CN116015018A - 一种微成形直线冲压设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微成形直线冲压设备，包括：对称设置的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子均包括若干U型定子铁心模块、若干永磁体、若干励磁绕组、若干电枢绕组和定子基板。本发明设计双边定子单动子结构，在双边气隙均产生电磁推力，同时法向吸力相互平衡，降低动子运行时导轨的摩擦阻力；永磁体、励磁绕组、电枢绕组均放置在定子铁心内，设计内埋入式水冷管道，使绕组线圈和永磁体均能通过循环水冷得到有效散热，提高了推力密度。凸极式动子铁心结构简单，鲁棒性强，惯量低，动态响应快。另外，通过设置对称的电动缸与动子连接，提供额外的电磁推力，大大提高压力机吨位。

Description

一种微成形直线冲压设备

技术领域

本发明涉及微成形设备技术领域，具体涉及一种微成形直线冲压设备。

背景技术

高精度微成形设备是加工各类微型金属零部件的重要制造设备。依靠直线电动机驱动的微成形压力机在较大冲程内实现冲头的精密柔性控制。但现有直线电动机输出推力较小，推力密度低，难以满足各类成形工艺的驱动力需求。通过增大电机尺寸可提高输出推力，但同时法向吸力也成倍增大，使直线导轨的滑动摩擦阻力增大。动子惯量大，存在动态性能、功率损耗、运动噪声、系统发热和变形等问题，限制驱动力、速度和精度等性能的进一步提高。难以满足精密微纳制造设备对动态跟踪精度和重复定位精度等性能不断提高的需求。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种新型结构的微成形直线冲压设备，增大驱动推力密度的同时降低直线驱动的摩擦阻力，提高动态响应速度，同时提高运行鲁棒稳定性，提高设备性价比，满足不同工艺的设计要求。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提出一种微成形直线冲压设备，增大电机电磁负荷密度，提高电机推力和压力机冲压力，通过对称结构降低冲头动子单边电磁吸力，从而减小冲头滑动摩擦阻力，并通过复合驱动大大提高冲压设备吨位。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种微成形直线冲压设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种微成形直线冲压设备，所述冲压设备包括对称设置的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子均包括若干U型定子铁心模块、若干永磁体、若干励磁绕组、若干电枢绕组和定子基板；

所述若干U型定子铁心模块沿垂直纵向等距排列在所述定子基板的矩形槽内，每个所述U型定子铁心模块沿其纵向两侧均设置有所述永磁体；所述励磁绕组缠绕在相邻两个所述U型定子铁心模块的槽内，每个所述电枢绕组对应缠绕在每个所述励磁绕组的外侧；

所述第一定子和所述第二定子对称设置在凸极式动子铁心具有凸起结构的两侧，组成双边定子单动子的电磁驱动拓扑结构，所述第一定子和所述第二定子分别与所述凸极式动子铁心一侧作用产生纵向电磁推力，驱动所述凸极式动子铁心垂直运动；同时所述第一定子和所述第二定子分别与所述凸极式动子铁心一侧作用产生方向相反相互平衡的法向电磁吸力，其中，所述U型定子铁心模块的槽的开口朝向凸极式动子铁心。

在本发明的一个实施例中，所述凸极式动子铁心的上端通过连接杆与电动推杆连接；

所述电动推杆输出垂直可调的纵向推力到所述凸极式动子铁心上，所述第一定子和所述第二定子与所述凸极式动子铁心作用产生的电磁推力与所述纵向推力相合成作为冲压力。

在本发明的一个实施例中，所述永磁体具有纵向磁性，相邻的所述永磁体磁性方向相反；

所述励磁绕组由漆包线绕制而成，所有所述励磁绕组绕制方向一致，匝数相同，并前后串接，由一个电压可调的直流电源供电；

所述电枢绕组由漆包线绕制而成，绕制方向一致，匝数相同，沿纵向设置的所述电枢绕组按A、B、C相序排列，同一相的前后串接，由ABC三相逆变电路供电。

在本发明的一个实施例中，所述定子基板上平面纵向开设有等间距设置的多个矩形槽，所述定子基板中心截面内设置有埋入式水冷管道；

对称设置在所述凸极式动子铁心前后两侧的所述定子基板分别设置在沿左右两侧设置的两个机身侧板之间；

所述定子基板由铝合金材料3D打印加工而成。

在本发明的一个实施例中，所述凸极式动子铁心为双边凸极结构，由整块导磁钢材加工而成；

所述凸极式动子铁心左右两侧的上下位置各设置有一导向支承，各个所述导向支承上分别设置有滑块，左右两侧的所述滑块分别与一直线导轨连接，左右两个所述直线导轨分别设置在左右机身侧板的中心轴线处。

在本发明的一个实施例中，所述凸极式动子铁心一侧设置有光栅尺传感器，由设置在所述光栅尺传感器外侧的光栅读数头读取传感器位置信息，所述光栅读数头设置在所述机身侧板上。

在本发明的一个实施例中，处于前后位置的两个所述定子基板和处于左右位置的两个所述机身侧板围绕所述凸极式动子铁心连接成方形，固定在支承上板的中心槽上；

所述支承上板通过支承圆柱固定在支承底板上，所述支承底板中心设置有压力传感器。

在本发明的一个实施例中，所述凸极式动子铁心下端与冲头上模连接，冲头下模设置在冲头上模与压力传感器之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明设计的双边定子单动子的电磁直线驱动结构，凸极式动子铁心前后两侧的定子均与动子铁心相互左右，从而提高输出电磁推力，同时两侧的法向吸力大小相近，方向相反，从而可实现吸力相互平衡，降低摩擦阻力；永磁体和绕组线圈均放置在定子上，通过定子基板的内埋式水冷管统一冷却，提高电磁功率密度和推力密度。

本发明通过直线驱动模块和电动推杆相结合驱动冲头，大大提高设备的冲压吨位。设备整体结构简单，冲头动子结构鲁棒性强，惯量低，动态响应快。由此可见，本发微成形直线冲压设备在结构稳定性，整机造价，冲压力吨位等方面具有极大的发展应用潜力。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明一种微成形直线冲压设备的整体结构的中心截面剖示图；

图2是图1中双边定子单动子的电磁拓扑结构示意图；

图3是图2中的定子各电磁模块组成结构示意图；

图4是图1中的定子的三维结构示意图；

图5是图4中的定子基板的结构示意图；

图6是图1中的动子的三维结构示意图；

图7是本发明一种微成形直线冲压设备的整体结构外形的正视图；

图8是本发明一种微成形直线冲压设备的整体结构外形的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

需要说明的是，本实施例中提到的“上”“下”“左”“右”为冲压设备处于图示状态时的位置关系。

实施例一

请参见图1和图2，图1是本发明一种微成形直线冲压设备的整体结构的中心截面剖示图，图2是图1中双边定子单动子的电磁拓扑结构示意图，本发明提供一种微成形直线冲压设备，该冲压设备包括对称设置的第一定子和第二定子，第一定子和第二定子均包括若干U型定子铁心模块1、若干永磁体2、若干励磁绕组3、若干电枢绕组4和定子基板6；

每个定子的所有U型定子铁心模块1沿垂直纵向等距排列在定子基板6的矩形槽19内，U型定子铁心模块1中的槽的开口朝向凸极式动子铁心5，每个U型定子铁心模块1沿其纵向两侧均设置有两个永磁体2；励磁绕组3缠绕在相邻两个U型定子铁心模块1的槽内，每个电枢绕组4对应缠绕在每个励磁绕组3的外侧；

第一定子和第二定子对称设置在凸极式动子铁心5前后两侧，即具有凸起结构的两侧，组成双边定子单动子的电磁驱动拓扑结构，第一定子和第二定子分别与凸极式动子铁心5一侧作用产生纵向电磁推力，驱动凸极式动子铁心5垂直运动；同时第一定子和第二定子分别与凸极式动子铁心5一侧作用产生方向相反相互平衡的法向电磁吸力。

结合图2、图3和图4所示，永磁体2具有纵向磁性，相邻两永磁体2磁性方向相反；励磁绕组3由漆包线绕制而成，所有励磁励磁绕组3绕制方向一致，匝数相同，并前后串接，由一个电压可调的直流电源供电；电枢绕组4由漆包线绕制而成，绕制方向一致，匝数相同，沿纵向设置的电枢绕组4按A、B、C相序排列，同一相的前后串接，由ABC三相逆变电路供电。

请参见图5，定子基板6上平面纵向开设有等间距设置的多个矩形槽19，定子基板6中心截面内设置有埋入式水冷管道20，由此可以通过定子基板6冷却定子；对称设置在凸极式动子铁心5前后两侧的定子基板6分别设置沿左右两侧设置的两个机身侧板7之间；定子基板6由铝合金材料3D打印加工而成。

请参见图1、图2、图6和图8，凸极式动子铁心5为双边凸极结构，即在凸极式动子铁心5两侧对称设置有若干凸起结构，凸极式动子铁心5由整块导磁钢材加工而成；凸极式动子铁心5左右两侧的上下位置各设置有一导向支承16，即在每侧各设置有两个导向支承16，分别位于上端和下端，各个导向支承16上分别设置有滑块18，凸极式动子铁心5左右两侧的滑块18分别与一直线导轨17连接，左右两个直线导轨17分别设置在左右机身侧板7的中心轴线处。

请再次参见图6，凸极式动子铁心5一侧设置有光栅尺传感器21，设置在凸极式动子铁心5一侧的光栅尺传感器21的外侧设置有光栅读数头22，光栅读数头22用于读取传感器位置信息，光栅读数头22设置在机身侧板7上。

请参见图1、图7和图8，凸极式动子铁心5上端通过连接杆9与电动推杆8连接。电动推杆8输出垂直可调的纵向推力到凸极式动子铁心5上，与双边电磁推力相合成作为冲压力。

请再次参见图7和图8，处于前后位置的两个定子基板6和处于左右位置的两个机身侧板7围绕凸极式动子铁心5连接成方形，固定在支承上板10的中心槽上；支承上板10通过支承圆柱13固定在支承底板15，支承底板15中心设置有压力传感器14。凸极式动子铁心5下端与冲头上模11连接，冲头下模12设置在冲头上模11与压力传感器14之间。

本发明设计双边定子单动子结构，在双边气隙均产生电磁推力，同时法向吸力相互平衡，降低动子运行时导轨的摩擦阻力；永磁体、励磁绕组、电枢绕组均放置在定子铁心内，设计内埋入式水冷管道，使绕组线圈和永磁体均能通过循环水冷得到有效散热，通过有效的水冷散热，提高电磁功率密度，从而提高了推力密度。

本发明将直线驱动与两侧对称的电动推杆驱动相结合，相比单独由直线驱动，提供额外的电磁推力，大大提高了微成形直线冲压设备的公称压力吨位，降低同等吨位压力机所需的永磁体和线圈材料用量和造价。

本发明的凸极式动子铁心结构简单，鲁棒性强，惯量低，动态响应快。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所进行的修改都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微成形直线冲压设备，其特征在于，所述冲压设备包括对称设置的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子均包括若干U型定子铁心模块(1)、若干永磁体(2)、若干励磁绕组(3)、若干电枢绕组(4)和定子基板(6)；

所述若干U型定子铁心模块(1)沿垂直纵向等距排列在所述定子基板(6)的矩形槽(19)内，每个所述U型定子铁心模块(1)沿其纵向两侧均设置有所述永磁体(2)；所述励磁绕组(3)缠绕在相邻两个所述U型定子铁心模块(1)的槽内，每个所述电枢绕组(4)对应缠绕在每个所述励磁绕组(3)的外侧；

所述第一定子和所述第二定子对称设置在凸极式动子铁心(5)具有凸起结构的两侧，组成双边定子单动子的电磁驱动拓扑结构，所述第一定子和所述第二定子分别与所述凸极式动子铁心(5)一侧作用产生纵向电磁推力，驱动所述凸极式动子铁心(5)垂直运动；同时所述第一定子和所述第二定子分别与所述凸极式动子铁心(5)一侧作用产生方向相反相互平衡的法向电磁吸力，其中，所述U型定子铁心模块(1)中的槽的开口朝向所述凸极式动子铁心(5)。

2.根据权利要求1所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述凸极式动子铁心(5)的上端通过连接杆(9)与电动推杆(8)连接；

所述电动推杆(8)输出垂直可调的纵向推力到所述凸极式动子铁心(5)上，所述第一定子和所述第二定子与所述凸极式动子铁心(5)作用产生的电磁推力与所述纵向推力相合成作为冲压力。

3.根据权利要求1所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述永磁体(2)具有纵向磁性，相邻的所述永磁体(2)磁性方向相反；

所述励磁绕组(3)由漆包线绕制而成，所有所述励磁绕组(3)绕制方向一致，匝数相同，并前后串接，由一个电压可调的直流电源供电；

所述电枢绕组(4)由漆包线绕制而成，绕制方向一致，匝数相同，沿纵向设置的所述电枢绕组(4)按A、B、C相序排列，同一相的前后串接，由ABC三相逆变电路供电。

4.根据权利要求1所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述定子基板(6)上平面纵向开设有等间距设置的多个矩形槽(19)，所述定子基板(6)中心截面内设置有埋入式水冷管道(20)；

对称设置在所述凸极式动子铁心(5)前后两侧的所述定子基板(6)分别设置在沿左右两侧设置的两个机身侧板(7)之间；

所述定子基板(6)由铝合金材料3D打印加工而成。

5.根据权利要求4所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述凸极式动子铁心(5)为双边凸极结构，由整块导磁钢材加工而成；

所述凸极式动子铁心(5)左右两侧的上下位置各设置有一导向支承(16)，各个所述导向支承(16)上分别设置有滑块(18)，左右两侧的所述滑块(18)分别与一直线导轨(17)连接，左右两个所述直线导轨(17)分别设置在左右机身侧板(7)的中心轴线处。

6.根据权利要求4所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述凸极式动子铁心(5)一侧设置有光栅尺传感器(21)，由设置在所述光栅尺传感器(21)外侧的光栅读数头(22)读取传感器位置信息，所述光栅读数头(22)设置在所述机身侧板(7)上。

7.根据权利要求4所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，处于前后位置的两个所述定子基板(6)和处于左右位置的两个所述机身侧板(7)围绕所述凸极式动子铁心(5)连接成方形，固定在支承上板(10)的中心槽上；

所述支承上板(10)通过支承圆柱(13)固定在支承底板(15)上，所述支承底板(15)中心设置有压力传感器(14)。

8.根据权利要求4所述的微成形直线冲压设备，其特征在于，所述凸极式动子铁心(5)下端与冲头上模(11)连接，冲头下模(12)设置在冲头上模(11)与压力传感器(14)之间。

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