无后坐力的音圈致动器及方法技术

本发明专利技术揭示一种无后坐力音圈致动器及方法，其具有连接到磁铁及音圈两者的挠曲件以允许所述磁铁及所述音圈两者在致动方向上独立地移动。所述挠曲件的刚度或移动阻力经选择以使得所述磁铁及所述音圈的自然频率沿所述致动方向大致相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般来说涉及音圈型致动器或电动机。
技术介绍
利用音圈及磁铁的致动器是已知的且已在广泛应用中使用许多年。由于封闭系统 中动量守恒的基本物理原理，因此音圈因对相反磁场的反作用所致的移动在固定体上(在 此实例中为磁铁)产生相等且相反的反作用力或后坐力。同样地，在其中磁铁移动而音圈 固定的接地音圈配置中，后坐力或反作用力施加到音圈。在敏感装备(例如计算机磁盘驱动器及用于电路电阻器及电容器的激光修整装 备)中，如果不能充分地抑制此后坐力或以其它方式加以管理，那么其可变为问题且影响 主要装置的准确性。例如，在电阻器或电容器的激光修整中，所述激光通常结合高敏感测量 装置使用以测试经变更元件的性质。激光及反射镜可由闭环伺服控制系统中的电流计来致 动以将所述激光引导到工件上的所期望区域。所述激光及反射镜的快速移动导致动量(如 果不能抑制或以其它方式加以管理)可有害地影响所述测量装置且危及测量的准确性。激 光修整装置的实例为波特兰的电子科学工业有限公司(Electro Scientific Industries, Inc.)或本专利技术的受让人的型号2100。抑制后坐力的需要已长期存在且许多设计已尝试消除或完全抵消后坐力，但成功 的不多。一种此设计是美国专利第5，146，122号具有弹性安装短路线匝的音圈致动器 (Voice Coil Actuator with Resiliently Mounted Shorted Turn) 。殳if 巾，弓|入客页 外短路线匝元件且其经置放而与磁铁接触以吸收由音圈载架施加于磁铁上的后坐力。替代 设计是美国专利第3，699，555号中用于快速行动位移控制的设备(Apparatus for Rapid Action Displacement Control)。在此设计中，磁铁/定子安装于定位于杆上的滚子轴承 上。转换器载架安装于骑跨于轨道上的轮上。
技术实现思路
已知设计包括额外复杂精密元件(例如短路线匝)且需要额外组装步骤，此给制 造及组装装置添加成本及时间。先前描述的装置均不包括挠曲件，因为所述装置并入有轴 承或隔离器以抑制后坐力。相信无一设计产生真正的无后坐力致动器。已在音圈(在磁铁接地配置中)上或在磁铁(在音圈接地配置中)上采用抑制器 或挠曲件以尝试减少或消除接地结构所经受的所得后坐力的设计不产生相对于接地结构 的无后坐力系统。然而，本文描述的本专利技术的实施例教示一种操作方法及一种致动器，其采用用于 磁铁组件及音圈组件两者的挠曲件以大致减少或完全消除接地结构先前所经受的后坐力 以改良致动器及周围系统或装备的性能。目前的无后坐力致动器通常包括永久磁铁及能够接收电流的音圈。致动器支撑音 圈以在位置上将所述音圈维持在磁铁的磁场及接地结构内。在本专利技术的一个实例中，所述无后坐力致动器包括连接到磁铁支架的独立的第一 及第二挠曲板；及连接到音圈支架的第三独立挠曲板。专用于音圈的第三挠曲板可以是类 似构造且操作以管理施加于所述音圈上的力。磁铁及音圈两者及其相应挠曲板在所述挠曲 板的相对端上连接到两个接地板，从而通过相应挠曲构件挠性地悬挂磁铁及音圈。通过选 择相应挠曲构件的弹簧率或刚度以实现磁铁组件与音圈组件的相同自然频率，磁铁与音圈 两者所产生的动量是相等且守恒的，因此不在接地板上施加后坐力或剩余力。一旦经组装， 即可通过给音圈组件及磁铁组件中的一者或两者添加或移除质量来调谐或调整致动器。在一个实例中，每一挠曲板包括内部部分，其通过所述内部部分的相对侧上的两 个独立挠曲件连接到外部部分。每一挠曲件包括两个挠曲带以管理对相应音圈及磁铁的任 何致动力或后坐力。 在挠曲件的一个实例中，第一挠曲带连接到所述内部部分的第一边缘且第二挠曲 带连接到所述内部部分的第二边缘。在本专利技术的线性及非线性形式的其它实例中，所述致动器包括用于磁铁支架的第 一挠曲件及用于线圈支架的第二挠曲件，从而在线圈及磁铁移动时在致动方向上大致不产 生后坐力。本专利技术进一步揭示一种产生无后坐力致动器的方法。所述方法的一个实例包括 提供与能够接收电流的音圈轴向对准的永久磁铁，所述电流产生线圈相对于磁铁沿纵向轴 的轴向移动。磁铁及音圈每一者独立地连接到至少一个挠曲板，所述挠曲板包括具有选定 弹簧率的若干个别挠曲件，所述挠曲件管理施加于所述音圈及所述磁铁上的相应力，从而 致使在附接到所述挠曲板的接地板处经受零后坐力。结合附图阅读以下说明，所属领域的技术人员将显而易见本专利技术的这些及其它应 用的变化。附图说明本文中的说明参照附图，其中在数个视图中相同的参考编号指代相同的零件，且 图式中图1是已组装的无后坐力音圈致动器的实例的透视图；图2是图1的致动器的部分透视图，其显示用于磁铁及音圈的支架；图3是图1的致动器的部分透视图，其显示磁铁、磁铁支架以及第一及第二挠曲 板；及图4是图1的致动器的部分透视图，其显示音圈、音圈支架及第三挠曲板。 具体实施例方式在数学上，在音圈致动器组件中，其中线圈组件具有质量叫，磁铁组件具有质量m2 且其相应支撑结构具有弹簧率&或刚度k2，当线圈中产生电流时，所述线圈产生反抗磁铁 所产生的磁场的磁场。在与所述辐射磁场相反的各方向上产生线性合力f。以牛顿第三定 律开始，F = ma，音圈组件及磁铁组件两者的运动或位移方程式(分别为X1及X2)在音圈组 件及磁铁组件的相应质量及挠曲刚度的值范围内是相同的。/ - ^1X1 = IfiXlf = (IH1S^k1)X1X1 = τ—rfmxs + K1在上述方程式中，s表示拉普拉斯(Laplace)变量，且假设存在零初始条件。类似 地，磁铁14组件的位移为1X2 - Γ~Τ/m2s + K2鉴于每一线圈组件及磁铁组件的动量对于接地结构或板44必须相等且相反以维 持固定JnlXl = m2x2mxs r m2s~r~TJ = —^TTJJnlS + kx m2s + K2=> mxs(m2s2 + k2) = Tn1SimxS1 +、)In1IIi2 S^m1Ii2 s = Hi1Hi2 s3+m2k1sIii^2S = In2Ii1S1=1方程式(1) m2 mx进一步，将质量弹簧振荡器(a mass-spring oscillator)的自然频率定义为由下 述方程式表示=、/ 方程式(2)V m鉴于以上方程式(1)，得出通过选择每一挠曲件的刚度k使得磁铁组件的自然频 率等于线圈组件的自然频率，线圈的运动产生的动量与磁铁的动量(在零相等条件下)将 是相等且相反的。作为结果，系统中因音圈的致动所致的动量在音圈及磁铁之间是守恒的， 从而不会对固定接地体施加剩余动量或后坐力。在这些情况下，实现无后坐力致动。无后坐力音圈致动器10的实例显示于图1到4中，所述致动器并入有在磁铁上 的第一挠曲件及在音圈上的独立第二挠曲件。参照图1及图2，无后坐力致动器10包括磁 铁14、音圈20、磁铁支架30、音圈支架50以及第一挠曲板34、第二挠曲板38及第三挠曲板 56。如下文的更全面描述，磁铁14及其支架30独立附接到第一挠曲件(显示为第一挠曲 板34及第二挠曲板38)，且音圈20及其支架50独立附接到第二挠曲件(显示为第三挠曲 板56)。然后，所有三个挠曲板34、38、5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无后坐力音圈致动器，其包含：音圈，其具有第一质量；磁铁，其具有第二质量；磁铁支架，其连接到磁铁；音圈支架，其连接到所述音圈以用于维持所述音圈与所述磁铁的对准，且准许所述音圈及所述磁铁的相对移动；第一挠曲板，其连接到所述磁铁支架且具有第一刚度；第二挠曲板，其连接到所述音圈支架且具有第二刚度；及固定接地板，其连接到所述第一挠曲板及所述第二挠曲板两者，其中所述第一刚度及所述第二刚度中的每一者的值是基于所述第一质量及所述第二质量，以使所述接地板响应于所述音圈及所述磁铁中的至少一者的移动而在致动方向上大致不接收后坐力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯萨米尔伊斯梅尔，
申请(专利权)人：电子科学工业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]