專(zhuān)利名稱(chēng)：如可控電磁壓縮彈簧的線性音圈致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及線性音圈致動(dòng)器，特別是涉及如可控電磁壓縮彈簧一樣操作的線性音圈致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
典型的線性音圈致動(dòng)器1例如在圖1所示的半個(gè)縱向橫截面視圖中表示，它包括場(chǎng)組件2和線圈組件3。場(chǎng)組件2包括軸向磁化的圓柱磁鐵4，軟磁極片5和軟磁鐵外殼6。線圈組件3包括位于線圈底座7的環(huán)形空腔內(nèi)的線圈8。線圈組件3在斷電時(shí)沒(méi)有達(dá)到的優(yōu)選位置。另一方面，在斷電后如果線圈必須移動(dòng)離開(kāi)場(chǎng)組件，那么必定呈現(xiàn)提供某種排斥力的特點(diǎn)。典型的，該排斥力由機(jī)械彈簧提供。因此，排斥力的特性的可預(yù)測(cè)性取決于并以彈簧機(jī)械特性的變化為條件。因此，期望的是使線性音圈致動(dòng)器具有不以機(jī)械彈簧的機(jī)械特性的變化為條件的排斥力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種線性致動(dòng)器，它可被認(rèn)為是由致動(dòng)器內(nèi)的線圈中的電流控制的電磁壓縮彈簧。當(dāng)利用該致動(dòng)器特性時(shí)，不需要使用機(jī)械彈簧來(lái)提供排斥力。
本發(fā)明特點(diǎn)在于線性致動(dòng)器，它包括場(chǎng)組件，和定位成用于與場(chǎng)組件相互作用并相對(duì)于場(chǎng)組件移動(dòng)的線圈組件，其中場(chǎng)組件包括軟磁鐵外殼，多個(gè)軸向磁化的圓柱磁鐵，該圓柱磁鐵在軟磁鐵外殼內(nèi)沿該軟磁鐵外殼的軸線定位，并通過(guò)至少一個(gè)軟磁極片相互間隔開(kāi)，其中線圈組件包括具有線圈空腔的線圈底座，和定位在該線圈空腔內(nèi)的線圈，以及定位在線圈底座上的軸向磁化的永磁鐵，因此，軸向磁化的永磁鐵定位成沿磁鐵外殼的軸線運(yùn)行。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)在于當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，且前述場(chǎng)組件的軟磁鐵外殼具有相對(duì)于軟磁極片的懸伸部，該軟磁極片影響排斥力的產(chǎn)生量。
本發(fā)明的又一個(gè)特點(diǎn)在于當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，且其中當(dāng)線圈組件通電時(shí)，排斥力大小可改變，而前述場(chǎng)組件的軟磁鐵外殼包括相對(duì)于軟磁極片的懸伸部，該軟磁極片影響排斥力的大小。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特點(diǎn)在于當(dāng)線圈組件在一個(gè)水平通電時(shí)，所提供的上述排斥力具有第一方向，而當(dāng)線圈組件在一個(gè)不同水平通電時(shí)，所提供的上述排斥力具有與第一方向相反的第二方向。
本發(fā)明特點(diǎn)還在于線性致動(dòng)器包括場(chǎng)組件，和定位成用于與場(chǎng)組件相互作用并相對(duì)于場(chǎng)組件移動(dòng)的線圈組件，其中場(chǎng)組件包括軟磁鐵外殼，形成一疊交替的圓柱磁鐵和磁極片的多個(gè)軸向磁化的圓柱磁鐵和多個(gè)軟磁極片。該疊體在軟磁鐵外殼內(nèi)并沿該軟磁鐵外殼的軸線定位，因此，其中一個(gè)磁鐵定位成抵靠軟磁鐵底座，而其中一個(gè)磁極片位于所述疊的一個(gè)自由端。線圈組件包括具有線圈空腔的線圈底座，在該線圈空腔內(nèi)受到支撐的多個(gè)線圈，和定位在線圈底座上的軸向磁化的永磁鐵，因此，軸向磁化的永磁鐵定位成沿磁鐵外殼的軸線運(yùn)行。
通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明并結(jié)合


，將更容易理解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。

圖1描述一種典型的線性音圈致動(dòng)器，表示該致動(dòng)器一半的縱向橫截面視圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的線性音圈致動(dòng)器的改進(jìn)的一個(gè)實(shí)例的一半的縱向橫截面視圖；以及圖3表示在不同安培-匝數(shù)下本發(fā)明的致動(dòng)器的一系列力與行程比較的特性曲線。
具體實(shí)施例方式
本申請(qǐng)的線性音圈致動(dòng)器提供一種排斥力，從而其可如在線圈中的電流控制的電磁壓縮彈簧一樣操作。參見(jiàn)圖2，它表示例如一半的縱向橫截面視圖，這是在轉(zhuǎn)讓給BEI ELECTRONICS，Inc.，本申請(qǐng)的受讓人，的美國(guó)專(zhuān)利5345206中公開(kāi)的設(shè)計(jì)的改進(jìn)申請(qǐng)。美國(guó)專(zhuān)利5345206在此提出作為本申請(qǐng)的參考。在該改進(jìn)的設(shè)計(jì)10中，線圈組件22具有附加的元件與線圈底座19連接的軸向磁化的永磁鐵18。線性音圈致動(dòng)器10圖示位于全入位置，因?yàn)橹灰@組(包括線圈13和16)沒(méi)有通電，線圈組件22傾向于移離開(kāi)(向右)場(chǎng)組件24。
線圈組件22移動(dòng)的距離由作為行程的函數(shù)的排斥力與系統(tǒng)內(nèi)的摩擦力之間的關(guān)系來(lái)確定。因此，應(yīng)提供任一前擋塊(未圖示)，或者系統(tǒng)本身應(yīng)限制其運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于給定位置的該致動(dòng)器10的排斥力受若干變量的影響磁鐵18的厚度，其內(nèi)徑和外徑，軟磁鐵外殼11的懸伸部20相對(duì)于軟磁極17的外伸量，以及通常受致動(dòng)器的幾何外形和軟磁鐵材料和硬磁鐵材料的特性影響，該致動(dòng)器的磁路是由該軟磁鐵材料和硬磁鐵材料形成的。
當(dāng)線圈通電時(shí)，只要線圈13和16中的電流和軸向磁化的永磁鐵12和15產(chǎn)生的磁場(chǎng)的相互作用所產(chǎn)生的力小于或等于附加的永磁鐵18產(chǎn)生的排斥力，線圈組件22將保持在全出位置。一旦該力大于排斥力，線圈組件移動(dòng)進(jìn)入場(chǎng)組件。
作為上述圖表的圖示，圖3表示在不同安培匝數(shù)下本發(fā)明的致動(dòng)器10的一系列力與行程比較的特性曲線。由圖3可知，當(dāng)致動(dòng)器10的線圈組件22沒(méi)有通電(0A-T)時(shí)，在行程位置0mm的力具有值13，而在行程位置1mm的力降低到10.2。類(lèi)似的，當(dāng)線圈組件22通電到80A-T時(shí)，在行程位置0mm的力為6.51，而在行程位置1mm的力降低到3.65。這樣，致動(dòng)器10象壓縮彈簧一樣起作用，該力在線圈組件22的運(yùn)行結(jié)束時(shí)最大，在運(yùn)行的起點(diǎn)最小。對(duì)于施加在線圈組件22上的較高值的安培匝數(shù)，例如160A-T或175A-T，可以看到致動(dòng)器10作用以便提供一個(gè)力，該力使線圈組件在相反方向移動(dòng)。
從圖3可知，本發(fā)明的致動(dòng)器的一個(gè)應(yīng)用是可用在閥中。當(dāng)線圈沒(méi)有通電時(shí)，閥關(guān)閉(例如在1mm行程位置)，致動(dòng)器施加10.2N的力，以便保持閥關(guān)閉。在線圈中提供一定量的電流(例如一定量的安培匝數(shù))，以克服排斥力(由于永磁鐵18在致動(dòng)器內(nèi)出現(xiàn))，從而打開(kāi)閥。例如，對(duì)于圖3的致動(dòng)器，在整個(gè)行程中(從1mm位置到0mm位置)施加的用于保持閥打開(kāi)的最小安培匝數(shù)為160。
概括地說(shuō)，本發(fā)明提供一種致動(dòng)器，它被認(rèn)為是由線圈中的電流控制的電磁壓縮彈簧。當(dāng)應(yīng)用該致動(dòng)器特性時(shí)，不需要利用機(jī)械彈簧。
這里采用的術(shù)語(yǔ)和表述是為了說(shuō)明而非限制，希望使用這種術(shù)語(yǔ)和表述包括圖示和說(shuō)明大特點(diǎn)的等效范圍或其部分，應(yīng)認(rèn)識(shí)到不同的改變應(yīng)可能包含在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種如彈簧的可控線性致動(dòng)器，它包括場(chǎng)組件；定位成用于與場(chǎng)組件相互作用并相對(duì)于場(chǎng)組件移動(dòng)的線圈組件；其中場(chǎng)組件包括軟磁鐵外殼；多個(gè)軸向磁化的圓柱磁鐵，該圓柱磁鐵在軟磁鐵外殼內(nèi)沿該軟磁鐵外殼的軸線定位，并通過(guò)至少一個(gè)軟磁極片相互間隔開(kāi)；和其中線圈組件包括具有線圈空腔的線圈底座，和定位在該線圈空腔內(nèi)的線圈；以及定位在線圈底座上的軸向磁化的永磁鐵，從而軸向磁化的永磁鐵定位成沿軟磁鐵外殼的軸線移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，且場(chǎng)組件的軟磁鐵外殼還包括相對(duì)于軟磁極片的懸伸部，該軟磁極片影響產(chǎn)生的排斥力。
3.如權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，且其中當(dāng)線圈組件通電時(shí)，排斥力改變，而其中場(chǎng)組件的軟磁鐵外殼包括相對(duì)于軟磁極片的懸伸部，該軟磁極片影響產(chǎn)生的排斥力和改變的排斥力。
4.如權(quán)利要求3所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)線圈組件在一個(gè)水平通電時(shí)，改變的排斥力具有第一方向，而當(dāng)線圈組件在一個(gè)不同水平通電時(shí)，改變的排斥力具有與第一方向相反的第二方向。
5.一種如彈簧的可控線性致動(dòng)器，它包括場(chǎng)組件；定位成用于與場(chǎng)組件相互作用并相對(duì)于場(chǎng)組件移動(dòng)的線圈組件；其中場(chǎng)組件包括具有底座的軟磁鐵外殼；多個(gè)軸向磁化的圓柱磁鐵；和相對(duì)于圓柱磁鐵定位以形成一疊交替的圓柱磁鐵和軟磁極片的多個(gè)軟磁極片，其中該疊體在軟磁鐵外殼內(nèi)并沿該軟磁鐵外殼的軸線定位，因此，其中一個(gè)圓柱磁鐵抵靠軟磁鐵外殼的底座定位，而其中一個(gè)軟磁極片在所述疊的一個(gè)自由端定位；和其中線圈組件包括具有線圈空腔的線圈底座；在該線圈空腔內(nèi)受到支撐的多個(gè)線圈；和定位在線圈底座上的軸向磁化的永磁鐵，從而，軸向磁化的永磁鐵定位成沿軟磁鐵外殼的軸線運(yùn)行。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，線性致動(dòng)器定位在閥內(nèi)。
7.一種可如電磁壓縮彈簧操作的線性音圈致動(dòng)器，它包括包括沿一條軸線定位的第一永磁鐵的場(chǎng)組件；和具有底座的線圈組件，第二永磁鐵定位在底座上，用以沿所述軸線移動(dòng)，并用于與第一永磁鐵相互作用，以及第一線圈定位在線圈組件上，用以與第一永磁鐵相互作用。
8.如權(quán)利要求7所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，場(chǎng)組件包括具有底座的軟磁鐵外殼，第三永磁鐵和與第一和第三永磁鐵交替定位的第一與第二軟磁極片，以形成一個(gè)疊體，該疊體定位在軟磁鐵外殼內(nèi)并沿所述軸線位于底座上；和線圈組件包括線圈底座，該線圈底座支撐第一線圈用以與第一永磁鐵相互作用，并相對(duì)于所述疊體的自由端支撐第二永磁鐵，線圈組件還包括受到支撐用以與第三永磁鐵相互作用的第二線圈。
9.如權(quán)利要求7所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，場(chǎng)組件還包括定位在第一永磁鐵上的磁極片，和支撐第一永磁鐵與磁極片的軟磁鐵外殼，并具有相對(duì)于軟磁極片的懸伸部，當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，軟磁極片影響在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生的排斥力。
10.如權(quán)利要求7所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，且其中當(dāng)線圈組件通電時(shí)，排斥力改變，而進(jìn)一步場(chǎng)組件包括具有相對(duì)于軟磁極片的懸伸部的軟磁鐵外殼，該軟磁極片定位在第一永磁鐵上以影響產(chǎn)生的排斥力和改變的排斥力。
11.如權(quán)利要求10所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)線圈組件在一個(gè)水平通電時(shí)，改變的排斥力具有第一方向，而當(dāng)線圈組件在一個(gè)不同水平通電時(shí)，改變的排斥力具有與第一方向相反的第二方向。
12.如權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的線性致動(dòng)器，其特征在于，線性致動(dòng)器定位在閥內(nèi)。
全文摘要
一種如彈簧一樣可操作的線性致動(dòng)器，它具有場(chǎng)組件(24)，和定位成與場(chǎng)組件相互作用并相對(duì)于場(chǎng)組件移動(dòng)的線圈組件(22)，其中場(chǎng)組件包括具有一條軸線的軟磁鐵外殼(11)，軸向磁化的圓柱磁鐵(14，17)，和形成交替的沿軸線定位的圓柱磁鐵和磁極片的疊體。線圈組件包括具有線圈空腔的線圈底座(19)，和定位在該線圈空腔內(nèi)的線圈(13，16)，以及定位在線圈底座上的軸向磁化的永磁鐵，因此，軸向磁化的永磁鐵(18)定位成沿磁鐵外殼的軸線移動(dòng)。當(dāng)線圈組件斷電時(shí)，在線圈組件和場(chǎng)組件之間產(chǎn)生排斥力，當(dāng)線圈組件通電時(shí)，該排斥力改變。
文檔編號(hào)H02K33/18GK1672311SQ03812722
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者M·戈德金 申請(qǐng)人:Bei傳感器及系統(tǒng)有限公司