CN111648016B - 一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种混合式磁悬浮织针驱动装置，包括壳体与织针，壳体为圆筒形结构，壳体内套装有线圈骨架，线圈骨架为圆筒形结构，线圈骨架的内圆周面上沿线圈骨架中心轴对称设置有两个径向支撑块，径向支撑块上安装有与控制系统信号连接的光纤位移传感器，线圈骨架的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈、二级线圈、三级线圈，一级线圈、二级线圈、三级线圈都与控制系统电连接，织针插装在线圈骨架内，织针的中部位于两个径向支撑块之间，织针的底部为圆柱形永磁体，永磁体位于线圈骨架的下部内，且永磁体与线圈骨架同轴。本设计不仅降低了装置反应时间、提高了织针轴向位移，而且简化了控制流程。

Description

一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法，主要适用于降低装置反应时间、提高织针轴向位移和简化控制流程。

背景技术

在纺织机械领域中，提花大圆机是在织物上进行提花，从而编织各样的花型及图案。现有的织针电脑提花圆纬机的电子选针装置主要是电磁式和压电式，均是利用三角凸轮、提花片、挺针片等机械零部件实现选针，由于织针靠与三角凸轮的接触来实现上下编织运动，因此，编织机构存在三角凸轮对织针造成冲击摩擦和侧向力。随着织针机转速的不断提高，对织针和三角凸轮的性能要求更高，当织针与三角凸轮本身的强度、耐磨性等达到了极限程度时，就限制了转速的进一步提高。

中国专利，申请公布号为CN102242457A，申请公布日为2011年11月16日的发明公开了一种磁悬浮驱动织针选针方法及装置，由织针、针壳、永磁体、位移传感器、电磁驱动装置与控制系统组成，织针安装在圆筒形的针壳中，永磁体安装在织针的底部，位移传感器由动极片及固定极片组成，动极片镀在织针中段的外表面上，针壳中部内侧有两个嵌入式固定极片，电磁驱动装置位于针壳底部，控制系统与电磁驱动装置及固定极片连接，电磁驱动装置的上表面粘贴有橡胶片。虽然该发明的织针在动作过程中，与针壳底座不存在冲击摩擦和侧向力，但是其仍然存在以下缺陷：采用单线圈驱动轴向磁悬浮方式，驱动力偏小，不仅加大了反应时间，而且减小了织针的轴向位移；另外，单线圈驱动控制复杂，对线圈加载的电流变化次数较多，线圈损耗较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的装置反应时间长、织针轴向位移小、控制流程复杂的缺陷与问题，提供一种装置反应时间短、织针轴向位移大、控制流程简单的混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种混合式磁悬浮织针驱动装置，包括壳体与织针，所述壳体为圆筒形结构，所述织针的头部由针头和针舌构成，织针的中部截面为矩形，织针的底部为圆柱形永磁体，所述壳体内套装有线圈骨架，所述线圈骨架为圆筒形结构，线圈骨架的内圆周面上沿线圈骨架中心轴对称设置有两个径向支撑块，所述径向支撑块上安装有光纤位移传感器，光纤位移传感器与控制系统信号连接，所述线圈骨架的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈、二级线圈、三级线圈，一级线圈、二级线圈、三级线圈都与控制系统电连接，所述织针插装在线圈骨架内，织针的中部位于两个径向支撑块之间，且织针的中部两侧面分别与两个径向支撑块相接触，所述永磁体位于线圈骨架的下部内，且永磁体与线圈骨架同轴。

所述线圈骨架由两块对称设置的弧形板拼接而成，线圈骨架的内圆周面上开设有环形槽，环形槽内安装有防松垫片。

所述径向支撑块为弧形结构。

所述径向支撑块上开设有通孔，所述光纤位移传感器的探头插装在通孔内并通过螺栓固定。

所述壳体的外圆周面的下部、中部、上部分别开设有一级线圈导线口、二级线圈导线口、三级线圈导线口。

所述壳体的制造材料为陶瓷材料。

所述一级线圈、二级线圈和三级线圈都采用漆包线且外表面涂覆有一层导热绝缘材料。

一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、控制系统根据光纤位移传感器的反馈信号发出浮线编织信号，控制一级线圈加载通入电流的大小和方向，二级线圈和三级线圈不加载通入电流，完成浮线动作；

S2、控制系统根据光纤位移传感器的反馈信号发出成圈编织信号，控制一级线圈和二级线圈加载通入电流的大小和方向，三级线圈不加载通入电流，完成成圈动作；

S3、控制系统根据光纤位移传感器的反馈信号发出集圈编织信号，控制一级线圈、二级线圈和三级线圈加载通入电流的大小和方向，完成集圈动作；

S4、控制系统根据光纤位移传感器的反馈信号发出复位信号，控制一级线圈加载通入电流的大小和方向，二级线圈和三级线圈不加载通入电流，完成复位动作；

S5、重复上述步骤以实现织针的三功位编织。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法中壳体内套装有线圈骨架，线圈骨架的内圆周面上设置有两个径向支撑块，径向支撑块上安装有光纤位移传感器，线圈骨架的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈、二级线圈、三级线圈，织针的中部位于两个径向支撑块之间，永磁体位于线圈骨架的下部内；编织过程中，控制系统根据光纤位移传感器的反馈信号，控制各线圈通入电流的大小和方向，线圈通电后产生的磁场与永磁体磁场形成混合磁场，从而驱动织针在高度方向上运动，上述设计采用多级线圈加速或减速，降低了装置反应时间；同时，采用多级线圈驱动，每级依次加载，初速度比单级驱动大，使得织针的轴向位移加大；另外，采用各级线圈单独控制，简化了控制流程，使得编织三功位控制简单。因此，本发明降低了装置反应时间、提高了织针轴向位移、简化了控制流程。

2、本发明一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法中线圈骨架由两块对称设置的弧形板拼接而成，线圈骨架的内圆周面上开设有环形槽，环形槽内安装有防松垫片，上述结构的线圈骨架，不仅便于装配，而且通过防松垫片将两块弧形板互相锁定，使得固定效果好；径向支撑块为弧形结构，可以大大减小织针与径向支撑块之间的摩擦力，因为二者的接触面是点或则一条线，摩擦力比接触面是面的摩擦力要小；径向支撑块上开设有通孔，光纤位移传感器的探头插装在通孔内并通过螺栓固定，使得光纤位移传感器的装配简便。因此，本发明不仅装配简便、固定效果好，而且织针与径向支撑块之间摩擦力小。

3、本发明一种混合式磁悬浮织针驱动装置及其控制方法中壳体的外圆周面的下部、中部、上部分别开设有一级线圈导线口、二级线圈导线口、三级线圈导线口，增设导线口，便于对线圈和光纤位移传感器的控制信号线进行排线；壳体的制造材料为陶瓷材料，使得壳体的耐热性和隔磁性好；一级线圈、二级线圈和三级线圈都采用漆包线且外表面涂覆有一层导热绝缘材料，不仅使得线圈制作简单，而且使得线圈散热绝缘效果好。因此，本发明布置简单、可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中弧形板的结构示意图。

图3是本发明中一级线圈、二级线圈、三级线圈的结构示意图。

图4是本发明的原理图。

图5是本发明中壳体的结构示意图。

图中：壳体1、一级线圈导线口11、二级线圈导线口12、三级线圈导线口13、织针2、永磁体3、线圈骨架4、径向支撑块41、一级线圈42、二级线圈43、三级线圈44、弧形板45、环形槽46、防松垫片47、通孔48、光纤位移传感器5。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图5，一种混合式磁悬浮织针驱动装置，包括壳体1与织针2，所述壳体1为圆筒形结构，所述织针2的头部由针头和针舌构成，织针2的中部截面为矩形，织针2的底部为圆柱形永磁体3，所述壳体1内套装有线圈骨架4，所述线圈骨架4为圆筒形结构，线圈骨架4的内圆周面上沿线圈骨架4中心轴对称设置有两个径向支撑块41，所述径向支撑块41上安装有光纤位移传感器5，光纤位移传感器5与控制系统信号连接，所述线圈骨架4的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈42、二级线圈43、三级线圈44，一级线圈42、二级线圈43、三级线圈44都与控制系统电连接，所述织针2插装在线圈骨架4内，织针2的中部位于两个径向支撑块41之间，且织针2的中部两侧面分别与两个径向支撑块41相接触，所述永磁体3位于线圈骨架4的下部内，且永磁体3与线圈骨架4同轴。

所述线圈骨架4由两块对称设置的弧形板45拼接而成，线圈骨架4的内圆周面上开设有环形槽46，环形槽46内安装有防松垫片47。

所述径向支撑块41为弧形结构。

所述径向支撑块41上开设有通孔48，所述光纤位移传感器5的探头插装在通孔48内并通过螺栓固定。

所述壳体1的外圆周面的下部、中部、上部分别开设有一级线圈导线口11、二级线圈导线口12、三级线圈导线口13。

所述壳体1的制造材料为陶瓷材料。

所述一级线圈42、二级线圈43和三级线圈44都采用漆包线且外表面涂覆有一层导热绝缘材料。

一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出浮线编织信号，控制一级线圈42加载通入电流的大小和方向，二级线圈43和三级线圈44不加载通入电流，完成浮线动作；

S2、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出成圈编织信号，控制一级线圈42和二级线圈43加载通入电流的大小和方向，三级线圈44不加载通入电流，完成成圈动作；

S3、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出集圈编织信号，控制一级线圈42、二级线圈43和三级线圈44加载通入电流的大小和方向，完成集圈动作；

S4、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出复位信号，控制一级线圈42加载通入电流的大小和方向，二级线圈43和三级线圈44不加载通入电流，完成复位动作；

S5、重复上述步骤以实现织针的三功位编织。

本发明的原理说明如下：

本设计提出一种混合式磁悬浮织针驱动装置及方法，它将传统的织针三角联合的复杂运动简化成电磁永磁非接触式混合悬浮驱动，织针在编织过程中，与驱动机构没有机械摩擦和径向偏置力，利用三级线圈驱动方法，提高了驱动速度和悬浮高度。

线圈骨架内部设有弧形径向支撑块，以减小织针和径向支撑块之间摩擦力；线圈骨架由两块弧形板组成，组装时，先将织针置于两块弧形板之间，然后把两块弧形板对锁起来；线圈骨架内设有上下两个防松垫片槽，防松垫片直接安装在槽里面，以使两块弧形板相互锁定。

光纤位移传感器通过通讯线与控制系统连接，光纤位移传感器的探头探测织针的移动距离反馈给控制系统。驱动线圈（一级线圈、二级线圈和三级线圈）安装在线圈骨架的三个位置上，驱动线圈与控制系统通过控制导线连接；每级线圈通入的电流大小和方向根据织针编织的要求而设定，由光纤位移传感器反馈的位置信号而动态响应控制，实现织针在驱动装置内部完成编织三功位。

三级线圈驱动织针编织方法是指利用混合磁悬浮方法和磁极的同性相斥、异性相吸原理，驱动织针电子选针装置由浮线 (第一功位)运动到成圈 (第二功位)或者集圈 (第三功位)回到浮线的方法；所述浮线是指永磁体重心处于一级线圈相应位置且织针处于悬浮状态；所述成圈是指织针运动到距离浮线设定的高度，成圈位置高于浮线位置；所述集圈是指织针运动到距离成圈设定的位置，集圈位置高于成圈位置；编织过程中由织机的控制系统向织针装置中的驱动线圈通入设定电流，驱动线圈通电后产生的磁场与永磁体织针磁场形成混合磁场，从而驱动织针在高度方向上运动。

参见图4，永磁体上表面磁极为S极，下表面磁极为N极；三级线圈加载，每次加载的初速度不同，从而分别控制织针上升和下降的时间；三级线圈驱动相比于单极线圈驱动的优点在于：采用多级线圈加速或减速，降低了系统反应时间；采用多级线圈驱动，每级线圈依次加载，初速度比单极线圈驱动大，所以能使织针的轴向位移加大；采用各级线圈单独控制，简化了控制流程，使得编织三功位控制简单，而单极线圈驱动控制复杂，对线圈加载的电流变化次数较多，线圈损耗较大。

实施例：

参见图1至图5，一种混合式磁悬浮织针驱动装置，包括壳体1与织针2，所述壳体1为圆筒形结构，所述织针2的头部由针头和针舌构成，织针2的中部截面为矩形，织针2的底部为圆柱形永磁体3，所述壳体1内套装有线圈骨架4，所述线圈骨架4为圆筒形结构，线圈骨架4的内圆周面上沿线圈骨架4中心轴对称设置有两个径向支撑块41，所述径向支撑块41上安装有光纤位移传感器5，光纤位移传感器5与控制系统信号连接，所述线圈骨架4的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈42、二级线圈43、三级线圈44，一级线圈42、二级线圈43、三级线圈44都与控制系统电连接，所述织针2插装在线圈骨架4内，织针2的中部位于两个径向支撑块41之间，且织针2的中部两侧面分别与两个径向支撑块41相接触，所述永磁体3位于线圈骨架4的下部内，且永磁体3与线圈骨架4同轴；所述线圈骨架4由两块对称设置的弧形板45拼接而成，线圈骨架4的内圆周面上开设有环形槽46，环形槽46内安装有防松垫片47；所述径向支撑块41为弧形结构；所述径向支撑块41上开设有通孔48，所述光纤位移传感器5的探头插装在通孔48内并通过螺栓固定；所述壳体1的外圆周面的下部、中部、上部分别开设有一级线圈导线口11、二级线圈导线口12、三级线圈导线口13；所述壳体1的制造材料为陶瓷材料；所述一级线圈42、二级线圈43和三级线圈44都采用漆包线且外表面涂覆有一层导热绝缘材料。

按上述方案，一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出浮线编织信号，控制一级线圈42加载通入电流的大小和方向，二级线圈43和三级线圈44不加载通入电流，完成浮线动作；

S2、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出成圈编织信号，控制一级线圈42和二级线圈43加载通入电流的大小和方向，三级线圈44不加载通入电流，完成成圈动作；

S3、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出集圈编织信号，控制一级线圈42、二级线圈43和三级线圈44加载通入电流的大小和方向，完成集圈动作；

S4、控制系统根据光纤位移传感器5的反馈信号发出复位信号，控制一级线圈42加载通入电流的大小和方向，二级线圈43和三级线圈44不加载通入电流，完成复位动作；

S5、重复上述步骤以实现织针的三功位编织。

Claims (7)

1.一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，所述驱动装置包括壳体(1)与织针(2)，所述壳体(1)为圆筒形结构，所述织针(2)的头部由针头和针舌构成，织针(2)的中部截面为矩形，织针(2)的底部为圆柱形永磁体(3)，其特征在于：

所述壳体(1)内套装有线圈骨架(4)，所述线圈骨架(4)为圆筒形结构，线圈骨架(4)的内圆周面上沿线圈骨架(4)中心轴对称设置有两个径向支撑块(41)，所述径向支撑块(41)上安装有光纤位移传感器(5)，光纤位移传感器(5)与控制系统信号连接，所述线圈骨架(4)的下部、中部、上部的外圆周面上分别缠绕有一级线圈(42)、二级线圈(43)、三级线圈(44)，一级线圈(42)、二级线圈(43)、三级线圈(44)都与控制系统电连接，所述织针(2)插装在线圈骨架(4)内，织针(2)的中部位于两个径向支撑块(41)之间，且织针(2)的中部两侧面分别与两个径向支撑块(41)相接触，所述永磁体(3)位于线圈骨架(4)的下部内，且永磁体(3)与线圈骨架(4)同轴；

所述控制方法包括以下步骤：

S1、控制系统根据光纤位移传感器(5)的反馈信号发出浮线编织信号，控制一级线圈(42)加载通入电流的大小和方向，二级线圈(43)和三级线圈(44)不加载通入电流，完成浮线动作；

S2、控制系统根据光纤位移传感器(5)的反馈信号发出成圈编织信号，控制一级线圈(42)和二级线圈(43)加载通入电流的大小和方向，三级线圈(44)不加载通入电流，完成成圈动作；

S3、控制系统根据光纤位移传感器(5)的反馈信号发出集圈编织信号，控制一级线圈(42)、二级线圈(43)和三级线圈(44)加载通入电流的大小和方向，完成集圈动作；

S4、控制系统根据光纤位移传感器(5)的反馈信号发出复位信号，控制一级线圈(42)加载通入电流的大小和方向，二级线圈(43)和三级线圈(44)不加载通入电流，完成复位动作；

S5、重复上述步骤以实现织针的三功位编织。

2.根据权利要求1所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述线圈骨架(4)由两块对称设置的弧形板(45)拼接而成，线圈骨架(4)的内圆周面上开设有环形槽(46)，环形槽(46)内安装有防松垫片(47)。

3.根据权利要求1所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述径向支撑块(41)为弧形结构。

4.根据权利要求3所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述径向支撑块(41)上开设有通孔(48)，所述光纤位移传感器(5)的探头插装在通孔(48)内并通过螺栓固定。

5.根据权利要求1所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述壳体(1)的外圆周面的下部、中部、上部分别开设有一级线圈导线口(11)、二级线圈导线口(12)、三级线圈导线口(13)。

6.根据权利要求1所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述壳体(1)的制造材料为陶瓷材料。

7.根据权利要求1所述的一种混合式磁悬浮织针驱动装置的控制方法，其特征在于：所述一级线圈(42)、二级线圈(43)和三级线圈(44)都采用漆包线且外表面涂覆有一层导热绝缘材料。

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