JP6913135B2

JP6913135B2 - 無線給電機能を有する線形伝達装置

Info

Publication number: JP6913135B2
Application number: JP2019155400A
Authority: JP
Inventors: 耿銘張; 裕緯莊; 孟穎林; 俊諺 ▲呉▼
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: JP2021035250A

Description

本発明は、線形伝達装置に関し、特に、無線給電機能を有する線形伝達装置（linear transmission device（直動案内装置とも言う））に関する。

線形伝達装置、例えば、線形スライドレール、ボールネジ、ボールスプラインなどは、自動化機器中で非常に重要な役割を果たす。自動化機器の安定性を向上させるために、近年、線形伝達装置のインテリジェント化が加速しており、線形伝達装置にセンサーを取り付けることで、線形伝達装置のパラメータを収集及び監視することができ、また、パラメータに基づいて対応する処理を行うことで、故障の発生を避けることもできる。例えば、剛性パラメータを監視することで、素子の摩耗状況を把握し、素子が破壊する前に交換を行うことができ、或いは、例えば、振動パラメータを監視することで、素子のワーキング速度を把握し、ワーキング速度が大き過ぎることが原因で素子が動けなくなることを避けることができる。

しかし、線形伝達装置の移動部にセンサーを取り付ける必要があるときに、有線方式でセンサーに給電すれば、配線が複雑で且つ密集している自動化機器(例えば、射出成形機)について、既存の配線経路に新しい配線経路を増設することが配線上極めて難しい。また、移動部が移動しているときに線材を引くことがあり、線材に疲労、断線、漏電などが発生しやすいため、線形伝達装置への監視に不利である。

中国特許出願公開第CN101326706A号明細書には、無線伝達器が開示されており、それは、非接触給電部品により、移動台に設置される負荷(例えば、駆動部品及無線受信部)に給電し、非接触給電部品は、ベース部に設置される一次コイル及び移動台に設置される二次コイルを含み、一次コイルに交流電流を提供することで、一次コイルに、レール長手方向に垂直な磁場方向（direction of magnetic field）を生じさせ、また、一次コイル磁場方向の変化により、二次コイルに、誘導電流を生じさせ、これによって、無線方式で移動台に設置される負荷に給電し、移動台が移動しているときに線材を引く欠点を克服することができる。しかし、一次コイル及び二次コイルの配置方式により、一次コイルの設置領域は、移動台のレール長手方向における移動距離をカバーする必要があり(例えば、レール長手方向に沿って複数の一次コイルを配置し、複数の一次コイルのレール長手方向における長さの和を、移動台のレール長手方向における移動距離以上にする必要があり；或いは、レール長手方向に沿ってサイズが大きい１つの一次コイルを設け、該一次コイルのレール長手方向における長さを、移動台のレール長手方向における移動距離以上にする必要がある)、これによって、移動台がベース部に対して移動しているときに、二次コイルは、少なくとも１つの一次コイルに対向することができるが、一次コイルの設置領域を小さくしようとすると、二次コイルに接続される二次電池を設置する必要があり、このようにして、二次コイルが一次コイルから離れるときに、二次電池により二次コイルに給電することができる。よって、このような無線伝達器に必要な材料が比較的多いから、生産コストや製作難易度が高くなってしまう。

中国特許出願公開第CN103659791A号明細書には、無線給電装置及び該装置を有する直動型システムが開示されており、また、中国特許第CN102931735B号には、レールに沿って移動する移動装置の非接触給電システム及び方法が開示されているが、中国特許出願公開第CN103659791A号明細書及び中国特許第CN102931735B号における一次コイル及び二次コイルの配置方式は、中国特許出願公開第CN101326706A号明細書に似ているので、同様に、生産コスト及び製作難易度が高いという問題が存在する。

よって、如何に、無線方式で移動部に設置される負荷に給電し、配線が複雑で且つ密集している自動化機器(例えば、射出成形機)への応用に有利であり、且つ有線給電による線材の疲労、断線、漏電などの欠点を避けることができると同時に、生産コスト及び製作難易度を低くすることもできる新しい線形伝達装置を開発するかが、当業者が努力すべき目標である。

本発明の目的は、上述の問題を解決し得る線形伝達装置を提供することにある。

本発明の一実施例によれば、無線給電機能を有する線形伝達装置が提供され、線形伝達装置は、伝達機構（伝動機構とも言う）及び無線給電モジュールを含む。伝達機構は、長軸部及び移動部を含み、長軸部は、長軸を定義し、移動部は、長軸に沿って移動し得る方式で長軸部に設置される。無線給電モジュールは、磁場提供部及び誘導コイルを含む。磁場提供部は、長軸部に設置され、磁場提供部は、磁場を提供し、磁場の磁場方向は、長軸に平行である。誘導コイルは、移動部に設置され、誘導コイルの法線ベクトルは、磁場方向に平行である。移動部が長軸に沿って移動するときに、誘導コイルは、磁場の変化に感応して誘導電流を生成する。

本発明による線形伝達装置は、無線給電モジュールを設置することで、無線方式で移動部に設置される誘導コイルに誘導電流を生成させ、誘導コイルに電気接続される負荷(例えば、パラメータ検出モジュール)に給電することができ、配線が複雑で且つ密集している自動化機器(例えば、射出成形機)への応用に有利であり、且つ有線給電による線材の疲労、断線、漏電などの欠点を避けることができる。また、本発明の線形伝達装置は、電気エネルギー貯蔵素子の設置の有無にも関わらず、磁場提供部の設置領域が移動部の長軸部における移動距離をカバーする必要がなく、生産コスト及び製作難易度を下げることができる。

本発明の一実施例における線形伝達装置の立体図である。図1における無線給電モジュールが負荷に給電するための機能ブロック図である。発明の他の実施例における無線給電モジュールが負荷に給電するための機能ブロック図である。本発明の他の実施例における線形伝達装置の立体図である。本発明の他の実施例における線形伝達装置の平面図である。本発明の他の実施例における移動部の立体図である。本発明の他の実施例における移動部の立体図である。本発明の他の実施例における自動化機器の平面図である。図8における自動化機器の他の平面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明を実施するための好適な形態を詳細に説明する。なお、このような実施形態は、例示に過ぎず、本発明を限定するものでない。

図1を参照する。それは、本発明の一実施例における線形伝達装置100の立体図であり、線形伝達装置100は、無線給電機能を有する。線形伝達装置100は、伝達機構110及び無線給電モジュール140を含む。伝達機構110は、長軸部120及び移動部130を含み、長軸部120は、長軸Dを定義し、移動部130は、長軸Dに沿って移動可能な方式で長軸部120に設けられる。本実施例では、長軸部120は、ネジあり、移動部130は、ナットであり、ネジとナットとの間には、転動体(図示せず)、例えば、ボール又はローラーを設置することができ、即ち、伝達機構110は、ボールネジ又はローラーネジであっても良く、他の実施例では、伝達機構110は、線形スライドレール又はボールスプラインであっても良いが、これに限定されず、例えば、伝達機構110が線形スライドレールであるときに、長軸部120は、スライドレールであり、移動部130は、スライダーであっても良く、伝達機構110がボールスプラインであるときに、長軸部120は、スプラインシャフトであり、移動部130は、スプラインナットであっても良い。

無線給電モジュール140は、磁場提供部150及び誘導コイル160を含む。磁場提供部150は、長軸部120に設置され、磁場提供部150は、磁場を提供し、磁場の磁場方向Bは、長軸Dに平行である。詳細に言えば、磁場提供部150は、コイル151を含み、コイル151は、誘導コイル160に平行であるように配置され、また、電線(図示せず)により電源(図示せず)に接続されてコイル151に給電することで、コイル151に磁場を生成させることができる。コイル151に時計回りの電流を提供するときに、矢印方向Cに示すように、このときに、磁場提供部150が移動部130に面する側はN極であり、移動部130を離れる側はS極であり、即ち、磁場提供部150の磁場方向Bは、移動部130を向き且つ長軸Dに平行である。コイル151に反時計回りの電流(矢印方向Cとは逆である)を提供するときに、磁場提供部150が移動部130に面する側はS極であり、移動部130を離れる側はN極であり、即ち、磁場提供部150の磁場方向Bは、移動部130を離れ且つ長軸Dに平行である。他の実施例では、磁場提供部は、永久磁石であり、且つ永久磁石の磁場方向は、移動部を向き又は移動部を離れ、且つ長軸に平行であっても良い。

誘導コイル160は、移動部130に設置され、誘導コイル160の法線ベクトルAは、磁場方向Bに平行である。移動部130が長軸Dに沿って移動するときに、誘導コイル160は、磁場の変化に感応して誘導電流を生成する。本実施例では、磁場提供部150のコイル151の配置は、誘導コイル160に平行であり、これによって、誘導コイル160の磁束の向上に有利であり、誘導電流を生成する効率を上げることができる。

前述の磁場の変化は、誘導コイル160と磁場提供部150との相対移動により、誘導コイル160を通過する磁束を変えることで実現することができ、磁場提供部150がコイル151を含むときに、前述の磁場の変化は、磁場提供部150のコイル151への交流電流の提供により、磁場提供部150により提供される磁場方向Bを変えることで実現することもできる。また、実際のニーズに応じて、誘導コイル160の線径やコイル直径、コイル巻き数を調整することで、生成される誘導電流の強度を増加させることができる。

図1では、磁場提供部150は、長軸部120の端部121に設置され、これによって、移動部130の元のストローク（移動距離）への影響を避けることができる。

図1では、移動部130は、端面131及び凹溝133を含み、凹溝133は、端面131から窪んで形成され、誘導コイル160は、凹溝133に設置され、これによって、移動部130の元のサイズを維持し、移動部130の元のストロークへの影響を避けることができる。

図1では、無線給電モジュール140は、選択的に、距離センサー152を含んでも良く、それは、磁場提供部150が移動部130に面する側に設置され、また、距離センサー152の位置を表すには、点線で距離センサー152を示している。距離センサー152は、磁場提供部150と誘導コイル160との間の距離Lを検出し、磁場提供部150と誘導コイル160との間の距離Lが所定距離であるときに、磁場提供部150のコイル151に通電して磁場を提供するようにさせる。これにより、特定距離範囲内のみで磁場提供部150に給電することができ、電気エネルギー及び熱エネルギーの節約に有利である。所定距離は、0cmより大きく且つ30cm以下であっても良い。用いられる距離センサー152は、光学センサー(例えば、レーザーレーダー)又は超音波センサーを含んでも良いが、これに限定されない。

図2を参照する。それは、図1における無線給電モジュール140が負荷190に給電するための機能ブロック図である。詳細に言えば、誘導コイル160が負荷190に電気接続されることで、誘導コイル160に生じる誘導電流により、負荷190に直接給電することができる。

図3を参照する。それは、本発明の他の実施例における無線給電モジュール240が負荷290に給電するための機能ブロック図である。無線給電モジュール240は、磁場提供部250、誘導コイル260、整流ユニット270、及び電気エネルギー貯蔵素子280を含み、整流ユニット270は、誘導コイル260と電気エネルギー貯蔵素子280との間に設置され、誘導電流を交流電流から直流電流に変換するために用いられる。電気エネルギー貯蔵素子280は、移動部に設置され、且つ整流ユニット270により誘導コイル260に電気接続され、電気エネルギー貯蔵素子280は、着脱可能な方式で移動部に設置され、これによって、電気エネルギー貯蔵素子280の交換に有利である。なお、電気エネルギー貯蔵素子280は、コンデンサ又は充電式電池であっても良いが、これに限定されず、また、充電式電池は、ボタン型充電式バッテリー又は可撓性リチウム電池であっても良いが、これに限定されない。電気エネルギー貯蔵素子280は、負荷290に電気接続され、誘導コイル260に生じる誘導電流は、電気エネルギー貯蔵素子280に貯蔵され、そして、電気エネルギー貯蔵素子280から負荷290に給電することで、負荷290への持続的な給電に有利であり、例えば、磁場提供部250と誘導コイル260との間の距離が所定距離であるときのみに、磁場提供部250に通電すれば、所定距離以外に依然として電気エネルギー貯蔵素子280により負荷290に持続的に給電することができる。

なお、無線給電モジュール240の他の細部について、矛盾が生じない限り、無線給電モジュール140と同じであっても良いから、ここでは、その詳しい説明を省略する。

図4を参照する。それは、本発明の他の実施例における線形伝達装置300の立体図であり、線形伝達装置300は、伝達機構310及び無線給電モジュール340を含む。伝達機構310は、長軸部320及び移動部330を含み、無線給電モジュール340は、２つの磁場提供部350及び２つの誘導コイル360を含む。２つの磁場提供部350は、それぞれ、長軸部320の２つの端部321、322に設置され、各磁場提供部350は、コイル351を含み、移動部330は、２つの端面331、332及び２つの凹溝を含み、そのうち、１つの凹溝(図示せず)は、端面331から窪んで形成され、もう１つの凹溝334は、端面332から窪んで形成され、２つの誘導コイル360は、それぞれ、端面331に位置する凹溝及び端面332に位置する凹溝334にそれぞれ設置され、コイル351は、誘導コイル360に平行であるように配置され、また、電線(図示せず)により電源(図示せず)に接続されてコイル351に給電することで、コイル351に磁場を生成させることができる。

図4では、２つの誘導コイル360は、同一の負荷(図示せず)に電気接続されることで、２つの誘導コイル360に生成する誘導電流は、同一の負荷に給電することができる。或いは、２つの誘導コイル360は、それぞれ、２つの負荷(図示せず)に電気接続され、２つの誘導コイル360に生じる誘導電流は、それぞれ、２つの負荷に給電することができる。２つの誘導コイル360が同一の負荷に電気接続されるときに、２つの誘導コイル360は、直列接続又は並列接続されても良い。なお、２つの誘導コイル360の接続方式(直列接続又は並列接続)に応じて如何に２つの磁場提供部350の磁場方向を設定するかが周知されているため、ここでは、その詳細な説明を割愛する。

また、線形伝達装置300の他の細部について、矛盾が生じない限り、線形伝達装置100と同じであっても良いから、ここでは、その詳しい説明を省略する。

図5を参照する。それは、本発明の他の実施例における線形伝達装置400の平面図である。線形伝達装置400は、伝達機構410及び無線給電モジュール(符号を与えない)を含む。伝達機構410は、長軸部420及び移動部430を含み、長軸部420は、端部421、422を含み、移動部430は、端面432及び凹溝(図示せず)を含み、凹溝は、端面432から窪んで形成され、無線給電モジュールは、磁場提供部450及び誘導コイル(図示せず)を含み、誘導コイルは、端面432に位置する凹溝に設けられる。磁場提供部450は、長軸部420の端部422に設置され、無線給電モジュールは、さらに支持部470を含み、支持部470は、磁場提供部450を支持し、磁場提供部450は、粘着、ネジロックなどの方式で支持部470に固定することができ、支持部470は、端部422に設置され、且つ自動化機器(図示せず)に接続され、異なる厚みを有する支持部470を用いることで、磁場提供部450と誘導コイルとの間の距離を調整して誘導電流の大小を調整することができる。

図6を参照する。それは、本発明の他の実施例における移動部530の立体図である。線形伝達装置は、パラメータ検出モジュール590を含んでも良く、パラメータ検出モジュール590は、誘導コイル560に電気接続され、即ち、パラメータ検出モジュール590は、誘導コイル560に接続される負荷である。パラメータ検出モジュール590は、線形伝達装置のパラメータを検出するために用いられ、例えば、パラメータ検出モジュール590は、線形伝達装置における長軸部のワーキング速度を検出することで、ワーキング速度が大き過ぎることによる他の素子への破壊、素子が動けなくなるなどのことを避け、また、パラメータ検出モジュール590により検出されるパラメータは、無線方式で、受信ユニット(図示せず)、例えば、コンピュータ、スマートフォンなどに伝送され、これによって、線形伝達装置をタイムリーに監視することができる。用いられるパラメータ検出モジュール590は、振動、温度、音声信号などのパラメータを検出するセンサーを含むが、これに限定されない。

図6では、無線給電モジュールは、電気エネルギー貯蔵素子580を含んでも良く、電気エネルギー貯蔵素子580は、誘導コイル560に電気接続され、電気エネルギー貯蔵素子580と誘導コイル560との間には、整流ユニット(図示せず)を増設することができ、誘導コイル560に生じる誘導電流は、まず、電気エネルギー貯蔵素子580に貯蔵され、そして、電気エネルギー貯蔵素子580よりパラメータ検出モジュール590に給電することができ、換言すると、パラメータ検出モジュール590は、電気エネルギー貯蔵素子580により誘導コイル560に電気接続される。

移動部530は、端面531及び凹溝533を含み、凹溝533は、端面531から窪んで形成され、凹溝533は、第一収納溝533a及び第二収納溝533bを含み、誘導コイル560は、第一収納溝533aに設置され、電気エネルギー貯蔵素子580及びパラメータ検出モジュール590は、第二収納溝533bに設置され、これによって、移動部530の元のサイズを維持するに有利である。

図7を参照する。それは、本発明の他の実施例における移動部630の立体図である。第6図に比べて、移動部630は、端面631及び突起部635を含み、突起部635は、端面631に突出し、突起部635は、２つの表面を含み、それぞれが頂面635a及び外壁面635bであり、外壁面635bは、頂面635a及び端面631に接続され、誘導コイル660は、頂面635aに設置され、電気エネルギー貯蔵素子680及びパラメータ検出モジュール690は、外壁面635bに設けられ、これによって、移動部630の径方向のサイズを維持するに有利である。他の実施例では、誘導コイル660は、外壁面635bに設置され、電気エネルギー貯蔵素子680及びパラメータ検出モジュール690は、誘導コイル660に設けられても良い。なお、電気エネルギー貯蔵素子680及びパラメータ検出モジュール690については、上述の電気エネルギー貯蔵素子280、電気エネルギー貯蔵素子580、及びパラメータ検出モジュール590に関連する説明を参照することができるため、ここでは、その説明を省略する。

図8及び図9を参照する。図8は、本発明の他の実施例における自動化機器700の平面図であり、図9は、図8における自動化機器700の他の平面図である。図8及び図9では、自動化機器700は、射出成形機であり、図8では、自動化機器700は、閉型段階にあり、図9では、自動化機器700は、ダイの開き・押圧段階にある。線形伝達装置100は、自動化機器700に設けられ、自動化機器700は、固定したワーキングストロークを有する。ここでは、自動化機器700が射出成形機であることを例とするが、本発明は、これに限られず、線形伝達装置100は、固定したワーキングストロークを有するすべての自動化機器700に設置することができ、例えば、自動化機器700は、ダイカストマシン又はパイプ曲げ機であっても良い。

図1も参照する。線形伝達装置100は、端部122で自動化機器700の駆動モーター730に接続され、移動部130で自動化機器700の第一コンロッド710に接続され、駆動モーター730は、長軸部120を回転させて動移動部130を長軸Dに沿って移動させることで、第一コンロッド710及び第２二コンロッド720がワーキングするようにさせ、これによって、金型740の閉型及びダイの開きを繰り返して行うようにさせることができる。無線給電モジュール140を伝達機構110に設置することで、自動化機器700の既存の固定したストロークを用いて、磁場提供部150と感性コイル160との相対運動を生成することで、誘導コイル160に誘導電流を生じさせることができ、磁場提供部150と感性コイル160との相対運動を生成するための追加の動力源を設置する必要がなく、エネルギー節約及び素子簡略化に有利である前提で、無線給電機能を提供することができる。また、配線が複雑で且つ密集している自動化機器700について、有線方式で移動部130に設置される負荷に給電しようとするときに、配線上極めて大きい難易度が存在するが、本発明は、無線方式で移動部130に設けられる誘導コイル160に誘導電流を生成させることで、有線方式で配線することが困難である問題も解決することができる。

本発明では、２つの素子が平行又は垂直であるとは、１つの素子が他の素子に平行又は垂直であるように配置するときに、実務上、製作公差又は他の理由で、該１つの素子が該他の素子と完全に平行又は垂直であるようになることができないため、本発明では、２つの素子が平行又は垂直であることは、実質的に平行又は垂直であることも含み、例えば、２つの素子の間の正負10度以内の偏差も、本発明の技術的範囲にある。

また、本発明では、前述の電気接続とは、素子間に直接また間接的に、又は、有線又は無線方式で電気エネルギーを伝達することを指す。

従来技術に比べて、本発明の線形伝達装置は、無線給電モジュールを設けることで、無線方式で移動部に設置される誘導コイルに誘導電流を生成させ、誘導コイルに電気接続される負荷(例えば、パラメータ検出モジュール)に給電することができ、また、配線が複雑で且つ密集している自動化機器(例えば、射出成形機)への応用に有利であり、且つ有線方式で給電することによる線材の疲労、断線、漏電などの欠点を避けることができるとともに、線形伝達装置の自動化機器などのインテリジェント化への適用にも有利である。さらに、本発明の線形伝達装置では、電気エネルギー貯蔵素子の設置の有無にも関わらず、磁場提供部の設置領域が移動部の長軸部における移動距離をカバーする必要がないので、生産コスト及び製作難易度を下げることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

100、300、400：線形伝達装置
110、310、410：伝達機構
120、320、420：長軸部
121、122、321、322、421、422：端部
130、330、430、530、630：移動部
131、331、332、432、531、631：端面
133、334、533：凹溝
140、240、340：無線給電モジュール
150、250、350、450：磁場提供部
151、351：コイル
152：距離センサー
160、260、360、560、660：誘導コイル
190、290：負荷
270：整流ユニット
280、580、680：電気エネルギー貯蔵素子
470：支持部
533a：第一収納溝
533b：第二収納溝
590、690：パラメータ検出モジュール
635：突起部
635a：頂面
635b：外壁面
700：自動化機器
710：第一コンロッド
720：第二コンロッド
730：駆動モーター
740：金型
A：法線ベクトル
B：磁場方向（磁場の向き）
C：矢印方向
D：長軸
L：距離

Claims

無線給電機能を有する直動案内装置であって、
伝動機構及び無線給電モジュールを含み、
前記伝動機構は、
長軸を定義する長軸部；及び
前記長軸に沿って移動し得る方式で前記長軸部に設置される移動部を含み、
前記無線給電モジュールは、
前記長軸部の端部に設置され、コイルを含む磁場提供部であって、前記コイルに給電して磁場を提供し、前記磁場の向きは前記長軸に平行である、磁場提供部；及び
前記移動部に設置され、法線ベクトルが前記磁場の向きに平行である誘導コイルを含み、
前記移動部が前記長軸に沿って移動するときに、前記誘導コイルは、前記磁場の変化に感応して誘導電流を生成し、前記誘導電流は、前記誘導コイルに電気的に接続される負荷に給電する、直動案内装置。
請求項１に記載の直動案内装置であって、
前記移動部は、端面及び凹溝を含み、前記凹溝は、前記端面から窪んで形成され、前記誘導コイルは、前記凹溝に設置される、直動案内装置。
請求項１に記載の直動案内装置であって、
前記移動部は、端面及び突起部を含み、前記突起部は前記端面に突出し、前記誘導コイルは前記突起部の表面に設置される、直動案内装置。
請求項１に記載の直動案内装置であって、
前記無線給電モジュールは、
前記移動部に設けられ、且つ前記誘導コイルに電気接続される電気エネルギー貯蔵素子をさらに含む、直動案内装置。
請求項１に記載の直動案内装置であって、
前記無線給電モジュールは、距離センサーをさらに含み、
前記距離センサーは、前記磁場提供部と前記誘導コイルとの間の距離を検出するために用いられ、
前記磁場提供部と前記誘導コイルとの間の前記距離が所定距離であるときに、前記磁場提供部の前記コイルに通電して前記磁場を提供し、
前記所定距離は、0cmよりも大きく且つ30cm以下である、直動案内装置。