TWI421421B - 高載重線性致動器 - Google Patents

Description

高載重線性致動器

本發明係有關於一種致動器，尤指一種用於醫療器材、電動椅等設備的高載重線性致動器。

隨著經濟的發展和社會的富裕，國人在飲食方面大量的攝取高營養和高熱量的食材，而使國人整體平均體重不斷的被提高；受到前述原因的影響，從事醫療器材或電動椅等設備的製造廠商，必須針對廣泛應用在前述設備的線性致動器(Linear Actuator)進行創新改良，繼續產製或設計出合乎市場需求的產品。

以往線性致動器主要係利用電動機搭配蝸桿及蝸輪等驅動組件來帶動導螺桿旋轉，同時藉由導螺桿驅使螺接於其上的伸縮管作線性的伸出或縮回的動作；如此，以組合成一線性致動器。

由於傳統的線性致動器配置結構僅能用在較低載重的醫療設備上，對於市場所需求的高載重線性致動器，因安全性負荷考量和使用壽命問題，已無法滿足線性致動器的階段性產品需求。另外，用於高載重設備的線性致動器，其伸縮管在縮回過程中的速度，亦是影響到使用者使用的舒適度和安全性 等問題，其皆是待加以改善克服者。

本發明之一目的，在於提供一種高載重線性致動器，其是藉助驅動機構和蝸輪組件的配置結構，以形成穩固的支承作用而能夠應用在高載重的設備上。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種高載重線性致動器，包括一驅動機構、一蝸桿、一蝸輪組件、一導螺桿、一伸縮管及一外管，該驅動機構包含一機座及可產生正反轉的一電動機，該機座具有一承接部和一安置部，該承接部包含一座體和自該座體延伸成型的一中空筒柱，該安置部包含連接在該中空筒柱的一環體，該電動機固定在該座體；該蝸桿係自該電動機凸伸而出並且穿入該中空筒柱中；該蝸輪組件包含一蝸輪及共同將該蝸輪支承在該環體內部的二軸承，該蝸輪係與該蝸桿相互囓合傳動；該導螺桿穿接該蝸輪並受該電動機的致動而產生旋轉；該伸縮管套設在該導螺桿外部並與該導螺桿相互螺接；該外管套接在該伸縮管外部，該伸縮管受該導螺桿的旋轉驅動而相對該外管產生線性伸縮移動。

本發明還具有以下功效，藉助機座和蝸輪組件的組合設計，不僅可提昇蝸輪被支承在環體內的穩固性，且在組裝和維修的過程皆因被簡化而縮短拆、組時間。藉由減速傳動機構的設置，利用各滾針與中介環的摩擦作用，以使導螺桿在特定方向的旋轉受到阻礙而可達成減速作用者。利用中介環可在扭力彈簧內部輕易轉動，使傳動機構的傳動效能良好。導螺 桿受力反推時，可使中介環、各滾針、被動軸套及導螺桿皆不產生相對傳動情況，以令導螺桿被牢牢的固定，而能有效地防止導螺桿與螺帽的自滑產生。各傳動元件之間的摩擦力是隨著負載的增加而增加，因此空載時沒有不必要的摩擦力產生而不消耗能量，且伸縮管的縮入速度在不同負載下大致相同，因此可保持在速度恆定的情況作下降，而提高使用者的使用舒適感。

10‧‧‧驅動機構

11‧‧‧機座

111‧‧‧承接部

112‧‧‧座體

113‧‧‧中空筒柱

115‧‧‧安置部

116‧‧‧圓形環體

1161‧‧‧後台階

117‧‧‧蓋板

1171‧‧‧前台階

12‧‧‧電動機

20‧‧‧蝸桿

30‧‧‧蝸輪組件

31‧‧‧蝸輪

311‧‧‧環形齒面

312‧‧‧中空心軸

313‧‧‧前容槽

314‧‧‧後容槽

315‧‧‧內齒

32‧‧‧前軸承

33‧‧‧後軸承

40‧‧‧導螺桿

41‧‧‧螺牙段

42‧‧‧圓軸段

421‧‧‧外定位平面

50‧‧‧伸縮管

51‧‧‧管體

52‧‧‧螺帽

521‧‧‧嵌塊

60‧‧‧外管

61‧‧‧溝槽

65‧‧‧后支承機構

651‧‧‧半罩

652‧‧‧滾珠軸承

653‧‧‧插槽

70‧‧‧減速傳動機構

71‧‧‧從動輪

711‧‧‧外齒

72‧‧‧爪環

721‧‧‧卡槽

722‧‧‧爪臂

723‧‧‧間隔槽

73‧‧‧被動軸套

731‧‧‧內平面

732‧‧‧凸條

733‧‧‧凹槽

74‧‧‧滾針

75‧‧‧中介環

76‧‧‧扭力彈簧

761‧‧‧定位段

77‧‧‧限位擋蓋

80‧‧‧外殼

90‧‧‧電氣單元

第一圖係本發明線性致動器組合外觀圖。

第二圖係本發明之驅動機構和蝸輪組件立體分解圖。

第三圖係第二圖之另一視角圖。

第四圖係第二圖之各元件組合剖視圖。

第五圖係本發明線性致動器之立體分解圖。

第六圖係本發明之減速傳動機構立體分解圖。

第七圖係本發明之減速傳動機構組合剖視圖。

第八圖係本發明線性致動器之組合示意圖。

第九圖係本發明線性致動器組合剖視圖。

有關本發明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，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一圖所示，本發明係提供一種高載重線性致動器，此致動器主要應用在數百公斤或千公斤以上的負載，包括一驅動機構10、一蝸桿20、一蝸輪組件30、一導螺桿40、一伸縮管50(如第八圖所示)及一外管60。

請參閱第二至四圖所示，驅動機構10包含一機座11及可產生正反轉的一電動機12，機座11具有一承接部111和一安置部115，承接部111由一板狀座體112和自座體112向上延伸成型的一中空筒柱113所構成，電動機12是透過螺絲(圖未示出)鎖固在座體112下方。安置部115包含一圓形環體116和一蓋板117，圓形環體116與座體112和中空筒柱113為一體構成。另在圓形環體116的內側形成有一後台階1161；蓋板117則是透過螺絲(圖未示出)鎖固在圓形環體116的一側邊，蓋板117在對應圓形環體116的一側亦形成有一前台階1171(如第三圖所示)。

蝸桿20可為前述電動機12的軸心而從電動機12中心凸伸而出，亦可以連接方式自電動機12的中心延伸而出，在電動機12固定於前述座體112時，蝸桿20是穿入中空筒柱113內部，且其自由端是利用軸套承接而安置在中空筒柱113，藉以增加固持的穩定度。

蝸輪組件30包含一蝸輪31、一前軸承32及一後軸承33，蝸輪31具有一環形齒面311和連接環形齒面311的一中空心軸312，在環形齒面311和中空心軸312之間形成有前、後容槽313、314，另在中空心軸312的後側成型有一內齒輪315(如第三 圖所示)，環形齒面311係與前述蝸桿20相互囓合傳動。參閱第四圖，前軸承32套接在中空心軸312並容設在前容槽313內，前軸承32外周緣的一部份區域是裸露出環形齒面311的外部，此前軸承32的裸露區域是固接在蓋板117的前台階1171內；同理，後軸承33亦套接在中空心軸312並容設在後容槽314內，後軸承33外周緣的一部份區域是裸露出環形齒面311的外部；此後軸承33的裸露區域是固接在圓形環體116的後台階1161內；如此，以將蝸輪31共同支承於安置部115的圓形環體116和蓋板117內。

請參閱第五圖所示，導螺桿40具有一螺牙段41及自螺牙段41延伸的一圓軸段42，在圓軸段42遠離螺牙段41的一端設有一外定位平面421，導螺桿40的一端是穿接在前述蝸輪31的中空心軸312內(如第九圖所示)，另一端則朝遠離機座11的方向向外延伸，此導螺桿40是以電動機12驅動蝸桿20並帶動蝸輪31來產生旋轉動作。

伸縮管50具有一管體51和固接在管體51端部的一螺帽52，螺帽52是與前述導螺桿40相互螺接傳動(如第九圖所示)，在螺帽52的外周緣凸伸有複數嵌塊521。

外管60套接在伸縮管50的管體51外部(如第一圖所示)，在外管60內部設有供前述各嵌塊521嵌入的複數溝槽61(如第九圖所示)，以限制伸縮管50的旋轉作動，在伸縮管50受導螺桿40的旋轉驅動後將相對於外管60作線性伸縮移動。

本發明的線性致動器更包括一后支承機構65(如第五圖所示)，其主要包括二個半罩651及被二半罩651所共同夾掣固定的一滾珠軸承652，此滾珠軸承652係供前述導螺桿40末端穿接安置；如此，可更提高導螺桿40和伸縮管50的作動穩定度。另在二半罩651的接合處開設有一插槽653。

請參閱第六及七圖所示，本發明的線性致動器更包括一減速傳動機構70，其係套接在前述導螺桿40且介於后支承機構65和蝸輪組件30之間，此減速傳動機構70主要包含一從動輪71、一爪環72、一被動軸套73、多數滾針74、一中介環75、一扭力彈簧76及一限位擋蓋77；從動輪71是套接在導螺桿40的圓軸段42位置，且其具有一部份穿接蝸輪31之內齒315的複數外齒711；爪環72設有與前述外齒711相互卡固的複數卡槽721，此爪環72成型有多數爪臂722，並在任二相鄰爪臂722之間形成有一間隔槽723。

被動軸套73設有一內定位平面731，另在被動軸套73外周緣延伸有複數凸條732，於任二相鄰凸條732之間形成有一凹槽733，被動軸套73是套接在導螺桿40，並以其內定位平面731和前述圓軸段42的外定位平面421相互嵌固而一起轉動，且被動軸套73是容置在爪環72的各爪臂722內；各滾針74分別插接在前述各間隔槽723和各凹槽733所圍設形成的空間中；中介環75套接在爪環72外周緣並與各滾針74相互接觸。扭力彈簧76彎折有一定位段761，此扭力彈簧76是以彈力束緊前述中介環75的外周緣，定位段761則是穿入前述插槽653而固 定。限位擋蓋77是套接在被動軸套73的一側，並且封住爪環72和各滾針74的端面(如第九圖所示)。

請參閱第八及九圖所示，本發明的線性致動器更包括一外殼80，此外殼80包覆在驅動機構10及減速傳動機構70外部，並供后支承機構65支承及供外管60的一側來穿接置放。

此外，本發明的線性致動器更包括一電氣單元90(如第一圖所示)，其係配設在外殼80的內部且位於前述電動機12的一側邊位置。

請參閱第八圖，使用時當蝸輪31受蝸桿20正向驅動而作順時針方向旋轉時，亦即是導螺桿40的帶動伸縮管50向內縮入外管60內部；請參閱第七圖，各爪臂722將推動中介環75及各滾針74作轉動，藉助扭力彈簧76的旋向與蝸輪31旋轉方向相同，且其定位段761固定在半罩651的插槽653內(如第五圖所示)，而令扭力彈簧76對中介環75產生束緊的卡掣止動(即中介環75被緊抱而不能產生轉動)，使各爪臂722驅動各滾針74及中介環75的摩擦力增加，而降低導螺桿40旋轉速度；如此，此線性致動器安裝在電動床或椅時，可使伸縮管50縮入外管60內部的速度較為緩慢，以增加使用者的使用舒適度。

當蝸輪31受蝸桿20反向驅動而作逆時針方向旋轉時，亦即是導螺桿40帶動伸縮管50向外伸出外管60外部；續請參閱第七圖，各爪臂722將推動中介環75及各滾針74作轉動，由於扭力彈簧76的旋向與蝸輪31旋轉方向相反，扭力彈簧76將因為 中介環75的轉動而產生鬆開狀態，此時中介環75、扭力彈簧76及各滾針74之間摩擦阻尼小，而使中介環75可在扭力彈簧76內部輕易轉動；如此，即可令內部機構的傳動效能良好。

綜上所述，本發明之高載重線性致動器確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

10‧‧‧驅動機構

11‧‧‧機座

111‧‧‧承接部

112‧‧‧座體

113‧‧‧中空筒柱

115‧‧‧安置部

116‧‧‧圓形環體

1161‧‧‧後台階

117‧‧‧蓋板

12‧‧‧電動機

20‧‧‧蝸桿

30‧‧‧蝸輪組件

31‧‧‧蝸輪

311‧‧‧環形齒面

312‧‧‧中空心軸

313‧‧‧前容槽

32‧‧‧前軸承

33‧‧‧後軸承

Claims (11)

1. 一種高載重線性致動器，包括：一驅動機構，包含一機座及可產生正反轉的一電動機，該機座具有一承接部和一安置部，該承接部包含一座體和自該座體延伸成型的一中空筒柱，該安置部包含連接在該中空筒柱的一環體，該電動機固定在該座體；一蝸桿，自該電動機凸伸而出並且穿入該中空筒柱中；一蝸輪組件，包含一蝸輪及共同將該蝸輪支承在該環體內部的二軸承，該蝸輪係與該蝸桿相互囓合傳動；一導螺桿，穿接該蝸輪並受該電動機的致動而產生旋轉；一伸縮管，套設在該導螺桿外部並與該導螺桿相互螺接；以及一外管，套接在該伸縮管外部，該伸縮管受該導螺桿的旋轉驅動而相對該外管產生線性伸縮移動；其中該蝸輪具有與該蝸桿囓合傳動的一環形齒面和連接該環形齒面的一中空心軸，在該環形齒面和中空心軸的徑向之間形成有一前容槽和一後容槽，該二軸承套接在該中空心軸的兩端且分別容設在該前容槽和後容槽內，且該環形齒面覆蓋在該二軸承外周緣的部分區域。
2. 如請求項1所述之高載重線性致動器，其中該安置部更包含固接在該環體側邊的一蓋板，該環體和該中空筒柱為一體構成。
3. 如請求項2所述之高載重線性致動器，其中該二軸承的外周緣另一部分區域分別裸露出該環形齒面的外部，該環體的內側形成有一後台階，該蓋板在對應該環體的一側形成有一前台階，該二軸承的裸露部份分別支承在該前台階和該後台階。
4. 如請求項1所述之高載重線性致動器，其更包括一后支承機構，該后支承機構包括二個半罩及被該二半罩所共同夾掣固定的一滾珠軸承，該滾珠軸承係供該導螺桿穿接安置。
5. 如請求項4所述之高載重線性致動器，其更包括一減速傳動機構，該減速傳動機構套接在該導螺桿且介於該后支承機構和該蝸輪組件之間。
6. 如請求項1所述之高載重線性致動器，其更包括一減速傳動機構，該減速傳動機構包含一從動輪、一爪環、一被動軸套、多數滾針、一中介環及一扭力彈簧，該從動輪套接該導螺桿並穿接該蝸輪，該爪環套接該從動輪以與該蝸輪和該從動輪同步連動，該被動軸套套接該導螺桿並穿接在該爪環內，該等滾針穿接在該被動軸套和該中介環之間，該扭力彈簧以彈力束緊該中介環的外周緣。
7. 如請求項6所述之高載重線性致動器，其中該蝸輪設有複數內齒，該從動輪成型有與該等內齒相互配合卡固的複數外齒，該爪環亦設有與該等外齒相互卡固的複數卡槽。
8. 如請求項6所述之高載重線性致動器，其中該爪環成型有多數爪臂，在任二相鄰該爪臂之間形成有一間隔槽，該被動軸套外周緣延伸有複數凸條，於任二相鄰該凸條之間形成有一 凹槽，該滾針容置在該間隔槽和該凹槽所圍設成空間中，且該等滾針係被該中介環所圈設。
9. 如請求項6所述之高載重線性致動器，其中該導螺桿具有一外定位平面，該被動軸套設有與該外定位平面相互卡固的一內定位平面。
10. 如請求項6所述之高載重線性致動器，其更包括一外殼，該外殼包覆在該驅動機構及該減速傳動機構外部，並供該外管的一側穿接置放。
11. 如請求項10所述之高載重線性致動器，其更包括一電氣單元，該電氣單元係配設在該外殼的內部且位於該電動機的一側邊。