Transformador giratorio inductivo para la transmisión sin contacto de energía eléctrica entre una parte estacionaria y una giratoria,

que comprende un generador de potencia (11) para generar una tensión alterna o una corriente alterna, un transformador de potencia inductivo que comprende un lado primario (12) y un lado secundario (21), alimentándose el lado primario mediante el generador de potencia (11) y sirviendo el lado secundario (21) para alimentar una carga (22), estando previsto un dispositivo de medición (15), que determina al menos un parámetro eléctrico, tal como una tensión, una corriente, un ángulo de fase de la energía eléctrica alimentada por el generador de potencia (11) en el lado primario (12) del transformador de potencia, y caracterizado porque se prevé una unidad funcional (17) que con la ayuda del al menos un parámetro eléctrico controla al generador de potencia (11) de manera que se mantiene aproximadamente constante al menos un parámetro eléctrico adicional en la carga (22), tal como una tensión, una corriente, un ángulo de fase, presentando la unidad funcional (17) un modelo para simular la función de transmisión, es decir la relación entre el o los parámetros eléctricos en la carga (23) y el o los parámetros eléctricos en el lado primario (12)

Campo técnico

La invención de refiere a un transformador giratorio inductivo, para la transmisión de potencia eléctrica entre dos unidades giratorias una respecto a la otra, especialmente para su utilización en tomografías computarizadas.

Estado de la técnica

Los transformadores giratorios inductivos, sin contacto son un sustituto ventajoso de los conocidos anillos colectores mecánicos para transmitir energía eléctrica. Con la técnica de transmisión inductiva tiene lugar el acoplamiento entre unidades giratorias sin contacto mediante campos magnéticos. Esto tiene la ventaja con respecto a los anillos colectores mecánicos de que se minimiza el momento de torsión, el desgaste y por consiguiente también los gastos de mantenimiento. Además no se contamina el entorno de los transformadores giratorios mediante polvo de carbón.

Tales transformadores giratorios inductivos presentan en cada una de las unidades giratorias al menos una bobina. Además puede preverse tanto en el rotor como en el estator o también en ambas partes un núcleo de hierro o núcleo de ferrita para controlar el campo magnético. Una señal alterna se alimenta en una bobina de una de las partes y se toma en otra bobina de la otra parte y se suministra a una carga. Un transformador giratorio de este tipo se da a conocer por ejemplo en el documento DE 29580172 U1.

En caso de un anillo colector acoplado de manera galvánica puede alimentarse de manera fácil por ejemplo una tensión constante de una fuente de tensión en el anillo colector y puede tomarse en el otro lado por la carga. Debido a la conexión galvánica de bajo ohmiaje mediante el anillo colector, la tensión de salida corresponde a la tensión de entrada hasta desviaciones reducidas. Mediante la resistencia reducida del anillo colector resulta una caída de tensión insignificante y en la mayoría de los casos despreciable dependiendo de la corriente de carga.

En caso de transformadores giratorios acoplados inductivos, se encuentra en el circuito equivalente del transformador de la disposición una inductancia de dispersión como inductancia en serie entre el lado de entrada y el lado de carga. Esta inductancia de dispersión depende de la propia inductancia del transformador y especialmente del factor de acoplamiento. Precisamente en caso de transformadores giratorios inductivos con grandes dimensiones puede realizarse a menudo sólo un factor de acoplamiento reducido que varía además con frecuencia aún con la posición relativa de las unidades giratorias una respecto a la otra. De ese modo disminuye el factor de acoplamiento por ejemplo con espacio de aire creciente entre los núcleos de hierro giratorios uno respecto al otro. La inductancia de dispersión aumenta entonces de manera correspondiente. Para poder transmitir ahora una potencia superior a través de los transformadores giratorios a pesar de esta inductancia de dispersión, se utiliza la inductancia de dispersión como una inductancia discreta en conmutaciones adecuadas. Serían aplicaciones por ejemplo como inductancia de dispersión o también como inductancia de resonancia. En el caso de una inductancia de resonancia, la inductancia puede agregarse por ejemplo con una capacitancia en serie a un circuito de resonancia en serie o con una capacitancia en paralelo a un circuito de resonancia en paralelo. Lógicamente, pueden realizarse también estructuras de filtro más complejas. Un transformador giratorio de este tipo con circuitos de resonancia se da a conocer por ejemplo en el documento EP 0 953 225 A. Es problemático en caso de conmutaciones de este tipo que siempre se requiere un dispositivo de medición en el lado de salida del transformador giratorio. De ese modo, en las conmutaciones conocidas en la mayoría de los casos con una inductancia en serie varía al menos uno, en la mayoría de los casos también varios de los parámetros de salida, tales como corriente, tensión o potencia con una modificación de la impedancia de carga. Mientras que en caso de un anillo colector en contacto se alimenta preferiblemente la carga con una tensión constante, que puede transmitirse sin problemas a través del anillo colector y es ampliamente independiente de la carga, en caso de un transformador giratorio sin contacto típico con una inductancia en serie se modifica la tensión de salida, la corriente de salida y de manera correspondiente también la potencia emitida con una modificación de la impedancia de carga. Además se modifica la inductancia en serie mediante tolerancias mecánicas durante el movimiento de las partes una respecto a la otra. Para lograr en este caso un suministro uniforme del lado de salida y para impedir una destrucción de los componentes incorporados, es necesario regular al menos uno de los parámetros eléctricos en el lado de salida. En caso de potencias pequeñas puede utilizarse un aparato regulador separado, tal como un regulador de tensión que está formado por ejemplo como aparato regulador en serie o también como aparato regulador de conmutación. En caso de potencias mayores, debe colocarse en el lado de salida al menos un sensor para determinar uno de estos parámetros eléctricos.

Este sensor determina el parámetro y lo señaliza en la fuente de señales alternas en el lado de entrada. Mediante un amplificador de regulación puede regularse ahora en el lado de entrada un parámetro eléctrico, tal como por ejemplo la corriente, la tensión o también la frecuencia de modo que se garantiza un suministro, por ejemplo con tensión constante. En caso de fuentes de alimentación conmutadas convencionales se conoce una técnica de este tipo y se utiliza también regularmente. En caso de transformadores giratorios existe el problema de que debe transmitirse la información del sensor desde el lado de salida hasta el lado de entrada, o sea entre dos unidades giratorias una respecto a la otra. Esto requiere un transformador giratorio adicional en dirección contraria de la transmisión como el transformador de potencia inductivo. Una solución del problema se da a conocer por ejemplo en el documento DE 29580172 U1 como elemento de acoplamiento capacitivo. Sin embargo a menudo no está a disposición ningún espacio constructivo mecánico para un elemento de acoplamiento capacitivo de este tipo, o se requiere un elemento de acoplamiento de este tipo para la transmisión de datos de otros datos, tales como por ejemplo en los datos de medición y por consiguiente no puede utilizarse para la regulación.

Los problemas representados en este caso aumentan con la dimensión creciente del transformador giratorio. De ese modo pueden utilizarse, en caso de unidades compactas con diámetros de pocos centímetros, soportes aún precisos con tolerancias inferiores a 0,1 mm. Con ello puede realizarse por ejemplo un espacio de aire preciso con 0,2 mm y una variación en el intervalo de desde 0,2 mm hasta 0,3 mm. En caso de unidades grandes con diámetros superiores a un metro tales como las que se utilizan por ejemplo en tomografías computarizadas, las tolerancias se encuentran ya en el intervalo de algunos milímetros, parcialmente superiores a 5 mm. De ese modo, en un caso de este tipo se variaría el espacio de aire entre 1 mm y 6 mm de manera dependiente de la posición y del estado de funcionamiento. Esto conduce a una inductancia de dispersión esencialmente superior, que además varía de manera esencialmente fuerte.

En el documento DE 102004051170 A1 se da a conocer un transformador giratorio inductivo para tomografías computarizadas con un transformador giratorio, con el que se hace girar el lado primario con respecto al lado secundario.

En el documento US 2004/0218406 A1 se da a conocer una transmisión de energía eléctrica sin contacto. A este respecto se mide la corriente primaria del transformador para regular la corriente secundaria.

Exposición de la invención

La invención se basa en el objetivo de estructurar un transformador giratorio para la transmisión inductiva sin contacto de potencia eléctrica de manera que ya no se requiere un retroacoplamiento de un sensor en el lado de salida para determinar al menos un parámetro eléctrico a una fuente de corriente alterna en el lado de entrada.

Se proporcionan soluciones según la invención de este objetivo en las reivindicaciones independientes. Los perfeccionamientos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo según la invención comprende un generador de potencia 11 para generar una tensión alterna o una corriente alterna, como alternativa a una corriente continua intermitente. Además se prevé un transformador... [Seguir leyendo]

1. Transformador giratorio inductivo para la transmisión sin contacto de energía eléctrica entre una parte estacionaria y una giratoria, que comprende un generador de potencia (11) para generar una tensión alterna o una corriente alterna, un transformador de potencia inductivo que comprende un lado primario (12) y un lado secundario (21), alimentándose el lado primario mediante el generador de potencia (11) y sirviendo el lado secundario (21) para alimentar una carga (22), estando previsto un dispositivo de medición (15), que determina al menos un parámetro eléctrico, tal como una tensión, una corriente, un ángulo de fase de la energía eléctrica alimentada por el generador de potencia (11) en el lado primario (12) del transformador de potencia, y caracterizado porque se prevé una unidad funcional (17) que con la ayuda del al menos un parámetro eléctrico controla al generador de potencia (11) de manera que se mantiene aproximadamente constante al menos un parámetro eléctrico adicional en la carga (22), tal como una tensión, una corriente, un ángulo de fase, presentando la unidad funcional (17) un modelo para simular la función de transmisión, es decir la relación entre el o los parámetros eléctricos en la carga (23) y el o los parámetros eléctricos en el lado primario (12).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo es una característica o una familia de características que puede ser también multidimensional de manera correspondiente al número de los parámetros de entrada proporcionados por el dispositivo de medición (15) y de los parámetros de salida emitidos en el amplificador de regulación (16).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo simula el comportamiento de la disposición con la suposición de un circuito equivalente simplificado.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo se basa en al menos una característica de transmisión obtenida mediante medición.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo se aproxima al menos a una zona de la función de transmisión como función lineal mediante una línea recta.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo presenta una simulación de la función de transmisión mediante componentes pasivos, análogos.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo se aproxima al menos a una zona de la función de transmisión por medio de una red de resistencia y de diodos.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo se aproxima al menos a una zona de la función de transmisión por medio de un amplificador logarítmico.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo incluye también al menos un parámetro mecánico, tal como la distancia entre la parte (1) giratoria y la parte (2) estacionaria, la dimensión del espacio de aire entre el lado primario (12) del transformador de potencia y el lado secundario (21) del transformador de potencia o de una posición angular entre la parte (1) giratoria y la parte (2) estacionaria.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad funcional presenta un ordenador digital, preferiblemente un procesador de señales digital.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo está depositado en la unidad funcional (17) como modelo matemático y la función de transmisión se calcula con respecto al tiempo de funcionamiento.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo está depositado en una memoria como tabla.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad funcional (17) presenta medios para adquirir por medición o adquirir por aprendizaje los parámetros del modelo.

14. Tomografía computarizada que comprende un transformador giratorio inductivo según una de las reivindicaciones anteriores.