TWI589100B - 致動器和直線運動模組 - Google Patents

Description

致動器和直線運動模組

本發明係有關於一種致動器。更具體地來說，本發明有關於一種具有線性軌道和位置感測器的致動器。

一般致動器/線性馬達大致包括軸棒式線性馬達和U字型線性馬達兩種，其中軸棒式線性馬達具有開放式的磁場，故在多個線性馬達並列之情況下，容易互相干擾。因此，目前多半是使用U字型線性馬達並列來提高驅動力。

然而，目前U字型線性馬達在並列後，需額外設置導引機構、位置感測機構和配重元件等，除了需佔據較大空間外，更無法隨時依所需調整U字型線性馬達之使用數量。

為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種致動器，包括一固定組件和一可動組件。固定組件包括一線圈組、一基座、一第一鎖固元件以及一線性軌道，其中第一鎖固元件穿過基座和線性軌道以將線性軌道固定於基座上。可動組件包括具有一內部空間之一U字型背板、一第一磁性元件組、對齊第一磁性元件組之一第二磁性元件組、以及一線性滑塊，其中第一、第二磁性元件組設置於U字形背板上並容置於內部空間中，且前述線圈組位於第一、第二磁性元件之間。線性滑 塊則固定於該U字型背板上並設置於內部空間中，且可滑動地連接前述線性軌道。

前述致動器更可包括一位置感測器、一感測物、一第二鎖固元件和一彈性元件。位置感測器固定於固定組件上，感測物固定於可動組件上並對應於前述位置感測器。第二鎖固元件穿過基座和線性軌道。彈性元件連接固定組件和可動組件。此外，前述第一鎖固元件之長軸方向可垂直或平行於線圈組中之線圈的長軸方向。

100‧‧‧可動組件

110‧‧‧第一磁性元件組

111、112‧‧‧第一磁性元件

120‧‧‧第二磁性元件組

121、122‧‧‧第二磁性元件

130‧‧‧U字型背板

131‧‧‧底面

132‧‧‧側壁

133‧‧‧側壁

134‧‧‧內部空間

140‧‧‧線性滑塊

200‧‧‧固定組件

210‧‧‧第一鎖固元件

220‧‧‧第二鎖固元件

230‧‧‧線圈組

231‧‧‧本體

231a‧‧‧環氧樹脂

231b‧‧‧線圈

232‧‧‧連接部

240‧‧‧基座

250‧‧‧線性軌道

300‧‧‧位置感測器

400‧‧‧感測物

500‧‧‧彈性元件

600‧‧‧緩衝元件

A‧‧‧致動器

C‧‧‧蓋體

第1A圖係表示本發明一實施例之致動器示意圖。

第1B圖係表示本發明一實施例之致動器前視圖。

第2圖係表示第1B圖中沿a-a方向之剖視圖。

第3圖係表示本發明一實施例中之U字型背板俯視圖。

第4A圖係表示第1B圖中沿b-b方向之剖視圖。

第4B圖係表示第1A圖中沿i-i方向之剖視圖。

第5圖係表示本發明一實施例之固定組件示意圖。

第6圖係表示本發明另一實施例之致動器示意圖。

第7圖係表示本發明另一實施例之致動器示意圖。

第8圖係表示本發明一實施例之直線運動模組示意圖。

以下說明本發明實施例之致動器。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方 法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

首先請參閱第1A、1B圖，本發明一實施例之致動器A主要包括一可動組件100、一固定組件200、一位置感測器300、一感測物400、一彈性元件500、以及至少一緩衝元件600，其中可動組件100連接前述固定組件200，且可相對於固定組件200沿X軸滑動。

位置感測器300固定於固定組件200上，而感測物400則固定於可動組件100上並朝X軸方向延伸，具感測物400之位置對應於前述位置感測器300。因此，位置感測器300可偵測感測物400之位置，進而獲得可動組件100相對於固定組件200之位置。

前述位置感測器300可為光學感測器(Optical Encoder)、紅外線感測器(Infrared Sensor)、霍爾效應感測器(Hall Sensor)、磁阻效應感測器(Magnetoresistance Effect Sensor,MR Sensor)、巨磁阻效應感測器(Giant Magnetoresistance Effect Sensor,GMR Sensor)、或穿隧磁阻效應感測器(Tunneling Magnetoresistance Effect Sensor,TMR Sensor)。當使用光學感測器或紅外線感測器作為位置感測器300時，感測物400可為一光學尺或一反射片。當使用霍爾效應感測器、磁阻效應感測器、巨磁阻效應感測器、或穿隧磁阻效應感測器作為位置感測器300時，感測物400可為一磁鐵。

如第1A、1B所示，彈性元件500連接可動組件100與固定組件200，以避免可動組件100自固定組件200滑落。緩衝元件600則固定於固定組件200上，以防止可動組件100撞擊 固定組件200。於本實施例中，彈性元件500可包括一彈簧(例如一拉伸彈簧)，而緩衝元件600則可包括軟性材料。

第2圖係表示第1B圖中沿a-a方向之剖視圖，而第3圖係表示可動組件100之俯視圖。如第2、3圖所示，可動組件100包括一第一磁性元件組110、一第二磁性元件組120、一U字型背板130、以及至少一線性滑塊140。U字型背板130具有一底面131以及與底面131連接之兩個側壁132、133，且一內部空間134形成於兩個側壁132、133之間。線性滑塊140固定於底面131，第一磁性元件組110和第二磁性元件組120則分別設置於側壁132、133上，且第一磁性元件組110、第二磁性元件組120和線性滑塊140皆容置於內部空間134中。

需特別說明的是，第一磁性元件組110包括複數個交錯排列的第一磁性元件111、112，而第二磁性元件組120包括複數個交錯排列的第二磁性元件121、122，其中第一磁性元件111對齊第二磁性元件121，且第一磁性元件112對齊第二磁性元件122。第一磁性元件111之N極與第二磁性元件121之N極朝向相同方向，第一磁性元件112之N極與第二磁性元件122之N極朝向相同方向，且第一磁性元件111之N及與第一磁性元件112之N極朝向相反方向。舉例而言，於本實施例中的第一磁性元件111之N極和第二磁性元件121之N極朝向Y軸方向，而第一磁性元件112之N極和第二磁性元件122之N極朝向-Y軸方向。

第4A圖係表示第1B圖中沿b-b方向之剖視圖，第4B圖係表示第1A圖中沿i-i方向之剖視圖，而第5圖係表示固定組件200之示意圖。請一併參閱第2、4A、4B、5圖，固定組件200 包括至少一第一鎖固元件210、至少一第二鎖固元件220、一線圈組230、一基座240、以及一線性軌道250。線圈組230係由相互連接之一本體231和一連接部232所構成，且本體231可包括一環氧樹脂231a和複數個線圈231b，其中環氧樹脂231a包覆線圈231b，且線圈231b的長軸沿Z軸延伸。

如第2圖所示，第一鎖固元件210橫向穿過基座240和連接部232，以將基座240固定於線圈組230的連接部232上。換言之，本實施例中之第一鎖固元件210的長軸方向垂直於線圈231b的長軸方向。

應注意的是，於本實施例中，連接部232之剛性大於本體231(環氧樹脂231a)之剛性，例如可包括鋁、鎂、或其合金等，故可使基座240更為穩固地固定於線圈組230上。此外，本實施例中之本體231和連接部232是利用一體成形之方式形成，因此不需要添加其他連接機構來連接兩者。於一些實施例中，當致動器A僅需帶動較輕之物體時，本體231與連接部232亦可包括相同材料。

如第4A、4B圖所示，第二鎖固元件220可穿過基座240和線性軌道250，以將線性軌道250固定於基座240上。於本實施例中，致動器A包括複數個第一鎖固元件210和複數個第二鎖固元件220，且前述第一鎖固元件210和複數個第二鎖固元件220交錯排列(第4B圖)，因此可使線性軌道250穩固地與線圈組230連接。於一些實施例中，第一鎖固元件210和第二鎖固元件220之數量亦可依需求調整。

再請回到第2圖，當可動組件100與固定組件200連 接時，線性滑塊140係以可滑動之方式與線性軌道250連接，且線圈組230容置於前述內部空間134並位於第一磁性元件組110和第二磁性元件組120之間。使用者可使電流流經前述線圈組230，以驅動可動組件100相對於固定組件200沿X軸方向或-X方向移動。

此外，如第1A、1B圖所示，緩衝元件600之位置對應於線性軌道250之端部，以限制可動組件100之移動範圍。

本發明另一實施例之致動器A如第6圖所示，於本實施例中，第一鎖固元件210係由下往上穿過基座240和連接部232而將基座240固定於線圈組230的連接部232上。亦即第一鎖固元件210之長軸方向平行於線圈231b的長軸方向。藉此，可避免第一鎖固元件210顯露於外部，以保持產品外觀的美觀與完整。

如第7圖所示，本發明另一實施例之致動器A更可包括複數個蓋體C，分別固定於可動組件100和固定組件200上，並遮蔽前述感測物400和位置感測器300。如此一來，可避免位置感測器300和感測物400受外部環境影響而導致量測產生誤差。於本實施例中，蓋體C之表面對齊或不凸出於U字型背板130的表面，以利多個致動器A之設置。

請參閱第8圖，本發明一實施例之直線運動模組包括複數個致動器A，彼此相鄰排列使線性軌道250互相平行，且固定組件200之寬度大於或等於可動組件100之寬度。藉此，可利用多個致動器A帶動物體，故可提供較大的驅動力。此外，當每個致動器A移動至相異位置時，亦可藉由每個致動器A上 的位置感測器300和感測物400得知其個別的位置。

綜上所述，本發明提供一種致動器，藉由在致動器之內部空間中設置線性軌道和線性滑塊，以及位置感測器和對應的感測物之設置，可使多個致動器構成直線運動模組時可直接添加或減少致動器的數量，以便使用者使用。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

110‧‧‧第一磁性元件組

120‧‧‧第二磁性元件組

130‧‧‧U字型背板

131‧‧‧底面

132‧‧‧側壁

133‧‧‧側壁

140‧‧‧線性滑塊

210‧‧‧第一鎖固元件

230‧‧‧線圈組

231‧‧‧本體

232‧‧‧連接部

240‧‧‧基座

250‧‧‧線性軌道

Claims (12)

1. 一種致動器，包括：一固定組件，包括：一線圈組；一基座；一第一鎖固元件，穿過該基座及該線圈組；以及一線性軌道，固定於該基座；以及一可動組件，包括：一U字型背板，具有一內部空間；一第一磁性元件組，設置於該U字型背板上並容置於該內部空間中；一第二磁性元件組，設置於該U字型背板上並容置於該內部空間中，其中該第一磁性元件組對齊該第二磁性元件組，且該線圈組位於該第一磁性元件組和該第二磁性元件組之間；以及一線性滑塊，固定於該U字型背板上並設置於該內部空間中，且可滑動地連接該線性軌道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該致動器更包括一位置感測器和一感測物，該位置感測器固定於該固定組件上，且該感測物固定於該可動組件上並對應該位置感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該線圈組包括複數個線圈，該第一鎖固元件之長軸方向垂直於該些線圈之長軸方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該線圈組更包括複數個線圈，該第一鎖固元件之長軸方向平行於該些線圈之長軸方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該固定組件更包括至少一第二鎖固元件，穿過該基座與該線性軌道。
6. 如申請專利範圍第5項所述之致動器，其中該固定組件包括複數個第一鎖固元件和複數個第二鎖固元件，且該些第一鎖固元件和該些第二鎖固元件交錯排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該線圈組包括一本體和一連接部，該連接部連接該本體，且該連接部和該本體為一體成形。
8. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該致動器更包括一彈性元件，連接該固定組件和該可動組件。
9. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該致動器更包括至少一緩衝元件，設置於該固定組件上並對應該線性軌道之端部。
10. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該致動器更包括至少一蓋體，遮蔽該位置感測器和該感測物。
11. 如申請專利範圍第10項所述之致動器，其中該蓋體之表面對齊該U字型背板之表面。
12. 一種直線運動模組，包括：複數個如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中該些致動器的該固定組件之寬度大於該可動組件之寬度，且該些線性軌道彼此平行。