MX2008010503A

MX2008010503A - Carro con traslacion lineal que incorpora un impulsor inductivo de entrehierro.

Info

Publication number: MX2008010503A
Application number: MX2008010503A
Authority: MX
Inventors: Peter T Carstensen
Original assignee: Kadant Inc
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2009-01-19
Also published as: US7535187B2; CN101385223A; US20070200514A1; EP1985002A1; WO2007097947A1; CA2637582A1; JP2009527214A

Abstract

La presente invención se refiere a un carro con traslación lineal (2) para su uso en la industria de la elaboración de papel y similares, el cual incorpora un impulsor inductivo de entrehierro (50) y elimina todos los dispositivos mecánicos entre la fuente de energía eléctrica y el mecanismo de desplazamiento. Específicamente, la presente invención se refiere a un dispositivo con traslación lineal que incluye un motor lineal de tipo inductor que comprende un bobinado de estator eléctrico (1), una placa conductora (S) que se extiende en la longitud completa de traslación del dispositivo, un material ferromagnético (7) fijado a dicha placa conductora (6), un medio de soporte (3) para sostener el dispositivo y mantener el entrehierro entre el bobinado del estator (1) y la placa conductora (6), un mapa de velocidad de pre-alimentación (10) seleccionado por el usuario, para dirigir el dispositivo, un controlador que controla el movimiento del dispositivo de acuerdo con el mapa de velocidad de pre-alimentación seleccionado por el usuario (10).

Description

CARRO CON TRASLACIÓN LINEAL QUE INCORPORA UN IMPULSOR INDUCTIVO DE ENTREHI ERRO Introducción Campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo y a un mecanismo de traslación lineal para su uso en la industria de elaboración del papel y similares. El dispositivo comprende un impulsor inductor de entrehierro , de esta manera elimina todos los elementos mecánicos entre un suministro de energía eléctrica y el mecanismo de desplazamiento. Antecedentes de la invención Los mecanismos de desplazamiento de un solo eje se construyen dentro de estructuras de soporte que transportan aplicaciones de proceso o dispositivos de medición a través de la malla en procesos tales como elaboración de papel , producción de no tejidos, laminado de acero y una multitud de otros procesos que producen materiales en láminas. En el proceso de elaboración de papel , los dispositivos de desplazamiento a través de la malla llevan chorros de agua de alta presión para limpiar el material de la cinta en serpentina utilizado para transportar la hoja de papel a través de las secciones de prensado y/o de secado de la máquina para elaboración de papel . Los productos con nombres comerciales Pro-Jet, Sean-Jet, Thermo-Jet, Acc-Jet, ROBO-Jet, son unos pocos de estos tipos de dispositivo.

La patente estadounidense No. 5,852,949 de Cartensen , cuyas enseñanzas están incorporadas aquí mediante referencia, se refiere a un método para dirigir la parte movible de este tipo de dispositivo longitudinalmente con la ayuda de una estructura de soporte. La patente '949 se refiere a un aparato de desplazamiento lineal que incluye un mecanismo de desplazamiento de tornillo segmentado para sostener dispositivos a través de extensiones en máquinas para elaboración de papel. Sin embargo, en este sistema , la rotación de la tuerca de separación es inhibida comúnmente mediante comunicación mecánica con un instrumento u oro dispositivo que está acoplado mediante un riel o ranura paralelo al eje longitudinal de rotación del tornillo guía. Esto requiere el mantenimiento de las piezas mecánicas y también su reemplazo frecuente debido a su desgaste en ambientes rigurosos. Controlar el movimiento o la velocidad y la dirección , también es crítico en estos dispositivos, de tal forma que el movimiento de la malla y el movimiento del elemento de traslación permanezcan coordinados. En la técnica de elaboración de papel , se utilizan regaderas para humedecer nuevamente la malla de papel o para limpiar y acondicionar el tejido o alambre después de que la hoja ha pasado por él o para limpiar los rodillo o moldes durante su operación . Estas regaderas comúnmente cubren la dirección de la máquina de la máquina sobre el tejido o los rodillos para cumpli r este propósito. Un dispositivo de esta naturaleza se describe en la patente estadounidense No. 4, 701 ,242, la cual implica el uso de un mecanismo de cabezal de regadera que está sostenido por un alojamiento que tiene un surco y un carrito que cubren el ancho de la malla. El carrito se mueve a lo largo del surco por medio del motor y un cabezal de regadera que se extiende a través del alojamiento es llevado por el carrito. La desventaja de este dispositivo es que el sistema completo es accionado mecánicamente y por ello carece tanto de eficiencia como de facilidad de operación. Otros mecanismos para mover chorros de agua a través de una malla implican el uso de arreglos con bola oscilante y tornillo, mediante los cuales se sostiene la regadera y se regula su movimiento; tal como se describe en la patente estadounidense No . 4,598,238. Si bien estos dispositivos proporcionan satisfactoriedad , es deseable proporcionar un mecanismo más simplificado para sostener y mover el chorro de agua y al mismo tiempo es eficiente y evita cualquier tipo de mantenimiento de piezas mecánicas y su rasgamiento y desgaste. Esto es especialmente cierto en situaciones en donde el chorro de agua atraviesa una gran extensión en la máquina de elaboración de papel . El método o métodos más comunes de desplazamiento mecánico del elemento dentro de estos dispositivos emplean accionadores de cadena y engranajes, engranajes de cremallera y piñón , ejes roscados con tuerca seguidora, accionadores de cable y polea , y pistón/cilindro de aire o hidráulico. Esto implica convertir una fuerza de rotación de motor eléctrico en un movimiento lineal bidireccional del elemento que se mueve, lo que requiere numerosas piezas mecánicas, las cuales están propensas a fallar. A medida que las condiciones ambientales se hacen más hostiles debido al calor y humedad extremos y a las sustancias químicas, este tipo de equipo se hace más propenso a fallar. La presente invención presenta una solución para la eliminación de dispositivos mecánicos entre la energ ía eléctrica y el movimiento bidireccional del elemento que se mueve. La presente invención está dirigida a un carro con traslación lineal que supera las desventajas de la técnica anterior descritas anteriormente. La presente invención también puede encontrar aplicaciones en guillotinas para extremos en húmedo y en seco en una máquina de elaboración de papel que utiliza agua o una cuchilla giratoria o cuchilla convencional para cortar el tejido, desplazar raquetas para el polvo, desplazar sistemas de rasqueta que utilizan una hoja corta que está contolada para limpiar áreas específicas de una superficie de rodillo, desplazar sistemas de medición, por ejemplo, para medir el espesor de recubrimiento en una superficie Yankee, desplazar rasquetas de cepillo para una aplicación en secadora; la cual en lugar de ser del ancho total se puede usar con un cepillo más corto que podría desplazarse a través de la superficie de giro de la cinta , o para desplazar cortadores de lámina para un dispositivo de levantamiento de carrete. Otras aplicaciones implican aplicación de rocío químico, instrumentación sensible a la malla , guillotina de extremos de existencia y otras tareas que requieren un movimiento no obstruido a través de una malla de máquina de papel que requiere un perfil de velocidad de rango > 1 000: 1 . El impulsor descrito aquí controla un motor que está montado en un carril lineal que incorpora en su diseño un conductor lamiendo en una placa inductora como un impulsor reactivo para los motores inducidos por campo eléctrico. La fuerza magnética reactiva permite el movimiento controlado del carro sostenido por el rodillo seguidor. La colocación está asegurado mediante el transductor montado en el carro que también es una parte del motor de desplazamiento. La presente invención tiene aplicaciones particulares en el control del movimiento de una regadera lineal , motor de desplazamiento, regadera con haz de desplazamiento o portador de instrumento. Estos dispositivos pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones diferentes, tales como: Una regadera , la cual limpia el tejido en serpentina que transporta el papel a través de una máquina de papel oscilando hacia atrás y hacia adelante rociándola con agua a alta presión . un portador de instrumento de un solo punto (montado en el carro), el cual puede utilizarse para oscilar hacia atrás y hacia adelante mientras vigila la salida del proceso de producción. Una regadera de desplazamiento (un solo punto) que está diseñada para tratar el ancho entero del tejido (máquina transversal ) con una fuente que se mueve en todo el ancho de la máquina. - Un haz transversal dual , triple, cuádruple y quinario, que tiene múltiples motores/carros que se desplazan en un carril inductor común . Breve descripción de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo de desplazamiento lineal para su uso en la industria de elaboración de papel y similares. El dispositivo comprende un motivador inductor de entrehierro, eliminando así todos los elementos mecánicos entre el suministro de energía eléctrica y el mecanismo de desplazamiento. Un objeto de la presente invención es controlar el movimiento o la velocidad y la dirección del elemento de movimiento del carro de desplazamiento lineal o del motor lineal que corre por ese carro de desplazamiento lineal de tal forma que el movimiento de la malla y el movimiento del elemento de desplazamiento permanecen coordinados. Un objeto adicional de la invención es reducir al mínimo el calentamiento del bobinado del estator, así como también los valores actuales usados para accionar el elemento de movimiento. Oro objeto de la invención es evitar cualquier corriente extra que sea suministrada hacia el bobinado del bobinado del estator eléctrico o impulsor, lo que puede dar como resultado un calentamiento indeseable. Todavía otro objeto de la invención es eliminar el mantenimiento de piezas mecánicas y también su reemplazo frecuente debido a su uso en ambientes severos. Breve descripción de los dibujos.

La siguiente descripción detallada, dada a manera de ejemplo y que no pretende limitar la presente invención solamente a ello , será mejor apreciada en conjunto con los dibujos anexos, en los que los números de referencia similares denotan elementos y piezas similares, en los cuales: La figura 1 es una vista superior de sección transversal de un dispositivo de desplazamiento lineal , de acuerdo con un aspecto de la presente invención; y La figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un programa de control , de acuerdo con un aspecto de la presente invención. La descripción de los diversos elementos de la invención será discutida en detalle en las siguientes secciones. Descripción detallada de las modal idades preferidas La figura 1 es una vista superior de sección transversal del dispositivo de desplazamiento lineal ( 1 00) que comprende un motor inductor de entrehierro (50) de acuerdo con un aspecto de la presente invención . La figura 1 muestra un devanado de estator eléctrico plano ( 1 ) (de aquí en adelante denominado el "impulsor") dentro del motor inductor (50), el cual está montado en un carro de tipo de rodillos (2), el cual se denomina aqu í como el "elemento". Los rodillos del tipo de ranura en "V" (3) montados en el carro (2) mantienen un "entrehierro" específico que no es de contacto entre la superficie exterior (5) de la estructura ranurada interna del bloque primario del devanado del estator ( 1 ) y una "placa" conductora (6) que se extiende sobre la longitud transversal entera del dispositivo de desplazamiento lineal , que tiene una geometría específica y está elaborado de un material específico conocido en la técnica . La placa conductora (6) está fijada a una placa ferromagnética (7 ) que también se extiende sobre la longitud transversal completa del dispositivo de desplazamiento lineal y tiene una geometría específica y composición de material bien conocidas en la técnica . Cuando se le aplica corriente alterna ("CA") al devanado del estator ( 1 ) del motor inductor (50), el campo magnético alterno resultante generado por el devanado el estator ( 1 ) induce un flujo eléctrico dentro del conductor fijado a la placa (6). El flujo de corriente inducida en la placa conductora (6) crea su propio campo magnético secundario, el cual reacciona con el campo magnético primario generado por el devanado ( 1 ). El conjunto de placa (6) se va a considerar "de base mecánica" y la fuerza de reacción entre la placa (6) y el devanado del estator ( 1 ) hace que el elemento (2 ) se mueve. Controlar el ángulo de fase, corriente, voltaje y ancho del impulso del suministro eléctrico hacia el devanado del estator ( 1 ), es posible el control direccional, velocidad y fuerza del elemento que se mueve (2). Mediante velocidades lineales muy altas que se obtienen fácilmente 6,29 m/min ( 1 6,000 + pulgadas/min), el control de este carro inductivo a bajas velocidades requiere de manipulación de energ ía eléctrica de alta resolución . Esto prod ucirá que se suministre "energ ía innecesaria" al campo para superar los valores de par de torsión variables en Culombios que es una parte de fuerza variable grande de las consideraciones e movimiento en estas bajas velocidades. Para reducir el calentamiento del devanado del estator, los valores de corriente o amperaje deben estar en el mínimo. Cualquier suministro de corriente "extra" hacia el devanado producirá un calentamiento indeseable del impulsor. El entendimiento de los efectos de las fuerzas externas variables de estas fuerzas altamente dinámicas en comparación con la fuerza actual requerida para la aplicación traerá consigo una apreciación del algoritmo de control requerido para velocidad constante a bajas temperaturas, lo que es una característica importante de la presente invención . En aplicaciones típicas, la baja velocidad se debe considerar como cualquier velocidad que sea menor que 1 centésima de [(paso polar)/(cantidad de polos) x frecuencia síncrona a la velocidad considerada]; pero si las fuerzas externas son de amplitud suficiente, la consideración de este valor m ínimo es mayor. Correr este tipo de dispositivo en un "bucle de velocidad" podría requerir un regulador de par de torsión de "alta velocidad" y podría proporcionar velocidad "relativa" constante pero no una velocidad de desplazamiento constante resultante, debido a que cualquier control Progresivo, Integral y Diferencial ("PID") se apoya en la retroalimentación de la velocidad. En otras palabras, debe ocurrir un error antes de que el ¡ntegrador haga una corrección. Cuando se hace la corrección, el componente de espacio y de tiempo del punto establecido deseado y por tanto la coordinación con la aplicación deseada no se mantienen. Correr este tipo de dispositivo en un "lazo de par de torsión" podría controlar la fuerza pero podría no funcionar en velocidad constante, dado que fuerzas externas podrían producir un cambio de velocidad , lo que es indeseable. La presente invención proporciona una solución a todos los problemas descritos anteriormente asociados con estos tipos de controles. Una modalidad de la presente invención es un programa de control (200) que controla el movimiento del dispositivo ( 100) descrito anteriormente. Esto se logra con un algoritmo de control PI D dirigido a la posición de pre-alimentación, como se muestra en la figura 2. El usuario podría seleccionar un punto de velocidad establecido (60) para la aplicación con base en la información del proceso , el perfil del movimiento deseado y una fuerza de atracción deseada por el usuario. Un "mapa" de tiempo y espacio de pre-alimentación ( 10), que también se denomina mapa de velocidad de pre-alimentación ( 1 0), es contabilizado dentro del controlador con base en la información ingresada. El motivador (50) se acciona para satisfacer las condiciones de este desplazamiento "mapeado" contra el punto de tiempo establecido (60). La información del transductor de posición montado en el carro (8) se compara con el "mapa" ( 10) y el resultado del proceso se controla en una formad e bucle de posición (20) por medio de señales recibidas de un servo analizador (70) que compara los dos valores. El servo analizador (70) a su vez recibe señales del Análisis de Firma de Corriente del Motor ("MCSA") (80), el cual constantemente vigila la corriente en el motor (50).

Esto asegurará que la velocidad resultante real sea la misma que la velocidad en el punto establecido "mapeado" que el usuario desea. A medida que las frecuencias portadoras aumentan y/o que la velocidad de corrección de PI D aumenta, se requieren valores altos de integración de ?? del sistema (30) para un movimiento suave consistente a bajas velocidades. La raíz cuadrada media ("RMS" del flujo de corriente también aumente en respuesta mutua con respecto a las correcciones del error de PI D. Esto produce efectos indeseables tales como calentamiento del devanado del estator. Para reducir la cantidad de corriente aplicada durante la fase de corrección de la operación, esta corriente se aplica en un ancho de frecuencia de impulso modulado ("AI M") (40) que es de la misma base , de raíz octava o armónica simpática de las propiedades de resonancia magnética del motivador. En otras palabras, se hace necesario entonces considerar el material y las propiedades geométricas del motor por sí solo cuando se selecciona el portador y las frecuencias integradoras. A medida que las condiciones del motor (temperatura, dimensión del entrehierro, resistencia eléctrica) cambian , el controlador tiene que cambiar la frecuencia de modulación de manera concertada con los cambios en tiempo real . De acuerdo con esto, el carro de desplazamiento lineal descrito aquí se puede utilizar en diversos dispositivos que requieren un mecanismo de desplazamiento. Estos dispositivos incluyen, en guillotinas de extremo en húmedo y en seco de una máquina de papel , el uso de agua o de una cuchilla giratoria o una cuchilla convencional para cortar el tejido, atravesar rasquetas para polvo, atravesar sistemas de rasqueta que usan una rasqueta corta que se controla para limpiar áreas específicas de la superficie de un rodillo, sistemas de medición de desplazamiento, por ejemplo , para medir el espesor de recubrimiento en una superficie Yankee, desplazar rasquetas de cepillo para una aplicación de secadora; la cual en lugar de ser del ancho completo puede usarse con un cepillo más corto que podría desplazarse a través de la superficie del rodillo de la cinta , o para desplazar cortadores de lámina para un dispositivo de levantamiento de carrete. Así, si bien las características novedosas fundamentales de la invención se muestran y describen y señalan, se entenderá quelas personas hábiles en la técnica pueden hacer diversas omisiones y sustituciones y cambios en la forma y en los detalles de los dispositivos ilustrados, y en su funcionamiento, sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, se pretende expresamente que todas las combinaciones de aquellos elementos y/o pasos del método que realizan sustancialmente la misma función sustancialmente de la misma forma para lograr los mismos resultados estén dentro del alcance de la invención . Más aún, se reconocerá que las estructuras y/o los elementos y/o los pasos del método mostrados y/o descritos en conexión con cualquier forma o modalidad de la invención descrita pueden estar incorporados en otra forma de modalidad. Es la intención , por lo tanto, que esté limitada solamente como se indica mediante el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACION ES

1 . Un dispositivo de desplazamiento lineal que comprende: un motor lineal de tipo inductor que comprende un devanado de estator eléctrico ; una placa conductora que se extiende sobre una longitud de desplazamiento completa del dispositivo; un material ferromagnético fijado a dicha placa conductora; un medio de soporte para apoyar el dispositivo y mantener un entrehierro entre el devanado del estator y la placa cond uctora; un mapa de velocidad de pre-alimentación seleccionada por el usuario para dirigir el dispositivo, un controlador que controla el movimiento del dispositivo de acuerdo con el mapa de velocidad de pre-alimentación seleccionada por el usuario.

2. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el controlador es un algoritmo de control para el movimiento del dispositivo.

3. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la velocidad del dispositivo es controlable.

4. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la dirección de movimiento del dispositivo es controlable.

5. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la posición el dispositivo es definida por el mapa de velocidad de pre-alimentación seleccionado por el usuario para reducir al m ínimo el calentamiento excesivo de dicho devanado del estator.

6. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el devanado del estator se energiza en una señal de energía eléctrica de CA Modulada por Ancho de Impulso (PWM ).

7. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la placa conductora tiene una ruta eléctrica continua durante la longitud de desplazamiento completa.

8. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la placa conductora tiene alto grado de conductividad eléctrica.

9. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la placa conductora está formada para maximizar un campo magnético desarrollado en una dirección transversal . 1 0. El dispositivo de desplazamiento lineal de acuerdo con la reivindicación 6 , caracterizado además porque dicha señal de energía eléctrica de CA PWM es una armónica simpática de un sistema de frecuencia de resonancia magnética en tiempo real .