Acoplador (8), que comprende: núcleos (10, 12) giratorios primero y segundo,

cada uno con un eje giratorio; dos rotores (23, 24) de imán coaxiales conteniendo cada uno un conjunto respectivo de imanes (28) permanentes; dos rotores (48) de conductor coaxiales cada uno con un anillo electroconductor no ferroso separado por un entrehierro de uno respectivo de los conjuntos de imanes (28); estando separados dos primeros de los rotores una distancia axial fija y estando montados como una unidad en el primer núcleo para girar al unísono con éste; caracterizado por dos placas (13, 14) de extremo conectadas por barras (22) y que están montadas para girar al unísono con el segundo núcleo (12), pudiendo moverse los dos restantes de los rotores de manera axial en las barras (22) con respecto a los dos primeros de los rotores; y material que atrae al imán asociado con los rotores (48) de conductor, estando dimensionado y conformado el material que atrae al imán para interaccionar con respectivos de los conjuntos de imanes (28) permanentes y para desviar magnéticamente los rotores a una relación acoplada, en el que la sobrecarga del acoplador (8) provocada por un deslizamiento suficiente entre el imán (23, 24) y los rotores (48) de conductor da como resultado un empuje axial que se opone y supera el desvío para sacar al imán (23, 24) y a los rotores (48) de conductor al menos parcialmente de la relación acoplada

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a acopladores magnéticos permanentes del tipo que tienen un conjunto de rotor de imán permanente en un árbol separado por entrehierros de un conjunto de rotor de conductor en otro árbol.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se conoce un acoplador magnético permanente ajustable en el que un par de rotores de conductor está colocado a ambos lados de un par de rotores de imán. Los rotores de conductor están conectados entre sí para girar como una unidad en un árbol, mientras que los rotores de imán están montados para girar con un segundo árbol y para poder moverse de manera axial respecto al segundo árbol. Cada rotor de imán tiene un conjunto de imanes permanentes separados por un entrehierro de un anillo electroconductor con material ferroso en su parte posterior montado en uno respectivo de los rotores de conductor. El giro de uno de los dos árboles da como resultado el giro del otro árbol por medio de fuerzas magnéticas que actúan entre los rotores de imán y los rotores de conductor, sin ninguna conexión mecánica directa entre los árboles.

Al mover los rotores de imán de manera axial con respecto al segundo árbol, puede cambiarse el entrehierro entre los rotores de imán y los rotores de conductor. El aumento del entrehierro reduce el par de fuerzas que acopla los rotores de imán y los rotores de conductor. Conociendo la relación entre el entrehierro y el par de fuerzas resultante, los ingenieros pueden diseñar un acoplador de imán ajustable que convierte una velocidad de giro y/o par de fuerzas entrante particular en una velocidad de salida y/o par de fuerzas deseado creando el entrehierro apropiado. Se han diseñado actuadores para mover de manera controlada los rotores de imán con respecto a los rotores de conductor para ajustar los entrehierros en acopladores magnéticos ajustables. Como puede verse en el documento US 6242832 B1, se incluyen topes en el entrehierro y que funcionan en conjunción con brazos de oscilación que provocan que el rotor de imán se mueva al unísono en sentidos opuestos.

En determinadas condiciones de funcionamiento, tales como durante el arranque o tras una ralentización sustancial del árbol de carga, las velocidades de giro relativas de los rotores de imán y los rotores de conductor pueden diferir sustancialmente. Se ha informado de que, en condiciones de gran deslizamiento, se genera una fuerza de repulsión entre los rotores de imán y los rotores de conductor. La fuerza de repulsión está en función del deslizamiento de movimiento relativo y, por tanto, se reduce a medida que los rotores se acercan a la misma velocidad de giro. En condiciones estáticas relativas, no existe fuerza de repulsión.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención va dirigida a un acoplador magnético según la reivindicación 1 y está configurada para permitir un desacoplamiento limitado durante el arranque, pero para permitir un desacoplamiento significativo tras una parada de emergencia. En una realización de la invención, un par de rotores de imán están montados de manera deslizante en barras de par de fuerzas que se extienden entre dos placas de extremo. El material ferroso en los rotores de conductor es atraído magnéticamente a los imanes permanentes en los rotores de imán. En condiciones estáticas o relativamente estáticas, la fuerza de atracción empuja a los rotores de imán hacia los rotores de conductor. Los topes retienen los rotores de imán separados de los rotores de conductor por un entrehierro mínimo seleccionado para condiciones de funcionamiento deseadas. En determinadas realizaciones, los topes son ajustables para cambiar el entrehierro mínimo.

Durante el arranque o parada de emergencia, sin embargo, la velocidad de giro relativa entre los rotores de imán y los rotores de conductor provoca un aumento en la fuerza de repulsión entre los rotores de imán y los rotores de conductor. La fuerza magnética de atracción está diseñada para ser lo suficientemente pequeña como para ser superada por la fuerza de repulsión durante condiciones de arranque y parada de emergencia. Como resultado, en tales condiciones la fuerza de

repulsión separa los rotores de imán de los rotores de conductor. Durante el arranque, los rotores de imán caen contra un brazo de retención situado entre ellos, aumentando el entrehierro entre los rotores de imán y los rotores de conductor desde el entrehierro mínimo hasta un entrehierro de “inicio suave”. El entrehierro de inicio suave permite a la carga acercarse a la velocidad de funcionamiento con un nivel de par de fuerzas reducido, reduciendo el impacto en el equipo asociado

Cuando el árbol en el lado de carga se acerca a la velocidad de giro del árbol conectado al motor, la fuerza de repulsión disminuye hasta un punto en el que de nuevo es superada por la fuerza magnética de atracción entre los rotores de imán y los rotores de conductor. En estas condiciones, los rotores de imán se mueven de vuelta a la configuración de funcionamiento, separados por el entrehierro mínimo de los rotores de conductor.

A una velocidad de giro preseleccionada, la fuerza centrífuga mueve los brazos de retención desde la configuración de inicio suave hasta una “velocidad de funcionamiento” o configuración completamente desacoplada. Mientras los elementos de retención están en la configuración de velocidad de funcionamiento, si el árbol de carga se decelera rápidamente, las velocidades de giro diferenciales entre los rotores de imán y los rotores de conductor darán como resultado la fuerza de repulsión comentada anteriormente. Debido a que el elemento de retención está ahora en la configuración de velocidad de funcionamiento, sin embargo, los rotores de imán pueden caer más allá del entrehierro de inicio suave. Los rotores de imán en cambio caen más, creando un entrehierro máximo entre los rotores de imán y los rotores de conductor que puede reducir sustancialmente las fuerzas del par de fuerzas giratorio entre éstos. Esta configuración completamente desacoplada puede permitir que el motor continúe funcionando de manera indefinida mientras que la carga sustancialmente se ha ralentizado o cesado

y, por tanto, puede impedir daños al equipo.

Por último, cuando tanto el motor como la carga se han detenido, la fuerza de repulsión disminuye de nuevo, permitiendo que la fuerza magnética de atracción saque los rotores de imán de vuelta de la configuración estática inicial.

Como se comenta con más detalle posteriormente, la presente invención va dirigida a varias estructuras que permiten que el acoplador magnético se mueva libremente entre las configuraciones comentadas anteriormente y, como tal, que permitan que el sistema adopte de manera automática distintas configuraciones para el arranque, condiciones de funcionamiento estándar, parada de emergencia y condiciones estáticas. La presente invención también va dirigida a métodos para llevar a cabo la misma según la reivindicación 22.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista isométrica de un acoplador magnético según una realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista de extremo, junto con el eje de giro, del acoplador magnético de la figura 1.

La figura 3 es una vista en sección diametral del acoplador magnético de la figura 2, visto a lo largo de la sección 3-3, en una configuración estática.

La figura 4 es una vista en sección diametral del acoplador magnético de la figura 2, visto a lo largo de la sección 4-4, en la configuración estática.

La figura 5 es una vista en sección diametral del acoplador magnético de la figura 2, visto a lo largo de la sección 5-5, en la configuración de inicio suave.

La figura 6 es una vista en sección diametral del acoplador magnético de la figura 2, visto a lo largo de la sección 6-6, en la configuración de funcionamiento.

La figura 7 es una vista en sección diametral del acoplador magnético de la figura 2, visto a lo largo de la sección 7-7, en la configuración completamente desacoplada.

La figura 8 es una vista en sección de una parte de un acoplador magnético según otra realización de la presente

invención, mostrada...

1. Acoplador (8), que comprende:

núcleos (10, 12) giratorios primero y segundo, cada uno con un eje giratorio; dos rotores (23, 24) de imán coaxiales conteniendo cada uno un conjunto respectivo de imanes (28) permanentes; dos rotores (48) de conductor coaxiales cada uno con un anillo electroconductor no ferroso separado por un entrehierro de uno respectivo de los conjuntos de imanes (28); estando separados dos primeros de los rotores una distancia axial fija y estando montados como una unidad en el primer núcleo para girar al unísono con éste; caracterizado por dos placas (13, 14) de extremo conectadas por barras

(22) y que están montadas para girar al unísono con el segundo núcleo (12), pudiendo moverse los dos restantes de los rotores de manera axial en las barras (22) con respecto a los dos primeros de los rotores; y material que atrae al imán asociado con los rotores (48) de conductor, estando dimensionado y conformado el material que atrae al imán para interaccionar con respectivos de los conjuntos de imanes (28) permanentes y para desviar magnéticamente los rotores a una relación acoplada, en el que la sobrecarga del acoplador (8) provocada por un deslizamiento suficiente entre el imán (23, 24) y los rotores (48) de conductor da como resultado un empuje axial que se opone y supera el desvío para sacar al imán (23, 24) y a los rotores (48) de conductor al menos parcialmente de la relación acoplada.

2. Acoplador (8) según la reivindicación 1, que comprende además topes ajustables situados entre las placas (13, 14) de extremo y los dos restantes de los rotores para ajustar el entrehierro (42).

3. Acoplador (8) según la reivindicación 1, en el que ambos de los rotores en la unidad son rotores (48) de conductor; y

los rotores restantes son rotores (23, 24) de imán situados entre los rotores (48) de conductor.

4. Acoplador (8) según la reivindicación 1, en el que los topes comprenden tornillos (54) prisioneros que pasan a través de las placas (13, 14) de extremo y están dispuestos para entrar en contacto con los dos restantes de los rotores.

5. Acoplador (8) según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los dos restantes de los rotores están montados para girar al unísono con el segundo árbol y para entrar y salir axialmente en sentidos opuestos con respecto al segundo árbol de una relación acoplada magnéticamente con los primeros dos de los rotores, material que atrae al imán está asociado con los rotores (48) de conductor de modo que interacciona con respectivos de los conjuntos de imanes

(28) permanentes y desvía magnéticamente los rotores a la relación acoplada, en el que el giro relativo entre el imán (23, 24) y los rotores (48) de conductor en forma de deslizamiento da como resultado una fuerza axial contraria al desvío que saca a los rotores de la relación acoplada, y en el que elementos de retención llevan los rotores restantes y se disponen cuando están en una posición activa para limitar el movimiento axial de los rotores restantes debido a las fuerzas de repulsión durante el arranque del acoplador (8), pudiendo moverse los elementos de retención en respuesta a la fuerza centrífuga a una posición inactiva con lo cual el acoplador (8) puede desacoplarse completamente debido a las fuerzas de repulsión tras el arranque.

6. Acoplador (8) según la reivindicación 5, en el que hay un tope asociado con los rotores que limita el tamaño mínimo del entrehierro (50).

7. Acoplador (8) según la reivindicación 6, en el que el entrehierro (50) mínimo es ajustable mediante el ajuste del tope para que sea tal que tras el arranque un deslizamiento entre los árboles desde una condición de sobrecarga

provoque un empuje axial que supera el desvío, desacoplando de ese modo el acoplador (8).

8. Acoplador (8) según la reivindicación 5, en el que cada uno de los elementos de retención está dispuesto para oscilar respecto a un eje de oscilación desde una posición activa paralela al eje giratorio hasta una posición inactiva dirigida radialmente hacia fuera desde el eje de oscilación.

9. Acoplador (8) según la reivindicación 8, en el que cada elemento de retención tiene un resorte (62) dispuesto para resistir con deformación permanente la oscilación del mismo alejándose de su posición activa a velocidades de giro bajas.

10. Acoplador (8) magnético según las reivindicaciones 1 a 9, para impedir la salida durante el arranque y que permite la salida tras el arranque, caracterizado porque los dos rotores (48) de conductor coaxiales están situados de manera adyacente a los respectivos rotores (23, 24) de imán, en el que los dos restantes de los rotores están montados para girar al unísono con el segundo árbol y para entrar y salir de manera axial con respecto al segundo árbol de una relación acoplada magnéticamente con los primeros dos de los rotores; material que atrae al imán está acoplado a cada uno de los rotores (48) de conductor para desviar magnéticamente los rotores (23, 24) de imán hacia los rotores (48) de conductor y para empujar los rotores a una relación acoplada, estando dimensionado, conformado y situado el material que atrae al imán de modo que una fuerza de repulsión provocada por el giro relativo significativo entre los rotores (23, 24) de imán y los rotores (48) de conductor es suficiente para contrarrestar el desvío y sacar a los rotores de la relación acoplada, y al menos un elemento de retención lleva el segundo árbol, pudiendo moverse el al menos un elemento de retención entre una posición activa en la que el al menos un elemento de

retención limita el movimiento de los dos restantes de los rotores hasta una primera distancia fuera de la relación acoplada, y una posición inactiva en la que el al menos un elemento de retención limita el movimiento de los dos restantes de los rotores hasta una segunda distancia fuera de la relación acoplada.

11. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el al menos un elemento de retención puede moverse por la fuerza centrífuga desde la posición activa en el arranque del acoplador (8) hasta la posición inactiva tras el arranque.

12. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que la segunda distancia es mayor que la primera distancia.

13. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que la primera distancia está predeterminada para dotar al acoplador (8) de características de inicio suave.

14. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que la segunda distancia está predeterminada para dotar al acoplador (8) de características de funcionamiento indefinido.

15. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el material que atrae al imán es en forma de un material ferroso distribuido alrededor del perímetro de los rotores (48) de conductor.

16. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el material que atrae al imán es en forma de un anillo

(30) de material ferroso situado de manera concéntrica alrededor de los rotores (48) de conductor.

17. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el material que atrae al imán es en forma de un anillo

(30) de material ferroso situado de manera concéntrica alrededor de los rotores (48) de conductor, y está ubicado en una cara de los rotores (48) de conductor opuesta a los respectivos rotores (23, 24) de imán.

18. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el al menos un elemento de retención comprende un brazo

(58) de retención pivotante entre las posiciones activa e

inactiva.

19. Acoplador (8) magnético según la reivindicación 10, en el que el al menos un elemento de retención comprende un brazo fijo que sobresale hacia dentro desde uno de los dos rotores restantes y un obturador en el otro de los dos rotores restantes, estando alineado el obturador con el brazo fijo y pudiendo moverse entre la posición activa en la que el obturador obstruye el paso del brazo fijo, y la posición inactiva en la que el obturador permite al brazo fijo entrar al menos parcialmente en una abertura en el otro de los dos rotores restantes.

20. Acoplador (8) de imán según la reivindicación 10, en el que el al menos un elemento de retención es ajustable para cambiar la primera distancia.

21. Acoplador (8) magnético según las reivindicaciones 1 a 20, para impedir el desacoplamiento completo durante el arranque y permitir el desacoplamiento completo tras el arranque, caracterizado porque uno primero de los rotores está montado en el primer árbol para girar al unísono con éste; fijándose el primero de los rotores de manera axial con respecto al primer árbol, y al menos un elemento de retención móvil por la fuerza centrífuga entre una posición activa en la que el al menos un elemento de retención limita el movimiento de los restantes de los rotores a una primera distancia fuera de la relación acoplada, y una posición inactiva en la que el al menos un elemento de retención limita el movimiento de los restantes de los rotores a una segunda distancia fuera de la relación acoplada, siendo la segunda distancia mayor que la primera distancia.

22. Método para impedir el desacoplamiento completo en un acoplador (8) magnético durante el arranque, y para permitir el desacoplamiento completo durante el funcionamiento, comprendiendo el método: prever un par de rotores (23, 24) de imán en un primer árbol en una relación acoplada con un par de rotores (48) de conductor en un segundo árbol;

prever dos placas de extremo conectadas por barras; fijar uno de los pares de rotores en una disposición axial; permitir al otro de los pares de rotores deslizarse de manera axial en dichas barras con respecto al uno de los pares de rotores entrando y saliendo de la relación acoplada; desviar el otro de los pares de rotores a la relación acoplada; proporcionar al menos un mecanismo de retención móvil entre posiciones activa e inactiva, estando configurada la posición activa para retener el otro de los pares de rotores en la relación acoplada, y estando configurada la posición inactiva para permitir que el otro de los pares de rotores salga al menos sustancialmente de la relación acoplada.