TW201715826A - 旋轉及直線運動機構 - Google Patents

Abstract

本發明所提供之旋轉及直線運動機構，係使桿棒狀之軸部，分受旋轉驅動部與直線驅動部分別作用，俾得據以進行徑向旋轉與軸向直線之運動，而其中，為使該軸部與該旋轉驅動部間維持穩定之直線軸移及均勻傳動之徑向咬合，係使該軸部滑接於該旋轉驅動部中之旋轉傳動段呈多邊形之幾何形狀，以及使該旋轉驅動部用以與該軸部穿套滑接之軸孔，呈與之互補之多邊形孔。

Description

旋轉及直線運動機構

本發明係與電動機技術有關，特別是關於一種旋轉及直線運動機構。

為滿足產業對旋轉與直線運動兼具之需求，習知之技術遂揭露有將旋轉馬達與線性馬達彼此同軸串接，俾以於同一出力軸向上輸出旋轉及直線之運動，其具體之技術內容則有如第一圖所示之線性旋轉裝置般，使旋轉馬達(1)之心軸(2)藉由聯軸器(3)與線性馬達(4)之棒狀動子(5)同軸聯結，用以將由該旋轉馬達(1)與該線性馬達(4)，所分別提供之旋轉與直線動作，藉由同軸設置之傳動部(6)向外傳遞，俾以滿足產業之需求。

而其中，為允許該心軸(2)得以隨該動子(5)之作動而相對於該旋轉馬達(1)進行軸向上之相對位移，且維持其與該旋轉馬達(1)之轉子間在徑向上之嚙合，遂於該心軸(2)上軸向延伸有適當長度之鍵槽(7)，並以一具有鍵條(8)之傳動環(9)同軸穿套於該心軸(2)上，而使該鍵條(8)滑設於該鍵槽(7)中，據以容許該心軸(2)得於進行軸向往復位移之同時，仍可藉由彼此嵌接之鍵槽(7)與鍵條(8)，維持其與該旋轉馬達(1)轉子間之徑向嚙合，俾得以該旋轉馬達(1)使該心軸(2)進行旋轉運動。

是等容許該心軸(2)得以兼具旋轉及軸向運動之傳動與滑接構造，固得以達成其目的與功效，惟其藉由鍵槽(7)與鍵條(8)間之滑接並保 持徑向間嚙接之技術內容，除有使心軸(2)在受旋轉施力時易有應力過度集中之缺失外，在製造加工上亦尚未臻理想，加以其欠缺適當之潤滑機制，亦易使該心軸(2)在軸向往復之持續滑動位移過程中產生不當之磨耗，以致影響作動之精度，使其所應用之產業領域受到負面之影響。

因此，本發明之主要目的乃係在提供一種旋轉及直線運動機構，其係使旋轉馬達之驅動部之第一軸孔與一桿棒狀軸部間同軸穿套滑接，並使徑向方向上之形狀為彼此互補之非圓形之幾何形狀，據以使該軸部除可相對於該第一軸孔為軸向上之往復位移外，亦可藉由彼此互補之幾何形狀相互拘束，令該軸部與該第一軸孔間於徑向方向上彼此卡接。

緣是，為達成上述之目的，本發明所提供之旋轉及直線運動機構，其在具體之技術內容上乃係包含了有一身部；一旋轉驅動部，設於該身部中；具有一第一軸孔；一直線驅動部，設於該身部中，具有一與該第一軸孔同軸對應之第二軸孔；一軸部，同軸穿伸滑接於該第一軸孔與該第二軸孔中，至少一軸端係伸出該身部外；而其特徵則係在於，該第一軸孔係呈圓形以外之幾何形狀；該軸部穿伸滑接於該第一軸孔之對應軸身部位之徑向斷面形狀係呈與該第一軸孔互補之幾何形狀形；以及，更包含了有至少一環狀之滑接部，係同軸於該第一軸孔地穿套滑接於該軸部互補於該第一軸孔幾何形狀之軸身部位上，並定位固設於該身部中。

其中，該第一軸孔與該軸部彼此互補之幾何形狀係可為多邊形或橢圓形等得以彼此卡接之形狀者，更進一步來說，是等多邊形係可為四方形者。

另外，為減少該軸部相對於該第一軸孔為往復軸移時之接觸摩擦，係可使該軸部互補於該第一軸孔幾何形狀之軸身部位之周側端面與該第一軸孔之孔壁間相隔開來，據以降低其彼此間相對滑動時所可能產生之磨耗。

再者，藉由前述桿周與孔壁間彼此相隔開來之空間型態，係可於該軸部周側與該第一軸孔孔壁間形成氣隙空間，俾可藉由引入外部高壓流體進入該氣隙空間中，以輔助維持該軸部與該第一軸孔彼此間之同軸對應狀態。

其中，為便於將外部高壓流體導入該氣隙空間中，係可藉由適當設置之連接氣道，以連通該氣隙空間與該身部之外部，更進一步來說，該連接氣道係可被設置於該旋轉驅動部中，並於該第一軸孔孔壁上形成開口，亦可被設置於該軸部中，而於該軸部之桿側形成開口。

另外，為提高冷卻功效以促進電動機之效率，該旋轉及直線運動機構，係可更包含有一冷卻模組，被設置於該身部中，且與該直線驅動部鄰接。

再者，為提高軸移位置控制之精度，該旋轉及直線運動機構係可更包含有一位置偵測模組，係於該直線驅動部與該軸部間。

其中，該位置偵測模組可為光學尺或磁性尺偵測技術，而具有一量測基準，係固設於該軸部上，一量測部，係固設於該身部上，用以感測該量測基準之位置。

(1)‧‧‧旋轉馬達

(2)‧‧‧心軸

(3)‧‧‧聯軸器

(4)‧‧‧線性馬達

(5)‧‧‧棒狀動子

(6)‧‧‧傳動部

(7)‧‧‧鍵槽

(8)‧‧‧鍵條

(9)‧‧‧傳動環

(10)‧‧‧旋轉及直線運動機構

(20)‧‧‧身部

(30)‧‧‧旋轉驅動部

(31)‧‧‧旋轉鐵心

(32)‧‧‧第一軸孔

(40)‧‧‧直線驅動部

(41)‧‧‧第二軸孔

(50)‧‧‧軸部

(51)‧‧‧直線傳動段

(52)‧‧‧旋轉傳動段

(53)‧‧‧延伸段

(60)‧‧‧滑接部

(70)‧‧‧冷卻模組

(80)‧‧‧位置偵測模組

(81)‧‧‧量測基準

(82)‧‧‧量測部

(S)‧‧‧氣隙空間

第一圖係習知技術之剖視圖。

第二圖係本發明一較佳實施例之分解圖。

第三圖係本發明一較佳實施例之組合圖。

第四圖係本發明一較佳實施例沿第三圖4-4割線之剖視圖。

第五圖係本發明一較佳實施例沿第四圖5-5割線之剖視圖。

第六圖係本發明一較佳實施例沿第四圖6-6割線之剖視圖。

請參閱第二圖至第六圖所示，在本發明一較佳實施例中所提供之旋轉及直線運動機構(10)者，乃係用以使同一出力軸具有旋轉與直線往復位移之運動功能，使能因應產業之所需求者，惟關於其用以產生旋轉驅動與直線驅動之電動機技術者，乃屬一般習知技術之範躊，且非本發明之主要技術特徵，因此，在具體實施方式之說明中將不為贅言。

具體地，該旋轉及直線運動機構(10)主要乃係包含了有一身部(20)、一旋轉驅動部(30)、一直線驅動部(40)、一軸部(50)、一滑接部(60)、一冷卻模組(70)以及一位置偵測模組(80)，其中：該身部(20)係概呈直圓柱狀，用以供作為其他構成元件之設置基座，使各構成元件得以有所附麗。

該旋轉驅動部(30)係為習知之旋轉電動機動技術，用以將電能轉換為旋轉運動之機械能輸出，概呈柱狀而同軸於該身部(20)柱軸地位於該身部(20)一端內，具有一適當長度之管狀旋轉鐵心(31)，一呈四方形之第一軸孔(32)係自該旋轉鐵心(31)管軸一端往內軸向延伸適當深度地設於其管內壁上。

該直線驅動部(40)則為習知之線性馬達技術，用以將電能轉換為直線往復運動之機械能輸出者，概呈柱狀而同軸於該身部(20)柱軸般地位於該身部(20)另端內，而與該旋轉驅動部(30)相隔開來，並具有一與該第一軸孔(32)同軸對應之第二軸孔(41)。

該軸部(50)係呈直桿柱狀地同軸滑設於該第一軸孔(32)與該第二軸孔(41)中，具有一柱狀之直線傳動段(51)，係由習知線性馬達具有多數磁區之棒狀動子技術所構成者，而與該第二軸孔(41)對應滑接，俾得與該直線驅動部(40)之磁場相互作用，從而使該直線傳動段(51)得為軸向之往復直線位移，俾以帶動該軸部(50)之整體同步位移，一桿狀之旋轉傳動段(52)，係以一端與該直線傳動段(51)之一端同軸固接，並同軸穿伸於該第一軸孔(32)中，徑向斷面之形狀並呈與該第一軸孔(32)之方形互補之方形，且使周側桿面與該第一軸孔(32)之相向孔壁間相隔開來，俾於其間形成管狀之氣隙空間(S)，一桿狀之延伸段(53)係同軸穿伸於該旋轉鐵心(31)之管孔中，並以一端與該旋轉傳動段(52)之另端同軸相接，且以另端伸出該身部(20)之外。

該滑接部(60)為環狀之自潤軸承，係同軸於該第一軸孔(32)並受定位地設於該身部(20)之中，介於該直線驅動部(30)與該旋轉驅動部(40)間，並穿套滑接於該旋轉傳動段(52)上，且使該旋轉傳動段(52)方形之四角落部位與該滑接部(60)內側環面之相向部位滑接。

該冷卻模組(70)係為習知應用流體對流進行散熱之冷卻技術，具有一冷卻板(71)，係貼接於該直線驅動部(40)之一側，俾得將該直線驅動部(40)作功時所產生之熱能予以散逸，以維持其較佳之工作效率。

該位置偵測模組(80)係以偵測直線位移之位置為目的，而具 有一以光學尺為之的量測基準(81)，係以平行於該第二軸孔(41)孔軸方向地設於該身部(20)對應於該直線驅動部(40)一側之部位上，並以一端與該軸部(50)之直線傳動段(51)固接，一以光學尺讀頭為之的量測部(82)，係固設於該身部(20)上，用以感測該量測基準(81)，據以精確地偵測該直線傳動段(51)之位移位置。

藉由上述構件之組成，該旋轉及直線運動機構(10)係得以該直線驅動部(40)對該軸部(50)提供一軸向上往復直線位移施力，以及由該旋轉驅動部(30)對該軸部(50)提供徑向上旋轉位移之施力，據以獲得與習知技術相同之驅動能力，以供產業上之所需求者，更有進者，該旋轉及直線運動機構(10)在進行旋轉位移之際，乃係藉由形狀上為方形互補之該第一軸孔(32)與該旋轉傳動段(52)間之均勻咬合，令該軸部(50)所受之轉動施力較諸習知技術更為平均，從而得以避免應力過度集中所導致之缺失，同時其所為基本幾何形狀之構造，在加工上亦屬便利者。

再者，當該軸部(50)受該直線驅動部(40)驅動而為軸向位移之際，係可藉由該旋轉傳動段(52)與該第一軸孔(32)間所存在之氣隙空間(S)，降低其彼此間因滑動所衍生之磨耗，並藉由該滑接部(60)提供適當之支持，並容許該軸部(50)與其彼此間之摩擦力降至可能之最低，避免該軸部(50)受到磨耗而影響工作之精度；同時，並可藉由於該氣隙空間(S)內注入適當壓力之流體，以維持該軸部(50)軸移之穩定性，是等將外部高壓流體導入該氣隙空間(S)內之技術內容係可為於適當位置設置連接氣道(圖上未示)以達成連接該氣隙空間(S)與位於該身部(20)外部之壓力氣源者，其具體地，係可將該連接氣 道設於該軸部(50)中，並於該旋轉傳動段(52)之桿周側上形成開口，以與該氣隙空間(S)連通，或可將該連接氣道設置於該旋轉驅動部(30)上，而於該第一軸孔(32)之孔壁上形成開口，亦可與該氣隙空間(S)連通，以遂行將外部高壓流體導入該氣隙空間(S)內，維持該軸部(50)軸移時之穩定性者。

(30)‧‧‧旋轉驅動部

(31)‧‧‧旋轉鐵心

(32)‧‧‧第一軸孔

(40)‧‧‧直線驅動部

(41)‧‧‧第二軸孔

(51)‧‧‧直線傳動段

(52)‧‧‧旋轉傳動段

(53)‧‧‧延伸段

(60)‧‧‧滑接部

Claims (10)

1. 一種旋轉及直線運動機構，包含有：一身部；一旋轉驅動部，設於該身部中；具有一第一軸孔；一直線驅動部，設於該身部中，具有一與該第一軸孔同軸對應之第二軸孔；一軸部，同軸穿伸滑接於該第一軸孔與該第二軸孔中，至少一軸端係伸出該身部外；其特徵在於：該第一軸孔係呈圓形以外之幾何形狀；該軸部穿伸滑接於該第一軸孔之對應軸身部位之徑向斷面形狀係呈與該第一軸孔互補之幾何形狀；以及，更包含有：至少一環狀之滑接部，係同軸於該第一軸孔地穿套滑接於該軸部互補於該第一軸孔幾何形狀之軸身部位上，並定位固設於該身部中。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之旋轉及直線運動機構，其中，該第一軸孔與該軸部之幾何形狀軸身部位係呈彼此互補之四方形。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之旋轉及直線運動機構，其中，軸部多邊形軸身部位之周側端面係與該第一軸孔之孔壁間相隔開來，而於其間形成氣隙空間。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之旋轉及直線運動機構，其係更包含有一連接氣道，係連接該氣隙空間與該身部之外部。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之旋轉及直線運動機構，其中，該連接氣道係於該第一軸孔孔壁上形成開口。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之旋轉及直線運動機構，其中，該連接氣道係於該軸部之桿側形成開口。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之旋轉及直線運動機構，其中，該滑接部係為自潤軸承(self lubricating bearing)。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之旋轉及直線運動機構，其係更包含有一冷卻模組，係設於該身部中，並與該直線驅動部鄰接。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之旋轉及直線運動機構，其係更包含有一位置偵測模組，係設於該直線驅動部與該軸部間。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之旋轉直線運動機構，其中，該位置偵測模組係具有一量測基準，係固設於該軸部上，一量測部，係固設於該身部上，用以感測該量測基準之位置。