CN101483365B - 用于转动和平移一轴的驱动组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一可操作以平移和转动一轴的驱动单元，该驱动单元包括：(i)一具有转子(47)的空心电动机(45)，(ii)一流体缸(48)，(iii)用于将轴连至空心电动机(45)的转子(47)上的装置，(iv)允许轴纵向移动与流体缸(48)耦合的装置，以及(iv)将流体缸(48)连接到轴的装置，由此轴可通过空心电动机(45)旋转，通过流体缸(48)纵向移动，且其中，流体缸(48)具有耦合到空心电动机(45)的转子(47)的外壁。

Description

用于转动和平移一轴的驱动组件
本申请属于发明名称为“用于转动和平移一轴的驱动组件”的分案申请，原申请的申请日为2003年8月25日，申请号为03826967.8。
技术领域
本发明涉及用于转动和平移一轴的驱动装置。本发明对驱动注射成型机的挤塑螺杆特别有用。更具体一些，本发明涉及用于转动和往复移动注射成型机的挤塑螺杆的驱动装置，其中，螺杆用空心的电动机转动并用液压活塞往复移动。
本发明的背景
用空心电动机和液压活塞去驱动并转动挤塑螺杆是已知的。不过，没有一个已知的系统建议综合用空心电动机去转动挤塑螺杆，同时用一个液压活塞去沿纵向移动螺杆这两个优点。
授予Stubbe的美国专利NO.4105147描述了一种螺杆式挤出机，它通过齿轮传动用一电动机转动，并且沿纵向通过液压活塞移动。螺杆有一做有花键的轴端，以允许转轴穿过齿轮传动滑动。
授予Fanuc Ltd.的美国专利4895505描述了一种直线电动机，以用于沿直线移动一注射螺杆。直线电动机包括一连串固定在电动机电极上的永久磁铁，它们与供给周围的定子绕组的交流电起作用，产生电枢和安装在电枢上的螺杆轴的直线运动。该专利描述了用空心电动机去直线地移动螺杆轴。
96年7月30日发出的、授予Krauss-Maffei的美国专利5540495描述了一挤出螺杆驱动装置，它包括一用于螺杆的平移运动的第一电动机和一用于转动螺杆的第二电动机。所描述的实施例示出两个空心电动机。用于平移螺杆的滑动装置和用于转动螺杆的驱动装置彼此配合在其中。
授予Reinhart的美国专利NO.5645868描述了一种用于注射单元的驱动设备，它包括一通过三个离合器与螺杆轴接合的空心电动机。一个离合器提供螺杆的旋转，第二个离合器使螺杆向前移动，而第三个离合器则在螺杆向前移动时防止其旋转。不采用液压单元。
授予Jaroschek等人的美国专利NO.5747076描述了一种注射成型机，它采用一液压活塞去协助一驱动齿条和一小齿轮机构的电动机，使螺杆前进。
98年9月8日发出的、授予Fanuc Ltd.的美国专利5804224描述了一种结构，其中，在转子轴上一体地形成一滚动螺杆。与其共轴线地放置的电动机使滚动螺杆转动。
99年4月6日发出的、授予Sumitomo的美国专利5891485描述了一种注射设备，它包括两个空心轴电动机。一个电动机指定用于转动螺杆轴，而另一个电动机则使螺杆轴沿纵向移动。两个电动机的转子都与轴接合。每个转子位于单独的室中。
授予Kestle等人的美国专利NO.6068810描述了一种注射单元，它有一在一活塞中的套筒，使螺杆由于液压的作用而缩回或伸出。一电动机转动该套筒，后者通过花键连至活塞上，从而转动螺杆。电动机安装在套筒的端部上。
授予Shearer等人的美国专利NO.6108587描述了一种注射成型系统，它包括一电动机和一液压活塞，前者用于驱动齿轮，以转动螺杆，而后者则用于平移螺杆。
授予Schad的美国专利NO.6478572描述了一种注射单元，它采用一单独的电动机，以转动挤出螺杆，并对液压蓄能器增压。蓄能器中的增压旨在使挤出螺杆往复。
美国专利NO.6499989描述了一种用于从一模子中取下盘子的装置。在所述的实施例中，一空心电动机用于转动取出轴，而一直线电动机则用于直线地移动该轴。空心电动机通过一齿轮箱驱动轴，该齿轮箱使轴的速度变化。作为另一种方案，专利建议，可以用一气动缸或液压缸去直接地移动轴。在所述的实施例中，直线制动器位于旋转致动器的外面。这就提供了一个比较大而且不太经济的组件。
授予Emoto等人的美国专利NO.6517336和授予Emoto的欧洲专利NO.0967064A1公开了一种注射成型系统，它有一空心电动机，后者转动螺杆轴并且同时使轴借助一与滚动螺杆轴/花键轴单元的连接向前进。一单独的计量电动机转动螺杆，将螺杆装以树脂。旋转运动通过一带和带轮装置提供，后者可独立于空心电动机的转子旋转。空心电动机的转子装在螺杆轴的做有花键的部分上，并且用于转动做有花键的部分，后者又转动一滚动螺杆，以驱动一滚动螺母，从而沿纵向移动轴。
授予Emoto的美国专利6530774描述了一种注射成型系统，它用一电动机和一齿轮系去转动螺杆，并用一空心轴电动机，经由一做有花键的轴连接，通过驱动一滚动螺杆轴去沿纵向移动螺杆。
授予Emoto等人的美国专利申请NO.2002/0168445描述了一种注射系统，它同样包括一计量电动机和一空心轴电动机，以分别转动螺杆和沿纵向移动螺杆。
01年12月12日发行的、授予Krauss-Maffei的欧洲专利申请1162053描述了一种双电动机系统，其中，一个电动机提供螺杆轴的旋转运动，而另一个电动机则提供螺杆轴的平移运动。离合器装置用于使电动机分别操作和一起操作。
86年11月25日发行的、授予Sumitomo的日本专利描述了一种双电动机注射系统，它采用了两个空心电动机和一个滚动螺杆驱动机构和一做有花键的轴。
德国专利NO.10135443公开了用于塑料注射模制机的注射单元，其特点是具有旋转驱动的挤塑螺杆和一电动机，该电动机具有安装在框架上的固定元件以及提供用于将塑料熔化材料注射到模中的直线轴向螺杆运动的输出元件。在该类型的已知注射单元中，电动机的输出元件位于驱动元件和螺杆之间的传动系中。电动机可以是直线或者旋转类型的，其中旋转类型的旋转运动可转化为输出元件的直线运动。在两种情况中，能通过输出元件施加的力都是有限的。
PCT专利申请WO03/046388等公开了具有外壳(1a)的致动器(1)，该外壳容纳一具有穿孔(7)的驱动轴(2)，该驱动轴穿过一系列的孔作为可致动的汽缸(3)，至少一个活塞(4)位于在所述穿孔内轴向延伸的活塞轴(5)的中间，所述至少一个活塞和活塞轴与所述驱动轴一起旋转。根据已知的现有技术，该发明的主要目的是根据以上的叙述提供一改进的致动器，其能消除所描述的缺点，且允许所述活塞轴在轴向上精确和稳定的定位。该发明的致动器作为用于该对象的一个技术方案，其特征是通过致动所述汽缸，所述至少一个活塞和所述活塞轴在所述穿孔中前后向移动。这允许所述活塞轴相对于驱动轴准确定位，使致动器在各种操作条件都能准确操作。
虽然这些参考文献描述了许多用于注射成型机的螺杆的电力和液压驱动系统的组合，但是它们没有描述一个将下列独特的优点综合起来的系统，即用空心电动机更好地控制螺杆的定位，由液压注射单元提供高注射功率。本发明提供一紧凑的单元，它同时具有电力和液压驱动系统的独特的优点。
本发明的概况
本发明提供一可操作以平移和转动一轴的驱动单元，该单元包括：(i)一具有转子(47)的空心电动机(45)，(ii)一流体缸(48)，(iii)用于将所述轴连至所述空心电动机(45)的所述转子(47)上的装置，(iv)允许所述轴纵向移动与所述流体缸(48)耦合的装置，以及(iv)将所述流体缸(48)连接到所述轴的装置，由此所述轴可通过所述空心电动机(45)来旋转，并通过所述流体缸(48)来纵向移动，其中，所述流体缸(48)具有耦合到所述空心电动机(45)的所述转子(47)的外壁。
按照本发明的一个大概的方面，驱动单元是用于注射成型机的注射单元的一部分，它有转动注射螺杆的空心电动机和往复移动螺杆的液压活塞。
附图的简要说明
图1为按照本发明的基本驱动单元的剖视示意图；
图2为用于注射成型机的驱动单元的一个优选的实施例的侧面剖视图，其中，驱动单元处于伸出的位置；
图2A为用于图2所示的驱动单元的活塞头的剖视图；
图2B为一局部剖视图，它示出通向图2所示的驱动单元的活塞的液压供应通路；
图2C为活塞与花键插件的一部分的剖视图；
图2D为同步带与编码器的剖视图；
图3为用于注射成型机的驱动单元的优选实施例的侧面剖视图，其中，驱动单元处于缩回位置；
图4为优选的驱动单元的活塞与花键插件的透视图；
图5为本发明的另一实施例的剖视示意图；
图6A和6B为本发明的另一实施例的剖视图，它具有包围空心电动机的驱动缸；
图7为本发明的又一实施例的侧面剖视图；
图7A为图7所示的实施例沿剖面线7A-7A的剖视图。
优选的实施例的详细说明
图1用一简单的形式示出本发明。如图1所示，一空心轴电动机45有壳体61、一定子46和一转子47。所示定子46安装在壳体61的壁上。转子46固定在缸48上。缸48有一在其内表面上形成的花键部分49。一配合在缸48上的插入件可以代替花键部分49。花键部分49与活塞50上的花键62(示出一个)啮合。与活塞50做成一体或固定在其上的轴(未示出)经由转子47与活塞到之间的相互连接用电动机45转动。
固定在活塞到上的轴通过经过缸48的壁上的孔51和52向活塞50的头部的任一侧供应的流体压力沿纵向移动。当将驱动单元用在注机型机中时，流体可以是液压油或水基石墨溶液。活塞50在花键部分49上滑动，并在由减摩坏53a和流体密封53b提供的轴承中旋转。整个转子47、缸48和活塞到的组件可旋转地支承在轴承63和64中并沿轴向位于其中。
虽然图1示出了本发明的基本示意图，但是，专家们能够对按照本发明的可以接受的驱动单元的结构作出必要的少量的改进。例如，可以提供不同于花键轴的装置，以允许轴滑动，同时又保持轴可以旋转。也可以用单个的沿一键槽滑动的键。
现在参考用于注射成型机的挤塑螺杆描述驱动单元。本发明特别适合于用在这样的系统中，其中，需要转动螺杆，以熔化注射材料，并且以足够大的驱动力沿纵向移动螺杆，以将材料注射入模子中。
参看图2和3，一螺杆4位于一圆筒2中，并可在其中旋转并沿轴向移动。注射材料如塑料颗粒经过开口4送入螺杆1中。圆筒2安装在注射座3中，并用一圆筒保持板5保持在应有的位置上。槽6设计成去接纳一工具，以将螺杆1保持在适当的位置上，而活塞23则被转动，以在做有螺纹的接头29处从螺杆1上拧下活塞23。活塞挡块7设计成在活塞23从螺杆1上缩回时防止工具旋转，并确定活塞23的完全伸出的位置。提供这一装置是为了在必要时能取下并更换螺杆10
活塞23的前面部分通过活塞环45与缸壁18接触。在螺杆1前进或缩回时，活塞23沿轴向沿壁18移动。花键齿17在花键插件15中滑动，以使活塞23能沿纵向移动。
空心电动机30转动活塞23，从而转动螺杆1，后者固定在活塞23上。接线盒8通过电线通道9向电动机30提供动力。定子12被通电，以转动转子16。电动机30最好有一永久磁铁转子，不过，也可以用任何空心电动机去转动活塞23和螺杆1。转子16用冷缩配合在缸壁18上。转子16可以用任何其它方式固定在壁18上，只要转子16和壁18能作为一个单元移动。花键插件15用螺钉44连在缸壁18上。花键插件15在活塞23的外壁上与花键齿17啮合(在图4中最清楚地示出)。这样，当转子16旋转时，缸壁18与活塞23也旋转，因而在缸壁18与活塞23之间没有相对的旋转运动。
在电动机壳体11上设置冷却通道10，以使电动机30冷却。
活塞头24通过螺钉31固定在活塞23的后端上，并且在区域32和33之间包括许多通道孔37(见图2A和4)。这使活塞23有最小的厚度。活塞头24旋转并借助活塞45a在缸壁22上滑动。液压液如液压油经过后座26中的液压液通道55供至区域32和33并朝前推动活塞23和螺杆1，以将材料注射入模子中。
活塞23和所固定的螺杆1借助螺杆1的头部的材料的增加按本技术中已知的方式缩回。为了防止熔液中的空洞，一低压经过区域32作用在活塞23的镗孔侧。在花键插件15中做有槽38(见图2C)，以保证区域34和35之间的流体连通。
缸壁18支承在滚动轴承座圈13和14上，以有利于组件用最小的摩擦损失旋转。滚动轴承座圈13支承在端部件41上，而滚动轴承座圈14则由环89支承。
定位销钉27从电动机壳体11伸入端件41和缸环36中。销钉27防止端件41和缸环36有任何由于旋转压力而相对于电动机定子12旋转的趋势，而该旋转压力是由转子16和活塞23的旋转产生的。
定位销钉28从后座26伸入缸壁22中，以防止缸壁有任何响应活塞头24的旋转而旋转的趋势。
缸壁22与缸环36和后座26作有密封的接合。由于这些密封只受径向应力，它们不太可能比同时受到径向和轴向应力的密封易泄漏或破裂。
杆19从后座26伸至圆筒保持板5和座3，以将整个驱动组件一起夹紧。
Temposonic杆20固定在后座26上并经过一个开口伸入活塞头24中。活塞头24上的磁性组件21响应活塞头24的移动经过杆20发出一信号，后者用熟悉注射成型技术的人十分理解的方式指出活塞头24因而是螺杆1的位置。
螺杆1的转速和位置借助一同步带39和编码器40用熟悉伺服电机控制的人十分理解的方式确定。
在操作时，区域32通过口25被加压。它推动活塞23和所附的注射螺杆1向前移动。在螺杆1前面的塑料被注入模型腔中。在注射结束时，区域32短时间保持较低的压力。以后，区域32就去掉压力，并对区域35加压，以使螺杆缩回一短距离。空心电动机30接通，转动活塞23和所附的螺杆1，以熔化通过开口4供至螺杆1的塑料颗粒。在此期间，在区域32中可能需要保持较低的压力，以防止在熔液中形成空洞和气泡。当螺杆1缩回至预定的位置时，电动机30就停止。可能产生螺杆1的进一步缩回，以释放熔液压力。在螺杆1完全缩回以后，就开始下一个注射循环，并且重复注射步骤，向模型腔提供熔液。
图5示意地示出本发明的另一实施例。在此实施例中，转子54牢固地固定在活塞55上，并且有一至少同将活塞55的行程长度和定子56的宽度综合起来的宽度一样的宽度。活塞头57在缸58中往复。
所示缸58拥有一单一的流体入口159。可以设置第二入口，不过，在某些应用中也可以不需要第二入口。例如，在用于注射成型机的挤塑螺杆的情况下，塑性注射材料在螺杆端部的增加可以在螺杆上提供足够的压力，将活塞往回移至其注射位置。
此实施例有这样的优点，即将整个电动机保持在驱动装置的液压部分的外面，而且不需要花键轴连接，因为活塞55能在轴承59和60上自由旋转和平移。
图5中的实施例可以进一步改进成将定子56做得长一些，将转子54做得短一些。驱动单元按同样的方式工作，但是减小的转子54的尺寸将减少在活塞56上的重量，并降低电动机的成本。
在图6A和6B中所示的本发明的实施例中，驱动缸包围空心电动机。静止的缸座70在轴承72和73上支承一不旋转的活塞71。轴承72和73允许活塞71沿纵向移动。座70和活塞71形成一活塞腔74。一圆环形活塞面75从活塞71伸出，以提供一用于组件的纵向移动的驱动表面。活塞面75被活塞坏88包围。
空心电动机的定子76固定在活塞71的内表面上，与电动机的转子77成运转上的关系。转子77固定于轴78。
采用这种结构，空心电动机的转子77旋转，从而转动轴780。轴78被轴承79支承，并在其中旋转。
在活塞面75的任一侧提供流体压力，都能沿纵向移动活塞71、户定子76、转子77和轴78的整个组件。
图6A示出处于缩回位置的轴78。图6B示出处于其伸出位置的轴780
图6A和6B中所示的结构有这样的优点，即有短的长度，但是不需要组件的大部分沿纵向移动。此实施例还不需要花键轴或相当的装置。
图7和7A示出对图7A和7B所示的实施例的改进，其中，不用单个的圆环形活塞，而是设置两个单独的活塞。在此实施例中，活塞固定，而缸平移。
如图7所示，轴80用轴承81和82支承并在其主旋转。定子绕组83固定在壳体84上。壳体84还包固分别位于缸187和188中的活塞85和86。在缸187和188上设置流体连接(未示出)，以按本技术中都非常了解的方式驱动活塞85和86。空心电动机的转子87固定在轴80上。
在工作时，定子83的通电使转子87旋转，并从而转动轴80。向活塞85和86提供流体压力迫使壳体84沿纵向移动。壳体84的纵向移动迫使定子83、转子87和轴80也沿纵向方向移动。
图7所示的实施例是紧凑的，并且不需要单独的大圆环形缸或花键传动。不过，它需要包括空心电动机和缸的整个壳体组件沿纵向移动。
本发明的合适的实施例的选择由所提出的使用方面的要求决定。例如，只有有限的长度可以利用，则可以选择图6A和6B或图7所示的实施例，而在轴上的重量有重要关系时，则其它实施例可能更适合。
熟悉本技术的人应当明白，本发明并不限于此处所描述的例示，后者视为实现本发明的最佳模式，而且在形状、尺寸、各部分的布置和操作细节方面都允许修改。本发明意图包含所有这种修改，它们都在其由权利要求书规定的精神与范围之内。

Claims (20)

1.一可操作以平移并转动一轴的驱动单元，所述驱动单元包括：
一空心电动机(45)，其具有一转子(47)；
一流体缸(48)，其具有一和所述空心电动机(45)的所述转子(47)耦合的外壁；及
允许所述轴沿纵向移动的装置，其与所述流体缸(48)耦合；
其中所述流体缸(48)内具有一活塞(50)，且所述轴连接至所述活塞(50)和所述转子(47)；
由此，所述轴可以用所述空心电动机(45)旋转并用所述流体缸(48)沿纵向移动。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述流体缸(48)包围所述空心电动机(45)。
3.根据权利要求2中所述的驱动单元，其中，所述允许所述轴沿纵向移动的装置在所述流体缸(48)的所述内表面上形成。
4.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述允许所述轴沿纵向移动的装置包括：
一在所述流体缸(48)的一壁上的花键插件(15)，和
在所述轴上的花键(17)。
5.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，
所述流体缸(48)具有位于其一壁上的花键插件(15)，和所述轴具有位于其上的花键(17)，所述花键插件(15)和所述花键(17)被构造成连接所述轴到所述转子。
6.根据权利要求1、3、4、5中任一者所述的驱动单元，其中，所述空心电动机(45)的所述转子(47)牢固地固定在所述流体缸(48)的一外壁上。
7.根据权利要求4和5中任一者所述的驱动单元，其中，在所述流体缸(48)的所述壁上的所述花键插件(15)是所述流体缸(48)的中间端。
8.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述空心电动机(45)包括：
一定子(46)，而所述转子(47，77)则有一实质上大于所述定子的宽度。
9.根据权利要求8所述的驱动单元，其中，所述转子(47，77)具有一实质上等于所述定子(46)和所述流体缸(48)中的一活塞(50)的一行程的一综合宽度的宽度。
10.根据权利要求9所述的驱动单元，其中，所述转子牢固地固定至所述活塞(50)，并沿纵向与所述活塞(50)一起移动。
11.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述空心电动机(45)包括：
一定子(12)，而所述定子(12)则有一实质上大于所述转子(16)的宽度。
12.根据权利要求11所述的驱动单元，其中，所述定子(12)具有一实质上等于所述转子(16)和所述流体缸(48)中的一活塞(23)的一行程的一综合宽度的宽度。
13.根据权利要求12所述的驱动单元，其中，所述转子(16)牢固地固定至所述活塞(50)，并沿纵向与所述活塞(50)一起移动。
14.根据权利要求1和3至5中任一者所述的驱动单元，其中，所述流体缸(48)在一固定的电动机壳体上的轴承上旋转。
15.根据权利要求14所述的驱动单元，其中，
所述流体缸(48)包括：
一活塞(23)，和
所述流体缸(48)、所述活塞(23)和所述转子(16、47、77)作为单个的单元来旋转，和
所述活塞(23)在所述流体缸(48)中沿纵向移动。
16.根据权利要求1和3至5中任一者所述的驱动单元，其中，
所述驱动单元包括：
一电动机壳体(36)；和
所述流体缸(48)固定在所述电动机壳体(36)的一个外壁上。
17.根据权利要求7所述的驱动单元，其中，所述轴在一电动机壳体上的轴承(13、14)上旋转。
18.根据权利要求7所述的驱动单元，其中，
所述驱动单元包括：
一电动机壳体(36)；和
所述流体缸(48)沿所述电动机壳体(36)的一周向壁放置。
19.根据权利要求17和18中的任一者所述的驱动单元，其中，所述转子牢固地固定至所述轴上并沿纵向与所述轴一起移动。
20.根据权利要求17所述的驱动单元，其中，所述流体缸(48)至少部分地位于所述空心电动机(45)的界限之内。
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