TW202105883A - 具備無線供電功能的線性傳動裝置 - Google Patents

Abstract

一種具備無線供電功能的線性傳動裝置，包含一傳動機構以及一無線供電模組。傳動機構包含一長軸部及一移動部，長軸部定義一長軸，移動部以可沿長軸位移的方式設置於長軸部。無線供電模組包含一磁供部及一感應線圈。磁供部設置於長軸部，磁供部用以提供一磁場，磁場的一磁場方向與長軸平行。感應線圈設置於移動部，感應線圈的一法向量與磁場方向平行。當移動部沿長軸位移，感應線圈感應磁場的變化而產生感應電流。

Description

具備無線供電功能的線性傳動裝置

本發明是有關於一種線性傳動裝置，且特別是有關於一種具備無線供電功能的線性傳動裝置。

線性傳動裝置例如線性滑軌、滾珠螺桿、滾珠花鍵等在自動化設備中扮演舉足輕重的角色。為了提升自動化設備的穩定性，目前線性傳動裝置已朝智慧型領域發展，透過在線性傳動裝置安裝感測器，可收集並監控線性傳動裝置的參數，並依據參數做出相應處理以避免故障發生。例如，可監控剛性參數以掌握元件的磨耗情形，在元件損壞前即進行更換，又例如，可監控振動參數以掌握元件的運轉速度，避免運轉速度過大造成元件間出現卡死的情形。

然而，當需要於線性傳動裝置的移動部安裝感測器時，倘若採取有線方式對感測器供電，對於配線複雜且密集的自動化設備(如射出成型機)，要在既有線路上再加入其他線路，在配線上存在極大難度，此外，移動部在移動過程會拉扯線材而導致線材疲勞、斷線或漏電等情況發生，而不利於對線性傳動裝置的監控。

中國專利申請公開號CN101326706A揭露一種無線傳動器，其透過非接觸供電部件對設置於可移動台的負載(如驅動部件及無線接收部)進行供電，非接觸供電部件包含設置於基座部的初級線圈及設置於可移動台的次級線圈，通過對初級線圈提供交流電，使初級線圈產生垂直於軌道長方向的磁場方向，且通過初級線圈磁場方向的變化，使次級線圈產生感應電流，藉此，可透過無線方式對設置於可移動台的負載進行供電，而能避免可移動台在移動過程拉扯線材的缺失。然而，礙於初級線圈及次級線圈的配置方式，初級線圈設置的區域需要涵蓋可移動台於軌道長方向的行走距離(例如，需沿著軌道長方向配置多個初級線圈，使多個初級線圈於軌道長方向的長度總和大於或等於移動台於軌道長方向的行走距離；或者，沿著軌道長方向配置單一、大尺寸的初級線圈，使初級線圈於軌道長方向的長度大於或等於移動台於軌道長方向的行走距離)，使可移動台相對基座部移動時，次級線圈可至少與一初級線圈相對，倘若要縮小初級線圈設置的區域，則需要配置二次電池與次級線圈連接，使次級線圈與初級線圈距離較遠時，可透過二次電池供電給次級線圈。因此，前述無線傳動器所需的材料較多，無形中提高了生產成本及製作難度。

中國專利申請公開號CN103659791A揭露一種無線供電裝置及具備該裝置的直驅型系統，中國專利公告號CN102931735B揭露一種用於沿軌道運行的移動裝置的非接觸供電系統及方法，然而，中國專利申請公開號CN103659791A及中國專利公告號CN102931735B中初級線圈及次級線圈的配置方式與中國專利申請公開號CN101326706A相似，因此也同樣具有較高的生產成本及製作難度。

因此，如何開發出新的線性傳動裝置，其可透過無線方式對設置於移動部的負載進行供電，有利於應用在配線複雜且密集的自動化設備(如射出成型機)、可避免以有線方式供電所產生之線材疲勞、斷線或漏電等缺失，並同時有利於降低生產成本及製作難度，遂成為相關業者努力的目標。

本發明之目的在於提供一種線性傳動裝置，以解決上述問題。

依據本發明之一實施方式是提供一種具備無線供電功能的線性傳動裝置，線性傳動裝置包含一傳動機構以及一無線供電模組。傳動機構包含一長軸部及一移動部，長軸部定義一長軸，移動部以可沿長軸位移的方式設置於長軸部。無線供電模組包含一磁供部及一感應線圈。磁供部設置於長軸部，磁供部用以提供一磁場，磁場的一磁場方向與長軸平行。感應線圈設置於移動部，感應線圈的法向量與磁場方向平行。當移動部沿長軸位移，感應線圈感應磁場的變化而產生感應電流。

本發明的線性傳動裝置，藉由設置無線供電模組，可利用無線的方式使設置於移動部的感應線圈產生感應電流，進而可對與感應線圈電性連接的負載(如參數感測模組)進行供電，有利於應用在配線複雜且密集的自動化設備(如射出成型機)，並可避免以有線方式供電所產生之線材疲勞、斷線或漏電等缺失。此外，本發明的線性傳動裝置，不論是否設置電能儲存元件，磁供部設置的區域無需涵蓋移動部於長軸部的行走距離，有利於降低生產成本及製作難度。

請參照第1圖，其是依據本發明一實施方式的線性傳動裝置100的立體示意圖，線性傳動裝置100具備無線供電功能。線性傳動裝置100包含一傳動機構110以及一無線供電模組140。傳動機構110包含一長軸部120及一移動部130，長軸部120定義一長軸D，移動部130以可沿長軸D位移的方式設置於長軸部120。在本實施方式中，長軸部120為一螺桿，移動部130為一螺帽，螺桿與螺帽之間可設置滾動件(圖未示)如滾珠或滾柱，亦即，傳動機構110可為一滾珠螺桿或滾柱螺桿，在其他實施方式中，傳動機構110可為但不限於線性滑軌或滾珠花鍵，例如，當傳動機構110為線性滑軌時，長軸部120可為滑軌、移動部130可為滑塊，當傳動機構110為滾珠花鍵時，長軸部120可為花鍵軸、移動部130可為花鍵螺帽。

無線供電模組140包含磁供部150及感應線圈160。磁供部150設置於長軸部120，磁供部150用以提供一磁場，磁場的磁場方向B與長軸D平行。詳細來說，磁供部150包含線圈151，線圈151配置為與感應線圈160平行，並可透過電線(圖未示)連接電源(圖未示)對線圈151供電，而使線圈151產生磁場。當對線圈151提供順時針的電流，如箭頭方向C所示，此時，磁供部150朝向移動部130的一側為N極，遠離移動部130的一側為S極，亦即磁供部150的磁場方向B為朝向移動部130且與長軸D平行。當對線圈151提供逆時針的電流(與箭頭方向C相反)，磁供部150朝向移動部130的一側為S極，遠離移動部130的一側為N極，亦即磁供部150的磁場方向B為遠離移動部130且與長軸D平行。在其他實施方式中，磁供部可為永久磁鐵，且永久磁鐵的磁場方向為朝向移動部或遠離移動部且與長軸平行。

感應線圈160設置於移動部130，感應線圈160的法向量A與磁場方向B平行。當移動部130沿長軸D位移，感應線圈160感應磁場的變化而產生感應電流。在本實施方式中，磁供部150的線圈151配置為與感應線圈160平行，藉此，有利於提高通過感應線圈160的磁通量，進而提高產生感應電流的效率。

前述磁場的變化可透過使感應線圈160與磁供部150產生相對運動，而改變通過感應線圈160的磁通量來實現，當磁供部150包含線圈151時，前述磁場的變化亦可透過對磁供部150的線圈151提供交流電，而改變磁供部150所提供的磁場方向B來實現。此外，可視實際需求調整感應線圈160的線徑、線圈直徑、線圈匝數，以增加所產生之感應電流之強度。

第1圖中，磁供部150設置於長軸部120的端部121，藉此，可避免對移動部130的原本行程造成影響。

第1圖中，移動部130包含端面131及凹槽133，凹槽133自端面131凹陷形成，感應線圈160設置於凹槽133，藉此，可維持移動部130原本的尺寸，避免對移動部130的原本行程造成影響。

第1圖中，無線供電模組140可選擇性地包含距離感測器152，設置於磁供部150朝向移動部130的一側，為呈現距離感測器152的位置，使用虛線繪示出距離感測器152。距離感測器152用以感測磁供部150與感應線圈160之間的距離L，當磁供部150與感應線圈160之間的距離L為預定距離時，對磁供部150的線圈151通電以提供磁場。藉此，可僅於特定距離範圍內對磁供部150供電，有利於節省電能及熱能。預定距離可為大於0 cm且小於或等於30 cm。可使用的距離感測器152包含但不限於光學感測器(如雷射雷達)或超音波感測器。

請參照第2圖，其為第1圖之無線供電模組140用於對一負載190進行供電的功能方塊示意圖。詳細來說，感應線圈160可與負載190電性連接，藉此，感應線圈160所產生的感應電流可直接對負載190供電。

請參照第3圖，其是依據本發明另一實施方式的無線供電模組240對一負載290進行供電的功能方塊示意圖。無線供電模組240包含一磁供部250、一感應線圈260、一整流單元270及一電能儲存元件280，整流單元270設置於感應線圈260與電能儲存元件280之間，用以將感應電流由交流電轉變成直流電。電能儲存元件280設置於移動部且透過整流單元270與感應線圈260電性連接，電能儲存元件280可採取可拆的方式設置於移動部，藉此，有利於電能儲存元件280的汰換，電能儲存元件280可為但不限於電容或充電電池，充電電池可為但不限於鈕釦式充電電池或可撓式鋰電池。電能儲存元件280與負載290電性連接，感應線圈260所產生的感應電流可儲存於電能儲存元件280，再由電能儲存元件280對負載290供電，藉此，有利於持續對負載290供電，例如，當僅於磁供部250與感應線圈260之間的距離為預定距離時，才對磁供部250通電，則在預定距離以外仍可透過電能儲存元件280對負載290持續供電。

關於無線供電模組240的其他細節，在不產生矛盾的情況下可與無線供電模組140相同，在此不另贅述。

請參照第4圖，其是依據本發明又一實施方式的線性傳動裝置300的立體示意圖，線性傳動裝置300包含一傳動機構310以及一無線供電模組340。傳動機構310包含一長軸部320及一移動部330，無線供電模組340包含二磁供部350及二感應線圈360。二個磁供部350分別設置於長軸部320的二端部321、322，各磁供部350包含一線圈351，移動部330包含二端面331、332及二凹槽，其中一凹槽(圖未示)自端面331凹陷形成，另一凹槽334自端面332凹陷形成，二感應線圈360分別設置於位於端面331的凹槽及位於端面332的凹槽334，線圈351配置為與感應線圈360平行，並可透過電線(圖未示)連接電源(圖未示)對線圈351供電，而使線圈351產生磁場。

第4圖中，二感應線圈360可與同一負載(圖未示)電性連接，藉此，二感應線圈360所產生的感應電流可對同一負載供電。或者，二感應線圈360可與分別與二負載(圖未示)電性連接，二感應線圈360所產生的感應電流分別對二負載供電。當二感應線圈360與同一負載電性連接時，二感應線圈360可採串聯或並聯，關於如何配置二磁供部350的磁場方向以因應二感應線圈360的連接方式(串聯或並聯)為本領域所熟知，在此不另贅述。

關於線性傳動裝置300的其他細節，在不產生矛盾的情況下可與線性傳動裝置100相同，在此不另贅述。

請參照第5圖，其是依據本發明又一實施方式的線性傳動裝置400的平面示意圖。線性傳動裝置400包含一傳動機構410以及一無線供電模組(未另標號)。傳動機構410包含一長軸部420及一移動部430，長軸部420包含端部421、422，移動部430包含端面432及凹槽(圖未示)，凹槽自端面432凹陷形成，無線供電模組包含磁供部450及感應線圈(圖未示)，感應線圈設置於位於端面432的凹槽。磁供部450設置於長軸部420的端部422，無線供電模組可更包含一支撐部470，支撐部470用以支撐磁供部450，磁供部450可透過點膠黏貼或螺鎖等方式固定於支撐部470，支撐部470設置於端部422且與機台(圖未示)連接，藉由使用不同厚度的支撐部470，可調整磁供部450與感應線圈之間的距離，進而可調整感應電流的大小。

配合參照第6圖，其是依據本發明又一實施方式的移動部530的立體示意圖。線性傳動裝置可包含一參數感測模組590，參數感測模組590與感應線圈560電性連接，即參數感測模組590為連接於感應線圈560的負載。參數感測模組590用以感測線性傳動裝置之一參數，例如，參數感測模組590可感測線性傳動裝置中長軸部的運轉速度，可避免運轉速度過大造成其他元件損壞而出現長軸部卡死的情形，參數感測模組590所感測的參數可以無線的方式傳輸至接收單元(圖未示)，例如電腦、智慧型手機等，藉此可即時監控線性傳動裝置。可使用的參數感測模組590包含但不限於用以感測振動、溫度或聲音訊號等參數的感測器。

第6圖中，無線供電模組可包含一電能儲存元件580，電能儲存元件580與感應線圈560電性連接，電能儲存元件580與感應線圈560之間可加裝整流單元(圖未示)，感應線圈560所產生的感應電流先儲存至電能儲存元件580，再由電能儲存元件580對參數感測模組590供電，換言之，參數感測模組590是透過電能儲存元件580與感應線圈560電性連接。

移動部530包含端面531及凹槽533，凹槽533自端面531凹陷形成，凹槽533包含第一容置槽533a及第二容置槽533b，感應線圈560設置於第一容置槽533a，電能儲存元件580及參數感測模組590設置於第二容置槽533b，藉此，有利於維持移動部530的原本尺寸。

配合參照第7圖，其是依據本發明又一實施方式的移動部630的立體示意圖。相較於第6圖，移動部630包含端面631及突起部635，突起部635突出於端面631，突起部635包含二表面，分別為頂面635a及外壁面635b，外壁面635b連接頂面635a與端面631，感應線圈660設置於頂面635a，電能儲存元件680及參數感測模組690設置於外壁面635b，藉此，有利於維持移動部630的徑向尺寸。在其他實施方式中，感應線圈660也可設置於外壁面635b，電能儲存元件680及參數感測模組690設置於感應線圈660上。關於電能儲存元件680及參數感測模組690可參照上述電能儲存元件280、電能儲存元件580及參數感測模組590的相關說明，在此不予贅述。

配合參照第8圖及第9圖，第8圖是依據本發明又一實施方式的機台700的平面示意圖，第9圖是第8圖中機台700的另一平面示意圖，第8圖及第9圖中，機台700為射出成型機，第8圖中，機台700處於合模階段，第9圖中，機台700處於開模頂出階段。線性傳動裝置100設置於機台700，機台700具有固定工作行程。在此，機台700為射出成型機僅為例式，本發明不以此為限，舉凡具有固定工作行程的機台700皆適於設置線性傳動裝置100，例如，機台700亦可為壓鑄機或彎管機。

併同參照第1圖，線性傳動裝置100以端部122與機台700的驅動馬達730連接，並以移動部130與機台700的第一連桿710連接，驅動馬達730帶動長軸部120旋轉，再帶動移動部130沿著長軸D位移，進而帶動第一連桿710及第二連桿720作動，而使模具740重複合模及開模。藉由將無線供電模組140設置於傳動機構110，可利用機台700既有的固定行程，使磁供部150與感性線圈160產生相對運動而使感應線圈160產生感應電流，不需額外設置動力源來使磁供部150與感性線圈160產生相對運動，有利於在節省能源與簡化元件的前提下，提供無線供電功能。此外，對於配線複雜且密集的機台700，欲使用有線的方式對設置於移動部130的負載進行供電，在配線上存在極大難度，本發明可透過無線的方式使設置於移動部130的感應線圈160產生感應電流，可以一併解決採用有線方式配線困難的問題。

本發明中，二元件間平行或垂直，是指欲將一元件配置為與另一元件平行或垂直，然而，在實務上，由於製作公差或其他因素，該元件與該另一元件可能未完全平行或垂直，因此，在本發明中，二元件間平行或垂直涵蓋實質上平行或實質上垂直的情形，例如，二元件間正、負10度內的偏差都屬於本發明保護的範疇。

本發明中，所述電性連接是指元件間可以直接、間接、有線或無線方式傳遞電性能量。

相較於先前技術，本發明的線性傳動裝置，藉由設置無線供電模組，可利用無線的方式使設置於移動部的感應線圈產生感應電流，進而可對與感應線圈電性連接的負載(如參數感測模組)進行供電，有利於應用在配線複雜且密集的自動化設備(如射出成型機)，並可避免以有線方式供電所產生之線材疲勞、斷線或漏電等缺失，有利於線性傳動裝置的智慧型發展。此外，本發明的線性傳動裝置，不論是否設置電能儲存元件，磁供部設置的區域無需涵蓋移動部於長軸部的行走距離，有利於降低生產成本及製作難度。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、300、400:線性傳動裝置 110、310、410:傳動機構 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:凹槽 140、240、340:無線供電模組 150、250、350、450:磁供部 151、351:線圈 152:距離感測器 160、260、360、560、660:感應線圈 190、290:負載 270:整流單元 280、580、680:電能儲存元件 470:支撐部 533a:第一容置槽 533b:第二容置槽 590、690:參數感測模組 635:突起部 635a:頂面 635b:外壁面 700:機台 710:第一連桿 720:第二連桿 730:驅動馬達 740:模具 A:法向量 B:磁場方向 C:箭頭方向 D:長軸 L:距離

第1圖是依據本發明一實施方式的線性傳動裝置的立體示意圖。 第2圖是第1圖之無線供電模組用於對一負載進行供電的功能方塊示意圖。 第3圖是依據本發明另一實施方式的無線供電模組對一負載進行供電的功能方塊示意圖。 第4圖是依據本發明又一實施方式的線性傳動裝置的立體示意圖。 第5圖是依據本發明又一實施方式的線性傳動裝置的平面示意圖。 第6圖是依據本發明又一實施方式的移動部的立體示意圖。 第7圖是依據本發明又一實施方式的移動部的立體示意圖。 第8圖是依據本發明又一實施方式的機台的平面示意圖。 第9圖是第8圖中機台的另一平面示意圖。

100:線性傳動裝置

110:傳動機構

120:長軸部

121、122:端部

130:移動部

131:端面

133:凹槽

140:無線供電模組

150:磁供部

151:線圈

152:距離感測器

160:感應線圈

A:法向量

B:磁場方向

C:箭頭方向

D:長軸

L:距離

Claims (10)

1. 一種具備無線供電功能的線性傳動裝置，包含： 一傳動機構，包含： 一長軸部，定義一長軸；及 一移動部，以可沿該長軸位移的方式設置於該長軸部；以及 一無線供電模組，包含： 一磁供部，設置於該長軸部，該磁供部用以提供一磁場，該磁場的一磁場方向與該長軸平行；及 一感應線圈，設置於該移動部，該感應線圈的一法向量與該磁場方向平行； 其中當該移動部沿該長軸位移，該感應線圈感應該磁場的變化而產生一感應電流。
2. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該磁供部設置於該長軸部的一端部。
3. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該移動部為一螺帽，該長軸部為一螺桿。
4. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該線性傳動裝置設置於一機台，該機台具有固定工作行程。
5. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該移動部包含一端面及一凹槽，該凹槽自該端面凹陷形成，該感應線圈設置於該凹槽。
6. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該移動部包含一端面及一突起部，該突起部突出於該端面，該感應線圈設置於該突起部的一表面。
7. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該無線供電模組更包含： 一電能儲存元件，設置於該移動部且與該感應線圈電性連接。
8. 如請求項7所述的線性傳動裝置，其中該電能儲存元件以可拆的方式設置於該移動部。
9. 如請求項1所述的線性傳動裝置，其中該磁供部包含一線圈，該無線供電模組更包含一距離感測器，該距離感測器用以感測該磁供部與該感應線圈之間的一距離，當該磁供部與該感應線圈之間的該距離為一預定距離時，對該磁供部的該線圈通電以提供該磁場，該預定距離為大於0 cm且小於或等於30 cm。
10. 如請求項1所述的線性傳動裝置，更包含一參數感測模組，該參數感測模組與該感應線圈電性連接，該參數感測模組用以感測該線性傳動裝置之一參數。

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