IT202000031361A1 - Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione - Google Patents

Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione Download PDF

Info

Publication number
IT202000031361A1
IT202000031361A1 IT102020000031361A IT202000031361A IT202000031361A1 IT 202000031361 A1 IT202000031361 A1 IT 202000031361A1 IT 102020000031361 A IT102020000031361 A IT 102020000031361A IT 202000031361 A IT202000031361 A IT 202000031361A IT 202000031361 A1 IT202000031361 A1 IT 202000031361A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
primary
electric
distance
resonant circuit
voltage
Prior art date
Application number
IT102020000031361A
Other languages
English (en)
Inventor
Davide Castaldini
Alessandro Ruggeri
Original Assignee
Marposs Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marposs Spa filed Critical Marposs Spa
Priority to IT102020000031361A priority Critical patent/IT202000031361A1/it
Priority to JP2023536962A priority patent/JP2023554431A/ja
Priority to US18/257,928 priority patent/US20240120779A1/en
Priority to PCT/EP2021/086456 priority patent/WO2022129504A1/en
Priority to EP21840585.0A priority patent/EP4264173A1/en
Priority to CN202180081828.2A priority patent/CN116583715A/zh
Priority to KR1020237024538A priority patent/KR20230124026A/ko
Priority to TW110147549A priority patent/TW202228362A/zh
Publication of IT202000031361A1 publication Critical patent/IT202000031361A1/it

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Testing Of Balance (AREA)

Description

DESCRIZIONE
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
?METODO E SISTEMA DI MISURA DELLA DISTANZA TRA UNA PARTE FISSA ED UNA PARTE MOBILE DI UN SISTEMA DI CONNESSIONE SENZA CONTATTO PROVVISTO DI UN CIRCUITO ELETTRICO DI ALIMENTAZIONE?
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione riguarda un metodo ed un sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione in un sistema di controllo della lavorazione di un pezzo meccanico in una macchina utensile, in cui il sistema di connessione senza contatto mette in comunicazione una unit? di controllo ed una testa di equilibratura montata su un mandrino rotante che supporta (almeno) una mola, cui la trattazione che segue far? esplicito riferimento senza per questo perdere di generalit?.
La presente invenzione pu? trovare applicazione anche in un sistema di controllo privo di testa di equilibratura e comprendente un sensore di vibrazione, ad esempio un sensore acustico.
ARTE ANTERIORE
Come ad esempio descritto nelle domande di brevetto EP0690979A1, EP1870198A1 ed EP3134980A1, ? noto un mandrino (mozzo) rotante di una macchina utensile (in particolare una macchina rettificatrice) che supporta (almeno) una mola ed ? provvisto al suo interno di una testa di equilibratura alloggiata in una cavit? assiale. La testa di equilibratura comprende almeno una massa equilibrante eccentrica rispetto all?asse di rotazione, la cui posizione ? registrabile ed ? controllata da un motore elettrico.
Generalmente, la testa di equilibratura comprende anche un sensore di vibrazioni (ovvero un microfono) per il rilevamento delle emissioni acustiche ultrasoniche emesse dal contatto tra la mola ed il pezzo in lavorazione o tra la mola ed un utensile ravvivatore (diamantatore); i segnali elettrici generati dal sensore di vibrazioni vengono utilizzati (in modo noto) per il controllo dei cicli di lavorazione.
E? previsto un sistema di comunicazione bidirezionale senza contatto che trasmette informazioni analogiche e digitali tra la testa di equilibratura montata sul mandrino ed una unit? di controllo disposta in posizione fissa. In particolare, il sistema di comunicazione viene utilizzato dall?unit? di controllo per inviare alla testa di equilibratura dei segnali digitali di comando (ad esempio per l?attivazione/disattivazione della lettura del sensore di vibrazioni o per il pilotaggio dei motori elettrici che spostano le masse equilibratrici) e viene utilizzato in senso inverso dalla testa di equilibratura per inviare all?unit? di controllo dei segnali digitali di diagnostica e la lettura analogica del sensore di vibrazioni.
E? previsto un sistema di trasmissione di potenza senza contatto per fornire la necessaria alimentazione elettrica alla testa di equilibratura; generalmente, il sistema di trasmissione di potenza comprende un trasformatore in aria avente l?avvolgimento primario disposto in un elemento (statore) solidale ad una parte fissa della macchina, e l?avvolgimento secondario disposto in un elemento (rotore) solidale ad una parte mobile della macchina, ad esempio il mandrino rotante. Tra i due avvolgimenti del trasformatore in aria ? presente una distanza (normalmente di qualche millimetro, ad esempio compresa tra 1 e 8 mm) che non deve essere n? troppo piccola (per non correre il rischio che, quando il mandrino viene portato in rotazione, lo statore tocchi il rotore danneggiando entrambi ad esempio a causa di dilatazioni termiche del mandrino), n? troppo grande (per evitare che a causa del traferro troppo ampio il trasformatore in aria non sia in grado di trasferire sufficiente potenza elettrica verso il rotore). Generalmente, per ogni sistema di equilibratura si pu? definire in fase progettuale un intervallo della distanza tra statore e rotore (ovvero della distanza tra i due avvolgimenti del trasformatore in aria) che deve venire rispettato per avere un corretto funzionamento.
Al termine del montaggio del mandrino (tipicamente in seguito ad un intervento di manutenzione o di riparazione) ? necessario misurare con sufficiente precisione la distanza tra statore e rotore per accertarsi che sia compresa nell?intervallo stabilito in fase progettuale; tuttavia, la misura manuale della distanza tra statore e rotore non ? sempre facile da effettuare in quanto potrebbero essere presenti dei carter di protezione che impediscono di accedere con un misuratore manuale esterno.
Anche in uso ? utile misurare ciclicamente e con sufficiente precisione la distanza tra statore e rotore per accertarsi che sia compresa nell?intervallo stabilito in fase progettuale, in quanto a causa di dilatazioni termiche del mandrino rotore e statore potrebbero avvicinarsi rispetto alla condizione impostata in fase di installazione, oppure in occasione del cambio mola, dovuto a sostituzione per usura o riattrezzamento per lavorazioni differenti, il supporto della mola potrebbe avere uno spessore differente causando una variazione della distanza fra rotore e statore.
Per tali motivi ? stato proposto di installare sullo statore un misuratore elettronico di tipo ?senza contatto? (ad esempio un misuratore laser) o uno o pi? sensori che possono misurare la distanza esistente tra statore e rotore; tuttavia, tale installazione comporta un aumento dei costi e degli ingombri e pu? risultare problematica in alcune applicazioni in cui lo spazio disponibile ? molto ridotto.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione ? di fornire un metodo ed un sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile, ad esempio rotante, di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione, i quali metodo e sistema di misura permettano di determinare la distanza con sufficiente precisione e nello stesso tempo siano implementabili senza significativi aumenti di costo e di ingombro.
Secondo la presente invenzione vengono forniti un metodo ed un sistema di misura della distanza tra una parte fissa, o statore, ed una parte mobile , o rotore, di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione ed un relativo metodo di controllo, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica di una macchina utensile comprendente un telaio, un mandrino rotante, che supporta una mola ed ? provvisto di una testa di equilibratura, e un sistema di connessione senza contatto secondo l?invenzione;
? la figura 2 ? una vista schematica di un circuito elettrico di alimentazione del sistema di connessione senza contatto mostrato in figura 1;
? la figura 3 ? una vista schematica di un circuito elettrico equivalente riportato al primario corrispondente al circuito elettrico di alimentazione della figura 2;
? la figura 4 ? una rappresentazione schematica di un trasformatore in aria del circuito elettrico di alimentazione della figura 2;
? la figura 5 ? un grafico che mostra l?evoluzione dell?induttanza al primario nel circuito elettrico di alimentazione della figura 2 al variare di una distanza tra un rotore ed uno statore di un sistema di connessione; e
? la figura 6 ? un grafico che mostra l?evoluzione della frequenza di risonanza nel circuito elettrico di alimentazione della figura 2 al variare della distanza tra un rotore ed uno statore di un sistema di connessione.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 ? indicata nel suo complesso una macchina utensile (in particolare una rettificatrice) di cui sono mostrati soltanto alcuni componenti.
La macchina 1 utensile comprende un telaio 2 che supporta (mediante l?interposizione di cuscinetti) in modo girevole un mandrino 3 che ruota attorno ad un asse 4 di rotazione.
Il mandrino 3 supporta una mola 5 mediante un corrispondente mozzo porta-mola che ? fissato in modo rimovibile al mandrino 3 con mezzi noti e non illustrati e comprendenti, ad esempio, un innesto a cono. Il mandrino 3 presenta centralmente una apertura 6 assiale, in cui ? alloggiata una testa 7 di equilibratura. La testa 7 di equilibratura, di tipo noto, comprende due masse 8 equilibranti eccentriche rispetto all'asse 4 di rotazione e relativi motori 9 elettrici per registrare la posizione angolare delle masse 8 equilibranti. La testa 7 di equilibratura comprende inoltre un sensore 10 acustico, o sensore di vibrazioni.
La testa 7 di equilibratura ha tipicamente la funzione di equilibrare la mola 5 (operazione svolta ogni qual volta viene sostituita la mola 5 e quando l?usura della mola 5 lo rende necessario) e consentire di effettuare un monitoraggio di processo attraverso il sensore 10 acustico alloggiato nella testa 7 di equilibratura stessa.
La testa 7 di equilibratura comprende un dispositivo 11 di controllo che sovraintende al funzionamento della testa 7 di equilibratura.
E? previsto un sistema 12 di connessione senza contatto che ha una doppia funzione: fornisce alimentazione elettrica alla testa 7 di equilibratura e realizza una comunicazione bidirezionale per trasmettere informazioni analogiche e digitali tra il sistema 11 di controllo della testa 7 di equilibratura montata sul mandrino 3 ed una unit? 13 di controllo connessa al telaio 2 della macchina 1 utensile e interposta tra il sistema 12 di connessione senza contatto e il controllo numerico della macchina 1 utensile (non mostrato in figura).
Il sistema 12 di connessione comprende una parte fissa 14, o statore, montata sul telaio 2 della macchina 1 utensile che ? collegata mediante un cavo alla unit? 13 di controllo ed una parte mobile, preferibilmente rotante 15, o rotore montata sul mandrino 3 che ? collegata alla testa 7 di equilibratura mediante ad esempio un cavo 16 elettrico spiralato che corre lungo l?apertura 6 assiale. Inoltre, il sistema 12 di connessione comprende un circuito 17 elettrico di alimentazione (in parte disposto nello statore 14 ed in parte disposto nel rotore 15) che trasmette energia elettrica alla testa 7 di equilibratura ed un dispositivo 18 di comunicazione (in parte disposto nello statore 14 ed in parte disposto nel rotore 15) preferibilmente di tipo ottico (ad esempio realizzato secondo una delle alternative descritte nel brevetto US5688160A).
Il dispositivo 18 di comunicazione viene utilizzato dall?unit? 13 di controllo per inviare al dispositivo 11 di controllo della testa 7 di equilibratura dei segnali di comando (ad esempio per l?attivazione/disattivazione della lettura del sensore 10 acustico o per il pilotaggio dei motori 9 elettrici che spostano le masse 8 equilibratrici della testa 7 di equilibratura) e viene utilizzato in senso inverso dal dispositivo 11 di controllo della testa 7 di equilibratura per trasmettere all?unit? 13 di controllo dei segnali di diagnostica e/o segnali relativi alle vibrazioni a cui ? soggetto il mandrino.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il circuito 17 elettrico di alimentazione comprende un trasformatore 19 in aria (meglio illustrato nella figura 4) avente un avvolgimento 20 primario con induttanza L1 disposto nello statore 14 ed un avvolgimento 21 secondario con induttanza L2 che ? disposto nel rotore 15 ed ? magneticamente accoppiato all?avvolgimento 20 primario (ovvero il campo magnetico generato dall?avvolgimento 20 primario si concatena con l?avvolgimento 21 secondario). Tra i due avvolgimenti 20 e 21 ? presente una distanza d (normalmente di qualche millimetro, ad esempio compresa tra 1 e 8 mm) che non deve essere n? troppo piccola (per non correre il rischio che, quando il mandrino 3 viene portato in rotazione, lo statore 14 tocchi il rotore 15 danneggiando entrambi ad esempio a causa di dilatazioni termiche del mandrino), n? troppo grande (per evitare che a causa del traferro troppo ampio il trasformatore 19 in aria non sia in grado di trasferire sufficiente potenza elettrica verso il rotore 15).
Un circuito risonante primario comprende l?avvolgimento 20 primario e un primo condensatore con capacit? C1, collegati in serie. Analogamente un circuito risonante secondario comprende l?avvolgimento 21 secondario e un secondo condensatore con capacit? C2, collegati in serie. Con circuito risonante si intende un circuito atto a lavorare in condizioni di risonanza. In particolare, i circuiti risonanti primario e secondario sono circuiti risonanti serie.
E? possibile in alternativa impiegare circuiti risonanti di tipologia diversa, ad esempio del tipo parallelo o una combinazione di circuiti serie e parallelo.
Il circuito 17 elettrico di alimentazione comprende inoltre un inverter 22 che riceve energia elettrica in corrente continua da un alimentatore 23 ed applica al circuito risonante primario una tensione V1 elettrica primaria alternata che presenta una frequenza F variabile e determina la circolazione di una corrente I1 elettrica primaria.
La corrente I1 elettrica che circola nel circuito risonante primario induce nel circuito risonante secondario una tensione V2 elettrica secondaria alternata che presenta la stessa frequenza F variabile della tensione V1 elettrica primaria e determina la circolazione di una corrente I2 elettrica secondaria.
Secondo una realizzazione preferita, il circuito 17 elettrico di alimentazione comprende un dispositivo 24 di raddrizzamento a diodi che trasforma la tensione V2 elettrica secondaria alternata e la corrente I2 elettrica secondaria alternata in una corrispondente tensione VOUT continua ed in una corrispondente corrente IOUT continua; il dispositivo 24 di raddrizzamento alimenta un convertitore 25 elettronico di potenza DC/DC a cui ? collegata (attraverso il cavo 16 elettrico) la testa 7 di equilibratura.
Preferibilmente, in parallelo al dispositivo 24 di raddrizzamento ? collegato un condensatore con capacit? COUT di stabilizzazione per stabilizzare la tensione VOUT (ovvero ridurre il ripple della VOUT). In alternativa, la funzione svolta dal condensatore con capacit? COUT pu? essere integrata nel dispositivo 24 di raddrizzamento.
In corrispondenza del circuito risonante primario ? collegato un dispositivo 26 sensore che rileva uno sfasamento ?? tra la tensione V1 elettrica primaria e la corrente I1 elettrica primaria. Preferibilmente, il dispositivo 26 sensore ? a sua volta collegato ad un dispositivo di condizionamento del segnale, rappresentato in figura 2 in modo molto schematico con un riquadro privo di numero di riferimento.
Infine, il circuito 17 elettrico di alimentazione comprende un controllore 27 che riceve in ingresso lo sfasamento ?? tra la tensione V1 elettrica primaria e la corrente I1 elettrica primaria e pilota l?inverter 22 in modo tale da regolare la frequenza F della tensione V1 elettrica primaria (quindi della corrente I1 elettrica primaria) in funzione dello sfasamento ?? tra la tensione V1 elettrica primaria e la corrente I1 elettrica primaria.
In uso, il controllore 27 varia la frequenza F della tensione V1 elettrica primaria (quindi della corrente I1 elettrica primaria) in modo tale da annullare lo sfasamento ?? tra la tensione V1 elettrica primaria e la corrente I1 elettrica primaria, ovvero in modo tale da operare in condizione di risonanza (in cui l?impedenza capacitiva ? uguale all?impedenza induttiva e quindi la tensione V1 elettrica primaria ? perfettamente in fase con la corrente I1 elettrica primaria). Il valore della frequenza F in corrispondenza del quale si verifica la condizione di risonanza ? detto frequenza FR di risonanza.
E? importante osservare che il controllore 27 regola la frequenza F della tensione V1 elettrica primaria per inseguire la condizione di risonanza (ovvero per individuare la frequenza FR di risonanza che annulla lo sfasamento ?? tra la tensione V1 elettrica primaria e la corrente I1 elettrica primaria) con continuit? (cio? sempre, in modo dinamico).Quando viene richiesto di misurare la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 (cio? solo in funzione della necessit? di misurare la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15) tale distanza viene ricavata dalla frequenza imposta per mantenere la condizione di risonanza, ovvero dalla frequenza FR di risonanza.
Nella figura 3 ? illustrato schematicamente un circuito elettrico equivalente riportato al primario corrispondente al circuito 17 elettrico di alimentazione della figura 2: sono presenti l?inverter 22 che genera la tensione V1 elettrica primaria, una resistenza R1 elettrica (corrispondente alla resistenza elettrica parassita dell?inverter 22 e dell?avvolgimento 20 primario), la capacit? C1, l?induttanza L1 dell?avvolgimento 20 primario, e l?impedenza Z2 corrispondente all?avvolgimento 21 secondario ed a tutto ci? che ? collegato all?avvolgimento 21 secondario riportati al primario.
Nella ipotesi che (n ? il rapporto spire tra i due avvolgimenti 20 e 21 e pu? anche assumere il valore unitario):
L1 = n<2 >* L2
C1 = C2 / n<2>
l?impedenza Z2 risulta pari a:
Dove ? ? la pulsazione angolare, M ? il valore di mutua induttanza tra i due avvolgimenti e RL ? la resistenza di carico.
La condizione di risonanza si ha quando:
L1 ? l?induttanza dell?avvolgimento 20 primario ed ? funzione delle caratteristiche dell?avvolgimento 20 primario (ovvero del numero N di spire) e del circuito magnetico del trasformatore 19 in aria (illustrato schematicamente nella figura 4) che presenta una riluttanza ? magnetica complessiva che varia cambiando la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15:
Osservando la rappresentazione schematica del circuito magnetico del trasformatore in aria illustrata nella figura 4, si pu? scrivere che:
Le permeabilit? magnetiche delle ferriti F1 e F2 su cui sono avvolti gli avvolgimenti 20 e 21 sono molto maggiori della permeabilit? magnetica dell?aria quindi la riluttanza ? magnetica complessiva dipende principalmente dalla riluttanza magnetica RAIR del traferro in aria.
Visto che la riluttanza magnetica RAIR del traferro in aria ? proporzionale alla distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 si deduce che l?induttanza L1 dell?avvolgimento 20 primario ? inversamente proporzionale alla distanza d. A sua volta la frequenza FR di risonanza del circuito primario risulta proporzionale alla radice quadrata della distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 (ovvero tra i due avvolgimenti 20 e 21).
In conclusione, conoscendo il valore di una grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza, quale la frequenza FR di risonanza, ? possibile determinare la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 (ovvero tra i due avvolgimenti 20 e 21).
Pi? in particolare, il controllore 27 regola la frequenza F della tensione V1 elettrica primaria in modo tale da fare funzionare il primario in condizione di risonanza (in cui la tensione V1 elettrica primaria ? in fase con la corrente I1 elettrica primaria). Un?unit? di elaborazione, ad esempio l?unit? 13 di controllo, rileva un valore assunto dalla frequenza F della tensione V1 elettrica primaria, ovvero la frequenza FR di risonanza, e determina la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 in funzione di tale valore.
L?unit? di elaborazione che riceve l?informazione della frequenza FR di risonanza e determina la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 pu? essere compresa nell?unit? 13 di controllo come descritto e mostrato in figura, oppure pu? essere integrata nel controllore 27 in modo da alleggerire le operazioni di elaborazione svolte dall?unit? 13 di controllo.
E? possibile determinare la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 a partire da una grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza diversa dalla frequenza, quale l?induttanza complessiva o la capacit? complessiva riferite al circuito risonante primario. Con induttanza complessiva e capacit? complessiva si intendono l?induttanza o la capacit? (a seconda di quale grandezza fisica viene considerata) riferite al circuito risonante primario che vengono variate per raggiungere la condizione di risonanza. In particolare i valori di induttanza o capacit? del circuito risonante primario possono essere modificati in modo noto per operare in condizione di risonanza impiegando una circuiteria dedicata.
L?unit? di elaborazione, compresa ad esempio nell?unit? 13 di controllo, determina, quando si opera in condizione di risonanza, la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 in funzione di un valore (FR) assunto dalla frequenza F oppure dall?induttanza complessiva o dalla capacit? complessiva riferite al circuito risonante primario.
In conclusione, conoscendo la frequenza FR di risonanza o il valore di un?altra grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza, quali l?induttanza complessiva o la capacit? complessiva riferite al circuito risonante primario, ? possibile determinare la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 (ovvero tra i due avvolgimenti 20 e 21).
Seconda la realizzazione preferita, il raggiungimento della condizione di risonanza, e la relativa misura della distanza tra statore 14 e rotore 15, vengono effettuati a partire dalla frequenza in quanto risulta essere la soluzione pi? vantaggiosa in termini di semplicit? di applicazione, di circuiteria necessaria e quindi di ingombri e costi. Vengono poi capacit? e induttanza, anche se agire su una di queste grandezze elettriche risulta pi? complesso quando il sistema ? in uso e comporta ingombri e costi maggiori.
E? possibile agire contemporaneamente anche su pi? grandezze elettriche anche se dal punto di vista pratico ci? comporta un considerevole aumento della complessit?.
Secondo una preferita forma di attuazione, viene utilizzata una legge sperimentale (illustrata ad esempio nelle figure 5 e 6) che mette in relazione la distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 e il valore assunto dalla grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza, ovvero esprime tale distanza d in funzione della frequenza F (figura 6) oppure in funzione dell?induttanza complessiva (figura 5) o della capacit? complessiva del circuito risonante primario. La legge sperimentale ? ottenuta, ad esempio, da opportuni test preliminarmente effettuati.
L?informazione della frequenza FR di risonanza (e/o delle altre grandezze elettriche) risiede nel controllore 27 che pu? metterla a disposizione tramite dei registri leggibili da parte dei circuiti logici della unit? 13 di controllo che si pu? occupare delle relative segnalazioni.
Le tolleranze sui componenti induttivi e sulle capacit? fanno s? che questa tecnica possa richiedere una fase di calibrazione/taratura per fornire misure assolute di distanza. Tale calibrazione per? dovrebbe riguardare il solo statore 14 con il vantaggio che in caso di sostituzione del rotore 15 sul campo non ? necessario ripetere la calibrazione. Quest?ultima ipotesi ? valida nei limiti in cui il nuovo rotore 15 non presenti valori di induttanza L2 e di capacit? C2 molto diversi da quelli previsti nominalmente.
Un possibile limite di questa tecnica riguarda il fenomeno conosciuto in letteratura con il nome di ?Frequency splitting? che consiste in uno sdoppiamento della frequenza di risonanza in condizione di sistema ?overcoupled?. La condizione di ?overcoupling? si raggiunge quando la resistenza elettrica del carico (ovvero la resistenza elettrica equivalente presentata dalla testa 7 di equilibratura) diventa particolarmente piccola in combinazione con valori di mutua induttanza relativamente elevati. Per evitare questo problema, il controllore 27 ? realizzato in modo da mantenersi agganciato al picco di risonanza a frequenza inferiore in caso di sdoppiamento della frequenza di risonanza, ovvero qualora ci si trovi a funzionare in ?overcoupling? in modo da scongiurare salti di frequenza; di conseguenza, visto il tipo di controllo effettuato, qualora si presentasse la condizione di ?overcoupling?, la frequenza di risonanza scelta dal sistema risulterebbe inferiore rispetto al valore nominale determinato esclusivamente dai valori della induttanza L1 e della capacit? C1.
In generale, per minimizzare gli effetti dello shift in frequenza sulla determinazione della distanza d si preferisce effettuare la valutazione in condizione di ?carico leggero? (ovvero di elevata resistenza elettrica del carico); in tale condizione infatti la frequenza di risonanza dipende unicamente dalla riluttanza ? del trasformatore 19 in aria come precedentemente descritto. In altre parole, la misura della distanza d viene preferibilmente fatta quando la testa 7 di equilibratura non sta operando (cio? ? accesa in una condizione di attesa, ovvero di ?standby?) e quindi costituisce una carico elettrico di modesta entit?.
Qualora la misura della distanza d fosse fatta in condizioni di ?carico pesante? (ovvero di bassa resistenza elettrica del carico) e valori di mutua induttanza elevati, questi ultimi ottenibili con una distanza d piccola, la misura della distanza d potrebbe risultare sottostimata che ? comunque la situazione pi? sicura nelle condizioni di piccole distanze d tra lo statore 14 ed il rotore 15.
Nella figura 5 ? illustrato un grafico ricavato sperimentalmente che mostra la correlazione esistente tra la distanza d e l?induttanza complessiva (indicata con ?L) riferita al circuito risonante primario una volta raggiunta la condizione di risonanza.
Nella figura 6 ? illustrato un grafico ricavato sperimentalmente che mostra la correlazione esistente tra la distanza d e la frequenza F della tensione V1 elettrica primaria.
La figura 2 mostra una realizzazione preferita del circuito 17 elettrico di alimentazione. Tale circuito pu? essere realizzato in modo diverso in funzione del tipo di elettronica impiegata, ad esempio il dispositivo 24 di raddrizzamento e il convertitore 25 possono essere omessi.
Nelle prove sperimentali eseguite, il fenomeno di ?overcoupling? non ? quasi presente anche con carichi pesanti e si comincia ad intravedere la sua presenza quando rotore e statore sono in stretta prossimit?; in tal caso, si osserva infatti un leggero calo della frequenza F misurata rispetto a quella prevista, ma come detto in precedenza l?errore commesso va nella direzione di stimare una distanza d pi? piccola di quella reale e quindi un risultato pi? cautelativo per evitare contatti indesiderati tra lo statore 14 ed il rotore 15.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il sopra descritto metodo di misura della distanza d ? implementato in un sistema 12 di connessione senza contatto che in una macchina 1 utensile collega una unit? 13 di controllo ad una testa 7 di equilibratura di un mandrino 3 rotante che supporta (almeno) una mola 5. Secondo altre forme di attuazione non illustrate, il sopra descritto metodo di misura della distanza d pu? venire implementato in un sistema di connessione senza contatto montato in un diverso tipo di applicazione.
Il metodo e il sistema di misura della distanza d sono fin qui descritti e illustrati con riferimento ad un sistema di controllo della lavorazione di un pezzo meccanico in una macchina utensile comprendente una testa di equilibratura. Possono trovare applicazione anche in un sistema di controllo privo di testa di equilibratura e comprendente un sensore di vibrazione, ad esempio un sensore acustico.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
Il metodo e il sistema di misura della distanza d sopra descritto presentano numerosi vantaggi.
In primo luogo, il metodo e il sistema di misura sopra descritti permettono di misurare la distanza d con sufficiente precisione (ovvero la misura della distanza d tra lo statore 14 ed il rotore 15 ? sufficientemente accurata per le esigenze specifiche di questo tipo di applicazione); in particolare, il metodo e il sistema di misura sopra descritti sono pi? precisi quando la distanza d ? pi? piccola (ovvero quando maggiore ? il rischio di un contatto accidentale, e potenzialmente distruttivo, tra lo statore 14 ed il rotore 15 e quindi esattamente quando una elevata precisione ? richiesta) e sono meno precisi quando la distanza d ? pi? grande (ovvero quando una elevata precisione non ? strettamente necessaria).
Inoltre, il metodo e il sistema di misura sopra descritti non comportano un aumento significativo di costo e di ingombro, in quanto utilizzano indirettamente il sistema di trasmissione di potenza elettrica (ovvero il circuito 17 elettrico di alimentazione del sistema 12 di connessione senza contatto) per ricavare il valore effettivo della distanza d senza l?ausilio di altri elementi hardware oltre a quelli gi? presenti e senza coinvolgere nella misura il rotore 15 o il protocollo di comunicazione utilizzato dal dispositivo 18 di comunicazione.
Inoltre, il metodo e il sistema di misura della distanza d sopra descritto risultano estremamente flessibili, in quanto ben si prestano a personalizzazioni e variazioni delle geometrie di rotore 15 e statore 14 in funzione delle esigenze applicative.
Infine, grazie al metodo e al sistema di misura della distanza d sopra descritti ? possibile introdurre una funzione diagnostica importante senza incidere sugli ingombri di rotore 15 e statore 14.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI
1) Metodo di misura della distanza (d) tra una parte (14) fissa ed una parte (15) mobile di un sistema (12) di connessione senza contatto provvisto di un circuito (17) elettrico di alimentazione;
in cui il circuito (17) elettrico di alimentazione comprende un trasformatore (19) in aria provvisto di un circuito risonante primario con un avvolgimento (20) primario supportato dalla parte (14) fissa e di un circuito risonante secondario con un avvolgimento (21) secondario che ? affacciato al circuito risonante primario ed ? supportato dalla parte (15) mobile;
in cui il metodo di misura comprende la fase di alimentare il circuito risonante primario con una tensione (V1) elettrica primaria alternata che determina la circolazione di una corrente (I1) elettrica primaria che a sua volta induce nel circuito risonante secondario una tensione (V2) elettrica secondaria alternata che determina la circolazione di una corrente (I2) elettrica secondaria;
il metodo di misura ? caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di:
regolare almeno una grandezza elettrica che influenza il raggiungimento di una condizione di risonanza in cui la tensione (V1) elettrica primaria ? in fase con la corrente (I1) elettrica primaria;
determinare un valore assunto da detta grandezza elettrica; e determinare la distanza (d) tra lo statore (14) ed il rotore (15) in funzione del valore assunto da detta grandezza elettrica.
2) Metodo di misura secondo la rivendicazione 1, nel quale il passo di determinare la distanza (d) prevede l?utilizzo di una legge sperimentale che mette in relazione la distanza (d) tra la parte (14) fissa ed la parte (15) mobile e il valore assunto dalla grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza.
3) Metodo di misura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta grandezza elettrica ? la frequenza (F) della tensione (V1) elettrica primaria, la condizione di risonanza essendo raggiunta in corrispondenza di una frequenza (FR) di risonanza.
4) Metodo di misura secondo la rivendicazione 3, in cui:
in corrispondenza del circuito risonante primario ? collegato un dispositivo (26) sensore che rileva uno sfasamento (??) tra la tensione (V1) elettrica primaria e la corrente (I1) elettrica primaria; ed
? previsto un controllore (27) che riceve in ingresso lo sfasamento (??) tra la tensione (V1) elettrica primaria e la corrente (I1) elettrica primaria e pilota un inverter (22) per regolare la frequenza (F) della tensione (V1) elettrica primaria in modo tale da operare in condizione di risonanza in cui la tensione (V1) elettrica primaria ? in fase con la corrente (I1) elettrica primaria.
5) Metodo di misura secondo la rivendicazione 3 o la rivendicazione 4, in cui, in caso di sdoppiamento della frequenza di risonanza, la frequenza (F) della tensione (V1) elettrica primaria viene regolata per agganciare un picco di risonanza a frequenza inferiore.
6) Metodo di misura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta grandezza elettrica ? una induttanza complessiva riferita al circuito risonante primario.
7) Metodo di misura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il circuito (17) elettrico di alimentazione comprende:
un inverter (22) che riceve energia elettrica in corrente continua ed applica al circuito risonante primario la tensione (V1) elettrica primaria alternata;
un dispositivo (24) di raddrizzamento che trasforma la tensione (V2) elettrica secondaria alternata in una corrispondente tensione (VOUT); ed
un convertitore (25) elettronico di potenza DC/DC che da un lato ? collegato al dispositivo (24) di raddrizzamento e dall?altro lato alimenta un carico (7) elettrico.
8) Metodo di misura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui il circuito risonante primario comprende un primo condensatore collegato in serie all?avvolgimento (20) primario.
9) Metodo di misura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il circuito risonante secondario comprende un secondo condensatore collegato in serie all?avvolgimento (21) secondario.
10) Metodo di misura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui la distanza (d) tra la parte (14) fissa e la parte (15) mobile viene determinata quando un carico (7) elettrico collegato al circuito (17) elettrico di alimentazione presenta un assorbimento minimo di potenza elettrica.
11) Sistema di misura della distanza (d) tra una parte (14) fissa e una parte (15) mobile di un sistema (12) di connessione senza contatto provvisto di un circuito (17) elettrico di alimentazione;
in cui il circuito (17) elettrico di alimentazione comprende un trasformatore (19) in aria provvisto di un circuito risonante primario con un avvolgimento (20) primario supportato dalla parte (14) fissa e di un circuito risonante secondario con un avvolgimento (21) secondario che ? affacciato al circuito risonante primario ed ? supportato dalla parte (15) mobile;
in cui il circuito risonante primario viene alimentato con una tensione (V1) elettrica primaria alternata che determina la circolazione di una corrente (I1) elettrica primaria che a sua volta induce nel circuito risonante secondario una tensione (V2) elettrica secondaria alternata che determina la circolazione di una corrente (I2) elettrica secondaria;
il sistema di misura ? caratterizzato dal fatto di comprendere: un controllore (27) configurato per regolare almeno una grandezza elettrica che influenza il raggiungimento di una condizione di risonanza in cui la tensione (V1) elettrica primaria ? in fase con la corrente (I1) elettrica primaria; ed
una unit? di elaborazione configurata per determinare un valore assunto da detta grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza e per determinare la distanza (d) tra la parte (14) fissa e la parte (15) mobile in funzione del valore assunto da detta grandezza elettrica che influenza il raggiungimento della condizione di risonanza.
IT102020000031361A 2020-12-18 2020-12-18 Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione IT202000031361A1 (it)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102020000031361A IT202000031361A1 (it) 2020-12-18 2020-12-18 Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione
JP2023536962A JP2023554431A (ja) 2020-12-18 2021-12-17 固定部と可動部との間の非接触電力伝送のための方法、電力供給回路、および電力供給回路を含む非接触接続システム
US18/257,928 US20240120779A1 (en) 2020-12-18 2021-12-17 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
PCT/EP2021/086456 WO2022129504A1 (en) 2020-12-18 2021-12-17 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
EP21840585.0A EP4264173A1 (en) 2020-12-18 2021-12-17 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
CN202180081828.2A CN116583715A (zh) 2020-12-18 2021-12-17 固定部件和可移动部件之间的非接触式电力传输方法、电力供应电路和包括电力供应电路的非接触式连接系统
KR1020237024538A KR20230124026A (ko) 2020-12-18 2021-12-17 고정식 부분과 가동 부분 사이의 무접촉 파워 전송방법, 전력 공급 회로, 및 전력 공급 회로를 포함한 무접촉 연결 시스템.
TW110147549A TW202228362A (zh) 2020-12-18 2021-12-17 固定部件和可移動部件之間的非接觸式電力傳輸方法、電力供應電路和包括電力供應電路的非接觸式連接系統

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102020000031361A IT202000031361A1 (it) 2020-12-18 2020-12-18 Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT202000031361A1 true IT202000031361A1 (it) 2022-06-18

Family

ID=75111662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102020000031361A IT202000031361A1 (it) 2020-12-18 2020-12-18 Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240120779A1 (it)
EP (1) EP4264173A1 (it)
JP (1) JP2023554431A (it)
KR (1) KR20230124026A (it)
CN (1) CN116583715A (it)
IT (1) IT202000031361A1 (it)
TW (1) TW202228362A (it)
WO (1) WO2022129504A1 (it)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2538158A (en) * 1946-03-08 1951-01-16 John H Long Magnetic deflection gauge
EP0690979A1 (en) 1993-03-22 1996-01-10 Marposs S.P.A. Apparatus for the dynamic balancing of a rotating body
EP1870198A1 (en) 2006-06-23 2007-12-26 Marposs Societa' Per Azioni Control system and balancing device for a machine tool with rotating tools
US20170031050A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Texas Instruments Incorporated Distance determination based on reflected admittance
EP3134980A1 (en) 2014-04-23 2017-03-01 Marposs Societa' Per Azioni Device and method for transceiving alternating optical signals
US20200382113A1 (en) * 2019-06-03 2020-12-03 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Compensation for air gap changes and temperature changes in a resonant phase detector

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4865001B2 (ja) * 2009-04-13 2012-02-01 株式会社日本自動車部品総合研究所 非接触給電設備、非接触受電装置および非接触給電システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2538158A (en) * 1946-03-08 1951-01-16 John H Long Magnetic deflection gauge
EP0690979A1 (en) 1993-03-22 1996-01-10 Marposs S.P.A. Apparatus for the dynamic balancing of a rotating body
US5688160A (en) 1993-03-22 1997-11-18 Marposs Societa' Per Azioni Apparatus for the dynamic balancing of a rotating body
EP1870198A1 (en) 2006-06-23 2007-12-26 Marposs Societa' Per Azioni Control system and balancing device for a machine tool with rotating tools
EP3134980A1 (en) 2014-04-23 2017-03-01 Marposs Societa' Per Azioni Device and method for transceiving alternating optical signals
US20170031050A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Texas Instruments Incorporated Distance determination based on reflected admittance
US20200382113A1 (en) * 2019-06-03 2020-12-03 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Compensation for air gap changes and temperature changes in a resonant phase detector

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOORE T D ET AL: "A capacitance displacement transducer with large dynamic range, good linearity and frequency read-out", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 4, no. 12, 1 December 1993 (1993-12-01), pages 1519 - 1521, XP020065607, ISSN: 0957-0233, DOI: 10.1088/0957-0233/4/12/034 *
TAPSON J ET AL: "Improved capacitance measurement by means of resonance locking", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 5, no. 1, 1 January 1994 (1994-01-01), pages 20 - 26, XP020065613, ISSN: 0957-0233, DOI: 10.1088/0957-0233/5/1/004 *

Also Published As

Publication number Publication date
TW202228362A (zh) 2022-07-16
CN116583715A (zh) 2023-08-11
WO2022129504A1 (en) 2022-06-23
KR20230124026A (ko) 2023-08-24
JP2023554431A (ja) 2023-12-27
EP4264173A1 (en) 2023-10-25
US20240120779A1 (en) 2024-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101952593B (zh) 控制直线压缩机的系统和方法
US7270017B2 (en) Torque measuring device for rotating body
BR112015007436B1 (pt) processo e dispositivo de balanceamento dinâmico para um corpo rotativo e máquina retificadora
US20170336447A1 (en) Systems and Methods for Determining a Load Condition of an Electric Device
CN103808250A (zh) 一种旁置式精密角位移自行检测系统
CN103502777A (zh) 用于半桥可变差动变压器位置传感系统的设备和方法
CN106258001B (zh) 用于检测配备有角位置传感器的同步机中的短路的方法
IT202000031361A1 (it) Metodo e sistema di misura della distanza tra una parte fissa ed una parte mobile di un sistema di connessione senza contatto provvisto di un circuito elettrico di alimentazione
Yang et al. Investigation on the displacement fluctuation of the linear motor feed system considering the linear encoder vibration
BR102015007889A2 (pt) processo e dispositivo de balanceamento dinâmico para um corpo rotativo
CN113037335B (zh) 无源型无线传感系统及方法
CN111980939A (zh) 测量屏蔽泵主轴轴向窜动量的非接触式测量装置及其方法
CN211855257U (zh) 基于线性位移传感器的多功能检测装置
CN205860977U (zh) 一种差动变压器式位移传感器
JP6817157B2 (ja) トルク検量装置及びトルク検量方法
JP2008197061A (ja) レゾルバの故障検出装置
JP4668776B2 (ja) モータのトルクリプル測定方法、測定装置、トルクリプル抑制方法およびその抑制方法を適用したモータ駆動装置
Caetano et al. Development of distance sensors for diagnosing air-gap anomalies in synchronous generators
JP3265813B2 (ja) 磁歪式トルクセンサ及び測定装置ならびにそれらを用いた切削工具用状態監視装置
CN105298468A (zh) 测井仪器承压接头
CN205879098U (zh) 一种新型热膨胀测量电路
RU2540938C1 (ru) Устройство для измерения угла закрутки вала, передающего крутящий момент
CN110067785A (zh) 一种液压缸位置控制系统
WO2020069749A1 (en) Arrangement and method for measuring temperature of rotating shaft
KR20240039743A (ko) 비접촉 직류 전계 센서