TW202006870A - 具有減振傳遞的驅動系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有減少振動傳遞的驅動系統。該驅動系統具有驅動電機主體，該驅動電機主體可操作以產生驅動物體沿往復方向移動的驅動力。樞軸支撐件位於驅動電機主體和機座之間，用於將驅動電機主體支撐在機座上。樞軸支撐件使得驅動電機主體的至少一部分在與驅動電機主體產生的驅動力的方向相反的方向上相對於機座旋轉以驅動物體，從而減少對機座的振動傳遞。

Description

具有減振傳遞的驅動系統
本發明涉及一種用於操作諸如引線鍵合器的機器上的部件的驅動系統，具體涉及一種減少由驅動系統產生並被傳遞到機器的其他部件的振動的驅動系統。
當在帶有電機的機器上驅動部件時，通常會從這種驅動運動產生反作用力並將其傳遞到機器的底座。反作用力將在運動方向上引起振動，這可能影響被驅動的部件的運動精度。
為了說明這一點，圖1是傳統線性電機元件100的等距視圖，例如可以在引線鍵合器中找到的線性電機元件。傳統的線性電機元件100的驅動電機主體102直接安裝在機座104上。當電機驅動線圈106與電機驅動磁鐵108電磁相互作用以用電機驅動力Fa驅動鍵合頭支撐件110時，與電機驅動力Fa相反的電機主體反作用力Fb將作為機座反作用力Fc直接傳遞到機座。通常，Fc=Fb=Fa。
機座反作用力Fc將使機器沿電機驅動力Fa的運動方向振動(參見圖1)。因此，運動的精度，尤其是高速驅動運動的準確性可能受到不利影響。
在名稱為“用於半導體製造設備的XY工作臺(XY Table for a Semiconductor Manufacturing Apparatus)”的美國專利 6,727,666中描述了一種減小反作用力的方法，其中電機的電機底座適於在與被驅動體相反的線性方向上移動，從而抵消產生的反作用力。
在名稱為“雙軸浮動定子線性平臺”的中國專利CN102522356B中描述了另一種類似的方法，其中XY運動平臺的XY電機底座可沿與驅動器相反的線性方向移動，因此反作用力不會被傳遞到XY運動平臺。還增加了彈簧阻尼系統以約束運動體的運動。
如上所述的這些方法通常通過使用輥使驅動電機主體102能夠在與電機驅動力Fa相反的線性方向上移動，以最小化振動影響。這有助於抵消或最小化傳遞到機座104的反作用力Fb。然而，在實際操作中，必須增加彈簧阻尼系統以防止驅動電機主體102移出在電機驅動線圈106和電機驅動磁鐵108之間的有效電磁相互作用區域。這種彈簧阻尼系統仍將引起大部分電機主體反作用力Fb，該反作用力Fb通過來自彈簧阻尼系統的彈簧力而平行於電機驅動力Fa的施加方向傳遞到機座104。因此，傳統線性電機元件100的運動精度仍將受到不利影響。
因此，本發明的目的是尋求減少來自機器主體中的部件驅動運動的振動傳遞，同時避免上述現有技術的缺點。
因此，本發明提供一種用於減少從驅動電機到機座的振動傳遞的驅動系統，該驅動系統包括：驅動電機主體，其能操作以產生驅動物體沿往復方向移動的驅動力；支撐驅動電機主體的樞軸支撐件，樞軸支撐件位於驅動電機主體和機座之間；其中，樞軸支撐件能操作以使驅動電機主體的至少一部分沿與驅動 電機主體產生的驅動力的方向相反的方向相對於機座旋轉以驅動物體。
在下文中通過參考圖示了本發明的特定較佳實施例的附圖將便於更詳細地描述本發明。附圖和相關描述的特殊性不應被理解為取代由申請專利範圍限定的本發明的廣泛認同的一般性。
10‧‧‧電機驅動系統
100‧‧‧線性電機元件
102‧‧‧驅動電機主體
104‧‧‧機座
106‧‧‧電機驅動線圈
108‧‧‧電機驅動磁鐵
110‧‧‧鍵合頭支撐件
12‧‧‧驅動電機主體
14‧‧‧機座
16‧‧‧電機驅動線圈
18‧‧‧電機驅動磁
20‧‧‧鍵合頭支撐
22‧‧‧十字形片簧元件
30‧‧‧電機驅動系統
32‧‧‧V形片簧組件
34‧‧‧電機驅動系統
36‧‧‧片簧
40‧‧‧旋轉樞軸點
50‧‧‧S形片簧
52‧‧‧片簧板
54‧‧‧片簧結構
56‧‧‧彎曲結構
現在將參照附圖描述根據本發明的提供減少振動傳遞的示例性驅動系統。
圖1是傳統的線性電機元件的等距視圖。
圖2A及圖2B分別是根據本發明第一較佳實施例的電機驅動系統的等距視圖和側視圖。
圖3A及圖3B分別是根據本發明第二較佳實施例的電機驅動系統的等距視圖和側視圖。
圖4A及圖4B分別是根據本發明第三較佳實施例的電機驅動系統的等距視圖和側視圖。
圖5是根據本發明的第一較佳實施例的電機驅動系統的前側的等距視圖。
圖6A及圖6B是根據本發明較佳實施例的電機驅動系統在施加驅動力時的力分析的示意圖。
圖7是產生徑向力F br 以抵抗驅動力的示意圖。
圖8A及圖8B是在驅動力的橫向方向上傳遞到機座的力的示意圖。
圖9A至圖12B是彈性結構的不同示例，其可以在本發明中 用於安裝驅動電機主體以實現驅動電機主體的旋轉運動。
圖2A及圖2B分別係根據本發明第一較佳實施例的電機驅動系統10的等距視圖及側視圖，例如可以在引線鍵合器中找到的電機驅動系統。電機驅動線圈16和電機驅動磁鐵18之間的電磁相互作用驅動電機驅動系統10的驅動電機主體12移動。驅動電機主體12繼而可操作以產生驅動力以驅動和控制物體的位置，例如附接到驅動電機主體12的鍵合頭支撐件20。通常驅動物體沿往復方向移動。
驅動電機主體12並非直接安裝在電機驅動系統10的機座14上，而是使用包括彈性結構的樞軸支撐件連接驅動電機主體12和機座14，該彈性結構可以是十字形片簧元件22的形式。位於驅動電機主體12和機座14之間的彈性結構的功能主要是使驅動電機主體12至少一部分相對機座14旋轉。電機驅動系統10的這種構造能夠減少從電機主體12到機座14的振動傳遞。
彈性結構可操作以使驅動電機主體12的至少一部分(在本實施例中是電機驅動線圈16或電機驅動磁體18)相對於機座14沿與驅動電機主體12產生的驅動力方向相反的方向旋轉以驅動鍵合頭支撐件20。因此，十字形片簧元件22被佈置和構造成包括旋轉樞軸點，使得驅動電機主體12的至少一部分可相對於機座14繞旋轉樞軸點旋轉。在該實施例中，十字形片簧元件22包括一對片簧，並且旋轉樞軸點可以是位於相應片簧彼此相交的位置處的實際樞軸點。
應當理解，這種彈性結構旋轉樞軸點可以具有不同 的設計，用於將驅動電機主體12連接到機座14。圖3A和圖3B分別係根據本發明第二較佳實施例的電機驅動系統30的等距視圖和側視圖。在該實施例中，彈性結構是大致V形的片簧組件32的形式，其包括一對片簧，V形的底座位於機座14處。因此，V形片簧組件32形成虛擬旋轉樞軸點，用於驅動電機主體12的旋轉。
圖4A及圖4B分別係根據本發明第三較佳實施例的電機驅動系統34的等距視圖及側視圖。在該實施例中，彈性結構是一對垂直佈置的片簧36的形式，該片簧36將驅動電機主體12的相對兩端連接到機座14上的相應位置。該對垂直佈置的片簧36將產生無限樞軸，該無線樞軸允許驅動電機主體12的至少一部分相對於機座14旋轉。
圖5係根據本發明的第一較佳實施例的電機驅動系統10的前側的等距視圖。
如圖5所示，在施加電機驅動力時，驅動電機主體12的至少一部分將沿XZ平面旋轉。電機驅動線圈16及電機驅動磁鐵18應在平行於XZ平面的方向上在兩者之間佈置有足夠的空間，以便即使在驅動電機主體12的任一部件旋轉運動期間也能使電機驅動線圈16和電機驅動磁鐵18之間的間隙保持基本恒定。根據電機驅動系統10被設計成帶有構造成相對於機座14旋轉的移動電機驅動線圈16或移動驅動磁鐵18，鍵合頭支撐件20可以連接任何一個可動驅動部件，以便被驅動移動。
圖6A及圖6B係根據本發明較佳實施例的電機驅動系統10在施加驅動力時的力分析的示意圖。在圖6A中，當驅動力(未示出)施加在驅動電機主體12上時，產生電機主體反作用力F b 。由於驅動電機主體12的旋轉，電機主體反作用力F b 導致沿著朝向旋轉樞軸點40的徑向上產生拉力F d ，以保持驅動電機主體12的旋轉運動。這個拉力F d 由彈性結構產生，例如十字形片簧元件22，當驅動電機主體12偏離中心並進一步遠離旋轉樞軸點40移動時，該拉力繼續指向旋轉樞軸點40(如圖6B所示)。由於彈性結構位於驅動電機主體12和機座14之間，因此拉力F d 主要在機座14的方向上。
通常，F b =F a =F max sin ωt，其中，F max 是最大驅動力，ω是驅動指令的頻率，並且t是施加驅動力的持續時間。
圖7係產生徑向力F br 以抵抗驅動力的示意圖。在旋轉期間，反作用力F b 被分解為切向力F bt (其增加旋轉速度)和徑向力F br (其與拉力F d 的方向相反)。
F d -F br =mv 2/r F bt =ma
Figure 108121611-A0202-12-0006-23
Figure 108121611-A0202-12-0006-24
F br =F b sin θ F bt =F b cos θ F d =mv 2/r+F b sin θ=
Figure 108121611-A0202-12-0006-25
 ，(其中，m是驅動電機主體的質量，v是驅動電機主體旋轉時的線性速度，a是驅動電機主體旋轉時的線性加速度)。
因此，拉力F d 由驅動力、指令頻率ω和驅動電機主體12的位置確定。
圖8A和圖8B係在驅動力的橫向方向上傳遞到機座14的力的示意圖。
由於驅動電機主體12和機座14通過彈性結構連接，例如十字形片簧元件22，因此只有徑向力F d (由十字形片簧元件22產生)將被傳遞到機座14。施加在機座上的力F e 等於F d ，但它們方向相反。施加在機座上的力F e 可以分解成沿運動方向的F ex 和垂直於運動方向的F ez (如圖8B所示)。
然後可以按照下面的公式表示在運動方向上傳遞到機座14的力：
Figure 108121611-A0202-12-0007-27
通過確保F ex 的最大值低於F max ，如下所示，傳遞的 振動會減少：
Figure 108121611-A0202-12-0007-28
。
簡化上述公式後，可獲得所需條件：
Figure 108121611-A0202-12-0007-30
>F max 。
基於上述要求的條件，電機主體的質量m和轉動半徑r應盡可能大，並且轉動範圍θ應盡可能小。根據從所需條件獲得的公式，還可以發現，為了配置盡可能小的徑向力F br ，相比於較低頻率指令(即具有較小的ω)，對於較高頻率指令(即具有較大頻率ω)而言，減振更有效。
圖9至圖12係可用於本發明的彈性結構的不同例子，用於安裝驅動電機主體12以實現驅動電機主體12的旋轉運動。如圖9A及圖9B所示，彈性結構呈S形片簧50的形式，以支撐驅動電機主體12並使其相對於機座14可旋轉。
在圖10A及圖10B中，驅動電機主體12由單個片簧板52支撐，片簧板52設置成懸掛驅動電機主體12並使其相對於機座14可旋轉。
在圖11A及圖11B中，彈性結構是多片簧結構54的形式。在片簧結構54中使用至少兩個片簧以支撐安裝有驅動電機主體12的平臺，並使驅動電機主體12可相對於機座14旋轉。
在圖12A及圖12B中，S形的彎曲結構56在驅動電機主體12的任一側上水準佈置，用於支撐驅動電機主體12並使驅動電機主體12可相對於機座14旋轉。該實施例中的每個片簧具有“S”形橫截面。
應當理解，根據本文描述的不同實施例的電機驅動系統可操作以通過將由驅動物體的驅動力導致的反作用力轉化為拉力，來將該反作用力修改為大部分垂直於被驅動物體的運動方向。因此，減少了在運動方向上對機座14的任何振動傳遞，並相應地顯著降低了由機器整體產生的任何振動和雜訊。
而且，由於傳遞到機座14的力大部分垂直於運動方向而不是在運動方向上，所以上述方法可確保大幅減小對被驅動物體的運動精度的任何不利影響。
除了具體描述的那些之外，本文描述的發明易於進行變化、修改和/或添加，並且應理解，本發明包括落入以上描述的精神和範圍內的所有這些變化、修改和/或添加。
10‧‧‧電機驅動系統
12‧‧‧驅動電機主體
14‧‧‧機座
16‧‧‧電機驅動線圈
18‧‧‧電機驅動磁
20‧‧‧鍵合頭支撐
22‧‧‧十字形片簧元件

Claims (16)

  1. 一種用於減少從驅動電機到機座的振動傳遞的驅動系統，該驅動系統包括：驅動電機主體，其能操作以於產生驅動物體沿往復方向移動的驅動力；支撐所述驅動電機主體的樞軸支撐件，所述樞軸支撐件位於所述驅動電機主體和機座之間；其中，所述樞軸支撐件能操作以使所述驅動電機主體的至少一部分相對於所述機座沿與所述驅動電機主體產生的驅動力的方向相反的方向旋轉以驅動物體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動系統，其中，所述樞軸支撐件包括彈性結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構包括一個或多個片簧。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構包括一對片簧，該對片簧在旋轉樞軸點處彼此相交，所述旋轉樞軸點允許所述驅動電機主體的所述至少一部分圍繞所述旋轉樞軸點相對於所述機座旋轉。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構的旋轉樞軸點是虛擬旋轉樞軸點，其允許所述驅動電機主體的所述至少一部分圍繞虛擬樞軸點相對於所述機座旋轉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之驅動系統，其中，所述一個或多個片簧形成“V”形，其中“V”形的底座位於機座上。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構的旋轉樞軸點是無限樞軸點，其允許所述驅動電機主體的所述至少一部分圍繞所述無限樞軸點相對於所述機座旋轉。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構包括一對垂直佈置的片簧，所述片簧將所述驅動電機主體的所述至少一部分上的各個點連接到所述機座上的相應位置。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構包括單個片簧，所述驅動電機主體的至少一部分佈置在所述單個片簧上以懸垂。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之驅動系統，其中，所述彈性結構包括一個或多個具有“S”形橫截面的片簧。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之驅動系統，其中，所述驅動電機主體包括電機驅動線圈和電機驅動磁鐵，所述電機驅動線圈和電機驅動磁鐵之間佈置有足夠的空間，以在所述驅動電機主體的所述至少一部分的旋轉運動期間保持電機驅動線圈和電機驅動磁鐵之間的間隙。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之驅動系統，其中，所述物體連接到電機驅動線圈或電機驅動磁鐵上，以驅動所述物體移動。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之驅動系統，其中，所述驅動力使得在朝向旋轉樞軸點的方向上產生拉力，以保持所述驅動電機主體的所述至少一部分的旋轉運動。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之驅動系統，其中，所述拉力主要指向所述機座的方向。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之驅動系統，其中，將在與所述拉力相反的方向上的徑向力施加在所述機座上，在考慮所述驅動電機主體的品質、驅動電機主體的旋轉半徑和驅動電機主體的旋轉範圍的情況下，配置盡可能小的所述徑向力。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之驅動系統，其中，所述物體 是引線鍵合器的鍵合頭。
TW108121611A 2018-07-18 2019-06-21 具有減振傳遞的驅動系統 TWI700770B (zh)

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