MX2013011852A

MX2013011852A - Sistemas y metodos de control de espacio de aire.

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Publication number: MX2013011852A
Application number: MX2013011852A
Authority: MX
Inventors: James S Smith; Matthew B Jore; Michael A Kvam; David Samsel; Charles Perry Butterfield Jr; Brian J Sullivan; James David Duford
Original assignee: Boulder Wind Power Inc
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-01-31
Also published as: US20170040878A1; US20120262095A1; CN106300851A; CN103703658A; CN106300851B; WO2012142230A2; US20190245421A1; US9479038B2; EP2697893A2; BR112013026393A2; US8362731B2; EP2697893B1; WO2012142230A3; US10193429B2; US20130119802A1; CN103703658B

Abstract

Se describe un aparato que incluye un primer elemento que soporta un elemento portador de flujo magnético y un segundo elemento que soporta un elemento que genera flujo magnético dispuesto para movimiento en relación con el primer elemento, en una modalidad. Un sistema de control del espacio de aire es acoplado a por lo menos uno del primer elemento o el segundo elemento e incluye un dispositivo de control del espacio de aire que está separado de un circuito de flujo magnético primario formado entre el primer elemento y el segundo elemento. El dispositivo de control del espacio de aire está configurado para ejercer una fuerza sobre uno de los primeros o segundos elementos en respuesta a un movimiento del otro del primero o segundo elementos en una dirección que reduce la distancia entre el primer y segundo elementos para mantener una distancia mínima entre los primeros y segundos elementos y/o sustancialmente centrar por lo menos uno del primer y segundo elementos entre sí.

Description

SISTEMAS Y METODOS DE CONTROL DE ESPACIO DE AIRE CAMPO DE LA INVENCIÓN Las modalidades descritas en la presente son concernientes con un sistema de control de espacio de aire y más en particular con un sistema de control de espacio de aire para mantener un despeje de espacio mínimo en máquinas electromagnéticas .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las maquinas electromagnéticas típicas funcionan al exponer devanados eléctricamente conductores en un estator de campo magnético producido por imanes montados sobre un rotor producido por imanes montados sobre un rotor giratorio. El tamaño del espacio de aire entre el estator y el rotor es una variable de diseño importante, ya que la eficiencia electromagnética de tales máquinas tiende a mejorar a medida que el tamaño del espacio es reducido. El mantener un tamaño de espacio de aire constante es también importante, tanto para evitar una condición entre el rotor y el estator como evitar corrientes indeseables, efectos de flujo y otras pérdidas relacionadas con la carga provocada por excentricidades en el espacio de aire. La consistencia en el tamaño del espacio de aire es obtenida comúnmente al asegurar que el estator y el rotor de la maquina (y cualquier estructura de soporte) sean lo suficientemente rígidos para soportar las fuerzas externas esperadas durante el montaje y la operación. Violaciones significativas del tamaño del espacio de aire, tal como en donde el espacio de aire está casi cerrada o está completamente cerrado, pueden ser peligrosas o destructivas al equipo y personal, particularmente si el espacio de aire es comprometido durante la operación de la máquina electromagnética.

A medida que el tamaño de una maquina electromagnética se incrementa, la dependencia de la rigidez estructural para asegurar que una separación de espacio de aire mínima sea mantenida se puede volver impráctico debido al peso y el costo de la estructura requerida. Por consiguiente, existe la necesidad de procedimientos alternativos para mantener un espacio de aire constante. También existe la necesidad de proveer tales alternativas que proveerían el despeje de espacio necesario a un peso relativamente más bajo y costo en comparación con métodos convencionales que incluyen incrementar la rigidez estructural.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Modalidades ilustrativas que son mostradas en las figuras son resumidas a continuación. Sin embargo, se comprenderá que no hay intención de estar limitados a las formas descritas en la presente. El experimentado en el arte puede reconocer que hay numerosas modificaciones, equivalentes y construcciones alternativas que caen dentro del espíritu y alcance de la invención expresada en las reivindicaciones. En particular, el experimentado en el arte puede reconocer que las modalidades descritas en la presente son aplicables a cualquier maquina con arreglos de polaridad alternantes de imanes, incluyendo motores y generadores de flujo radial, axial y transversal que operan de manera giratoria o lineal.

En una modalidad, un aparato incluye un primer elemento que soporta un elemento portador de flujo magnético y un segundo elemento que soporta un elemento generador de flujo magnético. El segundo elemento es dispuesto para movimiento en relación con el primer elemento. Un sistema de control de espacio de aire que incluye un dispositivo de control de espacio de aire es acoplado a por lo menos uno del primer elemento o el segundo elemento. El sistema de control de espacio de aire está configurado para ejercer una fuerza sobre uno del primer elemento y el segundo elemento en respuesta al movimiento del otro del primer elemento y el segundo elemento en una dirección que reduce la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento a uno para mantener una distancia mínima entre el primer elemento y el segundo elemento y centrar sustancialmente el uno del primer elemento y el segundo elemento dentro de una región definida por el otro del primer elemento y el segundo elemento. El dispositivo de control de espacio de aire es separado de un circuito de flujo magnético primario formado entre el primer elemento y el segundo elemento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de control de espacio de aire y un conjunto de rotor/estator de acuerdo con una modalidad.

La figura 2 es una ilustración esquemática de un sistema de control de espacio de aire y un conjunto de rotor/estator de acuerdo con una modalidad.

La figura 3 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator, de acuerdo con una modalidad.

La figura 4 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator, de acuerdo con una modalidad.

La figura 5 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator que tiene un rotor de dos lados, de acuerdo con una modalidad.

La figura 6 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator que tiene un rotor de un lado, de acuerdo con una modalidad.

La figura 7 es una vista en perspectiva de un conjunto de rotor/estator que puede ser usado con un motor generador de flujo axial de acuerdo con una modalidad.

La figura es 8 es una vista detallada de una porción del conjunto de rotor/estator de la figura 7, que muestra uno de los rotores con una porción de un sistema de control de espacio de aire montado al mismo.

La figura 9 es una vista ampliada de una porción del conjunto de rotor/estator mostrado en la figura 7 que muestra una porción de un sistema de control de espacio de aire montado en el mismo.

La figura 10 es una ilustración esquemática de una sección de una porción del conjunto de rotor/estator de la figura 7 con una porción de un sistema de control de espacio de aire montado al mismo.

La figura 11 es una ilustración esquemática de una porción del conjunto de rotor/estator y una porción de un sistema de control de espacio de aire mostrado en la figura 10 tomada en "A" en la figura 10.

Las figuras 12-16 son ilustraciones esquemáticas de la porción del conjunto de rotor/estator y el sistema de control de espacio de aire mostrado en la figura 11.

La figura 17 es una ilustración esquemática de una porción del conjunto de rotor/estator de la figura 7 tomada en "A" y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con una modalidad alternativa acoplada al mismo.

La figura 18 es una ilustración esquemática de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con una modalidad.

La figura 19 es una ilustración esquemática de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 20 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 21 es una vista ampliada de una porción del sistema de control de espacio de aire de la figura 20.

La figura 22 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 23 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 24 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 25 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator axial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 26 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator radial y una porción de un sistema de control de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad.

La figura 27 es una ilustración esquemática de una porción de un conjunto de rotor/estator de flujo radial tipo copa de acuerdo con otra modalidad.

La figura 28 es una ilustración esquemática del conjunto de rotor/estator de la figura 27 con un sistema de control de espacio de aire acoplado al mismo.

La figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un método para controlar el espacio de aire, de acuerdo con una modalidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Un sistema de control de espacio de aire como se describe en la presente puede ser implementado en muchas aplicaciones en donde se desea el mantenimiento de un espacio constante para el desempeño de la máquina y/u operación segura de la máquina. En algunas modalidades, se describe un sistema de control de espacio de aire en la presente que puede ser usado para mantener el despeje entre el conjunto del rotor y estator al hacer uno de la estructura del estator y la estructura del rotor relativamente blanda o dúctil y el otro de la estructura del estator y la estructura del rotor relativamente rígida y al transmitir una fuerza del elemento rígido al elemento dúctil para mantener un despeje de espacio mínimo. Cuando el elemento rígido es desplazado o desviado, transmite una fuerza al elemento dúctil, provocando que el elemento dúctil se desvíe de manera similar para mantener un tamaño de espacio constante o sustancialmente constante. El sistema de control de aire puede proveer una rigidez de colocación entre el rotor y el estator, de tal manera que la rigidez del control de espacio de aire se convierte en la rigidez dominante con respecto al movimiento relativo entre el estator y el rotor. Por ejemplo, el sistema de control de espacio de aire puede funcionar similarmente a un muelle de constante de muelle deseada en que puede ser usado para producir una rigidez estructural deseada en un punto localizado entre por ejemplo un rotor y un estator. En algunas modalidades, el sistema de control de espacio de aire provee rigidez localizada entre un componente relativamente blando y un componente relativamente rígido de una maquina o mecanismo. Adicionalmente, la rigidez entre un componente relativamente blando y un componente relativamente rígido del sistema de control de espacio de aire puede ser distribuida sobre un área de interacción superficial más amplia entre los dos componentes si este arreglo prueba ser más adaptable a las respuestas dinámicas de los componentes del sistema.

Algunas modalidades de un sistema de control de espacio de aire descrito en la presente pueden ser usadas para mantener un espacio de aire dentro de un limite requerido para el desempeño y/o seguridad, tal como en motores o en generadores de flujo radial, axial y transversal que operan de manera giratoria o de manera lineal. Algunas modalidades de un sistema de control de espacio de aire descrito en la presente pueden ser útiles para reducir el peso y costo de máquinas que utilizan un espacio de aire y para reducir la frecuencia requerida y alcance de mantenimiento con respecto a las máquinas de espacio de aire convencionales.

Aunque la mayoría de las modalidades descritas en la presente se enfocan en implementaciones que incluyen imanes permanentes en máquinas eléctricas giratorias, lineales o de movimiento alternativo, debe ser claro para el experimentado en el arte que tales maquinas eléctricas pueden ser diseñadas y construidas utilizando imanes diferentes de los imanes permanentes como los medios de excitación para el diseño de circuito electromagnético de conversión de energía primaria. Por ejemplo, tipos de maquina síncronas de campo devanados, inducción, reluctancia conmutada, etc. se pueden beneficiar de la misma manera o de manera similar de los sistemas de control de espacio de aire descritos en la presente para máquinas de imán permanente. Esto es debido, por lo menos en parte, a que el sistema de control de espacio de aire puede ser diseñado para tener poco o ningún efecto sobre el circuito electromagnético de conversión de energía primaria durante la operación o activación del sistema de control de espacio de aire. Por consiguiente, el uso del término "imán" cuando se refiere a un tipo de maquina eléctrica en el texto precedente y siguiente no debe ser interpretado para limitar la modalidad que es discutida a máquinas de imán permanente.

Las maquinas electromagnéticas, tales como los conjuntos de rotor/estator descritos en la presente, utilizan flujo magnético de imanes, tales como imanes permanentes o electroimanes, para convertir la energía mecánica a energía eléctrica o viceversa. Varios tipos de máquinas electromagnéticas son conocidas, incluyendo máquinas de flujo axial, máquinas de flujo radial y máquinas de flujo transversal, en la cual un componente gira alrededor de un eje o se traslada a lo largo de un eje, ya sea en una sola dirección o en dos direcciones, por ejemplo, alternativamente, con respecto a otro componente. Tales maquinas incluyen comúnmente devanados para transportar la corriente eléctrica a través de bobinas que interactúan con el flujo de los imanes por medio de movimiento relativo entre los imanes y los devanados. En un arreglo de aplicación industrial común, los imanes permanentes, por ejemplo, son montados para movimiento, por ejemplo sobre un rotor (o de otra manera parte móvil) y los devanados son montados sobre una parte estacionaria tal como un estator. Oras configuraciones, típicas para maquinas no caras de baja potencia puestas en operación de una fuente de corriente directa en donde los imanes son estacionarios y los devanados e la máquina son parte del rotor (energizado por un dispositivo conocido como "conmutador" con "escobillas") son claramente también disponibles, pero no serán discutidos en detalle en el siguiente texto por propósitos de brevedad.

En un motor eléctrico, por ejemplo, se aplica corriente a los devanados en el estator, provocando que los imanes (y por consiguiente el rotor) se muevan en relación con los devanados, convirtiendo así la energía eléctrica a energía mecánica. En un generador, la aplicación de una fuerza externa al rotor del generador provoca que los imanes se muevan en relación con los devanados y el voltaje generado resultante provoca que la corriente fluya a través de los devanados-convirtiendo así la energía mecánica a energía eléctrica. En un motor de inducción de CA, el rotor es energizado mediante inducción electromagnética producida por electroimanes que provocan que el rotor se mueva en relación con los devanados sobre el estator, que son conectados directamente a una fuente de energía de CA y puede crear un campo magnético giratorio cuando se aplica energía.

Un sistema de control de espacio de aire como se describe en la presente puede ser utilizado en tales maquinas electromagnéticas para controlar el espacio de aire o distancia entre la parte móvil (por ejemplo, el rotor (y la parte estacionaria (por ejemplo, el estator) para asegurar la operación apropiada de la máquina. Un sistema de control de espacio de aire como se describe en la presente está separado del elemento de soporte del rotor-estator principal de tales máquinas electromagnéticas y puede operar independientemente de un rodamiento principal de, por ejemplo un conjunto de rotor/estator. Además, el sistema de control de espacio de aire no soporta la carga del conjunto de rotor/estator; más bien, el conjunto de rotor/estator esta soportado por algún otro componente portador de carga apropiado, tal como por ejemplo un conjunto de rodamiento principal del conjunto de rotor/estator como se describe posteriormente en la presente. Aunque las modalidades descritas en la presente son descritas con referencia al uso dentro de una maquina electromagnética (por ejemplo, un conjunto de rotor/ estator como se describe en la presente) se debe entender que los sistemas de control de espacio de aire descritos en la presente pueden también ser usados en otras máquinas o mecanismos en donde hay necesidad o se desea mantener una distancia o espacio especificado entre un componente estacionario y un componente que se puede mover en relación con el componente estacionario. Un sistema de control de espacio de aire como se describe en la presente puede también ser benéfico para controlar y mantener un espacio de aire en un sistema de estator de núcleo de hierro. En tales sistemas, en donde el estator es formado de hierro, el estator es atraído al rotor y por consiguiente, la necesidad de controlar el espacio entre el rotor y el estator puede ser aún mayor que en un sistema de estator de núcleo de aire como se describe en la presente con referencia a modalidades específicas.

En algunas modalidades, un sistema de control de espacio de aire puede estar configurado similar a un sistema de suspensión de tren de levitación magnético. Por ejemplo, en tales sistemas, se puede usar levitación magnética para suspender, guiar y/o propulsar un tren de imanes. Fuerzas magnéticas similares pueden ser usadas en una máquina para controlar y mantener un espacio entre el componente móvil (por ejemplo, rotor) y el componente estacionario (por ejemplo, estator) de la máquina.

Como se usa en la presente, el término "dispositivo de control de espacio de aire" se puede referir a un componente de cualquiera de las modalidades de un sistema de control de espacio de aire descrito en la presente. Por ejemplo, un dispositivo de control de espacio de aire puede incluir un imán (por ejemplo, imán permanente, electroimán) , un devanado auxiliar, un rodamiento de aire, un riel de guía, etc.

La figura 1 es una ilustración esquemática de un conjunto de rotor/estator de acuerdo con una modalidad. El conjunto de rotor/estator es una modalidad ejemplar de un maquina electromagnética que puede incluir un sistema de control de espacio de aire que puede ser usado para controlar el espacio entre un componente móvil y un componente estacionario de la maquina electromagnética. Un conjunto de rotor/estator puede incluir un conjunto de rotor 28 y un estator 18. El conjunto de rotor/estator 12 puede ser incorporado en, por ejemplo en una maquina tal como por ejemplo un motor eléctrico o un generador eléctrico. El conjunto de rotor 28 puede incluir uno o más porciones de rotor que se mueven en relación con el estator 18. Por ejemplo, en algunas modalidades, el conjunto de rotor 28 puede incluir una porción de rotor que gira en relación con el estator 18 (por ejemplo, con la dirección de flujo del rotor al estator en general en dirección axial o radial) . En algunas modalidades, el conjunto de rotor 28 puede incluir una porción de rotor que se mueve en un movimiento lineal en relación con el estator 18. El conjunto de rotor 28 (también referido en la presente como "elemento de soporte de imán" o "elemento que soporta un elemento que genera flujo magnético") puede incluir o soportar uno o más elementos generadores de flujo magnético tales como por ejemplo imanes (por ejemplo, un conjunto de polo de imán o arreglo de imanes) o devanados (cada uno no mostrado en la figura 1) . Los imanes pueden incluir, por ejemplo un arreglo de imanes y pueden ser por ejemplo imanes permanentes, electroimanes o una combinación de ambos. Por ejemplo, en una máquina de inducción o maquina síncrona de campo devanado, los imanes son electroimanes. Un devanado puede ser, por ejemplo como se describe posteriormente en la presente para el estator 18.

El estator 18 (también referido en la presente como "elemento de soporte del devanado" o un "elemento que soporta un elemento portador de flujo magnético") puede incluir o soportar, por ejemplo tipos de núcleo de aire de estatores sin ningún material ferromagnético para soportar los devanados de cobre o conducir el flujo magnético. Un estator de núcleo e aire puede incluir un arreglo anular de segmentos de estator (no mostrado) y uno o más devanados conductores (no mostrados) o uno o más imanes (no mostrados) . Cada segmento de estator de núcleo de aire puede incluir un subconjunto de tablero de circuitos impresos (no mostrado) u otros medios conocidos para encapsular estructuralmente los devanados en materiales no ferromagnéticos . En algunas modalidades, los subconjuntos de tableros de circuitos impresos pueden ser similares a aquel descrito en la patente estadounidense 7,109,625 y solicitud internacional no. PCT/US2010/000112 , cada una de las revelaciones de las cuales es incorporada en la presente por referencia en su totalidad.

Algunas modalidades de un sistema de control de espacio de aire (como se describe en más detalle posteriormente en la presente) en máquinas con un estator 18 fabricado de un núcleo de hierro convencional son dispuestas similarmente al concepto de núcleo aire descrito anteriormente, pero son dimensionados para tratar las fuerzas de atracción entre el material de núcleo ferromagnético y el flujo del rotor y la rigidez negativa resultante desde una perspectiva de dinámica de rotor.

Un sistema de control de espacio de aire 10 puede ser acoplado al conjunto de rotor 28 y/o el estator 18 y puede ser usado para controlar uno o más espacios de aire definidos entre el conjunto del rotor 28 y el estator 18 durante la operación del conjunto de rotor/estator 12. Un espacio de aire como es referido en la presente, por ejemplo una distancia entre dos componentes tal como la distancia entre una porción del conjunto de rotor 28 y una porción del estator 18. El sistema de control de espacio de aire 10 puede ser implementado en una variedad de diferentes arreglos que están cada uno configurados para mantener un espacio de aire mínimo entre el conjunto de rotor 28 y el estator y/o proveer un mecanismo para mantener el estator 18 centrado de una región definida por el conjunto de rotor 28. Por ejemplo, si el conjunto de rotor es un conjunto de rotor de un lado como es referido en la presente (por ejemplo, incluye una sola porción de rotor como se describe en la presente) , el sistema de control de espacio de aire 10 puede ser configurado para mantener una distancia mínima entre la porción del rotor del conjunto de rotor 28 y el estator 18. Si el conjunto de rotor 28 es un conjunto de rotor de dos lados como se describe en la presente (por ejemplo, incluye una primera porción de rotor sobre un lado del estator y una segunda porción de rotor sobre el otro lado del estator) , el sistema de control de espacio de aire 10 puede estar configurado para mantener el estator 18 en una posición centrada o sustancialmente centrada entre la primera porción de rotor y la segunda porción del rotor, del conjunto de rotor 28. En una modalidad sin la porción de soporte del extremo 53, el sistema de control de espacio de aire 10 puede también portar la carga de atracción magnética del sistema para mantener la primera porción de rotor 14 espaciada de la segunda porción de rotor 16.

Como se muestra en la figura 2, el conjunto de rotor/estator 12 puede incluir una estructura de soporte del estator 52 que acopla el estator 18 a un cubo de estator estacionario 21. La estructura de soporte del estator 52 puede incluir uno o más elementos de soporte del estator, una abrazadera de soporte del estator y varios otros componentes de soporte (los componentes precedentes no mostrados en la figura 2 por simplicidad de ilustración) dependiendo de la modalidad particular. El estator 18 y/o uno o más componentes de la estructura de soporte del estator 52 puede ser relativamente dúctil o flexible para permitir que el estator 18 sea desviado por una fuerza ejercida por el sistema de control de espacio de aire 10, como se describe en más detalle posteriormente en la presente. El conjunto de rotor/estator 12 también incluye una estructura de soporte de rotor 62 que acopla el conjunto de rotor 28 a uno o más rodamientos 20 que son acoplados al cubo de estator estacionario 21. La estructura de soporte de rotor 62 puede incluir por ejemplo uno o más elementos de soporte del rotor (no mostrados en la figura 2) que pueden acoplar el conjunto de rotor 28 a los rodamientos 20. El conjunto de rotor 28 puede también incluir una porción de soporte del extremo 53 que puede separar la carga de atracción magnética en el sistema.

Los rodamientos 20, pueden ser por ejemplo un rodamiento convencional que puede funcionar para establecer la alineación general, soporte (soporte en peso del conjunto de rotor 28) y proveer fuerzas de localización generales para el conjunto de rotor 28 y el estator 18, también como estabilidad dinámica del rotor general de las partes giratorias y estacionarias. El rodamiento 20 puede ser por ejemplo una película de aceite hidrodinámica, aire, elemento de rodamiento o rodamiento magnético u otro tipo de rodamiento conocido en el arte. El sistema de control de espacio de aire 10 puede funcionar independientemente de los rodamientos principales 20 y puede ser usado para establecer la proximidad relativa de las partes giratorias y estacionarias, por ejemplo en el espacio e aire entre el conjunto de rotor 28 y el estator 18.

Como se muestra en la figura 2, en esta modalidad ejemplar, el conjunto de rotor 28 incluye una primera porción e rotor 14 y una segunda porción de rotor 16 y el estator 18 puede ser dispuesto entre la primera porción del rotor 14 y la segunda porción del rotor 16. Por ejemplo, el estator 18 puede ser dispuesto sustancialmente centrado entre la primera porción de estator 14 y la segunda porción de rotor 16. El conjunto de rotor 28 también incluye por lo menos un imán 30. En algunas modalidades, como se muestra en la figura 2, el conjunto de rotor 28 puede incluir un primer imán 30 acoplado a o soportado por la primera porción del rotor 14 y un segundo imán 31 que tiene polaridad opuesta acoplado a la segunda porción de rotor 16. Cada uno de los imanes 30 y 31 puede incluir, por ejemplo un conjunto de imán o un arreglo de imanes acoplados o soportados por el conjunto de rotor 28. Los imanes 30 y 31 pueden dirigir el flujo en dirección axial de los polos del imán o imán 30 soportado sobre la primera porción de rotor 14 a los polos del imán del imán 31 soportados sobre la segunda porción de rotor 16.

Como se muestra en la figura 2, el conjunto de rotor/estator 12 puede incluir una estructura de soporte del estator 52 que acopla el estator 18 a un cubo de estator estacionario 21. La estructura de soporte del estator 52 puede incluir uno o más elementos de soporte de estator, una abrazadera de soporte del estator y varios otros componentes de soporte (los componentes precedentes no mostrados en la figura 2 por simplicidad de ilustración) dependiendo de la modalidad particular. El estator 18 y/o uno o más componentes de la estructura de soporte del estator 52 puede ser relativamente dúctil o flexible para permitir que el estator 18 sea desviado por una fuerza ejercida por el sistema de control de espacio de aire 10, como se describe en más detalle posteriormente en la presente. El conjunto de rotor/estator 12 también incluye una estructura de soporte del rotor 62 que acopla el conjunto de rotor 28 a uno o más rodamientos 20 que son acoplados al cubo de estator estacionario 21. La estructura del soporte de rotor 62 puede incluir, por ejemplo uno o más elementos de soporte del rotor (no mostrados en la figura 2) que pueden acoplar el conjunto de rotor 28 a los rodamientos 20. El conjunto de rotor 28 puede también incluir una porción de soporte del extremo 53 que puede separar la carga de atracción magnética en el sistema .

Los rodamientos 20 pueden ser por ejemplo un rodamiento convencional que puede funcionar para establecer la alineación general, soporte (soporte del peso del conjunto de rotor 18) y proveer fuerzas de colocación en general para el conjunto de rotor 28 y estator 18, también como estabilidad dinámica del rotor en general de las partes giratorias y estacionarias. El rodamiento 20 puede ser por ejemplo un rodamiento de película de aceite hidrodinámica, aire, elemento rodante o magnético u otro tipo de rodamiento conocido en el arte. El sistema de control de espacio de aire 10 puede funcionar independientemente de los rodamientos principales 20 y puede ser usado para establecer la proximidad relativa de las partes giratorias y estacionarias, por ejemplo, en el espacio de aire entre el conjunto de rotor 20 y el estator 18.

Como se muestra en la figura 2, en esta modalidad ejemplar, el conjunto de rotor 28 incluye una primera porción de rotor 14 y una segunda porción de rotor 16 y el estator 18 puede ser dispuesto entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16. Por ejemplo, el estator 18 puede ser dispuesto sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16. El segundo conjunto de rotor 28 también incluye por lo menos un imán 30. En algunas modalidades, como se muestra en la figura 2, el conjunto de rotor 28 puede incluir un primer imán 30 acoplado a soportado por la primera porción de rotor 14 y un segundo imán 31 que tiene una polaridad opuesta acoplado a la segunda porción de rotor 16. Cada uno de los imanes 30 y 31 puede incluir, por ejemplo un conjunto de imán o un arreglo de imanes acoplados a o suspendidos por el conjunto de rotor 28. Los imanes 30 y 31 pueden dirigir el flujo en una dirección axial desde los polos de imán en el imán 30 soportados sobre la primera porción de rotor 14 a los polos de imán del imán 31 soportados sobre la segunda porción de rotorl 16. üna porción del sistema de control de espacio de aire 10 puede ser dispuesta entre la primera porción de rotor 14 y el estator 18 o una porción de la estructura de soporte del estator 52, tal como por ejemplo la abrazadera de soporte del estator o un elemento de soporte del estator. Una porción del sistema de control de espacio de aire 10 puede ser dispuesta entre la segunda porción del rotor 16 y el estator 18 o una porción de la estructura de soporte del estator 52. En algunas modalidades, más de un sistema de control de espacio de aire 10 puede ser utilizado. Por ejemplo, en algunas modalidades, el sistema de control de espacio de aire 10 puede ser dispuesto como se muestra en la figura 2 y un segundo sistema de control de espacio de aire (no mostrado) puede ser dispuesto para controlar un espacio de aire en otro sitio, tal como por ejemplo en los sitios 33, 35 y 37 mostrados en la figura 2.

Durante la operación del conjunto de rotor/estator 12 si el estator 18 es desviado por el movimiento del conjunto de rotor 28, tal como por ejemplo desviación ya sea de la primera porción de rotor 14 o segunda porción de rotor 16, el conjunto de control de espacio de aire 10 puede inducir una fuerza de centrado que actúa para mover o devolver el estator 18 a un sitio nominalmente centrado entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16. Por ejemplo, si la primera porción del rotor 14 y/o segunda porción de rotor 16 son desviadas por la carga externa o aceleración inercial, el conjunto de control de espacio de aire 10 puede ejercer una fuerza sobre el estator 16 para provocar que el estator 18 mantenga un sitio o locación nominal, por ejemplo, centrado dentro del conjunto de rotor 28 entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16. En otro ejemplo, si el estator 18 sufre una traslación axial en relación con el conjunto de rotor 28 (por ejemplo, debido a una fuerza externa, ya sea temporal o constante, aplicada a la primera porción de rotor 14 y/o segunda porción de rotor 16 que desvía la primera porción de rotor 14 y/o segunda porción de rotor 16 en dirección axial) , la distancia de separación sobre un lado del estator 18 se puede incrementar la distancia de separación en el otro lado del estator 18 puede disminuir. En respuesta, el sistema de control de espacio de aire 10 puede ejercer una fuerza sobre el estator 18 para volver a centrar el estator 18 entre la primera porción del rotor 14 y la segunda porción del rotor 16. En otro ejemplo, si el estator 18 sufre una desviación angular en relación con el conjunto de rotor 28 (de tal manera que en cualquier sección dada del estator 18, la distancia de separación en el diámetro interno del estator 18 es diferente que la distancia de separación en el diámetro externo del estator 18) , entonces el sistema de control de espacio de aire 10 puede ejercer un momento sobre el estator 18 que restaura una distancia de separación uniforme en algunos o todos los puntos entre el estator 18 y cada una de la primera porción de rotor 14 y la segunda porción del rotor 16.

La modalidad descrita anteriormente describe el estator 18 siendo dúctil, pero en modalidades alternativas uno o más rotores pueden ser dúctiles en relación con uno o más estatores. Sin consideración de la modalidad particular, el sistema de control de espacio de aire 10 puede ser usado para transmitir una fuerza desde el elemento relativamente rígido (por ejemplo, el conjunto de rotor 28 en este ejemplo) al elemento relativamente dúctil (por ejemplo, el estator 18 en este ejemplo) para mantener un espacio de aire deseado entre el estator 18 y el conjunto de rotor 28.

En algunas modalidades, el sistema de control de espacio de aire 10 es un sistema activo que incluye un dispositivo generador de fuerza controlable (por ejemplo, un electroimán, un rodamiento de aire, devanados auxiliares) y un controlador de sistema 87 (mostrado en la figura 2) que puede hacer variar la fuerza aplicada al estator 18 en base a una entrada de un sensor 82, tal como por ejemplo un sensor de proximidad o un devanado que detecta retro emf . Ejemplos de tales modalidades son descritos en detalle posteriormente en la presente .

El sistema de control de espacio de aire 10 puede ser implementado en muchas aplicaciones en donde se desea mantener un espacio constante o sustancialmente constante para el desempeño de la máquina y/u operación segura de la máquina. Por ejemplo, el sistema de control de espacio de aire 10 puede ser usado con cualquier maquina con arreglos de imanes, incluyendo motores y generadores de flujo radial, axial y transversal que operan de manera giratoria o lineal.

En algunas modalidades, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir imanes para producir la fuerza para hacer mover el estator 18 y mantener el espacio o separación de aire entre el estator 18 y el conjunto de rotor 28 (por ejemplo, la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16) . Los imanes pueden ser por ejemplo imanes permanentes. Los imanes pueden incluir uno o más imanes y pueden ser por ejemplo un arreglo de imanes o un conjunto de imán. En otras modalidades, los imanes pueden ser electroimanes como se describe posteriormente en la presente para una modalidad alternativa. En algunas modalidades, un primer imán (no mostrado) que tiene una polaridad en una primera dirección puede ser dispuesto sobre la primera porción de rotor 14 y un segundo imán (no mostrado) que tiene una segunda polaridad opuesta a una primera modalidad puede ser acoplado al estator 18 (o estructura de soporte del estator 52) de frente al primer imán. Cuando la separación o espacio entre el primer imán y el segundo imán es disminuido, por ejemplo, debido a una desviación de la primera porción de rotor 14 como se describe anteriormente, una fuerza de repulsión entre el primer imán y el segundo imán será incrementada. Este incremento en fuerza de repulsión ejercerá una fuerza sobre el estator 18 para devolver el estator 18 a una posición de equilibrio (por ejemplo, centrado entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16 después que la fuerza que provoca la desviación es retirada o en una nueva posición desviada en donde la fuerza que provoca la desviación y la fuerza de repulsión de los imanes descrita anteriormente llega a una nueva posición de equilibrio. Similarmente, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir un tercer imán (no mostrado) que tiene una polaridad en una tercera dirección dispuesto sobre la segunda porción de rotor 16 y un cuarto imán (no mostrado) que tiene una cuarta polaridad opuesta a la tercera polaridad acoplado al estator 18 (o la estructura de soporte del estator 52) de frente al tercer imán. El tercer imán y el cuarto imán pueden funcionar de la misma manera como el primer imán y el segundo imán para ejercer una fuerza sobre el estator 18 para controlar el espacio de aire entre el estator 18 y la primera porción de rotor 14 y la segunda porción de rotor 16. Un ejemplo de tal modalidad es descrito en más detalle posteriormente en la presente.

En una modalidad alternativa, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir uno o más rieles de guía (no mostrado) acoplados a la primera porción de rotor 14 y la segunda porción del rotor 16. En tal modalidad, los rieles de guía son también acoplados a un gatillo externo estacionario relativamente rígido (no mostrado) acoplado a la estructura de soporte del estator 52. En servicio, cuando una fuerza externa provoca una desviación axial de la primera porción de rotor 14 o la segunda porción de rotor 16, aquella porción del rotor (14 o 16) se pone en contacto con el riel de guía acoplado a aquel rotor y aplica una fuerza a aquel riel de guía. La fuerza aplicada al riel de guía es luego transmitida desde el riel de guía, por medio del gatillo externo estacionario y a la estructura de soporte del estator 52 en donde provoca que el elemento de soporte del estator de la estructura de soporte del estator 52 limite o impida el movimiento adicional de las porciones del rotor 14, 16 y/o estator 18 y/o impida el contacto entre las porciones de rotor 14, 16 y estator 18 y puede actuar para volver a centrar el estator 18 entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción del rotor 16, mantenido mediante esto el despeje de espacio de aire necesario. Un ejemplo de tal modalidad es descrito en más detalle posteriormente en la presente .

En algunas de tales modalidades, además de los rieles de guía, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir un sistema neumático acoplado al gatillo externo estacionario, que puede ser usado para formar un rodamiento de aire en los rieles de guía para aplicar la fuerza necesaria para volver a colocar (por ejemplo, volver a centrar) el estator 18 sin contacto por la mayoría de las cargas de desviación anticipadas. En algunas de tales modalidades, el sistema de control de espacio de aire es un sistema pasivo. En tales modalidades, los rodamientos de air pueden equilibrar la rigidez. En algunas de tales modalidades, el sistema de control de espacio de aire es un sistema activo. Por ejemplo, el sistema de control de espacio de aire puede incluir un controlador del sistema 87 que puede ser usado para controlar la velocidad de flujo del aire comprimido suministrado a los rodamientos de aire en base a la entrada de un sensor de proximidad 82 o una palanca mecánica o en respuesta a cambios de presión diferenciales provocados por cambios en la proximidad entre el rodamiento de aire y la superficie de acoplamiento, que son incorporados al riel de guía para controlar una válvula de regulación de suministro de aire para incrementar o disminuir el aire admitido al rodamiento de aire en base a la cantidad de fuerza necesaria para resistir la desviación adicional. Ejemplos de tales modalidades alternativas son descritos en más detalle posteriormente en la presente.

En otra modalidad alternativa, además o como una alternativa a los rieles de guía, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir una modalidad alternativa de un sistema activo para mantener la separación o espacio de aire requerido entre el conjunto de rotor 28 y el estator 18. En tal modalidad, los sensores de proximidad 82 pueden detectar una disminución en la distancia de separación de aire entre el conjunto del rotor 28 y el estator 18 y un controlador de sistema 87 puede activar un electroimán para crear o incrementar la fuerza de repulsión magnética entre una extensión del rotor del conjunto de rotor 28 que tiene imanes o polos magnéticos montados al mismo y el gatillo externo estacionario. En una modalidad alternativa, el controlador de sistema puede estar configurado para activar un electroimán para crear una fuerza de atracción magnética entre la extensión del rotor y el gatillo externo estacionario. Ya sea en una instancia u otra, la fuerza es transmitida por medio de los componentes intermedios a la estructura de soporte del estator 52, lo que puede limitar o impedir el movimiento adicional del conjunto de rotor 28 y/o estator 18 para impedir el contacto entre el conjunto de rotor 28 y el estator 18 y puede actuar para volver a centrar el estar 18 dentro del conjunto de rotor 28 (por ejemplo, entre la primera porción de rotor 14 y la segunda porción del rotor 16) y minimizar la variación del espacio de aire. Después que el controlador determina que el espacio de aire tal como es medido por el sensor de proximidad ha sido restaurado a la instancia deseada, desactiva o reduce la corriente a raves del electroimán. Los rieles de guia descritos anteriormente pueden proveer opcionalmente un respaldo mecánico en caso de falla del electroimán. Un ejemplo de tal modalidad de un sistema de control de espacio de aire es descrito en más detalle posteriormente en la presente .

En todavía otra modalidad alternativa, el sistema de control de espacio de aire 10 puede utilizar fuerzas de repulsión de uno o más imanes para volver a centrar o volver a colocar el estator 18 de manera similar como se describe previamente. Por ejemplo, un arreglo de dos o más imanes puede ser acoplado al gatillo externo estacionario y un arreglo de dos o más imanes pueden ser acoplados a una extensión del rotor del conjunto de rotor 28. Los arreglos de imanes pueden incluir una variedad de tipos diferentes, combinaciones y cantidades de imanes. Por ejemplo, el arreglo de imanes sobre el gatillo externo estacionario y/o la extensión del rotor pueden consistir de imanes permanentes, electroimanes y/o una combinación de los mismos. En tal modalidad, los rieles de guía descritos anteriormente pueden opcionalmente ser incluidos para proveer un respaldo mecánico en caso de falla del sistema de imán. Un ejemplo de tal modalidad de un sistema de control de espacio de aire es descrito en más detalle posteriormente en la presente.

En todavía otra modalidad, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir el uso de abrazaderas no ferromagnéticas acopladas al conjunto de rotor 28 y abrazaderas no ferromagnéticas acopladas al estator 18, junto con hileras anulares de imanes acoplados al estator 18 para crear un circuito de escalera de flujo nulo. En tal modalidad, si el conjunto de rotor 28 es desviado por una fuerza externa, de tal manera que las hileras anulares de imanes ya no están centradas sobre el circuito de escalera de flujo nulo, el flujo magnético de las hileras anulares de imanes provocara que la corriente fluya a través del circuito de escalera de flujo lo que a su vez generara un campo magnético de repulsión que empuja las hileras anulares de imanes y el estator a los cuales están acoplados. Como con las modalidades previas, los rieles de guía pueden ser usados para proveer un sistema de control de espacio de aire de respaldo. Un ejemplo de tal modalidad es descrito en más detalle posteriormente en la presente.

En otra modalidad alternativa, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir devanados auxiliares sobre o cerca de las superficies externas del estator 18. En tal modalidad, un controlador de sistema 87 puede medir y comparar la retro-emf de los devanados auxiliares para determinar si el estator se ha movido lejos del centro. Los devanados auxiliares pueden estar por ejemplo sobre una trayectoria de flujo diferente que los devanados primarios del estator 18. El controlador de sistema 87 puede luego enviar corriente alterna al devanado auxiliar (y no el devanado primario del estator 18) para generar una fuerza de atracción a ser ejercida sobre el estator 18. Como con las modalidades previas, los rieles de guía pueden opcionalmente ser usados para proveer un sistema de control de espacio de aire de respaldo. Un ejemplo de tal modalidad es descrito en más detalle posteriormente en la presente.

En otra modalidad alternativa, el sistema de control de espacio de aire 10 puede incluir ruedas, rodillos u otros elementos de aplicación de fuerza mecánica que son acoplados a una porción de la estructura de soporte del estator 52 de una manera relativamente rígida. Cuando una fuerza externa provoca una desviación de una porción de rotor del conjunto de rotor 28, la porción el rotor se pone en contacto con una o más de las ruedas o rodillos y aplica una fuerza a los mismos que es transferida al estator 18 via la estructura de soporte del estator 52.

La figura 3 es una ilustración esquemática de una porción de otra modalidad de un conjunto de rotor/estator. El conjunto de rotor/estator 112 incluye un conjunto de rotor 128, un estator 118, una estructura de soporte de rotor 162 y una estructura de soporte del estator 152. En esta modalidad, el conjunto de rotor 128 es dispuesto para movimiento rotacional en relación con el estator 118. Por ejemplo, el conjunto de rotor 128 puede girar alrededor del eje A-A mostrado en la figura 3. Así, el conjunto de rotor/estator 112 es un ejemplo de un sistema de máquina de flujo axial.

El estator 118 puede incluir los mismos elementos y efectuar las mismas funciones como se describe anteriormente para el estator 18. Por ejemplo, el estator 118 puede soportar un devanado conductor (no mostrado en la figura 3) . La estructura de soporte del estator 152 incluye una abrazadera de soporte del estator 182 que es acoplada al estator 118 y un elemento de soporte del estator 124. El elemento de soporte del estator 124 acopla el estator a un cubo de estator estacionario 121. El conjunto de rotor/estator 112 es un ejemplo de un sistema en el cual el estator 118 es soportado sobre un lado interno del sistema.

En otras palabras, el estator 118 es acoplado a la abrazadera de soporte del estator 132 radialraente hacia adentro de una porción del conjunto de rotor 128.

El conjunto de rotor 128 incluye una primera porción de rotor 114 y una segunda porción de rotor 116 y una porción de soporte del extremo 153. La primera porción de rotor 114 soporta un primer imán 130 y la segunda porción de rotor 116 soporta un segundo imán 131. Cada uno de los imanes 130 y 131 pueden ser los mismos como o similares a y funcionar de la misma manera o similar a los imanes 30 y 31 descritos anteriormente. El estator 118 es dispuesto entre la primera porción de rotor 114 y la segunda porción de rotor 116. Por ejemplo, el estator 118 puede estar centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor 114 y la segunda porción de rotor 116 como se muestra en la figura 3. El conjunto de rotor 128 es acoplado a la estructura de soporte del rotor 162 que incluye elementos de soporte de rotor 122 y rodamiento 120. Los rodamientos 120 proveen el movimiento rotacional del conjunto de rotor 128 en relación con el estator 118.

Se define un espacio de aire en varios sitios entre la primera porción de rotor 114 y el estator 118 y la segunda porción de rotor 116 y el estator 118 y entre el imán 120 y el estator 118 y entre el imán 130 y el estator 118 y el imán 131 y el estator 118. Así, cualquiera de las modalidades de un sistema e control del espacio de aire (no mostrado en la figura 3) como se describe anteriormente con respecto a las figuras 1 y 2 y como se describe en la presente puede ser implementada, en como por ejemplo cualquiera de los sitios de espacio de aire G indicados en la figura 3 para mantener un espacio de aire deseado en aquel sitio.

Como se describe anteriormente, la abrazadera de soporte 132 y/o el elemento de soporte del estator 124 pueden ser flexibles o dúctiles, de tal manera que cuando se ejerce una fuerza sobre la abrazadera del estator 132 y/o el elemento de soporte del estator 124 por el sistema de control del espacio de aire, el estator 118 es movido a una posición en la cual el estator 118 está centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción del rotor 114 y la segunda porción del rotor 116.

La figura 4 es una ilustración esquemática de una porción de otra modalidad de un conjunto de rotor/estator. El conjunto de rotor/estator 212 incluye un conjunto de rotor 228, un estator 218, una estructura de soporte del rotor 262 y una estructura de soporte del estator 252. En esta modalidad, el conjunto de rotor 228 es dispuesto para movimiento rotacional en relación con el estator 218. Por ejemplo, el conjunto de rotor 228 puede girar alrededor del eje A-A mostrado en la figura 4. Así, el conjunto de rotor/estator 212 es un ejemplo de un sistema de máquina de flujo axial.

El estator 218 puede incluir los mismos elementos y efectuar las mismas funciones como se describe anteriormente para el estator 18. Por ejemplo, el estator 218 puede soportar un devanado conductor (no mostrado en la figura 4) . La estructura de soporte del estator 252 incluye una abrazadera de soporte del estator 232 que es acoplada al estator 218 y un elemento de soporte del estator 224. El elemento de soporte del estator 224 acopla el estator 218 a un cubo de estator estacionario 221. El conjunto de rotor/estator 212 es un ejemplo de un sistema en el cual el estator 218 es soportado sobre un lado radialmente externo del sistema. En otras palabras, el estator 218 es acoplado a la abrazadera de soporte del estator 232 al exterior o externo del conjunto de rotor 228.

El conjunto de rotor 228 incluye una primera porción de rotor 214 y una segunda porción de rotor 216 y una porción de soporte del extremo 253. La primera porción de rotor 214 soporta un primer imán 230 y la segunda porción de rotor 216 soporta un segundo imán 231. Cada uno de los imanes 230 y 231 pueden ser los mismos como o similares y funcionando de la misma manera como o similar a los imanes 30 y 31 descritos anteriormente. El estator 218 es dispuesto entre la primera porción de rotor 214 y la segunda porción del rotor 216. Por ejemplo, el estator 218 puede estar centrado o flujo axial.

El conjunto de rotor 228 incluye una primera porción de rotor 214 y una segunda porción de rotor 216 y una porción de soporte del extremo 253. La primera porción de rotor 214 soporta un primer imán 230 y la segunda porción de rotor 216 soporta un segundo imán 231. Cada uno de los imanes 230 y 231 pueden ser los mismos como o similares y funcionando de la misma manera como o similar a los imanes 30 y 31 descritos anteriormente. El estator 218 es dispuesto entre la primera porción de rotor 214 y la segunda porción del rotor 216. Por ejemplo, el estator 218 puede estar centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor 214 y la segunda porción del rotor 216 como se muestra en la figura 4. El conjunto de rotor 228 es acoplado a la estructura de soporte del rotor 262 que incluye un elemento de soporte del rotor 222 y un rodamiento 220. El rodamiento 220 provee el movimiento rotacional del conjunto de rotor 228 en relación con el estator 218.

Se define un espacio de aire en varios sitios entre la primera porción de rotor 214 y el estator 218 y la segunda porción del rotor 216 y el estator 218 y entre el imán 230 y el estator 218 y el imán 231 y el estator 218. Así, cualquiera de las modalidades del sistema de control de espacio de aire (no mostrado en la figura 4) como se describe anteriormente con respecto a las figuras 1 y 2 y como se describe en la presente puede ser implementada por ejemplo en cualquiera de los sitios de espacio de aire G indicados en la figura 4 para mantener un espacio de aire deseado en aquel sitio .

Como se describe anteriormente, la abrazadera de soporte del estator 231 y/o el elemento de soporte del estator 224 puede ser relativamente flexible o dúctil de tal manera que cuando se ejerce una fuerza sobre la abrazadera de soporte del estator 232 y/o el elemento de soporte del estator 224 por el sistema de control de espacio de aire, el estator 218 es movido a una posición en la cual el estator 218 está centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción del rotor 214 y la segunda porción del rotor 216.

Como se describe anteriormente, el conjunto de rotor/estator 112 es un ejemplo de un sistema en el cual el estator 118 es soportado sobre un lado interno del sistema o interno de una porción del conjunto de rotor 128 y el conjunto de rotor/estator 212 es un ejemplo de un sistema en el cual el estator esta soportado sobre un lado externo del sistema o fuera del conjunto de rotor 228. En modalidades alternativas, un estator de un conjunto de rotor/estator puede ser soportado tanto sobre un lado interno como un lado externo .

La figura 5 es una ilustración esquemática de una porción de otra modalidad de un conjunto de rotor/estator. El conjunto de rotor/estator 212 incluye un conjunto de rotor 328, un estator 218, una estructura de soporte del rotor (no mostrada) y una estructura de soporte estator 352. En esta modalidad, el conjunto de rotor 328 puede estar dispuesto para movimiento rotacional en relación con el estator 318 o para movimiento lineal en relación con el estator 318. Por ejemplo, si el eje de rotación del conjunto de rotor 328 es el eje B-B de la figura 5, el conjunto de rotor/estator 312 es un sistema de máquina de flujo axial, similar a las modalidades mostradas en la figura 3. Si el eje de rotación del conjunto de rotor 328 es el eje A-A de la figura 5, el conjunto de rotor/estator 312 es un sistema de máquina de flujo radial. Alternativamente, si el conjunto de rotor 328 se mueve lineal en lugar de rotacionalmente con respecto al estator 318, tal como movimiento alternativo hacia adentro y hacia afuera del plano de la figura 5, perpendicular a los ejes A-A y B-B, el conjunto del rotor/estator 312 tiene una arquitectura de maquina lineal.

El estator 318 puede incluir los mismos elementos y efectuar las mismas funciones como se describe anteriormente para el estator 18. Por ejemplo, el estator 318 puede soportar un devanado conductor (no mostrado en la figura 5) . La estructura de soporte del estator 352 incluye una abrazadera de soporte del estator 332 que es acoplada al estator 318 y un elemento de soporte del estator 324. El elemento de soporte del estator 324 puede acoplar el estator 318 a un cubo de estator estacionario (no mostrado) como se describe anteriormente para modalidades previas. El conjunto de rotor/estator 312 es otro ejemplo de un sistema de estator montado a bordo (similar a de la modalidad mostrada en la figura 3) en el cual el estator 318 es soportado en un lado interno del sistema.

El conjunto de rotor 328 incluye una primera porción de rotor 314 y una segunda porción de rotor 316 y una porción de soporte del extremo opcional 353. La primera porción de rotor 314 soporta un primer imán 330 y la segunda porción de rotor 316 soporta un segundo imán 331. Cada uno de los imanes 330 y 331 pueden ser los mismos como o similares a y funcionar de la misma manera como o similar a los imanes 30 y 31 descritos anteriormente. El estator 318 es dispuesto entre la primera porción de rotor 314 y la segunda porción del rotor 316. Por ejemplo, el estator 318 puede estar centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor 314 y la segunda porción del rotor 316. El conjunto de rotor 328 puede ser acoplado a la estructura de soporte del rotor (no mostrada) que puede incluir un elemento de soporte del rotor y un rodamiento que puede proveer movimiento rotacional del conjunto de rotor 328 en relación con el estator 318.

Se define un espacio de aire en varios sitios entre la primera porción de rotor 314 y el estator 318 y la segunda porción del rotor 316 y el estator 318 y entre el imán 330 y el estator 318 y el imán 331 y el estator 318. Así, cualquiera de las modalidades del sistema de control de espacio de aire (no mostrado en la figura 5) como se describe anteriormente con respecto a las figuras 1 y 2 y como se describe en la presente puede ser implementada por ejemplo en cualquiera de los sitios de espacio de aire G indicados en la figura 5 para mantener un espacio de aire deseado en aquel sitio .

Como se describe anteriormente, la abrazadera de soporte del estator 332 y/o el elemento de soporte del estator 324 pueden ser relativamente flexibles o dúctiles de tal manera que cuando se ejerce una fuerza sobre la abrazadera de soporte del estator 332 y/o el elemento de soporte del estator 324 por el sistema de control de espacio de aire, el estator 318 es movido a una posición en la cual el estator 318 está centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción del rotor 314 y la segunda porción del rotor 316.

La figura 6 es una ilustración esquemática de una porción de otra modalidad de un conjunto de rotor/estator. El conjunto de rotor/estator 412 incluye un conjunto de rotor 428, un estator 418. En esta modalidad, el conjunto de rotor 428 incluye una sola porción de rotor 414 que puede soportar un imán 430. El estator 418 incluye devanados conductores 455 que son enrollados alrededor de una porción de núcleo 457. En algunas modalidades, la porción del núcleo 457 puede ser por ejemplo ferromagnética . La cara de polo del imán 430 está separada de los devanados 455 por un espacio de aire, de tal manera que el flujo magnético fluye en general a y cambia de dirección en el estator 418 y el rotor 428.

El estator 418 puede ser acoplado a una estructura de soporte del estator (no mostrado en la figura 6) y puede ser acoplado a un cubo estacionario (no mostrado en la figura 6) como se describe anteriormente para modalidades previas . El conjunto de rotor 428 puede ser acoplado a una estructura de soporte del rotor (no mostrado en la figura 6) que acopla el conjunto de rotor 428 a un rodamiento (no mostrado en la figura 6) que provee el movimiento del conjunto de rotor 428 en relación con el estator 418 y también soporta la carga primaria del conjunto de rotor/estator 412.· Si el eje de rotación del conjunto de rotor 428 es el eje B-B de la figura 6, el conjunto de rotor/estator 412 es un sistema de máquina de flujo axial. Si el eje de rotación del conjunto de rotor 428 es el eje A-A de la figura 6, el conjunto de rotor/estator 412 es un sistema de máquina de flujo radial. Alternativamente, si el conjunto de rotor 428 se mueve lineal en lugar de rotacionalmente con respecto al estator 418, tal como un movimiento alternativo hacia adentro y hacia afuera del plano de la figura 6, perpendicular a los ejes A-A y B-B, el conjunto de rotor/estator 412 tiene una arquitectura de maquina lineal.

Se define un espacio de aire en varios sitios entre la primera porción de rotor 414 y el estator 418 en el cual se puede implementar una modalidad de un sistema de control de espacio de aire (no mostrado en la figura 6) como se describe en la presente. Por ejemplo, un sistema de control de espacio de aire puede ser usado para controlar el espacio de aire en los sitios G indicados en la figura 6 para mantener un espacio de aire deseado entre el conjunto del rotor 428 y el estator 418. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire puede mantener por ejemplo un espacio o distancia mínima o una distancia nominal entre el estator 418 y la porción del rotor 414, en lugar de centrar el estator 418 dentro del conjunto del rotor 428, por ejemplo como se describe para la porción del rotor 328 y el estator 318 mostrado en la figura 5.

Las figuras 7-10 ilustran una modalidad de un conjunto de rotor/estator axial. El conjunto de rotor/estator 512 incluye un conjunto de rotor 528, un conjunto de estator 518 (véase, por e emplo figuras 8 y 9) , una estructura de soporte del rotor 562 y una estructura de soporte del estator 552. En esta modalidad, el conjunto de rotor 528 es dispuesto para movimiento rotacional en relación con el conjunto de estator 518. El conjunto de estator 518 puede incluir los mismos elementos y efectuar las mismas funciones como se describe anteriormente para modalidades previas. Por ejemplo, el conjunto de estator 518 puede soportar un devanado conductor 555 (véase, por ejemplo la ilustración esquemática de la figura 10) . La estructura de soporte del estator 552 incluye múltiples elementos de soporte de estator 524 y una abrazadera de soporte del estator 532 (véase figura 10) , que es acoplada al conjunto de estator 518. Los elementos de soporte del estator 524 acoplan el conjunto de estator 518 a un cubo de estator estacionario 521 (véase figura 7) . La estructura de soporte del rotor 562 incluye múltiples elementos de soporte del rotor 522 acoplados a un rodamiento 520. El rodamiento 520 es anexado a un cubo 577 que se extiende a través de una abertura central del cubo del estator 521 y puede funcionar similar a un eje para proveer movimiento rotacional del conjunto de rotor 528 en relación con el conjunto de estator 518.

El conjunto de rotor 528 incluye una primera porción de rotor 514, una segunda porción de rotor 516 y una porción de soporte del extremo 553 (véase figura 10) . La primera porción del rotor 514 soporta un primer imán 530 y la segunda porción del rotor 516 soporta un segundo imán 531. Cada uno de los imanes 530 y 531 pueden ser los mismos como o similares a y funcionar de la misma manera o similar a los imanes 30 y 31 descritos anteriormente con respecto a la figura 1. Los imanes 530 y 531 pueden ser por ejemplo conjuntos de polo de imán o un arreglo de imanes que dirigen el flujo en dirección axial desde los polos del imán sobre una porción de rotor (por ejemplo, porción de rotor 514) a los polos de imán de polaridad opuesta sobre la otra porción de rotor (por ejemplo, porción de rotor 516) . Como se muestra, por ejemplo en la figura 9, el imán 530 es montado o soportado sobre un hierro de respaldo de rotor 534 de la porción de rotor 514 con un retén de imán de polo 536. El imán 531 puede ser montado sobre la segunda porción del rotor 516 de manera similar. La primera porción de rotor 514 es acoplada a los múltiples elementos de soporte del rotor 522, que es acoplado al rodamiento 520. La segunda porción del rotor 516 puede ser acoplada a la primera porción del rotor 514 con bloques separadores 526 en una porción de diámetro externo del conjunto del rotor/estator 512, de tal manera que las primeras y segundas porciones del rotor 514 y 516 pueden girar conjuntamente y desviarse principalmente en una dirección axial como un solo subconjunto estructuralmente rígido. Por ejemplo, en algunas modalidades, los bloques separadores 526 pueden ser acoplados a almohadillas de montaje 525 con un perno, tornillo u otro mecanismo de acoplamiento. En algunas modalidades, la porción de soporte de extremo 553 puede ser formada integral o monolíticamente con los bloques separadores 526 (en otras palabras, los bloques separadores 526 y la porción del soporte del extremo 553 son un solo componente) .

El conjunto de estator 518 es dispuesto entre la primera porción de rotor segmentada 514 y la segunda porción de rotor segmentada 516. Por ejemplo, el conjunto de estator 518 puede estar centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor segmentada 514 y la segunda porción de rotor segmentada 516. Como se muestra en la Figura 9, el conjunto de estator 518 puede incluir un arreglo anular de estator segmentos 559. Cada segmento 559 puede incluir un subconjunto de tablero de circuitos impresos como se describe anteriormente para el estator 18.

Como se describe anteriormente, el conjunto de estator 518 es acoplado a la abrazadera de soporte del estator 532, que es acoplada a un reborde del cubo de estator estacionario 521 vía los elementos de soporte estructural 524. El cubo del estator 521 puede ser acoplado a una estructura de soporte y/o arreglo de alojamiento (no mostrado) , que puede mantener además el conjunto de estator 518 en una posición fija o estacionaria. Como se describe anteriormente, la abrazadera de soporte del estator 532 y/o el elemento de soporte del estator 524 pueden ser relativamente flexibles o dúctiles de tal manera que cuando se ejerce una fuerza sobre la abrazadera de soporte del estator 532 y/o el elemento de soporte del estator 524 por el sistema de control de espacio de aire 510 (descrito posteriormente en la presente) , el conjunto de estator 518 puede ser movido.

Refiriéndose ahora a la ilustración esquemática de la Figura 10, se puede definir un espacio de aire en varios sitios entre la primera porción de rotor 514 y el conjunto de estator 518 y entre la segunda porción de rotor 516 y el conjunto de estator 518. Como se describe anteriormente, durante la operación del conjunto de rotor/estator 512, es deseable mantener el espacio de aire o distancia entre las primeras y segundas porciones de rotor 514 y 516 y el conjunto de estator 518. Un sistema de control de espacio de aire 510 puede ser acoplado al conjunto de rotor 528 y/o el conjunto de estator 518 y usado para controlar o mantener una distancia de separación deseada entre las porciones de rotor 514 y 516 y el conjunto de estator 518. Las Figuras 8 y 9 ilustran una porción del sistema de control de espacio de aire 510 acoplado a una porción de circunferencia interna 515 de la porción de rotor 514, que no impide tener el sistema de control de espacio de aire 510 acoplado a un elemento de circunferencia externa 517 en lugar de, o además de la circunferencia interna. Por ejemplo, en modalidades alternativas, un segundo sistema de control de espacio de aire (no mostrado) puede ser dispuesto opcionalmente en una porción radialmente externa 517 de la porción de rotor 514. En otra modalidad alternativa, un sistema de control de espacio de aire 510 puede ser dispuesto solamente en la porción radialmente externa 517 de la porción de rotor 514 en lugar de en la porción radialmente interna 515 de la porción de rotor 514.

Como se muestra en la Figura 9, el sistema de control de espacio de aire 510 puede ser montado al primer hierro de respaldo de rotor de la primera porción de rotor 514 con uno o más retenes de imán de control de espacio de aire 538. El conjunto de control de espacio de aire 510 puede ser acoplado a la segunda porción de rotor 516 de manera similar. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 510 es también acoplado al conjunto de estator 518 como se muestra por ejemplo en la ilustración esquemática de la Figura 10.

Durante la operación del conjunto de rotor/estator 512, si hay movimiento relativo o desviación del conjunto de estator 518 con respecto ya sea a las primeras y segundas porciones de rotor 514 ó 516, el sistema de control de espacio de aire 510 puede inducir una fuerza de centrado que actúa para hacer mover el conjunto de estator 518 a un sitio centrado o sustancialmente centrado entre la primera porción de rotor 514 y la segunda porción de rotor 516. Por ejemplo, si la primera porción de rotor 514 o la segunda porción de rotor 516 son movidas o desviadas por una carga externa o aceleración inercial, el conjunto de control de espacio de aire 510 puede ejercer una fuerza sobre el conjunto de estator 518, provocando que conjunto de estator 518 mantenga un sitio nominal, por ejemplo, centrado entre la primera porción de rotor 514 y la segunda porción de rotor 516.

Más específicamente, cuando el conjunto de estator 518 sufre una traslación axial en relación con la primera porción de rotor 514 y la segunda porción de rotor 516 debido a una fuerza externa (ya sea temporal o constante) aplicada a las porciones del rotor 514 y 516 y que mueve o desvía las porciones de rotor 514 y 516 en una dirección axial, la distancia de separación sobre un lado del conjunto de estator 518 se incrementa y la distancia de separación sobre el otro lado del conjunto de estator 518 disminuye. En respuesta, el sistema de control de espacio de aire 510 ejerce una fuerza sobre el conjunto de estator anular 518 para volver a centrar el conjunto de estator anular 518 entre porciones de rotor anulares 514 y 516. Similarmente, si el conjunto de estator 518 sufre una desviación angular en relación con las porciones de rotor 514 y 516 (de tal manera que en cualquier sección dada del conjunto de estator 518, la distancia de separación en un diámetro interno del conjunto de estator 518 es diferente de la distancia de separación en un diámetro externo del conjunto de estator 518) entonces el sistema de control de espacio de aire 510 ejercerá un momento sobre el conjunto de estator 518 que restaura la distancia de separación uniforme entre el conjunto de estator 518 y cada una de las primeras y segundas porciones de rotor 514 y 516.

Como se muestra en la Figura 10, en esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 510 incluye un primer conjunto de imán 541 acoplado a la primera porción de rotor 514, un segundo conjunto de imán 543 acoplado a la segunda porción de rotor 516, un tercer conjunto de imán 545 acoplado al conjunto de estator 518 y un cuarto conjunto de imán 547 acoplado al conjunto de estator 518. Más específicamente, como se muestra en las ilustraciones esquemáticas de las Figuras 11-16, el primer conjunto de imán 541 puede incluir un imán 540 montado con su polo de imán de frente al sur contra el hierro de respaldo del rotor 534 de la porción de rotor 514 y un imán 542 montado con su polo magnético de frente al norte contra el hierro de respaldo de rotor 534. El conjunto de imán 543 puede incluir un imán 544 montado con su polo magnético de frente al sur contra la abrazadera de soporte del estator 532 (también denominada como "hierro de respaldo del estator"), y un imán 546 montado con su polo de imán de frente al norte contra el hierro de respaldo del estator 532. Similarmente , el tercer conjunto de imán 545 puede incluir un imán 540 montado con su polo de imán de frente al sur contra un hierro de respaldo del rotor 535 de la porción de rotor 516 y un imán 542 montado con su polo de imán de frente al norte contra el hierro de respaldo del rotor 535. El conjunto de imán 547 puede incluir un imán 544 montado con su polo de imán de frente al sur contra el hierro de respaldo del estator 532 y un imán 546 montado con su polo de imán de frente al norte contra el hierro de respaldo del estator 532. Cada uno de los imanes 540, 542, 544 y 546 pueden ser mantenidos en su lugar con retenes de imán 538. Los conjuntos de imán 541, 543, 545 y 547 son montados en un patrón circunferencial alrededor de todo el diámetro interno de la cara interna de las primeras y segundas porciones de rotor 514 y 516 y circunferencialmente alrededor de todo el diámetro interno de ambas caras del conjunto de estator 518.

Los hierros de respaldo del rotor 534 y 535 pueden ser formados por ejemplo, con un material magnéticamente permeable, tal como hierro o acero, y puede proveer tanto una trayectoria de retorno para que flujo pase desde una hilera de imanes 542 a una hilera adyacente de imanes 540 también como proveer rigidez estructural para reaccionar a la fuerza de atracción entre las porciones de rotor 514 y 516 como se muestra por las flechas de flujo de la Figura 12, que ilustran la dirección predominante de flujo. Por ejemplo, la polaridad de una hilera de imanes (por ejemplo, 542) se opone a la polaridad de la hilera de imanes (por ejemplo, 546) que enfrenta a través del espacio de aire. El anillo de abrazadera del estator 532 puede también ser fabricado de un material permeable magnéticamente, que en los imanes de la vecindad 544 y 546 provee una trayectoria de retorno para que el flujo viaje de una hilera de imanes 546 a la hilera de imanes adyacentes 544 como se ilustra en la Figura 12. En modalidades alternativas, una trayectoria de retorno de flujo puede ser creada, por ejemplo, con un arreglo de Halbach o un imán de herradura. Además, aunque esta modalidad muestra imanes de frente al norte dispuestos por encima de imanes de frene al sur, en modalidades alternativas, los imanes de frente al sur pueden ser dispuestos por encima de los imanes de frente al norte.

Los imanes 540, 542, 544 y 546 pueden ser por ejemplo, imanes permanentes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) . Se debe entender, sin embargo, que este es solo un ejemplo del tipo de imán que puede ser usado. Con el arreglo de imán mostrado en la Figura 12, el sistema de control de espacio de aire 510 puede funcionar similar a un rodamiento de imán permanente pasivo de dos lados . Debido a que los imanes opuestos son colocados en un anillo casi continuo alrededor de ambas de las porciones de rotor 514, 516 y el conjunto de estator 518, el efecto del arrastre de corrientes de remolino, que sería inducida por un campo magnético alternante en un sitio dado debido al movimiento relativo puede ser minimizado mediante esto. Aunque un anillo continuo de imanes en forma de arco reduciría adicionalmente este efecto, el espaciamiento implementado en esta modalidad es de tal manera que las discontinuidades presentes pueden ser suavizadas a través del espaciamiento de rotor a estator del sistema de control de espacio de aire. Así, se pueden usar imanes de forma rectangular. En aplicaciones en donde esta dimensión de imán a imán axial es significativamente más pequeño, segmentos de arco o un anillo continuo de imanes puede ser deseable para reducir adicionalmente el arrastre.

Los imanes 540 y 544 son orientados de tal manera que la polaridad de los imanes axialmente opuestos es en direcciones opuestas. Los imanes 542 y 546 son también orientados de tal manera que la polaridad de imanes axialmente opuestos es en direcciones opuestas. Como resultado, las caras de polo norte de los pares de imán 540 y 544 están de frente entre sí y las caras de polo sur de los pares de imanes 542 y 546 están de frente entre sí. Por medio de esta disposición, hay una fuerza de repulsión entre los pares de imanes 540 y 544 también como 542 y 546 (o ambos lados de un conjunto de estator 518) , y esta fuerza se puede incrementar a medida que los pares de imanes son traídos más cerca al reducir la separación física entre ellos. En una posición de equilibrio nominal mostrado en la Figura 12 (esto es, con el conjunto de estator 518 sustancialmente centrado entre la porción de rotor 514 y la porción de rotor 516) , las fuerzas de repulsión ya sea sobre un lado u otro del conjunto de estator 518 son iguales y opuestas, dando como resultado ninguna fuerza neta sobre el conjunto de estator 518.

La Figura 13 muestran el conjunto de rotor/estator 512 después que ha habido una desviación o movimiento ya sea de una u otra de la porción de rotor 514 o la porción de rotor 516 provocada por ejemplo por fluctuaciones en el momento de torsión, velocidad o como resultado de otras dinámicas inerciales, inherentes a o aplicadas externamente al conjunto de rotor/estator 512. Como se muestra en la Figura 13, la separación física o distancia entre los imanes 540 y 542 de la porción de rotor 516 y los imanes 544 y 546 en el lado derecho del conjunto de estator 518 es reducida, dando como resultado un incremento en la fuerza de repulsión entre estos imanes. La separación física o distancia entre los imanes 540 y 542 de la porción del rotor 514 y los imanes 544 y 546 en el lado izquierdo del conjunto de estator 518 es incrementada, dando como resultado una reducción en la fuerza de repulsión entre aquellos imanes. El resultado neto de la fuerza ejercida sobre el conjunto de estator 518 es una fuerza neta a la izquierda, que actúa para mover o centrar el conjunto de estator 518 entre la porción de rotor 514 y la porción de rotor 516. Este re-centrado y equilibrio de fuerzas en los lados izquierdo y derecho del conjunto de estator 518 es mostrado en la Figura 14. La Figura 14 ilustra el conjunto de estator 518 después que el conjunto de estator 518 ha regresado a una posición de equilibrio debido a la remoción de la fuerza externa que provoca el desplazamiento inicial. Se debe notar que esta posición de equilibrio "en reposo" puede ser impulsada de una manera u otra. En otras palabras, no tiene que ser iguales. Por ejemplo, en el caso de una instalación con un eje vertical en donde hay una fuerza de gravedad constante, la posición "en reposo" puede ser desplazada de una manera u otra o inversamente, los elementos que generan fuerza pueden ser dimensionados diferentemente sobre cada lado del conjunto de rotor 514 para obtener una posición "en reposo" deseada.

Adicionalmente , las fuerzas de repulsión entre pares axiales de imanes 540 y 544 y de imanes 542 y 546 contrarrestan la desviación angular del conjunto de estator 518 en relación con las porciones de rotor 514 y 516 al reaccionar contra momentos de doblez como se muestra en la Figura 15. Estos momentos de doblez pueden ser, por ejemplo, el resultado de la desviación en los elementos de soporte del estator 524 o de la carga inercial del conjunto de rotor/estator 512. El momento reactivo aplicado al conjunto de estator 518 por el sistema de control de espacio de aire 510 puede restaurar la distancia de separación uniforme entre el conjunto de estator 518 y cada una de las porciones de rotor 514 y 516, como se muestra en la Figura 16. La Figura 16 ilustra el conjunto de estator 518 cuando el conjunto de estator 518 ha regresado a una posición de equilibrio debido a la remoción del momento aplicado que provoca el desplazamiento inicial.

La rigidez angular de un sistema de control de espacio de aire 510, esto es, su resistencia a la desviación angular del conjunto de estator 518, puede variar con la fuerza de sus imanes, la distancia entre los imanes en la dirección del espacio de aire, la distancia radial de los imanes del extremo radialmente interno del conjunto de estator 518, y la separación radial de los imanes individuales de los conjuntos de imán 541, 543, 545 y 547 establecida por los retenes 538. Así, el sistema de control de espacio de aire 510 puede ser diseñado con un "ancho de pista" deseado o ubicación radial a lo largo de las porciones de rotor 514 y 516 y/o conjunto de estator 518 para obtener la rigidez angular deseada en relación con su rigidez axial (que no depende necesariamente de la ubicación radial) .

Como se describe previamente, el sistema de control de espacio de aire 510 puede mantener la separación o distancia deseada entre dos elementos (por ejemplo, el rotor y el estator) al transmitir una fuerza del primer elemento más rígido al segundo elemento dúctil, en donde el segundo elemento es relativamente dúctil en la dirección de la separación o espacio. Así, en el conjunto de rotor/estator axial 512 descrito anteriormente, que tiene una separación axial, el segundo elemento (esto es, el conjunto de estator 518) es relativamente dúctil en la dirección axial, en tanto que en una máquina que tiene una separación radial, el segundo elemento sería relativamente dúctil en dirección radial .

Un sistema de control de espacio de aire alternativo es mostrado en la Figura 17. En esta modalidad, un sistema de control de espacio de aire 510' es acoplado al conjunto de rotor/estator 512 descrito anteriormente. El sistema de control de espacio de aire 510' puede estar configurado de la misma manera como el sistema de control de espacio de aire 510 excepto que en esta modalidad, la función de retorno de flujo para los imanes 544 y 546 y la función de retorno de flujo para los imanes 542 y 540 puede ser habilitada al insertar un segmento de material permeable magnéticamente pequeño 548 directamente detrás de los imanes 544 y 546 y retenes 538, y detrás de los imanes 542 y 540 y retenes 538 para proveer una trayectoria de retorno de flujo independiente. Los segmentos 548 pueden ser instalados separadamente en un anillo de abrazadera de estator 532 y hierros de respaldo de rotor 534 y 535, que en la vecindad de los imanes de control de espacio de aire (540, 542, 544, 546) , pueden estar compuestos de un material relativamente impermeable, tal como por ejemplo, aluminio, acero inoxidable austenítico o plástico.

La Figura 18 es una ilustración esquemática de un conjunto de rotor/estator axial 612 de acuerdo con otra modalidad. El conjunto de rotor/estator 612 incluye una estructura de soporte del estator 652 que puede soportar uno o más elementos de soporte de estator 624 a los cuales un anillo de abrazadera de estator 632 es acoplado. El anillo de abrazadera del estator 632 puede soportar una circunferencia externa de un estator anular segmentado 618 a lo largo de su propia circunferencia interna. El estator segmentado 618 puede ser configurado de la misma manera como se describe para las modalidades previas y puede soportar un devanado conductor (no mostrado) . El conjunto de rotor/estator 612 también incluye una estructura de soporte de rotor 662, que soporta una circunferencia interna de una primera porción de rotor anular segmentada 614 y una segunda porción de rotor anular segmentada opuesta 616. Las porciones de rotor anulares 614 y 616 son colocadas sobre lados opuestos del estator anular segmentado 618 y puede girar alrededor de un eje A-A en relación con el estator anular 618. La primera porción de rotor 614 soporta un primer imán 630 y la segunda porción de rotor soporta un segundo imán 631. Los imanes 630 y 631 pueden estar configurados de la misma manera como se describe para las modalidades previas. El conjunto de rotor/estator axial 612 incluye además uno o más gatillos externos estacionarios 668 acoplados a ambos lados del anillo de abrazadera de estator 632 en sitios espaciados .

Como se describe anteriormente para modalidades previas, los elementos de soporte del estator 624 pueden ser relativamente dúctiles en una dirección axial en comparación con la estructura de soporte de rotor 662, que es axialmente rígida o dura. La rigidez de los elementos de soporte del estator 624 y la estructura de soporte de rotor 662 en direcciones no axiales puede ser relativa o sustancialmente igual o por lo menos suficiente para satisfacer cualesquier requerimientos estructurales de la aplicación particular en la cual se usa el conjunto de rotor/estator axial 612.

En esta modalidad, el sistema de control espacio de aire 610 incluye rieles de guía 660 acoplados al gatillo externo estacionario 668 y dispuestos entre el gatillo externo estacionario 668 y la primera porción de rotor 614 y entre el gatillo externo estacionario 668 y la segunda porción de rotor 616. Los rieles de guía 660 pueden ser formados con, por ejemplo un material con un bajo coeficiente de fricción y propiedades de desgaste robustas. En operación, cuando una fuerza externa provoca el movimiento (por ejemplo, una desviación axial) ya sea de la porción de rotor anular 614 o la porción de rotor anular 616, aquella porción de rotor se pone en contacto con uno de los rieles de guía 630 y así aplica una fuerza a aquel riel de guía 670. La fuerza es transmitida desde el riel de guía 670 por medio del gatillo externo estacionario 668, anillo de abrazadera del estator 632 y a los elementos de soporte del estator 624 en donde provoca que los elementos de soporte del estator 624 se desvíen en dirección axial. Los elementos de soporte del estator 624 pueden luego impedir o limitar el movimiento adicional de o contacto entre las porciones de rotor anular 614 o 616 y el estator anular 618 y pueden actuar para volver a centrar el estator anular 618 entre la primera porción de rotor anular 614 y la segunda porción de rotor anular 616, manteniendo mediante esto un despeje de separación de aire deseada o distancia entre el estator 618 y las porciones del rotor 614 y 616.

La figura 19 ilustra una modalidad de un sistema de control de espacio de aire alternativo acoplado al conjunto de rotor/estator 612. En esta modalidad, un sistema de control de espacio de aire 710 es un sistema activo que incluye un dispositivo generador de fuerza controlable (en esta modalidad, un rodamiento de aire) y un controlador que hace variar la fuerza aplicada al estator 618 en base a la entrada de sensores de proximidad o palancas mecánicas que son accionadas por el contacto con el riel de guía para colocar la válvula de regulación del suministro de aire del rodamiento de aire. En esta modalidad, un sistema de control de espacio de aire 710 incluye una fuente de suministro de aire comprimido 754 acoplada al conjunto de rotor/estator 612 que provee aire comprimido a un múltiple de suministro de aire 772 que alimenta el aire comprimido a los canales 774 definidos dentro del gatillo externo estacionario 668. Luego el aire comprimido es liberado a través de un orificio 776 integrado al riel de guía 770, formando así un rodamiento de aire. El múltiple de suministro de aire 772 puede incluir uno o más orificios (no mostrados) y puede también incluir un sistema regulador de presión (no mostrado) . Un controlador del sistema 787 es acoplado a y/o en comunicación con el múltiple del suministro de aire 772 y puede controlar el volumen de aire liberado a los canales 774 en base a la entrada de un sensor de proximidad (no mostrado) o palanca mecánica (no mostrada) que puede ser usada para colocar la válvula de regulación de suministro de aire (no mostrada) o responder a cambios de presión a medida que el rodamiento de aire cambia su despeje de 614 o 616 como se describe anteriormente e incrementa o disminuye el flujo como sea necesario para colocar la porción del rotor 614 o 616 en relación con el estator 618. En el último caso, en donde el despeje más pequeño provoca una presión de aire incrementada al interior de la cámara de rodamiento de aire formada por el riel de guía 770, aquella presión incrementada puede ser usada para accionar la válvula de regulación de suministro de aire para incrementar el flujo de aire para incrementar la fuerza de restauración y así mantener la dimensión deseada del espacio de aire.

Durante la operación, cuando el estator anular 618 es centrado entre los rotores 614 y 616, las fuerzas aplicadas por los rodamientos de aire a cada lado del estator anular 618 son iguales y opuestas. Cuando una fuerza externa provoca que las porciones de rotor anulares 614 y 616 se muevan o desvían, el sensor de proximidad puede detectar un cambio correspondiente a un cambio en la distancia entre la porción del rotor y el estator y puede comunicar el cambio detectado al controlador de sistema 787 que puede cambiar las fuerzas ejercidas por los rodamientos de aire. Por ejemplo, el controlador de sistema 787 puede liberar una velocidad de flujo más alta de aire comprimido al rodamiento de aire sobre el lado con el espacio o distancia disminuida entre el estator 618 y la porción del rotor 614 o 616 de tal manera que se ejerce una fuerza incrementada sobre la porción de rotor adyacente y puede liberar menos aire comprimido al rodamiento de aire sobre el lado con la distancia o espacio incrementado entre el estator 618 y la porción del rotor 614 o 616 de tal manera que se ejerce una fuerza disminuida sobre el rotor adyacente . Luego la fuerza resultante neta es transmitida a través del gatillo externo estacionario 638 y al elemento de soporte del estator 624 que puede impedir o limitar el movimiento adicional de o el contacto entre las porciones de rotor anulares 614 o 616 y el estator anular 618, volviendo a centrar así el estator anular 618 entre las porciones de rotor anulares 614 y 616 y minimizando la variación del espacio de aire. Los rieles de guía 770 pueden proveer un medio mecánico de respaldo para mantener el despeje de espacio de aire deseado. Por ejemplo, si los rodamientos de aire fallan, los rieles de guía 770 funcionan como se muestra y describe para la figura 18.

En una modalidad alternativa, el sistema de control de espacio de aire 710 funciona como un sistema pasivo en lugar de un sistema activo. En tal modalidad, el sistema control de espacio de aire 710 puede no incluir un controlador de sistema 787 y un sensor de proximidad. Durante la operación de tal sistema, cuando el estator anular 618 es centrado entre los rotores 614 y 616, las fuerzas aplicadas por los rodamientos de aire a cada lado del estator anular 618 son iguales y opuestas . Cuando una fuerza externa provoca que las porciones de rotor anulares 614 y 616 se muevan o desvíen, las formas ejercidas por los rodamientos de aire cambian a medida que el flujo de aire hacia afuera de la cavidad de rodamiento formada por el riel de guía 670 es restringido. Esta restricción incrementa la presión del aire lo que incrementara la capacidad de carga del rodamiento de aire y permitirá que ejerza una fuerza más alta. Por ejemplo, el rodamiento de aire sobre el lado con el espacio disminuido ejerce una fuerza incrementada sobre la porción de rotor anular adyacente (614 o 616) , mientras que el rodamiento de aire sobre el lado con el espacio incrementado ejerce una fuerza disminuida sobre la porción de rotor anular adyacente (614 o 616) . La fuerza neta resultante es transmitida por medio del gatillo externo estacionario 638 y el elemento de soporte del estator 624, lo que puede impedir o limitar el movimiento adicional de o el contacto entre las porciones de rotor anulares 614 o 616 y el estator anular 618, volviendo a centrar así el estator anular 618 entre las porciones de rotor anular 614 y 616 y minimizando la variación del espacio de aire. Como se describe anteriormente, los rieles de guía 770 pueden proveer un medio mecánico de respaldo para mantener el despeje de espacio de aire necesario. Por ejemplo, si los rodamientos de aire fallan, los rieles de guía 770 funcionan como se muestra y describe para la figura 18.

La figura 20 ilustra una modalidad de un sistema de control de espacio de aire alternativo acoplado al conjunto de rotor/estator 612. En esta modalidad, un sistema de control de espacio de aire 810 es otro ejemplo de un sistema activo que incluye sensores de proximidad para determinar la distancia entre las porciones del rotor 614 y 616 y el estator 618, un dispositivo generador de fuerza controlable (en esta modalidad, electroimanes) y un controlador que hace variar la fuerza aplicada en base a la entrada de los sensores de proximidad. Específicamente en esta modalidad, el conjunto de rotor/estator 612 incluye extensiones de rotor 878 incorporadas con o acopladas a porciones del rotor 614 y 616. En modalidades alternativas que utilizan sensores de proximidad, las extensiones de rotor 878 pueden no estar incluidas. Las extensiones de rotor 878 pueden ser formadas por ejemplo de un material ferromagnético tal como por ejemplo acero. Los conjuntos de electroimán 880 son acoplados al gatillo externo estacionario 668 sobre cada lado del estator 618. Cada uno de los conjuntos de electroimán 880 pueden incluir un sensor de proximidad 882 rodeado por lo menos parcialmente por dos piezas de polo opuestas 884 y una bobina 886 para imantar piezas de polo 884, como se muestra en la figura 21. Los conjuntos de electroimán 880 son dispuestos sobre el gatillo externo estacionario 668, de tal manera que el sensor de proximidad 882 esta de frente a las extensiones del rotor 878. Un controlador de sistema 887 es acoplado a y/o en comunicación con los conjuntos de electroimán 888.

En operación, cuando un sensor de proximidad 882 detecta una disminución en la distancia a la extensión del rotor 878 correspondiente a una distancia entre la porción del rotor 614 o 616 y el estator 618 y compara aquella distancia con una distancia de umbral guardada. Si la distancia detectada es menor que la distancia de umbral guardada, el controlador de sistema 887 puede incrementar la fuerza del magnetismo del conjunto de electroimán 880, de tal manera que se ejerza una fuerza magnética ya sea sobre el estator 618 o la porción del rotor 614 o 616. Específicamente, el controlador de sistema 887 puede activar la bobina 886 del conjunto de electroimán 880, imantando así piezas de polo opuestas 884 y creando una fuerza de atracción magnética entre la extensión del rotor 878 y el gatillo externo estacionario 668. La fuerza es transmitida por medio de la estructura de soporte del estator 652, lo que puede impedir o limitar el movimiento adicional de o el contacto entre las porciones de rotor anulares 614 o 616 y el estator anular 618 y actúa para volver a centrar el estator anular 618 entre las porciones de rotor anulares 614 y 616 y minimizar la variación del espacio de aire. Después que el sensor de proximidad 882 detecta que el espacio de aire deseado esta restaurado, el controlador del sistema 887 desactiva la bobina 886. Como con otras modalidades, los rieles de guía 870 pueden ser incluidos para proveer un respaldo mecánico en caso de falla de los conjuntos de electroimán 880. Aunque esta modalidad fue descrita usando conjuntos de imán 880 que tienen dos piezas de polo opuestas 884, en modalidades alternativas, se pueden utilizar otros tipos de electroimanes.

La figura 22 ilustra una modalidad de otro sistema de control de espacio de aire alternativo acoplado al conjunto de rotor/estator 612. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 910 incluye imanes acoplados al gatillo externo estacionario y a extensiones de rotor de manera similar como se describe anteriormente para el sistema de control de espacio de aire 810. La figura 22 ilustra el uso de imanes permanentes similares a aquellos descritos con respecto a la figura 10-17. En esta modalidad, arreglos de imán 988 son acoplados al gatillo externo estacionario 668 sobre cada lado del estator 618. Los arreglos de imán 988 pueden incluir por ejemplo dos imanes permanentes 990 y 992 montados sobre un hierro de respaldo ferromagnético 994 que son anexados a un lado interno de los gatillos externos estacionarios 668. Por ejemplo, un arreglo de imán 988 puede incluir un imán permanente del polo sur 990 anexado al hierro de respaldo 994 en una posición externa radial y un imán permanente del polo norte 992 anexado al hierro de respaldo 994 en una poción interna radial. Además, los imanes permanentes 996 y 998 son montados sobre extensiones de rotor 978, directamente opuestos a los imanes permanentes 990 y 992, respectivamente.

Los imanes permanentes 990, 992, 996 y 998 pueden ser montados de tal manera que hay una fuerza de repulsión entre pares de imanes 990 y 996 y entre pares de imanes 992 y 998 y esta fuerza se puede incrementar a medida que los pares de imanes son traídos más cerca conjuntamente. En una posición nominal, por ejemplo, en donde el estator anular 618 está centrado entre porciones de rotor anulares 614 y 616, las fuerzas de repulsión entre los pare de imanes ya sea sobre un lado u otro del estator anular 618 son iguales y opuestas, dando como resultado ninguna fuerza neta sobre los elementos de soporte 624. Cuando las porciones de rotor anulares 614 y 616 son desplazados de la posición de equilibrio, sin embargo, hay una fuera de repulsión incrementada entre los pare de imanes sobre el lado con un espacio de aire disminuido (esto es, la distancia entre el estator 618 y la porción del rotor 614 o 616 es disminuida) y una fuerza de repulsión disminuida entre los pares de imanes sobre el lado con un espacio de aire incrementado (esto es, la distancia entre el estator 618 y la porción del rotor 614 o 616 es incrementada) , con una fuerza resultante neta que desvía los elementos de soporte 624 en una dirección para volver a centrar el estator anular 618 entre porciones de rotor anulares 614 y 616. En una modalidad alternativa, los pares de imanes pueden ser dispuestos de tal manera que cuando hay un incremento en la distancia entre las porciones de rotor 614 o 616 y el estator 618 se crea una fuerza de atracción magnética entre los pares de imanes sobre el lado con un espacio de aire incrementado. Aquí otra vez, los rieles de guía 960 pueden opcionalmente ser usados para proveer un sistema de control de espacio de aire de respaldo.

En modalidades alternativas, un sistema de control de espacio de aire se puede usar una combinación de imanes permanentes y electroimanes en lugar de solamente imanes permanentes o solamente electroimanes (como se describe para el sistema de control de espacio de aire 910) . Por ejemplo, en algunas modalidades, se pueden usar uno o más electroimanes sobre un lado del estator y uno o más imanes permanentes pueden ser usados sobre el otro lado del estator. El número de imanes incluidos en los arreglos de imán 988 también puede variar.

La figura 23 ilustra todavía otra modalidad de un sistema de control de espacio de aire acoplado al conjunto de rotor/estator 612. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 1010 incluye una abrazadera no ferromagnética 1091 anexada a gatillos externos estacionarios 688 sobre un lado axial del estator anular 618. En este ejemplo, la abrazadera 1091 es acoplada al lado del estator 618 adyacente a la porción del rotor 614. La abrazadera no ferromagnética 1091 puede retener, por ejemplo una, dos u otra cantidad de hileras anulares de imanes 1093. Las hileras anulares de imanes pueden ser, por ejemplo un arreglo de Halbach u otro arreglo de imanes o imanes y piezas de polo dispuesta para maximizar el flujo que se hace pasar a través del circuito de escalera de flujo nulo.

Una extensión de reborde 1095 de la porción de rotor anular 614 (o del rotor anular 616 si las abrazaderas no ferromagnéticas 1091 son anexadas a gatillos externos estacionarias 668 en el mismo lado como la porción de rotor anular 616) , también fabricada de material no ferromagnético, puede soportar un circuito de escalera de flujo nulo 1097. Los circuitos de escalera de flujo nulo son también conocidos para las personas de habilidad ordinaria en el arte.

Durante la operación, una porción de rotor anular 614 y he aquí el circuito de escalera de flujo nulo 1097 gira detrás de las hileras anulares de imanes 1093, ninguna corriente fluye a través del circuito de escalera de flujo nulo 1097 en tanto que el estator anular 618 permanezca en una posición nominal (por ejemplo, centrado entre las porciones de rotor anulares 614 y 616) . Si las porciones de rotor 614 y 616 son movidas o desviadas por una fuerza externa de tal manera que las hileras anulares de imanes 1093 ya no están centradas sobre el circuito de escalera de flujo nulo 1097, el flujo magnético de las hileras anulares de los imanes 1093 provocara que la corriente fluya a través del circuito de escalera de flujo nulo 1097. Esto a su vez generará un campo magnético de repulsión que empuja las hileras anulares de imanes 1093 y la estructura a la cual están anexados, de regreso hacia el centro del circuito de escalera de flujo nulo 1097. Debido a que las hileras anulares de imanes 1093 están fijas en relación con el estator anular 618, el efecto de centrado creado por la interacción de las hileras anulares de imanes 1093 y el circuito de escalera de flujo nulo 1097 sirve para mantener el estator anular 618 centrado entre porciones de rotor anulares 614 y 616. Los rieles de guía 1060 pueden opcionalmente ser usados para proveer un sistema de control de espacio de aire de respaldo en el caso de que el sistema principal de esta modalidad falle y también para mantener el espacio de aire deseado cuando las porciones de rotor anulares 614 y 616 son detenidas.

La figura 24 ilustra un sistema de espacio de aire de acuerdo con otra modalidad. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 1110 incluye devanados auxiliares 1185 sobre o cerca de las superficies externas del estator anular 618. Por ejemplo, si el estator anular 618 es formado de tableros de circuitos impresos como se revela por ejemplo en la patente estadounidense 7,109,625 incorporada por referencia anteriormente, entonces devanados auxiliares 1165 pueden ser incluidos en las capas externas del estator anular 618, cerca de las porciones de rotor anulares 614 y 616. Los devanados auxiliares 1185 pueden estar en una configuración de devanado diferente que los devanados primarios sobre el estator 618 y pueden tener un conteo de polos ligeramente diferente que los devanados primarios en el estator anular 618. Además, los devanados auxiliares 1185 pueden emplear el mismo esquema de segmentación eléctrico como los devanados primarios, para reducir la complejidad o alternativamente devanados auxiliares 1185 sobre cada tablero de circuito impreso pueden ser segmentados eléctricamente.

En operación, el controlador del sistema 1187 puede medir y comparar la retro-emf de cada par de devanados auxiliares 1185 (esto es, los dos devanados auxiliares 1185 en lados opuestos de un solo tablero de circuitos impresos) . Los devanados auxiliares 1185 pueden estar, por ejemplo en una trayectoria de flujo diferente que los devanados primarios del estator anular 618. Si las retro-emf medidas son iguales, entonces el estator anular 618 es centrado entre las porciones de rotor anulares 614 y 616. Si las retro-emf no son iguale, entonces el estator anular 618 esta descentrado. Cuando esto sucede, el controlador del sistema 1187 envía corriente alterna a los devanados auxiliares 1185 (y no en el lado primario del estator anular 618) sobre el lado del estator 618 con retro-emf relativamente más baja, (el lado del estator 618 con una separación mayor o distancia entre la porción de rotor y el estator 618) para generar una fuerza de atracción que jala el estator anular 618 hacia el rotor en el mismo lado como los devanados auxiliares 1185 que son energizados (esto es, para reducir el espacio en aquel lado) . Después que el estator anular 618 es centrado, se descontinua la aplicación de corriente alterna al devanado auxiliar 1185, de tal manera que ya no genera una fuerza entre ellos. Como con modalidades previas, se pueden usar opcionalmente rieles de guía 1160 tanto como un sistema de control de espacio de aire de respaldo como para controlar el espacio de aire cuando los rotores anulares 614 y 616 son detenidos .

La figura 25 ilustra otra modalidad de un sistema de control de espacio de aire acoplado al conjunto de rotor/estator 612. En esta modalidad, el sistema de control de espacio de aire 1210 incluye ruedas o rodillos 1281 que son anexados giratoriamente a los gatillos externos estacionarios 668. Cada rueda o rodillo 1281 puede ser alineado con su eje A-A en dirección radial en relación con el conjunto de rotor/estator 612. Durante la operación, cuando una fuerza externa provoca una desviación o movimiento de las porciones de rotor anulares 614 y 616, una de las porciones del rotor 614 y 616 se ponen en contacto con una o más de las ruedas o rodillos 1281 y aplica fuerza a los mismos. Aquella fuerza es transferida a través de los gatillos externos 668 y provoca que los elementos de soporte del estator 624 se vuelvan o desvíen para volver a centrar el estator anular 618 entre las porciones de rotor anulares 614 y 616 y mantener mediante esto el despeje de espacio de aire deseado entre el estator 618 y las porciones de rotor 614 y 616.

La figura 26 es una ilustración de una porción de un conjunto de rotor/estator radial 1312, el conjunto de rotor/estator radial 1312 incluye un estator 1318 dispuesto entre una primera porción del rotor 1314 y una segunda porción del rotor (no mostrada) . El estator 1318 es acoplado a una abrazadera de soporte del estator 1332 que acopla el estator 1318 a elementos de soporte del estator 1324. La porción de rotor 1314 puede también ser acoplada a una estructura de soporte del rotor (no mostrada) como se describe para modalidades previas. Un sistema de control de espacio de aire 1310 es acoplado a la abrazadera de soporte del estator 1332 y la primera porción del rotor 1314 e incluye un arreglo de imanes, tales como los conjuntos de imán descritos con respecto a las figuras 10-17. En modalidades alternativas, un sistema de rotor/estator radial puede incluir cualquiera de las varias configuraciones de un sistema de control de espacio de aire descrito en la presente .

Las figuras 27 y 28 son ilustraciones esquemáticas de una modalidad de un conjunto de rotor/estator de flujo radial tipo copa. El conjunto de rotor/estator 1412 incluye un conjunto de rotor 1428, un estator 1418 y una estructura de soporte del estator 1473. En esta modalidad, el conjunto de rotor 1428 es dispuesto para movimiento rotacional en relación con el estator 1418. La estructura de soporte del estator 1473 soporta el estator 1418 e incluye un rodamiento principal 1420 y un cubo de estator 1421 y puede incluir otros componentes de soporte no mostrados en la figura 27 y 28.

El conjunto de rotor 1428 incluye una porción cilindrica 1414 y una porción de soporte del extremo 1453 que forman colectivamente una configuración de copa. La porción cilindrica 1414 soporta un arreglo cilindrico de imanes 1430. El arreglo de imanes 1430 puede ser acoplado a un hierro de respaldo del rotor 1435 del conjunto de rotor 1428. El arreglo de imanes 1430 puede ser el mismo como o similar a y funcionar de la misma manera como o similar a por ejemplo los imanes 30 y 31 descritos anteriormente con respecto a la figura 2. La porción de soporte del extremo 1453 es acoplada a un extremo de un eje giratorio 1475 que es soportado en un rodamiento 1420 y se extiende a través de una abertura central del cubo de estator 1421. El rodamiento 1420 puede ser el mismo como o similar a y funcionar de la misma manera como o similar al rodamiento principalmente y otros rodamientos descritos en la presente. Por ejemplo, el rodamiento 1420 puede soportar el eje 1475 para movimiento rotacional del conjunto de rotor 1428 en relación con el estator 1418.

El extremo de la porción cilindrica 1414 opuesto a la porción de soporte del extremo 1453 está sin soportar o abierta. El diámetro y/o longitud del conjunto de rotor 1428 puede ser configurado con una masa deseada para obtener una rigidez deseada del conjunto de rotor 1428 y estructura de soporte 1473 que resistirá las fuerzas de atracción (radiales en esta ilustración) entre los imanes del rotor 1430 y el estator 1418.

El estator 1418 puede incluir los mismos elementos y efectuar las mismas funciones como se describe anteriormente para modalidades previas. Por ejemplo, el estator 1418 incluye una pluralidad de núcleos, por ejemplo núcleos ferromagnéticos como se describe anteriormente con referencia a la figura 6, distribuidos alrededor de la superficie externa cilindrica del estator 1418, alrededor de cada uno de los cuales se enrolla devanado conductor 1455. La estructura de soporte del rotor/estator 1473 puede también incluir por ejemplo una abrazadera de soporte del estator (no mostrada) y elementos de soporte de estator (no mostrados) que pueden acoplar el estator 1418 al cubo de estator 1421. Como se muestra en la figura 27, el estator 1418 es dispuesto en el interior de la porción cilindrica 1414 del conjunto de rotor 1428. Por ejemplo, el estator 1418 puede estar centrado o sustancialmente centrado concéntricamente dentro de la porción cilindrica 1414.

En esta modalidad, el extremo sin soportar del conjunto de rotor 1428 puede responder a fuerzas electromagnéticas variables de la geometría del conjunto de rotor 1428 y el estator 1418 al vibrar. Por ejemplo, modos de vibración de preocupación que pueden provocar ya sea "modos de respiración" en los cuales la porción cilindrica del conjunto de rotor 1428 comienza a deformarse y a convertirse en forma de lóbulo en dirección radial y/o el conjunto de rotor 1428 desvía una membrana de soporte en la conexión del rodamiento principal 1420 y el extremo abierto del conjunto de rotor 1428 se vuelve más cercano al estator 1418 en un lado que en el otro lado del estator 1418 a medida que el conjunto de rotor 1418 gira. La adición de un sistema de control de espacio de aire de contacto o sin contacto, activo o pasivo como se describe en la presente en el extremo abierto del conjunto de rotor tipo copa 1428 puede eliminar o mitigar los efectos de vibración para permitir longitudes y diámetros mayores para tales maquinas, lo que es deseable para obtener un momento de torsión y clasificaciones de potencia más altos .

Como se muestra en la figura 28, el sistema de control de espacio de aire 1410 puede ser acoplado al estator 1418 y/o el conjunto de rotor 1428 y usarse para controlar y/o mantener un (os) espacio (s) de aire deseado (s) definido (s) entre el estator 1418 y el conjunto de rotor 1428. El sistema de control de espacio de aire 1410 puede ser de cualquiera de las varias configuraciones para el sistema de control de espacio de aire descrito en la presente y puede ser acoplado al conjunto de rotor/estator 1412 en varios sitios (diferentes de la ubicación mostrada en la figura 28) . Como se describe anteriormente para modalidades previas, durante la operación del conjunto de rotor/estator 1412 si hay movimiento relativo o desviación del estator 1418 con respecto a la porción del rotor cilindrica 1414, el sistema de control de espacio de aire 1410 puede inducir una fuerza de centrado que actúa para hacer mover el estator 1418 a un sitio centrado o sustancialmente centrado dentro de la porción cilindrica 1414. Por ejemplo, si la porción cilindrica 1414 es movida o desviada por una carga externa o aceleración inercial, el conjunto de control de espacio de aire 1410 puede ejercer una fuerza sobre el estator 1418, provocando que el estator 1418 mantenga un sitio nominal, por ejemplo centrado dentro de la porción cilindrica 1414. La figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un método para controlar un espacio de aire de acuerdo con una modalidad. El método incluye el 1561 detectar la distancia entre un primer elemento que soporta un devanado y un segundo elemento que soporta el imán. El segundo elemento es dispuesto a una distancia que no es cero desde el primer elemento y esta configurado para moverse en relación con el primer elemento. En 1563, la distancia detectada es comparada con una distancia de umbral. En 1565, si la distancia detectada es menor que la distancia de umbral, un dispositivo de control de espacio de aire acoplado a uno del primer elemento o el segundo elemento es activado de tal manera que se ejerce una fuerza sobre uno del primer elemento y el segundo elemento y la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es incrementada. El dispositivo de control de espacio de aire puede ser por ejemplo un componente separado del primer elemento generador de flujo y el segundo elemento generador de flujo.

En algunas modalidades, la activación del dispositivo incluye incrementar la intensidad del magnetismo de un electroimán dispuesto por lo menos parcialmente entre una porción del primer elemento y una porción del segundo elemento es incrementada de tal manera que se ejerce una fuerza magnética sobre uno del primer elemento y el segundo elemento por el electroimán y la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es incrementada. En algunas modalidades, la activación del dispositivo incluye enviar una corriente alterna a un devanado auxiliar acoplado al primer elemento, de tal manera que se genera una fuerza de atracción que provoca que el primer elemento se mueva hacia el segundo elemento y la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es incrementada.

Mientras que las modalidades descritas anteriormente ilustran el uso de varias configuraciones para mantener un espacio de aire o distancia entre un rotor y un estator, ya sea en una u otra de la circunferencia interna o la circunferencia externa del estator, otras variaciones son posibles. Por ejemplo, se puede implementar un sistema de control de espacio de aire tanto en la circunferencia interna como en la circunferencia externa del estator. Se puede implementar un sistema de control de espacio de aire en una variedad de diferentes sitios como se ilustra y descargue por ejemplo con respecto a las figuras 3-6. Además, se puede implementar un sistema de control de espacio de aire para controlar el espacio de aire tanto en un sistema de rotor de dos lados como en un sistema de rotor de un lado (véase, por ejemplo figura 6) . Por ejemplo, como se describe en la presente, para un sistema de rotor de dos lados, el sistema de control de espacio de aire puede controlar y mantener el estator en una posición centrada entre la primera porción de rotor y la segunda porción del rotor. En un sistema de un lado, el sistema de control de espacio de aire puede controlar y mantener el estator a una distancia mínima del rotor.

Los sistemas de control de espacio de aire como se describen en la presente pueden ser usados en máquinas electromagnéticas de muchas variedades, incluyendo maquinas electromagnéticas de flujo axial, radial y transversal y maquinas que utilizan movimiento axial, radial o lineal. Por ejemplo, un sistema de control de espacio de aire puede ser usado en máquinas electromagnéticas que tienen un estator con una circunferencia externa suspendida libremente, una circunferencia interna suspendida libremente o una circunferencia interna y externa fijas. El sistema de control de espacio de aire como se describe en la presente puede ser usado en una maquina en la cual un espacio o distancia deseada entre un componente estacionario y un componente que se mueve en relación con el componente estacionario es deseable .

Los controladores del sistema 787, 887 y 1187 descritos en la presente cada uno pueden incluir el uso de una computadora o computadoras. Como se usa en la presente, el termino computadora pretende ser interpretado ampliamente para incluirá una variedad de sistemas y dispositivos, incluyendo computadores personales, computadoras portátiles, computadoras principales, descodificadores , reproductores de disco versátil digital (DVD) y los semejantes. La computadora puede incluir por ejemplo procesadores, componentes de memoria para guardar datos (por ejemplo, memoria de solo lectura (ROM y/o memoria de acceso aleatorio (RAM) ) otros dispositivos de almacenamiento, varios dispositivos y/o módulos de comunicación de entrada/salida para capacidades de interface de red, etc. Varias funciones de los conjuntos de rotor/estator y sistemas de control de espacio de aire descritos en la presente pueden ser efectuadas mediante elementos de programación y/o elementos físicos.

Algunas modalidades descritas en la presente son concernientes con un producto de almacenamiento por computadora con un medio que se puede leer por computadora no transitorio (también puede ser referido como un medio que se puede leer por procesador no transitorio) que tiene instrucciones o códigos de computadora en el mismo para efectuar varias operaciones implementadas por computadora. El medio que se puede leer por computadora (o medio que se puede leer por procesador) es no transitorio en el sentido que no incluye señales de preparación transitorias per se (por ejemplo, una onda electromagnética que se propaga que porta información en un medio de transmisión tal como espacio o cable) . El medio y códigos de computadora (también puede ser referido como código) pueden ser aquellos diseñados y construidos para el propósito específico o propósitos específicos. Ejemplos de medios que se pueden leer por computadora no transitorios incluyen pero no están limitados a: medios de almacenamientos magnéticos tales como discos duros, discos flexibles y cinta magnética; medios de almacenamiento ópticos tales como discos compactos/disco de video digital (CD/DVD) , memorias de solo lectura de disco compacto (CD-ROM) y dispositivos holográficos ; medios de almacenamiento magneto-ópticos tales como discos ópticos; módulos de procesamiento de señal de onda portadora y dispositivos de elementos físicos que están configurados especialmente para almacenar y ejecutar códigos de programa, tales como circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) , dispositivos lógicos programables (PLD) , memoria de solo lectura (ROM) y dispositivos de memoria de acceso aleatorio (RAM) .

Ejemplos de códigos de computadora incluyen pero no están limitados a micro códigos o micro instrucciones, instrucciones de máquina, tal como son producidos por un compilador, códigos usados para producir un servicio web y archivos que contienen instrucciones de nivel superior que son ejecutadas por una computadora usando un intérprete. Por ejemplo, las modalidades pueden ser implementadas utilizando java, C++ u otros lenguajes de programación (por ejemplo, lenguajes de programación orientados al objeto) y herramientas de desarrollo. Ejemplos adicionales de códigos de computadora incluyen pero no están limitados a señales de control, códigos encriptados y códigos comprimidos.

En tanto que varias modalidades han sido descritas anteriormente, se debe entender que son presentadas a manera de ejemplo solamente, no de limitación y se pueden hacer varios cambios en forma y detalle. Cualquier porción de los sistemas, aparatos y/o métodos descritos en la presente pueden ser combinados en cualquier combinación, excepto combinaciones mutuamente exclusivas. Las modalidades descritas en la presente pueden incluir varias combinaciones y/o sub-combinaciones de las funciones, conponentes y/o elementos de las diferentes modalidades descritas. Por ejemplo, aunque se describe un controlador de sistema con referencia a ciertas modalidades, un controlador de sistema puede estar incluido en cualquiera de las modalidades de un sistema de control de espacio de aire descrito en la presente. En otro ejemplo, aunque se describen tipos y cantidades específicos de imanes con referencia a modalidades específicas, se debe entender que otros tipos y cantidades de imanes pueden alternativamente ser usados. Además, una maquina (por ejemplo, un conjunto de rotor/estator) puede utilizar cualquier combinación de aplicaciones de un sistema de control de espacio de aire dentro de la máquina.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato caracterizado porque comprende: un primer elemento que soporta un elemento portador de flujo magnético; un segundo elemento que soporta un elemento generador de flujo magnético, el segundo elemento dispuesto para movimiento en relación con el primer elemento y un sistema de control de espacio de aire que incluye un dispositivo de control de espacio de aire es acoplado a por lo menos uno del primer elemento o el segundo elemento, el sistema de control de espacio de aire incluye un dispositivo de control de espacio de aire configurado para ejercer una fuerza sobre uno del primer elemento y el segundo elemento en respuesta al movimiento del otro del primer elemento y el segundo elemento en una dirección que reduce la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento a por lo menos uno para mantener una distancia mínima entre el primer elemento y el segundo elemento o centrar sustancialmente el uno del primer elemento y el segundo elemento dentro de una región definida por el otro del primer elemento y el segundo elemento, el dispositivo de control de espacio de aire está separado de un circuito de flujo magnético primario formado entre el primer elemento y el segundo elemento.

2. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer elemento es un estator y el elemento portador de flujo magnético es un devanado y el segundo elemento es un rotor y el elemento generador de flujo magnético incluye un imán.

3. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un primer imán acoplado al primer elemento y un segundo imán acoplado al segundo elemento entre el primer elemento y el primer imán, el primer imán tiene una polaridad en una primera dirección y el segundo imán tiene una polaridad en una segunda dirección opuesta, la fuerza ejercida sobre uno del primer elemento y el segundo elemento es provocada por una fuerza de repulsión entre el primer imán y el segundo imán que se incrementa cuando la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es disminuida.

4. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un riel de guía acoplado al primer elemento, la fuerza ejercida sobre el uno del primer elemento y el segundo elemento es una fuerza transferida del segundo elemento al primer elemento vía el riel de guía.

5. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un rodamiento de aire configurado para ejercer la fuerza sobre el primer elemento en respuesta al movimiento del segundo elemento en una dirección que reduce la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento.

6. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un electroimán y un sensor de proximidad, el electroimán está configurado para ejercer la fuerza sobre el uno del primer elemento y el segundo elemento cuando el sensor de proximidad detecta que la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es menor que una distancia de umbral.

7. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un elemento de rueda dispuesto adyacente al segundo elemento, el elemento de rueda está configurado para ejercer la fuerza sobre el primer elemento en respuesta al movimiento del segundo elemento en una dirección que reduce la distancia entre el primer elemento y segundo elemento.

8. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un devanado auxiliar acoplado al primer elemento y un controlador del sistema, el controlador del sistema está configurado para energizar el devanado auxiliar de tal manera que se ejerza una fuerza de atracción sobre el primer elemento en respuesta al movimiento del segundo elemento en una dirección que reduce la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento.

9. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo elemento es dispuesto para movimiento rotacional en relación con el primer elemento.

10. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo elemento es dispuesto para movimiento lineal en relación con el primer elemento.

11. Un aparato caracterizado porque comprende: un estator acoplado a una estructura de soporte del estator, el estator soporta un elemento portador de flujo magnético; un rotor dispuesto para movimiento en relación con el estator, el rotor tiene una primera porción del rotor y una segunda porción del rotor y soporta un elemento generador de flujo magnético, el estator es dispuesto entre la primera porción de rotor y la segunda porción del rotor y un sistema de control de espacio de aire es acoplado a por lo menos uno del rotor o el estator, el sistema de control de espacio de aire está configurado para ejercer una fuerza sobre el estator en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el rotor y el estator para mantener el estator sustancialmente centrado entre la primera porción del rotor y la segunda porción del rotor .

12. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un primer imán acoplado al estator y un segundo imán acoplado al rotor entre el estator y el primer imán, el primer imán tiene una polaridad en una primera dirección y el segundo imán tiene una polaridad en una segunda dirección opuesta, la fuerza ejercida sobre uno del estator es provocada por una fuerza de repulsión entre el primer imán y el segundo imán que se incrementa cuando la distancia entre el estator y el rotor disminuida.

13. El aparato de la reivindicación al, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un riel de guía acoplado al estator, la fuerza ejercida sobre el estator es una fuerza transferida desde el rotor al estator vía el riel de guía en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el rotor y el estator.

14. El aparato de la reivindicación 11, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un rodamiento de aire configurado para ejercer la fuerza sobre el estator en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el estator y el rotor .

15. El aparato de la reivindicación 11, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un electroimán y un sensor de proximidad, el electroimán está configurado para ejercer la fuerza sobre el uno el estator cuando el sensor de proximidad detecta que la distancia entre el estator y el rotor es menor que una distancia de umbral.

16. El aparato de la reivindicación 11, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un elemento de rueda dispuesto adyacente al rotor, el elemento de rueda está configurado para ejercer la fuerza sobre el estator en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el rotor y el estator.

17. El aparato de la reivindicación 11, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un devanado auxiliar acoplado al estator y un controlador del sistema, el controlador del sistema está configurado para energizar el devanado auxiliar de tal manera que se ejerza una fuerza de atracción sobre el estator en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el estator y el rotor.

18. Un aparato caracterizado porque comprende: un estator acoplado a un elemento de soporte el rotor y que soporta un devanado; un rotor dispuesto para movimiento en relación con el estator, el rotor soporta un imán y es dispuesto en relación con el estator de tal manera que el imán es espaciado del devanado por una distancia predeterminada y un sistema de control de espacio de aire acoplado a por lo menos uno del rotor o el estator, el sistema de control de espacio de aire incluye un primer imán acoplado al rotor y un segundo imán acoplado al estator, entre el estator y el primer imán, el primer imán tiene una polaridad en una primera dirección y el segundo imán tiene una polaridad en una segunda dirección opuesta, el primer imán y el segundo imán son dispuestos de tal manera que la fuerza de repulsión entre el primer imán y el segundo imán se incrementa cuando la distancia entre el imán y el devanado es disminuida debido al movimiento relativa del rotor y el estator de tal manera que el estator y el rotor son impulsados para separarse.

19. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire incluye un tercer imán acoplado al rotor y un cuarto imán acoplado al rotor entre el estator y el tercer imán, el tercer imán tiene una polaridad en una primera dirección y el cuarto imán tiene una polaridad en una segunda dirección opuesta, el tercer imán y el cuarto imán son dispuestos de tal manera que la fuerza de repulsión entre el tercer imán y el cuarto imán se incrementa cuando la distancia entre el imán y el devanado es disminuida debido al movimiento relativo del estator y el rotor de tal manera que el estator y el rotor son impulsados para separarse .

20. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire, el aparato está caracterizado porque comprende además: sistema de control de espacio de aire secundario acoplado a por lo menos uno del estator o el rotor, el segundo sistema de control de espacio de aire está configurado para ejercer una fuerza sobre el estator en respuesta al movimiento del rotor en una dirección que reduce la distancia entre el rotor y el estator para mantener el estator sustancialmente centrado entre la primera porción del rotor y la segunda porción del rotor.

21. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el sistema de control de espacio de aire, es un primer sistema de control de espacio de aire, el aparato está caracterizado porque comprende además: sistema de control de espacio de aire acoplado a por lo menos uno del estator o el rotor, el segundo sistema de control de espacio de aire incluye un tercer imán acoplado al rotor y un cuarto imán acoplado al estator entre el estator y el tercer imán, el tercer imán tiene una polaridad en una primera dirección y el cuarto imán tiene una polaridad en una segunda dirección opuesta, el tercer imán y el cuarto imán son dispuestos de tal manera que la fuerza de repulsión entre el tercer imán y el cuarto imán se incrementa cuando la distancia entre el imán y el devanado es disminuida debido al movimiento relativo del estator y el rotor de tal manera que el estator fueron forzados a separarse.

22. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el rotor del impulso para movimiento rotacional en relación con el estator.

23. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el rotor es dispuesto para movimiento lineal en relación con el estator.

24. El aparato de la reivindicación 18, caracterizado porque el primer imán incluye un primer arreglo de imanes permanentes y el segundo imán incluye un segundo arreglo de imanes permanentes .

25. Un método caracterizado porque comprende: detectar la distancia entre un primer elemento que soporta un elemento portador de flujo magnético y un segundo elemento que soporta un elemento generador de flujo magnético, el segundo elemento es dispuesto a una distancia que no es cero del primer elemento y está configurado para moverse en relación con el primer elemento,- comparar la distancia detectada con una distancia de umbral y si la distancia detectada es menor que la distancia de umbral, activar un dispositivo de control de espacio de aire acoplado a por lo menos uno del primer elemento o el segundo elemento, de tal manera que se ejerce una fuerza sobre el uno del primer elemento y el segundo elemento y la distancia entre el segundo elemento y el primer elemento es incrementada, el dispositivo de control de espacio e aires está separado del elemento generador de flujo magnético y el elemento portador de flujo magnético.

26. El aparato de la reivindicación 25, caracterizado porque la activación del dispositivo de control de espacio de aire incluye incrementar la intensidad del magnetismo de un electroimán dispuesto por lo menos parcialmente entre una porción del primer elemento y una porción del segundo elemento, de tal manera que se ejerce una fuerza magnética sobre uno del primer elemento y el segundo elemento por electroimán y la distancia entre el primer elemento es incrementada .

27. El aparato de la reivindicación 25, caracterizado porque la activación del dispositivo de control de espacio de aire incluye enviar una corriente alterna a un devanado auxiliar acoplado al primer elemento de tal manera que se genera una fuerza de atracción que provoca que el primer elemento se mueva hacia el segundo elemento y la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es incrementada

28. El aparato de la reivindicación 25, caracterizado porque la activación del dispositivo de control de espacio de aire incluye liberar una velocidad de flujo más alta de aire comprimido a un rodamiento de aire acoplado a por lo menos uno del primer elemento o el segundo elemento, de tal manera que se ejerce una fuerza incrementada sobre el segundo elemento y la distancia entre el primer elemento y el segundo elemento es incrementada.

29. El método de la reivindicación 25, caracterizado porque la comparación de la distancia detectada con una distancia de umbral incluye comparar la distanc9a detectada con una distancia mínima entre el primer elemento y el segundo elemento.

30. El método de la reivindicación 25, caracterizado porque la fuerza extra ejercida sobre el primer elemento de tal manera que el primer elemento es centrado entre una primera porción y una segunda porción del segundo elemento.