CN1357697A - 线性致动器 - Google Patents

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Abstract

一种线性致动器,包括:一旋转驱动源(18);一管形件(20),该管形件(20)由支承肋(52)支承,该支承肋(52)沿基座件(14)的侧面部分(32a)基本水平地延伸;一内部活动件(22)和一外部活动件(24),该内部活动件(22)和外部活动件(24)在磁耦合的作用下沿管形件(20)成一体移动;一滑动丝杠(46),该滑动丝杠与旋转驱动源(18)的驱动轴(18a)相连,且该滑动丝杠将旋转驱动力传递给内部活动件(22);以及一个滑动螺母,滑动丝杠(46)拧入该滑动螺母(48)中,以便将旋转运动转换成直线运动。

Description

线性致动器
发明的背景技术
发明领域
本发明涉及线性致动器，在该线性致动器中，内部活动件在旋转驱动源的驱动作用下沿管状件的孔往复运动。外部活动件包括一个设在管状件外部的滑动器，该外部活动件能够与内部活动件成一体运动。
相关技术的说明
磁体式无杆缸通常用于传送工件或使工件定位的机构或类似物中。磁体式无杆缸包括：一个活塞，该活塞在供给该缸筒内的压力流体的作用下沿缸筒的孔往复运动；以及一个滑动器，该滑动器环绕缸筒的外周表面。活塞的往复运动通过分别在活塞和滑动器内的磁体的磁力而传递给滑动器，从而使活塞和滑动器整体运动。
本申请人提出了一种无杆缸，包括：一个用于缸筒的支承肋，即使在滑动器的运动范围增加的情况下，该支承肋也能保持缸筒和滑动器彼此不接触。上述无杆缸减少了粉尘的生成，并优选是用于需要环境清洁的情况下。这样的环境包括用于医疗目的、食品制造、半导体制造等的清洁房间(见美国专利No.6148714)。
发明简介
本发明的总目的是提供一种线性致动器，该线性致动器能够使一个外部活动件非常精确地停止在任意中间位置，该外部活动件可以在需要清洁的环境中与一个内部活动件整体运动。
本发明的主要目的是提供一种线性致动器，该致动器能使外部活动件在起动和停止时平稳运动。
通过下面的说明并结合附图，能够更好地了解本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中，通过图示实例表示了本发明的优选
实施例。
附图的简要说明
图1是表示本发明实施例的无杆缸的顶盖拆下时的状态的平面图；
图2是沿图1中的线II-II的、局部省略的纵剖图；
图3是沿图1中的线III-III的垂直剖视图，其中包括顶盖；
图4是沿图3中的线IV-IV的侧剖图；
图5是表示图1中所示的无杆缸的、局部省略的侧剖图；
图6是沿图5中的线VI-VI的垂直剖视图；
图7是沿图5中的线VII-VII的垂直剖视图；
图8是沿轴向的纵剖图，表示本发明另一实施例的无杆缸；以及
图9是沿图8中的线IX-IX的垂直剖视图。
优选实施例的说明
参考图1和2，参考标号10表示根据本发明实施例的无杆缸。
无杆缸10主要包括：一个很长的基座件14，该基座件14在其轴向两端与一对端块12a、12b相连；一个旋转驱动源18，该旋转驱动源18装于壳体16内并与第一端块12b相连；以及一个移动机构26，该移动机构26朝基本垂直于基座件14中心轴线的第一侧偏移。该移动机构26有内部活动件22和外部活动件24，该内部活动件22和外部活动件24能够在旋转驱动源18的驱动作用下沿管形件20移动。基座件14和一对端块12a、12b起到基座机构的作用。
无杆缸10还包括一旋转驱动力传递机构28和一引导机构30。该旋转驱动力传递机构28将旋转驱动源18的旋转驱动力传递给内部活动件22，并将该旋转运动转变成内部活动件22的直线运动。该引导机构30朝基本垂直于基座件14中心轴线的第二侧偏移，并线性引导外部活动件24。
内装有旋转驱动源18的壳体16有隔音的作用。此外，壳体16防止粉尘或类似物向外排出。
如图3所示，基座件14有一对侧面部分32a、32b，该对侧面部分32a、32b沿纵向基本彼此平行。在彼此相对并间隔给定距离的第一侧面部分32a和第二侧面部分32b之间形成有曲面部分34和平坦部分36。曲面部分34相当于管形件20的外周表面。该平坦部分36有线性导轨38和引导块42。该线性导轨38构成引导机构30，并沿基座件14的轴向延伸。引导块42与将在后面介绍的滑动器40相连，并可沿导轨38滑动。
如图2所示，旋转驱动力传递机构28包括一滑动丝杠(进给丝杠)46和一滑动螺母(进给螺母)48。该滑动丝杠46通过联轴器44而基本同轴地与旋转驱动源18的驱动轴18a相连，并穿过管形件20。滑动螺母(进给螺母)48有螺纹孔，以便滑动丝杠46拧入该螺纹孔中。滑动丝杠46的一端可旋转地由布置在第一端块12a上的第一轴承件50a支承。另一端可旋转地由布置在第二端块12b上的第二轴承件50b支承。
沿基座件14的轴向延伸并基本为柱形的管形件20的两端连接于该对端块12a、12b之间。管形件20由支承肋52支承，支承肋52基本水平延伸并与该管形件20形成一体(见图3)。管形件20的一端由安装在第一端块12a的凹形部分54a中的第一封闭件56a封闭，其另一端由安装在第二端块12b的凹形部分54b中的第二封闭件56b封闭(见图2)。
该第一和第二封闭件56a、56b也起到轴承安装件的作用，以便保持第一和第二轴承件50a、50b。多个密封件60a至60d通过环形槽安装到这样的部分上，即在该部分处，第一和第二封闭件56a、56b插入到管形件20中，从而使腔室58保持密封。
内部活动件22可在由第一和第二封闭件56a、56b封闭的管形件20腔室58中沿管形件20的孔滑动。该腔室58由内部活动件22分成第一腔室58a和第二腔室58b。
如图3所示，纵向延伸的长槽62形成于基座件14的第一侧面部分32a的内壁面上。形成于支承肋52上的配合部分52a插入该长槽62中。该配合部分52a的截面基本成矩形，并强行插入通过螺钉固定在基座件14的侧面部分32a上的一对固定板64a、64b的阶梯部分之间。因此，支承肋52通过一对固定板64a、64b紧紧固定在基座件14的侧面部分32a上。
如图2所示，内部活动件22包括进给螺母48以及多个环形件68和驱动磁体70。在拧入进给螺母48中的滑动丝杠46的拧动作用下，进给螺母48将滑动丝杠46的旋转运动转变成线性运动。该多个环形件68和驱动磁体70沿轴向交替地安装到滑动螺母48的外周表面上。这样，优选是该滑动螺母48由非磁性材料例如合成树脂制成。该环形件68优选是由磁性材料例如铁制成。
将各驱动磁体70进行磁化，这样，各驱动磁体的一个表面为北极，另一个表面为南极。驱动磁体70通过插入它们之间的环形件68而彼此邻接，驱动磁体70的磁极方向彼此相反。因此，在相邻环形件68的外周表面上交替产生北极和南极的磁场。
该多个环形件68和驱动磁体70插入垫片72和在滑动螺母48末端处扩大的凸缘48a之间，并通过装在滑动螺母48末端的锁定螺母74连接在一起。
如图3所示，长槽76形成于内部活动件22(滑动螺母48、环形件68、驱动件70和垫片72)的外周表面上。该长槽76基本为矩形截面形状，并基本平行于滑动丝杠46的轴线而延伸。如图4所示，防止旋转的板78形成一体并在管形件20的内壁面上扩展。该防止旋转的板78以与支承肋52相同的方式基本水平延伸，并形成具有很窄宽度的薄壁形状。当防止旋转的板78与长槽76配合时，能够防止该内部活动件22旋转。防止旋转的板78也可以由如合成树脂这样的材料形成一个单独部件，并将该防止旋转的板78固定在管形件20的内壁面上。
如图3所示，外部活动件24包括滑动器40，该滑动器40的下侧与可沿导轨38滑动的引导块42相连。滑动器40可以在不与管形件20的外周表面接触的情况下沿管形件20移动。曲面部分40a形成于滑动器40的下部，以便覆盖管形件20的外周表面。如图2所示，曲面部分40a有交替布置于其上的从动磁体82和磁轭80。磁轭80由磁性材料构成，并基本成C形截面形状。多个磁轭80和从动磁体82由垫片84支承。一对用于防止磁轭80、从动磁体82和垫片84跌落的端板86a、86b固定在滑动器40的端部。
在滑动器40的上面部分形成有一对向上凸出的安装部分88a、88b。在该安装部分88a、88b上形成有多个用于将工件安装于其中的螺纹孔90。
顶盖96(见图3)可拆卸地连接于端块12a、12b之间。滑动器40的该对安装部分88a、88b从顶盖96的侧面向上凸出。管形件20、引导机构30等都装于由顶盖96和基座件14的侧面部分32a、32b形成的内部空间内。因此，能防止粉尘等撒到外部。
如图5至7所示，与第一腔室58a连通的第一通道98和与第二腔室58b连通的第二通道100形成于该对端块12a、12b内。内部活动件22将管形件20内的孔分开，从而形成第一腔室58a和第二腔室58b。与第一通道98连通的第一孔102和与第二通道100连通的第二孔104通过一对塞子件106a、106b而封闭。使形成于第一端块12a内的第一通道98与形成于第二端块12b内的第二通道100连通的第一连通通道108a和第二连通通道108b形成为在基座件14内基本平行。
尽管由内部活动件22分开，但是管形件20的第一腔室58a和第二腔室58b通过第一连通通道108a和第二连通通道108b保持连通。而且，第一和第二孔102、104由塞子件106a、106b关闭。因此防止管形件20内的空气向外排出。
本发明实施例的无杆缸10的基本结构如上所述。下面将介绍它的操作、功能和作用。
接通未示出的电源，以便使驱动轴18a在旋转驱动源18的驱动作用下以给定方向旋转。旋转驱动源18的旋转驱动力传递给与驱动轴18a相连的滑动丝杠46，再通过用于拧入该滑动丝杠46的滑动螺母48而将滑动丝杠46的旋转运动转换成直线运动。
与滑动螺母48相连的内部活动件22沿与滑动螺母48成一体的管形件20的孔运动。然后，与驱动磁体70磁耦合的磁轭80被内部活动件22的驱动磁体70的移动所吸引。内部活动件22和包括滑动器40的外部活动件24沿管形件20整体移动。
当内部活动件22沿管形件20的孔移动时，在沿移动方向布置的第一腔室58b内的剩余空气通过与第二通道100(或第一通道98)连通的第一连通通道108a和第二连通通道108b而向第二腔室58a供给。由残留在沿移动方向的第一腔室58b中的空气所引起的残留压力起到缓冲的作用，从而可以使内部活动件22平稳移动。
当施加在旋转驱动源18上的电流的极性改变时，内部活动件22和包括滑动器40的外部活动件24可以沿与上述方向相反的方向移动。当过大的负载通过滑动丝杠46作用在内部活动件22上时，在内部活动件22和外部活动件24之间的磁耦合自动消失。因此，这不需要任何专用装置，例如制动机构。
在本发明的实施例中，旋转驱动源18例如马达用作驱动源，以便通过旋转驱动力传递机构28将旋转驱动源18的旋转驱动力传递给内部活动件22，该旋转驱动力传递机构28包括滑动丝杠46和滑动螺母48。因此，可以使滑动器40停止在移动终点位置和包括中间位置的任意位置处。
旋转驱动源18通过从一未示出的控制器中输出的控制信号(例如脉冲信号)而进行控制(例如PWM控制)，以便非常精确地控制滑动器40停止的位置。而且，当滑动器40的起动或停止可控制为较低移动速度时，滑动器40能够平稳移动。
在本发明的实施例中，第一腔室58b和第二腔室58a通过第一和第二连通通道108a、108b相互连通。第一和第二通道98、100分别用塞子件106a、106b封闭。因此，排气压力缓和，从而能够使内部活动件22平稳移动。此外，能防止空气向外排出。因此，本发明的线性致动器优选是用于需要清洁的设备环境中。
在本发明的实施例中，管形件20由支承肋52支承。即使在该很长的管形件20增大了滑动器40的位移量时，管形件20也不会弯曲。因此，滑动器40的位移量能很容易地增加。而且，管形件20的磁轭80、从动磁体82等与外部活动件24不接触，从而防止产生粉尘。因此，该线性致动器适用于需要清洁的设备环境中。
在本发明的实施例中，支承肋52沿基座件14的侧面部分32a的内壁而基本水平地延伸，从而不会增加整个装置的高度尺寸。因此，滑动器40能够以较低的重心稳定移动。
当形成于基座件14内的第一和第二连通通道108a、108b堵塞时，取下塞子件106a、106b，以便使空气从第一孔102或第二孔104供给。这样，空气能够起到旋转驱动源18的辅助动力源的作用。
空气作为辅助动力源使得能够采用具有紧凑尺寸的旋转驱动源18，该紧凑尺寸的旋转驱动源不需要消耗很高的电能。而且，当该无杆缸10垂直放置使用时，空气能够起到使滑动器40向上运动的扭矩支承机构的作用。
图8和9中表示了本发明另一实施例的无杆缸110。与前面实施例相同的部件以相同的参考标号表示，并省略对它们的详细说明。
该另一实施例与前面的实施例的区别在于，通过采用同步皮带114作为旋转驱动力传递机构112而使内部活动件116移动。
特别是，第一皮带轮120在第一端块118中与旋转驱动源18的驱动轴18a相连。第二皮带轮126在第二端块122中由轴承124可旋转地支承。同步皮带114绕过第一皮带轮120和第二皮带轮126。
同步皮带114由较大直径的第一管形件20和较小直径的第二管形件128紧密密封。因此，能防止在外部产生粉尘等，该无杆缸适用于需要清洁的设备环境中(见图9)。
与使用滑动丝杠的系统相比，在驱动系统中使用同步皮带能够使滑动器40的位移量增大，从而提供较长的冲程。此外，内部活动件116能构成小尺寸的单元，因为它不需要穿过连接内部活动件116的螺钉。
其它功能和作用与前面实施例相同，因此省略对它们的详细说明。
尽管参考优选实施例对本发明进行了特别介绍和说明，但是应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对其进行变化和改变，本发明的精神和范围由附加的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种线性致动器，包括：
一基座机构；
一旋转驱动源(18)，该旋转驱动源(18)与所述基座机构相连；
一管形件(20)，该管形件(20)沿所述基座机构的轴向延伸，并由所述基座机构支承；
一内部活动件(22)，该内部活动件(22)在所述管形件(20)内，且该内部活动件(22)能够沿所述管形件(20)移动；
一外部活动件(24)，该外部活动件(24)在所述管形件(20)的外部，并可在所述内部活动件(22)的磁耦合的作用下沿所述管形件(20)的轴向与所述内部活动件(22)成一体移动；以及
一旋转驱动力传递机构(28)，该旋转驱动力传递机构(28)将所述旋转驱动源(18)的旋转驱动力传递给所述内部活动件(22)。
2.根据权利要求1所述的线性致动器，其中：所述旋转驱动力传递机构(28)包括：一进给丝杠，该进给丝杠与所述旋转驱动源(18)的驱动轴(18a)相连；以及一进给螺母，该进给螺母在所述进给丝杠的拧动作用下将旋转运动转变成直线运动。
3.根据权利要求1所述的线性致动器，其中：所述旋转驱动力传递机构(112)包括一皮带(114)，该皮带(114)绕过第一皮带轮(120)和第二皮带轮(126)之间，并能在所述旋转驱动源(18)的驱动作用下使所述内部活动件(22)移动。
4.根据权利要求1所述的线性致动器，还包括：一支承肋(52)，该支承肋(52)支承所述管形件(20)，所述支承肋(52)沿所述基座机构的纵向连续设置。
5.根据权利要求1所述的线性致动器，其中：所述基座机构中有连通通道(108a、108b)，以便使位于所述管形件(20)中的第一腔室(58a)和第二腔室(58b)连通，所述第一腔室(58a)和第二腔室(58b)由所述内部活动件(22)分开。
6.根据权利要求5所述的线性致动器，其中：所述连通通道(108a、108b)是外部隔离的封闭通道。
7.根据权利要求1所述的线性致动器，还包括：一引导机构(30)，该引导机构(30)支承所述外部活动件(24)，所述外部活动件(24)并不与所述管形件(20)的外周表面接触。
8.根据权利要求1所述的线性致动器，其中：所述基座机构包括一基座件(14)和一对端块(12a、12b)，该对端块(12a、12b)在所述基座件(14)的所述轴向上与该基座件的两端相连。
9.根据权利要求4所述的线性致动器，其中：所述支承肋(52)沿所述基座件(14)的侧面部分(32a)的内壁而基本水平地延伸。
10.根据权利要求3所述的线性致动器，其中：所述皮带(114)通过较大直径的第一管形件(20)和较小直径的第二管形件(128)而紧密密封，所述第一和第二管形件(20、128)基本平行于所述基座件(14)而延伸。
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