CN104060354A - 用于检测无轴纺纱转杯的位置变化的方法和纺纱单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测自由端纺纱机的无轴纺纱转杯在主动磁轴承的腔中的位置变化的方法和具有用于支承无轴纺纱转杯的主动磁轴承的自由端纺纱机的纺纱单元。其中连续地检测纺纱转杯的径向移位并且同时连续地检测纺纱转杯的倾斜，从而根据检测到的纺纱转杯的位置变化，确定纺纱转杯的移位和/或倾斜，所述移位和/或倾斜用于随后调节纺纱转杯在主动磁轴承中的位置的控制。用于检测纺纱转杯的径向移位的两对传感器对着纺纱转杯的圆柱壁布置在纺纱转杯的相对侧，并且与此同时用于检测纺纱转杯的倾斜的两对传感器对着与纺纱转杯的旋转轴线垂直的纺纱转杯的壁布置在纺纱转杯的相对侧。

Description

用于检测无轴纺纱转杯的位置变化的方法和纺纱单元
技术领域
本发明涉及一种用于检测自由端纺纱机的无轴纺纱转杯在主动磁轴承的腔中的位置变化的方法，其中纺纱转杯的位置由传感器系统检测，并且基于检测到的纺纱转杯的位置变化，来调节主动磁轴承的控制，以便消除纺纱转杯在主动磁轴承的腔中的位置的不期望变化。
本发明还涉及一种具有用于支承无轴纺纱转杯的主动磁轴承的自由端纺纱机的纺纱单元，其包括用于产生和控制布置有纺纱转杯的磁场的部件，其中该轴承还包括纺纱转杯的位置的传感器，该传感器与其输出信号的检测器联接，并且与评估电路联接，评估电路连接到主动磁轴承的控制系统。
背景技术
为了支承自由端纺纱机的非常快速旋转的无轴纺纱转杯，而具有特殊的设备，其借由受控的磁力来确保纺纱转杯的位置和驱动。这样的设备通常称为主动磁轴承。
为了保证主动磁轴承的正确运转，知晓纺纱转杯在主动磁轴承中的磁场中的瞬间位置以及该位置在具有轴线x、y、z的三维直角坐标系中随着时间经过的可能变化是重要的。纺纱转杯必须基于关于其位置连续检测和估计的数据，由调节（控制）系统维持在所要求的位置，并且也为了避免由纺纱转杯的可能过度偏转的影响导致纺纱转杯的事故，这会引起特别是由纺纱转杯的高旋转速度带来的所有负面效应，例如由于纺纱转杯与主动磁轴承的其他部件的接触引起的事故。
在纺纱转杯的高度接近纺纱转杯的直径的主动磁轴承中，存在正确地尤其识别纺纱转杯在其旋转期间的所谓振动的问题，即，纺纱转杯的实际旋转轴线相对于纺纱转杯的理论旋转轴线关联的变化。纺纱转杯通过主动磁轴承的磁力和永久磁铁的作用而沿着其旋转轴线方向维持在所要求的位置，因此纺纱转杯沿着纺纱转杯的旋转轴线方向的可能移位通过这些永久磁铁的作用被完全自动地校正。迄今为止，在该简单装置中，基本上仅转杯的旋转轴线的径向移位由纺纱转杯的恰当配置的传感器检测，其主要根据检测纺纱转杯的监测区域距传感器的距离的变化并且随后根据这些变化实施纺纱转杯悬浮的校正的原理进行。
因此，纺纱转杯的常规传感器通常以成对布置工作，即成对，其中所有的所述对沿着纺纱转杯的圆周区域配置在一个平面中，在该平面中它们能够检测纺纱转杯相对于理论旋转轴线的径向移位。然而，在该配置中，它们不能可靠地识别由纺纱转杯的振动导致的纺纱转杯的位置的变化，从而这些可能的振动不能通过主动磁轴承的永久磁铁的磁力的作用被自发地校正。
为了检测转杯的振动，可以应用将纺纱转杯的传感器相对于纺纱转杯的外圆周布置在两个平行感测平面中的布置，即相对于纺纱转杯的圆柱形区域。然而，该方案是昂贵的并且需要用于传感器、检测器和评估电路的第二平行系统的附加空间。此外，由于无轴纺纱转杯的长度短并且由于自由端纺纱机中的具有主动磁轴承纺纱单元总体上相对较小，所以如果不显著地增加无轴纺纱转杯的长度和纺纱单元的外部尺寸，则不能获得该必需的附加空间。
发明内容
本发明的目的在于消除或至少减少背景技术的缺点，尤其是提高检测无轴纺纱转杯在自由端纺纱机的纺纱单元中的位置的可能性。
本发明的目的由一种用于检测自由端纺纱机的无轴纺纱转杯在主动磁轴承的腔中的位置变化的方法来实现，其原理在于，连续地检测纺纱转杯的径向移位并且同时连续地检测纺纱转杯的倾斜，从而根据检测到的纺纱转杯的位置的变化，来确定纺纱转杯的移位和/或倾斜，该移位和/或倾斜用于随后调节纺纱转杯在主动磁轴承中的位置的控制。
本发明的目的还由一种具有用于支承无轴纺纱转杯的主动磁轴承的自由端纺纱机的纺纱单元来实现，其原理在于，具有用于支承无轴纺纱转杯的主动磁轴承的自由端纺纱机的纺纱单元，主动磁轴承包括用于产生和控制布置有纺纱转杯的磁场的部件，其中该轴承还包括纺纱转杯的位置的传感器，该传感器与其输出信号的检测器联接，并且与评估电路联接，评估电路连接到主动磁轴承的控制系统。
与背景技术相比，该方案的优点在于，更好地检测纺纱转杯在其旋转期间在自由端纺纱机的纺纱单元的主动磁轴承中的位置。检测所有这些的过程足够快速地进行，并且具有需要的精度和测量结果的可靠性。
附图说明
本发明示意地表示在附图中，其中图1表示纺纱转杯的传感器在主动磁轴承中的布置的示例，图2表示纺纱转杯的传感器的布置的实施例的示例，图3表示用于检测纺纱转杯的径向移位的传感器的布置和由这些传感器测量的距纺纱转杯的圆柱壁的距离，以及图4表示用于检测纺纱转杯的倾斜的传感器的布置和由这些传感器测量的距纺纱转杯的壁的距离，所述壁垂直于纺纱转杯的旋转轴线，所有这些都以沿着图2的方向S的视角示出。
具体实施方式
从下面对用于自由端纺纱机的纺纱单元的具有无轴纺纱转杯的主动磁轴承的实施例的示例的描述，本发明将变得更清楚。
自由端纺纱机包括彼此相邻定位的至少一排操作单元。每个操作单元除了多个其他部件之外还包括布置有主动磁轴承的纺纱单元，无轴纺纱转杯1可旋转地安装在主动磁轴承中。主动磁轴承确保借由受控磁稳定系统13维持纺纱转杯1相对于纺纱单元的其他部件的位置。纺纱转杯1的驱动借由受控电磁驱动系统12来确保。
在纺纱转杯1的位置下方，我们理解将纺纱转杯1定位在三维坐标系中，即包括纺纱转杯1的当前旋转轴线OA，即纺纱转杯1的实际旋转轴线，相对于纺纱转杯1的理论旋转轴线OI，纺纱转杯1的理论旋转轴线OI由纺纱单元和纺纱转杯1的主动磁轴承的几何形状确定。
当前旋转轴线OA的位置由检测纺纱转杯1在主动磁轴承中的位置的系统检测。如图2所示，检测纺纱转杯的位置的系统包括用于检测纺纱转杯1的径向移位的传感器A和用于检测纺纱转杯1的倾斜的传感器B。纺纱转杯1的位置的传感器A和纺纱转杯1的位置的传感器B与其输出信号的检测器D联接，并且还与评估电路和主动磁轴承的控制设备联接。
为了检测纺纱转杯1的径向移位以及为了检测纺纱转杯1的倾斜，理论上需要使用至少三个用于检测纺纱转杯1的径向移位的传感器A和三个用于检测纺纱转杯1的倾斜的传感器B。在实施例的图示示例中，纺纱转杯1的位置的传感器A、B总是布置为两对，即两对用于检测纺纱转杯1的径向移位的传感器A1、A2和两对用于检测纺纱转杯1的倾斜的传感器B1、B2，这从图2至图4显而易见并且将在下面描述。
用于检测纺纱转杯1的径向移位的传感器对A1、A2对着纺纱转杯1的圆柱壁10布置在纺纱转杯1的相对侧。用于检测纺纱转杯1的倾斜的传感器对B1、B2对着与纺纱转杯1的旋转轴线OA垂直的纺纱转杯1的壁11布置在纺纱转杯1的相对侧。前面句子中的表述“相对侧”表示传感器B关于纺纱转杯1的旋转轴线OA对称地与纺纱转杯1的对应壁11相关地设置，也如附图所示。与纺纱转杯1的旋转轴线OA垂直的纺纱转杯1的壁11例如是纺纱转杯1的底部或者纺纱转杯1的其它适当定向的壁。
如图1和图3所示，用于检测纺纱转杯1的径向移位的传感器对A1、A2检测纺纱转杯1的圆柱壁10距传感器A1、A2的距离X1、X2的变化。如从图1和图4显而易见的那样，用于检测纺纱转杯1的倾斜的传感器对B1、B2检测与纺纱转杯1的旋转轴线OA垂直的纺纱转杯1的壁11距传感器B1、B2的距离Y1、Y2的变化。
在有利实施例中，如图2所示，两对传感器A1、A2沿着纺纱转杯1的圆周配置在互相垂直的两个方向上。
在优选实施例中，具有位于互相垂直的两个方向上的两对传感器B1、B2，并且两个方向视情况而定相对于传感器A的放置转动了45°角。
在图1中的实施例中，示出了用于检测纺纱转杯1的径向移位的一对传感器A，即传感器A1和A2，并且与此同时，示出了用于检测纺纱转杯1的倾斜的一对传感器B，即传感器B1和B2。
传感器A1、A2、B1、B2检测纺纱转杯1距相应传感器A1、A2、B1、B2的距离X1、X2、Y1、Y2，或者它们检测这些距离X1、X2、Y1、Y2的变化。在该布置中，利用下面描述的判定逻辑，相对容易地确定纺纱转杯1的位置相对于理论位置的变化的类型、或者纺纱转杯1的当前旋转轴线OA相对于纺纱转杯1的理论旋转轴线OI的位置的变化的类型。根据旋转的纺纱转杯1的位置的变化的检测到的类型，以及根据纺纱转杯1的位置的变化的检测到的大小，在控制主动磁轴承的过程中采取适当的措施，这确保了纺纱转杯1返回到其理论位置，即返回到轴线OI和OA之间的匹配。以这样的方式，来监测在主动磁轴承的磁场中旋转的纺纱转杯1的位置，并且使该位置维持在直角坐标系的轴线x、y、z中。
用于确定纺纱转杯1的位置相对于其理论位置的变化的类型的决策逻辑是针对如图1所示的实施例的，以便如果以下成立：
a) x1=x2并且y1=y2，那么纺纱转杯1处于理论位置，在理论位置纺纱转杯1的当前旋转轴线OA与理论旋转轴线OI相同，
b) x1>x2并且y1=y2，那么纺纱转杯1发生向右侧的径向移位，
c) x1<x2并且y1=y2，那么纺纱转杯1发生向左侧的径向移位，
d) x1<x2并且y1>y2，那么纺纱转杯1发生向右侧的倾斜，
e) x1>x2并且y1<y2，那么纺纱转杯1发生向左侧的倾斜。
优选地，传感器A、B是由布置在印刷电路板的相对区域上或多层印刷电路的内部区域上的一对线圈组成的高频变压器。此外，如果传感器A位于印刷电路板中的通孔的边缘附近的位置并且纺纱转杯1穿过印刷电路板中的该孔，那么是有利的，以便传感器A对着纺纱转杯1的圆柱壁10设置，其中印刷电路板中的通孔的直径比纺纱转杯1的外径仅略微大通常例如2mm，如全部在图1中所示。优选地，传感器B定位在位于纺纱转杯1的下监测壁或上监测壁11的高度下方或上方大约1mm的另外的印刷电路板上，壁11与纺纱转杯1的旋转轴线OA垂直，或者传感器B在根据图1的实施例中位于印刷电路板中的通孔的边缘附近，其中该通孔具有比纺纱转杯1的外径小的直径，以便传感器B可以正对着纺纱转杯1的壁11布置，壁11与纺纱转杯1的旋转轴线OA垂直。
以上所述的所有主要元件总是布置印刷电路板上，或者视情况而定总是布置在公共印刷电路板上消除了或者至少显著地降低了感应干扰信号的产生，从而提高了利用一对线圈制作为高频变压器的传感器A、B的灵敏性。此外，该实施例的传感器A、B还允许以高度集成的可能性容易地直接安装到自由端纺纱机的纺纱单元中，因为在具有传感器A、B的印刷电路板上，能够实质上集成主动磁轴承的全部电子元件，或者简单地能够将这些板与主动磁轴承的电子元件互相连接。以这样的方式能够大幅地降低生产成本。
利用线圈对在印刷电路板上制作为高频变压器的传感器A、B在输入处由具有最小几十MHz数量级的频率的高频激励信号激励，通常在从几十MHz到几百MHz的频率范围内，特别是在20MHz以上的频率范围内。这些传感器A、B的输出信号由连接的检测器D处理，如图3和图4所示，其中检测器D的输出信号进一步用在评估电路和主动磁轴承的控制系统中。主动磁轴承的控制系统可以制作在主动磁轴承中，或者可以由纺纱单元的部件组成，或者可以由操作单元或机器的部件或整个机器的部件等等构成，或者可以基本上为分布式控制系统。

Claims (4)

1. 一种用于检测自由端纺纱机的无轴纺纱转杯（1）在主动磁轴承的腔中的位置变化的方法，其中所述纺纱转杯（1）的位置由传感器（A、B）的系统检测，并且基于检测到的所述纺纱转杯（1）的位置变化，来调节所述主动磁轴承的控制，以便消除所述纺纱转杯（1）在所述主动磁轴承的腔中的位置的不期望变化，其特征在于，连续地检测所述纺纱转杯（1）的径向移位并且同时连续地检测所述纺纱转杯（1）的倾斜，从而根据检测到的所述纺纱转杯（1）的位置变化，确定所述纺纱转杯（1）的移位和/或倾斜，所述移位和/或倾斜用于随后调节所述纺纱转杯（1）在所述主动磁轴承中的位置的控制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纺纱转杯（1）的径向移位和/或倾斜两者每个由与所述纺纱转杯（1）的被监测表面具有一定距离的至少两对传感器（A1、A2、B1、B2）检测。
3. 一种具有用于支承无轴纺纱转杯（1）的主动磁轴承的自由端纺纱机的纺纱单元，所述主动磁轴承包括产生和控制布置有所述纺纱转杯（1）的磁场的部件，其中所述轴承还包括所述纺纱转杯（1）的位置的传感器（A、B），所述传感器（A、B）与其输出信号的检测器（D）联接，并且与评估电路联接，所述评估电路连接到所述主动磁轴承的控制系统，其特征在于，所述纺纱转杯（1）的位置的传感器（A、B）分组成对，其中用于检测所述纺纱转杯（1）的径向移位的两对传感器（A、A1、A2）对着所述纺纱转杯（1）的圆柱壁（10）布置在所述纺纱转杯（1）的相对侧，并且与此同时用于检测所述纺纱转杯（1）的倾斜的两对传感器（B、B1、B2）对着与所述纺纱转杯（1）的旋转轴线（OA）垂直的所述纺纱转杯（1）的壁（11）布置在所述纺纱转杯（1）的相对侧。
4. 根据权利要求3所述的主动磁轴承，其特征在于，用于检测所述纺纱转杯（1）的径向移位的两对传感器（A、A1、A2）沿着互相垂直的两个方向定位，并且用于检测所述纺纱转杯（1）的倾斜的两对传感器（B、B1、B2）沿着互相垂直的两个方向定位，其与用于检测所述纺纱转杯（1）的径向移位的传感器（A）的放置方向形成45°角。
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