CN107584792A - 一种直线驱动高速压力机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线驱动高速压力机，采用新型拓扑结构的直线电动机——开关磁通永磁直线电动机驱动压力机冲头直线往复运动，该电机与冲头连接的次级动子结构简单，能避免压力机连续冲击载荷对永磁体造成结构损坏；同时压力机冲头惯量轻，加减速、启停换向等动态响应快，永磁体和电枢绕组均固定在压力机机身上，有利于通过冷却系统降低永磁体退磁风险，增大电机电磁负荷密度，从而提高电机推力和压力机冲压力；电枢绕组和永磁体只存在于输出推力的电机初级有效长度内，大大减小其用量，降低电机制造成本；另外，通过设置气缸与冲头连接，使气压力与电机电磁推力共同作用为冲压力，大大提高压力机吨位。

Description

一种直线驱动高速压力机

技术领域

本发明属于高速压力机领域，特别涉及一种直线驱动高速压力机。

背景技术

高速压力机的滑块行程次数一般在200次/分钟以上，滑块行程次数越高，要求驱动传动系统可调速范围越大。目前高速压力机传动机构大多为各种不同形式的多连杆机构，其能在降低滑块工作行程速度的同时，提高了滑块空行程时的速度，从而达到了提高生产效率的目的。但多连杆高速压力机对振动噪声、摩擦系数、机身刚度、下死点动态精度和制动性能等方面提出非常高的要求。尤其是需要设计合理的动平衡机构平衡曲柄连杆滑块机构工作时产生的不平衡惯性力。

取消一切中间传动机构，由直线电机直接驱动冲头往复运动，无需额外设置动平衡机构，大大简化高速压力机传动系统。直线电机线速度可达到5～10m/s，普遍满足高速压力机行程次数要求。直线电机驱动能实现冲头全行程的压力、速度和位置的精确控制，同时传动摩擦力只存在于线性导向部件上，摩擦系数较小。但由于采用零传动方式，压力机冲压力需要完全由直线电机输出电磁推力实现，对直线电机输出推力和功率要求非常高。在传统直线电机类型中，直感应电机运行效率低、输出推力小；永磁直线同步电机输出推力较大，但电机造价昂贵，且压力机冲击载荷容易使与冲头连接的次级动子永磁体容易损坏或过热退磁；开关磁阻直线电机结构鲁棒性强，但输出推力脉动大，控制精度低。另外，若仅由直线电机输出冲压力，将大大限制压力机的吨位。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的新型结构直线驱动高速压力机，降低直线高速压力机的整体造价，提高运行鲁棒稳定性，满足不同吨位的设计要求。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种直线驱动高速压力机，增大电机电磁负荷密度，提高电机推力和压力机冲压力，减小其用量，降低电机制造成本，大大提高压力机吨位。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种直线驱动高速压力机，包括机身、设置在机身内可上下移动的冲头以及关于冲头竖直轴线对称设置的2个单边平板式开关磁通永磁直线电动机，单边平板式开关磁通永磁直线电动机包括一个直线电机次级和若干个直线电机初级模块，其中，直线电机次级设置在冲头上，直线电机初级模块与直线电机次级正对设置在机身内侧，机身外侧面还设置有气缸，气缸通过连接板与冲头连接；

直线电机初级模块按A、B、C相序成对垂直排列在机身内侧，以三相6个直线电机初级模块为一个组，同一对内的2个直线电机初级模块间隔180°电角度；同一组内A、B、C各相直线电机初级模块依次间隔120°+2*360°电角度；相邻两组间隔180°+7*360°电角度。

所述直线电机次级为凸极结构铁心，由硅钢片叠压而成。

直线电机初级模块由双齿铁心、电枢绕组和永磁体组成，双齿铁心由硅钢片叠压而成，所述永磁体放置在所述双齿铁心两个齿之间，永磁体沿垂直方向充磁，相邻永磁体充磁方向相反，所述电枢绕组缠绕在所述双齿铁心外侧。

所述机身包括机身侧板、机身后板和机身底板，冲头后侧面设置有滑块，滑块套设在导轨上，导轨设置在机身后板上。

机身侧板共有两块，对称固定在机身底板上，每块机身侧板的内侧均设置有直线电机初级模块，每块机身侧板的外侧均设置有一个气缸。

机身后板设置有光栅尺，冲头后侧面设置有光栅读数头.

滑块的数量为2对，每对滑块对应一根导轨。

还包括安装在冲头底端的上模架和设置在机身底板上与上模架相对的下模架。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，直线电机初级模块与直线电机次级之间产生电磁推力，由直线电机次级驱动所述冲头直线往复运动和提供冲压力，一对气缸对称设置在左右机身侧板外侧面上，气缸通过所述连接板与所述冲头连接，使气缸能输出气压力到冲头上；当冲头在空程滑行时，气缸输出气压力用以平衡冲头重力；当冲头工作在冲压过程时，气缸输出气压力与直线电机电磁推力共同作用为冲压力；

本发明通过新型开关磁通永磁直线电动机和气缸驱动冲头和上模架实现压力机冲压工艺，系统整体结构简单。直线电机定子模块化结构使加工装配方便，输出平稳的电磁推力；设置永磁体和电枢绕组在直线电机定子上，大大降低直线电机材料用量和造价；压力机冲头只存在次级铁心，冲头鲁棒性强，动态响应迅速。通过气缸加载气压力提高压力机的冲压力吨位。由此可见，本发明直线驱动高速压力机在结构稳定性，整机造价，冲压力吨位等方面具有极大的发展应用潜力。

附图说明

图1是本发明的整体三维结构示意图；

图2是本发明的正视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1中直线驱动高速压力机冲头部分的正视图；

图5是图1中直线驱动高速压力机冲头部分的三维结构示意图；

图6是开关磁通永磁直线电机初级模块的三维结构示意图；

图7是图6中开关磁通永磁直线电机初级模块组合放置的三维结构示意图；

图8是本发明一种直线驱动高速压力机中开关磁通永磁直线电机拓扑结构示意图；

图9是本发明关磁通永磁直线电机驱动冲头结构示意图；

图10是图1中直线驱动高速压力机机身部分的三维结构示意图；

图11是本发明一种直线驱动高速压力机运行下死点和上死点位置示意图，其中，图11(a)为运行下死点位置示意图，图11(b)为运行上死点位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种筒型定子永磁直线电机驱动高速压力机的组成结构作具体介绍：

结合图1和图2所示，本发明一种直线驱动高速压力机，其组成部件包括冲头1，直线电机次级2，直线电机初级模块3，机身4，气缸5，上模架6，下模架7，导轨8，滑块9，光栅尺10，光栅读数头11和连接板12，压力机为开式结构，冲头1为长方体结构。开关磁通直线电动机为平板式结构，所述一个直线电机次级2和若干个直线电机初级模块3组成一个单边平板式开关磁通永磁直线电动机。所述冲头1左右两侧分别对称设置有一个单边平板式开关磁通直线电动机，这种对称结构能平衡两个直线电机内直线电机初级模块3对直线电机次级2的吸力，使冲头1不受横向作用力。

参阅图4所示，冲头1左右两侧分别连接有所述直线电机次级2，直线电机次级2为凸极结构铁心，由硅钢片叠压而成。

参阅图6所示，所述直线电机初级模块3由双齿铁心31，电枢绕组32和永磁体33组成。所述双齿铁心31由硅钢片叠压而成，所述永磁体33放置在所述双齿铁心两个齿之间。所述永磁体33沿垂直方向充磁，相邻永磁体33充磁方向相反。所述电枢绕组32缠绕在所述双齿铁心31外侧。

结合图7和图8所示，开关磁通永磁直线电动机的初级定子为模块化结构设计。所述直线电机初级模块3按A、B、C相序成对垂直排列在机身侧板41内侧。以三相6个直线电机初级模块3为一个组，可根据设计要求沿垂直方向放置若干组。同1对内2个直线电机初级模块3间错开180°电角度(360°电角度＝一个次级铁心极距)；同一组内A、B、C各相直线电机初级模块3依次间隔120°+2*360°电角度；相邻两组间隔180°+7*360°电角度。

结合图8和图9所示，当对A、B、C三相电枢绕组32输入三相正弦电流，在直线电机次级2和直线电机初级模块3之间产生电磁推力。所述冲头1两侧直线电机次级2产生大致相同的电磁推力，驱动冲头1垂直往复运动和在冲压工艺过程中输出冲压力。

结合图3，图5和图10所示，所述机身4由机身侧板41，机身后板42和机身底板43组成；所述冲头1后侧面设置有两对滑块9，所述每对滑块9分别设置在一根导轨8上，所述导轨8设置在机身后板42上。通过所述导轨8对滑块9的导向作用，约束所述冲头1沿垂直方向运动。所述机身后板42设置有光栅尺10，所述冲头1后侧面设置有光栅读数头11，所述光栅尺读数头11设置在所述光栅尺10上检测位置光栅信号，随着冲头1垂直运动，能测量冲头1的位置定位。

结合图1，图2和图10所示，所述一对气缸5对称设置在左右机身侧板41外侧面上，所述气缸5通过所述连接板12与所述冲头1连接，两侧气缸5输出气压力通过连接板12作用到冲头1上。所述上模架6与所述冲头1连接，所述下模架7固定在机身底板43上。所述冲头1带动上模架6上下往复运动。

参阅图11所示为冲头垂直运动的上死点和下死点位置示意图，冲头1可在上死点和下死点间按设定的位移、速度和加速度往复运动，完成不同要求的工艺。冲头1控制灵活，这也是直线驱动高速压力机相比多连杆高速压力机的优势所在。冲头1两侧的直线电机输出电磁推力和气缸5输出气压力共同作用在冲头上，其工作原理为：当冲头1在空程往复滑行时，气压力用以平衡冲头1的重力，电磁推力用以驱动冲头1和上模架6(含上模具)往复运动，使冲头1能灵活控制，响应迅速；当冲头1工作在冲压过程时，气缸5输出气压力与直线电机电磁推力共同作用为冲头1冲压力，完成工件的不同冲压工艺要求。

本发明的这种气缸和直线电机复合驱动输出冲压力的方式，相比单独由直线电机驱动，大大提高了直线驱动高速压力机的公称力吨位，降低同等吨位压力机所需的直线电机材料用量和造价。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵。

Claims (8)

1.一种直线驱动高速压力机，其特征在于：包括机身(4)、设置在机身(4)内可上下移动的冲头(1)以及关于冲头(1)竖直轴线对称设置的2个单边平板式开关磁通永磁直线电动机，单边平板式开关磁通永磁直线电动机包括一个直线电机次级(2)和若干个直线电机初级模块(3)，其中，直线电机次级(2)设置在冲头(1)上，直线电机初级模块(3)与直线电机次级(2)正对设置在机身(4)内侧，机身(4)外侧面还设置有气缸(5)，气缸(5)通过连接板(12)与冲头(1)连接；

直线电机初级模块(3)按A、B、C相序成对垂直排列在机身(4)内侧，以三相6个直线电机初级模块(3)为一个组，同一对内的2个直线电机初级模块(3)间隔180°电角度；同一组内A、B、C各相直线电机初级模块(3)依次间隔120°+2*360°电角度；相邻两组间隔180°+7*360°电角度。

2.如权利要求1所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：所述直线电机次级(2)为凸极结构铁心，由硅钢片叠压而成。

3.如权利要求1所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：直线电机初级模块(3)由双齿铁心(31)、电枢绕组(32)和永磁体(33)组成，双齿铁心(31)由硅钢片叠压而成，所述永磁体(33)放置在所述双齿铁心(31)两个齿之间，永磁体(33)沿垂直方向充磁，相邻永磁体(33)充磁方向相反，所述电枢绕组(32)缠绕在所述双齿铁心(31)外侧。

4.如权利要求1所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：所述机身(4)包括机身侧板(41)、机身后板(42)和机身底板(43)，冲头(1)后侧面设置有滑块(9)，滑块(9)套设在导轨(8)上，导轨(8)设置在机身后板(42)上。

5.如权利要求4所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：机身侧板(41)共有两块，对称固定在机身底板(43)上，每块机身侧板(41)的内侧均设置有直线电机初级模块(3)，每块机身侧板(41)的外侧均设置有一个气缸(5)。

6.如权利要求4所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：机身后板(42)设置有光栅尺(10)，冲头(1)后侧面设置有光栅读数头(11)。

7.如权利要求4所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：滑块(9)的数量为2对，每对滑块(9)对应一根导轨(8)。

8.如权利要求4所述的一种直线驱动高速压力机，其特征在于：还包括安装在冲头(1)底端的上模架(6)和设置在机身底板(43)上与上模架(6)相对的下模架(7)。