电驱动器和具有电驱动器的自由端纺纱机的制作方法

本发明涉及一种电驱动器。电驱动器包括被动式磁性安装的转子、至少一个在磁轴承的不稳定方向上控制转子位置的执行器、在不稳定方向上控制转子位置的第一控制装置。第一控制装置设计为向执行器施加电流以控制在不稳定方向上转子位置，并控制在不稳定方向上转子的位置，以使执行器在稳态下不导电。

背景技术：

电驱动器包括固定的定子和相对于定子旋转的转子。转子的支撑通常由滚动轴承提供。在高速运转的驱动器中，滚动轴承由于产生摩擦而不适合。为此目的磁轴承是已知的。磁性定位在无接触下完成，因此没有摩擦。主动式磁轴承通过电磁体提供。此外，被动式磁轴承是已知的。被动式磁轴承通过永磁体提供。根据恩绍定理，被动式磁轴承在一维内是不稳定的。因此，即使是被动式磁轴承，执行器需要在不稳定方向控制转子的位置。此类执行器可被设计为例如，电线圈，其被施加电流并产生磁场。如果转子处于平衡状态，无须使电流流经执行器。定子和转子上的永磁体保证了转子的悬停。平衡状态仅由外界扰动干扰。在这种情况下，执行器的磁场可恢复转子的平衡。

DE10 2005 032 184 A1公开了此类含被动式磁性安装转子的电驱动器。执行器通过所谓的零电流控制供电。控制装置将转子移动到一位置，在该位置执行器不带任何电流且转子处于平衡状态。

DE10 2005 032 184 A1中的电驱动器包括安全轴承。转子在电驱动器启动前撑靠在其中一个安全轴承上。在稳定操作期间，转子通过位置空气间隙与安全轴承间隔开。在扰动力发生时，平衡状态被移位或也就是说在任一安全轴承的方向上转子无力悬停状态。监测位置空气间隙。这通过评估控制装置的信号执行。如果位置空气间隙超过预先限定阈值，电驱动器关闭。这样防止了转子与安全轴承的碰撞。

含磁性支撑转子的电驱动器使用在例如纺织机中。此类纺织机例如是自由端纺纱机，其包括多个彼此并排布置的工位。每个工位均包括带纺纱转子的自由端纺纱机，其依次包括转子轴和连接至转子轴的转杯。纺纱转子包括带有磁性安装转子的单独的电驱动器。为此纺纱转子的转子轴设计为电驱动器的转子。转杯处于可关闭的壳体中，其在纺纱操作期间被施加负压。

位置空气间隙的已知监测和电驱动器的及时断开可防止在干扰情况下转子与安全轴承的碰撞；在专用机器中，如上所述的自由端纺纱机中，该断开导致生产的损失，其以不期望的方式降低机器的生产效率。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供含磁性安装转子的电驱动器，其对影响转子平衡的干扰不灵敏。

为了实现该目的，提供第二控制装置以控制不稳定方向上转子的位置。第二控制装置被设计为评估代表转子位置的值并且作为该值的函数来影响用于控制不稳定方向上的位置的执行器，使得执行器在稳态下传导预先限定的稳定执行器电流。

本发明使得在发生导致转子位置的不希望的变化的干扰时，可以对目前的零电流控制干预，并由此使转子返回所需位置。由此抵消必须关闭驱动器的转子位置上的进一步变化。

可为第一和第二控制装置各分配一单独的执行器。然而，为第一控制装置和第二控制装置分配共同执行器，以控制不稳定方向上的位置，并设计第二控制装置来影响第一控制装置以便影响共同执行器是非常有利的。

应注意的是第二控制装置的控制叠加在第一控制装置的控制之上。这表明当发生使转子脱离平衡的动态干扰时，首先第一控制装置介入并向执行器施加电流，使得转子返回至其平衡位置，且执行器不传导任何电流。第二控制装置的介入仅带来较小动态或固定干扰，并影响第一控制装置，从而执行器甚至在稳态中传导不同于零的电流。

第二控制装置优选影响第一控制装置，从而在第一控制装置的控制内添加补偿(offset)。在第一控制装置的控制中如此选择补偿，即，使得处于稳态的执行器传导预先限定的稳定的执行器电流。

第一控制装置以已知方式可包括电流控制器和位置控制器。

根据本发明的有利实施例，在电流控制器的输出端添加补偿。

根据另一有利实施例，在位置控制器的输出端添加补偿。

根据另一有利实施例，电驱动器包括用于检测磁性安装的转子位置的位置传感器并且表示转子的位置的值取决于位置传感器的信号。该位置传感器也可检测不稳定方向上转子的位置或稳定方向上转子的位置。尽管本发明是关于不稳定方向上转子位置的控制，不稳定方向上转子位置的变化还影响稳定方向上磁轴承的刚度。为此作用于不稳定方向上的干扰也可影响稳定方向上转子的位置。

检测不稳定方向上转子的位置的位置传感器，可同时为第一控制装置提供信号。检测稳定方向上转子的位置的位置传感器，可同时为稳定方向上的常规阻尼装置的阻尼振动提供信号。

为了检测表示转子位置的值，当可使用另一取决于位置传感器的信号或以其它方法指示转子位置时，位置传感器自身的信号不一定要使用。

根据本发明的可能的实施例，表示转子位置的该值取决于第一控制装置的电流控制器的输出。表示转子位置的该值也可取决于第一控制装置的位置控制器的输出。也有可能使用表示转子位置的不同数值以评估第二控制装置。

根据本发明驱动器的转子的磁定位，众所周知，可分配一安全轴承，操作期间转子通过位置空气间隙与其间隔开。根据本发明的驱动器的有利实施例，当表示转子位置的值指示位置空气间隙的预先限定阈值降到预先限定阈值以下时，第二控制装置影响执行器。所述阈值可以选择合适地低于如现有技术已知的导致驱动器关闭的阈值。如果发生干扰，系统可以从而在初始阶段受到影响并稳定下来。当然，可能为位置空气间隙限定两个阈值。位置空气间隙的第一阈值引起根据本发明第二控制装置影响第一控制装置，而相应地较低的第二阈值导致关闭。根据本发明该控制在大多数情况下防止达到第二阈值。只有当根据本发明的该控制对干扰未提供足够的补偿，且第二阈值未被超过时，出于安全因素关闭驱动器。

根据另一优选实施例第二控制装置影响执行器，如果表示转子位置的该值的时间曲线示出预先限定振幅和频率的振荡。正如所解释的，不稳定方向上转子的移位对稳定方向上磁轴承的刚度有负作用。因此，因干扰产生的其不稳定方向上转子位置的移位可导致系统的振动。此振动可通过用来监测不稳定方向上的位置的位置传感器和通过用来监测稳定方向上的位置的位置传感器来确定。振动也可通过第一控制装置的状态变量来检测，即例如通过第一控制装置的电流或位置控制器的输出信号。

根据本发明的另一方面，提出了一种带电驱动器的自由端纺纱机和如上所述的纺纱转子。纺纱转子包括转子轴和转杯。在这种情况下转子轴被设计为电驱动器的转子。

由于磁性安装的纺纱转子，磁轴承优选地被设计为使得轴承在径向于转子轴或转子的方向是稳定的，而在轴向于转子轴的方向是不稳定的。

多个干扰影响作用于纺纱转子。这可包括外部的及系统相关的干扰。在纺纱转子上及在磁性安装转子上的外部干扰是例如由被推上纺纱转子的不必要的纤维的积存引起的。

系统相关的干扰例如可由转杯自身的旋转引起。转杯的旋转保证了在轴向移动纺纱转子的空气流。该位移尤其取决于转杯的大小和速度。影响纺纱转子位置的另外的影响因素包括温度、纺成纱线的细度以及纺纱装置中的负压水平。

上述电驱动器从而保证了自由端纺纱机的稳定和免干扰运行。避免了自由端纺纱机的不必要关闭，并提高了生产效率。

附图说明

下面参照附图中的示范实施例进一步详细描述本发明。

下面：

图1示出了根据现有技术含被动式磁性安装转子的电驱动器；

图2示出了根据本发明第一实施例的含被动式磁性安装转子的电驱动器；

图3示出了根据本发明第二实施例的含被动式磁性安装转子的电驱动器；以及

图4示出了根据本发明第三实施例的含被动式磁性安装转子的电驱动器。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的带有电驱动器1的自由端纺纱机。这里仅示出自由端纺纱机的纺纱转子22。纺纱转子22包括转杯9和转子轴2。在纺纱时，转杯9以已知方式在未示出的施加有负压的壳体中旋转。

转子轴2被设计为电驱动器1的转子。转子轴2被动式磁性安装。这里仅示出必要的驱动器1的磁轴承4。转子轴2被动式磁性安装。为此，转子轴2包括其前端的磁环5和其后端的磁环6。定子，即电驱动器1的固定部件，包括两个额外的磁环7和8，它们各自分配于磁环5和6。磁环5，6，7和8轴向磁化，如箭头指示。磁化方向使得磁环5与7以及磁环6与8相互吸引。所示磁轴承4径向稳定而轴向不稳定。因此用于控制转子轴2位置的执行器以线圈3的形式被提供。线圈3绕磁环8卷绕，并通过输入电流而产生轴向磁场。线圈3通过控制装置12提供电流。控制装置12执行所谓的零电流控制。零电流控制移动转子轴2进入无力的悬停状态，其中线圈3不传导任何电流。术语无力表明作用于转子轴2的所有力被移除。图1示出了转子轴2的位置，其中转子轴2定位在无力悬浮状态中。永磁体间的吸引力取决于它们的间隔距离。在当前情况下，磁环5和7之间的吸引力取决于距离X₁，且磁环6和8之间的吸引力取决于距离X₂。距离X₁和X₂相同。转子轴2处于平衡状态。

为了控制流经线圈3、通常流经用于控制不稳定方向上转子2的位置的执行器的电流，两个输入变量被提供给控制装置12。这包括一方面通过执行器的测量电流和另一方面不稳定方向上转子2的位置，这里为轴向方向。为了检测不稳定方向上转子2的位置，提供位置传感器17。控制装置12包括位置控制器13(其这里设计为PID-控制器)和电流控制器14(其这里设计为I控制器或积分器)。加法器16将位置传感器17的输出与电流控制器14的输出结合。该结果提供给位置控制器13作为输入信号。位置控制器13的输出通过功率放大器15为执行器3施加电流。通过执行器3的所测电流形成电流控制器14的输入信号。在动态干扰的情况下，控制装置12通过为执行器3短暂充入电流而移动转子2返回平衡状态。

电驱动器1还可以包括未示出的阻尼装置，其影响稳定方向上转子2的位置，因此这里为径向方向。为此目的，阻尼装置包括用于检测稳定的径向方向上的转子2位置的传感器。

为了保护磁轴承，在转子2后端处安装安全轴承10并在其前端安装安全轴承11。为此目的，安全轴承10和11与转子的距离适当小于磁环5和7或6和8的距离。然而在转子2具有高转速时，转子2与安全轴承10或11接触会导致损坏。因此，位置空气间隙，即安全轴承10，11与转子2的距离，被监测。位置空气间隙在驱动器启动或驱动器启动前以已知方式测量。为了确定位置空气间隙的变化，根据现有技术，控制装置12的输出信号，这里位置控制器14的输出被监测。该监测通过监测设备18执行。监测值或由此确定的位置空气间隙，与允许阈值作比较。如果阈值超过，监测设备18传输关闭信号至电驱动器1的控制装置19。控制装置19则触发驱动器1的关闭。这可例如通过对未示出的定子线圈供电来执行，其造成驱动器1的速度不断降低。

转子2的无力平衡通过较小动态或静态干扰而移位。控制装置12只可控制动态干扰。根据现有技术，容许此移位直至超出预先限定阈值。

根据本发明，如果发生由干扰引起的转子2的无力平衡移位，为了抵消该移位对控制装置12进行操作。图2和图3分别示出在图1电驱动器1基础上根据本发明的驱动器1’或1”。对于相同元件，相同的参考符号用于图1中。在下文中，因此仅讨论相比于现有技术根据本发明的调整。电驱动器1’和1”均包括额外控制装置20或20’。位置控制器13和电流控制器14的输出信号被提供至控制装置20或20’作为输入信号。也可只评估两个信号的其中之一。可替换地，直接评估位置传感器17的信号，其测量稳定的(在这里是轴向)方向上转子2的位置。或未示出的位置传感器的信号可用于监测稳定(在这里是径向)方向上的位置。对这些显示控制装置20，20’中转子2的位置的值的评估以已述方式进行，以便检测转子2在无力悬停状态下的不必要的移位。如果此移位被确定，控制装置20或20’通过添加补偿作用于控制装置12。根据图2控制装置20产生补偿，其通过加法器16添加到电流控制器14的输出。根据图3控制装置20’产生补偿，其通过加法器21添加到位置控制器13的输出。在两种补偿方式中，电流并未由执行器控制为零，而是调节为不同于零且由补偿大小限定的执行器电流。由于执行器电流，执行器3产生力，该力抵消干扰，以使无力悬停状态被重新推回至所渴望的位置。

图4所示为本发明的另一实施例。对应于控制装置20和20’，控制装置20”评估位置控制器13或电流控制器14的输出信号。其它所述输入信号这里也有可能。不同于先前示例，独立的执行器3’分配于控制装置20”。执行器3’可以通过控制装置20”经由功率放大器15’被施加电流，以补偿转子2的移位。

所有控制装置20，20’和20”传输关于转子2位置的信息至已知的监测装置18，一旦超出确定的阈值，便触发监测装置关闭。