(57)【要約】  本発明は製紙産業などで用いられる線形トラバースキャリッジに関し、空隙誘導モチベーターを組み込んで電力供給とトラバース機構の間の全ての機械装置を除去する。  特に、本発明は電気固定子巻線を有する誘導型線形モーターと、装置のトラバース長全体に渡って伸びる導電プラテンと、導電プラテンに取り付けられた強磁性体と、固定子巻線と導電プラテンとの間の空隙を維持し装置を支持するための支持手段と、前記装置を駆動するためのユーザーに選択されたフィードフォワード速度マップと、ユーザーに選択されたフィードフォワード速度マップに従って装置の動きを制御するコントローラとを備える線形トラバース装置に関する。
2009527214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形トラバース装置であって、
電気固定子巻線を有する誘導型線形モーターと、
前記装置のトラバース長全体に渡って伸びる導電プラテンと、
前記導電プラテンに取り付けられた強磁性体と、
前記固定子巻線と前記導電プラテンとの間の空隙を維持し、前記装置を支持するための支持手段と、
前記装置を駆動するためのユーザーに選択されたフィードフォワード速度マップと、
前記ユーザーに選択されたフィードフォワード速度マップに従って前記装置の動きを制御するコントローラとを備えることを特徴とする線形トラバース装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記装置の動きのためのＰＩＤ制御アルゴリズムであることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項３】
前記装置の速度は制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項４】
前記装置の動きの方向は制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項５】
前記装置の場所は前記ユーザーに選択されたフィードフォワード速度マップによって前記固定子巻線の過剰加温を最小化するように定められることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項６】
前記固定子巻線は、ユーザーに選択されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ＡＣ電力信号で動作することを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項７】
前記導電プラテンは前記トラバース長全体に渡って連続的な電気路を備えることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項８】
前記導電プラテンは高い電気伝導度を有することを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項９】
前記導電プラテンは横断方向に起こる磁界を最大化する形状であることを特徴とする請求項１に記載の線形トラバース装置。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ ＡＣ電力信号は、リアルタイムのシステム磁気共鳴周波数の選択された共鳴調波であることを特徴とする請求項６に記載の線形トラバース装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は線形トラバース機構および製紙産業などで用いられる機構に関する。その装置は空隙誘導モチベーターを備え、それによって電力供給とトラバース機構の間の全ての機械構成部品を除去する。本発明は線形トラバース機構を駆動するリニアサーボモータ、およびその装置の運動を制御するプログラムに関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
一軸トラバース機構は、例えば製紙、不織布製造、鉄鋼圧延、他の多数のシート型材料を製造する工程などの処理中の繊維を横切ってプロセスアプリケーションや測定装置を搬送する支持構造物内部に構築される。製紙の工程においては、繊維を横断するトラバース装置が、製紙装置のプレス部及び／又は乾燥部を通る紙シートの搬送に用いられるサーペンタインベルト材料を掃除するための高圧水噴出口を運ぶ。Ｐｒｏ−Ｊｅｔ、Ｓｃａｎ−Ｊｅｔ、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｊｅｔ、Ａｃｃ−Ｊｅｔ、ＲＯＢＯ−Ｊｅｔのトレードネームの製品はこれらのタイプの装置の一例である。
【０００３】
参照によりその開示がここに組み込まれるＣａｒｔｅｎｓｅｎに与えられた米国特許No. 5,852,949は、このタイプの装置の可動部分を、支持構造体の援助を得て縦方向に駆動させる方法に関する。特許’９４９は製紙装置の全長を横切って装置を支持するためのセグメント化されたスクリュートラバース機構を備える線形トラバース器具に関する。しかしながら、このシステムにおいては、典型的には、主ねじの回転の縦軸と棒や溝により平行に固定される他の装置または道具との機械的接触によってスパニングナットの回転が抑制されている。これは、機械部品のメンテナンスと、厳しい環境での損耗によるそれらの頻繁な交換の両方を要求する。
【０００４】
これらの装置では、繊維の運動とトラバース要素の運動が調整された状態を維持するように、運動又は速度及び方向を制御することも重要である。製紙技術においては、紙繊維を再度濡らすため、あるいはシートが通過した後に繊維やワイヤーを掃除し調子を整えるため、あるいは動作中にロールやモールドの掃除を行うために、シャワーが用いられる。そのようなシャワーはこの目的を達成するために、典型的には繊維又はロールの上の機械の流れ方向を横切る方向にわたるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような性質の装置は、繊維の幅に及ぶ台車と行路を有する筐体によって支持されるシャワーヘッド機構の使用を含む米国特許No.4,701,242に開示される。その台車はモーターによって行路に沿って動き、そして筐体を通じて伸びるシャワーヘッドはその台車に沿って運ばれる。この装置の欠点は、システム全体が機械的に駆動させられるためそれによって効率と稼働のすばやさの両方を欠く点である。
【０００６】
繊維を横切って水噴出口を動かすための他の機構は、例えば米国特許No.4,598,238に開示されるように、シャワーが支持されその動きが調整されるねじの配置と振動するボールを使用するものを含む。
【０００７】
これらの装置は満足を与えるものであるものの、水噴出口を動かし支持するためのより単純化された機構を供給し、さらに効率がよく、いかなるタイプの機械部品のメンテナンスも損耗も裂傷も回避できることがさらに望ましい。これは特に水噴出口が製紙装置の長手方向をトラバースするような状況において正しい。
【０００８】
これらの装置内に機械的に要素を配置するより一般的な方法は、鎖およびスプロケット、ラックとピニオン・ギア、ねじ付シャフトとフォロワナット、ケーブルと駆動プーリー、空気又は水圧のピストン／シリンダーを扱うものである。これらの方法の全ては電気的エネルギーを機械的な動きへと変換する。これは電気モーターの回転力を、動く要素の双方向線形運動へと変換するが、多数の機械部品を要するため故障しやすい傾向がある。環境条件が高熱および湿気および化学物質などによりさらに厳しくなると、このタイプの装置はより故障しやすくなる。この発明は、電源と可動要素の双方向線形運動との間の機械装置の除去のための解決策を開示する。
【０００９】
本発明は上述した先行技術の欠点を克服した線形トラバースキャリッジに関する。本発明は、水や回転ナイフあるいは繊維を切断するための通常のナイフを用いた製紙装置におけるウェットエンドとドライエンドの末端切断機として応用でき、トラバースダストドクターにも応用でき、ロール表面の特定の領域を掃除するために制御される短い刃を用いるトラバースドクターシステムに応用でき、例えばヤンキー表面のコーティング膜厚測定のためのトラバース測定システムに応用でき、最大幅で形成される代わりにベルトのロール表面を横切る短いブラシと共に用いられる乾燥機への応用のためのトラバースブラシドクターに応用でき、又はリールが上を向く装置のためのトラバースシートカッターに応用が出来る。他のアプリケーションとしては、化学スプレー用途、繊維検出器具、材料の末端切断および他の速度プロファイルが＞１０００：１であることを要求する製紙装置を横切った遮るもののない動きを要する仕事などが含まれる。
【００１０】
この中に開示される駆動部は、その設計で組み込まれた線形行路に搭載されたモーター、およびモーター誘起の界磁電流の反応性モチベーターとしての誘導板中の薄板状の導体を制御する。反応性磁力はフォロワローラーが支持したキャリッジの制御された動き可能とする。位置調整は、０．０００３インチより良好な解像度の変換機が搭載されたキャリッジによって保証される。アプリケーションは、トラバースモーターの一部でもあるキャリッジ搭載板の上に載せられる。
【００１１】
本発明は特に、線形シャワー、又はトラバースモーター、又はトラバースビームシャワー、又は機器キャリアの動きの制御に応用できる。これらの装置は例えば以下のさまざまな異なるアプリケーションに用いることができる。
・高圧の水でそれを噴射する際に前後に振動することによって製紙装置を通して紙を搬送するサーペンタイン繊維を掃除するシャワー。
・製造プロセス出力をモニターする間に前後に振動するために用いられることもできる（キャリッジに搭載された）一点機器キャリア。
・機械全体の幅を動くことができる、一つのソースで（機械横断方向の）繊維の幅全体を処理するように設計されたトラバース（一点）シャワー。
・１の共通誘導レールを横断する複数のモーター／キャリッジを備える、二重、三重、四重のクインストラバースビーム。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は製紙産業などで用いるための線形トラバース装置に関する。装置は空隙誘導モチベーターを備え、それによって電力供給とトラバース機構の間の全ての機械構成部品を除去する。
【００１３】
この発明の目的は、繊維の運動とトラバース要素の運動が調整された状態を維持するように、線形トラバースキャリッジの動く要素あるいは線形トラバースキャリッジを走らせる線形モーターの運動又は速度および方向を制御することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、固定子巻線の過熱および運動する要素の駆動に用いられる電流値を最小化することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、望ましくない過熱につながるモチベーター又は電気固定子巻線の巻線に供給される余分の電流を回避することである。  
【００１６】
本発明の更なる目的は、機械部品のメンテナンス及び厳しい環境による損耗によるそれらの頻繁な交換を削除することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の一側面に従って空隙誘導モーター５０を備える線形トラバース装置１００の水平断面図である。図１は、以後「要素」と称するローリング型キャリッジ２に搭載された誘導モーター５０内に設けられた平坦電気固定子巻線１（以後モチベーターと称する）を示す。Ｖ溝型ローラー３はキャリッジ２に搭載され、固定子の巻線１の主要な区画の内部溝構造の外面５と、線形トラバース装置のトラバース長全体に渡って伸び明確な形状を有し周知のある材料からなる導電プラテン６との間の明確な非接触の空隙４を維持する。導電プラテン６は、同様に線形トラバース装置のトラバース長全体に渡って伸び明確な形状を有し周知のある材料組成からなる強磁性プラテン７に取り付けられる。
【００１８】
交流電流（ＡＣ）が誘導モーター５０の固定子巻線１へ印加されると、その結果として固定子巻線１によって生成される交流磁界が、プラテン６に取り付けられた導体内に電流を誘導する。この導電プラテン６へ誘導された電流は、巻線１によって生成される第１の磁界と反応する固有の第２の磁界を生成する。プラテン６のアセンブリは機械的グラウンドと考えられ、プラテン６と巻線１の間の反発力は要素２の移動を引き起こす。固定子巻線１への電気供給のパルス幅、電圧、電流、フェーズアングルを制御することにより、方向制御、速度、可動要素２の力が可能となる。
【００１９】
非常に高い線形速度は容易に得られるが（１６０００＋ｉｎｃｈ／ｍｉｎ）、低速でこの誘導キャリッジを制御することは高分解能の電力操作を要求する。このことは、これらの低速における運動考察の大きな可変力部分である、極めて変わりやすいクーロントルク値を低減するためには不要なエネルギーをその場へ供給する結果となる。固定子巻線の加熱を最小化するために電流又はアンペア数の値は最小値でなければならない。巻線へのいかなる余分の電流供給もモチベーターの望ましくない加熱につながる。
【００２０】
アプリケーションに必要な実際の力と比較してそのような高い原動力の可変の外力の効果を理解することは、本発明の重要な特徴である低速での一定の速度のために要求される制御アルゴリズムの正しい評価をもたらす。
【００２１】
典型的なアプリケーションでは、低速とは定格速度における（ポールピッチ）／（ポール数）×シンクロナス周期の１００分の１未満であるとされている。しかしながらもし外力が十分大きければこの最小値の考察は高くなる。
【００２２】
そのような装置を速度ループで稼働させることは高速トルク調整装置を要し、一定の相対速度を提供するが、しかしながら累進的および積分および微分（ＰＩＤ）制御は速度フィードバックに依存するため一定の置換速度とはならない。換言すれば、エラーは積算器が補正を行う前に起こるはずである。そのような補正が行われる際には、所望の設定点空間と時間のコンポーネントおよび従って目標とされたアプリケーションとの連携は維持されない。そのような装置をトルクループで稼動させることは力を制御し得るが、しかしながら外力が速度変更を行うときには一定速度での稼働はせず理想的ではない。本発明は上述したこれらの制御のタイプと関連する全ての問題に解決策を与える。
【００２３】
本発明の一つの実施形態は、上述した装置１００の運動を制御する制御プログラム２００である。これは図２に示すように位置を目標としたフィードフォワードＰＩＤ制御アルゴリズム２００によって達成される。ユーザーはプロセス情報、および所望の動作プロファイル、および使用者が望む作用の力にもとづいてアプリケーションのための所望の速度設定点６０を選択する。時間と空間のフィードフォワードマップ１０は、フォードフォワード速度マップ１０ともよばれ、入力された情報に基づいてコントローラ内で演算される。モチベーター５０はこのマップ化された変位対時間設定点６０の条件を満足させるために稼働させられる。キャリッジが取り付けられた位置変換機８情報はマップ１０と比較され、プロセス出力は２値を比較するサーボアナライザー７０から受けた信号を経由した位置ループ２０ＰＩＤの方法で制御される。サーボアナライザー７０は順に、絶えずモータ５０内の電流を監視するモータ電流特徴分析（ＭＣＳＡ）から信号を受ける。これは実際に達する速度が、ユーザーの望むマップ化された設定点速度と一致することを確保する。
【００２４】
キャリア周波数が増大し及び／又はＰＩＤの訂正のレートが増加すると、低速における滑らかで一貫性のある運動のためにシステムωη３０積分の高い値が要求される。二乗平均平方根（ＲＭＳ）電流フローもまた、ＰＩＤエラーの訂正と相互応答して増加する。これは例えば固定子巻線の過熱などの望ましくない効果を引き起こす。稼働の訂正フェーズ中の電流印加の量を最小化するために、モチベーターの磁気共鳴特性の共鳴調波あるいは、オクタバルルートあるいは、同じ基板のいずれかのパルス幅変調（ＰＷＭ）周波数４０にこの電流が印加される。換言すれば、キャリアと積分器の周波数を選択するときのモーター自体の幾何学的特性および材料を考慮すると、それは必要なものとなる。モーターの状態（温度、空隙規模、電気抵抗）が変化すると、コントローラはリアルタイムでその変化に呼応して変調周波数を変えなければならない。
【００２５】
よって、ここで開示される線形トラバースキャリッジはトラバース機構を要する様々な装置において用いることができる。そのような装置としては、製紙装置におけるウェットエンドとドライエンドの末端切断機であって水や回転ナイフあるいは繊維を切断するための通常のナイフを用いるもの、トラバースダストドクター、ロール表面の特定の領域を掃除するために制御される短い刃を用いるトラバースドクターシステム、例えばヤンキー表面のコーティング膜厚測定のためのトラバース測定システム、最大幅で形成される代わりにベルトのロール表面を横切る短いブラシと共に用いられる乾燥機への応用のためのトラバースブラシドクター、あるいはリールが上を向く装置のためのトラバースシートカッターが含まれる。
【００２６】
このように、この発明の基本的な新しい特徴については示され、記載され、指摘されたが、当然のことながら本発明の精神を逸脱しない範囲で当業者によって、様々な省略、代用、図示された装置の細部や形態そしてその稼働についての変更が実施される。例えば、それらの要素の全ての組み合わせ及び／又は、同一の効果を達成するための本質的に同等の方法によって本質的に同等の機能を奏する方法は本発明の範囲内であることが特に意図される。さらに、本発明の実施形態やあらゆる開示に関連して示され及び／又は記載された構造及び／又は要素及び／又は方法は、他の形状や実施形態に組み込まれうることが認識されるべきである。従って添付される請求項の範囲によって示されるものに限定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
以下の、それだけに限定されることを意図しない例示によって与えられる詳細な説明は、同種の参照番号は同種の要素や部分を表す添付の図面と共に把握すると理解が高まる。
【図１】本発明の一側面に従った線形トラバース装置の水平断面図である。
【図２】本発明の一側面に従った制御プログラムを示すフローチャートである。    本発明の様々な要素の説明は以下の部分で詳細に議論される。
【図１】
2009527214.tif 000003
【図２】
2009527214.tif 000004
【国際調査報告】
2009527214.tif 000005
2009527214.tif 000006