BRPI0709911A2 - acoplador magnÉtico com histereses, notadamente para dispositivos enroladores-desenroladores - Google Patents

Abstract

<B>ACOPLADOR MAGNÉTICO COM HISTERESES, NOTADAMENTE PARA DISPOSITIVOS ENROLADORES-DESENROLADORES<D>A presente invenção refere-se a um acoplador magnético com histerese (1) compreendendo um subconjunto indutor (2) e um subconjunto induzido (6) capazes de girar um em relação ao outro. O subconjunto indutor possui uma pluralidade de pólos magnéticos e o subconjunto induzido (6) possui um ou vários ímãs permanentes induzidos com histerese (11,12). A presente invenção é notável pelo fato de o ou cada ímã induzido ser realizado sob a forma de uma coroa em uma única peça, em mate- rial magnético com histerese vertical e comportar fendas atravessadoras de atenuação das correntes radiais que se estendem, cada uma, na direção da extensão circunferencial da coroa. Tem aplicação na limitação do aquecimento e na diminuição do volume axial.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACOPLA-DOR MAGNÉTICO COM HISTERESES, NOTADAMENTE PARA DISPOSI-TIVOS ENROLADORES-DESENROLADORES".

A presente invenção refere-se ao domínio dos acoplamentos magnéticos com histereses, notadamente para acionar dispositivos enrola-dores-desenroladores com um binário pouco variável em uma ampla faixa develocidades.

O documento FR-1 602 519 descreve um dispositivo enroladordesenrolador utilizando esses acopladores. Cada acoplador comporta dois elementos coaxiais que podem girar um em relação ao outro, a saber umindutor que desenvolve um campo magnético multipolar alternado cujos pó-los se sucedem segundo uma simetria de revolução em torno do eixo de re-volução, e o outro elemento é em matéria ferromagnética, de preferênciamagneticamente dura e não previamente imantada. Os pólos do indutor são formados por eletroímãs ou, de preferência, por ímãs permanentes. Duranteo enrolamento ou o desenrolamento pode-se manter o motor de acionamen-to à velocidade normal, graças às possibilidades de deslizamento dos ele-mentos receptores ou elementos acionados em relação aos elementos moto-res ou elementos acionadores. Segundo esse documento, o binário transmi-tido varia pouco então.

A experiência mostrou todavia, que nas velocidades de desliza-mento elevadas, sobretudo no desenrolamento, o binário transmitido aumen-tava de uma forma importante e incômoda com a velocidade de deslizamen-to, com um aumento que pode ultrapassar, por exemplo, 60% para velocida-des de deslizamento superiores a 2000 rpm.

O mesmo acontece com o acoplador descrito no documento EP1 026 815, que comporta um elemento indutor e um elemento induzido ca-pazes de girar um em relação ao outro, o elemento indutor possuindo váriospólos magnéticos e o elemento induz um ou vários permanentes induzidoscom histerese.

Conhece-se também pelo documento FR-A-2 607 333 um aco-plador magnético de mesmo tipo geral, mas visando dar um binário transmi-tido dependendo muito menos da velocidade de deslizamento.

Segundo esse documento, o subconjunto induzido do acopladoré em parte pelo menos constituído de uma pasta moldada contendo partícu-las de ímãs com histerese e um Iigante eletricamente isolante, tal como umaresina de epóxido, essa pasta sendo retida sobre um suporte em forma dedisco possuindo disposições de dissipação do calor.

Como resultado, as variações do binário, que provêm essenci-almente das correntes de Foucault induzidas pelas variações dos fluxosmagnéticos no subconjunto induzido, são muito acentuadamente diminuídas.

Todavia, nesse acoplador conhecido observa-se ainda no sub-conjunto induzido aquecimentos importantes, que provêm do fato de a ener-gia dissipada nos ciclos de histerese ser mal transmitida, acomodações dedissipação por causa da má condutividade térmica do Iigante eletricamenteisolante, e que impõem dimensionar amplamente esse subconjunto induzidopara evitar atingir temperaturas excessivas.

Por outro lado, o documento US 6 129 193 descreve um acopla-dor com histerese, cujo elemento indutor é constituído de uma série de póloseletromagnéticos separados angularmente e cujo elemento induzido é cons-tituído por uma série de ímãs permanentes induzidos com histerese tambémseparados angularmente. Cada um desses ímãs permanentes se apresentasob a forma de uma parte de coroa em material magnético com ciclos dehisterese, e é montado sobre uma coroa radialmente externa em plástico, naqual é introduzida uma segunda coroa em material magnético assegurandoa ligação magnética entre os diferentes ímãs permanentes. Além disso, asuperfície de cada ímã permanente diante do elemento indutor comportauma série de fendas radiais permitindo canalizar o fluxo magnético, atenu-ando as correntes de Foucault sobre essa superfície somente e reforçando obinário de sincronização entre o elemento induzido e o elemento indutor.Sobre as outras superfícies do ímã, assim como a coroa magnética que osliga, as correntes de Foucault continuam presentes, sem nenhuma limitação.Isto não permite, por um lado, um deslizamento contínuo entre induzido eindutor, e, por outro lado, um binário transmitido regular em relação ao posi-cionamento angular relativo do elemento indutor e do elemento induzido.

A presente invenção visa atenuar os inconvenientes do estadoda técnica e propor um novo acoplador que, assegurando uma boa regulari-dade, apresenta desempenhos melhorados em matéria de aquecimento.

A presente invenção visa também assegurar, de maneira aindamelhorada, a regularidade do binário transmitido, e isto em faixas de varia-ções da velocidade ainda ampliadas (sendo necessário no caso dessas vari-ações serem, na técnica anterior, limitadas pela necessidade de limitar osaquecimentos em razão de uma dilatação térmica diferencial importante en-tre o Iigante da pasta e o material metálico que constitui o suporte de induzido).

Para isso, propõe-se, de acordo com a invenção, um acopladormagnético com histerese, comportando um subconjunto indutor e um sub-conjunto induzido capazes de girar um em relação ao outro, o subconjuntoindutor possuindo uma pluralidade de pólos magnéticos e o subconjunto in-duzido possuindo um ou vários ímãs permanentes induzidos com histerese,caracterizado pelo fato de o ou cada ímã induzido ser realizado sob a formade uma coroa em uma única peça, em material magnético com ciclo de his-terese vertical e comportar fendas atravessadoras de atenuação das corren-tes radiais que se estendem, cada uma, na direção da extensão circunferen-cial da coroa.

Certos aspectos preferidos, mas não limitativos, desse acopladorsão os seguintes:

* é previsto um conjunto de fendas defasadas umas em relaçãoàs outras na dimensão radial da coroa, entre sua borda externa e sua bordainterna;

* cada fenda apresenta uma extensão angular sensivelmentesuperior àquela de um pólo do subconjunto indutor;

* as fendas se estendem segundo círculos concêntricos com ocentro da coroa;

* os círculos são essencialmente eqüidistantes uns dos outros;

* o ou cada ímã induzido é realizado em liga magnética ferro-cromo-cobalto;

* o ou cada ímã induzido apresenta uma relação entre largura decoroa e espessura superior a aproximadamente 3;

* o ou cada ímã induzido é sustentado por uma placa em materi-al metálico amagnético com resistividade elétrica elevada, em particular su-perior a 5 pohm.cm, e de condutividade térmica elevada;

* a placa é em aço inoxidável;

* existe um contato de superfície íntimo entre o ou cada ímã in-duzido e a placa associada;

* é previsto entre o ou cada ímã induzido e a placa associadauma pasta termicamente condutora;

* a ou cada placa possui, em oposição ao ímã induzido, alhetasde dissipação de calor;

* um número de tendas por nível concêntrico (F1-F4) e um nú- mero de pólos magnéticos do subconjunto indutor não são múltiplos um dooutro.

Outros aspectos, finalidades e vantagens da presente invençãoaparecerão melhor com a leitura da descrição detalhada seguinte, de umaforma de realização preferida desta dada a título de exemplo não Iimitativo efeita com referência aos desenhos anexados, nos quais:

- a figura 1 representa uma vista em corte longitudinal axial deum acoplador magnético com histerese, segundo a presente invenção e

- a figura 2 representa uma vista em projeção frontal de um ele-mento magnético de induzido do acoplador da figura 1.

Com referência à figura 1, representou-se um acoplador magné-tico com histerese globalmente designado pela referência 1, que compreen-de um subconjunto indutor 2 em forma geral de disco e um subconjunto in-duzido 6 comportando duas partes de induzido ligadas 7 e 8 e situadas emambos os lados do subconjunto indutor, o subconjunto indutor e o subcon-junto induzido, podendo girar um em relação ao outro, segundo um eixo Apor intermédio de rolamentos 20.

O subconjunto indutor 2 é constituído de um prato 3 em materialferromagnético portando duas zonas de ímãs permanentes em forma de co-roas 4 e 5, e prolongando-se em uma árvore de saída 14, podendo girar en-tre os rolamentos 15. Os ímãs permanentes 4 e 5 definem pólos magnéticosalternados de espaçamento angular regular e, por exemplo, 24 pólos queocupam, cada um, uma largura angular de 15°.

As duas partes de induzido 7, 8 comportam respectivamentedois induzidos 11 e 12 montados sobre suportes ou placas respectivas 9 e10.

Cada induzido 11, 12 é formado por um ímã permanente comhisterese maciça. De preferência, escolhe-se como materiais de ímã umaliga ferro-cromo-cobalto, com entre 26 e 30% em peso de cromo, de 7 a 10%em peso de cobalto, o complemento sendo o ferro. Essa liga magnética tempor propriedade um ciclo de histerese vertical e, em particular, uma induçãoremanente compreendida, de preferência, entre 0,8 e 1,3 T (8000 e 13000Gauss) para um campo coercitivo compreendido entre 39,8 χ 102 e 636,6 χ102 A/m (50 e 800 Oersteds), e mais preferencialmente entre 0,9 e 1,2T(9000 e 12000 Gauss) para um campo coercitivo compreendido entre 39,8 χ102 e 238,7 χ 102 A/m ( 50 e 300 Oersteds).

Esses ímãs têm, por outro lado, uma resistividade elétrica eleva-da, tipicamente superior ou igual a aproximadamente 40 Mohm.cm e maispreferencialmente superior ou igual a aproximadamente 60 MOhm.cm.

Uma outra propriedade desse tipo de ímã é um coeficiente demodificação reversível de indução inferior a aproximadamente 0,5%, e, maispreferencialmente, inferior a aproximadamente 0,05%.Esse tipo de ímã gera binários importantes pouco sensíveis à

temperatura com campos magnéticos indutores relativamente fracos. Istopermite vantajosamente reduzir o volume dos ímãs indutores e, em particu-lar, sua espessura.

Por outro lado, os suportes de induzidos 9 e 10 são feitos de ummaterial que apresenta uma resistividade elétrica elevada, tipicamente supe-rior a 5 pohm.cm, tal como um aço inoxidável da série 304.

Isto permite limitar a recirculação de correntes nos induzidos 11,12 e limitar assim os aquecimentos, assim como a dependência do binário àvelocidade relativa entre indutores e induzidos.

Os suportes 9 e 10 são providos sobre suas faces externas dealhetas de resfriamento 90, 100, participando da evacuação do calor geradonos induzidos. Essa evacuação de calor é feita tanto mais quanto mais forassegurada uma boa condução térmica entre os ímãs 11, 12 e os suportesrespectivos 9, 10. Isto pode ser realizado seja por um contato superfície ín-timo entre essas peças, com uma precisão de enformação apropriada, seja,se necessário, acrescentando-se entre elas uma pasta de condução térmicaelevada.

Além disso, e como mostra a figura 2, cada ímã induzido 11,12apresenta a forma de uma coroa maciça na qual é aberta uma série de fen-das atravessadoras destinadas a limitar a circulação de correntes de Fou-cault radiais nesses ímãs e, assim, limitar o aquecimento gerado nesses ímãs.

Essas fendas de uma largura tão pequena quanto possível sãovantajosamente abertas segundo uma técnica de recorte por jato de águasob pressão ou por laser. No presente exemplo preferencial, elas são ajus-tadas sobre círculos concêntricos regularmente repartidos entre o exterior doe o interior do ímã em forma de coroa.

São previstos no caso quatro níveis de fendas F1 a F4, as fen-das mais externas sendo designadas por F1 e as fendas mais internas sen-do designadas por F4. Os círculos sobre os quais ficam situadas essas fen-das são regularmente espaçados entre o exterior da coroa e o interior dacoroa. Além disso, as fendas de um nível se sobrepõem com as fendas deum nível adjacente, sendo determinado que a extensão das fendas ao longodos círculos respectivos é, de preferência, cumulativamente mais importantedo que a extensão das interrupções separem as fendas e assegurem a coe-são mecânica da peça.

Além disso, cada fenda se estende, de preferência, na direçãocircunferencial sobre uma pluralidade de pólos adjacentes.

São previstas, no presente exemplo, seis fendas por nível, es-tendendo-se, cada uma, sobre uma amplitude angular da ordem de 40 a 509com uma defasagem angular de aproximadamente 159 das fendas situadasem um certo nível em relação àquelas situadas em um nível imediatamenteadjacente, conforme ilustrado.

Graças ao material com ciclo de histerese vertical utilizado paraos ímãs induzidos 11, 12 que permite reduzir o tamanho e, em particular, aespessura dos ímãs indutores, graças ao material eletricamente pouco con-dutor utilizado para os suportes 9, 10 e enfim graças à formação de fendasde limitação das correntes radiais nos induzidos, podem ser realizados indu-zidos extremamente finos, com tipicamente uma relação entre a largura dascoroas em direção radial e sua espessura segundo o eixo superior a 3, semdar origem a aquecimentos importantes. Como resultado, o acoplador podeser realizado de forma mais econômica, e com um volume axial reduzido.

O acionamento do subconjunto induzido 6 com a árvore de saídade um motor elétrico M representado parcialmente na parte esquerda da fi-gura 1 é feito por intermédio de um acoplamento convencional, que não énecessário descrever em detalhes. O subconjunto indutor é solidário em ro-tação de uma árvore de saída 14 montada em uma carcaça 10 do acopladorpor intermédio de rolamentos 15.

Naturalmente, a presente invenção não é de modo nenhum limi-tada à forma de realização descrita acima e representada nos desenhos. Otécnico saberá fornecer numerosas variantes e modificações.

Em particular, poderá ser realizado um acoplador com:

- uma única face ativa para reduzir o custo, notadamente quandoo binário a transmitir não será muito elevado;

- um número de fendas por nível e um número de pólos magné-ticos que sejam múltiplos um do outro;

- um número de parafusos de fixação da coroa do induzido sobreseu suporte (9, 10) e um número de pólos magnéticos que sejam múltiplosum do outro.

Claims (13)

1. Acoplador magnético com histerese (1), comportando umsubconjunto indutor (2) e um subconjunto induzido (6) capazes de girar umem relação ao outro, o subconjunto indutor possuindo uma pluralidade depólos magnéticos e o subconjunto induzido (6) possuindo um ou vários ímãspermanentes induzidos com histerese (11, 12), caracterizado pelo fato de oou cada ímã induzido ser realizado sob a forma de uma coroa em uma únicapeça, em material magnético com ciclo de histerese vertical e comportarfendas (F1-F4) atravessadoras de atenuação das correntes radiais que seestendem, cada uma, na direção da extensão circunferencial da coroa.

2. Acoplador magnético, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de ser previsto um conjunto de fendas defasadas (F1-F4)umas em relação às outras na dimensão radial da coroa, entre sua bordaexterna e sua borda interna.

3. Acoplador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de cada fenda apresentar uma extensão angular sensivelmentesuperior àquela de um pólo do subconjunto indutor.

4. Acoplador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de as fendas se estenderem segundo círculosconcêntricos com o centro da coroa.

5. Acoplador, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de os círculos serem essencialmente eqüidistantes uns dos outros.

6. Acoplador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de o ou cada ímã induzido (11, 12) ser realizadoem liga magnética ferro-cromo-cobalto.

7. Acoplador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de o ou cada ímã induzido apresentar uma rela-ção entre largura de coroa e espessura superior a aproximadamente 3.

8. Acoplador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de o ou cada ímã induzido ser sustentado poruma placa (9, 10) em material metálico amagnético com resistividade elétricaelevada, em particular superior a 5 pohm.cm, e de condutividade térmicaelevada.

9. Acoplador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de a placa ser em aço inoxidável.

10. Acoplador, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteri-zado pelo fato de existir um contato superfície íntimo entre o ou cada ímãinduzido e a placa associada.

11. Acoplador, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteri-zado pelo fato de ser previsto entre o ou cada ímã induzido e a placa asso-ciada uma pasta termicamente condutora.

12. Acoplador, de acordo com uma das reivindicações 8 a 11,caracterizado pelo fato de a ou cada placa possuir, em oposição ao ímã in-duzido, alhetas (90, 100) de dissipação de calor.

13. Acoplador, de acordo com uma das reivindicações 1 a 12,caracterizado pelo fato de um número de fendas por nível concêntrico (F1-F4) e um número de pólos magnéticos do subconjunto indutor não seremmúltiplos um do outro.