专利名称：纺机中用于驱动牵伸罗拉的驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置，该驱动装置用来驱动纺机的牵伸部中的牵伸罗拉，所述纺机如细纱机等。更具体地，本发明涉及一种包括许多驱动单元的驱动装置，由所述驱动单元驱动牵伸罗拉，至少其中一个驱动单元具有作为驱动牵伸罗拉的变速电动机的同步电动机。
例如从日本未审查专利公开(KoKai)No.55-128024已经知道上述类型的一种牵伸罗拉的驱动装置。在这种已知技术中，在纺机的牵伸部中有三个细长的牵伸罗拉分别连接到同步电动机，一个频率发生器通过一个频率调节器和一个变频器向每个同步电动机发出一个输出信号，于是每个牵伸罗拉独立地与该信号同步转动。
上述设置是有利的，因为牵伸罗拉之间转速比的变化(牵伸比的变化)能很容易地通过用于控制它变频器或频率调节器而进行。因此，操作者不再有替换齿轮以改变牵伸比的麻烦。
作为同步电动机，有一种永磁型同步AC电动机，其包括一个定子和具有永磁体和笼形导体的一个转子。当电动机起动时，转子由作为感应电动机从笼形导体传来的转矩驱动而开始运动，当转速增加并达到一同步速度时，一所谓的“同步拉入(synchronous pull-in)”发生，从而将永磁体产生的转子的磁场拉入到与定子的旋转场同步。这种电动机的优点在于，因为在同步拉入发生后没有电流流过笼形导体，热损耗和能量消耗都被减到最小。
然而，当上述类型的同步电动机用作驱动纺机的牵伸罗拉的电动机时，就会发生下述现象。在旋转方向上电动机转子的停止位置(转子的永磁体的磁极的停止位置)在每次停止时都会改变，如附图7A和7B所示。在图7A和7B，箭头21A表示转子的永磁体的磁场，箭头22A表示定子的旋转场；箭头X表示转子的正常旋转方向，箭头Y表示转子的反向旋转方向。在机器起动时，如果定子的旋转场20A的极性与转子永磁体的磁场21A的极性相反，并且如果定子的旋转场22A在正常旋转方向X上在转子永磁体的磁场21A的前方，转子可能被拉入到正常旋转方向(图7A)，但如果位置关系与图7A中的相反，转子就会被拉入到相反的旋转方向上而轻微地反向旋转(见图7B)。结果，牵伸罗拉被反向转动的同步电动机驱动而反向转动，于是纤维束在此罗拉和另一个被正常转动的同步电动机驱动的牵伸罗拉之间被松驰或被拉伸，导致不期望的或者错误的牵伸，产生纱线断裂或纱疵。
例如，日本未审查专利公开(Kokai)No.7-3539和日本未审查实用新型公开(Kokai)No.59-113362，公开了一种用于驱动牵伸罗拉的驱动装置。该驱动装置包括一个用于防止牵伸罗拉反向转动的棘轮-棘爪机构。在上述文件中棘轮-棘爪机构的目的是防止牵伸罗拉的反向转动，这种反向转动是在牵伸罗拉从其一端被驱动时由于牵伸罗拉的扭转运动而产生的。这些公开文件的目的不是防止起动同步电动机时由于同步电动机的反向转动而引起的牵伸轴的反向转动。
本发明的一个目的是提供一种驱动牵伸罗拉的驱动装置，其包括一个永磁型同步AC电动机，并且结构简单，能够减小起动同步电动机时可能会产生的不期望的牵伸。
本发明提供了一种用于驱动纺机中一系列牵伸罗拉的驱动装置，该装置包括许多用于驱动牵伸罗拉的驱动单元；每个驱动单元具有一个变速电动机和一个传动机构，该传动机构可操作地连接到上述变速电动机，以便驱动至少一个牵伸罗拉，其中一个变速电动机包括一同步AC电动机，该同步AC电动机具有在其中设置的永磁体。上述驱动装置还包括一反转防止装置，该反转防止装置设置在传动机构中，以防止相联系的牵伸罗拉反向转动；所述传动机构可操作地连接到同步电动机；在同步电动机起动时，由于同步电动机中永磁体的作用产生同步电动机的反向转动，从而产生了前述相应牵伸罗拉的反向转动。
在本发明的另一特征中，驱动装置还包括一反转防止装置，该反转防止装置设置在可操作地连接到同步电动机的传动机构中，以防止相应牵伸罗拉的反向转动。当同步电动机起动时，由于同步电动机中永磁体的作用，同步电动机反向转动，引起了前述相应牵伸罗拉的反向转动。传动机构可操作地连接到同步电动机，其减速比使得牵伸罗拉会反向转动到产生不希望牵伸的程度。
在上述设置中，由于反转防止装置防止与驱动单元相关的牵伸罗拉在驱动单元包括的同步电动机起动时反向转动，同步电动机起动时的反向转动是由于设置在电动机中的永磁体的作用。与不设置反转防止装置的情况相比，在该牵伸罗拉和正常转动的牵伸罗拉之间纤维束的松弛和/或拉紧的程度变小，从而降低了一种不期望的牵伸的发生。
优选地，可操作地连接到同步AC电动机的传动机构包括一连接到相应牵伸罗拉一端的一个齿轮，该相关牵伸罗拉的另一端自由转动。
优选地，反转防止装置包括与相应牵伸罗拉一起转动的一个棘轮和可与此棘轮啮合的一个棘爪。
优选地，可操作地连接到同步AC电动机的传动机构包括一根轴，棘轮连接到该轴上。
优选地，棘爪可摆动地被一台细纱机支撑着，反转防止装置包括一个摆动地移动棘爪的致动器。这样，当牵伸罗拉正常转动时，所述棘爪与棘轮脱开、保持在一个等待位置；当牵伸罗拉停止转动时，棘爪与棘轮啮合、进入操作位置。
在纺机的操作过程中，棘爪与棘轮脱开，所以与棘爪总是与棘轮啮合并重复地接触后者的情况相比，噪音水平较低。
优选地，牵伸罗拉包括后牵伸罗拉、中牵伸罗拉和前牵伸罗拉；驱动单元包括一个驱动后牵伸罗拉和中牵伸罗拉的第一驱动单元、和一个驱动前牵伸罗拉的第二驱动单元。
优选地，反转防止装置设置在驱动单元的传动机构中，该驱动单元具有所述前牵伸罗拉。
优选地，反转防止装置包括一个单向离合器，从而只允许牵伸罗拉的正常转动。
通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明将更加明了。
图1表示用于驱动根据本发明的实施例的牵伸罗拉的一个驱动装置的透视图；图2表示包括一个棘轮和一个棘爪的反转防止装置的前视图；图3表示一个永磁型同步AC电动机的侧剖面图；图4表示沿着图3中IV-IV线的电动机的剖面图；图5表示包括一个控制系统的纺纱机的一部分的示意图；图6表示牵伸部的一个侧剖面图；图7A和图7B表示转子的磁极和定子的旋转场之间的关系。
图1表示一代表性的纺纱机，即细纱机(图5)1的一个牵伸部2。在此，牵伸部2包括两组后牵伸罗拉3、中牵伸罗拉4和前牵伸罗拉5。用于驱动牵伸部2中的牵伸罗拉3、4和5的一个驱动装置包括两个驱动单元；一个驱动单元是前罗拉驱动单元6，而另一个驱动单元是后和中罗拉驱动单元7。每个驱动单元6或7具有一个同步电动机M2或M3，以及一个可操作地连接到同步电动机M2或M3的传动机构。
在前罗拉驱动单元6中，没有减速装置的同步电动机M2的转动通过传动机构从同步电动机M2的一根输出轴14传递到前牵伸罗拉5，其中传动机构包括带驱动装置8和一根驱动轴9。在后罗拉和中罗拉驱动单元7中，同步电动机M3连接到一个减速装置10，同步电动机M3的转动传递到减速装置10，并通过传动机构从减速装置10传递到后牵伸罗拉3，然后再通过齿轮传动链13传递到中牵伸罗拉4；其中传动机构包括带驱动装置11和一个齿轮传动链12。
假设牵伸部2的牵伸比是40，后牵伸罗拉3的转速与前牵伸罗拉5的转速之比是1∶40，那么前牵伸罗拉5旋转的明显更快。因此，假设同步电动机M2和M3以相同的转速转动，那么从同步电动机M3到后牵伸罗拉3的后罗拉和中罗拉驱动单元7的传动机构的减速比、与从同步电动机M2到前牵伸罗拉5的前罗拉驱动单元6的传动机构的减速比之间的比率是1/40∶1。由于后牵伸罗拉3和中牵伸罗拉4之间的牵伸比较小，其近似等于1.3，前罗拉驱动单元6的减速比远小于后罗拉和中罗拉驱动单元7的减速比。
因此，在后罗拉和中罗拉驱动单元7中，后牵伸罗拉和中牵伸罗拉3和4几乎不可能反向旋转，即便同步电动机M3稍微反向旋转。然而在前罗拉驱动单元中，同步电动机M2轻微地反向旋转就会引起前牵伸罗拉5的反转，这会导致前牵伸罗拉5和中牵伸罗拉4之间不希望的或错误的牵伸。
在前罗拉驱动单元6中，棘轮15键接到驱动轴9的中间部位，从而构成一个反转防止装置T。如图2所示，一棘爪17的一端枢转地被一个机架F支撑着，这样棘爪17就可以上下摆动，以便与棘轮15的齿16啮合。棘爪17的中间部分与作为棘爪17的摆动运动的致动器的一个气压缸18的一根活塞杆19的顶端连接。活塞杆19被气压缸18中的弹簧20沿着向外伸出的方向偏压。当细纱机工作时，即当牵伸罗拉旋转时，加压空气没有被供应到气压缸的缸室18a，因此棘爪17处于一个等待位置A，此时棘爪17与棘轮15脱开。另一方面，当牵伸罗拉停止时，加压空气被供应给缸室18a，于是棘爪17被带动进入一操作位置B，此时棘爪17的顶端与棘轮15的齿16啮合。齿16与棘爪17的啮合只允许驱动轴9和前牵伸罗拉5的正常转动。
如图3和4所示，同步电动机M2和M3包括永磁型同步AC电动机。在每个电动机M2和M3中，定子22与外壳30的内壁成整体。定子22的芯子22a由叠层钢片制成，线圈22b在上-下(轴向)方向穿过芯子22a、并通过供给频率等于AC电流频率的交流电流而产生旋转场。
输出轴14被外壳30前端和后端的轴承31可转动地支承。在沿径向与定子22内侧相对的一个位置，转子21与输出轴14成整体地设置。转子21包括一芯子21a、铝制笼形导体21b和一对永磁体21C。芯子21a由叠层薄钢片制成。铝制笼形导体21b在圆周方向以恒定的距离围绕着电动机的旋转轴线并且以梯形横截面的形式穿过芯子21a而延伸。上述一对永磁体21C埋嵌在笼形导体21b内侧的转子21中。该对永磁体21C在面对定子22的一侧分别具有N极和S极。在转子21和定子22之间具有预定的径向间隙，以方便电动机的转动。
如图5所示，细纱机1具有，锭子40，钢领板41，上述牵伸部2和用于控制这些部件的控制器50。用于驱动锭子40的锭子驱动系统43包括一个锭子驱动电动机M1，该电动机M1包括一个感应电动机。锭子驱动系统43从锭子驱动电动机M1到锭子40包括一个参考脉冲发生器44。同样，钢领板提升装置45包括一个钢领板驱动电动机M4，该电动机M4包括一个感应电动机。
电动机M1到M4分别与变换器INV1到INV4连接。变换器INV1到INV4由控制器50发出的命令控制。纺纱条件例如锭子的旋转速度、牵伸比、捻回数和层节距从外侧传递给控制器50。当锭子驱动电动机M1通过INV1转动以产生给定的旋转速度时，参考脉冲发生器44检测锭子的旋转速度亦向控制器50发出一个对应于锭子旋转速度的一个参考脉冲“a”。根据参考脉冲和纺纱条件，控制器50计算要被输入其余变换器INV2到INV4的转动命令信号以满足纺纱条件，并分别将转动控制命令发送给变换器INV2到INV4。
变换器INV2到INV4根据这些控制命令向相应的驱动电动机M2到M4供应频率控制的交流电源。驱动电动机M2到M4的旋转速度由给定的频率控制、以满足上述纺纱条件。在此方面，参考标号51到53表示旋转速度检测装置，其分别用于检测钢领板提升装置45、前罗拉驱动单元6、以及后罗拉和中罗拉驱动单元7的旋转速度，以便将检测值输入控制器50。控制器50又通过确定检测值是否与控制器50发出的旋转命令一致来监测机器的异常操作的发生。
当机器停止时，加压空气被供应到缸室18a中将棘爪17带到操作位置B；在此棘爪17与棘轮15的齿16啮合。当起动机器，通过控制器50发出的命令使锭子驱动电动机M1开始转动时，参考脉冲发生器44产生参考脉冲“a”，如前所述，从控制器50发出的速度控制命令以此参考脉冲和预先给定的纺纱条件为基础，使频率控制的交流电源通过变换器INV2到INV4供应给其余的电动机M2到M4。于是电动机M2到M4转动。
在两个同步电动机M2和M3中，频率被控制的交流电源通过变换器INV2和INV3供应给定子22的线圈22b。因此在定子22的线圈22b产生一个旋转场。在旋转场的基础上，一感应电流流过转子21的笼形导体21b，以产生一个场，这个场与旋转场一起产生一个电动机起动转矩。于是转子21或输出轴41开始沿正常方向转动，使前牵伸罗拉5、后牵伸罗拉3和中牵伸罗拉4沿正常的方向转动。此时，棘爪17在操作位置B重复地脱离棘轮15的齿16，同时压缩在缸室18a中的加压空气。从转动开始经过由一个定时器(未图示)预设的一段时间后，供应给缸18的加压空气被排出，于是棘爪17在弹簧20的偏压作用下与棘轮15的齿16脱开、位移到等待位置A。这样，在棘爪17和齿16之间不存在啮合，在牵伸罗拉的转动过程中不会产生噪音。当转子21被加速到接近同步速度时，旋转场的速度与永磁体21C的旋转速度之间的速差变得非常小，永磁体21C的磁场被拉入到旋转场中(同步拉入现象-synchronous pull-in phenomenon)，导致同步转动。在起动阶段，通过变换器INV2和INV3供应低频交流电源，同步拉入现象发生，同时定子22的旋转场的速度处于较低的水平。当建立起同步转动时，没有感应电流流过转子21的笼形导体21b，于是不会产生热，节省了能量。而在传统的感应电动机中，总有一感应电流流过转子，从而会产生热。
通过上述方式，牵伸罗拉3到5转动以实现给定的牵伸比，钢领板41重复提升运动以实现给定的纱层节距，锭子40转动以实现给定的捻度。
当同步电动机M2和M3开始转动时，如果旋转场的磁极与转子21的永磁体21C的磁极不同，并且定子22的旋转场22A在与正常旋转方向X相反的旋转方向Y上处于转子21的永磁体21C的磁场21A的前方(图7B)，由于转子21的永磁体21C向着定子22的旋转场的磁吸引作用，转子21可能会沿正常旋转方向的反向转动。因为在后罗拉和中罗拉驱动单元7中的减速比很大，在后罗拉和中罗拉驱动单元7中的电动机的反转并不严重，后牵伸罗拉3和中牵伸罗拉4基本上不会反向转动。另一方面，因为如上所述，前罗拉驱动单元6的减速比很小，所以在前罗拉驱动单元6中电动机的反转严重。前牵伸罗拉5反转动到这样一种程度，在前牵伸罗拉5和中牵伸罗拉4之间会产生一不希望的或错误的牵伸。
然而，根据本发明，棘轮15与棘爪17啮合，驱动轴9不可能反向转动，因此前牵伸罗拉5不会反向转动，避免了前牵伸罗拉5反向转动引起的纤维束松驰的危险。在机器起动时，中牵伸罗拉4开始沿正常方向转动，而前牵伸罗拉5停止，在前牵伸罗拉5和中牵伸罗拉4之间可能会发生纤维束的松驰(图6中P2所示)。然而，与现有技术中中牵伸罗拉4正常转动、而前牵伸罗拉5反向转动时纤维束的松驰(图6中P1所示)相比，本发明中纤维束的松驰P2量较小。前罗拉驱动单元6中的同步电动机M2随后沿正常方向转动，从而驱动前罗拉5在正常方向上转动。这样，在牵伸部2中进行牵伸操作。因为如上所述，纤维束中的松弛很小，由于松驰而产生不期望的或错误的牵伸的危险很小。无须置疑，在同步电动机M2沿正常方向转动了一段预定的时间后，棘爪17返回到其等待位置A。
在上述实施例中，包括一个棘轮15和与之可以啮合的棘爪17的一个机构被用作反转防止装置，但可以由图示的例子修改反转防止装置。例如，可以在驱动轴和机架之间使用一已知的单向离合器，以允许驱动轴只能在正常方向转动。
同样，在上述的实施例中，在细纱机中，因为后罗拉和中罗拉驱动单元7具有较大的减速比，所以在后罗拉和中罗拉驱动单元7中没有设置反转防止装置。但如果驱动单元7从同步电动机M3到后牵伸罗拉3和中牵伸罗拉4的减速比较小，而且从上述永磁体21a传递来的同步电动机M2的反转使后牵伸罗拉3和中牵伸罗拉4反向转动而产生不期望的或者错误的牵伸时，也可以在后罗拉和中罗拉驱动单元7中设置一个反转防止装置。在这种情况下，有可能是前牵伸罗拉5在正常方向转动，而防止中牵伸罗拉4反向转动。即便在这种情况下，与没有设置反转防止装置、使前牵伸罗拉5正常转动而中牵伸罗拉4反向转动的情况相比，本发明中中牵伸罗拉4和前牵伸罗拉5之间的纤维束也被拉伸较小。因此在这种情况下，减轻了不期望的或错误的牵伸。当前罗拉驱动单元6和后、中罗拉驱动单元7都分别设有同步电动机时，作为本实施例中的驱动源，可以用一个伺服电动机作为后罗拉和中罗拉驱动单元7的驱动电动机。
如上所述，根据本发明，一牵伸罗拉驱动单元使用了一个具有永磁体的同步AC电动机，这样作的优点是具有较低的能耗和热损耗。由于设置了永磁体，上述类型的电动机在起动时可能会反转。在包括这种同步电动机的用于驱动牵伸罗拉的驱动装置中设置的反转防止装置防止了牵伸罗拉反向转动，因此与没有设置反转防止装置的情况相比，上述牵伸罗拉和另一个正常转动的牵伸罗拉之间的纤维束被拉伸或者松驰较少，从而降低了不期望的或者错误的牵伸。
由于当纺机运转时在反转防止装置中的棘爪与棘轮脱开，与棘爪总是与棘轮啮合的情况相比抑制了噪音。
权利要求
1.在纺机中用于驱动一系列牵伸罗拉的一种驱动装置，所说驱动装置包括用于驱动所说牵伸罗拉的一系列驱动单元，每个所说驱动单元具有一个变速电动机和一个传动机构，以驱动至少一个牵伸罗拉，所说传动机构可操作地连接到所说变速电动机；其中一个变速电动机包括一个同步AC电动机，该同步AC电动机具有设置在其中的永磁体；以及一反转防止装置，其设置在可操作地连接到所述同步电动机的传动机构中、以防止相应牵伸罗拉的反向转动，在起动同步电动机时，由于同步电动机中永磁体的作用，所说同步电动机反向转动，从而引起了前述牵伸罗拉的反向转动。
2.在纺机中用于驱动一系列牵伸罗拉的一种驱动装置，所说驱动装置包括用于驱动牵伸罗拉的一系列驱动单元，每个所说驱动单元具有一变速电动机和一个传动机构，以驱动至少一个牵伸罗拉，所说传动机构可操地连接到所说变速电动机；其中一个变速电动机包括一个同步AC电动机，该同步AC电动机具有设置在其中的永磁体；以及一反转防止装置，其设置在可操作地连接到所述同步电动机的传动机构中，以防止相应牵伸罗拉的反向转动，在起动同步电动机时，由于同步电动机中永磁体的作用，所说同步电动机反向转动，从而引起了前述牵伸罗拉的反向转动，所说传动机构可操作地连接到所说同步电动机，其减速比这样设定，使所说相应牵伸罗拉会反向转动到产生一不期望的牵伸的程度。
3.如权利要求1或2所述的一种驱动装置，其特征在于，所说传动机构可操作地连接到所说同步AC电动机，其包括连接到相应牵伸罗拉一端的一个齿轮，该牵伸罗拉的另一端可自由转动。
4.如权利要求1或2所述的一种驱动装置，其特征在于，所说反转防止装置包括可与相应牵伸罗拉一起转动的一棘轮和一个可与该棘轮啮合的棘爪。
5.如权利要求4所述的一种驱动装置，其特征在于，所说传动机构可操作地连接到所说同步AC电动机，其包括一根轴，所说棘轮连接于该轴。
6.如权利要求5所述的一种驱动装置，其特征在于，所说棘爪可摆动地支撑在一机架上，所说反转防止装置进一步包括可摆动地移动所说棘爪的一个致动器，当牵伸罗拉正常转动时，棘爪与棘轮脱开而保持在一个等待位置，当牵伸罗拉停止时，棘爪与棘轮啮合而进入操作位置。
7.如权利要求1或2所述的一种驱动装置，其特征在于，所说牵伸罗拉包括后牵伸罗拉、中牵伸罗拉和前牵伸罗拉，所说驱动单元包括一个用于驱动后牵伸罗拉和中牵伸罗拉的第一驱动单元以及一个用于驱动前牵伸罗拉的第二驱动单元。
8.如权利要求7所述的一种驱动装置，其特征在于，所说反转防止装置设置在驱动前牵伸罗拉的驱动单元的传动机构中。
9.如权利要求1或2所述的一种驱动装置，其特征在于，所说反转防止装置包括一单向离合器，只允许牵伸罗拉的正常转动。
全文摘要
纺机,包括牵伸罗拉(3,4和5)以及这些牵伸罗拉的驱动装置。该驱动装置具有一个驱动前牵伸罗拉(5)的驱动单元(6),一个驱动后和中牵伸罗拉(3、4)的驱动单元(7)。每个驱动单元具有一个变速电动机(M2或M3)和一传动机构。驱动单元(6)的变速电动机是具有永磁体的一台同步AC电动机。反转防止装置包括一棘轮和棘爪,其设置在驱动单元(6)中以防止前牵伸罗拉(5)由于同步电动机(M2)的反向转动而反转。
文档编号D01H1/00GK1273287SQ0010679
公开日2000年11月15日 申请日期2000年4月21日 优先权日1999年4月23日
发明者伊藤俊司, 笼桥俊宪, 佐藤辉彦 申请人:丰和工业株式会社