CN103240905A - 用于作功机械的电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于作功机械的电驱动装置以及一种具有这样的驱动装置的作功机械。为了以相对简单并且价廉的方式提高作功机械、特别是压力机（31）、冲压机或者类似机器的生产效率，提出使用具有主驱动电动机（6）、辅助驱动电动机（32，42）和布置在驱动轴（3）上的飞轮质量块（7）的电驱动装置，其中，该飞轮质量块（7）设计为辅助驱动电动机（32，42）的转子。

Description

用于作功机械的电驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于作功机械的电驱动装置以及一种具有这样的驱动装置的作功机械。

背景技术

从现有技术中已知了用于作功机械的电驱动装置，其具有主驱动电动机、辅助驱动电动机和布置在待驱动的轴上的飞轮质量块。作功机械可以例如是压力机。飞轮质量块与驱动轴固定连接并且用作为动能存储器，由此使功率峰值变得平滑并且由此避开电驱动系统。这样的飞轮质量块是传统的机械压力机的典型的组成部分。在此类压力机中，驱动轴例如通过电动机的传动带驱动。

不同于这样的价廉的传统的系统，在伺服压力机中设有伺服驱动装置，通过该伺服驱动装置能够实现动力的应用。特别是能够使压力机的冲杆制动以及加速。另外，较大数量的加速-或者是制动阶段和较大的速度差别通常都不是问题。这样的伺服压力机的缺点是投资成本很高。

出于这种原因，提出了为传统的机械压力机配备附加的辅助驱动电动机。这种辅助驱动电动机主要用于，在即使存在飞轮质量块的情况下也使转速的改变成为可能，以提高压力机的生产效率。此外，仅涉及驱动轴的简单的加速和制动。

辅助驱动电动机典型地是一种同步伺服电动机或者转矩电动机（Torquemotor），在制动和加速过程中，这种伺服电动机或者转矩电动机在使用附加的传动装置、至少是以电动机-传动单元能够啮合其上的另一个传动轮的形式存在的传动装置的情况下支持主驱动电动机。但是辅助驱动电动机也能够具有简单的传动带传动装置。结果是这样的驱动装置包括两个驱动电动机。具有此类驱动系统的压力机也被称为混合伺服压力机。相对于传统的机械压力机，混合伺服压力机的特征是生产效率得到提高。

缺点是，在传统的机械压力机上随后加装其它装置时，通过增加辅助驱动电动机使混合伺服压力机的制造相对而言花费较大，这是由于此外必须一直更改压力机的机械装置。

此外还有这一缺点，即在现有的混合伺服压力机中，随后的功率提升只有以相对较高的花费才能实现，例如通过以下方式实现，即用更强的辅助驱动电动机代替现有的辅助驱动电动机。

此外，在传统的混合伺服压力机中还有这一缺点，即由于与辅助电动机驱动装置相联系地使用传动装置，在加速以及制动时一直出现齿面更替的现象，齿面更替则导致机械装置的强大的应力。这一传统的驱动方案因此是比较容易出现故障的。

发明内容

本发明的目的在于，以相对简单并且价廉的方式提高作功机械、特别是压力机、冲压机或者类似机器的生产效率。该目的通过根据权利要求1所述的电驱动装置或者是根据权利要求8所述的作功机械实现。本发明提出，飞轮质量块设计为辅助驱动电动机的转子。换句话说，本发明的核心思想是将辅助驱动电动机布置在飞轮质量块上，或者再换种说法，即将作为传统的驱动装置的部分本已存在的飞轮质量块用作为辅助驱动电动机的部分。由此必然将辅助驱动电动机设计为直接驱动装置，即直接作用于传动系。不需要附加的传动级。相对于传统的混合伺服压力机，由此明显简化了驱动系统的设计结构。特别是在加装传统的压力机时，在压力机机械装置方面必须进行的更改明显少于从现有技术中已知的解决方案。

本发明由此也涉及一种用于将传统的压力机改装为混合伺服压力机或者是改装现有的传统的混合伺服压力机的方法，其中，该方法的特征在于，压力机的主驱动电动机的飞轮质量块设有驱动扇形体（Antriebssegment）并且设计为扇形电动机（Segmentmotor）的转子，其中，转子与相应提出的定子共同形成压力机的辅助驱动电动机。在改装传统的混合伺服压力机时，迄今所使用的辅助驱动电动机可以取消。

通过将飞轮质量块作为辅助驱动电动机的部分而使用，飞轮质量块的功能没有受到影响。它始终被用于储存动能、例如储存用于变换过程的能量。与任一传统的机械压力机相同，在变换期间，飞轮质量块的转速下降。但是在传统的压力机中只有主驱动装置供飞轮质量块的再次加速使用，而在根据本发明的驱动装置中，设计为直接驱动装置的辅助驱动电动机在飞轮质量块运动时支持主驱动电动机。借助于辅助驱动电动机，飞轮质量块不仅能够更快地达到原来的转速水平，而且此外还能够达到更高的转速水平。有利的是，辅助驱动电动机在飞轮质量块制动时也支持主驱动电动机。

特别有利的是，辅助驱动电动机设计为轴向的或者径向的扇形电动机。扇形电动机的特征在于，该扇形电动机至少在其定子或者在其转子上具有被划分为扇形的驱动元件。优选的是，不仅定子的驱动元件、而且转子的驱动元件均划分为扇形体。磁装置能够例如包括扇形地布置在飞轮质量块圆盘上的永磁体，永磁体与线圈体的同样扇形地布置的线圈共同起作用。通过使用扇形电动机的方案能够相对简单地使辅助驱动电动机的功率适应具体的应用情况。特别是随后的功率提高能够特别简单地成为可能，例如通过这样的方式，即为之前没有完全装配的扇形电动机装上其它的驱动元件。

在本发明的一个有利的实施方式中，辅助驱动电动机设计为轴向的扇形电动机。在这一情况下，辅助驱动电动机的驱动扇形体既可以布置在优选地设计为飞轮质量块圆盘的飞轮质量块的一个端面上、但也可以布置在其两个端面上。将辅助驱动电动机设计为盘式扇形电动机的方案由此这样使特别简单的功率提高成为可能，即之前仅在一个端面上设有驱动扇形体的飞轮质量块圆盘在两侧均设有驱动扇形体并且由此形成前后串联布置。通过轴向的扇形电动机的盘式的构造方式，该构造方式特别是存在于具有较大直径的细长的飞轮质量块圆盘中。

在本发明的另一个有利的实施方式中，辅助驱动电动机设计为径向的扇形电动机。换句话说，扇形电动机径向地设计在飞轮质量块圆盘周围。在这一情况下，驱动扇形体优选地布置在飞轮质量块圆盘的圆周上。特别是对于具有较小直径的宽的飞轮质量块圆盘而言，径向的扇形电动机的这一典型的筒式的构造方式十分合适。

在两种设计方案中有利的是，布置在飞轮质量块圆盘上的驱动扇形体是辅助驱动电动机的次级部件-驱动扇形体。在这一情况下，无需为了将功率传输到转动的部分上而使用集电环单元。

基于以本发明为基础的方案，从特定的速度水平出发能够确定并遵循压力机的可标刻度的功率-或者是生产效率的提高。由于在装配或者改装压力机时，更改费用取决于压力机所使用的机械装置、特别是取决于飞轮质量块圆盘的直径和深度，为此可以使为了制造用于现有的飞轮质量块圆盘的辅助驱动电动机的相应的补充模块标准化，并且使其能够在轴承上制造，并且能够以简单的方式和方法相应地适应具体应用情况，例如通过合适地选择驱动扇形体的数量。

通过本发明提出了一种用于新型混合伺服压力机的驱动装置。根据本发明的驱动装置能够特别有利地在压力机中、特别是在偏心压力机中应用。但是这一应用并不局限于压力机。确切地说，这一通过本发明提出的、结构简单的、并且能够以简单的方式和方法加装的、以及能够特别简单地更改的驱动装置也能够用于其它的作功机械。由于在根据本发明的驱动装置中用作为辅助驱动电动机的扇形电动机不具有在运行期间在负荷更换时受到负荷的齿面或者其它的机械部件，扇形电动机的使用寿命相对于迄今所应用的辅助驱动电动机明显更长。此外，通过将飞轮质量块作为辅助驱动电动机的部分而使用，驱动系统在压力机中所需的结构空间明显更小。

配备有根据本发明的驱动装置的压力机优选地设有基于驱动装置的控制解决方案。简单的可存储编程的控制装置（SPS）通常便足以控制机器运行。而相反地不需要伺服压力机中普遍的、昂贵的控制单元。

附图说明

结合对于参照附图进行了详细说明的实施例的以下说明，本发明的前述特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法更加明确并且更加清楚易懂。图中示出：

图1示出传统的机械压力机，

图2示出传统的混合伺服压力机，

图3示出具有根据本发明的驱动装置的第一混合伺服压力机，

图4示出具有根据本发明的驱动装置的第二混合伺服压力机，

图5示出根据本发明的驱动装置的细节图，

图6示出另一个根据本发明的驱动装置的细节图，

图7示出传统压力机的转速变化图，

图8示出传统的机械压力机和伺服压力机的速度变化图，

图9示出传统的和根据本发明的混合伺服压力机的速度变化图。

所有的图仅示意性地并且以其基本的组成部分示出本发明。此外，相同的参考标号对应于具有相同的或者类似的功能的元件。

具体实施方式

图1中示出传统的机械压力机1。该压力机例如是一种偏心压力机，在该偏心压力机中，冲杆2由与驱动轴3连接的偏心轮4驱动。驱动轴3通过传动带5由传统的电动机6驱动。以坚固的飞轮的形式存在的飞轮质量块7与驱动轴3固定连接。由于飞轮质量块7的巨大的惯性，该压力机1只能以固定的转速工作。相反，伺服压力机（未示出）不需要飞轮质量块7即可工作并且因此能够以可变的转速工作，由此产生相对于传统压力机1的明显提高的生产效率。

飞轮质量块7在传统的机械压力机1中的功能通过图7说明。在那里示出传统压力机1的转速变化图8，其中，转速U在时间t上记录。正如从曲线走向中清楚看到的，在变换区域中存在有转速下降9，因此只可以说转速是或多或少“固定”的。

在转速下降9期间由飞轮质量块7提供动能。在变换过程之后，紧接着动能通过驱动电动机6再次回到飞轮质量块7上，该飞轮质量块由此起到动能存储器的作用。

传统的机械压力机1的速度变化图11在图8中示出。为实现这一目的，转速U在旋转角度α上记录。此外，与一个单独的冲程相符地示出从0度至360度的范围。变换区域12作为阴影面示出。对于特定的压力机而言，一方面，压力机主驱动装置的、决定每分钟的冲程的最大数量的最大转速（边界线13）始终是预设好的。此外，速度变化图受到最大线速度（曲线14）的限制。

在传统的机械压力机1中，在余下的转速区域中确定“固定”的转速，其中，速度变化图11在极端情况下仅仅是时间最优的（边界线15）或者仅仅是过程最优的（边界线16）。在传统的压力机1中，在该区域中选择的速度水平不能更改。与此相反，图8中以点线示出的、伺服压力机的速度变化图17是高度动态的并且具有多个加速-和制动阶段。在示出的例子中，在伺服压力机中，速度在变换区域12中大大降低，而变换区域12之外的速度则符合最大可能的速度。

图2中示出传统的混合伺服压力机21。混合伺服压力机21的方案基于该想法，即将传统的电动机6保持作为主驱动电动机，并连同其飞轮质量块7一起。然而同时应能通过辅助驱动电动机22影响转速。同样设计为电动机的辅助驱动电动机22通过附加的传动装置23啮合到传动系中。

在混合伺服压力机21中，例如在由传统的、除了主驱动电动机6外还配有辅助驱动电动机22的机械压力机1形成的混合伺服压力机中，主驱动电动机6的飞轮质量块7必须共同加速和共同制动，由此尽可能容易地保持速度变化图。特别是应该仅设有很少的、具有相对较少的速度变化的加速-和制动阶段，以便将安装好的电动机功率保持在尽可能低的水平，例如保持在千瓦-范围内。虽然存在飞轮质量块7，但借助于辅助驱动电动机22还是能够在变换区域12中降低速度并且在变换区域12的相对侧加速，从而超过传统压力机1的生产效率。这样的传统混合伺服压力机21的、具有两个速度水平25，26的速度变化图24在图9中示出。但是除了这两个速度水平25，26外，也能够例如设有以虚线示出的第三速度水平27，其中，该第三速度水平27示出速度在变换区域12中的再次下降。

图3中示出根据本发明的混合伺服压力机31的第一个实施例。主驱动电动机6是与驱动轴3通过传动带5连接的传统电动机。此外，主驱动电动机6的设计为圆柱形的飞轮质量块圆盘的飞轮质量块7设计为轴向的扇形电动机32的转子，该扇形电动机用作为辅助驱动电动机。除了主驱动电动机6和包括主驱动电动机6的飞轮质量块7在内的辅助驱动电动机32之外，驱动系统不包括其它的电动机。

该盘式扇形电动机32的细节图在图5中示出。辅助驱动电动机32的驱动扇形体33布置在飞轮质量块圆盘7的一个端面34上或者两个端面34，35上。更确切地说，永磁体作为次级部件-驱动扇形体33环形地、紧接着旋转的圆盘的圆周36布置在飞轮质量块圆盘7的用作为驱动圆盘的端面34，35上。作为初级部件-驱动扇形体38的、具有绕组的相应定子37在轴向的方向上相对于共同的飞轮质量块圆盘7的端面34，35定向。

图4中示出根据本发明的混合伺服压力机31的第二个实施例。此外，主驱动电动机6的设计为圆柱形的飞轮质量块圆盘7的飞轮质量块设计为用作为辅助驱动电动机的、径向的扇形电动机42的转子。

该盘式扇形电动机42的细节图在图6中示出。辅助驱动电动机42的驱动扇形体33布置在飞轮质量块圆盘7的圆周36上。确切地说，布置在飞轮质量块圆盘7的圆周36的表面上的永磁体用作为次级部件-驱动扇形体33。相应地，作为初级部件-驱动扇形体39、具有绕组的定子37设计为包围飞轮质量块圆盘7的环或者是以圆筒的方式来设计，该圆筒布置在飞轮质量块圆盘7上。

为了将驱动扇形体33安装在飞轮质量块圆盘7上，相应地设计飞轮质量块圆盘7的端面34，35或者是圆周36。表面例如可以这样事先加工，即能够使驱动扇形体33粘贴并且磁化，或者设计为安装附加的支架座（未示出）或者类似装置。用于构建并且用于布置扇形电动机的这些以及其它结构性的细节对于专业技术人员而言是已知的并且因此在这里无需进一步说明。

如图3和4中示出地，根据本发明的混合伺服压力机31的速度变化图41能够与图9中示出的示例性的、传统的混合伺服压力机21的速度变化图24相一致。换句话说，通过驱动装置的结构的改变并没有使速度变化图发生任何变化。

然而，根据本发明的驱动装置能够基本上更简单地并且更价廉地适应新的应用情况。通过使用本发明例如可能的是，为压力机使用者-取决于存在的飞轮质量块圆盘7的直径和深度并且由此取决于供使用的安装空间-对于辅助驱动电动机32，42而言带来一定的额外生产效率，并且无须为此更改压力机31的现有的机械装置。换句话说，压力机使用者能够确定速度变化图41和一定的速度水平，从中便形成了借助于本发明限定的并且可预见的可标记刻度的安装功率。

特别有利的是，根据本发明的驱动装置与能量缓冲器（未示出）组合，以便总体上限制安装功率。此外，能够使用例如电容器组或者附加的飞轮电动机作为能量缓冲器。

虽然通过优选的实施例在细节方面详尽说明和描述了本发明，但本发明不局限于已公开的例子，并且在不脱离本发明的保护范围的前提下，专业技术人员可以从中推导出其它变体方案。

Claims (8)

1.一种用于作功机械（31）的电驱动装置，所述电驱动装置具有主驱动电动机（6）、辅助驱动电动机（32，42）和布置在驱动轴（3）上的飞轮质量块（7），其特征在于，所述飞轮质量块（7）设计为所述辅助驱动电动机（32，42）的转子。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述辅助驱动电动机（32，42）设计为扇形电动机。

3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述辅助驱动电动机设计为轴向的扇形电动机（32）。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述飞轮质量块设计为飞轮质量块圆盘（7）并且所述辅助驱动电动机（32）的驱动扇形体（33）布置在所述飞轮质量块圆盘（7）的一个或者两个端面（34，35）上。

5.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述辅助驱动电动机设计为径向的扇形电动机（42）。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述飞轮质量块设计为飞轮质量块圆盘（7）并且所述辅助驱动电动机（42）的驱动扇形体（33）布置在所述飞轮质量块圆盘（7）的圆周（36）上。

7.根据权利要求4或6所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动扇形体（33）是次级部件-驱动扇形体。

8.一种作功机械、特别是压力机（31），具有根据权利要求1至7中任一项所述的电驱动装置。

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