CN112692909B - 主轴电能及信号传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种主轴电能及信号传输装置，其包括一主轴固定部、一心轴旋转部、一电能传输元件以及一信号传输元件。主轴固定部设有一电源输入端、一次侧电源感应线圈、二次侧信号感应线圈以及至少一信号输出端。心轴旋转部设有刀把部的接合端面、二次侧电源感应线圈以及一次侧信号感应线圈，其中心轴旋转部相对于主轴固定部转动。电能传输元件用以传输来自电源输入端的电能。信号传输元件用以传输刀把部的信号至信号输出端，其中电能传输元件以及信号传输元件各包括至少一弹性顶针。

Description

主轴电能及信号传输装置
技术领域
本发明涉及一种传输装置，且特别是涉及一种主轴电能及信号传输装置。
背景技术
为因应复合材料快速应用发展，超音波加工技术随之普及化，配合主轴高速化需求，早期的电刷导电方式容易导致磨损或损伤的情况严重，此外，电刷还容易因为高速的摩擦接触而产生火花，因而影响高速化作业。
另外，早期的电能传输元件的电路设计过于复杂及容易损坏，严重者可导致产线停摆及维俢时程过长。因此，如何有效解决电力传输的问题并且电能传输元件能达到体积小、耐大电流、容易维修的特性，实为业界研发的重点。
发明内容
本发明是有关于一种主轴电能及信号传输装置，其将经常性拆装元件的特性应用于主轴电能及/或信号传输元件上，克服一般复杂的机构式导电设计(例如电刷)，不但可大幅简化电力传导方式，寿命更长且稳定传电，也可达到快速自行更换套件的需求。
根据本发明的一方面，提出一种主轴电能及信号传输装置，包括一主轴固定部、一心轴旋转部、一电能传输元件以及至少一信号传输元件。主轴固定部设有一电源输入端、一次侧电源感应线圈、二次侧信号感应线圈以及至少一信号输出端。心轴旋转部设有刀把部的一接合端面、二次侧电源感应线圈以及一次侧信号感应线圈，其中心轴旋转部相对于主轴固定部转动。电能传输元件设置于心轴旋转部的接合端面，并耦接二次侧电源感应线圈，用以传输来自电源输入端的电能。至少一信号传输元件设置于心轴旋转部的接合端面，并耦接一次侧信号感应线圈，用以传输一刀把部信号至信号输出端，其中电能传输元件以及至少一信号传输元件各包括至少一弹性顶针。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的主轴与刀把部的组装示意图；
图2为本发明一实施例的主轴与刀把部的分解示意图及局部放大示意图；
图3A为本发明一实施例的主轴与刀把部的剖面示意图；
图3B为本发明一实施例的主轴与刀把部的剖面示意图，其中省略主轴固定部的外环部；
图3C为图3B中一次侧讯号感应线圈的绕线示意图；
图4为主轴固定部与心轴旋转部以虚线区隔的配置图；
图5为电能经由主轴固定部与心轴旋转部传输至刀把部的示意图；
图6为刀把部信号经由刀把部传输至心轴旋转部与主轴固定部的示意图。
符号说明
100：主轴
101：刀把部
102：刀具
103：金属片
104：振荡器
105：加速规
106：温度计
110：主轴固定部
111：电源输入端
112：一次侧电源感应线圈
113：二次侧信号感应线圈
114a：信号输出端(振动感测信号)
114b：信号输出端(温度感测信号)
120：心轴旋转部
121：接合端面
122：二次侧电源感应线圈
123：一次侧信号感应线圈
123a：绕线
123b：入线部
123c：出线部
132a：弹性顶针
132b：弹性顶针
124：转轴
130：电能传输元件
132：弹性顶针
140：信号传输元件
X：轴向
Y：径向
Pin：电能
Sout：信号
具体实施方式
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考所附附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
依照本发明的一实施例，提出一种主轴电能及信号传输装置，可直接利用经常性拆装元件(例如：弹性顶针或弹簧连接器，又可称为pogo pin连接器)电连接刀把部及主轴端，以将主轴端的电能传递至刀把部及/或将刀把部的信号回传至主轴端，再经由电磁感应的一次侧感应线圈及二次侧感应线圈，将信号回传至主轴端的控制器，以达到设计简易且不易损坏的目的。
请参照图1及图2，其分别绘示依照本发明一实施例的主轴100与刀把部101的组装示意图、分解示意图及局部放大示意图。主轴100包括一主轴固定部110、一心轴旋转部120、一电能传输元件130以及至少一信号传输元件140。心轴旋转部120相对于主轴固定部110转动，也就是说，心轴旋转部120以可转动的方式设置于主轴固定部110之中。如图4所示，位于虚线内的部件表示可转动的心轴旋转部120，而位于虚线外的部件表示不可转动的主轴固定部110。
刀把部101与心轴旋转部120的端面相接合，且刀把部101以可拆离的方式接合于心轴旋转部120。在一实施例中，一刀具102结合至刀把部101，用以对一工件进行加工。
电能传输元件130设置于心轴旋转部120的接合端面121，即与刀把部101接合的一端面，用以传输电能至刀把部101。此外，信号传输元件140设置于心轴旋转部120的接合端面121，即与刀把部101接合的一端面，用以回传刀把部101信号至主轴100。
请参照图2的放大示意图，电能传输元件130及信号传输元件140可为环状设置于心轴旋转部120的接合端面121的多个弹性顶针132(仅绘示一个)，其数量例如为6个但不限制。此外，电能传输元件130的数量例如为2个，信号传输元件140的数量例如为4个，每组例如有2个信号传输元件140，因此共有两组信号传输元件140但不限制。其中，第一组信号传输元件140用以传输对应刀把部101内一加速规105(参见图3A)的振动感测信号，第二组信号传输元件140用以传输对应刀把部101内一温度计106(参见图3A)的温度感测信号。
此外，请参照图2的另一放大示意图，刀把部101相对于电能传输元件130及信号传输元件140的弹性顶针132设有多个金属片103。弹性顶针132环状设置于心轴旋转部120的接合端面121，使得刀把部101与心轴旋转部120接合时，弹性顶针132的受力方向平行于心轴旋转部120的一轴向X，且各个弹性顶针132于轴向X上对应电性接触刀把部101的金属片103。在本实施例中，金属片103环状设置于刀把部101的端面，以使金属片103与弹性顶针132彼此相对。
请参照图3A及图3B，其分别绘示依照本发明一实施例的主轴100与刀把部101的剖面示意图。刀把部101内设有振荡器104、加速规105、温度计106及金属片103。振荡器104用以使与刀把部101连接的刀具102产生振动。振荡器104例如是由电容元件或压电元件等振动元件，例如是由压电陶瓷片所制成，且振荡器104可受电能的驱动而产生高频率振荡，并以直接或间接的方式带动刀把部101上的刀具102产生振动。振荡器104的振荡频率可达10kHz以上但不限制。在本实施例中，振荡器104可连接工具机的一控制器，控制器可根据所加工的工件特性的不同，对应输出控制信号给振荡器104，以输出相对的振动波形与频率。
此外，主轴固定部110内设有一电源输入端111、一次侧电源感应线圈112、二次侧信号感应线圈113以及至少一信号输出端114a、114b。心轴旋转部120内设有多组弹性顶针132、二次侧电源感应线圈122、一次侧信号感应线圈123以及一转轴121。
其中，一次侧电源感应线圈112与二次侧电源感应线圈122相邻且不接触。也就是说，一次侧电源感应线圈112以及该二次侧电源感应线圈122分别环绕于该心轴旋转部120及该主轴固定部110的相对二表面，呈环形分布环绕心轴旋转部120及该主轴固定部110，以使一次侧电源感应线圈112与二次侧电源感应线圈122在轴向X上相对，并在轴向X上产生电磁感应。
另外，一次侧信号感应线圈123与二次侧信号感应线圈113相邻且不接触。也就是说，一次侧信号感应线圈123以及二次侧信号感应线圈113分别环绕于该心轴旋转部120及该主轴固定部110的相对二表面，呈环形分布分别环绕心轴旋转部120及该主轴固定部110，以使一次侧信号感应线圈123与二次侧信号感应线圈113在径向Y上相对，并在径向Y上产生电磁感应。
由于一次侧信号感应线圈123以及该二次侧信号感应线圈113的感应方向在转轴121的径向Y上，而一次侧电源感应线圈112以及该二次侧电源感应线圈122的感应方向在转轴121的轴向X上，两者的感应方向相互垂直，因此可避免电磁干扰。
请参照图3C，其绘示图3B中一次侧信号感应线圈123的绕线示意图。一次侧信号感应线圈123包括环状的一组绕线123a、一入线部123b以及一出线部123c，入线部123b与出线部123c可分别经由导线与相对应的二弹性顶针132相连接，以形成一信号回路。在图3B中，每组绕线可凹陷于心轴旋转部120的外环面的凹槽中，并可随心轴旋转部120转动。另外，在图3A中，二次侧信号感应线圈113也可包括环状的一组绕线，且凹陷于主轴固定部110的内环面的凹槽中，例如与一次侧信号感应线圈123的绕线方式类似，故不再绘示。
再者，如图5及图6所示，弹性顶针132包括一组电能传输用的弹性顶针132a其与二次侧电源感应线圈122相连接，以及多组信号传输用的弹性顶针132b其与一次侧信号感应线圈123相连接。其中，电能传输用的弹性顶针132a用以传输电能至刀把部101，而信号传输用的弹性顶针132b用以回传刀把部101的信号至主轴端。
请一并参照图3A及图5，如图5所示的箭头，电源输入端111用以接收电能Pin。此电能Pin可经由一次侧电源感应线圈112与二次侧电源感应线圈122之间的电磁感应而传输至一组弹性顶针132a，再经由此组弹性顶针132a传输至刀把部101，以对刀把部101内的振荡器104供电。此外，请一并参照图3A及图6，如图6所示的箭头，刀把部101内的加速规105、温度计106的信号Sout(例如振动感测信号及温度感测信号或其中之一，但也可包括更多类别的感测信号)可经由各组弹性顶针132b传输至心轴旋转部120，再经由一次侧信号感应线圈123与二次侧信号感应线圈113之间的电磁感应而分别传输至信号输出端114a、114b，以使主轴100的控制器能接收到刀把部101信号。
根据本发明上述实施例所述的主轴电能及信号传输装置，其将经常性拆装元件的特性应用于主轴的电能及/或信号传输元件上，克服一般复杂的机构式导电设计(例如电刷)，不但可大幅简化电力传导方式，寿命更长且稳定传电，也可达到快速自行更换套件的需求。此外，弹性顶针具有体积小、耐大电流(例如5安培)、容易维修的特性，安装容易且成本低，因此更符合主轴与刀把部之间需经常性拆装的需求。
综上所述，虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种主轴电能及信号传输装置，其特征在于，包括：
主轴固定部，设有电源输入端、一次侧电源感应线圈、二次侧信号感应线圈以及至少一信号输出端；
心轴旋转部，设有接合端面以接合刀把部、二次侧电源感应线圈以及一次侧信号感应线圈，其中该心轴旋转部相对于该主轴固定部转动；
电能传输元件，设置于该心轴旋转部的该接合端面，并耦接该二次侧电源感应线圈，用以传输来自该电源输入端的电能；以及
至少一信号传输元件，设置于该心轴旋转部的该接合端面，并耦接该一次侧信号感应线圈，用以传输该刀把部的信号至该信号输出端，其中该电能传输元件以及该至少一信号传输元件各包括至少一弹性顶针，
其中该一次侧信号感应线圈以及该二次侧信号感应线圈的感应方向，与该一次侧电源感应线圈以及该二次侧电源感应线圈的感应方向相互垂直，该一次侧信号感应线圈以及该二次侧信号感应线圈包括两组在径向上彼此相对的线圈，该一次侧电源感应线圈以及该二次侧电源感应线圈包括一组在轴向上彼此相对的线圈，
其中该弹性顶针的受力方向平行于该心轴旋转部的轴向，且该弹性顶针于该轴向上对应电性接触该刀把部的金属片。
2.如权利要求1所述的传输装置，其中该信号传输元件用以传输对应该刀把部的温度感测信号。
3.如权利要求1所述的传输装置，其中该信号传输元件用以传输对应该刀把部的振动感测信号。
4.如权利要求1所述的传输装置，其中该一次侧信号感应线圈以及该二次侧信号感应线圈分别环绕于该心轴旋转部及该主轴固定部的相对二表面。
5.如权利要求1所述的传输装置，其中该一次侧电源感应线圈以及该二次侧电源感应线圈分别环绕于该心轴旋转部及该主轴固定部的相对二表面。
6.如权利要求1所述的传输装置，其中该至少一弹性顶针是环状设置于该心轴旋转部的该接合端面。
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