ES2809873T3 - Apparatus and methods for magnetizing and demagnetizing magnetic poles in an electrical machine - Google Patents

Abstract

Un método para instalar una máquina eléctrica (20), incluyendo la máquina eléctrica un conjunto de estator (28) y un conjunto de rotor (30), comprendiendo el conjunto de rotor una pluralidad de polos magnéticos (44) compuestos de un material magnético permanente (54) que está en una condición no magnetizada, comprendiendo el método: después de instalar la máquina eléctrica (20), magnetizar una pluralidad de dominios magnéticos (94, 96) en el material magnético permanente (54) de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44), alinear en serie cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44) con respecto a un accesorio de magnetización (66), caracterizado por que cuando cada respectivo polo magnético (44a, 44b) está alineado con el accesorio de magnetización (66), se posiciona el accesorio de magnetización en una pluralidad de posiciones con respecto al polo magnético, y; en cada una de las posiciones, hace que el accesorio de magnetización (66) genere un campo magnético externo efectivo para producir uno de la pluralidad de dominios magnéticos (94, 96), magnetizando de ese modo individualmente la pluralidad de dominios magnéticos; en el que el posicionamiento del accesorio de magnetización en la pluralidad de posiciones relativas al polo magnético comprende: mover el accesorio de magnetización en una sola dirección a lo largo de una trayectoria lineal que conecta la pluralidad de posiciones.A method of installing an electrical machine (20), the electrical machine including a stator assembly (28) and a rotor assembly (30), the rotor assembly comprising a plurality of magnetic poles (44) composed of a permanent magnetic material (54) which is in an unmagnetized condition, the method comprising: after installing the electrical machine (20), magnetizing a plurality of magnetic domains (94, 96) in the permanent magnetic material (54) of each of the plurality of magnetic poles (44), aligning each of the plurality of magnetic poles (44) in series with respect to a magnetizing accessory (66), characterized in that when each respective magnetic pole (44a, 44b) is aligned with the accessory magnetization (66), the magnetization accessory is positioned in a plurality of positions with respect to the magnetic pole, and; at each of the positions, causes the magnetizing accessory (66) to generate an external magnetic field effective to produce one of the plurality of magnetic domains (94, 96), thereby individually magnetizing the plurality of magnetic domains; wherein positioning the magnetization accessory in the plurality of positions relative to the magnetic pole comprises: moving the magnetization accessory in a single direction along a linear path connecting the plurality of positions.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Aparato y métodos para magnetizar y desmagnetizar polos magnéticos en una máquina eléctrica Apparatus and methods for magnetizing and demagnetizing magnetic poles in an electrical machine

AntecedentesBackground

Esta solicitud se refiere en general a máquinas eléctricas y, más específicamente, a aparatos y a métodos para magnetizar y desmagnetizar los imanes permanentes utilizados en los conjuntos de rotor de máquinas eléctricas, tales como imanes permanentes que se encuentran en los conjuntos de rotor de generadores de turbinas eólicas.This application relates generally to electrical machines and, more specifically, to apparatus and methods for magnetizing and demagnetizing permanent magnets used in rotor assemblies of electrical machines, such as permanent magnets found in rotor assemblies of power generators. wind turbines.

Las turbinas eólicas se pueden utilizar para producir energía eléctrica sin la necesidad de combustibles fósiles y se pueden agregar en parques eólicos terrestres y marinos conectados a la red de transmisión de energía eléctrica. En general, una turbina eólica es una máquina rotativa que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica y, cuando se usa para generar energía, convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Una turbina eólica de eje horizontal convencional incluye una torre, una góndola situada en la punta de la torre, y un rotor que está soportado en la góndola mediante un árbol. El árbol acopla el rotor directa o indirectamente con un conjunto de rotor de un generador ubicado dentro de la góndola.Wind turbines can be used to produce electrical energy without the need for fossil fuels and can be added in onshore and offshore wind farms connected to the electrical power transmission grid. In general, a wind turbine is a rotating machine that converts the kinetic energy of the wind into mechanical energy and, when used to generate power, converts mechanical energy into electrical energy. A conventional horizontal axis wind turbine includes a tower, a nacelle located at the top of the tower, and a rotor that is supported on the nacelle by a shaft. The shaft couples the rotor directly or indirectly with a rotor assembly of a generator located within the nacelle.

Los generadores de turbinas eólicas y sus conjuntos de rotor pueden tener diámetros relativamente grandes de hasta diez metros. El componente principal del peso del generador son los numerosos imanes permanentes que constituyen los polos magnéticos del conjunto de rotor del generador. En particular, los imanes permanentes pueden pesar del orden de dos a cinco toneladas métricas. La instalación de los imanes permanentes en el conjunto de rotor del generador es un desafío, particularmente a medida que el tamaño del generador aumenta. Los imanes permanentes están compuestos de un material que genera un campo magnético de alto Gauss cuando se magnetiza y, por lo tanto, un material que es capaz de generar fuertes fuerzas repulsivas o atractivas con las estructuras circundantes.Wind turbine generators and their rotor assemblies can have relatively large diameters of up to ten meters. The main component of the generator's weight is the many permanent magnets that make up the magnetic poles of the generator's rotor assembly. In particular, permanent magnets can weigh on the order of two to five metric tons. Installing the permanent magnets in the generator rotor assembly is challenging, particularly as the size of the generator increases. Permanent magnets are composed of a material that generates a high Gauss magnetic field when magnetized, and therefore a material that is capable of generating strong repulsive or attractive forces with surrounding structures.

Convencionalmente, los polos magnéticos utilizados en el conjunto de rotor de un generador de turbina eólica se magnetizan antes de instalarse en la góndola. Una opción convencional es magnetizar los imanes permanentes, instalarlos en el conjunto de rotor del generador, y luego instalar el conjunto de rotor sosteniendo los imanes permanentes magnetizados en el generador. Esta opción de montaje requiere el uso de un accesorio mecáni instalar los imanes permanentes magnetizados en el conjunto de rotor y otro accesorio mecánico para colocar el conjunto de rotor que sostiene los imanes magnetizados en la carcasa del generador. Una variación en esta opción convencional es montar el generador de turbina eólica sin imanes permanentes y luego usar un dispositivo mecánico para cargar imanes permanentes magnetizados en unas ranuras definidas en el conjunto de rotor. Para cualquiera de estas opciones de montaje convencionales, los fuertes campos magnéticos generados por los imanes permanentes interactúan con estructuras circundantes, tales como estructuras ferromagnéticas cercanas del generador e incluso otros imanes permanentes instalados previamente en el conjunto de rotor. Por ejemplo, el conjunto de estator del generador puede ser difícil o imposible de quitar debido a las fuerzas generadas por los imanes permanentes magnetizados.Conventionally, the magnetic poles used in the rotor assembly of a wind turbine generator are magnetized before being installed in the nacelle. A conventional option is to magnetize the permanent magnets, install them on the generator rotor assembly, and then install the rotor assembly holding the magnetized permanent magnets on the generator. This mounting option requires the use of a mechanical accessory to install the magnetized permanent magnets in the rotor assembly and another mechanical accessory to position the rotor assembly that holds the magnetized magnets in the generator housing. A variation on this conventional option is to mount the wind turbine generator without permanent magnets and then use a mechanical device to charge magnetized permanent magnets into defined grooves in the rotor assembly. For any of these conventional mounting options, the strong magnetic fields generated by the permanent magnets interact with surrounding structures, such as nearby ferromagnetic structures of the generator and even other permanent magnets previously installed in the rotor assembly. For example, the generator stator assembly can be difficult or impossible to remove due to the forces generated by the magnetized permanent magnets.

Otro problema surge durante el mantenimiento o servicio del generador mientras está ubicado en la góndola. En general, el mantenimiento del generador puede requerirse, por ejemplo, como resultado de un rayo o de un corto circuito. Una vez que los imanes permanentes están magnetizados, el conjunto de rotor y el conjunto de estator son difíciles de extraer del generador debido a los fuertes campos magnéticos. La dificultad se amplifica si no hay una caja de engranajes y el conjunto de rotor del generador es accionado directamente por la rotación del rotor. En este caso, el generador no se puede simplemente desacoplar de una caja de engranajes y reemplazarlo. Los imanes permanentes también son prácticamente imposibles de desmagnetizar mientras se colocan dentro del generador de turbina eólica.Another problem arises during maintenance or service of the generator while it is located in the nacelle. In general, generator maintenance may be required, for example, as a result of lightning or a short circuit. Once the permanent magnets are magnetized, the rotor assembly and stator assembly are difficult to remove from the generator due to strong magnetic fields. The difficulty is amplified if there is no gearbox and the generator rotor assembly is driven directly by the rotation of the rotor. In this case, the generator cannot just be uncoupled from a gearbox and replaced. Permanent magnets are also virtually impossible to demagnetize while placed inside the wind turbine generator.

El documento US 20100011 567 divulga un método para instalar una máquina eléctrica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 10.Document US 20100011 567 discloses a method for installing an electrical machine according to the preamble of claim 1 and an apparatus according to the preamble of claim 10.

Se necesitan aparatos y métodos mejorados para facilitar la instalación de una máquina eléctrica, tal como un generador de turbina eólica, así como aparatos y métodos mejorados para dar servicio a la máquina eléctrica.Improved apparatus and methods are needed to facilitate the installation of an electrical machine, such as a wind turbine generator, as well as improved apparatus and methods for servicing the electrical machine.

Breve sumarioBrief summary

La presente invención proporciona un método para instalar una máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato de acuerdo con la reivindicación 10. Otros aspectos se definen mediante las reivindicaciones dependientes.The present invention provides a method for installing an electrical machine according to claim 1 and an apparatus according to claim 10. Other aspects are defined by the dependent claims.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujosBrief description of the various views of the drawings

Los dibujos adjuntos, que están incorporados en la presente memoria descriptiva y forman parte de la misma, ilustran diversas realizaciones de la invención y, junto con una descripción general de la invención dada anteriormente y la descripción detallada de las realizaciones dada a continuación, sirven para explicar las realizaciones de la invención. The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of the present specification, illustrate various embodiments of the invention and, together with a general description of the invention given above and the detailed description of the embodiments given below, serve to explain embodiments of the invention.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica que incluye un generador de acuerdo con realizaciones de la invención.Figure 1 is a perspective view of a wind turbine that includes a generator in accordance with embodiments of the invention.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una porción de la turbina eólica de la figura 1 en la que la góndola se rompe parcialmente para revelar estructuras, incluyendo el generador, dentro de la góndola.Figure 2 is a perspective view of a portion of the wind turbine of Figure 1 in which the nacelle is partially broken to reveal structures, including the generator, within the nacelle.

La figura 3 es una vista en perspectiva en despiece de los conjuntos de rotor y estator del generador, así como una porción de un sistema de magnetización de acuerdo con una realización de la invención.Figure 3 is an exploded perspective view of the generator rotor and stator assemblies, as well as a portion of a magnetization system in accordance with one embodiment of the invention.

La figura 4 es una vista en sección transversal que muestra el generador y el accesorio de magnetización del sistema de magnetización.Fig. 4 is a cross-sectional view showing the generator and magnetizing accessory of the magnetizing system.

La figura 4A es una vista esquemática del sistema de magnetización que incluye el accesorio de magnetización de las figuras 3 y 4.Figure 4A is a schematic view of the magnetization system that includes the magnetization accessory of Figures 3 and 4.

La figura 5 es una vista en perspectiva del accesorio de magnetización del sistema de magnetización de las figuras 3, 4 y 4A y dos polos magnéticos representativos del generador en los que los imanes permanentes de cada polo magnético representativo se han magnetizado utilizando el sistema de magnetización en un patrón axial.Figure 5 is a perspective view of the magnetization accessory of the magnetization system of Figures 3, 4 and 4A and two representative magnetic poles of the generator in which the permanent magnets of each representative magnetic pole have been magnetized using the magnetization system. in an axial pattern.

La figura 6 es una vista en perspectiva en despiece similar a la figura 4 de los conjuntos de rotor y estator de un generador y una porción de un sistema de magnetización de acuerdo con una realización alternativa de la invención. Figure 6 is an exploded perspective view similar to Figure 4 of the rotor and stator assemblies of a generator and a portion of a magnetization system in accordance with an alternative embodiment of the invention.

La figura 7 es una vista en perspectiva similar a la figura 5 en la que los imanes permanentes de cada polo magnético se han desmagnetizado eficazmente utilizando el sistema de magnetización de la figura 5, de manera que diferentes dominios de cada polo magnético tengan polarizaciones magnéticas alternas.Figure 7 is a perspective view similar to Figure 5 in which the permanent magnets of each magnetic pole have been effectively demagnetized using the magnetization system of Figure 5, such that different domains of each magnetic pole have alternating magnetic polarizations .

La figura 7A es una vista en perspectiva similar a la figura 7 en el que los imanes permanentes de cada polo magnético se han desmagnetizado eficazmente utilizando el sistema de magnetización para reducir la intensidad de campo de los dominios constituyentes.Figure 7A is a perspective view similar to Figure 7 in which the permanent magnets at each magnetic pole have been effectively demagnetized using the magnetization system to reduce the field strength of the constituent domains.

La figura 7B es una vista gráfica de una realización de una forma de onda oscilatoria en descomposición que puede emplearse para proporcionar la condición desmagnetizada de la figura 7A.Figure 7B is a graphical view of one embodiment of a decaying oscillatory waveform that can be used to provide the degaussed condition of Figure 7A.

La figura 8 es una vista esquemática de un sistema de magnetización de acuerdo con una realización alternativa de la invención y en el que los imanes permanentes de cada polo magnético representativo se han magnetizado con un patrón circunferencial.Figure 8 is a schematic view of a magnetization system in accordance with an alternative embodiment of the invention and in which the permanent magnets at each representative magnetic pole have been magnetized in a circumferential pattern.

La figura 9 es una vista en perspectiva similar a la figura 8 en la que los imanes permanentes de cada polo magnético se han desmagnetizado eficazmente utilizando el sistema de magnetización de la figura 8, de manera que diferentes dominios de cada polo magnético tengan polarizaciones magnéticas alternas.Figure 9 is a perspective view similar to Figure 8 in which the permanent magnets of each magnetic pole have been effectively demagnetized using the magnetization system of Figure 8, such that different domains of each magnetic pole have alternating magnetic polarizations .

La figura 10 es una vista esquemática de un sistema de magnetización de acuerdo con una realización alternativa de la invención.Figure 10 is a schematic view of a magnetization system according to an alternative embodiment of the invention.

Descripción detalladaDetailed description

En general, las realizaciones de la invención están dirigidas a añadir o hacer uso de unos medios de magnetización en el diseño de una máquina eléctrica, tal como un generador, de tal manera que uno o más de los imanes de una máquina de imanes permanentes estén en el campo de magnetización generado por los medios de magnetización, mientras toda la máquina está en su estado montado normal, o en un estado donde se manipula para estar lista para la magnetización automática. La presencia de medios de magnetización en el diseño de la máquina permite una serie de cambios controlados activados por el tiempo o controlados accionados por eventos del estado de magnetización de los imanes permanentes dentro de la máquina. El conjunto de rotor que sostiene los imanes a su vez (o todos a la vez) puede estar alineado con el campo de magnetización de los medios de magnetización para estar listo para una magnetización, remagnetización o desmagnetización. La alineación puede proporcionarse controlando la propia máquina eléctrica o mediante unos medios externos.In general, embodiments of the invention are directed to adding or making use of a magnetizing means in the design of an electrical machine, such as a generator, such that one or more of the magnets of a permanent magnet machine are in the magnetizing field generated by the magnetizing means, while the whole machine is in its normal assembled state, or in a state where it is manipulated to be ready for automatic magnetization. The presence of magnetizing means in the design of the machine allows a series of time-triggered or event-driven controlled changes of the magnetization state of the permanent magnets within the machine. The rotor assembly that holds the magnets in turn (or all at once) can be aligned with the magnetizing field of the magnetizing means to be ready for magnetization, re-magnetization, or demagnetization. Alignment can be provided by controlling the electrical machine itself or by external means.

El aparato y los métodos de las realizaciones de la invención proporcionan magnetizar individualmente dominios magnéticos en el material magnético permanente de un polo magnético después de que la máquina eléctrica se instale en un conjunto más grande. El sistema de magnetización puede usarse para magnetizar y desmagnetizar los polos magnéticos mientras el conjunto de rotor de la máquina eléctrica está conectado con un motor principal, tal como rotor de una turbina eólica.The apparatus and methods of embodiments of the invention provide individually magnetizing magnetic domains in the permanent magnetic material of a magnetic pole after the electrical machine is installed in a larger assembly. The magnetization system can be used to magnetize and demagnetize the magnetic poles while the rotor assembly of the electrical machine is connected to a main motor, such as a wind turbine rotor.

Con referencia a las figuras 1 y 2 y de acuerdo con una realización de la invención, una turbina eólica 10 incluye una torre 12, una góndola 14 en la punta de la torre 12, y un rotor 16 operativamente acoplado a un generador 20 alojado dentro de la góndola 14. La turbina eólica 10, que se representa como una turbina eólica de eje horizontal, tiene la capacidad de convertir la energía cinética del viento en energía eléctrica. Además del generador 20, la góndola 14 aloja varios componentes necesarios para convertir la energía eólica en energía eléctrica y también varios componentes necesarios para operar y optimizar el rendimiento de la turbina eólica 10. La torre 12 soporta la carga presentada por la góndola 14, el rotor 16 y otros componentes de la turbina eólica alojados dentro de la góndola 14. La torre 12 de la turbina eólica 10 funciona para elevar la góndola 14 y el rotor 16 a una altura sobre el nivel del suelo o el nivel del mar, según sea el caso, en el que normalmente se encuentra viento con aire en movimiento más rápido caracterizado por corrientes de aire más suaves y menos turbulentas.With reference to Figures 1 and 2 and in accordance with one embodiment of the invention, a wind turbine 10 includes a tower 12, a nacelle 14 at the top of the tower 12, and a rotor 16 operatively coupled to a housed generator 20 inside nacelle 14. Wind turbine 10, which is represented as a horizontal axis wind turbine, has the ability to convert the kinetic energy of the wind into electrical energy. In addition to the generator 20, the nacelle 14 houses various components necessary to convert wind energy into electrical energy and also various components necessary to operate and optimize the performance of the wind turbine 10. The tower 12 supports the load presented by the nacelle 14, the rotor 16 and other components of the wind turbine housed within nacelle 14. Tower 12 of wind turbine 10 functions to raise nacelle 14 and rotor 16 to a height above ground level or sea level, as required. the case, where you usually find wind with faster moving air characterized by smoother and less turbulent air currents.

El rotor 16 incluye un buje central 22 y una pluralidad de palas 24 unidas al buje central 22 en ubicaciones distribuidas alrededor de la circunferencia del buje central 22. En la realización representativa, el rotor 16 incluye tres palas 24. Las palas 24, que se proyectan radialmente hacia fuera desde el buje central 22, están configuradas para interactuar con el flujo de aire pasante para producir empuje que provoca que el buje central 22 gire alrededor de su eje longitudinal. El diseño y la construcción de las palas 24 son familiares para una persona que tiene habilidades ordinarias en la técnica. Por ejemplo, cada una de las palas 24 está conectada al buje central 22 a través de un mecanismo de inclinación que permite que la pala se incline bajo el control de un controlador de inclinación.The rotor 16 includes a center hub 22 and a plurality of blades 24 attached to the center hub 22 at locations distributed around the circumference of the center hub 22. In the representative embodiment, the rotor 16 includes three blades 24. The blades 24, which are projecting radially outward from the central hub 22, they are configured to interact with the through air flow to produce thrust that causes the central hub 22 to rotate about its longitudinal axis. The design and construction of the blades 24 are familiar to a person of ordinary skill in the art. For example, each of the blades 24 is connected to the center hub 22 through a tilt mechanism that allows the blade to tilt under the control of a tilt controller.

El viento que excede un nivel mínimo activará el rotor 16 y le permitirá girar en una dirección sustancialmente perpendicular al viento. El movimiento de rotación se convierte en energía eléctrica mediante el generador 20 y usualmente se suministra a la red eléctrica como lo conoce una persona que tenga una habilidad ordinaria en la técnica.Wind that exceeds a minimum level will activate rotor 16 and allow it to rotate in a direction substantially perpendicular to the wind. The rotational motion is converted into electrical energy by the generator 20 and is usually supplied to the electrical network as known to a person of ordinary skill in the art.

Con referencia a las figuras 2-4 y de acuerdo con una realización de la invención, el generador 20 incluye una carcasa hueca 26 que consiste en una pluralidad de porciones de carcasa que, cuando se monta, encierra un espacio. El generador 20 incluye un conjunto de estator 28 y un conjunto de rotor 30 que están alojados con una configuración de máquina de flujo radial dentro de la carcasa hueca 26. El conjunto de estator 28 y el conjunto de rotor 30 tienen una disposición concéntrica, el conjunto de estator 28 es fijo y estacionario, y el conjunto de rotor 30 está configurado para girar en relación con el conjunto de estator 28. Un árbol de accionamiento 32 se extiende desde el buje central 22 del rotor 16 en la góndola 14 y tiene una conexión mecánica rígida con el buje central 22 del rotor 16. El árbol de accionamiento 32 está conectado mecánicamente por una caja de engranajes 34 con el conjunto de rotor 30 del generador 20 a través de un acoplamiento mecánico 36.Referring to Figures 2-4 and in accordance with one embodiment of the invention, the generator 20 includes a hollow housing 26 consisting of a plurality of housing portions that, when assembled, enclose a space. Generator 20 includes a stator assembly 28 and rotor assembly 30 that are housed in a radial flow machine configuration within hollow casing 26. Stator assembly 28 and rotor assembly 30 have a concentric arrangement, the Stator assembly 28 is fixed and stationary, and rotor assembly 30 is configured to rotate relative to stator assembly 28. A drive shaft 32 extends from center hub 22 of rotor 16 into nacelle 14 and has a rigid mechanical connection with center hub 22 of rotor 16. Drive shaft 32 is mechanically connected by gearbox 34 to rotor assembly 30 of generator 20 through mechanical coupling 36.

La caja de engranajes 34 se basa en relaciones de engranajes en un tren de transmisión para proporcionar conversiones de velocidad y par desde la rotación del rotor 16 al conjunto de rotor 30 del generador 20. Alternativamente, el árbol de accionamiento 32 puede conectar directamente el buje central 22 del rotor 16 con el conjunto de rotor 30 del generador 20 de modo que la rotación del buje central 22 acciona directamente el conjunto de rotor 30. En la realización representativa, el rotor 16 funciona como el motor principal del conjunto de rotor 30 del generador 20.Gearbox 34 relies on gear ratios in a drive train to provide speed and torque conversions from rotating rotor 16 to rotor assembly 30 of generator 20. Alternatively, drive shaft 32 can directly connect the hub. center 22 of rotor 16 with rotor assembly 30 of generator 20 such that rotation of center hub 22 directly drives rotor assembly 30. In the representative embodiment, rotor 16 functions as the main motor of rotor assembly 30 of the generator 20.

Aunque el generador 20 se representa incorporando un conjunto de estator 28 y un conjunto de rotor 30 con una disposición concéntrica, las realizaciones de la invención no están tan limitadas. Por ejemplo, el generador 20 puede modificarse para incorporar múltiples conjuntos de rotor, cada uno similar al conjunto de rotor 30, y/o conjuntos de estator múltiple, cada uno similar al conjunto de estator 28. En otra realización alternativa, la construcción del generador 20 puede alterarse de manera que el conjunto de estator 28 esté dispuesto radialmente dentro del conjunto de rotor 30.Although the generator 20 is shown incorporating a stator assembly 28 and a rotor assembly 30 with a concentric arrangement, the embodiments of the invention are not so limited. For example, generator 20 can be modified to incorporate multiple rotor assemblies, each similar to rotor assembly 30, and / or multiple stator assemblies, each similar to stator assembly 28. In another alternative embodiment, the construction of the generator 20 can be altered so that stator assembly 28 is disposed radially within rotor assembly 30.

El conjunto de estator 28 incluye un bastidor de estator 38 con un yugo exterior anular 50, una pluralidad de dientes 48 que se proyectan radialmente hacia dentro desde el yugo exterior 50 hacia el conjunto de rotor 30, y una pluralidad de bobinas 40 dispuestas dentro de las ranuras entre dientes adyacentes 48. Los dientes 48 y las ranuras se extienden a lo largo de toda la longitud, L, del bastidor de estator 38. Como se ha descrito anteriormente, el conjunto de estator 28 permanece estacionario durante el funcionamiento del generador 20 y representa la parte no giratoria de la estructura del generador. Los dientes 48 y el yugo externo 50 pueden estar compuestos de un material ferromagnético, y las bobinas 40 incluyen bucles o espiras de un material conductor que son eléctricamente aislantes entre sí.Stator assembly 28 includes a stator frame 38 with an annular outer yoke 50, a plurality of teeth 48 projecting radially inward from outer yoke 50 toward rotor assembly 30, and a plurality of coils 40 disposed within the grooves between adjacent teeth 48. The teeth 48 and the grooves extend along the entire length, L, of the stator frame 38. As described above, the stator assembly 28 remains stationary during operation of the generator 20 y represents the non-rotating part of the generator structure. The teeth 48 and outer yoke 50 may be composed of a ferromagnetic material, and the coils 40 include loops or turns of a conductive material that are electrically insulating from each other.

El conjunto de rotor 30 incluye un núcleo o bastidor de rotor 42, una pluralidad de polos magnéticos 44 distribuidos circunferencialmente alrededor del bastidor del rotor 42, y un árbol de accionamiento 46 que conecta mecánicamente el bastidor del rotor 42 con el acoplamiento mecánico 36 de la caja de engranajes 34 y de ese modo con el árbol de accionamiento 32 accionado por el rotor 16. El árbol de accionamiento 46 está soportado dentro de la carcasa hueca 26 sobre cojinetes 27 que promueven rotación libre de baja fricción del conjunto de rotor 30 alrededor de un eje longitudinal 49 del conjunto de rotor 30 y está rígidamente conectado con el bastidor del rotor 42. El conjunto de rotor 30, que generalmente tiene forma cilíndrica, soporta los polos magnéticos 44 de manera que se define un hueco de aire radial 52 entre los polos magnéticos 44 y los extremos distales de los dientes 48 del conjunto de estator 28. Cuando la turbina eólica 10 está en funcionamiento, el conjunto de rotor 30 gira o rota alrededor del eje longitudinal 49 con respecto al conjunto de estator estacionario 28.The rotor assembly 30 includes a rotor frame or core 42, a plurality of magnetic poles 44 distributed circumferentially around the rotor frame 42, and a drive shaft 46 that mechanically connects the rotor frame 42 with the mechanical coupling 36 of the rotor. gearbox 34 and thereby with drive shaft 32 driven by rotor 16. Drive shaft 46 is supported within hollow housing 26 on bearings 27 that promote low-friction free rotation of rotor assembly 30 about a longitudinal axis 49 of the rotor assembly 30 and is rigidly connected to the rotor frame 42. The rotor assembly 30, which is generally cylindrical in shape, supports the magnetic poles 44 such that a radial air gap 52 is defined between the magnetic poles 44 and the distal ends of teeth 48 of stator assembly 28. When wind turbine 10 is in operation, rotor assembly 30 rotates or rotates about longitudinal axis 49 relative to stationary stator assembly 28.

El conjunto de estator 28 y el conjunto de rotor 30 del generador 20 cooperan para convertir la energía mecánica recibida desde el rotor 16 en energía eléctrica de manera que la energía cinética del viento se aproveche para la generación de energía. Específicamente, el movimiento de los polos magnéticos 44 del conjunto de rotor 30 más allá de las bobinas estacionarias 40 del conjunto de estator 28 induce una corriente eléctrica en cada una de las bobinas 40 de acuerdo con los preceptos de la Ley de Faraday. En la realización que incluye la caja de engranajes 34, la velocidad del generador puede estar en un rango representativo de 15 revoluciones por minuto (rpm) a 3000 rpm. En una realización para la cual el generador 20 es accionado directamente, la velocidad del generador puede estar en un rango representativo de 5 rpm a 25 rpm.Stator assembly 28 and rotor assembly 30 of generator 20 cooperate to convert mechanical energy received from the rotor 16 in electrical energy so that the kinetic energy of the wind is used for the generation of energy. Specifically, the movement of the magnetic poles 44 of the rotor assembly 30 past the stationary coils 40 of the stator assembly 28 induces an electric current in each of the coils 40 in accordance with the precepts of Faraday's Law. In the embodiment that includes gearbox 34, the speed of the generator may be in a representative range of 15 revolutions per minute (rpm) to 3000 rpm. In an embodiment for which the generator 20 is directly driven, the speed of the generator may be in a representative range of 5 rpm to 25 rpm.

Cada uno de los polos magnéticos 44 incluye uno o más imanes permanentes 54, estando cada uno compuesto de un material magnético permanente susceptible de ser magnetizado de manera permanente por un fuerte campo magnético y, una vez magnetizado, capaz de generar un alto campo electromagnético. Cuando se produce el material magnético permanente, los grupos atómicos en pequeños volúmenes se alinean mutuamente con una dirección de polarización compartida conocida como dominios magnéticos para producir momentos magnéticos. En una condición no magnetizada, los diversos dominios del material magnético permanente en cada imán permanente 54 están organizados con diferentes alineaciones de manera que, a escala mayor, los momentos magnéticos se cancelan eficazmente entre sí, lo que no genera un campo magnético neto o un campo magnético global débil. Todos los dominios tienden a alinearse con un campo magnético externo para magnetizar el material magnético. Algunos dominios se alinean más fácilmente que otros, por lo que el campo magnético resultante del imán permanente magnetizado 54 depende de la fuerza del campo magnético externo aplicado.Each of the magnetic poles 44 includes one or more permanent magnets 54, each being composed of a permanent magnetic material capable of being permanently magnetized by a strong magnetic field and, once magnetized, capable of generating a high electromagnetic field. When permanent magnetic material is produced, atomic groups in small volumes align themselves with a shared polarization direction known as magnetic domains to produce magnetic moments. In an unmagnetized condition, the various domains of the permanent magnetic material in each permanent magnet 54 are arranged with different alignments such that, on a larger scale, the magnetic moments effectively cancel each other out, which does not generate a net magnetic field or a weak global magnetic field. All domains tend to align with an external magnetic field to magnetize the magnetic material. Some domains align more easily than others, so the resulting magnetic field from magnetized permanent magnet 54 is dependent on the strength of the applied external magnetic field.

En una realización, cada imán permanente 54 es un imán de tierras raras que contiene un material magnético permanente compuesto de una aleación que contiene uno o más elementos de tierras raras (lantánidos), tal como neodimio o samario, que son metales ferromagnéticos. Ciertas aleaciones que contienen elementos de tierras raras y metales de transición, tal como hierro, níquel, o cobalto, tienen una temperatura de Curie muy superior a la temperatura ambiente, que es una propiedad deseable para los imanes permanentes 54. Aleaciones representativas adecuadas para el material magnético permanente de los imanes permanentes 54 incluyen, pero no están limitados a, una aleación de samario que contiene cobalto (SmCo^s ) y una aleación de neodimio que contiene hierro y boro (Nd² Fe^-MB). Se puede aplicar una capa de recubrimiento o revestimiento para proteger los imanes permanentes 54 contra la corrosión, rotura y astillado. Las aleaciones de tierras raras se caracterizan por una estructura cristalina de gran anisotropía magnética que promueve la magnetización en una dirección particular por un campo magnético fuerte pero, una vez magnetizado, es resistente a ser magnetizado en cualquier dirección diferente. La magnetización permanente se puede alterar aplicando intencionalmente un campo magnético destinado a desmagnetizar el material magnético permanente. El generador 20 puede incluir un sistema de enfriamiento (no mostrado) que evita que la temperatura de los imanes permanentes 54 exceda la temperatura de Curie del material magnético permanente constituyente.In one embodiment, each permanent magnet 54 is a rare earth magnet that contains a permanent magnetic material composed of an alloy containing one or more rare earth elements (lanthanides), such as neodymium or samarium, which are ferromagnetic metals. Certain alloys containing rare earth elements and transition metals, such as iron, nickel, or cobalt, have a Curie temperature well above room temperature, which is a desirable property for 54 permanent magnets. Permanent magnetic material of permanent magnets 54 include, but are not limited to, a samarium alloy containing cobalt (SmCo ^s ) and a neodymium alloy containing iron and boron (Nd ² Fe ^-M B). A coating or coating layer may be applied to protect the permanent magnets 54 from corrosion, breakage, and chipping. Rare earth alloys are characterized by a highly magnetic anisotropy crystal structure that promotes magnetization in a particular direction by a strong magnetic field but, once magnetized, is resistant to being magnetized in any different direction. Permanent magnetization can be altered by intentionally applying a magnetic field intended to demagnetize the permanent magnetic material. Generator 20 may include a cooling system (not shown) that prevents the temperature of permanent magnets 54 from exceeding the Curie temperature of the constituent permanent magnetic material.

En la realización representativa, cada polo magnético 44 incluye múltiples imanes permanentes individuales 54 que están unidos por adhesivo a una superficie externa 58 del bastidor del rotor 42 o unidos al mismo mediante clips mecánicos, marcos u otras técnicas de fijación mecánica convencionales para formar cada polo magnético 44. Alternativamente, en lugar de múltiples imanes 54, cada uno de los polos magnéticos 44 puede estar constituido por un solo imán permanente unitario 54 de construcción monolítica. En una realización alternativa, los huecos aparentes en las figuras 3 y 4 pueden omitirse, de modo que la superficie externa 58 del conjunto de rotor 30 sea lisa e ininterrumpida, y los polos magnéticos 44 puedan fijarse a la superficie externa lisa 58.In the representative embodiment, each magnetic pole 44 includes multiple individual permanent magnets 54 that are adhesively attached to an outer surface 58 of the rotor frame 42 or attached thereto by mechanical clips, frames, or other conventional mechanical attachment techniques to form each pole. magnetic 44. Alternatively, instead of multiple magnets 54, each of the magnetic poles 44 may be constituted by a single unitary permanent magnet 54 of monolithic construction. In an alternative embodiment, the apparent gaps in Figures 3 and 4 can be omitted, so that the outer surface 58 of the rotor assembly 30 is smooth and uninterrupted, and the magnetic poles 44 can be attached to the smooth outer surface 58.

En realizaciones alternativas, el material magnético permanente en los imanes permanentes 54 puede ser un material cerámico o de ferrita, o aleación de acero. Sin embargo, las aleaciones de tierras raras se prefieren para los imanes permanentes 54 debido a una remanencia comparativamente más alta (B^r) que está relacionada con la intensidad del campo magnético, una coercitividad comparativamente más alta (H^ci que mide la resistencia a la desmagnetización, y un producto de energía comparativamente más alto (BH^max) que está relacionado con la densidad de energía.In alternative embodiments, the permanent magnetic material in permanent magnets 54 can be a ceramic or ferrite material, or steel alloy. However, rare earth alloys are preferred for permanent magnets 54 due to a comparatively higher remanence (B ^r ) which is related to the intensity of the magnetic field, a comparatively higher coercivity (H ^ci which measures resistance to demagnetization, and a comparatively higher energy product (BH ^max ) that is related to energy density.

Los imanes permanentes 54 se ilustran con la forma de bloques rectangulares que, si múltiples imanes permanentes 54 están presentes en cada polo magnético 44, tienen una disposición de extremo a extremo. Sin embargo, cada imán permanente 54 no está limitado a tener una forma de bloque rectangular. Los imanes permanentes 54 también tienen una ligera curvatura para adaptarse a la forma de la superficie exterior del bastidor del rotor 42.Permanent magnets 54 are illustrated in the shape of rectangular blocks which, if multiple permanent magnets 54 are present at each magnetic pole 44, have an end-to-end arrangement. However, each permanent magnet 54 is not limited to having a rectangular block shape. The permanent magnets 54 also have a slight curvature to conform to the shape of the outer surface of the rotor frame 42.

Con referencia a las figuras 3, 4 y 4A, el generador 20 incluye además un sistema de magnetización, generalmente indicado por el número de referencia 60, es decir, operativo para magnetizar el material magnético que constituye los imanes permanentes 54 de los polos magnéticos 44. El sistema de magnetización 60 incluye un cabezal 62, una bobina 64 que tiene varias espiras enrolladas alrededor del cabezal 62 para definir colectivamente un accesorio de magnetización 66, un circuito de accionamiento 68 conectado eléctricamente con la bobina 64 del accesorio de magnetización 66, un posicionador 70 al que el cabezal 62 está acoplado para movimiento con relación al conjunto de estator 28 y al conjunto de rotor 30, y un sistema de control de movimiento 79 acoplado con una porción móvil 69 del posicionador 70. El accesorio de magnetización 66 y el posicionador 70, que están estacionados en el conjunto de estator 28, definen una porción permanente del conjunto de estator 28 que permanece instalada en el conjunto de estator 28 cuando el generador 20 está en funcionamiento. With reference to Figures 3, 4 and 4A, the generator 20 further includes a magnetization system, generally indicated by the reference number 60, that is, operative to magnetize the magnetic material that constitutes the permanent magnets 54 of the magnetic poles 44 The magnetization system 60 includes a head 62, a coil 64 having several turns wound around the head 62 to collectively define a magnetization accessory 66, a drive circuit 68 electrically connected to the coil 64 of the magnetization accessory 66, a positioner 70 to which the head 62 is coupled for movement relative to the stator assembly 28 and the rotor assembly 30, and a motion control system 79 coupled with a movable portion 69 of the positioner 70. The magnetizing accessory 66 and the positioner 70, which are stationed on stator assembly 28, define a permanent portion of stator assembly 28 that remains installed It hits the stator assembly 28 when the generator 20 is in operation.

El accesorio de magnetización 66 y el posicionador 70 están soportados dentro del conjunto de estator 28. En la realización representativa, el accesorio de magnetización 66 está soportado dentro de una ranura 41 del bastidor del estator 38 por el posicionador 70 y puede reemplazar una de las bobinas 40 del conjunto de estator 28. El cabezal 62 puede estar compuesto de un material ferromagnético, tal como una aleación de acero, que refuerza el campo magnético producido por una corriente que fluye a través de la bobina 64. Las espiras de la bobina 64 están compuestas por un conductor eléctrico y están separadas entre sí y del cabezal 62 por un aislante (no mostrado), tal como espacios de aire y/o un material dieléctrico sólido como barniz o una cinta aislante. Las espiras de la bobina 64 pueden enrollarse helicoidalmente alrededor del cabeza 62 de manera solenoidal.Magnetizing fixture 66 and positioner 70 are supported within stator assembly 28. In the representative embodiment, magnetizing fixture 66 is supported within a slot 41 of stator frame 38 by positioner 70 and can replace one of the coils 40 of stator assembly 28. Head 62 may be composed of a ferromagnetic material, such as a steel alloy, that reinforces the magnetic field produced by a current flowing through coil 64. The turns of coil 64 they are composed of an electrical conductor and are separated from each other and from the head 62 by an insulator (not shown), such as air gaps and / or a solid dielectric material such as varnish or insulating tape. The turns of coil 64 can be helically wound around head 62 in a solenoidal manner.

El sistema de magnetización 60 genera un campo magnético de intensidad fuerte o alta de corta duración que se utiliza para magnetizar el material magnético en los imanes permanentes 54 de los polos magnéticos 44. El sistema de magnetización 60 genera el campo magnético al hacer que un pulso transitorio de alta corriente se dirija desde el circuito de accionamiento 68 a través de las espiras de la bobina 64 del accesorio de magnetización 66. Los campos magnéticos discretos generados por las espiras individuales de la bobina 64 se agregan constructivamente para producir el campo magnético total que emana del accesorio de magnetización 66 cuando la bobina 64 está energizada. Las líneas de campo del campo magnético se concentran a lo largo de la línea central de la bobina 64. El campo magnético generado por la bobina 64 generalmente se escala al aumentar el nivel de corriente del pulso actual y con el número de espiras en la bobina 64.The magnetization system 60 generates a short duration strong or high intensity magnetic field that is used to magnetize the magnetic material in the permanent magnets 54 of the magnetic poles 44. The magnetization system 60 generates the magnetic field by causing a pulse high-current transient is directed from the drive circuit 68 through the turns of coil 64 of magnetizing fixture 66. The discrete magnetic fields generated by the individual turns of coil 64 add constructively to produce the total magnetic field that emanates from magnetizing fixture 66 when coil 64 is energized. The field lines of the magnetic field are concentrated along the center line of coil 64. The magnetic field generated by coil 64 generally scales with increasing current level of the current pulse and with the number of turns in the coil. 64.

El campo magnético generado por el accesorio de magnetización 66 interactúa con un volumen de material magnético en cada imán permanente 54 y alinea los dominios magnéticos dentro del volumen. Después del colapso del campo magnético externo, el material magnético en el volumen magnetizado permanece alineado y, por lo tanto, permanentemente magnetizado. La corriente puede ser dirigida a través de las espiras de la bobina 64 en, por ejemplo, una dirección en el sentido de las agujas del reloj para magnetizar el material magnético con un primer vector de polarización y dirigido a través de las espiras de la bobina 64 en una dirección opuesta a las agujas del reloj para magnetizar el material magnético con un primer vector de polarización que difiere en la dirección del primer vector de polarización. En una realización, la corriente suministrada a la bobina 64 puede ser del orden de cientos a miles de amperios y el campo magnético generado por el sistema de magnetización 60 puede exceder los 40.000 Gauss (4 Tesla).The magnetic field generated by the magnetizing accessory 66 interacts with a volume of magnetic material in each permanent magnet 54 and aligns the magnetic domains within the volume. After the collapse of the external magnetic field, the magnetic material in the magnetized volume remains aligned and therefore permanently magnetized. Current can be directed through the turns of coil 64 in, for example, a clockwise direction to magnetize the magnetic material with a first bias vector and directed through the turns of the coil. 64 in a counterclockwise direction to magnetize the magnetic material with a first polarization vector that differs in the direction of the first polarization vector. In one embodiment, the current supplied to coil 64 can be on the order of hundreds to thousands of amps and the magnetic field generated by magnetization system 60 can exceed 40,000 Gauss (4 Tesla).

En una realización, el circuito de accionamiento 68 incluye un banco de condensadores 72, un dispositivo de conmutación 74 que conecta el banco de condensadores 72 con los cables de la bobina 64, un circuito de carga 76 configurado para cargar el banco de condensadores 72, y un circuito de control 78. El circuito de control 78 está configurado para activar el circuito de carga 76 para cargar el banco de condensadores 72 y también está configurado para activar el dispositivo de conmutación 74 para descargar bruscamente la carga almacenada desde el banco de condensadores 72 como un pulso de corriente continua transitoria de alta tensión a través de la bobina 64. El dispositivo de conmutación 74 puede ser, por ejemplo, un rectificador controlado de silicio. La carga almacenada liberada del banco de condensadores 72 genera el pulso de corriente continua en las espiras de la bobina 64, que a su vez genera un campo magnético relativamente fuerte de corta duración (típicamente unos pocos milisegundos) utilizado para magnetizar cada polo magnético 44. A medida que el pulso de corriente continua en la bobina 64 se disipa, el campo magnético externo colapsa. El circuito de control 78 puede hacer que el banco de condensadores 72 y el dispositivo de conmutación 74 envíen pulsos de corriente directos a la bobina 64 con flujo de corriente en sentido horario o antihorario para producir un campo magnético de dos polaridades diferentes según la Ley de Faraday. En una realización alternativa, el circuito de carga 76 puede ser un tipo diferente de circuito capaz de producir una señal que tenga un nivel de corriente y un cambio de velocidad de la corriente adecuado para generar los pulsos de corriente continua necesarios.In one embodiment, the drive circuit 68 includes a capacitor bank 72, a switching device 74 that connects the capacitor bank 72 to the coil leads 64, a charging circuit 76 configured to charge the capacitor bank 72, and a control circuit 78. The control circuit 78 is configured to activate the charging circuit 76 to charge the capacitor bank 72 and is also configured to activate the switching device 74 to abruptly discharge the stored charge from the capacitor bank. 72 as a high voltage transient direct current pulse through coil 64. Switching device 74 may be, for example, a silicon controlled rectifier. The stored charge released from capacitor bank 72 generates the DC pulse in the turns of coil 64, which in turn generates a relatively strong magnetic field of short duration (typically a few milliseconds) used to magnetize each magnetic pole 44. As the DC pulse in coil 64 dissipates, the external magnetic field collapses. Control circuit 78 can cause capacitor bank 72 and switching device 74 to send direct current pulses to coil 64 with clockwise or counterclockwise current flow to produce a magnetic field of two different polarities according to the Law of Faraday. In an alternative embodiment, the charging circuit 76 may be a different type of circuit capable of producing a signal having a current level and current rate change suitable to generate the necessary DC pulses.

Una superficie 63 del cabezal 62 se enfrenta al conjunto de rotor 30 y, en particular, confronta una superficie 45 del polo magnético 44 que está cruzando el hueco de aire radial 52 desde el cabezal 62. El cabezal 62 y la bobina 64 tienen una huella dentro del conjunto de estator 28 que es significativamente más pequeña que la huella de cada conjunto de bobinas 40 y cada uno de los dientes 48 y ranuras como la ranura 41 que se extienden a lo largo de toda la longitud, L, del bastidor de estator 38.A surface 63 of head 62 faces rotor assembly 30 and, in particular, faces a surface 45 of magnetic pole 44 that is crossing radial air gap 52 from head 62. Head 62 and coil 64 have a footprint. within stator assembly 28 which is significantly smaller than the footprint of each coil assembly 40 and each of the teeth 48 and grooves such as groove 41 that extend along the entire length, L, of the stator frame 38.

El posicionador 70, que puede ser una platina o portaobjetos, consiste en un sistema mecánico con varios elementos mecánicos que cooperan para soportar el accesorio de magnetización 66 y para proporcionar el movimiento del accesorio de magnetización 66 a lo largo de la longitud, L, de cada polo magnético 44. En una realización, el posicionador 70 puede configurarse para proporcionar movimiento lineal moviendo el accesorio de magnetización 66 en una trayectoria lineal a lo largo de la longitud, L, de cada polo magnético 44.Positioner 70, which may be a stage or slide, consists of a mechanical system with several mechanical elements cooperating to support magnetizing accessory 66 and to provide movement of magnetizing accessory 66 along the length, L, of each magnetic pole 44. In one embodiment, positioner 70 may be configured to provide linear motion by moving magnetizing accessory 66 in a linear path along the length, L, of each magnetic pole 44.

La porción móvil 69 del posicionador 70 está acoplada mecánicamente y soporta el accesorio de magnetización 66. El sistema de control de movimiento 79 incluye un accionador 80, un accionamiento 82 y un controlador de movimiento 84. El accionador 80, que puede ser un motor paso a paso o un servo en realizaciones representativas, está conectado por un enlace mecánico 86 con la porción móvil 69 del posicionador 70. El enlace mecánico 86 puede incluir engranajes, árboles, un tornillo de avance, un tornillo de bola, correas, rodamientos u otras estructuras reconocidas por una persona con habilidad ordinaria en la técnica necesaria para conectar físicamente la salida del accionador 80 con la porción móvil 69 del posicionador 70 y para convertir la salida del accionador 80 en movimiento de la porción móvil 69.Movable portion 69 of positioner 70 is mechanically coupled and supports magnetizing fixture 66. Motion control system 79 includes actuator 80, actuator 82, and motion controller 84. Actuator 80, which may be a stepper motor. Stepping or a servo in representative embodiments, is connected by a mechanical link 86 to the movable portion 69 of the positioner 70. The mechanical link 86 may include gears, shafts, a lead screw, a ball screw, belts, bearings, or other. structures recognized by one of ordinary skill in the art necessary to physically connect the output of the actuator 80 with the movable portion 69 of the positioner 70 and to convert the output of the actuator 80 into motion of the portion mobile 69.

El posicionador 70 incluye además una etapa 71 del eje z que está configurada para mover el accesorio de magnetización 66 en relación con la superficie enfrentada 45 del polo magnético particular 44 que está alineado con el accesorio magnético 68. La etapa 71 del eje z está configurada para cambiar la separación entre la superficie 45 del polo magnético 44 y la superficie 63 del cabezal 62 del accesorio de magnetización 66 moviendo el accesorio de magnetización 66 en una dirección radial con respecto al eje longitudinal 49. Por ejemplo, la etapa 71 del eje z puede mover el accesorio de magnetización 66 para reducir la separación entre el polo magnético 44 y el accesorio de magnetización 66 cuando magnetiza o desmagnetiza el polo magnético 44 y luego retrae el accesorio de magnetización 66 a una ubicación dentro del generador 20 que no altera los campos magnéticos durante la operación del generador. La etapa 71 del eje z del posicionador 70 puede usarse para colocar el accesorio de magnetización 66 en una relación de contacto con el polo magnético 44 durante un procedimiento de magnetización o desmagnetización. The positioner 70 further includes a z-axis stage 71 that is configured to move the magnetizing fixture 66 relative to the facing surface 45 of the particular magnetic pole 44 that is aligned with the magnetic fixture 68. The z-axis stage 71 is configured to change the spacing between the surface 45 of the magnetic pole 44 and the surface 63 of the head 62 of the magnetization accessory 66 by moving the magnetization accessory 66 in a radial direction with respect to the longitudinal axis 49. For example, the stage 71 of the z-axis You can move the magnetizing attachment 66 to reduce the gap between the magnetic pole 44 and the magnetizing attachment 66 when magnetizing or demagnetizing the magnetic pole 44 and then retracting the magnetizing attachment 66 to a location within the generator 20 that does not alter the fields magnets during generator operation. The z-axis stage 71 of the positioner 70 can be used to place the magnetizing fixture 66 into contact relationship with the magnetic pole 44 during a magnetizing or demagnetizing procedure.

En una realización alternativa, la etapa 71 del eje z puede omitirse de la construcción del posicionador 70 de modo que el accesorio de magnetización 68 no sea móvil en la dirección radial.In an alternative embodiment, the z-axis stage 71 may be omitted from the construction of the positioner 70 so that the magnetizing fixture 68 is not movable in the radial direction.

El controlador de movimiento 84 incluye circuitería digital y/o circuitería analógica que está interconectada con el accionamiento 82, que acepta comandos del controlador de movimiento 84 y genera las señales de control requeridas para accionar el accionador 80 y requeridos para provocar el movimiento de la etapa 71 del eje z. El controlador de movimiento 84 puede incluir un controlador lógico programable (PLC) u otro tipo de controlador basado en microprocesador con al menos una unidad central de procesamiento capaz de ejecutar software de aplicación almacenado en una memoria. El controlador de movimiento 84 ejecuta el software de aplicación para generar una trayectoria basada en las posiciones de destino asignadas y los perfiles de movimiento para la porción móvil 69 del posicionador 70. El controlador de movimiento 84 suministra señales de control que reflejan la trayectoria al accionamiento 82, que genera señales de accionamiento que controlan el funcionamiento del accionador 80 y, de forma previsible, mueven el posicionador 70 para ubicar el accesorio de magnetización 66 en las diversas posiciones necesarias para magnetizar cada polo magnético 44. En una realización, el variador 82 puede ser un amplificador de potencia que aumenta la tensión/corriente de la señal de control para proporcionar señales de variador con una potencia adecuada para operar un servo o motor paso a paso que representa el accionador 80. En una realización, el controlador de movimiento 84 puede confiar en el control de bucle abierto. El controlador de movimiento 84 también puede recibir opcionalmente datos de posición y/o velocidad de uno o más sensores de retroalimentación (no mostrados) y usar los datos de posición y/o velocidad en un bucle de control cerrado usando un algoritmo de control de derivada integral proporcional (PID) de manera que, por ejemplo, un árbol de motor del accionador 80 se hace girar de manera controlada.Motion controller 84 includes digital circuitry and / or analog circuitry that is interconnected with drive 82, which accepts commands from motion controller 84 and generates the control signals required to drive actuator 80 and required to cause movement of the stage. 71 of the z axis. Motion controller 84 may include a programmable logic controller (PLC) or other type of microprocessor-based controller with at least one central processing unit capable of executing application software stored in memory. Motion controller 84 executes application software to generate a path based on assigned target positions and motion profiles for movable portion 69 of positioner 70. Motion controller 84 supplies path-reflecting control signals to the drive 82, which generates drive signals that control the operation of the actuator 80 and predictably move the positioner 70 to locate the magnetizing fixture 66 in the various positions necessary to magnetize each magnetic pole 44. In one embodiment, the drive 82 It may be a power amplifier that increases the voltage / current of the control signal to provide drive signals with adequate power to operate a servo or stepper motor that represents the actuator 80. In one embodiment, the motion controller 84 you can rely on open loop control. Motion controller 84 may also optionally receive position and / or speed data from one or more feedback sensors (not shown) and use the position and / or speed data in a closed control loop using a derivative control algorithm. proportional integral (PID) such that, for example, a motor shaft of actuator 80 is rotated in a controlled manner.

Para acceder a todos los polos magnéticos 44, el conjunto de rotor 30 gira alrededor del eje longitudinal 49 para ubicar cada uno de los polos magnéticos 44 en una posición circunferencial estacionaria de modo que el accesorio de magnetización 66 esté directamente a través del hueco de aire radial 52 desde el polo magnético 44 respectivo. La rotación del conjunto de rotor 30 para reubicar secuencialmente los polos magnéticos 44 puede realizarse manualmente o puede ejecutarse automáticamente haciendo que el árbol de accionamiento 46 gire. El posicionador 70 puede usarse entonces para mover el accesorio de magnetización 66 a varias ubicaciones prescritas con respecto al polo magnético 44 particular que está alineado con el accesorio de magnetización 66. La etapa 71 del eje z se usa opcionalmente para cambiar la posición radial del cabezal 62 del accesorio de magnetización 66 con respecto al polo magnético 44 para establecer una separación radial entre las superficies 45, 63. En la realización representativa, la porción móvil 69 del posicionador 70 y el accesorio de magnetización 66 son móviles en una dirección alineada con un primer eje de movimiento 88 que está alineado generalmente paralelo al eje longitudinal 49 y el accesorio de magnetización 66 es móvil con respecto a la porción móvil 69 en una dirección alineada con un segundo eje de movimiento 87 transversal al eje de movimiento 88 y radial con relación al eje longitudinal 49. El primer eje de movimiento 88 también está alineado generalmente paralelo a la longitud, L, de los polos magnéticos 44.To access all of the magnetic poles 44, the rotor assembly 30 rotates about the longitudinal axis 49 to locate each of the magnetic poles 44 in a stationary circumferential position so that the magnetizing fixture 66 is directly through the air gap. radial 52 from the respective magnetic pole 44. Rotation of rotor assembly 30 to sequentially relocate magnetic poles 44 can be done manually or can be performed automatically by causing drive shaft 46 to rotate. Positioner 70 can then be used to move magnetizing fixture 66 to various prescribed locations with respect to particular magnetic pole 44 that is aligned with magnetizing fixture 66. The z-axis stage 71 is optionally used to change the radial position of the head. 62 of magnetizing accessory 66 with respect to magnetic pole 44 to establish radial spacing between surfaces 45, 63. In the representative embodiment, movable portion 69 of positioner 70 and magnetizing accessory 66 are movable in a direction aligned with a first axis of motion 88 which is aligned generally parallel to longitudinal axis 49 and magnetizing fixture 66 is movable with respect to movable portion 69 in a direction aligned with a second axis of motion 87 transverse to axis of motion 88 and radial relative to to the longitudinal axis 49. The first axis of motion 88 is also aligned generally parallel to the length , L, of the magnetic poles 44.

Los polos magnéticos 44 se instalan inicialmente en el conjunto de rotor 30 con los imanes permanentes 54 en una condición no magnetizada. Después de la instalación y antes de la operación del generador 20, el sistema de magnetización 60 se usa para magnetizar los imanes permanentes 54 de cada polo magnético 44. En particular, y como se muestra en la figura 5, los imanes permanentes 54 en uno de los polos magnéticos 44, en particular, un primer polo magnético 44a, están magnetizados con un primer vector de polarización como se indica en la figura 5 por una flecha de una sola cabeza 90. Los imanes permanentes 54 en otro de los polos magnéticos 44, en particular, un segundo polo magnético 44b adyacente al polo magnético 44a, están magnetizados con un segundo vector de polarización como se indica en la figura 5 por una flecha de una sola cabeza 92. El vector de polarización 90 tiene una dirección radialmente hacia dentro con respecto al eje longitudinal 49 y el vector de polarización 92 tiene una dirección radialmente hacia fuera con respecto al eje longitudinal 49. El patrón de magnetización de los polos magnéticos 44a, 44b se repite para todos los polos magnéticos 44.Magnetic poles 44 are initially installed in rotor assembly 30 with permanent magnets 54 in an unmagnetized condition. After installation and before operation of generator 20, magnetization system 60 is used to magnetize permanent magnets 54 of each magnetic pole 44. In particular, and as shown in Figure 5, permanent magnets 54 in one of the magnetic poles 44, in particular a first magnetic pole 44a, are magnetized with a first polarization vector as indicated in Figure 5 by a single-headed arrow 90. The permanent magnets 54 in another of the magnetic poles 44 , in particular, a second magnetic pole 44b adjacent to magnetic pole 44a, are magnetized with a second polarization vector as indicated in Figure 5 by a single-headed arrow 92. Polarization vector 90 has a radially inward direction with respect to the longitudinal axis 49 and the polarization vector 92 has a direction radially outward with respect to the longitudinal axis 49. The magnetization pattern of the magnetic poles 44a, 44b repeats for all magnetic poles 44.

El generador 20, tal como se usa en el presente documento, es cualquier dispositivo dinámico configurado para convertir energía mecánica de un motor primario y generar energía eléctrica de salida. Aunque se ilustra para usarse con el generador 20 en la realización representativa, una persona con habilidades ordinarias en la técnica apreciará que el sistema de magnetización 60 puede usarse en cualquier tipo adecuado de máquina eléctrica que convierta energía mecánica en energía eléctrica o viceversa, y/o que cambie una tensión de corriente alternativa de un nivel a otro nivel.Generator 20, as used herein, is any dynamic device configured to convert mechanical energy from a prime mover and generate electrical output energy. Although illustrated for use with the generator 20 in the representative embodiment, one of ordinary skill in the art will appreciate that the magnetization system 60 can be used in any suitable type of electrical machine that converts mechanical energy into electrical energy or vice versa, and / or that changes an alternative current voltage from one level to another level.

Durante su uso, el generador 20 se instala en la turbina eólica 10 durante el curso normal del montaje de la turbina eólica 10 y se acopla opcionalmente con el árbol de accionamiento 32 antes de que se realice la magnetización. En el momento de la instalación, los polos magnéticos 44 en el generador 20 están en un estado no magnetizado, lo que simplifica el montaje del generador 20. El conjunto de rotor 30 del generador 20 gira alrededor del eje longitudinal 49 de manera que uno de los polos magnéticos 44, en este caso el polo magnético representativo 44a, está circunferencialmente alineado con el accesorio de magnetización 66. El sistema de control de movimiento 79 se acciona para mover la porción móvil 69 del posicionador 70 en una dirección paralela al primer eje de movimiento 88 de tal manera que el accesorio de magnetización 66 esté ubicado en una primera posición con respecto al polo magnético alineado 44a. Específicamente, el controlador de movimiento 84 suministra señales de control al accionamiento 82, que genera señales de accionamiento que hacen que el accionador 80 proporcione un movimiento motorizado de la porción móvil 69 del posicionador 70 para ubicar el accesorio de magnetización 66 en la primera posición. El sistema de control de movimiento 79 se opera opcionalmente para hacer que la etapa 71 del eje z mueva el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87 para establecer una separación radial adecuada entre las superficies 45, 63.In use, generator 20 is installed in wind turbine 10 during the normal course of assembling wind turbine 10 and optionally coupled with drive shaft 32 before magnetization is performed. At the time of installation, the magnetic poles 44 in the generator 20 are in an unmagnetized state, which simplifies the assembly of the generator 20. The rotor assembly 30 of the generator 20 rotates about the longitudinal axis 49 so that one of The magnetic poles 44, in this case the representative magnetic pole 44a, are circumferentially aligned with the magnetizing fixture 66. The motion control system 79 is actuated to move the movable portion 69 of the positioner 70 in a direction parallel to the first axis of movement 88 such that magnetizing accessory 66 is located in a first position relative to aligned magnetic pole 44a. Specifically, motion controller 84 supplies control signals to drive 82, which generates drive signals that cause actuator 80 to provide motorized movement of movable portion 69 of positioner 70 to locate magnetizing fixture 66 in the first position. The motion control system 79 is optionally operated to cause the z-axis stage 71 to move the magnetizing fixture 66 in a direction aligned with the second motion axis 87 to establish a suitable radial clearance between the surfaces 45, 63.

El circuito de accionamiento 68 se usa para magnetizar los imanes permanentes 54 que constituyen el polo 44a. El circuito de control 78 del circuito de accionamiento 68 se opera para activar el circuito de carga 76 para cargar el banco de condensadores 72. Cuando está suficientemente cargado, el circuito de control 78 acciona el dispositivo de conmutación 74 del circuito de accionamiento 68 para descargar abruptamente la carga almacenada desde el banco de condensadores 72 como un primer pulso de corriente a través de la bobina 64 en un, por ejemplo, sentido de las agujas del reloj. El paso del primer pulso de corriente a través de la bobina 64 genera un campo magnético. El campo magnético externo magnetiza un dominio magnético 94 del material magnético en el polo magnético 44a con la mayoría de los momentos magnéticos atómicos individuales alineados con el vector de polarización 90. La magnetización resultante del dominio magnético 94 está principalmente alineada con el vector de polarización 90. En una realización, el conjunto de rotor 30 se mantiene en una condición estática y el accesorio de magnetización 66 se mantiene estacionario en la primera posición durante la magnetización.Drive circuit 68 is used to magnetize permanent magnets 54 that make up pole 44a. Control circuit 78 of drive circuit 68 is operated to activate charging circuit 76 to charge capacitor bank 72. When sufficiently charged, control circuit 78 operates switching device 74 of drive circuit 68 to discharge abruptly the stored charge from capacitor bank 72 as a first pulse of current through coil 64 in a, for example, clockwise direction. The passage of the first current pulse through coil 64 generates a magnetic field. The external magnetic field magnetizes a magnetic domain 94 of the magnetic material at magnetic pole 44a with most of the individual atomic magnetic moments aligned with polarization vector 90. The resulting magnetization of magnetic domain 94 is primarily aligned with polarization vector 90 In one embodiment, the rotor assembly 30 is held in a static condition and the magnetizing fixture 66 is held stationary in the first position during magnetization.

La fuerza del campo magnético se concentra a lo largo de la línea central de la bobina 64 y es relativamente débil fuera de la bobina 64. Debido a que el accesorio de magnetización 66 es dimensionalmente más pequeño que el polo magnético 44a y los otros polos magnéticos 44, un solo pulso de corriente a través de la bobina 64 es incapaz de generar un campo magnético suficiente para magnetizar todo el polo magnético 44a. Como resultado, el tamaño del dominio magnético 94 es menor o igual a la mitad de las dimensiones exteriores del polo magnético 44a, que viene dado por el producto del espesor, T, longitud, L, y anchura, W.The magnetic field force is concentrated along the center line of coil 64 and is relatively weak outside coil 64. Because magnetizing fixture 66 is dimensionally smaller than magnetic pole 44a and the other magnetic poles 44, a single current pulse through coil 64 is unable to generate a sufficient magnetic field to magnetize the entire magnetic pole 44a. As a result, the size of the magnetic domain 94 is less than or equal to half the outer dimensions of the magnetic pole 44a, which is given by the product of the thickness, T, length, L, and width, W.

La movilidad del accesorio de magnetización 66 atribuible al sistema de control de movimiento 79 y al posicionador 70 permite que todo o parte del material magnético en el polo magnético 44a se magnetice con el vector de polarización 90. Bajo la dirección del sistema de control de movimiento 79, el posicionador 70 se acciona para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 a una segunda posición con respecto al polo magnético alineado 44a. Antes de pasar desde la primera posición a la segunda posición y, si es necesario, el sistema de control de movimiento 79 puede funcionar para hacer que la etapa 71 del eje z mueva el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87 para aumentar la separación radial entre las superficies enfrentadas 45, 63. Cuando se encuentra en la segunda posición, el sistema de control de movimiento 79 puede operarse opcionalmente para hacer que la etapa 71 del eje z mueva el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87 y establezca una separación radial adecuada entre las superficies enfrentadas 45, 63.The mobility of the magnetization accessory 66 attributable to the motion control system 79 and the positioner 70 allows all or part of the magnetic material in the magnetic pole 44a to be magnetized with the polarization vector 90. Under the direction of the motion control system 79, the positioner 70 is actuated to move the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the first axis of movement 88 to a second position relative to the aligned magnetic pole 44a. Before moving from the first position to the second position and, if necessary, the motion control system 79 can be operated to cause the z-axis stage 71 to move the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis of the motion. movement 87 to increase the radial clearance between the facing surfaces 45, 63. When in the second position, the movement control system 79 can optionally be operated to cause the z-axis stage 71 to move the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis of movement 87 and establish a suitable radial clearance between the facing surfaces 45, 63.

Mientras que el accesorio de magnetización 66 se mantiene preferiblemente estacionario en la segunda posición, entonces se usa el circuito de accionamiento 68, como se ha descrito anteriormente, para enviar un segundo pulso de alta corriente a través de la bobina 64 en la misma dirección que el primer pulso de alta corriente y con aproximadamente el mismo nivel actual que el primer pulso de alta corriente. Las direcciones de campo de los campos magnéticos externos que resultan del primer y segundo pulsos de corriente a través de la bobina 64 son idénticas. El campo magnético externo magnetiza otro dominio magnético 94 del material magnético en el polo magnético 44a con una magnetización principalmente alineada con un vector de polarización 90. En consecuencia, el campo magnético permanente generado colectivamente por los dominios magnéticos 94 está alineado con el vector de polarización 90. While magnetizing accessory 66 is preferably held stationary in the second position, then drive circuit 68 is used, as described above, to send a second high-current pulse through coil 64 in the same direction as the first high current pulse and with approximately the same current level as the first high current pulse. The field directions of the external magnetic fields that result from the first and second current pulses through coil 64 are identical. The external magnetic field magnetizes another magnetic domain 94 of the magnetic material at the magnetic pole 44a with a magnetization primarily aligned with a polarization vector 90. Consequently, the permanent magnetic field collectively generated by the magnetic domains 94 is aligned with the polarization vector. 90.

El sistema de control de movimiento 79 se usa para operar el posicionador 70 para mover en serie el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 y en relación con el polo magnético alineado 44a a posiciones adicionales espaciadas alineadas con la longitud, L, del polo magnético alineado 44a. En caso necesario, el sistema de control de movimiento 79 se usa para establecer la separación radial entre las superficies 45, 63 en cada posición adicional operando la etapa 71 del eje z para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87. Las posiciones del accesorio de magnetización 66 están conectadas por una trayectoria lineal debido a la restricción impuesta por el movimiento lineal de la porción móvil 69 del posicionador 70 en la dirección alineada con el primer eje de movimiento 88. The motion control system 79 is used to operate the positioner 70 to serially move the magnetizing fixture 66 in a direction aligned with the first axis of motion 88 and relative to the aligned magnetic pole 44a to additional spaced positions aligned with the length, L, of the aligned magnetic pole 44a. If necessary, the motion control system 79 is used to establish the radial spacing between the surfaces 45, 63 in each additional position by operating the z-axis stage 71 to move the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis. of motion 87. The positions of the magnetizing fixture 66 are connected by a linear path due to the restriction imposed by the linear motion of the movable portion 69 of the positioner 70 in the direction aligned with the first axis of motion 88.

En cada posición adicional, el accesorio de magnetización 66 y el circuito de accionamiento 68 del sistema de magnetización 60 se utilizan para magnetizar un dominio magnético adicional 94. Las dimensiones de cada dominio magnético 94 son menores o iguales a la mitad de las dimensiones exteriores del polo magnético 44a. Con el tiempo, el material magnético sobre todo o parte del volumen del polo magnético 44a incluye dominios magnéticos 94 que tienen una dirección de campo orientada con el vector de polarización 90. La distancia entre la primera y la segunda posición del accesorio de magnetización 66, y entre la separación entre las posiciones sucesivas del accesorio de magnetización 66, puede seleccionarse de modo que los dominios magnéticos 94 formados por los diferentes pulsos de corriente se fusionen en la condición magnetizada final del polo magnético 44a y sustancialmente todo el material magnético en el polo magnético 44a esté en un estado magnetizado caracterizado por el vector de polarización 90. At each additional position, the magnetization accessory 66 and the drive circuit 68 of the magnetization system 60 are used to magnetize an additional magnetic domain 94. The dimensions of each magnetic domain 94 are less than or equal to half the outer dimensions of the magnetic pole 44a. Over time, the magnetic material over all or part of the volume of the magnetic pole 44a includes magnetic domains 94 that have a field direction oriented with the polarization vector 90. The distance between the first and second positions of the magnetization accessory 66, and between the spacing between successive positions of the magnetizing accessory 66, it can be selected so that the magnetic domains 94 formed by the different current pulses merge in the final magnetized condition of the magnetic pole 44a and substantially all the magnetic material in the pole. magnetic 44a is in a magnetized state characterized by polarization vector 90.

El conjunto de rotor 30 del generador 20 se gira entonces alrededor del eje longitudinal 49 de modo que otro de los polos magnéticos 44, en este caso el polo magnético representativo 44b, está alineado con el accesorio de magnetización 66. Los polos magnéticos representativos 44a, 44b están circunferencialmente adyacentes entre sí en el bastidor del rotor 42. El proceso de magnetización descrito anteriormente se repite para magnetizar dominios magnéticos 96 en el polo magnético alineado 44b. El posicionador 70 bajo el mando del sistema de control de movimiento 79 mueve en serie el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 en varias posiciones en una trayectoria lineal alineada con la longitud, L, del polo magnético 44b y opcionalmente mueve el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87 para establecer la separación radial entre las superficies 45, 63. En cada posición, el circuito de accionamiento 68 se opera para enviar un pulso de alta corriente a través de la bobina 64 del accesorio de magnetización 66 con una dirección de corriente que es opuesta (es decir, en sentido antihorario) a la dirección del flujo de corriente para los pulsos de alta corriente utilizados para magnetizar los dominios magnéticos 94 en el polo magnético 44a. Cada pulso actual genera un campo magnético externo con una dirección de campo y una fuerza de campo efectiva para magnetizar el material magnético del polo magnético 44b para formar uno de los dominios magnéticos 96 caracterizados por el vector de polarización 92.The rotor assembly 30 of the generator 20 is then rotated about the longitudinal axis 49 so that another of the magnetic poles 44, in this case the representative magnetic pole 44b, is aligned with the magnetizing fixture 66. The representative magnetic poles 44a, 44b are circumferentially adjacent to each other on rotor frame 42. The magnetization process described above is repeated to magnetize magnetic domains 96 at aligned magnetic pole 44b. The positioner 70 under the command of the motion control system 79 serially moves the magnetizing fixture 66 in a direction aligned with the first axis of motion 88 at various positions in a linear path aligned with the length, L, of the magnetic pole 44b. and optionally moves the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis of motion 87 to establish radial spacing between the surfaces 45, 63. At each position, the drive circuit 68 is operated to send a high current pulse to through coil 64 of magnetizing fixture 66 with a current direction that is opposite (i.e. counterclockwise) to the direction of current flow for the high current pulses used to magnetize the magnetic domains 94 at the magnetic pole 44a. Each current pulse generates an external magnetic field with a field direction and an effective field strength to magnetize the magnetic material of the magnetic pole 44b to form one of the magnetic domains 96 characterized by the polarization vector 92.

El sistema de control de movimiento 79 se usa para operar el posicionador 70 para mover en serie el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 con respecto al polo magnético alineado 44b a posiciones adicionales espaciadas a lo largo de la longitud, L, del polo magnético alineado 44b y, en caso necesario, para operar la etapa 71 del eje z del posicionador 70 para mover el accesorio de magnetización 66 en la dirección radial para establecer la separación radial entre las superficies 45, 63. Las posiciones del accesorio de magnetización 66 están conectadas por una trayectoria lineal debido a la restricción impuesta por el movimiento lineal de la porción móvil 69 del posicionador 70. En cada posición, el accesorio de magnetización 66 y el circuito de accionamiento 68 del sistema de magnetización 60 se utilizan para magnetizar dominios magnéticos adicionales 96. Las dimensiones de cada dominio magnético 96 son menores o iguales a la mitad de las dimensiones exteriores del polo magnético 44b. Con el tiempo, el material magnético del polo magnético 44b y, preferentemente, todo el volumen del polo magnético 44b incluye dominios magnéticos 96 que tienen una dirección de campo orientada con el vector de polarización 92. La distancia entre la primera y segunda posiciones del accesorio de magnetización 66, y la separación entre las posiciones sucesivas del accesorio de magnetización 66, puede seleccionarse de modo que los dominios magnéticos 96 formados por los diferentes pulsos de corriente se fusionen en la condición magnetizada final del polo magnético 44b y sustancialmente todo el material magnético en el polo magnético 44b esté en un estado magnetizado caracterizado por el vector de polarización 92.The motion control system 79 is used to operate the positioner 70 to serially move the magnetizing fixture 66 in a direction aligned with the first axis of motion 88 with respect to the aligned magnetic pole 44b to additional positions spaced along the line. length, L, of the aligned magnetic pole 44b and, if necessary, to operate the z-axis stage 71 of the positioner 70 to move the magnetizing accessory 66 in the radial direction to establish radial spacing between the surfaces 45, 63. Positions of the magnetization accessory 66 are connected by a linear path due to the restriction imposed by the linear movement of the movable portion 69 of the positioner 70. In each position, the magnetization accessory 66 and the drive circuit 68 of the magnetization system 60 are used to magnetize additional magnetic domains 96. The dimensions of each magnetic domain 96 are less than or equal to half of the outer dimensions of the magnetic pole 44b. Over time, the magnetic material of the magnetic pole 44b, and preferably the entire volume of the magnetic pole 44b, includes magnetic domains 96 that have a field direction oriented with the polarization vector 92. The distance between the first and second positions of the fixture of magnetization 66, and the spacing between successive positions of magnetization accessory 66, can be selected so that the magnetic domains 96 formed by the different current pulses merge in the final magnetized condition of the magnetic pole 44b and substantially all of the magnetic material at magnetic pole 44b is in a magnetized state characterized by polarization vector 92.

El proceso de magnetización, como se ha descrito anteriormente, se repite para magnetizar sistemáticamente todos los polos magnéticos 44 con uno u otro de los diferentes vectores de polarización 90, 92. Cada polo magnético 44 que contiene material magnético magnetizado con el vector de polarización 90 está dispuesto circunferencialmente entre un par de polos magnéticos 44 que contienen material magnético magnetizado con el vector de polarización 92. De la misma manera, cada polo magnético 44 que contiene material magnético magnetizado con el vector de polarización 92 está dispuesto circunferencialmente entre un par de polos magnéticos 44 que contiene material magnético magnetizado con el vector de polarización 90.The magnetization process, as described above, is repeated to systematically magnetize all the magnetic poles 44 with one or the other of the different polarization vectors 90, 92. Each magnetic pole 44 containing magnetic material magnetized with the polarization vector 90 is arranged circumferentially between a pair of magnetic poles 44 containing magnetic material magnetized with polarization vector 92. In the same way, each magnetic pole 44 containing magnetic material magnetized with polarization vector 92 is arranged circumferentially between a pair of poles magnets 44 containing magnetic material magnetized with polarization vector 90.

La dirección de magnetización de cada imán permanente 54 es a través del espesor de la losa, T, y en una dirección radial perpendicular al eje longitudinal 49 alrededor del cual el conjunto de rotor 30 gira o rota durante el funcionamiento normal de la turbina eólica 10 y del generador 20. El número de polos magnéticos 44 en el conjunto de rotor 30 que están magnetizados con el vector de polarización 90 puede ser igual al número de polos magnéticos 44 magnetizados con el vector de polarización 92.The direction of magnetization of each permanent magnet 54 is through the thickness of the slab, T, and in a radial direction perpendicular to the longitudinal axis 49 around which the rotor assembly 30 rotates or rotates during normal operation of the wind turbine 10 and generator 20. The number of magnetic poles 44 in rotor assembly 30 that are magnetized with bias vector 90 may equal the number of magnetic poles 44 magnetized with bias vector 92.

La colocación del sistema de magnetización 60 como un elemento integral en el generador 20 aumenta la viabilidad y la flexibilidad durante la construcción e instalación de grandes generadores de imanes permanentes para su uso en turbinas eólicas. Los costos de producción del generador 20, la instalación del generador 20 en la góndola 14 de la turbina eólica 10, y los servicios posteriores a la instalación del generador 20 se reducen. A este respecto, los diseños de generadores convencionales son extremadamente difíciles de montar y desmontar debido a las altas intensidades de campo de los imanes permanentes 54. Las realizaciones de la invención permiten que los imanes permanentes no magnetizados 54 se monten en el generador 20 y luego se magneticen después de que el generador 20 se monte dentro de la góndola 14 y se instale. Esto simplifica el montaje y el desmontaje del generador 20. Si no está acoplado con el árbol de accionamiento 32 antes de que se realice la magnetización, el generador 20 se coloca dentro de la góndola 14 y está listo para acoplarse con el árbol de accionamiento 32 después de que se realiza el procedimiento de magnetización.Placing the magnetization system 60 as an integral element in the generator 20 increases the feasibility and flexibility during the construction and installation of large permanent magnet generators for use in wind turbines. The production costs of the generator 20, the installation of the generator 20 in the nacelle 14 of the wind turbine 10, and the post-installation services of the generator 20 are reduced. In this regard, conventional generator designs are extremely difficult to assemble and disassemble due to the high field strengths of permanent magnets 54. Embodiments of the invention allow non-magnetized permanent magnets 54 to be mounted to generator 20 and then They become magnetic after the generator 20 is mounted within the nacelle 14 and installed. This simplifies the assembly and disassembly of the generator 20. If not coupled With drive shaft 32 before magnetization is performed, generator 20 is positioned within nacelle 14 and is ready to engage with drive shaft 32 after the magnetization procedure is performed.

El sistema de magnetización 60 puede usarse para restaurar la intensidad de campo original de los polos magnéticos 44 que pueden haber experimentado una pérdida de intensidad de campo. Por ejemplo, la intensidad de campo del material magnético puede degradarse con la vida útil del generador de turbina eólica 20 o puede degradarse por un evento agudo tal como un cortocircuito o una temperatura de funcionamiento excesiva. Esta capacidad de revivir o refrescar polos magnéticos degradados 44 también amplía la selección de materiales magnéticos en los imanes permanentes 54. En particular, se puede utilizar un grado inferior de material magnético de tierras raras en los imanes permanentes 54, lo que puede reducir la contribución del costo de los imanes permanentes 54 al costo total del generador 20.The magnetization system 60 can be used to restore the original field strength of magnetic poles 44 that may have experienced a loss of field strength. For example, the field strength of the magnetic material may degrade over the life of the wind turbine generator 20 or it may degrade by an acute event such as a short circuit or excessive operating temperature. This ability to revive or refresh degraded magnetic poles 44 also broadens the selection of magnetic materials in permanent magnets 54. In particular, a lower grade of rare earth magnetic material can be used in permanent magnets 54, which can reduce the contribution from the cost of the permanent magnets 54 to the total cost of the generator 20.

El sistema de magnetización 60 es capaz de magnetizar el material magnético en cada uno de los polos magnéticos 44 para formar dominios magnéticos 94, 96 mientras que el conjunto de rotor 30 del generador 20 permanece en conexión directa con el rotor 16 o el conjunto de rotor 30 del generador 20 permanece conectado por la caja de engranajes 34 con el rotor 16.The magnetization system 60 is capable of magnetizing the magnetic material at each of the magnetic poles 44 to form magnetic domains 94, 96 while the rotor assembly 30 of the generator 20 remains in direct connection with the rotor 16 or the rotor assembly. 30 of generator 20 remains connected by gearbox 34 to rotor 16.

Con referencia a la figura 6 y de acuerdo con una realización alternativa de la invención, el sistema de magnetización 60 puede proporcionarse en un generador que tenga un diseño de imán permanente interior (IPM), en oposición al diseño de imán permanente de superficie (SPM) del generador 20 (figuras 3, 4). El conjunto de rotor 30a de este generador alternativo incluye una pluralidad de cavidades o ranuras 56 definidas en el bastidor del rotor 42 y una pluralidad de polos magnéticos 43 que están instalados en las ranuras 56 de manera que una parte del material del bastidor del rotor 42 está dispuesta entre cada polo magnético 43. De lo contrario, la construcción del conjunto de rotor 30a es similar al conjunto de rotor 30. Cada uno de los polos magnéticos 43 incluye uno o más imanes permanentes 54a similares a los imanes permanentes 54 de los polos magnéticos 44. Cuando se instalan en las ranuras 56, los polos magnéticos 43 están incrustados dentro del bastidor del rotor 42 y desplazados radialmente hacia dentro desde la superficie exterior 41. El generador de la realización de la figura 6 se ilustra como la incorporación del mismo conjunto de estator 28 que el generador 20, aunque la invención no está tan limitada. El sistema de magnetización 60 puede usarse para magnetizar y desmagnetizar los imanes permanentes 54a de los polos 43 en las diversas realizaciones descritas en el presente documento.With reference to Figure 6 and in accordance with an alternative embodiment of the invention, the magnetization system 60 may be provided in a generator having an interior permanent magnet (IPM) design, as opposed to a surface permanent magnet (SPM) design. ) of generator 20 (Figures 3, 4). The rotor assembly 30a of this reciprocating generator includes a plurality of cavities or slots 56 defined in the rotor frame 42 and a plurality of magnetic poles 43 that are installed in the slots 56 such that a portion of the material of the rotor frame 42 is disposed between each magnetic pole 43. Otherwise, the construction of rotor assembly 30a is similar to rotor assembly 30. Each of the magnetic poles 43 includes one or more permanent magnets 54a similar to the permanent magnets 54 of the poles. magnets 44. When installed in the slots 56, the magnetic poles 43 are embedded within the rotor frame 42 and offset radially inward from the outer surface 41. The generator of the embodiment of Figure 6 is illustrated as incorporating the same. stator assembly 28 than generator 20, although the invention is not as limited. The magnetization system 60 can be used to magnetize and demagnetize the permanent magnets 54a of the poles 43 in the various embodiments described herein.

Con referencia a la figura 7 y de acuerdo con una realización de la invención, el sistema de magnetización 60 puede usarse para modificar los dominios magnéticos de los polos magnéticos 44 para desmagnetizar efectivamente los polos magnéticos 44 y promover el desmontaje del generador 20 para, por ejemplo, realizar servicio o mantenimiento. Con ese fin, el sistema de magnetización 60 puede usarse para formar dominios magnéticos alternos 100, 102 de diferente (por ejemplo, opuesta) polarización magnética. Los campos magnéticos generados por los dominios magnéticos 100, 102 se superponen de manera tal que el campo magnético neto se anula efectivamente a una corta distancia de cada polo magnético 44. Los polos magnéticos modificados 44 se colocan así en un estado en el que la red magnética está cerca de cero a una corta distancia de los polos magnéticos 44. Específicamente, las intensidades del campo magnético y las dimensiones de los dominios magnéticos 100, 102 se seleccionan de manera que el campo magnético neto a una corta distancia de cada uno de los polos magnéticos 44 sea insignificante. La anulación del campo magnético reduce drásticamente las fuerzas que de otro modo obstaculizarían el desmontaje mientras el generador 20 permanece instalado en la turbina eólica 10.With reference to Figure 7 and in accordance with one embodiment of the invention, the magnetization system 60 can be used to modify the magnetic domains of the magnetic poles 44 to effectively demagnetize the magnetic poles 44 and promote the disassembly of the generator 20 to, thereby For example, perform service or maintenance. To that end, the magnetization system 60 can be used to form alternating magnetic domains 100, 102 of different (eg, opposite) magnetic polarization. The magnetic fields generated by the magnetic domains 100, 102 overlap in such a way that the net magnetic field is effectively canceled out at a short distance from each magnetic pole 44. The modified magnetic poles 44 are thus placed in a state in which the lattice The magnetic field is near zero at a short distance from the magnetic poles 44. Specifically, the magnetic field strengths and the dimensions of the magnetic domains 100, 102 are selected such that the net magnetic field at a short distance from each of the magnetic poles 44 is negligible. Nulling the magnetic field dramatically reduces forces that would otherwise hinder disassembly while generator 20 remains installed in wind turbine 10.

Para iniciar el servicio o el mantenimiento, el conjunto de rotor 30 del generador 20 gira alrededor del eje longitudinal 49 de manera que uno de los polos magnéticos 44, por ejemplo, polo magnético 44a, está alineado con el accesorio de magnetización 66. Bajo el control del sistema de control de movimiento 79, el posicionador 70 se acciona para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 a una posición inicial con respecto al polo magnético alineado 44a. Específicamente, el controlador de movimiento 84 suministra señales de control al accionamiento 82, que genera señales de accionamiento que provocan que el accionador 80 proporcione movimiento motorizado del posicionador 70. La primera posición se calcula como una ubicación adecuada para formar uno de los dominios magnéticos 102. En caso necesario, la etapa 71 del eje z se opera para establecer una separación radial entre las superficies enfrentadas 45, 63 moviendo el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87.To initiate service or maintenance, the rotor assembly 30 of the generator 20 rotates about the longitudinal axis 49 so that one of the magnetic poles 44, eg, magnetic pole 44a, is aligned with the magnetizing fixture 66. Under the In control of the motion control system 79, the positioner 70 is actuated to move the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the first axis of motion 88 to an initial position relative to the aligned magnetic pole 44a. Specifically, motion controller 84 supplies control signals to drive 82, which generates drive signals that cause actuator 80 to provide motorized movement of positioner 70. The first position is calculated as a suitable location to form one of the magnetic domains 102 If necessary, the z-axis stage 71 is operated to establish a radial gap between the facing surfaces 45, 63 by moving the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis of motion 87.

Preferiblemente mientras se sujeta el conjunto de rotor 30 y el accesorio de magnetización 66 estacionario, el circuito de control 78 del circuito de accionamiento 68 se opera para activar el circuito de carga 76 para cargar el banco de condensadores 72. Cuando está suficientemente cargado, el circuito de control 78 acciona el dispositivo de conmutación 74 para descargar bruscamente la carga almacenada desde el banco de condensadores 72 como un primer impulso de corriente a través de la bobina 64 en una dirección opuesta a la utilizada para los dominios magnéticos 94 (figura 5) del polo de magnetización 44a. El campo magnético externo resultante del primer impulso de corriente dirigido a través de la bobina 64 magnetiza uno de los dominios magnéticos 102 en el polo magnético 44a. Después del colapso del campo magnético externo, la mayoría de los momentos magnéticos atómicos individuales en el volumen magnetizado de material magnético están alineados con el vector de polarización 92 para formar uno de los dominios magnéticos 102. Debido a las dimensiones compactas del accesorio de magnetización 66 en comparación con las dimensiones exteriores del polo magnético 44a, el material magnético residual en el polo magnético 44a permanece magnetizado con el vector de polarización 90. Las dimensiones del material magnético en el dominio magnético 102 pueden ser similares a las dimensiones del material magnético en uno de los dominios magnéticos 94 (figura 5) y, en cualquier caso, es menor o igual a la mitad de las dimensiones exteriores del polo magnético 44a.Preferably while holding rotor assembly 30 and magnetizing fixture 66 stationary, control circuit 78 of drive circuit 68 is operated to activate charging circuit 76 to charge capacitor bank 72. When sufficiently charged, the control circuit 78 actuates switching device 74 to abruptly discharge stored charge from capacitor bank 72 as a first pulse of current through coil 64 in a direction opposite to that used for magnetic domains 94 (Figure 5) of the magnetization pole 44a. The external magnetic field resulting from the first current pulse directed through coil 64 magnetizes one of magnetic domains 102 at magnetic pole 44a. After the collapse of the external magnetic field, most of the individual atomic magnetic moments in the magnetized volume of magnetic material are aligned with the polarization vector 92 to form one of the magnetic domains 102. Due to the compact dimensions of the magnetization accessory 66 in Compared to the outer dimensions of the magnetic pole 44a, the residual magnetic material in the magnetic pole 44a remains magnetized with the polarization vector 90. The dimensions of the magnetic material in the magnetic domain 102 can be similar to the dimensions of the magnetic material in one of the magnetic domains 94 (figure 5) and, in any case, it is less than or equal to half the outer dimensions of the magnetic pole 44a.

El sistema de magnetización 60 puede usarse luego para formar dominios magnéticos adicionales 102 en el polo magnético 44a. El sistema de control de movimiento 79 se usa para operar el posicionador 70 para mover el accesorio de magnetización 66 desde la posición inicial a al menos una posición adicional con respecto al polo magnético alineado 44a y opcionalmente para establecer la separación radial entre las superficies enfrentadas 45, 63. El circuito de accionamiento 68 se usa entonces, como se ha descrito anteriormente, para enviar un pulso de alta corriente a través de la bobina 64 en cada posición adicional. El campo magnético externo magnetiza otro dominio magnético 102 con el vector de polarización 92 en el polo magnético alineado 44a en cada posición adicional.Magnetization system 60 can then be used to form additional magnetic domains 102 at magnetic pole 44a. Motion control system 79 is used to operate positioner 70 to move magnetizing fixture 66 from the initial position to at least one additional position relative to aligned magnetic pole 44a and optionally to establish radial spacing between facing surfaces 45 , 63. Drive circuit 68 is then used, as described above, to send a high current pulse through coil 64 at each additional position. The external magnetic field magnetizes another magnetic domain 102 with bias vector 92 at aligned magnetic pole 44a at each additional position.

Cada par adyacente de dominios magnéticos 102 está separado por uno de los dominios magnéticos 100 con la excepción de los dominios magnéticos 102 que bordean un extremo del polo magnético 44a. Como resultado, los dominios magnéticos 100, 102 se alternan espacialmente a lo largo de la longitud, L, del polo magnético 44a. La separación entre las posiciones adyacentes del accesorio de magnetización 66 cuando se administra cada pulso de corriente a la bobina 64 se determina para optimizar la desmagnetización producida por los campos magnéticos opuestos de los dominios magnéticos 100, 102.Each adjacent pair of magnetic domains 102 is separated by one of the magnetic domains 100 with the exception of the magnetic domains 102 that border one end of the magnetic pole 44a. As a result, the magnetic domains 100, 102 spatially alternate along the length, L, of the magnetic pole 44a. The spacing between adjacent positions of magnetization accessory 66 when each pulse of current is delivered to coil 64 is determined to optimize demagnetization produced by opposing magnetic fields from magnetic domains 100, 102.

El conjunto de rotor 30 del generador 20 se gira entonces alrededor del eje longitudinal 49 de modo que otro de los polos magnéticos 44, en este caso el polo magnético representativo 44b, está alineado con el accesorio de magnetización 66. Bajo el control del sistema de control de movimiento 79, el posicionador 70 se acciona para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el primer eje de movimiento 88 a una posición inicial con respecto al polo magnético alineado 44b. Específicamente, el controlador de movimiento 84 suministra señales de control al accionamiento 82, que genera señales de accionamiento que provocan que el accionador 80 proporcione movimiento motorizado del posicionador 70. La primera posición se calcula como una ubicación adecuada para formar uno de los dominios magnéticos 100. En caso necesario, la etapa 71 del eje z se opera para establecer una separación radial entre las superficies enfrentadas 45, 63 moviendo el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el segundo eje de movimiento 87.The rotor assembly 30 of the generator 20 is then rotated about the longitudinal axis 49 so that another of the magnetic poles 44, in this case the representative magnetic pole 44b, is aligned with the magnetizing fixture 66. Under the control of the system of motion control 79, positioner 70 is actuated to move magnetizing fixture 66 in a direction aligned with first axis of motion 88 to an initial position relative to aligned magnetic pole 44b. Specifically, the motion controller 84 supplies control signals to the drive 82, which generates drive signals that cause the actuator 80 to provide motorized movement of the positioner 70. The first position is calculated as a suitable location to form one of the magnetic domains 100 If necessary, the z-axis stage 71 is operated to establish a radial gap between the facing surfaces 45, 63 by moving the magnetizing accessory 66 in a direction aligned with the second axis of motion 87.

Preferiblemente mientras se sujeta el conjunto de rotor 30 y el accesorio de magnetización 66 estacionario, el circuito de control 78 del circuito de accionamiento 68 se opera para activar el circuito de carga 76 para cargar el banco de condensadores 72. Cuando está suficientemente cargado, el circuito de control 78 acciona el dispositivo de conmutación 74 para descargar bruscamente la carga almacenada desde el banco de condensadores 72 como un primer impulso de corriente a través de la bobina 64 en una dirección opuesta a la utilizada para los dominios magnéticos 96 (figura 5) del polo de magnetización 44b. El campo magnético externo resultante del primer impulso de corriente dirigido a través de la bobina 64 magnetiza uno de los dominios magnéticos 100 en el polo magnético 44b. Después del colapso del campo magnético externo, la mayoría de los momentos magnéticos atómicos individuales en el volumen magnetizado de material magnético están alineados con el vector de polarización 92 para formar uno de los dominios magnéticos 100. Debido a las dimensiones compactas del accesorio de magnetización 66 en comparación con las dimensiones exteriores del polo magnético 44b, el material magnético residual en el polo magnético 44b permanece magnetizado con el vector de polarización 92. Las dimensiones del material magnético en el dominio magnético 100 pueden ser similares a las dimensiones del material magnético en uno de los dominios magnéticos 96 (figura 5) y, en cualquier caso, es menor o igual a la mitad de las dimensiones exteriores del polo magnético 44b.Preferably while holding rotor assembly 30 and magnetizing fixture 66 stationary, control circuit 78 of drive circuit 68 is operated to activate charging circuit 76 to charge capacitor bank 72. When sufficiently charged, the control circuit 78 actuates switching device 74 to abruptly discharge stored charge from capacitor bank 72 as a first pulse of current through coil 64 in a direction opposite to that used for magnetic domains 96 (Figure 5) of the magnetizing pole 44b. The external magnetic field resulting from the first current pulse directed through coil 64 magnetizes one of magnetic domains 100 at magnetic pole 44b. After the collapse of the external magnetic field, most of the individual atomic magnetic moments in the magnetized volume of magnetic material are aligned with the polarization vector 92 to form one of the magnetic domains 100. Due to the compact dimensions of the magnetization accessory 66 Compared to the outer dimensions of the magnetic pole 44b, the residual magnetic material in the magnetic pole 44b remains magnetized with the bias vector 92. The dimensions of the magnetic material in the magnetic domain 100 can be similar to the dimensions of the magnetic material in one of the magnetic domains 96 (figure 5) and, in any case, it is less than or equal to half the outer dimensions of the magnetic pole 44b.

El sistema de magnetización 60 puede usarse luego para formar dominios magnéticos adicionales 100 en el polo magnético 44b. El sistema de control de movimiento 79 se usa para operar el posicionador 70 para mover el accesorio de magnetización 66 desde la posición inicial a al menos una posición adicional con respecto al polo magnético alineado 44b y opcionalmente para establecer la separación radial entre las superficies enfrentadas 45, 63. El circuito de accionamiento 68 se usa entonces, como se ha descrito anteriormente, para enviar un pulso de alta corriente a través de la bobina 64 en cada posición adicional. El campo magnético externo magnetiza otro dominio magnético 100 con el vector de polarización 90 en el polo magnético alineado 44b en cada posición adicional.Magnetization system 60 can then be used to form additional magnetic domains 100 at magnetic pole 44b. Motion control system 79 is used to operate positioner 70 to move magnetizing fixture 66 from the initial position to at least one additional position relative to aligned magnetic pole 44b and optionally to establish radial spacing between facing surfaces 45 , 63. Drive circuit 68 is then used, as described above, to send a high current pulse through coil 64 at each additional position. The external magnetic field magnetizes another magnetic domain 100 with bias vector 90 at aligned magnetic pole 44b at each additional position.

Cada par adyacente de dominios magnéticos 100 está separado por uno de los dominios magnéticos 102 con la excepción de los dominios magnéticos 100 que bordean un extremo del polo magnético 44b. Como resultado, los dominios magnéticos 100, 102 se alternan espacialmente a lo largo de la longitud, L, del polo magnético 44b. La separación entre las posiciones adyacentes del accesorio de magnetización 66 cuando se administra cada pulso de corriente a la bobina 64 se determina para optimizar la desmagnetización producida por los campos magnéticos opuestos de los dominios magnéticos 100, 102.Each adjacent pair of magnetic domains 100 is separated by one of the magnetic domains 102 with the exception of the magnetic domains 100 that border one end of the magnetic pole 44b. As a result, the magnetic domains 100, 102 spatially alternate along the length, L, of the magnetic pole 44b. The spacing between adjacent positions of magnetization accessory 66 when each pulse of current is delivered to coil 64 is determined to optimize demagnetization produced by opposing magnetic fields from magnetic domains 100, 102.

El proceso se repite hasta que se forman dominios magnéticos 100, 102 de polarización magnética alterna 90, 92 en cada uno de los polos magnéticos 44, incluyendo los polos magnéticos representativos 44a, 44b. El desmontaje del generador 20 puede entonces proceder con los polos magnéticos 44 en un estado de campo magnético neto significativamente reducido. Después de realizar el servicio o mantenimiento, los dominios magnéticos 100, 102 pueden volver a magnetizarse usando el sistema de magnetización 60 para restaurar los dominios magnéticos 94, 96 (figura 5) y el generador 20 vuelve a estar en servicio.The process is repeated until magnetic domains 100, 102 of alternating magnetic polarization 90, 92 are formed at each of the magnetic poles 44, including representative magnetic poles 44a, 44b. The disassembly of the generator 20 can then proceed with the magnetic poles 44 in a state of net magnetic field. significantly reduced. After servicing or maintenance, the magnetic domains 100, 102 can be re-magnetized using the magnetization system 60 to restore the magnetic domains 94, 96 (FIG. 5) and the generator 20 is returned to service.

Con referencia a la figura 7A, en la que los números de referencia similares se refieren a características similares en la figura 5 y de acuerdo con una realización alternativa, el sistema de magnetización 60 puede usarse para desmagnetizar eficazmente los polos magnéticos 44 reduciendo la intensidad de campo de los dominios constituyentes 94, 96 mientras retiene los mismos vectores de polarización 90, 92 respectivos. La reducción en la intensidad de campo contrasta con la solución alternativa descrita en relación con la figura 7, en la que se establecen campos magnéticos de dirección opuesta que se suman destructivamente para proporcionar la desmagnetización.With reference to Figure 7A, in which like reference numerals refer to similar features in Figure 5 and in accordance with an alternative embodiment, the magnetization system 60 can be used to effectively demagnetize the magnetic poles 44 by reducing the intensity of field of constituent domains 94, 96 while retaining the same respective polarization vectors 90, 92. The reduction in field strength is in contrast to the alternative solution described in relation to Figure 7, in which opposing directional magnetic fields are established that add destructively to provide demagnetization.

Para desmagnetizar los polos magnéticos 44, los movimientos aplicados al magnetizar los polos magnéticos 44 descritos anteriormente en relación con los polos magnéticos representativos 44a, 44b, se reproducen para colocar el cabezal de magnetización 66 en los lugares apropiados. Sin embargo, la bobina 64 del sistema de magnetización 60 del cabezal de magnetización 66 es activada por el circuito de activación con una forma de onda caracterizada por una corriente oscilatoria o alterna de amplitud decreciente con el tiempo acumulado. En una realización como se muestra por la forma de onda representativa en la figura 7B, la forma de onda puede ser una forma de onda sinusoidal 150 caracterizada por una amplitud de pico decreciente para la sinusoide que oscila dentro de una envolvente. Las características de la forma de onda se seleccionan para que sean efectivas para reducir la intensidad de campo a una fracción de la intensidad de campo para una condición magnetizada adecuada para la operación del generador. Entre los parámetros selectivos para la forma de onda utilizada para desmagnetizar los polos magnéticos 44 están la frecuencia de oscilación, la amplitud máxima para el ciclo inicial y la tasa de amortiguación de la amplitud máxima. La reducción significativa en la intensidad de campo desmagnetiza efectivamente los imanes permanentes 54 de los polos magnéticos 44. En una realización, la intensidad de campo reducida puede ser del 3 por ciento o menos de la intensidad de campo en la condición magnetizada (figura 7).To demagnetize the magnetic poles 44, the motions applied in magnetizing the magnetic poles 44 described above in relation to the representative magnetic poles 44a, 44b, are reproduced to position the magnetizing head 66 in the appropriate locations. However, coil 64 of magnetization system 60 of magnetization head 66 is driven by the drive circuit with a waveform characterized by an oscillatory or alternating current of decreasing amplitude with accumulated time. In one embodiment as shown by the representative waveform in Figure 7B, the waveform may be a sinusoidal waveform 150 characterized by a decreasing peak amplitude for the sinusoid oscillating within an envelope. The waveform characteristics are selected to be effective in reducing the field strength to a fraction of the field strength for a magnetized condition suitable for generator operation. Among the selective parameters for the waveform used to demagnetize the magnetic poles 44 are the frequency of oscillation, the maximum amplitude for the initial cycle, and the damping rate of the maximum amplitude. The significant reduction in field strength effectively demagnetizes the permanent magnets 54 of the magnetic poles 44. In one embodiment, the reduced field strength may be 3 percent or less of the field strength in the magnetized condition (Figure 7). .

Con referencia a la figura 8, en la que los números de referencia similares se refieren a características similares en las figuras 1-7 y de acuerdo con una realización alternativa, un sistema de magnetización 60a permite el control de múltiples ejes sobre el movimiento indexado de la porción móvil 69 del posicionador 70. Con ese fin, la construcción de la porción móvil 69 del posicionador 70 se altera para permitir el movimiento en una dirección alineada con un eje de movimiento 89, así como movimiento independiente en una dirección alineada con el eje de movimiento 88. El movimiento a lo largo del eje de movimiento 88 está alineado en una dirección que está alineada sustancialmente paralela al eje longitudinal 49. El movimiento en la dirección a lo largo del eje de movimiento 89 está alineado sustancialmente transversal a una dirección paralela al eje longitudinal 49.Referring to Figure 8, in which like reference numerals refer to similar features in Figures 1-7 and in accordance with an alternative embodiment, a magnetization system 60a allows for multiple axes control over the indexed movement of the movable portion 69 of the positioner 70. To that end, the construction of the movable portion 69 of the positioner 70 is altered to allow movement in a direction aligned with an axis of movement 89, as well as independent movement in a direction aligned with the axis movement 88. Movement along axis of movement 88 is aligned in a direction that is aligned substantially parallel to longitudinal axis 49. Movement in the direction along axis of movement 89 is aligned substantially transverse to a parallel direction to the longitudinal axis 49.

Para implementar el control de múltiples ejes, el sistema de control de movimiento 79 se modifica para incorporar una pluralidad de unidades 82a, 82b, cada una similar en construcción y funcionalidad al accionamiento 82, una pluralidad de accionadores 80a, 80b, cada uno similar en construcción y funcionalidad al accionador 80, y una pluralidad de enlaces mecánicos 86a, 86b cada uno similar en construcción y funcionalidad al enlace mecánico 86. Cada uno de los accionadores 82a, 82b interconecta el controlador de movimiento 84 con uno respectivo de los accionadores 80a, 80b. En una realización, el accionador 80a puede ser accionado por el accionamiento 82a para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el eje de movimiento 88 y el accionador 80b puede ser accionado por el accionamiento 82b para mover el accesorio de magnetización 66 en una dirección alineada con el eje de movimiento 89. En la realización representativa, el movimiento en una dirección alineada con el eje de movimiento 87 también está disponible para ajustar la posición radial del accesorio de magnetización 66.To implement multi-axis control, the motion control system 79 is modified to incorporate a plurality of units 82a, 82b, each similar in construction and functionality to drive 82, a plurality of actuators 80a, 80b, each similar in construction and functionality to actuator 80, and a plurality of mechanical links 86a, 86b each similar in construction and functionality to mechanical link 86. Each of actuators 82a, 82b interconnects motion controller 84 with a respective one of actuators 80a, 80b. In one embodiment, actuator 80a may be actuated by actuator 82a to move magnetizing fixture 66 in a direction aligned with axis of motion 88 and actuator 80b may be actuated by actuator 82b to move magnetizing fixture 66 in. a direction aligned with the axis of movement 89. In the representative embodiment, movement in a direction aligned with the axis of movement 87 is also available to adjust the radial position of the magnetizing accessory 66.

La porción móvil 69 del posicionador 70 y el accesorio de magnetización 66 se pueden mover a lo largo de múltiples ejes. En la realización representativa, la porción móvil 69 del posicionador 70 y el accesorio de magnetización 66 son móviles con tres grados de libertad que también incluyen movimiento radial en una dirección alineada con el eje de movimiento 87. En la realización representativa, el eje de movimiento 89 está alineado en una dirección paralela a la anchura, W, de cada polo magnético 44 y el eje de movimiento 88 está alineado con la longitud, L, de cada polo magnético 44. El eje de movimiento 89 es transversal o tangencial a la superficie 45 de cada polo magnético 44 cuando está alineado con el accesorio de magnetización 66. El accesorio de magnetización 66 está ubicado en serie por movimiento en direcciones respectivas alineadas con los ejes de movimiento 88, 89 a posiciones dispuestas en una trayectoria de múltiples ejes predeterminada con respecto a cada polo magnético 44. En cada una de las posiciones, el sistema de magnetización 60a funciona para magnetizar uno o más imanes permanentes 54 en cada polo magnético 44 con uno u otro de los vectores de polarización 90, 92. La magnetización resultante de los polos magnéticos 44 es similar a la magnetización mostrada en la figura 5 en ese material magnético en el polo magnético 44a tiene dominios magnéticos 105 que están magnetizados uniformemente con una alineación a lo largo del vector de polarización 90 y el material magnético en el polo magnético 44b tiene dominios magnéticos 107 que están magnetizados uniformemente con una alineación a lo largo del vector de polarización 92.The movable portion 69 of the positioner 70 and the magnetizing accessory 66 are movable along multiple axes. In the representative embodiment, the movable portion 69 of the positioner 70 and the magnetizing fixture 66 are movable with three degrees of freedom that also include radial motion in a direction aligned with the axis of motion 87. In the representative embodiment, the axis of motion 89 is aligned in a direction parallel to the width, W, of each magnetic pole 44 and the axis of motion 88 is aligned with the length, L, of each magnetic pole 44. The axis of motion 89 is transverse or tangential to the surface 45 of each magnetic pole 44 when aligned with the magnetizing fixture 66. The magnetizing fixture 66 is located in series by movement in respective directions aligned with the axes of motion 88, 89 to positions arranged in a predetermined multi-axis path with with respect to each magnetic pole 44. At each of the positions, the magnetization system 60a functions to magnetize one or more permanent magnets 54 at each magnetic pole 44 with one or the other of the polarization vectors 90, 92. The resulting magnetization of the magnetic poles 44 is similar to the magnetization shown in figure 5 in that magnetic material where the magnetic pole 44a has magnetic domains 105 which are uniformly magnetized with an alignment along the polarization vector 90 and the magnetic material at the magnetic pole 44b has magnetic domains 107 that are uniformly magnetized with an alignment along the polarization vector 92.

El tamaño y la forma del accesorio de magnetización 66 influyen y pueden ser determinantes de las dimensiones espaciales del dominio magnético formado con cada uno de los pulsos de corriente. En esta realización, los dominios magnéticos 105, 107 son cortes que están dispuestos alrededor de la circunferencia de cada polo magnético 44. El accesorio de magnetización 66 está ubicado por la porción móvil 69 del posicionador 70 en posiciones a lo largo de una trayectoria de múltiples ejes que están distribuidas o espaciadas axialmente paralelas al eje longitudinal 49 del conjunto de rotor 30 alrededor del cual gira el conjunto de rotor 30 y que están distribuidos o espaciados circunferencialmente alrededor del eje longitudinal 49. Por ejemplo, el accesorio de magnetización 66 puede usarse para magnetizar un dominio magnético 105 en una esquina del polo magnético 44a, indexado circunferencialmente en una dirección alineada con el eje de movimiento 89 para magnetizar dominios magnéticos adicionales 105 sin cambiar la posición axial a lo largo del eje de movimiento 88, y luego indexado axialmente en una dirección alineada con el eje de movimiento 88 y circunferencialmente a lo largo del eje de movimiento 89, según las necesidades, a posiciones adicionales con coordenadas axiales y circunferenciales para magnetizar dominios magnéticos adicionales 105. Se utilizan movimientos similares para magnetizar los polos magnéticos restantes 44.The size and shape of the magnetizing accessory 66 influence and can be determinative of the spatial dimensions of the magnetic domain formed with each of the current pulses. In this embodiment, the magnetic domains 105, 107 are cuts that are disposed around the circumference of each magnetic pole 44. The magnetizing fixture 66 is located by the movable portion 69 of the positioner 70 at positions along a trajectory of multiple axes that are distributed or spaced axially parallel to longitudinal axis 49 of rotor assembly 30 around which rotor assembly 30 rotates and that are distributed or spaced circumferentially about longitudinal axis 49. For example, the magnetizing fixture 66 can be used to magnetize a magnetic domain 105 at one corner of magnetic pole 44a, circumferentially indexed in a direction aligned with axis of motion 89 to magnetize additional magnetic domains 105 without changing axial position along axis of motion 88, and then indexed axially in a direction aligned with the axis of motion 88 and circumferentially along the axis of motion 89, as needed, to additional positions with axial and circumferential coordinates to magnetize additional magnetic domains 105. Similar motions are used to magnetize the remaining magnetic poles 44.

Con referencia a la figura 9 en la que números de referencia similares se refieren a características similares en la figura 8, el sistema de magnetización 60a también tiene la capacidad de formar dominios magnéticos 106, 108 caracterizados por diferentes vectores de polarización 90, 92, respectivamente, de modo que los polos magnéticos 44 están sustancialmente desmagnetizados. La alternancia del vector de polarización para cada uno de los polos magnéticos representativos 44a, 44b es evidente en la figura 9. Después del posicionamiento inicial de cada imán permanente 54 en relación con el accesorio de magnetización 66, el conjunto de rotor 30 se mantiene estacionario mientras que el sistema de magnetización 60a se usa para formar los dominios magnéticos 106, 108. Los dominios magnéticos 106, 108 se forman en un patrón como se describió anteriormente en relación con la formación de los dominios magnéticos 100, 102 (figura 6).With reference to Figure 9 in which similar reference numerals refer to similar features in Figure 8, the magnetization system 60a also has the ability to form magnetic domains 106, 108 characterized by different polarization vectors 90, 92, respectively. , so that the magnetic poles 44 are substantially demagnetized. The alternation of the polarization vector for each of the representative magnetic poles 44a, 44b is evident in Figure 9. After initial positioning of each permanent magnet 54 relative to the magnetization accessory 66, the rotor assembly 30 remains stationary. while the magnetization system 60a is used to form the magnetic domains 106, 108. The magnetic domains 106, 108 are formed in a pattern as described above in connection with the formation of the magnetic domains 100, 102 (Figure 6).

El tamaño y la forma del accesorio de magnetización 66 influyen en las dimensiones espaciales del dominio magnético formado con cada uno de los pulsos de corriente. Por ejemplo, el tamaño y la forma del accesorio de magnetización 66 en las figuras 8 y 9 pueden optimizarse para formar los dominios magnéticos 106, 108 en la forma representativa de cortes de material magnético dispuestos circunferencialmente en cada imán permanente 54. Con la excepción de los dominios magnéticos 106, 108 que comparten un borde con los bordes circunferenciales de cada imán permanente 54, cada dominio magnético 106 está dispuesto entre un par de dominios magnéticos 108 y, de manera similar, cada dominio magnético 108 está dispuesto entre un par de dominios magnéticos 106.The size and shape of the magnetizing accessory 66 influence the spatial dimensions of the magnetic domain formed with each of the current pulses. For example, the size and shape of the magnetizing fixture 66 in Figures 8 and 9 can be optimized to form the magnetic domains 106, 108 in the representative shape of slices of magnetic material arranged circumferentially on each permanent magnet 54. With the exception of the magnetic domains 106, 108 sharing an edge with the circumferential edges of each permanent magnet 54, each magnetic domain 106 is arranged between a pair of magnetic domains 108 and, similarly, each magnetic domain 108 is arranged between a pair of domains magnetic 106.

Los dominios magnéticos 108 formados en el polo magnético 44a pueden tener aproximadamente el mismo volumen que los dominios magnéticos 105 (figura 8) y, como resultado, los dominios magnéticos 106 también tendrán aproximadamente el mismo volumen que los dominios magnéticos 105. Los dominios magnéticos 106 formados en el polo magnético 44b pueden tener aproximadamente el mismo volumen que los dominios magnéticos 107 (figura 8) y, como resultado, los dominios magnéticos 108 también tendrán aproximadamente el mismo volumen que los dominios magnéticos 107. Las dimensiones aproximadamente equivalentes contribuyen a la anulación del campo magnético en el estado desmagnetizado.Magnetic domains 108 formed at magnetic pole 44a may have approximately the same volume as magnetic domains 105 (Figure 8), and as a result, magnetic domains 106 will also have approximately the same volume as magnetic domains 105. Magnetic domains 106 formed at magnetic pole 44b may have roughly the same volume as magnetic domains 107 (Figure 8), and as a result, magnetic domains 108 will also have roughly the same volume as magnetic domains 107. Approximately equivalent dimensions contribute to nullification. of the magnetic field in the demagnetized state.

Los campos magnéticos de los diversos dominios magnéticos 106, 108 en cada polo magnético 44 se superponen de manera tal que el campo magnético medible a una corta distancia de cada polo magnético 44 sea insignificante o nulo. Como se ha explicado antes, la anulación de los campos magnéticos superpuestos promueve el desmontaje del generador 20 para servicio o mantenimiento al reducir las fuerzas de atracción y repulsión. La combinación de las intensidades de campo de los dominios magnéticos 106, 108 y las dimensiones de los dominios magnéticos 106, 108 suministran la anulación.The magnetic fields of the various magnetic domains 106, 108 at each magnetic pole 44 overlap such that the magnetic field measurable at a short distance from each magnetic pole 44 is negligible or zero. As explained above, the cancellation of the superimposed magnetic fields promotes disassembly of the generator 20 for service or maintenance by reducing the attractive and repulsive forces. The combination of the field strengths of the magnetic domains 106, 108 and the dimensions of the magnetic domains 106, 108 provide the nullification.

Con referencia a la figura 10, en la que los números de referencia similares se refieren a características similares en las figuras 8 y 9 y de acuerdo con una realización alternativa, un sistema de magnetización 60b puede incluir múltiples dispositivos de magnetización, de los cuales múltiples dispositivos de magnetización 60a-c y 60 g son visibles en la figura 10 y los accesorios de magnetización intermedios 60e y 60f no son visibles en la figura 10. Cada uno de los magnetizadores individuales 60a-c y 60 g está configurado de forma igual o similar a la realización del accesorio de magnetización 60 mostrado en las figuras 8 y 9.With reference to Figure 10, in which like reference numerals refer to similar features in Figures 8 and 9 and in accordance with an alternative embodiment, a magnetization system 60b may include multiple magnetization devices, of which multiple Magnetization devices 60a-c and 60 g are visible in figure 10 and intermediate magnetization accessories 60e and 60f are not visible in figure 10. Each of the individual magnetizers 60a-c and 60 g is configured the same or similar to the embodiment of the magnetizing accessory 60 shown in Figures 8 and 9.

Los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g están soportados por la porción móvil 69 del posicionador 70. La porción móvil 69 del posicionador 70 está configurada de tal manera que todos los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g se mueven como una unidad bajo la dirección del sistema de control de movimiento 79 y el movimiento se limita a la dirección circunferencial alrededor del conjunto de rotor 30. Como resultado, los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g ya no son móviles en una dirección alineada con el eje de movimiento 88 en esta realización. La porción móvil 69 del posicionador 70 es operada por el sistema de control de movimiento 79 para ubicar los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g en posiciones indexadas en una dirección alineada con el eje 89. En la realización representativa, la etapa 71 del eje z del posicionador 70 puede usarse para mover los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g en una dirección alineada con el eje de movimiento 87 para ajustes de posición radial. Los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g están ubicados por la porción móvil 69 del posicionador 70 en posiciones a lo largo de una trayectoria curva que están separadas circunferencialmente alrededor del eje longitudinal 49 del conjunto de rotor 30 alrededor del cual gira el conjunto de rotor 30.The magnetizing accessories 66a-c, 60g are supported by the movable portion 69 of the positioner 70. The movable portion 69 of the positioner 70 is configured such that all of the magnetization devices 66a-c, 60g move as a unit. under the direction of the motion control system 79 and the motion is limited to the circumferential direction around the rotor assembly 30. As a result, the magnetizing fixtures 66a-c, 60g are no longer movable in an axis-aligned direction of motion 88 in this embodiment. Movable portion 69 of positioner 70 is operated by motion control system 79 to locate magnetizing devices 66a-c, 60g in indexed positions in a direction aligned with axis 89. In the representative embodiment, step 71 of the z-axis of positioner 70 can be used to move magnetizing devices 66a-c, 60g in a direction aligned with axis of motion 87 for radial position adjustments. The magnetizing fittings 66a-c, 60g are located by the movable portion 69 of the positioner 70 at positions along a curved path that are circumferentially spaced about the longitudinal axis 49 of the rotor assembly 30 about which the rotor assembly rotates. rotor 30.

El sistema de magnetización 60b se usa para formar los patrones de magnetización para los polos magnéticos 44, y en particular, los polos magnéticos representativos 44a, 44b que se muestran en las figuras 8 y 9, tal que los polos magnéticos 44 estén magnetizados (figura 8) o tales que los polos magnéticos 44 estén desmagnetizados (figura 9). The magnetization system 60b is used to form the magnetization patterns for the magnetic poles 44, and in particular, the representative magnetic poles 44a, 44b shown in Figures 8 and 9, such that the magnetic poles 44 are magnetized (Figure 8) or such that the magnetic poles 44 are demagnetized (Figure 9).

En la realización representativa, el dispositivo de conmutación 74 del circuito de accionamiento 68 está acoplado a través del dispositivo de conmutación 74 con cada uno de los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g. Como resultado, la bobina 64 de solo uno de los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g se suministra con un pulso de corriente en cualquier momento.In the representative embodiment, the switching device 74 of the drive circuit 68 is coupled through the switching device 74 with each of the magnetizing devices 66a-c, 60 g. As a result, the coil 64 of only one of the magnetizing devices 66a-c, 60g is supplied with a current pulse at any one time.

Para magnetizar, por ejemplo, el polo magnético 44a, el circuito de accionamiento 68 se usa para suministrar secuencialmente pulsos de corriente a la bobina 64 de cada uno de los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g para magnetizar los dominios magnéticos 105 alineados en una fila a lo largo de la longitud, L, del polo magnético 44a con el vector de polarización 90. El sistema de control de movimiento 79 se acciona para mover la porción móvil 69 del posicionador 70 circunferencialmente en una dirección alineada con el eje de movimiento 89 para ubicar los dispositivos de magnetización 66a-c, 60 g en una segunda posición. El procedimiento de magnetización se utiliza para magnetizar los dominios magnéticos 105 alineados en otra fila a lo largo de la longitud, L, del polo magnético 44a con el vector de polarización 90. Estas dos etapas se repiten hasta que todo o una parte del material magnético del polo magnético 44a se caracteriza por dominios 105 que tienen el vector de polarización 90. A continuación, el conjunto de rotor 30 está indexado de modo que el polo magnético 44b esté alineado con los dispositivos de magnetización 66ac, 60 g y el sistema de magnetización 60b se usa como se describió anteriormente para magnetizar todo o una parte del material magnético del polo magnético 44b con dominios 107 que tienen el vector de polarización 92. Los pares adicionales de polos magnéticos 44 se magnetizan de manera similar a la magnetización de los polos magnéticos representativos 44a, 44b. La magnetización resultante de los polos magnéticos 44 es idéntica a la magnetización mostrada de la figura 8 en ese material magnético en el polo magnético 44a tiene dominios magnéticos 105 que están magnetizados uniformemente con una alineación a lo largo del vector de polarización 90 y el material magnético en el polo magnético 44b tiene dominios magnéticos 107 que están magnetizados uniformemente con una alineación a lo largo del vector de polarización 92.To magnetize, for example, the magnetic pole 44a, the drive circuit 68 is used to sequentially supply current pulses to the coil 64 of each of the magnetization devices 66a-c, 60 g to magnetize the magnetic domains 105 aligned in a row along the length, L, of the magnetic pole 44a with the bias vector 90. The motion control system 79 is actuated to move the movable portion 69 of the positioner 70 circumferentially in a direction aligned with the axis of motion 89 to locate the magnetizing devices 66a-c, 60g in a second position. The magnetization procedure is used to magnetize the magnetic domains 105 aligned in another row along the length, L, of the magnetic pole 44a with the polarization vector 90. These two steps are repeated until all or part of the magnetic material The magnetic pole 44a is characterized by domains 105 having the polarization vector 90. The rotor assembly 30 is then indexed so that the magnetic pole 44b is aligned with the magnetization devices 66ac, 60g, and the magnetization system 60b. is used as described above to magnetize all or part of the magnetic material of magnetic pole 44b with domains 107 having polarization vector 92. Additional pairs of magnetic poles 44 are magnetized in a similar manner to magnetization of representative magnetic poles 44a, 44b. The resulting magnetization of the magnetic poles 44 is identical to the magnetization shown in Figure 8 in that magnetic material where the magnetic pole 44a has magnetic domains 105 that are uniformly magnetized with an alignment along the polarization vector 90 and the magnetic material at magnetic pole 44b it has magnetic domains 107 that are uniformly magnetized with an alignment along polarization vector 92.

El patrón de desmagnetización de la figura 9 también se puede formar en los polos magnéticos representativos 44a, 44b, así como los otros polos magnéticos 44, que se caracterizan por dominios 106, 108 de diferente polarización magnética 90, 92.The demagnetization pattern of Figure 9 can also be formed at representative magnetic poles 44a, 44b, as well as the other magnetic poles 44, which are characterized by domains 106, 108 of different magnetic polarization 90, 92.

En una realización alternativa, el número de dispositivos de magnetización puede reducirse a, por ejemplo, solo dispositivos de magnetización 66a-c, y la porción móvil 69 del posicionador 79 de la figura 8 puede usarse para mover los múltiples dispositivos de magnetización 66a-c en una dirección alineada con el eje de movimiento 88 para magnetizar el material magnético a lo largo de toda la longitud, L, de los polos magnéticos 44. Los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g están ubicados por la porción móvil 69 del posicionador 70 en posiciones a lo largo de una trayectoria lineal que están separadas axialmente paralelas al eje longitudinal 49 del conjunto de rotor 30 alrededor del cual gira el conjunto de rotor 30.In an alternative embodiment, the number of magnetizing devices can be reduced to, for example, only magnetizing devices 66a-c, and the movable portion 69 of the positioner 79 of Figure 8 can be used to move the multiple magnetizing devices 66a-c. in a direction aligned with the axis of movement 88 to magnetize the magnetic material along the entire length, L, of the magnetic poles 44. The magnetization accessories 66a-c, 60 g are located by the movable portion 69 of the positioner 70 at positions along a linear path that are spaced axially parallel to longitudinal axis 49 of rotor assembly 30 about which rotor assembly 30 rotates.

En una realización alternativa, el número de dispositivos de magnetización puede reducirse a, por ejemplo, solo dispositivos de magnetización 66a-c, y la porción móvil 69 del posicionador 79 de la figura 8 puede usarse para mover los múltiples dispositivos de magnetización 66a-c en direcciones respectivas alineadas con ejes de movimiento 88, 89 para magnetizar el material magnético respectivamente lo largo de toda la longitud, L, y anchura completa, W, de los polos magnéticos 44. Los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g están ubicados por la porción móvil 69 del posicionador 70 en posiciones a lo largo de una trayectoria de múltiples ejes que están espaciadas axialmente paralelas al eje longitudinal 49 del conjunto de rotor 30 alrededor del cual gira el conjunto de rotor 30 y que están espaciados circunferencialmente alrededor del eje longitudinal 49.In an alternative embodiment, the number of magnetizing devices can be reduced to, for example, only magnetizing devices 66a-c, and the movable portion 69 of the positioner 79 of Figure 8 can be used to move the multiple magnetizing devices 66a-c. in respective directions aligned with axes of motion 88, 89 to magnetize the magnetic material respectively along the entire length, L, and full width, W, of the magnetic poles 44. The magnetizing accessories 66a-c, 60 g are located by the movable portion 69 of the positioner 70 at positions along a multi-axis path that are spaced axially parallel to the longitudinal axis 49 of the rotor assembly 30 about which the rotor assembly 30 rotates and that are circumferentially spaced about the axis longitudinal 49.

En otra realización alternativa, múltiples circuitos de accionamiento, cada uno nominalmente como circuito de accionamiento 68, puede proporcionarse en el sistema de magnetización 60b. Cada uno de los circuitos de accionamiento puede estar conectado con uno o más de los accesorios de magnetización 66a-c, 60 g, y puede usarse para magnetizar o desmagnetizar los polos magnéticos 44 como se describe en el presente documento.In another alternative embodiment, multiple drive circuits, each nominally a drive circuit 68, may be provided in magnetization system 60b. Each of the drive circuits can be connected to one or more of the magnetizing accessories 66a-c, 60g, and can be used to magnetize or demagnetize the magnetic poles 44 as described herein.

Los principios de la invención pueden ser igualmente aplicables a otros tipos de máquinas eléctricas que utilizan fuerzas electromagnéticas para generar energía o máquinas eléctricas, tal como motores, que convierten la energía eléctrica en movimiento. Por ejemplo, los sistemas de magnetización mostrados y descritos en el presente documento pueden modificarse para incorporarse a un generador de tipo de flujo axial de modo que los movimientos del cabezal para ejecutar la magnetización y la desmagnetización de los polos magnéticos se puedan realizar con una dirección diferente o direcciones diferentes a las descritas en el presente documento. Según otro ejemplo, un tipo diferente de motor primario, en lugar del rotor de una turbina eólica, se puede conectar con el conjunto de rotor del generador. The principles of the invention can be equally applicable to other types of electrical machines that use electromagnetic forces to generate energy or electrical machines, such as motors, that convert electrical energy into motion. For example, the magnetization systems shown and described herein can be modified to be incorporated into an axial flux type generator so that head movements to perform magnetization and demagnetization of the magnetic poles can be performed with one direction different or different addresses than those described in this document. According to another example, a different type of prime mover, instead of the rotor of a wind turbine, can be connected with the rotor assembly of the generator.

La capacidad de volver a magnetizar los imanes permanentes es ventajosa. En primer lugar, no es necesario que la máquina eléctrica esté diseñada para adaptarse a la degeneración en caso de un cortocircuito que normalmente desmagnetizaría parcialmente los imanes (tal vez incluso de manera desigual). Imanes de un menor grado, que son susceptibles de desmagnetización con el tiempo, puede usarse sin necesidad de un sobrediseño inicial porque los imanes permanentes pueden volver a un estado magnetizado inicial si la intensidad del campo magnético se deteriora. The ability to re-magnetize permanent magnets is advantageous. First of all, the electrical machine does not need to be designed to accommodate degeneracy in the event of a short circuit that would normally partially demagnetize the magnets (maybe even unevenly). Lower grade magnets, which are susceptible to demagnetization over time, can be used without the need for an initial over-design because permanent magnets can revert to an initial magnetized state if the magnetic field strength deteriorates.

La capacidad de magnetizar los imanes permanentes instalados significa que la máquina eléctrica puede montarse con imanes no magnetizados o parcialmente magnetizados para facilitar el montaje y el almacenamiento del imán. The ability to magnetize installed permanent magnets means that the electrical machine can be assembled with unmagnetized or partially magnetized magnets to facilitate magnet mounting and storage.

Una línea de producción para la máquina eléctrica no necesita manejar imanes totalmente magnetizados en ninguna etapa de la producción.A production line for the electric machine does not need to handle fully magnetized magnets at any stage of production.

En una realización de la invención, los imanes permanentes pueden ser desmagnetizados antes del desmontaje de la máquina eléctrica para servicio o desmantelamiento. Los imanes permanentes pueden desmagnetizarse al abrir la máquina (es decir, cuando se intercambian rodamientos) sin la necesidad de una fijación precisa del rotor en el hueco de aire como se requiere para una máquina eléctrica magnetizada convencional. Los imanes permanentes o secciones de la máquina eléctrica pueden reemplazarse por imanes de magnetización limitada.In one embodiment of the invention, the permanent magnets can be demagnetized prior to disassembly of the electrical machine for service or dismantling. Permanent magnets can be demagnetized when opening the machine (that is, when bearings are exchanged) without the need for precise fixing of the rotor in the air gap as required for a conventional magnetized electrical machine. Permanent magnets or sections of the electrical machine can be replaced by magnets of limited magnetization.

En una realización de la invención, el estado de magnetización individual de los imanes permanentes puede controlarse y, de este modo, ajustarse para garantizar una baja variación entre los diferentes imanes permanentes. El desgaste de por vida en los imanes permanentes se puede superar, que permiten una operación más larga sin necesidad de reemplazar la máquina o reducir la calificación del sistema. La magnetización normalmente tiene lugar en la producción de la máquina eléctrica, y la degeneración se acepta como parte del diseño.In one embodiment of the invention, the individual magnetization state of permanent magnets can be controlled and thus adjusted to ensure low variation between different permanent magnets. Lifetime wear on permanent magnets can be overcome, allowing longer operation without the need to replace the machine or reduce the system rating. Magnetization normally takes place in the production of the electrical machine, and degeneracy is accepted as part of the design.

En una realización de la invención, un sistema de magnetización auxiliar se lleva a la máquina para la magnetización externa. Normalmente, una vez que se magnetiza una máquina, no se actualiza, incluso si los imanes están parcialmente desmagnetizados debido a cortocircuitos en el generador.In one embodiment of the invention, an auxiliary magnetization system is brought into the machine for external magnetization. Normally, once a machine is magnetized, it does not update, even if the magnets are partially demagnetized due to short circuits in the generator.

Si los imanes permanentes de una máquina eléctrica están parcialmente desmagnetizados debido a eventos externos o internos (cortos de bobinado o similares) que resultan en una magnetización más baja y quizás no simétrica o asimétrica, Es posible restaurar el rendimiento inicial de la máquina eléctrica utilizando el sistema de magnetización. If the permanent magnets of an electrical machine are partially demagnetized due to external or internal events (winding shorts or the like) resulting in lower and perhaps not symmetrical or asymmetric magnetization, it is possible to restore the initial performance of the electrical machine using the magnetization system.

Claims (14)

REIVINDICACIONES 1. Un método para instalar una máquina eléctrica (20), incluyendo la máquina eléctrica un conjunto de estator (28) y un conjunto de rotor (30), comprendiendo el conjunto de rotor una pluralidad de polos magnéticos (44) compuestos de un material magnético permanente (54) que está en una condición no magnetizada, comprendiendo el método: después de instalar la máquina eléctrica (20), magnetizar una pluralidad de dominios magnéticos (94, 96) en el material magnético permanente (54) de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44),1. A method of installing an electrical machine (20), the electrical machine including a stator assembly (28) and a rotor assembly (30), the rotor assembly comprising a plurality of magnetic poles (44) composed of a material permanent magnetic (54) that is in an unmagnetized condition, the method comprising: after installing the electrical machine (20), magnetizing a plurality of magnetic domains (94, 96) in the permanent magnetic material (54) of each of the plurality of magnetic poles (44), alinear en serie cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44) con respecto a un accesorio de magnetización (66),aligning each of the plurality of magnetic poles (44) in series with respect to a magnetizing accessory (66), caracterizado por quecharacterized by what cuando cada respectivo polo magnético (44a, 44b) está alineado con el accesorio de magnetización (66), se posiciona el accesorio de magnetización en una pluralidad de posiciones con respecto al polo magnético, y;when each respective magnetic pole (44a, 44b) is aligned with the magnetizing fixture (66), the magnetizing fixture is positioned in a plurality of positions with respect to the magnetic pole, and; en cada una de las posiciones, hace que el accesorio de magnetización (66) genere un campo magnético externo efectivo para producir uno de la pluralidad de dominios magnéticos (94, 96), magnetizando de ese modo individualmente la pluralidad de dominios magnéticos;at each of the positions, causes the magnetizing accessory (66) to generate an external magnetic field effective to produce one of the plurality of magnetic domains (94, 96), thereby individually magnetizing the plurality of magnetic domains; en el que el posicionamiento del accesorio de magnetización en la pluralidad de posiciones relativas al polo magnético comprende:wherein the positioning of the magnetizing accessory in the plurality of positions relative to the magnetic pole comprises: mover el accesorio de magnetización en una sola dirección a lo largo de una trayectoria lineal que conecta la pluralidad de posiciones.moving the magnetizing accessory in a single direction along a linear path connecting the plurality of positions. 2. El método de la reivindicación 1, en el que la magnetización individual de la pluralidad de dominios magnéticos en el material magnético permanente (54) de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos comprende: magnetizar los dominios magnéticos en un primer número de la pluralidad de polos magnéticos (44) con un primer vector de polarización; yThe method of claim 1, wherein the individual magnetization of the plurality of magnetic domains in the permanent magnetic material (54) of each of the plurality of magnetic poles comprises: magnetizing the magnetic domains in a first number of the plurality of magnetic poles (44) with a first polarization vector; Y magnetizar los dominios magnéticos (94, 96) en un segundo número de la pluralidad de polos magnéticos (44) con un segundo vector de polarización que difiere del primer vector de polarización.magnetizing the magnetic domains (94, 96) in a second number of the plurality of magnetic poles (44) with a second polarization vector that differs from the first polarization vector. 3. El método de la reivindicación 1, en el que colocar el accesorio de magnetización (66) en la pluralidad de posiciones con respecto al polo magnético (44) comprende:The method of claim 1, wherein placing the magnetizing accessory (66) in the plurality of positions with respect to the magnetic pole (44) comprises: mover el accesorio de magnetización (66) en una pluralidad de direcciones a lo largo de una trayectoria de múltiples ejes que conecta la pluralidad de posiciones.moving the magnetizing accessory (66) in a plurality of directions along a multi-axis path connecting the plurality of positions. 4. El método de la reivindicación 1, en el que hacer que el accesorio de magnetización (66) genere el campo magnético externo efectivo para producir uno de la pluralidad de dominios magnéticos (94, 96) comprende:The method of claim 1, wherein causing the magnetizing accessory (66) to generate the external magnetic field effective to produce one of the plurality of magnetic domains (94, 96) comprises: pasar un pulso de corriente a través de una bobina del accesorio magnético para producir el campo magnético externo.passing a pulse of current through a coil of the magnetic accessory to produce the external magnetic field. 5. El método de la reivindicación 1, en el que la alineación en serie de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos con el accesorio de magnetización (66) comprende:The method of claim 1, wherein the series alignment of each of the plurality of magnetic poles with the magnetizing accessory (66) comprises: girar el conjunto de rotor (30) alrededor de un eje longitudinal (49) para alinear en serie cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44) con el accesorio de magnetización (66).rotating the rotor assembly (30) about a longitudinal axis (49) to align each of the plurality of magnetic poles (44) in series with the magnetizing fixture (66). 6. El método de la reivindicación 1, en el que colocar el accesorio de magnetización (66) en la pluralidad de posiciones con respecto al polo magnético (44) comprende:The method of claim 1, wherein placing the magnetizing accessory (66) in the plurality of positions with respect to the magnetic pole (44) comprises: mover el accesorio de magnetización (66) en una dirección hacia el polo magnético (44) o en una dirección alejada del polo magnético (44),move the magnetization accessory (66) in a direction towards the magnetic pole (44) or in a direction away from the magnetic pole (44), con lo que la dirección del movimiento hacia el polo magnético (44) reduce la separación entre el accesorio de magnetización (66) y el polo magnético (44), y la dirección del movimiento lejos del polo magnético (44) aumenta la separación entre el accesorio de magnetización (66) y el polo magnético (44).whereby the direction of movement towards the magnetic pole (44) reduces the separation between the magnetization accessory (66) and the magnetic pole (44), and the direction of movement away from the magnetic pole (44) increases the separation between the magnetization accessory (66) and the magnetic pole (44). 7. El método de la reivindicación 1, en el que la magnetización individual de la pluralidad de dominios magnéticos en el material magnético permanente (54) de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos (44) comprende: alinear en serie cada uno de la pluralidad de polos magnéticos con respecto a una pluralidad de dispositivos de magnetización (66); yThe method of claim 1, wherein the individual magnetization of the plurality of magnetic domains in the permanent magnetic material (54) of each of the plurality of magnetic poles (44) comprises: aligning each of the plurality of magnetic poles with respect to a plurality of magnetizing devices (66); Y cuando cada polo magnético (44) respectivo está alineado con los dispositivos de magnetización (66), hacer que los dispositivos de magnetización generen campos magnéticos externos respectivos efectivos para producir al menos dos de la pluralidad de dominios magnéticos (94,96).When each respective magnetic pole (44) is aligned with the magnetizing devices (66), causing the magnetizing devices to generate respective external magnetic fields effective to produce at least two of the plurality of magnetic domains (94,96). 8. El método de la reivindicación 7, en el que los al menos dos dominios magnéticos (94, 96) se generan con los dispositivos de magnetización (66) ubicados en una primera posición con respecto a cada polo magnético (44) respectivo, y magnetizan individualmente la pluralidad de dominios magnéticos (94, 96) en el material magnético permanente (54) de cada uno de la pluralidad de polos magnéticos comprende además:The method of claim 7, wherein the at least two magnetic domains (94, 96) are generated with the magnetizing devices (66) located in a first position with respect to each respective magnetic pole (44), and individually magnetize the plurality of magnetic domains (94, 96) in the permanent magnetic material (54) of each of the plurality of magnetic poles further comprising: mover los dispositivos de magnetización (66) a una segunda posición con respecto a cada polo magnético (44) respectivo; ymoving the magnetizing devices (66) to a second position with respect to each respective magnetic pole (44); Y hacer que los dispositivos de magnetización (66) generen campos magnéticos externos respectivos efectivos para producir al menos dos más de la pluralidad de dominios magnéticos (94, 96). causing the magnetization devices (66) to generate respective external magnetic fields effective to produce at least two more of the plurality of magnetic domains (94, 96). 9. El método de la reivindicación 8, en el que el conjunto de rotor incluye un eje longitudinal (49), estando el conjunto del rotor configurado para girar alrededor del eje longitudinal (49), y los dispositivos de magnetización (66) se mueven a lo largo de una trayectoria lineal en una dirección alineada con el eje longitudinal (49) desde la primera posición a la segunda posición.The method of claim 8, wherein the rotor assembly includes a longitudinal axis (49), the rotor assembly being configured to rotate about the longitudinal axis (49), and the magnetizing devices (66) move along a linear path in a direction aligned with the longitudinal axis (49) from the first position to the second position. 10. Un aparato que comprende:10. An apparatus comprising: un conjunto de estator (28);a stator assembly (28); un conjunto de rotor (30) que incluye un polo magnético (44) compuesto de un material magnético permanente (54), teniendo el conjunto de rotor (30) un eje longitudinal (49) y el conjunto de rotor (28) es giratorio con respecto al conjunto de estator (30) alrededor de un eje longitudinal (49);a rotor assembly (30) including a magnetic pole (44) composed of a permanent magnetic material (54), the rotor assembly (30) having a longitudinal axis (49) and the rotor assembly (28) is rotatable with relative to the stator assembly (30) about a longitudinal axis (49); un primer accesorio de magnetización (66) configurado para generar un campo magnético externo para magnetizar el material magnético permanente (54) en el polo magnético (44); ya first magnetization accessory (66) configured to generate an external magnetic field to magnetize the permanent magnetic material (54) at the magnetic pole (44); Y un posicionador (70) configurado para colocar el primer accesorio de magnetización (66) en una pluralidad de posiciones con respecto al polo magnético (44),a positioner (70) configured to position the first magnetizing accessory (66) in a plurality of positions with respect to the magnetic pole (44), caracterizado por que el posicionador (70) incluye una porción móvil (69) configurada para soportar el primer accesorio de magnetización (66) y configurada para mover el primer accesorio de magnetización (66) en una dirección alineada paralela al eje longitudinal (49) con respecto a cada una de la pluralidad de posiciones,characterized in that the positioner (70) includes a movable portion (69) configured to support the first magnetization accessory (66) and configured to move the first magnetization accessory (66) in an aligned direction parallel to the longitudinal axis (49) with with respect to each of the plurality of positions, un sistema de control de movimiento (79) configurado para hacer que el posicionador (70) coloque el primer accesorio de magnetización (66) en la pluralidad de posiciones.a motion control system (79) configured to cause the positioner (70) to position the first magnetizing accessory (66) in the plurality of positions. 11. El aparato de la reivindicación 10, en el que el primer accesorio de magnetización (66) está dimensionado de tal manera que el campo magnético externo magnetiza un dominio magnético (94, 96) en el material magnético permanente (54) en el polo magnético que es la mitad o menos de las dimensiones exteriores del polo magnético (44).The apparatus of claim 10, wherein the first magnetizing accessory (66) is dimensioned such that the external magnetic field magnetizes a magnetic domain (94, 96) in the permanent magnetic material (54) at the pole. that is half or less of the outer dimensions of the magnetic pole (44). 12. El aparato de la reivindicación 10, en el que el sistema de control de movimiento (79) incluye un accionador (80) conectado operativamente con la porción móvil (69) del posicionador (70), un accionamiento configurado para hacer funcionar el accionador (80) y un controlador de movimiento (84) configurado para suministrar señales de control al accionamiento para hacer que el accionador (80) mueva la porción móvil (69) del posicionador (70) y el primer accesorio de magnetización (66) en la dirección a cada una de la pluralidad de posiciones.The apparatus of claim 10, wherein the motion control system (79) includes an actuator (80) operatively connected to the movable portion (69) of the positioner (70), a actuator configured to operate the actuator (80) and a motion controller (84) configured to supply control signals to the drive to cause the actuator (80) to move the movable portion (69) of the positioner (70) and the first magnetizing fixture (66) in the direction to each of the plurality of positions. 13. El aparato de la reivindicación 12, en el que el sistema de control de movimiento (79) incluye una pluralidad de accionadores (80) conectados operativamente con la porción móvil (69) del posicionador (70), una pluralidad de accionamientos cada uno configurado para operar uno de los accionadores (80), y un controlador de movimiento (84) configurado para suministrar señales de control a los accionamientos para hacer que cada uno de los accionadores (80) mueva la porción móvil del posicionador (70) y el primer accesorio de magnetización (66) en una primera dirección y una segunda dirección a la pluralidad de posiciones.The apparatus of claim 12, wherein the motion control system (79) includes a plurality of actuators (80) operatively connected to the movable portion (69) of the positioner (70), a plurality of actuators each configured to operate one of the actuators (80), and a motion controller (84) configured to supply control signals to the actuators to cause each of the actuators (80) to move the movable portion of the positioner (70) and the first magnetizing accessory (66) in a first direction and a second direction to the plurality of positions. 14. El aparato de la reivindicación 10, en el que el conjunto de rotor (30) y el conjunto de estator (28) tienen una disposición concéntrica alrededor del eje longitudinal (49), y el posicionador (70) está configurado para mover el primer accesorio de magnetización (66) en una dirección radial con relación al eje longitudinal (49). The apparatus of claim 10, wherein the rotor assembly (30) and stator assembly (28) have a concentric arrangement about the longitudinal axis (49), and the positioner (70) is configured to move the first magnetizing accessory (66) in a radial direction relative to the longitudinal axis (49).