the rods.
  • permanent magnets have been gradually adopted in electrical machine designs. Some advantages over field windings are the reduced risk of demagnetization due to high coercivity, large remaining induction and high energy product, properties that are especially noticeable in rare earth super magnets (such as neodymium iron boron or still samarium cobalt). In addition, it is a further advantage that permanent magnet technology enables a high torque-to-volume ratio by eliminating the need for DC power and hence the incorporation of brushes into the design of the electric machine. Another great advantage of this type of machine is that it can operate at constant torques over a wide speed range, in conjunction with frequency inverters,
  • US 20080016674 discloses a method for installing a rotor on a stator of a rotating electric machine comprising the steps of inserting nonmagnetic axial spacers into the outer surface of the rotor so that the rotor does not contact the inner surface. of the stator.
  • US 20100154201 discloses an apparatus and method for assembling and disassembling electric motor components, comprising a support table provided with clamping tools, comprising a housing on which a piston is projected, aligned with the rotor shaft, a mechanism steering system designed to generate relative motion between the machine and the engine and a frame to lift the engine.
  • JP 2003-70212 discloses an accessory device for mounting and dismounting rotating electric machines comprising an inner frame in which the stator is contained and an outer frame, associated with a rear plate on which a shaft that can support the inner frame is designed. .
  • JP 4207937 discloses a method for assembling and disassembling a rotating electric machine, comprising the steps of rotor suspension through a crane and connected by a wire rope to a rotor core part, via a hook, and connected to one end of an opposite axis of rotation.
  • the present patent application discloses an electric permanent magnet machine having a plurality of threaded holes disposed on the surface of the back cover, transverse non-magnetic rods associated therewith, and a support device for the rods.
  • the present patent application aims to enable the field assembly and disassembly of said machine with a relatively low installation cost compared to existing solutions in the state of the art.
  • Figures 1 and 2 illustrate a lathe common to the state of the art.
  • Figure 3 illustrates a rear view of the mounting plate.
  • Figure 4 illustrates a front view of the mounting plate.
  • Figure 5 illustrates a perspective view of the mounting system.
  • Figure 6 illustrates a perspective view of the mounting system at a later stage.
  • Figure 7 illustrates a perspective top view of the mounting system.
  • Figure 8 illustrates a perspective top view of the mounting system at a later stage.
  • Figure 9 shows a top view of the back cover showing the perforations.
  • Figure 10 illustrates a perspective view of the back cover.
  • Figure 11 shows a top view of a back cover, showing the rods, fins and the fixing screw.
  • Figure 12 shows a rear view of the mounting plate with the mounting screws installed.
  • the rotor In the technology of permanent magnet electric machines, the rotor consists of magnet bars, usually grouped into alnics (aluminum, nickel and cobalt), ceramics (barium or strontium ferrites) and rare earths (SmCO and NdFeB); For this reason the assembly and disassembly of this line of motors is It is difficult because when one of the cap bearings is removed, the rotor is attracted by the stator, causing with this attraction the possibility of motor damage and risk of accident.
  • alnics aluminum, nickel and cobalt
  • ceramics barium or strontium ferrites
  • SmCO and NdFeB rare earths
  • the system claimed here constructively provides for an increase of the air gap (distance between the rotor and the stator) in a small area, with strategic positioning between the magnets, allowing the insertion of non magnetic rods ( 4), without major losses in yield.
  • the proposed system is initially adapted to a rotating permanent magnet electric machine (1), provided with a rotor (2) comprising a series of peripheral transverse channels (3).
  • the channels (3) are formed from concave regions of the outer surface of (2) and each will accommodate a longline (4) attachment structure, and sliding over (3).
  • the structures (4) will be responsible for centralizing the rotor (2), separating it from the internal surface of the stator, during assembly or disassembly.
  • said structures (4) consist of non-magnetic rods, which will pass through the cap bearing (5) of the rotating electric machine (1) by means of perforations (10) disposed on the outer surface of the bearing. (5) and communicate with the channels (3) allowing the accommodation and sliding of the longline structures (4).
  • the rods are preferably made of brass, but other materials may be used such as aluminum, copper, lead, tin or zinc.
  • the back (7a) of the plate (7) in contact with the cover (5) has a plurality of concentric and radial positioner grooves (11) and a central circular hole (13) complementary to the protruding projection of the rotor shaft (2). ) of the machine cover bearing (1).
  • Figure 4 in turn, has the outer side (7b) of the plate (7) facing the operator and has cavities (14) surrounding the perforations (6).
  • the plate (7) is fixed to the cap bearing (5) by screws (9), passing through the holes (6 and 14) in order to be fixed to the electric machine (1) by means of threaded holes (12 and 14). , as can be seen in its final form in figure 6. In this sense, the arrangement and sizing of the holes should consider the design of the electric machine of interest.
  • the method of disassembling the rotating electric machine using the present The system comprises the steps of installing screws (9) into the holes (6), through which it reaches the threaded holes
  • the electric machine (1) is positioned on a suitable working surface, vertically and the opposite cover bearing is removed.
  • a protective plate (7c) from the stator (2a) is introduced and the rotor is then removed.
  • the method of mounting comprises securing one of the cap bearings (5), followed by connection of the support device (7) and axial positioning of the rods (4). Afterwards, the electric machine (1) is suspended by a hoist and placed vertically on a work surface. The rods (4) are inserted and fixed to the inner surface of the stator (2a) and positioned at the bottom through the perforations (10) of the cap bearing (5) previously mounted on the electric machine (1).
  • the protective plate (7c) is then positioned and the rotor (2) is mounted on (1), positioning the rods (4) over the channels.
  • the protector (7c) is removed and the cap bearing (5) is mounted, positioning the motor (1) horizontally. Remove the device (7), the screws (9) and the rods (4). Finally, the screw plugs (not shown) are positioned over the holes (6) and the usual assembly steps are carried out in the application or preparation for transport.

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Abstract

O presente pedido de patente de invenção revela um sistema para montagem e desmontagem de um máquina elétrica girante de imã permanente, compreendendo um motor de imãs permanentes dotado de uma pluralidade de orifícios roscados dispostos sobre sua superfície da tampa traseira, hastes não magnéticas transversais associadas a estas dispositivos de posicionamento para as hastes.

Description

"MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES COM MÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA"
CAMPO DA APLICAÇÃO
O presente pedido de patente de invenção revela uma máquina elétrica girante de imãs permanentes e um método para montagem e desmontagem da mesma compreendendo uma máquina elétrica girante, seja um motor ou gerador de imãs permanentes, dotado de uma pluralidade de orifícios roscados dispostos sobre sua superfície da tampa traseira, hastes não magnéticas transversais associadas a estas e um dispositivo de apoio para as hastes .
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Nas últimas décadas, os imãs permanentes vêm sendo gradativamente adotados em projetos de máquinas elétricas. Algumas vantagens em relação aos enrolamentos de campo, são a diminuição dos riscos de desmagnetização devido à alta coercitividade, grande indução remanente e elevado produto energético, propriedades estas, observáveis especialmente nos super imãs de terras raras (como os de neodímio-ferro-boro ou ainda de samário-cobalto) . Adicionalmente, constitui uma outra vantagem o fato da tecnologia de imãs permanentes possibilitar uma elevada relação torque/volume eliminando a necessidade de alimentação DC e consequentemente, da incorporação de escovas no projeto da máquina elétrica. Outra grande vantagem deste tipo de máquina é poder operar com torques constantes em uma ampla faixa de velocidades, em conjunto com inversores de frequência,
Apesar das vantagens técnicas, a instalação de rotores magneto permanentes exige uma série de cuidados adicionais no manuseio destes imãs, devido à força de atração existente entre o rotor e os pólos do estator. O manuseio inadequado pode acarretar em danos mecânicos ao equipamento e até mesmo em riscos de acidentes graves para o operador.
Simplificar portanto a metodologia de montagem e desmontagem deste tipo de equipamento é uma caracateristica cada vez mais desejada devido ao crescimento constante do uso destes motores pelo mercado de máquinas elétricas girantes.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA
No estado da técnica, as etapas de instalação e desmontagem de motores elétricos de imãs permanentes dependem de equipamentos adaptados, similares a tornos mecânicos, em que a dita máquina elétrica é suspensa e acomodada em um suporte acoplado a um trilho. Ambas as suas extremidades distais são fixadas no eixo correspondente do cabeçote fixo e cabeçote móvel, a fim de manter o entreferro centralizado e procedendo-se com a separação do estator e do rotor através da movimentação do carro principal através do trilho, conforme pode ser observado nas figuras 1 e 2. A utilização destes equipamentos exige um investimento relativamente alto e dependências físicas adequadas, que possam acomodar as dimensões destas máquinas e o peso total do conjunto. Uma outra contrapartida ainda vem a ser a exposição de suas partes giratórias contendo partes com atração magnética elevada, o que representa um risco ocupacional ao operador. Alguns exemplos que ilustram este método estão descritos nas patentes SU1778874 e CN101373913, este último documento revelando um equipamento para montagem de motores elétricos, dotado de suportes frontais e traseiros dispostos sobre um pedestal, de forma que o eixo do rotor se conecte ao suporte frontal do equipamento. Outras propostas foram concebidas na tentativa de fornecer uma solução prática a respeito da instalação de motores elétricos de imãs permanentes, como será percebido a seguir.
O documento US 20080016674 revela um método para instalação de um rotor em um estator de uma máquina elétrica girante compreendendo as etapas de inserção de espaçadores axiais não magnéticos sobre a superfície externa do rotor, de modo que não exista o contato do rotor com a superfície interna do estator.
O documento US 20100154201 revela um aparato e um método para montagem e desmontagem de componentes de motores elétricos, compreendendo uma mesa de suporte dotada de ferramentas para fixação, compreendendo uma carcaça no qual se projeta um pistão, alinhadas com o eixo do rotor, um mecanismo de direcionamento, projetado de forma a gerar um movimento relativo entre a máquina e o motor e uma estrutura para içar o motor.
O documento JP 2003-70212 revela um dispositivo acessório para montagem e desmontagem de máquinas elétricas rotativas compreendendo uma armação interna em que o estator é contido e uma armação externa, associada a uma placa traseira no qual se projeta um eixo que pode suportar a armação interna.
O documento JP 4207937 revela um método para montar e desmontar uma máquina elétrica girante, compreendendo as etapas de suspensão do rotor através de um guindaste e ligadas por uma corda de arame em uma parte do núcleo do rotor, através de um gancho, e conectado a uma extremidade de um eixo de rotação oposta.
Conforme pode ser observado nos documentos mencionados anteriormente, nenhuma das propostas apresentadas oferecem uma solução prática para evitar a atração magnética entre o rotor e a superfície interna do estator associada a custos de implantação factíveis. De modo geral, os métodos descritos demandam acomodações físicas incompatíveis com operações em campo ou seja, a realização de procedimentos de manutenção, montagem e desmontagem, são usualmente restritas às instalações das unidades fabris. Tal fator torna-se um limitante para aceitação e popularização dos equipamentos .
OBJETIVO DA INVENÇÃO
Assim, visando contornar as desvantagens do estado da técnica, o presente pedido de patente de invenção revela uma máquina elétrica de imãs permanentes, dotada de uma pluralidade de orifícios roscados dispostos sobre a superfície da tampa traseira, hastes não magnéticas transversais associadas a estas, e um dispositivo de apoio para as hastes.
Em um outro objetivo, o presente pedido de patente de invenção visa possibilitar a montagem e desmontagem em campo, da citada máquina com um custo de instalações relativamente baixo comparado com as soluções existentes no estado da técnica.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A figura 1 e 2 ilustram um torno mecânico comum ao estado da técnica.
A figura 3 ilustra uma vista traseira da placa de montagem.
A figura 4 ilustra uma vista frontal da placa de montagem.
A figura 5 ilustra uma vista em perspectiva do sistema de montagem.
A figura 6 ilustra uma vista em perspectiva do sistema de montagem em uma etapa posterior.
A figura 7 ilustra uma vista superior em perspectiva do sistema de montagem.
Λ figura 8 ilustra uma vista superior em perspectiva do sistema de montagem em uma etapa posterior.
A figura 9 ilustra uma vista superior da tampa traseira, apresentando as perfurações.
A figura 10 ilustra uma vista em perspectiva da tampa traseira.
A figura 11 ilustra uma vista superior de uma tampa traseira, apresentando as hastes, aletas e o parafuso de fixação .
A figura 12 ilustra uma vista traseira da placa de montagem com os parafusos de fixação instalados.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS
O presente pedido de patente revela um produto que possui preparação e um método para montagem e desmontagem de máquinas elétricas girantes de imãs permanentes, comuns a operações de manutenção. O termo "haste (4)" será utilizado de forma intercambiável com "estrutura (4)". Entretanto cumpre notar que estas formas não devem ser entendidas como limitantes, podendo ser utilizadas outras variações, sem que exista fuga do escopo da presente invenção.
Na tecnologia de máquinas elétricas de imãs permanentes, o rotor é constituído por barras de imãs, usualmente agrupados em alnicos (alumínio, níquel e cobalto) , cerâmicos (ferrites de bário ou estrôncio) e terras raras (SmCO e NdFeB) ; por este motivo, a montagem e desmontagem desta linha de motores é dificultada, pois na retirada de um dos mancais de tampa, o rotor é atraído pelo estator, causando com esta atração a possibilidade de danificação do motor e risco de acidente.
Neste sentido, em um aspecto da presente invenção, o sistema ora reivindicado prevê construtivamente um aumento do entreferro (distância entre o rotor e o estator), em uma área reduzida, com posicionamento estratégico entre os ímãs, possibilitando a inserção de hastes não magnéticas (4), sem grandes perdas no rendimento.
0 sistema proposto é adaptado inicialmente a uma máquina elétrica girante de imãs permanentes (1) , dotada de um rotor (2) compreendendo uma série de canais transversais (3) periféricos. Os canais (3) se formam a partir de regiões côncavas da superfície externa de (2) e cada uma acomodará uma estrutura longelínea (4) de fixação, e deslizante sobre (3) . As estruturas (4) serão responsáveis pela centralização do rotor (2), separando-o da superfície interna do estator, durante a movimentação de montagem ou desmontagem.
Em uma incorporação preferencial as ditas estruturas (4) consistem em hastes não magnéticas, nas quais atravessarão o mancai de tampa (5) da máquina elétrica girante (1), por meio de perfurações (10) que se dispõem sobre a superfície externa do mancai de tampa (5) e se comunicam com os canais (3) permitindo a acomodação e deslizamento das estruturas (4) longelíneas .
As hastes são fabricadas preferencialmente em latão, mas outros materiais podem ser utilizados tais como alumínio, cobre, chumbo, estanho ou zinco.
Em uma incorporação preferencial de desmontagem, inicia-se a operação, reraovendo-se os bujões roscados (não ilustrados) e procede-se à inserção longitudinal das estruturas
(4) na máquina elétrica girante, transpassando os canais (10), através das ranhuras (3) entre o rotor (2) , e o estator (2a) , no sentido de evitar o contato dos imãs do rotor (2) com a superfície do estator (2a) . Em seguida, posiciona-se as extremidades livres das estruturas (4) às ranhuras (11) do dispositivo de apoio (7) .
Considerando a Figura 3, percebe-se que a inserção e retirada das hastes (4) é auxiliada em seu posicionamento axial, através de um dispositivo de apoio no qual consiste em uma placa (7), dotada de perfurações (6), complementares à disposição de (4) sobre os canais (10) da tampa
(5) . O verso (7a) da placa (7) em contato com a tampa (5) apresenta disposta uma pluralidade de ranhuras posicionadoras ( 11 ) concêntricas e radiais, e um orifício circular (13) central complementar à projeção saliente do eixo do rotor (2) do mancai de tampa da máquina (1) .
A Figura 4 por sua vez, possui o lado externo (7b) da placa (7) voltada ao operador e apresenta cavidades (14) circundantes às perfurações (6) . A placa (7) é fixada ao mancai de tampa (5) através de parafusos (9) , transpassando pelos orifícios (6 e 14) de modo a se fixar à máquina elétrica (1) por meio de furos roscados (12 e 14) , conforme pode ser vista em sua forma final na figura 6. Neste sentido, a disposição e dimensionamento dos orifícios deve considerar o projeto da máquina elétrica de interesse.
Considerando as figuras 5 a 9, o método de desmontagem da máquina elétrica girante utilizando o presente sistema, compreende as etapas de instalação de parafusos (9) nos orifícios (6) , transpassando este até atingir os furos roscados
(12 e 14) , visando a fixação do dispositivo (7) no mancai de tampa
(5) .
Em uma segunda etapa, com o auxilio de uma talha ou equipamento similar, posiciona-se a máquina elétrica(l) em uma superfície de trabalho adequada, na vertical e retira-se o mancai de tampa oposto.
Em uma quarta etapa, é introduzida uma placa protetora (7c) do estator (2a), retirando-se em seguida, o rotor
(2) , com ou sem o auxílio da talha ou equipamento similar, completando em segurança a operação de separação entre rotor e estator (2a)
Em outra forma preferencial, de forma inversa à primeira, o método para montagem compreende a fixação de um dos mancais de tampa (5), seguida pela conexão do dispositivo (7) de apoio e posicionamento axial das hastes (4) . Após, a máquina elétrica (1) é suspensa por uma talha e colocada verticalmente sobre uma superfície de trabalho. As hastes (4) são inseridas e fixadas na superfície interna do estator (2a) e posionadas ao fundo através das perfurações (10) do mancai de tampa (5) previamente montado na máquina elétrica (1) .
Posiona-se então a placa protetora (7c) , e monta- se o rotor (2) em (1), posicionando as hastes (4) sobre os canais
(3) .
Em seguida, retira-se o protetor (7c) e o mancai de tampa (5) é montado, posicionando-se o motor (1) horizontalmente. Retira-se o dispositivo (7), os parafusos (9) e as hastes (4) . Finalmente posiciona-se os bujões roscados (não ilustrados) sobre os orifícios (6) e procede-se com etapas usuais de montagem na aplicação ou preparação para transporte.
Pode ser visto na Figura 4, furos adicionais 6 e 14, utilizados para outros posicionamentos de fixação (14) no mancai de tampa (5) em diferentes máquinas elétricas (1) .
Obviamente será percebido que outras modificações e variações feitas a esta invenção são consideradas dentro do escopo desta invenção, não se restringindo ao que foi exposto anteriormente .

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. "MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES COM MÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA", a dita máquina (1) caracterizada por compreender um rotor (2) com uma série de canais transversais (3) periféricos formados a partir de regiões côncavas da superfície externa de (2) , dotado de um mancai de tampa (5) contendo uma pluralidade de perfurações (10) , dispostos sobre a superfície externa do citado mancai de tampa (5) e comunicantes com os canais (3) do rotor, de forma alinhada, permitindo a acomodação e deslizamento das estruturas (4) longelíneas, em operações de montagem e desmontagem.
2. "MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES COM M [ÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de possuir ao menos duas perfurações (10) no dito mancai de tampa para passagem de estruturas (4), em operações de montagem e desmontagem.
3. "MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES COM MÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA" de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de possuir bujões reoscados para fazer o fechamento das perfurações (10) no dito mancai de tampa.
4. "MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES COM MÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA", o dito método de desmontagem caracterizado por compreender as etapas de:
remoção de bujão roscado nas perfurações (10) ; inserção longitudinal das estruturas (4) por meio das ranhuras (11) atravessando o mancai de tampa (5) através das perfurações (10);
deslizamento das estruturas (4) longelineas sobre os canais (3) do rotor (2) através de perfurações (10);
instalação de parafusos (9) nos orifícios (6) , transpassando a placa (7) e sendo fixados aos furos roscados (12 e 14) visando a fixação da placa (7) no mancai de tampa (5) ;
posicionamento axial das extremidades livres das estruturas (4) às ranhuras (11) do dispositivo de apoio (7) ;
içamento do motor (1), posicionamento na vertical e retirada do mancai de tampa (5) ;
introdução de uma placa protetora (7c) do estator
(2a) ;
içamento do rotor (2);
retirada do dispositivo (7) de apoio das hastes
(4) .
5. "MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE DE IMÃS PERMANENTES E MÉTODO DE MONTAGEM E DESMONTAGEM DA MESMA", o dito método de montagem caracterizado por utilizar a máquina descrita na reivindicação 1, e compreender as etapas de:
fixação de um dos mancais de tampa (5) ao estator (2a) , seguida pela conexão da placa (7) de apoio das hastes (4) através de parafusos (9)passando pelos orifícios (6) e perfurações (10) se fixando aos furos roscados (12 e 14);
suspensão da máquina elétrica girante(l) e posicionamento vertical sobre uma superfície de trabalho;
inserção longitudinal das estruturas (4) por meio das ranhuras (11) atravessando o mancai de tampa (5) através das perfurações (10) ; introdução de uma placa protetora (7c) do estator
(2a) ;
montagem do rotor (2) em (1) posicionando as hastes (4) sobre os canais (3) e concomitantemente dentro do estator (2a) ;
montagem do mancai de tampa (5);
posicionamento os bujões roscados (não ilustrados) sobre os orifícios (6).
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