TW201509077A - 馬達驅動線性致動器及其馬達 - Google Patents

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Abstract

　 本案係為一種馬達驅動線性致動器及其馬達，該馬達驅動線性致動器包括馬達、滾珠螺桿裝置以及滾動軸承，馬達包括馬達轉軸並具有第一端部，且馬達轉軸之第一端部包括端面以及容置空間並具有第一容置部。滾珠螺桿裝置包括螺桿軸並具有第一端部同軸連接於馬達轉軸之第一端部，且螺桿軸之第一端部具有第一區段，藉由將第一區段容置於第一容置部中，使螺桿軸固定於馬達轉軸。滾動軸承設置於馬達與滾珠螺桿裝置之間，以使螺桿軸可轉動地受其支撐，其中馬達轉軸之端面接觸並抵頂滾動軸承，以限制滾動軸承於馬達及滾珠螺桿裝置之間移動，及達到軸承組裝上的使用需求。

Description

馬達驅動線性致動器及其馬達
本案係關於一種致動器及其馬達，尤指一種馬達驅動線性致動器及其馬達。
馬達驅動線性致動器為常見之技藝，廣泛地應用於各種領域，例如工業機械、精密工具機、電子機械及運輸機械等。習用之馬達驅動線性致動器利用滾珠螺桿裝置，以將馬達之旋轉運動轉換為線性運動。
第1圖係為習用之馬達驅動線性致動器之縱向剖面示意圖。如圖所示，習用之馬達驅動線性致動器1包括馬達11、滾珠螺桿裝置12、聯軸器13、框架14、軸承15以及固定螺帽16。馬達11包括轉子111、定子112以及馬達轉軸113，且馬達轉軸113設置於轉子111上。轉子111包括複數個永久磁鐵114，且該複數個永久磁鐵114設置於轉子111上，而定子112包括多個繞組線圈，用以傳載電流並與轉子111之複數個永久磁鐵114產生磁場交互作用，俾產生一驅動力使轉子111之馬達轉軸113轉動，且該馬達11以伺服馬達為較佳。
滾珠螺桿裝置12設置於框架14且包括螺桿軸121、滑塊螺帽122、滑台123、線性軸承124以及支撐軸承125。滾珠螺桿裝置12之螺桿軸121之一端部係經由聯軸器13而與馬達轉軸113同軸連接。換言之，聯軸器13連接於馬達11之馬達轉軸113與滾珠螺桿裝置12之螺桿軸121之間，使滾珠螺桿裝置12之螺桿軸121根據馬達11之馬達轉軸113之轉動而轉動。滑塊螺帽122係具有螺紋，使螺桿軸121與滑塊螺帽122彼此嚙合，其中，滑台123係固定設置於滑塊螺帽122，以藉由該滑台123承載負載。於滑塊螺帽122與螺桿軸121之間設置多個滾動元件(未圖示)，例如滾珠，以使螺桿軸121與滑塊螺帽122彼此配合。藉此，完成高載重運輸以及使用壽命較長之馬達驅動線性致動器。
線性軸承124設置於框架14並與滑塊螺帽122相連接，用以限制滑塊螺帽122轉動，並導引滑塊螺帽122於線性方向上移動。藉此，滑塊螺帽122可藉由馬達11驅動滾珠螺桿裝置12之螺桿軸121轉動而使其沿著螺桿軸121移動。支撐軸承125設置於框架14，藉以支撐滾珠軸承12之螺桿軸121之另一端部，並限制螺桿軸121之該端部使其無法相對於框架14而軸向移動。
當馬達11之馬達轉軸113以及滾珠螺桿12之螺桿軸121藉由聯軸器13耦接在一起時，透過軸承15的設置可使螺桿軸121之一端部受徑向支撐，俾提升馬達11的剛性。此外，固定螺帽16固設於螺桿軸121上，且位於聯軸器13以及軸承15之間，用以施加預壓力於軸承15達到軸承組裝上的使用需求，並限制軸承15於螺桿軸121上的軸向位移。
然而，習用之馬達驅動線性致動器1必須設置聯軸器13，以將馬達11之馬達轉軸113與螺桿軸121耦接在一起，而聯軸器13之剛性較低，使馬達驅動線性致動器1之剛性隨之降低，導致馬達驅動線性致動器1之響應速度無法提升。此外，習用之馬達驅動線性致動器1必須將一固定螺帽16設置於螺桿軸121上，且位於聯軸器13以及軸承15之間，並施加預壓力於軸承15，以限制軸承15於螺桿軸121上的軸向位移，如此將導致馬達11之馬達轉軸113與滾珠螺桿12之螺桿軸121之間的耦接結構較為複雜，且耦接需要增加及佔用較多的空間，造成馬達驅動線性致動器1之整體長度增加。
有鑑於此，如何發展一種馬達驅動線性致動器及其馬達，以解決習用技術的問題，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之課題。
本案之目的在於提供一種馬達驅動線性致動器及其馬達，其不需要透過額外的聯軸器以及固定螺帽而可達成馬達之轉軸與滾珠螺桿裝置之螺桿軸耦接之優點。
本案之另一目的在於提供一種馬達驅動線性致動器及其馬達，其中藉由本案之馬達驅動線性致動器及其馬達，使馬達之轉軸與滾珠螺桿裝置之螺桿軸之間達到同軸定位以及剛性耦接的優點。
本案之又一目的在於提供一種馬達驅動線性致動器及其馬達，其可強化馬達之轉軸耦接於滾珠螺桿裝置之螺桿軸的剛性，具有較快的響應速率，占用較小之空間，更可提升馬達之軸向及徑向剛性。
根據本案之構想，本案之一較廣實施態樣為提供一種馬達驅動線性致動器，包括馬達、滾珠螺桿裝置及滾動軸承。馬達包括馬達轉軸，具有第一端部，其中馬達轉軸之第一端部包括端面及容置空間，且馬達轉軸之容置空間具有第一容置部。滾珠螺桿裝置包括螺桿軸，螺桿軸具有第一端部，且螺桿軸之第一端部包括第一區段，其中螺桿軸之第一端部同軸連接於馬達轉軸之第一端部，且第一區段容置於馬達轉軸之第一容置部，以將螺桿軸固定設置於馬達轉軸。滾動軸承設置於馬達與滾珠螺桿裝置之間，以使螺桿軸之第一端部可轉動地受其支撐，其中馬達轉軸之端面接觸並抵頂於滾動軸承以限制滾動軸承於馬達及滾珠螺桿裝置之間移動，並達到軸承組裝上的使用需求。
根據本案之構想，本案之另一較廣實施態樣為提供一種馬達，適用於馬達驅動線性致動器，其中馬達驅動線性致動器包括滾珠螺桿裝置及滾動軸承，滾珠螺桿裝置包括螺桿軸具有第一端部，第一端部具有第一區段。馬達包括轉子、定子以及馬達轉軸。馬達轉軸設置於轉子上並具有第一端部，且馬達轉軸之第一端部同軸連接於螺桿軸之第一端部，其中馬達轉軸之第一端部包括端面及容置空間，且容置空間具有第一容置部，用以容置並固定螺桿軸之第一區段，馬達轉軸之端面抵頂於滾動軸承。
1、2‧‧‧馬達驅動線性致動器
11、21‧‧‧馬達
12、22‧‧‧滾珠螺桿裝置
13‧‧‧聯軸器
14、24‧‧‧框架
15‧‧‧軸承
16‧‧‧固定螺帽
25‧‧‧滾動軸承
26‧‧‧支撐元件
111、211‧‧‧轉子
112、212‧‧‧定子
113、213‧‧‧馬達轉軸
114、214‧‧‧永久磁鐵
121、221‧‧‧螺桿軸
122、222‧‧‧滑塊螺帽
123、223‧‧‧滑台
124、224‧‧‧線性軸承
125、225‧‧‧支撐軸承
2131、2211‧‧‧第一端部
2132、2212‧‧‧第二端部
2133‧‧‧容置空間
2134‧‧‧端面
2131a‧‧‧螺紋穿孔
2131b‧‧‧螺絲
2131c‧‧‧固定膠
2133a‧‧‧第一容置部
2133b‧‧‧第二容置部
215‧‧‧位置感測器
216‧‧‧殼體
2211a‧‧‧第一區段
2211b‧‧‧第二區段
2213‧‧‧本體部
251‧‧‧內環
第1圖係為習用之馬達驅動線性致動器之縱向剖面示意圖。
第2圖係為本案較佳實施例之馬達驅動線性致動器之縱向剖面示意圖。
第3圖係為第2圖之馬達轉軸、滾動軸承以及螺桿軸間之耦接結構之局部放大圖。
第4A圖至第4C圖係分別顯示第3圖所示螺桿軸耦接於馬達轉軸之各種固定結構之局部放大圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
第2圖係為本案較佳實施例之馬達驅動線性致動器之縱向剖面示意圖；以及第3圖係為第2圖之馬達轉軸、滾動軸承以及螺桿軸間之耦接結構之局部放大圖。如第2圖及第3圖所示，馬達驅動線性致動器2包括馬達21、滾珠螺桿裝置22、框架24以及滾動軸承25(rolling bearing)，且馬達21以伺服馬達為較佳，滾動軸承25以斜角滾珠軸承(angular ball bearing)為較佳。於一些實施例中，滾動軸承25包括但不限於徑向軸承(radial journal bearing)、深溝滾珠軸承(deep groove ball bearing)、錐形滾柱軸承(conical roller bearing)或交叉滾柱軸承(cross roller bearing)。馬達21包括轉子211、定子212以及馬達轉軸213，其中馬達轉軸213設置於轉子211上並具有第一端部2131以及第二端部2132。馬達轉軸213之第一端部2131包括容置空間2133，且該容置空間2133具有第一容置部2133a，其中第一容置部2133a係同軸設置於馬達轉軸213之旋轉軸上。此外，馬達轉軸213之第一端部2131更包括端面2134，其中該端面2134以平端面為較佳，且該端面2134係與馬達轉軸213之旋轉軸垂直。轉子211包括複數個永久磁鐵214，以及定子212包括多個繞組線圈(未圖示)，用以傳載電流並與轉子211之複數個永久磁鐵214產生磁場交互作用，俾產生一驅動力使轉子211之馬達轉軸213轉動。於一實施例中，馬達21更包括位置感測器215，例如編碼器，且位置感測器215設置於馬達轉軸213之第二端部2132，用以感測轉子211之旋轉位置。
滾珠螺桿裝置22設置於框架24上並包括螺桿軸221、滑塊螺帽222、滑台223、線性軸承224以及支撐軸承225。螺桿軸221具有第一端部2211以及第二端部2212，且螺桿軸221之第一端部2211係同軸連接於馬達轉軸213之第一端部2131，換言之，馬達21之馬達轉軸213以及滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221係彼此固定連接，藉此，滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221可根據馬達21之馬達轉軸213之轉動而同步轉動。滑塊螺帽222具有螺紋，使螺桿軸221與滑塊螺帽222彼此嚙合，其中，滑台223固定設置於滑塊螺帽222，以藉由該滑台223承載負載。於滑塊螺帽222與螺桿軸221之間設置多個滾動元件(未圖示)(例如滾珠)以使螺桿軸221與滑塊螺帽222彼此配合，藉此提升馬達驅動線性致動器2的承載重量，並延長使用壽命。線性軸承224設置於框架24上並與滑塊螺帽222相連接，用以保持滑塊螺帽222於不轉動狀態(即限制滑塊螺帽222轉動)，再藉由線性軸承224的導引限制滑塊螺帽222於線性方向上移動。藉此，滑塊螺帽222可藉由馬達21驅動滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221轉動，而使滑塊螺帽222沿著螺桿軸221移動。支撐軸承225設置於框架24上，藉以支撐螺桿軸221之第二端部2212，限制螺桿軸221之第二端部2212沿軸向方向相對於框架24的移動，提升螺桿軸221的徑向剛性。於本實施例中，滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之第一端部2211包括第一區段2211a，滾珠螺桿裝置22之第一區段2211a之徑長係小於滾珠螺桿裝置22之本體部2213之徑長，且滾珠螺桿裝置22之第一區段2211a係同軸設置於螺桿軸221之旋轉軸上，藉由將滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之第一區段2211a容設於馬達轉軸213之第一容置部2133a中，以使馬達21之馬達轉軸213耦接於滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221。
於一實施例中，螺桿軸221之本體部2213具有螺旋狀之溝槽(helical raceway groove)形成於螺桿軸221之本體部2213之外圍表面上，藉以容置滾動元件並使螺桿軸221與滑塊螺帽222相嚙合。
於一些實施例中，馬達轉軸213之容置空間2133更包括第二容置部2133b，其中馬達轉軸213之第二容置部2133b係連通於第一容置部2133a，並同軸設置於馬達轉軸213之旋轉軸上，且第一容置部2133a係設置於端面2134與第二容置部2133b之間。馬達轉軸213之第一容置部2133a之徑長係大於第二容置部2133b之徑長。於本實施例中，滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之第一端部2211更包括第二區段2211b鄰接於第一區段2211a，即螺桿軸221之第一區段2211a設置於螺桿軸221之本體部2213以及第二區段2211b之間，其中螺桿軸221之第一區段2211a之徑長係大於第二區段2211b之徑長，且螺桿軸221之第二區段2211b係與螺桿軸221之轉軸共軸，並藉由將滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之第二區段2211b對應容設於馬達轉軸213之第二容置部2133b，藉此使滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221同心定位於馬達21之馬達轉軸213，以進一步提升馬達21之馬達轉軸213與滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之間的軸向及徑向剛性。於一實施例中，馬達21之馬達轉軸213之第二容置部2133b之內壁表面以及滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221之第二區段2211b之外圍表面係為光滑表面，並給予適當公差配合，用以提高同心定位的精度。
第4A圖至第4C圖係分別顯示第3圖所示螺桿軸耦接於馬達轉軸之各種固定結構之局部放大圖。如第2圖、第3圖以及第4A圖至第4C圖所示，於一較佳實施例中，馬達轉軸213之第一容置部2133a之內壁表面具有螺紋，且部分之螺桿軸221之第一區段2211a之一外表面具有螺紋，馬達轉軸213之第一容置部2133a與螺桿軸221之第一區段2211a上之螺紋係彼此嚙合，以使螺桿軸221之第一區段2211a容設並剛性耦接於馬達轉軸213之第一容置部2133a。於另一較佳實施例中，馬達轉軸213之第一端部2131更具有螺紋穿孔2131a以及螺絲2131b，且螺絲2131b以止付螺絲為較佳，其中螺絲2131b係設置於螺紋穿孔2131a中並與螺紋穿孔2131a相嚙合，且螺絲2131b之一端部抵頂於螺桿軸221之第一區段2211a，以使螺桿軸221之第一區段2211a容設並剛性耦接於馬達轉軸213之第一容置部2133a。於又一較佳實施例中，利用塗覆固定膠於馬達轉軸213之第一端部2131與螺桿軸221之第一區段2211a之間，以使螺桿軸221之第一區段2211a容設並剛性耦接於馬達轉軸213之第一容置部2133a。換言之，馬達轉軸213之第一容置部2133a與螺桿軸221之第一區段2211a之間係可藉由螺紋與螺紋齒合(如第4A圖所示)、螺紋穿孔2131a與螺絲2131b(如第4B圖所示)或塗覆固定膠(如第4C圖所示)之方式，或是前述三種固定方式之至少任二種之組合，以將螺桿軸221之第一區段2211a直接固定設置於馬達轉軸213之第一容置部2133a，俾實現同步旋轉的目的，而不需要額外設置聯軸器，達到加快響應速率的優點。
滾動軸承25設置於馬達21與滾珠螺桿裝置22之間，用以使螺桿軸221之第一端部2211可轉動地受其支撐，藉以提升馬達21之軸向及徑向剛性。於一些實施例中，滾動軸承25可為例如斜角滾珠軸承(angular ball bearing)、深溝滾珠軸承(deep groove ball bearing)、錐形滾柱軸承(conical roller bearing)、交叉滾柱軸承(cross roller bearing)或徑向軸承(radial journal bearing)。於本實施例中，設置於馬達21之馬達轉軸213與滾珠螺桿裝置22之間的滾動軸承25之數量可為一個或兩個，且滾動軸承25之數量不以此為限，可依實際應用需求而任施變化。滾動軸承25具有內環251，且內環251係相對於馬達轉軸213之端面2134設置。當馬達21之馬達轉軸213耦接於滾珠螺桿裝置22之螺桿軸221時，馬達轉軸213之端面2134係直接抵頂並連接於滾動軸承25之內環251，以藉由馬達轉軸213之端面2134固定滾動軸承25，並限制滾動軸承25相對於螺桿軸221之位移。換言之，馬達轉軸213之端面2134係架構於限制滾動軸承25於馬達21與滾珠螺桿裝置22之間的位移，藉此可省略如第1圖所示設置於習用之馬達驅動線性置動器之固定螺帽16。
於一實施例中，馬達驅動線性致動器2更包括支撐元件26，其中支撐元件26設置於馬達21與滾珠螺桿裝置22之間，並固定於馬達21之殼體216之連接部或框架24上。支撐元件26具有容設空間，用以支撐滾動軸承25，並藉由支撐元件26以將滾動軸承25固定設置於馬達21或框架24。
綜上所述，本案提供一種馬達驅動線性致動器及其馬達，其可在不需要使用聯軸器以及固定螺帽的情況下使馬達之馬達轉軸耦接於滾珠螺桿裝置之螺桿軸。藉由本案之馬達驅動線性致動器以將馬達之馬達轉軸剛性耦接於滾珠螺桿裝置之螺桿軸，並使馬達之馬達轉軸與於滾珠螺桿裝置之螺桿軸做同心定位。此外，藉由本案新穎的馬達驅動線性致動器可提高馬達驅動線性致動器的剛性，加快馬達之馬達轉軸與滾珠螺桿裝置之螺桿軸之間的響應速率，並且可減少馬達之馬達轉軸耦接於滾珠螺桿裝置之螺桿軸所需要的空間，以及可增加馬達於軸向及徑向方向上的剛性。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
2‧‧‧馬達驅動線性致動器
21‧‧‧馬達
22‧‧‧滾珠螺桿裝置
24‧‧‧框架
25‧‧‧滾動軸承
26‧‧‧支撐元件
211‧‧‧轉子
212‧‧‧定子
213‧‧‧馬達轉軸
214‧‧‧永久磁鐵
215‧‧‧位置感測器
216‧‧‧殼體
221‧‧‧螺桿軸
222‧‧‧滑塊螺帽
223‧‧‧滑台
224‧‧‧線性軸承
225‧‧‧支撐軸承
2211‧‧‧第一端部
2212‧‧‧第二端部

Claims (15)

  1. 【第1項】
    一種馬達驅動線性致動器，包括：
    　　一馬達，包括一馬達轉軸，具有一第一端部，其中該馬達轉軸之該第一端部包括一容置空間以及一端面，且該馬達轉軸之該容置空間具有一第一容置部；
    　　一滾珠螺桿裝置，包括一螺桿軸，該螺桿軸具有一第一端部，且該螺桿軸之該第一端部包括一第一區段，其中該螺桿軸之該第一端部同軸連接於該馬達轉軸之該第一端部，且該第一區段容置於該馬達轉軸之該第一容置部，以將該螺桿軸固定設置於該馬達轉軸；以及
    　　一滾動軸承，設置於該馬達與該滾珠螺桿裝置之間，以使該螺桿軸之該第一端部可旋轉地受支撐，其中該馬達轉軸之該端面接觸並抵頂於該滾動軸承，以限制該滾動軸承於該馬達及該滾珠螺桿裝置之間移動。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達轉軸之該第一端部之該容置空間更包括一第二容置部，且該螺桿軸之該第一端部更包括一第二區段，該第二區段係容置於該第二容置部，使該螺桿軸同心定位於該馬達轉軸。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第2項所述之馬達驅動線性致動器，其中該第一容置部之一徑長係大於該第二容置部之一徑長，且該第一區段之一徑長係大於該第二區段之一徑長。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第2項所述之馬達驅動線性致動器，其中該第一容置部及該第二容置部係與該馬達轉軸之一旋轉軸同軸，且該第一區段及該第二區段係與該螺桿軸之一旋轉軸同軸。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達更包括一轉子及一定子，且該馬達轉軸設置於該轉子上。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達為一伺服馬達。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該滾動軸承為一斜角滾珠軸承、一深溝滾珠軸承、一錐形滾柱軸承、一交叉滾柱軸承或一徑向軸承。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達轉軸之該第一容置部之一內壁表面以及該螺桿軸之該第一區段之一外表面各具有一螺紋，且該第一容置部之該螺紋係嚙合於該第一區段之該螺紋。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達轉軸之該第一端部更包括一螺絲及一螺紋穿孔，該螺絲容置並嚙合於該螺紋穿孔內，且該螺絲之一端部係抵頂該螺桿軸之該第一區段。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達轉軸之該第一容置部與該螺桿軸之該第一區段之間係具有一固定膠。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其中該馬達更包括一位置感測器，且該馬達轉軸更包括一第二端部，該位置感測器設置於該馬達轉軸之該第二端部。
  12. 【第12項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其更包括一框架，其中該滾珠螺桿裝置係設置於該框架。
  13. 【第13項】
    如申請專利範圍第12項所述之馬達驅動線性致動器，其中該滾珠螺桿裝置更包括：
    　　一滑塊螺帽，嚙合於該螺桿軸，其中該滑塊螺帽與該螺桿軸之間更設置複數個滾動元件；
    　　一滑台，固定設置於該滑塊螺帽，以乘載一負載；
    　　一線性軸承，設置於該框架上並連接於該滑塊螺帽，其中該線性軸承限制該滑塊螺帽轉動且導引該滑塊螺帽沿著該螺桿軸移動；以及
    　　一支撐軸承，設置於該框架上，以支撐該螺桿軸之一第二端部；
    　　其中，藉由該馬達驅動該滾珠螺桿裝置，以使該滑塊螺帽沿著該螺桿軸移動。
  14. 【第14項】
    如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動線性致動器，其更包括一支撐元件，設置於該馬達與該滾珠螺桿裝置之間，以支撐及固定該滾動軸承。
  15. 【第15項】
    一種馬達，適用於一馬達驅動線性致動器，其中該馬達驅動線性致動器包括一滾珠螺桿裝置及一滾動軸承，該滾珠螺桿裝置包括一螺桿軸具有一第一端部，該第一端部具有一第一區段，該馬達包括：
    　　一轉子；
    　　一定子；以及
    　　一馬達轉軸，設置於該轉子上並具有一第一端部，且該馬達轉軸之該第一端部同軸連接於該螺桿軸之該第一端部，其中該馬達轉軸之該第一端部包括一容置空間及一端面，且該容置空間具有一第一容置部，用以容置並固定該螺桿軸之該第一區段，該馬達轉軸之該第一端部之該端面抵頂於該滾動軸承。
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