[发明专利]自由端纺纱转子的单机传动装置

说明书

本发明涉及一种高转速旋转部件的特别是自由纺纱转子的传动装置。该装置带有一根在一个壳体中可旋转支承上述旋转部件的轴，此轴上抗扭地装有磁阻式电动机的转子，而其定子则同轴地固装在转子外面的壳体上。这里所谓“高转速”是指大于40，000转/分的转速。

自由端纺纱转子的经典传动装置乃是切向皮带传动，这种传动装置至今仍在广泛使用。例如德国专利DE-OS 3533 717曾述及这种皮带传动，并叙述了带有支承纺纱转子的轴的圆盘支承的切向皮带传动。

切向皮带传动有许多缺点：滑转引起的功率消耗大，由于切向皮带打滑引起轴到轴的转速差、产生附加的噪声(例如由传动轴、紧带轮等引起的噪声)、切向皮带导向需要的场地和支承纺纱转子的轴的圆盘支承需要许多昂贵的轴颈，以及由于圆盘涂层的磨损而需要频繁的定期维修。

由于这些缺点，人们早就想用单机传动来代替切向皮带传动。

对自由端纺纱转子传动装置的传动电动机有如下的基本要求：

-高转速

-无级调速

-轴到轴无转速差

-高的过程可靠性

-短的起动时间

-很高的效率(由于场地原因往往不可能用风扇冷却)

-维修少

-换向器不引起火花

-电动机和相应的电力电子器件价值低廉

人们早就提出了各种不同的方案来解决这个传动问题：采用异步电动机、同步电动机，亦有用磁阻式电动机的。

例如德国专利DE-OS 2 644 749和DE-OS 3 710 962提出了用异步电动机的自由端纺纱转子的传动装置。

如所周知，异步电动机有许多优点：价格较低、维修少和可直接用不同频率的电源电压起动，而不需要附加的起动措施。但用这种电动机来传动自由端纺纱转子时则存在一些严重的缺点。

在不调速运行时，由异步电动机的基本原理所引起的与负载有关的转差率约为2％～3％。在多工位纺织机械时，轴到轴达到的实际转速的同步性和纱线质量取决于电动机的制造公差和瞬态负荷(如纤维扭缠和纤维蓬松等)。在控制异步电动机时，电动机到电动机的转数差通常对某一给定的运行转数而言约为0.5％。不用昂贵的调速是不可能达到恒定转数的。

在自由端纺纱转子达到很高转数(约100,000转/分)时，由于打滑引起的转子频率产生的损耗会导致效率降低。

由于转子损耗产生的热只可能通过轴承进行不良散热，所以，有时需要附加的冷却而使系统昂贵。

三相异步电动机需要控制用的昂贵电力电子控制器件。需要用三相和双极的变频器。

目前市售的变频器的最大输出振荡频率一般为400～1,000赫。这就把双极三相异步电动机的转速限制到60,000转/分。所以对上述使用场合必须采用以少量昂贵的电力电子器件组合的特殊结构的变频器，这样就大大地降低了三相异步电动机这种解决方案在价格上的优越性。

因此，例如德国专利DE-OS 2 235 686和DE-OS 4 224 757提出了用永久磁铁励磁的同步电动机解决方案。

这种电动机可以避免转子损耗和转差率。尽管如此，仍然有如下的缺点：由于使用磁性材料(例如钐钴合金)而需要在转子上考虑克服电磁铁离心力的固定装置(见DE-OS 4 224 757)，因而造价昂贵。

也象三相异步电动机那样，需要花费控制用的电力电子器件。为了达到要求的高转速，同样必须象三相异步电动机那样采用昂贵的特殊结构变频器。

德国专利DE-OS 2 235 686提出用磁阻式电动机，但这种磁阻式电动机如何达到这样高的转速，则没有说明。该文件结合电路图叙述的实施例是采用永久磁铁励磁的同步电动机。

基于上述认识，本发明认为，以前和新近发展的控制磁阻式电动机(例如见“电子学”期刊1992年第10期，29～31页和1992年26期72～75页)从基本原理上已经能够满足大部分上述要求并适用于自由端纺纱转子的传动装置。

这种电动机通过改变馈电频率而可实现无级调速。在传动装置已知的和几乎是恒定的系统特性时，一个供电网的多工位系统即“纺织机”的全部电动机都可受控运行。在这种情况下，由于电动机不打滑，所以从电动机到电动机不产生转速差。