ES2626535T3 - Un método para disponer una máquina eléctrica sobre cojinetes, y un conjunto de cojinetes de una máquina eléctrica - Google Patents

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ES2626535T3 ES02772435.0T ES02772435T ES2626535T3 ES 2626535 T3 ES2626535 T3 ES 2626535T3 ES 02772435 T ES02772435 T ES 02772435T ES 2626535 T3 ES2626535 T3 ES 2626535T3
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Abstract

Un conjunto de cojinetes de muñón (1) para el cojinete de seguridad de una máquina eléctrica de alta velocidad (2), cuya máquina eléctrica de alta velocidad (2) comprende un rotor (3) dispuesto para ser giratorio, un estator (11) y al menos un cojinete sin contacto (5) para el cojinete durante el uso de la máquina eléctrica de alta velocidad, cuyo conjunto de cojinetes de muñón (1) comprende al menos tres medios de cojinetes simétricos rotatorios (7) que están montados sobre cojinetes en relación a su centro de rotación, y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simétricos rotatorios (7) están colocados alrededor de un árbol (4) sustancialmente simétrico, de manera que el centro de rotación de los medios de cojinete (7) está colocado sobre la circunferencia sustancialmente del mismo círculo (P) de tal manera que el diámetro del círculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinete es mayor que el diámetro del árbol (4) en los medios de cojinetes (7), caracterizado porque al menos algunos (7b) de los centros de rotación de los medios de cojinetes (7) están dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de muñón (1), y al menos algunos (7b) de los medios de cojinetes (7) están dispuestos para limitar el movimiento del árbol (49 en la dirección axial y porque los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la dirección axial comprenden al menos un primer conjunto (7b) de medios de cojinetes, de tal manera que el centro de rotación del primer conjunto (7b) de medios de cojinetes se coloca sustancialmente en el mismo plano.

Description

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DESCRIPCION
Un metodo para disponer una maquina electrica sobre cojinetes, y un conjunto de cojinetes de una maquina electrica
La presente invencion se refiere a un conjunto de cojinetes de pivote de munon para el cojinete de seguridad de una maquina electrica de alta velocidad, cuya maquina electrica de alta velocidad comprende un rotor dispuesto para ser giratorio, un estator, y al menos un cojinete sin contacto para el cojinete durante el funcionamiento de la maquina electrica de alta velocidad, cuyo conjunto de cojinetes de munon comprende al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios que estan montados sobre cojinetes en relacion a su centro de rotacion, y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios estan colocados alrededor de un arbol sustancialmente simetrico, de manera que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinete es mayor que el diametro del arbol en los medios de cojinetes. La invencion se refiere tambien a una maquina electrica de alta velocidad que comprende un conjunto de cojinetes de munon para el cojinete de seguridad de una maquina electrica, un rotor dispuesto para ser giratorio, un estator y al menos un cojinete sin contacto para el cojinete durante la operacion de la maquina electrica de alta velocidad, cuyo conjunto de cojinetes de munon comprende al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios, que estan montados sobre cojinetes en relacion a su centro de rotacion y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios estan colocados alrededor de un arbol sustancialmente simetrico, de manera que el centro de rotacion de los medios de cojinete esta colocado sobre la circunferencia sustancialmente del mismo cfrculo, de tal manera que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro del medio de cojinete es mayor que el diametro del arbol en los medios de cojinete. Ademas, la invencion se refiere a un metodo para el cojinete de seguridad de una maquina electrica de alta velocidad por medio de un conjunto de cojinetes de munon, cuya maquina electrica de alta velocidad comprende un rotor dispuesto para ser giratorio con relacion a un arbol, un estator, y al menos un cojinete sin contacto para el cojinete durante la operacion de la maquina electrica de alta velocidad, en cuyo metodo el cojinete de munon esta dispuesto con al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios que estan montados sobre cojinetes en relacion a su centro de rotacion, y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios estan colocados alrededor de un arbol sustancialmente simetrica, de manera que el centro de rotacion de los medios de cojinetes esta colocado sobre la circunferencia sustancialmente del mismo cfrculo, de tal manera que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinete es mayor que el diametro del arbol en los medios de cojinete.
En particular, se conocen maquinas electricas de alta velocidad, que aplican cojinetes magneticos para mantener el rotor de rotacion de la maquina electrica en una posicion deseada durante la rotacion del rotor. El funcionamiento del cojinete magnetico se basa en efectos de fuerza sobre el rotor, que deben producirse por campos magneticos. El cojinete pasivo implementado por imanes permanentes se utiliza normalmente solo en la construccion de instrumentos. En aplicaciones industriales, se utiliza un cojinete magnetico activo controlado electricamente, en el que un dispositivo de control controla la corriente que debe suministrarse a los imanes electricos, de tal manera que la fuerza efectiva sobre la pieza ferromagnetica lo mantiene flotando de una manera sin contacto. Por lo tanto, es un llamado cojinete sin contacto para reducir al mmimo la friccion y el desgaste entre el arbol del rotor y el cojinete.
No obstante, durante su rotacion, el rotor puede estar sometido a efectos de fuerzas repentinas que son diffciles de compensar solo por cojinetes magneticos. Esto implica el riesgo de que el rotor pueda tocar el estator, el cojinete magnetico u otra parte de la maquina electrica. En particular en motores de alta velocidad, este impacto puede causar la rotura de la maquina electrica. Para prevenir tal dano, las maquinas electricas con cojinetes magneticos estan provistas normalmente con un conjunto de cojinetes de munon para prevenir causar dano o al menos para reducir significativamente el riesgo de causar dano. Ademas, el conjunto de cojinetes de munon previene el impacto entre el estator y el rotor cuando se desconectan los cojinetes magneticos, por ejemplo cuando de para la maquina electrica. Ademas, el conjunto de cojinetes de munon es sensible al cojinete del rotor durante la parada del movimiento de rotacion del rotor en situaciones de fallo, tales como fallos de potencia o dano en el conjunto de cojinete magnetico. El cojinete de munon es tipicamente un cojinete basado en contacto, tal como un cojinete de friccion o un cojinete de bolas.
El conjunto de cojinetes de munon debena estar provisto con una holgura adecuada con relacion al rotor durante el funcionamiento normal. Las disposiciones de cojinetes de munon conocidas en asociacion con cojinetes magneticos incluyen estructuras del tipo de cojinete de friccion, o bien lubricado o provisto con el suministro de un lubricante. Un ejemplo de tal disposicion de cojinete se describe en la patente US 5.355.040. Tambien es posible utilizar cojinetes de rodillos convencionales, como se presentan, por ejemplo, en la patente US 5.272.403. De otros campos de la tecnologfa se conoce utilizar un cojinete del tipo de rodillo de soporte para el soporte de solidos de revolucion. Ejemplos de tales dispositivos que merecen mencion incluyen hornos giratorios horizontales, en los que la direccion de carga es casi constante y las velocidades de rotacion son bajas.
La implementacion de un conjunto de cojinetes de munon que funciona bien implica varios problemas. Las causas de los problemas incluyen, por ejemplo, las altas velocidades de rotacion que se utilizan comunmente en maquinas con cojinetes magneticos asf como la holgura que se requiere entre el cojinete de munon y el rotor por razones funcionales y que es a menudo claramente mayor que la holgura que se utiliza normalmente, por ejemplo, en
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disposiciones de cojinetes de friccion. Ademas, a menudo es preferible proveer el rotor giratorio rapido con un diametro grande, en el que tambien la velocidad periferica de los puntos de soporte es alta (> 100 m/s) y las velocidades giratorias admisibles de los cojinetes de rodillos con dimensiones adecuadas permanecen bajas. Cuando se incrementan las dimensiones de los cojinetes de rodillos, sus holguras estructurales tambien se incrementan. Esto causara tambien problemas en el ajuste de la holgura para el dispositivo. Cuando se incrementan las dimensiones de los cojinetes de rodillos, tambien se incrementan su inercia de masas y su par de friccion, que son ambos desfavorables para la aceleracion y funcionamiento del cojinete. Ademas, cuando la maquina con cojinetes magneticos esta libre de lubricantes en otros aspectos, in indeseable utilizar lubricantes en los cojinetes de munon.
En disposiciones de cojinetes radiales del tipo de friccion, la friccion entre el rotor y el cojinete se incrementara rapidamente. El desarrollo de una fuerza de friccion alta sobre el penmetro del rotor implicara el rotor en un movimiento de rotacion que se determina de acuerdo con el cojinete de munon. En este movimiento rotatorio, el centro del rotor orbita alrededor de una trayectoria circular que causa fuerzas centnfugas sobre el rotor. A la vista del funcionamiento del conjunto de cojinetes de munon de tipo radial, es ventajoso si la velocidad de rotacion del rotor sobre la trayectoria limitada por el cojinete de munon permanece lo mas baja posible. Si la velocidad de rotacion se incrementa hasta un nivel alto, a menudo conducina a fuerzas radiales que no tan grandes que son diffciles de controlar.
La patente US 5.752.774 describe una disposicion para eliminar la holgura radial entre el rotor y el cojinete de munon, cuando el arbol del rotor toca el cojinete de cojinete de munon. El objetivo de esa invencion era eliminar problemas que ocurren en la aplicacion de las llamadas disposiciones convencionales, tales como impactos y la implicacion del rotor en tal movimiento rotatorio que no tiene lugar alrededor del centro del rotor. En dicha publicacion, el objetivo es reducir el efecto de impactos por medio de varias disposiciones de atenuador. La implicacion en un movimiento giratorio, a su vez, se previene eliminando la holgura entre los medios de cojinetes y el rotor. La eliminacion de la holgura entre el rotor y el cojinete de munon, implementada de acuerdo con el principio basico de la publicacion, requiere el uso de medios de cojinete montados para que sean moviles.
En motores de alta velocidad, la velocidad alta de rotacion del rotor establece otros requerimientos especiales sobre la construccion del rotor y sobre el conjunto de cojinete, los mas importantes de los cuales se describiran a continuacion. Cuando el objetivo es conseguir una velocidad de rotacion cntica de primer orden lo mas alta posible, el arbol debe hacerse lo mas corto posible y con un diametro lo mas grande posible. Por lo tanto, los diametros llegan a ser tan grandes que cuando se selecciona el cojinete del rodillo sobre estos principios, la velocidad de rotacion admisible del cojinete de munon permanece baja y, por lo tanto, no es adecuada para aplicaciones a alta velocidad. Ademas, si ambos extremos del arbol ya estan en uso9, no es ventajoso proveer los extremos del rotor con un cojinete axial.
La geometna del cojinete radial debe estar disenada para que resista la desviacion del rotor hasta un estado movil, en el que ambos giran alrededor de su propio arbol central y al mismo tiempo dicho arbol central orbita alrededor de una trayectoria circular, causando fuerzas centnfugas altas.
Un objeto de la presente invencion es eliminar los inconvenientes mencionados anteriormente hasta una gran extension y mejorar el estado de la tecnica. La presente invencion se basa en la idea de que los medios de cojinete son piezas simetricas rotatorias montadas sobre cojinetes en sus centros. Por decirlo con mas precision, la estructura de cojinete de acuerdo con la invencion se caracteriza principalmente porque al menos algunos de los centros de rotacion de los medios de cojinete estan dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon, y al menos algunos de los medios de cojinetes estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol en la direccion axial y porque los medios de cojinetes que limitan el movimiento en la direccion axial comprenden al menos un primer conjunto de medios de cojinetes, de tal manera que el centro de rotacion del primer conjunto de medios de cojinetes se coloca sustancialmente en el mismo plano. La maquina electrica de acuerdo con la invencion se caracteriza principalmente porque al menos algunos de los centros de rotacion de los medios de cojinetes estan dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon y porque al menos algunos de los medios de cojinetes estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol en la direccion axial y porque los medios de cojinetes que limitan el movimiento en la direccion axial comprenden al menos un primer conjunto de medios de cojinetes, de tal manera que el centro de rotacion del primer conjunto de medios de cojinetes esta colocado sustancialmente en el mismo primer plano. Ademas, el metodo de acuerdo con la invencion se caracteriza porque al menos algunos de los centros de rotacion de los medios de cojinetes estan dispuestos en localizados sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon, y al menos algunos de los medios de cojinetes estan dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon, y al menos algunos de los medios de cojinetes se utilizan para limitar el movimiento del arbol en la direccion axial, y porque de los medios de cojinetes que limitan el movimiento en la direccion axial, esta previsto al menos un primer conjunto de los medios de cojinetes, cuyo centro de rotacion esta localizado sustancialmente en el mismo primer plano.
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La presente invencion muestra ventajas considerables sobre soluciones de la tecnica anterior. Por medio de la disposicion de acuerdo con la invencion, el cojinete axial se puede colocar relativamente libre, que hace posible, por ejemplo, proporcionar una localizacion ventajosa para el centro de movimientos termicos. La invencion proporciona tambien libertad con vista a la posicion operativa de la maquina electrica. Ademas, por la geometna de diseno de los cojinetes de acuerdo con la invencion, es posible resistir la desviacion del rotor hasta el estado movil, en el que gira alrededor de su propio arbol central y el arbol central orbita al mismo tiempo alrededor de una trayectoria circular. Por lo tanto, no se desarrollaran fuerzas centnfugas causadas por el movimiento circular del tipo mencionado anteriormente hasta la misma extension que en disposiciones de la tecnica anterior. Las superficies de contacto de los cojinetes de munon estan fabricadas con preferencia de un material de baja friccion, que reducira, por ejemplo, el calentamiento y el desgaste de los cojinetes. En una forma de realizacion de acuerdo con una forma de realizacion ventajosa de la invencion, las superficies de contacto se forman de rodillos montados sobre cojinetes en relacion a los centros de rotacion, que pueden utilizarse tambien para reducir la friccion. Ademas, la disposicion de acuerdo con la invencion hace posible tanto cojinetes axiales como tambien cojinetes radiales. Por lo tanto, la disposicion de los cojinetes es mas sencilla, debido a que no se necesitaran cojinetes separados para el conjunto de cojinetes de munon en la direccion axial y en la direccion radial.
A continuacion se describira la invencion con mas detalle con referencia a los dibujos anexos, en los que:
La figura 1a muestra un cojinete de munon de acuerdo con una forma de realizacion ventajosa de la invencion, vista desde el extremo del arbol y en una vista parcialmente en seccion.
La figura 1b muestra el cojinete de munon de la figura 1a en una seccion transversal parcial, vista desde el lado.
La figura 2a muestra un cojinete de munon de acuerdo con una segunda forma de realizacion ventajosa de la invencion, vista desde el extremo del arbol y en una vista de la seccion parcial.
La figura 2b muestra el cojinete de munon de la figura 2a en una seccion transversal parcial, vista desde el lado.
La figura 3a muestra un cojinete de munon de acuerdo con una tercera forma de realizacion ventajosa de la invencion, vista desde el extremo del arbol y en una vista de la seccion parcial.
La figura 3b muestra el cojinete de munon de la figura 3a en una seccion transversal parcial, vista desde el lado.
La figura 4 muestra, en una vista de la seccion transversal parcial reducida, una maquina electrica que aplica el conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la invencion.
La figura 5 muestra una vista de principio de un polfgono que limita la trayectoria de movimiento del centro del rotor en una maquina electrica de acuerdo con una forma de realizacion ventajosa de la invencion.
La figura 6a muestra un cojinete de munon de acuerdo con una cuarta forma de realizacion ventajosa de la invencion, vista desde el extremo del arbol y en una vista en seccion parcial, y
La figura 6b muestra el cojinete de munon de la figura 6a en una seccion transversal parcial, vista desde el lado.
Se describira a continuacion, la estructura de un cojinete de munon 1 de acuerdo con una forma de realizacion ventajosa de la invencion, implementada en conexion con una maquina electrica de alta velocidad, con referencia a las figuras 1a y 1b. El rotor 3 de la maquina electrica 2 comprende un arbol 4. Para situaciones operativas, el rotor 3 esta montado sobre cojinetes sin contacto, tales como cojinetes magneticos 5. Por lo tanto, los cojinetes magneticos 5 son controlados durante la operacion de la maquina electrica 2, de tal manera que el arbol 4 se mantiene lo mas estable posible, de manera que el rotor no toca el estator 6. No obstante, el rotor 3 puede ser sometido a efectos de fuerzas que causan que el rotor 3 se desplace desde este centro. Por esta razon, la maquina electrica esta provista con uno o mas cojinetes de munon 1. El cojinete de munon mostrado en las figuras 1a y 1b esta destinado para eliminar el efecto de desviaciones en la direccion radial, con preferencia como se indica a continuacion. El cojinete de munon 1 comprende medios de soporte 7 tales como rodillos, montados sobre cojinetes en relacion a los centros de rotacion que permanecen en posiciones sustancialmente constantes. En el montaje de los medios de soporte 7 es posible usar, por ejemplo, cojinetes de bolas u otras disposiciones del tipo de cojinetes de rodillos, en los que la pista de rodadura exterior del cojinete se utiliza como el rodillo, y el cojinete esta dispuesto por medio de bolas 8 o similares, como se muestra en la vista de la seccion transversal de la figura 1b. Los medios de cojinetes 7 estan espaciados con preferencia, de tal manera que los centros de rotacion de los medios de cojinetes estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente del mismo cfrculo. Los medios de cojinete 7 estan colocados con preferencia de tal manera que los centros de rotacion de los medios de cojinetes estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente del mismo cfrculo. El diametro de este cfrculo se selecciona para que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro del sistema de medios de soporte del cojinete de munon 1 sea mayor que el diametro D1 del carbol en el cojinete de munon 1. De esta manera, el arbol 4 esta en contacto con un maximo de dos medios de
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soporte 7. El centro de rotacion de los medios de soporte 7 permanecera sustancialmente en una posicion constante, independientemente de si el arbol 4 esta en contacto no con dichos medios de soporte. Ademas, estos medios de soporte 7 limitan el movimiento del centro de rotacion del arbol, de tal manera que la trayectoria maxima del centro de rotacion del arbol no es un drculo geometrico, sino un polfgono. Cuando el movimiento de rotacion es menor que el polfgono limitado por los medios de soporte, el movimiento de rotacion puede ser tambien un drculo, pero el diametro de este drculo es tan pequeno que la fuerza centnfuga causada por el movimiento de rotacion no es peligrosamente grande. En el cojinete de munon 1 de la figura 1a, existen siete medios de cojinete 7 colocados a intervalos regulares, donde los centros de rotacion de los medios de soporte 7 estan localizados sobre la circunferencia del cfrculo a intervalos de aproximadamente 51,4°. No obstante, sera evidente que la invencion no esta limitada solo por tales cojinetes de munon, sino que el numero de medios de soporte 7 puede variar en diferentes aplicaciones.
La alta velocidad de rotacion del rotor 3 establece ciertos requerimientos especiales sobre la estructura del cojinete de munon 1. La inercia de masas y el par de friccion de los medios de soporte 7 debenan reducirse a un mmimo. Por lo tanto, cuando el arbol 4 del rotor 3 que gira a alta velocidad toca un medio de soporte 7 del cojinete de munon 1, este medio de soporte comenzara a girar. Gracias a la inercia de masas alta, los medios de soporte alcanzaran relativamente rapido una velocidad de rotacion que corresponde a la velocidad de rotacion del arbol, donde el efecto termico de la fuerza de friccion causada por la diferencia en la velocidad entre el arbol 4 y los medios de soporte 7 es relativamente reducido en el tiempo. Ademas, el par de friccion bajo reducira tambien el calentamiento del arbol 4 y de los medios de soporte 7, cuando la velocidad de rotacion de los medios de soporte 7 es menor que la velocidad de rotacion del arbol 4 que toca los medios de soporte 7. Medios de soporte 7 conocidos con friccion muy baja incluyen, por ejemplo, cojinetes de bolas, cojinetes de bolas angulares de una hilera, y cojinetes de rodillos cilmdricos cargados con soportes. No obstante, sera evidente que la presente invencion no esta limitada solo para aplicar los medios de soporte mencionados aquf
Debe dejarse una cierta holgura entre el rotor 3 y el cojinete de munon, en la que la magnitud de esta holgura afectara, por ejemplo, al numero de medios de soporte 7 en el cojinete de munon 1. El numero de medios de soporte se selecciona con preferencia para que el rotor 3 y su arbol no contacten con nada, en cualquier situacion durante el funcionamiento de la maquina de alta velocidad, salvo los medios de soporte 7 del cojinete de munon.
El cojinete de munon 1 puede estar integrado en una sola unidad, que comprende los medios de soporte necesarios y una estructura de soporte 7 para mantener los medios de soporte en posicion. Este cojinete de munon 1 esta acoplado, por ejemplo, a la parte extrema de la maquina electrica 2, donde el cojinete de munon forma un taladro pasante para el arbol 4. El arbol 4 puede estar acoplado de esta manera a un mecanismo de transmision deseado (no mostrado), de cualquier manera conocida como tal. El cojinete de munon radial 1 de acuerdo con la invencion esta dispuesto con preferencia en cada extremo del arbol. No obstante, es evidente que el cojinete de munon de acuerdo con la presente invencion se puede colocar tambien en cualquier otro punto sobre el arbol 4, o el numero de cojinetes de munon puede ser tambien uno o mas de dos.
Las figuras 2a y 2b muestran un cojinete de munon 1 de acuerdo con una segunda forma de realizacion ventajosa de la invencion. Este cojinete de munon axial 1 es similar, hasta una gran extension, al cojinete de munon radial mostrado en las figuras 1a y 1b. Ademas, este cojinete de munon axial 1 comprende medios de soporte, tales como los medios de soporte 7. Estos medios de soporte estan montados sobre cojinetes en su centro, que permanece en una localizacion sustancialmente constante, por ejemplo por cojinetes de rodillos. En esta forma de realizacion, los medios de soporte 7 estan colocados sobre la circunferencia de un cfrculo, de tal manera que los centros de rotacion estan colocados en el mismo plano que esta sustancialmente perpendicular a la direccion axial del rotor 3. El arbol 4 esta provisto con preferencia con al medios una gradacion, donde el arbol comprende al menos una superficie plana A1 ademas de los extremos. El diametro del cfrculo imaginario utilizado en la disposicion de los medios de soporte 7 es, por lo tanto, menor que el diametro D2 de la superficie plana A1 formada en el arbol 4 del rotor. El cojinete de munon 1 esta colocado cerca de dicha superficie plana A1. Por lo tanto, cuando el rotor se mueve hacia el cojinete de munon en la direccion axial, se reduce la holgura entre los medios de soporte del cojinete de munon y dicha superficie plana A1, hasta que la superficie plana A1 del arbol toca los medios de cojinete. Como resultado de este contacto, el movimiento de rotacion del rotor causa que los medios de cojinete comiencen a girar y previenen el dano al rotor. Ademas, en esta forma de realizacion, es esencial que los medios de cojinete utilizados sean rodillos o similares, montados sobre cojinetes en relacion al centro de rotacion y con una inercia de masas y par de friccion bajos. Para el cojinete axial, estos medios de soporte estan colocados substancialmente en el mismo plano que esta sustancialmente perpendicular a la direccion longitudinal del arbol. Es evidente que el cojinete de munon axial 1 puede colocarse tambien, en algunas aplicaciones, en el extremo del arbol, donde el extremo del arbol se utiliza como la superficie plana A1.
Ademas, las figuras 3a y 3b muestran la estructura de un cojinete de munon 1 de acuerdo con una tercera forma de realizacion ventajosa de la invencion. El cojinete de munon 1 esta dispuesto para proporcionar soporte en ambas direcciones radial y axial, en situaciones en las que los cojinetes magneticos no estan funcionando o no pueden prevenir suficientemente el movimiento del arbol en la direccion radial y/o axial. El cojinete de munon 1 comprende
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un primer conjunto 7a de medios de soporte 7 asf como un segundo conjunto 7b de medios de soporte 7. Ademas, en esta forma de realizacion, estos medios de soporte 7 estan montados sobre cojinetes en su centro de rotacion, como se presentan anteriormente en esta descripcion. El primer conjunto 7a de medios de soporte se utiliza para cojinete de munon en la direccion radial, donde estos medios de soporte estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente del mismo drculo, de tal manera que el diametro maximo del drculo imaginario dentro del sistema de medios de soporte es mayor que el diametro D1 del arbol 4 en dicho punto de soporte. De esta manera, no mas de dos medios de soporte 7 del primer conjunto 7a estan simultaneamente en contacto con el arbol 4.
De una manera correspondiente, el segundo conjunto 7b de medios de soporte 7 se utiliza para el cojinete de munon en la direccion axial. Estos medios de soporte estan colocados de tal forma que los centros de rotacion de los medios de soporte estan colocados sustancialmente en el mismo plano que esta sustancialmente paralelo a la direccion longitudinal del arbol 4. En la disposicion de las figuras 3a y 3b, el arbol 4 esta provisto con una muesca o similar, que comprende dos superficies A1, A2 sustancialmente planas. La distancia D entre estas superficies planas es ligeramente mayor que el diametro D4 de los medios de soporte del segundo conjunto 7b. Por lo tanto, en la situacion normal, se forma una holgura V pequena entre los medios de soporte y las superficies placas A1, A2. Cuando el arbol 4 es desplazado en la direccion axial, reduce la holgura V en la direccion del desplazamiento, hasta que los medios de soporte 7 del segundo conjunto 7b tocan en plano A1, A2 en la direccion del desplazamiento del arbol. De esta manera, los medios de soporte 7 previenen el desplazamiento del arbol mas alla de este punto espedfico, y se puede prevenir el dano al rotor. Esta disposicion tiene, por ejemplo, la ventaja de que solamente se necesita un conjunto de cojinetes de munon en la direccion axial.
El cojinete de munon 1 comprende una estructura de soporte 9 a la que estan acoplados los medios de soporte del primer conjunto 7a y del segundo conjunto 7b de una manera giratoria, por ejemplo por disposiciones del tipo de cojinetes de rodillos. En una aplicacion del cojinete de munon 1 de acuerdo con esta tercera forma de realizacion ventajosa de la invencion, los medios de soporte 7 del segundo conjunto 7b estan colocados de tal manera que su centro esta localizado sobre la circunferencia sustancialmente del mismo drculo, donde estan localizados los centros de rotacion de los medios de soporte 7 del primer conjunto 7a. Ademas, todos los medios de soporte estan colocados con preferencia a intervalos sustancialmente regulares. Por lo tanto, en la disposicion de la figura 3a, en la que cada conjunto 7a, 7b de medios de soporte comprende 5 medios de soporte, el angulo entre medios de soporte adyacentes sera 36°.
Ademas, las figuras 6a y 6b muestran la estructura de un cojinete de munon 1 de acuerdo con una cuarta forma de realizacion ventajosa de la invencion. Esta estructura difiere de la estructura de las figuras 3a y 3b principalmente porque el segundo conjunto 7b de medios de soporte dispuestos para soportar en la direccion axial no estan en el mismo plano, sino que el segundo conjunto 7b de medios de soporte esta dividido en al menos un primer grupo y un segundo grupo. De esta manera, los medios de soporte del primer grupo estan colocados en un plano diferente que los medios de cojinete del segundo grupo. Ademas, los medios de soporte del primer grupo se pueden colocar sobre una circunferencia diferente (a una distancia diferente del centro del rango de movimiento del arbol) que los medios de soporte del segundo grupo. Estas distancias diferentes se indican con las referencias R1 y R2 en la figura 6a. De una manera correspondiente, la distancia entre dichos planos se indica con la referencia a en la figura 6b. Es evidente que en el cojinete de munon 1 de acuerdo con esta forma de realizacion ventajosa, los medios de soporte de la direccion axial se pueden colocar en mas planos que dichos primero y segundo planos. Esta forma de realizacion es particularmente ventajosa en aquellas aplicaciones en las que las fuerzas axiales efectivas sobre el rotor cambian su direccion de forma aleatoria, a una frecuencia aleatoria, cuando el cojinete de munon esta operativo. Por lo tanto, los medios de soporte 7b de la direccion axial no cambian su direccion de rotacion cuando se cambia la direccion de la fuerza axial. Ademas, por el cojinete de munon de acuerdo con esta forma de realizacion es posible implementar espesores totales aleatorios del cojinete axial, utilizando todavfa medios de soporte de dimensiones estandar.
Aunque se ha presentado anteriormente que los medios de cojinete 7 son rodillos, sera evidente que se pueden utilizar tambien otras piezas que son simetricas con relacion a su centro de rotacion. Algunos ejemplos que se pueden mencionar incluyen un cilindro que es mas grueso en su parte media que en sus extremos (un tonel), y una bola. En dichas piezas, el cojinete se puede disponer, por ejemplo, de tal forma que se pueden montar por separado sobre cojinetes en la estructura de soporte 9.
La ventaja de los medios de soporte 7a, 7b del tipo de rodillo se basa, por ejemplo, en el hecho de que su par de friccion y de esta manera tambien la carga circunferencial sobre el rotor que lo fuerza a un movimiento de rotacion, solo depende ligeramente de la carga. Sin embargo, en estructuras de cojinetes de friccion no lubricados, la fuerza de friccion es aproximadamente directamente proporcional a la carga.
Es evidente que los medios de soporte de la direccion axial no tienen que estar colocados sobre la misma circunferencia, sino que cada medio de soporte 7b de la direccion axial se puede colocar sobre una circunferencia separada. Esto se aplica tambien a la estructura de soporte 1 mencionada anteriormente de acuerdo con la cuarta forma de realizacion ventajosa, donde algunos o todos los medios de cojinetes del primer grupo se pueden colocar
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sobre circunferencias diferentes que los otros medios de soporte del primer grupo y, respectivamente, algunos o todos los medios de soporte del primer grupo y, respectivamente, algunos o todos los medios de soporte del segundo grupo pueden estar colocados sobre diferentes circunferencias que los otros medios de soporte del segundo grupo.
La figura 4 muestra todavfa otra maquina electrica 2 que aplica el conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la invencion. La maquina electrica 2 comprende un rotor 3 proviso con un arbol 4 y un arrollamiento de rotor 10. Ademas, la maquina electrica esta provista con un estator 11, que comprende, por ejemplo, un arrollamiento de estator 12. Los cojinetes de munon 1, 1' estan acoplados al estator 11. El primer cojinete de munon 1 esta destinado para uso como un tope de bloqueo contra el desplazamiento radial del arbol 4. En el segundo cojinete de munon 1', se combinan el cojinete de munon radial y el cojinete de munon axial, donde este segundo cojinete de munon 1' se utiliza como un tope de bloqueo contra desplazamientos del arbol 4 en las direcciones radial y axial. Los cojinetes de munon 1, 1' estan acoplados entre estructuras de soporte 9, 9' y el estator 11 u otro elemento de bastidor en la maquina electrica (no mostrada). Ademas, la figura 4 muestra, de una manera reducida, cojinetes magneticos 5, por los que se puede proporcionar el cojinete sin contacto real.
Las piezas simetricas giratorias o medios de soporte 7a, a utilizar para el cojinete radial de los cojinetes de munon 1, se colocan sustancialmente simetricos alrededor del rotor 3 (o su arbol 4), de tal manera que definen un area poligonal como el rango de movimiento para el centro de rotacion del rotor. El centro de este polfgono esta sustancialmente en el centro del arbol del rotor 4 en una situacion en la que el rotor 3 esta colocado en su posicion definida, sustancialmente en el cetro del area definida por el estator. De esta manera, la distancia entre el rotor y el estator es optima a la vista de posibles impactos sobre el rotor. Los lados imaginarios del polfgono pueden ser rectos o curvados. En la figura 5, una lmea discontinua L ilustra un polfgono teorico que limita un area, dentro de la cual el centro M del arbol 4 se puede mover en una forma de realizacion ventajosa. En esta forma de realizacion, el cojinete de munon 1, 1' comprende seis medios de soporte 7a para el cojinete radial. A partir de la figura, se puede ver que los lados del polfgono L (en este caso un hexagono) estan curvados y que teoricamente la distancia mas corta entre el lado y el centro del polfgono se determina sobre la base de tres radios R1, R2, R3, de tal manera que esta
distancia mas corta es R3 - (R1 + R2). De estos radios, el primero R1 indica el radio del rotor (o su arbol 4) en el
punto de soporte. El segundo radio R2 es el radio del medio de soporte. El tercer radio es el diametro de la circunferencia imaginaria P de un cfrculo, sobre el que estan localizados los centros O de los medios de soporte 7a. Aunque los lados del polfgono L pueden estar curvados, en la practica, a altas velocidades de rotacion, la trayectoria del centro del rotor esta limitada a un polfgono con lados rectos.
El principio de simetna descrito anteriormente se puede aplicar tambien en una aplicacion, en la que el cojinete de munon 1, 1' comprende ambos medios de soporte 7a que implementan el soporte en la direccion radial y los medios de soporte 7b que implementan el soporte en la direccion axial. Por lo tanto, los medios de soporte 7a que implementan el soporte en la direccion radial estan colocados sustancialmente simetricos sobre la misma
circunferencia. De una manera correspondiente, los medios de soporte 7b que implementan el soporte en la
direccion axial estan colocados sustancialmente simetricos sobre la misma circunferencia que, sin embargo, no tiene que ser la misma que la de los medios de soporte 7a que implementan el soporte en la direccion radial. Por consiguiente, los medios de soporte 7b a utilizar para el soporte en la direccion axial se pueden colocar sobre la circunferencial de un cfrculo, cuyo diametro es distinto a la circunferencia del cfrculo imaginario para el emplazamiento de los medios de cojinete 7a a utilizar para el soporte en la direccion radial.
Es evidente que la presente invencion no esta limitada solo a las formas de realizacion presentadas anteriormente, sino que se puede modificar dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un conjunto de cojinetes de munon (1) para el cojinete de seguridad de una maquina electrica de alta velocidad (2), cuya maquina electrica de alta velocidad (2) comprende un rotor (3) dispuesto para ser giratorio, un estator (11) y al menos un cojinete sin contacto (5) para el cojinete durante el uso de la maquina electrica de alta velocidad, cuyo conjunto de cojinetes de munon (1) comprende al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7) que estan montados sobre cojinetes en relacion a su centro de rotacion, y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7) estan colocados alrededor de un arbol (4) sustancialmente simetrico, de manera que el centro de rotacion de los medios de cojinete (7) esta colocado sobre la circunferencia sustancialmente del mismo drculo (P) de tal manera que el diametro del drculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinete es mayor que el diametro del arbol (4) en los medios de cojinetes (7), caracterizado porque al menos algunos (7b) de los centros de rotacion de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon (1), y al menos algunos (7b) de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol (49 en la direccion axial y porque los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial comprenden al menos un primer conjunto (7b) de medios de cojinetes, de tal manera que el centro de rotacion del primer conjunto (7b) de medios de cojinetes se coloca sustancialmente en el mismo plano.
  2. 2. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los medios de cojinetes (7) comprenden un segundo conjunto de medios de cojinetes (7b), cuyo centro de rotacion se coloca en un plano diferente en la direccion axial.
  3. 3. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial estan colocados alrededor del arbol (4), de tal manera que el centro de rotacion de todos los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial esta colocado sustancialmente en el mismo plano, sustancialmente perpendicular a la direccion longitudinal del arbol, caracterizado porque el arbol (4) esta provisto con al menos una superficie plana (A1), porque los medios de cojinetes del primer conjunto (7b), que limitan el movimiento en la direccion axial, estan colocados cerca de dicha superficie plana, de tal manera que los centros de rotacion de los medios de cojinetes del primer conjunto (7b), que limitan el movimiento en la direccion axial, estan colocados sobre la circunferencia (P) sustancialmente del mismo drculo, y porque el diametro del drculo es menor que el diametro de dicha superficie plana.
  4. 4. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque algunos (7a) de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion radial, en el que al menos los medios de cojinetes (7a) que limitan el movimiento en la direccion radial estan colocados alrededor del arbol (4), de tal manera que los centros de rotacion de todos los medios de cojinetes (7a) que limitan el movimiento en la direccion radial estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente del mismo drculo (P), de tal manera que dichos medios de cojinetes (7a) que limitan el movimiento en la direccion radial definen el rango de movimiento del rotor en la direccion radial en forma de un polfgono, y porque algunos (7b) de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion axial, en el que los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial estan colocados alrededor del arbol (4), de tal manera que los centros de rotacion de todos los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial estan colocados sustancialmente en el mismo plano, sustancialmente perpendiculares a la direccion longitudinal del arbol.
  5. 5. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque los lados de dicho polfgono son sustancialmente rectos.
  6. 6. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque los lados de dicho polfgono son curvados.
  7. 7. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la inercia de masas y el par de friccion de los medios de cojinetes (7) son bajos.
  8. 8. - El conjunto de cojinetes de munon de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado porque los medios de cojinetes (7) son cojinetes de bolsas, cojinetes de bolas angulares de una sola hilera, y/o cojinetes de rodillos cilmdricos cargados radialmente con soportes.
  9. 9. - Una maquina electrica de alta velocidad (2) que comprende un conjunto de cojinetes de munon (1) para el cojinete de seguridad de una maquina electrica (2), un rotor (3) dispuesto para ser giratorio, un estator (11) y al menos un cojinete sin contacto (5) para el cojinete durante la operacion de la maquina electrica de alta velocidad, cuyo conjunto de cojinetes de munon (1) comprende al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7), que estan montados sobre cojinetes en relacion a sus centros de rotacion y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7) estan colocados alrededor de un arbol (4) sustancialmente simetrico, de manera que los centros de rotacion de los medios de cojinete (7) estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente
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    del mismo drculo (P), de tal manera que el diametro del drculo imaginario mayor dentro del medio de cojinete es mayor que el diametro del arbol (4) en los medios de cojinete (7), caracterizada porque al menos algunos (7b) de los centros de rotacion de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos en localizaciones sustancialmente constantes en el conjunto de cojinetes de munon (1) y al menos algunos (7b) de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion axial y porque los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial comprenden al menos un primer conjunto (7b) de medios de cojinetes, de tal manera que el centro de rotacion del primer conjunto (7b) de medios de cojinetes esta colocado sustancialmente en el mismo primer plano.
  10. 10. - La maquina electrica de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizada porque los medios de cojinetes (7) comprenden un segundo conjunto de medios de cojinetes (7b), cuyos centros de rotacion estan colocados en un plano diferente del primer plano en la direccion axial.
  11. 11. - Un metodo para el cojinete de seguridad de una maquina electrica de alta velocidad (2) por medio de un conjunto de cojinetes de munon (1), cuya maquina electrica de alta velocidad (2) comprende un rotor (3) dispuesto para ser giratorio con relacion a un arbol (4), un estator (11), y al menos un cojinete sin contacto (5) para el cojinete durante la operacion de la maquina electrica de alta velocidad, en cuyo metodo el cojinete de munon (1) esta por al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7) que estan montados sobre cojinetes en relacion a su centro de rotacion, y porque dichos al menos tres medios de cojinetes simetricos rotatorios (7) estan colocados alrededor de un arbol (4) sustancialmente simetrica, de manera que el centro de rotacion de los medios de cojinetes (7) esta colocado sobre la circunferencia (P) sustancialmente del mismo drculo, de tal manera que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinete (7) es mayor que el diametro del arbol (4) en los medios de cojinete (7), caracterizado porque al menos algunos (7b) de los centros de rotacion de los medios de cojinetes (7) estan dispuestos sustancialmente en lugares constantes en el conjunto de cojinetes de munon (1), y al menos alguno (7b) de los medios de cojinetes se utilizan para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion axial, y porque de los medios de cojinete (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial, esta previsto al menos un primer conjunto de medios de cojinetes (7b), cuyo centro de rotacion esta colocado sustancialmente en el mismo primer plano.
  12. 12. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque de los medios de cojinetes (7), esta previsto un segundo conjunto de medios de cojinete (7b), cuyo centro de rotacion esta colocado en un plano diferente del primer plano en la direccion axial.
  13. 13. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, caracterizado porque al menos algunos (7a) de los medios de cojinetes (7) se utilizan para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion, en el que los medios de cojinetes (7a) que limitan el movimiento en la direccion radial estan colocados alrededor del arbol (4) de tal manera que los centros de rotacion de todos los medios de cojinetes (7a) que limitan el movimiento en la direccion radial estan colocados sobre la circunferencia sustancialmente del mismo cfrculo, de tal manera que el diametro del cfrculo imaginario mayor dentro de los medios de cojinetes (7) es mayor que el diametro del arbol (4) en los medios de cojinete (7).
  14. 14. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque al menos algunos (7b) de los medios de cojinetes se utilizan para limitar el movimiento del arbol (4) en la direccion axial, en el que los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial estan colocados alrededor del arbol (4) de tal manera que los centros de rotacion de todos los medios de cojinetes (7b) que limitan el movimiento en la direccion axial estan colocados sustancialmente en el mismo plano, sustancialmente perpendicular a la direccion longitudinal del arbol.
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