CN104373540A - 马达驱动线性致动器及其马达 - Google Patents

Abstract

本发明为一种马达驱动线性致动器及其马达，该马达驱动线性致动器包括马达、滚珠螺杆装置以及滚动轴承，马达包括马达转轴并具有第一端部，且马达转轴的第一端部包括端面以及容置空间并具有第一容置部。滚珠螺杆装置包括螺杆轴并具有第一端部同轴连接于马达转轴的第一端部，且螺杆轴的第一端部具有第一区段，通过将第一区段容置于第一容置部中，使螺杆轴固定于马达转轴。滚动轴承设置于马达与滚珠螺杆装置之间，以使螺杆轴可转动地受其支撑，其中马达转轴的端面接触并抵顶滚动轴承，以限制滚动轴承于马达及滚珠螺杆装置之间移动，及达到轴承组装上的使用需求。本发明能加快马达的响应速率，并且可减少马达所需要的空间，增加马达的刚性。

Description

马达驱动线性致动器及其马达

技术领域

本发明涉及一种致动器及其马达，尤其涉及一种马达驱动线性致动器及其马达。

背景技术

马达驱动线性致动器为常见的设备，广泛地应用于各种领域，例如工业机械、精密工具机、电子机械及运输机械等。公知的马达驱动线性致动器利用滚珠螺杆装置，以将马达的旋转运动转换为线性运动。

图1为公知的马达驱动线性致动器的纵向剖面示意图。如图所示，公知的马达驱动线性致动器1包括马达11、滚珠螺杆装置12、联轴器13、框架14、轴承15以及固定螺帽16。马达11包括转子111、定子112以及马达转轴113，且马达转轴113设置于转子111上。转子111包括多个永久磁铁114，且该多个永久磁铁114设置于转子111上，而定子112包括多个绕组线圈，用以传载电流并与转子111的多个永久磁铁114产生磁场交互作用，以产生一驱动力使转子111的马达转轴113转动，且该马达11以伺服马达为较佳。

滚珠螺杆装置12设置于框架14且包括螺杆轴121、滑块螺帽122、滑台123、线性轴承124以及支撑轴承125。滚珠螺杆装置12的螺杆轴121的一端部经由联轴器13而与马达转轴113同轴连接。换言之，联轴器13连接于马达11的马达转轴113与滚珠螺杆装置12的螺杆轴121之间，使滚珠螺杆装置12的螺杆轴121根据马达11的马达转轴113的转动而转动。滑块螺帽122具有螺纹，使螺杆轴121与滑块螺帽122彼此啮合，其中，滑台123固定设置于滑块螺帽122，以通过该滑台123承载负载。于滑块螺帽122与螺杆轴121之间设置多个滚动元件(图中未示出)，例如滚珠，以使螺杆轴121与滑块螺帽122彼此配合。藉此，完成高载重运输以及使用寿命较长的马达驱动线性致动器。

线性轴承124设置于框架14并与滑块螺帽122相连接，用以限制滑块螺帽122转动，并导引滑块螺帽122于线性方向上移动。藉此，滑块螺帽122可通过马达11驱动滚珠螺杆装置12的螺杆轴121转动而使其沿着螺杆轴121移动。支撑轴承125设置于框架14，藉以支撑滚珠轴承12的螺杆轴121的另一端部，并限制螺杆轴121的该端部使其无法相对于框架14而轴向移动。

当马达11的马达转轴113以及滚珠螺杆12的螺杆轴121通过联轴器13耦接在一起时，通过轴承15的设置可使螺杆轴121的一端部受径向支撑，以提升马达11的刚性。此外，固定螺帽16固设于螺杆轴121上，且位于联轴器13以及轴承15之间，用以施加预压力于轴承15达到轴承组装上的使用需求，并限制轴承15于螺杆轴121上的轴向位移。

然而，公知的马达驱动线性致动器1必须设置联轴器13，以将马达11的马达转轴113与螺杆轴121耦接在一起，而联轴器13的刚性较低，使马达驱动线性致动器1的刚性随之降低，导致马达驱动线性致动器1的响应速度无法提升。此外，公知的马达驱动线性致动器1必须将一固定螺帽16设置于螺杆轴121上，且位于联轴器13以及轴承15之间，并施加预压力于轴承15，以限制轴承15于螺杆轴121上的轴向位移，如此将导致马达11的马达转轴113与滚珠螺杆12的螺杆轴121之间的耦接结构较为复杂，且耦接需要增加及占用较多的空间，造成马达驱动线性致动器1的整体长度增加。

有鉴于此，如何开发一种马达驱动线性致动器及其马达，以解决公知技术的问题，实为本技术领域的技术人员目前所迫切需要解决的课题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种马达驱动线性致动器及其马达，其不需要通过额外的联轴器以及固定螺帽而可达成马达的转轴与滚珠螺杆装置的螺杆轴耦接的优点。

本发明的另一目的在于提供一种马达驱动线性致动器及其马达，其中通过本发明的马达驱动线性致动器及其马达，使马达的转轴与滚珠螺杆装置的螺杆轴之间达到同轴定位以及刚性耦接的优点。

本发明的又一目的在于提供一种马达驱动线性致动器及其马达，其可强化马达的转轴耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴的刚性，具有较快的响应速率，占用较小的空间，还可提升马达的轴向及径向刚性。

根据本发明的构想，本发明的一较广实施方式为提供一种马达驱动线性致动器，包括马达、滚珠螺杆装置及滚动轴承。马达包括马达转轴，具有第一端部，其中马达转轴的第一端部包括端面及容置空间，且马达转轴的容置空间具有第一容置部。滚珠螺杆装置包括螺杆轴，螺杆轴具有第一端部，且螺杆轴的第一端部包括第一区段，其中螺杆轴的第一端部同轴连接于马达转轴的第一端部，且第一区段容置于马达转轴的第一容置部，以将螺杆轴固定设置于马达转轴。滚动轴承设置于马达与滚珠螺杆装置之间，以使螺杆轴的第一端部可转动地受其支撑，其中马达转轴的端面接触并抵顶于滚动轴承以限制滚动轴承于马达及滚珠螺杆装置之间移动，并达到轴承组装上的使用需求。

根据本发明的构想，本发明的另一较广实施方式为提供一种马达，适用于马达驱动线性致动器，其中马达驱动线性致动器包括滚珠螺杆装置及滚动轴承，滚珠螺杆装置包括螺杆轴具有第一端部，第一端部具有第一区段。马达包括转子、定子以及马达转轴。马达转轴设置于转子上并具有第一端部，且马达转轴的第一端部同轴连接于螺杆轴的第一端部，其中马达转轴的第一端部包括端面及容置空间，且容置空间具有第一容置部，用以容置并固定螺杆轴的第一区段，马达转轴的端面抵顶于滚动轴承。

本发明的有益效果在于，本发明的一种马达驱动线性致动器及其马达，其可在不需要使用联轴器以及固定螺帽的情况下使马达的马达转轴耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴。通过本发明的马达驱动线性致动器以将马达的马达转轴刚性耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴，并使马达的马达转轴与于滚珠螺杆装置的螺杆轴做同心定位。此外，通过本发明新颖的马达驱动线性致动器可提高马达驱动线性致动器的刚性，加快马达的马达转轴与滚珠螺杆装置的螺杆轴的间的响应速率，并且可减少马达的马达转轴耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴所需要的空间，以及可增加马达于轴向及径向方向上的刚性。

附图说明

图1为公知的马达驱动线性致动器的纵向剖面示意图。

图2为本发明较佳实施例的马达驱动线性致动器的纵向剖面示意图。

图3为图2的马达转轴、滚动轴承以及螺杆轴间的耦接结构的局部放大图。

图4A至图4C分别显示图3所示螺杆轴耦接于马达转轴的各种固定结构的局部放大图。

其中，附图标记说明如下：

1、2：马达驱动线性致动器

11、21：马达

12、22：滚珠螺杆装置

13：联轴器

14、24：框架

15：轴承

16：固定螺帽

25：滚动轴承

26：支撑元件

111、211：转子

112、212：定子

113、213：马达转轴

114、214：永久磁铁

121、221：螺杆轴

122、222：滑块螺帽

123、223：滑台

124、224：线性轴承

125、225：支撑轴承

2131、2211：第一端部

2132、2212：第二端部

2133：容置空间

2134：端面

2131a：螺纹穿孔

2131b：螺丝

2131c：固定胶

2133a：第一容置部

2133b：第二容置部

215：位置传感器

216：壳体

2211a：第一区段

2211b：第二区段

2213：本体部

251：内环

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

图2为本发明较佳实施例的马达驱动线性致动器的纵向剖面示意图；以及图3为图2的马达转轴、滚动轴承以及螺杆轴间的耦接结构的局部放大图。如图2及图3所示，马达驱动线性致动器2包括马达21、滚珠螺杆装置22、框架24以及滚动轴承25(rolling bearing)，且马达21以伺服马达为较佳，滚动轴承25以斜角滚珠轴承(angular ball bearing)为较佳。于一些实施例中，滚动轴承25包括但不限于径向轴承(radial journal bearing)、深沟滚珠轴承(deepgroove ball bearing)、锥形滚柱轴承(conical roller bearing)或交叉滚柱轴承(cross roller bearing)。马达21包括转子211、定子212以及马达转轴213，其中马达转轴213设置于转子211上并具有第一端部2131以及第二端部2132。马达转轴213的第一端部2131包括容置空间2133，且该容置空间2133具有第一容置部2133a，其中第一容置部2133a同轴设置于马达转轴213的旋转轴上。此外，马达转轴213的第一端部2131还包括端面2134，其中该端面2134以平端面为较佳，且该端面2134与马达转轴213的旋转轴垂直。转子211包括多个永久磁铁214，以及定子212包括多个绕组线圈(图中未示出)，用以传载电流并与转子211的多个永久磁铁214产生磁场交互作用，以产生一驱动力使转子211的马达转轴213转动。于一实施例中，马达21还包括位置传感器215，例如编码器，且位置传感器215设置于马达转轴213的第二端部2132，用以感测转子211的旋转位置。

滚珠螺杆装置22设置于框架24上并包括螺杆轴221、滑块螺帽222、滑台223、线性轴承224以及支撑轴承225。螺杆轴221具有第一端部2211以及第二端部2212，且螺杆轴221的第一端部2211同轴连接于马达转轴213的第一端部2131，换言之，马达21的马达转轴213以及滚珠螺杆装置22的螺杆轴221彼此固定连接，藉此，滚珠螺杆装置22的螺杆轴221可根据马达21的马达转轴213的转动而同步转动。滑块螺帽222具有螺纹，使螺杆轴221与滑块螺帽222彼此啮合，其中，滑台223固定设置于滑块螺帽222，以通过该滑台223承载负载。于滑块螺帽222与螺杆轴221之间设置多个滚动元件(未示出)(例如滚珠)以使螺杆轴221与滑块螺帽222彼此配合，藉此提升马达驱动线性致动器2的承载重量，并延长使用寿命。线性轴承224设置于框架24上并与滑块螺帽222相连接，用以保持滑块螺帽222于不转动状态(即限制滑块螺帽222转动)，再通过线性轴承224的导引限制滑块螺帽222于线性方向上移动。藉此，滑块螺帽222可通过马达21驱动滚珠螺杆装置22的螺杆轴221转动，而使滑块螺帽222沿着螺杆轴221移动。支撑轴承225设置于框架24上，藉以支撑螺杆轴221的第二端部2212，限制螺杆轴221的第二端部2212沿轴向方向相对于框架24的移动，提升螺杆轴221的径向刚性。于本实施例中，滚珠螺杆装置22的螺杆轴221的第一端部2211包括第一区段2211a，滚珠螺杆装置22的第一区段2211a的直径长度b小于滚珠螺杆装置22的本体部2213的直径长度a，且滚珠螺杆装置22的第一区段2211a同轴设置于螺杆轴221的旋转轴上，通过将滚珠螺杆装置22的螺杆轴221的第一区段2211a容设于马达转轴213的第一容置部2133a中，以使马达21的马达转轴213耦接于滚珠螺杆装置22的螺杆轴221。

于一实施例中，螺杆轴221的本体部2213具有螺旋状的沟槽(helicalraceway groove)形成于螺杆轴221的本体部2213的外围表面上，藉以容置滚动元件并使螺杆轴221与滑块螺帽222相啮合。

于一些实施例中，马达转轴213的容置空间2133还包括第二容置部2133b，其中马达转轴213的第二容置部2133b连通于第一容置部2133a，并同轴设置于马达转轴213的旋转轴上，且第一容置部2133a设置于端面2134与第二容置部2133b之间。马达转轴213的第一容置部2133a的直径长度b大于第二容置部2133b的直径长度c。于本实施例中，滚珠螺杆装置22的螺杆轴221的第一端部2211还包括第二区段2211b邻接于第一区段2211a，即螺杆轴221的第一区段2211a设置于螺杆轴221的本体部2213以及第二区段2211b之间，其中螺杆轴221的第一区段2211a的直径长度b大于第二区段2211b的直径长度c，且螺杆轴221的第二区段2211b与螺杆轴221的转轴共轴，并通过将滚珠螺杆装置22的螺杆轴221的第二区段2211b对应容设于马达转轴213的第二容置部2133b，藉此使滚珠螺杆装置22的螺杆轴221同心定位于马达21的马达转轴213，以进一步提升马达21的马达转轴213与滚珠螺杆装置22的螺杆轴221之间的轴向及径向刚性。于一实施例中，马达21的马达转轴213的第二容置部2133b的内壁表面以及滚珠螺杆装置22的螺杆轴221的第二区段2211b的外围表面为光滑表面，并给予适当公差配合，用以提高同心定位的精度。

图4A至图4C分别显示图3所示螺杆轴耦接于马达转轴的各种固定结构的局部放大图。如图2、图3以及图4A至图4C所示，于一较佳实施例中，马达转轴213的第一容置部2133a的内壁表面具有螺纹，且部分的螺杆轴221的第一区段2211a的一外表面具有螺纹，马达转轴213的第一容置部2133a与螺杆轴221的第一区段2211a上的螺纹彼此啮合，以使螺杆轴221的第一区段2211a容设并刚性耦接于马达转轴213的第一容置部2133a。于另一较佳实施例中，马达转轴213的第一端部2131还具有螺纹穿孔2131a以及螺丝2131b，且螺丝2131b以止付螺丝为较佳，其中螺丝2131b设置于螺纹穿孔2131a中并与螺纹穿孔2131a相啮合，且螺丝2131b的一端部抵顶于螺杆轴221的第一区段2211a，以使螺杆轴221的第一区段2211a容设并刚性耦接于马达转轴213的第一容置部2133a。于又一较佳实施例中，利用涂覆固定胶于马达转轴213的第一端部2131与螺杆轴221的第一区段2211a之间，以使螺杆轴221的第一区段2211a容设并刚性耦接于马达转轴213的第一容置部2133a。换言之，马达转轴213的第一容置部2133a与螺杆轴221的第一区段2211a之间可通过螺纹与螺纹齿合(如图4A所示)、螺纹穿孔2131a与螺丝2131b(如图4B所示)或涂覆固定胶(如图4C所示)的方式，或是前述三种固定方式的至少任两种的组合，以将螺杆轴221的第一区段2211a直接固定设置于马达转轴213的第一容置部2133a，以实现同步旋转的目的，而不需要额外设置联轴器，达到加快响应速率的优点。

滚动轴承25设置于马达21与滚珠螺杆装置22之间，用以使螺杆轴221的第一端部2211可转动地受其支撑，藉以提升马达21的轴向及径向刚性。于一些实施例中，滚动轴承25可为例如斜角滚珠轴承(angular ball bearing)、深沟滚珠轴承(deep groove ball bearing)、锥形滚柱轴承(conical roller bearing)、交叉滚柱轴承(cross roller bearing)或径向轴承(radial journal bearing)。于本实施例中，设置于马达21的马达转轴213与滚珠螺杆装置22之间的滚动轴承25的数量可为一个或两个，且滚动轴承25的数量不以此为限，可依实际应用需求而任施变化。滚动轴承25具有内环251，且内环251相对于马达转轴213的端面2134设置。当马达21的马达转轴213耦接于滚珠螺杆装置22的螺杆轴221时，马达转轴213的端面2134直接抵顶并连接于滚动轴承25的内环251，以通过马达转轴213的端面2134固定滚动轴承25，并限制滚动轴承25相对于螺杆轴221的位移。换言之，马达转轴213的端面2134架构于限制滚动轴承25于马达21与滚珠螺杆装置22之间的位移，藉此可省略如图1所示设置于公知的马达驱动线性置动器的固定螺帽16。

于一实施例中，马达驱动线性致动器2还包括支撑元件26，其中支撑元件26设置于马达21与滚珠螺杆装置22之间，并固定于马达21的壳体216的连接部或框架24上。支撑元件26具有容设空间，用以支撑滚动轴承25，并通过支撑元件26以将滚动轴承25固定设置于马达21或框架24。

综上所述，本发明提供一种马达驱动线性致动器及其马达，其可在不需要使用联轴器以及固定螺帽的情况下使马达的马达转轴耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴。通过本发明的马达驱动线性致动器以将马达的马达转轴刚性耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴，并使马达的马达转轴与于滚珠螺杆装置的螺杆轴做同心定位。此外，通过本发明新颖的马达驱动线性致动器可提高马达驱动线性致动器的刚性，加快马达的马达转轴与滚珠螺杆装置的螺杆轴的间的响应速率，并且可减少马达的马达转轴耦接于滚珠螺杆装置的螺杆轴所需要的空间，以及可增加马达于轴向及径向方向上的刚性。

本发明得由本领域的技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱所附权利要求所欲保护者。

Claims (15)

1.一种马达驱动线性致动器，包括：

一马达，包括一马达转轴，具有一第一端部，其中该马达转轴的该第一端部包括一容置空间以及一端面，且该马达转轴的该容置空间具有一第一容置部；

一滚珠螺杆装置，包括一螺杆轴，该螺杆轴具有一第一端部，且该螺杆轴的该第一端部包括一第一区段，其中该螺杆轴的该第一端部同轴连接于该马达转轴的该第一端部，且该第一区段容置于该马达转轴的该第一容置部，以将该螺杆轴固定设置于该马达转轴；以及

一滚动轴承，设置于该马达与该滚珠螺杆装置之间，以使该螺杆轴的该第一端部可旋转地受支撑，其中该马达转轴的该端面接触并抵顶于该滚动轴承，以限制该滚动轴承于该马达及该滚珠螺杆装置之间移动。

2.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达转轴的该第一端部的该容置空间还包括一第二容置部，且该螺杆轴的该第一端部还包括一第二区段，该第二区段容置于该第二容置部，使该螺杆轴同心定位于该马达转轴。

3.如权利要求2所述的马达驱动线性致动器，其中该第一容置部的一直径长度大于该第二容置部的一直径长度，且该第一区段的一直径长度大于该第二区段的一直径长度。

4.如权利要求2所述的马达驱动线性致动器，其中该第一容置部及该第二容置部与该马达转轴的一旋转轴同轴，且该第一区段及该第二区段与该螺杆轴的一旋转轴同轴。

5.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达还包括一转子及一定子，且该马达转轴设置于该转子上。

6.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达为一伺服马达。

7.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该滚动轴承为一斜角滚珠轴承、一深沟滚珠轴承、一锥形滚柱轴承、一交叉滚柱轴承或一径向轴承。

8.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达转轴的该第一容置部的一内壁表面以及该螺杆轴的该第一区段的一外表面各具有一螺纹，且该第一容置部的该螺纹啮合于该第一区段的该螺纹。

9.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达转轴的该第一端部还包括一螺丝及一螺纹穿孔，该螺丝容置并啮合于该螺纹穿孔内，且该螺丝的一端部抵顶该螺杆轴的该第一区段。

10.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达转轴的该第一容置部与该螺杆轴的该第一区段之间涂覆一固定胶。

11.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，其中该马达还包括一位置传感器，且该马达转轴还包括一第二端部，该位置传感器设置于该马达转轴的该第二端部。

12.权利要求1所述的马达驱动线性致动器，该马达驱动线性致动器还包括一框架，其中该滚珠螺杆装置设置于该框架。

13.如权利要求12所述的马达驱动线性致动器，其中该滚珠螺杆装置还包括：

一滑块螺帽，啮合于该螺杆轴，其中该滑块螺帽与该螺杆轴之间还设置多个滚动元件；

一滑台，固定设置于该滑块螺帽，以乘载一负载；

一线性轴承，设置于该框架上并连接于该滑块螺帽，其中该线性轴承限制该滑块螺帽转动且导引该滑块螺帽沿着该螺杆轴移动；以及

一支撑轴承，设置于该框架上，以支撑该螺杆轴的一第二端部；

其中，通过该马达驱动该滚珠螺杆装置，以使该滑块螺帽沿着该螺杆轴移动。

14.如权利要求1所述的马达驱动线性致动器，该马达驱动线性致动器还包括一支撑元件，设置于该马达与该滚珠螺杆装置之间，以支撑及固定该滚动轴承。

15.一种马达，适用于一马达驱动线性致动器，其中该马达驱动线性致动器包括一滚珠螺杆装置及一滚动轴承，该滚珠螺杆装置包括一螺杆轴具有一第一端部，该第一端部具有一第一区段，该马达包括：

一转子；

一定子；以及

一马达转轴，设置于该转子上并具有一第一端部，且该马达转轴的该第一端部同轴连接于该螺杆轴的该第一端部，其中该马达转轴的该第一端部包括一容置空间及一端面，且该容置空间具有一第一容置部，用以容置并固定该螺杆轴的该第一区段，该马达转轴的该第一端部的该端面抵顶于该滚动轴承。