PT1891346E - Dispositivo de chumaceira magnética de um veio de rotor contra um estator com elementos de discos de rotor e elementos de disco do estator que engrenam uns com os outros - Google Patents

Description

1 DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO DE CHUMACEIRA MAGNÉTICA DE UM VEIO DE ROTOR CONTRA UM ESTATOR COM ELEMENTOS DE DISCOS DE ROTOR E ELEMENTOS DE DISCO DO ESTATOR QUE ENGRENAM UNS COM OS OUTROS" A invenção refere-se a um dispositivo para o apoio magnético de um veio de rotor contra um estator com as seguintes caracteristicas: a) Uma primeira parte da chumaceira está ligada com o veio do rotor e rodeada sob um espaçamento mútuo,por uma segunda parte da chumaceira associada ao estator, b) a primeira parte da chumaceira contém, orientados na perpendicular para com o eixo do veio do rotor, elementos de discos do rotor magnéticos suaves, dispostos sucessivamente em direção do eixo, os quais estão respetivamente espaçados sob formação de um intervalo, c) a segunda parte da chumaceira contém, orientados na perpendicular para com o eixo do veio de rotor, na direção do eixo do veio do rotor, dispostos sucessivamente, espaçados entre si elementos de discos do estator magnéticos suaves, os quais se projetam respetivamente num dos intervalos dos elementos de discos do rotor contíguos, d) entre os elementos é formado um fluxo magnético orientado essencialmente no sentido axial.

Um dispositivo de chumaceira correspondente destaca-se por exemplo da DE 38 44 563.

Dispositivos de chumaceiras magnéticas permitem um apoio sem contacto e resistente ao desgaste de peças móveis. Estas não 2 necessitam de lubrificantes e podem ser construídas com pouca fricção.

Os dispositivos usuais (convencionais) de chumaceiras radiais ou axiais magnéticas aplicam forças magnéticas entre eletroímanes estáticos de um estator e elementos ferromagnéticos de um rotor em corrotação. As forças magnéticas são neste tipo de apoio sempre de atração. Como consequência disto não pode em princípio ser atingido um apoio intrínseco estável em todas as três direções espaciais. Dispositivos de chumaceiras magnéticas deste gémero necessitam portanto de uma regulação de apoio ativa, a qual por intermédio de sensores do apoio e circuitos de regulação comanda os fluxos dos eletroímanes e que impedem divergências do corpo do rotor da sua posição teórica. A regulação de diversos canais a ser realizada requer uma dispendiosa eletrónica de potência. Dispositivos de chumaceiras magnéticas são por exemplo aplicados em bombas turbo-moleculares, ultracentrífugas, fusos de andamento rápido de máquinas de ferramentas e tubos de raio-x com ânodos rotativos; também é do conhecimento geral uma aplicação em motores, geradores, turbinas e compressores. A estruturação básica de um correspondente dispositivo de chumaceira 30 é esboçada na fig. 1. Na figura estão assinalados dois rolamentos radiais ativos 31 e 32 com imãs de excitação 33 e 34 e rotores de rolamento 35 e 36 num veio de rotor 37, um rolamento ativo axial 38 com discos de rotor 39 e 40 no veio de rotor 37 e enrolamentos concêntricos 42i nos discos de rotor bem com cinco sensores de distância 41a até 41e conforme indicado pelos respetivos dois graus de liberdade laterais por rolamento radial e por um grau de liberdade do rolamento axial. São além disso necessários cinco circuitos de regulação rl até r4 respetivamente z5. Dado que num dispositivo de mancais, aquando de um interstício do rolamento 3 diminuir as atrações magnéticas aumentam, os respetivos dispositivos são antecipadamente não estacionários. A posição do veio do rotor 37 deve portanto ser estabilizada por intermédio de circuitos de regulação, compostos por medição de distância por meio dos sensores 41a até 41e com um regulador disposto a jusante e um amplificador disposto a jusante, o qual alimenta os imãs de excitação 33 e 34. Os correspondentes dispositivos de mancais são correspondentemente dispendiosos. Contra uma falha brusca do circuito de regulação deve ser previsto adicionalmente um rolamento mecânico de segurança. São além disso por exemplo a partir da DE 44 36 831 C2 conhecidos dispositivos de chumaceira magnéticas com imãs permanentes e supercondutores de alta tecnologia. Dispositivos de mancais deste tipo são intrinsecamente estáveis, isto é, não necessitam de regulação. Devido à temperatura operacional criogénica do material supercondutor de principalmente 80 K são no entanto necessários um isolamento térmico e um abastecimento de frio por intermédio de um correspondente fluido de refrigeração criogénica ou por intermédio de uma máquina frigorifica.

Também são conhecidos os dispositivos de chumaceira intrinsecamente estáveis em uma direção, com fluxo magnético, peças magnéticas suaves tais como ferro e com imãs permanentes. Aquando das correspondentes realizações de dispositivos de chumaceiras deste género, como se pode deduzir por exemplo da DE 34 08 047 A e da DE 38 44 563 A, os anéis magnéticos permanentes orientam-se num veio axial em primeiro lugar com os pólos de um estribo de ferro e produzem assim uma centragem radial. O fluxo magnético é neste caso reforçado com bobinas de excitação, em que eventualmente o grau de liberdade axial instável é estabilizado com um circuito de regulação eletrónico. Neste caso podem estar dispostos em linha vários 4 imãs anulares sucessivamente de forma axial alternadamente estacionários e rotativos com uma magnetização igual e que realizam uma função radial de apoio. Também neste caso o grau de liberdade axial deve ser ativamente estabilizado. A partir da DE 199 44 863 A destaca-se além disso uma bomba com apoio radial modificado. Neste caso está previsto um rotor com cilindros de imãs permanentes em vez de anéis, em que neste caso se situam axialmente opostos imãs permanentes estacionários ou cilindros de ferro. Um estator que envolve o rotor apresenta bobinas de excitação elétricas. Além disso existem estabilizadores radiais especiais.

Todos os dispositivos de chumaceira anteriormente mencionados com peças magnéticas permanentes têm contudo uma capacidade de carga relativamente reduzida e uma rigidez de apoio insuficiente. 0 objetivo da presente invenção é a apresentação de um dispositivo de chumaceira magnética para um apoio sem contacto do veio, principalmente para uma máquina de funcionamento rápido, como por exemplo um compressor turbo, e o qual em relação ao estado da técnica seja menos dispendioso. Principalmente tendo em consideração as forças dinâmicas e as reduzidas tolerâncias dos interstícios, devem ser garantidas, uma capacidade de carga e uma elevada rigidez de apoio.

Este objetivo é de acordo com a invenção atingido com as medidas mencionadas na reivindicação 1.

Por conseguinte devem, aquando da instalação para um apoio magnético de um veio de rotor contra um estator, ser previstas as seguintes características, isto é: 5 - que uma primeira parte de apoio esteja ligada com o veio do rotor e esteja cercada com um distanciamento por uma segunda parte de apoio associada ao estator, - a primeira parte de apoio conter, orientados na perpendicular para com o eixo do veio do rotor, elementos de disco do rotor magnéticos suaves dispostos em direção deste eixo uns após os outros, estando estes respetivamente distanciados sob formação de um intervalo, - a segunda parte de apoio conter, na perpendicular para com o eixo do veio do rotor, elementos de disco de estator magnéticos suaves, dispostos uns após os outros em direção deste eixo, os quais se projetam respetivamente em um dos intervalos dos elementos de discos do rotor, - os elementos de discos do rotor e os elementos de discos do estator estarem nos seus lados respetivamente voltados uns contra os outros, providos de prolongamentos anulares em forma de dente, situados respetivamente opostos com um interstício e - aos elementos de discos do rotor ou aos elementos de discos do estator estarem associados meios de geração de um campo magnético para a produção de um fluxo magnético entre estes elementos, orientado essencialmente na direção axial.

No dispositivo de chumaceira de acordo com a invenção, ao contrário do estado da técnica, os meios externos geram um campo magnético sobre o respetivo interstício e magnetizam os prolongamentos em forma de dentes de material magnético suave, tal como principalmente ferro. Neste caso a densidade do fluxo magnético no respetivo interstício torna-se heterogénea, pelo que as forças são exercidas sobre as superfícies de ferro. De forma favorável pode neste caso no material magnético suave, tal como o ferro, ser alcançada uma magnetização consideravelmente maior e com isto uma maior força de apoio 6 por área do que com disposições de material magnético permanente, tal como por exemplo somente liga de neodímio-ferro-boro (Nd-Fe-B).

De acordo com o principio da relutância, o sistema pretende minimizar a resistência magnética e orientar os prolongamentos tipo dentes de tal modo que estes estejam uns em frente dos outros tão próximos quanto possível. Aquando de um desvio radial as forças magnéticas ocasionam uma força proporcional de reposição, pelo que então já não se torna necessária uma regulação radial. A força radial máxima é aplicada aquando de um deslocamento por meia largura de um prolongamento tipo dente. Dado que a escala de comprimento é determinada pela largura radial dos prolongamentos tipo dentes e os respetivos intervalos contíguos, a rigidez do apoio pode devido aos prolongamentos tipo dentes ser selecionada dentro de amplos limites. Principalmente podem ser realizados apoios muito rígidos por intermédio de um denteado fino. Aquando de uma disposição simétrica, com interstícios iguais em ambos os lados, as forças axiais sobre os elementos de discos do rotor anulam-se. Este equilíbrio é contudo axialmente instável e deve ser estabilizado por intermédio de meios adicionais tais como chumaceiras magnéticas ativas reguladas, eventualmente também por intermédio de chumaceiras mecânicas. Por veio é no entanto necessário somente um circuito de regulação em vez de cinco como no estado da técnica conforme a fig. 1 com chumaceiras radiais ativas reguladas.

Por outro lado pode por intermédio de um reduzido deslocamento axial ser aplicada uma considerável força axial estacionária magnética, de modo que a chumaceira axial só tem de admitir a proporção dinâmica da carga axial. Isto pode ser atingido por 7 meio de um ajuste de uma regulação axial, em que como valor teórico é determinado um mínimo do valor médio temporal do fluxo magnético da chumaceira axial.

Aperfeiçoamentos favoráveis do dispositivo de chumaceira de acordo com a invenção resultam das reivindicações dependentes da reivindicação 1. Neste caso pode a forma de realização conforme a reivindicação 1 com as características de uma das reivindicações subsequentes ou ser combinada de preferência também das de várias reivindicações subsequentes. Em consequência disso o dispositivo de chumaceira conforme a invenção ainda pode adicionalmente apresentar as seguintes características: • Assim no exterior dos intervalos entre os elementos de disco do rotor e dos elementos de disco do estator no bordo radial interior ou exterior dos elementos de discos, aos quais não estão associados meios que gerem um campo magnético, pode estar previsto material magnético suave que se estende no sentido axial para fechar o circuito do fluxo magnético como um estribo ou pelo menos peças do veio do rotor. Com peças deste género de material magnético suave a resistência magnética do circuito do fluxo magnético pode ser diminuída, de modo que pode ser alcançado um correspondente aumento da densidade de fluxo entre os prolongamentos tipo dentes e consequentemente uma rigidez magnética melhorada. • De forma favorável os meios que geram os campos magnéticos podem ser elementos magnéticos permanentes, em que estes elementos podem estar integrados em pelo menos alguns dos elementos de discos do rotor respetivamente dos elementos de discos do estator. Os correspondentes dispositivos de chumaceiras podem ser construídos de forma relativamente compacta. 8 • Neste caso podem de forma favorável os elementos de discos, os quais estão guarnecidos com elementos magnéticos permanentes, ser respetivamente subdivididos em duas metades no sentido axial, entre as quais então estão dispostos os elementos magnéticos permanentes. • Favorável, em relação à elevada densidade de fluxo entre os elementos de discos e uma utilização efetiva do material magnético permanente, é também quando os elementos de discos com os elementos magnéticos permanentes radiais apresentarem uma extensão maior do que os elementos de discos sem os elementos magnéticos permanentes. • Em vez da utilização de elementos magnéticos permanentes ou adicionalmente, os meios que gerem um campo magnético podem ser formados por pelo menos um enrolamento de um eletroiman. Este enrolamento pode estar disposto no bordo radial interior ou exterior dos elementos de discos do rotor ou dos elementos de discos do estator, podendo neste caso estar associado ao material magnético suave que decorre no sentido axial, de um estribo ou ao veio do rotor. 0 enrolamento encontra-se no exterior entre os intervalos dos elementos de discos do rotor e dos elementos de discos do estator, no bordo dos elementos, aos quais não estão associados meios que gerem um campo magnético, para fechar o circuito do fluxo magnético. • De acordo com a invenção os lados planos dos elementos de discos do rotor e dos elementos de discos do estator voltados uns para os outros, guarnecidos com os prolongamentos tipo dentes, estão em relação a uma perpendicular dispostos de forma inclinada sobre o eixo do veio do rotor. Com uma inclinação deste género 9 resultam formas de corte longitudinal em forma de cunha. A extensão axial (espessura do disco) e o ângulo de inclinação são neste caso escolhidos de tal forma que os elementos de discos possam admitir em todo lado o fluxo magnético, sem ser atingida uma saturação magnética.

Outros aperfeiçoamentos favoráveis do dispositivo de chumaceira de acordo com a invenção distinguem-se das reivindicações subseguentes anteriormente não mencionadas. A invenção é a seguir ainda explicada em pormenor na base de exemplos de realização com referência ao desenho. Neste caso mostram respetivamente num corte longitudinal axial e de forma ligeiramente esquematizada a fig. 2 a construção básica de um dispositivo de chumaceira magnética, a fig. 3 o decurso das linhas de campo entre os prolongamentos tipo dentes dos elementos de discos de rotores e discos de estatores de acordo com a invenção, aquando de um desvio radial de um veio de rotor, as fig. 4 e 5 formas de realização segundo a invenção e fig. 6 mais outra forma de realização de dispositivos de chumaceira magnéticas com imãs permanentemente magnéticos como meios para gerar campos magnéticos bem como as fig. 7 e 8 formas de realização especiais de dispositivos de chumaceira magnéticas com respetivamente pelo menos um enrolamento eletromagnético como meio para gerar campos magnéticos.

Nas figuras as peças idênticas estão assinaladas com as mesmas referências. 10

Peças nas figuras de dispositivos de chumaceiras magnéticas não especificadas em pormenor são do conhecimento geral. O dispositivo de chumaceira magnética, na generalidade assinalado com 2 mostrado na fig. 2, compreende um veio de rotor 3 apoiado sem contacto com uma primeira peça de chumaceira 4, a qual apresenta orientados na perpendicular para com o eixo A do veio de rotor 3, fixados neste, elementos de discos de rotor 4i em corrotação. Estes elementos são compostos por material magnético suave. Os mesmos estão dispostos no sentido axial uns atrás dos outros, formando respetivamente intervalos 5j . Um estator estacionário forma uma segunda peça de chumaceira 7, igualmente com elementos de discos de estator 7i, axialmente afastados entre si, com forma de disco anular, envolvendo com um afastamento o veio de rotor 3. Estes elementos também são compostos por um material magnético suave e projetam-se radialmente sem contacto nos intervalos 5j, de modo que resulta uma disposição de elementos de discos de rotor 4i e elementos de discos de estator 7i com forma de pente, alternando axialmente. Os elementos de discos de rotor e os elementos de discos de estator estão nos seus respetivos lados voltados uns contra os outros separados respetivamente por intermédio de um entreferro 8k de reduzida extensão axial respetivamente largura b, guarnecidos com prolongamentos 4f respetivamente 7f com forma de dentes, opostos uns aos outros, respetivamente configurados como tais prolongamentos. Os prolongamentos de cada elemento de disco são anulares e dispostos de forma concêntrica uns para com os outros. Neste caso a largura b situa-se de acordo com a invenção entre 0,05 e 0,25 vezes da distância radial s dos centros de prolongamentos contíguos. Na figura estão além de linhas de campos de um fluxo magnético Mf, provocado por meios externos, assinalados por linhas tracejadas, os quais geram campos magnéticos não representados. 11

Nas extremidades das pilhas os elementos de discos terminais 7e estão configurados como peças condutoras de fluxo estriadas num dos lados, as quais podem estar previstas em conjunto com um retorno do fluxo magnético, por exemplo uma onda ferromagnética ou um estribo estacionário, para fechar o circuito de fluxo magnético.

Como além disso é representado na fig. 2, os prolongamentos 4f e 7f em forma de dentes dos elementos de discos anulares 4i respetivamente 7i podem, vistos no corte longitudinal, apresentar uma forma retangular respetivamente secções transversais retangulares. Neste caso o espaço 41 e 71 entre os prolongamentos podem ter aproximadamente a mesma largura e uma profundidade (visto no sentido axial) de aproximadamente 0,5 até 1 vez. De preferência os espaços e os prolongamentos tipo dentes têm as mesmas dimensões radiais.

Os elementos de discos anulares 4i respetivamente 7i bem como todas as outras peças condutoras de fluxo magnético de um dispositivo de chumaceira magnética podem de preferência ser produzidas de materiais magnéticos suaves com uma elevada magnetização de saturação, por exemplo de Fe, Fe ligado com Si ou liga de FeCo. O entreferro 8k entre os prolongamentos 4f e 7f tipo dentes, opostos, tem neste caso uma largura axial que se situa geralmente entre 0,2 e 0,6 vezes da correspondente largura dos prolongamentos tipo dentes respetivamente a profundidade dos respetivos espaços contíguos.

Para chumaceiras radiais os prolongamentos 4i e 7i tipo dentes são por exemplo formados em discos de ferro por meio de superfícies em ambos os lados estriadas de forma anular e concêntrica. Na posição de equilíbrio assinalada na fig. 2, estes prolongamentos 4i e 7i estão exatamente opostos; aquando 12 de um desvio radial as forças magnéticas provocam uma força proporcional de reposição. Como resulta do decurso das linhas de fluxo magnético Mf na fig. 3 baseado num recorte de alguns dos elementos de discos 4i e 7i da forma de realização conforme a fig. 2, o sistema tenta com as suas peças condutoras de fluxo magnético, conforme o principio de relutância, minimizar a resistência magnética de tal modo gue os prolongamentos tipo dentes de elementos de discos contíguos se alinham de tal forma gue estes, como mostra a fig. 2, estão opostos tão próximos guanto possível.

Como se pode depreender além disso da fig. 3, os prolongamentos tipo dentes são de acordo com a invenção também vistos no corte longitudinal configurados de forma trapezoidal, em que os seus lados estão em relação a uma paralela para com o eixo de veio de rotor A inclinados até 45° .

Nas fig. 4 até 8 estão assinaladas diversas possibilidades de aperfeiçoamento de dispositivos de chumaceira magnética, os quais se diferenciam pelos seus circuitos de fluxo magnético com meios externos para a produção de um fluxo magnético axial através dos elementos de discos da primeira e da segunda peça de chumaceira situados uns atrás dos outros. As linhas de campo do fluxo magnético Mf estão neste caso assinaladas por uma linha tracejada.

Quanto ao dispositivo de chumaceira magnética na fig. 4 de modo geral designado por 12, os seus elementos de estator 7i estão respetivamente subdivididos no sentido axial em duas metades, entre as quais se encontra um elemento magnético permanente como um meio que produz um campo magnético. Correspondentemente está no meio de cada elemento de discos de estator 7i integrada uma camada que se estende no sentido 13 radial ou um disco anular 7m de material magnético permanente, de preferência de um material Nd-Fe-B. Neste caso os elementos de discos de estator têm de forma favorável um diâmetro axial maior do que a superfície efetiva estriada, guarnecida com prolongamentos 7f tipo dentes, para deste modo atingir no entreferro 8k uma densidade de fluxo de principalmente 1 Tesla ou mais e o material magnético num ponto de funcionamento, por exemplo entre 0,5 e 0,8 Tesla com NdFeB, poder operar com elevado produto energético B*H. Além disso os lados planos voltados uns para os outros, guarnecidos com os prolongamentos tipo dentes 4f e 7f dos elementos de discos de rotor 4i e elementos de discos de estator 7i estão, de acordo com a invenção, dispostos de forma inclinada. Com uma inclinação deste género a espessura do ferro deve ser adaptada ao fluxo magnético local. Deste modo o comprimento axial da chumaceira pode ser mantido relativamente pequeno. O ângulo de inclinação α em relação à perpendicular ao eixo do veio de rotor A deve, neste caso, ser escolhido de tal modo que apesar da resultante forma em cunha dos elementos de discos (vistos no corte longitudinal), não surjam nestes zonas com saturação magnética. O ângulo a, conforme o exemplo de realização, situa-se aproximadamente entre 7o e 15°, por exemplo aproximadamente 10°. Os elementos dos discos terminais 4e em corrotação da primeira parte de chumaceira 4 e o veio de rotor 3 de ferro ou com peças de ferro, formam a via de retorno do fluxo magnético. Uma manga 13 não magnética retém no seu bordo exterior os elementos de discos de rotor 7i estacionários. O dispositivo de chumaceira magnética mostrado na fig. 5, de modo geral designado por 15, diferencia-se do dispositivo 12 conforme a fig. 4, somente pelo facto de que não os seus elementos de discos de estator 7i, mas sim os seus elementos de discos de rotor 4i estão guarnecidos com o material magnético permanente na forma de camadas ou discos 4m 14 respetivamente no centro axial do disco. Nesta forma de realização o veio do rotor 3 não é magnético; o guia de fluxo magnético é aqui formado por elementos de discos terminais 7e e um estribo exterior 16 estacionário da segunda parte de chumaceira 7 no bordo exterior dos elementos de discos de estator 7i.

Quanto aos dispositivos de chumaceira magnética 12 e 22 conforme as fig. 4 e 5 podem também estar guarnecidos somente alguns elementos de discos anulares 7i respetivamente 4i individuais, por exemplo cada segundo, terceiro ou quarto elemento com um elemento NdFeB 7m respetivamente 4m correspondentemente mais espesso. Para evitar um curto-circuito magnético, deve então, entre os elementos de discos e o respetivo guia de fluxo magnético, no caso da fig. 4 o veio 3, respetivamente no caso da fig. 5 um estribo exterior 9, ser para o isolamento magnético integrado um intervalo não magnético com 10 até 50 vezes a largura do interstício. Aqui somente os elementos de discos terminais têm uma estreita ligação magnética.

Quanto ao dispositivo de chumaceira magnética mostrado na fig. 6, de modo geral designado por 18, estão na sua segunda parte de chumaceira 7 integrados um ou vários elementos 19m com forma de discos anulares num estribo exterior 20 condutor de um fluxo magnético, de um material magnético suave, radialmente alinhados. Independentemente dos elementos de discos terminais 7e radiais de um estator 7 condutores de um fluxo, podem aqui os elementos de discos 7i e/ou 4i ser tão finos quanto a carga mecânica o permite. Aquando da utilização de um veio de rotor 3 de um material magnético deve junto aos elementos de discos de rotor 4i em corrotação também aqui ser previsto um elemento intermédio isolante 21, o qual é por exemplo configurado como uma manga não magnética. Na forma de 15 realização mostrada o veio 3 deverá ser tanto quanto possível não magnético.

Em vez da utilização de elementos permanentemente magnéticos como meios de produção do campo magnético, podem igualmente também ser previstos enrolamentos de eletroímanes. As fig. 7 e 8 mostram respetivamente uma possibilidade de um correspondente dispositivo de chumaceira magnética 22 respetivamente 25. A forma de realização do dispositivo de chumaceira magnética 22 conforme a fig. 7 distingue-se em relação ao dispositivo de chumaceira magnética 18 conforme a fig. 6 portanto pelo facto de que no seu estribo exterior 20 magnético suave faltarem os elementos permanentemente magnéticos, sendo em vez disto aplicado pelo menos um enrolamento 23 de um eletroíman. Através da corrente por intermédio do enrolamento de excitação 23 a densidade de fluxo magnético B e com isto a rigidez da chumaceira, a qual é proporcional a B2, pode ser favoravelmente controlável. Também aqui é necessário, quando for utilizado um veio de rotor 3 com material magnético, um elemento intermédio 21 suficientemente isolante entre o veio e os individuais elementos de discos de rotor 4i. Uma correspondente forma de realização mostra a metade inferior da figura, enquanto que na metade superior parte-se do principio de que o veio é desmagnetizado.

Na forma de realização do dispositivo de chumaceira magnética 25 conforme a fig. 8 encontram-se enrolamentos eletromagnéticos 26o no bordo interior de elementos de discos de estator 7i estacionários. Estes elementos são por sua vez mantidos reunidos no seu bordo exterior por uma manga 13 não magnética conforme a fig. 4. Aqui um veio de rotor 3 de um material magnético serve de elemento de guia de fluxo para a condução do fluxo magnético Mf. Também nesta forma de 16 realização a rigidez da chumaceira é de forma favorável ajustável através dos enrolamentos 26o.

Nas mencionadas formas de realização explicadas de dispositivos de chumaceiras magnéticas 2, 12, 15, 18, 22, e 25 partiu-se do principio de que os meios que produzem campos magnéticos ou são elementos 4m, 7m, 19m permanentemente magnéticos ou são enrolamentos magnéticos 23, 26o. É óbvio que para a produção do fluxo magnético axial Mf pretendido por intermédio dos prolongamentos tipo dentes 4m e 7m dos dispositivos de chumaceira também é possivel uma combinação dos elementos magnéticos permanentes e enrolamentos de eletroimanes ilustrados nas diversas figuras.

Nas formas de realização dos dispositivos de chumaceiras magnéticas segundo a invenção representadas nas figuras, o eixo de veio de rotor A estende-se respetivamente na direção horizontal. É óbvio também que é possivel um alinhamento dos dispositivos de chumaceiras magnéticas de modo que o seu eixo de veio de rotor se situe numa direção inclinada ou perpendicular a este. Neste caso em todos os dispositivos de chumaceira a condução radial é intrinsecamente estável. A vantagem de uma chumaceira deste género é que somente o grau de liberdade axial restante deverá ser estabilizado por exemplo por uma chumaceira magnética regulada de forma ativa. Neste caso podem, em comparação com dispositivos de chumaceiras que utilizam imãs permanentes conforme o estado da técnica, ser produzidos campos mais elevados no respetivo entreferro e a estrutura dos prolongamentos em forma de dentes pode ser configurada de forma muito fina, o que conduz a uma elevada rigidez da chumaceira. Aquando de uma excitação permanente a condução radial não tem potência. Além disso é possivel uma aplicação em ambiente agressivo. Nas formas de realização excitadas por enrolamentos eletromagnéticos pode de 17 forma favorável ser utilizado um conhecido método de chumaceiras convencionais para a transposição de rotações criticas (vide DE 42 34 524 Al), em que através de um gerador taquimétrico é detetada a proximidade de um valor critico e a corrente e a rigidez da chumaceira podem ser aumentadas ou diminuídas por pouco tempo. Deste modo podem ser contornadas ressonâncias mecânicas do sistema total. Além disso, devido à regulação da posição axial dos individuais elementos de discos em rotação com entreferros irregulares, pode ser aplicada uma força axial contínua. 0 circuito de regulação axial deve somente equilibrar as forças em função do tempo e assegurar a estabilidade axial.

Lisboa, 26 de Abril de 2012

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para o apoio magnético de um veio de rotor (3) contra um estator com as seguintes características: a) Uma primeira parte da chumaceira (4) está ligada com o veio de rotor (3) e rodeada com um espaçamento mútuo,por uma segunda parte da chumaceira (7) associada ao estator, b) a primeira parte da chumaceira (4) contém, orientados na perpendicular para com o eixo (A) do veio de rotor (3) , elementos de discos do rotor magnéticos suaves (4i), e, direção deste eixo (A) dispostos sucessivamente, os quais estão respetivamente espaçados sob formação de um intervalo (5j), c) a segunda parte da chumaceira (7) contém, orientados na perpendicular para com o eixo do veio de rotor (A) , na direção deste eixo (A) , dispostos sucessivamente, espaçados entre si elementos de discos do estator (7 i) magnéticos suaves, os quais se projetam respetivamente num dos intervalos (5j) de elementos de discos de rotor (4 i) contíguos, d) os elementos de discos de rotor (4i) e os elementos de discos de estator (7 i) estão, nos seus lados respetivamente voltados uns para os outros, guarnecidos com prolongamentos (4 f respetivamente 7f) opostos respetivamente por intermédio de um entreferro (8k), e) os lados planos dos elementos de discos de rotor (4i) e dos elementos de discos de estator (7i) voltados uns para os outros, guarnecidos com prolongamentos tipo dentes (4f, 7f), estão dispostos de forma inclinada em relação a uma perpendicular ao eixo de veio de rotor (A), f) aos elementos de discos de rotor (4i) ou aos elementos de discos de estator (7 i) estão associados meios para produzir um campo magnético de um fluxo magnético (Mf) 2 entre os elementos de discos (4i, 7i) orientados essencialmente numa direção axial, e g) o entreferro (8k) apresenta entre os prolongamentos tipo dentes (4f respetivamente 7f) opostos uma largura axial que se situa entre 0,2 e 0,6 vezes da largura axial dos prolongamentos tipo dentes (4f respetivamente 7f)

2. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma inclinação dos lados planos dos elementos de discos de rotor (4i) e dos elementos de discos de estator (7i) de um ângulo entre 7o e 15° em relação a uma perpendicular ao eixo do veio de rotor (A).

3. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por, os prolongamentos tipo dentes (4f, 7f) vistos num corte longitudinal serem trapezoidais.

4. Dispositivo para o apoio magnético de um veio de rotor (3) contra um estator com as seguintes características: a) Uma primeira parte de chumaceira (4) está ligada ao veio de rotor (3) e rodeada com um espaçamento mútuo, por uma segunda parte da chumaceira (7) associada ao estator, b) a primeira parte da chumaceira (4) contém, orientados na perpendicular para com o eixo (A) do veio do rotor (3), elementos de discos do rotor (4i) magnéticos suaves, dispostos sucessivamente em direção deste eixo (A) , os quais estão respetivamente espaçados sob formação de um intervalo (5j), c) a segunda parte da chumaceira (7) contém, orientados na perpendicular para com o eixo do veio de rotor (A), dispostos sucessivamente em direção deste eixo (A) , 3 espaçados entre si elementos de discos do estator (7i) magnéticos suaves, os quais se projetam respetivamente num dos intervalos (5 j) de elementos de discos do rotor (4 i) contíguos, d) os elementos de discos de rotor (4i) e os elementos de discos de estator (7 i) estão, nos seus respetivos lados voltados uns para os outros guarnecidos com prolongamentos tipo dentes (4 f) respetivamente (7 f) respetivamente por intermédio de um entreferro (8k), e) os prolongamentos tipo dentes (4f, 7f) são, vistos num corte longitudinal, configurados de forma trapezoidal, f) aos elementos de discos de rotor (4i) ou aos elementos de discos de estator (7i) estão associados meios para produzir um campo magnético entre os elementos de discos (4i, 7i) , de um fluxo magnético (Mf) orientado essencialmente numa direção axial comum, e g) o entreferro (8k) apresenta entre os prolongamentos tipo dentes (4f respetivamente 7f) opostos, uma largura axial que se situa entre 0,2 e 0,6 vezes da largura axial dos prolongamentos tipo dentes (4f respetivamente 7f).

5. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com uma das reivindicações antecedentes, caracterizado por, no exterior dos intervalos (5j) entre os elementos de discos de rotor (4i) e os elementos de discos do estator (7i) no bordo radial interior ou exterior dos elementos de discos (4i, 7i) aos quais não estão associados meios de produção de campos magnéticos, estar previsto material magnético suave que se estende no sentido axial para fechar o circuito de fluxo magnético.

6. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por, o material magnético 4 suave para fechar o circuito do fluxo magnético ser disponibilizado por intermédio de um estribo (16, 20) que decorre no sentido axial ou por intermédio de pelo menos partes do veio de rotor (3).

7. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por, os meios que produzem o campo magnético serem elementos (4m, 7m, 19m) permanentemente magnéticos.

8. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, os elementos permanentemente magnéticos (4m, 7m) estarem integrados pelo menos em alguns elementos de discos de rotor (4i) ou elementos de discos de estator (7i) .

9. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, os elementos de discos (4i ou 7i) com os elementos permanentemente magnéticos (4m ou 7m) serem no sentido axial respetivamente subdivididos em duas metades, entre as quais se encontram dispostos os elementos permanentemente magnéticos (4m, 7m).

10. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por, os elementos de discos (4i ou 7i) com os elementos permanentemente magnéticos (4m ou 7m) apresentarem radialmente uma extensão maior do que os elementos de discos sem elementos permanentemente magnéticos.

11. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por, o meios que produzem o campo magnético serem formados por pelo menos um enrolamento (23, 26) de um eletroiman. 5

12. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, o pelo menos um enrolamento magnético (23, 26) estar disposto no bordo radial interior ou exterior dos elementos de discos de rotor (4i) ou dos elementos de discos de estator (7i) .

13. Dispositivo de chumaceira magnética de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado por, que o pelo menos um enrolamento magnético (23, 26) estar associado ao material magnético suave que decorre no sentido axial de um estribo (20) ou de um veio de rotor (3). Lisboa, 26 de Abril de 2012