TW202308268A - 線性馬達機器之管中管結構 - Google Patents

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亞雷 孫
旋揚 李
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Abstract

揭露了一種線性馬達機器之管中管結構(100)。管中管結構包括(a)外計量框架(20)，用以響應以保持負載(50)，以允許負載(50)在外計量框架(20)上移動；(b)內力框架(10)，被封閉在外計量框架(20)的中空容量(22)內，且響應以將由負載(50)施加的任何反作用力傳遞到內力框架(10)的底部，其中內力框架(10)的底端安裝在外計量框架(20)的底端，且此安裝位在地面。內力框架(10)將由線性馬達機器產生的動態運動所施加的任何反作用力直接傳遞到內力框架(10)的底部，從而使由於線性馬達運動引起的振動最小化或穩定。

Description

線性馬達機器之管中管結構
本發明關於一種框架結構，特別是關於一種使用在線性馬達機器之管中管結構設計。
機器工具、半導體以及醫療產業等等都在很大程度上使用線性運動機器。這些線性機器的性能依賴於高速且非常精確的定位，且因此，線性運動機器的振動必須在機器的應用過程中得到解決。
大致上來說，線性馬達移動機構具有(i)計量元件，例如線性軸承、編碼器標度(encoder scale)等等，以及(ii)力元件，例如安裝在共用底座上的馬達核心。牛頓第三定律指出自然界中的每一個作用(力)都有一個相等且相反的反作用。
當馬達向前移動時，馬達對共用底座結構造成相等的反作用力。由於此反作用力，共用底座結構將產生振動。底座結構將在與馬達行進方向相反的方向偏斜(deflect)。馬達必須來回行進幾次才能在一定位。這代表運動需要更多時間才能穩定在一定位。第2(a)圖指示被用來作為線性馬達機器之共用底座結構的習知結構。
美國專利第5,105,109A號揭露一種支撐結構，用於線性馬達機器驅動型升降器，包括定子以及移動元件，定子用作線性馬達機器二次側，移動元件用作定子的一次側，支撐結構的特徵在於定子的一端通過第一支撐裝置固定到構建側(building side)，第一支撐裝置構造以允許定子振動，且定子的另一端通過二次支撐裝置固定到構建側，且吸收定子的振動，二次支撐裝置對定子提供預定張力。
美國專利第6,098,969A號揭露一種半主動可變剛度控制(semi-active variable stiffness control, SAIVS)裝置，可在最大以及最小剛度之間連續地且平滑地改變其剛度。此裝置包括四個彈簧以及伸縮管元件，以菱形配置排列，在頂點(vertices)具有樞軸關節。半主動可變剛度控制裝設為結構元件之間的連接，且藉由響應電腦中的控制演算法改變半主動可變剛度控制的配置，以平滑地使連接剛度變化。
參考以下附圖、說明以及申請專利範圍，本發明的這些以及其他特徵、特點以及優點將變得更好理解。
本發明的主要目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，包括 (a)外計量框架(20)，具有一對與水平樑(24)相連的細長計量管(20’)，其中每一細長計量管(20’)具有頂端以及底端，外計量框架(20)具有中空容量(22)，用以響應以保持負載(50)，以允許負載(50)在外計量框架(20)上移動； (b)內力框架(10)，具有複數個內力管(10’)，其中每一內力管(10’)具有頂端以及底端，且內力管(10’)在內力管(10’)的頂端與內水平樑(24’)相連，內力框架(10)被封閉在外計量框架(20)的中空容量(22)內，且響應以將由負載(50)施加的任何反作用力傳遞到內力框架(10)的底部； 其中內力管(10’)的底端安裝在外計量管(20’)的底端，且內力框架(10)的底部相等於外計量框架(20)的底部，外計量框架(20)的底部與內力框架(10)的底部的連接的位置相等的位在地面。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，更包括複數個阻尼裝置(30)，設置在內力管(10’)以及外計量管(20’)之間，阻尼裝置(30)在內力管(10’)以及外計量管(20’)之間間隔開來。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中阻尼裝置(30)以抵消或減少由線性馬達機器在運動中產生的振動的方式，位於外計量管(20’)的中空容量(22)內。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中振動為線性馬達機器運作的過程中產生的動態運動，且由線性馬達機器產生的任何反作用力藉由內力框架管(10’)直接地傳遞到內力框架(10)的底部。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中外計量管(20’)以及內力管(10’)為中空且細長的，由金屬所製成。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中因為任何直接從力框架(10)流出的反作用力是只有一小部分流向外部計量框架(20)，線性馬達運動穩定時間顯著減少。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中反作用力藉由內力框架直接地傳遞到管中管結構的底部。
本發明的另一目的在於提供一種線性馬達機器之管中管結構(100)，其中阻尼裝置被用來吸收來自振動的能量，以迅速穩定運動。
以下的實施方式是實施本發明示例性實施例的最佳當前預期模式。由於本發明的範圍最佳由所附申請專利範圍所界定，因此實施方式不應以限制方式採用，而僅是為了說明本發明的一般原理。
參照第1圖，廣泛地顯示根據本發明的線性運動機器之管中管結構的立體圖。管中管結構(100)是金屬結構，管中管結構(100)用於製造程序中的線性馬達機器。金屬結構或管中管結構(100)包括(i)外結構構件，表示為外計量框架(20)；(ii)內結構構件，表示為內力框架(10)；(iii)複數個阻尼裝置(30)；以及(iv)底板(40)，作為用於外計量框架(20)以及內力框架(10)的一端的底座。外計量框架(20)具有一對與外水平樑(24)相連的細長計量管(20’)，其中每一細長計量管(20.)具有頂端以及底端，且外計量框架(20)的內部是中空腔(22)，且外計量框架(20)的外水平樑(24)用於響應以保持負載(50)，且允許負載(50)在外水平樑(24)上移動。
如本發明的較佳實施例的圖式中所顯示，內力框架(10)具有一對內力管(10’)，其中每一內力管(10’)具有一個頂端以及一個底端，且內力管(10’)的頂端與內水平樑(24’)相連，且內力管(10’)被封閉在外計量管(20’)的中空容量(22)內，且響應以將負載(50)施加的任何反作用力傳遞到內力管(10’)的底部。
根據本發明的較佳實施例，複數個阻尼裝置(30)設置在中空腔(22)內的內力管(10’)以及外計量管(20’)之間，且阻尼裝置(30)在內力管(10’)以及外計量管(20’)之間實質上相等地間隔開來。底板(40)是用於安裝內力管(10’)的底端以及外計量管(20’)的底端的扁平底座。內力框架(10)把由線性馬達機器產生的動態運動所施加的任何反作用力直接傳遞到內力框架(10)的底部。
大致上，線性馬達移動機構有一計量元件(例如線性軸承、編碼器標度)、以及一安裝在共用底座上的力元件(磁軌)。基於牛頓第三運動定律，對於自然界中的每一個作用(力)，都有一個相等且相反的反作用。如第2圖中所顯示，第2圖描繪用於線性運動機器的習知管結構的剖面圖，當馬達(50)向前移動時，馬達(50)所施加的力對共用底座結構造成相等的反作用力F。由於反作用力，共用底座結構將會振動。馬達需要來回行進幾次才能到定位。因此，振動需要更多時間來穩定。
大致上，如第1圖中所顯示，顯示了根據本發明的線性馬達機器之管中管結構(100)，藉由利用不同尺寸的金屬中空樑或金屬管等等，而將會有兩個底座/框架。較小尺寸的管元件(即內力框架(10))，將被封閉在較大尺寸的管元件(即外計量框架(20))中。對於此結構，唯一的共同接觸點在底板(40)上，而管元件(10’、20’)的底端皆被熔接或安裝在一起。線性馬達移動機構的計量元件將安裝在外計量框架(20)上，而力元件安裝在內力框架(10)上。
參照第3圖，顯示了根據本發明的線性運動機器之管中管結構(100)的剖面圖。在此情況下，牛頓第三運動定律是適用的。在本發明的較佳實施例中，反作用力藉由內力框架(10)直接地傳遞到管中管結構(100)的底板(40)。在內力框架(10)上可能會發生振動，但振動可從外計量框架(20)顯著地減輕。因此，因為沒有直接在外計量框架(20)上產生的反作用力，線性馬達機器的線性馬達運動穩定時間可顯著地減少。
由於本發明的結構(100)與任何先前技術中的習知結構或相似結構相比是小型化(compact)的，因此較佳實施例的管中管結構(100)是新穎且獨特的，其中在先前技術中需要另一個結構或第二結構，另一個結構或第二結構佔用更多空間，且具有更複雜的機械設計以及對位。在較佳實施例中，內力框架(10)隱藏在外計量框架(20)內，且機械設計簡潔，且所需的對位也更簡單​​。
在本發明中，複數個阻尼裝置(30)的使用是為了改善管中管結構(100)的阻尼，而增強振動穩定。阻尼裝置(30)可為任何類型的阻尼裝置，例如機械阻尼器、吸震器、以及可填充在外計量框架(20)以及內力框架(10)之間的任何其他材料或液體。複數個阻尼裝置(30)以消除或減少由運動中的線性馬達機器產生的振動的方式，位於外計量框架(20)的中空容量(22)內，或換句話說，阻尼裝置(30)被使用以從振動吸收能量來達到結構(100)的快速運動穩定。
在線性馬達機器運作的過程中，線性馬達機器產生的任何反作用力藉由內力框架(10)直接地傳遞到內力框架(10)的底部。外計量框架(20)以及內力框架(10)為金屬製成的細長中空結構。
由於在不脫離本文所涉及的本發明的範圍的情況下，可對前述揭露進行某些改變，因此意在將以上描述中包括的以及附圖中描繪的所有內容解釋為說明性的而不是限制性的。
10:內力框架 10’:內力管 20:外計量框架 20’:外計量管/細長計量管 22:中空容量 24:外水平樑 24’:內水平樑 30:阻尼裝置 40:底板 50:負載(馬達) 100:管中管結構 F:反作用力
通過結合附圖考慮以下詳細描述，對本發明的本質以及目的的更充分理解將變得明顯，其中： 第1圖是根據本發明的線性運動機器之管中管結構的立體圖； 第2圖是習知的線性運動機器之管結構的剖面圖；以及 第3圖是根據本發明的線性運動機器之管中管結構的剖面圖。
無
10:內力框架
10’:內力管
20:外計量框架
20’:外計量管/細長計量管
22:中空容量
24:外水平樑
24’:內水平樑
30:阻尼裝置
40:底板
100:管中管結構

Claims (11)

  1. 一種線性馬達機器之管中管結構(100)，包括： (a)一外計量框架(20)，具有一對細長計量管(20’)，該對細長計量管(20’)與一水平樑(24)相連，其中每一該細長計量管(20’)具有一頂端以及一底端，該外計量框架(20)具有一中空容量(22)，用以響應以保持一負載(50)，以允許該負載(50)在該外計量框架(20)上移動；以及 (b)一內力框架(10)，具有複數個內力管(10’)，其中每一該內力管(10’)具有一頂端以及一底端，且該內力管(10’)在該內力管(10’)的該頂端與一內水平樑(24’)相連，該內力框架(10)被封閉在該外計量框架(20)的該中空容量(22)內，且響應以將由該負載(24)施加的任何反作用力傳遞到該內力框架(10)的底部；其中該內力管(10’)的該底端安裝在該外計量管(20’)的該底端，且該內力框架(10)的底部以及外計量框架(20)的底部的安裝位在地面。
  2. 如請求項1之線性馬達機器之管中管結構(100)，更包括複數個阻尼裝置(30)，設置在該內力管(10’)以及該外計量管(20’)之間，該等阻尼裝置(30)在該內力管(10’)以及該外計量管(20’)之間間隔開來。
  3. 如請求項1之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該內力管(10’)為一較小尺寸管元件，該外計量管(20’)為一較大尺寸管元件，該內力管(10’)被封閉在該外計量管(20’)中。
  4. 如請求項2之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該內力管(10’)隱藏在該外計量管(20’)中。
  5. 如請求項4之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該底板(40)的共同接觸點藉由熔接或安裝該內力管(10’)以及該外計量管(20’)的該等底端而形成。
  6. 如請求項2之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該等阻尼裝置(30)以耗散由該線性馬達機器在運動中產生的振動能量的方式，位於該外計量框架(20)的該中空容量(22)內。
  7. 如請求項2或6之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該等阻尼裝置(30)包括一黏性液體、一顆粒介質、以及一黏彈性材料。
  8. 如請求項1之線性馬達機器的管中管結構(100)，其中該內力框架(10)的底部與該外計量框架(20)的底部的安裝位在地面，且由該線性馬達機器產生的任何反作用力藉由該內力框架(10)直接地傳遞到該內力框架(10)的底部。
  9. 如請求項1之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該外計量框架(20)以及該內力框架(10)為金屬所製成的中空樑。
  10. 如請求項1之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該外計量框架(20)被用來為一線性馬達機器定位系統的運動提供幾何引導。
  11. 如請求項2或6或7之線性馬達機器之管中管結構(100)，其中該等複數個阻尼裝置(30)被可操作地排列，使得因該線性馬達運動的振動而產生的能量被吸收，以實現快速穩定運動。
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