JP2008502297A

JP2008502297A - 駆動装置

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Publication number: JP2008502297A
Application number: JP2007526424A
Authority: JP
Inventors: エバーライン、ヴェルナー; レッカー、クラウス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2025-06-07
Also published as: DE102004028355B4; WO2005122366A1; DE102004028355A1; US7841250B2; US20080127757A1; CN1934770B; JP4662563B2; CN1934770A

Abstract

駆動装置（９）は、ハウジング（１０）と、その中に支持された駆動軸（１４）と、第１および第２電気駆動機（１２、１３）を備える。駆動軸は、駆動機により駆動軸軸線（１５）を中心として回転し且つ駆動軸軸線に沿って軸方向に移動できる。両駆動機は、駆動軸軸線に対し一直線に配置され、各々ステータ（１６、１９）とロータ（１７、２０）を有している。ステータはハウジングに固定され、ロータは中空軸を経てハウジングに支持されている。第２駆動機のロータは、線形軸受装置を介して駆動軸に、相対回転不能であるが軸方向相対移動可能に結合され、第１駆動機のロータは、ねじ付きスピンドル（２７）に相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合されている。駆動軸は、ねじ付きスピンドルと協働するねじ付きナット（２９）に、相対回転不能で軸方向相対不能に結合されている。駆動軸は、ねじ付きスピンドルを受けるための凹所（３１）を有している。

Description

本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に支持された駆動軸と、第１電気駆動機と、第２電気駆動機を備え、
駆動軸が駆動機により駆動軸軸線を中心として回転でき且つ駆動軸軸線に沿って軸方向に移動でき、
両駆動機が駆動軸軸線に対して一直線に配置され、各々ステータとロータを有し、
ステータがハウジングに固定され、
ロータが中空軸として形成されてハウジングで支持され、
第２駆動機のロータが、線形軸受装置を介して、駆動軸に相対回転不能であるが軸方向相対移動可能に結合されている
駆動装置に関する。

かかる駆動装置は例えば独国特許第４３４４３３５号明細書で公知である。この駆動装置は、駆動軸がその軸線を中心として回転可能であり且つその駆動軸軸線の方向に移動可能であるようにするときに利用される。かかる用途の例は、射出成形機のスクリューコンベヤの運動にある。他の用途は、例えばワークを第１加工場所から第２加工場所等に移送する搬送アームにある。該アームの場合、しばしばワークをまず持ち上げ、次いで円弧状に揺動させ、再び下ろす。糸やワイヤを巻回する場合も、そのような運動が存在する。また、特に旋盤のスピンドルに対する駆動装置でも、そのような運動が考えられる。

公知の駆動装置の場合、第２駆動機が駆動軸にねじ付きスピンドルを介して間接的に結合され、このスピンドルは、駆動軸に相対回転不能で且つ軸方向相対移動不能に結合されている。第２駆動機のロータに駆動ジャーナルが配置され、この駆動ジャーナルはねじ付きスピンドルの凹所にはまり込み、このねじ付きスピンドルに相対回転不能であるが軸方向相対移動可能に支持されている。第１駆動機のロータは、ねじ付きスピンドルと協働するねじ付きナットに、相対回転不能で且つ軸方向相対移動不能に結合されている。

公知の駆動装置は、特にねじ付きスピンドルに第２ロータの駆動ジャーナルに対する凹所を設けねばならないので、製造技術上複雑になってしまう。また構造上、両駆動機は軸方向に直列して配置され、このため、駆動装置は長い軸方向長の構造となる。また第２駆動機の駆動ジャーナルが駆動軸に作用する梃子が比較的短く、そのため、比較的小さなトルクしか伝達できず、比較的小さなねじり強度しか生じない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の駆動装置を、製造技術上簡単に製造でき、大きなねじり強度が得られるように改善することにある。

この課題は、
第１駆動機のロータが、ねじ付きスピンドルに相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合され、
駆動軸が、ねじ付きスピンドルと協働するねじ付きナットに相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合され、
駆動軸がねじ付きスピンドルを受けるための凹所を有する
ことによって解決される。

これにより、一方でねじ付きスピンドルに凹所を設ける必要がなくなるので、標準ねじ付きスピンドルが利用可能となる。他方では、駆動軸を第２駆動機のロータに直結でき、これにより、比較的大きなトルクを伝達でき、大きなねじり強度が生ずる。

また、両駆動機が半径方向において互いに入れ子式に嵌め合わせているため、駆動装置の短い軸方向構造長が得られる。その場合、好適には、半径方向内側に配置された駆動機が第１駆動機である。これにより、駆動装置の構造的構成が一層単純化になる。

両駆動機の半径方向における入れ子式配置に基づいて、好適には、半径方向内側に配置された駆動機が、内側ロータ形電動機として形成される。同じ理由から、好適には、半径方向外側に配置された駆動機が、外側ロータ形電動機として形成される。

内側ロータ形電動機では、ステータがロータより半径方向外側に位置している。外側ロータ形電動機の場合はその逆である。その際、両ステータは両ロータの半径方向内側に位置する。従って、駆動装置の構造は、ハウジングが軸方向において両駆動機のロータ間を延びて両駆動機のステータを支持するスリーブ要素を有していることで、一層単純化される。更に、この処置により、必要な半径方向の構造空間を一層減少できる。

スリーブ要素は、好適には、ステータに対する冷却装置として形成されている。これにより、大きな駆動動力が実現できる。これは特に、スリーブ要素が冷却媒体、特に水に対する冷却通路を有するときに当てはまる。

第１駆動機のロータにスラスト力並びにラジアル力が作用する。従ってそのロータは、好適には、ハウジングに、特にラジアル軸受およびそれと別個のスラスト軸受を介して、半径方向および軸方向に支持されている。これに対して、第２駆動機のロータにはラジアル力しか作用しない。従って、第２駆動機のロータについては、これがハウジングに半径方向にだけ支持されるだけで足りる。

第１駆動機および／又は第２駆動機を永久励磁式三相同期電動機として形成すると、一層コンパクトな構造となる。原理的には他の駆動機、例えば三相非同期電動機や直流電動機も利用できる。

第１駆動機および／又は第２駆動機が永久励磁式電動機のロータに配置された永久磁石を有すると、スリップリングや変圧器装置を介しての可動部品への給電が不要となる。

第１駆動機および／又は第２駆動機に、各駆動機に付属する位置調整器に接続可能な位置検出器を付設することで、駆動軸の回転位置および／又は軸方向位置が容易に位置調整できる。その場合、第２駆動機のロータの位置は、駆動軸の回転位置に相当し、第２駆動機の位置に対する第１駆動機の位置の差は、駆動軸の軸方向変位に相当する。位置差の軸方向移動への換算は直接およびねじ付きスピンドルのピッチに関連して間接的に生ずる。

線形軸受装置は、好適には円周方向に一様に分布した少なくとも３個の線形軸受を備える。この結果第２駆動機のロータに対する駆動軸の特に確実な半径方向支持が生ずる。その場合、線形軸受は連動体と線形ガイドを有する。

連動体と線形ガイドとの間にころがり軸受を配置することで、駆動軸は特に容易に且つ確実に軸方向に移動できる。その際、ころがり軸受を線形ガイドの周りを循環するボールチェーンとして形成することで、ころがり軸受の構造的構成が容易に得られる。

線形ガイドの軸方向に間隔を隔てた両端が、円周方向に徐々に狭められ、特に丸くされるか折り曲げられることで、線形ガイドのころがり軸受は特に確実に作動する。

連動体を第２駆動機のロータ、線形ガイドを駆動軸に各々配置することよい。しかし原理的には、連動体を駆動軸、線形ガイドを第２駆動機のロータに各々配置してもよい。

ねじ付きスピンドルとねじ付きナットの間に球軸受を配置すると、第２駆動機のロータに対する第１駆動機のロータの相対回転を特に容易に駆動軸の軸方向移動に変換できる。

既述の如く、この駆動装置は、駆動軸の回転運動並びに駆動軸の軸方向運動を実現しようとするとき、いつでも利用できる。しかし特に有利な用途は、射出成形機のスクリューコンベヤに対する駆動装置としての利用にある。

他の利点および詳細を、以下の図を参照しての実施例の説明から明らかにする。

図１において、全体を符号１で示す射出成形機は供給ホッパ２を有し、該ホッパ２から射出成形機１にプラスチック粒子３が供給される。該粒子３はスクリューコンベヤ４の回転により射出成形機１の塑性化室５に送られる。そこでプラスチック粒子３は略示した加熱装置６で溶融される。その後、プラスチック粒子３はスクリューコンベヤ４の軸方向移動により射出成形型７の中に射出され、そこで、完成射出成形品の形に凝固する。

射出成形機１は制御装置８で制御される。該装置８は特に駆動装置９を制御し、駆動装置９はスクリューコンベヤ４の回転並びにスクリューコンベヤ４の軸方向移動を生じさせる。この駆動装置９が本発明の主題である。以下、図２〜４を用いて本発明を詳細に説明する。なお図２における駆動装置の表示は、図１の配置に対して鏡面対称となっている。即ち、図１と図２では配置をは左右で入れ替えている。

図２において、駆動装置９はハウジング１０を備える。駆動装置９はハウジング１０を介して射出成形機１の本体１１と、例えばボルト結合されている。ハウジング１０内に第１電気駆動機１２と第２電気駆動機１３が配置されている。この両駆動機１２、１３はハウジング１０内に支持された駆動軸１４に作用する。両駆動機１２、１３は駆動軸１４の軸線１５に対し一直線に配置されている。

両駆動機１２、１３は図２の如く互いに入れ子式に嵌め合わされている。ここで、半径方向内側に配置された駆動機は第１駆動機１２である。

第１駆動機１２は内側ロータ形電動機として形成されている。即ち、第１駆動機１２はステータ１６とロータ１７を有し、該ロータ１７はステータ１６に対し半径方向内側に配置されている。第１駆動機１２、即ち半径方向内側駆動機１２のステータ１６は、ハウジング１０の構成部品であるスリーブ要素１８に配置され、軸方向に第１駆動機１２のロータ１７を越えて延びている。

第２駆動機１３は外側ロータ形電動機として形成されている。即ち、第２駆動機１３は同様にステータ１９とロータ２０を有し、該ロータ２０はステータ１９に対し半径方向外側に配置されている。第２駆動機１３、即ち半径方向外側駆動機１３のステータ１９も同様にスリーブ要素１８に配置されている。従って、スリーブ要素１８は、軸方向において両駆動機１２、１３のロータ１７、２０間を延びて両駆動機１２、１３のステータ１６、１９を支持する両駆動機１２、１３に対し共通の構成要素である。従って、両ステータ１６、１９は、スリーブ要素１８を介して間接的にハウジング１０に固定されている。

駆動機１２、１３は、好適には永久励磁式三相同期電動機１２、１３として形成され、この結果駆動装置９は特にコンパクトな構造となっている。駆動機１２、１３は永久磁石２１、２２を備え、図２の如く、永久磁石２１、２２は駆動機１２、１３のロータ１７、２０に配置されている。

図２の如く、スリーブ要素１８は冷却媒体用の冷却通路２３を有する。冷却媒体は、好適には水である。従って、スリーブ要素１８はステータ１６、１９に対する冷却装置として形成されている。

更に図２から解るように、ロータ１７、２０は中空軸として形成され、ハウジング１０で支持されている。その際、第１駆動機１２のロータ１７は、ラジアル軸受２４を介してハウジング１０で半径方向に支持されている。該軸受２４は、図２に示す如く、特にころがり軸受、例えば球軸受として形成されている。第１駆動機１２のロータ１７の軸方向支持は、ラジアル軸受２４から分離したスラスト軸受２５で行われている。このスラスト軸受２５も、好適にはころがり軸受として、例えば図２に示す如く球軸受として形成されている。第２駆動機１３のロータ２０は、好適にはハウジング１０で専ら半径方向に支持され、詳しくはころがり軸受２６、例えば球軸受で支持されている。

第１駆動機１２のロータ１７は、図２の如く、ねじ付きスピンドル２７に、相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合されている。これに対し第２駆動機１３のロータ２０は、線形軸受装置２８を介して駆動軸１４に、相対回転不能であるが軸方向に相対移動可能に結合されている。また駆動軸１４は、ねじ付きナット２９に相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合されている。ねじ付きナット２９は、例えばねじ付きスピンドル２７とねじ付きナット２９との間に配置された球軸受（循環ボール）３０を介して、ねじ付きスピンドル２７と協働する。更に駆動軸１４は、ねじ付きスピンドル２７を受けるための凹所３１を有している。

図２の駆動装置９では、両駆動機１２、１３のロータ１７、２０が同方向に等速回転する際、駆動軸１４はその軸線１５を中心とした純粋な回転運動を生ずる。その際、駆動軸１４の回転位置は第２駆動機１３のロータ２０の回転位置に相当する。第１駆動機１２のロータ１７だけが回転すると、駆動軸１４はその軸線１５に沿う純粋な並進運動を行う。その際、駆動軸１４の軸線１５に沿う軸方向変位は、両ロータ１７、２０の回転位置の差に相当する。両駆動機１２、１３のロータ１７、２０が同時に回転するとき、駆動軸１４の回転運動は第２駆動機１３のロータ２０の回転運動に相当する。駆動軸１４の軸方向運動は、ねじ付きスピンドル２７のピッチを介して、両駆動機１２、１３のロータ１７、２０の回転運動の差に相当する。

線形軸受装置２８によりできるだけ駆動軸１４の半径方向案内も得るために、線形軸受装置２８は、好適には、少なくとも３個の線形軸受３２を有し（図３）、これらの線形軸受３２は駆動軸軸線１５の周りに円周方向に一様に分布されている。それらの線形軸受３２は連動体３３と線形ガイド３４を含んでいる。連動体３３は第２駆動機１３のロータ２０に配置され、線形ガイド３４は駆動軸１４に配置されている。しかし原理的にはその逆にすることもできる。

駆動軸１４の軸方向へのできるだけ摩擦の少ない精確な移動を得るべく、連動体３３と線形ガイド３４との間にころがり軸受３５が配置されている。この軸受３５は球軸受として形成できる。ころがり軸受３５は、球軸受として又は別のころがり軸受としても形成できるが、図４の如く、線形ガイド３４の周りを循環するボールチェーンとして形成するとよい。その場合、できるだけ支障のない確実な運転を可能にすべく、線形ガイド３４は、好適には、軸方向において間隔を隔てた両端が、円周方向に徐々に狭められている。即ち図４の上部に示す如く、線形ガイド３４は例えば丸められている。或いは、線形ガイド３４を折り曲げることもできる。これを図４の下部に示す。

本発明による駆動装置９の通常の利用時、駆動軸１４の回転運動とその軸方向送りは非常に精確に行わねばならない。少なくとも軸方向送りは全ての場合に精確でなければならない。従って、第１駆動機１２と第２駆動機１３に位置検出器３６、３７を付設し、これら位置検出器３６、３７を対応した駆動機１２、１３に付属する位置調整器３８、３９に接続するとよい。制御装置８による位置調整器３８、３９への相応した設定値α１^*、α２^*の指定と、位置検出器３６、３７による対応した実際値α１、α２の検出とで、位置調整器３８、３９が、駆動軸１４の回転位置並びにその軸方向送りを精確に制御できる。

従って、本発明に基づく駆動装置９は、製造技術上における単純な構造と、大きなコンパクト性および信頼性を兼ね備えている。

射出成形機のブロック図。本発明に基づく駆動装置の断面図。図２の駆動装置の平面図。図３の詳細図。

符号の説明

９駆動装置、１０ハウジング、１２、１３電気駆動機、１４駆動軸、１５駆動軸軸線、１６、１９ステータ、１７、２０ロータ、１８スリーブ要素、２１、２２磁石、２７ねじ付きスピンドル、２８線形軸受装置、２９ねじ付きナット、３１凹所、３２線形軸受、３３連動体、３４線形ガイド

Claims

ハウジング（１０）と、該ハウジング（１０）内に支持された駆動軸（１４）と、第１電気駆動機（１２）と、第２電気駆動機（１３）を備え、
駆動軸（１４）が電気駆動機（１２、１３）により駆動軸軸線（１５）を中心として回転でき且つ駆動軸軸線（１５）に沿って軸方向に移動でき、
両電気駆動機（１２、１３）が駆動軸軸線（１５）に対して一直線に配置され、それぞれステータ（１６、１９）とロータ（１７、２０）を有し、
ステータ（１６、１９）がハウジング（１０）に固定され、
ロータ（１７、２０）が中空軸として形成されてハウジング（１０）で支持され、
第２電気駆動機（１２）のロータ（２０）が、線形軸受装置（２８）を介して駆動軸（１４）に、相対回転不能であるが軸方向相対移動可能に結合されている
駆動装置において、
第１駆動機（１２）のロータ（１７）が、ねじ付きスピンドル（２７）に相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合され、
駆動軸（１４）が、ねじ付きスピンドル（２７）と協働するねじ付きナット（２９）に相対回転不能で軸方向相対移動不能に結合され、
駆動軸（１４）がねじ付きスピンドル（２７）を受けるための凹所（３１）を有する
ことを特徴とする駆動装置。
駆動機（１２、１３）が半径方向において互いに入れ子式に嵌め合わされていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
半径方向内側に配置された駆動機が第１駆動機（１２）であることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
半径方向内側に配置された駆動機（１２）が、内側ロータ形電動機として形成されたことを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
半径方向外側に配置された駆動機（１３）が、外側ロータ形電動機として形成されたことを特徴とする請求項２から４の１つに記載の駆動装置。
ハウジング（１０）が、軸方向において両駆動機（１２、１３）のロータ（１７、２０）間を延び両駆動機（１２、１３）のステータ（１６、１９）を支持するスリーブ要素（１８）を有することを特徴とする請求項４又は５記載の駆動装置。
スリーブ要素（１８）がステータ（１６、１９）に対する冷却装置として形成されたことを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
スリーブ要素（１８）が冷却媒体特に水に対する冷却通路（２３）を有することを特徴とする請求項７記載の駆動装置。
第１駆動機（１２）のロータ（１７）がハウジング（１０）に、ラジアル軸受（２４）および該ラジアル軸受（２４）と別個のスラスト軸受（２５）を介して、半径方向および軸方向に支持されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の駆動装置。
第２駆動機（１３）のロータ（２０）がハウジング（１０）に半径方向にだけ支持されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の駆動装置。
第１駆動機（１２）および／又は第２駆動機（１３）が、永久励磁式三相同期電動機として形成されたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の駆動装置。
第１駆動機（１２）および／又は第２駆動機（１３）が、永久励磁式電動機のロータ（１７、２０）に配置された永久磁石（２１、２２）を有することを特徴とする請求項１１記載の駆動装置。
第１駆動機（１２）および／又は第２駆動機（１３）に、各駆動機（１２、１３）に付属した位置調整器（３８、３９）に接続できる位置検出器（３６、３７）が付設されたことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の駆動装置。
線形軸受装置（２８）が、円周方向に一様に分布した少なくとも３個の線形軸受（３２）を有することを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の駆動装置。
線形軸受（３２）が連動体（３３）と線形ガイド（３４）を含むことを特徴とする請求項１４記載の駆動装置。
連動体（３３）と線形ガイド（３４）との間に、ころがり軸受（３５）が配置されたことを特徴とする請求項１５記載の駆動装置。
ころがり軸受（３５）が、線形ガイド（３４）の周りを循環するボールチェーンとして形成されたことを特徴とする請求項１６記載の駆動装置。
線形ガイド（３４）の軸方向に間隔を隔てられた両端が、円周方向に徐々に狭められたことを特徴とする請求項１５から１７の１つに記載の駆動装置。
連動体（３３）が第２駆動機（１３）のロータ（２０）に配置され、線形ガイド（３４）が駆動軸（１４）に配置されたことを特徴とする請求項１５から１８の１つに記載の駆動装置。
ねじ付きスピンドル（２７）とねじ付きナット（２９）との間に、球軸受（３０）が配置されたことを特徴とする請求項１から１９の１つに記載の駆動装置。
射出成形機（１）のスクリューコンベヤ（４）に対する駆動装置として利用されることを特徴とする請求項１から２０の１つに記載の駆動装置。