CN1322866A - 自由端式纺纱装置的磁性轴承装置 - Google Patents

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Abstract

使一种自由端式纺纱装置(1)运行的方法,这种纺纱装置的纺纱转子(3)的转子筒(4)不仅在径向而且也在轴向上都支承在一个磁性轴承装置(5)里。该磁性轴承装置(5)具有两个磁性轴承,它们各有间隔布置的永久磁铁副,还具有一个带执行线圈(32,42)以及一个传感器装置(51)的中间位置调节装置(50)。在这中间位置调节装置(50)里对位置传感器(51)的输出信号(ASLS)进行这样的加工处理,从而使由一个调节器(5)所启动的线圈电流(i)通过一个积分仪(55)的反馈向零调节(零点平衡)。

Description

自由端式纺纱装置的磁性轴承装置
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的一种驱动自由端式纺纱装置的磁性轴承装置的方法，还涉及一种相应的磁性轴承装置。
有关纺纱转子的轴承已知有各种不同的结构型式，这种纺纱转子在现代化自由端式纺纱机的纺纱装置里的运转速度很高。
目前市场上的多数自由端式纺纱机都具有纺纱转子，它们的转子筒支承在一个所谓支承圆盘轴承的轴承楔形件里。对于这种支承圆盘轴承来说通常要有一个附加的轴向轴承用于使纺纱转子轴向定位，这种轴向轴承或者可以设计成机械式轴承或者设计成磁性轴承。所述的轴承装置允许转子转速＞100,000min-1。
尽管这种支承圆盘轴承装置已在实践中经受过了考验，但它仍有以下缺点：尤其是在支承圆盘的滑动表面部位处其受力很大。在此部位所产生的挤压功一方面导致滑动表面的磨损大大增加，另一方面还导致能量损失。
因此在过去就已经进行过试验，使这种高转速旋转的纺纱转子无磨损地支承住。
在DE-0S 28 18 255,DE 31 30 974 A1或者DE 198 27 606 A1里例如都描述了单个电机驱动的纺纱转子，这些转子都是无接触地支承在相应的磁性轴承装置里。
DE-OS 28 18 255则描述了一种磁性轴承装置，其在定子侧和转子侧各有至少一个环形的或者圆盘形的永久磁铁。这些永久磁铁的布置应使转子和定子之间推斥的磁性轴承力有效作用。
此外，在定子的永久磁铁之间设置有电气绕组，通过这种绕组就能够加强或者降低电磁力，它与电流方向有关。
电气绕组同时由一个相应的调节装置来控制，它与传感器的信号有关，这种传感器检测的是转子从其规定位置的轴向偏移。这就是说，对于转子的外轴向负荷来说就会引起调节电流，它对应于这种负负荷产生一个相反方向的电磁力。
这种已知的调节系统要求传感器有很高的精度，因而只有采用很费事并且也很昂贵的传感器才能达到这种精度。
DE 31 30 974 A1描述了一种用于自由端式纺纱装置的结构类似的磁性轴承装置。这种已知的轴承装置如上面所述的装置那样具有一个根据传感器信号而动作的调节装置，还至少有一个由这调节装置控制的电磁铁，用于产生一个轴向的转子运动。同时采用一个根据纺纱转子的轴向运动而动作的速度传感器被使用作为传感器。
调节装置的结构设计应使纺纱转子位于规定位置时电磁铁的电流至少近似为零。这就是说这种已知的调节装置具有一个正反馈的比例微分调节器(PD-Regler)，其输入端与速度传感器相连接。
同样，上述的磁性轴承装置与自由端纺纱装置结合一起在实践中也不能令人信服。尤其是速度传感器的应用证实有许多问题，这是由于这种传感器对于磁性干扰场的反应特别敏感，正如这种干扰场与单个电机驱动相结合几乎是不可避免的那样。
另外由DE 198 27 606 A1已知有一种磁性轴承装置，其中纺纱转子的转子筒无接触地支承在两个轴向间隔布置的永久磁铁付里。永久磁铁的设计应使各个不同的磁极对向布置。为使纺纱转子保持在一个轴向中间位置，这里也要设置一个电磁的中间位置调节装置。这就是说，纺纱转子的轴向中间位置的调节是通过相应的有目标地对至少一个布置在定子永久磁铁附近的线圈通以电流来实现的。
对于这种已知的磁性轴承装置来说通过对磁性轴承的前后元件进行相应的磁性设计还使纺纱转子实现了一个择优的降落方向。
从上述的现有技术出发，本发明的任务是开发一种能够使自由端式纺纱装置的磁性轴承装置无摩擦地工作运行的方法，其中磁性轴承装置既应在加工时费用低廉，又应在工作时可靠。
这个任务按照本发明是通过一种如权利要求1所述的方法解决的。
实施该方法的一种磁性轴承装置是权利要求2所述的对象。在紧接着的从属权利要求中叙述了这样一种磁性轴承装置的优选技术方案。
按本发明的方法尤其具有以下优点：使用了一种简单而价廉的位置传感器用于识别磁性支承的纺纱转子的位置，这种传感器尤其是针对零点精度和零点稳定性来说仅需要满足比较少的要求。那就是说，使用的该调节装置首先这样来加工处理位置传感器的信号，从而通过积分仪使这线圈电流的负反馈启动，这种负反馈在短时间之后就已导致线圈电流在执行元件内以足够的精确度进行零调整。积分仪输入信号的取反紧接着就导致在调节回路里的正反馈，并因而引起在执行线圈里的电流升高，因此使纺纱转子从它的轴向止推轴承处抬起并调整到其工作位置上，在此位置上执行元件里的线圈电流又趋于零。
位置传感器如权利要求2所述的那样设计成感应式传感器，其输出信号借助于一个比例微分(PD)调节器以及一个积分仪，能够以简单的方式被加工处理，用来调节中间位置调节装置的可通以电流的执行元件，而传感器的输入信号可以取反。
在优选的实施形式中位置传感器如权利要求3所述产生了一个输出信号，它的值直接与转子筒端/位置传感器的距离成比例。
最好借助于一种过滤单元/放大器单元使干扰信号减至最小，这种单元如权利要求4所说明的，接入在位置传感器和比例微分(PD)调节器之间。
如权利要求5所述，PD调节器在输出侧，比较有利的是通过一个功率放大器不仅连接于执行元件而且连接于积分仪。
在优选的实施形式中积分仪如在权利要求6和8中进一步实施的那样之外还在输入侧与一个取反元件以及与一个补偿输入装置相连接。
通过取反元件与补偿输入装置相结合就可以以简单和可靠的方式这样来加工处理积分仪的输入信号，从而产生线圈电流的一个正的反馈，最终它使纺纱转子可靠地从其轴向止推轴承处抬起。同时补偿输入装置明确地规定了线圈电流的极性以及力的方向，因而在任何时候都保证了纺纱转子从其轴向止推轴承处可靠地抬起。
虽然权利要求5所述的结构方案是一种优选的实施形式，但在可供选择的其它方案中也可以使积分仪的输入信号，如权利要求9所说明的那样，直接地从PD调节器的输出信号，或者如权利要求10所述直接地从过滤器单元/放大器单元的输出信号里导出。
如权利要求6所述代替一种取反元件也可以如权利要求7所述，规定积分仪可以在输入侧在调节回路的一个点上接入，该积分仪具有一个信号的“非”门。
这就是说积分仪可以通过一个相应的接入装置直接与在这种情况下过滤单元/放大器单元的取反的输出口相连接，或者与PD调节器的取反的输出口相连接。
本发明的一种可能的技术方案变型也在于，将积分仪的输入信号直接从位置传感器里导出。(权利要求11)。
本发明的其它细节可以参见以下按照附图所说明的一个实施例。
图示为：
图1为一个自由端纺纱装置的侧视图，该装置有一个单个电机驱动的纺纱转子，其转子筒支承在一个磁性轴承装置里。
图2以较大的比例表示按图1所示的磁性轴承装置，按照本发明它具有中间位置调节装置。
图1所示的自由端纺纱装置整体采用附图标记1。
已知的自由端纺纱装置1如通常那样有一个转子外壳2，纺纱转子3的杯形座26以高转速在这外壳里旋转。纺纱转子3由一个电动的单个驱动装置18驱动，并用其转子筒4支承在一个磁性轴承装置5里，该装置的永久磁铁轴承元件32,33,34；42,43,44不仅在径向而且在轴向都支承住这转子筒4。
如已知那样，本身向前敞开的转子外壳2在运转时就通过一个可转动地支承的盖8封住。此外，转子外壳2经过一根相应的抽吸管10与一个真空源11相连接，该真空源产生在转子外壳2内所必要的纺纱负压。
在盖8里，或者说在通道板里，也是如通常那样设置了一个通道板适配器12，该适配器12具有纱线抽出喷嘴13以及纤维导向通道14的入口部位。在纱线抽出喷嘴13处连接有一根纱线抽出小管15。
盖8绕一个回转轴线16可以有限旋转地被支承住，并具有一个开松辊外壳17。此外盖8在背面侧还有轴承托架19,20,用于支承一个开松辊21或者说一个纤维条后罗拉22。开松辊21在其锭盘23的部位处由一个环绕的与机器一样长的切向皮带24驱动，而纤维条后罗拉22的驱动(未示出)则最好通过一个蜗轮传动装置来进行，这种传动装置接入在一个与机器一样长的主动轴25上。
图2以放大比例表示图1所示的磁性轴承装置5。在优选的实施形式中磁性轴承装置5具有一个用于转子筒4的背面侧的轴向止推轴承45。所示的磁性轴承装置5的结构形式至少部分地由所使用的具有其电机磁铁38和电机线圈37的单个驱动装置18所限定。
在有利的实施形式中在定子外壳7上，在保护壁61上固定限位轴承31和41，它们是转子筒4的径向终端止挡。这种限位轴承31,41一方面能够阻止纺纱转子3或者说转子筒4在较敏感的磁性轴承元件34,44上出现振动时而起动，另一方面确保了在(未示出的)纺纱元件上的转子杯形座26的起动也被阻止。此外通过保护壁61也使磁性轴承元件通过电磁单个驱动装置18的磁场影响减至最小。
在定子7上固定有磁性轴承装置5的非旋转元件。详细来说是指磁性轴承线圈32和42以及它们的接头49和46，同时是指轴承磁铁34和44。轴承磁铁34和44最好设计成永久磁铁，它们与转子的标记为33和43的轴承磁铁相隔很小间距对向而布置。轴承磁铁34和44也设计为永久磁铁。
前面的轴承磁铁33例如布置在一个转子杯形座36里，而后面的轴承磁铁43则装在一个标记为39的轴承盖里。轴承盖39和转子杯形座36各自在端面侧装在转子筒4上，或者说用相应的突出部分嵌入最好中空的转子筒4里面。如图可见，在转子杯形座36上还固定有纺纱转子3的转子杯形座26。
如上所述，在转子筒4的端部在一个轴承盖39里布置有一个轴承磁铁43，它与一个布置在定子外壳7里的后轴承磁铁44是相对应的。在后轴承磁铁44的部位里还布置有一个设计为执行元件的轴承线圈42及其接头46。
另外在图2里表示了一个整体用标记50标记的以方块图形式的中间位置调节装置。
详细来说这种中间位置调节装置包括有一个例如集成装入轴向止推轴承45里的位置传感器51，一个过滤器单元/放大器单元52，一个PD调节器53，一个功率放大器54以及一个积分仪55。
另外备有一个取反元件56以及一个补偿输入装置57用于影响积分仪55的输入信号(ESI)，补偿输入装置和取反元件可以经由一个开关58激活。
装置的功能：
为使一个静止的自由端纺纱装置1投入运行，要通过一个控制装置，最好通过所涉及卷绕头的卷绕头计算器40首先激活有关自由端纺纱装置1的中间位置调节装置50。这就是说中间位置调节装置50首先自动地执行了线圈电流(i)的零点平衡，同时考虑到位置传感器51的传感器补偿。
这种零平衡的基础是纺纱转子3在限位轴承中的位置。这就是说，在有利的实施形式中由于纺纱转子的择优降落方向，在开始投入运行时纺纱转子3的转子筒4的端部就紧靠在轴向止推轴承45上。
在所示的实施例中有一个位置传感器51组合集成于这轴向止推轴承45内，该传感器51最好设计成感应式传感器。
这意味着，如果在位置传感器51的一个相应的线圈上产生了一个限定的高频交变电压，那么该线圈由于转子筒4的端部而引起的阻抑就导致生成一个对应于转子位置的传感器输出信号。这所谓的位置传感器输出信号(ASLS)正如已知的那样，首先在一个过滤器放大器单元52里被加工处理，然后并传至一个PD调节器53。
在PD调节器53里使已加工处理的位置传感器输出信号(ASLS)实现这样的变换，从而从一个后续的功率放大器54经过导线47或者说48而在磁性轴承装置5的部位处使执行元件32或者42通电。
积分仪55的输出侧直接或间接地与PD调节器53的输入侧相连接，该积分仪55同时反作用于调节装置，从而当紧靠在轴向止推轴承45处的纺纱转子3产生一个线圈电流(i)的负反馈时，使该负反馈首先造成了在执行元件32或者说42里线圈电流(i)的自动零平衡。
通过卷绕头计算器40最后例如经过一个开关58使一个取反元件56以及一个补偿输入装置57激活动作。积分仪55的输入信号(ESI)的取反因而就引起了线圈电流(i)的正反馈，其中通过补偿输入装置57而规定了电流增长的极性。在执行线圈32，42里电流的增长最终就开始使纺纱转子3以其轴向止推轴承45处抬起并使纺纱转子3转送至其工作位置，在此位置上磁性轴承装置5的磁性轴承元件33,34或者说43,44的相互间距为a。
一旦纺纱转子3到达其工作位置，该位置由位置传感器51来检测，那么在执行元件32或者42里的线圈电流(i)则重新向零调节，或者说一直调节下来，从而在纺纱工作时在纺纱转子3的磁平衡质量保证了一个稳定的中间位置。

Claims (11)

1．使一种自由端式纺纱装置运行的方法，该纺纱装置的纺纱转子的转子筒不仅在径向而且也在轴向上都支承在一个磁性轴承装置里，其中磁性轴承具有各自间隔布置的永久磁铁付，纺纱转子还具有一个电磁中间位置调节装置，该调节装置具有一个传感器装置以及至少一个规定可通以电流的执行线圈，
其特征在于，
在中间位置调节装置(50)里对位置传感器(51)的信号(SLS)这样进行加工处理，从而使得由一个调节器(53)启动的线圈电流(i)通过一个积分仪(55)的负反馈而首先向零调节(零平衡)；接着由于积分仪(55)的输入信号(ESI)的取反而产生了线圈电流(i)的正反馈，这种正反馈导致执行线圈(32,42)里线圈电流(i)的至少暂时的增加，因此导致了纺纱转子(3)从其轴向止推轴承(45)处抬起并使纺纱转子(3)转送入它的工作位置；以及
最后，在纺纱转子(3)的工作位置上又使执行元件(32,42)里的线圈电流(i)向零调节。
2．用于实施按权利要求1所述方法的一种自由端式纺纱装置的磁性轴承装置，其特征在于，中间位置调节装置(50)至少有一个设计成感应式传感器的位置传感器(51)、一个比例微分(PD)调节器(53)以及一个其输入信号(ESI)可以取反的积分仪(55)。
3．按权利要求2所述的磁性轴承装置，其特征在于，通过位置传感器(51)可以产生一个输出信号(ASLS)，其值与转子筒端/位置传感器的间距成比例。
4．按权利要求2和3所述的磁性轴承装置，其特征在于，位置传感器(51)经过一个中间接入的过滤器/放大器单元(52)连接到PD调节器(53)上。
5．按上述权利要求之一所述的磁性轴承装置，其特征在于，PD调节器(53)经过一个功率放大器(54)不仅与至少一个执行元件(32,42)，而且与积分仪(55)相连接。
6．按权利要求2所述的磁性轴承装置，其特征在于，积分仪(55)在输入侧与一个规定的可接入的取反元件(56)相连接。
7．按权利要求2所述的磁性轴承装置，其特征在于，积分仪(55)在输入侧可以接入到调节回路的一个点上，该积分仪具有一个信号的“非”门。
8．按上述权利要求之一所述的磁性轴承装置，其特征在于，积分仪(55)在输入侧与一个确定电流增长的极性的补偿输入装置(57)相连接。
9．按上述权利要求之一所述的轴承装置，其特征在于，积分仪(55)的输入信号(ESI)直接由PD-调节器(53)的输出导出。
10．按上述权利要求之一所述的轴承装置，其特征在于，积分仪(55)的输入信号(ESI)直接由过滤器/放大器单元(52)的输出导出。
11．按上述权利要求之一所述的轴承装置，其特征在于，积分仪(55)的输入信号(ESI)直接从位置传感器(51)的输出导出。
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