CN103302884A - 一种压力机用伺服直驱式动力头 - Google Patents
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Abstract
一种压力机用伺服直驱式动力头，一对开关磁通永磁电机对称安装在机架两侧，中空偏心轴机构安装在机架内，中空偏心轴机构两侧的轴端插入开关磁通永磁电机内并通过压紧力连接，连杆机构安装在中空偏心轴机构中部的偏心轴段上，滑块机构位于连杆机构下方，导向机构安装在连杆机构下方的机架上，滑块机构在导向机构内上下滑动，连杆机构、导向机构将中空偏心轴机构的旋转转化为滑块机构的直线运动，开关磁通永磁电机外侧有辅助管路机构，开关磁通永磁电机的中空轴与中空偏心轴机构连接后形成一条流体通道，本发明电机结构简单、可靠性强、调速和散热性能优异，动力头采用伺服直驱技术，结构简洁、传动效率高、动作灵敏且成本较低。
Description
技术领域
本发明属于机械成形设备中压力机技术领域，具体涉及一种压力机用伺服直驱式动力头。
背景技术
常用的压力机用伺服电机经历了直流伺服电机、交流伺服电机、开关磁阻电机和横向磁场电机的发展历程。上世纪70年代直流伺服电动机广泛应用于机械设备，但由于电机本身存在机械结构复杂、维护工作量大，在运行过程中转子容易发热，易影响与其连接的机械设备的精度等缺点，难以应用到高速及大容量的场合，其中，机械换向器更成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈，因而其没有形成和压力机的有效结合。交流伺服电动机克服了直流伺服电动机中电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，其过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。所以，交流伺服系统在工业自动化领域得到了广泛的应用。从20世纪70年代后期到80年代初期，交流伺服电动机实现了和压力机的良好结合，现在市场上的伺服压力机几乎都以交流伺服电动机为驱动力源。但交流伺服电动机的调速性能仍不够卓越，难以满足多功能压力机的生产需求。开关磁阻电机是近20多年发展起来的一种新型调速电机，具有简单可靠、可在较宽的转速和转矩范围内高效运行、四相运行、响应速度快和成本低等优点。近年来，国内一些高校和企业开始就开关磁阻电机在压力机行业的应用展开研究与推广工作，部分开关磁阻电机驱动的伺服压力机已在国内多家单位投入试运行。但该电机暴露出的缺点如转矩存在较大波动、振动大，系统非线性、控制成本高，功率密度低等尚未能妥善解决。目前最新应用于压力机的伺服电机为横向磁场电机，这种电机将电路和磁路解耦，设计自由度大大提高，还具有功率可变、控制灵活、绕组利用率高等优点，特别适合于低俗、大转矩、直接驱动领域。但由于结构复杂、功率因数较低等原因，该电机仍未能应用于压力机领域。
发明的内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压力机用伺服直驱式动力头，动力头由开关磁通永磁电机驱动，电机结构简单、可靠性强、调速和散热性能优异，动力头采用伺服直驱技术，结构简洁、传动效率高、动作灵敏且成本较低。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种压力机用伺服直驱式动力头，包括机架1，机架1的两个侧壁上设有通孔，一对开关磁通永磁电机2通过与机架1的通孔配合由螺栓对称安装在机架1两侧，中空偏心轴机构3安装在机架1内，中空偏心轴机构3两侧的轴端插入开关磁通永磁电机2内并通过压紧力连接，连杆机构4安装在中空偏心轴机构3中部的偏心轴段上，滑块机构5位于连杆机构4下方，二者通过柱销连接，导向机构6安装在连杆机构4下方的机架1上，滑块机构5在导向机构6内上下滑动，连杆机构4、导向机构6将中空偏心轴机构3的旋转转化为滑块机构5的直线运动，开关磁通永磁电机2外侧有辅助管路机构7，用于固定开关磁通永磁电机2的旋转接头212，并通入和引出冷却介质。
所述的开关磁通永磁电机2包括前端盖201，其上设有与机架1上通孔配合安装的圆柱面和连接用安装孔，螺栓穿过安装孔后将开关磁通永磁电机2安装在机架1上，外壳202呈桶形，外表面设有轴向散热齿，前端盖201、后端盖208设有与外壳202内壁配合安装的圆柱面并安装在外壳202两侧，外壳202与前端盖201间由销钉定位，长螺栓203穿过后端盖208上通孔，并连接前端盖201螺纹孔，从而夹紧外壳202，定子204通过过盈配合安装在外壳202中部，两侧与端盖留有距离，定子204由轴向开槽的矽钢片叠压而成，定子204的方形槽内设有永磁体217，相邻永磁体217磁极相反，三相电线218沿定子204的相邻梯形槽定向缠绕，各组三相电线218圈数相同，方向与永磁体217对应，所有三相电线218由后端盖208出线孔引出，出线孔外壳214安装在后端盖208出线孔上，转子205由齿型矽钢片叠压而成，位于定子204内部并与其轴向对齐，中空轴206上设有非圆形轴段，与转子205上对应孔配合安装，前端盖201、后端盖208上设有前轴承215和后轴承209，支撑并定位中空轴206，后轴承209和转子205间设有套筒207，中空轴206设有一段精加工的内表面，与中空偏心轴机构3的轴端配合，设置于中空轴206端部的胀紧连接套216将二者夹紧，开关磁通永磁电机2使用旋转变压器211记录旋转角度，旋转变压器211旋转部分和接头连接套213套装在电机中空轴206尾部，接头连接套213对旋转变压器211旋转部分定位，第三端盖210安装在后端盖208上，压紧旋转变压器211固定部分，旋转变压器211信号线由后端盖208上出线孔引出，旋转接头212转动部分安装在接头连接套213上，固定部分连接外部辅助管路机构7。
所述的开关磁通永磁电机2的中空轴206与中空偏心轴机构3连接后形成一条流体通道，冷却介质从辅助管路机构7注入旋转接头212，经中空轴206和中空偏心轴机构3，从另一开关磁通永磁电机2的中空轴206尾部流出，达到冷却的效果。
本发明具有以下有益效果：
1）系统可控性与柔性较强。所发明动力头由开关磁通永磁电机驱动，调速范围比交流伺服电机更广，能够稳定工作在额定转速以上2-4倍速率，同时，将永磁体加入到电机中，运行的稳定性优于开关磁阻电机，使得系统具备了极强的柔性。转子设计为齿形、永磁体和三相线线圈布置于定子、电机轴设计为中空轴等特殊结构和电机直接驱动主工作结构的方式最大程度的降低了系统的转动惯量，使得系统的调速性和可控性大大提高。
2）开关磁通永磁电机结构简洁，可靠性高。本发明采用了可挤压成型铝制外壳；采用空冷和空心轴冷却介质冷却等独特且有效的冷却方式；用更可靠的旋转变压器替换了普通光栅编码器；将永磁体和线圈布置于定子，避免其脱落。以上设计使得系统结构简洁，成本低廉，可靠性提高。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明开关磁通永磁电机2结构及连接示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
参见图1，一种压力机用伺服直驱式动力头，包括机架1，机架1的两个侧壁上设有通孔，一对开关磁通永磁电机2通过与机架1的通孔配合由螺栓对称安装在机架1两侧，使得系统整体呈对称。中空偏心轴机构3安装在机架1内，其两侧的轴端插入开关磁通永磁电机2内并通过压紧力连接，从而将电机产生的扭矩传递到连杆机构4和滑块机构5上。连杆机构4安装在中空偏心轴机构3中部的偏心轴段上，滑块机构5位于连杆机构4下方，二者通过柱销连接，导向机构6安装在连杆机构4下方的机架上，滑块机构5在导向机构6内上下滑动，连杆机构4、导向机构6将中空偏心轴机构3的旋转转化为滑块机构5的直线运动，从而实现工作行程。开关磁通永磁电机2外侧有辅助管路机构7，用于固定开关磁通永磁电机2的旋转接头212，并通入和引出冷却介质。
参见图2和图3，所述的开关磁通永磁电机2，包括前端盖201，其上设有与机架1上通孔配合安装的圆柱面和连接用安装孔，螺栓穿过安装孔后将开关磁通永磁电机2安装在机架1上，外壳202采用铝制，具有良好的隔磁效果，呈桶形，外表面设有轴向散热齿，可采用挤压工艺生产，成本低廉，前端盖201、后端盖208设有与外壳202内壁配合安装的圆柱面并安装在其两侧，外壳202与前端盖201间由销钉定位，长螺栓203穿过后端盖208上通孔，并连接前端盖201螺纹孔，从而夹紧外壳202。定子204通过过盈配合安装在外壳202中部，两侧与端盖留有距离，便于三相电线218缠绕，定子204由轴向开槽的矽钢片叠压而成，设12级。定子204的方形槽内设有永磁体217，相邻永磁体217磁极相反，三相电线218沿定子204的相邻梯形槽定向缠绕，各组三相电线218圈数相同，方向与永磁体217对应，所有三相电线218由后端盖208出线孔引出，出线孔外壳214安装在后端盖208出线孔上，起到防尘和保护作用。转子205由齿型矽钢片叠压而成，位于定子204内部并与其轴向对齐，设10级，齿型外形在磁场作用下利于产生力矩，同时便于散热，中空轴206上设有非圆形轴段，与转子205上对应孔配合安装，前端盖201、后端盖208上设有前轴承215和后轴承209，支撑并定位中空轴206，后轴承209和转子205间设有套筒207，进行轴向定位。中空轴206设有一段精加工的内表面，与中空偏心轴机构3的轴端配合，设置于中空轴206端部的胀紧连接套216将二者夹紧，保证连接有效。开关磁通永磁电机2使用旋转变压器211记录旋转角度，旋转变压器211旋转部分和接头连接套213套装在电机中空轴206尾部，接头连接套213对旋转变压器211旋转部分定位，第三端盖210安装在后端盖208上，压紧旋转变压器211固定部分，旋转变压器211信号线由后端盖208上出线孔引出，旋转接头212转动部分安装在接头连接套213上，固定部分连接外部辅助管路机构7，转动部分随轴转动时，固定部分稳定。
本发明的工作原理：
一种压力机用伺服直驱式动力头工作时，交变电流通过三相电线218通入开关磁通永磁电机2中，定子204产生电磁场驱动转子205旋转，进而带动中空轴206和与其压紧连接的中空偏心轴机构3旋转，旋转运动经连杆机构4、转化为滑块机构5在导向机构6中的定向往复运动，从而实现了压力行程。
开关磁通永磁电机2的中空轴206与中空偏心轴机构3连接后形成一条流体通道，冷却介质从辅助管路机构7注入旋转接头212，经中空轴206和中空偏心轴机构3，从另一开关磁通永磁电机2的中空轴206尾部流出，达到冷却的效果。
Claims (3)
1.一种压力机用伺服直驱式动力头，包括机架（1），其特征在于：机架（1）两个侧壁上设有通孔，一对开关磁通永磁电机（2）通过与机架（1）的通孔配合由螺栓对称安装在机架（1）两侧，中空偏心轴机构（3）安装在机架（1）内，中空偏心轴机构（3）两侧的轴端插入开关磁通永磁电机（2）内并通过压紧力连接，连杆机构（4）安装在中空偏心轴机构（3）中部的偏心轴段上，滑块机构（5）位于连杆机构（4）下方，二者通过柱销连接，导向机构（6）安装在连杆机构（4）下方的机架（1）上，滑块机构（5）在导向机构（6）内上下滑动，连杆机构（4）、导向机构（6）将中空偏心轴机构（3）的旋转转化为滑块机构（5）的直线运动，开关磁通永磁电机（2）外侧有辅助管路机构（7），用于固定开关磁通永磁电机（2）的旋转接头（212），并通入和引出冷却介质。
2.根据权利要求1所述的一种压力机用伺服直驱式动力头，其特征在于：所述的开关磁通永磁电机（2），包括前端盖（201），其上设有与机架（1）上通孔配合安装的圆柱面和连接用安装孔，螺栓穿过安装孔后将开关磁通永磁电机（2）安装在机架（1）上，外壳（202）呈桶形，外表面设有轴向散热齿，前端盖（201）、后端盖（208）设有与外壳（202）内壁配合安装的圆柱面并安装在外壳（202）两侧，外壳（202）与前端盖（201）间由销钉定位，长螺栓（203）穿过后端盖（208）上通孔，并连接前端盖（201）螺纹孔，从而夹紧外壳（202），定子（204）通过过盈配合安装在外壳（202）中部，两侧与端盖留有距离，定子（204）由轴向开槽的矽钢片叠压而成，定子（204）的方形槽内设有永磁体（217），相邻永磁体（217）磁极相反，三相电线（218）沿定子（204）的相邻梯形槽定向缠绕，各组三相电线（218）圈数相同，方向与永磁体（217）对应，所有三相电线（218）由后端盖（208）出线孔引出，出线孔外壳（214）安装在后端盖（208）出线孔上，转子（205）由齿型矽钢片叠压而成，位于定子（204）内部并与其轴向对齐，中空轴（206）上设有非圆形轴段，与转子（205）上对应孔配合安装，前端盖（201）、后端盖（208）上设有前轴承（215）和后轴承（209），支撑并定位中空轴（206），后轴承（209）和转子（205）间设有套筒（207），中空轴（206）设有一段精加工的内表面，与中空偏心轴机构（3）的轴端配合，设置于中空轴（206）端部的胀紧连接套（216）将二者夹紧，开关磁通永磁电机（2）使用旋转变压器（211）记录旋转角度，旋转变压器（211）旋转部分和接头连接套（213）套装在电机中空轴（206）尾部，接头连接套（213）对旋转变压器（211）旋转部分定位，第三端盖（210）安装在后端盖（208）上，压紧旋转变压器（211）固定部分，旋转变压器（211）信号线由后端盖（208）上出线孔引出，旋转接头（212）转动部分安装在接头连接套（213）上，固定部分连接外部辅助管路机构（7）。
3.根据权利要求1所述的一种压力机用伺服直驱式动力头，其特征在于：所述的开关磁通永磁电机（2）的中空轴（206）与中空偏心轴机构（3）连接后形成一条流体通道，冷却介质从辅助管路机构（7）注入旋转接头（212），经中空轴（206）和中空偏心轴机构（3），从另一开关磁通永磁电机（2）的中空轴（206）尾部流出，达到冷却的效果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |