ES2215044T3

ES2215044T3 - Dispositivo de rotor.

Info

Publication number: ES2215044T3
Application number: ES00922662T
Authority: ES
Inventors: Johan K. Fremerey
Original assignee: Forschungszentrum Jülich
Current assignee: Forschungszentrum Jülich
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2004-10-01
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: PT1171944E; CA2369956A1; DE50005201D1; JP2003525561A; WO2000064031A1; DK1171944T3; US6368075B1; ATE259112T1; CN1347585A; CN1257595C; DE20022339U1; EP1171944A1; EP1171944B1; AU4297800A; CA2369956C; JP4612954B2

Abstract

Dispositivo de rotor (1) para interacción de un rotor (3, 30, 32, 36, 42) con un fluido, con las caracterís ticas siguientes: a) el dispositivo de rotor (1) tiene un tubo portador (2); b) en el tubo portador (2) está montado en forma gira toria un rotor (3, 30, 32, 36, 42); c) el rotor (3, 30, 32, 36, 42) está construido para interacción con el fluido que circula por el tubo portador (2); d) el rotor (3, 30, 32, 36, 42) presenta en ambos lados frontales unos imanes (7, 8; 46, 47) permanentemente magnéticos y axialmente magnetizados; e) directamente enfrente de los lados frontales del ro tor (3, 30, 32, 36, 42) en dirección axial están dispuestos unos imanes de estator (18, 19; 52, 53) permanentemente mag néticos unidos con el tubo portador (2); f) cada imán de estator (18, 19; 52, 53) tiene una magnetización axial tal que imanes de estator y de rotor contiguos (18, 19; 7, 8; 46, 47; 52, 53) se atraen mutuamen te; g) el dispositivo de rotor (1) presenta un dispositivo magnético de estabilización axial (22, 23, 27; 58, 59, 66) para el rotor (3, 30, 32, 36, 42).

Description

Dispositivo de rotor.

La invención concierne a un dispositivo de rotor para interacción de un rotor con un fluido, por ejemplo para una bomba o un aparato de medida, debiendo entenderse por un fluido tanto un gas como un líquido.

En el estado de la técnica se han desarrollado para bombas y aparatos de medida unos dispositivos de rotor en los que un rotor es mantenido en una posición de equilibrio dentro de un tubo portador por medio de fuerzas de campo magnéticas. Así, en el documento DE-A-29 19 236 se ha descrito un contador de rodete de turbina para la medición del caudal de líquidos, en el que el rotor presenta para la estabilidad radial dos imanes de rotor distanciados configurados como imanes permanentes, a los cuales están asignados por parejas imanes de estator configurados también como imanes permanentes que rodean al tubo portador. Los imanes de rotor y de estator están magnetizados aquí de manera que se repelen uno a otro en dirección axial.

Entre los imanes de estator está dispuesta una bobina magnética eléctrica que rodea al tubo portador en forma de anillo. La bobina magnética coopera con una pieza ferromagnética de guía del flujo en el rotor que está dispuesta entre los imanes del rotor. Además, está presente un sensor que capta la posición axial del rotor y coopera con un dispositivo de regulación que controla el flujo de corriente eléctrica en la bobina magnética. Tan pronto como las fuerzas de campo de los imanes del rotor y del estator tienden, al producirse un desplazamiento axial del rotor, a acelerar el rotor en dirección axial para sacarlo de la posición de equilibrio, el desplazamiento axial del rotor medido por el sensor genera una señal que produce en la bobina magnética un campo de fuerza estabilizante opuesto. Por tanto, el rotor, al producirse un desplazamiento de posición axial en una u otra dirección, es hecho retornar constantemente a su posición nominal. Las fuerzas axiales estabilizantes están desfasadas aquí en el tiempo de manera conocida con respecto al desplazamiento de posición axial de tal modo que tanto fuerzas de reposición como fuerzas de amortiguación estabilizan al rotor en su posición nominal.

Un inconveniente del dispositivo de rotor anteriormente descrito consiste en que el rotor tiene solamente una rigidez de soporte relativamente pequeña en dirección axial. La causa de ello es la gran distancia entre los imanes del estator y del rotor debido al canal anular para el paso del fluido existente entre el tubo portador y el rotor.

En el documento DE-A-24 44 098 se ha descrito un soporte magnético para cuerpos movidos con rapidez. Este soporte magnético presenta un rotor de forma de casquillo, cuyos lados frontales están enfrente de piezas polares que presentan imanes permanentes, manteniéndose el rotor en una posición estable debido a las fuerzas de atracción de dichas piezas polares. Por medio de una exploración de posición sin contacto se pueden detectar desviaciones respecto de la posición de equilibrio. Tales desviaciones se compensan por medio de un control del campo de dispersión electromagnético sin potencia, estando previstas para esto una bobinas anulares que están dispuestas en las piezas polares cerca de las rendijas con respecto al rotor. Este soporte magnético no es adecuado, por motivos de espacio, para disponerlo en un tubo portador por el que se conduce un fluido.

Siempre que se trate de bombas, se utilizan soportes magnéticos, especialmente para bombas de sangre. Así, por ejemplo, se conoce por el documento US-A-5,695,471 una bomba de sangre que está construida como una bomba radial con un rotor radial. El rotor radial está dispuesto dentro de un tubo portador y presenta en una prolongación del lado de entrada una pluralidad de imanes de rotor a los que están asociados imanes de estator en el tubo portador. Además, el rotor radial presenta, distribuidos por su perímetro, una pluralidad de imanes de rotor de forma de varilla que se extienden en dirección axial y a los que están asociados por ambos lados del rotor radial, lado del tubo portador, unos imanes de estator de forma anular. Estos imanes de rotor y de estator deberán favorecer la acción de soporte radial en la zona de la prolongación del rotor. En dirección axial, el rotor está retenido de manera puramente mecánica por un extremo en una bola y por el otro extremo en una disposición de soporte de punta.

El rotor es accionado por medio de un motor de campo giratorio sin escobillas. A este fin, se ha dispuesto al lado del tubo portador una bobina que coopera con imanes de rueda polar embutidos en el rotor radial.

En esta bomba de sangre es desventajoso el que no es óptima la estabilidad del soporte en dirección radial y la bomba tiene una gran demanda de espacio y un elevado peso a causa de la multitud de imanes de rotor y de estator. Además, la disposición de soporte puramente mecánica está sometida al desgaste en dirección axial, lo que es desventajoso especialmente en bombas de sangre implantables.

Como bombas de sangre se conocen también bombas axiales. Sin embargo, el soporte se efectúa aquí exclusivamente por vía mecánica en ruedas de guía que están dispuestas estacionarias en el tubo portador delante y detrás del rotor. (Wernicke et al., Un análisis dinámico de fluidos utilizando visualización de flujo de la bomba de sangre de flujo axial implantable Baylor/NASA para mejora del diseño, Órganos Artificiales 19 (2), 1995, páginas 161 a 177). Tales disposiciones de soporte mecánicas son propensas al desgaste y, además, tienen una influencia desfavorable sobre líquidos sensibles, especialmente sobre líquidos corporales tales como la sangre.

Los documentos EP-A-0 882 427 y EP-A-
0 856 666 divulgan también un dispositivo de rotor del género expuesto.

La invención se basa en el problema de configurar un dispositivo de rotor de la clase citada al principio de modo que se logre una rigidez de soporte sensiblemente mayor, especialmente en dirección radial, y, por tal motivo, se pueda utilizar tal dispositivo en forma muy versátil.

Este problema se resuelve según la invención con las características siguientes:

a) el dispositivo de rotor tiene un tubo portador;

b) en el tubo portador está montado un rotor de manera que puede girar;

c) el rotor está construido para interacción con el fluido que circula por el tubo portador;

d) el rotor presenta en ambos lados frontales unos imanes de rotor permanentemente magnéticos y axialmente magnetizados;

e) directamente enfrente de los lados frontales del rotor en dirección axial están dispuestos unos imanes de estator permanentemente magnéticos unidos con el tubo portador;

f) cada imán de estator tiene una magnetización axial tal que los imanes de estator y de rotor contiguos se atraen mutuamente;

g) el dispositivo de rotor presenta un dispositivo magnético de estabilización axial para el rotor.

Como alternativa, el problema se resuelve mediante un dispositivo de rotor con las características siguientes:

a) el dispositivo de rotor tiene un tubo portador;

b) en el tubo portador está alojado un rotor de manera que puede girar;

c) el rotor está construido para interacción con el fluido que se encuentra en el tubo portador;

d) en los lados frontales del rotor están directamente enfrentados un imán permanentemente magnético axialmente magnetizado y una pieza de guía de flujo, estando asentado el imán en el rotor como un imán de rotor o bien estando unido como imán de estator con el tubo portador;

e) el dispositivo de rotor presenta un dispositivo magnético de estabilización axial.

Por tanto, la idea básica de la invención consiste en generar por medio de imanes de rotor y de estator en disposición extrema un campo magnético respectivo en dirección axial que puentea la rendija entre el rotor y los imanes de estator y que atrae los respectivos pares opuestos de imanes de rotor e imanes de estator unos contra otros. De este modo, se incrementa en al menos una potencia decimal la rigidez de soporte para la misma geometría con respecto al soporte magnético según el documento DE-A-29 19 236, sin que resulte sensiblemente perjudicado por ello el canal anular entre el tubo portador y el cubo del rotor.

El efecto anteriormente descrito se manifiesta ya también cuando están enfrentados no dos imanes, es decir, imanes de rotor y de estator, sino cada vez un imán en un lado y una pieza de guía de flujo en el otro lado. Como alternativa, el imán puede estar asentado entonces en el rotor como imán de rotor y la pieza de guía de flujo puede estar unida con el tubo portador o bien la pieza de guía de flujo puede estar dispuesta en el rotor y el imán puede estar asentado como imán de estator en el tubo portador. Para lograr una alta rigidez de soporte pueden estar previstas, además, unas bobinas magnéticas eléctricas para reforzar la magnetización de las piezas de guía de flujo en el sentido de un aumento de las fuerzas de atracción entre los imanes y las piezas de guía de flujo.

Siempre que se enfrenten por parejas imanes de rotor y de estator, éstos deberán consistir preferiblemente en al menos dos imanes magnéticos encajados uno dentro de otro, estando magnetizados en sentidos contrarios los respectivos imanes parciales radialmente contiguos. Mediante esta configuración de los imanes de rotor y de estator se logra incluso un aumento de la rigidez de montaje en el factor 40.

El rotor está configurado convenientemente como un rotor axial, de modo que se obtiene una bomba axial cuando se emplee el dispositivo de rotor para una bomba. Este rotor axial es sustancialmente menos complicado de construir que un rotor radial.

Según la invención, se ha previsto también que el rotor presente un cubo de rotor y que los imanes de rotor o las piezas de guía de flujo estén dispuestos en el cubo del rotor, estando los imanes de estator o las piezas de guía de flujo dispuestos enfrente de los lados frontales del cubo del rotor. Los imanes de estator o las piezas de guía de flujo pueden estar unidos con el tubo portador a través de puentes de configuración reotécnica. Debido a esta disposición se obtiene una construcción compacta y se evitan rendijas perjudiciales en muy amplio grado. Los imanes de estator o las piezas de guía de flujo deberán estar dispuestos en estabilizadores radiales cuyo contorno no sobresalga del contorno del cubo del rotor, debiendo tener preferiblemente los estabilizadores radiales el mismo contorno que el cubo del rotor.

En otra ejecución de la invención se ha previsto que de los respectivos lados frontales enfrentados de los estabilizadores radiales y del rotor al menos uno de cada uno de ellos sea de configuración esférica. Mediante esta configuración se evita un revenido mecánico de zonas alejadas del eje del rotor y de los estabilizadores radiales bajo una desviación axial del rotor. Para limitar la movilidad radial y/o axial del rotor es conveniente que las respectivas superficies frontales opuestas de los estabilizadores radiales y del rotor estén provistas de muñones de soporte y rebajos de soporte complementarios que engranen unos con otros, asegurándose por medio de una holgura radial correspondiente que los muñones de soporte y los rebajos de soporte se toquen sólo bajo desviaciones relativamente grandes del rotor en dirección radial.

En otra ejecución de la invención se ha previsto que los imanes del rotor y los imanes del estator estén dispuestos directamente enfrentados unos a otros para que se obtenga un campo magnético lo más potente posible.

Según la invención, se propone también que el dispositivo de estabilización axial presente al menos una bobina magnética eléctrica y un dispositivo de regulación con un sensor captador del movimiento axial del rotor, influyendo el dispositivo de regulación sobre el flujo de corriente eléctrica en la bobina magnética o en las bobinas magnéticas de tal manera que el campo magnético de la bobina o bobinas magnéticas contrarresta un movimiento axial del rotor hacia fuera de su posición nominal. Este dispositivo de estabilización axial es conocido en principio ya por el documento DE-A 29 19 236 y también por el documento DE-A-24 44 099 y ha dado buenos resultados. Convenientemente, el dispositivo de estabilización axial deberá presentar dos bobinas magnéticas que están dispuestas en la zona de los imanes del estator y/o de las superficies frontales del rotor para que la estabilización axial sea especialmente eficaz.

A este respecto, existen dos clases de posibilidades para la disposición de las bobinas magnéticas, a saber, por un lado, en el tubo portador de tal manera que rodeen al tubo portador, y, por otro lado, en los propios estabilizadores radiales, pero se deberá procurar entonces el tendido de líneas hacia y desde las bobinas magnéticas. Preferiblemente, los estabilizadores radiales deberán presentar piezas de guía de flujo magnetizables en una configuración y disposición tales que el campo magnético axial generado por los imanes de rotor y de estator en la rendija entre los lados frontales de los estabilizadores radiales y del rotor tenga superpuesto el campo magnético generado por las bobinas magnéticas en dirección axial, concretamente de tal manera que se contrarreste un movimiento axial del rotor hacia fuera de la posición nominal. Las propias bobinas magnéticas pueden emplearse en este caso como sensores. Las piezas de guía de flujo están dispuestas convenientemente a la altura de las bobinas magnéticas.

Siempre que el dispositivo de rotor deba ser parte de un dispositivo de medida, es conveniente que el rotor presente un emisor de impulsos y el tubo portador un receptor de impulsos, y que el emisor de impulsos genere impulsos correspondientes al número de revoluciones del rotor para el receptor de impulsos. Esto puede efectuarse de manera sencilla haciendo que el emisor de impulsos esté configurado como un imán o imanes de impulsos y que el receptor de impulsos esté configurado como una bobina, de modo que en la bobina se induzca una corriente eléctrica al girar el rotor.

En otra ejecución de la invención se ha previsto que el tubo portador presente a la altura del rotor un estator de campo giratorio alimentable con corriente trifásica y que el rotor presente un imán de rueda polar radialmente magnetizable. De este modo, se obtiene un motor síncrono en el que se puede generar por solicitación del estator de campo giratorio con corriente trifásica un campo giratorio que arrastre al rotor, de modo que se pueda imprimir un movimiento de giro al rotor. El dispositivo de rotor obtiene de esta manera propiedades de motor y, mediante una configuración correspondiente de la superficie envolvente del rotor, puede emplearse no sólo para fines de medida, sino también como bomba para el transporte de un fluido. Preferiblemente, el imán de rueda polar deberá presentar al menos cuatro segmentos magnéticos magnetizados en direcciones radiales diferentes para que se contrarresten los movimientos de balanceo del rotor giratorio debido a asimetrías del campo magnético en la zona de la rendija de soporte entre el rotor y los estabilizadores radiales. El estator de campo giratorio deberá estar unido con un generador electrónico de corriente trifásica sobre el que actúa un regulador del ángulo de carga. Mediante una regulación deliberada del ángulo de carga se pueden ajustar y estabilizar tanto la cuantía como la dirección del campo giratorio o del par de giro que actúa sobre el rotor.

El rotor está adaptado a la finalidad de utilización correspondiente. Así, el rotor puede presentar salientes a manera de paletas cuando el dispositivo de rotor según la invención deba utilizarse como un dispositivo de medida de rueda de paletas o de rodete de turbina para la medición del caudal. Siempre que el dispositivo de rotor esté ampliado en la forma anteriormente descrita por un motor síncrono, puede utilizarse como bomba de transporte. A este fin, por ejemplo, la superficie envolvente del rotor puede estar provista de al menos un puente de forma helicoidal, de modo que entre las distintas espiras del puente se formen canales que produzcan un transporte. Las bombas de este tipo se utilizan de forma generalizada para la producción de un alto vacío.

Como alternativa, en la superficie envolvente del rotor puede estar formada una corona de álabes que se solapan axialmente con coronas de álabes complementarias en la pared interior del tubo portador. Según la configuración de las coronas de álabes, se obtienen las más diferentes posibilidades de utilización, por ejemplo en turbinas de gas o en bombas de alto vacío. La configuración de corona de álabes anteriormente descrita puede combinarse también con canales que discurran en forma helicoidal. Se obtiene de esta manera una bomba conocida en la técnica del vacío bajo la designación de "bomba compuesta", con una relación de compresión especialmente alta.

En vez de coronas de álabes y almas, la superficie envolvente del rotor puede ser también de configuración lisa, especialmente cilíndrica. Siempre que el dispositivo de rotor presente un motor síncrono de la manera anteriormente descrita, se puede medir la viscosidad de medios gaseosos o líquidos midiendo la potencia eléctrica absorbida por el motor síncrono para mantener un número de revoluciones determinado del rotor. Este es sustancialmente proporcional a la potencia de rozamiento en la superficie envolvente del rotor, siendo a su vez la potencia de rozamiento una medida de la viscosidad del medio que rodea al rotor.

Según otra característica de la invención, se ha propuesto que la superficie envolvente del rotor presente al menos un saliente que se proyecte radialmente hacia fuera y que esté presente un sensor que capte la posición axial del rotor y genere una señal proporcional a la posición axial. El saliente, por ejemplo en forma de un alma anular, ofrece la posibilidad de medir la velocidad de flujo axial de un medio gaseoso o líquido, para lo cual se calcula, a través del desplazamiento de posición axial correspondiente del rotor, la fuerza axial transmitida desde el flujo hasta el rotor a través del saliente, generando para ello el dispositivo de estabilización axial una señal correspondiente. Ambas medidas se pueden combinar también una con otra, siempre que el dispositivo de rotor esté provisto de un motor síncrono de la manera anteriormente descrita. El desplazamiento axial del rotor y la potencia de accionamiento alimentada al rotor pueden ser captados entonces con ayuda del motor síncrono, de modo que se pueden medir al mismo tiempo tanto la velocidad de flujo como la viscosidad del fluido.

En el dibujo se ilustra con más detalle la invención haciendo referencia a ejemplos de ejecución. Muestran:

la figura 1, una sección longitudinal a través del dispositivo de rotor según la invención como aparato de medida;

la figura 2, una sección longitudinal a través de la combinación de tubo portador y rotor en una segunda forma de ejecución para una bomba;

la figura 3, una sección longitudinal a través de la combinación de rotor y tubo portador en una tercera forma de ejecución para una bomba;

la figura 4, una sección longitudinal a través de la combinación de tubo portador y rotor en una cuarta forma de ejecución para un aparato de medida; y

la figura 5, una sección longitudinal a través de la combinación de cubo de rotor y estabilizadores radiales en una quinta forma de ejecución.

La figura 1 muestra un dispositivo de rotor designado en conjunto con 1 para su montaje dentro de un tubo de conducción de líquido o de gas. El dispositivo de rotor 1 tiene un tubo portador cilíndrico 2 que puede montarse dentro del tubo como pieza intermedia a través de unas bridas que no se han representado aquí con detalle, de modo que el líquido o el gas circule por el tubo portador 2.

En el tubo portador 2 se encuentra centrado un rotor 3 que presenta un cubo de rotor cilíndrico 4 en cuyo lado exterior están conformadas una paletas 5, 6. En las zonas extremas el cubo 4 del rotor encierra dos imanes de rotor 7, 8 configurados como imanes permanentes que están magnetizados en dirección axial. Entre ambos imanes de rotor 7, 8 está dispuesto un imán 9 de rueda polar que está magnetizado en cuatro direcciones radiales distribuidas por su perímetro.

En posición contigua a los dos lados frontales del cubo 4 del rotor están dispuestos unos estabilizadores radiales 10, 11 que están fijados al lado interior del tubo portador 2 y coaxialmente al rotor 3 a través de almas 12, 13, 14, 15 de tal manera que están situados con simetría axial respecto del rotor 3. Los estabilizadores radiales 10, 11 presentan casquillos estabilizadores cilíndricos 16, 17, cuyos diámetros corresponden al del cubo 4 del rotor. Por tanto, los estabilizadores radiales 10, 11 forman, respecto de su contorno exterior, prolongaciones del cubo 4 del rotor. Los casquillos estabilizadores 16, 17 encierran en la zona contigua al rotor 3 un respectivo imán de estator 18, 19 configurado como imán permanente, estando los imanes 18, 19 del estator magnetizados en dirección axial de tal manera que en las rendijas entre los estabilizadores radiales 10, 11 y el rotor 3 se forma un campo magnético axialmente dirigido que atrae al rotor 3. Estos campos magnéticos cuidan de que el rotor 3 sea mantenido siempre centrado con respecto al eje del tubo portador 2, es decir que se vuelven a recuperar inmediatamente las eventuales desviaciones radiales. Se logra así una alta rigidez de soporte en dirección radial.

Los estabilizadores radiales 10 presentan piezas de guía de flujo ferromagnéticas adicionales 20, 21 que cooperan con bobinas magnéticas eléctricas 22, 23 de forma anular de un dispositivo de estabilización axial. Las bobinas magnéticas 22, 23 están dispuestas a la altura de las piezas de guía de flujo 20, 21 y rodean al tubo portador 2 por el lado exterior. Están asentadas dentro de una carcasa 24 que rodea en forma de anillo al tubo portador 2 y que sirve al mismo tiempo en las zonas frontales como pieza de guía de flujo para las bobinas magnéticas 22, 23. Las dos bobinas magnéticas 22, 23 están unidas con un dispositivo de regulación 27 a través de líneas eléctricas 25, 26. El dispositivo de regulación 27 suministra una corriente de excitación a las bobinas magnéticas 22, 23. Se superpone y regula así el flujo magnético en las rendijas entre el rotor 3 y los estabilizadores radiales 10, 11 de modo que el rotor 3 adopta una posición axialmente estable, exenta de contacto en todos los lados, entre los estabilizadores radiales 10, 11. Las bobinas magnéticas 22, 23 se emplean aquí no sólo para regular el flujo, sino al mismo tiempo también como bobinas sensoras para la exploración sin contacto de la posición axial del rotor 3, tal como se efectúa de la misma manera en el soporte magnético según el documento DE-A-24 44 099.

Entre las dos bobinas magnéticas 22, 23 está dispuesto en la carcasa 24 un estator de campo giratorio 28 de forma anular que, junto con el imán de rueda polar 9 en el rotor 3, forma un motor síncrono. El estator de campo giratorio 28 está unido para ello con un generador electrónico de corriente trifásica 29. Este puede solicitar al estator de campo giratorio 28 con una corriente trifásica, pudiendo ajustarse y estabilizarse por medio de una regulación deliberada del ángulo de carga tanto la cuantía como la dirección del par de giro que actúa sobre el rotor 3.

El dispositivo de rotor 1 anteriormente descrito puede utilizarse para diferentes fines. Así, puede emplearse para medir el caudal de líquidos y gases en tuberías. En este caso, las paletas 5, 6 están configuradas de modo que el líquido que recorre el canal anular entre el rotor 3 y el tubo portador 2 imprime al rotor 3 un número de revoluciones proporcional a la velocidad del líquido, representando la velocidad de circulación una medida del volumen del medio circulante. Se pueden medir también medios gaseosos. La medición del número de revoluciones del rotor 3 puede efectuarse, por ejemplo, por medio de una toma inductiva de impulsos en el estator de campo giratorio 28, formando el imán de rueda polar 9 el emisor de impulsos. Repercute aquí ventajosamente para la exactitud de medición el que el rotor 3 del soporte magnético 1 está montado sin rozamiento y no está expuesto prácticamente a ningún desgaste y, por tanto, no necesita tampoco mantenimiento.

Siempre que el rotor 3 esté construido sin paletas 5, 6, es decir que presente una superficie envolvente cilíndrica lisa, el dispositivo de rotor 1 según la invención puede utilizarse también para medir la viscosidad de medios gaseosos o líquidos. A este fin, el rotor 3 es puesto en marcha con ayuda del generador de corriente trifásica 29 y del motor síncrono constituido por el estator de campo giratorio 28 y el imán de rueda polar 9, y se mide la potencia eléctrica absorbida por el motor síncrono para mantener un número de revoluciones determinado del rotor. Este es sustancialmente proporcional a la potencia de rozamiento en la superficie envolvente del rotor 3. La potencia de rozamiento a su vez es nuevamente una medida de la viscosidad del medio que rodea al rotor 3.

Los ejemplos de ejecución según las figuras 2 a 4 se diferencian del ejemplo según la figura 1 únicamente por otras conformaciones del rotor, y las partes situadas fuera del tubo portador 2 son idénticas a las del ejemplo de ejecución según la figura 1 y se han suprimido por motivos de claridad. En las figuras 2 a 4 se proveen de los números de referencia ya empleados para la figura 1 aquellas piezas que tienen la misma configuración y/o función en los ejemplos de ejecución según las figuras 2 a 4.

En la figura 2 el rotor 30 tiene un diámetro exterior que corresponde casi al diámetro interior del tubo portador 2. En su superficie envolvente están conformados unos canales - designados con 31 a título de ejemplo - que discurren a manera de tornillo. El rotor 30 puede ser puesto en movimiento de giro a través del motor síncrono constituido por el estator de campo giratorio 28 y el imán de rueda polar 9 y actúa entonces como bomba de transporte. Este dispositivo de rotor 1 puede utilizarse entonces para generar un alto vacío.

En el ejemplo de ejecución según la figura 3 un rotor 32 está formado con un total de ocho coronas de álabes - designadas con 33 a título de ejemplo - que están dispuestas a distancia una de otra y que consisten en una pluralidad de álabes individuales (designados con 34 a título de ejemplo). En los espacios intermedios entre las coronas de álabes 33 penetran unas coronas de álabes - designadas con 35 a título de ejemplo - fijadas al tubo portador 2. Consisten también en álabes individuales. Las coronas de álabes 33 y 35 forman las partes reotécnicas de un turbocompresor. Mediante el accionamiento del rotor 32 por medio del motor síncrono constituido por el estator de campo giratorio 28 y el imán de rueda polar 9 se puede producir el transporte de un medio gaseoso a la manera de un turbocompresor.

En el ejemplo de ejecución según la figura 4 se ha previsto un rotor 36 cuyo contorno exterior se diferencia del contorno del rotor 3 según la figura 1 únicamente porque la superficie envolvente cilíndrica sustancialmente lisa está provista, en el centro axial, de un alma anular 37 que sobresale hacia fuera. Esta alma anular 37 forma una resistencia al flujo de un medio a través del tubo portador 2. De este modo, se transmite al rotor 36 una fuerza axial que conduce a un desplazamiento de posición axial correspondiente del rotor 36. Este es captado a través de las bobinas magnéticas 22, 23 y provoca en el dispositivo de regulación 27 una señal eléctrica proporcional al desplazamiento axial y que a su vez es proporcional a la velocidad de flujo.

Dado que la fuerza axial ejercida sobre el rotor 36 por el medio circulante depende no sólo de la velocidad de flujo del medio, sino también de su viscosidad, es conveniente que se capte al mismo tiempo también la viscosidad del medio circulante. Esto se efec-
túa - como ya se ha descrito anteriormente con relación al rotor liso 3 - imprimiendo al rotor 36 un movimiento de giro determinado con ayuda del motor síncrono y captando la potencia de accionamiento necesaria para ello y aprovechándola como medida de la viscosidad del medio circulante.

Para evitar un revenido mecánico de zonas del rotor 36 alejadas del eje, dicho rotor tiene un lado frontal 38 de configuración bombeada. Siempre que se produzca un contacto entre el rotor 36 y el estabilizador radial 10, este contacto permanece limitado por esta configuración a la zona central con pequeña velocidad periférica. Se sobrentiende que también el lado frontal inferior 39 puede estar configurado en forma correspondientemente bombeada.

El estabilizador radial inferior 11 presenta en el centro axial, en el lado contiguo al rotor 36, una espiga de soporte 40 que encaja en un rebajo de soporte 41 del rotor 36. Entre la espiga de soporte 40 y el rebajo de soporte 41 existe una holgura tan grande que no tiene lugar contacto alguno en el caso de desviaciones radiales normales del rotor 36. Únicamente cuando la desviación radial resulta demasiado grande, la espiga de soporte 40 y el rebajo de soporte 41 impiden un movimiento radial adicional. Por supuesto, esta disposición de soporte radial puede preverse también en la zona del estabilizador radial superior 10.

En el ejemplo de ejecución según la figura 5 se ha suprimido, por motivos de una mayor claridad, el tubo portador 2 con todas las piezas dispuestas en el mismo. La figura 5 muestra un rotor 42 que está retenido magnéticamente entre dos estabilizadores radiales 43, 44. El rotor 42 tiene un cubo exteriormente liso 45 de sección transversal circular, cuya sección transversal se continúa en los estabilizadores radiales 43, 44. No se han dibujado las almas 12, 13, 14, 15 representadas en la figura 1, con las cuales los estabilizadores radiales 43, 44 están fijados al lado interior del tubo portador 2.

El rotor 42 tiene sendos imanes 46, 47 en sus extremos. Ambos imanes 46, 47 del rotor están construidos en dos piezas. Consisten cada uno de ellos en un imán interior 48, 49 de forma cilíndrica y un respectivo imán exterior 50, 51 de forma anular que rodea al anterior. Los imanes exteriores 50, 51 se aplican con sus lados interiores a los imanes interiores contiguos 48 ó 49.

Enfrente de los imanes 46, 47 del rotor están situados sendos imanes de estator 52, 53. Los imanes de estator 52, 53 están construidos también en dos piezas de la misma manera que los imanes de rotor 46, 47, es decir que tienen cada uno de ellos un imán interior 54, 55 de forma cilíndrica y un respectivo imán exterior 56, 57 de forma anular que se aplica y rodea al imán anterior. El diámetro de los imanes interiores 54, 55 de los imanes 52, 53 del estator corresponde al diámetro de los imanes interiores 48, 49 de los imanes 46, 47 del rotor, mientras que los diámetros de los imanes exteriores 56, 57 de los imanes 52, 53 del estator son iguales a los diámetros de los imanes exteriores 50, 51 de los imanes 46, 47 del rotor. Estos imanes están dispuestos todos coaxialmente.

Los imanes 46, 47 del rotor y los imanes 52, 53 del estator están magnetizados de tal manera que los respectivos pares contiguos de imanes se atraen mutuamente a través de toda su superficie. La particularidad del presente ejemplo de ejecución consiste aquí en que los respectivos imanes interiores 48, 54 ó 49, 55 enfrentados por parejas están magnetizados axialmente en dirección hacia fuera del rotor 42, mientras que los respectivos imanes exteriores 50, 56 ó 51, 57 enfrentados por parejas están magnetizados axialmente en dirección al rotor 42, es decir, en sentido contrario. Esto se ha simbolizado por medio de las flechas. La magnetización opuesta aumenta muy sensiblemente la rigidez de la disposición de soporte del rotor 42 en dirección radial.

En los estabilizadores radiales 43, 44 están dispuestas bobinas de cubeta 58, 59 que consisten cada una de ellas en una culata ferromagnética 60, 61 de forma de cubeta y una bobina eléctrica 62, 63 dispuesta en ella. Las culatas 60, 61 están abiertas hacia los imanes 52, 53 del estator. El diámetro medio de las bobinas 62, 63 corresponde al diámetro exterior de los respectivos imanes interiores contiguos 54, 55. Las bobinas 62, 63 están unidas con un dispositivo de regulación 66 a través de líneas eléctricas 64, 65. El dispositivo de regulación 66 alimenta corriente de excitación a las bobinas 62, 63. Según la dirección de la corriente, se puede amplificar o debilitar el flujo magnético axial en la rendija entre el rotor 42 y los estabilizadores radiales 43, 44, lo que se ha indicado por medio de la flecha doble central. Se varían así las fuerzas axiales que operan allí de tal manera que el rotor 42 sea guiado siempre en la posición central axial entre los estabilizadores radiales 43, 44.

Claims

1. Dispositivo de rotor (1) para interacción de un rotor (3, 30, 32, 36, 42) con un fluido, con las características siguientes:

a) el dispositivo de rotor (1) tiene un tubo portador (2);

b) en el tubo portador (2) está montado en forma giratoria un rotor (3, 30, 32, 36, 42);

c) el rotor (3, 30, 32, 36, 42) está construido para interacción con el fluido que circula por el tubo portador (2);

d) el rotor (3, 30, 32, 36, 42) presenta en ambos lados frontales unos imanes (7, 8; 46, 47) permanentemente magnéticos y axialmente magnetizados;

e) directamente enfrente de los lados frontales del rotor (3, 30, 32, 36, 42) en dirección axial están dispuestos unos imanes de estator (18, 19; 52, 53) permanentemente magnéticos unidos con el tubo portador (2);

f) cada imán de estator (18, 19; 52, 53) tiene una magnetización axial tal que imanes de estator y de rotor contiguos (18, 19; 7, 8; 46, 47; 52, 53) se atraen mutuamente;

g) el dispositivo de rotor (1) presenta un dispositivo magnético de estabilización axial (22, 23, 27; 58, 59, 66) para el rotor (3, 30, 32, 36, 42).

2. Dispositivo de rotor según la reivindicación 1, caracterizado porque los imanes (46, 47; 52, 53) del rotor y del estator consisten cada uno de ellos en al menos dos imanes parciales (48, 49, 50, 51; 54, 55, 56, 57) encajados uno dentro de otro, estando magnetizados en sentidos contrarios los respectivos imanes parciales radialmente contiguos (48, 49, 50, 51; 54, 55, 56, 57).

3. Dispositivo de rotor (1) para interacción de un rotor (3, 30, 32, 36, 42) con un fluido, con las características siguientes:

a) el dispositivo de rotor (1) tiene un tubo portador (2);

d) en los lados frontales del rotor (3, 30, 32, 36, 42) se enfrentan directamente cada vez un imán permanentemente magnético axialmente magnetizado y una pieza de guía de flujo, estando asentado el imán en el rotor (3, 30, 32, 36, 42) como imán de rotor (7, 8; 46, 47) o estando unido con el tubo portador (2) como imán de estator (18, 19; 52, 53);

e) el dispositivo de rotor (1) presenta un dispositivo magnético de estabilización axial (22, 23, 27; 58, 59, 66) para el rotor (3, 30, 32, 36, 42).

4. Dispositivo de rotor según la reivindicación 3, caracterizado porque están previstas bobinas magnéticas eléctricas para reforzar la magnetización de las piezas de guía del flujo en el sentido de un aumento de las fuerzas de atracción entre los imanes (7, 8; 46, 47) y las piezas de guía del flujo.

5. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el rotor (3, 30, 32, 36, 42) está construido como un rotor axial.

6. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el rotor (3, 30, 32, 36, 42) presenta un cubo (45) y los imanes (7, 8; 46, 47) del rotor o las piezas de guía del flujo están dispuestos en el cubo (45) del rotor, estando dispuestos los imanes (18, 19; 52, 53) del estator o las piezas de guía del flujo enfrente de los lados frontales del cubo (45) del rotor.

7. Dispositivo de rotor según la reivindicación 6, caracterizado porque los imanes (18, 19; 52, 53) del estator o las piezas de guía del flujo están dispuestos en estabilizadores radiales (10, 11; 43, 44), cuyo contorno no sobresale del cubo (45) del rotor.

8. Dispositivo de rotor según la reivindicación 7, caracterizado porque al menos uno de los respectivos lados frontales opuestos de los estabilizadores radiales (10, 11) y del rotor (36) está configurado cada vez en forma esférica.

9. Dispositivo de rotor según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque las respectivas superficies frontales opuestas de los estabilizadores radiales (10, 11) y del rotor (36) están provistas de muñones de soporte (40) y rebajos de soporte (41) complementarios que encajan uno dentro de otro y que limitan la movilidad radial y/o axial del rotor (36).

10. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los imanes (7, 8; 46, 47) del rotor o las piezas de guía del flujo y los imanes (18, 19; 52, 53) del estator o las piezas de guía del flujo están dispuestos directamente enfrentados unos a otros.

11. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el dispositivo de estabilización axial presenta al menos una bobina magnética eléctrica (22, 23; 58, 59) y un dispositivo de regulación (27, 66) con un sensor que capta el movimiento axial del rotor (3, 30, 32, 36, 42), influyendo el dispositivo de regulación (27, 66) sobre el flujo de corriente eléctrica en la bobina magnética o en las bobinas magnéticas (22, 23; 58, 59) de tal manera que el campo magnético de la bobina o bobinas magnéticas (22, 23; 58, 59) contrarreste un movimiento axial del rotor (3, 30, 32, 36, 42) desde su posición nominal.

12. Dispositivo de rotor según la reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo de estabilización axial presenta dos bobinas magnéticas (22, 23; 58, 59) que están dispuestas en la zona de los imanes (18, 19; 52, 53) del estator o de las piezas de guía del flujo y/o de las superficies frontales del rotor (3, 30, 32, 36, 42).

13. Dispositivo de rotor según la reivindicación 12, caracterizado porque las bobinas magnéticas (22, 23) rodean al tubo portador (2).

14. Dispositivo de rotor según la reivindicación 12, caracterizado porque las bobinas magnéticas (58, 59) están dispuestas en los estabilizadores radiales (43, 44).

15. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque los estabilizadores radiales (10, 11; 43, 44) presentan piezas de guía de flujo magnetizables (20, 21; 60, 61) en una configuración y disposición tales que el campo magnético en dirección axial generado por las bobinas magnéticas (22, 23; 62, 63) se superpone al campo magnético axial en la rendija entre los lados frontales de los estabilizadores radiales (10, 11; 43, 44) y el rotor (3, 30, 32, 36, 42).

16. Dispositivo de rotor según la reivindicación 15, caracterizado porque las piezas de guía de flujo (20, 21; 60, 61) están dispuestas a la altura de las bobinas magnéticas (22, 23; 62, 63).

17. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el rotor (3, 30, 32, 36, 42) presenta un emisor de impulsos (9) y el tubo portador (2) presenta un receptor de impulsos (28), y porque el emisor de impulsos (9) genera impulsos correspondientes al número de revoluciones del rotor (3, 30, 32, 36, 42) para el receptor de impulsos (28).

18. Dispositivo de rotor según la reivindicación 17, caracterizado porque el emisor de impulsos está construido como un imán o imanes de impulsos (9) y el receptor de impulsos está construido como una bobina (28).

19. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el tubo portador (2) presenta a la altura del rotor (3, 30, 32, 36, 42) un estator de campo giratorio (28) que puede ser alimentado con corriente trifásica, y el rotor (3, 30, 32, 36, 42) presenta un imán de rueda polar (9) radialmente magnetizado.

20. Dispositivo de rotor según la reivindicación 19, caracterizado porque el imán de rueda polar (9) presenta al menos cuatro segmentos de imán magnetizados en direcciones radiales diferentes.

21. Dispositivo de rotor según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque el estator de campo giratorio (28) está unido con un generador electrónico de corriente trifásica (29) sobre el cual actúa preferiblemente un regulador del ángulo de carga.

22. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque está prevista al menos un alma de forma helicoidal con miras a la formación de canales helicoidales (31) en la superficie envolvente del rotor (30) y/o en el tubo portador (2).

23. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque en la superficie envolvente del rotor (32) están formadas coronas de álabes (33) y éstas se solapan axialmente con coronas de álabes complementarias (35) formadas en la pared interior del tubo portador (2).

24. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque la superficie envolvente del rotor (42) es de construcción lisa, especialmente cilíndrica.

25. Dispositivo de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque la superficie envolvente del rotor (36) presenta al menos un saliente (37) que se proyecta radialmente hacia fuera, y está presente un sensor que capta la posición axial del rotor (36) y genera una señal proporcional a dicha posición axial.