BR112014028479B1

BR112014028479B1 - Rolamento magnético para máquinas rotativas

Info

Publication number: BR112014028479B1
Application number: BR112014028479-2A
Authority: BR
Inventors: Hans Vande Sande
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2021-12-07
Also published as: US10408263B2; US20150137642A1; JP2015516557A; RU2607921C2; KR101785772B1; CA2872302C; BR112014028479A2; CN104620003B; JP6294871B2; WO2013170322A1; CN104620003A; KR20150031236A; CA2872302A1; RU2014150790A; BE1020693A3; EP2850328A1; EP2850328B1

Abstract

rolamento magnético e método para montar uma estrutura ferromagnética em redor de um núcleo de um rolamento magnético rolamento magnético que é providenciado com uma parte de atuador radial e uma parte de atuador axial, onde a parte de atuador radial acima mencionada compreende um conjunto de estator laminado (2) que é provido com uma culatra do estator (3), caracterizado pelo fato de que a culatra do estator (3) é ligada a uma estrutura ferromagnética fechada (9) que rodeia a culatra do estator (3). figura 6.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO1. Campo da Invenção

[001] A invenção se relaciona com rolamentos magnéticos para máquinas rotativas, nas quais o rolamento apresenta uma concepção radial-axial integrada e em que o fluxo de controle axial flui através da abertura central de um núcleo magnético macio.

[002] Os rolamentos magnéticos providenciam suspensão sem contato. As suas perdas de fricção baixas os tornam atrativos para aplicações de alta velocidade. A concepção de máquinas rotativas de alta velocidade é frequentemente complicada devido às limitações dinâmicas do rotor. Neste respeito, cada redução do comprimento axial contribui para a margem rotor-dinâmica. Esta propriedade é aplicada a um máximo em "rolamentos combinados", isto é, rolamentos nos quais o design integra canais axiais e radiais em disposição compacta, nos quais várias partes funcionais são partilhadas.

2. Discussão da arte relacionada

[003] Podem ser encontrados vários exemplos de rolamentos combinados em patentes e literatura. Frequentemente, a via do fluxo de controle axial cruza o orifício central de um conjunto de material ferromagnético laminado. Exemplos disso podem ser encontrados nas seguintes patentes ou pedidos de patentes: US 5.514.924, US 6.268.674, US 6.727.617, WO 2008/074045, CN 1.737.388. Outros exemplos podem ser encontrados na literatura, tal como na publicação de Imoberdorf e.a, Pichot e.a e Buckner e.a. Nos rolamentos combinados do tipo mostrado na patente US 6359357 B1 de Blumenstock, o fluxo de controle axial não cruza o orifício central de um conjunto de material ferromagnético laminado.

[004] O desempenho do canal axial de um rolamento combinado pode ser influenciado de forma detrimental se a via do fluxo de controle axial cruzar o orifício central do conjunto de material laminado, ou mais geralmente se um rolamento combinado contiver uma secção onde uma via eletricamente condutora rodeia o fluxo de controle. Nesse caso, os fluxos de controle variáveis geram voltagens no material circundante. Estas voltagens geradas provocam correntes de circulação e consequentemente perdas de Joule, se a via em redor está fechada e é eletricamente condutora. De fato, tal conjunto de material laminado pode ser considerado como enrolamento secundário em curto-circuito de um transformador, no qual a bobina de controle axial é o enrolamento primário. Os resultados dependem da frequência: em princípio, as perdas aumentam com o aumento da frequência. Com uma certa corrente e frequência particulares de controle axial, as perdas de Joule reduzem a força que pode ser realizada. Como resultado, o desempenho do canal axial pode ser afetado.

[005] Pode ocorrer um fenômeno similar no conjunto de material laminado no qual atua o atuador axial. Neste caso, o fluxo de controle entra no conjunto em si, mas a explicação física é a mesma. Na patente americana n. 6.268.674, Takahashi propõe efetuar uma série de cortes radiais igualmente distribuídos em tal conjunto de material laminado. Obviamente, de modo a manter a resistência suficiente ao girar, as lamelas não são cortadas em toda a sua espessura. Como resultado, as correntes induzidas permanecem localizadas, se o fluxo de controle apenas entrar na região do corte. Esta técnica apenas providencia uma solução para reduzir as perdas no conjunto de material laminado em questão. O fluxo de controle total está sempre rodeado por outro conjunto de estator.

[006] O pedido de patente internacional n. WO 2011/054065, descreve um método para eliminar correntes de Foucault induzidas no conjunto estator pelo campo de controle axial. Isto é realizado ao efetuar um corte através de cada lamela do conjunto, e ao empilhar as lamelas de modo que a relutância aos campos magnéticos dentro do conjunto seja afetada de forma mínima. Uma desvantagem deste método é que a relutância do conjunto face aos campos magnéticos que são provocados por bobinas de controle radial aumenta. Adicionalmente, como é conhecido que a cobertura entre as lamelas não é perfeitamente isolante, e como partes do conjunto podem também levar ao contato entre lamelas, podem ainda ser observadas correntes de circulação. Deste modo, as medidas adicionais para compensar as correntes de Foucault podem ainda melhorar o desempenho.

RESUMO DA INVENÇÃO

[007] O objetivo da presente invenção é providenciar uma forma alternativa de reduzir perdas como resultado de correntes de Foucault.

[008] Para este efeito, a invenção se relaciona com um rolamento magnético que é providenciado com uma parte atuadora radial e uma parte atuadora axial, onde a parte atuadora radial é providenciada com um conjunto estator laminado providenciado com uma culatra do estator, e em que a culatra do estator está ligada a uma estrutura ferromagnética fechada que rodeia a culatra do estator.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, algumas formas de realização preferidas de rolamento magnético de acordo com a invenção são descritas em seguida, através de exemplo, sem qualquer natureza limitativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0010] as figuras 1 a 3 mostram cortes longitudinais de rolamentos combinados conhecidos;

[0011] as figuras 4 a 5 mostram cortes radiais de rolamentos combinados conhecidos;

[0012] a figura 6 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva da parte de um rolamento magnético de acordo com a invenção, que é responsável por gerar forças radiais;

[0013] a figura 7 mostra um corte transversal de acordo com a linha VII-VII da figura 6;

[0014] as figuras 10, 13 e 14 mostram várias formas de realização da culatra do conjunto do material laminado de acordo com a figura 7;

[0015] as figuras 8 e 9 mostram passos sucessivos damontagem de uma estrutura ferromagnética de acordo com a figura 7;

[0016] a figura 11 mostra uma parte da estrutura ferromagnética de acordo com a figura 10;

[0017] a figura 12 mostra uma vista explodida daestrutura ferromagnética de acordo com a figura 14;

[0018] a figura 16 mostra uma vista explodida da estrutura ferromagnética de acordo com a figura 14;

DESCRIÇÃO DE ALGUMAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

[0019] Alguns cortes transversais longitudinais dos tipos de rolamento do estado da técnica são mostrados nas figuras 1, 2 e 3. Dois possíveis cortes radiais dos tipos de rolamento do estado da técnica são mostrados nas figuras 4 e 5.

[0020] Os designs alternativos que são mostrados, são todos compostos por um conjunto rotor laminado 1, um conjunto estator laminado 2, uma culatra do estator 3, uma culatra do polo 12, dois polos axiais 4a e 4b e, pelo menos, três polos radiais 5.

[0021] As forças axiais são controladas por uma bobina de controle axial 6, cuja construção é rotacionalmente simétrica.

[0022] As forças radiais são controladas por bobinas de controle radiais 7 que são enroladas em redor de polos radiais 5.

[0023] Se o campo polarizado não for gerado por imãs permanentes 8, pode ser gerado ao adicionar uma corrente polarizada à corrente de controle axial de certa forma ou ao guiar uma corrente polarizada através de uma bobina polarizada separada, que também apresenta uma forma rotacionalmente simétrica e está localizada perto da bobina de controle axial 6. A bobina polarizada acima mencionada tem a mesma construção que a bobina de controle axial 6, é fisicamente separada desta bobina de controle axial 6, e está na proximidade imediata da mesma.

[0024] Quando for fornecida uma corrente a uma bobina de controle radial 7, o fluxo começa a fluir no plano das lamelas do conjunto estator 2.

[0025] O fluxo que é gerado por uma corrente fornecida para a bobina de controle axial 6, flui através da culatra do polo 12, depois vai para um polo axial 4a, cruza a divisão para o conjunto do rotor 1, cruza a divisão para o polo axial oposto 4b e finalmente retorna na culatra do polo 12.

[0026] Como resultado do acima, um fluxo temporalmente variável cruza o orifício central do conjunto do estator 2, à medida que a corrente de controle axial varia ao longo do tempo.

[0027] De acordo com as leis de Faraday-Lenz e Ohm, as correntes de circulação são geradas nas lamelas do conjunto estator 2. Deste modo, o objetivo da presente invenção é providenciar um dispositivo de compensação para estas correntes de circulação induzida.

[0028] A impedância a que as correntes de circulação são sujeitas é primariamente determinada pela resistência tangencial do conjunto da lamela.

[0029] Pode existir uma pequena contribuição indutora, mas é relativamente limitada. A presente invenção se relaciona com a montagem de um dispositivo adicional em redor do conjunto laminado, de modo que a contribuição indutora à impedância é substancialmente aumentada.

[0030] De acordo com a invenção, isto é efetuado de forma prática pela culatra do estator sendo ligado a uma estrutura fechada, ferromagnética 9 que rodeia a culatra do estator 3, como mostrado na figura 6.

[0031] Na prática, estar "ligado" significa que a estrutura ferromagnética 9 acima mencionada rodeia de fato uma parte da culatra do estator 3, enquanto a culatra do estator 3 também rodeia uma parte da estrutura ferromagnética 9 acima mencionada, como duas ligações de uma cadeia que são ligadas em conjunto.

[0032] Cortes axiais da culatra do estator 3 do conjunto de material laminado com algumas variantes típicas das estruturas ferromagnéticas ocas 9 em redor são mostrados nas figuras 7, 10, 13 e 14.

[0033] De modo a maximizar o desempenho deste método, idealmente são tomadas medidas adicionais para limitar ou evitar as correntes de Foucault geradas na estrutura ferromagnética oca.

[0034] Isto pode ser realizado, por exemplo, por montagem de estrutura ferromagnética oca 9, utilizando as partes 10, tais como partes de ferrite, partes compósitas magnéticas suaves ou partes de lamelas ferromagnéticas finas empilhadas.

[0035] De modo a minimizar a relutância magnética da estrutura ferromagnética 9 e os custos, as partes acima mencionadas 10 são preferencialmente em forma de U, como mostrado na figura 8.

[0036] A figura 9 mostra a forma na qual as ditas partes em forma de U podem ser montadas em redor de uma culatra do estator 3. Em vez de usar partes em forma de U 10, as partes direitas 11 podem também ser usadas, como mostrado na figura 11.

[0037] A figura 12 mostra a forma na qual estas partes direitas 11 da figura 11 podem ser montadas em redor de uma culatra de estator 3. De modo a minimizar a relutância magnética, é necessário que as partes sejam pressionadas em conjunto.

[0038] Contudo, tal estrutura ferromagnética oca 9 pode também ser efetuada ao enrolar fitas amorfas ou fitas nanocristalinas em redor de uma culatra do estator 3 do conjunto do material laminado, como mostrado na figura 13.

[0039] Em vez de enrolar estes materiais diretamente, estes materiais podem também ser enrolados em uma estrutura separada, as estruturas ferromagnéticas ocas resultantes podem ser divididas em partes, como mostrado na figura 15, estas partes podem ser unidas novamente em redor da culatra do estator 3 do conjunto do material laminado, como mostrado na figura 16, e estas partes são pressionadas em conjunto para minimizar a relutância magnética.

[0040] A presente invenção não é de todo limitada às formas de realização descritas acima e mostradas nos desenhos, mas um rolamento magnético, de acordo com a invenção, pode ser concebido em todos os tipos de variantes, sem sair do âmbito da invenção.

Claims

1. Rolamento magnético que é providenciado com uma parte de atuador radial e uma parte de atuador axial, onde a parte de atuador radial compreende um conjunto de estator laminado (2) que é provido com uma culatra do estator (3), caracterizado pelo fato de que a culatra do estator (3) é ligada a uma estrutura ferromagnética fechada (9) de modo que a referida estrutura ferromagnética fechada (9) rodeie a culatra do estator (3) enquanto a culatra do estator (3) rodeia uma parte da estrutura ferromagnética fechada (9) como duas ligações de uma cadeia que estão ligadas entre si. .

2. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte do atuador axial compreende, pelo menos, uma bobina de controle axial (6) que rodeia o conjunto de estator laminado (2), e compreende ainda polo de culatra (12) e dois polos axiais (4a e 4b); que os imãs permanentes (8) são providenciados entre a culatra do estator (3) e ambos os polos axiais (4a e 4b); que os imãs permanentes (8) são magnetizados na direção axial; e que a direção de magnetização dos imãs permanentes (8) é oposta a ambos os lados axiais da culatra do estator (3).

3. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o imã permanente radialmente magnetizado (8) rodeia o conjunto de estator laminado (2); e em que, pelo menos, uma bobina de controle axial (6) da parte do atuador axial é montada em, pelo menos, um lado axial do conjunto do estator laminado (2) e os imãs permanentes radialmente magnetizados (8).

4. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o imã permanente radialmente magnetizado (8) é realizado como uma série de imãs permanentes menores adjacentemente montados.

5. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte do atuador axial compreende, pelo menos, uma bobina de controle axial (6), um polo de culatra (12) e dois polos axiais (4a e 4b); e em que pelo menos uma bobina de controle axial (6) é montada em, pelo menos, um lado axial do conjunto do estator laminado (2).

6. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o polo da culatra (12) toca na culatra do estator (3).

7. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que uma bobina polarizada é providenciada, a qual apresenta a mesma construção que a bobina de controle axial (6), é fisicamente separada desta bobina de controle axial (6), e está na proximidade imediata desta bobina de controle axial (6).

8. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende um conjunto de lamelas finas que são eletricamente isoladas uma da outra.

9. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende uma fita plana enrolada.

10. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende uma ferrite.

11. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende um pó compósito magnético suave.

12. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende um material amorfo ou nanocristalino.

13. Rolamento magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura ferromagnética fechada (9) compreende um número de partes interligadas.