MÁQUINA LINEAL CON UNA PARTE PRIMARIA Y UNA PARTE SECUNDARIA.

Maquina lineal con una parte primaria (20), que presenta varias bobinas primarias (21) de forma anular,

situadas concéntricas a un eje A, separadas unas de otras mediante elementos intermedios (22), y con una parte secundaria (30) que presenta varias bobinas secundarias (31) con devanados supraconductores, que pueden ser alimentadas con corriente continua, situadas unas junto a otras axialmente con polaridad alterna, en donde una parte puede moverse con relación a otra parte en paralelo al eje, en donde la disposición de las bobinas primarias (21) en la parte primaria (20) esta realizada como devanado de rendija de aire con elementos intermedios (22) de material no magnetizable y las bobinas secundarias (31) están formadas por devanados de un supraconductor de alta temperatura, en donde se pueden conseguir densidades de fuerza de mas de 18 N/cm2, en donde las bobinas secundarias (31) están construidas en forma anular y están dispuestas concéntricas unas con otras alrededor del cuerpo soporte (33) y en donde entre las bobinas secundarias (31) hay colocados elementos de separación en los cuales se apoyan las bobinas secundarias (31) en dirección axial

El invento se refiere a una maquina lineal con una parte primaria que presenta varias bobinas primarias de forma anular, situadas preferentemente concéntricas a un eje, separadas unas de otras mediante elementos intermedios, y con una parte secundaria que presenta varias bobinas secundarias con devanados supraconductores, que pueden ser alimentadas con corriente continua, situadas unas junto a otras axialmente con polaridad alterna, en donde una parte puede moverse con relación a la otra parte de un lado al otro en paralelo al eje.

Por el documento DE 195 42 551 A1 se conoce un motor lineal con una parte primaria cilíndrica hueca que presenta bobinas primarias de forma anular situadas concéntricas a un eje de movimiento de una parte secundaria, que pueden ser utilizadas con corriente polifásica. Entre las bobinas primarias hay situadas chapas anulares compuestas de un material ligeramente magnético, que sirven como elementos intermedios para separar las bobinas primarias vecinas y forman dientes magnetizables para fortalecer el flujo magnético y para dirigirlo hacia el alojamiento en el que esta situada la parte secundaria. Las bobinas primarias y las chapas anulares están alojadas en una culata cilíndrica hueca de material magnetizable, que forma un cierre de retorno magnético. La parte secundaria está situada en el interior del alojamiento formado por la parte primaria y puede desplazarse axialmente. La parte secundaria presenta varios imanes de campo formados por devanados supraconductores que están situados en dirección axial unos después de otros con polaridad alterna. Por el documento DE 195 42 551 los campos magnéticos de los devanados secundarios deben ser perpendiculares al eje de la parte secundaria. Para generar esta dirección de campo con bobinas devanadas el eje de cada bobina independiente recorrida por intensidad debe ser perpendicular al eje de movimiento del motor lineal. Solo en el caso de utilizarse imanes permanentes o imanes supraconductores de cuerpo sólido, pueden estos imanes apoyarse con su superficie periférica interior sobre una culata cilíndrica de material magnetizable. En concreto estos están construidos en forma anular pero magnetizados radialmente. Por el contrario, en el caso de bobinas secundarias devanadas, debe seleccionarse una disposición en la que las bobinas devanadas se apoyan sobre la superficie envolvente del cuerpo portador en dirección periférica y en dirección axial están unas junto a otras pero desplazadas. Las fuerzas magnéticas generadas con la alimentación con corriente de las bobinas primarias y secundarias generan un movimiento relativo entre la parte primaria y la parte secundaria.

Por el documento EP 1 465 328 A1 se conoce un motor lineal en el que la parte primaria y la parte secundaria están situadas a la inversa, de manera que la parte secundaria está por el exterior y rodea a la parte primaria.

La capacidad de magnetización de los dientes ligeramente magnéticos es limitada a causa de la saturación magnética del material ligeramente magnético que se presenta. Para en el caso de altas densidades de corriente en las bobinas de la parte primaria poder alcanzar altas densidades de fuerza entre la parte primaria y la parte secundaria se ha propuesto el aumentar el numero de devanados de las bobinas primarias o aumentar la cantidad de material que puede ser magnetizado. Para motores lineales redondos o polisolenoides se han alcanzado con estas medidas en estado de investigación densidades de fuerza de hasta 8 N/cm2. Ciertamente el tamaño y el peso de los motores lineales deben ser aumentados entonces de manera significativa.

Por la publicación Supraconductor Ciencia y tecnología, 17(2004), paginas 445 a 449, se conoce un concepto para un motor lineal en el que el estator presenta bobinas primarias de un material supraconductor que esta compuesto de bobinas doble -pancake de material supraconductor. Para poder obtener con el motor lineal densidades de fuerza de valor aproximado de 14 N/cm2 se propone un actuador que esta equipado con imanes NdFeB. Como concepto alternativo se propone un actuador que esta compuesto de supraconductores de cuerpo sólido, que están formados mediante una combinación de discos de laminado de hierro e YBCO.

Por el documento EP 0425 314 A1 se conoce un motor lineal en el que tanto las bobinas en la parte primaria como las bobinas en la parte secundaria consisten en bobinas de silla que están acodadas en forma de arco y están colocadas desplazadas axialmente unas de otras. El campo magnético de las bobinas de silla en la parte primaria y en la parte secundaria es perpendicular al eje de movimiento.

Es misión del invento crear una maquina lineal en la que con medidas constructivas en la parte primaria y/o parte secundaria sean posibles densidades de fuerza claramente mayores incluso con tamaños pequeños de las maquinas lineales.

Esta misión será resuelta de acuerdo con el invento porque la disposición de las bobinas primarias en la parte primaria esta concebida como devanado con rendija de aire con elementos intermedios de material no magnetizable y las bobinas secundarias están formadas por devanados de un supraconductor de alta temperatura, con lo que se pueden alcanzar densidades de fuerza de mas de 18 N/cm2 .La maquina lineal esta concebida preferentemente como motor lineal en el que por medio de una alimentación de corriente de las bobinas primarias y bobinas secundarias y debido al campo magnético con ello generado se produce un movimiento relativo paralelo al eje entre la parte primaria y la parte secundaria y el invento será descrito a continuación de preferencia con referencia a esto. La máquina lineal puede estar concebida también como generador en la que una intensidad inducida en las bobinas primarias por el movimiento relativo entre la parte primaria y la parte secundaria es transformada para recuperación de energía. Con una configuración de la maquina lineal como motor lineal se pueden obtener las altas densidades de fuerza por alimentación de corriente a las bobinas primarias con corriente alterna y a las bobinas secundarias con corriente continua. Puesto que la disposición de las bobinas primarias y preferentemente también la disposición de las bobinas secundarias esta concebida como devanados de rendija de aire, es decir, ni entre las bobinas primarias ni entre las bobinas secundarias hay colocado material magnetizable para guiar el flujo, en el caso de la maquina lineal acorde con el invento la densidad de fuerza no esta limitada por una magnetización de saturación.

La capa de corriente de la parte primaria, es decir, la corriente en dirección periférica de cada longitud axial de la parte primaria, puede ser aumentada respecto de los motores lineales conocidos sin aumento del tamaño del motor lineal, con lo que la densidad de fuerza proporcional a la capa de corriente aumenta sin efecto de saturación. Entre las bobinas primarias no hay colocado preferentemente ningún hierro

o material magnetizable para la concentración del flujo magnético. Por la utilización de material supraconductor de alta temperatura que presenta una temperatura de transición que es mayor de 77K, en la parte secundaria las bobinas secundarias pueden ser alimentadas con intensidades continuas altas para poder generar un campo magnético extremadamente alto en el alojamiento. Otra ventaja en el motor lineal acorde con el invento consiste en que en el devanado de hendidura de aire se consigue un trazado de fuerza prácticamente plano, puesto que mediante el devanado de hendidura de aire prácticamente no existen fuerzas reluctantes y con ello no se presentan apenas fuerzas de retícula. Además el motor lineal puede ser mantenido o limpiado de manera relativamente fácil puesto que se prescinde de imanes permanentes y material magnetizable en la parte primaria y en la parte secundaria y con ello al desconectar la alimentación de corriente no se producen fuerzas magnéticas.

Se puede conseguir una alta capa de corriente de la parte primaria especialmente porque el factor de relleno de la parte primaria ha sido elegido alto. El factor de relleno se define como la relación de volumen entre el volumen de las bobinas primarias recorridas por la corriente respecto del volumen de los elementos primarios así como en su caso los espacios intermedios existentes entre las bobinas primarias. El factor de relleno de la parte primaria es preferentemente mayor del 70% y especialmente mayor del 85%. Bobinas primarias vecinas en dirección axial están alimentadas preferentemente con corriente alterna desfasada 120º, con lo que el motor lineal forma un motor trifásico (motor de...

1. Maquina lineal con una parte primaria (20), que presenta varias bobinas primarias (21) de forma anular, situadas concéntricas a un eje A, separadas unas de otras mediante elementos intermedios (22), y con una parte secundaria (30) que presenta varias bobinas secundarias (31) con devanados supraconductores, que pueden ser alimentadas con corriente continua, situadas unas junto a otras axialmente con polaridad alterna, en donde una parte puede moverse con relación a otra parte en paralelo al eje, en donde la disposición de las bobinas primarias (21) en la parte primaria (20) esta realizada como devanado de rendija de aire con elementos intermedios (22) de material no magnetizable y las bobinas secundarias (31) están formadas por devanados de un supraconductor de alta temperatura, en donde se pueden conseguir densidades de fuerza de mas de 18 N/cm2, en donde las bobinas secundarias

(31) están construidas en forma anular y están dispuestas concéntricas unas con otras alrededor del cuerpo soporte (33) y en donde entre las bobinas secundarias (31) hay colocados elementos de separación en los cuales se apoyan las bobinas secundarias (31) en dirección axial.

2. Maquina lineal según la reivindicación (1), caracterizada porque la disposición de las bobinas secundarias (31) en la parte secundaria (30) esta ejecutada como devanado de rendija de aire.

3. Maquina lineal según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque entre las bobinas primarias (21) de la parte primaria (20) y entre las bobinas secundarias (31) de la parte secundaria (30) no hay colocado ningún material magnetizable, especialmente ningún hierro, para agrupar el flujo magnético.

4. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1, 2 o 3,caracterizada porque el factor de relleno de la parte primaria (20) definido como la relación de volumen de las bobinas primarias (21) a los elementos intermedios (22) y/o espacios intermedios de aire, es mas del 70% y en especial mas del 85%.

5. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las bobinas primarias (21) están compuestas por devanados de un conductor normal, especialmente por devanados de un conductor o conductor hueco de aluminio o cobre.

6. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las bobinas primarias están fabricadas de devanados de un supraconductor, preferiblemente de un supraconductor de alta temperatura.

7. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por una culata (32) que envuelve a las bobinas primarias (21) y a los elementos intermedios (22) está fabricado preferiblemente de un material no magnético o un material no magnetizable, especialmente material ligero, en donde preferentemente la culata presenta por su periferia interior ranuras a las que están anclados los elementos intermedios (22).

8. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque las bobinas primarias (21) y/o las bobinas secundarias (31) están fundidas en plástico, preferiblemente en resina de plástico, especialmente en resina epoxy, en donde los elementos intermedios consisten parcial o totalmente en la envolvente de material plástico.

9. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque las bobinas secundarias (31) pueden ser alimentadas o están alimentadas con una densidad de corriente de mas de 50 A/mm2, preferiblemente de mas de 70 A/mm2, y/o porque el campo magnético de las bobinas secundarias esta orientado en paralelo al eje.

10. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la parte secundaria presenta un cuerpo soporte (33) cilíndrico en cuya superficie envolvente están situadas las bobinas secundarias (32), en donde preferiblemente el cuerpo soporte (33) es no magnetizable o esta hecho de un material no magnetizable.

11. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque los elementos de separación (32) son no magnetizables o están hechos de un material no magnetizable.

12. Máquina lineal según la reivindicación 11, caracterizada porque las bobinas secundarias presentan una anchura y la separación entre bobinas secundarias (31) vecinas corresponde como mínimo al doble del ancho de las bobinas secundarias (31).

13. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque las bobinas primarias están alimentadas o pueden estar alimentadas con corriente alterna, la parte primaria y la parte secundaria (20,30) pueden moverse una respecto a la otra por la alimentación de corriente a las

bobinas primarias y secundarias (21,31) y la máquina lineal forma un motor lineal (10).

14. Máquina lineal según la reivindicación 13, caracterizada porque las bobinas primarias están fabricadas de devanados de un supraconductor,

5 preferentemente un supraconductor de alta temperatura, en donde la alimentación con corriente alterna oscila con una frecuencia de menos de 100 HZ, en especial de menos de 50 Hz.

15. Máquina lineal según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque la parte primaria o la parte secundaria pueden moverse en paralelo al eje con accionamiento exterior, en donde en las bobinas primarias se puede captar una corriente inducida producida por el movimiento axial entre la parte primaria y la parte secundaria y la máquina lineal forma un generador.