发明内容
本发明的目的就是要提供一种能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件意外移动的线性电动机。本发明的另一个目的就是要提供一种能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件落下的线性电动机。本发明的再一个目的就是要提供一种电源停止时能够防止磁铁部件落下,并且能够避免落下防止用单元在工作时产生多余的负载的线性电动机控制装置。本发明还有一个目的就是要提供一种能够减少零部件数量、使结构简单,并且能够防止电源停止时意外动作的安全性好的搭载了线性电动机的机床。
本发明的线性电动机具有磁铁部件、线圈部件和磁性体,所述磁铁部件由N极和S极沿规定的轴方向交错排列的永久磁铁构成;所述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧,上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动;所述磁性体设置在该线圈部件一端的附近,使上述磁铁部件产生磁性吸引力的作用。上述规定的轴方向既可以是上下方向,也可以是水平方向或倾斜方向。如果采用这种结构,当磁铁部件位于与上述磁性体相对的位置时,即使线圈部件的励磁电流被切断,由永久磁铁构成的磁铁部件与磁性体之间产生的磁性吸引力也将磁铁部件保持在当前位置,或者使磁铁部件,移动到作用于磁铁部件与磁性体之间的磁性吸引力和作用于磁铁部件的重力等外力平衡的位置,并保持该位置。并且,由于只要设置磁性体就可以,因此与设置弹簧或动力缸装置等用于保持当前位置的装置的情况相比,结构简单。这样一来,能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件意外移动。
在本发明中,也可以是上述规定的轴方向为上下方向,上述磁铁部件为可动侧部件,上述线圈部件为静止侧部件,上述磁性体配置在上述线圈部件的上端附近,该磁性体为阻止上述磁铁部件落下的部件。在这种结构的情况下,能够防止磁铁部件意外落下。
在这样将磁性体配置在上述线圈部件上端附近的情况下,最好在磁铁部件相对于上述线圈部件移动到上止点的状态下,在上述磁性体的上下幅度中心所处的高度,将上述磁性体设置在该磁铁部件的上述交错排列的N极和S极中任意磁极的上下幅度中心位置附近。另外,在磁铁部件为将具有N极和S极的多块单元磁铁相同极性的磁极相对地重叠起来的结构的情况下,单元磁铁的极性彼此相同的重叠面即相斥面位于上述磁极的上下幅度的中心位置。N极与S极相互交错排列的磁铁部件产生的磁场在各磁极的磁极幅度的中心磁通密度最高。在上述那样将单元磁铁重叠起来的磁铁部件的情况下,在其相斥面磁通密度最高。因此,通过使磁性体位于磁铁部件的磁极中心或者与上述相斥面相对的高度的位置上,能够在磁性体与磁铁部件之间获得最大的磁性吸引力,能够用磁性体可靠地防止磁铁部件落下。即,通过采用将磁性体配置在线圈部件上端附近的结构,当磁铁部件位于上止点时,即使磁性体位于与磁铁部件相对的高度的位置,当磁性体位于离开磁铁部件的磁极中心或相斥面时,不能获得足够的磁性吸引力,有时不能用磁性体防止磁铁部件落下。即使是使用了相同的磁铁部件的线性电动机,只要磁性体位于磁铁部件的磁极的上下幅度的中心位置或者是相斥面附近,就能够获得大的磁性吸引力,能够防止落下。另外,在将磁性体设置在磁铁部件的磁极中心或相斥面附近的高度的情况下,磁性体优选配置在磁铁部件的稳定动作区域内不产生齿槽效应(cogging)的位置。为此,只要使磁铁部件的稳定动作区域在齿槽效应产生周期以下的范围内就可以了。
在本发明中,也可以是上述磁铁部件为轴状,上述线圈部件为将围绕上述磁铁部件的周围的多个线圈沿上述轴方向排列构成的圆筒状。这种由轴状磁铁部件和圆筒状线圈部件构成的线性电动机结构紧凑(compact),能够获得大的推力。即使在这种由轴状磁铁部件和圆筒状线圈部件构成的线性电动机中,也能够获得本发明中设置磁性体保持当前位置或防止落下的功能。
本发明的线性电动机控制装置以本发明的线性电动机(1)中的下述结构的线性电动机为控制对象:上述规定的轴方向为上下方向;上述磁铁部件(2)为可动侧部件,上述线圈部件(3)为静止侧部件;上述磁性体(13)配置在上述线圈部件(3)的上端附近。该线性电动机控制装置(30)为控制线性电动机(1)的线圈部件(3)中的励磁电流从而控制上述线性电动机(1)的磁铁部件(2)的动作的装置,具有稳定动作区域内进退控制单元(31)和动作开始·停止控制单元(32),所述稳定动作区域内进退控制单元(31)进行使上述磁铁部件(2)在稳定动作区域(R2)内进退动作的控制,所述稳定动作区域(R2)位于比用上述磁性体(13)阻止落下的高度的区域即能够阻止落下的区域(R1)更靠下的位置;所述动作开始·停止控制单元(32)进行使上述磁铁部件(2)跨过上述稳定动作区域(R2)和能够阻止落下的区域(1)而动作,停止在上述能够阻止落下的区域(R1)内的控制。如果采用这种结构,即使在使线性电动机(1)停止时,由于磁铁部件(2)在用上述磁性体(13)阻止落下的高度的区域即能够阻止落下的区域(R1)内停止,因此即使在停止状态下切断线圈部件(3)的电源,或者在接通电源的状态下仍停止的期间意外地切断了电源,也能防止磁铁部件(2)落下。当使磁铁部件(2)进行进退动作时,由于在位于比能够阻止落下的区域(R1)更靠下的稳定动作区域(R2)内进行进退动作,因此能够避免或者缓和磁性体(13)成为动作的阻力。这样一来,能够防止磁铁部件(2)在电源停止时落下,并且避免了动作时用于防止落下的单元产生多余的负载。
本发明的搭载有线性电动机的机床为具备本发明的上述任何一种结构的线性电动机和由该线性电动机进退驱动、使工具或工件移动的可动部件的机床。本说明书中所说的“机床”并不局限于车床等进行切削加工的机械,而是指加工工件的一般机械的广义上的机床,包括冲压机和其他的压力机。如果采用这种结构,由于用线性电动机驱动进行进退动作的可动部件,因此与使用旋转型电动机的结构不同,不需要将旋转变换成直线运动的机构,能够减少零部件的数量使结构简单。并且,通过使用本发明的线性电动机,能够避免磁铁部件在电源停止时意外落下、提高安全性。
本发明的线性电动机由于具有磁铁部件、线圈部件和磁性体,所述磁铁部件由N极和S极沿规定的轴方向交错排列的永久磁铁构成,所述线圈部件相对于该磁铁部件配置在与上述轴方向垂直的一侧、上述磁铁部件相对地沿轴方向自由移动,所述磁性体设置在该线圈部件一端的附近、使上述磁铁部件产生磁性吸引力的作用,因此能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件意外移动。在上述规定的轴方向为上下方向,上述磁铁部件为可动侧部件,上述线圈部件为静止侧部件,上述磁性体配置在上述线圈部件的上端附近、该磁性体为阻止上述磁铁部件落下的部件的情况下,能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件意外落下。在上述规定的轴方向为上下方向、上述磁铁部件为可动部件、上述线圈部件为静止部件、上述磁性体配置在上述线圈部件的上端附近的情况下,在磁铁部件相对于上述线圈部件移动到上止点的状态下,在上述磁性体的上下幅度中心所处的高度,将上述磁性体设置在该磁铁部件的上述交错排列的N极和S极中任意磁极的上下幅度的中心位置附近时,更可靠地防止磁铁部件落下。当上述磁铁部件为轴状、上述线圈部件为将围绕上述磁铁部件的周围的多个线圈沿上述轴方向排列的圆筒状时,结构紧凑,能够获得大的推力,即使在这种情况下,也能够获得上述防止电源停止时意外移动或防止落下的效果。
本发明的线性电动机控制装置为控制线性电动机的线圈部件中的励磁电流从而控制上述线性电动机的磁铁部件的动作的装置,由于具有稳定动作区域内进退控制单元和动作开始·停止控制单元,因此能够防止磁铁部件在电源停止时落下,并且避免了动作时用于防止落下的单元产生多余的负载。所述稳定动作区域内进退控制单元进行使上述磁铁部件在稳定动作区域内进退动作的控制,所述稳定动作区域位于比用上述磁性体阻止落下的高度的区域即能够阻止落下的区域靠下的位置,所述动作开始·停止控制单元进行使上述磁铁部件动作跨过上述稳定动作区域和能够阻止落下的区域,停止在上述能够阻止落下的区域内的控制。
本发明的搭载有线性电动机的机床具备本发明的线性电动机和由该线性电动机进退驱动、使工具或工件移动的可动部件,因此能够减少零部件的数量使结构简单,并且能够防止在电源停止时意外动作,安全性好。
具体实施方式
下面结合图1至图3说明本发明的第1实施方式。该线性电动机1具备磁铁部件2和线圈部件3,所述磁铁部件2由N极和S极沿规定的轴方向交错排列的永久磁铁构成,所述线圈部件3包围在该磁铁部件2的周围,使磁铁部件2能够在其内部沿轴方向相对地自由移动。线圈部件3为定子,磁铁部件2为移动体。
磁铁部件2为在圆棒状的永久磁铁构成的磁铁部件主体2a的两端安装了滑动体4、5的部件。
线圈部件3采用沿轴方向排列包围磁铁部件2的周围的多个圆筒状线圈6的部件的结构。上述多个线圈6收容在共同的圆筒状的线圈壳体7内,在线圈壳体7的两端安装盖8、9构成线圈部件3。
各线圈6之间设置有环形散热板11。在线圈6并排的两端也配置有散热板11。这些散热板11与线圈壳体7的内周面接触。各线圈6位于彼此共同的圆筒状的绕线骨架10的外周。线圈6在插入了绕线骨架10的状态下沿轴方向插入线圈壳体7内。多个线圈6在线圈壳体7内与散热板11一起成型,变成一个整体。连接多个线圈6的布线14(参照图2)从线圈壳体7上设置的连线用开口15引出到外部。连线用开口15为跨越多个线圈6之间沿轴方向延伸的长孔形状。
如图1所示,在安装于线圈壳体7两端的盖8、9的内周设置有圆筒状的套筒(bush)12,作为滑动自由地嵌合在安装于磁铁部件2两端的滑动体4、5上的滑动轴承。盖8、9加工成内周面带阶梯的圆筒状,滑动体4、5加工成外周面带阶梯的轴状,上述套筒12设置在盖8、9的大直径侧的内周面上。由上述套筒12保持允许磁铁部件2与线圈部件3相对移动的微小的间隙。即,在线圈6的绕线骨架10的内周面与磁铁部件2的外周面之间,以及安装在磁铁部件2两端的滑动体4、5的小直径部4a、5a的外周面与盖8、9的小直径侧的内周面8a、9a之间,保持用于轴方向移动的微小的间隙。另外,不一定要在线性电动机上设置保持磁铁部件2与线圈部件3之间的间隙的装置,也可以在使用该线性电动机的机器上设置保持上述间隙的部件。
在线圈部件3的线圈6并排的端部设置有使磁铁部件2产生磁性吸引力作用的磁性体13。磁性体13的形状为内径转动配合在磁铁部件2外周的环状,由铁或其他的强磁性体构成。在本实施方式中,磁性体13设置成埋入上侧的盖8内周面中的状态。磁性体13在轴方向上的位置为例如即使磁铁部件2相对于线圈部件3移动,磁性体13也一直位于磁铁部件2周围的位置。
在线圈壳体7的外周设置有强制冷却部16。强制冷却部16由沿圆周方向隔开相等的间隔配置分别沿轴方向延伸的多根冷却管17构成。各冷却管17的两端分别与线圈壳体7两端的盖8、9内设置的环形汇流通道20、21连通。这些汇流通道20、21与冷却液循环装置(图中没有表示)连接。
如果采用这种结构的线性电动机1,由于线圈部件3中设置有磁性体13、该磁性体13与磁铁部件2相对,因此即使线圈部件3的线圈6中的励磁电流被切断,由永久磁铁构成的磁铁部件2与磁性体13之间产生的磁性吸引力也防止磁铁部件2落下。此时,磁铁部件2保持当前位置,或者移动到作用于磁铁部件2与磁性体13之间的磁性吸引力与作用于磁铁部件2的重力等外力平衡的位置,并保持该位置。此时,由于只要设置磁性体13就可以,因此与设置弹簧或动力缸装置等用于保持当前位置的器件时相比,结构简单。这样一来,能够用简单的结构防止电源停止时磁铁部件意外移动。
图4表示本发明的其他实施方式。该实施方式为当磁铁部件2相对线圈部件3移动到下方时,使磁性体13的轴方向位置位于磁铁部件2的磁力范围之外的实施方式。本实施方式中的其他结构与图1-图3所示的第1实施方式相同。
在本实施方式中,当使磁铁部件2停止时,使其停止在磁铁部件2的外周有磁性体13的位置,当进退驱动磁铁部件2进行加工时,使磁铁部件2进退到离开磁性体13位于下方的位置。由此,不仅能够用磁性体13防止磁铁部件2在电源停止时落下,而且能够避免磁铁部件2进退驱动时对磁性体13的磁性吸引力成为进退驱动的阻力。
图5表示控制图4的实施方式的线性电动机1的线性电动机控制装置30和控制动作例。该线性电动机控制装置30既可以是由电子电路构成的装置,也可以是由计算机构成的装置。该线性电动机控制装置30为控制线性电动机1的线圈部件3中的线圈6的励磁电流进而控制磁铁部件2的动作的装置,具有稳定动作区域内进退控制单元31和动作·控制单元32。
稳定动作区域内进退控制单元31控制磁铁部件2使其在稳定动作区域R2内进退动作,所述稳定动作区域R2位于比用磁性体13阻止落下的高度的区域即能够阻止落下的区域R1更靠下的位置。动作开始·停止控制单元32进行使磁铁部件2跨越上述稳定动作区域R2和能够阻止落下的区域R1而动作,在上述能够阻止落下的区域R1停止的控制。
例如当从外部输入使磁铁部件2进行多次进退动作的指令时,该线性电动机控制装置30通过动作开始·停止控制单元32给线圈部件3施加使磁铁部件2从能够阻止落下的区域R1内规定的上升待机位置(例如图5(A)所示的位置)下降到稳定动作区域R2的励磁电流,然后通过动作开始·停止控制单元32输出使磁铁部件2在稳定动作区域R2内升降指定的次数的下降·上升励磁电流。另外,图5(B)表示磁铁部件2位于稳定动作区域R2上端的状态,图5(C)表示磁铁部件2位于稳定动作区域R2下端的状态。下降·上升指定的次数后,再次通过动作开始·停止控制单元32使磁铁部件2上升回归到能够阻止落下的区域R1内规定的上升待机位置。
通过这样的控制,即使在停止在上升待机位置的状态下切断线圈部件3的电源,或者在接通电源的状态下仍停止的期间意外切断了电源的情况下,磁铁部件2对磁性体13作用的磁性吸引力也能防止磁铁部件2落下。当使磁铁部件2进行进退动作时,由于在位于比能够阻止落下的区域R1靠下的稳定动作区域R2内进行进退动作,因此能够避免或者缓和磁性体13成为动作的阻力。这样一来,能够防止磁铁部件2在电源停止时落下,并且避免了动作时用于防止落下的单元产生多余的负载。
图6、图7表示本发明的再其他的实施方式。该实施方式采用将分别具有N极和S极的多个单元磁铁2aa相同极性的磁极相对地重叠起来构成图1至图3所示的第1实施方式的磁铁部件2的磁铁部件主体2a的结构。由于这些多个单元磁铁2aa的相互重叠的相同极性的重叠面为相斥的面,因此要克服该磁性斥力结合。该结合例如通过贯穿各单元磁铁穿插的螺栓(图中没有表示)等进行。
并且,在本实施方式中,虽然磁性体13设置在线圈部件3的上端附近,但磁铁部件2与磁性体13高度位置满足以下关系。即如图6所示,将磁性体13的高度设置在:在磁铁部件2相对于线圈部件3移动到上止点的状态下,磁性体13的上下幅度的中心位于该磁铁部件2的最上一段与其下面一个单元磁铁2aa之间的重叠面即相斥面A的高度的位置上、或者其附近的高度的位置上。图7表示磁铁部件2下降到下止点的状态,磁性体13的上下幅度的中心位于单元磁铁2aa的S极与N极之间的大致中心的位置。这样一来,在本实施方式中进行用线圈部件3的励磁电流驱动,使磁铁部件2在1个单元磁铁2aa的上下厚度的大致一半的行程升降。并且,虽然在像图7所示那样磁性体13与S极和N极之间相对的状态下,磁铁部件2的重量不能由磁性吸引力保持,但在像图6所示那样磁性体13与相斥面A的高度位置相对的状态下,磁铁部件2为能够保持磁铁部件2的重量的强磁场。本实施方式的其他结构与图1至图3所示的第1实施方式相同。
下面说明本实施方式的作用。磁铁部件2产生的磁场在单元磁铁2aa的重叠面即相斥面A磁通密度最高,在单元磁铁2aa的厚度中心即N极与S极之间最低。如图6所示那样单元磁铁2aa的相斥面A位于磁性体13的上下厚度的中心时,与如图7所示那样单元磁铁2aa的厚度的中心位于磁性体13的上下厚度的中心时相比,磁铁部件2对磁性体13产生的磁性吸引力有例如数倍的差异。因此,当磁铁部件2位于上止点时,通过使磁性体13位于与相斥面A相对应的高度的位置,能够在磁性体13与磁铁部件2之间获得最大的磁性吸引力。因此,能够用磁性体13可靠地防止磁铁部件2下落,将磁铁部件2保持在上止点。
在如上述那样设置磁性体13防止磁铁部件2落下的情况下,为了在线性电动机1正常动作时不产生齿槽效应,最好设定磁性体13的配置或磁铁部件2的行程范围。为此只要将磁铁部件2的稳定动作区域设定在齿槽效应产生周期以下的范围就可以。本实施方式如上所述进行线圈部件3的励磁电流驱动,使磁铁部件2在1个单元磁铁2aa的上下厚度约一半的行程升降,因此能够防止齿槽效应的产生。
在本实施方式的磁铁部件2与磁性体13的配置关系下,也可以用前面与图5一起叙述过的具有稳定动作区域内进退控制单元31和动作开始·停止控制单元32的线性电动机控制装置30进行控制。此时,将例如最上段与其下一个单元磁铁2aa之间的相斥面A在磁性体13的上下幅度内的范围作为能够用磁性体13阻止磁铁部件2落下的能够阻止落下的区域,将相斥面A离开磁性体13的下面更靠下的位置到图7的下止点的范围作为稳定动作区域。
另外,虽然在图6、图7的实施方式中将磁性体13配置在与磁铁部件2的最上段与其下一个单元磁铁2aa之间的相斥面A相对的位置,但也可以将磁性体13配置在与其他的单元磁铁2aa之间的相斥面A相对的位置上。并且,为了增加吸引力,也可以将多个磁性体13分别对应地设置在与多个互相不同的相斥面A上。并且,磁铁部件2并不局限于将多个单元磁铁2aa重叠起来的结构,也可以是一根整体的棒状永久磁铁沿长度方向交错地设置了多个N极和S极的结构。此时,在磁铁部件2移动到上止点的状态下,在磁性体13的上下幅度的中心所处的高度,将磁性体13设置在交错并列的N极和S极中的任意磁极的上下幅度的中心位置或者其附近的高度的位置上。在例如将图6所示的磁铁部件2看作一体的磁铁的情况下,各相斥面A的位置在磁极的上下幅度的中心。
图8表示作为使用了线性电动机作为驱动源的机床的一例的冲压机。该冲压机为在机架41的下部设置工具支持体42、43和工件输送机构44,在机架41的上部设置使用了线性电动机1的冲压机构45作为冲压驱动源。
工具支持体42、43由同心设置的上下转台(turret)构成,在上下工具支持体42、43的圆周方向的多个地方分别安装有作为冲模和阴模的工具。这些冲模和阴模通过工具支持体42、43旋转分度到规定的冲压位置P。工件输送机构44为用工件夹具47夹持板材工件W的边缘,使工件W在工作台48上前后左右移动的机构。
冲压机构45为用冲锤引导部件50升降自由地支持使分度到工具支持体42的冲压位置P上的冲模升降的冲锤49,通过线性电动机1升降驱动冲锤49的机构。线性电动机1将其线圈部件3固定在机架41上,磁铁部件2结合到作为可动部的冲锤49上。线性电动机1可以使用例如前面与图1-图3一起叙述过的第1实施方式的线性电动机,或者图4所示的实施方式的线性电动机。在用图4的实施方式的线性电动机1时,也可以使用图5的线性电动机控制装置30。
采用本结构的冲压机时,由于使用线性电动机1作为冲压驱动源,因此与使用旋转型电动机的情况相比,不需要将旋转变换成冲锤49的直线运动的机构,冲压机构45的零部件数量少、结构简单。并且,与使用油压缸的冲压机相比,不需要油压部件,结构简单。而且线性电动机1位置精度优良,能够进行加工质量、精度好的加工。并且,由于本实施方式的冲压机使用的线性电动机1如上所述具备用磁性体13(图1)防止磁铁部件2落下的功能,因此安全性高。
另外,本发明的线性电动机并不局限于线圈部件3环绕磁铁部件2的环形形状,也可以是例如将磁铁部件2与线圈部件平行配置的电动机。并且,本发明的线性电动机并不局限于用于冲压机,在具备使工具或工件移动的可动部的一般的机床中也可以用于驱动上述可动部。而且,并不局限于机床,可以作为各种设备的驱动源使用。