FR2892780A1 - Dispositif de suspension magnetique a bobinages proteges contre les surchauffes et procede de controle de la temperature de ces bobinages - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de suspension magnétique d'un rotor comprend au moins un palier magnétique actif avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant (25) reliée par des fils de liaison (24) à des circuits (20) d'asservissement de la position du rotor sur une position d'équilibre. Les moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (25) comprennent des moyens (28) de mesure de la tension électrique (U) aux bornes de la bobine statorique d'électro-aimant (25), des moyens (32) d'intégration de la tension mesurée (Um), des moyens (31) de détermination de la valeur du courant statique (I0) parcourant la bobine statorique d'électro-aimant (25) à partir des données fournies par les circuits (20) d'asservissement, des moyens (33 à 36) de détermination de la température (T) de la bobine statorique d'électro-aimant (25) à partir de la valeur intégrée de la tension mesurée, de la valeur déterminée du courant statique (I0), de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Rc) des fils de liaison (24) et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (R0) de la bobine statorique d'électro-aimant (25) à une température (T0) de référence, et des moyens (37) de comparaison de la valeur de température (T) déterminée avec une température maximale admissible (Tmax).
Description
La présente invention a pour objet un dispositif de suspension magnétique
à bobinages protégés contre les surchauffes et un procédé de contrôle de la température de ces bobinages. De façon plus particulière, l'invention concerne un dispositif de suspension magnétique d'un rotor par rapport à un bâti, comprenant au moins un palier magnétique actif avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant reliée par des fils de liaison à des circuits d'asservissement de la position du rotor sur une position d'équilibre, et des moyens de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant.
La protection en température de bobinages est réalisée de façon classique à l'aide de sondes de température qui sont implantées au coeur des bobinages. Une telle disposition présente l'inconvénient de nécessiter l'implantation d'un composant fragile au voisinage immédiat des bobinages, c'est-à-dire souvent à l'intérieur d'une cavité en environnement hostile. Il s'ensuit que le risque de défaillance de ces composants fragiles est important. Par ailleurs, l'insertion de sondes au voisinage des bobinages accroît le nombre de connexions électriques.
A titre d'exemple, dans un palier magnétique actif du type radial, il est courant d'implanter deux sondes de température auprès des bobinages, l'une étant affectée à la surveillance et l'autre étant prévue à titre de redondance passive pour le cas où la première sonde serait défaillante. Ces sondes ne sont pas placées auprès de toutes les bobines d'un même palier, mais le choix de l'emplacement de ces sondes est effectué de telle manière que ces sondes soient placées auprès de la bobine la plus chargée et au point réputé le plus chaud. Ceci impose d'effectuer une étude spécifique du choix de la localisation des sondes pour chaque machine en fonction des caractéristiques de cette machine.
Chacune des sondes de température est reliée à une armoire de contrôle via une paire ou une tierce blindée, ce qui signifie que pour chaque prise de température, il est nécessaire de réaliser 6 à 8 connexions d'instrumentation entre la machine équipée d'une suspension magnétique et une armoire de contrôle. Une machine classique à suspension magnétique comprend normalement deux paliers radiaux et un palier magnétique actif axial comportant deux stators. Un contrôle de température visant à détecter un échauffement excessif des bobinages des paliers implique ainsi de réaliser quatre mesures de température, soit une mesure par palier, avec au total huit sondes de température qui nécessitent entre 24 et 32 contacts d'instrumentation. La mise en oeuvre d'éléments fragiles comme les sondes de température et d'un grand nombre de connexions d'instrumentation conduit à une diminution de la fiabilité totale du système. Par ailleurs, le degré de protection reste limité du fait que seul un point de mesure de température est prévu pour chaque palier. Si une sonde de température active et une sonde de rechange devaient être implantées sur chacune des différentes bobines d'un même palier (par exemple sur chacune des dix bobines d'une machine équipée de deux paliers radiaux et d'un palier axial), il serait nécessaire de mettre en service un très grand nombre de sondes (par exemple 20 sondes dans le cas d'un équipement dont le stator comprend dix bobines) et de disposer d'un nombre très important de contacts d'instrumentation (par exemple de 60 à 80 contacts dans le cas d'un équipement dont le stator comprend dix bobines), ce qui rend le dispositif de protection en température coûteux et complexe sans que la fiabilité soit maximale. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre d'assurer une protection de bobinages d'un palier magnétique actif contre les surchauffes d'une façon simple, peu coûteuse, fiable et efficace sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre des sondes de température fragiles dans l'environnement immédiat des bobinages. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de suspension magnétique d'un rotor par rapport à un bâti, comprenant au moins un palier magnétique actif avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant reliée par des fils de liaison à des circuits d'asservissement de la position du rotor sur une position d'équilibre, et des moyens de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant comprennent des moyens de mesure de la tension électrique aux bornes de ladite bobine statorique d'électro-aimant, des moyens d'intégration de la tension mesurée, des moyens de détermination de la valeur du courant statique parcourant ladite bobine statorique d'électro-aimant à partir des données fournies par lesdits circuits d'asservissement, des moyens de détermination de la température de la bobine statorique d'électro-aimant à partir de la valeur intégrée de la tension mesurée, de la valeur déterminée du courant statique, de la valeur prédéterminée de la résistance électrique des fils de liaison et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique de la bobine statorique d'électro-aimant à une température de référence, et des moyens de comparaison de la valeur de température déterminée avec une température maximale admissible.
Les moyens de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant peuvent être réalisés sous une forme analogique ou sous une forme numérique. Avantageusement, des moyens de contrôle de la température identiques sont prévus pour toutes les bobines statoriques d'électro-20 aimant d'un même palier magnétique actif. Les moyens de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant selon l'invention s'appliquent aussi bien à un palier magnétique actif radial qu'à un palier magnétique actif axial. Le dispositif de suspension magnétique selon l'invention peut 25 notamment comprendre un premier stator de palier magnétique actif radial avec une pluralité de bobines statoriques d'électro-aimants, un deuxième stator de palier magnétique actif radial avec une pluralité de bobines statoriques d'électro-aimants, un premier stator de palier magnétique actif axial avec au moins une bobine statorique d'électro- 30 aimant et un deuxième stator de palier magnétique actif axial avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant, chaque bobine statorique d'électro-aimant étant reliée par des fils de liaison à des circuits d'asservissement de la position du rotor sur une position d'équilibre, et des moyens de contrôle de la température semblables (n'incorporant 35 aucune sonde de température) étant associés à chaque bobine statorique d'électro-aimant.
L'invention concerne également un procédé de contrôle de la température d'une bobine statorique de palier magnétique actif de suspension magnétique d'un rotor par rapport à un bâti, laquelle bobine est reliée par des fils de liaison à des circuits d'asservissement de la position du rotor sur une position d'équilibre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer la tension électrique (U) aux bornes de ladite bobine statorique d'électro-aimant, à intégrer la tension mesurée (Um), à déterminer la valeur du courant statique (Io) parcourant ladite bobine statorique d'électro-aimant à partir de données fournies par les circuits d'asservissement, à déterminer la température (T) de la bobine statorique d'électro-aimant à partir de la valeur intégrée (Ui) de la tension mesurée, de la valeur déterminée du courant statique (Io), de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Rc) des fils de liaison et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Ro) de la bobine statorique d'électro-aimant à une température (To) de référence, et à comparer la valeur de température (T) déterminée avec une température maximale admissible prédéterminée (Tmax). De façon plus particulière, à partir de ladite valeur intégrée (Ui) de la tension mesurée (Um) et de la valeur déterminée (Io) du courant statique, on détermine la résistance interne (R(T)) de la bobine statorique et on en déduit la température (T) de cette bobine statorique à partir de la formule R=R0 * (1+a * (T-To)) + Rc où Ro représente la valeur prédéterminée de la résistance électrique de la bobine statorique d'électro-aimant à une température To de référence, Rc représente la valeur de la résistance électrique des fils de liaison et a représente un coefficient lié au matériau de la bobine statorique et définissant la variation de la résistance interne de la bobine en fonction de la température.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend l'étape consistant à calibrer les mesures lorsque la température est connue avant que les paliers magnétiques actifs ne soient mis sous tension. Par ailleurs, selon une réalisation particulière du procédé, la prise de mesure de tension sur les fils de connexion est effectuée au plus près du bâti de la machine ou à l'intérieur même de celle-ci, de telle sorte que l'on peut s'affranchir de la prise en compte de la résistance des câbles de liaison. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple de machine à suspension magnétique active à laquelle l'invention est applicable, et - la Figure 2 est un schéma synoptique d'un exemple de moyens 10 de contrôle de la température d'une bobine statorique, conformément à l'invention. La Figure 1 montre un exemple de machine rotative à suspension magnétique à laquelle est applicable l'invention. La machine de la Figure 1 représente à titre d'exemple un turbo expandeur qui est destiné à 15 fonctionner dans une zone à atmosphère explosible 19 et qui comprend un dispositif de butée axiale 100 équipé de moyens générateurs de courant conformément à l'invention. Le compresseur comprend principalement un arbre rotatif 2 supporté par des premier et second paliers radiaux magnétiques actifs 5 et 6 qui sont pilotés en courant par 20 un dispositif de contrôle 13 situé dans la zone 19 et qui est de préférence intégré à la structure du compresseur. Le dispositif de contrôle 13 peut être placé soit dans un coffret traité antidéflagrant 14 si la machine est destinée à fonctionner dans une zone 19 à atmosphère explosible, soit dans un coffret ou boîte de jonction classique pour des utilisations dans 25 des environnements non sécurisés. Le dispositif de contrôle 13 est principalement alimenté à partir d'un secteur 16 d'un réseau de distribution électrique dont le point de branchement est situé en dehors de la zone 19. Le dispositif 13 est branché au secteur 16 par un conducteur 15 qui comprend une gaine 30 étanche 17 pour isoler le conducteur 15 de l'atmosphère explosible dans la zone 19. Le dispositif de contrôle 13 alimente alors en énergie électrique les paliers radiaux suivant une intensité de courant proportionnelle à la force de lévitation nécessaire à l'arbre rotatif 2. De façon connue, la position de l'arbre à l'intérieur des paliers radiaux est asservie en 35 permanence par mesure de son déplacement radial et correction en pilotant les paliers en courant. Par mesure de simplification, on n'a pas représenté sur le dessin les capteurs de position qui peuvent être associés aux paliers magnétiques 5, 6. Dans l'exemple décrit, le compresseur ne comprend pas de motorisation électrique intégrée. L'entraînement en rotation de l'arbre est obtenu par circulation d'un fluide sous pression dans un conduit d'entrée 11 qui va lui-même entraîner une première roue 3 avant d'être éjecté dans un conduit de sortie 12. La roue 3 animée par la circulation du fluide sous pression joue le rôle d'une turbine d'entraînement du compresseur. L'arbre ainsi en rotation va entraîner une seconde roue 4 destinée à pomper un fluide de travail circulant entre un conduit d'entrée 10 et un conduit de sortie 9. Ce type de compresseur fonctionne donc par entraînement de la turbine qui peut être effectué à partir d'une réserve de gaz comprimé ou directement par détente d'un gaz lors d'un processus de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du gaz.
Les machines tournantes non motorisées peuvent comprendre d'autres dispositifs d'entraînement de la pompe. A titre d'exemple, une turbine externe à la machine peut être disposée en dehors de la zone à atmosphère explosible tout en étant reliée à la pompe par une liaison flexible.
Des premier et second paliers auxiliaires 7 et 8 sont disposés autour de chaque extrémité de l'arbre 2. Ces paliers passifs ont notamment pour fonction de recevoir l'arbre 2 en cas de défaillance des paliers magnétiques radiaux. Cependant, l'arbre 2 n'est autorisé à venir au contact des paliers auxiliaires qu'en dessous d'une certaine vitesse de rotation pour éviter d'éventuels dommages. Cette vitesse autorisée est par exemple de l'ordre de 1000 tours par minute. Le dispositif de butée axiale 100 comprend classiquement un rotor 101 en forme de disque solidaire de l'arbre 2 et interposé entre deux stators 102 et 104 comprenant chacun respectivement une ou plusieurs bobines annulaires 103 et 105. Ces bobines sont pilotées en courant par un système d'asservissement connu qui détecte un déplacement axial de l'arbre à travers un capteur de position afin d'obtenir une réponse en courant proportionnelle au mouvement axial à corriger. Selon un mode de réalisation particulier, qui n'est pas obligatoire pour la mise en oeuvre de l'invention, un dispositif inducteur 107 de production d'un champ magnétique est disposé dans le disque 101 alors qu'au voisinage de celui-ci se trouve un dispositif induit 106 fixé sur le stator 104 en regard du disque. Lorsque l'arbre rotatif est en fonction, le dispositif inducteur 107 est en rotation au voisinage du dispositif induit 106 fixe créant ainsi une variation de flux magnétique qui va générer un courant électrique d'excitation dans le dispositif induit. Le courant généré dans le bobinage du dispositif induit 106 est transmis au dispositif de contrôle 13 qui comprend un dispositif électronique (non représenté) ayant notamment un convertisseur DC/DC avec une large fourchette d'entrée assurant ainsi l'alimentation électrique de l'électronique de commande des paliers magnétiques actifs 5, 6 avec une tension constante même à basse vitesse. Dans l'exemple particulier de la Figure 1, les paliers magnétiques radiaux 5, 6 sont identiques et disposés de part et d'autre de la butée axiale 100. Ils comprennent chacun une armature annulaire 54, 64 en matériau ferromagnétique montée sur la surface externe du rotor 2, et des électro-aimants de stator fixés au bâti 1 et en regard de l'armature 54, 64. Les électro-aimants de stator sont composés de culasses supportant des bobinages 51, 61. Les paliers magnétiques radiaux 5, 6 peuvent être des paliers à autodétection de position, par exemple du type de ceux décrits dans le brevet FR-B-2716700 de la demanderesse. Ces paliers sont capables de détecter la position radiale du rotor 4 par rapport à l'axe et d'asservir cette position sur une position radiale d'équilibre stable. L'utilisation de tels paliers à autodétection de position permet de réduire le coût de fabrication de la machine en évitant l'emploi de détecteurs de position distincts des paliers. Toutefois, l'invention s'applique de la même manière à des paliers magnétiques radiaux associés à des détecteurs de position distincts des paliers. L'alimentation et la commande électriques des paliers magnétiques 5, 6 et 100 sont assurées par des cartes électroniques 13 situées dans un compartiment antidéflagrant et étanche 14 intégré au bâti 1. Les cartes électroniques 13 sont des cartes de type habituellement utilisées pour l'alimentation et l'asservissement des paliers magnétiques actifs. Une première carte comprend des circuits électroniques de puissance pour alimenter par des fils de liaison 52, 62, 108, 109 les bobinages 51 et 61 des paliers radiaux 5, 6 et les bobinages 103, 105 du palier axial 100 à double stator. Une seconde carte contient des circuits d'asservissement pour commander le positionnement radial du rotor 2 par les paliers radiaux 5, 6 et le positionnement axial du rotor 2 par le palier axial 100.
Les circuits électroniques de commande des paliers magnétiques actifs peuvent aussi être situés dans une armoire de contrôle se situant dans une zone plus éloignée où n'existe aucun risque de déflagration. Dans ce cas, les bobinages des paliers magnétiques sont simplement reliés aux circuits électroniques de commande par des fils de liaison plus longs et il est réellement nécessaire de tenir compte de la résistance Rc de ces fils de liaison lors de la détermination de la température qui sera décrite plus loin. L'invention peut s'appliquer en particulier à des compresseurs, des turbines, des turbo-expandeurs, des turbopompes, de même qu'à des pompes turbomoléculaires, mais également à des broches textiles ou toutes sortes de machines-outils. L'objet de l'invention sera maintenant décrit de façon plus spécifique en relation avec la Figure 2 qui montre une bobine 25 pouvant être une bobine de l'un quelconque des paliers 5, 6 et 100 d'une machine telle que celle de la Figure 1 ou d'une machine destinée à une autre application mais comportant au moins un élément statorique de palier magnétique muni d'une bobine qui doit être protégée contre des élévations trop fortes de température quelle qu'en soit l'origine. La bobine 25 est reliée par des fils de liaison 24, présentant une résistance Rc, à un amplificateur 20 qui peut être avantageusement un amplificateur de puissance du type à commutation. Un tel amplificateur connu comprend un montage en pont avec deux branches comprenant chacune une diode ou autre élément redresseur 21, 22 et deux branches comprenant chacune un interrupteur 23, 29. Ces interrupteurs 23, 29 peuvent être constitués par des transistors de puissance commandés par une fréquence de plusieurs kHz avec un temps d'ouverture et de fermeture qui peut varier de 0 à 100%. Un condensateur tampon 38 est connecté entre les deux points d'alimentation de l'amplificateur sous une tension Ua. Les fils 24 de liaison à la bobine de puissance 25 sont reliés respectivement aux deux autres points de connexion 26, 27 du montage en pont.
Pendant la fermeture des interrupteurs 23, 29, le condensateur 38 se décharge partiellement dans la bobine 25. Au moment de l'ouverture des interrupteurs 23, 29, le courant continue à circuler en passant par les diodes 21, 22 et il recharge le condensateur 38. On peut régler la valeur du courant suivant les rapports des temps d'ouverture et de fermeture des interrupteurs 23, 29. Le courant dans la bobine 25 varie autour d'une valeur moyenne commandée par des circuits d'asservissement classiques associés à l'amplificateur 20 et non représentés sur la Figure 2. L'amplificateur 20 est alimenté par une tension continue Ua qui peut être obtenue par un pont redresseur à partir d'un réseau électrique d'alimentation. Selon la présente invention, on utilise directement la tension U disponible aux bornes des connexions 26, 27 pour effectuer une mesure de la température de la bobine de puissance 25.
La bobine 25 d'un palier magnétique actif 5, 6, 100 est avant tout caractérisée par sa valeur selfique (inductance) L et par sa valeur ohmique (résistance) R. La valeur selfique L varie en fonction du courant I la traversant (effet de saturation des matériaux magnétiques) et de l'entrefer réel du palier (variant en fonction des vibrations de la machine ou de sa position exacte). La valeur ohmique R de la bobine 25 varie uniquement en fonction de sa température T de sorte qu'on peut l'écrire R(T). La tension aux bornes de l'amplificateur du palier magnétique peut donc s'écrire :
U = d(L * I)/dt + (R(T) + Rc)* I. U = a(LI)/ae * ae/at + a(LI)/aI * aI/at + (R(T) + Rc) *I.
La bobine 25 d'un palier magnétique est parcourue par un courant statique qui représente l'image de la force statique appliquée au rotor, nécessaire à la compensation de la gravité et des autres forces statiques qui dépendent de l'application particulière, et par un courant dynamique de pulsation w1 qui est nécessaire à la compensation des forces dynamiques appliquées, et subit les variations d'entrefer dues aux vibrations résiduelles, de pulsation w2. Ces phénomènes, même s'ils sont non sinusoïdaux, peuvent toujours se décrire par la somme de phénomènes sinusoïdaux. Le courant I parcourant la bobine 25 peut ainsi s'écrire : I = Io + Iv sin (wit + A) avec Io : courant statique, Iv : courant variable, A phase de la variation du courant. La valeur d'entrefer e du palier peut s'écrire : e = eo + ev sin (wt2 + B) avec eo : entrefer statique, ev : entrefer variable, B phase de la variation d'entrefer. La tension Ui due à la variation du courant peut s'écrire : Ui = L * Iv * wl * cos (wit + A) La tension U aux bornes de la bobine 25 peut donc s'écrire : U = L * Iv * wl * cos (wlt + A)+ k * ev * w2 * cos (w2t + B) + R(T) (Io+Iv*sin(wlt + A)). (k est un coefficient de proportionnalité qui est égal à ùLIo/eo, eo étant l'entrefer réel). L'intégration de cette tension à une fréquence très au-dessous des fréquences w1 et w2 permet de faire disparaître tous les termes sinusoïdaux pour ne recueillir que la tension continue U0 aux bornes de la bobine du palier magnétique.
Uo = R(T) * Io.
Cette tension U0 est l'image du courant statique Io traversant la bobine et de la valeur ohmique R(T) (résistance interne) du palier et de ses câbles de liaison. La résistance interne du palier est connue mais varie en fonction de sa température. Dans le cas de bobinage cuivre, cette valeur varie suivant la loi (a = 0.0038). On peut donc écrire dans ce cas : R = Ro * (1 + 0.0038 * T) + Rc. Ro étant la résistance du palier (bobine) à 0 C, T étant la température en C, Rc étant la résistance des fils de liaison, non sujets à l'élévation de 35 température.
Le dispositif 30 de contrôle de la température d'une bobine statorique 25 mettant en oeuvre les principes indiqués ci-dessus et illustré sur la Figure 2 comprend en premier lieu un circuit 28 branché aux points 26 et 27 de l'amplificateur 20 pour mesurer une tension Um qui représente la tension entre les fils de liaison 24 reliés aux bornes de la bobine 25 et un circuit 32 d'intégration de la tension mesurée Um. Un circuit 31 de la détermination du courant statique Io est en outre relié à l'amplificateur 20 associé aux circuits d'asservissement. Un circuit diviseur 33 est relié aux sorties des circuits 31 et 32 pour diviser le signal R(T) Io issu du circuit d'intégration 32 par le signal Io issu du circuit 31 et fournir la valeur ohmique R(T). Un circuit additionneur 34 permet de soustraire la valeur ohmique connue Rc des câbles de liaison 24 pour reconstituer la valeur ohmique RB de la seule bobine 25.
Un circuit additionneur 35 permet de soustraire la valeur Ro de la résistance de la bobine 25 à une température de référence (par exemple 0 C). Un circuit 36 permet de déduire la température T de la bobine 25 en tenant compte de la loi de variation de la résistance de la bobine 25 en fonction de la température.
Un circuit 37 reçoit la valeur T de la température mesurée fournie par le circuit 36 et une valeur maximale autorisée Tmax. Le circuit 37 compare la valeur réelle T de la température à la valeur maximale autorisée Tmax et émet un signal d'alarme et/ou de commande d'interruption de l'alimentation de la bobine 25 lorsque la température réelle T mesurée atteint la valeur maximale autorisée Tmax. Selon l'invention, on utilise ainsi directement la tension aux bornes d'une bobine de palier magnétique, on intègre la valeur de cette tension dans des circuits inclus dans les circuits électroniques de commande, on détermine la valeur du courant statique Io parcourant la bobine à partir de données prélevées dans l'amplificateur ou les circuits d'asservissement associés et on détermine la température T de la bobine à partir de la valeur intégrée de la tension mesurée Um, de la valeur déterminée du courant statique Io, de la valeur prédéterminée de la résistance électrique Rc des fils de liaison et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique Ro de la bobine à une température To de référence.
La mesure de température ne nécessite ainsi que la mesure directe de la tension aux bornes de la bobine de puissance, tous les autres facteurs nécessaires étant pris en compte au sein même des circuits électroniques de commande.
La prise d'information de la tension aux bornes d'une bobine peut être prise directement dans l'armoire de contrôle contenant les circuits d'asservissement, lorsque la distance entre l'armoire de contrôle et la bobine est relativement courte. Dans ce cas, la mesure de température peut s'effectuer sans sonde ni même aucune connexion d'instrumentation, ce qui accroît la fiabilité. Si la distance entre l'armoire de contrôle et la bobine concernée par la mesure de température est grande, la prise d'information de la tension aux bornes de cette bobine peut être prise à l'intérieur de la machine au plus près de la bobine, ou dans une boîte de jonction intermédiaire située près de la machine. La prise d'information de tension aux bornes d'une bobine peut ainsi généralement être effectuée sans passage de fil supplémentaire à l'intérieur de la machine à travers des connexions étanches. En tout état de cause, même lorsqu'une prise d'information s'effectue à proximité immédiate d'une bobine, une simple paire de fils ou même une liaison monofilaire peuvent suffire pour transmettre l'information de tension aux bornes d'une bobine, ce qui minimise les connexions par rapport à des solutions impliquant la mise en oeuvre de sondes de température. La prise de tension aux bornes d'une bobine à l'aide de fils de prise de tension situés au plus près de la bobine permet d'améliorer la précision de la mesure par la mesure de la chute de tension le long des fils de liaison. Dans ce cas, on peut s'affranchir de la prise en compte de la résistance Rc des câbles de liaison indiquée dans les formules sus-mentionnées.
Lorsque la prise de tension aux bornes d'une bobine est effectuée de façon délocalisée à l'intérieur de l'armoire de contrôle, les connexions sont simplifiées, mais l'influence de la longueur des câbles doit être compensée dans le calcul (valeur Rc indiquée dans les formules mentionnées plus haut).
La valeur Ro de la résistance d'une bobine à 0 C peut être déterminée ou actualisée automatiquement à la mise sous tension des bobines des paliers et/ou du moteur à un moment où la température initiale Ti est connue par ailleurs et transmise aux circuits électroniques de commande. Cette température initiale Ti peut être la température ambiante après un arrêt prolongé de la machine, ou encore la température d'un gaz de purge ou de refroidissement avant que toute puissance ne soit développée à l'intérieur de la cavité contenant le rotor supporté par la suspension magnétique, ou issue d'une sonde d'ambiance unique. Du fait qu'elle ne fait appel à aucune sonde de température devant être installée au voisinage des bobines, l'invention permet facilement d'assurer une mesure de température, et donc une protection contre les surchauffes pour toutes les bobines d'un palier magnétique, plutôt que pour une seule bobine sélectionnée, comme c'est le cas généralement pour des raisons d'économie lorsque l'on doit installer des sondes de température au voisinage des bobines.
Claims (11)
1. Dispositif de suspension magnétique d'un rotor (2) par rapport à un bâti (1), comprenant au moins un palier magnétique actif (5 6 ; 100) avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) reliée par des fils de liaison (52 62 ; 108 ; 109 ; 24) à des circuits (13, 20) d'asservissement de la position du rotor (2) sur une position d'équilibre, et des moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25), caractérisé en ce que lesdits moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 105 ; 25) comprennent des moyens (28) de mesure de la tension électrique (U) aux bornes de ladite bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25), des moyens (32) d'intégration de la tension mesurée (Um), des moyens (31) de détermination de la valeur du courant statique (Io) parcourant ladite bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à partir des données fournies par lesdits circuits (20) d'asservissement, des moyens (33 à 36) de détermination de la température (T) de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 105 ; 25) à partir de la valeur intégrée de la tension mesurée, de la valeur déterminée du courant statique (Io), de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Rc) des fils de liaison (52 62 ; 108 ; 109 ; 24) et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Ro) de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 108 ; 109 ; 25) à une température (To) de référence, et des moyens (37) de comparaison de la valeur de température (T) déterminée avec une température maximale admissible (Tmax).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 108 ; 109 ; 25) sont réalisés sous une forme analogique.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 108 ; 109 ; 25) sont réalisés sous une forme numérique.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30) de contrôle de la température identiques pour toutes les bobines statoriques d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105) d'un même palier magnétique actif (5 ; 6 ; 100).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61) sont appliqués à un palier magnétique actif radial (5 ;
6). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (30) de contrôle de la température de la bobine statorique d'électro-aimant (103 ; 105) sont appliqués à un palier magnétique actif axial (100).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un premier stator de palier magnétique actif radial (5) avec une pluralité de bobines statoriques d'électro-aimants (51), un deuxième stator de palier magnétique actif radial (6) avec une pluralité de bobines statoriques d'électro-aimants (61), un premier stator de palier magnétique actif axial avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant (103) et un deuxième stator (104) de palier magnétique actif axial avec au moins une bobine statorique d'électro-aimant (105), en ce que chaque bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105) est reliée par des fils de liaison (52 ; 62 ; 108 ; 109) à des circuits (13, 20) d'asservissement de la position du rotor (2) sur une position d'équilibre, et en ce que des moyens (30) de contrôle de la température semblables sont associés à chaque bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105).
8. Procédé de contrôle de la température d'une bobine statorique (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) de palier magnétique actif (5 ; 6 ; 100) de suspension magnétique d'un rotor (2) par rapport à un bâti (1), laquelle bobine est reliée par des fils de liaison (52 ; 62 ; 108 ; 109 ; 24) à des circuits (13, 20) d'asservissement de la position du rotor (2) sur une position d'équilibre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer la tension électrique (Um) aux bornes de ladite bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25), à intégrer la tension mesurée (Um), à déterminer la valeur du courant statique (Io) parcourantladite bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à partir de données fournies par les circuits (13, 20) d'asservissement, à déterminer la température (T) de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à partir de la valeur intégrée (Ui) de la tension mesurée, de la valeur déterminée du courant statique (Io), de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Rc) des fils de liaison (52 ; 62 ; 108 ; 109 ; 24) et de la valeur prédéterminée de la résistance électrique (Ro) de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à une température (To) de référence, et à comparer la valeur de température (T) déterminée avec une température maximale admissible prédéterminée (Tmax).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à partir de ladite valeur intégrée (Ui) de la tension mesurée (Um) et de la valeur déterminée (Io) du courant statique, on détermine la résistance interne (R(T)) de la bobine statorique (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) et on en déduit la température (T) de cette bobine statorique (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à partir de la formule R=Ro * (1+a * (T-To)) + Rc, où Ro représente la valeur prédéterminée de la résistance électrique de la bobine statorique d'électro-aimant (51 ; 61 ; 103 ; 105 ; 25) à une température To de référence, Rc représente la valeur de la résistance électrique des fils de liaison (52 ; 62 ; 108 ; 109 ; 24) et a représente un coefficient lié au matériau de la bobine statorique et définissant la variation de la résistance interne de la bobine en fonction de la température.
10. Procédé selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à calibrer les mesures lorsque la température est connue avant que les paliers magnétiques actifs (5 ; 6 ; 100) ne soient mis sous tension.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la prise de mesure de tension sur les fils de connexion (52 ; 62 ; 108 ; 109 ; 24) est effectuée au plus près du bâti de la machine ou à l'intérieur même de celle-ci, de telle sorte que l'on peut s'affranchir de la prise en compte de la résistance (Rc) des câbles de liaison (52 ; 62 ; 108 ; 109 ; 24).
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