永磁铁线性致动器制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁致动器，其包括：磁芯，所述磁芯包括相对于空气具有高磁导率的材料；线圈阵列，这些线圈顺序设置在所述磁芯上，所述线圈阵列中的每个线圈缠绕所述磁芯的所述纵轴；以及磁铁组件，所述磁铁组件沿所述线圈阵列移动安装，具有面向所述线圈阵列的线圈侧以及背对所述线圈阵列的相对侧，并且包括永磁铁阵列，这些永磁铁在平行于所述纵轴的方向上沿所述线圈阵列顺序设置，其中，选择并且设置所述多个磁铁的磁力矩以增大在所述磁铁组件的所述线圈侧产生的所述磁场，并且减小在所述磁铁组件的所述相对侧产生的所述磁场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请在35U.S.C.§119(e)的规定下要求于2013年4月18日提交的标题为“用于在机器装置中使用的线性致动器(LinearActuatorsforUseinRoboticDevices)”的申请第61/813,461号的权益，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。
本专利技术大体上涉及线性致动器，更具体地，涉及永磁铁线性管状致动器。
技术介绍
电磁线性马达(有时候也称为线性致动器)通常是将电能转换为线性运动的装置。存在至少两种常见类型的线性马达。一种类型通过首先生成旋转运动然后将该旋转运动转换为线性运动来生成线性运动。另一种类型在没有首先生成旋转运动的情况下，直接生成线性运动。从功能上讲，该第二种类型的线性马达与旋转马达相似。它们都具有磁场组件。在旋转马达的情况下，通常包括转子和定子的磁场组件呈圆形布置设置。在线性马达的情况下，与转子圆形磁场组件和定子圆形磁场组件功能地对应的磁场组件呈直线设置。因此，例如，在旋转马达将围绕相同的磁极面旋转并且重新使用该相同的磁极面的地方，可以使线性马达的磁场组件物理重复超过致动器的长度。另外，线性机的机构通常可以比旋转马达的结构更简单。
技术实现思路
一般来说，在一个方面中，本专利技术特征了电磁致动器，该电磁致动器包括：磁芯，该磁芯具有纵轴并且由相对于空气具有高磁导率的材料制成；线圈阵列，这些线圈顺序设置在磁芯上，线圈阵列中的每个线圈都缠绕磁芯的纵轴；以及磁铁组件，该磁铁组件沿线圈阵列活动安装，磁铁组件具有面向线圈阵列的线圈侧以及背对线圈阵列的相对侧，并且磁铁组件包括永磁铁阵列，这些永磁铁在平行于纵轴的方向上沿线圈阵列顺序设置，每个永磁铁由特定方向的磁场表征，以及其中，多个磁铁的磁场被选择和设置以增大在磁铁组件的线圈侧产生的磁场，并且减小在所述磁铁组件的所述相对侧产生的磁场。一些实施例包括以下特征中的一个或者多个特征。线圈阵列是线性线圈阵列。永磁铁阵列形成仅仅一个磁电路或者多个磁电路，其中，相邻的磁电路互为彼此的镜像。磁铁组件包括多个永磁铁阵列，该多个永磁铁阵列设置在线圈阵列的周围以形成多个磁环，每个磁环围绕线圈阵列。可替代地，永磁铁阵列是永久环磁铁阵列，每个永久环磁铁环绕线圈阵列。磁芯沿纵轴分段。线圈阵列中的线圈中的每个线圈是单独可控的。电磁致动器还包括围绕线圈阵列的套管，其中，磁铁组件布设在套管上。套管是圆柱形的。套管具有内侧壁，该内侧壁与线圈阵列间隔开以形成冷却剂流通道，该冷却剂流通道围绕线圈阵列并且延伸该线圈阵列的长度。围绕线圈阵列并且延伸了该线圈阵列的长度的通道一般是圆环形通道。线圈阵列中的线圈全部具有沿纵轴的宽度D，并且线性永磁体阵列中的磁铁全部具有沿纵轴的等于D的宽度。可替代地，线性永磁体阵列中的磁铁也全部具有沿纵轴的等于1.5D的宽度。磁芯由铁和/或钢制成。线圈阵列中的线圈是圆柱形的。磁芯是圆柱形的，在该磁芯内的中空区域从线圈阵列的至少一端延伸到线圈阵列的至少另一端。磁铁阵列包括三个磁铁，按照三个磁铁的磁场的方向的顺序，选择并且设置该三个磁铁以产生+T、+L、-T，其中，+T指示为横向于纵轴定向的磁场，其中，-T指示为横向于纵轴定向并且在与+T相反的方向上的磁场，以及其中，+L指示为平行于纵轴定向的磁场。可替代地，磁铁阵列包括六个磁铁，按照三个磁铁的磁场的方向的顺序，该六个磁铁被选择和设置以产生+T、+L、-T、-T、-L、+T，其中，+T指示横向于纵轴定向的磁场，其中，-T指示为横向于纵轴定向并且在与+T相反的方向上的磁场，其中，+L指示为平行于纵轴定向的磁场，以及其中，-L指示为平行于纵轴定向并且在与+L相反的方向上的磁场。其他实施例包括以下特征中的一个或者多个特征。磁芯限定中空内部区域，该中空内部区域延伸磁芯的长度，并且，在操作期间，通过中空内部区域来泵送液体冷却剂。电磁致动器还包括在套管的一端的歧管，该歧管具有冷却剂入口，并且提供路径以将通过该入口到达的冷却剂转移至线圈组件中。歧管还具有冷却剂出口，并且提供另一条路径，用于在冷却剂已通过线圈组件而循环之后，用于将冷却剂从线圈组件转移出该出口。电磁致动器还包括在歧管与套管之间的分流板，该分流板限定一个或者多个通道，以将冷却剂从歧管转移至围绕线圈阵列的环形流通道。电磁致动器还包括在起自歧管的套管的另一端的流重定向板，该流重定向板限定一个或者多个通道，用于在磁芯区域与环形流通道之间转移冷却剂。磁芯包括一个或者多个通路，该一个或者多个通路用于保持电连接至线圈阵列中的线圈的电线。磁芯包括两个段，每个段向下延伸线圈阵列的长度，该两个段用作向线圈阵列中的线圈输送电力的导线。在附图或以下说明中，阐述了本专利技术的一个或者多个实施例的细节。本专利技术的其他特征、目标和优点将通过本说明、附图及所附权利要求书显而易见。附图说明图1A-F示出了具有单磁电路和外部软磁鞘的线性管状致动器的各个部分。图2A-E示出了具有双磁电路的线性管状致动器的各个部分。图3示出了构造用于线性管状致动器的环磁铁的另一种方式。图4示出了线性管状致动器的另一个实施例的透视图。图5示出了图4的线性管状致动器的剖视图。图6A-D示出了图4的线性管状致动器的线圈的细节。图6A是线圈的透视图。图6B-C是线圈每一侧的视图。以及图6D是移除了侧壁222a的线圈的视图。图7示出了图4的线性管状致动器的端的近剖视图，电连接与冷却剂连接位于该端。图8A-B示出了图4的线性管状致动器的分流板的正面和背面的透视图。图9示出了图4的线性管状致动器的流重定向板的透视图。图10A-B示出了图4的线性管状致动器的冷却剂歧管的正面和背面的透视图。图11A-B示出了图4的线性管状致动器的磁阵列组件的视图。图12A-B示出了线性管状致动器的另一个实施例，在该线性管状致动器中，磁铁阵列组件在线圈阵列内。图13A-B示出了线性管状致动器的另一个实施例，在该线性管状致动器中，磁铁阵列组件既在线圈阵列内，又在线圈阵列外。图14示出了实施例，其中，驱动电路系统放置到由圆柱形磁芯形成的中空磁芯区域内，并且接近经驱动的线圈。图15示出了具有6段磁芯的线性管状致动器。图16示出了致动器控制系统的框图。注意，附图中的类似组件和特征由相同的数字表示。具体实施方式图1A-B示出了体现本文所述的本专利技术的至少一些方面的线性致动器...

【技术保护点】
一种电磁致动器，包括：磁芯，所述磁芯具有纵轴，所述磁芯包括相对于空气具有高磁导率的材料；线圈阵列，所述线圈顺序设置在所述磁芯上，所述线圈阵列中的每个线圈缠绕所述磁芯的所述纵轴；以及磁铁组件，所述磁铁组件沿所述线圈阵列活动安装，所述磁铁组件具有面向所述线圈阵列的线圈侧以及背对所述线圈阵列的相对侧，并且所述磁铁组件包括永磁铁阵列，所述永磁铁在平行于所述纵轴的方向上沿所述线圈阵列顺序设置，每个永磁铁由特定方向的磁场表征，以及其中，多个磁铁的磁场被选择和设置以增大在所述磁铁组件的所述线圈侧产生的所述磁场，并且减小在所述磁铁组件的所述相对侧产生的所述磁场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.18 US 61/813,4611.一种电磁致动器，包括：
磁芯，所述磁芯具有纵轴，所述磁芯包括相对于空气具有高磁导率的
材料；
线圈阵列，所述线圈顺序设置在所述磁芯上，所述线圈阵列中的每个
线圈缠绕所述磁芯的所述纵轴；以及
磁铁组件，所述磁铁组件沿所述线圈阵列活动安装，所述磁铁组件具
有面向所述线圈阵列的线圈侧以及背对所述线圈阵列的相对侧，并且所述
磁铁组件包括永磁铁阵列，所述永磁铁在平行于所述纵轴的方向上沿所述
线圈阵列顺序设置，每个永磁铁由特定方向的磁场表征，以及其中，多个
磁铁的磁场被选择和设置以增大在所述磁铁组件的所述线圈侧产生的所
述磁场，并且减小在所述磁铁组件的所述相对侧产生的所述磁场。
2.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述线圈阵列是线性
线圈阵列。
3.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述永磁铁阵列形成
唯一一个磁电路。
4.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述永磁铁阵列形成
两个磁电路。
5.根据权利要求4所述的电磁致动器，其中，所述两个磁电路是彼
此的镜像。
6.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述磁铁组件包括多
个永磁铁阵列，所述首次提到的永磁铁阵列是所述多个永磁铁阵列中的一
个永磁铁阵列，所述多个永磁铁阵列设置在所述线圈阵列的周围以形成多
个磁环，每个所述磁环围绕所述线圈阵列。
7.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述永磁铁阵列是永
久环磁铁阵列，每个永久环磁铁环绕所述线圈阵列。
8.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述磁芯沿所述纵轴
分段。
9.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述线圈阵列中的所
述线圈中的每个线圈是单独可控的。
10.根据权利要求1所述的电磁致动器，还包括围绕所述线圈阵列的
套管，其中，所述磁铁组件布设在所述套管上。
11.根据权利要求10所述的电磁致动器，其中，所述套管是圆柱形
的。
12.根据权利要求10所述的电磁致动器，其中，所述套管具有内侧
壁，所述内侧壁与所述线圈阵列间隔开以形成冷却剂流通道，所述冷却剂
流通道围绕所述线圈阵列并且延伸所述线圈阵列的长度。
13.根据权利要求12所述的电磁致动器，其中，围绕所述线圈阵列
并且延伸所述线圈阵列的长度的所述通道一般是圆环形通道。
14.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述线圈阵列中的所
述线圈全部具有沿所述纵轴的宽度D，并且线性永磁体阵列中的所述磁铁
也全部具有沿所述纵轴的等于D的宽度。
15.根据权利要求1所述的电磁致动器，其中，所述线圈阵列中的所
述线圈全部具有沿所述纵轴的宽度D，并且线性永磁体阵列中的所述磁铁
全部具有沿所述纵轴的等...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·W·汉特，蒂莫西·A·福丰诺夫，乔治·C·惠特菲尔德，
申请(专利权)人：核科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US