ITTO20090655A1 - Gruppo rotore-cuscinetto elettrodinamico perfezionato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“GRUPPO ROTORE-CUSCINETTO ELETTRODINAMICO PERFEZIONATO”

La presente invenzione è relativa a un gruppo rotorecuscinetto elettrodinamico perfezionato, particolarmente per rotori aventi elevate velocità di rotazione come rotori di giroscopi, mandrini e rotori di pompe a vuoto o di elettrodomestici.

Un cuscinetto magnetico, ad esempio un cuscinetto radiale, può essere attivo quando è presente una centralina di controllo che regola la risultante in direzione radiale delle forze elettromagnetiche agenti sul rotore per ottenere la levitazione di quest’ultimo oppure passivo quando la forza elettromagnetica viene generata senza alcun controllo e il rotore levita sui cuscinetti in una condizione di funzionamento stabile, cioè una condizione corrispondente a una buca assoluta o relativa della funzione di energia potenziale del sistema comprendente il rotore e i cuscinetti.

Un cuscinetto elettrodinamico appartiene alla categoria dei cuscinetti magnetici passivi e presenta un numero di componenti inferiore rispetto a un cuscinetto magnetico attivo e perciò è più semplice e meno costoso.

Un problema associato ai cuscinetti elettrodinamici è quello della controllo della stabilità.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un gruppo rotore-cuscinetto elettrodinamico caratterizzato da un range di instabilità il più possibile ridotto.

Lo scopo della presente invenzione è realizzato tramite un gruppo rotore-cuscinetto elettrodinamico secondo la rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano degli esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 è una sezione schematica di un gruppo rotore-cuscinetto elettrodinamico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una sezione di un particolare ingrandito di figura 1;

- le figure dalla 3 alla 6 illustrano forme di realizzazione alternative della presente invenzione.

In figura 1 è indicato con 1, nel suo insieme, un gruppo rotore-cuscinetto elettrodinamico comprendente un supporto fisso 2, cuscinetti elettrodinamici 3 e un rotore 4 girevole intorno a un asse di rotazione A e mantenuto in una condizione di levitazione tramite i cuscinetti elettrodinamici 3.

In figura 2 viene illustrato uno schema di un cuscinetto elettrodinamico 3 secondo la presente invenzione. Il cuscinetto elettrodinamico 3 comprende un elemento magnetico 5 configurato per definire un circuito magnetico che si chiude attraverso un conduttore 6 fisso rispetto al rotore 4 tramite un traferro 7 e mezzi di supporto mobili 8 interposti fra l’elemento magnetico 5 e il supporto fisso 2 e configurati in modo che l’elemento magnetico 5 sia mobile rispetto al supporto fisso 2.

In particolare, l’elemento magnetico 5 comprende un corpo 9 di materiale magneticamente conduttore, ad esempio ferro dolce, e una pluralità di elementi generatori di campo magnetico, ad esempio magneti permanenti 10, disposti per generare un flusso magnetico assiale concatenato con il conduttore 6. Preferibilmente, il corpo 9 presenta una forma toroidale e, in sezione trasversale illustrata in figura, comprende una porzione di base 11 e due bracci 12 uscenti dal corpo 9 e supportanti un rispettivo magnete 10 in modo che una coppia di magneti 10 del medesimo elemento magnetico 5 siano sostanzialmente affacciati e distanziati fra loro. Per ogni elemento magnetico, fra due magneti 10 affacciati fra loro è interposto il conduttore 6 in modo da delimitare un traferro 7 rispettivamente a ciascun magnete 10. Preferibilmente il conduttore 6 è un disco e gli elementi magnetici 5 hanno una forma assialsimmetrica, ancor più preferibilmente anulare.

Allo scopo di generare una forza elettromagnetica risultante dovuta alle forze di Lorentz generate da correnti parassite, è opportuno che ogni conduttore 6 sia eccentrico rispetto all’asse di simmetria dell’elemento magnetico 5. In particolare, la risultante della forza elettromagnetica degli elementi magnetici 5 cooperanti con il conduttore 6 deve avere una componente parallela alla forza peso del rotore 4 e un’intensità tale da mantenere il rotore 4 in una condizione di levitazione durante la rotazione.

I mezzi di supporto mobili 8 comprendono un elemento elastico 13 e uno smorzatore 14. Entrambi possono essere realizzati secondo differenti modalità. L’elemento elastico 10 può essere sia lineare che non lineare e lo smorzatore 14 può essere sia viscoso che non viscoso. In particolare, l’elemento elastico agisce prevalentemente in direzione radiale rispetto all’asse A.

Secondo una prima forma di realizzazione, i mezzi di supporto mobili 8 possono essere realizzati tramite elementi di materiale elastomerico 15 montati per supportare ciascun elemento magnetico 5 sul supporto fisso 2. Il materiale elastomerico presenta un comportamento misto e presenta sia una componente elastica che una componente smorzante (figura 3).

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, è possibile disaccoppiare l’elemento elastico 13 dallo smorzatore 14. In particolare, l’elemento elastico 13 viene definito da molle 16 per collegare ciascun elemento magnetico 5 al supporto fisso 2 e lo smorzatore 14 è elettromagnetico, eventualmente attivo e controllabile, e comprende una pluralità di elettromagneti 17 montati sul supporto fisso 2 e interagenti con ciascun elemento magnetico 5.

Secondo una terza forma di realizzazione, i mezzi di supporto mobili 8 comprendono uno strato sottile di fluido 18. Lo strato sottile presenta sia una rigidezza che uno smorzamento propri e consente un funzionamento adeguato del cuscinetto elettrodinamico 3. Preferibilmente, lo strato sottile di fluido circonda circonferenzialmente ciascun elemento magnetico 5 e può presentare una porzione 19 tale da reagire a sollecitazioni parallele all’asse A.

Secondo una quarta forma di realizzazione, gli elementi elastici sono uguali alla forma di realizzazione di figura 4 mentre l’elemento smorzante è un elemento passivo, semiattivo o attivo, preferibilmente a correnti parassite. In particolare, l’elemento a correnti parassite 20 comprende un conduttore 21 portato da uno fra il supporto 2 e l’elemento magnetico 5 e un generatore di campo magnetico, ad esempio magneti permanenti 22, montati sull’altro fra il supporto 3 e l’elemento magnetico 5, in modo da generare un circuito magnetico concatenato al conduttore 21.

In uso, le correnti parassite si generano nel conduttore 6 quando l’asse A è eccentrico rispetto all’asse di simmetria degli elementi magnetici 5 e presentano un’intensità positivamente correlata al valore dell’eccentricità dell’asse A rispetto all’asse di simmetria degli elementi magnetici 5. La forza risultante che viene generata in un piano perpendicolare all’asse del rotore presenta una componente parallela a un vettore rappresentante l’eccentricità e diretta in direzione tale da contrastare l’aumento di tale eccentricità. La forza risultante presenta inoltre una componente tangenziale (perpendicolare al vettore dell’eccentricità, cioè alla retta passante per l’asse del rotore e l’asse di simmetria dell’elemento magnetico 5) che tende a destabilizzare il rotore 4. Entrambe le componenti dipendono dalla velocità di rotazione del rotore 4 e in particolare la componente tangenziale risulta superiore a quella radiale per basse velocità mentre la componente radiale risulta maggiore della componente tangenziale per velocità elevate. La componente tangenziale tende ad annullarsi con l’aumentare della velocità di rotazione del rotore 4.

L’azione dei supporti mobili 8 tende a diminuire l’azione di quest’ultima componente in modo da ridurre il più possibile l’intervallo di funzionamento nel quale il rotore 4 è instabile e aumentare l’intervallo di condizioni di funzionamento in cui il rotore 4 è stabile. In particolare, i supporti mobili 8 stabilizzano la posizione del rotore 4 a partire da una velocità di rotazione superiore ad una certa soglia. Quando il rotore 4 non ha ancora superato la soglia oltre la quale il funzionamento è stabile, il gruppo 1 è munito di supporti radiali a strisciamento o a rotolamento che supportano il rotore 4 in modo corretto.

I vantaggi del gruppo rotore-cuscinetto 1 sono i seguenti.

Lo smorzatore 14 è incorporato fra il cuscinetto elettrodinamico 3 e il supporto fisso 2 senza presentare parti rotanti.

In questo modo, un ulteriore vantaggio è presentato dalla maggiore semplicità di progetto dei parametri caratteristici dei supporti mobili 8, cioè della rigidezza e del coefficiente di smorzamento.

Risulta infine chiaro che al gruppo rotore-cuscinetto 1 qui descritto e illustrato è possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, il cuscinetto elettrodinamico può essere di configurazione differente da quella precedentemente descritta e in particolare essere realizzato sfruttando un flusso magnetico radiale.

Inoltre, il rapporto fra massa dell’elemento magnetico 5 e dell’elemento elastico 13 in combinazione eventuale con lo smorzatore 14 può essere tale da definire uno smorzatore dinamico dimensionato per smorzare almeno una delle frequenza proprie del rotore 4.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo comprendente un rotore (4), un supporto fisso (2) e un cuscinetto elettrodinamico (3) montato sul detto supporto fisso (2) per sostenere almeno in direzione radiale il detto rotore (4), in cui il detto cuscinetto elettrodinamico (4) è montato in modo mobile lungo la direzione radiale rispetto al detto supporto fisso (2).
2. 2. Gruppo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere uno smorzatore (14) azionato dal movimento relativo fra il detto cuscinetto elettrodinamico (4) e il detto supporto fisso (2).
3. 3. Gruppo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto smorzatore (14) agisce almeno in direzione radiale rispetto a un asse (A) del detto rotore (4).
4. 4. Gruppo secondo una delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto di comprendere un elemento elastico (13) azionato dal movimento relativo fra il detto cuscinetto elettrodinamico (4) e il detto supporto fisso (2).
5. 5. Gruppo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto smorzatore e il detto elemento elastico sono realizzati da un unico corpo (15).
6. 6. Gruppo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che una massa del detto cuscinetto elettrodinamico (4) definisce la massa di uno smorzatore dinamico configurato per smorzare una frequenza propria del detto rotore (4).