CN110994856A - 一种径向塑性成形模具直驱机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向塑性成形模具直驱机构，由同轴对称配置在模具驱动圆盘上的4个开关磁通永磁直线电机分别驱动4个模具径向往复运动，并由开关磁通永磁电机直接驱动模具驱动圆盘旋转。通过直接驱动方式简化设备整体结构简单，提高运行精度；通过采用开关磁通电机使旋转驱动轴和模具进给轴的结构鲁棒性强，有利于提高动态响应速度和抗冲击负载能力。另外，径向进给的模具个数及其驱动电机可根据工艺要求进行配置，满足实现多功能塑性成形工艺。

Description

一种径向塑性成形模具直驱机构

技术领域

本发明属于锻压塑性成形设备技术领域，具体涉及一种径向塑性成形模具直驱机构。

背景技术

现有的径向锻压塑性成形设备的机电式主轴驱动***通常包括传统三相异步电动机和多级齿轮副机构等增力传动机构，模具进给机构包括等滚珠丝杠、蜗轮蜗杆、齿轮齿条等旋转直线转换机构。***结构复杂，传动链长，难以实现节能减排、高效精密的成形工艺，尤其对于微型工件的成形精度和质量要求。

由直驱式大转矩永磁同步电动机直接驱动模具主轴旋转，并由永磁同步直线电动机实现模具进给运动，能大大简化***结构，同时提高驱动控制的精度。但现有永磁同步电动机和永磁直线电动机对于结构可靠性要求较高，难以适应锻压成形的冲击载荷作用，容易造成损坏，且电机造价昂贵成本高，因此少有应用和实现这种模具直驱式传动***。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的新型径向塑性成形模具直驱式机构，采用新型开关磁通定子永磁电机的拓扑结构，提高驱动轴的鲁棒性抗冲击能力和动态响应精度，满足各类精密成形工艺要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种径向塑性成形模具直驱机构，由开关磁通永磁电动机实现模具的旋转驱动，由开关磁通永磁直线电机实现模具的径向进给，从而大大简化设备结构，提高成形速度、精度和动向响应性能。

本发明采用以下技术方案：

一种径向塑性成形模具直驱机构，包括模具驱动圆盘，模具驱动圆盘设置在开关磁通永磁电机的驱动轴前端，模具驱动圆盘上沿径向设置有4个开关磁通永磁直线电机，4个开关磁通永磁直线电机沿模具驱动圆盘的周向对称间隔设置用于驱动模具径向往复运动；开关磁通永磁电机设置在电机机座内。

具体的，开关磁通永磁直线电机呈双初级定子单次级动子结构，两个初级定子之间设置有次级动子铁心，次级动子铁心为双面凸极式结构。

进一步的，初级定子设置在初级定子底板上，通过初级定子底板固定在模具驱动圆盘上，包括多个初级铁心，初级铁心呈U形齿状排列结构，U形齿之间间隔设置有永磁体，在相邻两个U形齿槽内以间隔绕组形式间隔跨绕有电枢绕组。

更进一步的，每对初级铁心通过铁心压板间隔固定在初级定子底板上。

进一步的，次级动子铁心横向两侧分别设置有两个导轨滑块副，导轨滑块副分别与模具驱动圆盘和定子连接板连接，定子连接板两侧分别与两个初级定子底板连接。

更进一步的，次级动子铁心横向一侧与定子连接板之间设置有光栅位置传感器。

具体的，开关磁通永磁电机包括有转子铁心，转子铁心套装在驱动轴的外圆上，转子铁心的前后两端均设置有定位卡环、滚珠轴承和轴承端盖，滚珠轴承与设置在电机机座前后两端的电机端盖连接。

进一步的，转子铁心呈凸极式结构，电机机座后端的电机机盖和轴承端盖之间设置有磁阻旋转变压器。

进一步的，转子铁心的外圆沿周向设置有U形定子铁心，定子铁心沿周向排列在电机机座内圆上，相邻两个定子铁心之间设置有磁钢，相邻两个定子铁心齿槽内以集中绕组方式跨绕有定子绕组。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种径向塑性成形模具直驱机构，模具驱动圆盘设置在开关磁通永磁电机的驱动轴前端，通过直接驱动方式简化设备整体结构简单，提高运行精度；通过采用开关磁通电机的拓扑结构使旋转驱动轴和模具进给轴的结构鲁棒性强，有利于提高动态响应速度和抗冲击负载能力。另外，径向进给的模具及其驱动电机个数可根据工艺要求沿周向进行配置，满足实现多功能径向塑性成形工艺。

进一步的，开关磁通永磁直线电机呈双初级定子单次级动子结构，每个初级定子分别由初级铁心、电枢绕组、永磁体组成。次级动子铁心为双面凸极式结构，次级动子铁心设置在两个初级定子之间内侧。双初级单次级结构紧凑，能大大提高直线电机输出推力密度，且次级铁心动子鲁棒性强。

进一步的，初级定子设置在初级定子底板上，初级铁心呈U形齿状排列结构，永磁体间隔放置在U形齿之间，电枢绕组以间隔绕组形式间隔跨绕在相邻两个U形齿槽内。一对初级铁心以一定间隔通过铁心压板固定在初级定子底板上。初级定子底板固定在模具驱动圆盘上。

进一步的，次级动子铁心横向两侧分别设置有两个导轨滑块副，导轨滑块副分别与模具驱动圆盘和定子连接板连接，用于对次级动子铁心的运动进行导向。定子连接板两侧分别与两个初级定子底板连接。次级动子铁心横向一侧与定子连接板之间设置有光栅位置传感器，用于测量次级动子铁心驱动模具的进给位置和速度。

进一步的，开关磁通永磁电机设置在电机机座内，开关磁通永磁电机包括有驱动轴、转子铁心、定子铁心、磁钢、电机绕组等，模具驱动圆盘设置在开关磁通永磁电机的驱动轴前端。

进一步的，转子铁心呈凸极式结构，转子铁心套装在驱动轴外圆上，转子铁心前后两端均设置有定位卡环、滚珠轴承和轴承端盖。滚珠轴承与电机端盖连接，电机端盖设置在电机机座前后两端。电机机座后端的电机机盖和轴承端盖之间设置有磁阻旋转变压器，用于测量转子和驱动轴的旋转角度和速度。

进一步的，转子铁心外圆沿周向设置有U形定子铁心，定子铁心沿周向排列在电机机座内圆上，磁钢嵌放在相邻两个定子铁心之间，定子绕组以集中绕组方式跨绕在相邻两个定子铁心齿槽内。开关磁通电机的绕组和磁钢均放置在电机定子上，使驱动模具驱动圆盘的驱动轴结构鲁棒性强。

综上，本发明整体结构简单紧凑，柔性自由度高，尤其适用于各类精密轴类筒类零部件精密径向成形工艺。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的三维整体示意图；

图2为模具驱动圆盘的结构示意图；

图3为开关磁通永磁直线电机的中心轴向截面剖视图；

图4为开关磁通永磁直线电机的轴向侧视图；

图5为开关磁通永磁电机的整体中心轴向截面剖视图；

图6为开关磁通永磁电机的整体径向截面剖视图。

其中：1.模具驱动圆盘；2.开关磁通永磁直线电机；3.初级铁心；4.电枢绕组；5.永磁体；6.次级动子铁心；7.初级定子底板；8.导轨滑块副；9.铁心压板；10.定子连接板；11.光栅位置传感器；12.开关磁通永磁电机；13.驱动轴；14.转子铁心；15.定子铁心；16.磁钢；17.电机绕组；18.电机机座；19.电机机盖；20.滚珠轴承；21.定位卡环；22.轴承端盖；23.磁阻旋转变压器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种径向塑性成形模具直驱机构，由同轴对称配置在模具驱动圆盘上的四个开关磁通永磁直线电机分别驱动四个模具径向往复运动，并由开关磁通永磁电机直接驱动模具驱动圆盘旋转。通过直接驱动方式简化设备整体结构简单，提高运行精度；通过采用开关磁通电机使旋转驱动轴和模具进给轴的结构鲁棒性强，有利于提高动态响应速度和抗冲击负载能力。另外，径向进给的模具个数及其驱动电机可根据工艺要求进行配置，满足实现多功能塑性成形工艺。

请参阅图1，本发明一种径向塑性成形模具直驱机构，包括模具驱动圆盘1、开关磁通永磁直线电机2、开关磁通永磁电机12、电机机座18。

模具驱动圆盘1用于安装开关磁通永磁直线电机2，通过将模具直接安装在开关磁通永磁直线电机2的次级动子靠近模具驱动圆盘前端，由开关磁通永磁直线电机2直接驱动模具径向进给，可由多个关磁通永磁直线电机2分别同时驱动多个模具径向进给实现不同的径向塑性成形工艺。

开关磁通永磁电机12放置在模具驱动圆盘1后侧，用于直接驱动模具驱动圆盘1旋转从而实现模具的旋转。

电机机座18用于安装开关磁通永磁电机12并作为整个机构的底座。

请参阅图2，模具驱动圆盘1上沿径向设置有多个开关磁通永磁直线电机2，开关磁通永磁直线电机2包括4个，沿周向对称间隔设置在模具驱动圆盘1上。

请参阅图3，开关磁通永磁直线电机2呈双初级定子单次级动子结构，每个初级定子分别包括初级铁心3、电枢绕组4和永磁体5；次级动子铁心6为双面凸极式结构，次级动子铁心6设置在两个初级定子之间内侧。

请参阅图3，初级定子设置在初级定子底板7上，初级铁心3呈U形齿状排列结构，永磁体5间隔放置在U形齿之间，电枢绕组4以间隔绕组形式间隔跨绕在相邻两个U形齿槽内。一对初级铁心3以一定间隔通过铁心压板9固定在初级定子底板7上。初级定子底板7固定在模具驱动圆盘1上。

请参阅图4，次级动子铁心6的横向两侧分别设置有导轨滑块副8，两个导轨滑块副8分别与模具驱动圆盘1和定子连接板10连接。定子连接板10两侧分别与两个初级定子底板7连接。次级动子铁心6横向一侧与定子连接板10之间设置有光栅位置传感器11。

请参阅图5和图6，开关磁通永磁电机12设置在电机机座18内，开关磁通永磁电机12包括驱动轴13、转子铁心14、定子铁心15、磁钢16和电机绕组17，模具驱动圆盘1设置在驱动轴13前端。

请参阅图5，转子铁心14套装在驱动轴13的外圆上，转子铁心14的前后两端均设置有定位卡环21、滚珠轴承20和轴承端盖22。滚珠轴承20与电机端盖19连接，电机端盖19设置在电机机座18前后两端。电机机座18后端的电机机盖19和轴承端盖22之间设置有磁阻旋转变压器23。

请参阅图6，转子铁心14呈凸极式结构，转子铁心14外圆沿周向设置有U形定子铁心15，定子铁心15沿周向排列在电机机座18内圆上，磁钢16嵌放在相邻两个定子铁心15之间，定子绕组17以集中绕组方式跨绕在相邻两个定子铁心15齿槽内。

综上所述，本发明由多个开关磁通直线电机直接驱动多个模具独立进行径向往复运动，并由开关磁通永磁电机直接驱动模具安装盘实现模具的旋转驱动。这种直接驱动方式使设备整体结构简单紧凑，控制精度高。且两种电机均采用开关磁通拓扑结构，使驱动运动部件动态响应快，鲁棒性强，尤其适用抵抗塑性成形时的冲击负载。另外，旋转和直线驱动结构灵活，适合多自由度扩展，使该设备能应用于不同功能需求的径向塑性成形工艺。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，包括模具驱动圆盘(1)，模具驱动圆盘(1)设置在开关磁通永磁电机(12)的驱动轴(13)前端，模具驱动圆盘(1)上沿径向设置有4个开关磁通永磁直线电机(2)，4个开关磁通永磁直线电机(2)沿模具驱动圆盘(1)的周向对称间隔设置用于驱动模具径向往复运动；开关磁通永磁电机(12)设置在电机机座(18)内。

2.根据权利要求1的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，开关磁通永磁直线电机(2)呈双初级定子单次级动子结构，两个初级定子之间设置有次级动子铁心(6)，次级动子铁心(6)为双面凸极式结构。

3.根据权利要求2的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，初级定子设置在初级定子底板(7)上，通过初级定子底板(7)固定在模具驱动圆盘(1)上，包括多个初级铁心(3)，初级铁心(3)呈U形齿状排列结构，U形齿之间间隔设置有永磁体(5)，在相邻两个U形齿槽内以间隔绕组形式间隔跨绕有电枢绕组(4)。

4.根据权利要求3的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，每对初级铁心(3)通过铁心压板(9)间隔固定在初级定子底板(7)上。

5.根据权利要求2的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，次级动子铁心(6)横向两侧分别设置有两个导轨滑块副(8)，导轨滑块副(8)分别与模具驱动圆盘(1)和定子连接板(10)连接，定子连接板(10)两侧分别与两个初级定子底板(7)连接。

6.根据权利要求5的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，次级动子铁心(6)横向一侧与定子连接板(10)之间设置有光栅位置传感器(11)。

7.根据权利要求1的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，开关磁通永磁电机(12)包括有转子铁心(14)，转子铁心(14)套装在驱动轴(13)的外圆上，转子铁心(14)的前后两端均设置有定位卡环(21)、滚珠轴承(20)和轴承端盖(22)，滚珠轴承(20)与设置在电机机座(18)前后两端的电机端盖(19)连接。

8.根据权利要求7的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，转子铁心(14)呈凸极式结构，电机机座(18)后端的电机机盖(19)和轴承端盖(22)之间设置有磁阻旋转变压器(23)。

9.根据权利要求7的径向塑性成形模具直驱机构，其特征在于，转子铁心(14)的外圆沿周向设置有U形定子铁心(15)，定子铁心(15)沿周向排列在电机机座(18)内圆上，相邻两个定子铁心(15)之间设置有磁钢(16)，相邻两个定子铁心(15)齿槽内以集中绕组方式跨绕有定子绕组(17)。

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