TWI791152B

TWI791152B - 線材張力控制裝置及應用其之編織機

Info

Publication number: TWI791152B
Application number: TW109117721A
Authority: TW
Inventors: 黃一萍; 吳智偉; 李奕嶒
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2023-02-01
Also published as: TW202124805A

Abstract

線材張力控制裝置包括線筒及磁矩產生器。線筒用以提供線材。磁矩產生器包括可相對轉動的定子與轉子，轉子連接於線筒，當線筒帶動轉子轉動時，磁矩產生器對線材產生張力。

Description

線材張力控制裝置及應用其之編織機

本揭露是有關於一種張力控制裝置及應用其之編織機，且特別是有關於一種線材張力控制裝置及應用其之編織機。

現有編織製程的線材提供器可提供線材給一載體，使線材編織於載體上。線材提供器包含線筒及連桿機構。連桿機構可依據編織過程線材張力值變化，反覆鎖住線筒(停止線材的提供，以增加線材張力值)及釋放線筒(允許線材的提供，以降低線材張力值)，以穩定線材的張力值。然而，此種機械式控制方式下的線材張力值的變動幅度仍無法使人滿意，導致編織品值無法有效提升。因此，如何提出一種能降低線材張力值的變動幅度的技術是本技術領域業者努力的目標之一。

本揭露係有關於一種線材張力控制裝置及應用其之編織機。

本揭露一實施例提出一種線材張力控制裝置。線材張力控制裝置包括一線筒及一磁矩產生器。線筒用以提供一線材。磁矩產生器包括可相對轉動的一定子與一轉子，轉子連接於線筒，當線筒帶動轉子轉動時，磁矩產生器對線材產生一張力。

本揭露另一實施例提出一種編織機。編織機包括一帶動件及一線材張力控制裝置。線材張力控制裝置包括一線筒及一磁矩產生器。線筒用以提供一線材。磁矩產生器配置在帶動件且包括可相對轉動的一定子與一轉子，轉子連接於線筒，當線筒帶動轉子轉動時，磁矩產生器對線材產生一張力。帶動件用以帶動線材張力控制裝置所提供之線材繞在一載體上。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

10:編織系統

11:編織機

12:機械手臂

13:載體

14:線材

100,200,300,400:線材張力控制裝置

110:線筒

110a:凹部

120,420:磁矩產生器

121:定子

1211:鐵芯

1212:線圈

122:轉子

122a,124a:貫孔

122A:傳動軸

122B:軸承

123:永久磁鐵

124:外殼

130:轉接件

130a:固定孔

131:凸部

130a:固定孔

111:帶動件

111s:內周面

240:負載

340:調速機構

440:行程調整元件

441:內螺紋

450:防鬆元件

460:基座

461:外螺紋

C1,C2:曲線

L1:電流

X,Y,Z:軸向

S1:延伸方向

第1圖繪示依照本揭露一實施例之編織系統的示意圖。

第2圖繪示第1圖之線材張力控制裝置的示意圖。

第3圖繪示第2圖之線材張力控制裝置的分解圖。

第4圖繪示第2圖之線材張力控制裝置沿方向4-4’的剖面圖。

第5圖繪示第2圖之磁矩產生器的分解圖。

第6圖繪示第2圖之磁矩產生器的輸出磁矩與時間的關係圖。

第7圖繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置的局部剖面圖。

第8圖繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置的局部剖面圖。

第9圖繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置的局部剖面圖。

請參照第1~6圖，第1圖繪示依照本揭露一實施例之編織系統10的示意圖，第2圖繪示第1圖之線材張力控制裝置100的示意圖，第3圖繪示第2圖之線材張力控制裝置100的分解圖，第4圖繪示第2圖之線材張力控制裝置100沿方向4-4’的剖面圖，第5圖繪示第2圖之磁矩產生器120的分解圖，而第6圖繪示第2圖之磁矩產生器120的輸出磁矩與時間的關係圖。

編織系統10包括編織機(braiding)11及機械手臂12。

編織機11例如是包括至少一線材張力控制裝置100及帶動件111。機械手臂12用以驅動載體13運動。機械手臂12例如是具有六個自由度，例如沿X、Y、Z軸向平移及繞X、Y、Z軸向轉動等六個自由度，以驅動載體13以一進給速度移動，如載體軸線沿Z軸向平移。帶動件111例如是齒輪，其可轉動且用以將線材14繞在載體13上，如繞Z軸向轉動。在另一實施例中，視編織系統10的種類而定，帶動件111不限於進行轉動運動，其可能是進行平移運動，或轉動運動與平移運動的混合。如第1圖所示，至少一線材張力控制裝置100環繞帶動件111 的內周面111s配置，並用以提供線材14給載體13。當帶動件111繞Z軸向(+或-Z軸向)轉動時，帶動件111帶動線材張力控制裝置100繞Z軸向公轉，而拉動線材張力控制裝置100上的線材14編織在載體13之外表面上。在完成載體13的線材纏繞作業後，可將繞有線材14的載體13進行高溫烘烤。線材14係由線體(支材)與樹脂(基材)所組成，線材14包覆於載體13後需經由高溫烘烤使樹脂先融化後再與線體結合成具耐高應力複合材料。此外，線材14例如是金屬線，如週期表上任一金屬元素或複合材料，如碳纖維、玻璃纖維等質輕且高強度的線材；或者，線材14可以是用於紡織業的各種線材，如紗線、棉線等。

如第1~4圖所示，線材張力控制裝置100包括線筒110、磁矩產生器120及轉接件130。線筒110用以提供線材14(繪示於第1圖)，例如，線材14可繞在線筒110上，當線筒110轉動時，可持續供應線材14。如第3與第4圖，磁矩產生器120包括一傳動軸122A，且磁矩產生器120包括可相對轉動的轉子122與定子121。轉子122連接於線筒110。當線筒110帶動轉子122轉動(例如，線筒110繞Z軸向轉動，帶動轉子122繞Z軸向轉動)時，磁矩產生器120對線材14產生一張力。如此，藉由此磁力控制，可縮小編織過程中線材14的張力變動幅度，增加線材14繞在載體13上的編織品質。

如第1~4圖所示，線筒110與轉子122固定，使線材14拉動線筒110轉動時，線筒110可同步帶動轉子122轉動，如繞第4圖所示之Z軸向轉動。本揭露實施例的磁矩產生器120的轉子122是由線筒110帶動而轉動，磁矩產生器120的轉子122的轉動本身並不需要依靠任何外部電力。此外，線材14與磁矩產生器120完全不接觸，例如線材14不與定子121、轉子122及外殼124直接連接。

磁矩產生器120例如係以應用於編織機為例說明，然亦可應用於紡織機、馬達繞線機等。只要是需要控制線材張力的領域，都可應用本揭露實施例之磁矩產生器120，例如，馬達的繞線製程、紗束展紗製程、捲料製程等。

如第4圖所示，磁矩產生器120更包括至少一永久磁鐵123。定子121與轉子122之一者可包括鐵芯及線圈，而永久磁鐵123可配置於定子121與轉子122之另一者。在本實施例中，磁矩產生器120更包括至少一軸承122B。

在本實施例中，如第4及5圖所示，轉子122圍繞定子121(此種結構可稱為「外轉子-內定子」)，其中定子121包括鐵芯1211及線圈1212，線圈1212纏繞在鐵芯1211上。永久磁鐵123配置在定子121的內側壁，並與線圈1212相面對。在另一實施例中，定子121可圍繞轉子122(此種結構可稱為「內轉子-外定子」)，在此例子中，轉子122可包括鐵芯及線圈，而永久磁鐵123配置在定子121的內側壁，並與定子121的線圈相面對。綜上，本揭露實施例之磁矩產生器120的定子- 轉子機構可採用「內轉子-外定子機構」或「外轉子-內定子機構」實現。

如第4及5圖所示，永久磁鐵123可產生磁場，當轉子122轉動時，永久磁鐵123所產生磁場受到鐵芯1211與線圈1212的切割，轉子122因而產生一磁矩。如第6圖所示，曲線C1表示磁矩產生器120所產生的磁矩。如曲線C1所示，除了啟動初期的突升(非工作區，可忽略不計)外，後續工作區(直線段，但實際上可能為上下穩定波動)皆為穩定的磁矩輸出，磁矩可對線材14施以一穩定張力，進而提升線材14繞於載體13的編織品質。

如第5圖所示，轉子122具有貫孔122a。磁矩產生器120更包括一傳動軸122A，傳動軸122A與轉子122的相對關係係固定(即，不相對運動)，如此當傳動軸122A轉動時，可帶動轉子122連動。如圖所示，轉子122具有貫孔122a，傳動軸122A可穿過轉子122之貫孔122，以固定於線筒110。此外，如第4圖所示，磁矩產生器120的傳動軸122A穿過軸承122B。

如第4及5圖所示，磁矩產生器120更包括外殼124，外殼124覆蓋轉子122及定子121，以保護轉子122及定子121。外殼124具有一貫孔124a。傳動軸122A可穿過轉子122之貫孔122a及外殼124的貫孔124a，以固定於線筒110。如此，轉子122可隨線筒110同步轉動。

如第4圖所示，轉接件130可作為線筒110與磁矩產生器120的連接器。例如，轉接件130配置於線筒110與磁矩產生器120之間且連接線筒110與磁矩產生器120，使線筒110可透過轉接件130連接於磁矩產生器120。如此，可在不變動線筒110的原設計下，透過轉接件130仍可連接線筒110與磁矩產生器120，使磁矩產生器120與線筒110可透過轉接件130同步轉動。如第3及4圖所示，在本實施例中線筒110具有至少一凹部110a，而轉接件130包括至少一凸部131，其中凸部131與凹部110a吻合，以互相拘束，例如是限制轉接件130與線筒110繞Z軸向的相對轉動量，如此線筒110可帶動轉接件130轉動。此外，轉接件130更具有一固定孔130a，可與磁矩產生器120的傳動軸122A彼此固定。如此，當線筒110轉動時可透過轉接件130帶動轉子122轉動。在一實施例中，傳動軸122A與固定孔130a可透過螺合、卡合、焊接等暫時性結合方式或永久性結合方式彼此結合。此外，而轉接件130之凸部131與線筒110之凹部110a可彼此固定，例如凸部131與凹部110a卡合(如，緊配)，如此，當線筒110帶動轉接件130轉動時，不會因為凸部131與凹部110a之間存在相對運動量(如凸部131與凹部110a之間具有餘隙)而發出撞擊噪音，且也避免讓張力反應會發生延遲。在另一實施例中，當線筒110的轉速不影響張力擾動時(例如，線筒110的轉速介於27rpm~30rpm之間，然可能更高或更低)，凸部131與凹部110a之間也可鬆配合或過渡配合。

在另一實施例中，轉接件130可以是磁性件，轉接件130與線筒110之間以磁吸力結合，在此設計下，轉接件130可省略凸部131。在其它實施例中，線材張力控制裝置100可選擇性省略轉接件130，磁矩產生器120的傳動軸122A與線筒110可直接結合。

請參照第7圖，其繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置200的局部剖面圖。線材張力控制裝置200包括線筒110(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)、磁矩產生器120、轉接件130(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)及負載240。本揭露實施例之線材張力控制裝置200具有與線材張力控制裝置100類似或相同的技術特徵，不同處在，線材張力控制裝置200更包括負載240。負載240電性耦接線圈1212，例如，負載240的二電極分別連接線圈1212的二端，以形成一封閉迴路，使磁矩產生器120所產生的電流L1可流經負載240。

在實施例中，負載240例如是電阻，其可消耗磁矩產生器120所產生的電流，進而改變磁矩產生器120所產生的磁矩。例如，如第6圖所示，曲線C2表示磁矩產生器120所產生的磁矩。在曲線C2中，除了啟動初期的突升(非工作區，可忽略不計)外，後續工作區皆為穩定磁矩輸出，此磁矩可對線材14產生一穩定張力，進而提升線材14繞於載體13的編織品質。比較曲線C1及C2可知，磁矩產生器120的負載240可改變/調整磁矩產生器120所產生的磁矩值，進而改變/調整磁矩產生器120於編織過程中對線材14施加的張力。在一實施例中，負載240的電阻值係固定值或可變值，換言之，負載240可以是固定電阻或可變電阻。

此外，本揭露實施例不限定負載240的種類，其可以是電子裝置，如顯示器或無線通訊模組等。如此，本揭露實施例之線材張力控制裝置200的負載240除了可使用磁矩產生器120在編織過程所產生的電流L1而執行特定功能外，更可用於改變/調整線材張力控制裝置200之磁矩產生器120所產生的磁矩值。

請參照第8圖，其繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置300的局部剖面圖。線材張力控制裝置300包括線筒110(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)、磁矩產生器120、轉接件130(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)及調速機構340，例如齒輪箱。本揭露實施例之線材張力控制裝置300具有與線材張力控制裝置100類似或相同的技術特徵，不同處在，線材張力控制裝置300更包括調速機構340。調速機構340連接於轉子122，例如，調速機構340透過傳動軸122A連接於轉子122。調速機構340可改變(如增加或降低)變速比，如齒輪箱整不同齒比大小，加以調整提供給線筒110之扭力值大小，並進一步調整線材14之張力大小。

請參照第9圖，其繪示依照本揭露另一實施例之線材張力控制裝置400的局部剖面圖。線材張力控制裝置400包括線筒110(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)、磁矩產生器420、轉接件130(為避免圖示過於複雜，以方塊表示)、行程調整元件440、防鬆元件450及基座460。本揭露實施例之線材張力控制裝置400具有與線材張力控制裝置100類似或相同的技術特徵，不同處在，線材張力控制裝置400更包括行程調整元件440、防鬆元件450及基座460。

在本實施例中，磁矩產生器420包括可相對轉動的定子121與轉子122、永久磁鐵123及外殼124。磁矩產生器420具有與前述磁矩產生器120相同或相似的結構，與前述磁矩產生器120不同的是，本揭露實施例之磁矩產生器420可省略軸承122B(如第4圖)。

行程調整元件440連接於(如固定)定子121且用以調整定子121沿傳動軸122A之延伸方向S1(如沿Z軸向)的位置，以改變線圈1212與永久磁鐵123沿傳動軸122A之延伸方向S1的重疊面積A1。透過改變重疊面積A1，可改變磁矩產生器420於編織過程中產生的磁矩。當重疊面積A1愈大，磁矩產生器420於編織過程中產生的磁矩愈大；反之則愈小。

此外，在本實施例中，定子121的位置係可調整。例如，如第9圖所示，基座460具有外螺紋461，行程調整元件440具有內螺紋441，其中內螺紋441與外螺紋461可相對轉動地螺合。如此，行程調整元件440沿傳動軸122A之延伸方向S1的位置係可調整的，以改變線圈1212與永久磁鐵123沿傳動軸122A之延伸方向S1的重疊面積A1。

如第9圖所示，防鬆元件450位於基座460與行程調整元件之440之間。防鬆元件450可固定/穩定定子121與基座460的相對位置，避免定子121輕易改變位置，進而避免線圈1212與永久磁鐵123沿傳動軸122A之延伸方向S1的重疊面積A1輕易改變。如此，可使磁矩產生器420於編織過程中產生穩定的磁矩。在本實施例中，防鬆元件450例如是彈性元件，如彈簧。防鬆元件450的數量可以是一個或多個。當防鬆元件450的數量為多個時，其可圍繞基座460的外螺紋461配置。當防鬆元件450的數量為一個時，其線圈可連續地環繞基座460的外螺紋461。在另一實施例中，防鬆元件450可以是墊片，或其它可穩定基座460與行程調整元件之440之間相對位置的彈性體。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:線材張力控制裝置

110:線筒

120:磁矩產生器

130:轉接件

X,Y,Z:軸向

Claims

一種線材張力控制裝置，包括：一線筒，用以提供一線材；以及一磁矩產生器，包括可相對轉動的一定子與一轉子，該轉子連接於該線筒，當該線筒帶動該轉子轉動時，該磁矩產生器對該線材產生一張力；其中，該定子或該轉子包括：一鐵芯；以及一線圈，纏繞在該鐵芯上；其中，該線材張力控制裝置更包括一負載，該負載電性耦接該線圈，該負載用以消耗該磁矩產生器所產生的電流，進而改變該磁矩產生器所產生的磁矩值，以改變該張力。
如請求項1所述之線材張力控制裝置，其中該負載為電阻。
如請求項1所述之線材張力控制裝置，其中該負載為電子裝置。
如請求項3所述之線材張力控制裝置，其中該電子裝置為無線通訊模組或顯示器。
如請求項1所述之線材張力控制裝置，其中該定子的位置係可調整。
如請求項5所述之線材張力控制裝置，其中該磁矩產生器更包括一傳動軸，該線材張力控制裝置更包括：一行程調整元件，連接於該定子且用以調整該定子沿該傳動軸之延伸方向的位置。
如請求項6所述之線材張力控制裝置，更包括：一基座，具有一外螺紋；其中，該行程調整元件具有一內螺紋，該內螺紋與該外螺紋可相對轉動地螺合。
如請求項7所述之線材張力控制裝置，更包括：一防鬆元件，位於該基座與該行程調整元件之間。
如請求項1所述之線材張力控制裝置，更包括：一調速機構，連接於該轉子，且用以改變該轉子的轉速。
如請求項1所述之線材張力控制裝置，其中該線材與該磁矩產生器完全不接觸。
一種編織機，包括：一帶動件；以及一如請求項1~10所述之線材張力控制裝置，配置在該帶動件；其中，該帶動件用以帶動該線材張力控制裝置所提供之該線材繞在一載體上。