CN201064949Y

CN201064949Y - 磁力冲床

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Publication number: CN201064949Y
Application number: CNU2007201486046U
Authority: CN
Inventors: 刘新广
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2017-04-30

Abstract

一种磁力冲床，在底座上固定导磁圆筒，导磁圆筒内包着上线圈、径向充磁的永磁环、下线圈，动铁心置于它们之中，非磁性冲头及非磁性导杆均与动铁心固接，压力弹簧套在导杆外；给下线圈通电，产生的电磁通与永磁通及弹簧反力使动铁心加速下冲冲制工件，然后下线圈断电，给上线圈通电，产生的电磁通与永磁通使动铁心加速上冲到上死点，弹簧得到压缩而储能。由于设置永磁环，并设置线圈，使工作电流大大减小，提高了冲制工件频率及工作效率，简化了控制系统，降低了能耗，延长使用寿命。在冲头安接锤头，作为锻造机、破碎机；在冲头或导杆安接振动头或振动盘，作为振动设备。

Description

磁力冲床

技术领域

本实用新型涉及一种冲床，尤其是一种永磁与电磁复合冲床。

背景技术

传统的电动机拖动的机械冲床，体积庞大、笨重、效率低，不便于实现自动化，发展的趋势是电磁冲床逐渐淘汰传统的机械冲床。如图1示，为现有的电磁冲床的典型结构示意图。在底座10上固定导磁筒2，导磁筒2内包着线圈3，线圈3隔间隙包围着动铁心4，冲头1及导杆9均与动铁心4固接；压力弹簧8的导杆6固定在筒2的端面或床体上，导杆6另一端由联板7联接，压板5与导杆9固定。给线圈3通正向电流，产生的电磁力，使动铁心4加速下冲，冲制工件后到达下死点，弹簧8被压缩而储能，线圈3断电后，弹簧8释放能量，顶起压板5带动导杆9，使动铁心4及冲头1上行到上死点。这就是现有电磁冲床的工作原理。显然，要使动铁心4下冲，同时使弹簧8被压缩，所需要的电磁力很大，就得使线圈3的安匝值(NI)足够高，因而，现有电磁冲床的线圈3的体积较大，工作电流也很大，造成发热严重、电能浪费较大、控制系统体积较大且复杂、使用成本高。

为了大大降低现有电磁冲床的工作电流，申请号为200510011963.2，名称为永磁冲床的专利，通过设置永磁环来实现。该发明如图2示，在导磁筒1和12中加一个永磁环14。线圈3未通电之前，永磁环14已对动铁心4产生了不小的下拉力，磁通回路如图中A所示。给线圈3加正向电流，产生的电磁通与前述永磁通叠加，作用在动铁心13上的下拉力增大，使动铁心13加速下冲，冲头1完成冲制工件。要使冲头1回程，给线圈3加反向电流，使其产生的电磁力与弹簧8的反力一起克服永磁环14的磁拉力。显然，正是永磁环14的磁力参与，才使冲头1下冲所需电磁力大大减小，即对线圈3要求的安匝值(NI)大大减小。然而，永磁环14磁导率和空气的磁导率很接近，磁阻很大，要额外损耗电流。

发明内容

本实用新型设计一种永磁与电磁复合冲床，既能充分有效利用永磁力，又使电磁通避开永磁体的磁阻，从而进一步减小工作时线圈所需安匝值(NI)，提高冲制工件的频率，提高效率。

本实用新型按下述技术方案实现。

如图3示，在底座24上固定导磁筒16，导磁筒16内包着上线圈20、径向充磁的永磁环15、下线圈21，上线圈20、径向充磁的永磁环15、下线圈21的外圆均与导磁筒16的内圆接触，永磁环15的上下端面分别与上线圈20的下端面及下线圈21的上端面相接触，上线圈20的上端面与导磁筒16上部内端面接触，下线圈21的下端面与导磁筒16下部内端面接触，软磁性动铁心22置于它们之中，动铁心22的轴向长度尺寸比导磁筒16的短一个冲程(L)尺寸，动铁心22的外圆与它们的内圆之间间隔较小的间隙，非磁性冲头23及非磁性导杆18均与动铁心22固接，以上所述各件均同轴；压力弹簧19套在导杆18外，压力弹簧19的自由长度为动铁心22冲程(L)的一半，即L/2，支架17固定在导磁筒16的端面或冲床的床身其它部位，冲头23及导杆18与导磁筒16端面的中孔配成滑动配合，导杆18上部与支架17的孔配成间隙配合。图3所示动铁心22处于上死点，压力弹簧19处于受压状态，I为永磁环15的磁通回路，并设永磁环15的内圆为N极面。

本实用新型的工作原理：如图4示，给下线圈21通电，产生的电磁通回路为II和III，与永磁通回路I的方向相反，电磁力削弱永磁力，当电磁力值大于永磁力与压力弹簧19的反力及动铁心22的重力(含导杆18和冲头23的重力)的差值时，动铁心22将加速下冲，当位移超过L/2冲程(或间隙)，动铁心22的上端面与导磁筒16上部内端面之间隙值将大于动铁心22的下端面与导磁筒16下部内端面之间隙值，那么，根据磁力线总是力图沿磁阻最小的路径闭合的特性，永磁环15的绝大多数磁力线将从其内圆出发，穿过永磁环15的内圆与动铁心22外圆之间隙，接着穿过动铁心22下半部，接着穿过动铁心22的下端与导磁筒16下部内端之间隙，接着穿过导磁筒16回到永磁环15的外圆，即绝大多数永磁力线回路与图4中电磁回路II一样，那么，作用在动铁心22上的电磁力、重力、永磁力及弹簧反力叠加在一起，使动铁心22以比以前更大的变加速度下冲到下死点，在此过程中冲头23与凹模(图中未画)一起完成冲制工件，永磁通回路如图5中IV所示，永磁通使动铁心22保持在导磁筒16下部内端面。要让动铁心22回程(上行)，给上线圈20通电，如图6所示，电磁通的回路为V和VI，方向与永磁通回路IV的方向相反，动铁心22向上运动的原理和过程与前述向下运动的相似，不同的是，动铁心22由静止向上运动到L/2的过程，线圈20所产生的电磁力要克服永磁力、重力；动铁心22上行越过L/2后，变成向上的电磁力与绝大部分向上的永磁力一起克服很小的向下的永磁力、重力及压力弹簧19的抗力。动铁心22上行到上死点，被永磁环15的磁力保持在导磁筒16上部内端面，如图3示，磁通回路为I所示，同时，压力弹簧19被压缩而储能，压力弹簧19还对动铁心22上行起到缓冲作用，至于压力弹簧19的自由长度取为动铁心22冲程(L)的一半，是为了尽量延迟对动铁心22上行的阻力。

本实用新型设计时，让动铁心22保持在导磁筒16上部内端面上的永磁环15的磁力，略大于压力弹簧19的最大反力与动铁心22、冲头23及导杆18总重力之和。这样，若使动铁心22和冲头23下冲，给线圈21通较小的电流就能使动铁心22和冲头23始动，同时弹簧19释放所储存的能量给动铁心22以克服向上的永磁力，动铁心22下冲越过L/2后，作用在动铁心22上的永磁力绝大部分方向向下，永磁力、重力、电磁力一起使动铁心22和冲头23加速下冲到下死点，要说明的是，动铁心22下冲越过L/2后，在动铁心22上所加的电磁力要比动铁心22下冲始动所需要的电磁力大，这是为了冲头23冲制工件。

本实用新型动铁心22和冲头23从下死点上行(回程)到冲程中点L/2，使动铁心22始动的临界电磁力应满足：

F₁＝f₁+g (1)

式中：F₁-动铁心22受到的向上的电磁力；

f₁-动铁心22保持在导磁筒16下部内端面上的永磁力；

g-动铁心22、冲头23及导杆18总重力之和。

由前述工作原理知，动铁心22上行始动后，对电磁力的需求值随着f₁逐渐减小而减小，所以，F₁为动铁心22上行所需要的最大电磁力。

设冲床的额定冲力为P，现有的电磁冲床P完全由电磁力实现，本实用新型将P的一部分由向下的永磁力来承担，且取其值等于动铁心22保持在导磁筒16下部内端面上的永磁力值，以替代需要的部分电磁力，所需剩余的部分电磁力设为F₂，从而大幅度降低线圈的工作电流或安匝(NI)值。所以可使

F₂+f₁+g＝P (2)

因为冲头23要冲制工件，所以F₂应大于F₁，偏于富裕取动铁心下冲所需要的电磁力值作为动铁心向上所需要的电磁力值，将(1)式中的F₁用F₂代替后，再与(2)式求得：

F₂＝P/2 (3)

由(2)式立即得：

f₁＝P/2-g

因为与P相比，g小得多，所以可靠地取：

f₁＝P/2 (4)

动铁心22上行到L/2以后，永磁环15的绝大多数磁力线将从其内圆出发，穿过永磁环15的内圆与动铁心22外圆之间隙，接着穿过动铁心22上半部，接着穿过动铁心22的上端与导磁筒16上部内端之间隙，接着穿过导磁筒16回到永磁环15的外圆，即永磁通回路与图6中电磁回路VI所示一样，因此不需电磁力，仅靠永磁环15的磁力使动铁心22加速运动到上死点。

按(3)式和(4)式确定本实用新型工作所需要的电磁力和永磁力，进而设计线圈20、21及永磁环15，就是说，使线圈20、21产生的磁场强度均与永磁环15的相等。

在冲头23安接锤头，本实用新型就是一种锻造机，也可作为破碎机；在冲头23或导杆18安接振动头或振动盘，则本实用新型可作为振动设备。

由上面的说明及分析，本实用新型优点凸现：

1、所述电磁通III(见图4)、V(见图6)不通过永磁环15，遇到的磁阻是导磁筒16的磁阻、动铁心22的磁阻及动铁心22冲程L(间隙)磁阻，电磁通II(见图4)、VI(见图6)通过永磁环15，遇到的磁阻是导磁筒16磁阻、动铁心22的磁阻及动铁心22冲程L(间隙)磁阻及永磁环15的磁阻，永磁环15的磁阻很大，因此绝大部分电磁通通过回路III、V，所以不需要大量的额外电流来克服永磁磁阻，节省了许多的电能；

2、由于优点1，与现有电磁冲床相比，本实用新型的冲头23(或动铁心22)上行和下冲均所需电流仅为现有电磁冲床冲头下冲所需电流的50％，而且，动铁心22上行到L/2以后，可切断线圈20的电流节能，所以本实用新型耗电少；由于线圈的导线发热(焦耳热)量与电流的平方成正比，因此本实用新型电能的损耗也小得多；

3、本实用新型有两个线圈20、21，它们的体积之和，并不比现有电磁冲床或前述永磁冲床的线圈体积大，由于优点1或优点2，本实用新型工作时线圈20、21交替通电，大大减缓了每个线圈焦耳热的积累，因此，本实用新型能比现有电磁冲床或前述永磁冲床以更高的频率工作，效率很高；

4、本实用新型，将现有电磁冲床或前述永磁冲床的两个弹簧8，改为一个弹簧19，省掉了压板5及导柱6，简化了结构，使冲床更紧凑，刚性更强；

5、本实用新型，由于前述的优点，所以控制系统简单小巧、功耗小、效率高、寿命长；

6、本实用新型-磁力冲床，由于前述的优点，所以使用和维护费用更低。

附图说明

图1为现有电磁冲床典型结构示意图；

图2为专利200510011963.2公开的永磁冲床的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式一的结构示意图，也是本实用新型具体实施方式一动铁心在上死点时的示意图；

图4为图3线圈21通电时磁路示意图；

图5为本实用新型具体实施方式一动铁心在下死点时的示意图；

图6为图5线圈20通电时磁路示意图；

图7为本实用新型具体实施方式二的结构示意图；

图8为本实用新型具体实施方式三的结构示意图；

图9为本实用新型具体实施方式四的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图3示，在底座24上固定导磁筒16，导磁筒16内包着上线圈20、径向充磁的永磁环15、下线圈21，动铁心22置于它们之中，动铁心22的轴向长度尺寸比导磁筒16的短一个冲程(L)尺寸，动铁心22的外圆与它们的内圆之间间隔较小的间隙，冲头23及导杆18均与动铁心22固接，以上所述各件均同轴；压力弹簧19套在导杆18外，压力弹簧19的自由长度为动铁心22冲程(L)的一半，即L/2，支架17固定在导磁筒16的端面或冲床的床身其它部位，冲头23及导杆18与导磁筒16端面的中孔配成滑动配合，导杆18上部与支架17的孔配成间隙配合。图3所示动铁心22处于上死点，压力弹簧19处于受压状态，I为永磁环15的磁通回路，并设永磁环15的内圆为N极面。工作原理同前述。

具体实施方式二：如图7示，将具体实施方式一中的永磁环15、导磁筒16分别改为永磁环25、导磁筒26，并增加导磁衬环27，其它不变。

具体实施方式三：如图8示，将具体实施方式一或具体实施方式二中的弹簧19去掉，并将导杆18、支架17分别改为冲头31、与底座24固定的支架29，便成为双冲头冲床，与冲头23相联接的凸模(未画出)对应凹模28，冲头31相联接的凸模(未画出)对应凹模30，其它不变，这样的冲床充分地发挥了效能，效率极高。

具体实施方式四：将具体实施方式三的冲床转90°，并将支架29和底座24做成大框架32，用固定板33、34将导磁筒16或26固定在大框架32，大框架32固定于地基。

Claims

1.一种磁力冲床，其特征是：在底座(24)上固定导磁筒(16)，导磁筒(16)内包着上线圈(20)、径向充磁的永磁环(15)、下线圈(21)，上线圈(20)、径向充磁的永磁环(15)、下线圈(21)的外圆均与导磁筒(16)的内圆接触，永磁环(15)的上下端面分别与上线圈(20)的下端面及下线圈(21)的上端面相接触，上线圈(20)的上端面与导磁筒(16)上部内端面接触，下线圈(21)的下端面与导磁筒(16)下部内端面接触，软磁性动铁心(22)置于它们之中，软磁性动铁心(22)的轴向长度尺寸比导磁筒(16)的短一个冲程L尺寸，软磁性动铁心(22)的外圆与它们的内圆之间间隔间隙，非磁性冲头(23)及非磁性导杆(18)均与软磁性动铁心(22)固接，以上所述各件均同轴；压力弹簧(19)套在非磁性导杆(18)外，压力弹簧(19)的自由长度比软磁性动铁心(22)冲程L短，支架(17)固定在导磁筒(16)的端面或冲床的床身其它部位，非磁性冲头(23)及非磁性导杆(18)与导磁筒(16)端面的中孔配成滑动配合，非磁性导杆(18)上部与支架(17)的孔配成间隙配合。

2.根据权利要求1所述的磁力冲床，其特征是：将永磁环(15)、导磁筒(16)分别改为永磁环(25)、导磁筒(26)，并增加导磁衬环(27)，其它不变。

3.根据权利要求1或2所述的磁力冲床，其特征是：将弹簧(19)去掉，并将非磁性导杆(18)、支架(17)分别改为非磁性冲头(31)、与底座(24)固定的支架(29)，便成为双非磁性冲头冲床，与非磁性冲头(23)相联接的凸模对应凹模(28)，与非磁性冲头(31)相联接的凸模对应凹模(30)，其它不变。

4.根据权利要求3所述的永磁与电磁复合冲床，其特征是：将该冲床转90°，并将支架(29)和底座(24)做成大框架(32)，用固定板(33)、(34)将导磁筒(16)或(26)固定在大框架(32)，大框架(32)固定于地基。

5.根据权利要求1所述的磁力冲床，其特征是：在冲头(23)安接锤头；在冲头(23)或导杆(18)安接振动头或振动盘。