JP5096283B2 - 印刷機のための電気駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの回転可能な部分アセンブリを備える印刷機のための電気駆動装置に関する。

ドイツ特許出願公開明細書１９９３０９９８Ａ１より、ロータが永久磁石を備えており、印刷機の少なくとも１つの胴に、この胴の駆動装置として付属している、アウタロータモータとして作られた印刷機の駆動装置が公知となっており、この場合、ステータは印刷機の側壁としっかり連結されている。さらに、ロータはその外側にリングギヤを有しており、ロータはこのリングギヤによって印刷機の歯車列の他の歯車と連結されている。このようにして、印刷機の少なくとも１つの胴が直接駆動され、それにもかかわらず、歯車列によって印刷機の他の胴やその駆動装置と接続されている。このようにして、胴とその駆動装置は、印刷機の他の駆動装置や胴と同期化される。ロータを歯車列と連結するためのリングギヤは、ロータに回転可能に支持されていてよい。それにより、リングギヤはロータに対して回転することができ、そのようにして、歯車列に対する胴の角度調整を行うことができる。
さらに、欧州特許出願公告明細書０８１２６８３Ｂ１より、枚葉紙オフセット印刷機のための駆動装置が公知である。この場合、１つまたは複数の印刷ユニットの胴ないしドラムが歯車列を介して相互に接続され、この歯車列に作用する少なくとも１つの駆動装置によって駆動される。さらに、それぞれの印刷ユニットには、歯車列から機械的に切り離されていて、それぞれ付属の駆動装置によって予め設定可能なやり方で駆動される、少なくとも１つの版胴またはゴムブランケット胴がある。つまり、このような枚葉紙オフセット印刷機では、いくつかのドラムおよび胴は歯車列によって常に駆動されるのに対し、他の胴は独自の駆動装置によって駆動される。後者のコンポーネントは、原則として、全体の歯車列とは接続されていない。
ドイツ特許出願公開明細書１９９３０９９８Ａ１ 欧州特許出願公告明細書０８１２６８３Ｂ１

ドイツ特許出願公開明細書１９９３０９９８Ａ１に記載の解決策は、印刷機の胴が印刷機の歯車列と常に接触しているために、個々の胴の回転速度や回転方向を変えることができないという欠点がある。欧州特許出願公告明細書０８１２６８３Ｂ１から公知となっている別の解決策は、個々の胴を個別に駆動できるものの、それとひきかえに、個別に駆動される胴が歯車列と接続されておらず、そのため、いずれにしてもコストのかかる胴の電子的な同期化が必要になるという欠点がある。

さらに、胴を一方の側で歯車列と接続させ、他方の側では直接駆動装置に付属させることが公知である。この場合、胴は連結部を介して歯車列と接続される。しかしこのことは、スペースを要し、コストを生じさせる機械的または電磁的な連結部を設けなくてはならないという大きな欠点がある。

本発明の目的は、個々の回転部品のための直接駆動装置として設計されており、しかも、連結部を必要とすることなく、個別に駆動される回転部品を共通の歯車列を介して接続することを可能にする、印刷機のための駆動装置を提供することである。

本発明の他の目的は、もともと設けられている印刷機の電気駆動モータを、モータとして作動していない場合にも利用することを可能にすることである。

本発明によれば、この目的は請求項１に記載の電気駆動装置によって解決される。本発明は、電動モータの構成要素であるステータとロータが、通電されていないときには相互に回転可能であるという事実を利用するものである。このような場合、ステータをロータに対して回転させるために、ある程度の力ないしエネルギーを加えることは必要であるが、それによって他方では電気エネルギーが生成され、この電気エネルギーを逆に電力網に供給して戻すことができる。このようにして、電動モータが一方では２つの回転可能な部分アセンブリの間の連結部としての役目をし、また他方では、この両方の部分アセンブリの一方を回転させるために、通常の駆動装置としての役目をする。両方の部分アセンブリを別々のやり方で駆動したいという場合には、もともと２つの駆動モータが必要であり、本発明の電気駆動装置によって連結部を省略することができる。したがって、連結部によって引き起こされる磨耗が効果的に防止される。さらに、用紙を処理する機械の２つの部分アセンブリを、１つのモータによって常に連結されてはいるが、それにもかかわらず、互いに完全に独立して作動させることができるようにすることが考えられる。このことは、折り機での使用だけでなく、特に印刷機で使用するときにメリットがある。印刷機の部分アセンブリは、胴、歯車または歯車列全体、ローラであってよく、もしくは、印刷ないし用紙搬送に必要なその他の回転可能なコンポーネントであってよい。両方の部分アセンブリを接続するモータがどのように制御されるかに応じて、さまざまな回転配列が可能である。たとえば、歯車列などの一方の部分アセンブリを一方の回転方向に回転させることができ、それに対して、たとえば印刷胴などの他方の部分アセンブリを別の方向に回転させることができる。この場合、歯車列の回転速度は、歯車列を駆動する別のモータによって制御される。そして駆動される胴の回転速度は、両方の部分アセンブリの間にあるモータの回転速度と、歯車列の回転速度との差異によって得られる。また、両方の部分アセンブリのうちの一方を停止させ、１つの部分アセンブリだけが回転するようにすることも問題なく可能である。たとえば歯車列を停止させ、胴だけを回転させるのが特に有意義である。つまりこの場合にはロータは停止し、それに対してステータは回転する。このような回転形態は、ステータが、回転可能な胴の部分アセンブリによって同じく回転可能に支持されていることによって得られる、追加の自由度によるのでなければ不可能である。

部分アセンブリの１つが別の電気駆動装置によって駆動されると、このことは、印刷ユニット全体をただ１つのモータによって、つまり、この別の電気駆動装置によって駆動することができるという大きな利点を生む。このようにすれば、一方の部分アセンブリである歯車列と、他方の部分アセンブリである駆動される胴とを、両方とも同期して駆動することが問題なく可能である。したがって、両方の部分アセンブリの間にある電気駆動装置は、どうしても必要な場合にだけ駆動出力を供給すればよい。この別の電気駆動装置は、モータとして支援をするだけでなく、発電機としても作動することができ、たとえば、歯車列の個々の歯面が常に同一の歯面と接触することを保証するために印刷機で利用される、制動駆動装置として作動することができる。

部分アセンブリのうちの１つがブレーキまたはラッチによって固定可能であると、ただ１つの電気駆動装置によって、一方の部分アセンブリである胴か、他方の部分アセンブリである歯車列かのいずれかを選択的に、ただ１つのモータで駆動することが可能である。ラッチまたはブレーキによって胴が固定されていれば、本発明による駆動装置は歯車列を駆動することができる。それに対して歯車列がラッチまたはブレーキで固定されていれば、モータは胴を駆動する。前者の場合には、モータが印刷ユニット全体を駆動するのに対して、後者の場合にはモータがただ１つの胴を駆動する。このことは、印刷ユニットにおけるフレキシビリティを高める。

ステータも回転することができるのであれば、このような回転可能なステータを可能にする電力供給部を設けることが必要である。そのために、ステータは電力供給のために、ロータと反対を向いているほうの側に別のエアギャップを有している。エアギャップを介しての電力供給は、スリップを生じさせる接触部が存在しないので、特に磨耗が少ない。

誘導式の回転変圧器による別のエアギャップを通じての電力供給は、特に、ステータに三相電流が供給される場合に有利である。この場合、電気エネルギーは三相変圧器によって、ステータを備える部分アセンブリに非接触で送られる。

特に、ステータとロータからなる組合せが三相電動機でない場合には、スリップリングによるステータへの電力供給が適している。たとえば二相交流モータが使用されているときは、別のエアギャップに設けたスリップリングを通じてモータに電力供給を行うのが、特に好ましい解決策である。

電気駆動装置の制御に必要な制御回路が、ステータの回転軸に取り付けられることによって、さらに別の利点が得られる。というのもこの場合、ステータとロータからなる電気駆動装置を制御するためのパワーエレクトロニクス全体が、ステータの回転軸に存在しているからである。すなわち、ステータとパワーエレクトロニクスが、従来式のケーブルを介して互いにしっかり接続される。この場合、パワーエレクトロニクスからステータへ任意の種類の電圧を送ることができる。それと同時に、ステータと接続されている部分アセンブリに電流が入るときの仲介となる第２のエアギャップに、誘導式の変圧器を用いることができる。そして、この変圧器の正弦波交流電圧が、ステータの軸に取り付けられたパワーエレクトロニクスによって、モータの制御のために必要な電圧にその都度変換される。

制御回路に送られる制御ユニット制御信号の無線伝送が設けられていると、ステータ軸に設けられたパワーエレクトロニクスの制御回路が必要とする制御信号を、これに伝送することが特に簡単に可能である。それにより、ステータの軸に設けられたパワーエレクトロニクスの制御回路に、必要な制御信号を外部から問題なく供給することができる。

ステータが、駆動される胴の軸に直接取り付けられていると、両方の部分アセンブリの間の追加のモータ軸受が必要なくなる。ロータは、一方の部分アセンブリである歯車列に単に支持されるのに対して、他方の部分アセンブリである胴はステータの支持部となる。

追加の電気抵抗が設けられていると、ステータを備える部分アセンブリが発電機として作動する場合に、電気エネルギーを外へ逃がすことが可能である。この場合、エアギャップに設けた三相変圧器の寸法を小さくすることができる。この電気抵抗は、同じくステータの部分アセンブリに収納されて、一緒に回転するのが好都合である。原則としてステータが発電機としてのみ作動するときは、電気エネルギーを外へ逃がすだけであり、そのためには追加の電気抵抗だけで十分なので、三相変圧器を全面的に省略することもできる。このように純粋に発電機としての駆動装置は、長い歯車列で歯車に接触歯面の入れ替りが起こらないことを印刷機で保証する、いわゆる制動駆動装置でしばしば用いられている。

ステータが原則として発電機として作動しているときは、当然ながら、印刷機の他の電力消費部に対して電圧供給をするのにもステータを利用することができる。このような電力消費部は、たとえば送風機やその他のアクチュエータであってよい。制動駆動装置は、原則として発電機として作動するので、このときに発生する電気エネルギーを、これらの他の電力消費部への供給に利用することができる。したがって、制動駆動装置は、機械的および電気的な損失を避けられなくするような電気エネルギーを消費しない。

さらに別の有利な実施態様は、ロータとステータで構成された電気駆動装置が、共通の軸を介して別の電動モータと接続されることである。そうすれば、第２のエアギャップの追加のエネルギー伝達器をそっくり省略することができる。この場合、代わりに第２のモータが利用される。このようにして、二重に電力供給を受ける電気機械が得られる。この解決策は、特に、一方の駆動装置が印刷ユニット全体を直接駆動し、他方の駆動装置はこれとは別個に部分アセンブリを駆動するようにしたい場合に特に有利である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に示す構成は、歯車列１，１ａ、１ｂと、胴２とからなっている。胴２は、印刷機の任意の胴であってよい。胴２は、一方の側でステータ４としっかりと連結されている。ステータ４は、さらにロータ３で構成されているモータの構成要素である。さらに、ロータ３は歯車列の歯車１ｂとしっかり連結されている。さらに、歯車列１，１ａ、１ｂは、ここには図示しないやり方で印刷機の壁に支持されている。歯車１ａは別のモータ１１によって駆動される。したがって、このモータ１１は歯車列１，１ａ、１ｂの全体を動かすことができる。さらに、歯車１には別の歯車列が後続しており、したがってこの歯車列も同じくモータ１１で回転運動させることができる。

胴２に取り付けられたステータ４に電流を供給できるようにするために、胴２の内部には制御回路５がある。制御回路５は、ステータ４とロータ３からなるモータの回転数制御もしくはトルク制御を可能にするモータ電子装置を含んでいる。制御回路５は、三相電動機や交流電動機を制御するための通常のパワーエレクトロニクスである。胴２の内部に電流を供給できるようにするために、胴２はステータ４と反対を向いている方の側に回転変圧器６を備えている。これは三相変圧器であるのが好ましい。このようにして回転変圧器６は、電力網７から非接触で、かつ誘導式にのみ結合された状態で、制御回路５に電流供給をするために胴２の内部に電流を供給する。

さらに、歯車１ｂには、ステータ４に対するロータ３の位置を制御回路５に常時伝送する位置検出器８が取り付けられている。それにより、胴２に対する歯車１ｂの角度位置を伝送することができ、さらにこの位置検出器８は、制御回路５を通じて回転数を調節する役目も果たす。

この構成全体の操作は、構成を制御するためのデータを入力することができる操作卓１０を通じて行われる。このデータは、制御ユニット９によって回転数および回転方向の目標値に変換されて、この目標値が制御装置５に伝送される。制御ユニット９から制御装置５へのデータの伝送は、無線式に行うのが好ましい。構造をコンパクトにするために、エアギャップの回転変圧器６は胴２の内部に取り付けるのが好ましい。ロータ３とステータ４を発電機として作動する場合に備えて、胴２の内部には、余った電気エネルギーを外に逃がすことができる抵抗が取り付けられている。

ロータ３とステータ４からなるモータは、インナーロータ型の駆動装置として構成されていても、アウターロータ型の駆動装置として構成されていてもよい。さらに、このモータは胴２の外部に取り付けられていても、胴２の内部に組み込まれていてもよい。したがって、外部のインナーロータ型モータ、外部のアウターロータ型モータ、内部のアウターロータ型モータ、および内部のインナーロータ型モータという組合せが可能である。別のモータ１１と組み合わせれば、部分アセンブリ１，２について次のような配列が得られる。すなわち、機械が全面的に停止しているときには、歯車列１と胴２はいずれもロックされる。歯車列１だけを回転させたいときは、胴２がロックされ、ロータ３とステータ４からなるモータが歯車列１を回転運動させる。これと逆の場合には歯車列１が停止し、それに対して胴２は回転する。このとき、歯車列１は固定されているのに対し、胴２は、ロータ３とステータ４からなるモータによって回転運動させられる。通常の印刷運転では、歯車列１と胴２はいずれも同じ回転方向に回転している。この状態では、構成全体がモータ１１によって運動させられ、それに対してロータ３とステータ４からなるモータは磁気的なロック部として作用する。上記以外のケースでも、両方のモータの制御に応じて、胴２を歯車列１よりも低速で回転させたり、歯車列１を胴２より低速で回転させることができる。さらに、両方のモータを異なる回転方向に回転させることも可能である。

図２は、本発明による電気駆動装置の別の実施形態を示している。これは、いわゆる二重給電形の電気機械である。

二重給電形の電気機械では、ロータ３とステータ４からなる一方のモータは、非同期モータ１２と共通の軸１４の上にある。さらに、この軸１４の上には、歯車列１と胴２がある。この場合、ステータ４は印刷機にしっかり取り付けられていて、歯車列１を駆動する。さらに、軸１４の上には周波数変換器１３が配置されている。定置に取り付けられている、ロータ３とステータ４からなるモータは、この周波数変換器１３を介して、非同期モータ１２と電気接続されている。両方のモータは、無線式の接続によって周波数変換器１３を制御し、従来式のケーブルを介してロータ３とステータ４からなるモータを制御する、共通の制御ユニット９によって制御される。これらの周波数変換器１３が一定の特性曲線で作動するのであれば、周波数変換器１３と共通の制御ユニット９の接続部を省略することができる。非同期モータ１２によって、定置に取り付けられているモータに関わりなく、胴２を回転運動させることができる。したがって、胴２を軸１４よりも高速で回転させたり、軸１４よりも低速で回転させたり、逆の回転方向に回転させたりすることができる。したがって、この構成も２通りの自由度を提供するものである。胴２が固定されているときは、非同期モータ１２が同じく歯車列１だけを駆動し、そのようにして他方のモータを補助する。それにより、両方のモータの駆動出力を、個々のケースに合わせて的確に調節することができる。さらに、この場合にも両方のモータのうち一方は制動駆動装置として作動することができ、そのようにして、電気エネルギーを他方のモータに送る。それにより、継続的に制動モータとして働くモータのエネルギーが、全面的に損失熱に変換されることはない。それと同時に、駆動装置にある程度の冗長性があるので、一方のモータが故障したときに他方のモータが駆動の役割を担うことができる。

一方の側でロータが歯車列に組み込まれており、他方の側ではステータが胴に組み込まれている電気駆動装置を示す図である。 二重に電力供給を受ける電気機械を備えている機構を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 歯車列
２ 胴
３ ロータ
４ ステータ
５ 制御回路
６ 回転変圧器
７ 電力網
８ 位置検出器
９ 制御ユニット
１０ 操作卓
１１ モータ
１２ 非同期モータ
１３ 周波数変換器
１４ 軸

Claims (13)

1. 少なくとも２つの回転可能な部分アセンブリ（１，２）を備える印刷機のための、電動モータの構成要素であるステータ（４）とロータ（３）からなる電気駆動装置であって、前記ステータ（４）と前記ロータ（３）はエアギャップによって互いに分離され、一方の前記部分アセンブリ（１）が前記ロータ（３）を含んでおり、他方の前記部分アセンブリ（２）が前記ステータ（４）を含んでいる電気駆動装置において、
   前記一方の部分アセンブリが歯車列の歯車（１ｂ）としっかりと連結され、前記他方の部分アセンブリが胴（２）としっかり連結されていることを特徴とする電気駆動装置。
2. 前記部分アセンブリ（１，２）の少なくとも一方が別の電気駆動装置（１１）を有している、請求項１に記載の電気駆動装置。
3. 前記部分アセンブリ（１，２）の少なくとも一方がブレーキまたはラッチによって固定可能である、請求項１または２に記載の電気駆動装置。
4. 前記ステータ（４）に電流供給をするための別のエアギャップ（６）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
5. 前記別のエアギャップ（６）を介して電流供給をするために誘導式の回転変圧器が設けられている、請求項４に記載の電気駆動装置。
6. 前記別のエアギャップ（６）を介して前記ステータ（４）に電流供給をするためにスリップリングが設けられている、請求項４に記載の電気駆動装置。
7. 前記電気駆動装置を制御するために必要な制御回路（５）が前記ステータ（４）の回転軸に取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
8. 制御ユニット（９）から前記制御回路（５）への制御信号の無線伝送が備えられている、請求項７に記載の電気駆動装置。
9. 前記制御回路（５）が、電気エネルギーを外に逃がすために追加の電気抵抗を有している、請求項１から８までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
10. ロータ（３）とステータ（４）からなる前記電気駆動装置が、共通の軸（１４）を介して別の電動モータ（１２）と接続されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
11. ロータ（３）とステータ（４）からなる前記電気駆動装置が、両側で電力供給を行う少なくとも２つの変換器（１３）を介して別の電動モータ（１２）と接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
12. 前記ステータ（４）によって電気エネルギーの供給を受けるように設けられた別の電気消費部が前記ステータ（４）に接続されている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の電気駆動装置。
13. 印刷機において、該印刷機が、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の電気駆動装置を有していることを特徴とする印刷機。

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