專(zhuān)利名稱(chēng)：合并有氣隙感應(yīng)激勵(lì)器的線(xiàn)性橫動(dòng)支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在造紙業(yè)等中使用的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備和機(jī)構(gòu)。所述設(shè)備包括
氣隙感應(yīng)激勵(lì)器，從而去除位于電源和橫動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的所有;WMP件。本
的運(yùn)動(dòng)^行控制的程i。 ，
2.
背景技術(shù)：
單軸橫動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造于支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，在諸如造紙、無(wú)紡物生產(chǎn)、軋鋼及 生產(chǎn)片狀材料的多種其他工藝等工藝中，所述橫動(dòng)機(jī)構(gòu)輸送工藝應(yīng)用或測(cè) 量設(shè)備橫跨織物。在造紙工藝中，橫跨織物的橫動(dòng)設(shè)備攜帶高壓噴水器， 來(lái)清洗用于將紙片輸送通過(guò)造紙機(jī)中的壓榨和/或干燥器部的蜿蜒的帶材 料。這些類(lèi)型的設(shè)^^有商標(biāo)名為Pro-Jet、 Scan-Jet、 Thermo-Jet、 Acc-Jet 和ROBO-Jet的產(chǎn)品等等。
授予Cartensen的美國(guó)第5,852,949號(hào)專(zhuān)利涉及一種驅(qū)動(dòng)在縱向上借 助于支撐結(jié)構(gòu)的這種類(lèi)型的設(shè)備的活動(dòng)部分的方法，其揭示的內(nèi)容通過(guò)引 用合并于此。專(zhuān)利949涉及一種線(xiàn)性橫動(dòng)裝置，該裝置包括用于支撐設(shè)備 橫跨造紙機(jī)的跨度的分段螺桿橫動(dòng)機(jī)構(gòu)。然而，在該系統(tǒng)中，橫越螺母 (spanning nut)的旋轉(zhuǎn)通常由于與通過(guò)與導(dǎo)螺桿的旋轉(zhuǎn)的縱軸平行的軌 或槽而^^的儀器或其他裝置的機(jī)械連通而受到約束。這既要求對(duì)機(jī)械部 件進(jìn)行維護(hù)，而且由于這些部件在惡劣環(huán)境中的磨損，還要求經(jīng)常對(duì)其進(jìn) 行更換。
在這些設(shè)備中對(duì)運(yùn)動(dòng)或速度以及方向進(jìn)行控制也是關(guān)鍵的，以使得織 物運(yùn)動(dòng)與橫動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)保持協(xié)調(diào)。在造紙技術(shù)中，噴淋器用于重新弄濕 紙幅，或者用于在片材通過(guò)其之后來(lái)清洗或調(diào)節(jié)輸送帶織物或線(xiàn)纜，或者 用于在滾筒或模件的操作期間對(duì)其進(jìn)行清洗。為此，這種噴淋器通常位于 輸送帶織物或滾筒以上橫越機(jī)器的橫跨機(jī)器方向。
美國(guó)第4,701,242號(hào)專(zhuān)利揭示了一種具有該特性的設(shè)備，該設(shè)備涉及 使用由機(jī)架支撐的噴淋頭機(jī)構(gòu)，該機(jī)架具有軌道和橫越織物寬度的行走裝
置。該行走裝置通過(guò)電動(dòng)機(jī)沿所述軌道移動(dòng)，且由所述行走裝置運(yùn)ilUl伸 通過(guò)機(jī)架的噴淋頭。該設(shè)備的缺陷在于，整個(gè)系統(tǒng)是M傳動(dòng)的，因而缺 乏工作效率，且不易于操作。
用于使噴水器移動(dòng)跨過(guò)織物的其他機(jī)構(gòu)涉及振動(dòng)球和螺桿裝置的使 用，通過(guò)所述振動(dòng)球和螺桿裝置，支撐噴淋器，并調(diào)整噴淋器的運(yùn)動(dòng)，如 美國(guó)第4,598,238號(hào)專(zhuān)利所揭示的。
盡管這些設(shè)備提供了令人滿(mǎn)意的效果，但是，理想的是提供一種更簡(jiǎn) 化的機(jī)構(gòu)，用于支撐并移動(dòng)噴水器，并且同時(shí)是高效的且避免針對(duì)機(jī)械部 件及其磨損和破損的任何類(lèi)型的維護(hù)。在噴水器在造紙機(jī)上橫向移動(dòng)長(zhǎng)的 跨度的情況下，尤為如此。
更常用的用于機(jī)械地移位這些設(shè)備內(nèi)的部件的方法采用鏈和鏈輪傳 動(dòng)、齒條與小齒輪傳動(dòng)裝置、具有隨動(dòng)螺母的絲杠、皮帶輪傳動(dòng)以及氣壓 或液壓活塞/缸。所有這些方法均將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械作用。這涉及將電動(dòng) 機(jī)的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換成活動(dòng)部件的雙向線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，這需要許多機(jī)械元件，而這 些;Wfe元件是易于出故障的。當(dāng)由于極熱、潮濕以及化學(xué)品而使環(huán)境M 變得惡劣時(shí)，這種類(lèi)型的設(shè)R變得更容易出故障。本發(fā)明提出了一種去 除電源與活動(dòng)部件的雙向線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)之間的機(jī)械裝置的方案。
本發(fā)明涉及一種克服了上述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的線(xiàn)性橫動(dòng)支架。本發(fā) 明還可應(yīng)用于造紙機(jī)上的濕端和干燥端尾部切斷器，該尾部切斷器利用水 或旋轉(zhuǎn)刀具或常規(guī)刀具來(lái)切斷織物、橫向移動(dòng)除塵器、橫向移動(dòng)利用被控 制用于清洗滾筒表面的特定區(qū)域的短刀片的清理器系統(tǒng)、橫向移動(dòng)測(cè)量系 統(tǒng)(例如，以便測(cè)量Yankee表面上的涂層厚度)、橫向移動(dòng)用于干燥器應(yīng) 用的刷清理器(該刷清理器可利用較短的刷，而不是全寬度的，所述較短 的刷會(huì)橫向移動(dòng)跨過(guò)滾筒或帶的表面)、或橫向移動(dòng)用于巻繞裝置的切片 器。其他應(yīng)用涉及化學(xué)品噴灑應(yīng)用、織物感測(cè)儀、原料尾部切斷以及需 要不受阻礙地運(yùn)動(dòng)以跨itit紙機(jī)織物的、要求>1000:1范圍的速度分布的 其他任務(wù)。
在此公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)對(duì)安裝在線(xiàn)性軌道上的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，在其設(shè)計(jì) 內(nèi)，該線(xiàn)性軌道在感應(yīng)板中合并有層壓導(dǎo)體，作為對(duì)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)的場(chǎng)電流 的反作用激勵(lì)器。反作用的磁力使得能夠?qū)﹄S動(dòng)輥支撐的支架的移動(dòng)進(jìn)行 控制。通過(guò)具有優(yōu)于0.0003英寸的分辨率的安裝于支架的變換器來(lái)保證 定位。該應(yīng)用安裝在也^_橫動(dòng)電動(dòng)機(jī)的一部分的支架安裝板上。
本發(fā)明具體應(yīng)用于控制線(xiàn)性噴淋器的運(yùn)動(dòng)、橫向移動(dòng)電動(dòng)機(jī)、橫向 移動(dòng)束噴淋器(beamshower)或工具l&運(yùn)器。這些設(shè)備可用于各種不同 的應(yīng)用中，例如
*噴淋器，其通過(guò)在噴射高壓水的同時(shí)前后振動(dòng)，來(lái)清洗用于將紙輸 送通itit紙機(jī)的蜿蜒的輸送帶織物。
單點(diǎn)工具搬運(yùn)器(安裝在支架上)，其可用于在監(jiān)視生產(chǎn)工藝輸出 的同時(shí)前后振動(dòng)。
*橫動(dòng)(單點(diǎn))噴淋器，其被設(shè)計(jì)成利用在整個(gè)機(jī)器寬度上移動(dòng)的 一個(gè)源來(lái)處理(橫跨機(jī)器)輸送帶織物的整個(gè)寬度。
*雙重、三重、四重和五重橫動(dòng)梁，其具有在一個(gè)共用感應(yīng)軌上橫向 移動(dòng)的多個(gè)電動(dòng)^L/支架。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在造紙業(yè)等中使用的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備。該設(shè)備包括氣隙 感應(yīng)激勵(lì)器，從而去除位于電源和橫動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的所有;Wfe部件。
本發(fā)明的一個(gè)目的是:對(duì)^Mt線(xiàn)性橫動(dòng)支架的線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)或者該線(xiàn)性 橫動(dòng)支架的活動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)或逸變以及方向進(jìn)行控制，使得織物運(yùn)動(dòng)與橫 動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)保持協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的又一目的是:使定子繞組的發(fā)熱以及用于驅(qū)動(dòng)活動(dòng)部件的電
流值最小o
本發(fā)明的另一目的是避免施加給激勵(lì)器或電定子繞組中的繞組的、 會(huì)導(dǎo)致不期望的發(fā)熱的任何額外的電流。
本發(fā)明的再一目的是消除對(duì)M部件進(jìn)行維護(hù)以及由于其在惡劣環(huán) 境中的磨損而導(dǎo)致經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行更換的需要。


下文的詳細(xì)說(shuō)明是以示例的方式給出的，并且不意欲將本發(fā)明僅限制 于此。結(jié)合附圖，將更好地理解下文的詳細(xì)說(shuō)明。在附圖中，相似的附圖 標(biāo)記表示相似的部件或部分。在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備的俯視截面圖；以及
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的控制程序的流程圖。 在下文中將詳細(xì)討論對(duì)本發(fā)明的各個(gè)部件的描述。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的包括氣隙感應(yīng)電動(dòng)機(jī)50的線(xiàn)性橫動(dòng) 設(shè)備100的俯視截面圖。圖l示出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)50內(nèi)的扁平電定子繞組
(l)(下文稱(chēng)作"激勵(lì)器")，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)50安裝在滾筒型支架(2)(下 文中稱(chēng)作"部件")上。安裝在支架(2)上的"V形"槽類(lèi)型的輥(3) 保持定子繞組(1)的主塊的內(nèi)部有槽結(jié)構(gòu)的外表面(5)與導(dǎo)體"壓板"
(6)之間的一定的無(wú)接觸的"氣隙"，該導(dǎo)體"壓板"(6)在所述線(xiàn)性橫 動(dòng)設(shè)備的整個(gè)往復(fù)長(zhǎng)度(traverse length)之上延伸，具有特定的幾何結(jié) 構(gòu)，且以本領(lǐng)域技術(shù)中公知的具體材料制成。傳導(dǎo)性壓板(6)固定于強(qiáng) 磁壓板(7)，該強(qiáng)磁壓板(7)亦在所述線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備的整個(gè)往復(fù)長(zhǎng)度之 上延伸，具有特定的幾何結(jié)構(gòu)以及本領(lǐng)域技術(shù)中公知的材料成分。
當(dāng)向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)50的定子繞組(1)施加交流("AC")電時(shí)，所得 到的由定子繞組(1)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在固定于壓板(6)的導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)出 電流。在導(dǎo)體壓板(6)中的該感應(yīng)電流生成其自己的次亂磁場(chǎng)，該次級(jí) 磁場(chǎng)反作用于繞組(1)產(chǎn)生的主磁場(chǎng)?？蓪喊?6 )組件視為"機(jī)械地"， 而壓板(6)與定子繞組(1)之間的反作用的力使得部件(2)移動(dòng)。通 過(guò)控制到定子繞組(1)的電源的相角、電流、電壓和脈沖寬度，使得能 夠?qū)顒?dòng)部件(2)的速度和力進(jìn)行方向控制。
盡管很高的線(xiàn)性i!JL (16，000+英寸/分鐘)是易于獲得的，但將該感 應(yīng)支架控制在低速需要高分辨率的電能操縱。這會(huì)導(dǎo)致提供給場(chǎng)的"不必 要的能量"，使得超過(guò)非?？勺兊膸?kù)侖扭矩值，這是在這樣的低速下的運(yùn) 動(dòng)考慮因素中的大的變力部分。為了使定子繞組的發(fā)熱最小，電流或安培 值應(yīng)該最小。提供給繞組的任何"額外"的電流供給均會(huì)在激勵(lì)器中導(dǎo)致 不期望的發(fā)熱。
對(duì)與應(yīng)用所需的實(shí)際力相比的這種高動(dòng)態(tài)范圍的可變外力的效應(yīng)的 理解，會(huì)帶來(lái)對(duì)在低速下使速度恒定所需的控制算法(這是本發(fā)明的一個(gè) 重要特征)的理解。
在典型的應(yīng)用中，低速應(yīng)視為小于[0O巨)/(極的數(shù)量)x額定速度下的 同步頻率的1/100的任何3lJL,但是，如果外力的幅H夠，該最小值可
考慮更大一些。
在"速度回路(velocity loop )"中運(yùn)行這種設(shè)備需要"高速"扭矩調(diào) 整器，并且會(huì)提供恒定的"相對(duì)"速度，但不提供結(jié)果的恒定位移速率， 原因是任何漸進(jìn)的積分和微分(Progressive, Integral and Differential, "PID")控制均依賴(lài)于速度反饋。換言之，誤差必須在積分器進(jìn)行校正 之前發(fā)生。當(dāng)進(jìn)行校正時(shí)，不保持期望的設(shè)定點(diǎn)空間和時(shí)間分量，且因此 不保持與目標(biāo)應(yīng)用的協(xié)調(diào)。在"扭矩回路"中運(yùn)行這種設(shè)備將對(duì)力進(jìn)行控
制，但不會(huì)以恒定速度工作，原因是夕卜力會(huì)導(dǎo)致速度的變化，而這是所不 期望的。本發(fā)明提供了一種針對(duì)上述的與這些類(lèi)型的控制相關(guān)的所有問(wèn)題 的解決方案。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例^1控制程序200，該控制程序?qū)θ缟纤龅膇殳備 100的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。如圖2所示，這是利用前饋位置目標(biāo)PID控制算法 200來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶(hù)會(huì)基于工藝信息、期望的運(yùn)動(dòng)分布特性以及用戶(hù)期望 的力作用，為應(yīng)用選擇期望的速度設(shè)定點(diǎn)60。在控制器內(nèi)，基于輸入的 信息，計(jì)算時(shí)間和空間前饋"對(duì)應(yīng)圖"10，該對(duì)應(yīng)圖亦稱(chēng)作前饋速度對(duì)應(yīng) 圖10。對(duì)激勵(lì)器50進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以滿(mǎn)足該"對(duì)應(yīng)的"移位相對(duì)時(shí)間的設(shè)定 點(diǎn)60的條件。將安裝于支架的位置變換器8的信息與"對(duì)應(yīng)圖"10相比 較，并通過(guò)從用于比較所述兩個(gè)值的伺服分析器70接收的信號(hào)，以位置 回路20 PID的方式對(duì)過(guò)程輸出進(jìn)行控制。伺服分析器70又接收來(lái)自電動(dòng) 機(jī)電流特征分析(Motor Curent Signature Analysis, "MCSA" )80的信號(hào)， MCSA80不斷地監(jiān)視電動(dòng)機(jī)50中的電流。這^:證實(shí)際的結(jié)果iiJL與用 戶(hù)期望的"對(duì)應(yīng)的"i殳定點(diǎn)速度相同。
當(dāng)載頻增加和/或PID校正速率增加時(shí)，為了低速下的平滑、 一致的 運(yùn)動(dòng)，需要系統(tǒng)cmi 30積分的高值。相互響應(yīng)于PID誤差校正，均方根
("RMS")電流也增加。這會(huì)導(dǎo)致不期望的效應(yīng)，例如導(dǎo)致定子繞組的 發(fā)熱。為了使在操作校正階段期間施加的電流量最小，以脈寬調(diào)制
("PWM")的頻率40來(lái)施加該電流，所述頻率40是激勵(lì)器的磁共振屬 性的交感諧-皮(sympathetic harmonic)或同一基倍頻禾呈根(baseoctaval root)-換言之，當(dāng)選擇載頻和積分器頻率時(shí)，有必要考慮到電動(dòng)機(jī)自身 的材料和幾何屬性。但電動(dòng)機(jī)的狀況(溫度、氣隙尺度、電阻)變化時(shí)， 控制器必須與該變化一致地實(shí)時(shí)改變調(diào)制頻率。
因此，在此公開(kāi)的線(xiàn)性橫動(dòng)支架可用于需要橫動(dòng)機(jī)構(gòu)的各種設(shè)備中。 這些設(shè)備包括造紙機(jī)上的濕端和干燥端尾部切斷器，該尾部切斷器利用水
或旋轉(zhuǎn)刀具或常規(guī)刀具來(lái)切斷織物、橫向移動(dòng)除塵器、橫向移動(dòng)利用被控 制用于清洗滾筒表面的特定區(qū)域的短刀片的清理器系統(tǒng)、橫向移動(dòng)測(cè)量系
統(tǒng)(例如，以便測(cè)量Yankee表面上的涂層厚度)、橫向移動(dòng)用于千燥器應(yīng) 用的刷清理器(該刷清理器可利用較短的刷，而不是全寬度的，所述較短 的刷會(huì)橫向移動(dòng)跨過(guò)滾筒或帶的表面)、或橫向移動(dòng)用于巻繞裝置的切片
盡管已經(jīng)示出、描述并指出了本發(fā)明的基本的新穎特征，但是，應(yīng)理 解，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)所示出的設(shè) 備的形狀和細(xì)節(jié)以及其操作進(jìn)行各種省略、替換和改變。例如，應(yīng)清楚， 以實(shí)質(zhì)上相同的方式執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同的功能以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果的、這些部 件和/或方法步驟的所有組合均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到， 結(jié)合本發(fā)明的任何公開(kāi)的形式或?qū)嵤├齺?lái)示出和/或描述的機(jī)構(gòu)和/或部件 和/或方法步驟可以合并在另一形式或?qū)嵤├?。因此，意圖是，本發(fā)明 并非僅限于所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，包括:包括電定子繞組的感應(yīng)型線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)；在所述設(shè)備的整個(gè)往復(fù)長(zhǎng)度之上延伸的傳導(dǎo)性壓板；固定于所述傳導(dǎo)性壓板的強(qiáng)磁材料；用于支撐所述設(shè)備并保持所述定子繞組與所述傳導(dǎo)性壓板之間的氣隙的支撐裝置；用于驅(qū)動(dòng)所述設(shè)備的用戶(hù)選擇的前饋速度對(duì)應(yīng)圖；用于根據(jù)所述用戶(hù)選擇的前饋速度對(duì)應(yīng)圖對(duì)所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述控制器是針對(duì) 所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的PID控制算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述設(shè)備的iUL是 可控制的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方 向是可控制的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中通過(guò)所述用戶(hù)選擇 的前饋速度對(duì)應(yīng)圖來(lái)限定所述設(shè)備的位置，以最小化所述定子繞組的過(guò)度 發(fā)熱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述定子繞組以用 戶(hù)選擇的脈寬調(diào)制("PWM" ) AC電功率信號(hào)來(lái)供電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述傳導(dǎo)性壓板在 所述整個(gè)往復(fù)長(zhǎng)度之上具有連續(xù)的電路徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述傳導(dǎo)性壓板具 有高的電導(dǎo)率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述傳導(dǎo)性壓板被 成形為使得在橫動(dòng)方向上生成的磁場(chǎng)最大。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，其中所述PWM AC電功 率信號(hào)是選擇的系統(tǒng)磁共振頻率的實(shí)時(shí)交感諧波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在造紙業(yè)等中使用的線(xiàn)性橫動(dòng)支架(2)。該線(xiàn)性橫動(dòng)支架合并有氣隙感應(yīng)激勵(lì)器，并去除了位于電源和橫動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的所有機(jī)械裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備，該線(xiàn)性橫動(dòng)設(shè)備包括包括電定子繞組(1)的感應(yīng)器型線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)、在所述設(shè)備的整個(gè)往復(fù)長(zhǎng)度上延伸的傳導(dǎo)性壓板(S)、固定于所述傳導(dǎo)性壓板(6)的強(qiáng)磁材料、用于支撐所述設(shè)備并保持所述定子繞組(1)與所述傳導(dǎo)性壓板(6)之間的氣隙的支撐裝置(3)、用于驅(qū)動(dòng)所述設(shè)備的用戶(hù)選擇的前饋速度對(duì)應(yīng)圖(10)、用于根據(jù)所述用戶(hù)選擇的前饋速度對(duì)應(yīng)圖(10)對(duì)所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的控制器。
文檔編號(hào)G05B19/02GK101385223SQ200780005917
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者彼得·T·卡斯滕森 申請(qǐng)人:凱登公司