TWI736290B - 具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合。阻旋式料位開關驅動組合的霍爾馬達模組設置在外部殼座內，包括線圈定子組、磁鐵轉子組、馬達殼座、控制電路板及霍爾效應偵測器。線圈定子組導線連接控制電路板。磁鐵轉子組設置在馬達殼座內並圍繞在線圈定子組外，霍爾效應偵測器設置在控制電路板上並對應磁鐵轉子組的位置而設置。驅動軸組結合在馬達殼座並隨著磁鐵轉子組轉動。減速齒輪模組受到驅動軸帶動，並傳動至阻旋組件。本發明係以霍爾效應偵測器取代傳統接觸式電樞，並應用於阻旋式料位開關的驅動組合，使料位開關壽命更長、安全性更佳、節省更多材料並達到輕薄短小的目的。

Description

具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合

本發明係有關於物位傳感器，尤指一種阻旋式料位開關。

習用阻旋式料位開關係利用馬達驅動裝置將動力經由傳動軸傳遞至葉片。再者，阻旋式料位開關安裝時係固定在儲倉上，當葉片未接觸到物料時，馬達運轉傳動驅動裝置運轉；當葉片接觸到物料產生阻力時，馬達將逆轉，碰觸斷電開關，令馬達及驅動裝置停止運轉，藉此達到偵測儲倉內物料儲存狀態的功能。

再者，傳統直流阻旋式料位開關的驅動裝置大多使用電樞式小型直流馬達，供電在轉子的磁極線圈上，使轉子的磁極性與外部固定永久磁場產生互斥而轉動。電樞式直流馬達的轉子磁極線圈的輸出與電樞必須作接觸摩擦，因此在長時間使用後會造成磨耗而故障，縮短了使用壽命。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。

本發明之一目的，在於提供一種具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，藉此讓阻旋式料位開關壽命更長、安全性更佳並節省更多材料，達到輕薄短小的目的。

為了達成上述之目的，本發明係為一種具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，包括外部殼座、霍爾馬達模組、驅動軸組、減速齒輪模組、減速齒輪模組及阻旋組件。霍爾馬達模組設置在外部殼座內並隔絕外部環境而與外部殼座形成一封閉空間，包括線圈定子組、磁鐵轉子組、馬達殼座、控制電路板及霍爾效應偵測器。線圈定子組導線連接控制電路板且相對於該馬達殼座呈靜止不動。磁鐵轉子組設置在馬達殼座內並圍繞在線圈定子組外，霍爾效應偵測器設置在控制電路板上並對應磁鐵轉子組的位置設置。驅動軸組包含驅動軸及驅動齒輪。驅動軸的一端結合在馬達殼座並隨著磁鐵轉子組轉動，驅動軸的另一端結合有驅動齒輪。減速齒輪模組設置在馬達外部殼座內並隔絕於外部環境而與霍爾馬達模組形成另一封閉空間，且減速齒輪模組透過驅動軸組而與霍爾馬達模組作連動。減速齒輪模組包含齒輪箱及安裝在齒輪箱中的減速齒輪組。齒輪箱承接驅動軸，減速齒輪組齧合驅動齒輪而受到驅動軸的帶動。阻旋組件包含傳動軸及固定在傳動軸的葉片，傳動軸受減速齒輪組的帶動而令葉片產生旋轉。

相較於習知技術，本發明之阻旋式料位開關驅動組合係採用霍爾馬達模組作驅動，並使用霍爾效應偵測器來檢測磁鐵轉子組的轉動頻率，藉以回授到電源控制模組使磁鐵轉子組的轉速保持在穩定範圍，此為非接觸方式檢測，故不致發生傳統馬達的電樞磨耗問題，藉此提升使用壽命；此外，本發明之霍爾馬達模組加裝減速齒輪模組具有提高輸出扭矩和降低轉速配合需求，霍 爾馬達模組及減速齒輪模組設置在外部殼座內，並採用模組化及可組卸式的結構設置，提供可依據扭矩設計而更換具有不同齒輪比的齒輪模組，可增加本發明之產品規格及達到客製化的目的；又，本發明之霍爾馬達模組係於控制電路板設置電流轉換器，提供阻旋式料位開關可直接以直流(DC)電源供應而應用在各儀器設備上，故不需另外設計電源轉換器，因而可減少功率消耗並降低電路板及零件成本，且因控制電路板封閉在馬達殼座內，故具有達到防塵效果，增加本發明之實用性。

1:阻旋式料位開關驅動組合

10:外部殼座

20、20a、20b:霍爾馬達模組

21:線圈定子組

210:螺柱

211:定子座

212:定子片

2120:開孔

2121:環片

2122:突片

2123:第一半葉

2124:第二半葉

2125:定位部

2126:第一定位部

2127:第二定位部

2128:卡掣部

213:線圈

214:螺件

22:磁鐵轉子組

221:轉子座

2210:軸孔

2211:底板

222:永久磁鐵

223:第一磁極

224:第二磁極

23:馬達殼座

231:支撐部

24:控制電路板

240:結合孔

25:霍爾效應偵測器

30:驅動軸組

31:驅動軸

32:驅動齒輪

33:自潤軸承

331:馬達軸承

332:齒輪軸承

40、40a、40b:減速齒輪模組

41、41a、41b:齒輪箱

411a:卡榫

411b:卡榫

42:減速齒輪組

50:阻旋組件

51:傳動軸

52:葉片

60:電源控制模組

70a、70b:扣件

71a:扣孔

72a、72b:彎折部

71b:扣孔

圖1係本發明之阻旋式料位開關的組合剖視圖。

圖2係本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的立體外觀示意圖。

圖3係本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的組合剖視圖。

圖4係本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的立體分解示意圖。

圖5係本發明之霍爾馬達模組的立體分解示意圖。

圖6係本發明之減速齒輪模組的上視圖。

圖7係為本發明之阻旋式料位開關的定子片的立體外觀示意圖。

圖8係為本發明之阻旋式料位開關的定子片的另一實施態樣。

圖9及圖10係為本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的扣合示意圖。

圖11及圖12係為本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組另一態樣的扣合示意圖的扣合示意圖。

有關本創作之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

請參照圖1，係為本發明之阻旋式料位開關的組合剖視圖。本發明係為一種具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合1，包括一外部殼座10、一霍爾馬達模組20、一驅動軸組30、一減速齒輪模組40及一阻旋組件50。該霍爾馬達模組20及該減速齒輪模組40設置在該外部殼座10內。該霍爾馬達模組20帶動該減速齒輪模組40，並透過該減速齒輪模組40而進行減速。該驅動軸組30的一端連接該減速齒輪模組40、另一端則連接該阻旋組件50。

本實施例中，該阻旋組件50包含一傳動軸51及固定在該傳動軸51末端的一葉片52。該傳動軸51受該減速齒輪模組40的帶動而令該葉片52產生旋轉。本實施例中，該阻旋式料位開關驅動組合1更包括一電源控制模組60，該電源控制模組60設置在該外部殼座10的內部並導線連接該霍爾馬達模組20。實際使用時，該阻旋式料位開關驅動組合1用於偵測物料的狀態，藉由該葉片52因為接觸到物料而使旋轉受阻(表示儲倉內已有物料，或儲存的物料已到預定高度)，進而輸出控制訊號。

具體而言，該阻旋組件50的葉片52未接觸到物料時，該霍爾馬達模組20運轉；當葉片52接觸到物料而受到阻力時，霍爾馬達模組20會停止帶動該霍爾馬達模組20，並同時送出訊號。

請續參照圖2至圖6，係分別為本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的立體外觀示意圖、組合剖視圖及立體分解示意圖、霍爾馬達模組的立體分解示意圖及減速齒輪模組的上視圖。本實施例中，該外部殼座10係為筒狀的殼座；該霍爾馬達模組20及該減速齒輪模組40設置在該外部殼座10內。

請參照圖3，該霍爾馬達模組20設置在該外部殼座10內並隔絕外部環境而與該外部殼座10形成一封閉空間。該霍爾馬達模組20包括一線圈定子組21、一磁鐵轉子組22、一馬達殼座23、一控制電路板24及一霍爾效應偵測器25。又，該線圈定子組21導線連接該控制電路板24且相對於該馬達殼座23呈靜止不動。本實施例中，該控制電路板24設置有電流轉換器(未圖示)，藉由霍爾效應感應磁場變化轉換送出控制訊號改變線圈電流。此外，由於本發明之電流轉換器封閉在該馬達殼座23內，故可達到防塵與安全效果。

要說明的是，本發明之阻旋式料位開關驅動組合1可直接以直流(DC)電源供應而應用在各儀器設備上，不需另外在外部設置轉換電路。又，本發明之阻旋式料位開關驅動組合1係使用該霍爾馬達模組20作為驅動，相較於習知使用同步馬達或蔽極式馬達的電源轉換的阻旋式料位開關，本發明具有減少功率消耗及降低電路板及零件成本的優點。

如圖4所示，本發明之霍爾馬達模組20及該減速齒輪模組40係採用模組化及可組卸式的結構設置，並共用該馬達殼座23，據此可依據客戶需求不同之扭矩設計而更換具有不同齒輪比的減速齒輪模組40，增加本發明之產品規格，並達到客製化的目的。

要說明的是，該霍爾馬達模組20及該減速齒輪模組40除了以模組化的方式各自獨立設置，再利用扣件對兩者組合構成一體，且扣件可為塑膠或 金屬材質或為鋼帶片等，此扣合方式於後另述。又，實際實施時，該霍爾馬達模組20及該減速齒輪模組40也可以直接以一體方式構成。

本實施例中，該電源控制模組60(另參圖1)導線連接該控制電路板24。此外，請另參照圖5，該霍爾效應偵測器25係設置在該控制電路板24上並對應該磁鐵轉子組22的位置而設置。

又，該磁鐵轉子組22設置在該馬達殼座23內並圍繞在該線圈定子組21外。該磁鐵轉子組22包含一轉子座221及設置在該轉子座221內的複數永久磁鐵222。據此，當該磁鐵轉子組22轉動時，該霍爾效應偵測器25會受到該磁鐵轉子組22轉動時所產生的磁場影響得知該磁鐵轉子組22的轉動圈數。

本實施例中，該些永久磁鐵222包含不同磁極的複數第一磁極223及複數第二磁極224。該些第一磁極223及該些第二磁極224係交錯設置並呈環狀排列。

由於本發明之霍爾馬達模組20係搭配減速齒輪模組40，因此可在空間限制下達到最佳的磁鐵轉子組22的電極數，藉以維持穩定的扭力輸出和轉速。

再者，該驅動軸組30包含一驅動軸31及一驅動齒輪32(參圖6)。該驅動軸31的一端結合在該馬達殼座23並隨著該磁鐵轉子組22轉動，該驅動軸31的另一端結合有該驅動齒輪32並穿出該馬達殼座23。因此該磁鐵轉子組22的轉動圈數即該驅動軸31的轉速，亦即，本發明可使用該霍爾效應偵測器25來檢測該磁鐵轉子組22的轉動頻率，並將此資訊回授到該控制電路板24，使該磁鐵轉子組22的轉速保持穩定速度運轉，因此不會有傳統馬達的電樞磨耗問題，據此使馬達的運轉壽命比傳統電樞式更長久。

該減速齒輪模組40設置在該馬達殼座23內，且固定在該霍爾馬達模組20的下方並隔絕於外部環境而與該霍爾馬達模組20形成另一封閉空間。該減速齒輪模組40透過該驅動軸組30而與該霍爾馬達模組20作連動，包含一齒輪箱41及安裝在該齒輪箱41中的一減速齒輪組42。該齒輪箱41係承接該驅動軸31的另一端，該減速齒輪組42齧合該驅動齒輪32而受到該驅動軸31的帶動。本實施例中，該減速齒輪模組40設置可提高輸出扭矩和降低轉速配合需求。

要說明的是，本發明之霍爾馬達模組20及減速齒輪模組40分別設置在一封閉空間內。此封閉空間的設置可防止粉塵等物料進入而接觸馬達電路。此外，由於霍爾馬達模組20及減速齒輪模組40為一體成型，故可縮小體積及節省組裝空間。

於本發明的一實施例中，該馬達殼座23及該齒輪箱41的材質可以是金屬材料成型或由塑膠材料射出成型，或是二者混合搭配使用，可視實際使用需求決定。另外，該減速齒輪組42的齒輪材質可以是塑膠或金屬材料，或者二者混合使用。

如圖3所示，該馬達殼座23具有複數支撐部231，該線圈定子組21及該控制電路板24透過該些支撐部231而固定在該馬達殼座23中。此外，該線圈定子組21包含連接該控制電路板24的一定子座211、疊置在該定子座211中的複數定子片212以及繞設在這些定子片212上的複數線圈213。要說明的是，外部電流流入線圈213的電流方向可決定該磁鐵轉子組22的轉動方向。

具體而言，該線圈定子組21更包括複數螺件214。該定子座211具有複數螺柱210。又，該控制電路板24設有複數結合孔240，該控制電路板24及 該定子座211之間透過該些螺件214分別穿設該控制電路板24的結合孔240及該定子座211的螺柱210而結合。

另外要說明的是，該線圈定子組21及該控制電路板24是採懸吊方式固定在該馬達殼座23中，並讓該磁鐵轉子組22位於該控制電路板24的下方，由於該磁鐵轉子組22是圈繞在該線圈定子組21外。據此，該磁鐵轉子組22旋轉時所產生氣流可排除落入封閉空間內的粉塵，以確保該控制電路板24的正常運作。

更詳細地說，該驅動軸組30更包括套合該驅動軸31的一自潤軸承33。該自潤軸承33包含穿設在該馬達殼座23中的一馬達軸承331及穿設在該齒輪箱41中的一齒輪軸承332。該馬達軸承331及該齒輪軸承332係為一體成型。

再者，該轉子座221具有一底板2211，且該底板2211設有一軸孔2210，該馬達軸承331係結合在該軸孔2210中。該齒輪軸承332為一自潤凸緣襯套，該齒輪軸承332貼合該底板2211的一外側面並低於該磁鐵轉子組22的一底側，據此增加穿置在該自潤軸承33中的驅動軸31的旋轉穩定性，並可避免該驅動軸31發生轉動偏擺。

綜上，本發明之阻旋式料位開關驅動組合1設置有該霍爾馬達模組20，且該霍爾馬達模組20為一無刷式馬達，惟該霍爾馬達模組20的輸出扭矩較為不足，因此透過結合該減速齒輪模組40來增加輸出扭矩，另透過該霍爾效應偵測器25來監測馬達轉速。因此，該霍爾馬達模組20可組合該減速齒輪模組40成為一體之產品。此外，由於該霍爾馬達模組20的使用電壓低，故可達到省電與輕薄短小的效果，且使用壽命長。

請再參照圖7，係為本發明之阻旋式料位開關的定子片的立體外觀示意圖。於本實施例中，各該定子片212為一矽鋼片，包含一環片2121及自該環片2121延伸的複數突片2122。該些突片2122係呈對稱設置並間隔環繞在該環片2121的一外側。

進一步地，各該突片2122包含一第一半葉2123及一第二半葉2124，該第一半葉2123及該第二半葉2124構成該突片2122。要說明的是，該第一半葉2123的面積小於該第二半葉2124面積而使該線圈定子組能夠產生偏磁作用。

再者，該環片2121具有一開孔2120及複數定位部2125。該些定位部2125包含位於該開孔2120內壁的一第一定位部2126及位在該環片2121周緣的一第二定位部2127。該第一定位部2126及該第二定位部2127分別為孔徑不同的一半圓孔。較佳地，該環片2121更具有複數卡掣部2128，各該定子片212之間係透過該些卡掣部2128相互卡掣而定位。

本實施例中，各該卡掣部2128係對應設置在各該突片2122上，並大致位在該第一半葉2123及該第二半葉2124之間。此外，該卡掣部2128在凸出該突片2122的表面係為一凸部，且其截面為一三角形，實際實施時不以此為限制。

請另參照圖8，係為本發明之阻旋式料位開關的定子片的另一實施態樣。於本實施例中，該定子片212與前一實施例大致相同，其不同之處在卡掣部2128所設置的位置。於本實施例中，該些卡掣部2128係間隔環列在該環片2121上。

請另參照圖9及圖10，係為本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組的扣合示意圖。本發明之霍爾馬達模組20a及減速齒輪模組40a可組合在同一結構空間或二者個自分離，另依使用者需求作結合。本實施例中，該霍爾馬達模組20a及該減速齒輪模組40a係透過一扣件70a作結合。

具體而言，該扣件70a為一U型帶體並在兩端分別設有一扣孔71a；另一方面，該減速齒輪模組40a的齒輪箱41a的兩側下緣分別設置有一卡榫411a，該扣件70a透過該扣孔71a及該卡榫411a的扣合而結合該霍爾馬達模組20a及該減速齒輪模組40a。

要說明的是，本實施例中，該扣件70a的頂部成型有一彎折部72a，此彎折部72a的設置可增加該扣件70a撓性度，藉以在扣合時提供較大的彈性。

請續參照圖11及圖12，係為本發明之霍爾馬達模組及減速齒輪模組另一態樣的扣合示意圖。本實施例和前一實施例大致相同，霍爾馬達模組20b及減速齒輪模組40b係透過一扣件70b作結合。本實施例的不同之處在扣合態樣的設置方式及減速齒輪模組40b的外型。要說明的是，該減速齒輪模組40b的外型是根據不同齒輪比而改變。本實施例中，該減速齒輪模組40b的齒輪箱41b外型係大致呈橢圓形。

具體而言，該扣件70b為一U型帶體並在兩端分別設有一扣孔71b；另一方面，該減速齒輪模組40b的齒輪箱41b的兩側分別設置有一卡榫411b，該扣件70b透過該扣孔71b及該卡榫411b的扣合而結合該霍爾馬達模組20b及該減速齒輪模組40b。

另一要說明的是，本實施例中，該扣件70b的頂部亦成型有一彎折部72b，此彎折部72b的設置可增加該扣件70b撓性度，藉以在扣合時提供較大的彈性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，非用以定本創作之專利範圍，其他運用本創作之專利精神之等效變化，均應俱屬本創作之專利範圍。

1:阻旋式料位開關驅動組合

10:外部殼座

20:霍爾馬達模組

24:控制電路板

30:驅動軸組

40:減速齒輪模組

50:阻旋組件

51:傳動軸

52:葉片

60:電源控制模組

Claims (17)

1. 一種具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，包括：一外部殼座；一霍爾馬達模組，設置在該外部殼座內並隔絕外部環境而與該外部殼座形成一封閉空間，包括一線圈定子組、一磁鐵轉子組、一馬達殼座、一控制電路板及一霍爾效應偵測器，該線圈定子組導線連接該控制電路板且相對於該馬達殼座呈靜止不動，該磁鐵轉子組設置在該馬達殼座內並圍繞在該線圈定子組外，該霍爾效應偵測器係設置在該控制電路板上並對應該磁鐵轉子組的位置設置；一驅動軸組，包含一驅動軸及一驅動齒輪，該驅動軸的一端結合在該馬達殼座並隨著該磁鐵轉子組轉動，該驅動軸的另一端結合有該驅動齒輪並穿出該馬達殼座；一減速齒輪模組，設置在該馬達殼座內並隔絕於外部環境而與該霍爾馬達模組形成另一封閉空間，該減速齒輪模組透過該驅動軸組而與該霍爾馬達模組作連動，該減速齒輪模組包含一齒輪箱及安裝在該齒輪箱中的一減速齒輪組，該齒輪箱係承接該驅動軸的另一端，該減速齒輪組齧合該驅動齒輪而受到該驅動軸的帶動；以及一阻旋組件，包含一傳動軸及固定在該傳動軸的一葉片，該傳動軸受該減速齒輪組的帶動而令該葉片產生旋轉。
2. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其更包括一電源控制模組，該電源控制模組設置在該外部殼座的內部並導線連接該控制電路板。
3. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該馬達殼座具有複數支撐部，該線圈定子組及該控制電路板透過該些支撐部而固定在該馬達殼座中。
4. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該線圈定子組包含連接該控制電路板的一定子座、疊置在該定子座中的複數定子片以及繞設在該些定子片上的複數線圈。
5. 如請求項4所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該線圈定子組更包括複數螺件，該定子座具有複數螺柱，該控制電路板設有複數結合孔；該控制電路板及該定子座之間透過該些螺件分別穿設該控制電路板的結合孔及該定子座的螺柱而結合。
6. 如請求項4所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中各該定子片為一矽鋼片，包含一環片及自該環片延伸的複數突片，該些突片係呈對稱設置並間隔環繞在該環片的一外側。
7. 如請求項6所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該環片具有一開孔及複數定位部，該些定位部包含位於該開孔內壁的一第一定位部及位在該環片周緣的一第二定位部，該第一定位部及該第二定位部分別為孔徑不同的一半圓孔。
8. 如請求項7所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該環片更具有複數卡掣部，各該定子片之間係透過該些卡掣部相互卡掣而定位。
9. 如請求項8所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中各該卡掣部係對應設置在各該突片上。
10. 如請求項8所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該些卡掣部係間隔環列在該環片上。
11. 如請求項6所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該些突片包含位在相對側的一對第一凸片及一對第二凸片，各該第一凸片的面積小於各該第二凸片的面積而使該線圈定子組能夠產生偏磁作用。
12. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該驅動軸組更包括套合該驅動軸的一自潤軸承，該自潤軸承包含穿設在該馬達殼座中的一馬達軸承及穿設在該齒輪箱中的一齒輪軸承，該馬達軸承及該齒輪軸承係為一體成型。
13. 如請求項12所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該馬達殼座具有一底板，且該底板設有一軸孔，該馬達軸承係結合在該軸孔中；該齒輪軸承為一自潤凸緣襯套，該齒輪軸承貼合該底板的一外側面並低於該磁鐵轉子組的一底側。
14. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該磁鐵轉子組包含一轉子座及設置在該轉子座內的複數永久磁鐵，該些永久磁鐵包含不同磁極的複數第一磁極及複數第二磁極，該些第一磁極及該些第二磁極係交錯設置並呈環狀排列。
15. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該阻旋組件的葉片未接觸到物料時，霍爾馬達模組運轉；當葉片接觸到物料而受到阻力時，霍爾馬達模組會停止帶動馬達軸組，並同時送出訊號。
16. 如請求項1所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其更包括一扣件，該霍爾馬達模組及該減速齒輪模組係透過該扣件而結合。
17. 如請求項16所述之具霍爾效應的阻旋式料位開關驅動組合，其中該扣件為一U型帶體。

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