Cojinete radial magnético con excitación trifásica.

Cojinete radial magnético con

- un estator (4) que presenta una primera bobina (S1),

una segunda bobina (S2), una tercera bobina (S3) y una cuarta bobina (S4), de las que la primera bobina (S1) y la tercera bobina (S3) están enfrentadas sobre un primer eje (Y), así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje (X),

caracterizado por

- una instalación de excitación para excitar las bobinas del estátor con una corriente trifásica, que presenta las fases U, V y W, en donde

- para controlar el primer eje (Y)

· una primera conexión (S2A) de la segunda bobina (S2) y una primera conexión (S4A) de la cuarta bobina (S4) están unidas a la fase U,

· una segunda conexión (SB2) de la segunda bobina (S2) a la fase W y

· una segunda conexión (S4B) de la cuarta bobina (S4) a la fase V,

- para controlar el segundo eje (X)

· una primera conexión (S1A) de la primera bobina (S1) y una primera conexión (S3A) de la tercera bobina (S3) están unidas a la fase U,

· una segunda conexión (S1B) de la primera bobina (S1) a la fase W y

· una segunda conexión(S3B) de la tercera bobina (S3) a la fase V,

- las amplitudes de las corrientes de las fases U, V y W están valoradas en cada caso con una función sinusoidal (fu, fv, fw) con un desplazamiento de fase mutuo de 120º , y

- la excitación mediante la instalación de excitación para cada uno de los ejes (X, Y) se realiza en cada caso en un punto de trabajo variable, que fija el valor para la valoración de las amplitudes para las diferentes fases, de forma correspondiente a la respectiva función sinusoidal.

Cojinete radial magnético con excitación trifásica

La presente invención se refiere a un cojinete radial magnético con un estátor, que presenta una primera bobina, una segunda bobina, una tercera bobina y una cuarta bobina, de las que la primera bobina y la tercera bobina están enfrentadas sobre un primer eje, así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje. Aparte de esto, la presente invención se refiere a un procedimiento para controlar un cojinete radial magnético de este tipo.

Los cojinetes radiales magnéticos generan corrientes parásitas en árboles rotatorios. Éstas conducen a un calentamiento indeseado del árbol. La potencia disipada ligada a esto reduce el grado de eficacia de la máquina. Un reflujo magnético chapado sobre el árbol, que reduciría las corrientes parásitas, reduce la rigidez del árbol.

Hasta ahora se ha buscado un compromiso entre las menores pérdidas posibles por corrientes parásitas y la mayor rigidez posible. De las pérdidas por corrientes parásitas son responsables fundamentalmente los números de polos de los campos magnéticos, el número de revoluciones del árbol y la clase de chapado. Para conseguir bajas frecuencias de cambio de imantación se busca un número de polos bajo. Sin embargo, a causa de esto el campo magnético penetra profundamente en el rotor y de este modo exige un chapado con yugo de rotor elevado, lo que después conduce a un árbol fino. Si se superan unas inclinaciones a la vibración críticas, es necesario aumentar el número de polos, lo que conduce de nuevo a mayores frecuencias y pérdidas.

En la figura 1 se ha representado una sección transversal mediante un cojinete magnético radial habitual. El estátor presenta aquí ocho bobinas insertadas en ranuras axiales, en donde en la figura 1 sólo se han indicado esquemáticamente las bobinas 1 y los núcleos de bobina 2. En el interior del estátor se sujeta magnéticamente un rotor 3. En el caso del rotor 3 se trata del árbol a montar. Los ejes de las bobinas 1 discurren aquí fundamentalmente de forma radial con relación al eje de giro del rotor 3.

Además de esto, por ejemplo el documento WO 97/07341 hace patente un cojinete y un procedimiento del género expuesto.

Del libro Magnetic Bearings de Gerhard Schweitzery Eric H. Maslen, Springerverlag Berlín, 2009, XV, páginas 82 a 84 y 96, se conocen también cojinetes magnéticos radiales con bobinas axiales. Esto significa que los ejes de bobina se extienden en paralelo al eje de cojinete. De forma correspondiente a esto se produce el guiado de flujo fundamentalmente en dirección axial, tanto en las bobinas como en el rotor.

La tarea de la presente invención consiste en poner a disposición un cojinete magnético que pueda controlarse o regularse de forma sencilla y fiable. Aparte de esto se pretende proporcionar también un procedimiento adecuado para controlar el cojinete radial magnético.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante un cojinete radial magnético con

- un estátor que presenta una primera bobina, una segunda bobina, una tercera bobina y una cuarta bobina, de las que la primera bobina y la tercera bobina están enfrentadas sobre un primer eje, así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje, y con

- una instalación de excitación para excitar las bobinas del estátor con una corriente trifásica, que presenta las fases U, V y W, en donde

- para controlar el primer eje

una primera conexión de la segunda bobina y una primera conexión de la cuarta bobina están unidas a la fase U,

una segunda conexión de la segunda bobina a la fase W y

una segunda conexión de la cuarta bobina a la fase V,

- para controlar el segundo eje

una primera conexión de la primera bobina y una primera conexión de la tercera bobina están unidas a la fase U,

una segunda conexión de la primera bobina a la fase W y

una segunda conexión de la tercera bobina a la fase V,

- las amplitudes de las corrientes de las fases U, V y W están valoradas en cada caso con una función sinusoidal con un desplazamiento de fase mutuo de 120°, y

- la excitación mediante la instalación de excitación para cada uno de los ejes se realiza en cada caso en un punto de trabajo variable, que fija el valor para la valoración de las amplitudes para las diferentes fases, de forma correspondiente a la respectiva función sinusoidal.

Aparte de esto, conforme a la invención se proporciona un procedimiento para controlar un cojinete radial magnético con un estátor que presenta una primera bobina, una segunda bobina, una tercera bobina y una cuarta bobina, de las que la primera bobina y la tercera bobina están enfrentadas sobre un primer eje, así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje, mediante

- la excitación de las bobinas del estátor con una corriente trifásica, que presenta las fases U, V y W, en donde

- para controlar el primer eje

una primera conexión de la segunda bobina y una primera conexión de la cuarta bobina están unidas a la fase U,

una segunda conexión de la segunda bobina a la fase W y

una segunda conexión de la cuarta bobina a la fase V,

- para controlar el segundo eje

una primera conexión de la primera bobina y una primera conexión de la tercera bobina están unidas a la fase U,

una segunda conexión de la primera bobina a la fase W y

una segunda conexión de la tercera bobina a la fase V,

- las amplitudes de las corrientes de las fases U, V y W están valoradas en cada caso con una función sinusoidal con un desplazamiento de fase mutuo de 120°, y

- la excitación mediante la instalación de excitación para cada uno de los ejes se realiza en cada caso en un punto de trabajo variable, que fija el valor para la valoración de las amplitudes para las diferentes fases, de forma correspondiente a la respectiva función sinusoidal.

Las bobinas del cojinete radial pueden excitarse de forma ventajosa trifásicamente, y puede conseguirse un número de polos muy bajo, precisamente el número de parejas de polos p =0 para la excitación básica, respectivamente magnetización previa. El campo de atracción puede generarse con un número de parejas de polos p = 1. En total pueden conseguirse de este modo frecuencias de cambio de imantación muy bajas, de tal modo que las pérdidas por corrientes parásitas son correspondientemente reducidas.

El primer eje está situado de forma preferida perpendicularmente sobre el segundo eje. De esta manera pueden generarse fuerzas ortogonales, con las que el rotor puede sujetarse exactamente en el centro del estátor.

En una forma de ejecución preferida se define para el punto de trabajo variable un margen de trabajo, que está situado entre dos valores límite que poseen una separación prefijada desde un valor angular, en donde el valor angular está asociado a un punto de corte de dos de las funciones sinusoidales. La limitación del punto de trabajo al margen de trabajo garantiza que se generen siempre las fuerzas deseadas desde las diferentes bobinas.

El margen de trabajo puede presentar en especial una extensión de n/3. Con esta extensión del margen de trabajo se obtienen siempre unas relaciones de fuerza claras de las bobinas.

Asimismo es ventajoso que las bobinas del estator sean en cada caso bobinas axiales, con relación al eje de rotación del cojinete radial. Esto tiene la ventaja de que el cojinete radial puede construirse de forma muy compacta.

Asimismo las bobinas del estator deberían poseer el mismo sentido de bobinado. Por medio de esto la excitación puede configurarse más fácilmente.

Como ya se ha indicado antes, en una forma de ejecución preferida la excitación básica de las bobinas mediante la instalación de excitación puede ajustarse con un número de parejas de polos p = 0. Esto tiene la citada ventaja de unas pérdidas por corrientes parásitas reducidas.

Además de esto, con la instalación de excitación puede ajustarse una excitación de atracción de las bobinas con un número de parejas de polos p = 1. De este modo puede conseguirse, con un número de parejas de polos muy bajo, una fuerza en la dirección de uno de los ejes perpendicularmente al eje de rotación del rotor. Debido a que el número de parejas de polos es a su vez muy bajo, debe contarse con unas pérdidas por corrientes parásitas correspondientemente reducidas.

La presente invención se explica con más detalle con base en los dibujos adjuntos, en los que muestran: la figura 1 una sección transversal a través de un cojinete radial magnético habitual; la figura 2 una sección transversal a través de un cojinete radial... [Seguir leyendo]

1. Cojinete radial magnético con

- un estator (4) que presenta una primera bobina (S1), una segunda bobina (S2), una tercera bobina (S3) y una cuarta bobina (S4), de las que la primera bobina (S1) y la tercera bobina (S3) están enfrentadas sobre un primer eje (Y), así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje (X),

caracterizado por

- una instalación de excitación para excitar las bobinas del estátor con una corriente trifásica, que presenta las fases U, V y W, en donde

- para controlar el primer eje (Y)

una primera conexión (S2A) de la segunda bobina (S2) y una primera conexión (S4A) de la cuarta bobina (S4) están unidas a la fase U,

una segunda conexión (SB2) de la segunda bobina (S2) a la fase W y

una segunda conexión (S4B) de la cuarta bobina (S4) a la fase V,

- para controlar el segundo eje (X)

una primera conexión (S1A) de la primera bobina (S1) y una primera conexión (S3A) de la tercera bobina (S3) están unidas a la fase U,

una segunda conexión (S1B) de la primera bobina (S1) a la fase W y

una segunda conexión(S3B) de la tercera bobina (S3) a la fase V,

- las amplitudes de las corrientes de las fases U, V y W están valoradas en cada caso con una función sinusoidal (fu, fv, fw) con un desplazamiento de fase mutuo de 120°, y

- la excitación mediante la instalación de excitación para cada uno de los ejes (X, Y) se realiza en cada caso en un punto de trabajo variable, que fija el valor para la valoración de las amplitudes para las diferentes fases, de forma correspondiente a la respectiva función sinusoidal.

2. Cojinete radial magnético según la reivindicación 1, en donde el primer eje (Y) está situado perpendicularmente sobre el segundo eje (X).

3. Cojinete radial magnético según la reivindicación 1 ó 2, en donde se define para el punto de trabajo variable un margen de trabajo (ab), que está situado entre dos valores límite que poseen una separación prefijada desde un valor angular (ag), en donde el valor angular está asociado a un punto de corte de dos de las funciones sinusoidales.

4. Cojinete radial magnético según la reivindicación 3, en donde el margen de trabajo (ab) presenta una extensión de n/3.

5. Cojinete radial magnético según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las bobinas (S1 a S4) del estator (4) son en cada caso bobinas axiales, con relación al eje de rotación del cojinete radial.

6. Cojinete radial magnético según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las bobinas (S1 a S4) del estator (4) poseen el mismo sentido de bobinado.

7. Cojinete radial magnético según una de las reivindicaciones anteriores, en donde con la instalación de excitación puede ajustarse una excitación básica de las bobinas con un número de parejas de polos cero.

8. Cojinete radial magnético según una de las reivindicaciones anteriores, en donde con la instalación de excitación puede ajustarse una excitación de atracción de las bobinas con un número de parejas de polos uno.

9. Procedimiento para controlar un cojinete radial magnético con un estator (4) que presenta una primera bobina (S1), una segunda bobina (S2), una tercera bobina (S3) y una cuarta bobina (S4), de las que la primera bobina y la

tercera bobina están enfrentadas sobre un primer eje (Y), así como la segunda y la cuarta bobina sobre un segundo eje (X), caracterizado por

- la excitación de las bobinas del estátor con una corriente trifásica, que presenta las fases U, V y W, en donde

- para controlar el primer eje (Y)

una primera conexión (S2A) de la segunda bobina (S2) y una primera conexión (S4A) de la cuarta bobina (S4)

están unidas a la fase U,

una segunda conexión (S2B) de la segunda bobina (S2) a la fase W y

una segunda conexión (S4B) de la cuarta bobina (S4) a la fase V,

- para controlar el segundo eje (X)

una primera conexión (S1A) de la primera bobina (S1) y una primera conexión (S3A) de la tercera bobina (S3)

están unidas a la fase U,

una segunda conexión (S1B) de la primera bobina (S1) a la fase W y

una segunda conexión (S3B) de la tercera bobina (S3) a la fase V,

- las amplitudes de las corrientes de las fases U, V y W están valoradas en cada caso con una función sinusoidal 15 (fu, fv, fw) con un desplazamiento de fase mutuo de 120°, y

- la excitación para cada uno de los ejes (X, Y) se realiza en cada caso en un punto de trabajo variable, que fija el valor para la valoración de las amplitudes para las diferentes fases, de forma correspondiente a la respectiva función sinusoidal.