ES2993535T3 - Method for contactless power transmission between a stationary part and a movable part, electrical power supply circuit and contactless connection system including the electrical power supply circuit - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la transmisión de potencia sin contacto entre una parte estacionaria (14) y una parte móvil (15) y circuito de alimentación eléctrica (17) para la puesta en práctica del procedimiento que comprende un transformador acoplado al aire (19) provisto de un circuito resonante primario con una bobina primaria (20) soportada por la parte estacionaria y un circuito resonante secundario con una bobina secundaria (21) enfrentada al circuito resonante primario y soportada por la parte móvil. El circuito resonante primario se alimenta con una tensión eléctrica primaria alterna (V1) que hace circular una corriente eléctrica primaria (I1). La corriente eléctrica primaria (I1) induce a su vez en el circuito resonante secundario una tensión eléctrica secundaria alterna (V2) que hace circular una corriente eléctrica secundaria (I2). Se ajusta una variable eléctrica que influye en la consecución de la condición de resonancia, por ejemplo la frecuencia (F) de la tensión eléctrica primaria, de tal manera que funcione en una condición de resonancia. La distancia (d) entre la parte fija y la parte móvil se determina en función de un valor de dicha variable eléctrica. Un sistema de conexión sin contacto incluye las partes fija y móvil y el circuito de alimentación eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la transmisión de energía sin contacto entre una parte estacionaria y una parte móvil, el circuito de suministro de energía eléctrica y el sistema de conexión sin contacto que incluye el circuito de suministro de energía eléctrica

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para la transmisión de energía sin contacto y un circuito de suministro de energía eléctrica para la transmisión sin contacto de energía eléctrica entre una parte estacionaria y una parte móvil de un sistema de conexión sin contacto.

La presente invención puede aplicarse ventajosamente a un sistema para controlar el mecanizado de una pieza mecánica en una herramienta de máquina, en el que un sistema de conexión sin contacto pone en comunicación una unidad de control y un cabezal de equilibrado montado en un husillo giratorio que soporta (al menos) una rueda de afilado, a la que se referirá explícitamente en la siguiente descripción sin perder generalidad.

La presente invención también puede aplicarse a un sistema de control sin una cabeza de equilibrio y que comprende un sensor de vibración, por ejemplo, un sensor acústico, y/u otros sensores o dispositivos en la parte móvil que necesitan alimentarse.

Antecedentes de la técnica

Como se describió, por ejemplo, en la solicitud de patente núm. EP0690979A1, EP1870198A1 y EP3134980A1, un husillo giratorio (móvil) de una máquina herramienta (en particular una máquina de rectificado) que soporta (al menos) una rueda de rectificado y se proporciona con un cabezal de equilibrado alojado en una cavidad axial se conoce. El cabezal de equilibrado incluye al menos una masa de equilibrio excéntrica con respecto al eje de rotación, cuya posición es ajustable y se controla mediante un motor eléctrico.

Generalmente, el cabezal de equilibrado comprende además un sensor de vibración (es decir, un micrófono) para detectar las emisiones acústicas ultrasónicas causadas por el contacto entre la rueda de afilado y la pieza de trabajo o entre la rueda de afilado y una herramienta de desbaste (vestidor). Las señales eléctricas generadas por el sensor de vibración se usan (de manera conocida) para controlar los ciclos de mecanizado.

Existe un sistema de comunicación sin contacto bidireccional que transmite información analógica y digital entre el cabezal de equilibrado montado en el husillo y una unidad de control colocada en una posición fija. En particular, el sistema de comunicación se usa por la unidad de control para enviar señales de control digitales a la cabeza de equilibrado (por ejemplo, para activar/desactivar la lectura del sensor de vibración o para controlar los motores eléctricos que mueven las masas de equilibrado) y se usa en la dirección opuesta por la cabeza de equilibrado para enviar señales de diagnóstico digitales y la lectura analógica del sensor de vibración a la unidad de control.

Un sistema de transmisión de energía sin contacto proporciona el suministro de energía necesario a la cabeza de equilibrio. Generalmente, el sistema de transmisión de energía comprende un transformador acoplado por aire que tiene la bobina primaria dispuesta en un elemento (estator) integral con una parte estacionaria de la máquina, y la bobina secundaria dispuesta en un elemento (rotor) integral con una parte móvil de la máquina, por ejemplo, el husillo giratorio. Entre las dos bobinas del transformador acoplado por aire existe una distancia (normalmente de unos pocos milímetros, por ejemplo entre 1 y 8 mm) que no debe ser ni demasiado pequeña (para evitar el riesgo de que el rotor toque el estator cuando se gira el husillo, por ejemplo debido a la expansión térmica del husillo, y que ambos se dañen), ni demasiado grande (para evitar que el transformador acoplado por aire no pueda transferir suficiente energía eléctrica al rotor debido al espacio de aire demasiado grande). Generalmente, en la etapa de diseño para cada sistema de equilibrio se puede definir un intervalo de distancia entre el estator y el rotor (es decir, la distancia entre las dos bobinas del transformador acoplado por aire) que debe cumplirse para un correcto funcionamiento.

Después de que se ha montado el husillo (típicamente después de un mantenimiento o reparación), la distancia entre el estator y el rotor debe medirse con suficiente precisión para garantizar que esté dentro del intervalo definido en la etapa de diseño. Sin embargo, la medición manual de la distancia entre el estator y el rotor no siempre es fácil de realizar, ya que puede haber recubrimientos de protección que bloquean el acceso con un calibrador manual externo.

Además, durante el funcionamiento de la máquina es útil monitorear y medir cíclicamente y con suficiente precisión la distancia entre el estator y el rotor para garantizar que esté dentro del intervalo definido en la etapa de diseño. De hecho, el rotor y el estator podrían moverse más cerca de la condición establecida en la etapa de instalación debido a la expansión térmica del husillo. O, cuando la rueda de afilado se reemplaza debido al desgaste o la reestructuración para diferentes procesos, el soporte de la rueda podría tener un grosor diferente y provocar un cambio en la distancia entre el rotor y el estator.

Por estas razones, un dispositivo de medición electrónico "sin contacto" (por ejemplo, un dispositivo de medición láser) o uno o más sensores que pueden medir la distancia entre el estator y el rotor pueden instalarse en el estator. Sin embargo, esta instalación da como resultado un aumento en los costos y dimensiones y puede causar problemas en algunas aplicaciones donde el espacio disponible es muy limitado.

Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la transmisión de energía sin contacto entre una parte estacionaria y una parte móvil, por ejemplo, una parte giratoria, un circuito de suministro de energía eléctrica que permita monitorear fácilmente la distancia entre dicha parte estacionaria y una partes móviles, y un sistema de conexión sin contacto que incluya dicho circuito, el procedimiento y el circuito que permitan determinar la distancia con suficiente precisión y sin aumentos significativos en el costo y el espacio.

La presente invención proporciona un procedimiento para la transmisión de energía sin contacto, un circuito de suministro de energía eléctrica y un sistema de conexión sin contacto que incluye tal circuito, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Las reivindicaciones describen modalidades de la presente invención y forman parte integral de la presente descripción.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describe con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran ejemplos no limitantes de la modalidad, en los que:

- La Figura 1 muestra esquemáticamente una máquina herramienta que comprende un bastidor, un husillo giratorio, que soporta una rueda de afilado y está equipado con un cabezal de equilibrado, y un sistema de conexión sin contacto;

- La Figura 2 muestra esquemáticamente un circuito de suministro de energía eléctrica de acuerdo con la invención que es parte del sistema de conexión sin contacto que se muestra en la Figura 1;

- La Figura 3 muestra esquemáticamente un circuito eléctrico equivalente referido al lado primario correspondiente al circuito de suministro de energía eléctrica mostrado en la Figura 2;

- La Figura 4 es un diagrama esquemático de un transformador acoplado por aire del circuito de suministro de energía eléctrica de la Figura 2;

- La Figura 5 es un gráfico que muestra cómo la inductancia referida al lado primario en el circuito de suministro de energía eléctrica de la Figura 2 varía como una distancia entre un rotor y un estator de un sistema de conexión; y - La Figura 6 es un gráfico que muestra cómo la frecuencia de resonancia en el circuito de suministro de energía eléctrica de la Figura 2 varía a medida que la distancia entre un rotor y un estator de un sistema de conexión varía.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

En la Figura 1, el número de referencia 1 indica como una toda una herramienta de máquina (en particular una máquina de rectificado), de la cual solo se muestran algunos componentes.

La herramienta de máquina 1 comprende un bastidor 2 que soporta de manera giratoria (por medio de cojinetes dispuestos entre ellos) un husillo giratorio 3 que gira alrededor de un eje de rotación 4.

El husillo 3 soporta una rueda de afilado 5 por medio de un correspondiente eje de la rueda de afilado que se fija al husillo 3 de manera desmontable mediante el uso de medios conocidos y no ilustrados y que comprende, por ejemplo, un acoplamiento cónico. El husillo 3 tiene en el centro una abertura axial 6. Un cabezal de equilibrado 7 se conecta al husillo 3 y puede girar con él, más específicamente el cabezal de equilibrado 7 se aloja en la abertura axial 6. El cabezal de equilibrado 7, de un tipo conocido, comprende dos masas de equilibrado 8 que son excéntricas con respecto al eje de rotación 4, y motores eléctricos relativos 9 para ajustar la posición angular de las masas de equilibrado 8. En el cabezal de equilibrado 7 también se aloja un sensor acústico l0, o sensor de vibración.

Típicamente, la función de la cabeza de equilibrio 7 es equilibrar la rueda de molienda 5 (esta operación se lleva a cabo siempre que la rueda de molienda 5 se reemplaza y cuando es necesario como resultado del desgaste de la rueda de molienda 5), mientras que el sensor acústico 10 alojado en la cabeza de equilibrio 7 permite realizar un monitoreo del proceso.

El cabezal de equilibrado 7 comprende un dispositivo de control 11 que controla el funcionamiento del cabezal de equilibrado 7 y del sensor acústico 10.

Se proporciona un sistema de conexión sin contacto 12 que tiene una doble función: suministra energía eléctrica a un cabezal de equilibrado 7 y permite una comunicación bidireccional para transmitir información analógica y digital entre el sistema de control 11 del cabezal de equilibrado 7 montado en el husillo 3 y una unidad de control 13 conectada al bastidor 2 de la herramienta de máquina 1 y dispuesta entre el sistema de conexión sin contacto 12 y el control numérico de la herramienta de máquina 1 (no se muestra en la figura).

El sistema de conexión sin contacto 12 comprende una parte estacionaria 14, o estator, montada en el bastidor 2 de la herramienta de máquina 1 que se conecta por medio de un cable a la unidad de control 13 y una parte móvil, preferentemente una parte giratoria 15, o rotor montado en el husillo 3 que se conecta al cabezal de equilibrado 7 por medio de, por ejemplo, un cable eléctrico enrollado 16 que corre a lo largo de la abertura axial 6. Además, el sistema de conexión sin contacto 12 comprende un circuito de suministro de energía eléctrica 17 (que se dispone parcialmente en el estator 14 y se dispone parcialmente en el rotor 15) que transmite energía eléctrica a un cabezal de equilibrado 7 y un dispositivo de comunicación 18 (que se dispone parcialmente en el estator 14 y se dispone parcialmente en el rotor 15) preferentemente del tipo óptico (por ejemplo de acuerdo con una de las alternativas descritas en la patente núm. US5688160A).

El dispositivo de comunicación 18 se usa por la unidad de control 13 para enviar señales de control (por ejemplo, para activar/desactivar la lectura del sensor acústico 10 o para controlar los motores eléctricos 9 que desplazan las masas de equilibrado 8 de la cabeza de equilibrado 7) al dispositivo de control 11 de la cabeza de equilibrado 7, y se usa en la dirección opuesta por el dispositivo de control 11 de la cabeza de equilibrado 7 para transmitir a la unidad de control 13 señales de diagnóstico y/o señales proporcionadas por el sensor acústico 10 y relacionadas con vibraciones a las que se somete el husillo.

Como se muestra en la figura 2, el circuito de suministro de energía eléctrica 17 comprende un transformador acoplado por aire 19 (que se muestra en más detalle en la Figura 4) que tiene una bobina primaria 20 con inductancia L1 que se dispone en el estator 14 y una bobina secundaria 21 con inductancia L2 que se dispone en el rotor 15 y se acopla magnéticamente a la bobina primaria 20 (es decir, el campo magnético generado por la bobina primaria 20 se enlaza a la bobina secundaria 21). Entre las dos bobinas 20 y 21 existe una distancia d (normalmente de unos pocos milímetros, por ejemplo entre 1 y 8 mm) que no debe ser ni demasiado pequeña (para evitar el riesgo de que el rotor 15 toque el estator 14 cuando se gira el husillo 3, por ejemplo debido a la expansión térmica del husillo, y que ambos se dañen), ni demasiado grande (para evitar que el transformador acoplado por aire 19 no pueda transferir suficiente energía eléctrica al rotor 15 debido al espacio de aire demasiado grande).

Un circuito resonante primario incluye la bobina primaria 20 y un primer condensador con capacitancia C1, que se conectan en serie. De manera similar, un circuito resonante secundario incluye la bobina secundaria 21 y un segundo condensador con capacitancia C2, que se conectan en serie. Circuito resonante significa un circuito que se adapta para funcionar en condiciones de resonancia. En particular, los circuitos resonantes primario y secundario son circuitos resonantes en serie.

Alternativamente, es posible usar circuitos resonantes de diferentes tipos, por ejemplo, circuitos resonantes paralelos o una combinación de circuitos resonantes en serie y en paralelo.

El circuito de suministro de energía eléctrica 17 comprende además un inversor 22 que recibe energía eléctrica de corriente continua de un dispositivo de suministro de energía 23 y aplica a un circuito resonante primario una tensión eléctrica alterna primaria V1 que tiene una frecuencia variable F y provoca la circulación de una corriente eléctrica primaria I1.

La corriente eléctrica I1 que circula en el circuito resonante primario induce en el circuito resonante secundario una tensión eléctrica alterna secundaria V2 que tiene la misma frecuencia variable F que la tensión eléctrica primaria V1 y provoca la circulación de una corriente alterna eléctrica secundaria I2.

De acuerdo con una modalidad preferida, el circuito de suministro de energía eléctrica 17 comprende un rectificador de diodo 24 que transforma la tensión eléctrica alterna secundaria V2 y la corriente eléctrica alterna secundaria I2 en una tensión directa correspondiente V<salida>y en una corriente continua correspondiente I<salida>. El rectificador 24 suministra un convertidor de energía electrónico CC/CC 25 al que se conecta el cabezal de equilibrado 7 (a través del cable eléctrico 16).

Preferentemente, un condensador con capacitancia de estabilización C<salida>se conecta en paralelo al rectificador 24 para estabilizar la tensión V<salida>(es decir, reducir la ondulación de la V<salida>). Alternativamente, la función realizada por el condensador con capacitancia C<salida>puede integrarse en el rectificador 24.

Un dispositivo sensor 26 se conecta al circuito resonante primario y detecta un desplazamiento de fase A9 entre la tensión eléctrica primaria V1 y la corriente eléctrica primaria I1. Preferentemente, el dispositivo sensor 26 se conecta a sí mismo a un dispositivo de acondicionamiento de señal, representado en la Figura 2 de manera muy esquemática por la caja 28.

Finalmente, el circuito de suministro de energía eléctrica 17 comprende un controlador 27 que recibe el desplazamiento de fase A^ entre la tensión eléctrica primaria Vi y la corriente eléctrica primaria I1 como entrada, y controla el inversor 22 de tal manera que ajusta la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria Vi (por lo tanto, de la corriente eléctrica primaria I1) en dependencia del desplazamiento de fase A^ entre la tensión eléctrica primaria V1 y la corriente eléctrica primaria Ii.

En funcionamiento, el controlador 27 varía la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria Vi (por lo tanto de la corriente eléctrica primaria Ii) de manera que se cancele el desplazamiento de fase A^ entre la tensión eléctrica primaria Vi y la corriente eléctrica primaria Ii , es decir de tal manera que opere en condición de resonancia (en la que la impedancia capacitiva es igual a la impedancia inductiva y por lo tanto la tensión eléctrica primaria Vi está perfectamente en fase con la corriente eléctrica primaria Ii). El valor de la frecuencia F a la cual se produce la condición de resonancia se denomina frecuencia de resonancia F<r>.

Debe tenerse en cuenta que el controlador 27 ajusta la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria Vi para seguir la condición de resonancia (es decir, para identificar la frecuencia de resonancia F<r>que cancela el desplazamiento de fase A^ entre la tensión eléctrica primaria Vi y la corriente eléctrica primaria Ii) de manera esencialmente continua (es decir, siempre, dinámicamente). Cuando la distancia d entre el estator i4 y el rotor i5 debe medirse o monitorearse, esta distancia se obtiene a partir de la frecuencia establecida para mantener la condición de resonancia, es decir, a partir de la frecuencia de resonancia F<r>.

La Figura 3 muestra esquemáticamente un circuito eléctrico equivalente referido al lado primario correspondiente al circuito de suministro de energía eléctrica i7 de la Figura 2. Tal circuito comprende el inversor 22 que genera la tensión eléctrica primaria Vi, una resistencia eléctrica Ri (correspondiente a la resistencia eléctrica parasitaria del inversor 22 y de la bobina primaria 20), la capacitancia Ci, la inductancia Li de la bobina primaria 20, y la impedancia Z2 correspondiente a la bobina secundaria 2 i y a todo lo que se conecta a la bobina secundaria 2i referido al lado primario.

Suponiendo que:

L1 = n2 * l_2

C1 = C2 / n2

donde n es la relación de transformación entre las dos bobinas 20 y 2 i y también puede tomar el valor unitario, la impedancia Z2 es igual a:

donde w es la pulsación angular, M es el valor de inductancia mutua entre las dos bobinas y RL es la resistencia de carga.

La condición de resonancia se produce cuando:

Li es la inductancia de la bobina primaria 20 y depende de las características de la bobina primaria 20 (es decir, el número N de vueltas) y del circuito magnético del transformador acoplado por aire 19 (que se muestra esquemáticamente en la Figura 4). Tal circuito magnético tiene una reluctancia magnética total ^ que varía al cambiar la distancia d entre el estator i4 y el rotor i5:

A partir de la representación esquemática del circuito magnético del transformador acoplado por aire que se muestra en la Figura 4, es posible deducir que:

Las permeabilidades magnéticas de los núcleos de ferrita F1 y F2 sobre los que se enrollan las bobinas 20 y 21 son mucho mayores que la permeabilidad magnética del aire, por lo tanto, la reluctancia magnética total ^ depende principalmente de la reluctancia magnética Raire del espacio de aire.

Dado que la reluctancia magnética R<aire>del espacio de aire es proporcional a la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15, es posible deducir que la inductancia L1 de la bobina primaria 20 es inversamente proporcional a la distancia d. A su vez, la frecuencia de resonancia F<r>del circuito primario es proporcional a la raíz cuadrada de la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 (es decir, entre las dos bobinas 20 y 21).

En conclusión, conocer el valor de una variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia, tal como la frecuencia de resonancia F<r>, es posible determinar la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 (es decir, entre las dos bobinas 20 y 21). Por lo tanto, es posible monitorear, y más específicamente medir o determinar, la distancia d entre la parte estacionaria 14 y la parte móvil 15 sin la necesidad de ninguna sonda o dispositivo externo, sino por medio de un sistema de medición que incluye la unidad de procesamiento que detecta un valor de la frecuencia que influye en el logro de la condición de resonancia (es decir, la frecuencia de resonancia F<r>) y determina la distancia d como una función de tal valor de la frecuencia. Más específicamente, el controlador 27 ajusta la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria V1 de tal manera que el circuito primario opera en una condición de resonancia (en la cual la tensión eléctrica primaria V1 está en fase con la corriente eléctrica primaria I1). Una unidad de procesamiento, por ejemplo, la unidad de control 13, detecta un valor tomado por la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria V1, es decir, la frecuencia de resonancia F<r>, y determina la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 en dependencia de tal valor.

La unidad de procesamiento, que recibe la información de la frecuencia resonante F<r>y determina la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15, puede incluirse en la unidad de control 13 como se describió y se muestra en la figura, o puede integrarse en el controlador 27 para facilitar las operaciones de procesamiento llevadas a cabo por la unidad de control 13.

Es posible monitorear, y más específicamente medir o determinar, la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 sin la necesidad de ninguna sonda o dispositivo externo, a partir de una variable eléctrica distinta de la frecuencia, en cualquier caso, una variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia, tal como la inductancia total o la capacitancia total referida al circuito resonante primario.

La inductancia total y la capacitancia total significan la inductancia o capacitancia (en dependencia de cuál cantidad física se considera) referida al circuito resonante primario que se modifica para lograr la condición de resonancia. En particular, los valores de inductancia o capacitancia del circuito resonante primario pueden ajustarse de manera conocida para funcionar en condiciones de resonancia mediante el uso de un circuito adecuado.

La unidad de procesamiento, incluida por ejemplo en la unidad de control 13, determina, cuando opera en una condición de resonancia, la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 como una función de un valor (F<r>) tomado por la frecuencia F o por la inductancia total o por la capacitancia total ambas referidas al circuito resonante primario. En conclusión, conocer la frecuencia resonante F<r>o el valor de otra variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia, tal como la inductancia total o la capacitancia total referida al circuito resonante primario, es posible determinar la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 (es decir, entre las dos bobinas 20 y 21).

De acuerdo con la modalidad preferida, el logro de la condición de resonancia, y la medición de la distancia entre el estator 14 y el rotor 15, se llevan a cabo preferentemente sobre la base de la frecuencia ya que es la solución más ventajosa en términos de simplicidad de aplicación, de la circuitería necesaria y por lo tanto de dimensiones y costos. La capacitancia e inductancia también pueden usarse para lograr la condición de resonancia y por lo tanto para determinar la distancia entre el estator 14 y el rotor 15, incluso si actuar sobre uno de estos variables eléctricos es más complejo cuando el sistema está en operación, y conlleva dimensiones mayores y costos más altos.

También es posible actuar simultáneamente sobre varias variables eléctricas, incluso si esta solución es más compleja.

De acuerdo con una modalidad preferida, se usa una ley experimental (que se muestra, por ejemplo, en las Figuras 5 y 6) que vincula la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 y el valor tomado por la variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia. En otras palabras, expresa la distancia d como una función de la frecuencia F (figura 6) o como una función de la inductancia total L1 (Figura 5) o de la capacitancia total del circuito resonante primario (Figura 5). La ley experimental se obtiene, por ejemplo, de las pruebas apropiadas realizadas anteriormente.

La información de la frecuencia resonante Fr (y/o de las otras variables eléctricas) está en el controlador 27. El controlador 27 puede hacerlo disponible a través de registros que pueden leerse por los circuitos lógicos de la unidad de control 13 de la herramienta de máquina 1, la unidad de control 13 que se ocupa de la señalización correspondiente.

Debido a las tolerancias establecidas para los componentes inductivos y las capacitancias, esta técnica puede requerir una fase de calibración para proporcionar mediciones de distancia absolutas. Sin embargo, esta calibración debe referirse solo al estator 14 con la ventaja de que si el rotor 15 se reemplaza en el sitio no es necesario repetir la calibración. Esto se aplica a los casos en los que el nuevo rotor 15 no tiene valores de inductancia L2 y la capacitancia C2 muy diferentes de los nominalmente esperados.

Una posible limitación de esta técnica se refiere al fenómeno conocido en la literatura como "división de frecuencia" que consiste en una división de frecuencia de resonancia en una condición de sistema "sobreacoplado". La condición de "sobreacoplamiento" se alcanza cuando la resistencia eléctrica de la carga (es decir, la resistencia eléctrica equivalente de la cabeza de equilibrio 7) se vuelve particularmente pequeña mientras que los valores de inductancia mutua son relativamente altos. Para evitar este problema, el controlador 27 se diseña de manera que permanezca bloqueado en el pico de resonancia con una frecuencia menor en caso de división de la frecuencia de resonancia, es decir, cuando funciona en condición de "sobreacoplamiento", para evitar saltos de frecuencia.

Como consecuencia, dado el tipo de control llevado a cabo, si surgiera la condición de "sobreacoplamiento", la frecuencia de resonancia elegida por el sistema sería menor que el valor nominal determinado exclusivamente por los valores de la inductancia L1 y la capacitancia C1.

En general, para minimizar los efectos que el desplazamiento de frecuencia tiene sobre la determinación de la distancia d, es preferible realizar la evaluación en una condición de carga ligera (es decir, una condición de alta resistencia eléctrica de la carga). De hecho, en esta condición, la frecuencia de resonancia depende únicamente de la reluctancia ^ del transformador acoplado por aire 19 como se describió anteriormente. En otras palabras, la medición de la distancia d se lleva a cabo preferentemente cuando el cabezal de equilibrado 7 no está en funcionamiento (es decir, se enciende en estado de espera) y por lo tanto proporciona una carga eléctrica modesta. Si la medición de la distancia d se lleva a cabo en condiciones de carga pesada (es decir, una condición de baja resistencia eléctrica de la carga) y altos valores de inductancia mutua, que pueden obtenerse cuando la distancia d es pequeña, la medición de la distancia d podría subestimarse. Sin embargo, esa sería la situación más segura, cuando la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 es pequeña.

La Figura 5 muestra un diagrama que se ha obtenido experimentalmente y muestra la correlación entre la distancia d y la inductancia total (indicada con AL) referida al circuito resonante primario una vez que se ha alcanzado la condición de resonancia.

La Figura 6 muestra un diagrama que se ha obtenido experimentalmente y muestra la correlación entre la distancia d y la frecuencia F de la tensión eléctrica primaria V1.

La Figura 2 muestra una modalidad preferida del circuito de suministro de energía eléctrica 17. Este circuito puede hacerse de una manera diferente de acuerdo con el tipo de electrónica que se usa, por ejemplo, el dispositivo rectificador 24 y el convertidor 25 pueden omitirse.

En las pruebas experimentales que se han llevado a cabo, el fenómeno de "sobreacoplamiento" rara vez se produce incluso con cargas pesadas. Su presencia comienza a aparecer cuando el rotor y el estator están muy cerca. En este caso, de hecho, la frecuencia medida F disminuyó ligeramente en comparación con la esperada, pero, como se mencionó anteriormente, el error cometido sería estimar una distancia d menor que la real. Esto proporcionaría, por tanto, un resultado más cauteloso para evitar contactos no deseados entre el estator 14 y el rotor 15.

En la modalidad que se muestra en las figuras adjuntas, el procedimiento descrito anteriormente para la transmisión de energía sin contacto se implementa en un sistema de conexión sin contacto 12 que, en una herramienta de máquina 1, conecta una unidad de control 13 a un cabezal de equilibrado 7 de un husillo giratorio 3, el último que soporta (al menos) una rueda de afilado 5. De acuerdo con otras modalidades no mostradas, el procedimiento descrito anteriormente puede implementarse en un sistema de conexión sin contacto montado en un tipo diferente de aplicación.

El procedimiento para la transmisión de energía sin contacto y el circuito de suministro eléctrico se describen e ilustran hasta ahora con referencia a un sistema para controlar el mecanizado de una parte mecánica en una herramienta de máquina que comprende un cabezal de equilibrado. También pueden aplicarse a un sistema de control sin una cabeza de equilibrio y que comprende un sensor de vibración, por ejemplo, un sensor acústico, y/u otros sensores o dispositivos conocidos por sí mismos en una parte móvil/rotativa que necesita alimentarse.

Las modalidades descritas en la presente descripción pueden combinarse entre sí sin apartarse del alcance de protección de la presente invención.

El procedimiento y el circuito descritos anteriormente proporcionan varias ventajas.

En primer lugar, el procedimiento y el circuito descritos anteriormente permiten medir la distancia d con suficiente precisión (es decir, la medición de la distancia d entre el estator 14 y el rotor 15 es suficientemente precisa para los requisitos específicos de este tipo de aplicación). En particular, el procedimiento y el circuito descritos anteriormente son particularmente precisos cuando se requiere una alta precisión, es decir, cuando la distancia d es menor y el riesgo de contactos accidentales y potencialmente destructivos entre el estator 14 y el rotor 15 es mayor.

Además, el procedimiento y el circuito descritos anteriormente no implican un aumento significativo del costo y el espacio, ya que el valor real de la distancia d puede determinarse sin requerir ningún elemento de hardware adicional a los ya presentes y sin implicar el rotor 15 o el protocolo de comunicación usado por el dispositivo de comunicación 18 en la medición.

Además, el procedimiento y el circuito descritos anteriormente son extremadamente flexibles, ya que pueden personalizarse y adaptarse fácilmente a variaciones en las geometrías del rotor 15 y el estator 14 de acuerdo con los requisitos de la aplicación.

Finalmente, gracias al procedimiento y circuito descritos anteriormente, es posible introducir una función de diagnóstico importante sin afectar las dimensiones generales del rotor 15 y el estator 14.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i. El procedimiento para la transmisión de energía sin contacto entre una parte estacionaria (14) y una parte móvil (15), con un circuito de suministro de energía eléctrica (17) que comprende un transformador acoplado por aire (19) proporcionado con un circuito resonante primario con una bobina primaria (20) soportada por la parte estacionaria (14) y un circuito resonante secundario con una bobina secundaria (21) que se orienta hacia el circuito resonante primario y se soporta por la parte móvil (15);

   el procedimiento que comprende las etapas de

   - alimentar el circuito resonante primario con una tensión eléctrica alterna primaria (V1) que haga circular una corriente eléctrica primaria (n), induciendo dicha corriente eléctrica primaria en el circuito resonante secundario una tensión eléctrica alterna secundaria (V2) que haga circular una corriente eléctrica secundaria (I2);

   - ajustar al menos una variable eléctrica que influye en el logro de una condición de resonancia en el que la tensión eléctrica primaria (V1) está en fase con la corriente eléctrica primaria (I1); y - monitorear la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15),

   el procedimiento se caracteriza porque la etapa de monitorear la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15) comprende:

   - detectar un valor de dicha al menos una variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia; y

   - determinar dicha distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15) como una función del valor de dicha al menos una variable eléctrica.
2. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de determinar la distancia (d) incluye usar una ley experimental que vincula la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15) y el valor de la al menos una variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia.
3. 3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha al menos una variable eléctrica es la frecuencia (F) de la tensión eléctrica primaria (V1), la condición de resonancia se logra a una frecuencia de resonancia (F<r>).
4. 4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que:

   - un dispositivo sensor (26) que detecta un desplazamiento de fase (A9) entre la tensión eléctrica primaria (V1) y la corriente eléctrica primaria (I1) se conecta al circuito resonante primario; y

   - se proporciona un controlador (27), recibiendo dicho controlador (27) como entrada el desplazamiento de fase (A9) entre la tensión eléctrica primaria (V1) y la corriente eléctrica primaria (I1) y controlar un inversor (22) para ajustar la frecuencia (F) de la tensión eléctrica primaria (V1) para que funcione en una condición de resonancia en la que la tensión eléctrica primaria (V1) está en fase con la corriente eléctrica primaria (I1).
5. 5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que, en los casos de división de frecuencia de resonancia, la frecuencia (F) de la tensión eléctrica primaria (V1) se ajusta para detectar y seguir un pico de resonancia con una frecuencia menor.
6. 6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha al menos una variable eléctrica es una inductancia total referida al circuito resonante primario.
7. 7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15) se determina cuando una carga eléctrica (7) acoplada al circuito de suministro de energía eléctrica (17) tiene un consumo de energía eléctrica mínimo.
8. 8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para suministrar energía eléctrica a un cabezal de equilibrado (7) que se conecta a un husillo giratorio (3) de una máquina herramienta (1) y gira con él, en el que dicha parte estacionaria (14) y dicha parte móvil (15) se adaptan para montarse en un bastidor (2) de la máquina herramienta (1) y en dicho husillo giratorio (3), respectivamente.
9. 9. Un circuito de suministro de energía eléctrica (17) para la transmisión sin contacto de energía eléctrica entre una parte estacionaria (14) y una parte móvil (15); que comprende

   - un transformador acoplado por aire (19) proporcionado con un circuito resonante primario con una bobina primaria (20) soportada por la parte estacionaria (14) y un circuito resonante secundario con una bobina secundaria (21) que se orienta hacia el circuito resonante primario y se soporta por la parte móvil (15), alimentándose el circuito resonante primario con una tensión eléctrica alterna primaria (V1) que hace circular una corriente eléctrica primaria (h), induciendo dicha corriente eléctrica primaria en el circuito resonante secundario una segunda tensión eléctrica alterna (V2) que hace circular una corriente eléctrica secundaria (I2); y

   - un controlador (27) configurado para ajustar al menos una variable eléctrica que influye en el logro de una condición de resonancia en el que la tensión eléctrica primaria (Vi) está en fase con la corriente eléctrica primaria (I1);

   el circuito de suministro de energía eléctrica se caracteriza porque comprende un sistema de medición para medir la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (l5) con una unidad de procesamiento configurada para detectar un valor de dicha al menos una variable eléctrica que influye en el logro de la condición de resonancia y para determinar la distancia (d) entre la parte estacionaria (14) y la parte móvil (15) como una función del valor de dicha al menos una variable eléctrica.
10. 10. El circuito de suministro de energía eléctrica (17) de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye, además:

    - un dispositivo sensor (26) conectado al circuito resonante primario y adaptado para detectar un desplazamiento de fase (A$) entre la tensión eléctrica primaria (V1) y la corriente eléctrica primaria (I1), y - un inversor (22) que recibe energía eléctrica en corriente continua y aplica al circuito resonante primario la tensión eléctrica alterna primaria (V1),

    dicho controlador (27) se adapta para recibir como entrada el desplazamiento de fase (A9) entre la tensión eléctrica primaria (V1) y la corriente eléctrica primaria (I1) y para controlar el inversor (22) para ajustar la frecuencia (F) de la tensión eléctrica primaria (V1) para que funcione en una condición de resonancia en la que la tensión eléctrica primaria (V1) está en fase con la corriente eléctrica primaria (I1).
11. 11. El circuito de suministro de energía eléctrica (17) de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, que comprende, además:

    - un dispositivo rectificador (24) que convierte la tensión eléctrica alterna secundaria (V2) a una tensión correspondiente (V<salida>), y

    - un convertidor de energía de CC de CC electrónico (25) que en un lado se conecta al dispositivo rectificador (24) y en el otro lado alimenta una carga eléctrica (7).
12. 12. El circuito de suministro de energía eléctrica (17) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el circuito resonante primario comprende un primer condensador conectado en serie a la bobina primaria (20).
13. 13. El circuito de suministro de energía eléctrica (17) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que el circuito resonante secundario comprende un segundo condensador conectado en serie a la bobina secundaria (21).
14. 14. El sistema de conexión sin contacto (12) para una máquina herramienta (1), que incluye el circuito de suministro de energía eléctrica (17) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, y que comprende dicha parte estacionaria (14) y dicha parte móvil (15) que se adaptan para montarse a un bastidor (2) y a un husillo giratorio (3), respectivamente, de la máquina herramienta.
15. 15. El sistema de conexión sin contacto (12) de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además un dispositivo de comunicación (18) entre dicha parte estacionaria (14) y dicha parte móvil (15).