BR112012010767B1

BR112012010767B1 - LAMINATED CORE FOR A MAGNETIC BEARING AND METHOD FOR CONSTRUCTING SUCH LAMINATED CORE

Info

Publication number: BR112012010767B1
Application number: BR112012010767-4A
Authority: BR
Inventors: Hans Vande Sande; Cornelis Theodorus Philippi; Uwe Pahner; Bram Eugene G. Demeulenaere
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2024-04-02

Abstract

NÚCLEO LAMINADO PARA UM ROLAMENTO RADIAL-AXIAL MAGNÉTICO COMBINADO E MÉTODO CORRESPONDENTE. O Núcleo de um rolamento radial-axial combinado magnético é empilhado com laminações revestidos cada um equipado com , pelo menos, um corte radial (9). Estes cortes por variação fluxos de controlo axial através de furo central da pilha de laminação. Simetria magnético é preservada por rotação cada laminação com respeito ao anterior.LAMINATED CORE FOR A COMBINED MAGNETIC RADIAL-AXIAL BEARING AND MATCHING METHOD. The Core of a magnetic combined radial-axial bearing is stacked with coated laminations each equipped with at least one radial cutout (9). These cuts by varying axial control flows through the central hole of the rolling stack. Magnetic symmetry is preserved by rotating each lamination with respect to the previous one.

Description

Field of Invention

A invenção relaciona-se com rolamentos magnéticos para máquinas rotativas, nas quais, o rolamento tem uma concepção radial-axial integrada e no qual o fluxo de controlo axial flui através da abertura central de um núcleo magnético macio.The invention relates to magnetic bearings for rotating machines, in which the bearing has an integrated radial-axial design and in which the axial control flux flows through the central opening of a soft magnetic core.

Background of the Invention

Pode ser obtida uma suspensão sem contato através de rolamentos magnéticos. As suas perdas de fricção limitadas tornam-nos atrativas para aplicações de alta velocidade. A concepção de máquinas rotativas de alta velocidade é frequentemente complicada devido às limitações dinâmicas do rotor. Nesse sentido, qualquer redução do comprimento axial de um eixo contribui para a margem dinâmica do rotor. Esta propriedade é totalmente explorada nos chamados rolamentos de combinação. Estes são rolamentos em que a concepção integra canais axiais e radiais em uma disposição compacta, na qual várias partes funcionais são partilhadas.Non-contact suspension can be achieved using magnetic bearings. Their limited friction losses make them attractive for high-speed applications. The design of high-speed rotating machines is often complicated due to the dynamic limitations of the rotor. In this sense, any reduction in the axial length of a shaft contributes to the dynamic margin of the rotor. This property is fully exploited in so-called combination bearings. These are bearings in which the design integrates axial and radial channels in a compact arrangement, in which several functional parts are shared.

Podem ser encontrados vários exemplos de rolamentos de combinação em patentes e literatura. Frequentemente, o trajeto do fluxo de controlo axial atravessa o orifício central de uma pilha laminada de material ferromagnético. Podem ser encontrados exemplos disso nas patentes ou pedidos de patentes US 5514924, US 6268674, US 6727617, WO 2008074045, CN 1737388. São encontrados outros exemplos na literatura, como por exemplo, nos estudos por Imoberdorf et al., Pichot et al. e Buckner et al. Nos rolamentos de combinação do tipo mostrado na patente US 6359357 B1 de Blumenstock, o fluxo de controlo axial não cruza o orifício central de uma pilha laminada de material ferromagnético.Various examples of combination bearings can be found in patents and literature. Often, the axial control flow path passes through the center hole of a laminated stack of ferromagnetic material. Examples of this can be found in patents or patent applications US 5514924, US 6268674, US 6727617, WO 2008074045, CN 1737388. Other examples are found in the literature, for example in studies by Imoberdorf et al., Pichot et al. and Buckner et al. In combination bearings of the type shown in Blumenstock patent US 6359357 B1, the axial control flow does not cross the center hole of a laminated stack of ferromagnetic material.

O desempenho do canal axial de um rolamento de combinação pode ser adversamente afetado, se o trajeto do fluxo de controlo axial atravessar o orifício central de uma pilha laminada ou, de forma mais geral, se um rolamento de combinação contém uma área onde um trajeto eletricamente condutor rodeia o fluxo de controlo. Nesse caso, os fluxos de controlo variados podem induzir voltagens no material circundante. Estas voltagens induzidas provocam correntes de circulação e, desse modo, perdas de Joule também, se o trajeto circundante estiver fechado e for eletricamente condutor.The performance of the axial channel of a combination bearing may be adversely affected if the axial control flow path passes through the center hole of a rolled stack or, more generally, if a combination bearing contains an area where an electrically driven path conductor surrounds the control flow. In this case, varying control flows can induce voltages in the surrounding material. These induced voltages cause circulating currents and thus Joule losses as well, if the surrounding path is closed and electrically conductive.

Na realidade, tal pilha laminada pode ser considerada ter uma bobina secundária de um transformador em curto-circuito, a bobina de controlo axial sendo a bobina primária. O efeito depende da frequência: a perda aumenta com a frequência. Dada uma corrente e frequência particular de controlo axial, as perdas de Joule reduzem a força que pode ser efetuada. Consequentemente, o desempenho do canal axial é afetado.In reality, such a laminated stack may be considered to have a secondary coil of a short-circuited transformer, the axial control coil being the primary coil. The effect is frequency dependent: the loss increases with frequency. Given a particular axial control current and frequency, Joule losses reduce the force that can be exerted. Consequently, the performance of the axial channel is affected.

Pode ocorrer um fenômeno similar na pilha de laminação na qual atua o atuador axial. Neste caso, o fluxo de controlo entra na pilha, mas a explicação física é a mesma. Na patente US 6268674, Takahashi propõe cortar uma série de ranhuras radiais distribuídas de forma uniforme dentro da dita pilha de laminação alvo. Obviamente, de modo a manter a resistência suficiente ao girar, as laminações não são cortadas em toda a sua espessura. Ao fazê-lo, as correntes induzidas permanecem locais, desde que o fluxo de controlo entre exclusivamente na região da ranhura. Esta técnica apenas providencia uma solução para reduzir as perdas na pilha de laminação alvo. O fluxo de controlo global está ainda rodeado por uma pilha de estator. Tanto quanto sabemos, não foram reportadas outras técnicas para reduzir este tipo de perdas. Nesta patente, é apresentada uma técnica diferente para redução da perda. Pode ser aplicada às pilhas do rotor e estator de um rolamento de combinação magnético.A similar phenomenon may occur in the rolling stack on which the axial actuator operates. In this case, the control flow goes onto the stack, but the physical explanation is the same. In US patent 6268674, Takahashi proposes to cut a series of uniformly distributed radial grooves within said target lamination stack. Obviously, in order to maintain sufficient strength when rotating, the laminations are not cut through their entire thickness. In doing so, the induced currents remain local, as long as the control flow enters exclusively the slot region. This technique only provides a solution to reduce losses in the target lamination stack. The overall control flow is still surrounded by a stator stack. To the best of our knowledge, no other techniques have been reported to reduce this type of loss. In this patent, a different technique for reducing loss is presented. It can be applied to the rotor and stator stacks of a magnetic combination bearing.

Summary of the invention

A presente invenção relaciona-se com um núcleo laminado de um estator ou de um rotor de um rolamento magnético radial-axial combinado polarizado por ímãs permanentes ou polarizado por corrente. O núcleo laminado compreende uma pilha sólida de laminações individuais magnéticas macias planas. As laminações individuais têm a propriedade topológica de serem homotopicamente equivalentes a uma bola, de modo a criar, pelo menos, uma interrupção física completa para correntes de circulação no plano das laminações. A pilha sólida mostra a propriedade topológica de ser homotopicamente equivalente a um anel, de modo a criar simetria magnética. Pelo menos, uma interrupção física é preenchida com um material eletricamente isolante, e: - a dita, pelo menos, uma interrupção física nas laminações adjacentes são giradas relativamente uma à outra; ou - a dita pilha sólida compreende uma pluralidade de subpilhas nas quais a dita, pelo menos, uma interrupção física em todas as laminações adjacentes coincide, e em que a dita, pelo menos, uma interrupção física das ditas subpilhas são girados entre si.The present invention relates to a laminated core of a stator or rotor of a combined radial-axial magnetic bearing polarized by permanent magnets or polarized by current. The laminated core comprises a solid stack of flat soft magnetic individual laminations. The individual laminations have the topological property of being homotopically equivalent to a ball, so as to create at least a complete physical break for circulation currents in the plane of the laminations. The solid stack shows the topological property of being homotopically equivalent to a ring, so as to create magnetic symmetry. At least one physical break is filled with an electrically insulating material, and: - said at least one physical break in adjacent laminations are rotated relative to each other; or - said solid stack comprises a plurality of substacks in which said at least one physical interruption in all adjacent laminations coincides, and in which said at least one physical interruption of said substacks are rotated relative to each other.

Neste contexto, a corrente de circulação é definida como uma corrente que flui através do material magnético macio, seguindo um trajeto fechado em volta do núcleo laminado.In this context, circulating current is defined as a current that flows through the soft magnetic material, following a closed path around the laminated core.

A equivalência homotópica entre uma laminação plana e uma bola indica que a laminação plana pode virtualmente ter a forma de uma bola usando apenas operações de dobra, alongamento e/ou encolhimento. Aqui, o corte ou colagem não são permitidos. De forma semelhante, a equivalência homotópica entre uma pilha sólida e um anel indica que a pilha pode ser virtualmente formada para se tornar em um anel, ao aplicar apenas operações de dobra, alongamento e/ou encolhimento.The homotopic equivalence between a flat lamination and a ball indicates that the flat lamination can virtually be shaped like a ball using only bending, stretching and/or shrinking operations. Here, cutting or pasting is not allowed. Similarly, the homotopic equivalence between a solid stack and a ring indicates that the stack can be virtually formed into a ring by applying only bending, stretching and/or shrinking operations.

A expressão “criar, pelo menos, uma interrupção física completa para correntes de circulação no plano das laminações”, significa por outras palavras, que no plano das laminações surge um trajeto magnético macio quase totalmente macio, que rodeia o rotor com, pelo menos, uma interrupção física para correntes de circulação.The expression “create at least a complete physical interruption for circulating currents in the plane of the laminations”, means in other words, that in the plane of the laminations an almost completely soft magnetic path appears, which surrounds the rotor with at least a physical interruption to circulation currents.

Um “trajeto magnético macio quase totalmente fechado, que rodeia o rotor” significa um trajeto que rodeia o rotor, e consiste, preferencialmente de, pelo menos, 75% de material magnético macio. Ou ainda mais preferencialmente, consistindo de, pelo menos, 95% de material magnético macio.A “mostly enclosed soft magnetic path surrounding the rotor” means a path that surrounds the rotor and preferably consists of at least 75% soft magnetic material. Or even more preferably, consisting of at least 95% soft magnetic material.

A presente invenção também se relaciona com um método para criar um núcleo laminado para um estator ou um rotor de um rolamento de combinação magnético radial-axial, em que o método compreende os seguintes passos: - providenciar um conjunto de laminações magnéticas macias planas, cuja forma topológica é homotopicamente equivalente à de uma bola; - dispor uma primeira camada magnética macia de tal forma que, pelo menos, uma interrupção física é obtida para correntes de circulação; - girar e/ou rodar todas as camadas de laminação magnética macia subsequentes relativamente às camadas magnéticas macias anteriores; e - solidificar o conjunto resultante com camadas magnéticas macias.The present invention also relates to a method of creating a laminated core for a stator or a rotor of a radial-axial magnetic combination bearing, wherein the method comprises the following steps: - providing a set of flat soft magnetic laminations, the topological shape is homotopically equivalent to that of a ball; - arranging a first soft magnetic layer in such a way that at least a physical interruption is obtained for circulating currents; - rotating and/or rotating all subsequent soft magnetic lamination layers relative to the previous soft magnetic layers; and - solidify the resulting assembly with soft magnetic layers.

A presente invenção também se relaciona com um método para criar um núcleo laminado para um estator ou um rotor de um rolamento de combinação magnético radial-axial, em que o método compreende os seguintes passos: - providenciar um conjunto de laminações magnéticas macias planas, cuja forma topológica é homotopicamente equivalente à de uma bola; - dispor uma primeira pluralidade de camadas magnéticas macias de forma que, pelo menos, uma interrupção física para correntes de circulação seja obtida, e que, pelo menos, uma interrupção física em todas as camadas adjacentes coincidam; - dispor pluralidades subsequentes de camadas de laminação na mesma forma que a primeira pluralidade de camadas magnéticas macias, mas de tal forma que todas as pluralidades de camadas magnéticas macias são giradas, e/ou rodadas relativamente à pluralidade de camadas magnéticas macias anteriores; e - solidificar o conjunto resultante de camadas magnéticas macias.The present invention also relates to a method of creating a laminated core for a stator or a rotor of a radial-axial magnetic combination bearing, wherein the method comprises the following steps: - providing a set of flat soft magnetic laminations, the topological shape is homotopically equivalent to that of a ball; - arranging a first plurality of soft magnetic layers such that at least one physical interruption for circulating currents is obtained, and that at least one physical interruption in all adjacent layers coincides; - arranging subsequent pluralities of lamination layers in the same shape as the first plurality of soft magnetic layers, but in such a way that all of the plurality of soft magnetic layers are rotated, and/or rotated relative to the plurality of preceding soft magnetic layers; and - solidify the resulting set of soft magnetic layers.

Ao construir, desta forma, um núcleo de estator ou núcleo de rotor de um rolamento de combinação, as correntes de Foucault que circulam devido ao fluxo de controlo variante não se podem desenvolver. Consequentemente, as perdas no rolamento diminuem e o desempenho do atuador axial aumenta.By constructing a stator core or rotor core of a combination bearing in this way, eddy currents that circulate due to the varying control flow cannot develop. Consequently, bearing losses decrease and axial actuator performance increases.

Brief description of the drawings

Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, doravante, através de exemplo sem ser limitativa de forma alguma, é feita uma descrição de algumas formas de realização preferidas de um núcleo laminado para um estator ou um rotor de um rolamento de combinação magnético radial-axial de acordo com a invenção, sendo feita referência aos desenhos em anexo, nos quais: - figura 1 representa meio corte transversal, de um primeiro tipo de rolamento de combinação, com polarização através de ímã permanente, de acordo com a técnica anterior; - figura 2 representa um corte transversal longitudinal de um segundo tipo de rolamento de combinação com polarização através de ímã permanente, de acordo com a técnica anterior; - figura 3 representa um corte transversal longitudinal de um terceiro tipo de rolamento de combinação com polarização através de corrente, de acordo com a técnica anterior; - figura 4 representa um corte transversal do atuador radial de quatro polos de um primeiro tipo de rolamento de combinação, de acordo com a técnica anterior; - figura 5 representa um corte transversal de uma parte do atuador radial de três polos de um segundo tipo de rolamento de combinação, de acordo com a técnica anterior; a figura 6 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° de uma parte do atuador radial de quatro polos de um rolamento de combinação, dividido em um eixo de simetria; a figura 7 representa todas as posições possíveis para as quais a laminação da figura 6 pode ser girada, com preservação da posição dos polos; a figura 8 representa a distribuição das linhas do campo magnético na proximidade de uma divisão, tendo dimensão tangencial de 0,5 mm, para uma pilha sendo composta de quatro folhas de laminação revestidas de 10 μm com dois lados, com uma espessura de 0,35 mm; a figura 9 representa a distribuição da densidade do fluxo magnético na proximidade de uma ranhura, tendo uma dimensão tangencial de 0,5 mm, para uma pilha sendo composta por quatro folhas de laminação revestidas de 10 μm de dois lados, com uma espessura de 0,35 mm; a figura 10 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° de uma parte de atuador radial de quatro polos de um rolamento de combinação, não dividida em um eixo de simetria; a figura 11 representa todas as possíveis posições para as quais a laminação da figura 10 pode ser girada e/ou rodada, com a preservação da posição dos polos; a figura 12 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° de uma parte de atuador radial de três polos de um rolamento de combinação, dividida em um eixo de simetria; a figura 13 representa todas as posições possíveis para as quais a laminação da figura 12 pode ser girada, com preservação da posição dos polos; a figura 14 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° de uma parte de atuador radial de três polos de um rolamento de combinação, não dividida em um eixo de simetria; a figura 15 representa todas as posições possíveis para as quais a laminação da figura 14 pode ser girada e/ou rodada, com preservação da posição dos polos; a figura 16 representa um corte transversal de um segmento de laminação de 180<° de uma parte de atuador radial de quatro polos de um rolamento de combinação; a figura 17 representa todas as posições possíveis para as quais o segmento de laminação da figura 16 pode ser girado e/ou rodado, com preservação da posição dos polos; a figura 18 representa um corte transversal de um segmento de laminação de 120<° de uma parte de atuador radial de três polos de um rolamento de combinação; a figura 19 representa todas as posições possíveis para as quais o segmento de laminação da figura 18 pode ser girado e/ou rodado, com preservação da posição dos polos; a figura 20 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° dividida para uma pilha alvo do atuador; a figura 21 representa um corte transversal de uma laminação de 360<° com um corte não direito e um espaçador isolador.With the intention of better showing the features of the invention, hereinafter, by way of example without being in any way limiting, a description is made of some preferred embodiments of a laminated core for a stator or a rotor of a radial magnetic combination bearing. -axial according to the invention, reference being made to the attached drawings, in which: - figure 1 represents half a cross-section, of a first type of combination bearing, with polarization through a permanent magnet, in accordance with the prior art; - figure 2 represents a longitudinal cross-section of a second type of combination bearing with polarization via permanent magnet, according to the prior art; - figure 3 represents a longitudinal cross-section of a third type of combination bearing with polarization through current, according to the prior art; - figure 4 represents a cross-section of the four-pole radial actuator of a first type of combination bearing, according to the prior art; - figure 5 represents a cross-section of a part of the three-pole radial actuator of a second type of combination bearing, according to the prior art; Figure 6 represents a cross-section of a 360° lamination of a part of the four-pole radial actuator of a combination bearing, divided on an axis of symmetry; Figure 7 represents all possible positions to which the lamination of Figure 6 can be rotated, preserving the position of the poles; Figure 8 represents the distribution of magnetic field lines in the vicinity of a division, having a tangential dimension of 0.5 mm, for a stack being composed of four 10 μm coated lamination sheets on two sides, with a thickness of 0. 35mm; Figure 9 represents the distribution of magnetic flux density in the vicinity of a groove, having a tangential dimension of 0.5 mm, for a stack being composed of four two-sided 10 μm coated lamination sheets, with a thickness of 0 .35mm; Figure 10 represents a cross-section of a 360° lamination of a four-pole radial actuator part of a combination bearing, not divided along an axis of symmetry; figure 11 represents all possible positions to which the lamination of figure 10 can be rotated and/or rotated, with the preservation of the position of the poles; Figure 12 represents a cross-section of a 360° lamination of a three-pole radial actuator part of a combination bearing, divided on an axis of symmetry; figure 13 represents all possible positions to which the lamination of figure 12 can be rotated, preserving the position of the poles; Figure 14 represents a cross-section of a 360° lamination of a three-pole radial actuator part of a combination bearing, not divided along an axis of symmetry; figure 15 represents all possible positions to which the lamination of figure 14 can be rotated and/or rotated, with preservation of the position of the poles; Figure 16 represents a cross-section of a 180° lamination segment of a four-pole radial actuator part of a combination bearing; figure 17 represents all possible positions to which the lamination segment of figure 16 can be rotated and/or rotated, with preservation of the position of the poles; Figure 18 represents a cross-section of a 120° lamination segment of a three-pole radial actuator part of a combination bearing; figure 19 represents all possible positions to which the lamination segment of figure 18 can be rotated and/or rotated, with preservation of the position of the poles; Figure 20 represents a cross-section of a 360° lamination divided for an actuator target stack; Figure 21 represents a cross-section of a 360° lamination with a non-straight cut and an insulating spacer.

Detailed description of the drawings

Alguns cortes transversais longitudinais de tipos existentes de rolamentos de combinação são mostrados nas figuras 1, 2 e 3. São mostrados dois possíveis cortes transversais radiais de tipos de rolamentos de combinação existentes nas figuras 4 e 5. As concepções alternativas demonstradas são todas compostas por uma pilha de rotor laminada 1 com um eixo de rotação geométrica X-X’, uma pilha de estator laminada 2, uma culatra de estator 3, dois polos axiais 4a e 4b e, pelo menos, três polos radiais 5. As forças axiais são controladas por uma bobina de controlo axial 6, cuja construção é rotacionalmente simétrica. As forças radiais são controladas por bobinas de controlo radiais 7. São enroladas em redor de polos radiais 5. Se o campo polarizado não for gerado por ímãs permanentes 8, pode ser gerado ao adicionar corrente de polarização de alguma forma particular à corrente de controlo axial, ou ao fornecer uma corrente de polarização a uma bobina de polarização separada, tendo uma forma simetricamente rotacional, assim como estando localizada perto da bobina de controlo axial 6.Some longitudinal cross-sections of existing combination bearing types are shown in Figures 1, 2, and 3. Two possible radial cross-sections of existing combination bearing types are shown in Figures 4 and 5. The alternative designs demonstrated are all comprised of a laminated rotor stack 1 with a geometric axis of rotation X-X', a laminated stator stack 2, a stator yoke 3, two axial poles 4a and 4b and at least three radial poles 5. by an axial control coil 6, the construction of which is rotationally symmetric. Radial forces are controlled by radial control coils 7. They are wound around radial poles 5. If the polarized field is not generated by permanent magnets 8, it can be generated by adding bias current of some particular form to the axial control current , or by supplying a bias current to a separate bias coil, having a rotationally symmetrical shape, as well as being located close to the axial control coil 6.

Se for fornecida uma corrente a uma bobina de controlo radial 7, o fluxo começa a fluir no plano das laminações da pilha de estator 2. O fluxo gerado por uma corrente fornecida à bobina de controlo axial 6 flui através da culatra do estator 3, passa subsequentemente para um polo axial 4a, atravessa o espaço para a pilha de rotor 1, atravessa o espaço para o polo axial 4b oposto e, eventualmente, retorna à culatra do estator 3. Consequentemente, uma vez que a corrente do controlo axial varia ao longo do tempo, um fluxo que varia ao longo do tempo atravessa o orifício central da pilha de estator 2. De acordo com as leis de Faraday-Lenz e Ohm, as correntes circulares são induzidas nas laminações da pilha de estator 2. Deste modo, é objeto da presente invenção interromper fisicamente o trajeto destas correntes de circulação induzidas.If a current is supplied to a radial control coil 7, the flux begins to flow in the plane of the stator stack laminations 2. The flux generated by a current supplied to the axial control coil 6 flows through the stator yoke 3, passes subsequently to an axial pole 4a, passes through the space to the rotor stack 1, passes through the space to the opposite axial pole 4b, and eventually returns to the stator yoke 3. Consequently, since the axial control current varies along time, a flux that varies over time passes through the central hole of stator stack 2. According to the Faraday-Lenz and Ohm laws, circular currents are induced in the laminations of stator stack 2. In this way, it is The object of the present invention is to physically interrupt the path of these induced circulation currents.

Uma possibilidade de realizar esta interrupção física é providenciar um corte 9 em cada laminação 360<° 10 da pilha de estator 2, como mostrado na figura 6, para o caso de uma pilha de estator 2 de quatro polos. A notação 360<° indica que a laminação abrange um ângulo pouco inferior a 360°, devido ao corte 9. Obviamente, tal corte 9 introduz uma relutância tangencial considerável na prática, na medida que são difíceis de obter larguras de corte com menos de 0,25 mm. Deste modo, a laminação 10 perde parte da sua simetria magnética para o campo de controlo radial. Uma pilha de estator hipotética, tendo apenas uma única laminação 10, poderia exibir uma perda significativa do canal radial devido ao corte. Contudo, o empilhamento de laminações 10 providencia uma forma de evitar esta perda de desempenho.One possibility of carrying out this physical interruption is to provide a cut 9 in each lamination 360<° 10 of the stator stack 2, as shown in figure 6, in the case of a four-pole stator stack 2. The notation 360<° indicates that the lamination covers an angle slightly less than 360°, due to the cut 9. Obviously, such cut 9 introduces considerable tangential reluctance in practice, as it is difficult to obtain cutting widths less than 0 .25mm. In this way, the lamination 10 loses part of its magnetic symmetry to the radial control field. A hypothetical stator stack, having only a single lamination 10, could exhibit significant radial channel loss due to shearing. However, stacking laminations 10 provides a way to avoid this loss of performance.

A figura 7 mostra todas as possíveis posições para as quais a laminação 360<° 10, com um único corte 9 da figura 6, pode ser girada, sem ter um efeito na posição dos quatro polos 5. Deste modo, se o estator foi empilhado de forma a que os cortes 9 das laminações 360<° 10 estejam sempre separados entre si, uma linha de campo magnético pode cruzar um corte ao mudar da laminação 360<° 10. Por isso, precisa de atravessar duas vezes através dos revestimentos das laminações 10 adjacentes. O problema principal aqui é que os revestimentos das laminações podem ser feitos muito mais finos do que a largura de um corte, por exemplo, 1 μm comparado com, pelo menos 250 μm.Figure 7 shows all possible positions to which the lamination 360<° 10, with a single cut 9 of Figure 6, can be rotated, without having an effect on the position of the four poles 5. Thus, if the stator has been stacked so that the cuts 9 of the laminations 360<°10 are always separated from each other, a magnetic field line can cross a cut when changing the lamination 360<°10. Therefore, it needs to pass twice through the coatings of the laminations 10 adjacent. The main problem here is that lamination coatings can be made much thinner than the width of a slit, for example 1 μm compared to at least 250 μm.

A figura 8 mostra um corte transversal de uma pilha de estator 2, composta por quatro laminações 10. A figura é um corte transversal ortogonal para o plano das laminações 10, tangencial relativamente ao centro da pilha, feito na posição de um corte 9 em uma das laminações 10. A distribuição das linhas de campo magnético dos campos de controlo radiais na proximidade do corte 9 é mostrada na figura 8. Neste exemplo em particular, as laminações 10 têm uma espessura de 0,35 mm; a largura B do corte 9 é 0,5 mm; a espessura D do revestimento é 10 μm, implicando 20 μm entre as partes magnéticas macias (revestimento duplo) . Ao se aproximarem do corte 9, as linhas de campo se dividem em duas metades. Dentro do corte 9 quase não existem nenhumas linhas de campo. Uma vez para lá do corte 9, as linhas de campo se juntam novamente na laminação 10 original.Figure 8 shows a cross-section of a stator stack 2, composed of four laminations 10. The figure is a cross-section orthogonal to the plane of the laminations 10, tangential to the center of the stack, made in the position of a cut 9 in a of the laminations 10. The distribution of the magnetic field lines of the radial control fields in the vicinity of the cut 9 is shown in figure 8. In this particular example, the laminations 10 have a thickness of 0.35 mm; the width B of cut 9 is 0.5 mm; the thickness D of the coating is 10 μm, implying 20 μm between the soft magnetic parts (double coating). As they approach cut 9, the field lines divide into two halves. Within cut 9 there are almost no field lines. Once beyond the 9 cut, the field lines join back into the original 10 lamination.

Obviamente, isto influencia a densidade do fluxo magnético local na proximidade do corte 9, como mostrado na figura 9 para uma pilha de estator 2 idêntica àquela mostrado na figura 8. Dentro do corte 9, não existem linhas de campo magnético, fazendo com que a densidade do fluxo seja quase zero. Isto é expresso pela coloração azul-escuro (DB) na figura 9. Ao sair desta área do corte ao longo do plano da laminação, a densidade do fluxo aumenta gradualmente até ao seu valor nominal, como expresso pela alteração de cor azul-escuro (DB) através de um azul mais claro (LB) e cíano (CN) , e ainda de verde (GR) para amarelo (GL) . Nas laminações adjacentes, a densidade de fluxo aumenta quando se aproxima do corte, como expressado pela alteração do amarelo (GL), através do laranja (OR) para vermelho (RD) .Obviously, this influences the local magnetic flux density in the vicinity of cutoff 9, as shown in figure 9 for a stator stack 2 identical to that shown in figure 8. Within cutoff 9, there are no magnetic field lines, causing the flux density is almost zero. This is expressed by the dark blue color (DB) in figure 9. Upon leaving this area of the cut along the lamination plane, the flux density gradually increases to its nominal value, as expressed by the dark blue color change ( DB) through a lighter blue (LB) and cyan (CN), and even from green (GR) to yellow (GL). In adjacent laminations, the flux density increases when approaching the cut, as expressed by the change from yellow (GL), through orange (OR) to red (RD).

Neste exemplo em particular, no qual o revestimento é bastante espesso, a densidade de fluxo é predominantemente afetada apenas pelas laminações 10 adjacentes. As outras laminações são apenas ligeiramente afetadas. Em teoria, a densidade de fluxo em uma laminação 10 pode aumentar localmente para 1,5 vezes o valor normal. Contudo, quanto mais finos são os revestimentos, mais se espera que as linhas de campo se espalhem, provocando maior redução do pico da densidade de fluxo local.In this particular example, in which the coating is quite thick, the flux density is predominantly affected only by the adjacent laminations 10. The other laminations are only slightly affected. In theory, the flux density in a lamination 10 can locally increase to 1.5 times the normal value. However, the thinner the coatings are, the more the field lines are expected to spread out, causing a greater reduction in the peak local flux density.

Das figuras 8 e 9, pode também ser concluído que a dimensão da região, na qual a densidade de fluxo é influenciada pelo corte 9, não é maior do que alguns milímetros. Consequentemente, quando são fornecidas grandes correntes de controlo radial, poderá existir alguma saturação local, mas o seu impacto no desempenho global do rolamento permanecerá pequeno.From figures 8 and 9, it can also be concluded that the size of the region, in which the flux density is influenced by cutoff 9, is not larger than a few millimeters. Consequently, when large radial control currents are supplied, some local saturation may exist, but its impact on overall bearing performance will remain small.

De modo a restaurar globalmente a simetria magnética original, é aconselhado distribuir de forma uniforme os cortes 9 ao longo da circunferência da pilha de estator 2. Dadas as posições alternativas das laminações 360<° 10 na figura 7, é, por exemplo, possível criar uma pilha de estator 2 com padrão repetitivo de quatro laminações 360<°. A distância axial mais curta entre os cortes 9 é então igual a cerca de 4 vezes a espessura das laminações 10.In order to globally restore the original magnetic symmetry, it is advisable to evenly distribute the cuts 9 along the circumference of the stator stack 2. Given the alternative positions of the laminations 360<° 10 in figure 7, it is, for example, possible to create a stator stack 2 with repeating pattern of four 360<° laminations. The shortest axial distance between the cuts 9 is then equal to about 4 times the thickness of the laminations 10.

A laminação 360<° 10 mostrada na figura 6 é provida com um corte 9 que coincide com um eixo de simetria. Contudo, isto não é imperativo. Pelo contrário, um corte 9 que não coincida com o eixo de simetria pode ser considerado para aumento adicional da distância axial mínima entre os cortes 9. Por exemplo, a laminação 360<° 10 mostrada na figura 10, tendo quatro polos 5, tem um corte 9 que não coincide com um eixo de simetria. Ao girar e/ou rodar esta laminação 10, podem ser encontradas oito posições diferentes nas quais a posição dos polos 5 é preservada, como demonstrado pela figura 11. O empilhamento destas resulta em uma pilha de estator 2 magneticamente simétrica com um padrão repetitivo de oito laminações 10, e a distância axial mais curta entre os cortes são também oito laminações 10.The 360<°10 lamination shown in figure 6 is provided with a cut 9 that coincides with an axis of symmetry. However, this is not imperative. On the contrary, a cut 9 that does not coincide with the axis of symmetry can be considered to further increase the minimum axial distance between the cuts 9. For example, the lamination 360<° 10 shown in figure 10, having four poles 5, has a cut 9 that does not coincide with an axis of symmetry. By rotating and/or rotating this lamination 10, eight different positions can be found in which the position of the poles 5 is preserved, as demonstrated by figure 11. Stacking these results in a magnetically symmetrical stator stack 2 with a repeating figure eight pattern. laminations 10, and the shortest axial distance between cuts is also eight laminations 10.

A figura 12 mostra uma laminação 360<° 10 com apenas três polos 5, onde é provido apenas um corte 9 em um eixo de simetria. A figura 13 mostra que ao girar a laminação 10 da figura 12 apenas produz três posições diferentes nas quais a posição dos polos 5 é preservada. Após o empilhamento destas, de tal forma que todo a pilha é magneticamente simétrica, a distância axial mínima entre os cortes 9 é igual a três laminações 10. Nesta configuração particular, as linhas de campo magnético podem apenas espalhar-se ao longo de uma distância de uma laminação 10, assim o aumento de densidade de fluxo perto do corte 9 será, provavelmente, perto de 50%.Figure 12 shows a 360<° 10 lamination with only three poles 5, where only one cut 9 is provided on an axis of symmetry. Figure 13 shows that rotating the lamination 10 of Figure 12 only produces three different positions in which the position of the poles 5 is preserved. After stacking these in such a way that the entire stack is magnetically symmetric, the minimum axial distance between the cuts 9 is equal to three laminations 10. In this particular configuration, the magnetic field lines can only spread over a distance of a lamination 10, so the increase in flux density near cut 9 will probably be close to 50%.

De modo a aumentar a distância axial mínima entre os cortes 9 no caso de uma pilha de estator 2 tendo três polos 5, é necessário efetuar um corte 9, o qual não coincide com um eixo de simetria, como mostrado na figura 14. Nesse caso, girar e/ou rodar a laminação 10 da figura 14 resulta em seis posições alternativas para o corte 9, com preservação da posição dos polos 5, como mostrado na figura 15. A distância axial mais curta entre cortes 9 é depois igual a cerca de seis vezes a espessura das laminações 10.In order to increase the minimum axial distance between the cuts 9 in the case of a stator stack 2 having three poles 5, it is necessary to make a cut 9, which does not coincide with an axis of symmetry, as shown in figure 14. In this case , rotating and/or rotating the lamination 10 of figure 14 results in six alternative positions for the cut 9, with preservation of the position of the poles 5, as shown in figure 15. The shortest axial distance between cuts 9 is then equal to about six times the thickness of laminations 10.

Até agora, apenas foram dados exemplos com um único corte 9. Contudo, isto não é uma restrição. Por exemplo, uma pilha de estator 2 com quatro polos 5 pode ser construída usando laminações 180<° 11, como aquelas mostradas na figura 16. Quando devidamente dispostas, duas tais laminações 180<° 11 formam uma construção de laminação 13 composta com um equivalente a dois cortes 9. Ao girar e/ou rodar a laminação 180<° 11 da figura 16, podem ser encontradas quatro disposições para as quais os cortes 9 estão em diferentes posições, com preservação da posição dos polos 5, como mostrado na figura 17. O empilhamento destes resulta numa pilha de estator 2 com um padrão axial repetitivo de quatro laminações 180<° 11 e uma distância axial mínima igualmente entre os cortes 9 de quatro laminações 180<° 11. Uma razão para escolher tal disposição com laminações 180<° 11, em vez de laminações 360<° 10 com um único corte, é a potencial redução de desperdício, por exemplo, com perfuração.So far, only examples with a single cut 9 have been given. However, this is not a restriction. For example, a stator stack 2 with four poles 5 may be constructed using laminations 180<°11, such as those shown in Figure 16. When properly arranged, two such laminations 180<°11 form a composite lamination construction 13 with an equivalent to two cuts 9. When rotating and/or rotating the lamination 180<° 11 of figure 16, four arrangements can be found for which the cuts 9 are in different positions, with preservation of the position of the poles 5, as shown in figure 17 Stacking these results in a stator stack 2 with a repeating axial pattern of four laminations 180<°11 and an equally minimum axial distance between the cuts 9 of four laminations 180<°11. A reason for choosing such an arrangement with laminations 180<. ° 11, instead of 360<° 10 laminations with a single cut, is the potential reduction of waste, for example, with drilling.

É salientado que a construção de laminação composta 13 na figura 17 tem dois cortes que não coincidem com um eixo de simetria. Caso coincidissem, apenas duas disposições alternativas poderiam ter sido encontradas. Isto é menos atrativo uma vez que implica uma duplicação da densidade de fluxo perto dos cortes 9. Uma situação similar ocorre com laminações 120<° 12 para uma concepção com três polos 5 e três cortes 9, como mostrado na figura 18. Neste caso, apenas podem ser encontradas duas disposições possíveis, desde que os três cortes 9 não coincidam com um eixo de simetria, como demonstrado pela figura 19. Uma laminação 120<° 12 simétrica não pode ser aqui usada, uma vez que todos os cortes iriam coincidir.It is noted that the composite lamination construction 13 in Figure 17 has two cuts that do not coincide with an axis of symmetry. If they coincided, only two alternative arrangements could have been found. This is less attractive as it implies a doubling of the flux density near the cuts 9. A similar situation occurs with laminations 120<° 12 for a design with three poles 5 and three cuts 9, as shown in figure 18. In this case, Only two possible arrangements can be found, as long as the three cuts 9 do not coincide with an axis of symmetry, as demonstrated by figure 19. A symmetrical lamination 120<° 12 cannot be used here, since all cuts would coincide.

O debate anterior centrou-se em algumas alternativas para concepções de três e quatro polos. Contudo, sem qualquer perda de aplicação geral, as mesmas ideias podem ser usadas em concepções com maiores números de polos 5 ou mesmo com concepções sem quaisquer polos 5. Um exemplo de uma laminação 10 sem polos 5 é dado na figura 20. Tal concepção deverá ser usada, por exemplo, para montar uma pilha 1 alvo de atuador na parte rotativa.The previous debate focused on some alternatives to three- and four-pole conceptions. However, without any loss of general application, the same ideas can be used in designs with greater numbers of poles 5 or even with designs without any poles 5. An example of a lamination 10 without poles 5 is given in figure 20. Such a design should be used, for example, to mount an actuator target stack on the rotating part.

A inclusão de um único corte 9 em uma laminação 360<° 10 reduz dramaticamente a sua rigidez mecânica. Contudo, ao empilhá-las de acordo com os princípios desta invenção, a rigidez e integridade mecânica da pilha resultante são dificilmente reduzidas quando comparado com o caso sem cortes 9.The inclusion of a single cut 9 in a 360<° 10 lamination dramatically reduces its mechanical stiffness. However, when stacking them according to the principles of this invention, the stiffness and mechanical integrity of the resulting stack are hardly reduced when compared to the uncut case 9.

Se forem usadas laminações 180<° 11 ou laminações 120<° 12, ou outras construções de laminação 13 compostas, é mais difícil mas não impossível obter propriedades mecânicas similares.If 180<°11 laminations or 120<°12 laminations, or other composite lamination constructions are used, it is more difficult but not impossible to obtain similar mechanical properties.

Em todos os exemplos anteriores, o corte 9 foi efetuado radialmente e caso existissem polos 5, através da parte mais fina da pilha. As ideias da presente invenção não são limitadas a estes casos particulares. Pode, por exemplo, ser considerado ter um corte através dos polos 5. Da mesma forma, pode ser considerado efetuar a interrupção física através de cortes direitos não radiais 9 ou mesmo cortes 9 não direitos. Uma razão para aplicar cortes não radiais pode ser para reduzir ainda mais o aumento da densidade de fluxo na proximidade do corte. Uma razão para aplicar cortes não direitos pode ser melhorar as propriedades estruturais da pilha quando a pilha está em funcionamento rotativo ou quando a pilha é montada com laminações 180<° 11 ou laminações 120<° 12. Em tais casos, poder-se-á considerar um corte 9 que tenha a forma de uma ligação tipo cauda de andorinha e, preferencialmente, com um material isolador 14 no meio para evitar qualquer possível contato elétrico. Esta ideia é ilustrada na figura 21.In all previous examples, the cut 9 was made radially and, if there were poles 5, through the thinnest part of the battery. The ideas of the present invention are not limited to these particular cases. It may, for example, be considered to have a cut through the poles 5. Likewise, it may be considered to make the physical interruption through non-radial straight cuts 9 or even non-straight cuts 9. One reason for applying non-radial cuts may be to further reduce the increase in flux density in the vicinity of the cut. One reason for applying non-straight cuts may be to improve the structural properties of the pile when the pile is in rotary operation or when the pile is assembled with 180<°11 laminations or 120<°12 laminations. consider a cut 9 that is in the form of a dovetail connection and, preferably, with an insulating material 14 in the middle to avoid any possible electrical contact. This idea is illustrated in figure 21.

Em todas as formas de realização possíveis, abrangidas pelas descrições anteriores, os cortes 9 em camadas de laminação adjacentes nunca coincidem. Esta condição pode ser ligeiramente flexível. Pode também ser montada uma pilha 1 alvo de atuador ou uma pilha de estator 2 como uma série de subpilhas giradas e/ou rodadas, em que cada subpilha é uma pilha de, pelo menos, duas camadas de laminação adjacentes, tendo a propriedade que alguns ou todos os cortes 9 em camadas de laminação adjacentes coincidem. Neste caso, a simetria magnética pode ser salvaguardada pela distribuição uniforme de todo o conjunto de cortes 9 ao longo da circunferência de toda a pilha. Efetuar isto resulta em uma configuração na qual o campo magnético pode sempre encontrar um trajeto de baixa relutância na proximidade de um corte, através de um subpilha adjacente. Contudo, uma vez que as linhas do campo magnético devem atravessar mais camadas de revestimento nesta configuração, poderá ser considerada uma disposição menos favorável. Por outro lado, os problemas de construção tornam esta concepção uma alternativa possível.In all possible embodiments covered by the above descriptions, the cuts 9 in adjacent lamination layers never coincide. This condition may be slightly flexible. An actuator target stack 1 or a stator stack 2 may also be assembled as a series of rotated and/or rotated substacks, wherein each substack is a stack of at least two adjacent lamination layers, having the property that some or all cuts 9 in adjacent lamination layers coincide. In this case, magnetic symmetry can be safeguarded by uniformly distributing the entire set of cuts 9 along the circumference of the entire stack. Doing this results in a configuration in which the magnetic field can always find a low reluctance path in the vicinity of a cut through an adjacent substack. However, since the magnetic field lines must traverse more coating layers in this configuration, a less favorable arrangement may be considered. On the other hand, construction problems make this design a possible alternative.

A invenção não é de forma alguma limitada às formas de realização de um núcleo laminado, como acima descrito ou mostrado nos desenhos; contudo, tal núcleo laminado pode ser feito de todas as formas e dimensões sem sair do âmbito da invenção.The invention is in no way limited to embodiments of a laminated core as described above or shown in the drawings; however, such laminated core can be made in all shapes and sizes without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Laminated core (1, 2) of a stator or a rotor of a combined radial-axial magnetic bearing polarized by a permanent magnet or bias current, said laminated core (1, 2) comprising a solid stack of individual magnetic laminations flat soft cells (10, 11, 12), wherein said solid stack has the topological property of being homotopically equivalent to a ring, so as to create a magnetic symmetry, the laminated core (1, 2) being characterized by the fact that said individual laminations (10, 11, 12) have the topological property of being homotopically equivalent to a ball so as to create at least one physical interruption (9) for circulation currents in the plane of the laminations; wherein said at least one physical break (9) is filled with electrically insulating material (14), wherein: - said at least one physical break (9) in adjacent laminations (10, 11, 12) are rotated relative to each other ; or - said solid stack comprises a plurality of substacks in which said at least one physical interruption (9) in all adjacent laminations (10, 11, 12) coincide and in which said at least one physical interruption (9) of the said substacks are rotated relative to each other, and wherein - the entire set of physical interrupts (9) is uniformly distributed over the circumference of the complete stack.

2. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized by the fact that none of said individual laminations (10, 11, 12) are in electrical contact with each other.

3. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized by the fact that said at least one physical interruption (9) is straight and radially oriented.

4. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized by the fact that said at least one physical interruption (9) is straight and not radially oriented.

5. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized by the fact that said at least one physical interruption (9) is in the form of a dovetail connection.

6. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized by the fact that the cross-section of said solid stack does not show magnetic poles (5).

7. Laminated core (1, 2) according to claim 1, characterized in that the cross-section of said solid stack shows more than one lamination (11, 12).

8. Method for constructing a laminated core for a stator or a rotor of a combined radial-axial magnetic bearing, characterized in that the method comprises the steps of: - providing a set of flat soft magnetic laminations (10, 11, 12 ), whose topological shape is homotopically equivalent to that of a ball; - arranging a first soft magnetic layer in such a way that at least one physical interruption (9) is obtained for induced circulation currents; - rotating and/or rotating all subsequent soft magnetic lamination layers relative to the previous soft magnetic layers; - solidify the resulting set of soft magnetic layers.

9. Method according to claim 8, characterized by the fact that an electrically insulating material (14) is provided within said — at least — a physical interruption (9).

10. Method for constructing a laminated core for a stator or a rotor of a combined radial-axial magnetic combination bearing, characterized in that the method comprises the steps of: - providing a set of flat soft magnetic laminations (l0, ll , 12), whose topological shape is homotopically equivalent to that of a ball; - assembling a first substack by arranging a first plurality of soft magnetic layers such that at least one physical interruption (9) for induced circulating current is obtained per lamination layer, and that at least one physical interruption in all layers adjacent laminations coincide; - assembling subsequent substacks by arranging subsequent pluralities of soft magnetic layers in the same way as the first substack with the first plurality of soft magnetic layers, but in such a way that all subsequent substacks with their pluralities of soft magnetic layers are rotated and/or rotated with respect to the previous substack with a plurality of soft magnetic layers; - solidify the resulting set of soft magnetic layers.

11. Method according to claim 10, characterized by the fact that an electrically insulating material (14) is provided within said at least one physical interruption (9)