JP4591910B2 - 特性切り換えモータ - Google Patents

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Description

本発明は、高速・低トルクから低速・高トルクへ、又はその逆といったように、特性を変えたい場合に、その特性に適合したステータの位置に、該当するロータを位置決めすることにより、特性を切り換えて出力する特性切り換えモータに関する。
従来より、プレスブレーキのような曲げ加工装置におけるラムは、上限位置又は下限位置から高速・低トルク駆動し、パンチがワークに接触する直前に低速・高トルク駆動に切り換え、ダイとパンチによりワークに対して所定の曲げ加工を施すようになっている。
この場合、従来は、例えば特許第3344721号公報や、特開2003−200221号公報に開示されているように、高速・低トルク用モータと、低速・高トルク用モータといった2台のモータを設置し、それぞれの場合に応じて使い分けている。
特許第3344721号公報 特開2003−200221号公報
しかし、上記両公報に開示されている手段は、いずれも2台のモータを使用していることから、特性切り換え機構が、モータの外部に設置されたボールねじ、ギヤ、プーリ、ベルトなどで構成されており、そのため、全体の構成が極めて大型であり、且つ複雑である。
また、モータが2台必要なために、その分、設置スペースが大きくなり、更に、取り付け作業も面倒で長時間を要する。
本発明の目的は、特性切り換え機構の小型化・簡略化を図り、設置スペースを小さくし、取付け作業が迅速に行われる特性切り換えモータを提供する。
上記課題を解決するために、本発明は、
高速・低トルク特性用の第1ステータS1 及び低速・高トルク特性用の第2ステータS2 が設けられたハウジング1と、
該ハウジング1側の第1ステータS1 及び第2ステータS2 と対応する高速・低トルク特性用の第1ロータR1
及び低速・高トルク特性用の第2ロータR2 が設けられ、ハウジング1に対して軸線方向に移動自在に支持されていると共に回転自在に支持されている回転軸2と、
該回転軸2を軸線方向に移動させ、第1ロータR1 を第1ステータS1
と対向する位置に位置決めし、又は第2ロータR2 を第2ステータS2 と対向する位置に位置決めするアクチュエータ4を有し、
上記回転軸2の先端部には、出力軸3に対応した凹所11が形成され、回転軸2は、該凹所11内に没入している出力軸3と滑り結合し、該出力軸3に対して軸線C方向に移動し、その後該出力軸3を回転させ、
上記アクチュエータ4が、回転軸2の基端部側のハウジング1部分に設けられ、該アクチュエータ4は、回転軸2の基端部に対して、着脱自在に結合し、
又は上記アクチュエータ4が、回転軸2の先端部側の出力軸3に内蔵され、該アクチュエータ4は、出力軸3が没入している回転軸2側の凹所11に結合しており、
上記出力軸3はプレスブレーキの上部テーブル49又は下部テーブル50に連結していることを特徴とする特性切り換えモータという技術的手段が講じている。
上記本発明の構成によれば、特性切り換え機構をモータMに内蔵させ、(例えば図1)、該特性切り換え機構を、ハウジング1側に設けられた第1ステータS1 と第2ステータS2 に対して、第1ロータR1 と第2ロータR2 が設けられた回転軸2をアクチュエータ4で移動するという小型で簡単な構成としたことにより、特性切り換え機構の小型化・簡略化が図られ、また、上記のように、特性切り換え機構をモータMに内蔵したことにより、モータが1台で済むようになったので、設置スペースが小さくなり、また、取付け作業も迅速に行われるようになった。
従って、本発明によれば、特性の切り換え機構を内蔵することにより、特性切り換え機構の小型化・簡略化を図り、設置スペースを小さくし、取付け作業が迅速に行われる特性切り換えモータを提供することが可能となる。
以下、本発明を、実施の形態により添付図面を参照して、説明する。
図1は本発明の第1実施例を示す図である。
図示する本発明に係る特性切り換えモータMは、ハウジング1を有し、該ハウジング1内の上方には、第1空洞部14が形成され、下方には、該第1空洞部14に連続し、径がより大きい第2空洞部12が形成されている。
上記第1空洞部14の内側面の下部には、第1ステータS1 が、第2空洞部12の内側面の上部には、第2ステータS2 がそれぞれ設けられ、これにより、第1ステータS1 と第2ステータS2 は、軸線C方向に設けられている。
また、ハウジング1内には、前記第1空洞部14と第2空洞部12を貫通する回転軸2が設けられ、該回転軸2の中央部より若干上方の位置には、第1装着部15が、該第1装着部15の下方には、それと連続した第2装着部13がそれそれ設けられている。
前記第1装着部15は、第1空洞部14とほぼ同じ高さを有し、第2装着部13は、第2空洞部12のほぼ半分の高さを有する。
また、第1装着部15と第2装着部13の径は、前記第1空洞部14と第2空洞部12に対応しており、前者15の径よりも、後者13の径の方が大きい。
そして、上記第1装着部15には、前記ハウジング1側の第1ステータS1 と対応する第1ロータR1 が、第2装着部13には、前記ハウジング1側の第2ステータS2 と対応する第2ロータR2 がそれぞれ設けられている。
この場合、上記第1ステータS1 と第2ステータS2 は、いずれも例えば界磁21と22であり、第1ロータR1 と第2ロータR2 は、いずれも例えば電機子31と32である。
よく知られているように、界磁21、22は、磁束を発生し、電機子31、32は、供給された電流が前記界磁21、22からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力により電機子31、32が回転する。
これにより、電機子31、32が設けられている前記回転軸2も回転するようになっている。
上記界磁21、22は、例えば磁石(永久磁石又は電磁石)を有し、電機子31、32は、例えばコイル(電流供給用コイル)を有し、磁石21、22とコイル31、32は、それぞれ組み合わされることにより、異なる特性を呈する。
例えば、後述するアクチュエータ4を介して回転軸2が下降することにより(図2(A))、前記第1ロータR1 であるコイル31が、第1ステータS1 である磁石21と対向する位置に位置決めされたときには、該コイル31に供給された電流Iが磁石21からの磁束を完全に切ることから、高速・低トルク特性Aを呈する(図10)。
また、同様にアクチュエータ4を介して回転軸2が上昇することにより(図2(B))、前記第2ロータR2 であるコイル32が、第2ステータS2 である磁石22と対向する位置に位置決めされたときには、該コイル32に供給された電流Iが磁石22からの磁束を完全に切ることから、低速・高トルク特性Bを呈する(図10)。
この低速・高トルク特性Bを呈する場合には、高速・低トルク特性Aに比べて、よく知られているように明らかに電流Iが大きく、従って、このような大電流Iを供給するコイル32の径は、比較的小さな電流Iを供給するコイル31の径よりも大きい。
このため、既述したように(図1)、このような径が大きいコイル32が設けられる第2装着部13の径は、径が小さいコイル31が設けられる第1装着部15の径よりも大きく、それに対応して、第2空洞部12の径の方が、第1空洞部14の径よりも大きい。
一方、回転軸2は、図1に示す中間位置にあるときは、その基端部2Aと先端部2Bが、該ハウジング1から突出し、該基端部2A部分は、軸受7を介して、先端部2B部分は、軸受8を介して、該ハウジング1の上端と下端にそれぞれ回転自在となっていると共に、該軸受7、8介して、上下方向に案内されている。
ハウジング1の上面には、アクチュエータ4、例えば油圧シリンダ又はエアシリンダなどから成るシリンダが設置され、該シリンダ4は、そのピストンロッド5が、前記回転軸2の基端部2Aに結合している。
上記シリンダ4のピストンロッド5には、クラッチ6が設けられ、これにより、シリンダ4を介して回転軸2を上下動させて、モータMを、前記特性A(図2(A))又は特性B(図2(B))に切り換えた後は、このクラッチ6を作動させることにより、シリンダ4側と回転軸2側とを切り離し、回転軸2が円滑に回転できるようになっている。
即ち、図1の場合には、アクチュエータ4は、ハウジング1側に設けられていて、回転軸2の基端部2Aに対して、着脱自在に結合している。
また、ハウジング1の下面には、保持部材10が設けられ、該保持部材10には、出力軸3が、上下方向に移動しないように保持されていると共に、軸受9を介して回転自在に設けられている。
この出力軸3は、スプライン軸により構成され、外側面に設けられた突起3Aが、回転軸2に形成された対応凹所11の内側面側に設けられた溝11Aに嵌合している。
即ち、回転軸2の先端部2Bは、前記凹所11内において、出力軸3と滑り結合し、出力軸3は、凹所11内に没入している。
この構成により、シリンダ4(図2(A))を作動してピストンロッド5を下降させれば、該ピストンロッド5に押圧された回転軸2が、凹所11内に没入した出力軸3に対して下降し、コイル31が、磁石21と対向する位置に位置決めされる。
この状態で、クラッチ6を作動してシリンダ4側と回転軸2側を切り離し、コイル31に所定の電流Iを(図10)供給すれば、既述したように、該電流Iが磁石21(図2(A))からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力によりコイル31が回転するので、それが設けられている回転軸2も回転する。
このとき、回転軸2の溝11Aが(図1)、出力軸3の突起3Aと嵌合していることから、出力軸3は、回転軸2の回転に伴って回転し、所定の回転数Nで回転すると共に所定のトルクTを発生し(図10)、例えば高速・低トルク特性Aに切り換わる。
また、シリンダ4(図2(B))を作動してピストンロッド5を上昇させれば、該ピストンロッド5に引き上げられた回転軸2が、凹所11内に没入した出力軸3に対して上昇し、コイル32が、磁石22と対向する位置に位置決めされる。
この状態で、クラッチ6を作動してシリンダ4側と回転軸2側を切り離し、コイル32に所定の電流Iを(図10)供給すれば、同様に、該電流Iが磁石22(図2(B))からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力によりコイル32が回転するので、それが設けられている回転軸2も回転する。
このとき、同様に、回転軸2の溝11Aが(図1)、出力軸3の突起3Aと嵌合していることから、出力軸3は、回転軸2の回転に伴って回転し、所定の回転数Nで回転すると共に所定のトルクTを発生し(図10)、例えば低速・高トルク特性Bに切り換わる。
図3は、図2と異なり、上記第1ステータS1 と第2ステータS2 が、いずれも電機子31と32であり、第1ロータR1 と第2ロータR2 が、いずれも界磁21と22である。
これは、例えば図2をDCモータとすれば、図3は、ACモータに該当する。
ACモータの場合には、よく知られているように、界磁21、22は、磁束を発生し、電機子31、32は、供給された電流により形成された回転磁界が前記界磁21、22からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力により界磁21、22を回転させる。
これにより、界磁21、22が設けられている前記回転軸2も回転するようになっている。
同様に、上記界磁21、22は、例えば磁石(永久磁石又は電磁石)を有し、電機子31、32は、例えばコイル(電流供給用コイル)を有し、磁石21、22とコイル31、32は、それぞれ組み合わされることにより、異なる特性を呈する(例えば図10)。
このように、図3のモータMは、図2とモータMとは、界磁21、22と電機子31、32の取付け箇所が異なるだけであり、その他の部分の構成と動作は、図2と全く同じなので、説明は省略する。
図10は、コイル31、32に供給される電流Iに対する回転数NとトルクTとの関係を示す速度特性曲線とトルク特性曲線の概略を大雑把に表した図であり、よく知られているように、図2と図3のモータMとは、ほぼ同じ傾向の特性を有する。
本発明によれば、図示するような高速・低トルク特性A又は低速・高トルク特性Bといった特性を切り換える機構をモータに内蔵した点に特徴があり、これにより、特性切り換え機構の小型化・簡略化を図り、設置スペースを小さくし、取付け作業が迅速に行われるようになる。
図4は、本発明の第2実施例であり、既述した第1実施例(図1(図2、図3)と異なるのは、アクチュエータ4を出力軸3に内蔵した点と、これに伴って、特性切り換え後は、アクチュエータ4が出力軸3と共に回転することから、クラッチ6が(図1)不要な点である。
即ち、図4において、出力軸3のほぼ中央部より上方には、アクチュエータ4が内蔵され、該アクチュエータ4は、例えば、同様に油圧シリンダやエアシリンダなどから成るシリンダにより構成されている。
このシリンダ4のピストンロッド5は、出力軸3から突出し、該出力軸3が没入している凹所11の天井11Bに結合している。
この構成により、シリンダ4(図5(A))を作動してピストンロッド5を下降させれば、該ピストンロッド5に引き込まれた回転軸2が、凹所11内に没入した出力軸3に対して下降し、コイル31が、磁石21と対向する位置に位置決めされる。
この状態で、コイル31に所定の電流Iを(図10)供給すれば、同様に、該電流Iが磁石21(図5(A))からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力によりコイル31が回転するので、それが設けられている回転軸2も回転する。
このとき、同様に、回転軸2の溝11Aが(図4)、出力軸3の突起3Aと嵌合していることから、出力軸3は、シリンダ4を内蔵した状態で、回転軸2の回転に伴って回転し、所定の回転数Nで回転すると共に所定のトルクTを発生し(図10)、例えば高速・低トルク特性Aに切り換わる。
また、シリンダ4(図5(B))を作動してピストンロッド5を上昇させれば、該ピストンロッド5に押圧された回転軸2が、凹所11内に没入した出力軸3に対して上昇し、コイル32が、磁石22と対向する位置に位置決めされる。
この状態で、コイル32に所定の電流Iを(図10)供給すれば、同様に、該電流Iが磁石22(図5(B))からの磁束を切ることにより、回転力を発生し、該回転力によりコイル32が回転するので、それが設けられている回転軸2も回転する。
このとき、同様に、回転軸2の溝11Aが(図1)、出力軸3の突起3Aと嵌合していることから、出力軸3は、シリンダ4を内蔵した状態で、回転軸2の回転に伴って回転し、所定の回転数Nで回転すると共に所定のトルクTを発生し(図10)、例えば低速・高トルク特性Bに切り換わる。
図6は、図5と異なり、上記第1ステータS1 と第2ステータS2 が、いずれも電機子31と32であり、第1ロータR1 と第2ロータR2 が、いずれも界磁21と22であり、これは、同様に、例えば図5をDCモータとすれば、図6は、ACモータに該当する。
図6のモータMは、図5とモータMとは、界磁21、22と電機子31、32の取付け箇所が異なるだけであり、その他の部分の構成と動作は、図5と全く同じなので、説明は省略する。
図7は、本発明の第3実施例を示す図であり、図4とは、アクチュエータ4を出力軸3に内蔵させた点で共通するが、全体として軸線C方向の寸法が小さく、主に、第1ステータS1 と第2ステータS2 を離反させると共に、第1ロータR1 と第2ロータR2 を接近させ、更に、出力軸3にプーリ16を取り付けた点で相違する。
このような構成の相違に基づいて、図7の場合には、図4と異なり、回転軸2を下降させると(例えば図8(A))、低速・高トルク特性Bを呈し、回転軸2を上昇させると(例えば図8(B))、高速・低トルク特性Aを呈する点が、動作上の相違点である。
その他、界磁21、22と電機子31、32の設置箇所を逆にすることにより、例えばDCモータ(図8)とACモータとして(図9)機能させる点や、その他の作用・効果は、図4の場合と全く同じであり、説明は省略する。
以下、上記構成を有する本発明の動作を、図10〜図12を参照して説明する。
図7の第3実施例に示す本発明に係る特性切り換えモータMを、図11の下降式プレスブレーキに適用し、ラムである上部テーブル49を下降させてワークWを曲げ加工するものとする。
図示するプレスブレーキは、よく知られているように、長手方向(X軸方向)両側に側板45を有し、各側板45の上部に本発明に係るモータMを設置し、該モータMの出力軸3に設けたプーリ16を駆動プーリとし、ボールねじ46側の従動プーリ17との間にベルト18を巻回する。
従動プーリ17には、ボールねじ46が設けられ、該ボールねじ46には、上部テーブル49の後面のナット47、48が螺合している。
NC装置40の入出力手段40Bを介して入力されたこ製品情報に基づいて、曲げ順・金型演算手段40Eが、曲げ順ごとの金型、金型レイアウトなどを演算した後、例えば作業者が、その金型P、Dを上部テーブル49と下部テーブル50に装着した後、ワークWをダイD上に載せて突当51に突き当てて位置決めした後、フットペダル(図示省略)を踏んだことを検知したCPU40Aは、アクチュエータ制御手段40Cとモータ制御手段40Dを介して、アクチュエータ4を作動させると共に、電源41を駆動し、切換スイッチ43を作動して電源41をコイル31側に接続する。
これにより、アクチュエータ4は、図8(B)に示すように、回転軸2を上昇させ、コイル31が、磁石21と対向する位置に位置決めされると共に、該コイル31に所定の電流Iが供給されるので(例えばモータ制御手段40Dは、電流計42を監視し、高速・低トルク特性Aが得られるように、電源41を調整して、所定の電流Iがコイル31に供給されるようにする)、既述したように、コイル31が回転することにより、回転軸2も出力軸3を伴って回転し、モータMは始動を開始し(図12のステップ101)、例えば高速・低トルク特性Aに切り換わり、該モータMは、高速・低トルク駆動を行う(図12のステップ102)。
この高速・低トルク特性Aは、出力軸3(図11)から、駆動プーリ16とベルト18と従動プーリ17を介して、ボールねじ46に伝達され、上部テーブル49が高速下降し、モータ制御手段40Dが、リニアスケール44を介してパンチPがピンチングポイント直前に到達したことを検知したときに(図12のステップ103のYES)、切換スイッチ43をオフ状態にして、コイル31に対する電流Iの供給を停止すると共に、モータMを(図11)、低速・高トルク特性Bに切り換える。
即ち、パンチPが(図11)ピンチングポイント直前に到達すると、CPU40Aは、再度アクチュエータ制御手段40Cとモータ制御手段40Dを介して、アクチュエータ4を作動させると共に、切換スイッチ43を作動して電源41をコイル32側に接続する。
これにより、アクチュエータ4は、今度は、図8(A)に示すように、回転軸2を下降させ、コイル32が、磁石22と対向する位置に位置決めされると共に、該コイル32に所定の電流Iが供給されるので(例えばモータ制御手段40Dは、電流計42を監視し、低速・高トルク特性Bが得られるように、電源41を調整して、所定の電流Iがコイル32に供給されるようにする)、同様に、コイル32が回転することにより、回転軸2も出力軸3を伴って回転し、モータMは、例えば低速・高トルク特性Bに切り換わり、該モータMは、低速・高トルク駆動を行う(図12のステップ104)。
モータMが、低速・高トルク駆動を行うと、曲げ加工が開始され、曲げ加工の進行と共にモータMの機械的負荷が増大し、回転数Nが減少するので、コイル32に供給される電流Iが自動的に増加してトルクTが大きくなり、該増大する機械的負荷に応じるようになる。
例えば、図10に示すように、低速・高トルク特性Bにおいて、当初の回転数Nが、Na として、機械的負荷の増大と共にNb まで低下したとすると(矢印(1))、電流Iは、自動的にIa からIb まで増加し(矢印(2))、従って、トルクTは、Ta からTb まで大きくなり(矢印(3))、これにより、増大する機械的負荷に応じる。
このようにして曲げ加工が進行し、モータ制御手段40Dがリニアスケール44を介してパンチPがL値に到達したことを検知したときに(図12のステップ105のYES)、切換スイッチ43をオフ状態にして、コイル32に対する電流Iの供給を停止し、それにより、モータMの駆動を停止し(図12のステップ106)、曲げ加工は終了する。
上記のとおり、本発明は、特性切り換え機構の小型化・簡略化を図り、設置スペースを小さくし、取付け作業が迅速に行われる特性切り換えモータに利用され、また、高速・低トルクや低速・高トルクといった特性に限定されずに、他の特性を切り換えるモータに利用され、具体的には、例えばDCモータ、ACモータ、その他サーボモータ、ステッピングモータなど全ての電磁モータに適用され、また、例えば下降式プレスブレーキのみならず、上昇式プレスブレーキにも適用され、更には、板金加工機のみならず、パソコン(フレキシブルディスク駆動用モータ(ディスク回転用と磁気ヘッド操作用))、携帯電話機(着信時の振動用モータ)、扇風機、換気扇、掃除機などの製品にも適用される。
本発明の第1実施例を示す図である。 図1の動作説明図である(DCモータの場合)。 図1の動作説明図である(ACモータの場合)。 本発明の第2実施例を示す図である。 図4の動作説明図である(DCモータの場合)。 図4の動作説明図である(ACモータの場合)。 本発明の第3実施例を示す図である。 図7の動作説明図である(DCモータの場合)。 図7の動作説明図である(ACモータの場合)。 本発明によるモータの特性を示す図である。 本発明の適用例を示す図である。 本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
1 ハウジング1
2 回転軸
3 出力軸
4 アクチュエータ
5 ピストンロッド
6 クラッチ
7、8、9 軸受け
10 保持部材
11 凹所
12 第2空洞部
13 第2装着部
14 第1空洞部
15 第1装着部
16、17 プーリ
18 ベルト
21、22 界磁
31、32 電機子
40 NC装置
40A CPU
40B 入出力手段
40C アクチュエータ制御手段
40D モータ制御手段
40E 曲げ順・金型演算手段
41 電源
42 電流計
43 切換スイッチ
44 リニアスケール
45 側板
46 ボールねじ
47、48 ナット
49 上部テーブル
50 下部テーブル
51 突当
D ダイ
P パンチ
W ワーク

Claims (1)

  1. 高速・低トルク特性用の第1ステータ及び低速・高トルク特性用の第2ステータが設けられたハウジングと、
    該ハウジング側の第1ステータ及び第2ステータと対応する高速・低トルク特性用の第1ロータ及び低速・高トルク特性用の第2ロータが設けられ、ハウジングに対して軸線方向に移動自在に支持されていると共に回転自在に支持されている回転軸と、
    該回転軸を軸線方向に移動させ、第1ロータを第1ステータと対向する位置に位置決めし、又は第2ロータを第2ステータと対向する位置に位置決めするアクチュエータを有し、
    上記回転軸の先端部には、出力軸に対応した凹所が形成され、回転軸は、該凹所内に没入している出力軸と滑り結合し、該出力軸に対して軸線方向に移動し、その後該出力軸を回転させ、
    上記アクチュエータが、回転軸の基端部側のハウジング部分に設けられ、該アクチュエータは、回転軸の基端部に対して、着脱自在に結合し、
    又は上記アクチュエータが、回転軸の先端部側の出力軸に内蔵され、該アクチュエータは、出力軸が没入している回転軸側の凹所に結合しており、
    上記出力軸はプレスブレーキの上部テーブル又は下部テーブルに連結していることを特徴とする特性切り換えモータ。
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