TWI404305B - Uniaxial three - dimensional vibration generating device - Google Patents

Description

單軸三維振動產生裝置

本發明係有關一種單軸三維振動產生裝置，特別是指一種具有馬達控制部之單軸三維振動產生裝置，其兼具可同時產生軸向與徑向振動、可控制軸向振幅等優點及功效。

如第十三圖所示，習知振動產生裝置90係具有一電動馬達91及一偏心擺錘92，利用該電動馬達91驅動該偏心擺錘92偏心轉動，進而達到振動，此振動方向與旋轉軸垂直，稱為「徑向」振動。

但藉由該偏心擺錘92之偏心轉動，只能達到一平面方向之振動，無法同時產生與該平面方向垂直之振動，振動效果有限，無法適用於需要多方向振動之產品(如振動送料裝置)。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供一種單軸三維振動產生裝置，其兼具可產生三維振動及可控制軸向振幅等優點及功效，用以解決習知技術僅能產生一平面方向之振動及振幅無法任意調整等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種單軸三維振動產生裝置，其包括：一基部；一馬達，其具有一輸入部及一輸出軸，該輸出軸22具有一外端；又，該輸出軸之軸心線被定義為一第一軸線；該馬達係固定於該基部上；一旋轉塊，該旋轉塊具有一重心及一樞接端，該樞接端係樞接於該外端，該重心與該樞接端係間隔開；當該馬達之輸出軸旋轉時，該旋轉塊亦會隨之旋轉，且與該第一軸線間產生一夾角；一馬達控制部，用以輸出一電力訊號至該馬達之輸入部，進而控制該馬達之輸出軸之轉速；該電力訊號係為週期性之電波，並具有一平均電壓，當此輸出軸之轉速由零增加至一峰值轉速時，該旋轉塊除產生旋轉之外亦逐漸產生軸向之振動，當此輸出軸之轉速由該峰值轉速再增加時，則該軸向之振幅則逐漸減低而只有純粹之旋轉。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

如第一及第二圖所示，其係為本發明之單軸三維振動產生裝置的第一實施例，其包括：一基部10；一馬達20，其具有一輸入部21及一輸出軸22，該輸出軸22具有一外端221；又，該輸出軸22之軸心線被定義為一第一軸線L1；該馬達20係固定於該基部10上；一旋轉塊30，該旋轉塊30具有一重心31及一樞接端32，該樞接端32係樞接於該外端221，該重心31與該樞接端32係間隔開；當該馬達20之輸出軸22旋轉時，該旋轉塊30亦會隨之旋轉，且與該第一軸線L1間夾有一夾角θ(此夾角可隨轉速改變而增大或減小)；一馬達控制部40，用以輸出一電力訊號40A至該馬達20之輸入部21，進而控制該馬達20之輸出軸22之轉速；該電力訊號40A係為週期性之電波，並具有一平均電壓，當此輸出軸22之轉速由零增加至一峰值轉速時(旋轉塊的垂直共振頻率趨近於週期性電波之頻率)，該旋轉塊30除產生旋轉之外亦逐漸產生軸向(垂直上下)之振動，當此輸出軸22之轉速由該峰值轉速再增加時(旋轉塊的垂直共振頻率隨之遠離週期性電波之頻率)，則該軸向之振幅則逐漸減低而只有純粹之旋轉。

由於該電力訊號40A係為週期性之電波，因此，可控制該輸出軸22之轉速呈週期性的改變；當該輸出軸22之轉速上升時，該旋轉塊30與該第一軸線L1的夾角隨之增加；當輸出軸22之轉速下降時，該旋轉塊30與該第一軸線L1的夾角隨之減小；因此藉由馬達輸出軸22的轉速週期性波動，使得該旋轉塊30一面旋轉、一面上下擺動，產生軸向振動，而該旋轉塊30的轉動則產生習知的橫向(或稱「徑向」)振動。若將供給馬達之電力訊號的振幅提高，則該輸出軸22的轉速波動亦隨之增大，使得該旋轉塊30的上下擺動幅度增大。因此，調整電力訊號的振幅可控制此軸向振動的幅度。

該旋轉塊30與該第一軸線L1夾角，係會隨該輸出軸22之轉速而有所不同，也就是說，當該輸出軸22之轉速不斷變化時，該旋轉塊30除了隨該輸出軸22旋轉外，與該第一軸線L1間之夾角也隨之變化，進而產生軸向(與該第一軸線L1平行)之振動，此軸向振動與該旋轉塊30轉動所產生的徑向(與該第一軸線L1垂直)振動兩者混合後，可形成三維(如螺旋狀)的振動；因此，相較於習知的振動馬達，本發明之該旋轉塊30與該輸出軸22的夾角可自由變化，再利用具有週期性之電波(即電力訊號40A)，來控制該輸出軸22之轉速變化，進而使該旋轉塊30於旋轉過程產生軸向之振動。

關於該週期性電波，其係可為方波、正弦波(sine)、三角波等(各種週期性電波均可，不限上述三種波形)，利用不同波形之週期變化，即可控制該馬達20之輸出軸22之轉速；如第三、第四及第五圖所示，其係分別為方波、正弦波及三角波之週期性電波，每一種週期性電波皆具有電波週期C1、平均電壓V1、最高電壓VH1及最低電壓VL1；請參閱第六及第七圖，其係為本發明之電腦模擬之結果；本發明利用三種不同週期性之電波控制該輸出軸22之扭矩變化，產生一第一曲線L21、一第二曲線L22及一第三曲線L23等三種扭矩變化曲線，並分別觀察該旋轉塊30於三種扭矩變化下之軸向振動之振幅變化，得到一第四曲線L24、一第五曲線L25及一第六曲線L26等三種振幅變化曲線；由此可知，該第二曲線L22之扭矩變化，係可得到最大之振幅變化，而該第一曲線L21及第三曲線L23之扭矩變化，則得到較小之振幅變化(因此，最大之振幅變化會出現在某一範圍之轉速，當轉速太高或太低時，振幅效果較為不佳)。

如第八圖所示，該馬達20在接收週期性之電波(即電壓訊號40A)後，即控制該輸出軸22進行週期性之變速轉動，帶動該旋轉塊30之重心31旋轉並上下擺動，產生軸向之振動。

關於該重心31於旋轉時之擺動變化情形，係如第九圖至第十D圖所示。

如第九圖及第十A圖所示，當該重心31位於一第一位置P1時，該旋轉塊30與該第一軸線L1間係呈一第一夾角θ1，且該重心31與該樞接端32之高度差係為一第一高度H1。

如第九圖及第十B圖所示，當該重心31由該第一位置P1旋轉至一第二位置P2時，係為向下擺動之狀態，該旋轉塊30與該第一軸線L1間之角度係由該第一夾角θ1縮小為一第二夾角θ2，而該重心31與該樞接端32之高度差亦由該第一高度H1增加為一第二高度H2。

如第九圖及第十C圖所示，當該重心31由該第二位置P2旋轉至一第三位置P3時，係為向下擺動之狀態，該旋轉塊30與該第一軸線L1間之角度係由該第二夾角θ2縮小為一第三夾角θ3，而該重心31與該樞接端32之高度差亦由該第二高度HA增加為一第三高度H3。

如第九圖及第十D圖所示，當該重心31由該第三位置P3旋轉至一第四位置P4時，係為向上擺動之狀態，該旋轉塊30與該第一軸線L1間之角度係由該第三夾角θ3增加為一第四夾角θ4，而該重心31與該樞接端32之高度差亦由該第三高度H3縮短為一第四高度H4。

由以上說明可知，本發明係可利用週期性之電波而控制該馬達，驅動該輸出軸22週期性的變換轉速，使該旋轉塊30於旋轉過程同時上下擺動，產生軸向振動之效果。當然，第八圖中所示之旋轉塊30旋轉擺動路徑，僅為旋轉一圈之變化情形，當該旋轉塊30持續旋轉後，其旋轉擺動路徑係可形成如螺旋狀之三維振動(請參閱第十一圖，該旋轉塊30之重心31係沿一第一路徑A1及一第二路徑A1變化，形成如螺旋狀之三維振動)。

另外，如第十二圖所示，本發明又可設有一彈簧，藉由該彈簧之彈性，可於該旋轉塊30上下擺動時，增加其軸向振動之效果。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[1]　可改變振幅。本發明利用週期性之電波，使該旋轉塊30於旋轉時，同時產生上下之振動，且可依電波控制轉速，或是改變電波之振幅，使該旋轉塊30達到不同振幅之變化，故，本發明係具有可控制軸向振幅之優點。

[2]　可同時產生軸向與徑向振動。習知振動產生裝置90藉由該偏心擺錘92之偏心轉動，只能達到一平面方向(徑向)之振動，振動效果有限；而本發明利用週期性之電波，使該旋轉塊30於旋轉時，同時產生上下之振動，比習知裝置增加一個振動的自由度，可產生如螺旋型的三維振動。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。

10．．．基部

20．．．馬達

21．．．輸入部

22．．．輸出部

221．．．外端

30．．．旋轉塊

31．．．重心

32．．．樞接端

40．．．馬達控制部

40A．．．電力訊號

L1．．．第一軸線

L21．．．第一曲線

L22．．．第二曲線

L23．．．第三曲線

L24．．．第四曲線

L25．．．第五曲線

L26．．．第六曲線

H1．．．第一高度

H2．．．第二高度

H3．．．第三高度

H4．．．第四高度

θ．．．夾角

θ1．．．第一夾角

θ2．．．第二夾角

θ3．．．第三夾角

θ4．．．第四夾角

P1．．．第一位置

P2．．．第二位置

P3．．．第三位置

P4．．．第四位置

V1．．．平均電壓

VL1．．．最低電壓

VH1．．．最高電壓

C1．．．電波週期

A1．．．第一路徑

A2．．．第二路徑

90．．．習知振動產生裝置

91．．．電動馬達

92．．．偏心擺錘

第一圖係本發明之單軸三維振動產生裝置之示意圖

第二圖係本發明之單軸三維振動產生裝置之示意圖

第三圖係本發明之輸入電力波形一之示意圖

第四圖係本發明之輸入電力波形二之示意圖

第五圖係本發明之輸入電力波形三之示意圖

第六圖係本發明以不同週期電波控制輸出軸扭矩之示意圖

第七圖係本發明於不同週期電波控制下之旋轉塊的軸向振幅變化示意圖

第八圖係本發明之重心位置變化之示意圖

第九圖係本發明之重心之局部位置變化之示意圖

第十A圖係本發明之重心位置一之示意圖

第十B圖係本發明之重心位置二之示意圖

第十C圖係本發明之重心位置三之示意圖

第十D圖係本發明之重心位置四之示意圖

第十一圖係本發明之重心位置變化路徑之示意圖

第十二圖係本發明之第二實施例之示意圖

第十三圖係習知振動產生裝置之示意圖

10．．．基部

20．．．馬達

21．．．輸入部

22．．．輸出部

221．．．外端

30．．．旋轉塊

31．．．重心

32．．．樞接端

40．．．馬達控制部

40A．．．電力訊號

L1．．．第一軸線

θ．．．夾角

Claims (3)

1. 一種單軸三維振動產生裝置，其包括：一基部；一馬達，其具有一輸入部及一輸出軸，該輸出軸22具有一外端；又，該輸出軸之軸心線被定義為一第一軸線；該馬達係固定於該基部上；一旋轉塊，該旋轉塊具有一重心及一樞接端，該樞接端係樞接於該外端，該重心與該樞接端係間隔開；當該馬達之輸出軸旋轉時，該旋轉塊亦會隨之旋轉，且與該第一軸線間夾有一夾角；一馬達控制部，用以輸出一電力訊號至該馬達之輸入部，進而控制該馬達之輸出軸之轉速；該電力訊號係為週期性之電波，並具有一平均電壓；當此輸出軸之轉速由零增加至一峰值轉速時，該旋轉塊除產生旋轉之外亦逐漸產生軸向之振動，當此輸出軸之轉速由該峰值轉速再增加時，則該軸向之振幅則逐漸減低而只有純粹之旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之單軸三維振動產生裝置，其中，該週期性之電波係為方波、正弦波及三角波其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之單軸三維振動產生裝置，其又包括一彈簧，藉由該彈簧之彈性，可於該旋轉塊產生軸向振動時，增加其振動之效果。