BR112013025512B1 - dispositivo de mancal axial magnético e máquina elétrica - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO DE MANCAL AXIAL TENDO ENCHIMENTO DE FERRO AUMENTADO. O objetivo da invenção é proporcionar um dispositivo de mancal axial tendo densidade de força aumentada e uma construção simples. O referido objetivo é alcançado por um dispositivo de mancal axial tendo uma disposição de folha elétrica anular, em que as folhas individuais (80, 90, 170) se projetam radialmente para fora. Além disso, uma bobina elétrica é proporcionada no dispositivo de mancal axial e é inserida na disposição de folha elétrica para gerar um campo magnético na disposição de folha elétrica. A referida disposição compreende pelo menos dois anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17). Todas as folhas elétricas adjacentes (80, 90, 170) de cada anel de folha elétrica (8, 9, 17). Todas as folhas elétricas adjacentes (80, 90, 170) de cada anel de folha elétrica (8, 9, 17) se apoiam, substancialmente, na circunferência interna (14, 18, 19) do respectivo anel de folha elétrica. A referida laminação (12) resulta em enchimento de ferro aumentado em relação à laminação convencional (11).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de mancal axial tendo uma disposição de folha elétrica anular em que as folhas individuais se projetam radialmente para fora e uma barra expansora que é inserida na disposição de folha elétrica a fim de gerar um campo magnético na disposição de folha elétrica.
[0002] Mancais axiais, magnéticos, ativos são usados a fim de estabelecer espaçamentos definidos entre dois objetos no modo sem contato. A construção básica desse mancal axial pode ser vista na figura 1. No exemplo, um eixo 1 é montado no modo axial. Um disco de aço 2 é preso concentricamente no eixo 1. Além do disco de aço 2, a disposição de mancal axial aqui tem dois eletroímãs anulares 3, 4 (aqui também referidos como dispositivos de mancais axiais) que são dispostos em ambos os lados do disco de aço 2 coaxialmente com o mesmo e com o eixo 1. Embora os eletroímãs 3 e 4 sejam estáticos e sejam presos, por exemplo, no alojamento de uma máquina elétrica. O eixo incluindo o disco de aço 2 gira no interior dos dois eletroímãs 3, 4.
[0003] Os eletroímãs 3, 4 exercem forças sobre os materiais magnéticos macios tais como o disco de aço 2. Quando os eletroímãs 3, 4 são adequadamente controlados, o disco de aço 2 pode ser realizado de uma forma sem contato em uma posição axial definida entre os eletroímãs 3 e 4.
[0004] Os eletroímãs 3, 4 são, como uma regra, construídos usando núcleos toroidais, que são dispostos em uma ranhura em um suporte de ferro. O suporte de ferro é, usualmente, de construção sólida. Em suportes solidamente construídos, mudanças de campo resultam em correntes parasitas, que, por sua vez, produzem campos oposto. A controlabilidade dos mancais magnéticos é, assim, degradada.
[0005] As correntes parasitas são reduzidas de maneira conhecida através de laminação do ferro de suporte. A laminação de suportes de mancais axiais é conhecida da publicação DE 691 03 756 T2, onde os componentes do estator e do rotor de um mancal de empuxo magnético são descritos com cada um tendo um desenho laminado. As folhas de laminação são curvadas de modo que suas pontas fiquem em um plano cilíndrico comum. Além disso, bordas laterais que se apoiam uma na outra das folhas de laminação, igualmente, ficam em planos comunas que são dispostos perpendicularmente ao eixo de rotação.
[0006] Um dispositivo eletromagnético para uma bomba de injeção de combustível é conhecido de EP 0 795 881 A1. O estator do dispositivo eletromagnético compreende uma pluralidade de folhas elétricas que são dispostas em forma de espiral em torno do eixo central do estator.
[0007] O objetivo da presente invenção consiste no aperfeiçoamento do grau de eficiência do dispositivo de mancal axial magnético.
[0008] Esse objetivo é alcançado de acordo com a invenção por um dispositivo de mancal axial magnético tendo: - uma disposição de folha elétrica anular em que as folhas individuais se projetam radialmente para fora e folhas adjacentes formam uma lacuna na direção circunferencial; e - uma bobina elétrica, que é inserida na disposição de folha elétrica a fim de produzir um campo magnético na disposição de folha elétrica; em que - a disposição de folha elétrica tem pelo menos dois anéis de folha elétrica concêntricos; e - essencialmente todas as folhas adjacentes de cada anel de folha elétrica se encontram na circunferência interna do respectivo anel de folha elétrica.
[0009] Uma disposição de folha elétrica anular de um tipo de construção conhecido tem folhas que se estendem continuamente da circunferência interna para a circunferência externa da disposição de folha elétrica. Uma vez que as folhas elétricas têm a mesma largura por toda a sua extensão e se apoiam uma na outra na circunferência interna, lacunas correspondentemente grandes entre folhas adjacentes resultam na circunferência externa. Isso significa que o enchimento de ferro desse tipo de disposição de folha elétrica anular não é muito alto. Em uma maneira vantajosa, portando, de acordo com a presente invenção, a disposição de folha elétrica é dividida em pelo menos dois anéis de folha elétrica concêntricos. Com relação a cada anel de folha elétrica, as folhas elétricas se estendem em cada caso da circunferência interna até a circunferência externa. Uma vez que, mesmo no caso da parte mais externa dos pelo menos dois anéis de folhas elétricas, as folhas elétricas agora se apoiam uma na outra na sua circunferência interna, um enchimento de ferro mais alto pode ser obtido porque, no caso da disposição de folha elétrica convencional, folhas elétricas são espaçadas distintamente na altura radial da circunferência interna do anel de folha elétrica externo da disposição de acordo com a invenção.
[00010] De preferência, a disposição de folha elétrica tem três anéis de folha elétrica concêntricos, em cujo caso, o intermediário dos anéis de folhas elétricas forma uma depressão em que a bobina elétrica é inserida. Nessa situação, é particularmente vantajoso, se o anel de folha elétrica intermediária tiver a mesma largura radial que a bobina elétrica inserida. O dispositivo de mancal axial, assim, é projetado para ser simples de fabricar.
[00011] Além disso, uma abertura pode ser disposta na direção axial no anel de folha elétrica intermediário para alimentação através de cabos para a bobina elétrica. Isso tem a vantagem de que as linhas de conexão para a bobina elétrica podem tomar o caminho mais curto possível para lado de fora, em cujo caso, o circuito magnético é interrompido apenas minimamente.
[00012] Em uma modalidade preferida, a disposição de folha elétrica é acomodada em um pote anular. O pote estabiliza a disposição de folha elétrica tanto nas direções radiais quanto em uma direção axial.
[00013] A disposição de folha elétrica pode ser mantida no pote por meio de um ou mais anéis de retenção. Através desse meio, a disposição de folha elétrica também é fixada com relação ao lado aberto do pote.
[00014] Se esse anel de retenção for projetado para ter uma seção transversal em forma de T, ele pode reter tanto o anel de folha elétrica interno quanto o externo, na direção axial em um modo de bloqueado em forma, no pote. Dois anéis de folhas elétricas são, assim, fixados axialmente por meio de um anel de retenção único.
[00015] Além disso, o anel de folha elétrica intermediária pode ser retido em mofo de forma bloqueada no pote por meio dos anéis de folhas elétricas interna e externa. Toda a disposição de folha elétrica, que aqui consiste de três anéis de folhas elétricas pode ser fixada no pote por meio de um único anel de retenção, que, conforme mencionado acima, é projetado, por exemplo, para ter uma forma de T.
[00016] De acordo com uma outra modalidade preferida, os interstícios entre as folhas da disposição de folha elétrica são enchidos com uma resina. Isso estabiliza as folhas individuais com relação uma à outra e, assim, toda a disposição de folha elétrica e, ao mesmo tempo, assegura o isolamento elétrico necessário.
[00017] De modo particularmente vantajoso, uma máquina elétrica pode ser equipada com esse dispositivo de mancal axial. O mancal axial magnético assegura perdas mínimas pelo atrito.
[00018] A presente invenção será agora descrita em detalhes com referência aos desenhos anexos. Nos desenhos:
[00019] A figura 1 mostra um mancal axial de acordo com a técnica anterior; A figura 2 mostra uma vista de topo de uma seção de um eletroímã da figura 1; A figura 3 mostra uma vista de topo de uma disposição de folha elétrica de um eletroímã anular; A figura 4 mostra uma vista ampliada de uma seção da figura 3; e A figura 5 mostra uma vista seccional transversal através do eletroímã da figura 2, sem uma bobina.
[00020] As modalidades exemplificativas descritas em detalhes no seguinte constituem modalidades preferidas da presente invenção.
[00021] Por exemplo, um gerador ou outra m'quina elétrica tem um mancal axial, conforme é ilustrado, em princípio, na figura 1. Os eletroímãs 3 e 4 do mancal axial, em outras palavras, da disposição de mancal axial, têm uma construção de acordo com a invenção, como é demonstrado em detalhes no seguinte. A construção é simples e resulta em um enchimento de ferro alto e uma combinação forte.
[00022] A figura 2 mostra uma vista de topo de uma seção de um eletroímã 3, 4 (dispositivo de mancal axial). O eletroímã 3, 4 tem um pote anular 5, apenas as paredes concêntricas do qual podem ser vistas na figura 2.
[00023] O pote anular 5 é cheio com um anel interno laminado 8 e um anel externo laminado 9. Entre os dois anéis está situado um núcleo toroidal 10. Como será explicado em conexão com a figura 5, o anel interno 8, junto com o anel externo 9 e um anel intermediário formam uma ranhura anular abaixo da bobina 10, em que o núcleo toroidal 10 é inserido.
[00024] A natureza especial inventiva da laminação do ímã anular pode ser vista da figura 3. Uma laminação convencional 11 pode ser reconhecida na metade superior da figura 3. A metade inferior do anel laminado, por outro lado, exibe a laminação de acordo com a invenção 12.
[00025] A figura 4 mostra uma seção ampliada do anel da figura 3. As diferenças entre a laminação convencional 11 e a laminação de acordo com a invenção 12 podem ser melhor reconhecidas lá. As folhas elétricas normais são usadas aqui para as laminações. Elas têm todas a mesma espessura.
[00026] Com a laminação convencional 11 e também com a laminação de acordo com a invenção 12, as folhas individuais se projetam radialmente para fora. Uma disposição de folha elétrica em forma de estrela, desse modo, resulta em cada caso. Para fins explanatórios, toda a disposição de folha elétrica anular é ilustrada com duas laminações diferentes 11 e 12. Na prática, uma disposição de folha elétrica, naturalmente, terá uma das referidas duas laminações através de toda a circunferência.
[00027] Com a laminação convencional 11, cada folha individual 13 se projeta na direção radial da circunferência interna 14 tanto quanto a circunferência externa 15. Uma vez que as folhas individuais 13 se apoiam uma na outra diretamente na circunferência interna 14, por conta da construção em forma de estrela de uma lacuna relativamente grande 16 resulta em cada caso na circunferência externa 15 entre folhas adjacentes 13. O enchimento de ferro de um anel laminado dessa maneira é correspondentemente baixo.
[00028] Com a laminação de acordo com a invenção 12, pelo menos dois anéis de folhas elétricas concêntricos, no presente exemplo três anéis de folhas elétricas, são proporcionados, a saber, o anel de folha elétrica interno 8, o anel de folha elétrica externo 9 e o anel de folha elétrica 17 situado entre eles. Nas figuras 3 e 4 esquemáticas, os anéis de folhas elétricas individuais 8, 9 e 17 têm, cada um deles, a mesma espessura radial. Como já pode ser visto da figura 2, porém, as espessuras radiais dos anéis individuais podem ser diferentes. Em particular, eles podem, como é igualmente explicado em relação com a figura 5, também se projetarem radialmente um no outro.
[00029] A metade inferior da figura 4 ilustra que as folhas individuais 80, 90 e 170 são radialmente mais curtas do que as folhas 13 da laminação convencional 11. As folhas 80 do anel de folha elétrica interno 8 também não são formadas em uma peça com as folhas 90 e 170 do anel de folha elétrica externo 9 e o anel de folha elétrica intermediário 17. As folhas 90, igualmente, não são formadas em uma peça com as folhas 170. Isso, então, tem a vantagem de que as folhas individuais 80, 90 e 170 podem se apoiar uma na outra na respectiva circunferência interna ou raio interno 14, 18, 19, no caso de cada um dos anéis de folhas elétricas 8, 9 e 17. Isso significa que o enchimento de ferro na circunferência interna 14, 18, 19 é 100% em cada caso e se reduz ligeiramente em direção à respectiva circunferência externa do anel de folha elétrica correspondente 8, 9, 17. Uma vez que as folhas individuais 80, 90, 170, porém, não se estendem da circunferência interna 14 do anel de folha elétrica interno 8 tanto quanto a circunferência externa 15 do anel de folha elétrica externo 9, a lacuna 20 entre, por exemplo, folhas adjacentes 90 na direção circunferencial é, significativamente, menor do que uma respectiva lacuna 16 no caso de laminação convencional 11. A razão para isso é o fato de que o anel de folha elétrica externo 9 tem consideravelmente mais folhas 90 do que o anel de folha elétrica intermediário 17. Este último, por sua vez, tem, significativamente, mais folhas 170 do que o anel de folha elétrica 8. O anel de folha elétrica interno 8 tem, igualmente, tantas folhas quanto 80 quanto a disposição de folha elétrica tendo laminação convencional 11.
[00030] Com os três anéis de folha elétrica concêntricos 8, 9 e 17, um enchimento de ferro significativamente mais alto pode ser obtido do que no caso de laminação convencional 11. A força axial obtida é proporcional ao enchimento de ferro. O aumento na força é determinado da relação dos enchimentos de ferro. Para uma disposição de folha elétrica tendo um único anel, um enchimento de ferro f1 resulta. No caso de uma disposição de folha elétrica tendo três anéis de folha elétrica concêntricos da mesma espessura radial, um enchimento de ferro f3 resulta. A relação correspondente dos enchimentos de ferro é, então: f3/f1 = 1 + s/(3ri), onde s corresponde à espessura radial e ri ao raio interno da disposição de folha elétrica. Aumentos na força de 10% a 20%, assim, resultam com relação aos tamanhos típicos de construção de eletroímãs ou dispositivos de mancais axiais.
[00031] A figura 5 ilustra uma seção do corte transversal através de um dispositivo de mancal axial de acordo com a invenção. Em particular, o pote 5 com seu corte transversal em forma de U, sua parede externa 6 e sua parede interna 7 pode ser reconhecido claramente. O anel interno laminado 8 se aninha contra a parede interna 7. O anel laminado externo 9 se apoia na parede externa 6. O anel de folha elétrica intermediário 17 está situado entre os dois anéis de folhas elétricas 8 e 9. A laminação dos anéis individuais 8, 9, 17 não pode ser vista na figura 5.
[00032] Os dois anéis de folhas elétricas 8, 9 se estendem na direção axial 21 da base 22 do pote anular 5 até as bordas de topo das paredes 6, 7. O anel de folha elétrica intermediário 17, por outro lado, se estende, significativamente, menos distante na direção axial 21. Isso significa que uma ranhura 23 (que, porém, não está incluída no desenho na figura 5) para o núcleo toroidal 10 é produzida, axialmente, acima do anel de folha elétrica intermediária 17 e entre o anel de folha elétrica externo 9 e o anel de folha elétrica interno 8.
[00033] Localizado axialmente abaixo do anel de folha elétrica intermediário 17 está um anel de retenção 24, que tem uma seção transversal em forma de T e é preso por meio de parafusos 25 na base 22 do pote anular 5. Os braços que se projetam radialmente do anel de retenção 24, que têm uma seção transversal em forma T e é preso por meio de parafusos 25 na base 22 do pote anular 5. Os braços que se projetam radialmente do anel de retenção 24 com sua seção transversal em forma de T agarram acima dos ressaltos 26 e 27 do anel de folha elétrica interno 8 e do anel de folha elétrica externo 9. Os dois anéis de folhas elétricas 8, 9 são, assim, fixados no pote 5.
[00034] Os dois anéis de folhas elétricas 8, 9, além disso, têm ranhuras 28, 29 que se estendem na direção circunferencial, em que projeções do anel de folha elétrica intermediário 17 se projetam. O anel de folha elétrica intermediário 17 é, assim, retido no modo de forma bloqueada (em relação à direção axial 21) entre o anel de folha elétrica interno 8 e o anel de folha elétrica externo 9. Os três anéis de folhas elétricas 8, 9 e 17 podem, assim, ser retidos no pote 5 por meio de um único anel de retenção 24. Em princípio, porém, também é possível proporcionar uma pluralidade de anéis de retenção para fixação dos anéis de folhas elétricas.
[00035] Mesmo se os exemplos acima forem concretizados com três anéis de folha elétrica concêntricos, a disposição de folha elétrica também pode consistir de apenas dois anéis de folha elétrica concêntricos ou também de quatro e mais anéis de folhas elétricas No caso de dois anéis de folhas elétricas, metade do anel de folha elétrica intermediário ilustrado na figura 5, então, por exemplo, será conectado em uma peça com o anel de folha elétrica externo e a outra metade em uma peça com o anel de folha elétrica interno.
[00036] O núcleo toroidal 10 requer alimentações de cabos. Com essa finalidade, aberturas ou saídas de cabos apropriadas podem ser proporcionadas na direção axial na disposição de folha elétrica e também no pote 5. No exemplo mostrado na figura 5, o pote 5 tem uma abertura 30 para essa finalidade em sua base 22. Uma vez que a disposição de folha elétrica tem três anéis de folhas elétricas. Neste caso, o anel de folha elétrica intermediário 17 pode ser interrompido, simplesmente no ponto que corresponde axialmente com a abertura 30. O arquivo de desbloqueio de rede 24, igualmente, precisará ser interrompido aqui, o que também pode ser visto na figura 5. Os anéis de folhas elétricas interno e externo 8, 9 permanecem, porém, permanecem fechados. Com relação à laminação em uma peça, outras vantagens resultam aqui com comparação com a laminação de múltiplas partes porque a laminação precisa ser interrompida na saída do cabo, que significa que as respectivas folhas não são mais capazes de se projetarem para fora. Caso contrário, uma quantidade substancial de trabalho extra é requerida a fim de criar uma abertura para as linhas de conexão.
[00037] A fim de aumentar a resistência mecânica, os interstícios entre as folhas dos anéis de folhas elétricas podem ser enchidos com resina.
[00038] Em uma maneira vantajosa, o dispositivo de mancal axial de acordo com a invenção, atuando como um suporte, tem um enchimento de ferro aumentado comparado com os dispositivos conhecidos, o que resulta em uma densidade de força correspondentemente maior. A disposição concêntrica tendo uma pluralidade de anéis, além disso, resulta em uma construção forte que pode ser fabricada com custo efetivo.

Claims (14)

1. Dispositivo de mancal axial magnético, que compreende - uma disposição de folha elétrica anular tendo folhas individuais (80, 90, 170) que se projetam radialmente para fora, com folhas adjacentes (80, 90, 170) formando uma lacuna (20) em uma direção circunferencial, a dita disposição de folha elétrica tendo pelo menos dois anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), com essencialmente todas as folhas adjacentes de cada anel de folha elétrica se encontrando na circunferência interna do anel de folha elétrica (8, 9, 17); e - uma bobina elétrica (10) inserida na disposição de folha elétrica para produzir um campo magnético na disposição de folha elétrica; caracterizado pelo fato de que - a disposição de folha elétrica tem pelo menos três anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), sendo um externo, um interno e pelo menos um intermediário, sendo que o pelo menos um anel intermediário dos anéis de folha elétrica (8, 9, 17) tem uma depressão (23) para inserção da bobina elétrica (10), sendo que a depressão (23) se estende através de pelo menos um dentre o anel de folha interno ou o pelo menos um anel de folha intermediário.
2. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel de folha elétrica intermediário (17) das anéis de folha elétrica (8, 9, 17) tem uma abertura em uma direção axial para alimentação através de cabos para a bobina elétrica (10).
3. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um pote anular (5) que acomoda a disposição de folha elétrica.
4. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um anel de retenção (24) para retenção da disposição de folha elétrica no pote (5).
5. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a disposição de folha elétrica tem três anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), o dito pelo menos um anel de retenção (24) tendo uma seção transversal em forma de T e sendo configurado para reter um anel de folha elétrica mais interno e um anel de folha elétrica mais externo dos anéis de folha elétrica (8, 9) em uma direção axial (21) de forma bloqueada no pote (5).
6. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um anel de folha elétrica intermediário (17) dos anéis de folha elétrica (8, 9, 17) é retido de forma bloqueada no pote (5) pelos anéis de folhas elétricas interno e externo (8, 9).
7. Dispositivo de mancal axial magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma resina para encher interstícios entre as folhas (80, 90, 170) da disposição de folha elétrica.
8. Máquina elétrica, compreendendo um dispositivo de mancal axial magnético que compreende uma disposição de folha elétrica anular tendo folhas individuais (80, 90, 170) que se projetam radialmente para fora, com folhas adjacentes (80, 90, 170) formando uma lacuna (20) em uma direção circunferencial, a dita disposição de folha elétrica tendo pelo menos dois anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), com essencialmente todas as folhas adjacentes de cada anel de folha elétrica se encontrando na circunferência interna do anel de folha elétrica (8, 9, 17); e uma bobina elétrica (10) inserida na disposição de folha elétrica para produzir um campo magnético na disposição de folha elétrica, caracterizada pelo fato de que a disposição de folha elétrica tem pelo menos três anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), sendo um externo, um interno e pelo menos um intermediário, sendo que o pelo menos um anel intermediário dos anéis de folha elétrica (8, 9, 17) tem uma depressão (23) para inserção da bobina elétrica (10), sendo que a depressão (23) se estende através de pelo menos um dentro o anel de folha interno ou o pelo menos um anel de folha intermediário.
9. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o anel de folha elétrica intermediário (17) das anéis de folha elétrica (8, 9, 17) tem uma abertura em uma direção axial para alimentação através de cabos para a bobina elétrica (10).
10. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de mancal axial tem um pote anular (5) que acomoda a disposição de folha elétrica.
11. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de mancal axial magnético tem menos um anel de retenção (24) para retenção da disposição de folha elétrica no pote (5).
12. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a disposição de folha elétrica tem três anéis de folha elétrica concêntricos (8, 9, 17), o dito pelo menos um anel de retenção (24) tendo uma seção transversal em forma de T e sendo configurado para reter um anel de folha elétrica mais interno e um anel de folha elétrica externo dos anéis de folha elétrica (8, 9) em uma direção axial (21) de forma bloqueada no pote (5).
13. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que um anel de folha elétrica intermediário (17) dos anéis de folha elétrica (8, 9, 17) é retido de forma bloqueada no pote (5) pelos anéis de folhas elétricas interno e externo (8, 9).
14. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de mancal axial magnético tem uma resina para encher interstícios entre as folhas (80, 90, 170) da disposição de folha elétrica.
BR112013025512-9A 2011-04-06 2012-03-13 dispositivo de mancal axial magnético e máquina elétrica BR112013025512B1 (pt)

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