CN1082021C - 导引和输送长丝的导丝盘部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导引和输送长丝的导丝盘部件，它有一个旋转的导丝盘套。导丝盘套固定在一根借助于三相交流电机传动的转子轴上。三相交流电机可通过变频器控制，变频器有一个壳体，壳体内固定地和传热地装有变频器的电子组件。按本发明，变频器的壳体与三相交流电机的外壳固定连接。

Description

导引和输送长丝的导丝盘部件
本发明涉及一种导引和输送长丝的导丝盘部件。
这类导丝盘部件是已知的，通常主要应用于导引和输送合成长丝。DE3701077A1介绍了一种此类导丝盘部件，其中，导丝盘套与电机转子连接并由电机传动。为了调整此已知导丝盘部件的转速，要求通过变频器来控制电机。在这种情况下必须保证，导丝盘部件预选的工作转速保持不变和能重现。
由“Textilpraxis International”1992，37至38页可知，变频器装在与导丝盘部件分开的开关柜内，并通过电缆与导丝盘部件的电机相连。在这种情况下存在长的变频器馈电的电机导线，它们要求增加防护费支出。此外，导丝盘部件的转速信号，必须穿过机器经长距离传送，由此容易受到更多的干扰。
因此本发明的目的是对已知的导丝盘部件作这样的改进，即，降低敷设电缆的费用以及减少干扰。本发明的另一个目的是，设计一种与导丝盘部件的环境匹配的变频器。
为实现上述目的，根据本发明提供一种导引和输送长丝的导丝盘部件，它有一个旋转的导丝盘套，导丝盘套与三相交流电机的转子轴连接并可以由三相交流电机传动，其中，三相交流电机可通过一个具有电子组件的变频器控制，其特征为：变频器的电子组件固定和传热地装在壳体内，壳体表面设计成散热的；以及，壳体与三相交流电机的外壳固定连接。
在这里，变频器及其电子组件固定和传热地装在一个壳体内，壳体表面设计成散热的，此壳体与三相交流电机的外壳固定连接。因此构成了一种非常紧凑的导丝盘部件，它有突出的优点，亦即电机的供交流电直接在导丝盘部件内进行。因此取消了长的交流电压馈电线，并因而免除了馈电的干扰。此外，变频器直接连接在三相交流电机上带来的优点是，转速信号从驱动装置到变频器的传递直接在导丝盘部件内以极短的距离进行。因此可以非常精确地保持导丝盘的工作转速，尤其在具有多个导线盘的拉伸机构的情况下这是有利的。
变频器的壳体最好设计为，在导丝盘中产生的振动不会导致干扰电子组件。此外，变频器内部转变为热量的内部损失最好通过壳体散出。在从约500W至12KW的高的传动功率时，产生的损失已有从20W至500W，如果不散热将很快导致电子元件过高的温度。
此外，这种导丝盘部件还有一个优点，即电子装置可针对驱动型式目标明确地并因而价廉物美地设计，并可低成本地制成。
本发明另一项有利的设计规定，三相交流电机和变频器壳体沿轴向彼此排列，这特别有利于结构紧凑性和传热。
导丝盘部件另一项有利的设计规定，变频器壳体制有冷却肋。这对于高功率的导丝盘部件是十分有利的。
本发明一项特别有利的改进规定，变频器壳体由底部和头部组成，它们设计有不同的冷却肋以及彼此隔热。因此，在变频器组件内所产生的不同的损失相应地向外导出，而不会去附加地加热那些对小量损耗敏感的电子元件。例如在变频器内主要的功率损失在大功率件中发生，它与在变频器内装有的电子控制器的功率损失相比高50倍。通过在底部和头部之间隔热，保持壳体内部的工作温度有利地处于一个允许的水平。大功率半导体器件装在有大的冷却表面的头部中，而电子控制器装在有较小冷却表面的底部中，这样做对于有目的地传热和散热是非常有利的。
在按本发明的导丝盘部件的一种最佳实施方案中，在变频器壳体内装有风扇。由此可以改善大功率件损失的能量和电子控制器损失的能量向壳体壁中的热传导。因此，即使在功率高至12KW时也能将工作温度保持在电子控制器允许的水平上。
为了将损耗热从变频器壳体内部导出，有利的做法还包括，使壳体的安装容积与壳体横截面相比取一个相对比例，这一比值最好约为横截面积的约1/3。因此获得壳体散热表面积的一个最佳值。
导丝盘部件的一项有利的改进是有一个导丝盘外壳，它罐状地套在变频器和三相交流电机上，并通过其开口端固定在导丝盘法兰上或三相交流电机上。因此实现了一种非常紧凑的结构部件，其中，三相交流电机和变频器得到了一个附加的保护罩，以阻挡蒸汽和绒毛。尤其是这样一来可以使变频器壳体表面及其冷却肋不受任何污染，并因而可以无阻碍地与周围空气进行热交换。
导丝盘部件另一项有利的改进是，在罐状地套在变频器和三相交流电机上的导丝盘外壳的封闭端处，在导丝盘外壳内有一个带驱动装置的风扇叶轮。由此产生一股冷却气流，它沿变频器壳体的冷却肋流动并强化散热。为此在导丝盘外壳的封闭端旁加工有孔，以便能换气。这对于大功率的导丝盘部件或带有加热套的导丝盘部件是特别有利的。为了能造成循环的冷却流动，导丝盘外壳在导丝盘法兰或三相交流电机外壳上的固定设计为能通气的。因此附加地也改善了三相交流电机的冷却。
为了造成沿变频器壳体冷却肋的目标明确的冷却空气流，特别有利的是将风扇支承在一个盖上，此盖沿轴向直接装在变频器壳体上。
然而也可以将风扇支承在导丝盘外壳上。这种方案具有的优点在于，由风扇产生的振动不能直接传播给变频器壳体。
对于以很高的转速工作的导丝盘部件，转子轴的轴承必须供以润滑油。为此采用一台油泵，它同样装在导丝盘外壳内并最好沿轴向在风扇的后方。因此在油泵与导丝盘轴承之间可以实现很短的供油连接距离。
本发明提供了一种导丝盘部件，它可以通用地在纺丝设备或纺织机械的任意位置上使用。为了运行此导丝部件，仅仅需要一个交流电源和向机器中央控制器的数据传输装置。转速的调整当然在导丝盘部件内实现。
按本发明导丝盘部件的其它有利的进一步设计在从属权利要求中确定。
下面详细说明附图所示的实施例。
附图中表示：
图1按本发明的具有组合成一体的驱动装置和变频器的导丝盘部件；
图2通过带壳体的变频器的横截面；
图3和4具有组合成一体的驱动装置和变频器的导丝盘部件其它实施例；
图5示意表示通过带壳体和风扇的变频器横截面。
图1表示具有组合成一体的驱动装置和变频器的导丝盘部件。
导丝盘部件包括一个导丝盘法兰1，它有一个孔32用于安装支承转子轴4的轴承5。在导丝盘法兰1上与孔32同轴地固定有管状的悬臂轴2，悬臂轴2被转子轴4同心地和具有空气间隙地穿过。转子轴4以其自由端从管状轴2的自由端伸出。在转子轴4的这一端上固定一个导丝盘套3。导丝盘套3设计成罐状，其中，导丝盘套3的端壁9制有一个孔10和一个凸台9.1。转子轴4的自由端设计有一个锥体7，导丝盘套3的凸台9.1套在此锥体7上，并通过一个夹紧机构8与转子轴固定连接。导丝盘套3套在悬臂轴2之外，所以在导丝盘套3和轴2之间形成一个安装腔6。根据导丝盘的使用情况，可以在安装腔6内设加热元件，用于加热导丝盘套。导丝盘套的加热根据加热元件可以通过辐射、对流或感应进行。
在导丝盘法兰1上与导丝盘套相对的一侧固定三相交流电机30。三相交流电机30有一个外壳12。此外壳内装有带绕组15的定子。转子绕组14与定子15同心地固定在转子轴4另一端的转子车削面13上。三相交流电机30的馈电通过插塞连接装置19进行，它将变频器31和三相交流电机30连接起来。变频器31通过其壳体17沿轴向直接连接在三相交流电机的外壳12上。在外壳12与变频器31的壳体17之间为了减振可以有一块隔离板33作为中间衬垫。在变频器壳体17内装有电子组件，如大功率件和电子控制器。变频器31借助于插塞连接装置20.1和20.2，通过馈电线27和控制线28与控制机器的中央处理机或开关柜连接。
外壳12和壳体17装在一个导丝盘外壳11内，导丝盘外壳11罐状地套在它们外面并固定在导丝盘法兰1上。导丝盘部件的这种实施形式(图中没有表示)适用于以小功率工作的导丝盘。变频器31壳体表面与周围空气之间的这种静态的热交换，足以保持允许的温度水平。
如图1所示在大功率范围的导丝盘部件，在相对于三相交流电机和变频器的轴向延长段内，在导丝盘外壳11的端壁34上装有风扇叶轮21。风扇叶轮21固定在风扇轴22上并借助于风扇电机23传动，风扇轴22支承在导丝盘外壳的端壁34内。风扇电机23通过插塞连接装置24和25与馈电线26连接。因此导丝盘部件的驱动装置的冷却与驱动装置电源无关。
工作时变频器31被供以直流电。由变频器31变换后的三相交流电控制三相交流电机30，所以转子轴4以一个预定的转速被驱动。转子轴4的转速借助于一个转速传感器29测量，并通过信号线35输入变频器的电子控制器。在这种紧凑的结构中，三相交流电机与变频器的接口不能接近。因此为了监控，变频器的电子控制器最好编成程序，通过串行的数据线路询问过程相关的参数转速和电流，并可输往中央处理机。
图2表示了图1所示变频器的横截面。图中没有表示导丝盘外壳11。壳体17由头部36和底部37组成。头部36和底部37通过隔热件44互相连接起来并在内部构成一个安装腔41。在头部36的外表面设计有冷却肋38。在底部的外表面设计有冷却肋39。在安装腔41内装有电子组件。大功率件的印刷线路板55直接与晶体管40借助于紧固件56抗振地固定在头部36上。电子控制器的控制线路板43则通过紧固件57与底部37连接。印刷线路板55和控制线路板43通过插塞连接装置58互相连接。为了改善控制线路板43与底部37之间的传热，控制线路板与底部之间的空腔最好用一种良好导热的材料至少局部充填，这种材料具有电绝缘效果。因为大功率半导体造成变频器功率损失的主要份额，所以在安装腔41内形成温度梯度。例如在头部36的内侧上形成温度约130℃，而在底部37的内侧形成温度约70℃。为了避免在底部上由于大功率半导体40使温度附加地升高，在头部36和底部37之间装隔热件44。此外，由冷却肋38形成的冷却面积比由冷却肋39形成的冷却面积大得多。这样的设计具有的优点是，在产生损耗热的地方能直接将它导走。此外，防止了具有极限热稳定性的电子元件的允许温度被超过，这主要针对用于电子控制器的电子元件。
图3和4表示了导丝盘部件的另一种实施例。导丝盘部件的机械结构与图1所示的导丝盘部件一致，所以可以参见对图1的有关说明。因此一致的构件用相同的符号表示。在按图3的实施例中，三相交流电机30的外壳12和转接板45，借助于贯穿螺栓46固定在导丝盘法兰1上。此外，变频器壳体17和固定在变频器背对三相交流电机那一侧上的盖47，借助于贯穿螺栓53与转接板45连接。在盖47上装有带风扇轴22和风扇叶轮21的风扇电机23。在导丝盘壳体11的端壁34上设有接线盒48。导丝盘部件的供电通过插接件49和带导线51的插头50来保证。变频器的供电和控制从接线盒48经导线52到插塞连接装置48来实现。风扇电机23的供电从接线盒48通过导线54进行。
这一结构具有的优点是，借助于转接板45在导丝盘法兰与变频器之间实施隔振。在图3表示的结构中，转接板45还可以有利地用作变频器壳体的盖。这里特别应注意遵守防护类型IP54或IP64，为此通过在转接板与变频器壳体之间夹入密封件来达到。此外，此导丝盘部件还带来这样的优点，即，它可通过一个圆的部分从机器的操作者一侧装入机器机架内。
如已对图3所介绍的那样，在按图4的实施例中，变频器的壳体17同样借助于贯穿螺栓53固定在转接板45上。在这里，贯穿螺栓53同时还用于固定沿轴向装在变频器31壳体17相对端侧上的盖47。盖47有一个与盖47固定连接的支架62。盖47和支架62用于容纳风扇21和油泵61，以及用于带插头49的接线盒48。油泵61通过油管63与转子轴4的轴承5相连。导丝盘外壳11通过其开口端固定在三相交流电机的外壳12上，并包围了全部机组。导丝盘外壳11的封闭端上有一个用于插塞连接装置49和50的通孔。在导丝盘外壳11的外套上封闭端旁制有孔60。这些孔允许借助于在导丝盘外壳内部的风扇21造成冷却空气流。导丝盘外壳11在三相交流电机外壳12上的固定，设计成能进行换气。因此，持续的冷却空气流64流过变频器壳体17上沿轴向方向的冷却肋。三相交流电机30同样被吹风和冷却。通过这种冷却设计，按本发明的导丝盘部件可实现直至最大的功率范围12KW。
在这种情况下最好在变频器31的壳体17内部进行电子元件的强制通风。对此在图5中表示了一种有关的实施例。壳体和构件与图2所示的设计方案一致，所以在这种情况下可参见对图2的说明。与图2所示方案不同的是在这里控制线路板43借助于紧固件57固定在大功率件上。在控制线路板43和底部37之间的中间腔内，风扇59支承在底部37的壁中。风扇59在安装腔41内部产生空气流。风扇59借助于风扇驱动装置65驱动。采用这种在安装腔41内强制通风的措施，改善了壳体17壁上的散热。壳体17内部电子元件的强制通风，在这里通过底部和头部的特殊造型可有利地得到支持。
按本发明的导丝盘部件可在纺丝过程或在纺织机械中，在任何为它规定的安装位置处使用。通过变频器的特殊设计，可以控制有关温度、污染和振动方面的环境条件。同样，由于装外壳封闭，所以满足防止水份、绒毛和灰尘的防护类型。作为驱动装置最好使用同步电机或也可使用异步电机。

Claims (18)

1.导引和输送长丝的导丝盘部件，它有一个旋转的导丝盘套(3)，导丝盘套(3)与三相交流电机(30)的转子轴(4)连接并可以由三相交流电机(30)传动，其中，三相交流电机(30)可通过一个具有电子组件(18、43)的变频器(31)控制，其特征为：变频器(31)的电子组件(18、43)固定和传热地装在壳体(17)内，壳体(17)表面设计成散热的；以及，壳体(17)与三相交流电机(30)的外壳(12)固定连接。
2.按照权利要求1所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的壳体(17)沿轴向相对于三相交流电机(30)的外壳(12)排列。
3.按照权利要求2所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的壳体(17)固定在一块转接板(45)上。
4.按照权利要求3所述的导丝盘部件，其特征为：转接板(45)和三相交流电机(30)的外壳(12)固定在导丝盘法兰(1)上。
5.按照权利要求1至4之一所述的导丝盘部件，其特征为：在壳体(17)表面制有冷却肋(38、39)，它们在外面沿轴向延伸；以及，在壳体(17)的里面与冷却肋(38、39)相对，装有电子组件(18、43)。
6.按照权利要求5所述的导丝盘部件，其特征为：壳体(17)由底部(37)和头部(36)组成；底部(37)和头部(36)的表面上制有冷却肋(38、39)，在底部(37)和在头部(36)上的冷却肋形状和/或数量设计的不同；以及，底部(37)相对于头部(36)隔热。
7.按照权利要求6所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的大功率件(18)传热地固定在头部(36)上。
8.按照权利要求6  所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的电子控制器(43)传热地装在底部(37)上。
9.按照权利要求6  所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的电子控制器(43)固定地安装在大功率件(18)上。
10.按照权利要求1至4之一所述的导丝盘部件，其特征为：风扇(59)装在变频器(31)的壳体(12)中。
11.按照权利要求1至4之一所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的壳体(17)用铝制造。
12.按照权利要求1至4之一所述的导丝盘部件，其特征为：变频器(31)的壳体(17)有一个形成一条圆形包络线的横截面。
13.按照权利要求12所述的导丝盘部件，其特征为：壳体(17)内形成安装腔(41)，它相对于被包络的壳体横截面有＜40％最好约30％的面积比。
14.按照权利要求1至4之一所述的导丝盘部件，其特征为：导丝盘外壳(11)罐状地套在变频器(31)和三相交流电机(30)外；以及，导丝盘外壳(11)的开口端固定在导丝盘法兰(1)上或三相交流电机(30外壳(12)上。
15.按照权利要求14所述的导丝盘部件，其特征为：导丝盘外壳(11)在封密端旁有孔(60)；以及，带有驱动装置(22、23)的风扇叶轮(21)装在导丝盘外壳(11)内。
16.按照权利要求15所述的导丝盘部件，其特征为：风扇叶轮支承在盖(47)上；以及，盖(47)本身沿轴向通过壳体(17)固定在转接板(45)上。
17.按照权利要求14  所述的导丝盘部件，其特征为：在导丝盘外壳(11)内装有油泵(61)，用于向导丝盘轴承(5)供润滑油。
18.按照权利要求14  所述的导丝盘部件，其特征为：在导丝盘外壳(11)上装有插塞连接装置(24、25)，所以可以实施传递功率和向中央处理机传送信号。
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