ES2398835A1

ES2398835A1 - Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa.

Info

Publication number: ES2398835A1
Application number: ES201000139A
Authority: ES
Inventors: Ramón FERREIRO GARCÍA
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2013-03-22
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: WO2011095646A1; ES2398835B1

Abstract

El cojinete magnético pasivo de repulsión inversa consiste en el soporte axial y radial de rotores de máquinas rotativas en base a la fuerza de repulsión magnética inversa generada por aros magnéticos polarizados en sentido radial o axial según la aplicación. El modelo de cojinete que se propone está dotado de la capacidad para estabilizar el rotor de una máquina rotativa en una posición radial y axial de equilibrio mediante levitación magnética pasiva ante cargas de trabajo y vibraciones tanto procedentes del estator como del desequilibrio dinámico del rotor.

Description

OBJETO DE LA INVENCiÓN

El objeto de la invención consiste en proporcionar el soporte axial y radial de rotores de máquinas rotativas mediante cojinetes magnéticos pasivos que operan por repulsión inversa. El modelo de cojinete que se propone está dotado de la capacidad para estabilizar el rotor de una máquina rotativa en una posición radial y axial de equLbrio mediante levitación magnética pasiva.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Como resultado de un minucioso rastreo sobre el estado de la tecnología relacionada con los diferentes tipos de cojinetes magnéticos pasivos utilizados actualmente en las máquinas rotativas de aplicación industrial, son ce nocidos los siguientes tipos: -.Los tipos mostrados en la figura 2, que consisten en cojinetes magnéticos pasivos radiales de repulsión directa constituidos por aros magnéticos: (a) polarizados en sentido radial y (b), polarizados en sentido axial. -.Los tipos mostrados en la figura 3, que consisten en cojinetes magnéticos pasivos radial-axial de repulsión directa constituidos por aros magnéticos polarizados axialmente: (a), con los aros del estator más separados entre sí que los del rotor y (b), con los aros del rotor más separados entre sí que los del estator. -.EI tipo mostrado en la figura 4, que consiste en un modelo de cojinete magnético pasivo axial de repulsión directa formado por aros magnéticos polarizados alternativamente en sentido radial unos, y en sentido axial otros, y ensamblados bajo una estructura Halbach. -.Los tipos mostrados en la figura 7, que consisten en cojinetes magnéticos pasivos axiales de repulsión directa constituidos por aros magnéticos polarizados. (a), en sentido axial, y (b), en sentido radial. En todos los casos de cojinetes conocidos se utiliza el principio de fuerzas de levitación por repulsión directa. En t: estado actual de la tecnología no se conocen cojinetes magnéticos pasivos de repulsión inversa, es decir, de las características similares a las de la presente invención.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

Los elementos constitutivos de todo cojinete magnético pasivo responsables de la repulsión magnética son los aros magnéticos polarizados. La figura 1 muestra tres

~ aros magnéticos polarizados de las tres formas posibles: (a), aro magnético polarizado en sentido axial (1). (b), aro magnético polarizado en sentido radial convergente, en el cual la dirección del flujo magnético es hacia el interior (2). (c), aro magnético polarizado en sentido radial divergente, en el cual, la dirección del flujo magnético es hacia el exterior (3).

lOA efectos de la descripción del cojinete magnético pasivo de repulsión inversa que se está realizando, se establecen las diferencias entre los cojinetes de repulsión directa y cojinetes de repulsión inversa. En esta descripción se asumen como cojinetes de repulsión directa aquellos en los que la fuerza ejercida por los campos magnéticos pasivos generados por los imanes

15 del "stator están dirigidas hacia el eje central de simetría del eje o rotor, según se detalla en la estructura mostrada en las figuras 5 (a), 6(a), 7(a) y 7(b) mediante flechas huecas. En esta descripción se asume como cojinetes de repulsión inversa aquellos en los que:

20 -para el caso de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial, las fuerzas radiales ejercidas por los campos magnéticos pclsivos generados por los imanes del estator está dirigidas radialmente desde el eje central de simetría del rotor hacia la periferia del mismo, según se detalla en la estructura mostrada en las figuras 5 (b) Y6

(b) mediante flechas huecas.

25 -para el caso de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, las fuerzas axiales ejercidas por los campos magnéticos pasivos generados por los imanes del estaLar está dirigidas axialmente desde el plano transversal de simetría del rotor hacia los extremos del mismo, según se detalla en la estructura mostrada en las figuras 8(a) y 8(b) mediante flechas huecas.

30 Con objeto de que el cojinete magnético pasivo de repulsión inversa que se describe sea capaz de operar en dos grados de libertad,. es decir, axial y radial, se proponen dos modelos de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa: -Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa I·adial, mostrado en las figuras 5(b) y 6(b).

35 -Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, mostrado en las figuras 8(a) y 8(b).

El cojinete magnético pasivo de repulsión in~ersa radial, está realizado en dos modelos: el modelo mostrado en la figura 5(b) y el modelo mostrado en la figura 6(b) El modelo de cojinete magnético pasivo de repJlsión inversa radial mostrado en la figura 5 (b) por medio de una sección longitudinal, está constituido por los siguientes componentes: -Un soporte de aros magnéticos (9) fijado al rotor (5) para cojinete radial. Este soporte aloja un par de aros magnéticos (11) polarizados en sentido axial para cojinete radial. -Un soporte de aros magnéticos (10) fijado al estator (4) para cojinete radial. Este SoP( .te contiene un par de aros magnéticos polarizados en sentido axial (1), cuya misión es la de ejercer la repulsión del soporte (9) con sus aros (11) en sentido radial divergente. El modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial mostrado en la figura 6 (b) por medio de una sección longitudinal, está constituido por los siguientes componentes: -Un soporte de aro magnético (9) fijado al rotor \ 5) para cojinete radial. Este soporte aloja un aro magnético (22) polarizado en sentido radial para cojinete radial. -Un soporte de aros magnéticos (10) fijo al estator (4) para cojinete radial. Este soporte contiene un aro magnético polarizado en sentido radial (3), cuya misión es la de ejercer la fuerza de repulsión sobre el soporte (9) con el aro (22) en sentido radial divergente. Con objeto de soportar la fuerza repulsiva necesaria, los soportes (9) y (10) pueden contener más de un par de aros (3) y (22) respectivamente. El cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, está realizado en dos modelos: el modelo mostrado en la figura 8(a) y ~I modelo mostrado en la figura 8(b) Para ambos modelos 8(a) y 8(b), el rotor tiene que estar soportado por un cojinete magnético pasivo axial de repulsión inversa en cada extremo del rotor. El modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial mostrado por medio de una sección longitudinal en la figura 8 (a), está constituido por los siguientes componentes: -Un soporte de aro magnético (6) fijado al rotor (5) para cojinete axial. Este soporte aloja un aro magnético (1) polarizado en sentido axial para cojinete axial. -Un 'oporte de aro magnético (7) fijado al estator (4) para cojinete axial. Este soporte contiene un aro magnético (1) polarizado en sentido axial, cuya misión es la de ejercer la fuerza de repulsión sobre el aro (1) ubicado en el soporte (6) en sentido axial. El modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial mostrado por medio de una sección longitudinal en la figura 8 (b), está constituido por los siguientes componentes:

-: Un soporte de aro magnético (6) fijado al rotor (5) para cojinete axial. Este soporte aloja un aro magnético (2) polarizado en sentido radial para cojinete axial. -Un soporte de aro magnético (7) fijado al estator (4) para cojinete axial. Este soporte contiene un aro magnético (2) polarizado en sentido radial, cuya misión es la de ejercer la fuerza de repulsión sobre el aro (2) l'bicado en el soporte (6) en sentido axial. Con objeto de soportar la fuerza repulsiva necesaria en sentido axial, la cantidad de pares de soportes (6) y (7) asociados a sus, respectivos aros magnéticos, que constituyen cada cojinete magnético pasivo de repulsión inversa, pueden incrementarse en varias etapas de fuerza repulsiva según la estructura mostrada en las ',';guras 9 y 10, es decir en un número de dos, tres o mas etapas. La figura 9 representa una sección longitudinal de dos etapas repulsivas mientras que la figura 10 representa una sección longitudinal de tres etapas repulsivas.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Para documentar la descripción que se está realzando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente: Figura 1. Aro magnético polarizado: (a), en sentido axial. (b), en sentido radial convergente. (c), en sentido radial divergente. Figula 2. Tipos de cojinetes magnéticos pasivos radiales constituidos por aros magnéticos polarizados: (a), en sentido radial. (b), en sentido axial. Figura 3. Tipos de cojinetes magnéticos pasivos radiales constituidos por aros magnéticos polarizados axialmente. (a), aros del estator con mayor separación entre sí que los del rotor. (b), aros del rotor con mayor separación entre sí que los del estator. Figura 4. Cojinete magnético pasivo axial forma jo por aros magnéticos polarizados según una estructura Halbach. Figura 5. Cojinete magnético pasivo de repulsión radial:

(a): Cojinete magnético pasivo de repulsión radial directa con aros polarizados en sentido axial. El estator o carcasa repele el rotor en sentido radial haciendo converger la re~,ultante de las fuerzas magnéticas hacia el eje central de simetría del rotor.

(b): Cojinete magnético pasivo de repulsión radial inversa con aros polarizados en sentido axial. El estator o carcasa repele el rotor en sentido radial haciendo diverger la

resultante de las fuerzas magnéticas desde el eje de simetría del rotor, es decir solicitando el rotor desde su eje central de simetría. Figura 6. Cojinete magnético pasivo de repulsión radial:

(a): Cojinete magnético pasivo de repulsión radial directa con aros magnéticos pola ,zados en sentido radial. El estator o carcasa repele el rotor en sentido radial haciendo converger la resultante de las fuerzas magnéticas hacia el eje central de simetría del rotor.

(b): Cojinete magnético pasivo de repulsión radial inversa con aros magnéticos polarizados en sentido radial. El estator o carcasa repele el rotor en sentido radial haciendo diverger la resultante de las fuerzas magnéticas desde el eje de simetría del rotor, es decir solicitando el rotor desde su eje central de simetría. Figura 7. Cojinete magnético pasivo de repulsión axial directa: (a), con aros magnéticos polarizados en sentido axial. (b) con aros magnéticos polarizados en sentido radial. Figura 8. Cojinete magnético pasivo de repulsión axial inversa: (a), con aros magnéticos polarizados en sentido axial. (b), con aros magnéticos polarizados en sentido radial. Figura 9. Cojinete magnético pasivo de repulsión axial inversa de dos etapas repulsivas. Figura 10. Cojinete magnético pasivo de repulsión axial inversa de tres etapas repulsivas. Figura 11. Vista de la realización preferente del cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial y radial. En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:

1.: aro magnético polarizado en sentido axial.

2.: aro magnético polarizado en sentido radial convergente.

3.: aro magnético polarizado en sentido radial divergente.

4.: estator y/o carcasa de la máquina rotativa. 5 rotor y/o eje de la máquina rotativa.

6.: soporte de aro magnético fijado al rotor. para cojinete axial.

7.: soporte de aro magnético fijado al estator para cojinete axial.

8.: pernos de afirmación soportes de aro magnético fijo al estator.

9.: soporte de aro magnético fijo al rotor para cojinete radial.

10.: soporte de aro magnético fijo al estato,' para cojinete radial.

11.: aro magnético polarizado en sentido axial externo para cojinete radial.

22. aro magnético polarizado en sentido radial convergente externo para cojinete de estructura Halbach.

33. aro magnético polarizado en sentido radial divergente externo para cojinete de estructura Halbach.

DESCRIPCiÓN DE UNA REALIZACiÓN PREFERENTE

La figura 11 muestra la disposición de componentes que constituyen la configuración propuesta del cojinete magnético pasivo de repulsión inversa. En esta figura se muestra el rotor (5) sustentado magnéticamente por dos cojinetes radiales de las características mostradas en la figura 5(b) y dos cojinetes axiales de las

10 caró"terísticas mostradas en la figura 8(a). Tanto los cojinetes radiales como los axiales están ensamblados a ambos extremos o lados del rotor sobre los que descansa o apoya la carga inercial del rotor asociada a la propia carga del rotor. Por tanto, cada extremo del rotor (5) está sustentado por un cojinete radial y otro axial. Tanto los cojinetes axiales como los radiales en cada extremo del eje está

15 ensamblados a la estructura de la bancada formando un cuerpo con la carcasa o estator (4) La configuración propuesta del cojinete magnético pasivo de repulsión inversa está diseñada para operar en vertical, es decir en la dirección que aparece en la figura 11.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial, caracterizado porque comprende dos modelos alternativos u optativos (a) o (b):

(a).-EI modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial de aros magnéticos polarizados axialmente constituido por:

•

Un soporte de aros magnéticos (9) fijado al rotor (5) para cojinete radial, que aloja un par de aros magnéticos (11) polarizados en sentido axial para cojinete radial.

•

Un soporte de aros magnéticos (10) fijado al estator (4) para cojinete radial que contiene un par de aros magnéticos polarizados en sentido axial (1), cuya misión es la de ejercer la repulsión del soporte (9) con sus aros (11) en sentido radial divergente.

(b).-EI modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial de aros magnéticos polarizados radial mente constituido por:

•

Un soporte de aro magnético (9) fijado al rotor (5) para cojinete radial que aloja un aro magnético (22) polarizado en sentido radial para cojinete radial.

•

Un soporte de aros magnéticos (10) fijo al estator (4) para cojinete radial que contiene un aro magnético polarizado en sentido radial (3), cuya misión es la de ejercer la fuerza de repulsión sobre el soporte (9) con el aro (22) en sentido radial divergente.
2. Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial, según reivindicación 1a, caracterizado por soportar la fuerza repulsiva necesaria, en base a los soportes (9) y

(10) que pueden contener más de un par de aros (3) y (22) respectivamente.
3.

Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa radial, según reivindicaciones 1 a, caracterizado porque la fuerza radial ejercida por los campos magnéticos pasivos generados por los imanes del estator está dirigida radialmente desde el eje central de simetría del rotor hacia las periferia del mismo.
4.

Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, caracterizado porque comprende dos modelos alternativos u optativos (a) o (b): (a).-EI modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial de aros magnéticos polarizados axialmente constituido por:

•

Un soporte de aro magnético (6) fijado al rotor (5) para cojinete axial que aloja un aro magnético (1) polarizado en sentido axial para cojinete axial.

•

Un soporte de aro magnético (7) fijado al estator (4) para cojinete axial que contiene un aro magnético (1) polarizado en sentido axial, cuya misión es la de

ejercer la fuerza de repulsión sobre el aro (1) ubicado en el soporte (6) en

sentido axial. (b).-EI modelo de cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial de aros magnéticos polarizados radialmente constituido por:

•

Un soporte de aro magnético (6) fijado al rotor (5) para cojinete axial, que aloja un aro magnético (2) polarizado en sentido radial para cojinete axial.

•

Un soporte de aro magnético (7) fijado al estator (4) para cojinete axial, que contiene un aro magnético (2) polarizado en sentido radial, cuya misión es la de ejercer la fuerza de repulsión sobre el aro (2) ubicado en el soporte (6) en sentido axial.
5.

Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, según reivindicación 4a, caracterizado por soportar la fuerza repulsiva necesaria en base al ensamblaje de varios pares de soportes (6) y (7) asociados a sus respectivos aros magnéticos, constituyendo varias etapas repulsivas.
6.

Cojinete magnético pasivo de repulsión inversa axial, según reivindicaciones 4a, caracterizado porque la fuerza axial ejercida por los campos magnéticos pasivos generados por los imanes del estator están dirigidas axial mente desde el plano transversal de simetría del rotor hacia los extremos del mismo.

(a) (b) (e)

Figura 1.

~~

t-+--

t

~

(a) (b)

Figura 2.

~ll~~

~~

(a) (a)

Figura 3.

Figu,a 4.

: (a) (b)

Figura 5.

(a) (b)

Figura 6.

Figura 7.

Figl,.ra 8.

Figura 9

3---~-5

~-7

~-7

Figura 10

Figura 11