CN112332547B - 具备无线供电功能的线性传动装置 - Google Patents

Abstract

一种具备无线供电功能的线性传动装置，包含一传动机构以及一无线供电模块。传动机构包含一长轴部及一移动部，长轴部定义一长轴，移动部以可沿长轴位移的方式设置于长轴部。无线供电模块包含一磁供部及一感应线圈。磁供部设置于长轴部，磁供部用以提供一磁场，磁场的一磁场方向与长轴平行。感应线圈设置于移动部，感应线圈的一法向量与磁场方向平行。当移动部沿长轴位移，感应线圈感应磁场的变化而产生感应电流。

Description

具备无线供电功能的线性传动装置

技术领域

本发明是有关于一种线性传动装置，且特别是有关于一种具备无线供电功能的线性传动装置。

背景技术

线性传动装置例如线性滑轨、滚珠螺杆、滚珠花键等在自动化设备中扮演举足轻重的角色。为了提升自动化设备的稳定性，目前线性传动装置已朝智能型领域发展，通过在线性传动装置安装传感器，可收集并监控线性传动装置的参数，并依据参数做出相应处理以避免故障发生。例如，可监控刚性参数以掌握元件的磨耗情形，在元件损坏前即进行更换，又例如，可监控振动参数以掌握元件的运转速度，避免运转速度过大造成元件间出现卡死的情形。

然而，当需要于线性传动装置的移动部安装传感器时，倘若采取有线方式对传感器供电，对于配线复杂且密集的自动化设备(如射出成型机)，要在既有线路上再加入其他线路，在配在线存在极大难度，此外，移动部在移动过程会拉扯线材而导致线材疲劳、断线或漏电等情况发生，而不利于对线性传动装置的监控。

中国专利申请公开号CN101326706A公开一种无线传动器，其通过非接触供电部件对设置于可移动台的负载(如驱动部件及无线接收部)进行供电，非接触供电部件包含设置于基座部的初级线圈及设置于可移动台的次级线圈，通过对初级线圈提供交流电，使初级线圈产生垂直于轨道长方向的磁场方向，且通过初级线圈磁场方向的变化，使次级线圈产生感应电流，藉此，可通过无线方式对设置于可移动台的负载进行供电，从而能避免可移动台在移动过程拉扯线材的缺失。然而，碍于初级线圈及次级线圈的配置方式，初级线圈设置的区域需要涵盖可移动台于轨道长方向的行走距离(例如，需沿着轨道长方向配置多个初级线圈，使多个初级线圈于轨道长方向的长度总和大于或等于移动台于轨道长方向的行走距离；或者，沿着轨道长方向配置单一、大尺寸的初级线圈，使初级线圈于轨道长方向的长度大于或等于移动台于轨道长方向的行走距离)，使可移动台相对基座部移动时，次级线圈可至少与一初级线圈相对，倘若要缩小初级线圈设置的区域，则需要配置二次电池与次级线圈连接，使次级线圈与初级线圈距离较远时，可通过二次电池供电给次级线圈。因此，前述无线传动器所需的材料较多，无形中提高了生产成本及制作难度。

中国专利申请公开号CN103659791A公开一种无线供电装置及具备该装置的直驱型系统，中国专利公告号CN102931735B公开一种用于沿轨道运行的移动装置的非接触供电系统及方法，然而，中国专利申请公开号CN103659791A及中国专利公告号CN102931735B中初级线圈及次级线圈的配置方式与中国专利申请公开号CN101326706A相似，因此也同样具有较高的生产成本及制作难度。

因此，如何开发出新的线性传动装置，其可通过无线方式对设置于移动部的负载进行供电，有利于应用在配线复杂且密集的自动化设备(如射出成型机)、可避免以有线方式供电所产生的线材疲劳、断线或漏电等缺失，并同时有利于降低生产成本及制作难度，遂成为相关业者努力的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性传动装置，以解决上述问题。

依据本发明的一实施方式是提供一种具备无线供电功能的线性传动装置，线性传动装置包含一传动机构以及一无线供电模块。传动机构包含一长轴部及一移动部，长轴部定义一长轴，移动部以可沿长轴位移的方式设置于长轴部。无线供电模块包含一磁供部及一感应线圈。磁供部设置于长轴部，磁供部用以提供一磁场，磁场的一磁场方向与长轴平行。感应线圈设置于移动部，感应线圈的法向量与磁场方向平行。当移动部沿长轴位移，感应线圈感应磁场的变化而产生感应电流。

本发明的线性传动装置，藉由设置无线供电模块，可利用无线的方式使设置于移动部的感应线圈产生感应电流，进而可对与感应线圈电性连接的负载(如参数感测模块)进行供电，有利于应用在配线复杂且密集的自动化设备(如射出成型机)，并可避免以有线方式供电所产生的线材疲劳、断线或漏电等缺失。此外，本发明的线性传动装置，不论是否设置电能储存元件，磁供部设置的区域无需涵盖移动部于长轴部的行走距离，有利于降低生产成本及制作难度。

附图说明

图1是依据本发明一实施方式的线性传动装置的立体示意图。

图2是图1的无线供电模块用于对一负载进行供电的功能方块示意图。

图3是依据本发明另一实施方式的无线供电模块对一负载进行供电的功能方块示意图。

图4是依据本发明又一实施方式的线性传动装置的立体示意图。

图5是依据本发明又一实施方式的线性传动装置的平面示意图。

图6是依据本发明又一实施方式的移动部的立体示意图。

图7是依据本发明又一实施方式的移动部的立体示意图。

图8是依据本发明又一实施方式的机台的平面示意图。

图9是图8中机台的另一平面示意图。

附图标记说明：100、300、400-线性传动装置；110、310、410-传动机构；120、320、420-长轴部；121、122、321、322、421、422-端部；130、330、430、530、630-移动部；131、331、332、432、531、631-端面；133、334、533-凹槽；140、240、340-无线供电模块；150、250、350、450-磁供部；151、351-线圈；152-距离传感器；160、260、360、560、660-感应线圈；190、290-负载；270-整流单元；280、580、680-电能储存元件；470-支撑部；533a-第一容置槽；533b-第二容置槽；590、690-参数感测模块；635-突起部；635a-顶面；635b-外壁面；700-机台；710-第一连杆；720-第二连杆；730-驱动马达；740-模具；A-法向量；B-磁场方向；C-箭头方向；D-长轴；L-距离。

具体实施方式

请参照图1，其是依据本发明一实施方式的线性传动装置100的立体示意图，线性传动装置100具备无线供电功能。线性传动装置100包含一传动机构110以及一无线供电模块140。传动机构110包含一长轴部120及一移动部130，长轴部120定义一长轴D，移动部130以能够沿长轴D位移的方式设置于长轴部120。在本实施方式中，长轴部120为一螺杆，移动部130为一螺帽，螺杆与螺帽之间可设置滚动件(图未示)如滚珠或滚柱，亦即，传动机构110可为一滚珠螺杆或滚柱螺杆，在其他实施方式中，传动机构110可为但不限于线性滑轨或滚珠花键，例如，当传动机构110为线性滑轨时，长轴部120可为滑轨、移动部130可为滑块，当传动机构110为滚珠花键时，长轴部120可为花键轴、移动部130可为花键螺帽。

无线供电模块140包含磁供部150及感应线圈160。磁供部150设置于长轴部120，磁供部150用以提供一磁场，磁场的磁场方向B与长轴D平行。详细来说，磁供部150包含线圈151，线圈151配置为与感应线圈160平行，并可通过电线(图未示)连接电源(图未示)对线圈151供电，而使线圈151产生磁场。当对线圈151提供顺时针的电流，如箭头方向C所示，此时，磁供部150朝向移动部130的一侧为N极，远离移动部130的一侧为S极，亦即磁供部150的磁场方向B为朝向移动部130且与长轴D平行。当对线圈151提供逆时针的电流(与箭头方向C相反)，磁供部150朝向移动部130的一侧为S极，远离移动部130的一侧为N极，亦即磁供部150的磁场方向B为远离移动部130且与长轴D平行。在其他实施方式中，磁供部可为永久磁铁，且永久磁铁的磁场方向为朝向移动部或远离移动部且与长轴平行。

感应线圈160设置于移动部130，感应线圈160的法向量A与磁场方向B平行。当移动部130沿长轴D位移，感应线圈160感应磁场的变化而产生感应电流。在本实施方式中，磁供部150的线圈151配置为与感应线圈160平行，藉此，有利于提高通过感应线圈160的磁通量，进而提高产生感应电流的效率。

前述磁场的变化可通过使感应线圈160与磁供部150产生相对运动，而改变通过感应线圈160的磁通量来实现，当磁供部150包含线圈151时，前述磁场的变化亦可通过对磁供部150的线圈151提供交流电，而改变磁供部150所提供的磁场方向B来实现。此外，可视实际需求调整感应线圈160的线径、线圈直径、线圈匝数，以增加所产生的感应电流的强度。

图1中，磁供部150设置于长轴部120的端部121，藉此，可避免对移动部130的原本行程造成影响。

图1中，移动部130包含端面131及凹槽133，凹槽133自端面131凹陷形成，感应线圈160设置于凹槽133，藉此，可维持移动部130原本的尺寸，避免对移动部130的原本行程造成影响。

图1中，无线供电模块140可选择性地包含距离传感器152，设置于磁供部150朝向移动部130的一侧，为呈现距离传感器152的位置，使用虚线绘示出距离传感器152。距离传感器152用以感测磁供部150与感应线圈160之间的距离L，当磁供部150与感应线圈160之间的距离L为预定距离时，对磁供部150的线圈151通电以提供磁场。藉此，可仅于特定距离范围内对磁供部150供电，有利于节省电能及热能。预定距离可为大于0cm且小于或等于30cm。可使用的距离传感器152包含但不限于光学传感器(如激光雷达)或超音波传感器。

请参照图2，其为图1的无线供电模块140用于对一负载190进行供电的功能方块示意图。详细来说，感应线圈160可与负载190电性连接，藉此，感应线圈160所产生的感应电流可直接对负载190供电。

请参照图3，其是依据本发明另一实施方式的无线供电模块240对一负载290进行供电的功能方块示意图。无线供电模块240包含一磁供部250、一感应线圈260、一整流单元270及一电能储存元件280，整流单元270设置于感应线圈260与电能储存元件280之间，用以将感应电流由交流电转变成直流电。电能储存元件280设置于移动部且通过整流单元270与感应线圈260电性连接，电能储存元件280可采取可拆的方式设置于移动部，藉此，有利于电能储存元件280的汰换，电能储存元件280可为但不限于电容或充电电池，充电电池可为但不限于钮扣式充电电池或可挠式锂电池。电能储存元件280与负载290电性连接，感应线圈260所产生的感应电流可储存于电能储存元件280，再由电能储存元件280对负载290供电，藉此，有利于持续对负载290供电，例如，当仅于磁供部250与感应线圈260之间的距离为预定距离时，才对磁供部250通电，则在预定距离以外仍可通过电能储存元件280对负载290持续供电。

关于无线供电模块240的其他细节，在不产生矛盾的情况下可与无线供电模块140相同，在此不另赘述。

请参照图4，其是依据本发明又一实施方式的线性传动装置300的立体示意图，线性传动装置300包含一传动机构310以及一无线供电模块340。传动机构310包含一长轴部320及一移动部330，无线供电模块340包含两个磁供部350及两个感应线圈360。两个磁供部350分别设置于长轴部320的两个端部321、322，各磁供部350包含一线圈351，移动部330包含两个端面331、332及两个凹槽，其中一凹槽(图未示)自端面331凹陷形成，另一凹槽334自端面332凹陷形成，两个感应线圈360分别设置于位于端面331的凹槽及位于端面332的凹槽334，线圈351配置为与感应线圈360平行，并可通过电线(图未示)连接电源(图未示)对线圈351供电，从而使线圈351产生磁场。

图4中，两个感应线圈360可与同一负载(图未示)电性连接，藉此，两个感应线圈360所产生的感应电流可对同一负载供电。或者，两个感应线圈360可与分别与两个负载(图未示)电性连接，两个感应线圈360所产生的感应电流分别对两个负载供电。当两个感应线圈360与同一负载电性连接时，两个感应线圈360可采串联或并联，关于如何配置两个磁供部350的磁场方向以因应两个感应线圈360的连接方式(串联或并联)为本领域所熟知，在此不另赘述。

关于线性传动装置300的其他细节，在不产生矛盾的情况下可与线性传动装置100相同，在此不另赘述。

请参照图5，其是依据本发明又一实施方式的线性传动装置400的平面示意图。线性传动装置400包含一传动机构410以及一无线供电模块(未另标号)。传动机构410包含一长轴部420及一移动部430，长轴部420包含端部421、422，移动部430包含端面432及凹槽(图未示)，凹槽自端面432凹陷形成，无线供电模块包含磁供部450及感应线圈(图未示)，感应线圈设置于位于端面432的凹槽。磁供部450设置于长轴部420的端部422，无线供电模块可更包含一支撑部470，支撑部470用以支撑磁供部450，磁供部450可通过点胶黏贴或螺锁等方式固定于支撑部470，支撑部470设置于端部422且与机台(图未示)连接，藉由使用不同厚度的支撑部470，可调整磁供部450与感应线圈之间的距离，进而可调整感应电流的大小。

配合参照图6，其是依据本发明又一实施方式的移动部530的立体示意图。线性传动装置可包含一参数感测模块590，参数感测模块590与感应线圈560电性连接，即参数感测模块590为连接于感应线圈560的负载。参数感测模块590用以感测线性传动装置的一参数，例如，参数感测模块590可感测线性传动装置中长轴部的运转速度，可避免运转速度过大造成其他元件损坏而出现长轴部卡死的情形，参数感测模块590所感测的参数可以无线的方式传输至接收单元(图未示)，例如计算机、智能型手机等，藉此可实时监控线性传动装置。可使用的参数感测模块590包含但不限于用以感测振动、温度或声音信号等参数的传感器。

图6中，无线供电模块可包含一电能储存元件580，电能储存元件580与感应线圈560电性连接，电能储存元件580与感应线圈560之间可加装整流单元(图未示)，感应线圈560所产生的感应电流先储存至电能储存元件580，再由电能储存元件580对参数感测模块590供电，换言之，参数感测模块590是通过电能储存元件580与感应线圈560电性连接。

移动部530包含端面531及凹槽533，凹槽533自端面531凹陷形成，凹槽533包含第一容置槽533a及第二容置槽533b，感应线圈560设置于第一容置槽533a，电能储存元件580及参数感测模块590设置于第二容置槽533b，藉此，有利于维持移动部530的原本尺寸。

配合参照图7，其是依据本发明又一实施方式的移动部630的立体示意图。相较于图6，移动部630包含端面631及突起部635，突起部635突出于端面631，突起部635包含两个表面，分别为顶面635a及外壁面635b，外壁面635b连接顶面635a与端面631，感应线圈660设置于顶面635a，电能储存元件680及参数感测模块690设置于外壁面635b，藉此，有利于维持移动部630的径向尺寸。在其他实施方式中，感应线圈660也可设置于外壁面635b，电能储存元件680及参数感测模块690设置于感应线圈660上。关于电能储存元件680及参数感测模块690可参照上述电能储存元件280、电能储存元件580及参数感测模块590的相关说明，在此不予赘述。

配合参照图8及图9，图8是依据本发明又一实施方式的机台700的平面示意图，图9是图8中机台700的另一平面示意图，图8及图9中，机台700为射出成型机，图8中，机台700处于合模阶段，图9中，机台700处于开模顶出阶段。线性传动装置100设置于机台700，机台700具有固定工作行程。在此，机台700为射出成型机仅为例式，本发明不以此为限，举凡具有固定工作行程的机台700皆适于设置线性传动装置100，例如，机台700亦可为压铸机或弯管机。

并同参照图1，线性传动装置100以端部122与机台700的驱动马达730连接，并以移动部130与机台700的第一连杆710连接，驱动马达730带动长轴部120旋转，再带动移动部130沿着长轴D位移，进而带动第一连杆710及第二连杆720作动，而使模具740重复合模及开模。藉由将无线供电模块140设置于传动机构110，可利用机台700既有的固定行程，使磁供部150与感性线圈160产生相对运动而使感应线圈160产生感应电流，不需额外设置动力源来使磁供部150与感性线圈160产生相对运动，有利于在节省能源与简化元件的前提下，提供无线供电功能。此外，对于配线复杂且密集的机台700，欲使用有线的方式对设置于移动部130的负载进行供电，在配在线存在极大难度，本发明可通过无线的方式使设置于移动部130的感应线圈160产生感应电流，可以一并解决采用有线方式配线困难的问题。

本发明中，两个元件间平行或垂直，是指欲将一元件配置为与另一元件平行或垂直，然而，在实务上，由于制作公差或其他因素，该元件与该另一元件可能未完全平行或垂直，因此，在本发明中，两个元件间平行或垂直涵盖实质上平行或实质上垂直的情形，例如，两个元件间正、负10度内的偏差都属于本发明保护的范畴。

本发明中，所述电性连接是指元件间可以直接、间接、有线或无线方式传递电性能量。

相较于先前技术，本发明的线性传动装置，藉由设置无线供电模块，可利用无线的方式使设置于移动部的感应线圈产生感应电流，进而可对与感应线圈电性连接的负载(如参数感测模块)进行供电，有利于应用在配线复杂且密集的自动化设备(如射出成型机)，并可避免以有线方式供电所产生的线材疲劳、断线或漏电等缺失，有利于线性传动装置的智能型发展。此外，本发明的线性传动装置，不论是否设置电能储存元件，磁供部设置的区域无需涵盖移动部于长轴部的行走距离，有利于降低生产成本及制作难度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种具备无线供电功能的线性传动装置，其特征在于，包含：

一传动机构，包含：

一长轴部，定义一长轴；及

一移动部，以能够沿该长轴位移的方式设置于该长轴部；以及

一无线供电模块，包含：

一磁供部，设置于该长轴部，该磁供部包含一线圈而能够提供一磁场，该磁场的一磁场方向与该长轴平行；及

一感应线圈，设置于该移动部，该感应线圈的一法向量与该磁场方向平行；

一距离传感器，以感测该磁供部与该感应线圈之间的一距离，当该磁供部与该感应线圈之间的该距离为一预定距离时，对该磁供部的该线圈通电以提供该磁场；

其中当该移动部沿该长轴位移时，该感应线圈感应该磁场的变化而产生一感应电流。

2.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该磁供部设置于该长轴部的一端部。

3.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该移动部为一螺帽，该长轴部为一螺杆。

4.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该线性传动装置设置于一机台，该机台具有固定工作行程。

5.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该移动部包含一端面及一凹槽，该凹槽自该端面凹陷形成，该感应线圈设置于该凹槽。

6.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该移动部包含一端面及一突起部，该突起部突出于该端面，该感应线圈设置于该突起部的一表面。

7.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该无线供电模块更包含：

一电能储存元件，设置于该移动部且与该感应线圈电性连接。

8.如权利要求7所述的线性传动装置，其特征在于，该电能储存元件以可拆的方式设置于该移动部。

9.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，该预定距离为大于0cm且小于或等于30cm。

10.如权利要求1所述的线性传动装置，其特征在于，更包含一参数感测模块，该参数感测模块与该感应线圈电性连接，该参数感测模块用以感测该线性传动装置的一参数。

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