CN102948047B - 具有分离的惯性的旋转和直线运动的驱动装置 - Google Patents

具有分离的惯性的旋转和直线运动的驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种驱动装置（1），包括：-带有旋转定子（2）和旋转转子（3）的旋转驱动装置，用于使机轴（18）进入旋转运动（12）以及-带有直线定子（4）和直线转子（5）的直线驱动装置，用于使机轴（18）进入直线运动（15），-旋转驱动装置和直线驱动装置轴向地依次布置，-旋转转子（3）和直线转子（5）分布与其轴部段（6，7）连接，-旋转转子（3）和直线转子（5）的轴部段（6，7）在轴向上对齐，-旋转转子（3）和直线转子（5）的、轴向上彼此对齐的轴部段（6，7）通过适宜的手段这样彼此抗扭地连接，即轴部段（6，7）能相对彼此进行轴向运动，但只能共同进行旋转运动。

Description

具有分离的惯性的旋转和直线运动的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种带有旋转驱动装置和直线驱动装置的驱动装置。
背景技术
此类组合驱动器例如由DE 103 24 601 A1公开。
同样由文献US 7 442 022 B2已知一种塑料注塑机，其中旋转驱动其和直线驱动器相互嵌套地或彼此重叠地设置。
由文献US 6 222 294 B1已知一种包括旋转驱动器和一种直线驱动的布置，其转子借助弹簧相互分离。
由文献US 2001/0043016 A1已知一种依次布置的驱动器。在此的缺点在于，在直线和/或旋转运动时，通过全部的运动质量的加速度产生总驱动器的相对较高的惯性。
由文献EP 0 875 982 A1已知一种电磁的直线驱动器，其具有空心圆柱型的定子和可在定子的内腔中沿定子纵轴移动的跟随定子的转子()。在此也存在旋转部段的和直线部段的轴的牢固连接，从而在机轴上，反应部件、例如线圈或永磁体必须全部设置在轴向上较长的部段上，特别是旋转部段中。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，实现一种驱动装置，该驱动装置既能进行旋转运动也能进行直线运动，其中两种运动中的每一种既能自身地、也能共同高动态地进行。
上述目的通过一种驱动装置来实现，其具有：
-带有旋转定子和旋转转子的旋转驱动装置，用于使机轴进入旋转运动，以及
-带有直线定子和直线转子的直线驱动装置，用于使机轴进入直线运动，
-旋转驱动装置和直线驱动装置轴向地依次布置，
-旋转转子和直线转子分别与其轴部段连接，
-旋转转子的和直线转子的轴部段在轴向上对齐，
-旋转转子和直线转子的、轴向上彼此对齐的轴部段通过适宜的手段这样彼此连接，即这些轴部段能相互彼此进行轴向运动，但只能共同进行旋转运动。
通过两个电动的机械的组合，两个电动的机械中的一个设置用于转动运动、即旋转，并且另一个设置用于轴向运动、即一种直线运动，使这两种运动分别作用于各自的轴部段，并因此引起机轴的转动和/或直线运动，该运行驱动作工机械。因此，驱动装置被提供用于机轴的旋转和/或直线运动，也就是说一种组合驱动器。
此外根据本发明，为每个轴部段配有特有的轴承布置，也就是说用于自身支撑，并且因此和相应的另一个驱动器的惯性分离。直线驱动装置仅使直线转子的和直线轴部段的质量运动。旋转驱动装置仅使旋转转子的和旋转轴部段的质量运动。
由这些轴部段组成的驱动装置的机轴驱动作工机械，其质量同样必须被加速或制动。由于根据本发明的驱动装置的惯性减小，因此使这些过程现在相对高动态地实现。
旋转驱动装置主要涉及永磁激励的同步电机。具有永磁体的圆柱形的直线电动机设计为用于直线运动的驱动器。
为了进一步减小惯性，在另一个实施方式中将两个驱动器的轴部段空心地设计。
轴承布置现在适合本发明的构造，即旋转轴部段仅仅通过径向轴承支撑，并且直线轴部段通过止推轴承来支撑。
旋转轴部段的转动通过适宜的方式传动到直线轴部段上。两个轴部段在此例如通过转矩直线轴承或花键轴连接部实现机械连接。这种连接保证了旋转轴部段的转动传动到直线轴部段。直线轴部段轴向运动，其中因此机轴现在通过机械连接在此处造成旋转和/或轴向运动。由此机轴按照作工机械的要求以及对操纵或调节的预先规定，将转矩和/或轴向运动传递到作工机械上。
因此这两个轴部段、即旋转轴部段和直线轴部段彼此分离，从而仅通过两个轴部段的适宜的连接来传递扭力矩。此外直线转子也和其直线轴部段这样连接，即只将直线转子的轴向运动能够传递到直线轴部段上。由旋转轴部段到直线轴部段上最后传递到作工机械的旋转不会被传递给直线转子。
因此现在仍对绝对需要的质量加速，其对于工作过程、例如塑料的注塑来说是必要的。单个的驱动器的惯性被彼此分离直至所需情况，由此实现总系统在旋转和/或直线方向上更高的加速度。
这对于其中以高加速度为要素的生产机床，例如电机范围中的线轴卷绕装置、工具机床也或者纺织机床，是特别有利的。
附图说明
本发明以及该发明的其他有利的设计方案根据示意性示出的实施例得以更加详细地说明。其中示出：
图1和2是根据本发明的驱动装置的不同实施方式，
图3是这种驱动装置的机轴。
具体实施方式
图1示出了在壳体11中，从壳体伸出的、有利地设计为空心轴的机轴18。对于机轴18从壳体11伸出而设置了直线轴承13。机轴18由直线轴部段7和旋转轴部段6组成。这些轴部段轴向上因此对齐。直线轴部段7与直线转子5通过止推轴承9连接，由此使直线转子5能够将轴向运动传递到直线轴部段7上。直线轴部段7的轴向运动也可向直线转子5传递。
旋转运动12不能通过止推轴承9由直线轴部段7传递至直线转子5或由直线转子5传递至直线轴部段7。直线转子5连同直线定子4轴向地通过电磁的交替作用进行运动。直线定子4优选地设计为螺线管发动机。由此产生轴部段7乃至机轴18的直线运动15。
直线定子4不必强制设定为螺线管发动机。由于直线转子5仅在轴向进行运动，因此该轴向驱动装置也能设计为多边形发动机。在此例如将直线发动机围绕直线轴部段7在周向方向上以多边形、即三角形、四边形或六边形布置。每一侧因此都被一个直线定子4占据。此外相应的是，直线转子5在其横截面上观察匹配于其直线定子4。
在三角形的多边形发动机中，例如结构性地涉及三个直线发动机，这些直线发动机布置在多边形的三个侧面上。每个侧面、即每个直线发动机对应一个直线定子和一个直线转子。这些直线转子共同作用在直线轴部段上，因此组成共同的直线转子。该共同的直线转子被支撑，如在图1和图2的实施例中说明和描绘的那样。
在根据图1的实施例中，在直线驱动的轴向后方，即在背离被驱动的作工机械的一侧上设置了旋转驱动，其带有旋转定子2和旋转转子3。通过旋转定子2和旋转转子3之间的电磁交替作用产生了旋转轴部段6并且进而机轴18的旋转运动12。旋转轴部段6和旋转转子3抗扭地彼此连接。
旋转转子3通过径向轴承10支撑在壳体11上。为了现在在高动态的运动过程中无需使总驱动装置1的全部质量一起运动，两个轴部段、即旋转轴部段6和直线轴部段7通过转矩直线轴承8，其也可设计为花键轴连接，彼此机械连接。由此旋转轴部段6的旋转运动12通过转矩直线轴承8传递到直线轴部段7上。直线轴部段7通过直线驱动装置轴向运动，使得机轴18本身现在在轴末端、例如在过渡到作工机械上时，能轴向和/或旋转地运动。
轴向连接在旋转驱动装置上的空心轴传感器14现在针对等候处理的操纵或调节过程触发高动态的旋转运动。
图2在另一个实施方式中示出了根据发明的驱动装置1，其中直线转子5的轴承布置设计为盘式止推轴承(Scheibenaxiallager)。如在图1中所述，直线轴部段7和旋转轴部段6彼此分离。该分离因此二者通过转矩直线轴承彼此独立。
根据本发明的思路，参与的驱动器(旋转驱动器和直线驱动器)的惯性被尽可能地分离，并且进而用于高动态的过程的驱动布置也构成了该实施方式的基础。
在相对于图1的实施方式最显而易见的区别是，直线定子4和直线定子5不同地轴向扩展。为了以全驱动功率获得预先设定的轴向冲程，也就是说或者直线定子4或者直线转子5适合于作工机械所需的轴向冲程。
直线转子5的全部轴向范围和直线定子4的可预先确定的轴向部段根据图1存在电磁的交替作用，或者直线定子4的全部轴向范围和直线转子5的可预先确定的轴向部分如在图2中描绘地存在电磁的交替作用。在此，通过由作工机械预先指定的所需的冲程、即机轴18轴向运动来预先确定必要的重叠。
由于使这些轴部段分离，因此无需对于旋转驱动器进行装置重叠，这是因为此外对于旋转驱动器可以预先设定标准驱动器。
直线转子5根据图1的支撑方式完全能与直线转子5和直线定子4的重叠方式组合，并且反之亦然。
为了缩小驱动装置1的轴向伸展范围，两个驱动器也被交错组装安装，即旋转驱动器在轴向上至少部分地位于直线定子内部。
图3示出了机轴18，其具有旋转轴部段6和直线轴部段7以及原理上示出的、布置在其上的永磁体16，17。在旋转转子3上设置了旋转驱动器的永磁体16，在直线转子5上设置了直线驱动器的永磁体17。永磁体16轴向取向。在旋转转子3上在周向方向上观察交替布置了北极和南极。直线驱动器的永磁体17作为环形磁铁或具有预定曲率的成段的永磁体布置在直线转子5上。在轴向上观察因此形成北极和南极的交替形式。
此外优选地通过阶梯排布或倾斜排布来这样布置永磁体16，17，以避免寄生的效应，如止动力矩等。这可以表现在通过作工机械产生的在质量上有缺陷的物品方面，例如通过在被铣切的工件上的槽沟来表现。
机轴18在本实施例中设计为实心轴，更理想的情况该机轴18设计为空心轴，以便为了动能效果而进一步减小总系统的惯性。因此直线轴向部分7和/或旋转轴向部分6至少应设定为部分空心。
为了继续减弱总系统的惯性，如同在图3中示例性示出地，直线转子5设计带有近轴的止推轴承9，轴承支架19(Tragstern)以及布置在其外周向上的永磁体17，其具有未详细示出的磁接地装置(Rückschlussmitteln)。
以有利的方式，驱动装置1由标准元件组装而成。旋转驱动器和直线驱动器都是为标准组件，使用的轴承同样也是。特别在图2中可以得知，其中的驱动器的两个壳体被组装。最后仅有必要对直线轴部段7和旋转轴部段6之间的机械连接进行调整。
用于根据图2的直线运动15的传感器20和/或空心轴传感器14是用于高动态的运动过程的、在此未详细示出的控制和调整装置的检测装置。

Claims (4)

1.一种驱动装置(1)，具有两个电动的机构，
-带有旋转定子(2)和旋转转子(3)的旋转驱动装置，用于使机轴(18)进入旋转运动(12)以及
-带有直线定子(4)和直线转子(5)的直线驱动装置，用于使机轴(18)进入直线运动(15)，
-所述旋转驱动装置和所述直线驱动装置轴向地依次布置，
-所述旋转转子(3)和所述直线转子(5)分别与所述旋转转子和所述直线转子的轴部段(6，7)连接，
-所述旋转转子(3)和所述直线转子(5)的所述轴部段(6，7)在轴向上对齐，
-所述旋转转子(3)和所述直线转子(5)的、轴向上彼此对齐的所述轴部段(6，7)通过适宜的手段这样彼此连接，即所述轴部段(6，7)能相对彼此进行轴向运动，但只能共同进行旋转运动，
-具有用于高动态的运动过程的控制和调整装置的、用于所述直线运动(15)的传感器(20)和/或用于所述旋转运动的空心轴传感器(14)，
其中所述轴部段(6，7)的旋转部段(6)和直线轴部段(7)通过转矩直线轴承(8)彼此机械连接，并且所述直线轴部段(7)与所述直线转子(5)通过止推轴承(9)连接。
2.根据权利要求1所述的驱动装置(1)，其特征在于，所述直线转子(5)和/或直线定子(4)在其轴向上的伸展范围与所述驱动装置(1)的运动行程相符。
3.根据上述权利要求中任一项所述的驱动装置(1)，其特征在于，所述旋转转子(3)与所述旋转转子的旋转轴部段(6)抗扭地连接，并且所述直线转子(5)具有止推轴承(9)。
4.一种根据上述权利要求中任一项所述的驱动装置在卷绕装置中的应用，所述卷绕装置用于电动机或塑料注塑机的线圈。
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