本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動(dòng)器。電驅(qū)動(dòng)器包括被動(dòng)式磁性安裝的轉(zhuǎn)子、至少一個(gè)在磁軸承的不穩(wěn)定方向上控制轉(zhuǎn)子位置的執(zhí)行器、在不穩(wěn)定方向上控制轉(zhuǎn)子位置的第一控制裝置。第一控制裝置設(shè)計(jì)為向執(zhí)行器施加電流以控制在不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子位置，并控制在不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置，以使執(zhí)行器在穩(wěn)態(tài)下不導(dǎo)電。

背景技術(shù)：

電驅(qū)動(dòng)器包括固定的定子和相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的支撐通常由滾動(dòng)軸承提供。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器中，滾動(dòng)軸承由于產(chǎn)生摩擦而不適合。為此目的磁軸承是已知的。磁性定位在無接觸下完成，因此沒有摩擦。主動(dòng)式磁軸承通過電磁體提供。此外，被動(dòng)式磁軸承是已知的。被動(dòng)式磁軸承通過永磁體提供。根據(jù)恩紹定理，被動(dòng)式磁軸承在一維內(nèi)是不穩(wěn)定的。因此，即使是被動(dòng)式磁軸承，執(zhí)行器需要在不穩(wěn)定方向控制轉(zhuǎn)子的位置。此類執(zhí)行器可被設(shè)計(jì)為例如，電線圈，其被施加電流并產(chǎn)生磁場。如果轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，無須使電流流經(jīng)執(zhí)行器。定子和轉(zhuǎn)子上的永磁體保證了轉(zhuǎn)子的懸停。平衡狀態(tài)僅由外界擾動(dòng)干擾。在這種情況下，執(zhí)行器的磁場可恢復(fù)轉(zhuǎn)子的平衡。

DE10 2005 032 184 A1公開了此類含被動(dòng)式磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器。執(zhí)行器通過所謂的零電流控制供電?？刂蒲b置將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到一位置，在該位置執(zhí)行器不帶任何電流且轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)。

DE10 2005 032 184 A1中的電驅(qū)動(dòng)器包括安全軸承。轉(zhuǎn)子在電驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)前撐靠在其中一個(gè)安全軸承上。在穩(wěn)定操作期間，轉(zhuǎn)子通過位置空氣間隙與安全軸承間隔開。在擾動(dòng)力發(fā)生時(shí)，平衡狀態(tài)被移位或也就是說在任一安全軸承的方向上轉(zhuǎn)子無力懸停狀態(tài)。監(jiān)測位置空氣間隙。這通過評(píng)估控制裝置的信號(hào)執(zhí)行。如果位置空氣間隙超過預(yù)先限定閾值，電驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉。這樣防止了轉(zhuǎn)子與安全軸承的碰撞。

含磁性支撐轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器使用在例如紡織機(jī)中。此類紡織機(jī)例如是自由端紡紗機(jī)，其包括多個(gè)彼此并排布置的工位。每個(gè)工位均包括帶紡紗轉(zhuǎn)子的自由端紡紗機(jī)，其依次包括轉(zhuǎn)子軸和連接至轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)杯。紡紗轉(zhuǎn)子包括帶有磁性安裝轉(zhuǎn)子的單獨(dú)的電驅(qū)動(dòng)器。為此紡紗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸設(shè)計(jì)為電驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)杯處于可關(guān)閉的殼體中，其在紡紗操作期間被施加負(fù)壓。

位置空氣間隙的已知監(jiān)測和電驅(qū)動(dòng)器的及時(shí)斷開可防止在干擾情況下轉(zhuǎn)子與安全軸承的碰撞；在專用機(jī)器中，如上所述的自由端紡紗機(jī)中，該斷開導(dǎo)致生產(chǎn)的損失，其以不期望的方式降低機(jī)器的生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供含磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器，其對(duì)影響轉(zhuǎn)子平衡的干擾不靈敏。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，提供第二控制裝置以控制不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置。第二控制裝置被設(shè)計(jì)為評(píng)估代表轉(zhuǎn)子位置的值并且作為該值的函數(shù)來影響用于控制不穩(wěn)定方向上的位置的執(zhí)行器，使得執(zhí)行器在穩(wěn)態(tài)下傳導(dǎo)預(yù)先限定的穩(wěn)定執(zhí)行器電流。

本發(fā)明使得在發(fā)生導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置的不希望的變化的干擾時(shí)，可以對(duì)目前的零電流控制干預(yù)，并由此使轉(zhuǎn)子返回所需位置。由此抵消必須關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子位置上的進(jìn)一步變化。

可為第一和第二控制裝置各分配一單獨(dú)的執(zhí)行器。然而，為第一控制裝置和第二控制裝置分配共同執(zhí)行器，以控制不穩(wěn)定方向上的位置，并設(shè)計(jì)第二控制裝置來影響第一控制裝置以便影響共同執(zhí)行器是非常有利的。

應(yīng)注意的是第二控制裝置的控制疊加在第一控制裝置的控制之上。這表明當(dāng)發(fā)生使轉(zhuǎn)子脫離平衡的動(dòng)態(tài)干擾時(shí)，首先第一控制裝置介入并向執(zhí)行器施加電流，使得轉(zhuǎn)子返回至其平衡位置，且執(zhí)行器不傳導(dǎo)任何電流。第二控制裝置的介入僅帶來較小動(dòng)態(tài)或固定干擾，并影響第一控制裝置，從而執(zhí)行器甚至在穩(wěn)態(tài)中傳導(dǎo)不同于零的電流。

第二控制裝置優(yōu)選影響第一控制裝置，從而在第一控制裝置的控制內(nèi)添加補(bǔ)償(offset)。在第一控制裝置的控制中如此選擇補(bǔ)償，即，使得處于穩(wěn)態(tài)的執(zhí)行器傳導(dǎo)預(yù)先限定的穩(wěn)定的執(zhí)行器電流。

第一控制裝置以已知方式可包括電流控制器和位置控制器。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，在電流控制器的輸出端添加補(bǔ)償。

根據(jù)另一有利實(shí)施例，在位置控制器的輸出端添加補(bǔ)償。

根據(jù)另一有利實(shí)施例，電驅(qū)動(dòng)器包括用于檢測磁性安裝的轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器并且表示轉(zhuǎn)子的位置的值取決于位置傳感器的信號(hào)。該位置傳感器也可檢測不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置或穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置。盡管本發(fā)明是關(guān)于不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子位置的控制，不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子位置的變化還影響穩(wěn)定方向上磁軸承的剛度。為此作用于不穩(wěn)定方向上的干擾也可影響穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置。

檢測不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置的位置傳感器，可同時(shí)為第一控制裝置提供信號(hào)。檢測穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的位置的位置傳感器，可同時(shí)為穩(wěn)定方向上的常規(guī)阻尼裝置的阻尼振動(dòng)提供信號(hào)。

為了檢測表示轉(zhuǎn)子位置的值，當(dāng)可使用另一取決于位置傳感器的信號(hào)或以其它方法指示轉(zhuǎn)子位置時(shí)，位置傳感器自身的信號(hào)不一定要使用。

根據(jù)本發(fā)明的可能的實(shí)施例，表示轉(zhuǎn)子位置的該值取決于第一控制裝置的電流控制器的輸出。表示轉(zhuǎn)子位置的該值也可取決于第一控制裝置的位置控制器的輸出。也有可能使用表示轉(zhuǎn)子位置的不同數(shù)值以評(píng)估第二控制裝置。

根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子的磁定位，眾所周知，可分配一安全軸承，操作期間轉(zhuǎn)子通過位置空氣間隙與其間隔開。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的有利實(shí)施例，當(dāng)表示轉(zhuǎn)子位置的值指示位置空氣間隙的預(yù)先限定閾值降到預(yù)先限定閾值以下時(shí)，第二控制裝置影響執(zhí)行器。所述閾值可以選擇合適地低于如現(xiàn)有技術(shù)已知的導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉的閾值。如果發(fā)生干擾，系統(tǒng)可以從而在初始階段受到影響并穩(wěn)定下來。當(dāng)然，可能為位置空氣間隙限定兩個(gè)閾值。位置空氣間隙的第一閾值引起根據(jù)本發(fā)明第二控制裝置影響第一控制裝置，而相應(yīng)地較低的第二閾值導(dǎo)致關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明該控制在大多數(shù)情況下防止達(dá)到第二閾值。只有當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的該控制對(duì)干擾未提供足夠的補(bǔ)償，且第二閾值未被超過時(shí)，出于安全因素關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例第二控制裝置影響執(zhí)行器，如果表示轉(zhuǎn)子位置的該值的時(shí)間曲線示出預(yù)先限定振幅和頻率的振蕩。正如所解釋的，不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子的移位對(duì)穩(wěn)定方向上磁軸承的剛度有負(fù)作用。因此，因干擾產(chǎn)生的其不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子位置的移位可導(dǎo)致系統(tǒng)的振動(dòng)。此振動(dòng)可通過用來監(jiān)測不穩(wěn)定方向上的位置的位置傳感器和通過用來監(jiān)測穩(wěn)定方向上的位置的位置傳感器來確定。振動(dòng)也可通過第一控制裝置的狀態(tài)變量來檢測，即例如通過第一控制裝置的電流或位置控制器的輸出信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種帶電驅(qū)動(dòng)器的自由端紡紗機(jī)和如上所述的紡紗轉(zhuǎn)子。紡紗轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)杯。在這種情況下轉(zhuǎn)子軸被設(shè)計(jì)為電驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子。

由于磁性安裝的紡紗轉(zhuǎn)子，磁軸承優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為使得軸承在徑向于轉(zhuǎn)子軸或轉(zhuǎn)子的方向是穩(wěn)定的，而在軸向于轉(zhuǎn)子軸的方向是不穩(wěn)定的。

多個(gè)干擾影響作用于紡紗轉(zhuǎn)子。這可包括外部的及系統(tǒng)相關(guān)的干擾。在紡紗轉(zhuǎn)子上及在磁性安裝轉(zhuǎn)子上的外部干擾是例如由被推上紡紗轉(zhuǎn)子的不必要的纖維的積存引起的。

系統(tǒng)相關(guān)的干擾例如可由轉(zhuǎn)杯自身的旋轉(zhuǎn)引起。轉(zhuǎn)杯的旋轉(zhuǎn)保證了在軸向移動(dòng)紡紗轉(zhuǎn)子的空氣流。該位移尤其取決于轉(zhuǎn)杯的大小和速度。影響紡紗轉(zhuǎn)子位置的另外的影響因素包括溫度、紡成紗線的細(xì)度以及紡紗裝置中的負(fù)壓水平。

上述電驅(qū)動(dòng)器從而保證了自由端紡紗機(jī)的穩(wěn)定和免干擾運(yùn)行。避免了自由端紡紗機(jī)的不必要關(guān)閉，并提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

下面參照附圖中的示范實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。

下面：

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)含被動(dòng)式磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的含被動(dòng)式磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的含被動(dòng)式磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器；以及

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的含被動(dòng)式磁性安裝轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動(dòng)器。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的帶有電驅(qū)動(dòng)器1的自由端紡紗機(jī)。這里僅示出自由端紡紗機(jī)的紡紗轉(zhuǎn)子22。紡紗轉(zhuǎn)子22包括轉(zhuǎn)杯9和轉(zhuǎn)子軸2。在紡紗時(shí)，轉(zhuǎn)杯9以已知方式在未示出的施加有負(fù)壓的殼體中旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子軸2被設(shè)計(jì)為電驅(qū)動(dòng)器1的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子軸2被動(dòng)式磁性安裝。這里僅示出必要的驅(qū)動(dòng)器1的磁軸承4。轉(zhuǎn)子軸2被動(dòng)式磁性安裝。為此，轉(zhuǎn)子軸2包括其前端的磁環(huán)5和其后端的磁環(huán)6。定子，即電驅(qū)動(dòng)器1的固定部件，包括兩個(gè)額外的磁環(huán)7和8，它們各自分配于磁環(huán)5和6。磁環(huán)5，6，7和8軸向磁化，如箭頭指示。磁化方向使得磁環(huán)5與7以及磁環(huán)6與8相互吸引。所示磁軸承4徑向穩(wěn)定而軸向不穩(wěn)定。因此用于控制轉(zhuǎn)子軸2位置的執(zhí)行器以線圈3的形式被提供。線圈3繞磁環(huán)8卷繞，并通過輸入電流而產(chǎn)生軸向磁場。線圈3通過控制裝置12提供電流。控制裝置12執(zhí)行所謂的零電流控制。零電流控制移動(dòng)轉(zhuǎn)子軸2進(jìn)入無力的懸停狀態(tài)，其中線圈3不傳導(dǎo)任何電流。術(shù)語無力表明作用于轉(zhuǎn)子軸2的所有力被移除。圖1示出了轉(zhuǎn)子軸2的位置，其中轉(zhuǎn)子軸2定位在無力懸浮狀態(tài)中。永磁體間的吸引力取決于它們的間隔距離。在當(dāng)前情況下，磁環(huán)5和7之間的吸引力取決于距離X₁，且磁環(huán)6和8之間的吸引力取決于距離X₂。距離X₁和X₂相同。轉(zhuǎn)子軸2處于平衡狀態(tài)。

為了控制流經(jīng)線圈3、通常流經(jīng)用于控制不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子2的位置的執(zhí)行器的電流，兩個(gè)輸入變量被提供給控制裝置12。這包括一方面通過執(zhí)行器的測量電流和另一方面不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子2的位置，這里為軸向方向。為了檢測不穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子2的位置，提供位置傳感器17?？刂蒲b置12包括位置控制器13(其這里設(shè)計(jì)為PID-控制器)和電流控制器14(其這里設(shè)計(jì)為I控制器或積分器)。加法器16將位置傳感器17的輸出與電流控制器14的輸出結(jié)合。該結(jié)果提供給位置控制器13作為輸入信號(hào)。位置控制器13的輸出通過功率放大器15為執(zhí)行器3施加電流。通過執(zhí)行器3的所測電流形成電流控制器14的輸入信號(hào)。在動(dòng)態(tài)干擾的情況下，控制裝置12通過為執(zhí)行器3短暫充入電流而移動(dòng)轉(zhuǎn)子2返回平衡狀態(tài)。

電驅(qū)動(dòng)器1還可以包括未示出的阻尼裝置，其影響穩(wěn)定方向上轉(zhuǎn)子2的位置，因此這里為徑向方向。為此目的，阻尼裝置包括用于檢測穩(wěn)定的徑向方向上的轉(zhuǎn)子2位置的傳感器。

為了保護(hù)磁軸承，在轉(zhuǎn)子2后端處安裝安全軸承10并在其前端安裝安全軸承11。為此目的，安全軸承10和11與轉(zhuǎn)子的距離適當(dāng)小于磁環(huán)5和7或6和8的距離。然而在轉(zhuǎn)子2具有高轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子2與安全軸承10或11接觸會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。因此，位置空氣間隙，即安全軸承10，11與轉(zhuǎn)子2的距離，被監(jiān)測。位置空氣間隙在驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)或驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)前以已知方式測量。為了確定位置空氣間隙的變化，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，控制裝置12的輸出信號(hào)，這里位置控制器14的輸出被監(jiān)測。該監(jiān)測通過監(jiān)測設(shè)備18執(zhí)行。監(jiān)測值或由此確定的位置空氣間隙，與允許閾值作比較。如果閾值超過，監(jiān)測設(shè)備18傳輸關(guān)閉信號(hào)至電驅(qū)動(dòng)器1的控制裝置19?？刂蒲b置19則觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器1的關(guān)閉。這可例如通過對(duì)未示出的定子線圈供電來執(zhí)行，其造成驅(qū)動(dòng)器1的速度不斷降低。

轉(zhuǎn)子2的無力平衡通過較小動(dòng)態(tài)或靜態(tài)干擾而移位?？刂蒲b置12只可控制動(dòng)態(tài)干擾。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，容許此移位直至超出預(yù)先限定閾值。

根據(jù)本發(fā)明，如果發(fā)生由干擾引起的轉(zhuǎn)子2的無力平衡移位，為了抵消該移位對(duì)控制裝置12進(jìn)行操作。圖2和圖3分別示出在圖1電驅(qū)動(dòng)器1基礎(chǔ)上根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器1’或1”。對(duì)于相同元件，相同的參考符號(hào)用于圖1中。在下文中，因此僅討論相比于現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整。電驅(qū)動(dòng)器1’和1”均包括額外控制裝置20或20’。位置控制器13和電流控制器14的輸出信號(hào)被提供至控制裝置20或20’作為輸入信號(hào)。也可只評(píng)估兩個(gè)信號(hào)的其中之一?？商鎿Q地，直接評(píng)估位置傳感器17的信號(hào)，其測量穩(wěn)定的(在這里是軸向)方向上轉(zhuǎn)子2的位置?；蛭词境龅奈恢脗鞲衅鞯男盘?hào)可用于監(jiān)測穩(wěn)定(在這里是徑向)方向上的位置。對(duì)這些顯示控制裝置20，20’中轉(zhuǎn)子2的位置的值的評(píng)估以已述方式進(jìn)行，以便檢測轉(zhuǎn)子2在無力懸停狀態(tài)下的不必要的移位。如果此移位被確定，控制裝置20或20’通過添加補(bǔ)償作用于控制裝置12。根據(jù)圖2控制裝置20產(chǎn)生補(bǔ)償，其通過加法器16添加到電流控制器14的輸出。根據(jù)圖3控制裝置20’產(chǎn)生補(bǔ)償，其通過加法器21添加到位置控制器13的輸出。在兩種補(bǔ)償方式中，電流并未由執(zhí)行器控制為零，而是調(diào)節(jié)為不同于零且由補(bǔ)償大小限定的執(zhí)行器電流。由于執(zhí)行器電流，執(zhí)行器3產(chǎn)生力，該力抵消干擾，以使無力懸停狀態(tài)被重新推回至所渴望的位置。

圖4所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例。對(duì)應(yīng)于控制裝置20和20’，控制裝置20”評(píng)估位置控制器13或電流控制器14的輸出信號(hào)。其它所述輸入信號(hào)這里也有可能。不同于先前示例，獨(dú)立的執(zhí)行器3’分配于控制裝置20”。執(zhí)行器3’可以通過控制裝置20”經(jīng)由功率放大器15’被施加電流，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子2的移位。

所有控制裝置20，20’和20”傳輸關(guān)于轉(zhuǎn)子2位置的信息至已知的監(jiān)測裝置18，一旦超出確定的閾值，便觸發(fā)監(jiān)測裝置關(guān)閉。