Dispositivo de control para cojinetes magnéticos que presenta un convertidor trifásico, y la utilización de un convertidor trifásico para el control de un cojinete magnético.

Utilización de un convertidor trifásico (70) para el control de un cojinete magnético (66,

68), en donde las tres corrientes de fase (40, 42, 44) del convertidor (70) se utilizan para el control del cojinete magnético (66, 68), en donde el convertidor trifásico (70) comprende un regulador de corriente proporcional para el ajuste de una corriente d y de una corriente q del convertidor (70), en donde una primera amplificación proporcional para la regulación de la corriente d se ajusta para que sea menor en comparación con una segunda amplificación proporcional para la regulación de la corriente q, y en donde la relación de la primera amplificación proporcional con la segunda amplificación proporcional, se encuentra en el rango de 1:2 a 1:4.

Dispositivo de control para cojinetes magnéticos que presenta un convertidor trifásico, y la utilización de un convertidor trifásico para el control de un cojinete magnético.

La presente invención hace referencia a la utilización de un convertidor trifásico para el control de un cojinete

magnético.

Para cojinetes magnéticos controlados de manera activa, se utilizan electroimanes. En este caso, se requiere una premagnetización y un ajuste rápido de la corriente que conforma la fuerza, para la estabilización de la posición.

Para esta clase de cojinetes magnéticos, se conocen esencialmente dos conceptos:

Por una parte, existen cojinetes magnéticos con un devanado de premagnetización, mediante el cual se puede generar un campo magnético básico. Además, existe un devanado de excitación de control mediante el cual se aplica una fuerza deseada sobre el objeto a alojar, mediante una técnica de regulación.

Además, existen cojinetes magnéticos sin devanado de excitación básico, es decir, sin devanados mediante los cuales se pueda regular una premagnetización. La técnica de regulación que se utiliza en este caso, se basa esencialmente en la denominada excitación diferencial.

En el caso de los cojinetes magnéticos conocidos con devanado de excitación básico y devanado de excitación de control por separado, el campo de premagnetización se genera mediante una comente constante, que es generada generalmente por un primer amplificador de potencia. Una intensificación o bien, una atenuación del campo de premagnetización, se realiza mediante una corriente en el devanado de excitación de control, que es generada generalmente por un segundo amplificador de potencia.

Por ejemplo, cuando en una varilla magnética se utiliza un número N de cojinetes magnéticos, la corriente de premagnetización se puede aplicar para los N cojinetes magnéticos mediante el primer amplificador de potencia, por lo tanto en este caso se requieren en total N+1 amplificadores de potencia.

Como se ha mencionado en la introducción, en el caso de los cojinetes magnéticos usuales en el comercio que no presentan devanado de excitación básico, se realiza una excitación diferencial, en donde por cojinete magnético se requieren dos amplificadores de potencia y, de esta manera, en total 2 x N amplificadores de potencia.

En las figuras 1 y 2 se representa una excitación diferencial de un cojinete magnético o bien, un cojinete magnético con un devanado de excitación básico y un devanado de excitación de control.

En este caso, la figura 1 muestra dos amplificadores de potencia 12, 14 mediante los cuales se realiza la excitación diferencial del devanado de excitación de control 1. Para la excitación mencionada se proporciona una corriente de premagnetización ¡o en ambos amplificadores de potencia 12, 14, y en el caso del primer amplificador de potencia 12 se adiciona la corriente de control ix, y en el caso del segundo amplificador de potencia 14 se resta la corriente de control ix de la corriente de premagnetización i.

De esta manera, en la excitación diferencial de acuerdo con la figura 1, la corriente constante io se aplica como una corriente de premagnetización en ambas bobinas del devanado de excitación de control 1. La corriente mencionada es, por ejemplo, de 1 amperios. Dicha corriente fluye de manera uniforme en ambas bobinas, de manera que el flujo magnético de la primera bobina sea igual al flujo magnético de la segunda bobina. Físicamente, la mayoría de las veces ambas bobinas se encuentran dispuestas verticalmente una sobre otra. En el caso que se deba aplicar una fuerza sobre un objeto que se encuentra entre las bobinas, como por ejemplo, un rotor, se debe Incrementar el flujo magnético en una de las bobinas, y se debe reducir en la bobina restante. El Incremento y la reducción se realizan mediante la corriente de control que mediante la adición a la corriente de premagnetización Incrementa el flujo magnético en una bobina, y mediante la sustracción de la corriente de premagnetización, reduce el flujo magnético en la bobina restante. Cuando la corriente de control asciende, por ejemplo, a 2 amperios, la primera bobina conduce una corriente de 12 amperios, mientras que la segunda bobina sólo conduce 8 amperios. De esta manera, el campo magnético en la primera bobina se intensifica notablemente en comparación con el campo magnético de la segunda bobina, y se Incrementa la acción de la fuerza, por ejemplo, hacia la arriba. De esta manera, mediante la corriente de control se pueden ajustar las fuerzas deseadas sobre el objeto a alojar entre las bobinas. De esta manera, el cojinete magnético 1 de la figura 1, en relación con la técnica de regulación, se basa en un incremento controlado de una bobina o bien, de esta manera, una reducción controlada resultante del campo magnético de la bobina restante del devanado de excitación de control 1.

La figura 2 muestra esquemáticamente otro cojinete magnético 3 conocido, conformado como un cojinete magnético con un devanado de excitación básico 16 y un devanado de excitación de control 1.

En comparación con la forma de ejecución de acuerdo con la figura 1, en este caso se requiere de un amplificador de potencia adicional, para generar la corriente de premagnetización para el devanado de excitación básico 16. Sin embargo, los costes en relación con los amplificadores de potencia requeridos, en comparación con la forma de ejecución de la figura 1, son menores en tanto se proporcione una mayor cantidad de cojinetes magnéticos por aplicación, dado que la corriente de premagnetización de todos los cojinetes magnéticos utilizados, se puede generar convencionalmente mediante un único amplificador de potencia.

Hasta el momento, para el funcionamiento de los cojinetes magnéticos conocidos, se requieren amplificadores de potencia especiales y, por lo tanto, costosos, y reguladores correspondientes.

En la declaración de patente DE 1 24 24 883 A1 se revela una alternativa de los amplificadores de potencia de esta clase, en donde los cojinetes magnéticos también se pueden accionar con convertidores estándar con la estructura de los convertidores para máquinas-herramientas.

Sin embargo, en este caso se utilizan sólo dos fases del convertidor para la excitación del cojinete magnético. De esta manera, en el caso de N cojinetes magnéticos con devanados de premagnetización, se requieren N+1 convertidores para la excitación del sistema de cojinetes magnéticos. En el caso que los cojinetes magnéticos mencionados no presenten devanado de premagnetización alguno, se requieren 2 x N convertidores.

Sin embargo, la presente invención hace referencia principalmente a la excitación diferencial de dos bobinas magnéticas por cada grado de libertad del cojinete magnético. De esta manera, en el caso de un cojinete magnético con dos grados de libertad deseados, la presente invención conduce, por ejemplo, a la utilización de dos convertidores trifásicos que excitan respectivamente un par de bobinas magnéticas. En este caso se puede suprimir una premagnetización. Además, la presente invención hace referencia preferentemente a cojinetes axiales y no a cojinetes radiales.

Además del estado del arte mencionado del solicitante, a partir de la patente WO 97/7341 se conoce un dispositivo de cojinetes magnético, radial y activo, en donde se proporcionan tres electroimanes distribuidos, y se requiere una premagnetización.

Cada uno de los tres electroimanes presenta una bobina de control y una bobina de premagnetización. Para el control de los tres electroimanes, se utiliza un regulador trifásico convencional. Se recurre respectivamente a las tres corrientes de fase del regulador trifásico, para el control de uno de los tres electroimanes. Para ello, las tres bobinas de control se encuentran conectadas entre sí en una conexión en estrella o en triángulo, en donde las tres corrientes de fase del regulador trifásico se conducen hacia las bobinas. Las tres bobinas que generan una premagnetización, se encuentran conectadas en serie, y a través de dichas bobinas fluye una corriente en común.

Además, a partir de la patente WO 97 7 341 A se conoce un cojinete magnético axial con dos electroimanes que presentan respectivamente una bobina. El dispositivo de control de ambas bobinas está conformado por un regulador trifásico con tres salidas de corriente de fase para el control del cojinete magnético axial. Las tres corrientes de fase del regulador trifásico se utilizan para el control del cojinete magnético axial, en tanto que una primera bobina magnética se conecta con la primera y la tercera salida de corriente de fase del regulador trifásico, y la segunda bobina magnética... [Seguir leyendo]

1. Utilización de un convertidor trifásico (7) para el control de un cojinete magnético (66, 68), en donde las tres corrientes de fase (4, 42, 44) del convertidor (7) se utilizan para el control del cojinete magnético (66, 68), en donde el convertidor trifásico (7) comprende un regulador de corriente proporcional para el ajuste de una corriente d y de una corriente q del convertidor (7), en donde una primera amplificación proporcional para la regulación de la corriente d se ajusta para que sea menor en comparación con una segunda amplificación proporcional para la regulación de la corriente q, y en donde la relación de la primera amplificación proporcional con la segunda amplificación proporcional, se encuentra en el rango de 1:2 a 1:4.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cojinete magnético (66, 68) presenta un devanado de excitación básico (16) y un devanado de excitación de control (1), y a partir de las tres corrientes de fase (4, 42, 44), mediante la conexión con el devanado de excitación básico (16) y el devanado de excitación de control (1), se genera una corriente de premagnetización y una corriente de control para aplicar sobre el devanado de excitación básico (16) o bien, sobre el devanado de excitación de control (1).

3. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un devanado de excitación de control (1) de una armadura de electroimán superior (66) del cojinete magnético (66, 68), se encuentra conectado con una primera (U) y una tercera (W) salida de corriente de fase del convertidor trifásico (7), y un devanado de excitación de control (1) de una armadura de electroimán inferior (68) del cojinete magnético (66, 68), se encuentra conectado con la primera (U) y una segunda (V) salida de corriente de fase del convertidor trifásico (7).

4. Utilización de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el devanado de excitación básico (16) y el devanado de excitación de control (1) de una armadura de electroimán superior (66) del cojinete magnético (66, 68), se encuentran conectados en serie, y conectados con una primera (U) y una tercera (W) salida de corriente de fase del convertidor trifásico (7), y en donde el devanado de excitación básico (16) y el devanado de excitación de control (1) de una armadura de electroimán inferior (68) del cojinete magnético (66, 68), se encuentran conectados en serie, y conectados con la primera (U) y una segunda (V) salida de corriente de fase del convertidor trifásico (7).

5. Utilización de acuerdo con la reivindicación 2, en donde se encuentran conectados en serie el devanado de excitación básico (16) de una armadura de electroimán superior (66) y el de una armadura de electroimán inferior (68) del cojinete magnético (66, 68), en donde se encuentran conectados en serie el devanado de excitación de control (1) de la armadura de electroimán superior (66) y el de la inferior (68) del cojinete magnético (66, 68), y en donde el devanado de excitación de control (1) presenta un punto de derivación a través del cual se alimenta una corriente que pasa por el devanado de excitación básico (16) de ambas armaduras de electroimán (66, 68), hacia el devanado de excitación de control (1) de ambas armaduras de electroimán (66, 68).

6. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la relación de la primera amplificación proporcional con la segunda amplificación proporcional, es de 1:3.