[发明专利]包括三相变换器的磁轴承控制装置及三相变换器在控制磁轴承方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁轴承控制装置和三相变换器在控制磁轴承方面的应 用。

背景技术

主动可控的磁轴承使用电磁体。为此需要进行预磁化以及对产生力的电 流进行快速控制，以稳定位姿。

在现有技术中，这类磁轴承大致分为两种：

一种是包括预磁化绕组的磁轴承，借助该预磁化绕组可产生基本磁场。 此外还存在一控制激励绕组，借助该控制激励绕组可通过控制技术为待支承 物体外加一个所需作用力。

另一种磁轴承不具有基本激励绕组，亦即，不具有可以实现预磁化的绕 组。这种磁轴承所采用的控制技术主要建立在所谓的差动控制 (Differenzansteuerung)基础上。

在基本激励绕组和控制激励绕组彼此分离的已知磁轴承中，预磁化场由 恒定电流产生，而这个恒定电流通常是由一第一功率放大器产生。该预磁化 场的增强或削弱则通过控制激励绕组中的电流实现，这个电流通常由一第二 功率放大器产生。

在此情况下，如果在磁主轴(Magnetspindel)上使用N个磁轴承，则这 N个磁轴承的预磁化电流都可由第一功率放大器施加，因此，此处总共需要 使用N+1个功率放大器。

如前所述，不具有基本激励绕组的常规磁轴承采用差动控制，其中，每 个磁轴承均需使用两个功率放大器，因而共总需要使用2×N个功率放大器。

图1和图2显示的是对磁轴承的差动控制和一个既包括基本激励绕组又 包括控制激励绕组的磁轴承。

其中，图1显示的是两个功率放大器12、14，借助这两个功率放大器可 以实现对控制激励绕组10的差动控制。为此须在两个功率放大器12、14上 施加一预磁化电流i_o，第一功率放大器12是在预磁化电流i_o上加上控制电 流i_x，第二功率放大器14是从预磁化电流i_o中减去控制电流i_x。

在进行如图1所示的差动控制时，借此将恒定电流i_o作为预磁化电流外 加到控制激励绕组10的两个线圈中。这个电流例如为10安培。它均等地流 入两个线圈，使得第一线圈的磁动势与第二线圈的磁动势相等。从物理学角 度看，这两个线圈通常采用垂直相叠的布置方式。在此情况下，如果需要在 一位于两个线圈之间的物体(例如一转子)上施加作用力，就须提高其中一 个线圈中的磁动势，降低另一线圈中的磁动势。这一点借助控制电流而实现， 通过在预磁化电流上加上该控制电流，可提高其中一个线圈中的磁动势，通 过从预磁化电流中减去该控制电流，可降低另一线圈中的磁动势。举例而言， 如果这个控制电流为2安培，则第一线圈中通过的电流为12安培，第二线 圈中通过的电流只有8安培。借此使第一线圈中的磁场相对于第二线圈的磁 场得到大幅增强，从而使(例如)向上的作用力得到增大。通过这种方式可 以借助控制电流在位于线圈之间的待支承物体上施加所需作用力。因而从控 制技术方面看，图1所示的磁轴承1建立在针对性地增强控制激励绕组10 的其中一个线圈的磁场，从而针对性地削弱其另一线圈的磁场这一基础上。

图2显示的是另一种已知磁轴承3的示意图，这种磁轴承既包括基本激 励绕组16，又包括控制激励绕组10。

与图1所示的实施方式不同的是，此处需使用附加功率放大器来为基本 激励绕组16产生预磁化电流。但与图1所示的实施方式相比，每次使用时 所设的磁轴承越多，在所需功率放大器上的投入就越低，因为在一般情况下， 仅一个功率放大器就可为所用的全部磁轴承产生预磁化电流。

因此，传统技术在操作已知的磁轴承时，不仅需要昂贵的专用功率放大 器，还需使用相应的控制器。

专利申请公开案DE 10 2004 024 883 A1揭示上述功率放大器的一种替 代方案，借助这种方案也可用机床变换器组中的标准变换器来操作磁轴承。

但这种替代方案仅将变换器的两个相用来控制磁轴承。在此情况下，如 果存在N个包括预磁化绕组的磁轴承，控制该磁轴承系统时就需使用N+1 个变换器。如果这些磁轴承不具有预磁化绕组，就需要使用2×N个变换器。

发明内容

从本申请人的上述现有技术出发，本发明的目的是在降低所需变换器的 投入的同时，借助变换器提高磁轴承控制的效率。