TWI588378B - Buffer storage device - Google Patents

Description

緩衝蓄能裝置

本發明與緩衝裝置有關，尤指一種非動力式之緩衝裝置。

按，許多自動化的機器設備透過程式的控制，而反復不停地執行一連串的動作，其中包括有一機械元件在一段行程距離內往復位移的動作。上述往復位移之動作中，該機械元件會在該行程之兩端點停止，隨後再朝相反方向再度移動。然而在該機械元件停止的瞬間，由於其慣性的作用，會令該機械元件產生震動，久之則會影響其位移的精度，甚至造成該機械元件結構上的破壞，因此需要在該行程之兩端點處設置緩衝裝置，以供緩和該機械元件靠近行程端點處的動作。

常見的習用緩衝裝置有數種緩衝方式，其中有設置剎車皮而透過物理接觸摩擦以獲得緩衝效果者，惟此方式會損耗機械元件之動能，且有發熱、升溫而難以散熱的問題；另一種習用緩衝裝置是利用電磁感應而可在不相接觸的情況下產生剎車阻力，惟此方式需要額外的電力驅動，有提高成本之虞；而採取設置衝擊塊以供機械元件撞擊緩衝者，將會產生前述之震動，以及產生撞擊聲。再者，習知技術更有利用彈簧獲得緩衝效果者，然而同一個彈簧的彈性係數為固定值，若欲接受不同衝擊力量的衝撞，則必須 更換適用的彈簧，除了更換作業複雜繁瑣的缺點之外，更提高了購置設備的成本，因此有待改良。

本發明之主要目的在於提供一種緩衝蓄能裝置，其利用油與空氣在受到壓力時的流體特性產生緩衝作用，並藉由其壓力的變化令活塞產生位移，而無須額外以動力驅動之，藉此降低作動之能源成本。

為達前述目的，本發明提供一種緩衝蓄能裝置，其包括有：一第一缸體，其具有一沿一位移方向延伸之第一位移空間，且充滿油液；該第一缸體設有一排出口；一位移件，其具有一受衝擊端及一活塞端，其中該活塞端伸於該第一位移空間內，且密合於該第一位移空間之壁面，而該受衝擊端伸出該第一缸體外；當該受衝擊端被推動時，該活塞端則連帶產生於該第一位移空間內沿該位移方向之位移，藉以將該第一位移空間中的油液經該排出口推出該第一缸體外；一第二缸體，其具有一第二位移空間；該第二位移空間中設有一可滑移的活塞件，且將該第二位移空間區隔形成有分別位於該活塞件兩側之一第一容置空間及一第二容置空間，其中該第一容置空間以一第一管路連接於該第一缸體之排出口，藉此承接由該第一缸體所排出之油液，並據以推動該活塞件移動；而該第二容置空間容置有空氣；該第一容置空間與該第二容置空間之容積會隨著該活塞件 之位移而變化。

於一實施例中，該第一缸體之排出口設有一導柱，其沿該位移方向伸於該第一位移空間內；該導柱之內部設有一連通至該第一缸體外之通道，該通道與該第一管路連接，且該導柱設有一開口，其中該開口連通該第一位移空間與該通道；又該活塞端凹設有一導孔，且以該導孔活動地套設於該導柱外。

其中，該導柱之開口沿該位移方向延伸，且隨著該位移件之位移，該開口逐漸被該活塞端遮蔽而縮減其顯露於該第一位移空間之面積。

於一實施例中，該開口為一個沿該位移方向延伸之長形孔。

於另一實施例中，該開口由數個沿該位移方向延伸且沿該位移方向排列之長形孔所組成。

更進一步地，該第一缸體設有一與該第一位移空間連通之連通口；該連通口以一第二管路連接至該第二缸體之第一容置空間。而該第二管路設有一用以限制流動方向之閥體。

而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了解。

1‧‧‧第一缸體

11‧‧‧第一位移空間

12‧‧‧底座

13‧‧‧導柱

131‧‧‧通道

132、132B‧‧‧開口

133‧‧‧長形孔

14‧‧‧連通口

15‧‧‧排出口

2‧‧‧第二缸體

21‧‧‧第二位移空間

22‧‧‧活塞件

23‧‧‧第一容置空間

24‧‧‧第二容置空間

25‧‧‧第一管路

26‧‧‧第二管路

261‧‧‧閥體

261A、261B‧‧‧限流元件

3‧‧‧位移件

31‧‧‧受衝擊端

32‧‧‧活塞端

33‧‧‧導孔

4‧‧‧第一缸體

41‧‧‧第一位移空間

42‧‧‧底座

43‧‧‧排出口

5‧‧‧第二缸體

51‧‧‧第二位移空間

52‧‧‧活塞件

53‧‧‧第一容置空間

54‧‧‧第二容置空間

55‧‧‧第一管路

551‧‧‧閥體

551A、551B‧‧‧限流元件

6‧‧‧位移件

61‧‧‧受衝擊端

62‧‧‧活塞端

A、B、C‧‧‧活塞件

D‧‧‧位移方向

第1圖為本發明第一實施例之平面示意圖；第2圖為本發明第一實施例之剖面示意圖；第3圖為本發明第一實施例之動作狀態剖面示意圖； 第4圖為本發明第二實施例之平面示意圖；第5圖為本發明第二實施例之剖面示意圖；第6圖為本發明第二實施例之第一缸體的分解示意圖；第7圖為本發明第二實施例之動作狀態平面示意圖，表示該開口被遮蔽的情形；第8圖為本發明第二實施例之動作狀態剖面示意圖；第9圖為本發明第二缸體之活塞件其速度對時間之關係圖；第10圖為本發明第三實施例之平面示意圖。

請參閱第1、2圖，所示者為本發明所提供之緩衝蓄能裝置的第一實施例，其主要以一第一缸體4及一第二缸體5構成。該第一缸體4為一直筒體，其內部具有一沿一位移方向D延伸之第一位移空間41；其中該第一位移空間41充滿油液。該第一缸體4具有一底座42，且於該底座42設有一將該第一位移空間41連通至第一缸體4外之排出口43。

承上，該第一缸體4設有一位移件6，其具有一受衝擊端61及一活塞端62，其中該活塞端62伸於該第一位移空間41內，且密合於該第一位移空間41之壁面，而該受衝擊端61則伸出該第一缸體4外。上述該受衝擊端61用以承受外部以往復位移作動之機械元件(圖中未示)於其行程端點之撞擊，在受到撞擊後轉換為該位移件6沿該位移方向D之位移，進而令該活塞端62產生於該 第一位移空間41內沿該位移方向D之位移。藉此，該活塞端62即推動該第一位移空間41中的油液，令油液經該排出口43排出該第一缸體4外。

另一方面，該第二缸體5如第1、2圖所示，其內部具有一第二位移空間51，且於該第二位移空間51中設有一可滑移的活塞件52，其中該活塞件52將該第二位移空間51區隔形成有分別位於該活塞件52兩側之一第一容置空間53及一第二容置空間54，並且隨著該活塞件52於該第二位移空間51內之位置變化，該第一容置空間53與該第二容置空間54之容積亦隨之變化。

上述之第一容置空間53以一第一管路55連接於該第一缸體4之排出口43，因此該第一容置空間53亦充滿油液。而受該位移件6之活塞端62推出該第一缸體4之油液將經由該第一管路55注入該第二缸體5之第一容置空間53，同時利用油液受壓時不可壓縮其體積之流體特性，藉以推動該第二缸體5之活塞件52產生位移。而該第二容置空間54容置有空氣，由於空氣具有可壓縮其體積之流體特性，故該活塞件52可於該第二缸體5中移動。此外，於本實施例中，該第一管路55上設有一用以限制流動方向之閥體551，其包括有限流元件551A及551B，分別用以限制油液於該第一管路55中僅以正向或逆向流動。

藉由上述之結構，當該位移件6之受衝擊端61受到機械元件之撞擊後，會產生一推力推動該位移件6，而令 該活塞端62將第一位移空間41內之油液經該排出口43推出，並經由該第一管路55注入該第二缸體5之第一容置空間53。接著，如第3圖所示，利用油液之體積不可壓縮的流體特性，油液將推動該活塞件52；同時，利用空氣之體積可被壓縮的流體特性，該活塞件52可壓縮該第二容置空間54內之空氣。根據波以耳定律(Boyle’s Rule)，密閉容器中的定量氣體在恆溫下，其壓力(P)和體積(V)成反比關係，亦即PV=k，其中k為常數。隨著該活塞件52之位移，該第二容置空間54之容積減小，而壓力則隨之逐漸增加，其作用於該活塞件52之力量亦逐漸增加，藉以逐漸抵消油液之推力，亦即該位移件6受機械元件撞擊之推力，以獲得緩衝效果。

而當該第二容置空間54內之壓力作用於該活塞件52之力量大於油液推動該活塞件52之推力時，該活塞件52則停止移動，並隨即將該活塞件52反推回去，進而將油液經該第一管路55推回該第一缸體4，令該位移件6回復原位。由於物體受到推力作用而由靜止狀態轉變為運動狀態時的靜摩擦力，其值大於物體在運動狀態時所受到的動摩擦力，因此在該位移件6受到機械元件撞擊之推力被完全抵消之後，為了可使該第二缸體5之第二容置空間54內的壓力所產生之推力足以可克服該活塞件52於該第二位移空間51中之靜摩擦力，則該第二容置空間54必須事先充填一定量的空氣。據此，本發明可利用容置於該第二容置空間54之空氣在受壓後積蓄能量，並以此 作為產生緩衝效果之來源，而不需額外輸入能量，因此有節省能源成本之優點。

請參閱第4、5圖，所示者為本發明所提供之緩衝蓄能裝置的第二實施例，其主要以一第一缸體1及一第二缸體2構成。搭配第6圖所示，該第一缸體1為一直筒體，其內部具有一沿一位移方向D延伸之第一位移空間11；其中該第一位移空間11充滿油液。該第一缸體1具有一底座12，且於該底座12設有一將該第一位移空間11連通至第一缸體1外之排出口15，且於該排出口15設有一導柱13，其中該導柱13沿該位移方向D伸入該第一位移空間11。該導柱13之內部設有一連通至該第一缸體1外之通道131，且該導柱13之周側設有一開口132，其中該開口132連通該第一位移空間11與該通道131。於本實施例中，該開口132乃沿該位移方向D延伸，更進一步地界定，該開口132為一個沿該位移方向D延伸之長形孔。

承上，該第一缸體1設有一位移件3，其具有一受衝擊端31及一活塞端32，其中該活塞端32伸於該第一位移空間11內，且密合於該第一位移空間11之壁面，而該受衝擊端31則伸出該第一缸體1外。該活塞端32凹設有一長形的導孔33，且以該導孔33活動地套設於該導柱13外。上述該受衝擊端31用以承受外部以往復位移作動之機械元件(圖中未示)於其行程端點之撞擊，在受到撞擊後轉換為該位移件3沿該位移方向D之位移， 進而令該活塞端32產生於該第一位移空間11內沿該位移方向D相對於該導柱13之位移。藉此，該活塞端32即推動該第一位移空間11中的油液，令油液經該開口132進入該通道131，並排出該第一缸體1外。

另一方面，該第二缸體2如第4、5圖所示，其內部具有一第二位移空間21，且於該第二位移空間21中設有一可滑移的活塞件22，其中該活塞件22將該第二位移空間21區隔形成有分別位於該活塞件22兩側之一第一容置空間23及一第二容置空間24，並且隨著該活塞件22於該第二位移空間21內之位置變化，該第一容置空間23與該第二容置空間24之容積亦隨之變化。

上述之第一容置空間23以一第一管路25連接於該導柱13之通道131，再經由該開口132而使該第一容置空間23與該第一缸體1呈現連通狀態，因此該第一容置空間23亦充滿油液。而受該位移件3之活塞端32推出該第一缸體1之油液將經由該第一管路25注入該第二缸體2之第一容置空間23，同時利用油液受壓時不可壓縮其體積之流體特性，藉以推動該第二缸體2之活塞件22產生位移。而該第二容置空間24容置有空氣，由於空氣具有可壓縮其體積之流體特性，故該活塞件22可於該第二缸體2中移動。

此外，該第一缸體1之底座12設有一與該第一位移空間11連通之連通口14，該第二缸體2之第一容置空間23以一第二管路26連接至該連通口14。於本實施 例中，該第二管路26設有一用以限制流動方向之閥體261，其包括有限流元件261A及261B，其中限流元件261A用以阻斷油液於該第二管路26中的流動，而限流元件261B則用以開通油液於該第二管路26中流動。

藉由上述之結構，當該位移件3之受衝擊端31受到機械元件之撞擊後，會產生一推力推動該位移件3，而令該活塞端32將第一位移空間11內之油液經該開口132推進該通道131，並經由該第一管路25注入該第二缸體2之第一容置空間23。而在該位移件3移動的過程中，如第7圖所示，該開口132逐漸被該活塞端32遮蔽而縮減其顯露於該第一位移空間11之面積，進而使油液通過該開口132之流量逐漸減少，同時形成一股逐漸增強的阻力，藉以逐漸抵消該位移件3受機械元件撞擊之推力，此為本發明第一階段之緩衝作用。

接著，如第8圖所示，利用油液之體積不可壓縮的流體特性，其受到推力而注入該第二缸體2之第一容置空間23後，將推動該活塞件22；同時，利用空氣之體積可被壓縮的流體特性，該活塞件22可被推動而壓縮該第二容置空間24內之空氣。根據波以耳定律(Boyle’s Rule)，密閉容器中的定量氣體在恆溫下，其壓力(P)和體積(V)成反比關係，亦即PV=k，其中k為常數。隨著該活塞件22之位移，該第二容置空間24內之容積減小，而壓力則隨之逐漸增加，其作用於該活塞件22之力量亦逐漸增加 ，藉以逐漸抵消油液之推力，亦即該位移件3受機械元件撞擊之推力，此為本發明第二階段之緩衝作用。

而當該第二容置空間24內之壓力作用於該活塞件22之力量大於油液推動該活塞件22之推力時，該活塞件22則停止移動，並隨即將該活塞件22反推回去，進而將油液經該第二管路26推回該第一缸體1，令該位移件3回復原位。由於物體受到推力作用而由靜止狀態轉變為運動狀態時的靜摩擦力，其值大於物體在運動狀態時所受到的動摩擦力，因此在該位移件3受到機械元件撞擊之推力被完全抵消之後，為了可使該第二缸體2之第二容置空間24內的壓力所產生之推力足以可克服該活塞件22於該第二位移空間21中之靜摩擦力，則該第二容置空間24必須事先充填一定量的空氣。據此，本發明可利用容置於該第二容置空間24之空氣在受壓後積蓄能量，並以此作為產生緩衝效果之來源，而不需額外輸入能量，因此有節省能源成本之優點。

而該第二缸體之結構尺寸可形成大小不同的設計；細言之，尺寸較大的第二缸體，其中活塞件之截面積亦較大。假設數種尺寸不同的第二缸體於初始狀態下的內部空氣壓力相同，則本發明之緩衝蓄能裝置開始作動後，各尺寸的活塞件A、B、C(各活塞件之尺寸大小順序為A>B>C)其位移速度對時間的關係圖如第9圖所示，其中顯示尺寸較大的活塞件A，其單位時間內的位移速度下降量較大，亦即較容易停止位移，反之，尺寸較小的活塞件C 則較不容易停止位移。據此，可根據使用上的需求選擇適合的第二缸體尺寸。

再者，第10圖所示者為本發明之第三實施例。本實施例以上述第二實施例為基礎，而在該導柱之開口形成不同的結構變化。於本實施例中，該開口132B乃由數個沿該位移方向延伸且沿該位移方向排列之長形孔133所組成。藉此，於該位移件3受到機械元件撞擊而移動的過程中，該開口132B亦可如同上述第一實施例所呈現地，其逐漸被該活塞端32遮蔽而縮減其顯露於該第一位移空間11之面積，進而使油液通過該開口132B之流量逐漸減少，同時形成一股逐漸增強的阻力，藉以逐漸抵消該位移件3受機械元件撞擊之推力。

惟，以上實施例之揭示乃用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

綜上所述，可使熟知本項技藝者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。

4‧‧‧第一缸體

41‧‧‧第一位移空間

42‧‧‧底座

43‧‧‧排出口

5‧‧‧第二缸體

51‧‧‧第二位移空間

52‧‧‧活塞件

53‧‧‧第一容置空間

54‧‧‧第二容置空間

55‧‧‧第一管路

551‧‧‧閥體

551A、551B‧‧‧限流元件

6‧‧‧位移件

61‧‧‧受衝擊端

62‧‧‧活塞端

D‧‧‧位移方向

Claims (7)

1. 一種緩衝蓄能裝置，其包括有：一第一缸體，其具有一沿一位移方向延伸之第一位移空間，且充滿油液；該第一缸體設有一排出口；一位移件，其具有一受衝擊端及一活塞端，其中該活塞端伸於該第一位移空間內，且密合於該第一位移空間之壁面，而該受衝擊端伸出該第一缸體外；當該受衝擊端被推動時，該活塞端則連帶產生於該第一位移空間內沿該位移方向之位移，藉以將該第一位移空間中的油液經該排出口推出該第一缸體外；一第二缸體，其具有一第二位移空間；該第二位移空間中設有一可滑移的活塞件，且將該第二位移空間區隔形成有分別位於該活塞件兩側之一第一容置空間及一第二容置空間，其中該第一容置空間以一第一管路連接於該第一缸體之排出口，藉此承接由該第一缸體所排出之油液，並據以推動該活塞件移動；而該第二容置空間容置有空氣；該第一容置空間與該第二容置空間之容積會隨著該活塞件之位移而變化；該第一缸體之排出口設有一導柱，其沿該位移方向伸於該第一位移空間內；該導柱之內部設有一連通至該第一缸體外之通道，該通道與該第一管路連接，且該導柱設有一開口，其中該開口連通該第一位移空間與該通道；又該活塞端凹設有一導孔，且以該導孔活動地套設於該導柱外。
2. 如請求項1所述之緩衝蓄能裝置，其中，該導柱之開口沿該位移方向延伸，且隨著該位移件之位移，該開口逐漸被該活塞端遮蔽而縮減其顯露於該第一位移空間之面積。
3. 如請求項2所述之緩衝蓄能裝置，其中，該開口為一個沿該位移方向延伸之長形孔。
4. 如請求項2所述之緩衝蓄能裝置，其中，該開口由數個沿該位移方向延伸且沿該位移方向排列之長形孔所組成。
5. 如請求項1所述之緩衝蓄能裝置，其中，該第一缸體設有一與該第一位移空間連通之連通口；該連通口以一第二管路連接至該第二缸體之第一容置空間。
6. 如請求項5所述之緩衝蓄能裝置，其中，該第二管路設有一用以限制流動方向之閥體。
7. 如請求項1所述之緩衝蓄能裝置，其中，該第一管路設有一用以限制流動方向之閥體。