专利名称：运动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及运动控制装置，特别是制动器。明确而言，本发明涉及 适于同轨使用的制动器以制动例如线性运动的运动，更明确地说，涉及利用低 电压直流启动的线性运动制动器。
背景技术：
由于线性运动装置可在线性运动方向上将负载高准确和高速度地运动至 一个地点，因而在才几械工具、半导体和医药工业中的普遍性一直增加。然而， 在停止或握持线性负载上遭遇到问题，特别是当动力断供时。明确地说，由于 负载的运动和位置取决于提供至线性电动机的电流，当例如电力断供造成电流 中断给于线性电动机时，由线性运动装置载运的负载将在重力和/或惯性力下 运动。由于采用可最小化滑动摩擦的高性能线性轴承，使得这个问题也在线性 运动装置中被加剧。先前的工匠设计了可改善以上缺失和在操作上具有明显可
靠性和准确性的制动器，见颁给汉克等人的美国专利6，460，678和颁给马赫等 人的美国专利7,124,861。上述的技术主要利用流体压力来启动。诸多的线性 装置并无合适的流体压力源，然而，电力(特别是低电压)却可容易的取得。
机电技术(结合机械工程、电子及计算机工程)正取代着设计者依赖了数 十年的传统动力方式。为了在动力领域取得市场利益，许多公司正投资以电气 化的动力源来执行气动及液压对应组件工作的产品。
因此，有需要一种用来制动线性运动负载和特别是同线性运动装置使用的 制动器，尤其是用于制动包含电力启动做为操作模式的线性运动负载。
再者，有需要一种在可销售的成本上符合或超越传统气动或液压装置的性 能特性的电机产 品。
发明内容
为解决线性运动制动器领域的这些需求和其它问题，本发明提供结合在罩上且容纳在一沟槽内的一定位销，沟槽形成在可转动地安装在罩内的一凸轮的 凸轮轴上。凸轮的一偏心凸轮随动件抵靠一衬片，衬片可在大致垂直转动轴线 上滑动地安装在罩内。位于沟槽内的销做为一旋转阻挡以抑制凸轮轴的进一步 转动。
在一最佳的形式中，凸轮轴具有一圆柱孔，圆柱孔相对转动轴线偏心延伸 且容纳凸轮随动件的一柱栓。在最佳观点上，柱栓从一较大圆柱形结合部同心 地延伸。再者，在最佳观点上，第一及第二轴承之内圏夹在凸轮轴的导引肩部 与凸轮随动件的结合部之间。
在一最佳形式上， 一垫片将第 一及第二轴承之外圏分隔以对第 一及第二轴 承施加与内圈在负载下的轴向位移量相等的预负载。
在较佳观点上，当村片和凸轮表面的结合位置抵接时，在凸轮随动件转动 经过之后，通过销与沟槽一端的抵接以将凸轮随动件锁住而使凸轮随动件不会 因衬片的移动而移动。凸轮表面相较于具有较小径向伸出量的尾段部具有一较 大的径向伸出量。
本发明将由本发明举例说明的实施例并参照所附图式而得清楚了解。
该实施例可参考这些附图而^皮更加清晰的描述 图1显示根据本发明较佳教导的一运动控制装置的横截面图。 图2显示图1的运动控制装置的横截面图。 图3显示图1的运动控制装置的芯总成的立体图。 图4显示图1的偏心调整安装的一立体分解图。 图5显示图1的运动控制装置的凸轮随动件和衬片的示意图。 以下所有图式仅便于解释本发明基本教导而已，图式中构成较佳实施例的 组件的数目、位置、关系、及尺寸的延伸将有所说明或在阅读及了解本发明的 教导后相关的变化实施属于业界技能。另外，在阅读及了解本发明的教导后， 结合特定力量、重量、强度、及类似要求的精确尺寸及尺寸比例的改变亦属业 界技能。
在不同图式中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如 "顶部"、"底部"、"第一"、"第二"、"前"、"后""外部"、"内部"、"上"、"下"、"高"、"宽"、"长"、"尺寸"、"端"、"侧"、"水平"、"垂直"、"轴向"、"径向" 和类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述该举例的实施例 而已。
优选的实施方式
根据本发明较佳教导的运动控制装置显示于图中且标号为10。 一般而论， 装置10在最佳形式中为制止负载沿着一线性轨道30做线性移动的制动器。根 据本发明的较佳教导，装置10包括适于沿着线性轨道30移动的一个罩11及 一保护壳26。 二对第 一及第二轴承22各自具有紧配安装在罩11内之外圈。 第一及第二齿轮电动机15容纳在分隔且平行的保护壳26容室内，容室位在线 性轨道30的相对侧且与线性轨道30平行。各齿轮电动机15包含一可转动的 电动机驱动轴，在最佳形式中，驱动轴延伸穿过环状握持座13,齿轮电动机 15通过固定件29来结合在握持座13上，且握持座13通过固定件28以在容 室的第一轴端处可分离地结合到保护壳26。可利用合适的盖17来封闭保护壳 26的容室的第二轴端。
根据本发明较佳教导的包含齿轮电动机15的装置10使用轴承22和凸轮 随动件24来转换齿轮电动机1的转动力成为线性力，藉此夹固线性轨道30。 为得最佳结果，将转动力矩转换成夹固力的效率应该在85%范围。这给本发 明的设计更灵活的调整而允许较高的握持力A/或快速结合时间。
明确而论，各齿轮电动机15包含耦接至一行星齿轮箱的直流电动机以提 高扭矩和降低速度。齿轮电动机15的驱动轴接着连结到一凸轮轴23 (例如容 纳到一接收沉孔内)，沉孔相对转动轴线同心地从凸轮轴23的第一轴端延伸。 凸轮轴23受轴承22支撑在罩11内以绕着与线性轨道30平行且分隔的一转动 轴线转动，凸轮轴23具有从它的第二轴端沿转动轴线挖设的一偏心孔，偏心 孔有螺紋且具有一沉孔以允许安装凸轮随动件24的一柱栓。在这安排中，凸 轮随动件24的柱栓被凸轮轴23的半管状部分包围且接着同心地被第一及第二 轴承22包围。凸轮随动件24包含与一衬片12接触且相抵的一结合部，衬片 12为可在大致垂直转动轴线上滑动地安装在罩11内。通过齿轮电动机15引 起的凸轮轴23转动造成凸轮随动件24的结合部在绕着转动轴线的一偏心路径 上随着运动。此偏心使得第一及第二轴承22进和出，很像在内燃引擎中的曲柄轴、杆与活塞的安排动作。当偏心路径到达与衬片12的垂直面接近相切时， 此系统产生相当大的力。
图3显示第一及第二轴承22和凸轮随动件24在位置上。凸轮轴23机械 加工出在垂直转动轴线的平面上延伸的一 U形沟槽，U形沟槽设计来容纳一 定位销14及一氨基曱酸酯緩沖件25。在凸轮轴23上可设有与该U形沟槽连 接的一轴向槽道以在定位销14例如通过冲压而结合到罩11内之后允许緩冲件 25安置在定位销14上且接着允许緩沖件25及定位销14安置在U形沟槽内。
销M与緩沖件25的结合做为一旋转阻挡以抑制凸轮轴23的进一步转动。 在显示的较佳形式中，凸轮轴23与凸轮随动件24的全部转动绕着转动轴线略 大于180度。超过180度的理由与当动力要从装置IO移除的状态有关。当齿 轮电动机15转动到夹固位置时，动力被移除。动力因为电动机的额定工作周 期及因为流动电流所产生的热负效应而受限制。4吏齿4仑电动才几15在满电流运 转以产生高扭力且令凸轮轴23的U形沟槽有过中心设计以将装置IO握持在 结合位置最为有效。举例说明，假定凸轮轴23转动直到凸轮随动件24的偏心 曲线的瞬间斜率与衬片12的表面相切(亦即垂直)。制动是安排成使得凸轮 轴23转动略为"过中心"以锁住装置10。明确地说，凸轮随动件24具有一结 合位置，偏心曲线在此结合位置与衬片12的表面相切且衬片12在此结合位置 滑到位于出罩11外的最大伸出量。请了解凸轮表面包含位在该结合位置之前 的一前段部，当凸轮轴23向结合位置转动时，抵接前段部的衬片12进一步滑 出罩11外。当凸轮轴23转动超过结合位置时，抵接前段部的衬片12可从最 大伸出量退回。在结合位置通过衬片12之后片刻，销14与緩冲件25即与U 形沟槽的该端结合。藉此，当给齿轮电动机15的动力有损失时，在允许衬片 12滑进罩11内之前，衬片12有必要进一步地滑出罩11外。这在没有使用齿 轮电动机15时不太可能产生。在相反方向上，阻挡被设定为将装置IO全部开 放。
用于封装定位销14的管状氨基曱酸酯緩冲件25做为一转动邻接。装置 10在没有緩沖件25或其它緩沖性能下运转可能会造成齿轮电动机15的若干 齿轮箱故障且会对位于电动机驱动轴和凸轮轴23之间的扭矩移转系统造成严 重磨损。再者，舍弃在齿轮电动才几15的齿轮箱的电动^L驱动轴上的单一扁面 设计和标准固定螺丝而安排成在驱动轴上具有二扁面"^殳计且凸轮轴23上设有一椭圆形接收沉孔以容纳电动机驱动轴。较佳形式的氨基曱酸酯緩冲件减轻当 突然停止发生时的该转动物体所产生的扭转峰值。然而，请了解根据本发明较 佳教导可利用其它形式的緩沖装置。
根据本发明较佳的教导，凸轮轴23和凸轮随动件24为个别形成且和凸轮 随动件24为可分开但一起形成一凸轮。柱栓为圆柱形且自 一圓柱形的结合部 延伸，结合部与柱栓同心且较柱栓大。凸轮轴23包含与转动轴线同心的一导 引肩部用以容纳第一及第二轴承22之内圈。当凸轮随动件24的柱栓螺入凸轮 轴23的螺紋偏心孔后，第一及第二轴承22之内圈夹在凸轮轴23的导引肩部 与凸轮随动件24的结合部之间。凸轮随动件24的结合部上可设有一固定沉孔 以帮助凸轮随动件24的相对转动。可将通过固定件19结合在罩11上的一盖 16移除来通到固定沉孔。
一垫片20加到根据本发明教导的轴承总成上。垫片20将第一及第二轴承 22之外圈分隔。通过测量和计算第一及第二轴承22之内圈在负载下的轴向位 移量，垫片20永久性的引发相等量的偏移给驱动总成。通过预负载，或更4青 准地说，预位移轴承总成，在满载下的偏移降低至0.001。这产生一更紧、更 直的夹固机构以得到较高的性能。
在先前技术中， 一控制器提供做为一独立对象，其通常为外部安装。参看 图4,电动机控制器18封装在保护壳26内。明确而论，在较佳形式中，保护 壳26包含凹部，凹部位在容纳齿轮电动机15的容室中间且位在线性轨道30 上方。保护壳26为例如通过固定件27而与罩11结合，固定件27可进入凹部 内且延伸穿过保护壳26且固定在罩11内。环形握持座13夹在罩11与保护壳 26之间。可通过一盖21将内部具有电动机控制器18的凹部封闭。
一微控器及H桥驱动器形成电动机控制器18的电子心脏。通过微控器提 供及接收结合/分离信号。接着，微控器发出适当信号给H桥驱动器以操作齿 轮电动机15且产生装置10和线性轨道30之间的所要结合或分离。如果装置 10的结合成功，微控器将透过一信号光或是逻辑高/低电压信号提供一数字指 示。此外，为了可能的结合失败模式，可监视齿轮电动机15的电枢电流。这 些模式包含但不限制为脱落的线性轨道30、电动机电枢电路成为开放电路、 齿轮电动机15继续地停止(锁住)、脱落的衬片12、及齿轮电动机15反向 驱动。 一旦侦测到一结合失败模式，数字指示被否定。这提供该结合未受确认的反馈给使用者。电枢电流可通过硬件和软件来调整以产生稳定信号，微控器 可基于稳定信号来做失败模式判定。
除了失败模式侦测之外，使用了电枢电流来决定在结合期间何时要緩慢齿
轮电动机15。当电流因为衬片12与线性轨道30接触而陡升时，齿轮电动机 15使用来自H桥驱动器的低于100%的工作周期脉冲宽度调制信号来緩慢齿 轮电动机15。较低的速度仍然足够完全地结合装置IO且允许减轻对转动阻挡 的接触，因而可降低在机构组件上的应力。
根据本发明较佳教导的运动控制装置10采用全滚动组件将电源的转动4丑 矩转换成为线性力。再者，本发明的运动控制装置IO的组件安排产生协同结 果以补偿使用电能做为动力源的动力密集缺点。
因此，由于在说明书揭示的本发明可由没有脱离本发明精神与大体特征的 其它特定形式来实施，且这些特定形式的一些形式已经被显示，所以，在说明 书揭示的实施例应视为举例说明而非限制。本发明的范围由所附的权利要求来 界定，而不是由以上叙述所界定，对于落入该权利要求的均等意义与范围的所 有改变仍将并入于本发明所主张的权利要求范围之内。
权利要求
1、一种运动控制装置包括一个罩；一凸轮，其有一凸轮轴和一凸轮随动件，所述凸轮轴可绕着一转动轴线转动地安装在所述罩内，所述凸轮随动件在绕着所述转动轴线的一偏心路径上随着运动；一衬片，其可在大致垂直所述转动轴线上滑动地安装在所述罩内，所述衬片抵接所述凸轮随动件；一沟槽，其垂直所述转动轴线延伸地形成在所述凸轮轴上且围绕所述转动轴线的角度小于360度；一销，其固定在所述罩内且延伸到所述沟槽内，所述销和所述沟槽做为一旋转阻挡以抑制所述凸轮轴绕着所述转动轴线的进一步转动，所述销与所述沟槽之间具有缓冲。
2、 如权利要求1所述的运动控制装置，所述凸轮随动件具有界定所述偏 心路径的一凸轮表面，所述村片与所述凸轮表面抵接，所述凸轮表面包含至少 一结合位置，所述结合位置具有与所述转动轴线相距的一径向伸出量，所述凸 轮表面包含在所述偏心路径具有较小径向伸出量之前段部与尾段部，所述前段 部与尾段部位在所述至少一结合位置之前和之后，当所述衬片与所述凸轮表面 抵接时，所述衬片滑出所述罩外一最大伸出量，所述沟槽具有第一端及第二端， 当所述衬片与所述至少一结合位置后侧的尾段部抵接时，所述销与所述沟槽的 第 一端抵接以锁住所述衬片使所述衬片不会滑动。
3、 如权利要求1或2所述的运动控制装置，还包括容纳在所述销上及所 述沟槽内的一环形緩冲件，所述环形緩沖件緩冲所述销与所述沟槽之间的冲 击。
4、 如权利要求l-3任一项所述的运动控制装置，还包括第 一及第二轴承，各轴承具有容纳在所述罩内之外圈及容纳所述凸轮轴之 内圈，其中，所述凸轮轴与所述凸轮随动件个别形成且与所述凸轮随动件为可 分开，所述第一及第二轴承之内圈夹在所述凸轮轴与所述凸轮随动件之间；及一塾片，其将所述第一及第二轴承之外圈分隔以对所述第一及第二轴承施 加与所述内圏在负载下的相等轴向位移量的预负载。
5、 如权利要求1-3任一项所述的运动控制装置，其中所述凸轮轴与所述 凸轮随动件为个别形成且与所述凸轮随动件为可分开，所述凸轮轴包含第一及 第二轴端，所述第二轴端具有相对所述转动轴线偏心延伸的一圆柱孔，所述凸轮随动件包含容纳在所述圆柱孔内的一柱栓及与所述衬片结合的一结合部，所 述柱栓自所述结合部延伸。
6、 如权利要求5所述的运动控制装置，还包括第 一及第二轴承，各轴承具有容纳在所述罩内之外圈及容纳所述凸轮轴之 内圈，所述第一及第二轴承之内圏夹在所述凸轮轴与所述凸轮随动件之间；及一垫片，其将所述第一及第二轴承之外圏分隔以对所述第一及第二轴承施 加与所述内圏在负载下的轴向位移量相等的预负载。
7、 如权利要求5或6所述的运动控制装置，其中所述结合部为圆柱状且 相对所述柱栓为同心。
8、 如权利要求在前任一项所述的运动控制装置，还包括一电动机，其具有一驱动轴，所述第一轴端包含相对所述转动轴线同心延 伸的一沉孔，所述驱动轴为可移除地容纳在所述沉孔内。
9、 如权利要求8所述的运动控制装置，还包括与所述罩结合的一保护壳，所述保护壳具有平行所述线性轨道延伸的一容 室，所述电动机容纳在所述容室内，所述保护壳还具有一凹部；及容纳在所述保护壳凹部内的一电动机控制器，所述电动机控制器控制所述 电动才几。
10、 如权利要求9所述的运动控制装置，还包括夹在所述罩与所述保护壳之间的一环形握持座，所述驱动轴延伸穿过所述 环形握持座，所述环形握持座与所述电动机结合，所述环形握持座为可分离地 结合到所述保护壳且横跨延伸所述容室。
11、 如权利要求在前任一项所述的运动控制装置，还包括 一线性轨道，所述罩可相对所述线性轨道移动，所述线性轨道平行所述转动轴线，所述衬片与所述线性轨道结合。
12、 如权利要求在前任一项所述的运动控制装置，其中所述沟槽围绕所述 转动轴线延伸超过180度。
13、 一种运动控制方法包括绕着一转动轴线转动一凸轮随动件，所述凸轮随动件具有界定一偏心路径 的凸轮表面，所述偏心路径包含至少一结合位置及位在所述至少一结合位置之 前与之后的前段部和尾段部，所述结合位置具有与所述转动轴线相距的一径向 伸出量，所述前段部和尾段部具有较小的径向伸出量；将一衬片与所述凸轮表面抵接以垂直所述转动轴线移动；及 在所述凸轮随动件绕所述转动轴线转动后，当所述至少一结合位置通过所 述衬片时，使一销抵接在所述凸轮随动件的一沟槽一端而将所述凸轮随动件锁 住使所述凸轮随动件不会因所述衬片的移动而移动
14、 如权利要求13所述方法，还包括 緩冲所述销与所述沟槽的所述端的抵接。
15、 如权利要求14所述的方法，所述緩冲包含在所述销上提供一弹性环 形緩冲件，所述緩沖件与所述销容纳在所述沟槽内。
16、 如权利要求13-15任一项所述方法，其中转动所述凸轮随动件包括提 供第一及第二轴承，各轴承具有容纳在所述罩内之外圈及容纳所述凸轮轴之内开，所述第一及第二轴承之内圈夹在所述凸轮轴与所述凸轮随动件之间；及对所述第一及第二轴承施加与所述内圈在负载下相等的轴向位移量的预 负载。
17、 如权利要求13-16任一项所述方法，其中转动包含转动所述凸轮随动 件小于360度且大于180度。
全文摘要
一种线性制动器形式的运动控制装置(10)包括可在一个罩(11)内转动的一凸轮轴(23)，罩(11)可沿着一线性轨道(30)移动。凸轮轴(23)由一齿轮电动机(15)带动旋转而促成一凸轮随动件(24)的一偏心结合部与一衬片(12)抵接，衬片(12)与线性轨道(30)结合以在线性轨道(30)上提供一夹固力。一缓冲件(25)容纳在一定位销(14)上，定位销(14)结合在罩(11)上且容纳在凸轮轴(23)的一U型沟槽内以抑制凸轮轴(23)进一步转动。一垫片(20)将容纳凸轮轴(23)的轴承(22)之外圈隔开以对第一及第二轴承(22)预加负载。
文档编号F16D63/00GK101688573SQ200880016987
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者凯文·B·维斯, 布莱德·布里克斯 申请人:聂克森集团公司