專利名稱：包括三相變換器的磁軸承控制裝置及三相變換器在控制磁軸承方面的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁軸承控制裝置和三相變換器在控制磁軸承方面的應用。
背景技術(shù)：
主動可控的磁軸承使用電磁體。為此需要進行預磁化以及對產(chǎn)生力的電流進行快速控制，以穩(wěn)定位姿。
在現(xiàn)有技術(shù)中，這類磁軸承大致分為兩種
一種是包括預磁化繞組的磁軸承，借助該預磁化繞組可產(chǎn)生基本磁場。此外還存在一控制激勵繞組，借助該控制激勵繞組可通過控制技術(shù)為待支承物體外加一個所需作用力。
另一種磁軸承不具有基本激勵繞組，亦即，不具有可以實現(xiàn)預磁化的繞組。這種磁軸承所采用的控制技術(shù)主要建立在所謂的差動控制
(Differenzansteuerung )基礎(chǔ)上。
在基本激勵繞組和控制激勵繞組彼此分離的已知磁軸承中，預磁化場由恒定電流產(chǎn)生，而這個恒定電流通常是由一第一功率放大器產(chǎn)生。該預磁化場的增強或削弱則通過控制激勵繞組中的電流實現(xiàn)，這個電流通常由一第二功率放大器產(chǎn)生。
在此情況下，如果在磁主軸(Magnetspindel)上使用N個磁軸承，則這N個磁軸承的預磁化電流都可由第一功率放大器施加，因此，此處總共需要使用N+l個功率放大器。
如前所述，不具有基本激勵繞組的常規(guī)磁軸承采用差動控制，其中，每個磁軸承均需使用兩個功率放大器，因而共總需要使用2XN個功率放大器。
圖1和圖2顯示的是對磁軸承的差動控制和一個既包括基本激勵繞組又包括控制激勵繞組的磁軸承。
其中，圖1顯示的是兩個功率放大器12、 14，借助這兩個功率放大器可以實現(xiàn)對控制激勵繞組10的差動控制。為此須在兩個功率放大器12、 14上施加一預磁化電流i。，第一功率放大器12是在預磁化電流i。上加上控制電流ix，第二功率放大器14是從預磁化電流i。中減去控制電流ix。
在進行如圖1所示的差動控制時，借此將恒定電流i。作為預磁化電流外加到控制激勵繞組10的兩個線圈中。這個電流例如為IO安培。它均等地流入兩個線圈，使得第一線圈的磁動勢與第二線圈的磁動勢相等。從物理學角度看，這兩個線圈通常采用垂直相疊的布置方式。在此情況下，如果需要在一位于兩個線圈之間的物體(例如一轉(zhuǎn)子)上施加作用力，就須提高其中一個線圈中的磁動勢，降低另一線圈中的磁動勢。這一點借助控制電流而實現(xiàn)，通過在預磁化電流上加上該控制電流，可提高其中一個線圈中的磁動勢，通過從預磁化電流中減去該控制電流，可降低另一線圈中的磁動勢。舉例而言，如果這個控制電流為2安培，則第一線圈中通過的電流為12安培，第二線圈中通過的電流只有8安培。借此使第一線圈中的磁場相對于第二線圈的磁場得到大幅增強，從而使(例如)向上的作用力得到增大。通過這種方式可以借助控制電流在位于線圈之間的待支承物體上施加所需作用力。因而從控制技術(shù)方面看，圖1所示的磁軸承1建立在針對性地增強控制激勵繞組10的其中一個線圈的磁場，從而針對性地削弱其另一線圈的磁場這一基礎(chǔ)上。
圖2顯示的是另一種己知磁軸承3的示意圖，這種磁軸承既包括基本激勵繞組16，又包括控制激勵繞組10。
與圖l所示的實施方式不同的是，此處需使用附加功率放大器來為基本激勵繞組16產(chǎn)生預磁化電流。但與圖1所示的實施方式相比，每次使用時所設(shè)的磁軸承越多，在所需功率放大器上的投入就越低，因為在一般情況下，僅一個功率放大器就可為所用的全部磁軸承產(chǎn)生預磁化電流。
因此，傳統(tǒng)技術(shù)在操作已知的磁軸承時，不僅需要昂貴的專用功率放大器，還需使用相應的控制器。
專利申請公開案DE 10 2004 024 883 Al揭示上述功率放大器的一種替代方案，借助這種方案也可用機床變換器組中的標準變換器來操作磁軸承。
但這種替代方案僅將變換器的兩個相用來控制磁軸承。在此情況下，如果存在N個包括預磁化繞組的磁軸承，控制該磁軸承系統(tǒng)時就需使用N+l個變換器。如果這些磁軸承不具有預磁化繞組，就需要使用2XN個變換器。

發(fā)明內(nèi)容
從本申請人的上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是在降低所需變換器的投入的同時，借助變換器提高磁軸承控制的效率。
除本申請人的上述現(xiàn)有技術(shù)外，WO 97/07341中還公開了一種徑向主動
磁軸承裝置，這種磁軸承裝置設(shè)有三個分布式電磁體，需要進行預磁化。但本發(fā)明針對的主要是對磁軸承每個自由度的兩個電磁線圈的差動控制。因此舉例而言，在磁軸承符合預期地包括兩個自由度的情況下，本發(fā)明即涉及兩個三相變換器的應用，這兩個三相變換器分別控制一個電磁線圈對。其中，無需進行預磁化。此外，本發(fā)明優(yōu)選涉及軸向軸承，而非徑向軸承。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過使用一三相變換器來控制一磁軸承而實現(xiàn)，其中，所述變換器的三個相電流都用來控制所述磁軸承。
本發(fā)明還涉及一種包括一三相變換器的磁軸承控制裝置，所述三相變換器包括三個相電流輸出端，用于控制一磁軸承，其中，所述變換器的三個相電流都用來控制所述磁軸承，其實現(xiàn)方式為，所述磁軸承的一電磁線圈對的一第一電磁線圈連接在所述變換器的一第一相電流輸出端和一第三相電流輸出端上，所述電磁線圈對的一第二電磁線圈連接在所述變換器的第一相電流輸出端和一第二相電流輸出端上，從而借助所述一個變換器實現(xiàn)對所述電磁線圈對的差動控制。本發(fā)明基于如下考慮已知的三相變換器不僅適合用來為三相電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場，可以由它產(chǎn)生的三個相電流也可另作他用
因此，本發(fā)明的一個核心理念是以差動控制的方式將變換器的三個相電流輸出端作為兩個可單獨產(chǎn)生的電流應用在磁軸承上。
下面將對這一核心理念的實現(xiàn)方式進行說明。
現(xiàn)有技術(shù)中的已知變換器設(shè)計用于操作三相電動機。其中產(chǎn)生一三相矢
量(Drehstromvektor)，該三相矢量作為運算對象存在于變換器中，并被分配到變換器的三個相U、 V和W上。圖3對這種三相矢量20進行了圖示。這個運算對象(三相矢量20)在變換器的坐標系中由電流矢量分量22、 24和26的長度和角度描述，其中，這些電流矢量分量的角度與變換器固定的相位系統(tǒng)U、 V和W有關(guān)。電流矢量分量22、 24和26是電流矢量20在方向U、 V和W上的投影。因此，這些單個相電流是產(chǎn)生自電流矢量20在各相的方向矢量(Richtungszeiger)上的投影的標量。三相系統(tǒng)U、 V和W的三個方向矢量彼此錯開120°，因而它們所夾的角度彼此相等。指向相應方向矢量的方向的投影為正。反向于方向矢量指向的投影為負。在一個理想化的三相系統(tǒng)中，相電流的幾何結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的結(jié)果是，這些相電流的總和總是消失，即等于零。相電流總和的消失是每個三相系統(tǒng)的一個重要特征。
圖4顯示的是一永磁同步電動機的示意圖，這個同步電動機由一變換器操作。為了簡便起見，該電動機具有一磁極對。這個電動機分配有一轉(zhuǎn)子30。所述極對包括一磁北極32和一磁南極34。這個極對固定地錨定在所述轉(zhuǎn)子上。該極對自身剛性，隨轉(zhuǎn)子角旋轉(zhuǎn)?？蔀樵摌O對分配一磁軸36，這個磁軸在圖4中自磁南極34指向磁北極32。旋轉(zhuǎn)方向38描述的是所述轉(zhuǎn)子在一個從外部施加的旋轉(zhuǎn)場的影響下所發(fā)生的旋轉(zhuǎn)，這個旋轉(zhuǎn)場對所述極對發(fā)生作用。
所述電動機的定子(此處未作詳細圖示)包括三個位置固定的線圈，這三個線圈彼此間成120。角布置。在圖4所示的示意圖中，這些線圈采用星形接法，但附圖并未對其中性點進行詳細圖示。每個線圈均分配有所述變換器
的一個相。變換器所產(chǎn)生的相電流40、 42和44從這三個線圈中流過。在此情況下，每個線圈均產(chǎn)生一磁場，該磁場的強度由相應相電流的大小規(guī)定。這個磁場的定向取決于相應相電流的符號。因此，這些線圈所產(chǎn)生的三個磁場彼此疊加，從而在定子內(nèi)部形成一合成磁場，這個合成磁場在強度和定向上與前文所述的三相矢量這一運算對象相符。
操作上述同步電動機時，所述電流矢量的方向精確跟蹤所述轉(zhuǎn)子的磁軸36的角度，使得電流矢量這一運算對象與轉(zhuǎn)子30的磁軸36彼此構(gòu)成一明確的角度。在所述電流矢量與所述磁軸之間理論上可以形成的所有角度中，有兩個角度特別有利
1. 指向磁軸方向的電流矢量。
所述電流矢量的這種定向不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，被稱為"-電流"。眾所周知，可旋轉(zhuǎn)磁軸(例如羅盤針)是朝外部磁場的力線方向定向。在此情況下，圖4所示的可旋轉(zhuǎn)磁軸已完全朝外部磁場定向，因而該磁軸不會再發(fā)生任何轉(zhuǎn)動。
2. 垂直于磁軸26 (即與磁軸26成90。角)的電流矢量。這種定向產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，被稱為"q電流"。外場與可旋轉(zhuǎn)磁軸之間的夾
角越大，有效轉(zhuǎn)矩就越大。在數(shù)學上，這個轉(zhuǎn)矩由夾角的余弦描述。因此當夾角為90。時，就會產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。
所述電流矢量的這兩種特別有利的方向d和q彼此垂直。其中一個方向(即d電流)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，另一方向(即q電流)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。盡管d電流不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但它對于同步電動機的操作而言還是非常重要負的d電流(反向于磁軸指向)會減小電動機的端電壓。因此，這種電流在技術(shù)文獻中往往被稱為"磁場削弱電流"或簡稱為"弱磁電流"。
事實證明，將任何一個電流矢量理解為d電流與q電流的線性組合，是有利的?？蓪⑦@些d電流和q電流理解為如圖4所示單獨分布在三個相U、V和W上的運算對象。
在現(xiàn)有技術(shù)中，電動機用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，同步電動機在基本轉(zhuǎn)速范
圍內(nèi)的運行是使電流矢量的d分量被控制為零。q電流則用于產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩。 在高轉(zhuǎn)速情況下，須附加對一 (負的)d電流進行控制，借此將電動機的端 電壓減小至預期值。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)操作一同步電動機時，d電流和q電流 分擔不同的且彼此間不存在關(guān)聯(lián)的功能，因而可加以單獨控制。
本發(fā)明利用這種單獨產(chǎn)生上述電流的可能性來產(chǎn)生對一磁軸承進行差 動控制所需要的兩個獨立電流。
但是在通過變換器來控制電動機時，d電流和q電流總是同步于轉(zhuǎn)子角 定向，亦即，與磁軸同步。為此須為該變換器提供有關(guān)磁軸當前定向(亦稱 "轉(zhuǎn)子定向角")的信息。
下面將對變換器在控制磁軸承方面的應用進行說明，先假定所述電動機 的轉(zhuǎn)子靜止不動。其中如圖4所示，磁軸朝相U方向定向。q電流(即產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩的電流矢量)垂直于磁軸，從而朝相U方向與定子軸構(gòu)成一直角。
由此產(chǎn)生如圖5所示的情形。
當磁軸36在相位方向U (與所述電動機的定子的相位線圈U的方向一 致)上處于上述凍結(jié)位置時，q電流僅分布在另外兩個相V和W上。由于q 電流此時垂直于U軸，因此它在U軸上的投影消失。而相電流W的符號總 是與相電流V的符號相反。由此得出
(1) -iw = iv = cos(30。)'iq
g巾
iu = 0以及iu + iv + iw = 0
如前所述，本申請人在其現(xiàn)有技術(shù)DE 10 2004 024 883 Al中已揭示一種 將磁軸承線圈的兩個接頭連接在變換器的相輸出端V和W上的技術(shù)方案。用硬件或軟件凍結(jié)變換器的轉(zhuǎn)子位姿信息，使變換器面臨如下情形，即，磁 軸似乎固定不變地指向定子的方向(即相位方向U)。在此情況下，變換器
中通常用于控制轉(zhuǎn)矩進而控制q電流大小的控制回路將直接對磁軸承線圈的 電流強度進行控制，其中對于未連接的相U而言，由于轉(zhuǎn)子定向角被凍結(jié)， 因而不存在電流額定值控制。借此避免可能出現(xiàn)的錯誤提示，否則在無電流 流動的情況下，即便對于這個相而言變換器上存在相應的電流額定值，仍會 出現(xiàn)錯誤提示。三相變換器的這種應用(即，既用于控制包括基本激勵繞組 的磁軸承，又用于控制包括差動控制系統(tǒng)但不具有基本激勵繞組的磁軸承) 是已知的現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明將以這一現(xiàn)有技術(shù)為出發(fā)點作進一步展開。
用于控制電動機的變換器在調(diào)節(jié)所需電流時會將一脈寬調(diào)制電壓接到 該變換器的相輸出端U、 V和W上。在此情況下，當需要通過這個變換器 來控制一個包括基本激勵繞組的磁軸承時，就會產(chǎn)生這樣一個缺點，即，磁 軸承的所有線圈均通過該基本激勵繞組彼此變壓耦合在一起。這一點之所以 不利的原因是，單個磁軸承變換器的電流控制器會在這一耦合的作用下發(fā)生 不利的相互作用。但如果存在一種包括差動控制系統(tǒng)的磁軸承，就可放棄這 種不利的耦合措施，從而避免單個變換器的電流控制器受到干擾。但這種方 案的特別不利之處在于，它需要多用許多變換器，也就是2xN個變換器，其 中，N是磁軸承的數(shù)量。
因此，本發(fā)明針對的主要是不采用基本激勵繞組的差動控制磁軸承。本 發(fā)明借以克服變換器數(shù)量增加這一缺點的措施是，用單獨一個變換器來執(zhí)行 現(xiàn)有技術(shù)須借助兩個單個變換器方能實現(xiàn)的差動控制功能。其實現(xiàn)方式如 下為在現(xiàn)有技術(shù)中被調(diào)節(jié)至零的d電流分配一個功能，使該電流不為零， 而是將其調(diào)節(jié)至一定義值。
下面將借助圖6對此進行詳細說明。 為此須先對d電流在轉(zhuǎn)子處于規(guī)定位姿(即磁軸36指向相U方向)時在各相U、 V、 W上的分布情況進行說明。在弱磁方向上外加d電流，因此
d電流反向于磁軸36指向，進而反向于相位方向U指向。 .
外加的弱磁d電流52平行于相位方向U，因而該電流可以相反的定向 朝相U方向進行完全投影。這個d電流在相位方向V和W上的投影正好是 生成d電流的一半。在此情況下，外加d電流適用下列等式
1 1
(2) iv = iw = - s iu = - ^ id ，
其中
iu + iv + 土w = 0 。
對一磁軸承線圈對進行差動控制時，須在兩個線圈中外加一恒定電流和 一差動電流。恒定電流在兩個線圈中的符號相同，而差動電流在兩個線圈中 的符號不同?，F(xiàn)有技術(shù)是先將這些電流相加，隨后將其作為額定值分別傳輸 給一個放大器，這樣就需要為每個線圈單獨設(shè)一放大器。
而本發(fā)明是用單獨一個三相變換器來對一磁軸承線圈對進行差動控制， 其中，恒定電流由該變換器的d電流控制，差動電流由該變換器的q電流控 制。
所述磁軸承的線圈分別通過一連接線連接在所述變換器的相V和W上。 另外兩條線圈連接線彼此相連，且共同連接在所述變換器的相U上。由此產(chǎn) 生如圖7和圖8所示的接線圖。
便于理解起見，此處分別針對d電流60 (圖7)和q電流64 (圖8)進 行單獨圖示。
需要說明的是，附圖所示的磁軸承線圈對均只連接在單獨一個三相變換 器上。分圖展示的目的只是為了使圖示內(nèi)容更為清晰。
圖7顯示的是d電流60在所述磁軸承線圈對的兩個線圈中的分布。d 電流60以一半大小作為(正)電流出現(xiàn)在兩個線圈中。圖8顯示的是q電流在所述磁軸承線圈對的線圈中的分布。q電流以正 電流形式出現(xiàn)在附圖上部所示的線圈中，以負電流形式出現(xiàn)在附圖下部所示 的線圈中，但出現(xiàn)在這兩個線圈中的q電流強度相同。圖7和圖8是分別朝 相U、 V和W方向朝所述變換器內(nèi)部以一正計數(shù)方向進行計數(shù)。
在此情況下，如果將d電流作為恒定電流外加，將q電流用于調(diào)節(jié)作用 力，就可滿足對一磁軸承進行差動控制所需滿足的全部要求。根據(jù)圖7和圖 8所示，d電流被分配了恒定電流i。的功能，q電流執(zhí)行前述應在磁軸承線圈 對的兩個線圈中引起不同磁動勢的電流ix的控制功能。
本發(fā)明所提供的對一磁軸承進行差動控制的方法要求d電流和q電流均 可單獨生成。這一點可借助現(xiàn)代的三相變換器而實現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)的不同之 處僅在于，本發(fā)明并不產(chǎn)生用于控制電動機的旋轉(zhuǎn)場，而是通過單獨產(chǎn)生兩 個電流來以差動控制的方式對一磁軸承進行操作。


附圖所示為本發(fā)明的三個實施例，其中 圖9為本發(fā)明包括一三相變換器的磁軸承控制裝置； 圖10和圖11為已知的星形接法和三角形接法，用于實現(xiàn)本發(fā)明的接線 方式；
圖12為本發(fā)明的磁軸承控制裝置，其中，此處的三相變換器既用于控 制基本激勵繞組，又用于對控制激勵繞組進行控制；以及
圖13為圖12所示實施方式的替代實施方式，這種實施方式特別有利的 適用情形是，預磁化繞組的設(shè)計可傳導電流小于控制繞組的設(shè)計可傳導電
流o
具體實施例方式
圖9顯示的是本發(fā)明包括一三相變換器70的磁軸承控制裝置，所述變 換器的相電流輸出端U、 V和W提供相電流40、 42和44。這個磁軸承包括 一上銜鐵66和一下銜鐵68。其中，電流72流入一電磁線圈對的一個線圈中，該線圈分配給上銜鐵66。這個線圈連接在變換器70的第一和第三相電流輸 出端U、 W上。 .
電流74流入所述電磁線圈對的第二線圈中，這個線圈則分配給下銜鐵 68。所述第二線圈連接在變換器70的第一相電流輸出端U和第二相電流輸 出端上。如果假定固定的轉(zhuǎn)子定向角為O。，磁軸36指向相U方向，則所產(chǎn) 生的相輸出電流40、 42和44如下
<formula>formula see original document page 13</formula>
相電流40 (iu)構(gòu)成一外加d電流。另外兩個相電流42和44則可根據(jù) 方程組(3)中的其余兩個方程式加以計算。
由此得到用于本發(fā)明如圖9所示的配線的總方程組(4)。
電流ia對應于一個流入分配給上銜鐵66的第一線圈的電流72。電流ib 描述的是一個流入所述電磁線圈對的第二線圈的其他電流74。
從方程組(3)和(4)中可以看出，借助電流id可進行所謂的預磁化， 電流iq使其中一個線圈中的電流升高，使另一線圈中的電流降低，借此可對 作用在待支承物體(優(yōu)選為一轉(zhuǎn)子)上的合力進行調(diào)節(jié)。
現(xiàn)有技術(shù)中的變換器設(shè)計用于操作對稱的三相電動機。其中的"對稱" 是指，變換器所有三個端子間的表觀電阻大小都相同。
但在按本發(fā)明的設(shè)計將變換器連接到磁軸承線圈上時，情況并非如此。如上文聯(lián)系圖7和圖8所說明的那樣，本發(fā)明的接線方式可理解為不完全星 形接法，其中，相u中不存在任何電感，所述磁軸承線圈對的兩個線圈構(gòu)成 另外兩個相V和W中的電感。也可將圖7和圖8理解為不完全三角形接法， 其中，相V和W之間不接任何第三電感。
這種接線方式上的不對稱性會對電流控制產(chǎn)生影響。舉例而言，這種不 完全星形接法和不完全三角形接法的不對稱性可通過下述方式加以消除， 即，在與完全星形接法或完全三角形接法相比缺少用以實現(xiàn)對稱的表觀電阻 的相位支路(Phasenzwdg)中接入一具有電感的被動扼流器，且該電感與所 述電磁線圈對的一個線圈的電感相符。此外也可對磁軸承線圈進行分割，并 將其中一個分區(qū)段用作上述被動扼流器。借此可在增添上述被動扼流器的情 況下，實現(xiàn)一種將磁軸承線圈對連接至一三相變換器的替代接線方式。
但這樣一種被動扼流器作為組件使用，會帶來額外成本，產(chǎn)生損耗熱， 需要占用安裝空間。因此，下文將提出一種優(yōu)選解決方案，這種解決方案可 消除因不對稱而產(chǎn)生在電流控制器上的不良影響。
先從圖7和圖8出發(fā)對電流控制器所受到的影響進行說明。此處仍假定， 磁軸36朝相U方向凍結(jié)。
d電流60從相線U以相同的分量62流入相線V和W。其中，沒有電 流從相線V流向相線W，反之亦然。因而在d電流情況下，V和W之間的 支路是否被一組件占用，這一點并不重要。增添上述被動扼流器不會引起任 何變化。由此對d電流而言，不完全三角形接法轉(zhuǎn)變成了完全三角形接法。 變換器在d電流情況下檢測不到這個缺失的支路，因為這個支路中原本就沒 有電流。對于d電流的電流控制而言，由此得出單個支路電感為L的三角形 配線的總電感為2/3xL。
q電流從相線V流向相線W，并從相線W流向相線V。相線U中沒有 電流。因而在q電流情況下，支路U是被一大小為L的電感占用還是存在 短路，這一點并不重要。由此對q電流而言，不完全星形接法轉(zhuǎn)變成了完全星形接法。變換器在q電流情況下檢測不到發(fā)生短路的支路U，因為這個支 路中原本就沒有電流。對于q電流的電流控制而言，由此得出單個支路電感 為L的星形配線的總電感為2xL。
也就是說，被變換器檢測到的電感取決于外加的是d電流還是q電流。 從計算結(jié)果看，兩個電感之間的差別為1:3。改變相應電流分量d或q所需 的電壓也存在差別。改變q電流所需要的電壓是改變d電流所需電壓的三倍。 由于電流控制器在改變電流時需要接入一電壓，因而本發(fā)明建議從該電壓的 大小上區(qū)分d電流和q電流。針對包括比例電流控制器的變換器，本發(fā)明提 出一種在選用的比例增益上d電流小于q電流的結(jié)構(gòu)。如果在進行電流控制 時將電感差別考慮在內(nèi)，就無需再為不完全星形配線或不完全三角形配線補 充被動扼流器。
圖12和圖13顯示的是將包括預磁化繞組的磁軸承連接到一三相變換器 上的其他接線方法。
如果該預磁化繞組的設(shè)計可傳導電流小于控制繞組的設(shè)計可傳導電流， 則圖13所示的設(shè)計方案為優(yōu)選方案。
從圖12和圖13以及相應的權(quán)利要求中可獲知本發(fā)明將所述變換器連接 到所述磁軸承的電磁線圈對的線圈上的接線方式。
綜上所述，本發(fā)明可簡要概括為
控制磁軸承需要使用功率放大器。本發(fā)明用一三相變換器執(zhí)行這些功率 放大器的功能，其中，所述變換器的三個相電流輸出端都用來控制磁軸承的 電磁線圈對的線圈。本發(fā)明對以下認識加以利用，即通過對相電流進行單 獨調(diào)節(jié)，不僅可用一變換器為一電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場，而且所述相電流的這種 單獨可調(diào)性還可用來控制一磁軸承線圈對。
權(quán)利要求
1.一種三相變換器(70)的應用，用于控制一磁軸承(10，66，68)，其中，所述變換器(70)的三個相電流(40，42，44)都用來控制所述磁軸承(10，66，68)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其中，所述變換器(70)對所述磁軸承 (10， 66， 68)的一磁軸承線圈對(10)進行差動控制，其中，所述一個三 相變換器(70)用所述三個相電流(40， 42， 44)產(chǎn)生用于對所述磁軸承線 圈對(10)進行差動控制的恒定電流和差動電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用，其中，所述磁軸承(10， 66， 68)不包 括基本激勵繞組(16)，而僅包括一由所述磁軸承線圈對(10)構(gòu)成的控制 激勵繞組(10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其中，所述磁軸承(10， 66， 68)具有 一基本激勵繞組(16)和一控制激勵繞組(10)，通過與所述基本激勵繞組 (16)和所述控制激勵繞組(10)連接，用所述三個相電流(40， 42， 44) 產(chǎn)生施加給所述基本激勵繞組(16)和所述控制激勵繞組(10)的預磁化電 流和控制電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項權(quán)利要求所述的應用，其中，所述磁軸 承(10， 66， 68)的一上銜鐵(66)的一控制激勵繞組(10)連接在所述三 相變換器(70)的一第一相電流輸出端(U)和一第三相電流輸出端(W) 上，所述磁軸承(10， 66， 68)的一下銜鐵(68)的一控制激勵繞組(10) 連接在所述三相變換器(70)的第一相電流輸出端(U)和一第二相電流輸 出端(V)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應用，其中，所述磁軸承(10， 66， 68)的一 上銜鐵(66)的基本激勵繞組(16)和控制激勵繞組(10)串聯(lián)，且連接在 所述三相變換器(70)的一第一相電流輸出端(U)和一第三相電流輸出端 (W)上，所述磁軸承(10， 66， 68)的一下銜鐵(68)的基本激勵繞組(16)和控制激勵繞組(10)串聯(lián)，且連接在所述三相變換器(70)的第一相電流 輸出端(U)和一第二相電流輸出端(V)上。 .
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應用，其中，所述磁軸承(10， 66， 68)的一 上銜鐵(66)的基本激勵繞組(16)與所述磁軸承(10， 66， 68)的一下銜 鐵(68)的基本激勵繞組(16)串聯(lián)，所述磁軸承(10， 66， 68)的上銜鐵 (66)的控制激勵繞組(10)與所述磁軸承(10， 66， 68)的下銜鐵(68) 的控制激勵繞組(10)串聯(lián)，所述控制激勵繞組(10)具有一分接點，借助 所述分接點將從兩個銜鐵(66， 68)的基本激勵繞組(16)中通過的電流饋 入兩個銜鐵(66， 68)的控制激勵繞組(10)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述的應用，其中，所述三相 變換器(70)包括一用于對所述變換器(70)的一 d電流和一 q電流進行控 制的比例電流控制器，將一用于控制所述d電流的第一比例增益設(shè)定為小于 一用于控制所述q電流的第二比例增益。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其中，所述第一比例增益的比例處于1:2 至1:4的范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應用，其中，所述第一比例增益與所述第二比 例增益之比為1:3。
11. 一種磁軸承控制裝置，其特征在于一三相變換器(70)，所述變換器 包括三個相電流輸出端(U， V， W)，用于控制一磁軸承(10， 66， 68)， 其中，所述變換器的三個相電流都用來控制所述磁軸承(10， 66， 68)，其 實現(xiàn)方式為，所述磁軸承(10， 66， 68)的一電磁線圈對(10)的一第一電 磁線圈連接在所述三相變換器(70)的一第一相電流輸出端(U)和一第三 相電流輸出端(W)上，所述電磁線圈對(10)的一第二電磁線圈連接在所 述三相變換器(70)的第一相電流輸出端(U)和一第二相電流輸出端(V) 上，從而借助一個變換器(70)實現(xiàn)對所述電磁線圈對(10)的差動控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁軸承控制裝置和三相變換器在控制磁軸承方面的應用。本發(fā)明建議用一三相變換器(70)來控制一磁軸承(10，66，68)，其中，所述變換器(70)的三個相電流(40，42，44)都用來控制所述磁軸承(10，66，68)。將所述磁軸承(10，66，68)的一電磁線圈對(10)的一第一電磁線圈連接在所述三相變換器(70)的一第一相電流輸出端(U)和一第三相電流輸出端(W)上，將所述電磁線圈對(10)的一第二電磁線圈連接在所述三相變換器(70)的第一相電流輸出端(U)和一第二相電流輸出端(V)上，從而借助所述一個變換器(70)實現(xiàn)對所述電磁線圈對(10)的差動控制。所述變換器(70)也可連接在包括預磁化繞組的磁軸承上。這一點在改裝此類現(xiàn)有磁軸承時較為有利。
文檔編號F16C32/04GK101680481SQ200780053360
公開日2010年3月24日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者漢斯-喬治·克普肯, 約阿希姆·登克, 貝恩德·韋德爾, 迪特馬爾·斯特羅伊貝 申請人:西門子公司