CN107565790A - 永磁式小型冲床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁式小型冲床，其驱动原理是根据磁场具有同性磁极磁场相互排斥、异性磁极磁场相互吸引的特性而设计的。主要构件包括冲床的壳体8、永磁体7a、7b和7c、驱动杆12、上冲模3、线圈绕组9a和9b、软磁质铁芯10a和10b、下端感应开关13a、上端13b等元件组成。当接通直流电源时，驱动杆12在永磁体和铁芯磁场的相互作用下带动上冲模3向下冲压；当转换通过线圈绕组电流的方向，驱动杆12在永磁体和铁芯磁场的相互作用下带动上冲模3向上回复到初始冲压位置。其有益效果在于其结构简单，该冲床的驱动力来源于线圈磁场与永久磁体的磁场相互作用，所以与相同功率的传统电动冲床相比较，永磁式小型冲床的线圈绕组电流小，具有良好的节能效果。

Description

永磁式小型冲床

技术领域

本发明涉及冲床技术领域，特别涉及一种永磁式小型冲床。

背景技术

在现代工业生产中，冲床的种类繁多已成系列化。冲床可分为气动冲床和电动冲床，其中气动冲床的噪音大，在小型冲床领域应用较少。电动冲床的工作原理是将旋转电机的旋转运动通过曲轴连杆机构转换为冲床的直线往复运动，其机构复杂、制造成本高。基于此设计发明了永磁式小型冲床，以满足目前日趋繁荣的工业生产的需求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种永磁式小型冲床。

为实现上述目的，本发明采用如下设计原理及技术方案：

永磁式小型冲床是根据磁场具有同性磁极磁场相互排斥、异性磁极磁场相互吸引的特性而设计的。本发明具有结构简单、节约能源等优点。

主要结构形式：参见附图1和附图3，永磁式小型冲床的主要构件包括冲床的壳体8、永磁体7a、7b和7c、非铁磁质驱动杆12、上冲模3、线圈骨架11、直流线圈绕组9a和9b、软磁质铁芯10a和10b、下端感应开关13a、上端13b和悬臂机身14等元件组成。三块永磁体7a、7b和7c设置在驱动杆12上，驱动杆12间隙穿过软铁磁质10a和10b的空心部分并在上下两个定位滑套5a和5b内自由移动，驱动杆12的最下端装有上冲模3，最上端装有固定件12a及拉簧12b；永磁体7a和7b之间设直流线圈绕组9a并且两永磁体极面面向线圈绕组的一侧为相同磁极极性(都为S极)、永磁体7b和7c之间设直流线圈绕组9b并且两永磁体极面面向线圈绕组的一侧也为相同磁极极性(都为N极)，两个直流线圈绕组固定在壳体8上，两个线圈绕组9a和9b串联连接；三块永磁体为圆形且中间设有孔，中间孔用来与驱动杆12间隙配合装配。感应开关13a和13b安装在永磁式小型冲床的上下两端。本发明所述的永磁式小型冲床所用电源为单相交流电源，通过整流器后供给线圈绕组。

基本工作原理：参见附图1-4，本发明所述的永磁式小型冲床的驱动动力是由直流电流产生的磁场与永磁体磁场之间的相互排斥力和吸引力共同作用产生，每块永磁体极面的磁力线法线方向与线圈绕组电流产生的磁场磁力线法线方向在同一直线上。通过感应开关13a和13b改变通过线圈绕组的电流方向，可以使驱动杆12及上冲模3作往复直线运动。附图1表示上冲模3进行冲压工序的初始位置，此时通过下端感应开关13a控制上行线路断开、下行线路接通，线圈绕组9a产生的S磁极磁场与永磁体7a的S极磁场相互排斥、线圈绕组9a产生的N磁极磁场与永磁体7b的S极磁场相互吸引；线圈绕组9b产生的N磁极磁场与永磁体7b的N极磁场相互排斥、线圈绕组9b产生的S磁极磁场与永磁体7c的N极磁场相互吸引。由于线圈绕组固定在壳体8上，永磁体7a、7b和7c固定在可以上下自由移动的驱动杆12上，所以在这期间驱动杆12便带动上冲模3冲向被冲压件。附图2表示线圈绕组的接线方式示意图，箭头所指的方向表示电流的方向。附图3表示上冲模3上行复位的初始位置。此时通过上端感应开关13b控制下行线路断开、上行线路接通，由于电流改变方向同时软磁质铁芯10a和10b的磁极磁场的方向随即改变，而三块永磁体的磁极磁场方向不变。同理，驱动杆12和上冲模3在线圈绕组磁场与永磁体磁场相互作用下回到附图1所示的位置。附图4表示线圈绕组的接线方式示意图，箭头所指的方向表示电流的方向。以上是永磁式小型冲床完成一次冲压的过程。

另外，从驱动杆12受到的磁场力来看，向下和向上的力相等。但上冲模3只有向下冲压是做功的过程、向上运动则是辅助复位工序。为了利用驱动杆向上的驱动力，故在驱动杆的上部加装拉簧12b，当驱动杆受到磁力向上运行时将一部分能量储存在拉簧内，附图1表示拉簧12b被拉伸的状态；当上冲模3下行冲压工件时将拉簧12b的收缩力传递给驱动杆12，附图3表示拉簧12b恢复至自然状态。这样当永磁式小型冲床冲压工件时，上冲模3除受到磁力的驱动外还受到拉簧的收缩力的作用。可见，当接通单相交流电源时，永磁式小型冲床即可实现连续冲件的工作；调节感应器的位置可选择合适的冲床行程。从驱动原理上看，永磁式小型冲床的驱动部分实际上就是一台永磁直流直线往复电机。

本发明所述的永磁式小型冲床有两个线圈绕组和三块永磁体，两个线圈绕组产生的磁极磁场分别与永磁体的磁极磁场相互作用产生上冲模3的直线往复运动，假如我们把两线圈的驱动力分别称之为一级驱动和二级驱动，那么附图1和附图3所示的便是二级驱动永磁式小型冲床。假如需要较大功率的永磁式小型冲床，那么就可以设计制造一级或多级驱动的永磁式小型冲床。

以上所述，从永磁式小型冲床的驱动原理上看本发明具有明显的节能效果。所质疑和担心的是永磁体安装在驱动杆上，而永磁式小型冲床的工作特征是将板材冲击成所需要的形状，这必然产生很大的振动力；另外永磁体分别设在线圈绕组的两侧，当线圈接通直流电流且持续交变这样必定产生一定的热量，必定会使永磁体的所处环境温度升高。也就是振动力和环境温度是否使永磁体退磁，从而影响永磁体的使用寿命？的确，永磁体的稳定性会影响本发明所述的永磁式小型冲床的使用效果，设计时是必须要考虑的因素之一。从永磁体磁畴理论上分析，振动和加温都是促进永磁体退磁的因素，对于某一块永磁体当加热到一定的温度点时永磁体会失去原有的磁性；但是到目前为止，振动力对永磁体失磁作用却没有明确的定量实验数据。再者，永磁体失磁的原因很复杂，主要由材料本身性能、环境温度、机械等多种因素有关。总之，永磁体失磁的原因是多方面的，可能一种因素，也可能是多种因素。首先本发明选用烧结型稀土材料加工制造的永磁体，用该材料和工艺加工可使永磁体具有较好的磁场强度和稳定性；其次是在每块永磁体的两侧加装减振垫，从而减小永磁体受到的冲击和振动；至于永磁体的工作环境温度方面，由于本发明的永磁式小型冲床的驱动动力来自电流磁场和永磁体磁场的共同作用，需要电流的强度较小，即使持续工作其永磁式小型冲床的机体温度也不会超过永磁体的耐温极限，所以永磁体不会影响本发明的使用寿命。另外，本发明所述的永磁体设在驱动杆上比较容易拆卸安装，而永磁体又可多次充磁重复使用，所以完全不必要担心因永磁体失磁而影响永磁式小型冲床的质量。

有益效果：本发明的有益效果在于其结构简单、单位功率的冲床体积小。由于该冲床的驱动力来源于线圈绕组电流产生的磁场与永久磁体的磁场相互作用，所以在与相同功率的传统电动冲床相比较，永磁式小型冲床的线圈绕组电流小，具有良好的节能效果。

附图说明

附图1表示永磁式小型冲床当接通电源使上冲模下行为初始位置的示意图。

附图2表示永磁式小型冲床当接通电源使上冲模下行为初始位置的线路示意图。

附图3表示永磁式小型冲床当接通电源使上冲模上行为初始位置的示意图。

附图4表示永磁式小型冲床当接通电源使上冲模上行为初始位置的线路示意图。

附图5表示永磁式小型冲床的永磁体为圆形及永磁体的充磁方向的示意图。

附图6表示永磁式小型冲的线圈绕组为方形骨架及组合体铁芯的形状的示意图。

附图7表示永磁式小型冲的线圈绕组为圆形骨架及圆形铁芯形状的示意图。

附图说明：<1>底座，<2>下冲模，<3>上冲模，<4a>下非铁磁质固定件，<4b>上非铁磁质固定件，<5a>下滑套，<5b>上滑套，<6a>下减振定位垫，<6a>上减振定位垫，<7a>下永磁体，<7b>中永磁体，<7c>上永磁体，<8>壳体，<9a>下端线圈绕组，<9b>上端线圈绕组，<10a>下软磁质铁芯，<10b>上软磁质铁芯，<10c>圆形铁芯绝缘层，<11>线圈绕组骨架，<12>驱动杆，<12a>驱动杆定位件，<12b>拉簧，<13a>感应开关(下端)，<13b>感应开关(上端)，<14>悬臂机身，<15>配电箱。

具体实施方式

具体设计制造某一型号的永磁式小型冲床时，应根据要求冲击力的大小设计线圈绕组电流的大小、线经以及永磁体的磁场强度和形状尺寸；选择采用合理地几级驱动。当采用多级驱动时，其驱动杆12为非铁磁质组合体，驱动杆12中间是一个直径与永磁体内孔相配合的圆柱体，外边有多个空心轴套，空心轴套的内径与驱动杆12中间圆柱体间隙配合、外径与线圈绕组铁芯的内孔间隙配合，空心轴套的高度用来定位各永磁体之间在轴向的长度。驱动杆定位件12a将驱动杆圆柱体、永磁体和空心轴套紧固固定在一起。永磁式小型冲床装配时应先将线圈绕组定位安装好，然后装配组合式驱动杆及永磁体。所述的感应开关13a和13b，为双向位置开关。当永磁式小型冲床自动操作时，下端感应开关13a的功能是同时断开线圈绕组9a和9b下行时与电源的连接、接通线圈绕组9b和9a上行与电源的连接。当手动操作时，可切断感应开关的信号源，手动开关处于线圈绕组上行电流为长通电状态，下行时用手动切断上行电流同时接通下行冲压电源，实现手动冲压；当手松开接触开关时线圈绕组自动接通上冲模上行电流。两个线圈绕组9a和9b串联连接，也可根据需要设计成并联连接。

所述的永磁体的形状，可以为圆形中间带孔、也可为正方形中间带孔的形状；其材质为稀土材料，附图5表示圆形永磁体的充磁方向；考虑到冲床连续工作必定产生热量，所以为了防止永磁体退磁应选择永磁体耐温在80°以上。

所述的线圈绕组骨架11的强度要足够强；线圈绕组骨架11可以是方形，也可设计成圆形。

所述的软磁质铁芯为空心结构形式，其几何形状可以是方形组合体且固定在线圈骨架内，也可设计成圆形组合体，但圆形铁芯上必须设起涡流隔离作用的铁芯绝缘层10c；铁芯的材质为薄硅钢片叠压组合而成。

根据电流产生的磁场的属性，当螺线管形状的线圈绕组内有交变直流电流时产生的磁场，在铁芯内的磁场未饱和的情况下绝大部分集中在铁磁质铁芯内，空心部分的磁场强度很弱。而设计时电流、线圈绕组的匝数和铁芯的横截面积等参数，需选择不使铁芯内的磁场饱和的数值。所以，不用担心放在空间内的导电体产生涡流的影响，穿过该空心的驱动杆12可选用具有足够强度的非铁磁质金属材料加工制造。

所述的永磁式小型冲床的机身为悬臂式，也可根据需要设计制造成龙门机身式永磁式小型冲床。

Claims (7)

1.本发明所述的永磁式小型冲床的驱动动力，是由直流电流产生的磁场与永磁体磁场之间的相互排斥力和吸引力共同作用产生；每块永磁体极面的磁力线法线方向与线圈绕组电流产生的磁场磁力线法线方向在同一直线上；利用该原理可以设计制造一级或多级驱动的永磁式小型冲床；主要构件包括：冲床的壳体8、永磁体7a、7b和7c、非铁磁质驱动杆12、上冲模3、线圈骨架11、直流线圈绕组9a和9b、软磁质铁芯10a和10b、下端感应开关13a、上端13b和悬臂机身14等元件组成；其中，永磁体7a、7b和7c设置在驱动杆12上，驱动杆12间隙穿过软铁磁质10a和10b的空心部分并在上下两个定位滑套5a和5b内自由移动，驱动杆12的最下端装有上冲模3；最上端装有固定件12a及拉簧12b；永磁体7a和7b之间设直流线圈绕组9a并且两永磁体极面面向线圈绕组的一侧为相同磁极极性(都为S极)、永磁体7b和7c之间设直流线圈绕组9b并且两永磁体极面面向线圈绕组的一侧也为相同磁极极性(都为N极)；两个直流线圈绕组固定在壳体8上，两个线圈绕组9a和9b串联连接；三块永磁体为圆形且中间设有孔，中间孔用来与驱动杆12间隙配合装配；感应开关13a和13b安装在永磁式小型冲床的上下两端。

2.根据权利要求1所述的永磁式小型冲床，其特征是：所述的永磁体7a、7b和7c，可以为圆形中间带孔、也可为正方形中间带孔的形状。

3.根据权利要求1所述永磁式小型冲床，其特征是：所述的线圈骨架11可以是方形，也可设计成圆形。

4.根据权利要求1所述永磁式小型冲床，其特征是：所述的软磁质铁芯10a和10b，其几何形状可以是方形组合体且固定在线圈骨架内，也可设计成圆形组合体，但圆形铁芯上必须设起涡流隔离作用的铁芯绝缘层10c。

5.根据权利要求1所述永磁式小型冲床，其特征是：所述的软磁质铁芯10a和10b，铁芯的材质为薄硅钢片叠压组合而成。

6.根据权利要求1所述永磁式小型冲床，其特征是：所述的悬臂机身14，也可根据需要设计制造成龙门机身式永磁式小型冲床。

7.根据权利要求1所述永磁式小型冲床，其特征是：所述的两个线圈绕组9a和9b串联连接，也可根据需要设计成并联连接。