CN100375206C - 带有平面线圈的线性音圈致动器 - Google Patents

带有平面线圈的线性音圈致动器 Download PDF

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CN100375206C CNB028282906A CN02828290A CN100375206C CN 100375206 C CN100375206 C CN 100375206C CN B028282906 A CNB028282906 A CN B028282906A CN 02828290 A CN02828290 A CN 02828290A CN 100375206 C CN100375206 C CN 100375206C
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Abstract

所公开的一种线性音圈致动器包括多个场分组件，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路。这些场分组件相对于彼此放置以便在具有这些磁体的场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙。还有一线圈组包括于其中，该线圈组包括在间隙内置于一平面中的线圈，其中该平面基本上平行于线性音圈致动器的运动方向。场坯包括磁通量通路段，它们定位成为每对由间隙分开的极性相反的磁体提供一垂直于运动方向的磁通量通路，从而使得本发明的致动器的高度很大程度上与所采用的磁体的长度无关。

Description

带有平面线圈的线性音圈致动器
相关申请
按照35U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求2001年12月21日提交的临时申请号为60/343,488的专利申请的优先权。
技术领域
本发明总体涉及一种线性音圈致动器，尤其涉及一种带有平面线圈的线性音圈致动器。
背景技术
颁予BEI Electronics，Inc.公司的美国专利号4,808,955中所公开的带有交错磁路的动圈线性致动器的两种不同变型绘于该专利的图5和图7中。这些图复制成本申请的图6和图7。这种致动器的一个场组件包括多个附连于场坯(返回通路)上的具有交变极性并且沿运动方向具有相同或不同宽度的磁体，以及多个位于磁体之间的空腔中的单个线圈。
上述设计的一个缺点在于所形成的致动器的高度太大。
发明内容
先前动圈致动器的以上及其它缺点通过本发明的线性音圈致动器来克服，其包括多个场分组件和一个线圈组，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个第一场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路；而且其中这些场分组件相对于彼此放置以便在包括这些磁体的这些场分组件中的第一场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙，而线圈组包括置于在间隙内一个平面中的线圈，其中该平面基本上平行于线性音圈致动器的运动方向；其特征在于，所述多个场分组件被成形为在相对端处提供孔，以容许线圈组沿运动方向穿过所述孔的往复运动。
这些具有交变极性的磁体可沿运动方向具有相同或不同宽度，并且这些磁体可以相互隔开或者相互接触。
场坯可还包括磁通量通路段，它们定位成为这些场分组件中的第一场分组件的每个磁体以及跨过间隙离开磁体定位的这些场分组件中另一个的场坯的对应部分提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
在本发明的一个实施例中，这些场分组件中的第一和第二场分组件各包括这些具有交变极性的磁体，以便使得这些场分组件中的第一和第二场分组件的极性相反的磁体对由一间隙分开，而且其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为每对由间隙分开的极性相反的磁体提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
据发现，包括上述这些磁通量通路段，就容许本发明的致动器的高度很大程度上与所采用的磁体的长度无关。与通常需要增加护铁宽度以便容纳沿运动方向上磁体长度的增加的先前致动器结构不同，本发明并不如此。
本发明所属领域的普通技术人员将会理解，上述结构可以提供一种高度大大降低的致动器。
在考虑了对本发明某些优选实施例的以下详细描述和附图之后，将更易于理解本发明的这些及其它优点和特征。
附图说明
图1为根据本发明的一种线性音圈致动器的一个实施例的透视图。
图2为图1中的本发明实施例的两个场分组件的简化示意图。
图3为图1中的本发明实施例的线圈组的简化示意图。
图4为图1中的本发明实施例的两个场分组件和线圈组的部件分解图的简化示意图。
图5为沿图1的线5-5剖开的致动器的简化剖面图，示出了本发明所提供的沿着垂直于图1中所示运动方向的方向上的磁通量的显著磁路。
图6和7分别为对美国专利号4,808,955的图5和图7的复制。
具体实施方式
现在参看图1、2和3，本申请的线性音圈致动器10包括两个场分组件12、14和一个带有一位置传感器18的线圈组16。其与以上所参考的美国专利No.4,808,955中所述的致动器类似，该专利在此引入作为参考，但是在至少以下两个方面中与其不同：
1)根据以上美国专利No.4,808,955，线圈绕着一芯或绕着附连于芯上的磁体缠绕，因此使得绕组置于垂直于运动方向的多个平面中。根据本申请，如图4的实施例中所示，所有的线圈20都位于介于两排磁体22之间的同一平面内，并且该平面与运动方向19平行。
2)根据以上美国专利No.4,808,955，磁通量通路沿着运动方向(在专利4,808,955的图7中，其在两个端板208和210之间延伸)顺序地设置。根据本申请，对于由气隙26分开的每对具有相反极性的磁体，存在另一条附加或主磁通量通路24。在图5中，磁通量的该其它磁路24由致动器(为简单起见，线圈未示出)横截面中标有箭头的通路24所描绘，致动器横截面垂直于运动方向19(图5中进出页面的方向)。
由本申请的上述方法产生的设计使得场坯28的厚度减至最小，因而使得致动器高度减至最小。
在本发明的另一个实施例中，只有一个场分组件12或14需要具有任一磁体。在这个实施例中，永久磁体将只置于线圈20的一个侧面上。
因此，本发明的一个实施例的目的在于一种线性音圈致动器，其包括多个场分组件以及一个线圈组。这些场分组件各包括一个场坯，并且这些场分组件中至少一个还包括多个具有交变极性并且沿运动方向具有相同或不同宽度的磁体，其中这些磁体可以相互隔开或者相互接触并且置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路。这些场分组件相对于彼此放置，以便在包括这些磁体的这些场分组件中的至少一个与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙。这个实施例的线圈组包括在间隙内置于同一平面中的多个线圈，其中该平面基本上平行于线性音圈致动器的运动方向。
本发明的另一个实施例的目的在于一种线性音圈致动器，其包括多个场分组件以及一个线圈组。这些场分组件各包括一个场坯，并且这些场分组件中至少一个还包括多个具有交变极性并且沿运动方向具有相同或不同宽度的磁体，其中这些磁体可以相互隔开或者相互接触并且置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路。这些场分组件相对于彼此放置，以便在包括这些磁体的这些场分组件中的至少一个与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙。这个实施例中的场坯还包括磁通量通路段30，其为每对由气隙分开的具有相反极性的磁体提供了一条垂直于运动方向的磁通量通路。
在以上线性音圈致动器的另一个实施例中，每个这些场分组件的场坯包括一基本为平面的部分，并且磁通量通路段在平面部分上方沿运动方向延伸。当这些场分组件中的一第一场分组件和这些场分组件中的一第二场分组件放置成形成一间隙时，该第一和第二场分组件的磁通量通路段则处于彼此接触或者彼此相邻的位置。所提供的垂直磁通量通路穿过第一场分组件的磁体，跨过间隙到达第二场分组件的具有相反极性(若有的话)的磁体，穿过平面部分并且随后穿过第二场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过第一场分组件的平面部分，然后返回至第一场分组件的磁体。
参看图1，现在将对根据本发明的线性音圈致动器10的所示实施例进行更详细的描述。这种线性音圈致动器包括相互并列的一第一场分组件12和一第二场分组件14。一沿运动方向19运动的线圈组16置于场分组件12和14之间。同样如图1中所示，一位置传感器18和用于与位置传感器18连通的导线40以及用于与线圈组16的各线圈连通的导线44置于在线圈组16的一部分中形成的狭槽40和42中。从图1中可以看到，场分组件12和14具有形状基本为矩形的外部，其相对的边缘进行成形从而提供一孔48以便线圈组16相对于场分组件12和14运动。线性承座或滑块(未示出)可以置于孔48中或者环绕着孔48放置以便支承线圈组16的运动。
图2示出了场分组件12和14的内部，两个场分组件12和14各包括一场坯28和永久磁体22。永久磁体22置于一形成于场坯28的内表面中的凹槽区域中。磁通量通路段30沿着平行于线圈组16的运动方向的场坯边缘而形成于场坯28的朝内部分上。当场分组件12和14联接在一起时，这些磁通量通路段30就提供了一垂直于线性致动器的运动方向19的磁通量通路24(如图5中所示)。
在图2中还可以看到，场坯28的磁通量通路段30的厚度大于沿着垂直于线性致动器的运动方向19的边缘的厚度。当场分组件12和14装配在一起时，因此就形成了孔48。
应当指出，在图2中所示的线性致动器的实施例中，两个场分组件都包括磁体22。如前所述，本发明的线性致动器的其它实施例可使用只有一个场分组件中才具有的磁体22。还应当指出，磁体22在每个场分组件12和14中置成一排以便具有交变极性，从而沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路。在场分组件12中，极性顺序为N-S-N。在场分组件14中，极性顺序为S-N-S。按照这种方式，当场分组件装配在一起时，在场分组件12的磁体和场分组件14的磁体之间就形成了一间隙(请看图5中的间隙26)并且具有相反极性的磁体成对跨过间隙。这样，从如图2中所示的场分组件的后面开始，场分组件12的“N”极性的磁体22与场分组件14的“S”极性的磁体22成对；然后一“S”极性的磁体22与一“N”极性的磁体22成对；最后，场分组件12的一“N”极性的磁体22与一“S”极性的磁体22成对，它们全都跨过间隙26。
从图2中可以看到，这个实施例的磁体22具有不同的宽度。在场分组件12的三个磁体22中，中间磁体宽度最大。场分组件14的三个磁体中同样是中间磁体宽度最大。
本发明所属领域的普通技术人员将会理解，对于上述实施例，尽管所示的每个场分组件中的每个磁体都与相邻的磁体接触，但是可以考虑到，在本发明的范围之内，这些磁体还可以相互隔开。本发明所属领域的普通技术人员还将会理解，图中所示的磁体之间的宽度比只是本发明的一个实施例，并且可以根据致动器所需的力-行程曲线而选择其它比值。此外，尽管所示的为在每个场分组件中排成一排的三个磁体，但是可以使用其它数量的磁体来形成本发明的交错磁路，对此本发明所属领域的普通技术人员将会理解。
参看图3，以下将对线性致动器10的线圈组16进行更详细的描述。线圈组16包括一支承结构50，其具有一线圈支承段50和形成于线圈支承段50的相对两端的支承延伸部分52和54。狭槽40和42形成于支承延伸部分52中，用于确定导线44连至位置传感器18和线圈20的路线。线圈20形状为平面并且优选地置于形成于支承段50中的凹槽区域56中。从图3中可以看到，平面线圈20的厚度约等于凹槽区域56的深度。线圈20可以结合于支承结构50上或者完全封装于凹槽区域56内。
图4为线性致动器10的部件分解图，示出了线圈20相对于磁体22的相对位置。在图4的实施例中，每个场分组件12和14具有三个一组的带有交变极性的磁体22。每三个一组磁体中的中间磁体22的宽度大于两侧的两个磁体。线圈组16具有两个宽度类似的线圈22。在图4的实施例中，线圈20的宽度类似于三个一组磁体的中间磁体的宽度。
现在参看图5，示出了沿图1的线5-5剖开的线性致动器的横截面。因此，图5中示出的横截面垂直于线性致动器10的运动方向19。从图中可以看到，在线性致动器10的这个横截面位置处，场分组件14的磁体22的极性为“S”而场分组件12的磁体22的极性为“N”，因此就提供了一对具有相反极性的磁体，由位于这对磁体之间的间隙26隔开。
在图5中还应当指出，场分组件12和14的磁通量通路段30相对于彼此放置以便提供由箭头24所示的磁通量通路。这些磁通量通路24垂直于线性致动器10的运动方向。这些磁通量通路段的一个显著优点在于它们所形成的装置的高度很大程度上和所使用的磁体的长度无关。因此，如果致动器的行程需要增加，致动器的高度将不需要同等增加，而对于例如图6和7中所示的常规型致动器结构通常却需要如此。
如前所述，在本发明的另一个实施例中，只有一个场分组件包括磁体22。其它场分组件将包括一具有磁通量通路段30的场坯28，但在场坯28的内表面中不带凹槽区域。
此处所使用过的术语和措词为描述术语而非限制性，并且在使用这些术语和措词时并不想排除所示所述特征的等价内容或其部分，应当认识到，在申请专利的本发明的范围内，可以做出各种改动。

Claims (20)

1.一种线性音圈致动器，包括：
多个场分组件，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个第一场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路；而且其中这些场分组件相对于彼此放置以便在包括这些磁体的这些场分组件中的第一场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙，以及
一个线圈组，线圈组包括置于在间隙内的一个平面中的线圈，其中该平面平行于线性音圈致动器的运动方向；
其特征在于，所述多个场分组件被成形为在相对端处提供孔，以容许线圈组沿运动方向穿过所述孔的往复运动。
2.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中这些磁体沿线性音圈致动器的运动方向具有相同宽度。
3.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中这些磁体相对于彼此隔开。
4.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中这些磁体沿线性音圈致动器的运动方向具有不同宽度。
5.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中这些磁体相互接触。
6.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为这些场分组件中的第一场分组件的这些磁体中的每一个以及跨过间隙离开该磁体定位的这些场分组件中另一个的场坯的对应部分提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
7.根据权利要求1所述的线性音圈致动器，其中这些场分组件中的第二场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路，以便使得这些场分组件中的第一和第二场分组件的极性相反的磁体对由间隙分开，而且其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为每对由间隙分开的极性相反的磁体提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
8.根据权利要求6所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向在平面部分之外并沿平面部分延伸，并且其中这些场分组件中的第一场分组件和另一场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的另一个场分组件的对应部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
9.根据权利要求7所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向沿着平面部分并在平面部分之外延伸，并且其中这些场分组件中的第一和第二场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的第二场分组件的具有相反极性的磁体，穿过这些场分组件中的第二场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的第二场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
10.一种线性音圈致动器，包括：
多个场分组件，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个第一场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路；其中这些磁体沿线性音圈致动器的运动方向具有相同宽度并且相互接触，而且其中这些场分组件相对于彼此放置以便在这些场分组件中的第一场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙，以及
一个线圈组，线圈组包括置于在间隙内的一个平面中的线圈，其中该平面平行于线性音圈致动器的运动方向；
其特征在于，所述多个场分组件被成形为在相对端处提供孔，以容许线圈组沿运动方向穿过所述孔的往复运动。
11.一种线性音圈致动器，包括：
多个场分组件，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个第一场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路；其中这些磁体沿线性音圈致动器的运动方向具有不同宽度并且相互隔开，而且其中这些场分组件相对于彼此放置以便在这些场分组件中的第一场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙，以及
一个线圈组，线圈组包括置于在间隙内的一个平面中的线圈，其中该平面平行于线性音圈致动器的运动方向；
其特征在于，所述多个场分组件被成形为在相对端处提供孔，以容许线圈组沿运动方向穿过所述孔的往复运动。
12.根据权利要求10所述的线性音圈致动器，其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为这些场分组件中的第一场分组件的这些磁体中的每一个以及跨过间隙离开该磁体定位的这些场分组件中另一个的场坯的对应部分提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
13.根据权利要求10所述的线性音圈致动器，其中这些场分组件中的第二场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路，以便使得这些场分组件中的第一和第二场分组件的极性相反的磁体对由间隙分开，而且其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为每对由间隙分开的极性相反的磁体提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
14.根据权利要求12所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向在平面部分之外并沿平面部分延伸，并且其中这些场分组件中的第一场分组件和另一场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的另一个场分组件的对应部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
15.根据权利要求13所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向在平面部分之外并沿平面部分延伸，并且其中这些场分组件中的第一和第二场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的第二场分组件的具有相反极性的磁体，穿过这些场分组件中的第二场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的第二场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
16.根据权利要求11所述的线性音圈致动器，其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为这些场分组件中的第一场分组件的这些磁体中的每一个以及跨过间隙离开该磁体定位的这些场分组件中另一个的场坯的对应部分提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
17.根据权利要求11所述的线性音圈致动器，其中这些场分组件中的第二场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路，以便使得这些场分组件中的第一和第二场分组件的极性相反的磁体对由间隙分开，而且其中场坯还包括磁通量通路段，它们定位成为每对由间隙分开的极性相反的磁体提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯。
18.根据权利要求16所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向在平面部分之外并沿平面部分延伸，并且其中这些场分组件中的第一场分组件和另一场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的另一个场分组件的对应部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的另一个场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
19.根据权利要求17所述的线性音圈致动器，其中每个场坯包括一平面的部分，并且磁通量通路段沿线性音圈致动器的运动方向在平面部分之外并沿平面部分延伸，并且其中这些场分组件中的第一和第二场分组件的磁通量通路段处于彼此接触或者彼此相邻的位置，以便使得所形成的垂直磁通量通路穿过这些场分组件中的第一场分组件的磁体，跨过间隙到达这些场分组件中的第二场分组件的具有相反极性的磁体，穿过这些场分组件中的第二场分组件的平面部分，穿过这些场分组件中的第二场分组件的场坯的磁通量通路段之一，穿过相邻的磁通量通路段并随后穿过这些场分组件中的第一场分组件的平面部分，然后返回至这些场分组件中的第一场分组件的磁体。
20.一种线性音圈致动器，包括：
多个场分组件，这些场分组件各包括一个场坯，其中这些场分组件中至少一个第一场分组件包括多个具有交变极性的磁体，这些磁体置于场坯上以便沿线性音圈致动器的运动方向形成交错磁路；而且其中这些场分组件相对于彼此放置以便在包括这些磁体的这些场分组件中的第一场分组件与这些场分组件中的另一个之间形成一间隙，以及
一个线圈组，线圈组包括置于在间隙内的一个平面中的线圈，其中该平面平行于线性音圈致动器的运动方向，
其中场坯包括磁通量通路段，它们定位成为这些场分组件中的第一场分组件的这些磁体中的每一个以及跨过间隙离开该磁体定位的这些场分组件中另一个的场坯的对应部分提供一磁通量通路，该磁通量通路垂直于线性音圈致动器的运动方向穿过场坯；并且
其中所述多个场分组件被成形为在相对端处提供孔，以容许线圈组沿运动方向穿过所述孔的往复运动。
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