COJINETE MAGNETICO DE REPULSION.

Cojinete magnético de repulsión.

El objeto de la invención consiste en implementar un soporte radial y axial de ejes de máquinas rotativas por medio de cojinetes de suspensión por levitación magnética sustituyendo totalmente a los cojinetes de bolas, rodillos y cojinetes de fricción hidrodinámicos convencionales. La innovación consiste en ejercer fuerzas magnéticas de repulsión entre las partes fijas

(estator o carcasa) y móviles (rotor o eje) de las máquinas rotativas por medio de electroimanes convenientemente alimentados con corriente continua para lograr la repulsión entre las partes fijas y móviles (carcasa o estator y rotor o eje) y evitar así el contacto físico entre rotor y estator y consecuentemente la fricción mecánica entre el eje y el soporte del mismo

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200702372.

Solicitante: UNIVERSIDADE DA CORUA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: A CORUÑA.

Inventor/es: FERREIRO GARCIA,RAMON.

Fecha de Solicitud: 5 de Septiembre de 2007.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 7 de Septiembre de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente... > H02K7/09 (con cojinetes magnéticos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA... > Cojinetes no previstos en otro lugar > F16C32/04 (usando medios de soporte magnéticos eléctricos)

Clasificación PCT:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente... > H02K7/09 (con cojinetes magnéticos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA... > Cojinetes no previstos en otro lugar > F16C32/04 (usando medios de soporte magnéticos eléctricos)
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COJINETE MAGNETICO DE REPULSION.

Fragmento de la descripción:

Cojinete magnético de repulsión.

Objeto de la invención

El objeto de la invención consiste en implementar un cojinete de soporte radial y axial para ejes de máquinas rotativas que opera bajo el principio de levitación magnética, sustituyendo totalmente a los cojinetes de bolas, rodillos y cojinetes de fricción hidrodinámicos convencionales. La innovación consiste en lograr una fuerza de repulsión entre las partes fijas (estator o carcasa) y móviles (rotor o eje) de las máquinas rotativas por medio de electroimanes convenientemente alimentados con corriente continua para lograr la repulsión entre las partes fijas y móviles del cojinete (estator y rotor) evitando así el contacto físico entre rotor y estator y consecuentemente la fricción mecánica entre el rotor y el estator.

Antecedentes de la invención

Como resultado de un minucioso rastreo sobre el estado de la tecnología relacionada con los diferentes tipos de cojinetes magnéticos utilizados actualmente en las máquinas rotativas, se conocen esencialmente dos tipos de cojinetes de levitación magnética:

(a) ; Cojinetes magnéticos pasivos de repulsión magnética constituidos por dos modelos

    • imanes permanentes.
    • electroimanes ubicados en el soporte o estator e imanes permanentes en el eje. Ambos modelos se caracterizan por su estabilidad inherente sin necesidad por tanto de un sistema de control de posición del eje.

(b) ; Cojinetes magnéticos activos de atracción ferromagnética constituidos por

    • electroimanes ubicados en el soporte o estator y un medio de atracción ferromagnético constituido por el rotor o eje. Se caracteriza por su inestabilidad inherente. Por tanto, este sistema de cojinete necesita un sistema de control eficiente para mantener el eje de rotación del rotor en torno al centro geométrico axial. Por sus características eléctricas pueden ejercer fuerzas de atracción sobre el eje, superiores a las que se obtienen con los cojinetes magnéticos de imanes permanentes. Esta es la razón por la que, pese a su inestabilidad inherente, es el más utilizado en la industria.

Entre los fabricantes de ambos tipos de cojinetes magnéticos destacan SKF y Foster-Miller.

Con objeto lograr un modelo de cojinete inherentemente estable, es decir que opere por repulsión entre las partes fijas y móviles, y además reducir el tamaño de los cojinetes magnéticos y el peso del eje, así como incrementar la capacidad para rechazar perturbaciones ejercidas por fuerzas externas tales como vibraciones provocadas por desequilibrio dinámico o el peso del rotor con los elementos asociados, se propone una innovación basada en la utilización de electroimanes ubicados en el rotor o parte móvil de la máquina rotativa.

Descripción de las figuras

Para iniciar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

Figura 1. Cojinete electrodinámico de repulsión radial. (a) eje de material no magnético. (b) eje ferromagnético.

        1.        Núcleo del electroimán estator.

        2.        Bobina del electroimán estator.

        3.        Núcleo del electroimán rotor.

        4.        Bobina del electroimán rotor.

        20.        Eje rotor.

Figura 2 (a). Cojinete electrodinámico de repulsión axial.

        5.        Núcleo del electroimán ubicado en el eje del cojinete de empuje o axial.

        6.        Bobina del electroimán ubicada en el eje del cojinete de empuje o axial.

        7.        Núcleo del electroimán ubicado en el extremo axial de la carcasa.

        8.        Bobina del electroimán ubicado en el extremo axial de la carcasa.

        20.        Eje rotor en orientación vertical.

Figura 2(b). Cojinete electrodinámico de repulsión radial axial.

        1.        Núcleo del electroimán estator responsable de la repulsión radial y axial debido a su forma tronco-cónica.

        2.        Bobina del electroimán estator.

        4.        Bobina del electroimán rotor.

        20.        Eje rotor.

Figura 2(c). Cojinete electrodinámico de repulsión radial axial.

        1.        Núcleo del electroimán estator responsable de la repulsión radial y axial debido a su forma recta.

        2.        Bobina del electroimán estator.

        4.        Bobina del electroimán rotor.

        20.        Eje rotor.

Figura 3. Esquema de la fuente de alimentación de continua para alimentación de los electroimanes del rotor mostrando transformador rectificador y filtro.

Figura. 4. Transformador para alimentación de los electroimanes ubicados en el rotor. (a) Eje de material ferromagnético. (b). Eje de material no magnético.

        9.        Núcleo del electroimán ubicado en el estator. Inductor.

        10.        Bobina inductora del electroimán ubicado en el estator.

        11.        Núcleo...

 


Reivindicaciones:

1. Cojinete magnético de repulsión, caracterizado por ser de repulsión radial y estar constituido por dos electroimanes de forma tubular y concéntrica uno respecto al otro. Uno va fijado y ubicado en el estator, y el complementario va concéntrico a éste y adosado al rotor. El rotor a su vez va concéntrico a este electroimán. Ambos son alimentados con corrientes continuas de sentidos coincidentes para generar repulsión entre el estator y rotor.

2. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª, caracterizado por ser de repulsión axial y estar constituido por dos electroimanes de forma tubular alineados axialmente. Uno va fijado y ubicado en el estator frente a un extremo del rotor, y el otro electroimán de forma tubular va adosado al extremo del rotor frente al electroimán del estator, ambos alimentados con corrientes continuas de sentidos contrarios para generar repulsión axial entre el estator y rotor.

3. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª y 2ª caracterizado por ser de repulsión radial y axial y estar constituido por dos electroimanes de forma tubular alineados axialmente, en donde las formas de los extremos de los electroimanes de la carcasa están modelados para ejercer fuerzas radiales y axiales simultáneamente.

4. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª y 2ª y 3ª, caracterizado por el sistema de alimentación de los electroimanes del rotor, el cual está constituido por un transformador cuyo primario o bobinado inductor está alojado en el estator y el secundario o bobinado inducido está alojado en el rotor. La corriente alterna obtenida por inducción electromagnética es rectificada y filtrada con dispositivos convencionales ubicados en el hueco concéntrico del rotor. Los electroimanes del estator son alimentados con corriente continua desde otra fuente externa.

5. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª y 2ª, caracterizado por dos sistemas de control de corriente a los electroimanes del estator y del rotor:

(1) sistema constituido por dos sensores decalados 90 grados de arco, un selector de la señal del mayor valor, un controlador y un amplificador de señal para alimentar la bobina del estator con una corriente variable, en donde la bobina del electroimán del rotor permanece con alimentación constante.

(2) sistema constituido por dos sensores decalados 90 grados de arco, un selector de la señal del mayor valor, un controlador y un amplificador de señal para alimentar con corriente continua la bobina del estator y un amplificador de alterna para alimentar el primario del transformador de la fuente de alimentación del electroimán del rotor, de tal manera que los electroimanes del estator y del rotor son alimentados con corriente variable en función de la posición radial del rotor respecto del estator.

6. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª, caracterizado por utilizar en el estator un juego de pares de electroimanes, alimentados mediante corriente continua de modo independiente entre si y de sentidos coincidentes con el sentido del electroimán del rotor para favorecer la coincidencia de igualdad polar y conseguir la repulsión magnética.

7. Cojinete magnético de repulsión, según reivindicación 1ª, caracterizado por el sistema de control individual de los electroimanes del estator, en donde, en función de la posición radial del rotor, se actúa de modo independiente sobre cada par de electroimanes del estator por medio de un controlador de realimentación, por cada par de bobinas diametralmente opuestas, tratando de llevar el rotor a su posición de referencia anulando el efecto de fuerzas externas y vibraciones del rotor.