CN103068705A - 直接横移装置 - Google Patents

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Abstract

一种尤其适用于卷纱的横移装置(1)，包括纵向延伸的定子，所述定子具有设有线圈构件(2、3)的铁磁芯材料（4）；以及具有永久磁铁(8)的移动元件(6)，其由线圈构件推动并沿定子的纵向方向移动。本发明的横移装置包括移动元件，其与线圈构件同轴且设置于缠绕铁磁芯材料的线圈构件的外部；每一个线圈构件包括多个绕组单元(10)，以使当前绕组中电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一个绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每个线圈构件的绕组单元彼此隔开以使另一个线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内。

Description

直接横移装置
技术领域
本发明涉及横移装置，其作为直线电机可用于绕线机或其中用到横移机构的其它机械.
背景技术
虽然卷线机的横移机构承载纱线所需的承载力应很低，但是出于生产考虑，卷绕速度必须是非常高的、均匀的和可控制的，且为了纱线卷装的质量横移机构应该在短距离最快速地返回。
短距离内快速返回的高速往复动作使该工艺变得复杂，这就要求能出色地控制这种横移动作的速度。
可考虑改进横移装置设计的一些方面以便使支架构件上用于卷纱的机构能更快更好地横移。
不需要转动构件且不需要驱动一些与其相关的构件，这种用于直接横移***的直线电机，在力/重量比和长期操作方面还能提供重要的优势。
可从多个方面出发使用于将纱线卷绕到支架构件上的直接电驱动横移装置多样化。
第一个变化在于移动元件或指针的类型，其可以是一个线圈或固定在纱运载装置上面的磁铁。
移动线圈类型的直线电机要求线圈是可移动的，但是，定子需由永久磁铁构成。在本设计中，为线圈通电的电线必须是移动的，由于频繁的往复运动使电线疲劳所以其不适合用于长期操作。因此，将可移动磁铁型横移装置用于将纱线卷绕到支架构件上明显地有更多的有利之处。具有可移动的磁铁而不是具有需要移动的线圈和电缆的横移装置在长期运作上明显地更加可靠和有利。
第二个变化关于横移装置的移动元件上的磁力。
线圈和/或磁铁和/或磁芯在横移装置中的交互作用产生了使装置运转的力。一般说来，这些力具有平行和正交的分力。平行分力在使移动元件移动的方面是有用的，正交分力提供定子和移动元件之间的引力。正交力的存在要求稳固的承载***，比如滚轴和轴承以克服强大的吸引力。这些机械组件明显地会增加移动元件的重量，因此，在横移过程中其将消耗更多的能量并限制***的加速性能。因此，将具有均衡正交力的横移装置用于将纱线卷绕到支架构件上明显地具有更多的有利之处。
第三个变化是横移装置的形状。
已知圆筒状的可移动磁铁式横移装置具有杆状移动元件，比如活塞。在这种装置中，线圈是固定的，但是由永久磁铁构成的杆是可移动的。管状电动机包括能相互移动的圆筒状永久磁铁。因此，导纱器放置在永久磁铁的圆筒状管的末端。
因为油缸促动器的存在以及其侧面的块状物将妨碍并列放置的卷绕头，所以这种类型的管状横移装置在其用于卷纱时是不利的，纺织机的情况就常常如此。另外，即使可移动的块状物减少，但是为了运用磁力，管状磁铁或其连接臂至少具有供线圈经过的长度加上油缸促动器内存在的足够长度的和的长度，所以块状物仍然很高。因此，使用没有杆状移动元件的横移装置明显地更加有利。
第四个变化是横移装置的磁铁芯的结构。
横移装置可以构造成有槽或无槽磁铁芯类型。有槽型横移装置的磁铁芯沿着直线电机的长度延伸一定距离。在这种类型的装置中，线圈被卷绕在这样的位置，在该位置其可磁化与磁铁相互作用的槽。制造这种横移装置的有槽磁芯和绕组要比无槽类型复杂的多。
无槽设计在很大程度上减少了电机的总尺寸，以便制造更加紧凑的电机，减少其它部分的复杂性，提供简单的制造，通过线圈的放置具有更好的传热性能和允许更高的速度。无槽设计还消除不希望有的齿槽力并减少铁耗。
因此，使用无槽结构的横移装置明显地更加有利。
第五个变化是横移装置的驱动方式。
因为用于卷纱***的横移装置需要可移动的磁铁，所以定子必须由线圈和磁芯组成。考虑到移动元件的重量，为了节能其重量应尽可能低，因此在移动元件的移动过程中只在必要的地方对必需的线圈进行通电。将能量分配至不同的线圈将需要使用许多电子元件。通过减少驱使线圈的相数将简化分配过程。因此，使用两相横移装置明显地更有利，
第六个变化是连续地与线圈相互作用的可移动磁铁数量的比率。
由于横移装置中的线圈、磁铁和铁芯的磁场相互作用产生了使装置运转的力，因此在一些设计中，在特定时间只有特定的可移动磁铁或磁极能相互作用而其余磁铁或磁极则不能。为了取得获得所要求的速度和加速所必须的力，需要增加磁铁或磁极的数量，但这又导致移动元件的尺寸和重量增大。因此，移动元件中的所有磁铁总是相互作用的横移装置明显地更加有利。
JP8217332公开了一种具有磁铁的装置，此磁铁与作为引导元件引导磁铁能够做往复运动的导纱器相关联,所述装置具有的磁力产生装置在当磁铁达到导纱器的横移装置的每一个端部位置时，在磁铁正面产生与磁铁的极性相同的强大磁力。其还可设有电磁铁，使磁铁往复运动以通过磁铁的往复运动整体地控制该磁铁的往复运动，并通过磁力产生装置使磁铁换向。
JP7137934公开了一种具有定子磁轭和中心轭的结构，其中定子磁轭固定在其中并具有一永久磁铁，中心轭***到其中并具有铁芯，所述铁芯（往复式滑块）因此在轴向上可移动并合并连接到导纱器接收器的凸缘上，所述定子磁轭和中心轭彼此平行地固定到旁轭上。在此结构中，传感器设置在磁芯的往复运动行程的折回端部内部的位置以探测磁芯的通过。利用这种设置，当预定时间过去后，该磁芯被停止以便反转该磁芯的运动方向。利用这种磁芯在折返位置必定会返回的结构，纱线可以高速地横移。就是说，可以适当地在计时器里设置时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种横移机构，作为直线电机用于绕线机或其中用到横移机构的其它机器，该横移机构更为高效，快速和可靠。
该目标通过一种尤其适用于卷纱的横移装置得以实现，该横移装置包括纵向延伸的定子，所述定子具有设有线圈构件的铁磁芯材料，以及具有永久磁铁的移动元件，该移动元件由线圈构件推动并沿定子的纵向方向移动。本发明的横移装置的特征在于环绕铁磁芯材料的线圈构件外部设有与其同轴的移动元件；每一个线圈构件包括多个绕组单元，以使当前绕组中的电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一个绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每个线圈构件的绕组单元彼此隔开以使另一个线圈构件的绕组单元能够被放置在格子的空间内。
根据本发明的一个优选实施例，铁磁芯材料、线圈构件和移动元件可以是圆筒状、矩形/正方形或任何剖面为多边形的形状。
本发明的横移装置的另一个实施例包含有移动元件，该移动元件位于两个具有线圈构件的定子之间，线圈构件环绕铁磁芯材料；每一个线圈构件包括多个绕组单元，以使当前绕组中的电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一个绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每个线圈构件的绕组单元彼此隔开以使另一个线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内。
本发明的横移装置的另一个实施例包含有移动元件，该移动元件位于具有线圈构件的两个定子之间，线圈构件至少设置于铁磁芯材料的一侧的外部;每一个线圈构件包括多个绕组单元，以使当前绕组中的电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一个绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每个线圈构件的绕组单元彼此隔开以使另一个线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内。
附图说明
应结合下文中简单描述的附图来评价本发明以说明隶属于本发明的实施例及其优点。
图1大体上示出横移装置的代表性的示意图，该横移装置具有将纱线卷绕至支撑构件上的导纱器，如由驱动机构转动的绕线筒；
图2是圆柱型横移装置的透视图，以剖视方式示出各组成元件；
图3是圆柱型横移装置的三个不同截面的剖面图，显示出线圈构件的位置、磁铁的布置、磁极的方向以及永久磁铁产生的磁通线的轨迹；
图4显示圆柱型横移装置的相A和相B的线圈构件分开的绕组构造；
图5显示圆柱型横移装置的相A和相B的线圈构件的装配总成；
图6是矩形类型横移装置的透视图，以剖面方式显示各组成元件；
图7是矩形类型的横移装置的三个不同截面的剖面图，显示线圈构件的位置、磁铁的布置，磁极的方向和永久磁铁产生的磁通线的轨迹；
图8显示用于矩形类型的横移装置的相A和相B的线圈构件分开的绕组结构；
图9显示用于矩形类型的横移装置的相A和相B的线圈构件的装配总成；
图10是双定子和线圈环绕铁芯类型横移装置的示意图，以剖面方式显示各组成元件；
图11a和图11b是双定子和线圈环绕铁芯类型横移装置在三个不同截面上的剖面图，显示线圈构件的位置、磁铁的放置，磁极的方向和从永久磁铁产生的磁通线的路径；
图12显示用于双定子和线圈围绕铁芯型横移装置的左定子的相A和相B的线圈构件的分开的绕组结构；
图13显示用于双定子和线圈围绕铁芯型横移装置的右定子的相A和相B的线圈构件分开的绕组结构；
图14显示用于双定子和线圈围绕铁芯型横移装置的相A和相B的线圈构件的装配总成；
图15是双定子和磁铁基本上面对线圈类型的横移装置的透视图，以剖面方式显示各组成元件；
图16a和图16b是双定子和磁铁基本上面对线圈类型的横移装置在三个不同截面上的剖面图，显示线圈构件的位置、磁铁的布置，磁极的方向和永久磁铁产生的磁通线的轨迹；
图17a和图17b显示用于双定子和磁铁基本上面对线圈类型横移装置的左定子的相A和相B的线圈构件的分开的和组装的线圈结构；
图18a和图18b显示用于双定子和磁铁基本上面对线圈类型横移装置的右定子的相A和相B的线圈构件的分开的和组装的线圈结构；
图19显示用于双定子和磁铁基本上面对线圈类型横移装置的相A和相B的线圈构件的装配总成；
图20是具有延伸磁芯的双定子和磁铁基本上面对线圈类型横移装置的示意图，以剖面方式显示各组成元件；
图21a和图21b是具有延伸磁芯的双定子和磁铁基本上面对线圈类型的横移装置在三个不同截面上的剖面图，显示线圈构件的位置、磁铁的布置，磁极的方向和永久磁铁产生的磁通量线的轨迹；
图22显示对圆柱状和矩形类型的横移装置的相A和相B施加电流的顺序示意图；
图23显示来自图22的圆柱状和矩形类型的横移装置的线圈构件在特定电流情况下产生的示意性磁通线和磁极；
图24示出来自图22和图23的圆柱状和矩形类型的横移装置的线圈的磁极变化图表，按顺序各部分的线圈可沿其轴线产生移动的磁场；
图25显示对圆柱状和矩形类型的横移装置的相A和相B施加电流的顺序示意图；
图26示出来自图25的双定子和线圈围绕铁芯型横移装置的线圈构件在特定电流情况下产生的示意性磁通线和磁极；
图27示出来自图25的双定子和线圈围绕铁芯类型横移装置的线圈的磁极变化图表，按顺序各部分的线圈可沿其轴线产生移动的磁场；
图28示出对圆柱状和矩形类型的横移装置的相A和相B施加电流的顺序示意图。
图29示出来自图28的双定子和磁铁基本上面对线圈型横移装置的线圈构件在特定电流情况下产生的示意性磁通线和磁极；
图30示出来自图28和图29的双定子和磁铁基本上面对线圈类型横移装置的线圈的磁极变化表格，按顺序各部分的线圈可沿其轴线产生移动的磁场；
图31示出用于分割线圈构件的有效绕组的电子线路图，以利用横移装置中的单向电子开关元件，比如场效应管，功率半导体或者晶体管，在某一时刻使1、2、3、4、5、6、7、...绕组通电；
图32显示用于分割线圈构件的有效绕组的电子线路图，以利用横移装置中的双向电子开关元件，比如三端双向可控硅元件或者固态继电器，在某一时刻使1、2、3、4、5、6、7、...绕组通电；
图33显示用于分割线圈构件中的有效线圈以通过横移装置中的双向电子开关元件，比如三端双向可控硅元件，在某一时刻使2或6绕组通电的电子线路图；
图34显示用于圆柱状和矩形类型的横移装置的通过沿其轴线放置在线圈元件内部的霍尔效应传感器阵列感测位置的方法；
图35显示用于双定子类型横移装置的通过沿其轴线放置在薄壁元件内部的霍尔效应传感器阵列感测位置的方法；
图36显示用于圆柱状和矩形类型横移装置的通过沿其轴线放置在薄壁元件外部的霍尔效应传感器阵列感测位置的方法；
图37显示用于双定子类型横移装置的通过沿其轴线放置在薄壁元件外部的霍尔效应传感器阵列感测位置的方法；
图38显示用于圆柱状和矩形类型的横移装置的通过沿其轴线放置在薄壁元件外部的光学传感器阵列感测位置方法；
图39显示用于双定子类型的横移装置的通过沿其轴线放置在薄壁元件外部的光学传感器阵列感测位置的方法；
图40显示具有用于产生返回点上的弹簧效应的两个弹性构件和磁铁的横移装置；
图41显示具有用于产生返回点上的弹簧效应的两个弹性元件和磁铁的横移装置的前视图；
图42为圆柱型横移装置的示意图，显示放置在铁磁芯上的磁铁的弹簧效应；
图43是双定子类型的横移装置的示意图，显示放置在铁磁芯上的磁铁的弹簧效应；
图44显示构造具有导体箔和绝缘薄膜的线圈的替代方法。
具体实施方式
如图2所示，横移装置1包括放置在圆柱状铁磁芯材料4上的线圈构件2,3。优选由非磁性材料制成的薄壁构件5覆盖线圈构件2,3和铁磁芯材料4。壁构件5上设置有中空圆筒状移动元件6，其纵轴与磁芯材料4的纵轴重合。移动元件6关键包含有承载多个永久磁铁8的承载元件7和优选由强磁性材料制作的覆盖磁铁8的套管9。每一个环形或圆弧段形磁铁8在径向上极性相反，每一个磁铁8在径向上的极性与沿轴下一个磁铁的极性相反，即，如果第一个磁铁在径向上以N-S方式放置，则轴向上的下一个磁铁在径向上以S-N方式放置。可选择地，也可使用环状或圆弧段（arc segment）状多级单个磁铁。优选地，磁铁8完全环绕线圈构件2,3设置。
线圈构件2,3完全环绕铁磁芯材料4。移动元件6设有导纱器14以指引纱线使其缠绕到支撑构件上。
如图3所示，永久磁铁8的磁通线15沿永久磁铁8、线圈构件2,3、铁磁芯材料4和套管9封闭，其将与通电的线圈构件2,3的磁通线13相互作用。因为永久磁铁8被设置为环绕线圈构件2、3，或被设置为在径向上对称放置，且线圈构件2,3被设置为环绕磁芯材料4,这样就磁芯材料4的轴而言，施加在移动元件6上的正交力的总和将是零，磁性平衡的结构将因此得以实现。如图4所示，每个线圈构件2,3均包含多个绕组单元10，优选地通过以下方式使每一个绕组单元彼此串联，即当电流在一个绕组中以顺时针方向流动时，其在下一个绕组中将以逆时针方向流动。每个线圈构件2,3的每个绕组单元10彼此间是有间隔的，因此另一个线圈构件的绕组单元能够放置在线圈构件各自的空间内，如图5所示。应理解，除了串联绕组单元10以获得相反的电流，即，顺时针方向和逆时针方向，通过向每个绕组单元单独提供电流，在两个连续的绕组单元10中也可获得方向相反的电流。
对于两相驱动的结构，移动永久磁铁8需要的力是通过移动磁场获得的，而磁场是通过移动线圈构件2,3中的电流的相位形成的。换句话说，第一线圈构件2在相A11中通电，而第二线圈构件3在相B12中通电，通过这样的方式使电流以90度的相移交替。每一个线圈构件2,3上的电流都在图22中示出。示例的电流情况的效果在图23中示出，剖视面图示出相A11的第一线圈构件和相B12的第二线圈构件的示意性磁通线13。应该注意，施加到线圈构件11、12上的每个不同的电流使磁场极性沿轴线在位置上发生周期性变化。在图24中，参见沿着该装置长度方向示例的线圈构件2、3中的电流，并对照线圈构件2,3的宽度，移动磁场显示为图表。
这种结构也可实现磁力平衡，因为就磁芯材料4的轴而言,施加在移动元件6上的正交力的总和是零。
虽然移动元件6的磁铁8的数量可以独立地选择，但是发明者惊奇地发现沿轴具有三个相反极性的磁铁8能获得最佳效果。这也适用于下文将详述的实施例。
如图6所示，除了圆筒状外，铁磁芯材料4、线圈构件2,3以及移动元件6可以是矩形/正方形、平行六面体形状。可理解，除了上述指定形状，这些构件/元件2,3,4,6可以是任何多边形几何体。虽然图6-9所示的交替横移装置1的工作原理与上述工作原理完全相同,但是与圆柱状的剖面相比，这些具有棱柱状剖面的构件/元件2,3,4,6的有利之处在于可防止移动元件6在进行往复移动时绕着其轴心旋转。
从内向外以极性相反的方式设置每一个直角棱柱状磁铁8，且极性与沿轴下一个磁极的极性相反，即，如果第一个磁铁从内向外以N-S方式放置，则轴向上的下一个磁铁从内向外以S-N方式放置。可替代地，也可使用平面多极单磁铁。优选地，磁铁8放置在线圈构件2,3的所有侧边上。
如图8-9所示，每个线圈构件2,3的形状与磁芯材料4的形状相一致，且同样包括多个优选彼此串联的绕组单元10。
横移装置1的另一个实施例在图10-14中示出。该实施例与图6所示的实施例相似，因其中线圈构件2,3完全环绕磁芯材料4。不同之处在于两个定子纵向并列放置，每一个定子都具有带有线圈构件2,3的铁磁芯材料4。定子之间留有间隔以允许具有磁铁8的移动元件6自由移动。两个定子中的线圈构件2,3的绕组单元10以以下方式并联或串联，即当第一个定子的某些绕组单元10通电时，第二定子中相对的(对应的)绕组单元10将同时地通电。在本实施例中，承载磁铁8的承载元件7的侧面可以是类似I字形（I-like）以便其上部和下部可由每个定子的壁构件5的上表面和下表面支撑。优选地，线圈构件2,3完全环绕铁磁芯材料4。
如图11b所示，永久磁铁8的磁通量线15的轨迹沿着两边的磁铁8、线圈构件2,3和两边的铁磁芯材料4封闭，在两相驱动配置中，其将与通电线圈构件2,3的磁通线13相互作用。由于磁芯材料4和线圈构件2,3的配置是相同的，因此施加到移动元件6上的正交力的总和将是零，以此获得一磁性平衡结构。
如图12-14所示，每个线圈构件2,3的形状顺从磁芯材料4的形状,即多边形，且同样包括多个优选彼此串联的绕组单元10。每个线圈构件2,3上的电流都在图25中得以显示。示例的电流情况的效果在图26中显示，第一定子的第一个线圈构件2在相A11上通电，第一定子的第二线圈构件3在相B12上通电，以及第二定子的第一个线圈构件2在相A11上通电，第二定子的第二线圈构件3在相B12上通电，它们的示意性磁通线13在剖面图中示出。在图27中，参见沿着该装置长度方向示例的线圈构件2、3中的电流，相对于线圈构件2,3的宽度，移动磁场显示为图表。
图15-19示出横移装置的另一个实施例。本实施例与图10-14所示实施例相似。不同之处在于线圈构件2,3基本上设置在面对移动元件6的各个磁芯材料4的表面上。将线圈构件2,3的绕组单元10基本上设置为面对磁铁8放置的有利方面是可有效地利用产生的磁场来驱动磁铁8而不使其耗散，在磁铁8不存在的地方，磁场才会消散到周围空间。
在图17a至19中，示出了，在线圈构件2,3被安装到各个磁芯材料4上时，其基本上面对磁铁8。如图17a-19所示，每个线圈构件2,3的形状与磁芯材料4的形状相一致,即多边形，且同样包括多个优选彼此串联的绕组单元10。每个线圈构件2,3上的电流都在图28中得到显示。示例的电流情况的作用在图29中得以显示，第一定子的第一个线圈构件2在相A11上通电，第一定子的第二线圈构件3在相B12上通电，以及第二定子的第一个线圈构件2在相A11上通电，第二定子的第二线圈构件3在相B12上通电，它们的图解磁通线13在剖面图中示出。在图30中，参见上述沿着该装置长度方向示例的线圈构件2、3中的电流，参考线圈构件2,3的宽度，移动磁场显示为图表。
如图16b所示，永久磁铁8的磁通线15的轨迹沿磁铁8、两边的线圈构件2,3和两边的铁磁芯材料4封闭，其将与通电的线圈构件2,3的磁通线13相互作用。由于磁芯材料4和线圈构件2,3的配置是相同的，因此施加到移动元件6上的正交力的总和将是零，这样可获得一磁性平衡结构。
图20-21b示出横移装置的另一个实施例。本实施例与图15-19所示实施例相似。不同之处在于两个定子的磁芯材料4向彼此延伸或者安装在铁磁底座16，或从而彼此连接形成一C字形的形状。利用这种结合，线圈构件2,3和磁铁8产生的磁通量13便将从一个定子流动到另一个定子，这样将会增加磁通量并进而增加施加在移动元件6上的力。
这种结构对磁通量流的作用可从图21a中看出。
上述所有实施例均为磁力平衡结构，这是因为当磁铁8移动时，磁铁8和线圈构件2,3之间产生的正交力被移走，但保留了对磁铁8纵向移动有用的这些力的平行分力。进一步地，上述实施例都包括具有两相驱动结构的无槽型线圈构件2,3，该线圈构件无需使铁磁芯4达到磁力饱和便可提供相当强大的作用力来移动磁铁8。上述所有实施例的移动元件6可使用任意数量的磁铁8，比如每一侧都设有含有一个或多个磁极的单个磁铁或每一侧都设有含有一个或多个磁极的多个磁铁。
由于横移装置的移动元件6应该沿着其轴和被设置为基本覆盖整个移动路径的线圈构件2,3移动，因此只有在绕组单元10的某些部分中流动的电流有助于移动元件6的直线移动。这意味着就此而言有用的绕组单元10是指那些仅在特定位置与移动元件6相互作用的绕组单元10。使剩下的并不有助于移动元件6移动的绕组单元10通电显然会浪费电能。
由于这个原因，有必要在移动元件6的移动过程中，持续不断地，在某一时刻对一特定的、对应移动元件6在其移动路径上位置的绕组单元通电，。
如图22、25、28所示，任何时间都需要在线圈构件2,3的任意方向上施加不同强度的电流以使其连续地移动。
本发明具有三种单独的结构来控制对绕组单元10的电能供给，并控制使磁铁8连续地移动的具有所需强度和所需方向的电流的供给。
第一实施例使用单向电子开关元件，比如场效应管、功率半导体或者晶体管。
如图31所示，任何线圈构件2或3的绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....如在图4、图8、图12、图13、图17a、图18a中所示那样为串联连接。
控制器17通过优选为PWM控制器的可调整单极电流控制器18控制任何相所必需的电流强度。
优选为场效应管型的高压侧晶体管MH1、MH2、MH3、MH4、MH5、....被放置在单独的绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....的串联连接点与连接到可调单极电流控制器18的正极端子的电源线之间。这些晶体管MH1、H2、MH3、MH4、MH5、....的驱动是由相同的控制器17控制的高压侧晶体管驱动电路19来执行。类似地，优选为场效应管型的低压侧晶体管ML1、ML2、ML3、ML4、ML5、....被放置在单独的绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....的串联连接点和连接到可调单极电流控制器18的负极端子的电源线之间。这些晶体管ML1、ML2、L3、ML4、ML5、....的驱动是由相同的控制器17控制的低压侧晶体管驱动电路20来执行。
本实施例通过在某一时间激活所需的高压侧晶体管ML1、ML2、ML3、L4、ML5、....和激活所需的低压侧晶体管ML1、ML2、ML3、ML4、ML5，可任意地在某一时刻驱动任意数量的相邻的绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....。
例如，如果绕组构件，比如W5和W6，需要以以下方式通电，即电流从绕组构件W5流向绕组构件W6，则高压侧晶体管MH5和低压侧晶体管ML7将被激活。类似地，如果绕组构件W5和W6需要以以下方式通电，即电流从绕组构件W6流向绕组构件W5，也就是通过与上述电流相反的方向，则高压侧晶体管MH7和低压侧晶体管ML5将被激活。
诸如三端双向可控硅元件、固态继电器等双向电子开关元件可用于第二实施例。
如图32所示，任意线圈构件2或3的绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....，如在在图4、图8、图12、图13、图17a、图18a中所示那样均为串联连接。
在此实施例中，控制器17通过优选为H-桥（H-Bridge）PWM控制器的可调整双极电流控制器22控制所有相所必需的电流强度和电流方向。
优选为三端双向可控硅类型（Triac-type）的双向电子开关元件TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、....，被交替地放置在单独的绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....的串联连接点和交替地连接至可调双极电流控制器22的端子的电源线之间，因其中所述双向电子开关元件中的一个连接到第一电源线，第二个连接到第二电源线，而下一个再连接到第一电源线。这些三端双向可控硅元件TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、....的驱动是由相同控制器17控制的三端双向可控硅元件驱动电路23、24来执行的。
通过在某一时间激活连接至可调双极电流控制器22的第一电源线的所需三端双向可控硅元件TS1、TS3、TS5、....和连接至第二电源线的所需三端双向可控硅元件TS1、TS3、TS5、....，该实施例可随意在某一时刻驱动任意数量的相邻绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....。
如果需要被驱动的绕组单元的数量是奇数，比如1、3、5等，则该结构可允许绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....串联地通电。如果需要被通电的绕组单元的数量是2，则该结构则允许绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....并联地通电。
例如，如果只有三个线圈构件W5、W6和W7需要通电，连接到第一电源线的三端双向可控硅TS5和连接到第二电源线的三端双向可控硅TS8将被通电。可从图32中理解到，三个线圈构件W5、W6和W7串联地连接到与可调双极电流控制器22的端子相连接的电源线，该可调双极电流控制器22提供受控的电流级别和方向到线圈。
例如，如果只有两个线圈构件，比如说W5和W6需要通电，连接到第一电源线的三端双向可控硅TS5和TS7和连接到第二电源线的三端双向可控硅TS6将被激活。可从图32中理解到，线圈构件W5和W6都以并联的方式连接到与可调双极电流控制器22的端子相连接的电源线，该可调双极电流控制器22提供到线圈的受控的电流级别和方向。在这种情况下，该线圈构件应该以这种方式缠绕，即允许电流以相反的方向在两个相邻的绕组单元中流动，以生成符合需要的磁通量。
第三实施例也使用双向电子开关元件，比如三端双向可控硅，固态继电器。
如图33所示，任意线圈构件2或3的绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....如在图4、图8、图12、图13、图17a、图18a中所示的那样那样串联连接。
控制器17可通过优选为H-桥PWM控制器的可调整双极电流控制器22控制任何相所必需的电流强度和电流方向。
优选为双向可控硅类型的双向电子开关元件TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、....交替地放置在单独的绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....的串联连接点和连接至可调双极电流控制器22的端子的电源线之间，其中两个相邻的双向电子开关元件连接至第一电源线，另外两个相邻的双向电子开关元件连接至第二电源线，再接下来的两个相邻双向电子开关元件再连接至第一电源线。这些双向三极管开关TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、....的驱动是由相同控制器17控制的双向三极管开关驱动电路23、24所执行。
通过在某一时刻驱动连接至可调双极电流控制器22的第一电源线的所需双向可控硅TD1、TD2、TD5...和连接到第二电源线的所需双向可控硅TD3、TD4、TD7...，该实施例使得其有可能在某一时间激活相邻绕组单元W1、W2、W3、W4、W5、....中的两个。
如果需要通电的线圈单元的数量是2，这种结构可允许串联的绕组构件W1、W2、W3、W4、W5、....通电。
例如，如果两个绕组构件，比如W5和W6需要通电，连接至第一电源线的双向可控硅TD5和连接到第二电源线的双向可控硅TD7将被激活。从图33中可理解，两个绕组构件W5和W6串联至可与调双极电流控制器22的端子相连接的电源线，该可调双极电流控制器22提供到线圈的具有受控级别和方向的电流。
可调单极和双极电流控制器18和22控制移动元件6的横移长度及其速度和位置，这些将提高快速横移装置的通用性。
横移装置本质上需要对位置和速度进行精确控制。线圈构件2,3的换向本质上需要位置反馈。为此，本发明还建议了四个不同的位置反馈单元。
在第一实施例中，如图34所示，具有霍尔效应传感器25的电子板26被置于线圈构件2,3内部并沿着轴线呈阵列排布。设置在移动元件6中的磁铁8将向霍尔效应传感器25提供必要的磁通量以侦测上述移动元件6的准确位置，并产生用于控制器的信号。线圈构件2,3产生的磁通量的作用将通过适当的电路和/或该控制器的软件补偿。
在第二实施例中，如图35所示，由霍尔效应传感器25组成的电子板26置于壁元件5之内、线圈构件2,3的之外并沿轴线排列。设置在移动元件6内的磁铁8或连接到移动元件6上的额外位置感应磁铁28将向霍尔效应传感器25提供必要的磁通量以侦测上述移动元件6的准确位置，并产生用于控制器的信号。线圈构件2,3产生的通量的作用将通过适当的电路和/或该控制器的软件补偿。
在第三实施例中，如图36和图37所示，包含霍尔效应传感器25的电子板26位于壁元件5的外侧沿着轴线成排列状。线圈构件2,3产生的通量的作用将通过适当的电路和/或该控制器的软件补偿。
在第四实施例中，如在图38和图39中，具有发光二极管31的电子板29和另一具有光感应元件32的电子板30位于壁元件5的外侧并面对面地沿着轴线呈阵列排布。具有连续狭缝并连接到移动元件6的光断续器33根据编码器提供交替地中断的光线以侦测移动元件的准确位置，并产生用于控制器的信号。另外，光感应元件32可以是反射型，其包含可用的发光二极管。在这种情况下，将不再需要由发光二极管31组成的电子板29。
横移装置的往复运动需要移动元件沿着该设备不断地加速和减速。即，从该装置的一端向中点加速，从中点向另一端减速。移动元件的这种在相当短距离连续的减速和加速移动需要向线圈构件2,3施加相当大的电流，这不可避免地增大了功率消耗。能够在减速的时候存储移动元件6的动能并且在加速的时候释放存储的能量的这样一种结构将明显地提高该横移装置1的性能并减小功率消耗。
这种动能存储设置方式可以是设置在横移装置1两端的机械弹簧37，或用更通用的名称，该弹簧37被设置在移动元件6需要的回转点上。该弹簧37由固定元件36在其端部支撑着。在使用中，移动元件6将在需要的回转点位置碰撞弹簧37，以使弹簧元件37吸收该移动元件6的动能作为势能。由于弹簧37的反作用，移动元件6一旦停止移动，该弹簧37就在相反的方向将存储的能量提供给移动元件6。因此，该移动元件6将返回而不会较多地损失其动能。弹簧37在横移装置1上的位置可移动，或弹簧37的长度可以手动地或通过合适的驱动机构自动地增加或减小，通过该合适的驱动机构使其与移动元件6的冲程长度一致。
多个可选择的弹性装置可同等地替代机械弹簧37或与该弹簧37结合使用。例如，磁性相反的磁铁38,39可被分别设置到移动元件6的两端和横移装置1的固定元件36上。一旦这两个磁铁彼此接近，磁极相反的磁铁38、39将具有“弹簧元件"的功能。可替代地，弹簧和磁铁的结合也可用于产生弹簧效果。这种结合在图40和41中显示。磁铁38设置在面对移动元件6的弹簧37的两端，移动元件6的两端具有磁极相反的磁铁39。
另一种提供弹簧效果的结构包括一些橡胶类材料制成的具有适当形状的构件，或气动活塞类型的构件，其当移动元件6压缩活塞时积累势能并在相反的方向将这种能量返回给移动元件6。
该弹簧效果可由上述的弹簧元件或装置的任意组合提供。
另一种提供弹簧效果的装置包括在移动元件6所需的回转点处，在铁磁芯上设置磁极相反的磁铁44，如图42和图43所示。优选地，该磁极相反的磁铁44设置在线圈构件2,3的端部，并具有和那些线圈构件2,3基本上相似的高度。
线圈构件2,3要求导线以某种方式卷绕以便电流形成回路在核心材料4中产生磁通量。横移装置1的线圈构件2,3典型地在图2、6和10中示出，其具有电线缠绕的铁磁芯材料4。
如图44所示，该线圈构件2,3可以是多条导线的形式，放置在薄箔41和电绝缘的衬垫薄膜层42之间。然后，该箔41和衬垫薄膜42的组合缠在铁磁芯材料4上以形成线圈结构。
该箔41和薄膜42的组合4可通过多种方式产生，类似于生产传统的印刷电路板，比如对已被层压在电绝缘的衬垫薄膜层42上的导线箔41进行化学蚀刻。线圈构件2,3的两端按要求彼此连接以提供必要的电流和通过端子43使其通电。

Claims (22)

1.一种横移装置，适用于绕线机或其中用到横移机构的其它机械，其包括纵向延伸的定子，所述定子包括有设有线圈构件(2、3)的铁磁芯材料（4），以及具有永久磁铁(8)的移动元件(6)，所述移动元件(6)由线圈构件(2,3)推动并沿所述定子的纵向方向移动，其特征在于，所述移动元件(6)同轴地或径向地安装在缠绕铁磁芯材料（4）的线圈构件（2,3）的外面；每一线圈构件(2,3)均包括多个绕组单元(10)，并以使当前绕组中电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每一线圈构件(2,3)的绕组单元彼此隔开以使其它线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内。
2.根据权利要求1所述的横移装置，其特征在于，所述铁磁芯材料(4)、线圈构件(2,3)和移动元件(6)为圆柱形或多边形，尤其是矩形/正方形的平行六面体形状。
3.根据权利要求1所述的横移装置，其特征在于，具有中空的圆柱形或多边形剖面形式的移动元件(6)基本上包括承载多个并列放置的永久磁铁(8)的滑动承载元件（7），和覆盖所述磁铁(8)的套管(9)。
4.根据权利要求1所述的横移装置，其特征在于，第一线圈构件在相A(11)通电，第二线圈构件在相B(12)通电，以此方式使得电流以90度的相移交替。
5.根据权利要求1所述的横移装置，其特征在于，当所述移动元件(6)是圆柱形时，每一环形或圆弧段形磁铁(8)在径向上极性相反，且每一磁铁(8)径向极性与下一个磁铁的径向极性相反；并且当所述移动元件(6)是多边形时，每一磁铁(8)从内到外极性相反，且极性与沿轴向上的下一磁铁的极性相反。
6.一种横移装置，适用于绕线机或其中用到横移机构的其它机械，其包括两个纵向延伸的定子，所述定子包括有设有线圈构件(2、3)的铁磁芯材料（4），以及具有永久磁铁(8)的移动元件(6)，所述移动元件由线圈构件(2,3)推动并沿所述定子的纵向方向移动，其特征在于，所述移动元件(6)被设置在具有环绕所述铁磁芯材料(4)的线圈构件(2,3)的两个定子之间；每一线圈构件（2,3）包括多个绕组单元(10)，以使当前绕组中电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每一线圈构件(2,3)的绕组单元(10)彼此隔开以使其它线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内。
7.一种横移装置，适用于绕线机或其中用到横移机构的其它机械，其包括两个纵向延伸的定子，所述定子包括有设有线圈构件(2、3)的铁磁芯材料（4），以及具有永久磁铁(8)的移动元件(6)，所述移动元件(6)由线圈构件(2,3)推动并沿所述定子的纵向方向移动，其特征在于，所述移动元件(6)被置在具有设置在所述铁磁芯材料(4)上的线圈构件(2,3)的两个定子之间，以使所述线圈构件(2,3)的绕组基本上面对所述移动元件(6)的方式设置；每一线圈构件（2,3）均包括多个绕组单元(10)，以使当前绕组中电流沿顺时针方向流动，而在相同相位的下一个绕组中电流沿逆时针方向流动的方式设置；并且每一线圈构件的绕组单元(10)彼此隔开以使其它线圈构件的绕组单元能够被放置在各自的空间内，所述铁磁芯材料(4)可选择性地通过铁磁底座(16)安装或者互相连接，共同构成一C字形。
8.根据权利要求6或7所述的横移装置，其特征在于，所述铁磁芯材料(4)和所述线圈构件(2,3)是多边形，尤其是矩形/正方形的平行六面体形。
9.根据权利要求6或7所述的横移装置，其特征在于，第一定子的第一线圈构件在相A(11)通电，第一定子的第二线圈构件在相B(12)通电，第二定子的第一线圈构件在相A(11)通电，第二定子的第二线圈构件是在相B(12)通电，以此方式使得电流以90度相移交替。
10.根据权利要求6或7所述的横移装置，其特征在于，所述移动元件(6)的每一磁铁(8)从内到外极性相反，且极性与沿轴向上的下一磁铁的极性相反，其中所述磁铁(8)的数量在每侧为一个带有单个或多个极性的磁铁，或者在每侧为多个带有单个或多个极性的磁铁。
11.根据权利要求1、6或7所述的横移装置，其特征在于，在所述移动元件(6)的所需回转点处，所述移动元件(6)上设有磁铁(39)并且所述横移装置(1)上设有极性相反的磁铁(38)。
12.根据权利要求1、6或7所述的横移装置，其特征在于，在所述移动元件(6)的所需回转点处，所述横移装置(1)上设置的铁磁芯材料(4)上设置有磁铁(44)。
13.根据权利要求1、6或7所述的横移装置，其特征在于，在所述移动元件(6)的所需回转点处，所述横移装置(1)上设置有弹性构件(37)。
14.根据权利要求13所述的横移装置，其特征在于，所述弹性构件(37)从含有机械弹簧、形状适当的橡胶材料、气动活塞、如权利要求11所述的磁铁(38,39)的结构、或以上的组合的组中选择。
15.根据权利要求1或6所述的横移装置，其特征在于，当缠绕时，所述线圈构件(2,3)包括具有放置在电绝缘的衬垫薄膜层(42)之间的多条薄箔导线(41)的形式。
16.根据前述权利要求中任一所述的横移装置，其特征在于，具有受控能量供应结构，用于在某一时刻向一预定的线圈供应电流，其包含由高压侧驱动电路（19）驱动的高压侧单向电子开关元件(MH1、MH2、MH3、MH4、MH5、...),所述高压侧单向电子开关元件被放置在单个线圈构件（W1、W2、W3、W4、W5、...)的串联连接点与连接到可调单极电流控制器(18)的正极的电源线之间；其还包含由低压侧驱动电路(20)驱使的低压侧单向电子开关元件(ML1、ML2、ML3、ML4、ML5、....)，所述低压侧单向电子开关元件被放置在单独的线圈构件(W1、W2、W3、W4、W5、...)的串联连接点与连接到可调单极电流控制器(18)的负极端子的电源线之间；同时，所述可调单极电流控制器(18)、高压侧驱动电路(19)、低压侧驱动电路(20)由控制器（17）控制。
17.根据权利要求1至15所述的横移装置，其特征在于，具有受控能量供应结构，用于在某一时刻向一预定的线圈供应电流，其包含由电路（23，24）驱动的双向电子开关元件(TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、...)，所述双向电子开关元件被交替地放置在单个的线圈构件（W1、W2、W3、W4、W5、...)的串联连接点与连接到可调单极电流控制器(22)的终端的电源线之间，其中所述双向电子开关元件中的一个连接到第一电源线，第二个连接到第二电源线，而下一个再连接到第一电源线；并且所述双向电子开关元件(TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、....)由电路(23、24)驱动，同时所述可调双极电流控制器(22)和驱动双向电子开关元件的电路(23,24)由控制器（17）控制。
18.根据权利要求1至15所述的横移装置，其特征在于，具有受控能量供应结构，用于在某一时刻向一预定的线圈供应电流，其包含由电路（23，24）驱动的双向电子开关元件(TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、...)，所述双向电子开关元件被交替地放置在单独的线圈构件（W1、W2、W3、W4、W5、...)的串联连接点与连接到可调单极电流控制器(22)的端子的电源线之间，其中所述双向电子开关元件中的两个连接到到第一电源线，相邻的两个连接到到第二电源线，而下两个端子再连接到第一电源线；并且所述双向电子开关元件(TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、...)由电路(23、24)驱动，同时所述可调双极电流控制器(22)和驱动双向电子开关元件的电路(23,24)由控制器（17）控制。
19.根据前述权利要求中任一所述的横移装置，其特征在于，具有位置反馈单元，其包括有电子板(26)，所述电子板(26)具有沿着轴线位于线圈构件(2,3)内部的霍尔效应传感器(25)；所述霍尔效应传感器(25)检测具有磁铁(8)的移动元件(6)的位置,并产生用于控制器的信号。
20.根据权利要求1至18中任一所述的横移装置，其特征在于，具有位置反馈单元，其包括有电子板(26)，所述电子板(26)具有沿着轴线位于壁元件(5)内部以及线圈构件(2,3)外部的霍尔效应传感器(25)；所述霍尔效应传感器(25)检测具有磁铁(8)或具有连接到移动元件(6)的额外的位置检测磁铁(28)的移动元件(6)的位置，并产生用于控制器的信号。
21.根据权利要求1至18中任一所述的横移装置，其特征在于，具有位置反馈单元，其包括有电子板(26)，所述电子板(26)具有沿着轴线位于壁元件(5)外部的霍尔效应传感器(25)；所述霍尔效应传感器(25)检测具有磁铁(8)或具有连接到移动元件(6)的额外的位置检测磁铁(28)的移动元件(6)的位置，并产生用于控制器的信号。
22.根据权利要求1至18中任一所述的横移装置，其特征在于，具有位置反馈单元，其包括有具有发光二极管(31)的电子板(26)以及具有沿着轴线面对面设置在壁元件(5)外部的光感应元件(32)的另一个电子板(30)；其还包括有具有连续狭缝并连接到所述移动元件(6)的光断续器(33)，作为编码器提供光线交替中断以检测所述移动元件(6)的位置，进而产生用于控制器的信号。
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