Contención de fibra de carbono para rotores magnéticos en Bunting-Berkhamsted

Los rotores magnéticos son componentes de equipos increíblemente diversos y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Puede encontrar rotores magnéticos en motores, generadores, alternadores y equipos altamente especializados como Separadores de corrientes parásitas. Los rotores magnéticos giran a velocidades extremadamente altas y esto presenta el riesgo de que los motores se desprendan del portador magnético. Como resultado, una de las consideraciones de diseño clave al desarrollar rotores magnéticos es la fuerza centrífuga resultante.

Los ingenieros de Bunting son expertos en identificar, diseñar y fabricar soluciones personalizadas para rotores magnéticos de alta velocidad.

Fuerza centrífuga

Fuerza centrífuga se define como "la fuerza aparente que siente un objeto que se mueve en una trayectoria curva que actúa hacia afuera alejándose del centro de rotación". La fuerza centrífuga se confunde comúnmente con la fuerza centrípeta, su contraparte. Si bien los dos están estrechamente relacionados, fuerza centrípeta se define como "la fuerza necesaria para mantener un objeto en movimiento en una trayectoria curva y que se dirige hacia adentro, hacia el centro de rotación".

La diferencia clave entre estas dos fuerzas es que fuerza centrípeta es un real fuerza, mientras fuerza centrífuga es un aparente fuerza. Para usar un ejemplo visual, si está girando una masa en una cuerda, la cuerda está ejerciendo una fuerza centrípeta hacia adentro sobre la masa, mientras que la masa parece ejercer una fuerza centrífuga hacia afuera sobre la cuerda.

Quizás se esté preguntando: ¿qué significan estos términos para los imanes montados en un eje giratorio, que operan en lo profundo del corazón de un generador, motor o alternador de imanes permanentes?

Es simple: cuando los imanes giran, experimentan una carga centrífuga que es proporcional a las tres variables siguientes:

• La velocidad racional al cuadrado
• La masa
• El diámetro efectivo alrededor del cual gira la masa

Para mantener efectivamente los imanes en su lugar cuando están girando, cualquier sistema de contención de velocidad debe observar la carga que los imanes están generando y aplicar al menos una fuerza igual y opuesta cuando el sistema está en reposo.

Al observar el gráfico 1 a continuación, es importante que durante la fase de diseño los ingenieros consideren la velocidad de funcionamiento del sistema, evalúen las fuerzas a vencer y luego las apliquen mediante algún medio de compresión.

Los ingenieros de Bunting son expertos en el diseño y fabricación de rotores magnéticos de alta velocidad y cuentan con décadas de experiencia en la industria. Debido a esto, los ingenieros de Bunting se destacan en la identificación, diseño y fabricación de soluciones personalizadas para rotores magnéticos de alta velocidad. Ejemplos de estas soluciones incluyen:

–Mangas metálicas
–Mangas de fibra de carbono de bobinado directo
–Mangas de fibra de carbono prensadas
–Poliéster enrollado termorretráctil

Especificaciones para las diferentes técnicas:

En esta revisión, nos centraremos en las opciones de fibra de carbono con mangas metálicas.
• Asesoramiento en diseño de imanes, rotores magnéticos y conjuntos magnéticos

Fibra de carbono de herida directa

Para la fibra de carbono de bobinado directo, la tensión previa máxima posible es de 450 Mpa, aunque este número depende de varios criterios, incluido el diámetro y la temperatura del rotor. Es esencial que el método de contención se determine en una etapa temprana. Para facilitar esto, el equipo de ingeniería de Bunting llevará a cabo una revisión exhaustiva de los criterios de diseño con el usuario final del conjunto de rotor magnético.

Normalmente, cuando se utiliza fibra de carbono de bobinado directo, el mayor desafío es la temperatura de curado de la fibra de carbono. Esta temperatura de curado está limitada como resultado de los efectos térmicos que tiene el proceso de curado sobre los imanes permanentes. Por ejemplo, ciertos imanes de alta resistencia pueden tener una temperatura máxima más baja que la temperatura de curado de la fibra de carbono. En esta situación, puede producirse una pérdida permanente de rendimiento magnético. Debido a este riesgo, la técnica de envoltura de fibra de carbono puede ser más adecuada para imanes de menor resistencia que poseen un umbral de temperatura más alto.

Los ingenieros de Bunting han perfeccionado una técnica para solucionar este problema. Esta técnica, denominada "Magnetización posterior al ensamblaje, ”Primero enrolla fibra de carbono en un rotor que aún no ha sido magnetizado. Entonces, el curado puede tener lugar a la temperatura perfecta. Esto asegura que se proporcionará al rotor el nivel adecuado de soporte térmico sin pérdidas. Una vez que se completa el curado, puede tener lugar la magnetización posterior al ensamblaje, magnetizando el rotor en solo unos segundos. Si bien este método requiere una cuidadosa cooperación en el diseño y algunas herramientas a medida, es extremadamente efectivo y eficiente.

Fibra de carbono prensada

La tensión previa máxima posible para la fibra de carbono prensada es 1500Mpa, aunque 1200Mpa es un valor más realista en la práctica.

Debido a esta tensión previa adicional, son posibles otros cambios de diseño, incluido el aumento de la masa en un factor de 3 o 4. Sin embargo, la implementación de este tipo de cambio de diseño puede no proporcionar los resultados deseados. Por ejemplo, aumentar la profundidad de un imán de 10 mm a 12,55 mm puede no beneficiar sustancialmente el diseño general o el rendimiento operativo de un imán. De manera similar, opciones como aumentar el diámetro del rotor magnético pueden causar otros desafíos de diseño, incluidos problemas como un componente terminado más grande.

El equipo de ingeniería de Bunting ha descubierto en nuestra experiencia que aumentar la velocidad de carrera proporciona la mayor cantidad de ganancias. Cuando se trabaja con motores de imán permanente, los diseños óptimos de rotor magnético son pequeños, rápidos y pueden calentarse. Mediante el uso de imanes laminados como una forma de reducir las pérdidas por corrientes parásitas a altas temperaturas, una superficie de imán de tierra de precisión y una manga de fibra de carbono prensada y curada previamente con calor, el motor puede funcionar a velocidades muy altas y maximizar el rendimiento envolvente. . En Bunting, también podemos magnetizar estos rotores después del ensamblaje y reducir los costos de producción por volumen.

• Diseño y fabricación de conjuntos de imanes

Un rotor que gira a 20krpm puede generar 10kw y requiere 300Mpa de contención, pero el mismo rotor que gira a 80krpm puede generar 40kw y necesita 1200Mpa de contención. Esto solo está disponible mediante la instalación de una funda de fibra de carbono prensado.

El equipo de ingeniería de Bunting trabaja en estrecha colaboración con los clientes para identificar el diseño óptimo para una funda de fibra de carbono prensada. Durante este proceso, los ingenieros de Bunting también determinan las herramientas necesarias para lograr facilidad y seguridad de fabricación y repetibilidad. Como resultado, Bunting puede ofrecer a nuestros clientes un proceso de prensado totalmente automatizado para soluciones de alto volumen. Este proceso se completa con un sistema de visión integrado que es capaz de medir el grosor axial de un manguito y luego presionar esa distancia exacta para que los manguitos no se aplasten durante el proceso de ensamblaje.

Al ver los videos de arriba, puede observar que las animaciones 1 y 2 representan una de nuestras herramientas de prensado en funcionamiento alrededor de un rotor magnético de 50 mm de diámetro. En el video, está generando 1200Mpa de presión de prensa para permitir una velocidad operativa de 100krpm. La animación 1 muestra la aplicación de la primera capa de fibra de carbono, mientras que la animación 2 muestra la etapa final.

En Bunting, diseñamos y fabricamos una amplia variedad de imanes y conjuntos magnéticos. Muchos de nuestros productos están hechos a medida para aplicaciones específicas, y nuestros ingenieros trabajarán con usted en cada paso de este proceso. Para obtener más información sobre la envoltura de fibra de carbono de los rotores magnéticos, los conjuntos magnéticos hechos a medida o los diseños de imanes, no dude en ponerse en contacto con nosotros:

Teléfono: +44 (0) 1442 875081

Correo electrónico: Sales.berkhamsted@buntingmagnetics.com

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