用于紧凑的序列线性致动器的方法和设备技术

本发明专利技术涉及序列线性致动器，其尺寸紧凑，并可以高速、低故障率操作。公开的线性致动器可用在亚微米定位应用中，比如半导体或生物技术扫描应用中。致动器设备可包括磁体壳体，其限定出内部体积，永久磁体和动圈组件布置在内部体积中。动圈组件包括绕一组大致平坦的动圈支架缠绕的导电线圈。动圈组件居中地定位在致动器内，位于一组外部交叉滚子导轨之间，以减少或消除线圈对致动器的引导系统的弯矩效应，并允许致动器具有小高度和紧凑形式因子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请在35U.S.C.§119(e)下要求于2014年4月4日提交的题名“METHODSANDAPPARATUSFORCOMPACTSERIESLINEARACTUATORS”的美国临时申请No.61/975621的优先权权益，就各方面而言，该临时申请的全部内容作为引用并入本文。
技术介绍
本公开总体上涉及动圈式致动器，更具体地涉及紧凑的序列线性致动器(SLA)及其制造方法。线性致动器是将电能转换为机械能以执行要求线性运动的重复动作的机械装置。例如，线性致动器可用在装配厂中，用于将盖放置在瓶子上、用于自动地给邮件盖章或贴标签、用于玻璃切割、用于将芯片放置在电路上等。线性致动器还可用于多种多样的亚微米定位应用，比如半导体扫描应用(例如测试制造在半导体晶片上的各种装置)，或者用于与生物工业相关的扫描应用(例如单生物分子检测)。相应地，需要改进的紧凑线性致动器，其可装配进紧凑扫描头中，并可以高分辨率、速度、平稳运动和低故障率可靠地操作。
技术实现思路
本文公开的序列线性致动器的尺寸紧凑，并可以高速、低故障率操作。公开的线性致动器可用于例如亚微米定位应用，比如半导体或与生物工艺相关的扫描。公开的线性致动器的实施例可包括构造成限定内部体积的磁体壳体。永久磁体和动圈组件可布置在内部体积内。动圈组件包括绕一组大致平坦的动圈支架缠绕的导电线圈。动圈组件居中地定位在一组外部交叉滚子导轨，以减少或消除线圈对致动器的引导系统的弯矩效应，并允许致动器具有十分紧凑的尺寸。在一特别方面，本专利技术涉及一种线性致动器，包括磁体壳体、移动滑块组件和联接到移动滑块组件的动圈组件。移动滑块组件包括联接到一个或多个交叉滚子导轨的移动滑块壳体。磁体壳体在第一端和第二端之间限定出内部体积，并可包括位于第一端的第一端板和位于第二端的第二端板。线性致动器包括联接到磁体壳体的内表面的至少一个磁体。动圈组件包括接收在磁体壳体的内部体积内的至少一个线圈。线性致动器还可包括线性编码器组件，其具有联接到移动滑块组件的线性导轨。在线性致动器操作期间，移动滑块组件平行于水平轴线移动，水平轴线与磁体壳体的第一端和第二端相交。在一个实施方式中，动圈组件包括接收在内部体积内的多个线圈和构造成支撑多个线圈的多个支架结构。在另一方面，本公开涉及一种线性致动器，包括具有第一端和第二端的磁体壳体。磁体壳体限定出平面内表面以及在第一端和第二端之间的内部体积。至少一个平面磁体联接到平面内表面。线性致动器还包括具有第一多个交叉滚子导轨的移动滑块组件。还可提供第二多个交叉滚子导轨，第一多个交叉滚子导轨构造成相对于第二多个交叉滚子导轨移动。动圈组件可操作地联接到移动滑块组件。动圈组件包括接收在磁体壳体的内部体积内的至少一个线圈。本公开还涉及一种线性致动器，包括具有第一端和第二端的磁体壳体。磁体壳体限定出内表面以及在第一端和第二端之间的内部体积。至少一个磁体联接到内表面。线性致动器还包括移动滑块组件，其可包括联接到一对交叉滚子导轨的移动滑块壳体。动圈组件可操作地联接到移动滑块组件，并包括接收在磁体壳体的内部体积内的至少一个线圈。至少一个线圈可绕平坦的动圈支架缠绕。附图说明图1是根据实施例的序列线性致动器的透视图。图2是图1的序列线性致动器的分解透视图。具体实施方式本文公开了用于紧凑的、低成本和轻量的序列线性致动器的设备和方法。公开的线性致动器的实施例可装配进紧凑的扫描头中，并可以高分辨率、速度和低故障率可靠地操作，使得用户的总成本降低。诸如半导体扫描应用(例如测试在半导体晶片上制造的各种电子或光子装置)或与生物工艺相关的扫描应用(例如单生物分子检测、DNA测序等)的亚微米定位应用中使用的致动器需要满足若干严格的尺寸和性能标准。这种标准包括例如具有小的包装尺寸(例如高度在约20mm内)；具有带显著硬度的坚固导轨，其可减少由内部产生或外部产生的振动导致的不想要的移动，并限制移动至小于150nm；允许具有低摩擦力的平滑运动；允许在从微米到几十毫米范围内的行程上快速移动；和/或具有比较低的高度。本文描述的序列线性致动器的尺寸紧凑，并且可以高速、低故障率操作。这种线性致动器的示例性实施例包括在第一端和第二端之间限定出内部体积的磁体壳体。内部体积包括永久磁体和动圈组件，动圈组件包括绕一组大致平坦的动圈支架缠绕的一组导电线圈。在这种实施例中，当磁体存在于动圈组件的线圈中时，永久磁体适于与动圈组件磁性配合。在致动器操作期间，电流引入通过线圈，从而产生具有取决于电流流过线圈的方向的方向的磁场。磁场的大小对应于与每个线圈相关的匝数和引导通过传导材料的安培数。在这种实施例中，通过重复地交替改变电流流过动圈组件的线圈的方向，可对动圈组件重复地施加线性力，从而使动圈组件以线性方式在致动器长度范围内前后移动。如本文使用的，单数形式“一个”及其变体包括复数个目标，除非文中明确说明。因此，例如，术语“线圈”意在指的是单个线圈或多个线圈。图1是根据实施例的序列线性致动器的透视图。如图1所示，序列线性致动器100(本文中还称为“致动器”)可包括移动滑块组件120、磁体壳体组件116(包括一组端板106)、动圈组件(图1未示出)和电连接器107。磁体壳体组件116可包括磁体壳体104和一个或多个永久磁体103(图1未示出)。下面参考图2更详细地呈现和讨论这些部件。图2是图1的序列线性致动器的分解透视图。如图2所示，序列线性致动器100包括居中地定位在由磁体组件116限定的内部体积内的动圈组件102。移动滑块组件120可包括联接到外部交叉滚子导轨111A的移动滑块壳体112。移动滑块组件120可以联接到动圈组件102。在线性致动器100操作期间，滑块壳体112、外部交叉滚子导轨111A和动圈组件102可平行于纵轴A前后移动。该移动相对于一对固定的内部交叉滚子导轨111B(联接到固定的支撑板114)进行。在一个实施例中，固定的支撑板114联接到磁体壳体组件116。滑块壳体112可通过由凹槽132接收的一组螺钉130联接到外部交叉滚子导轨111A。交叉滚子导轨111可以从例如IKOInc.(例如零件no.CRWG2-45)获得。尽管在图2的实施例中，使用了一组四个交叉滚子导轨111，但是其它实施例可包括多于或少于四个交叉滚子导轨111。交叉滚子导轨111均可合并齿条和齿轮选项，其可在致动器100以非水平方位操作时防止罩蠕变(cagecreep)。动圈组件102居中地相对于一组交叉滚子导轨111的相对位置消除了或减少了线圈对一组交叉滚子导轨111的弯矩效应。该相对位置还可便于显著紧凑的设计，尤其相对于致动器100的厚度，其可以为例如10mm小，由此容易地装配进例如用在半导体工业和/或生物技术工业中的各种不同扫描头中。在一些实施例中，致动器100可包括暴露出的一组交叉滚子导轨111。在其它实施例中，致动器100可包括至少部分地由移动滑块组件120包围的一组交叉滚子导轨111。动圈组件102可包括绕一组大致平坦的动圈支架113缠绕的线圈或一组线圈(图2未示出)。动圈组件102在磁体壳体组件116的外部交叉滚子导轨111A之间居中地定位在致动器100中。如图2所示，动圈组件102可由一个或两个线圈(布线为单极致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性致动器，包括：磁体壳体，包括第一端和第二端，所述磁体壳体在所述第一端和所述第二端之间限定出内部体积；至少一个磁体，联接到所述磁体壳体的内表面；移动滑块组件，包括平行于第二交叉滚子导轨布置的第一交叉滚子导轨；以及动圈组件，可操作地联接到移动滑块组件，所述动圈组件包括接收在内部体积内的至少一个线圈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 US 61/975,6211.一种线性致动器，包括：磁体壳体，包括第一端和第二端，所述磁体壳体在所述第一端和所述第二端之间限定出内部体积；至少一个磁体，联接到所述磁体壳体的内表面；移动滑块组件，包括平行于第二交叉滚子导轨布置的第一交叉滚子导轨；以及动圈组件，可操作地联接到移动滑块组件，所述动圈组件包括接收在内部体积内的至少一个线圈。2.如权利要求1所述的线性致动器，其中，所述磁体壳体还包括位于第一端的第一端板和位于第二端的第二端板。3.如权利要求1所述的线性致动器，其中，所述第一端和所述第二端与纵轴相交，所述移动滑块组件构造成平行于纵轴移动。4.如权利要求1所述的线性致动器，还包括：支撑板；以及至少一个额外的交叉滚子导轨，联接到所述支撑板。5.如权利要求1所述的线性致动器，还包括第三和第四滚子导轨，其中，第三和第四滚子导轨平行于第一交叉滚子导轨和第二交叉滚子导轨布置。6.如权利要求1所述的线性致动器，其中，所述磁体壳体还包括：位于第一端的端板；以及电连接器，由所述端板支撑，所述电连接器电联接到至少一个线圈。7.如权利要求1所述的线性致动器，还包括线性编码器组件，其具有联接到移动滑块组件的线性尺。8.如权利要求1所述的线性致动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：EA内夫，TM乌，
申请(专利权)人：系统机械自动操作成分公司，
类型：发明
国别省市：美国;US