ES2897273T3 - Rodamiento magnético radial con refuerzo de flujo - Google Patents

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ES2897273T3 ES18710646T ES18710646T ES2897273T3 ES 2897273 T3 ES2897273 T3 ES 2897273T3 ES 18710646 T ES18710646 T ES 18710646T ES 18710646 T ES18710646 T ES 18710646T ES 2897273 T3 ES2897273 T3 ES 2897273T3
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Abstract

Un rodamiento magnético (20; 220; 320; 420) que comprende: un rotor (22; 222; 322; 422) que se soporta para girar alrededor de un eje (502); un estátor (24) que se extiende desde un primer extremo (30) hasta un segundo extremo (32) y que comprende: uno o más primeros imanes permanentes (50); uno o más segundos imanes permanentes (52) separados axialmente de los uno o más primeros imanes permanentes; una pluralidad de dientes laminados (64A, 64B, 66A, 66B) axialmente entre y extendiéndose radialmente hacia adentro de los uno o más primeros imanes permanentes en un lado y los uno o más segundos imanes permanentes en el otro lado; una pluralidad de devanados radiales que rodean respectivamente un diente asociado respectivo de la pluralidad de dientes, caracterizado por que el estátor comprende, además: un yugo central (60) que rodea radialmente la pluralidad de dientes; un primer yugo de extremo (120) que se apoya axialmente en los uno o más primeros imanes permanentes; un segundo yugo de extremo (122) que se apoya axialmente en los uno o más segundos imanes permanentes; un primer laminado de extremo (134A, 134B, 136A, 136B) rodeado por el primer yugo de extremo; y un segundo laminado de extremo (138A, 138B, 140A, 140B) rodeado por el segundo yugo de extremo, y caracterizado por que el rotor comprende, además: uno o más terceros imanes permanentes (150; 230; 330); uno o más cuartos imanes permanentes (152; 232; 332) espaciados axialmente de los uno o más terceros imanes permanentes; un laminado central (178; 240) axialmente entre los uno o más terceros imanes permanentes y los uno o más cuartos imanes permanentes; un primer laminado de extremo (180; 242) que se apoya axialmente en los uno o más terceros imanes permanentes; y un segundo laminado de extremo (182; 244) que se apoya axialmente con los uno o más cuartos imanes permanentes, en donde el primer laminado de extremo del rotor (242) tiene una superficie de diámetro interior que converge radialmente hacia adentro en una dirección axial hacia afuera; en donde el segundo laminado de extremo del rotor (244) tiene una superficie de diámetro interior que converge radialmente hacia adentro en una dirección axial hacia afuera; y en donde al menos uno de: los uno o más terceros imanes permanentes (232) y los uno o más cuartos imanes permanentes (230) tienen respectivas superficies axiales externas que convergen radialmente hacia adentro en una respectiva dirección axial hacia afuera; el rotor comprende: una o más primeras piezas de acero (344) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más terceros imanes permanentes y el primer laminado de extremo del rotor; y una o más segundas piezas de acero (346) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más cuartos imanes permanentes y el segundo laminado de extremo del rotor; y el rotor comprende: uno o más primeros imanes extremo (444) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más terceros imanes permanentes y el primer laminado de extremo del rotor y que tiene una polaridad axial menor que los uno o más terceros imanes permanentes; y uno o más segundos imanes de extremo (446) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más cuartos imanes permanentes y el segundo laminado de extremo del rotor y que tiene una polaridad axial menor que los uno o más cuartos imanes permanentes.

Description

DESCRIPCIÓN
Rodamiento magnético radial con refuerzo de flujo
Antecedentes
La divulgación se refiere a los rodamientos magnéticos. Más particularmente, la divulgación se refiere a los rodamientos electromagnéticos utilizados en turbomáquinas.
Existe una técnica sobradamente desarrollada en lo referente a los rodamientos magnéticos activos. La publicación de solicitud de patente de EE. UU. 2011/0163622A1 (en adelante, documento estadounidense acabado en 622), publicada el 7 de julio de 2011, divulga un rodamiento electromagnético que proporciona soporte radial y axial. Para el soporte axial, el estátor tiene un par de polos axiales opuestos unidos por un diámetro exterior (DE) mediante un hierro trasero axial. Una bobina axial envuelve circunferencialmente el interior del hierro trasero y crea una trayectoria de flujo a través de los polos axiales y el hierro trasero con un hueco interno entre los polos axiales atravesado por un objetivo de accionador formado por una pila de laminación de rotor dentro del hueco.
Generalmente, radialmente hacia el interior de la bobina axial, el estátor del documento estadounidense acabado en 622 comprende un conjunto de polo de accionador radial formado por una pila de laminación. Esta pila de laminación tiene una porción de anillo exterior de anillo completo y una pluralidad de proyecciones radialmente hacia dentro, cada una de las cuales está envuelta por una bobina de control radial asociada. Adyacentes al conjunto de polo del accionador radial en extremos axiales opuestos del mismo, intercalados entre el conjunto del polo del accionador radial y los polos axiales, hay un par de anillos magnéticos permanentes.
Generalmente, se crean un par de bucles de flujo radial en lados opuestos que proceden radialmente desde el objetivo de accionador del documento estadounidense acabado en 622 a través del conjunto de polo radial, girando axialmente hacia fuera a través del imán permanente y luego radialmente hacia dentro a través del polo axial asociado, girando hacia atrás axialmente hacia dentro para entrar en el extremo del objetivo del accionador y luego girando hacia atrás radialmente hacia fuera. Así, un par de flujos radiales de signo opuesto están rodeados por el bucle de flujo axial. Otra configuración de rodamiento radial de cuatro polos radiales implica trayectorias de flujo que pasan radialmente y circunferencialmente en lugar de axialmente. En esta configuración, el cambio puede darse entre varias condiciones. Un grupo implica trayectorias de flujo con una rama diametral central a través de un par de polos opuestos y dos patas circunferenciales que pasan circunferencialmente a través del hierro trasero alrededor de los respectivos polos del otro par. Los dos pares crean así dos posibles trayectorias de este tipo con dos posibles direcciones para cada trayectoria. Además, otro grupo implica un primer tramo de trayectoria de flujo que pasa radialmente a través de un polo, girando circunferencialmente para pasar a través del hierro trasero a uno de los dos polos adyacentes y luego regresando radialmente a través de ese polo adyacente para encontrar la primera pata en el eje.
El documento PCT/US2016/017943, presentado el 15 de febrero de 2016 y titulado "Magnetic Bearing" y publicado el 1 de septiembre de 2016 como WO/2016/137775 (la publicación WO '775), divulga un rodamiento de empuje/radial magnético de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, que utiliza polarización de imán permanente y polarización de electroimán.
La solicitud de patente de EE. UU. n.° 62/381.746, presentada el 31 de agosto de 2016 y titulada "Magnetic Thrust Bearing", divulga un rodamiento de empuje magnético que combina polarización de imán permanente y polarización de electroimán.
Sumario
Un aspecto de la presente invención proporciona un rodamiento magnético según se reivindica en la reivindicación 1. Opcionalmente, los uno o más primeros imanes permanentes y los uno o más segundos imanes permanentes son imanes de tierras no raras.
Opcionalmente, los uno o más terceros imanes permanentes y los uno o más cuartos imanes permanentes son imanes de tierras no raras.
Opcionalmente: los uno o más segundos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más primeros imanes permanentes; y los uno o más cuartos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más terceros imanes permanentes.
Opcionalmente: los uno o más terceros imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más primeros imanes permanentes; y los uno o más cuartos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más segundos imanes permanentes.
Opcionalmente, los uno o más primeros imanes permanentes y los uno o más segundos imanes permanentes son de anillo completo.
Opcionalmente, los uno o más terceros imanes permanentes, los uno o más cuartos imanes permanentes están segmentados circunferencialmente.
Opcionalmente, el rodamiento magnético es un rodamiento sin empuje.
Opcionalmente, el laminado central tiene una superficie de diámetro interno (DI) radialmente hacia afuera respectivas superficies de diámetro interno (DI) del al menos un tercer imán permanente y del al menos un cuarto imán permanente.
En un aspecto adicional, la invención proporciona un método para usar el rodamiento magnético del primer aspecto, comprendiendo el método hacer pasar corriente a través de la pluralidad de devanados radiales para controlar la posición radial del rotor.
Opcionalmente, la pluralidad de devanados radiales comprende un primer par de devanados diametralmente opuestos y un segundo par de devanados diametralmente opuestos ortogonales al primer par de devanados.
Opcionalmente, cada uno de los pares primero y segundo de devanados está alimentado por un respectivo amplificador de puente H asociado.
Opcionalmente, para cada devanado del primer par de devanados y el segundo par de devanados: una primera trayectoria de flujo de imán permanente pasa como un bucle a través del devanado, el al menos un primer imán permanente y el al menos un segundo imán permanente; y una segunda trayectoria de flujo de imán permanente pasa como un bucle a través del devanado, el al menos un segundo imán permanente y el al menos un cuarto imán permanente. La corriente de funcionamiento puede comprender el funcionamiento de la corriente a través de un devanado del primer par de devanados para aumentar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas mientras pasa corriente a través del otro devanado del primer par de devanados para contrarrestar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas.
Opcionalmente, la corriente de funcionamiento comprende: hacer circular la corriente a través de un devanado del segundo par de devanados para aumentar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas mientras pasa corriente a través del otro devanado del primer par de devanados para contrarrestar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas.
Viéndose desde un aspecto adicional, la invención proporciona una máquina que comprende el rodamiento del primer aspecto.
Los detalles de una o más realizaciones se exponen en los dibujos adjuntos y en la siguiente descripción. Otras características, objetos y ventajas se pondrán de manifiesto a partir de la descripción y los dibujos, así como de las reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista parcial, parcialmente esquemática, en sección axial longitudinal central de un rodamiento electromagnético en un compresor.
La figura 2 es una
Figure imgf000003_0001
vista de sección transversal del rodamiento tomada a lo lar dgeo la línea 2-2 de la figura 1.
La figura 3 es una
Figure imgf000003_0002
vista de sección transversal del rodamiento tomada a lo lar dgeo la línea 3-3 de la figura 1.
La figura 4 es una
Figure imgf000003_0003
vista de sección transversal del rodamiento tomada a lo lar dgeo la línea 4-4 de la figura 1.
La figura 5 es una
Figure imgf000003_0004
vista de sección transversal del rodamiento tomada a lo lar dgeo la línea 5-5 de la figura 1.
La figura 6 es una
Figure imgf000003_0005
vista de sección transversal del rodamiento tomada a lo lar dgeo la línea 6-6 de la figura 1.
La figura 7 es un diagrama de flujo magnético mediano en sección longitudinal central
Figure imgf000003_0006
ico que muestra el flujo de imán permanente.
La figura 8 es un diagrama de flujo magnético mediano en sección longitudinal central esquemático que muestra un flujo combinado de imán permanente y electroimán.
La figura 9 es una vista esquemática de un amplificador de puente H utilizado para alimentar una o más bobinas.
La figura 10 es una vista parcial, parcialmente esquemática, en sección axial longitudinal central de un primer rodamiento electromagnético alternativo en un compresor.
La figura 11 es una vista parcial, parcialmente esquemática, en sección axial longitudinal central de un rodamiento electromagnético en un compresor.
La figura 12 es una vista parcial, parcialmente esquemática, en sección axial longitudinal central de un rodamiento electromagnético en un compresor.
Los números de referencia y las designaciones similares en los diversos dibujos indican elementos similares.
Descripción detallada
La figura 1 muestra un rodamiento homopolar axial 20 que tiene un rotor 22 y un estátor 24. El estátor tiene un eje longitudinal central 500. El rotor tiene un eje longitudinal central 502. Los ejes 500 y 502 son nominalmente normalmente coincidentes; sin embargo, el rodamiento puede absorber ligeras desviaciones del eje del rotor con respecto al eje del estátor. El rodamiento magnético se puede utilizar en una turbomáquina (por ejemplo, un compresor) en donde el estátor está montado o integrado de otro modo con) un alojamiento o carcasa del compresor y el rotor está montado en (o integrado de otro modo con) un eje del compresor. Un plano central transversal del estátor se muestra como 510 y el plano central transversal del rotor normalmente coincidente se muestra como 512. Con fines de ilustración esquemática, el alojamiento o la carcasa se muestra como 26 y el eje se muestra como 28. Los compresores ilustrativos son los compresores centrífugos.
El rodamiento se extiende desde un primer extremo 30 hasta un segundo extremo 32. El estátor incluye varias bobinas (por ejemplo, devanados de alambre metálico). Tal y como se analiza más adelante, el rodamiento ilustrativo es un rodamiento puramente radial y no un rodamiento axial o de empuje. Las implementaciones alternativas pueden integrarse con características de rodamientos axiales. También, el ejemplo es mecánicamente simétrico de extremo a extremo alrededor del plano central 510, 512. También puede ser muy eléctricamente simétrico (por ejemplo, la disposición general de las bobinas es simétrica) pero el devanado de las bobinas y las conexiones eléctricas pueden ser asimétricas para proporcionar el control descrito.
En el rodamiento radial ilustrativo, hay cuatro bobinas: dos pares ortogonales de dos bobinas diametralmente opuestas. En el marco de referencia X-Y mostrado en la figura 2, hay un par de bobinas X 34A, 34B y un par de bobinas Y 36A, 36B. La figura 2 muestra además un hueco radial local 38 entre rotor y estátor. Tal y como se analiza más adelante, en funcionamiento, el flujo magnético cruza el hueco 38 en varios lugares para ejercer una fuerza neta sobre el rotor. La activación de las bobinas X de una manera ejerce una fuerza en la dirección X positiva y la activación de las bobinas X en la forma opuesta ejerce una fuerza en la dirección X negativa. De forma similar, energizar las bobinas Y de una manera ejerce una fuerza neta en la dirección Y positiva y energizar las bobinas Y en la forma opuesta ejerce una fuerza en la dirección Y negativa. El control puede responder a los sensores de posición radial convencionales (no mostrados) integrados con o asociados de otro modo con el rodamiento. Las bobinas ilustrativas en un par dado pueden conectarse eléctricamente en serie o controlarse por separado para que las corrientes a través de ellas creen un campo de control radial que se opone o ayuda a un campo de polarización magnético permanente (analizado a continuación).
El estátor comprende un primer anillo de imán permanente 50 (figura 1) y un segundo anillo de imán permanente 52 separados coaxialmente axialmente entre sí. Los anillos de imán permanente tienen polaridad axial sustancialmente opuesta. En este ejemplo, los polos N de ambos imanes miran hacia adentro al plano central transversal 510 y los polos S axialmente opuestos miran axialmente hacia afuera/hacia el exterior. Los anillos magnéticos pueden ser anillos continuos de anillo completo o pueden estar segmentados (se analiza a continuación). Las tolerancias de fabricación significarán que es posible que no se logre la polaridad exactamente opuesta. Normalmente, esto se podrá lograr dentro de los 20° o dentro de los 10°. Algunas configuraciones alternativas pueden implicar el cambio intencional de las polaridades un poco fuera del eje, de modo que pueda haber, de forma ilustrativa, 60° de antiparalelo.
Cada anillo 50, 52 tiene una cara (superficie) de diámetro interior (DI), una cara (superficie) de diámetro exterior (OD) y caras de extremos axiales opuestos (superficies). Los anillos 50 y 52 están montados en lados opuestos (extremos axiales) de un estribo central o yugo 60. La plancha trasera central ilustrativa 60 (y otras planchas traseras o yugos que se describen a continuación) está formada por un acero magnético no laminado, tal como acero 1010. El hierro trasero central ilustrativo está formado como una pieza única de anillo completo continuo en lugar de segmentado. El hierro trasero central 60 tiene una cara de DI y una cara de DE y caras de extremo axiales opuestas. Extendiéndose radialmente hacia dentro desde la cara de DI hay una pluralidad de dientes laminados (Figura 2) 64A, 64B, 66A, 66B respectivamente asociados y rodeados por las bobinas 34A, 34B, 36A, 36B. Ejemplos de laminados (y otros laminados que se describen a continuación) son pilas axiales de placas de acero (por ejemplo, acero magnético blando o acero al silicio). El uso de laminado reduce la pérdida por remolinos en relación con un solo bloque de acero. El laminado dentro de las bobinas funciona como núcleo.
Los dientes ilustrativos tienen caras de DI y DE, caras de extremo axiales opuestas y caras de extremo circunferenciales opuestas. Las caras de DI caen a lo largo de una porción central 38-1 del hueco 38. Las porciones de DE pueden tener características de fijación para montarse en el hierro trasero 60. Una característica de fijación ilustrativa 100 es una proyección en cola de milano en la cara del DE del diente que se acopla con una ranura en cola de milano o canal 102 en la superficie del DI del hierro trasero. En combinación, los dientes 64A, 64B, 66A, 66B pueden designarse como laminado central. En algunas implementaciones, puede haber un solo segundo laminado central de modo que, por ejemplo, una porción de diámetro exterior sea un anillo completo y los dientes se extiendan radialmente hacia dentro desde la misma. Dicho conjunto podría montarse en el hierro trasero central 60 mediante ajuste por contracción (por ejemplo, calentando la plancha trasera, deslizando el laminado hacia dentro y luego enfriando el hierro trasero).
Axialmente hacia fuera de los anillos 50, 52 hay miembros de extremo respectivos. Los miembros de extremo ilustrativos comprenden cada uno un yugo de diámetro exterior 120, 122 que tiene una cara de DI, una cara de DE y caras de los extremos axiales opuestos. Una cara de extremo axial exterior cae a lo largo del primer o segundo extremo adyacente del rodamiento 20. Cada miembro de extremo también comprende un laminado de extremo. Al igual que con el laminado central, los laminados de extremo ilustrativos están segmentados en dientes 134A, 134B, 136A, 136B (figura 6) y 138A, 138B, 140A, 140B (figura 4). La geometría y las uniones de los dientes ilustrativos pueden ser similares a las descritas anteriormente para los dientes del laminado central. Las figuras 4 y 6 muestran porciones respectivas 38-3 y 38-2 del espacio 38 en los laminados de extremo.
Regresando a la figura 1, el rotor comprende uno o más primeros imanes permanentes 150 y uno o más segundos imanes permanentes 152, respectivamente, radialmente hacia el interior de los imanes permanentes del estátor 50 y 52 y de polaridad respectiva sustancialmente opuesta a los mismos para cooperar con los respectivos imanes del estátor asociados para definir los bucles de flujo de imán permanente asociados con la polarización del imán permanente analizada anteriormente.
El estátor ilustrativo comprende un núcleo metálico 160 (por ejemplo, de acero magnético) montado en el eje y que lleva los imanes permanentes del estátor en canales asociados abiertos radialmente hacia fuera. Por ejemplo, el soporte se puede formar girando una varilla metálica en un torno. En una configuración de soporte de dicha pieza ilustrativa, hay múltiples de cada imán permanente 150, 152 que forman respectivas matrices circunferenciales. Por ejemplo, Las figuras 3 y 5 muestran ejemplos de cuatro segmentos 152 de extremo a extremo que se combinan para rodear un total de 360°. Una configuración de este tipo de dos o más imanes permite el montaje mediante inserción radial hacia el interior. Para retener radialmente los imanes, las matrices pueden estar contenidas por las respectivas fundas 170, 172. Las fundas ilustrativas son envoltorios compuestos no metálicos (por ejemplo, cinta de fibra de carbono o fibra de vidrio en matriz epoxi).
La figura 1 también muestra el rotor llevando un laminado central 178 y los respectivos laminados de extremo primero y segundo 180 y 182. Estos laminados de rotor están radialmente hacia el interior de un eje alineado con los respectivos laminados de estátor y definen las porciones de separación asociadas 38-1, 38-2 y 38-3 con ellos.
El núcleo ilustrativo 160 tiene así porciones respectivas 162, 164 y 166 que forman un yugo o estribo central del rotor y unos estribos o yugos de extremo primero y segundo. En una configuración alternativa, el núcleo 160 es de varias piezas. Por ejemplo, una pieza puede formar el hierro trasero central y porciones radialmente hacia el interior de los imanes del rotor y dos piezas respectivas pueden formar los yugos de extremo del rotor. Dicha configuración puede permitir un fácil montaje de un sistema con imanes de rotor de anillo completo y sin retenedores separados. El montaje puede realizarse mediante una serie de ajustes por contracción mediante calefacción y refrigeración.
Tal y como se analiza más adelante, los límites del diámetro interno o las caras de los laminados del rotor están radialmente fuera de las caras o límites de DI de los imanes permanentes del rotor para facilitar el giro de los campos de flujo. Específicamente, la figura 7 muestra una vista esquemática en sección longitudinal centralizada a través de un par diametralmente opuesto de dientes centrales y bobinas. En sección, se muestran cuatro bucles de flujo 550A, 550b , 552A, 552B. Estos se muestran esquemáticamente con una sola línea cada uno en lugar de una pluralidad de líneas cada uno como en un mapa de contorno. También, aunque se muestra una trayectoria de línea discontinua a través de cada pila de laminado, sería una distribución de flujo a través de la pila de laminado. En la figura 7, las bobinas no están energizadas. Así, los campos de la mitad superior del dibujo son simétricos a los de la mitad inferior.
La figura 8 muestra los campos modificados por la polarización electromagnética de las bobinas radiales para ejercer una fuerza hacia arriba sobre el rotor, tal y como se ve en la figura 8. Específicamente, las bobinas ilustradas se energizan en una dirección tal que su flujo magnético asociado aumenta los bucles en la mitad superior de la hoja y contrarresta los bucles en la mitad inferior. Las magnitudes ilustrativas de las corrientes aplicadas son lo suficientemente significativas como para que el flujo neto 550A', 552A' en la mitad inferior se invierta en dirección con respecto al de la figura 7. Por lo tanto, el flujo superior forma un bucle 550B', 552B 'se muestran esquemáticamente de aumento de flujo por mayor peso de línea que en la figura 7. El efecto neto de esto es aplicar una fuerza al rotor en dirección ascendente a lo largo de la hoja.
El hardware eléctrico puede comprender un puente H tradicional para el control de la corriente en las bobinas 34A, 34B, 36A, 36B tal y como se describe en la publicación WO acabada en 775. La figura 9 muestra un amplificador 840 de puente H utilizado para alimentar una o más bobinas. Estas pueden ser controladas o estar integradas con el controlador 200. En un ejemplo, cada amplificador 840 de puente H tiene una única bobina asociada y viceversa. Esto permite la alimentación independiente de las bobinas de modo que se puedan aplicar diferentes magnitudes de corriente a cada una. El amplificador 840 tiene dos patas o ramas 841 y 842 conectadas en paralelo a una fuente de tensión 844. La fuente de tensión ilustrativa 844 es una fuente de tensión de CC constante y puede ser compartida por los amplificadores de puente H de las diferentes bobinas.
Los terminales 880 y 882 de la bobina están conectados a través de ubicaciones centrales de las dos patas 841 y 842. A cada lado (alta tensión y baja tensión) de cada pata, el terminal 880, 882 está conectado a la fuente de tensión a través de la combinación en paralelo de un respectivo dispositivo de conmutación 851, 852, 853, 854 y el diodo 861, 862, 863, 864. Los dispositivos de conmutación ilustrativos son dispositivos de conmutación controlados por puerta, tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) o transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET). Como se ha indicado anteriormente, 880 y 882 pueden representar terminales de una bobina individual. Como alternativa, las bobinas de un par dado pueden estar en serie alimentadas por un solo amplificador de puente H de modo que el terminal 880 sea uno de los terminales de la primera bobina, el terminal 882 sea un terminal de la segunda bobina, y los otros terminales de las bobinas estén conectados entre sí.
Los ejemplos alternativos pueden tener asimetrías entre las bobinas de los dos pares respectivos o las dos bobinas de un par dado. Por ejemplo, puede ser deseable proporcionar una desviación hacia la referencia. También, sin embargo, los ejemplos alternativos pueden tener configuraciones distintas de los dos pares (por ejemplo, tres bobinas y dientes asociados a intervalos de 120°.
La figura 9 muestra además un controlador 200. El controlador puede estar integrado o provisto por un controlador de la turbomáquina (por ejemplo, compresor eléctrico) como un todo o el sistema (por ejemplo, sistema de refrigeración). El controlador puede recibir entradas de usuario de un dispositivo de entrada (por ejemplo, interruptores, teclado, o similar) y sensores (no mostrados, por ejemplo, sensores de presión y sensores de temperatura en varias ubicaciones del sistema y, específicamente para el control de rodamientos, sensores de posición radial (por ejemplo, como se muestra en la publicación WO acabada en 775) y sensores de posición axial. El controlador puede estar acoplado a los sensores y componentes controlables del sistema (por ejemplo, válvulas, rodamientos, el motor del compresor, accionadores de paletas, y similares) a través de líneas de control (por ejemplo, rutas de comunicación cableadas o inalámbricas). El controlador puede incluir uno o más: procesadores; memoria (por ejemplo, para almacenar información del programa para su ejecución por parte del procesador para realizar los métodos operativos y para almacenar datos usados o generados por el programa o programas; y dispositivos de interfaz de hardware (por ejemplo, puertos) para interactuar con dispositivos de entrada/salida y componentes de sistema controlables. Un ejemplo de control es el que se divulga en la publicación WO acabada en 775.
Las figuras 10-12 muestran rodamientos alternativos según la invención que implican modificaciones en el rotor. Los detalles del estátor y del control pueden ser los mismos que los comentados con respecto al rodamiento 20 de la figura 1.
En relación con el rotor 22 del rodamiento 20, los respectivos rotores 222, 322, 422 de los rodamientos 220, 320, 420 desplazan los laminados del rotor algo radialmente hacia dentro y también desplazan los extremos exteriores de los imanes del rotor radialmente hacia dentro. Los imanes de rotor 230, 232 de la figura 10 son de sección transversal generalmente trapezoidal y tienen superficies de DI y OD paralelas. La superficie del diámetro exterior es de un tramo longitudinal más corto que deja las superficies del extremo ahusado (o axial exterior, en relación con el propio imán en lugar del plano central del rodamiento) (de medio ángulo idéntico en la realización ilustrada). Por lo tanto, las superficies axiales exteriores convergen radialmente hacia dentro en una respectiva dirección axial hacia fuera desde el imán.
Para alojar las superficies de los extremos ahusados, la pila de laminado central respectiva 240 y las pilas de laminado de extremo 242 y 244 tienen laminados individuales de DI que cambian progresivamente, de modo que la superficie de DI de la pila central diverja radialmente hacia afuera en la dirección axial hacia afuera (alejándose del plano central) y las superficies de DI de la pila de extremo converjan radialmente hacia adentro en la dirección axial hacia afuera (alejándose del plano central). Los retenedores o espaciadores 250, 252 pueden rodear los imanes. Los retenedores o espaciadores ilustrativos son de material compuesto (como se describió anteriormente) o un metal como una aleación de aluminio o acero inoxidable (por ejemplo, no se requiere acero magnético u otro material debido a la falta de trayectorias de flujo clave que pasan a través de los retenedores). Cuando los imanes 230 y 232 son continuos, los espaciadores 230, 232 pueden servir principalmente para mantener la integridad longitudinal y el posicionamiento de los laminados del rotor.
Las realizaciones ilustrativas de las figuras 11 y 12 tienen pilas de laminado de rotor y retenedores/espaciadores similares a los del rotor 222 del rodamiento 220 de la figura 10. Los imanes (o imanes principales como se describe a continuación) 330, 332 son de media sección transversal rectangular coextensiva axialmente con los retenedores/espaciadores. Para llenar los huecos entre los extremos longitudinales de los imanes y las superficies de identificación ahusadas de los laminados, hay espaciadores 340, 342, 344, 346 de semisección transversal triangular recta (formando así anillos troncocónicos). Estos pueden estar formados cada uno de un acero magnético y pueden ser continuos (de una sola pieza) o segmentados (de varias piezas). Los espaciadores facilitan el giro de los campos de flujo, lo que no se lograría de manera eficiente si los laminados, a lo largo de toda su longitud, se extendieran hasta o cerca del diámetro de la superficie de identificación del imán.
La realización de la figura 12 reemplaza los espaciadores 340, 342, 344, 346 con imanes 440, 442, 444, 446 de forma similar. Los imanes tienen polaridades en ángulo axial (por ejemplo, relativamente cerca de la mitad entre axial y radial) para ayudar a convertir los campos de flujo en la transición entre los laminados del rotor y los imanes 230, 232 del rotor principal.
En comparación con diferentes rodamientos alternativos de la técnica anterior, varias implementaciones pueden tener una o más de varias ventajas. Los imanes de rotor añadidos proporcionan un aumento de flujo adicional. Por ejemplo, en varias realizaciones, este impulso puede permitir el uso de imanes de tierras no raras. Esto reduce los costes. Los imanes de tierras raras se caracterizan por imanes que utilizan elementos de tierras raras como el disprosio, terbio, europio, neodimio, samario e itrio. Los contenidos combinados de esos elementos serán típicamente al menos 10,0 % en peso (por ejemplo, 10,0 % a 50,0 %) o al menos 20,0 %. El neodimio es típicamente el elemento clave en la clase principal de imanes de tierras raras (imanes de neodimio), por tanto, los imanes que no son de tierras raras pueden tener menos del 10,0 % en peso de este elemento en particular. Otra clase son los imanes de samario-cobalto (por ejemplo, típicamente entre un 15 % y un 45 % de samario en peso). De este modo, en imanes de tierras no raras, el samario también puede estar por debajo del 15,0 % o del 10,0 % en peso. Los imanes de tierras no raras ilustrativos son los imanes de ferrita/cerámica, alnico, bismuto de manganeso, nitruro de hierro y similares. Sin embargo, otras realizaciones pueden usar imanes de tierras raras o combinaciones.
El uso de "primero", "segundo" y similares en la descripción y las siguientes reivindicaciones es para diferenciación dentro según la reivindicación solamente y no indica necesariamente una importancia relativa o absoluta o un orden temporal. De forma similar, la identificación en una reivindicación de un elemento como "primero" (o similar) no impide que tal "primer" elemento identifique un elemento al que se hace referencia como "segundo" (o similar) en otra reivindicación o en la descripción.
Se han descrito una o más realizaciones. No obstante, se entenderá que pueden realizarse diversas modificaciones. Por ejemplo, cuando se aplican a un sistema básico existente, los detalles de dicha configuración o su uso asociado pueden influir en los detalles de implementaciones particulares. Por consiguiente, otras realizaciones se definen por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un rodamiento magnético (20; 220; 320; 420) que comprende:
un rotor (22; 222; 322; 422) que se soporta para girar alrededor de un eje (502);
un estátor (24) que se extiende desde un primer extremo (30) hasta un segundo extremo (32) y que comprende: uno o más primeros imanes permanentes (50);
uno o más segundos imanes permanentes (52) separados axialmente de los uno o más primeros imanes permanentes; una pluralidad de dientes laminados (64A, 64B, 66A, 66B) axialmente entre y extendiéndose radialmente hacia adentro de los uno o más primeros imanes permanentes en un lado y los uno o más segundos imanes permanentes en el otro lado;
una pluralidad de devanados radiales que rodean respectivamente un diente asociado respectivo de la pluralidad de dientes,
caracterizado por que el estátor comprende, además:
un yugo central (60) que rodea radialmente la pluralidad de dientes;
un primer yugo de extremo (120) que se apoya axialmente en los uno o más primeros imanes permanentes; un segundo yugo de extremo (122) que se apoya axialmente en los uno o más segundos imanes permanentes; un primer laminado de extremo (134A, 134B, 136A, 136B) rodeado por el primer yugo de extremo; y
un segundo laminado de extremo (138A, 138B, 140A, 140B) rodeado por el segundo yugo de extremo,
y caracterizado por que el rotor comprende, además:
uno o más terceros imanes permanentes (150; 230; 330);
uno o más cuartos imanes permanentes (152; 232; 332) espaciados axialmente de los uno o más terceros imanes permanentes;
un laminado central (178; 240) axialmente entre los uno o más terceros imanes permanentes y los uno o más cuartos imanes permanentes;
un primer laminado de extremo (180; 242) que se apoya axialmente en los uno o más terceros imanes permanentes; y
un segundo laminado de extremo (182; 244) que se apoya axialmente con los uno o más cuartos imanes permanentes, en donde el primer laminado de extremo del rotor (242) tiene una superficie de diámetro interior que converge radialmente hacia adentro en una dirección axial hacia afuera;
en donde el segundo laminado de extremo del rotor (244) tiene una superficie de diámetro interior que converge radialmente hacia adentro en una dirección axial hacia afuera; y
en donde al menos uno de:
los uno o más terceros imanes permanentes (232) y los uno o más cuartos imanes permanentes (230) tienen respectivas superficies axiales externas que convergen radialmente hacia adentro en una respectiva dirección axial hacia afuera;
el rotor comprende:
una o más primeras piezas de acero (344) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más terceros imanes permanentes y el primer laminado de extremo del rotor; y
una o más segundas piezas de acero (346) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más cuartos imanes permanentes y el segundo laminado de extremo del rotor; y
el rotor comprende:
uno o más primeros imanes extremo (444) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más terceros imanes permanentes y el primer laminado de extremo del rotor y que tiene una polaridad axial menor que los uno o más terceros imanes permanentes; y
uno o más segundos imanes de extremo (446) que forman un anillo troncocónico que interviene entre los uno o más cuartos imanes permanentes y el segundo laminado de extremo del rotor y que tiene una polaridad axial menor que los uno o más cuartos imanes permanentes.
2. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde los uno o más primeros imanes permanentes y los uno o más segundos imanes permanentes son imanes de tierras no raras.
3. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde los uno o más terceros imanes permanentes y los uno o más cuartos imanes permanentes son imanes de tierras no raras.
4. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde:
los uno o más segundos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más primeros imanes permanentes; y
los uno o más cuartos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más terceros imanes permanentes.
5. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde:
los uno o más terceros imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más primeros imanes permanentes; y
los uno o más cuartos imanes permanentes tienen una polaridad sustancialmente opuesta a la polaridad de los uno o más segundos imanes permanentes.
6. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde los uno o más primeros imanes permanentes y los uno o más segundos imanes permanentes son de anillo completo.
7. El rodamiento magnético de la reivindicación 1, en donde los uno o más terceros imanes permanentes, los uno o más cuartos imanes permanentes están segmentados circunferencialmente.
8. El rodamiento magnético de la reivindicación 1 que es un rodamiento sin empuje.
9. El rodamiento magnético de cualquier reivindicación anterior, en donde:
el laminado central tiene una superficie de diámetro interno (DI) radialmente hacia afuera respectivas superficies de diámetro interno (DI) del al menos un tercer imán permanente y del al menos un cuarto imán permanente.
10. Una máquina que comprende un rodamiento de acuerdo con la reivindicación 1.
11. Un método para usar el rodamiento magnético según la reivindicación 1, comprendiendo el método hacer pasar corriente a través de:
la pluralidad de devanados radiales,
para:
controlar la posición radial del rotor.
12. El método de la reivindicación 11, en donde:
la pluralidad de devanados radiales comprende un primer par de devanados diametralmente opuestos y un segundo par de devanados diametralmente opuestos ortogonales al primer par de devanados.
13. El método de la reivindicación 12, en donde:
cada uno de los pares primero y segundo de devanados está alimentado por un respectivo amplificador de puente H asociado.
14. El método de la reivindicación 12 o 13 en donde:
para cada devanado del primer par de devanados y el segundo par de devanados:
una primera trayectoria de flujo de imán permanente pasa como un bucle a través del devanado, el al menos un primer imán permanente y el al menos un segundo imán permanente; y
una segunda trayectoria de flujo de imán permanente pasa como un bucle a través del devanado, el al menos un segundo imán permanente y el al menos un cuarto imán permanente; y
hacer pasar la corriente comprende:
hacer pasar la corriente a través de un devanado del primer par de devanados para aumentar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas mientras pasa corriente a través del otro devanado del primer par de devanados para contrarrestar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas.
15. El método de la reivindicación 14, en donde:
hacer pasar la corriente comprende:
hacer pasar la corriente a través de un devanado del segundo par de devanados para aumentar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas mientras pasa corriente a través del otro devanado del primer par de devanados para contrarrestar las trayectorias de flujo de imán permanente primera y segunda asociadas.
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