CN101154876A - 线性电动机装置及搭载了该线性电动机装置的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减轻吸引力变动引起的推力不均匀的线性电动机装置。该线性电动机装置具有线性电动机(1)、和控制该线性电动机(1)的控制部(30)。线性电动机(1)具有磁铁部件(2)和线圈部件(3)，上述磁铁部件(2)由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件(3)配置在该磁铁部件(2)的与上述轴方向垂直的一侧、磁铁部件(2)相对地沿轴方向自由移动。控制部(30)控制对线圈部件(3)的通电，使磁铁部件(2)和线圈部件(3)中的移动侧部件在磁铁部件(2)的磁极N、S的间距p之间的一部分使用范围L内往复移动。

Description

线性电动机装置及搭载了该线性电动机装置的机床
技术领域
本发明涉及线性电动机装置及搭载了该线性电动机装置的冲压机等机床。
背景技术
以往，作为线性电动机，提出过具备由N极和S极交错排列的圆轴状永久磁铁构成的磁铁部件、和将围绕该磁铁部件的周围的多个线圈沿轴方向排列的线圈部件的方案(例如专利文献1)。
上述专利文献1所公开的线性电动机在OA机械等中为用于取代旋转型电动机与滚珠丝杠的组合的装置，但如果在冲压机等进行直线运动的机床中也使用线性电动机，则具有结构简单、可控制性好的优点。
但是，线性电动机在直线运动中，移动路径中在磁铁部件外周存在磁性体时，产生通过磁铁部件的磁极的周期性的吸引力的变动，产生推力不均匀。上述磁性体是为了防止磁铁部件落下等目的设置的。在使用线性电动机作为冲压机等机床的驱动源时，上述吸引力变动，构成工件与工具或者模具之间的接触速度的变动，该变动作为冲压切断面或切削加工面等的加工质量表现，引起加工质量降低。
【专利文献1】日本特开平10-313566号公报
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能够减轻吸引力变动引起的推力不均匀的线性电动机装置。本发明的另一个目的是要提供一种用线性电动机作为驱动源以简化结构、能够降低吸引力变动引起的加工质量的降低的冲压机等机床。
本发明的线性电动机装置具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部；上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。另外，这里所说的“一部分”不是说整个，可以是例如磁铁部件的磁极间的大部分范围。如果采用这种结构，由于通过控制部控制对上述线圈部件的通电，使磁铁部件和线圈部件中的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动，因此使线性电动机在吸引力变化不大的范围内往复运动。因此减轻了吸引力变动引起的推力的不均匀。
本发明的机床为具有对工件实施加工的加工单元、和使该加工单元往复运动的驱动单元的机床，上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部；上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。如果采用这种结构，由于使加工单元往复运动的驱动单元中使用了线性电动机，因此与使用旋转型电动机的结构不同，不需要将旋转变换成往复运动的机构，结构简单。并且，线性电动机由上述控制部控制，在吸引力变化不大的范围内往复引动。因此，能够减轻吸引力变动引起的推力的不均匀，能够避免吸引力变动引起的加工质量的降低，能够提高加工质量。
上述机床可以是冲压机。即，本发明的冲压机为具有对板材实施孔加工或成型加工等加工的冲压加工单元、和驱动该冲压加工单元的驱动单元的冲压机；上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部，上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述冲压加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。如果采用这种结构，由于在使冲压加工单元往复运动的驱动装置中使用了线性电动机，因此与使用旋转型电动机的结构不同，不需要将旋转变换成往复运动的机构，结构简单。并且，线性电动机由上述控制部控制，在吸引力变化不大的范围内往复引动。因此，能够减轻吸引力变动引起的推力的不均匀，能够避免伴随吸引力变动产生的加工质量的降低，能够提高加工质量。
由于本发明的线性电动机装置具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部；上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动，因此能够减轻吸引力变动引起的推力的不均匀。
本发明的机床为具有对工件实施加工的加工单元、和使该加工单元往复运动的驱动单元的机床；上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部，上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动，因此能够使用线性电动机作驱动源简化结构，能够减轻吸引力变动引起的加工质量的降低。
由于本发明的冲压机为具有对板材实施孔加工或成型加工等加工的冲压加工单元、和驱动该冲压加工单元的驱动单元的冲压机；上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部，上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述冲压加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动，因此能够减轻吸引力变动引起的加工质量的降低。
附图说明
图1表示本发明的一个实施方式的线性电动机装置的概念结构的方框图；
图2是本发明的线性电动机的具体例的纵剖面图；
图3是本发明的线性电动机的线圈部件的分解透视图；
图4是具有本发明的线性电动机的磁性体的情况下的推力变动的说明图；
图5是作为搭载了本发明的一个实施方式的线性电动机装置的机床的冲压机的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的一个实施方式。该线性电动机装置具有线性电动机1和控制该线性电动机1的控制部30。
线性电动机1具有磁铁部件2和线圈部件3，上述磁铁部件2由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件3相对于该磁铁部件2配置在与上述轴方向垂直的一侧、上述磁铁部件2相对地沿轴方向自由移动。磁铁部件2和线圈部件3可以将任何一个作为移动侧部件，但本实施方式中将磁铁部件2作为移动侧部件，将线圈部件3作为固定侧部件。磁铁部件2为圆棒状部件，如图1中箭头a所示在相邻的磁极N、S之间产生磁通a。线圈部件3采用沿轴方向排列包围磁铁部件2的周围的多个圆筒状线圈6的线圈部件的结构。各线圈6并联连接。
线圈部件3在例如其一端设置受磁铁部件2的磁性吸引力作用的磁性体13。磁性体13为例如当停止对线圈部件3通电时防止磁铁部件2落下或保持位置等而设置的。
控制部30控制对线圈部件3的线圈6的通电，使磁铁部件2相对于线圈部件3在磁铁部件2的磁极N、S的间距p之间的一部分使用范围L内往复移动。控制部30由电力控制部32、控制信号生成部31和数据变换电路33构成，上述电力控制部32输出使线圈部件3的各线圈6励磁的驱动电流，上述控制信号生成部31对该电力控制部32输出控制信号，上述控制信号进行驱动电流的输出状态与停止状态的切换以及电流方向的切换，上述数据变换电路33对检测磁铁部件2的进退位置的位置检测器34的信号进行变化，输入给控制信号生成部31。
电力控制部32输出3相交流电流等作为上述驱动电流，具有将3相工业交流电源变换成规定的频率输出的倒相电路等。当维持电力控制部32的驱动电流的输出时，线性电动机1依靠线圈6的励磁使磁铁部件2向一定的方向持续移动。
位置检测器34由沿磁铁部件2的轴方向延伸的直线检测元件(linear scale)35和读出该直线检测元件35的检测头36构成。直线检测元件35通过比例尺安装部件37安装到磁铁部件2上。直线检测元件35通过检测头安装部件38安装到固定有线圈部件3的部件或线圈部件3上。在本实施方式中，检测头安装部件38安装在引导后述的图5的冲压机的冲锤49的冲锤引导部件50上。数据变换电路33将位置检测器34的检测头36的输出变换成控制信号生成部31能够处理的位置信号。例如，在位置检测器34为从检测头36输出相当于移动量的脉冲的增量式检测器的情况下，数据变换电路33将输出变换成数字值的位置数据。在位置检测器34的输出为控制信号生成部31能够直接处理的形式的输出时，不需要数据变换电路33。
控制信号生成部31具有如下功能：设定磁铁部件2的磁极N、S的间距p的一部分构成规定的使用范围L，监视从位置检测器34获得的磁铁部件2的位置，控制磁铁部件2往复运动时不超出上述规定的移动范围。该功能为例如当磁铁部件2的位置到达上述规定的使用范围L的一端时，输出改变电力控制部32的电流的方向的控制信号，使磁铁部件2的移动方向相反。规定的使用范围L可以任意设定。除此之外，控制信号生成部31还根据该线性电动机装置的外部控制装置(图中没有表示)——例如搭载了该线性电动机装置的机床的控制装置的输出对电力控制部32输出开始或停止提供电流的控制信号。例如，控制信号生成部31根据上述外部控制单元的输出进行使磁铁部件2在使用范围L中的另一部分范围内往复动作的控制，并且在防止磁铁部件2落下或保持位置等时，输出控制信号，使磁铁部件2超出上述使用范围L移动到与吸引力平衡的位置。另外，控制信号生成部31也可以是这样的单元：在往复运动模式中只进行不超出上述使用范围L的控制，往复运动的运动范围由上述外部控制单元确定；并且根据上述外部控制单元给出的解除上述往复运动模式的指令，由上述外部控制装置允许超出上述使用范围的移动。
图2、图3表示线性电动机1的具体例。磁铁部件2为在圆棒状的永久磁铁构成的磁铁部件主体2a的两端安装了滑动体4、5的部件。
线圈部件3将上述多个线圈6收容在共同的圆筒状的线圈壳体7内，在线圈壳体7的两端安装盖8、9构成线圈部件3。各线圈6之间设置有环形散热板11。在线圈6并排的两端也配置有散热板11。这些散热板11与线圈壳体7的内周面接触。各线圈6位于彼此共同的圆筒状的绕线骨架10的外周。多个线圈6在线圈壳体7内与散热板11一起成型，变成一个整体。连接多个线圈6的布线14(参照图3)从线圈壳体7上设置的连线用开口15引出到外部。
如图2所示，在安装于线圈壳体7两端的盖8、9的内周设置有圆筒状的套筒12，作为滑动自由地嵌合在安装于磁铁部件2两端的滑动体4、5上的滑动轴承。盖8、9加工成内周面带阶梯的圆筒状，滑动体4、5加工成外周面带阶梯的轴状，上述套筒12设置在盖8、9的大直径侧的内周面上。由上述套筒12保持允许磁铁部件2与线圈部件3相对移动的微小的间隙。即，在线圈6的绕线骨架10的内周面与磁铁部件2的外周面之间，以及安装在磁铁部件2两端的滑动体4、5的小直径部4a、5a的外周面与盖8、9的小直径侧的内周面8a、9a之间，保持用于轴方向移动的微小的间隙。另外，不一定要在线性电动机上设置保持磁铁部件2与线圈部件3之间的间隙的单元，也可以在使用该线性电动机的机器上设置保持上述间隙的部件。
在线圈部件3的线圈6并排的端部设置有受磁铁部件2的磁性吸引力的作用、阻止磁铁部件2落下的磁性体13。磁性体13的形状为内径转动配合在磁铁部件2外周的环状，由铁或其他的强磁性体构成。在本实施方式中，磁性体13设置成埋入上侧的盖8内周面中的状态。磁性体13在轴方向上的位置为例如即使磁铁部件2相对于线圈部件3移动，磁性体13也一直位于磁铁部件2周围的位置。
在线圈壳体7的外周设置有强制冷却部件16。强制冷却部件16由沿圆周方向隔开相等的间隔配置分别沿轴方向延伸的多根冷却管17构成。各冷却管17的两端分别与线圈壳体7两端的盖8、9内设置的环形汇流通道20、21连通。这些汇流通道20、21与冷却液循环装置(图中没有表示)连接。
如果采用这种结构的线性电动机装置，由控制部30控制线圈6的通电方向，使移动侧部件即磁铁部件2在该磁铁部件2的磁极N、S间距p的一部分使用范围L内往复移动。即，控制部30的控制信号生成部31监视位置检测器34的输出，在往复运动时输出控制信号使磁铁部件2在使用范围L内移动；在防止落下或保持位置等时输出控制信号使磁铁部件2移动到磁性体13与磁铁部件2的吸引力平衡的位置。
这样一来，由于使磁铁部件2在磁极N、S间距p的一部分使用范围L内往复移动，因此不管是否有受磁铁部件2的磁力影响的磁性体13，都使线性电动机1的磁铁部件2在吸引力变化不大的范围内往复移动，因此减轻了吸引力变化引起的推力的不均匀。
下面结合图4说明该不均匀的减轻。在没有磁性体13的情况下，成为线性电动机1的推力的吸引力如图4(C)所示不管磁铁部件2的进退位置如何都是固定的。但是，当存在磁性体13时，如图4(B)所示，作用有磁性体13与磁铁部件2之间的吸引力，根据该磁铁部件2位置的不同，该吸引力以该磁极间距p为周期变动。因此，存在磁性体13时，成为线性电动机1的推力的吸引力为加上了图4(C)、(B)的力的值，如图4(D)所示为以磁极间距p为周期变动的值。该吸引力的变动在磁性体13位于磁极附近时变大。因此，通过将使用范围L设定在磁极间距p的中间吸引力变动比较小的范围内，在该使用范围L内进退驱动磁铁部件2，减轻吸引力变动引起的线性电动机1推力的不均匀。使用范围L只要适当设定就可以了。
图5表示作为使用了线性电动机作为驱动源的搭载了线性电动机的机床的一例的冲压机。该冲压机为在机架41的下部设置工具支持体42、43和工件输送机构44，在机架41的上部设置由图1的实施方式的线性电动机1和控制部30构成的线性电动机装置作为使冲压加工单元45往复动作的驱动单元的冲压机。
工具支持体42、43由同心设置的上下转台(turret)构成，在上下工具支持体42、43的圆周方向的多个地方分别安装有作为冲模和阴模的工具。这些冲模和阴模通过工具支持体42、43旋转分度到规定的冲压位置P。工件输送机构44为用工件夹具47夹持板材工件W的边缘，使工件W在工作台48上前后左右移动的机构。
冲压加工单元45为用冲锤引导部件50升降自由地支持使分度到工具支持体42的冲压位置P上的冲模升降的冲锤49，通过线性电动机1升降驱动冲锤49的装置。线性电动机1将其线圈部件3固定在机架41上，磁铁部件2结合到作为可动部的冲锤49上。
采用本结构的冲压机时，由于使用线性电动机1作为冲压加工单元45的驱动单元，因此与使用旋转型电动机的情况相比，不需要将旋转变换成冲锤49的直线运动的机构，冲压加工单元45的零部件数量少、结构简单。并且，与使用油压缸作为冲压加工的驱动单元的冲压机相比，不需要油压部件，结构简单。而且线性电动机1位置精度优良，能够进行加工质量、精度好的加工。
并且，如上所述，本实施方式的冲压机使用的线性电动机1通过控制部30进行控制，使磁铁部件2在磁极N、S的间距p的一部分使用范围L往复移动，使磁铁部件2在吸引力变化不大的范围内往复移动。因此，减轻了吸引力变动引起的推力的不均匀，减轻了吸引力变动引起的冲压加工质量的降低。
另外，本发明的线性电动机装置并不局限于线圈部件3环绕磁铁部件2的环形形状，也可以是例如将磁铁部件2与线圈部件平行配置的装置。并且，本发明的搭载了线性电动机的机床并不局限于冲压机，在具备对工件实施加工的加工单元、和使该加工单元往复运动的驱动单元的一般的机床中，也可以在上述驱动单元中使用本发明的线性电动机装置。而且，本发明的线性电动机装置并不局限在用于机床，可以作为各种机器的驱动源使用。

Claims (3)

1.一种线性电动机装置，具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部；上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。
2.一种搭载了线性电动机的机床，具有对工件实施加工的加工单元、和使该加工单元往复运动的驱动单元；上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部，上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。
3.一种搭载了线性电动机的冲压机，具有对板材实施孔加工或成型加工等加工的冲压加工单元、和驱动该冲压加工单元的驱动单元；上述驱动单元具有线性电动机和控制该线性电动机的控制部，上述线性电动机具有磁铁部件和线圈部件，上述磁铁部件由N极和S极沿轴方向交错排列的永久磁铁构成，上述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、且上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动；上述控制部控制对上述线圈部件的通电，使上述磁铁部件和线圈部件中的、结合在上述冲压加工单元上的移动侧部件在磁铁部件的一部分磁极间往复移动。
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