TW200929808A - Linear direct drive electric drive - Google Patents

Description

200929808 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種具有申請專利範圍第1項特徵之線性 直接驅動式電機裝置。 【先前技術】 在一種由DE 29807438 U1中已爲人所知的線性驅動 - '裝置中，二個導弓1軌道在一相同的平面中配置在靜子之一 - 側上。二個導引軌道中之一只用作承載面以對熱膨脹及容 ^ 許度進行補償，且滑板之所屬的導引元件可與導引-縱向成 橫向地自由移動。於是，操作時發熱的滑板之熱膨脹不再 扮演主要的角色，但此種配置只適合用來水平地承載各導 引軌道上的滑板。在此種線性驅動裝置之全部的其它位置 中，不能確保該滑板可充份地受到導引。 - 【發明內容】 _ 本發明的目的是提供一種廣泛地與線性直接驅動裝置 之空間位置無關的導引裝置，其具有二個導引軌道，此導 〇 引裝置中的容許度和熱膨脹可在足夠的範圍中受到控制。 本發明的上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項 特徵之線性直接驅動式電機裝置來達成。 藉由本發明之各導引軌道成互相偏移90度之配置方 式，則可使容許度和熱膨脹達成一種更有利的特性。該線 性直接驅動式電機裝置可佔有多個空間位置。滑板的至少 —部份搭接在一靜子的二側，以便藉由滑板之這樣所形成 的二個安裝面來達成一種可變的軸構造和可變的輔助設 200929808 備，例如，拖板鏈或冷卻體。此外，藉由上述 成一種多軸系統。 利用申請專利範圍各附屬項中所述的特徵 項中所設定的線性直接驅動式電機裝置達成其 式且達成各種改良。 滑板可有利地具有一種L-形的外形且特別 - 互相成直角而配置的板狀滑板區，其外側可用 . 便安裝各輔助設備或用來將滑板可變地固5 O (basis)上，其中在第二種情況時靜子形成一種 件。 在本發明的一種形式中，該滑板在其與靜 磁鐵配置相面對的此側上承載著一種驅動線圈 一種相反方式的配置亦是可能的，即，滑板承 . 磁鐵配置且該靜子承載著該驅動線圈配置。 特別是以連續壓製-或連續繞注外形而形 有利地具有用於各導引軌道之可調整的固定件 道較佳是可藉由可調整的槽石而固定在靜子的 於是，該導引可在二個平面中對準且可達成一 準。因此，可使製程之容許度獲得補償。 該滑板藉由二個（較佳是三個或四個）導引 導引軌道上受到導引，各導引元件與各導引軌 定的方式而互相作用，以便只在各導引軌道的 成一種相對移動。於是，該線性直接驅動式電 裝在任意的空間方位中而受到驅動。各導引元 的配置來達 ，可使第1 它有利的形 是具有二個 作安裝面以 巨至一基底 可移動的元 子上的永久 配置，此時 載著該永久 成的靜子可 ，各導引軌 長形槽上。 種二維的對 元件而在各 道是以正鎖 縱向中可達 機裝置可安 件較佳是以 200929808 球形環繞式導引元件來形成。 針對各導引軌道·或導引元件之角度配置所造成的容 許度變動可有利地藉由下述方式來補償，即：位於彎曲的 角度補償元件或區域上的各導引元件可變化地形成在相對 應的彎曲的補償面或凹口上。 容許度和熱膨脹的完全補償可藉由一種鉸接式的滑板 - 來達成。於此，該滑板可有利地在一平行於各導引軌道而 . 延伸的擺動軸上具有互相連接的多個滑板區，各滑板區上 〇 以鉸接方式安裝著多個導引元件。這樣亦可藉由整個上升 長度來補償該容許度，甚至在移動時亦可補償該容許度。 各滑板區形成板形>，以便像在滑板之一種固定不變的形式 中形成多個安裝區。爲了以鉸接方式來安裝各導引元件， 則各導引元件較佳是固定在以鉸接方式安裝在各滑板區上 . 的各固持元件或固持板上。 爲了在二個安裝面之間達成一種較佳是90度之固定 角度，此角度應與滑板的熱膨脹無關而被保持著，則該滑 〇 板之可受到驅動力所衝擊的第一滑板區須固定地與一與其 成直角而配置的板狀滑板區相連接，第一滑板區搭接著由 一個部份或二個部份所形成的第二滑板區或配置在與該第 二滑板區相同的平面中。該板狀滑板區形成一安裝區，其 對第一滑板區（其同樣形成一安裝區）的角度通常被保持 著，第一滑板區和第二滑板區之間的角度變化不會對各安 裝面造成影響。 在一有利的方式中，在該滑板上配置一種位置測量裝 200929808 置以對沿著該靜子而配置的位置標記進行掃描，該位置測 量裝置例如可具有一種對磁場有敏感性的感測器配置，各 位置標記以磁性標記來形成。 在本發明之另一有利的形式中，一種經由該靜子的長 形通道包括一與該滑板機械地或磁性地耦接的活塞，其可 形成一驅動活塞或重力-補償裝置。 特別是在該滑板之一種固定不變的形式中爲了使熱膨 脹保持儘可能小，則該滑板可由一種熱膨脹係數較小的材 料來構成，此材料例如可以是鋼或鋼合金，及/或該滑板由 CFK及/或一種相對應的複合材料所構成i ，本發明的各實施例顯示在各圖式中且將描述於下。 【實施方式】 第1圖中所示的線性直接驅動式電機裝置具有一在縱 向中延伸的靜子10，一滑板11可沿著此靜子1〇而運行。 爲了對此滑板11進行導引，則在靜子10上須安裝二個導 引軌道12、13，其配置在靜子10之不同方位之相鄰的側 面上，即，其中一個軌道12配置在靜子10的上側14上且 另一個軌道1 3配置在二個相鄰的狹窄側之一側上’即’軌 道13配置在狹窄側15上。於是，該導引軌道12安裝在該 上側14之遠離該狹窄側15之邊緣區上，使該二個導引軌 道12、13儘可能互相遠離地定位著。由於該上側14基本 上是與該狹窄側15形成90度的角度，則各導引軌道12、 13可適當地互相偏移90度的角度。於是，該滑板Π具有 —種L-形的橫切面，其中較大的板形的邊形成第一滑板區 200929808 16且搭接著該上側14。較小的板形的邊形成第二滑板區 17且搭接著該狹窄側15。此二個滑板區16' 17固定地（例 如，以單件的形式）而互相連接，其中各滑板區16、17互 相成直角而配置著。 該滑板11藉由第1圖中不能看到的導引元件而在各導 引軌道12、13上受到導引’各導引軌道12、13配置在滑 ' 板11之內側上，這將與以下的圖式來作更詳細的描述。 . 爲了以電性方式來驅動該滑板11，須以習知的方式一 〇 方面使用由多個串聯的永久磁鐵所構成的永久磁鐵配置 18,其經由靜子10之整個長度而延伸，且另一方面須使用 一與永久磁鐵配置18共同作用的驅動線圈配置19，其配 置在第一滑板區16之內側上且在第1圖中由於透視的外視 圖而不能辨認。該永久磁鐵配置18仍將顯示在以後的圖式 . 中。此種驅動配置例如由本文開頭所述的先前技術中已爲 人所知。 爲了激發該驅動線圈配置19，則該滑板11在二個滑 〇 板區17上須具有一種電性終端配置20，其經由多條供電 導線21而與未顯示的電性控制裝置相連接。由於滑板n 在操作時可移動，則各條供電導線2 1須一起運行，這例如 藉由一種拖板鏈來進行。另一方式是，該終端配置20亦可 設置在其它位置上，例如，可設置在第一滑板區16上。 原則上相反的配置方式亦是可能的，即，縱向延伸的 驅動線圈配置位於該靜子10上，滑板11則承載著該永久 磁鐵配置。 200929808 靜子10在其二個相遠離的末端上設有終端板22、23, 其承載著該滑板11用的末端止動件24。這些末端止動件 24亦可形成末端打擊衰減器。 滑板區16、17之在第1圖中可看到的平面式外側作爲 可藉由滑板11而移動的負載或裝置用的安裝面，其中亦可 安裝其它的輔助設備，例如，冷卻體，電性終端配置20， - 拖板鏈和其它類似物等。此外，各滑板區16、17，特別是 . 第一滑板區16，用來將該滑板11安裝在一固定點上，其 ® 中該靜子10可相對於該滑板11而移動且例如在一端上或 二端上承載著一種負載或承載著一種可移動的物件。 第2圖中顯示該靜子10的橫切面，該靜子10形成一 種縱向延伸的輪廓（profile)本體，例如，可形成連續壓製-或連續繞注的輪廓，且該靜子10由鋁或鋁合金所構成。爲 • 了固定該二個導引軌道12、13，該靜子10須在上側14上 且在狹窄側1 5上分別具有一長形槽25、26，其中各導引 軌道12、13依據第6圖所示的細部圖是藉由固定銷27來 ¥ 固定，各固定銷27以一種安裝在長形槽25、26中的槽石 28來固定著。依據各導引軌道12、13的長度而使用一些 數目可多或可少的固定銷27和槽石28» 各槽石28具有一種較各長形槽25、26還小的輪廓， 以便在補償各製程容許度或其它的容許度時由於槽石28和 長形槽25、26之間的間隙而可對各導引軌道12、13作某種 程度的調整。這特別是在一種固定的滑板11(如第1圖所示） 中很重要。由於可調整，則不需要對各導引軌道12、13之 -10- 200929808 承載面進行過多的銑切。 道 如 例 導 相 \ U- 各 導 空 〇 向 導 元 方 滑 別 或 如第2至4圖所示，在鉸接式的滑板中，各導引軌 1 2、1 3之對準和調整是有條件的或未必需要。因此，例 亦可使用多個與該靜子10固定地相連接的導引軌道， 如，可使用滾壓的、焊接的、熔接的、壓製的或黏合的 引軌道。 第2圖所示的滑板30具有二個經由一關節31而互 連接的滑板區3 2、3 3。各滑板區3 2、3 3又經由關節3 4 35而與導引元件36相連接，各導引元件36具有一種 形的輪廓且以其側邊搭接在各導引軌道12、13之周圍。 導引軌道I2、13在中央區中在其二個對立的外側上具有 槽形式的凹口 37，其中搭接著該導引元件36之側邊之 著的末端區，使各導引軌道12、13能以某種方式接合著 這樣可使該導引元件36只能在各導引軌道12、13之縱 中移動，其它方向中的所有移動以正鎖定的方式而受到 引。此種形式的導引元件36未必是一種球形環繞式導引 件，反之，亦可以是其它的導引方式，例如，滑動導引 式的導引元件》 須設定各滑板區32、33之尺寸，使其又可共同形成 種L-輪廓。由於操作時加熱至大約100度或更高溫度的 板11之熱膨脹，則角度可微不足道地變化。 爲了將熱膨脹保持儘可能小，則須對該滑板3 0且特 是對該滑板11選擇一種膨脹係數較小的材料，例如，鋼 鋼合金或塑料，例如，CFK或一種複合材料。在滑板 30 200929808 之情況下此二個滑板區32、33之一亦可由鋼或鋼合 成’且另一滑板區由CFK構成。 靜子10的上側14具有一種平坦的凹口以容納 磁鐵配置18,其具有一預製的條形之形式且移動至 的固定突起38之後而以一縱側來固定至靜子1〇上 顯示的槽石而栓鎖至對立的長形邊緣區，各槽石可 - 相對應而配置的長形槽39中。 . 在第—滑板區32之下側上或第1圖中第一滑: 〇 之下側上安裝該驅動線圈配置19且予以固定。該驅 配置19直接以一小的距離而與該永久磁鐵配置18答 一種圓柱形的通道40在縱向中經由靜子10之 延伸。此通道40用來容納一種未顯示的活塞（例如 無活塞桿之活塞）且作爲滑板30或滑板11用的流體 . 動器。線性驅動式電機裝置用之此種流體額外驅動 由EP 1404011 A1中已爲人所知。此活塞因此在機 磁性上是與滑板30或11相耦接。爲了形成機械上β ® 則該通道4 0須具有一向外敞開的狹縫4丨。滑板用 未顯示的機械耦合元件經由此狹縫41而搭接著，此 縫另外需藉由一種密封帶來密封，如該先前技術 者。在磁性耦合的情況下，不需該狹縫4 1。 通道40中的活塞亦可用來作重量-補償。通道 是經由終端板22、23之一而與一流體容積42相連 流體容積同樣以長形通道的形式而在靜子1〇之輪 伸。藉由該活塞的移動，則通道40中的容積可改變 金所構 該永久 一條形 且以未 移動至 板區1 6 動線圈 討立著。 輪廓而 ，一種 額外驅 器例如 械上或 勺親接， 之一種 時該狹 中所示 40因此 接，該 廓中延 丨，其中 -12- 200929808 由於相耦合的容積42而只會發生一種較小的壓力姜 而言，藉由上述配置可形成一種空氣彈簧。 該流體額外驅動器或流體回流裝置是可： (optional)裝置且對本發明的配置而言未必需要。 第3圖顯示該滑板30詳細的透視圖。爲了將二 元件36以鉸接方式安裝在第一滑板區32上，則第 - 區32在其二個遠離第二滑板區33之角隅區上須具 . 固持板43、44，其藉由關節34而可擺動地配置在 〇 的凹入區中。 經由關節31而與第一滑板區32相連接的第二 33以二個部份來構成，其中每一個部份區域33a、 其空著的末端上承載著可擺動之固持板45、46以便 導引元件36。各固持板45、46因此經由二個部份 _ 關節3 5而與部份區域3 3 a、3 3 b可擺動地相連接著 二滑板區33之部份區域33a、33b之間配置一種固 直角方式而與第一滑板區32相連接之安裝板47。 © 板47亦可單件地與第一滑板區32相連接。 依據第3圖，在四個固持板43至46上可將四 元件36安裝在該滑板30上。原則上亦可只安裝三 元件36。在此種情況下，不使用二個可擺動的固持 44而是在第一滑板區32上安裝一中央固持板’或 此二個固持板45、46而是在單件式的第二滑板區 裝一中央固持板，其可在整個寬度上延伸或在同一 由二個固定的安裝板所圍繞著。 I。整體 選擇的 個導引 一滑板 有多個 相對應 滑板區 33b在 安裝各 構成的 。在第 定地以 該安裝 個導引 個導引 板43、 不使用 33上安 平面中 -13- 200929808 第4圖顯示一滑板50之另一種形式，其中承載著該驅 動線圈配置19用之第一滑板區51經由一關節52而與第二 滑板區53相連接。各滑板區51、53之遠離該關節52之末 端區依據第2圖又經由關節54、55而與各導引元件36可 擺動地連接著。關節式的連接例如可依據第3圖來形成。 與第2圖不同之處在於，第一滑板區51只輕微地搭接著， -其中在搭接用的區域之空著的末端上以直角方式不變地固 . 定著一安裝板56。該安裝板56因此搭接著第二滑板區53 〇 且搭接著安裝於第二滑板區53上的導引元件36。 此實施形式中，第一滑板區51 —起與該安裝板56形 成二個互相成直角而配置的安裝面，此一角度與熱膨脹無 關而總是被保持著。該安裝板56在移動方向中具有與第一 滑板區51相同的範圍且因此與滑板51本身的範圍相同。 • 第二滑板區53可依據第3圖而以二個部份來形成或亦可以 一個部份來形成，此時在由一個部份形成的形式中第二滑 板區53可具有一種與第一滑板區51相對應的長度且可具 〇 有一個或二個可擺動的固持板，或此第二滑板區53只形成 一種狹板或狹窄條形且配置在中央。原則上該二個部份區 域33a、33b亦可依據第3圖而形成狹窄條形或棒形。 第5圖中顯示該依據第1圖而形成的不變的滑板U。 在該二個滑板區16、17之與靜子10相面對的內側上配置 著四個彎曲的補償凹口 57至60，以容納第7圖的導引元 件36。各導引元件36在其面向滑板的此側上具有適當地 彎曲的角度補償元件61，藉此可將各導引元件36安裝（例 -14- 200929808 如，栓鎖或黏合）在各補償凹口 57至60中。於是，各導引 軌道12、13或靜子10之角度誤差可被補償，以作爲對以 有間隙的方式而配置在長形槽25、26中的槽石28之額外 的補償。第一滑板區16上的各補償凹口 57、58配置在多 個遠離第二滑板區17之角隅區上，第二滑板區17上的各 補償凹口 59、60同樣配置在相對立的邊緣區上，但在各邊 • 緣區處各補償凹口 59、60是配置在中央。 原則上相反方式的配置方式亦是可能的，即，各導引 〇 元件36設有補償凹口，在滑板區16、17上安裝著適當地 成拱形的角度補償元件。 在第一滑板區16上的各補償凹口 57、58之間配置一 種固持容納件62，以容納一種位置測量裝置。該位置測量 裝置例如能以習知的方式而形成對磁場敏感的配置，例 . 如，可形成一種霍爾（Hall)-感測器，其與靜子10上的一種 已磁化的條形帶或條形配置一起作用。若不使用磁性標 記，則亦可使用光學標記，其以光學方式而受到掃描。 @ 在位置測量時爲了不會由於一種有間隙的構造而造成 調整上的技術問題，則第一滑板區1 6或其固持容納件62 須經由該位置測量裝置而固定地與一測量系統和該驅動線 圈配置19相連接。於是，關節之可能存在的間隙將不會造 成問題。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明之實施例之線性直接驅動式電機裝置 之透視圖。 -15- 200929808 第2圖 線性直接驅動式電機裝置之橫切面，其顯示 出一種以鉸接方式形成的滑板。 第3圖 以鉸接方式形成的滑板的透視圖。 第4圖一種具有以鉸接方式形成的滑板之橫切面， 其中一滑板區由一固定的安裝板所搭接著。 第5圖一固定形式的滑板之透視圖，其內側上配置 著四個角度補償凹口。

第6圖一固定在靜子上的導引軌道之放大的切面 圖’該導引軌道之周圍由一導引元件所接合著。 第7圖 該導引元件以球形環繞式元件來形成時的圖 解’其具有一彎曲的角度補償元件。 【主要元件符號說明】 10 靜 子 11 滑 板 12 導 引 軌 道 13 導 引 軌 道 14 上 側 15 狹 窄 側 16 第 一 滑 板 區 17 第 二 滑 板 區 1S 永 久 磁 鐵 配 置 19 驅 動 線 圈 配 置 20 電 性 終 端 配 置 21 供 電 導 線 Ο -16- 200929808

22 終端板 23 終端板 24 末端止動件 25 長形槽 26 長形槽 27 固定銷 28 槽石 30 滑板 3 1 關節 32 滑板區 33 滑板區 33a 部份區域 33b 部份區域 34 關節 35 關節 36 導引元件 37 凹口 38 固定突起 39 長形槽 40 通道 41 狹縫 42 流體容積 4 3 〜4 6 固持板 47 安裝板 -17 200929808 50 滑板 51 第一滑板區 52 關節 53 第二滑板區 54 關節 55 關節 56 安裝板 5 7〜60 凹口 6 1 角度補償元件 62 固持容納件 ❹

Claims (1)

1. 200929808 十、申請專利範圍： 1·—種線性直接驅動式電機裝置，其具有靜子（10)，靜子具 有二個導引軌道（12, 13)以用來線性地導引一受驅動的滑 板（1 1; 30; 50)，其中設有一可造成電性驅動的永久磁鐵 配置（18)和一可相對於此永久磁鐵配置（18)而移動的驅 動線圈配置（19)，其特徵在於，各導引軌道（12，13)配置 ' 在靜子（1〇)之不同方位的相鄰之側面（14，15)上，且滑板 - (n; 30; 50)的至少一部份搭接著每一個側面（14，15), ^ 具有各導引軌道（12，13)的多個導引元件（36)用的導引通 道（37)配置在滑板（π; 30; 50)上。 2.如申請專利範圍第1,項之線性直接驅動式電機裝置，其 中滑板（11; 30; 50)具有一種L-形的輪廓且特別是具有二 個互相成直角而配置之板形的滑板區（16，17; 32，33; , 51， 53卜 3 ·如申請專利範圍第2項之線性直接驅動式電機裝置，其 中滑板（11; 30; 50)在其與靜子（10)上的永久磁鐵配置 ^ (18)相對立的此側上承載著該驅動線圈配置（19)。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中特別是以連續壓製-或連續繞注輪廓而形 成的靜子（10)具有各導引軌道（12，13)用之可調整的固定 件。 5. 如申請專利範圍第4項之線性直接驅動式電機裝置，其 中各導引軌道（12，13)可藉由可調整的槽石（28)而固定在 靜子（10)之長形槽（25，26)上。 200929808 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中各導引軌道（12, 13)上的滑板（11; 30; 50) 藉由二個（較佳是三個或四個）導引元件（3 6)而受到導 引，各導引元件（3 6)以正鎖定的方式而與各導引軌道 (12，13)共同作用，以便只能在各導引軌道（12 ’ 13)之縱 向中相對移動。 7. 如申請專利範圍第6項之線性直接驅動式電機裝置，其 . 中各導引元件以球形環繞式元件來形成。 © 8.如申請專利範圍第1至7項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中各導引元件（3 6)經由彎曲的角度補償元件 或區域（61)而可固定地形成在相對應的彎曲的補償面或 凹口（57至60)上。 9.如申請專利範圍第1至8項中任一項之線性直接驅動式 .電機裝置，其中滑板（3 0; 5 0)具有經由平行於各導引軌道 (12，13)而延伸的擺動軸（31; 52)以互相連接的滑板區 (32，33; 51，53)，在各滑板區上以鉸接的方式安裝多個 ® 導引元件（36)。 10. 如申請專利範圍第9項之線性直接驅動式電機裝置，其 中各滑板區（32，33; 51，53)形成板形的形式。 11. 如申請專利範圍第9或10項之線性直接驅動式電機裝 置，其中各導引元件（36)固定在以鉸接方式安裝在各滑板 區（32，33; 51，53)上的固持元件或板（43至46)上。 12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中各滑板區（3 2，33; 51，53)基本上以互相 -20- 200929808 成直角的方式而配置著。 1 3 .如申請專利範圍第9至1 2項中任—項之線性直接驅動式 電機裝置，其中受到驅動力所衝擊的第一滑板區（32;51) 固定地與其成直角而配置的板形安裝區（4 7; 5 6)相連 接’第一滑板區區搭接著以單一部份-或二個部份來形成 的第二滑板區（33; 53)或與第二滑板區配置在同—平面 中。 14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中配置一個位置測量裝置（62)，以對各滑板 (11; 30; 50)上沿著靜子（10)而配置之位置標記進行掃 描。 15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中經由該靜子（1〇)之一長形通道（40)包含一 以機械-或磁性方式而與滑板（11; 30; 5 0)相耦接的活塞。 16. 如申請專利範圍第15項之線性直接驅動式電機裝置，其 中該活塞形成一種驅動活塞或重力-補償裝置。 1 7.如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之線性直接驅動式 電機裝置，其中各滑板（11; 30; 50)由鋼或鋼合金及/或由 CFK所構成。 -21 -