CN101312814B - 具有内置式直线-旋转直接驱动装置的塑料注射成型机 - Google Patents

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Abstract

塑料注射成型机应配备磨损较小且更为紧凑的驱动装置。为此，建议将旋转直接驱动装置嵌套在直线直接驱动装置内。因此，直线电动机具有一个罐形外转子(13)，所述罐形外转子与输出轴(10)固定相连，所述直线电动机的空心圆柱形定子(16)的主要部分布置在所述罐形外转子的内腔中。旋转驱动装置具有一个定子(18)和一个转子，所述定子安装在所述直线电动机的空心圆柱形定子(16)的内壁上，所述转子在所述旋转电动机的定子(18)内部固定连接在所述输出轴(10)上。通过这种直接驱动装置可实现极紧凑的结构，还可放弃使用容易受到磨损的螺纹主轴。

Description

具有内置式直线-旋转直接驱动装置的塑料注射成型机
技术领域
本发明涉及一种具有电动旋转驱动装置和电动直线驱动装置的塑料注射成型机。 
背景技术
塑料注射成型机或类似机器中的驱动装置，特别是注射装置和定量装置需要在驱动轴上实现旋转运动和直线运动。这些运动须独立产生，但有时也须重叠产生。 
传统技术通过使用两个彼此分离的旋转驱动装置来实现这种具有两个自由度的运动。图1以截面图形式对这种驱动装置进行了图示。螺纹主轴1由第一旋转驱动装置3通过第一主轴螺母2驱动，由第二旋转驱动装置5通过第二主轴螺母4驱动。螺纹主轴1用于将旋转运动转化为直线运动。其工作原理可由图2诠释，图2显示的是输出轴(Abtriebswelle)或螺纹主轴1和主轴螺母2、4的示意图。如果以相同方向和相同转速驱动主轴螺母2、4，就会产生纯粹的旋转运动。但如果以相反方向和相同转速驱动这两个旋转驱动装置，就会使螺纹主轴进行纯粹的直线运动。当旋转驱动装置的转速和旋转方向都不同时，就会产生组合式旋转-直线运动。这种驱动装置的缺点一方面在于其控制方式相当复杂，因为在对两个旋转电动机进行控制来实现直线运动时，还需对螺纹传动件一并加以考虑。另一方面，即便是简单运动，也总须对两个电动机进行同步控制。此外，用于直线驱动装置的控制回路也相对比较复杂。还有一个较大的缺点是，螺纹传动件和轴承的磨损相当大。其原因在于，这些组件均须吸收较大的轴向力。整个驱动装置具有较大结构也是这种驱动装置的一个不足之处。 
出版物US 6 051 896A1中公开了一种具有组合式直线-旋转驱动装置的注射成型机。驱动装置的外壳构成直线驱动装置的静止部分。可在这个静止部分中做直线运动的部件建构为罐形，同时还构成布置在这个部件中的旋转驱动装置的外壳。旋转驱动装置的定子固定在可做直线运动部件的内壁上。旋转驱动装置的转子固定在一个与定子和可做直线运动部件同心布置的轴上，注射成型机的螺杆由这个轴驱动。 
此外，出版物US 2002/0047367A1对一种具有两个运动自由度的电动机进行了说明。罐形直线转子受到布置在内侧的直线定子的在径向上的直线驱动。直线定子与旋转定子连成一体。支承在轴上的旋转转子在旋转定子的内部受到旋转驱动。罐形直线转子同样以可转动的方式支承在这个轴上。 
发明内容
因此，本发明的目的是为塑料注射成型机提供一种易于控制的紧凑型耐磨驱动装置。 
根据本发明，这个目的通过一种塑料注射成型机而达成，这种塑料注射成型机具有一个输出轴、一个电动旋转驱动装置和一个电动直线驱动装置，其中，直线驱动装置具有带有罐形外转子的第一直线电动机，罐形外转子与输出轴固定相连，第一直线电动机的空心圆柱形定子的主要部分布置在罐形外转子的内腔中，旋转驱动装置具有旋转电动机，旋转电动机的定子以与第一直线电动机的空心圆柱形定子固定相连的方式布置在第一直线电动机的空心圆柱形定子的内部，旋转电动机的转子在旋转电动机的定子内部固定连接在输出轴上。输出轴在直线驱动装置的定子内部由一个承重件支承。通过这一措施可大幅缩小轴向上的结构空间。 
通过这种直线-旋转直接驱动装置可实现极其耐磨的系统，因为这种直线-旋转直接驱动装置放弃使用螺纹传动件，且其轴承无需吸收轴向力。此外，通过将两个驱动装置嵌套在一起，还可实现极其紧凑的结构。 
根据一种实施方式，外转子的一端可通过端盖(Topfscheibe)固定在输出轴上。这种结构特别适用于仅能提供较小轴向结构空间的机器。 
根据另一实施方式，设置有第二直线电动机，这个直线电动机与第一直线电动机串联。相对于可提供同等大小轴向力、但仅具有单独一个直线电动机的驱动装置而言，通过这种串联共轴布置方式可提高驱动装置的动态相应和机械稳定性。 
在使用两个前后串联布置的直线电动机的情况下，这两个直线电动机的定子可通过布置在其之间的凸缘彼此相连。在此情况下，组合式驱动装置可有利地支承在其轴向中心上。 
附图说明
下面借助附图对本发明进行详细说明，其中： 
图1为现有技术中的注射-定量装置的截面图； 
图2为用于说明图1所示的注射-定量装置的工作原理的原理图； 
图3为本发明的内置式直线-旋转电动直接驱动装置的截面图；以及 
图4为本发明的具有两个串联直线电动机的内置式直线-旋转电动直接驱动装置的截面图。 
具体实施方式
下文将要详细说明的实施例是本发明的优选实施方式。 
图3以截面图形式加以显示的内置式直线-旋转电动直接驱动装置具有输出轴10，输出轴10的输出端支承在外壳12的承重件11上。在外壳12的内部，输出轴10上形成有一个呈旋转对称布置的罐状结构，这个罐状结构是直线直接驱动装置的外转子13。这个外转子的柱形区段的内壁上布置有多个永磁体14。端盖15在柱形外转子区段13和输出轴10之间建立起连接。 
直线电动机的空心圆柱形定子16位于外转子13内部。定子16连接在位于承重件11相对侧的盖板17上，盖板17旋接在外壳12上。旋转直接驱动装置的定子18固定在直线电动机的空心圆柱形定子16的内壁上。图3对定子18的一部分绕组和叠片芯进行了图示。旋转直接驱动装置的转子19运行在定子18内部。转子19设置在输出轴10上。直线驱动装置的定子16的内部还布置有承重件20，轴10的驱动端支承在承重件20上。 
图3用双向箭头21表示可用组合式驱动装置实现的重叠运动。通过附图以略图形式加以显示的能流22可实现输出轴10的直线运动，能流22从外转子13出发，经过端盖15，朝输出轴10流动。 
这种组合式驱动装置的优点在于其紧凑的结构，这种紧凑结构的实现方式为，旋转电动机通过其定子18以与直线电动机定子16共轴的方式安装在直线电动机定子16的内壁上。通过这种布置方式还可对直线定子和旋转定子进行共同散热。 
采用这种布置方式时，直线电动机实施为外转子电动机，其中，外转子与轴刚性相连，并以旋转转子的转速进行转动。通过使外转子1 3和输出轴10刚性相连，可实现较高的直线定位精度。 
本发明的内置式直接驱动装置的优点还在于放弃使用由轴承和螺纹传动件组合而成的成本高昂的驱动装置，这种驱动装置用于将旋转驱动运动转化成组合式直线-旋转进给运动(参见图1和图2)。借此可节约成本，并通过减少成本高昂的外购件来提高整个驱动装置的机电成本效果和改良性能。此外，本发明的驱动系统远比现有技术中的驱动系统更易于控制，其原因在于各驱动装置的运动是直接产生，而且各驱动装置也可以为了控制目的而很简单的分离。除此之外，上述内置式直线-旋转直接驱动装置无需使用轴向轴承和螺纹传动件等容易受到磨损的机械组件。借此可提高驱动装置的耐用度。 
图4显示的是用于本发明的注射成型机的另一种驱动装置的截面图。这种驱动装置的左半部分结构与图3所示的驱动装置基本相符。也就是说，直线电动机的外转子30建构为罐形，并包围直线电动机的空心圆柱形定子31。端盖32在外转子30和输出轴33之间建立起连接。旋转电动机的定子34安装在直线电动机的转子31的内侧。在直线电动机定子31内部靠近端盖32的输出侧设置有承重件35，输出轴33借助于承重件35支承在定子31上。产生旋转运动时，这种支承通过球轴承36而实现，产生直线运动时，这种支承通过球盒37而实现。球盒可以不受限制地沿轴33进行直线运动。在此情况下，轴承36和37并不吸收轴向力。 
第二直线电动机相对于上述第一直线电动机以镜像方式布置在第一直线电动机的轴向延长部分中。第二直线电动机由外转子40、定子41和第二端盖42构成，且同样对轴33进行驱动。 
在所选实施例中，第二定子41与第一定子31成一整体，其中，二者之间形成有凸缘43。整个驱动装置可支承在这个凸缘43上。在凸缘43区域内， 输出轴同样通过球轴承44和球盒4 5得到支承。在另一端的第二端盖4 2区域内，轴33在定子41内部通过球轴承47和球窝48由其他承重件46支承。 
也就是说，采用图4所示的实施方式的驱动装置具有两个串联直线电动机。通过这种前后串联的布置方式可获得更大的轴向力。若想通过图3所示的驱动装置实施例来获得同等大小的轴向力，图3所示的驱动装置就须具有更大的外转子表面，即在长度给定的情况下，须具有更大的直径。但这会减弱驱动装置的机械稳定性。此外，直径增大的同时转子的惯性也会增大，这会降低驱动装置的动态响应。也就是说，将直径较小的两个直线电动机串联可提高驱动装置的动态响应和机械稳定性。 

Claims (4)

1.一种塑料注射成型机，包括
一个输出轴(10；33)，
一个电动旋转驱动装置，和
一个电动直线驱动装置，
其特征在于，
所述直线驱动装置具有一个带有罐形外转子(13；30)的第一直线电动机，所述罐形外转子与所述输出轴(10；33)固定相连，所述第一直线电动机的一个空心圆柱形定子(16；31)的主要部分布置在所述罐形外转子的内腔中，以及
所述旋转驱动装置具有一个旋转电动机，所述旋转电动机的一个定子(18；34)以与所述第一直线电动机的空心圆柱形定子(16；31)固定相连的方式布置在所述第一直线电动机的空心圆柱形定子(16；31)的内部，所述旋转电动机的转子在所述旋转电动机的定子(18；34)内部固定连接在所述输出轴(10；33)上，以及
所述输出轴(10；33)在所述直线驱动装置的定子(16；31)内部在轴向和径向上都由一个承重件(20；35)支承。
2.根据权利要求1所述的塑料注射成型机，其中，所述外转子(13；30)的一端通过一个端盖(15；32)固定在所述输出轴(10；33)上。
3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的塑料注射成型机，且其具有第二直线电动机，所述第二直线电动机与所述第一直线电动机串联。
4.根据权利要求3所述的塑料注射成型机，其中，所述两个直线电动机的定子(31，41)通过布置在它们之间的凸缘(43)彼此相连，所述输出轴(10；33)支承在所述凸缘(43)区域内。
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