CN115331911A - 用于与铁磁工件磁耦接的磁耦接装置 - Google Patents

Abstract

用于与铁磁工件磁耦接的磁耦接装置，包括：多个磁极部分和多个永磁体，多个永磁体包括：第一永磁体，位于第一和第二磁极部分之间并定位为从第一和第二磁极部分的工件接触界面垂直偏移，和第二永磁体，其位于至少两个磁极部分之间，并且定位为从其的工件接触界面垂直偏移；多个电绕组，围绕第一永磁体缠绕，在其顶部上方和底部下方延伸，定位在第一和第二磁极部分之间；以及电子控制器，可操作地耦合到多个电绕组并且在多个磁极部分的工件接触界面处控制通过铁磁工件的磁路，其中电子控制器在具有多个永磁体的第一配置的多个磁极部分的工件接触界面处建立通过铁磁工件的磁路的第一状态，并且在具有第二配置的工件接触界面处建立第二状态。

Description

用于与铁磁工件磁耦接的磁耦接装置

本申请是国际申请号为PCT/US2018/036734，国际申请日为2018年06月08日、发明名称为“用于与铁磁工件磁耦接的可切换永磁单元和制造其的方法”的PCT申请于2019年12月09日进入中国国家阶段后申请号为201880038210.6的中国国家阶段专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月8日提交的标题为“可电磁切换的永磁装置”的第62/517，057号美国临时专利申请的权益，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及磁性装置。更具体地，本公开涉及可以在磁性吸引的“接通”状态和非磁性吸引的“断开”状态之间切换的可切换磁性装置，尤其涉及用于与铁磁工件磁耦接的磁耦接装置。

背景技术

可切换磁性装置可以用于将磁性装置磁耦接至一个或多个铁磁工件。可切换磁性装置可以包括一个或多个磁体，该一个或多个磁体可相对于一个或多个固定磁体旋转以便产生磁场和分流磁场。经由在“接通”状态与“断开”状态之间切换磁体装置，可切换磁体装置可以以可移除的方式附接到铁磁物体(工件)，诸如在众多的应用领域中，用于物体的提升操作、材料处理、材料保持、磁锁或者将物体彼此耦接。

发明内容

本公开所提供的示例实施例包括以下内容。

在本公开的示例性实施例中，提供了一种用于与铁磁工件磁耦接的可切换永磁单元。所述磁单元包括：壳体；第一永磁体，安装在所述壳体内并且具有有源N-S极对；第二永磁体，以与所述第一永磁体堆叠的关系可旋转地安装在所述壳体内并且具有有源N-S极对，所述第二永磁体可在第一位置与第二位置之间旋转，当所述第二永磁体处于所述第一位置时，所述可切换永磁单元在所述可切换永磁单元的工件接触界面处具有可用于铁磁工件的第一水平的磁通量；当所述第二永磁体处于所述第二位置时，所述可切换永磁单元在所述工件接触界面处具有可用于所述铁磁工件的第二水平的磁通量，所述第二水平大于所述第一水平；以及至少一个导电线圈，围绕所述第二永磁体布置并且配置为响应于电流传递通过所述至少一个导电线圈而生成磁场，其中，当所述第二永磁体处于所述第一位置时，所述导电线圈的磁场分量沿所述第二永磁体的所述有源N-S极对从S指向N。

在其示例中，可切换永磁单元还包括将第二永磁体保持在第二位置的装置。

在其示例的变型中，可切换永磁单元包括旋转限制器，所述旋转限制器被配置为将所述第二永磁体保持在所述第二位置。

在其示例的另一变型中，至少一个导电线圈围绕第一永磁体和第二永磁体布置。

在其示例的又一变型中，导电线圈绕壳体的外面布置。

在其示例的又一个变型中，导电线圈设置在壳体内并且围绕第二永磁体的外面。

在其示例的又一变型中，所述第一永磁体的所述有源N-S极对包括多个有源N-S极对，并且所述第二永磁体的所述有源N-S极对包括多个有源N-S极对。

在其另一示例中，可切换永磁单元包括电源，所述电源被配置为向所述导电线圈供应电流以生成所述导电线圈的磁场。

在其另一示例中，沿着所述第二永磁体的所述N-S极对从S指向N的分量包括全部所述导电线圈的磁场。

在其又一示例中，壳体是两件式壳体。

在其另一示例中，壳体是单件式壳体。

在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种用于制造可切换永磁单元的方法。所述可切换永磁单元配置为在所述可切换永磁单元的工件接触界面处磁耦接至铁磁工件。所述方法包括：将第一永磁体安装在壳体中，所述第一永磁体具有有源N-S极对；将第二永磁体以与所述第一永磁体堆叠的关系安装在壳体内，所述第二永磁体具有有源N-S极对，所述第二永磁体可相对于所述第一永磁体在第一位置与第二位置之间旋转；当所述第二永磁体处于所述第一位置时，所述可切换永磁体在所述工件接触界面处具有可用于所述铁磁工件的第一水平的磁通量，并且当所述第二永磁体处于所述第二位置时，所述可切换永磁体在所述工件接触界面处具有可用于所述铁磁工件的第二水平的磁通量，所述第二水平大于所述第一水平；并且围绕所述第二永磁体布置至少一个导电线圈，所述至少一个导电线圈被配置为响应于传递通过所述导电线圈的电流而生成磁场，当所述第二永磁体处于所述第一位置时，所述磁场的分量沿所述第二永磁体的所述有源N-S极对从S指向N。

在其示例中，所述至少一个导电线圈围绕所述壳体的外面布置。

在其示例的变型中，所述至少一个导电线圈被布置在所述壳体内并且围绕所述第二永磁体的外面。

在其示例的又一变型中，所述至少一个导电线圈围绕所述第一永磁体和所述第二永磁体布置。

在其示例的又一个变型中，所述方法还包括具有配置成将所述第二永磁体保持在所述第二位置的装置。

在其示例的变型中，所述方法还包括具有旋转限制器，所述旋转限制器被配置为将所述第二永磁体相对于所述第一永磁体的旋转限制在设定的旋转范围内。

在其示例的又一个变型中，所述第一永磁体和所述第二永磁体中的至少一个包括多个永磁体。

在其示例的又一变型中，所述方法还包括将电源耦接到所述导电线圈，所述电源被配置为向所述导电线圈供应电流以感应所述导电线圈的磁场。

在其另一示例中，所述壳体是两件式壳体。

在其又一示例中，所述壳体是单件式壳体。

根据下面参考附图提供的对优选实施例的以下描述，本发明的其他方面以及可选和/或优选特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的可电切换的永磁装置的示意性分解图。

图2是根据本公开的实施例的处于组装状态的图1的装置的等距视图。

图3A是根据本公开的实施例的在图1和图2中描绘的装置的前视剖视图以及当装置处于“断开”位置时产生的磁路。

图3B是在图3B中描绘的装置的俯视图并且包括当装置处于“断开”位置时由顶部磁体产生的B场。

图3C是在图3A和图3B中所描绘的装置的局部俯视剖视图并且包括当装置处于“断开”位置时的顶部磁体。

图4A-图4E至图8A-图8E是根据本公开的实施例的在图1和图2中所描绘的装置的俯视图，依次从“断开”位置切换到“接通”位置。

图9A是根据本公开的实施例的在图1和图2中描绘的装置的前视剖视图以及当装置处于“接通”位置时产生的磁路。

图9B至图9C是根据本公开的实施例的在图1和图2中描绘的装置的俯视图以及当装置处于“接通”位置时由顶部磁体产生的B场。

图10A是根据本公开的实施例的可电切换永磁装置的另一实施例的侧视图。

图10B是在图10A中描绘的可电切换永磁装置的侧视图，其中帽结构和螺线管线圈主体从装置移除。

图10C是在图10A和图10B中所描绘的可电切换永磁装置的侧视剖视图。

图11示出了根据本公开的实施例的包括可切换磁性装置的机器人系统。

尽管所公开的主题可以进行各种修改和替代形式，但是在附图中通过示例的方式示出了具体的实施例，并且在下面对其进行了详细描述。然而，其目的不是将本公开限制为所描述的特定实施例。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

具体实施方式

应当理解，在本描述和说明书中使用术语和形容词“竖直”、“水平”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“横向”、“宽度方向”等仅用于提供参考说明，以便于对附图和部件彼此之间的关系的理解。

可以使用手动致动、气动或者液压致动和/或电致动来致动可切换磁性装置。手动致动是通过手柄或者手动致动器使一个或多个磁体或者磁性单元相对于一个或多个固定磁体或者磁性单元直接旋转或者以线性方式移动。本文提供的实施例涉及可切换磁性装置。示例性的手动可切换磁性装置在以下专利文献中公开：标题为“可切换永磁装置”的第7,012,495号美国专利(简称′495专利)；于2015年10月30日提交的标题为“具有旋转致动系统的磁耦接装置”的第62/248,804号美国临时专利申请，其案卷号为MTI-0007-01-US-E；以及于2015年11月7日提交的标题为“具有线性致动系统的磁耦接装置”的第62/252,435号美国临时专利申请，其案卷号为MTI-0006-01-US-E，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

气动或者液压致动是通过气动或者液压流体致动器驱动可切换磁芯装置中的一个或多个可移动磁体或者磁体单元。

电致动通常属于两类之一。第一类包括“机电永磁体”(或者EPM)装置，该装置具有两个(或更多个)与铁磁电枢协作的固定永磁体以及适当环绕电枢或者磁体的导电线圈(例如，螺线管线圈)。这两个磁体具有不同的磁化强度和矫顽性特性，并且导电线圈的额定作用为通过叠加电磁场来暂时抵消其中一个磁体的磁场，从而以双稳态方式将装置从激活状态切换到停用状态。在实施例中，由导电线圈产生的磁场可以不影响另一个固定磁体。这些装置通常依赖于高矫顽性的永磁构件(其不易受外部磁化影响而消磁)以及由中或者低矫顽性的磁性元件组成的第二磁性元件，该第二磁性元件定位成与导电线圈配合，因此可以通过线圈的磁场将其磁化，以使其磁化矢量与存在于磁路中的高矫顽性磁体对准或者反对准。

第二类电致动包括与上文所提及的那些类似的永磁装置，其中，使用轴或者耦接到电动机的输出轴的其他类型的传动机构，使电动机用来将扭矩施加到可移动磁体。

由于缺少运动部件，以及与使用单独的驱动电机相比，直接磁化中等或者低矫顽性元件的效率提高，因此第一类是更常用的在接通状态与断开状态之间电切换磁体的方法。

可切换磁体系统的电致动相对于手动致动和气动致动系统具有一些优点。由于电气控制系统和动力系统的普及，并且由于电磁切换技术在其本身需要电力来进行操作的消费类产品中的发展，所以使用电力来进行切换比使用液压致动器或者气动致动器要方便得多，液压致动器或者气动致动器需要除了工业和制造工厂设置以外，通常无法获得的工作流体源。

尽管具有优点，但是现有的EPM装置具有许多缺点。较常见的AlNiCo/NdFeB EPM装置采用AlNiCo作为在磁化状态之间切换的工作材料，请参见例如的Ara Nerses Knaian的论文，网址为：http：//cba.mit.edu/docs/theses/10.06.knaian.pdf。尽管AlNiCo是一种强大的磁性材料，具有较高的残留感应强度并且作为最高的非稀土-磁能量的产品，其特点是矫顽性极低。尽管这种低矫顽性使EPM技术能够正常工作，但也会降低EPM装置的性能。

如果在完整的大横截面的磁路中使用EPM装置，则总的磁通密度输出应等于相同体积的NdFeB。但是，如果将此技术用在不良或者重载的磁路中，则由于AlNiCo的低矫顽性，AlNiC不利的磁化曲线会导致系统的可用(牵引)力大大降低。这将大多数EPM单元的应用范围限制在其中它们会完全饱和的情况。

另外，由于螺线管电磁体需要大量的电流才能使一块永磁材料相对于相反的磁场完全饱和，因此EPM装置需要相当大的功率消耗才能在接通状态与断开状态之间进行切换系统。即使对于磁范围很小的单元，这也需要大功率处理电路和控制装置，因此限制了这些系统的便携性和设置的灵活性。

在另一方面，电动机驱动的致动系统具有在扭矩方面具有极其宽的操作范围的优点-因为即使存在外部磁路，在整个周期内致动可切换永磁体所需的扭矩变化也很大。

当电动机与可切换的永磁装置一起使用时，电机很难被“调节”到理想的操作点，因为电机的操作条件必须大范围变化，以适应应用磁体单元的各种应用和情况。另外，对机械耦接元件以及可能的变速箱的需求增加了重量和复杂性以及相关联的损耗，这意味着电机驱动的磁体的效率明显低于以上描述的直接磁化的EPM方法。大量的移动部件以及这些部件上的大量应力也缩短了部件的使用寿命，并且防止几乎对任何EPM单元有效的小型化和尺寸最小化。

本公开的一个目的是通过提供一种设计来改进现有的EPM装置，该设计允许使用具有相似矫顽性特性的永磁体，同时减少在磁化状态之间切换该装置所需的电量。本公开的另一个目的是提供一种修改的永磁可切换装置，其中通过包括在该可切换装置中的永磁体的相对运动来实现该装置的激活和停用，通过提供在可移动磁体上施加扭矩(或者力)以改变其相对于固定磁体的相对位置的替代的方式，以便使装置在接通和断开磁化状态之间切换。

本公开的实施例被最初构想用来促进、改进或者提供一种用于致动(接通和断开)可切换永磁装置(例如′495专利中公开的磁体装置)的不同机构。本公开的实施例可以利用′495专利的一些基本概念，但是如本领域技术人员将从下面的描述中立即领会到的，本公开的实施例不受限于与′495专利中描述的类似的装置。例如，虽然′495专利使用两个一体的、圆柱形的、沿直径方向磁化的稀土永磁体作为磁通量的来源，但是本公开的实施例可以在其他类型的装置中实现，例如在第8,878,639号美国专利、第7,161,451号美国专利、德国实用新型DE202016006696U1和于2015年10月30日提交的标题为“具有旋转致动系统的磁耦接装置”的第62/248,804号美国临时专利申请(案号为MOT-0007-01-US-E)所描述的装置，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

本领域技术人员将注意到，描述中出现的术语“磁体”必须在上下文中理解。即，术语“磁体”可以表示永磁体，例如，单一类型的稀土磁体材料(诸如，NdFeB或者SmCo)的圆柱形单一偶极体，或者表示包括这种稀土材料的磁芯的复合体，其固定有低磁阻材料的极延伸体(通常称为铁磁无源极件)的等。此外，严格地说，术语“磁体”还可以表示电磁体以及具有或者不具有铁磁芯元件的导电线圈(例如，螺线管线圈)。

在实施例中，一对相同的、沿直径磁化的圆柱形双极永磁体以有源分流布置的方式布置在专用设计的铁磁两件式壳体中，一对无源铁磁极元件(也称为′极靴′)固定到该壳体。铁磁工件可以经由极靴与磁体耦接。此类装置可以并入许多不同的设备中，在这些设备中，磁性吸引被用于将铁磁体暂时保持在工具上，诸如提升装置、耦接设备、臂端机器人工件处理装置、闩锁等。

对于这种可切换永磁装置背后的基本概念的描述，应参考′495专利，该专利的内容出于所有目的并入本文。

转向在图1和图2中所示的第一实施例，装置10包括由两个铁磁(例如钢)壳体部件28、30组成的中央壳体12，该壳体部件28、30可以通过一对铁磁无源极延伸件32、34接合。虽然在所示的实施例中描绘了极延伸件32、34，但是装置10可以在不具有极延伸件32、34的其它实施例中工作。两个圆柱形和径向磁化的磁体14、16可以分别接收在上部壳体部件28和下部壳体部件30内。在实施例中，磁体14、16可以是NdFeB磁体。在实施例中，磁体14、16的活性磁质量和磁性能可以相等和/或在可达到的制造公差和永磁体磁化技术范围内相等。在本文中磁体14可以被称为上部磁体14和/或第二磁体14，并且磁体16在本文中可以被称为下部磁体16和/或第一磁体16。尽管本文讨论了上部磁体14可以在上部壳体部件28内旋转并且下部磁体16固定在下部壳体部件30内，但是在其他实施例中，上部磁体14可以固定在上部壳体部件28内，并且下部磁体16可以在下部壳体部件30内旋转。

在实施例中，铁磁性材料的薄圆盘18可以封闭圆柱形腔体38的下端的开口，圆柱形腔体38延伸穿过下部壳体部件30。多部件支撑和间隔结构20可以位于上部磁体14与下部磁体16之间。不可磁化(例如，铝)的帽结构22可以安装到上部壳体部分28，以覆盖圆柱形腔体36的敞开的上端，圆柱形腔体3延伸穿过上部壳体部件28。

在上部磁体14可旋转的实施例中，螺线管线圈主体24可以由漆包线构成，并且可以环绕上部壳体部分28和帽结构/构件22。在另一个实施例中，螺线管线圈主体24可以仅环绕上部壳体部分28，在这种情况下，可以通过在帽构件22的宽度方向端部处具有向下延伸的基脚部分来修改帽构件22，该基脚部分使得帽能够附接到壳体部分，同时适应在壳体部分与帽构件之间的线圈的厚度。在另一个实施例中，螺线管线圈主体24可以处于上部壳体部分28内并且环绕上部磁体14。在该实施例中，可以对上部壳体部分28进行修改以适应螺线管线圈主体24的厚度。另外，螺线管线圈主体24可以包括提供松弛的足够的电线以使上部磁体14旋转，和/或滑环，该滑环可以用于维持螺线管线圈主体24与电源82之间的电连接。在另一实施例中，螺线管线圈主体24可以环绕上部磁体14和下部磁体16两者。在这些实施例中，螺线管线圈主体24可以环绕下部磁体16的下部壳体部件30或者设置在下部壳体部件30内并且环绕下部磁体16。虽然仅描绘了一个螺线管线圈主体24，但是在其他实施例中，螺线管线圈主体24可以包括多个螺线管主体。螺线管线圈主体24的目的在下面更详细地讨论。

在下部磁体16可旋转的实施例中，螺线管线圈主体24可以环绕下部壳体部件30和帽结构18。在另一个实施例中，螺线管线圈主体24可以仅环绕下部壳体部件30，在这种情况下，可以使帽构件18在宽度方向的端部处具有向下延伸的基脚部分来修改帽构件18，该基脚部分使得盖能够附接到壳体部分，同时适应在壳体部分与帽构件之间的线圈的厚度。在另一个实施例中，螺线管线圈主体24可以处于下部壳体部件30内并且环绕下部磁体16。在该实施例中，可以对下部壳体部件30进行修改以适应螺线管线圈主体24的厚度。另外，螺线管线圈主体24可以包括足够的电线以提供松弛使下部磁体16旋转，和/或包括滑环，以用于维持螺线管线圈主体24与电源82之间的电连接。

在实施例中，两个壳体部件28、30可以是相同的并且由低磁阻铁磁材料的矩形平行六面体块组成，其中位于中心的圆柱形腔体36、38垂直于上部轴向端面和下部轴向端面(在图1中仅顶表面42、44可见)延伸穿过各自的块，以分别接受上部磁体14和下部磁体16。

腔体36、38的直径可以使得块28、30在沿直径相对的竖直侧40处仅存在小的幅板材料37′、37″。然而，位于块28、30的另外两个平行的竖直侧表面43和45处的壁部分39′、39″可以具有足够并且确定的厚度，使得由永磁体14、16产生的磁通量被包含并且重新定向在这些铁磁壁区段或者区域39内。37′和37″处的薄幅板可以将两个壳体区域39′和39″基本上彼此磁隔离，使得可以通过分别接收在壳体块28、30内的磁体14、16将壳体区域39′和39″以相反的N和S磁极磁化，并且如下所述，不会引起磁通短路。在所示的实施例中，仅参考下部壳体块30来标识薄幅板部分37和厚壁区段39。

上部壳体块28的圆柱形腔体36可以具有光滑的壁表面，并且其直径允许上部磁体14被接收在其中，使得上部磁体14可以以最小的摩擦旋转并且优选地保持最小的气隙。在实施例中，可以将减小摩擦的涂层施加到圆柱形腔体36的表面。

在实施例中，下部壳体块30中的圆柱形腔体38可以具有粗糙的壁表面和选择成提供与下部磁体16的过盈配合的直径，使得当磁体16安装在腔体38内时，磁体16保持其旋转定向并且防止在装置10的操作条件下产生轴向和旋转位移。额外地或者可替代地，可以使用其他机制，诸如粘合或者额外协作的形件配合部件(未示出)，以将磁体16固定在腔体38内防止移位。

如将从图1进一步注意到的，一对平行间隔开的螺纹孔46、47可以被切入两个壳体块28、30的铁磁壁区段39′、39″的相对的竖直外表面43、45。孔46、47可以垂直于中心腔体36、38的轴线A延伸，并且用于为(未示出的)紧固螺钉或者螺栓提供锚固，通过锚固可移除地将磁极延伸块32、34固定到两个中心壳体块。在实施例中，由于上部壳体块28和下部壳体块30的壳体壁区段39″具有足以承载源自磁体14、16的全部磁通量而不会在铁磁体的限制范围内产生明显的泄漏的横截面，因此在极靴32、34和壳体壁区段处可能没有或者仅有最小的气隙，由此在上部壳体块28和下部壳体块30一侧的堆叠壁部分39″具有相反的磁极，壁区段39′就是这种情况。

磁极延伸块32和34可以在构造上相同，并且由低磁阻铁磁材料构成，如在无源磁化的磁极元件的制造中所使用的。虽然磁极延伸块32、34被描绘为具有平行六面体的板状形状，但是磁极延伸块可以具有其他形状，其可以基于附接装置10的工件的形状。在2018年1月29日提交的标题为“具有间距间隔投影的极靴的磁浮装置”的第62/623,407号美国临时专利申请(案卷号为MTI-0015-01-US)中公开了额外的磁极延伸块装置，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

尽管所示实施例描绘了磁极延伸块32、34，但是在其他实施例中，装置10可以不包括磁极延伸块32、34。

块32、34的竖直侧表面33、35可以与中央壳体块28、30的竖直侧表面43、45配合，竖直侧表面43、45具有实现无间隙和表面齐平的配合在两个壳体块28、30的侧壁39′、39″的外表面43、45上的表面光洁度和形状。表面33、35的尺寸足以完全覆盖两个壳体块28、30的表面43和45。

每个板状磁极延伸块32和34可以包括一对埋头通孔54和56，其横向间隔等于在壳体块28、30上的螺纹孔对44、46的横向间隔，并且其沿腔体轴线A的间隔使得通过未示出的紧固螺栓以间隔开的方式固定壳体块28、30，所述紧固螺栓延伸穿过孔54、56并且固定在壳体块28、30的螺纹孔46、47中。因此，两个壳体块28和30可以经由横向磁极延伸块32、34以在两个壳体块28、30的厚壁区段39′、39″与接收在其中的相应磁体14、16之间提供基本无间隙、低磁阻磁路的方式连接，由此腔体36和38以及圆柱形磁体14、16同轴对准并且关于轴线A同心，并且每个壳体块28、30的竖直表面是成对共面的。

在实施例中，沿直径方向磁化的下部圆柱形磁体16接收并且固定，以抵抗在下部壳体块30的腔体38中旋转，使得N-S极分离线(如在磁体16顶表面上的直径线D所示)延伸跨过块30的相对定位的薄壁幅板37′和37″。换而言之，垂直于所述分离线并且由箭头ML示出的永磁体16的N-S轴线定向使得相对的壳体侧壁39′和39′′(以及分别相关联的磁极延伸块32、34)根据其旁边的有源磁极被磁化。在图1中，壁部分39″因此被磁化为S极，而壁部分39′成为N极。

相反，由于在没有磁极延伸块32、34的情况下，在顶部壳体块28内的上部圆柱形磁体14绕轴线A并且相对于具有固定磁体14的下部壳体块30自由旋转，所以侧壁39′和39″的磁极将由上部磁体的N-S轴线MU的相对旋转位置和定向来确定，如图1中示意性地示出的。

在实施例中，上部磁体14被配置为可从图1中所示的定向旋转180度到旋转位置，在旋转位置中其N极与下部磁体16的N极重合并且相反地，S极彼此重叠(并且N-S轴线MU和ML平行地定向)。当N-S轴线MU和ML平行地定向时，上部壳体块28和下部壳体块30的两个侧壁39′将通过相同的N磁极被磁化，相邻的磁极延伸块32也同样如此。进一步地，其它(相对的)侧壁39″将通过相同但相对的S磁极被磁化，相邻的磁极延伸块34也将同样如此。上部磁体14的这种重新定向将在磁极延伸块32、34的下部轴向终端表面50、52处产生“有效”工作气隙，从而使得能够形成低磁阻的闭合磁路，从磁体14、16开始并且结束于磁体14、16，该磁路通过壳体块壁39′、39″、磁极延伸块32、34和可能接触磁极延伸块32、34的两个下部轴向端面50、52的铁磁工件。这样，磁极延伸块32、34形成了装置10的工件接触界面。即，磁极延伸块34形成装置10的工件接触界面的N极部分，而磁极延伸块32形成装置10的工件接触界面的S极部分。在其他实施例中，壳体块30的一个或多个其它部分可以形成装置10的工件接触界面。这种状态在本文中称为装置10处于“接通”状态，和/或可以称为上部磁体14处于第二位置(图9A至图9C中所示，其中，图9A是装置10的前视剖视图，以及图9B至图9C是装置10的俯视图)。相反，将MU和ML反向平行定向并且在装置10内形成闭合磁路的状态被称为装置10处于“断开”状态，和/或上部磁体14处于第一位置(在图1和图3A至图3C中显示，其中，图3A是装置10的前视剖视图，图3B是在图3B中描绘的装置的俯视图，以及图3C是在图3A至图3B中描绘的装置的局部俯视剖视图并且包括当装置处于“断开”位置时的顶部磁体。)。

在实施例中，薄铁磁底盘18可以被压配合或者以其他方式固定，使得封闭圆柱形腔体38的下部开口端，以便密封腔体38和接收在其中的磁体16以免在磁体装置10的工作面处的污染。盘18的铁磁特性可以通过在壳体块的磁极端之间提供附加的可磁化材料来帮助完成磁路，使得下部永磁体16的磁场排他地与设置在壳体块28和磁极延伸块32、34中的磁材料耦接，以便在接通或者断开位置形成磁路。这还允许装置10在接通时以更大的保持力进行操作，并且在断开时抵消任何保持力。

如上所述，装置10还包括位于上部磁体14与下部磁体16之间的多部件支撑和间隔结构20，该结构被设计成将上部磁体14支撑在上部壳体块28的腔体36的圆柱形壁内并且在下部壳体块30内的上部磁体14的下部圆形表面与下部磁体16的上部圆形表面之间保持设定的轴向距离。在实施例中，支撑和间隔结构20可以包括非可磁化金属材料的圆形底板60、旋转轴承62和包括圆形非磁性板63的基座部件64，圆形非磁性板63的上表面优选地涂有促进滑动的PTFE涂层并且其下表面具有与其一体形成的凸台或者轴杆(未示出)。底板60搁置在下部磁体16的上表面上，并且通过优选地过渡配合到该下部磁体16而封闭了圆柱形腔体38的上部开口端。球轴承或者其他类型的轴承62可以落座于底板60的上表面中的适当尺寸的圆柱形凹部(或者座)61中。基座的轴杆可以落座于轴承62的内圈轴承部分内。非磁性圆形板63的直径使得它可以在上部壳体块28的腔体36的下部终端轴向端内旋转，即，非磁性圆形板63具有类似于上部磁体14的直径，该上部磁体14的下部轴向端面落座于非磁性圆形板63。

为了保持上部磁体14在上部壳体块28的圆柱形腔体36中同轴居中，可以由顶帽22进行居中布置，该顶帽22覆盖上部壳体块28的上轴向端面42。通孔66可以沿着上部圆柱形磁体14的中心轴线A延伸，在磁体14的相对轴向端面处终止于相应直径增大的埋头孔中，与圆柱形磁体14的轴向端面齐平的非磁性轴承(未示出)压配合到该埋头孔中。通孔66和在磁体14的任一轴向端部处的轴承的组合允许设置轴69，其可旋转地支撑在或者固定到帽构件22，以被接收在上部磁体14内，从而使磁体在顶部壳体块28内居中地旋转。

该支撑结构20可以由不同类型的布置代替，其中上部磁体14通过未示出的保持夹环被固定在轴69处以防止轴向位移同时允许其自由旋转，保持夹环可以在轴69的终端下端附近固定到环形凹槽，该环形凹槽将略微突出超过开口66。

不可磁化的帽部件22在图1和图2所示的实施例中包括带有如下描述的弧形窗口85的简单的矩形板84，不可磁化的帽部件22可以紧固到壳体块本身。为了将不可磁化的盖部件22紧固到壳体块，四个螺纹孔可以在上部壳体块28的上部轴向端面42的拐角处竖直地延伸。未示出的紧固螺栓可以延伸穿过在盖部件22中的孔。可替代地，帽部件22可以经由螺栓或者其他紧固件固定到磁极延伸块32、34或者压配合在整个壳体组件的上部。

在实施例中，帽部件22可以包括止动件、销和/或闩锁机构83中的一部分，其操作以将上部磁体14的旋转状态保持在其壳体块28内，因此同样地相对于固定的下部磁体16固定相对旋转位置。额外地或者替代地，止动件、销和/或闩锁机构83可以限制和/或提供用于上部磁体14的旋转的端点。额外地或者替代地，止动件、销和/或闩锁机构83可以包括在壳体块28中或者装置10的另一部分中。止动件、销和/或闩锁机构83可以是可缩回销，如于2018年4月27日提交的标题为“用于接合铁磁工件的可变场磁耦接器和方法”的第15/965,582号美国专利申请中所描述的，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

帽构件22可以进一步被配置为支撑/容纳与螺线管线圈主体24相关联并且需要向螺线管线圈主体24供应电流的各种电子控制和功率部件，如以下将要描述的。替代地，帽构件22可以包括接触引线，该接触引线用于连接至向螺线管线圈主体24供应电流的电源(未示出)。

如前所述，轴69穿透上部磁体14中的通孔66，使得上部磁体14可以绕轴69同轴地旋转。在所示的实施例中，轴69是焊接或者以其他方式固定至帽构件22的中心轮毂部分86的圆柱销。可替代地，可以采用可旋转轴，该可旋转轴可以经由通孔延伸穿过帽构件22的底部，并且轴承将围绕通孔和轴以将其居中落座并且有助于上部磁体14辅助轴69的旋转。在帽构件22的轴承轴66和其他机械部件的部分上方，帽构件22的第二部分(未示出)可以与其一体或者组装到其并且可以被分配用于容纳未示出的电子部件。此部分与组件的机械部分隔离，以防止对电路造成机械损坏；然而，轴69可以延伸到电子壳体区段中，以允许诸如编码器或者限位开关之类的反馈装置附接到轴，从而允许控制电路检测上部磁体14相对于下部磁体16和/或设定参考点的角位移。

如图1中所示，帽部件22的非磁性板84可以被加工成具有与壳体块28、30类似的形状，即矩形的，具有中心弧形窗口85，该中心弧形窗口85的外径与上部壳体块28的中心腔体36的外径相对应。弧形窗口85的曲率中心可以与圆柱形腔体36的轴线A重合并且可以与其同轴。中心幅板部分86限定了弧形窗口85的径向内部边界，并且承载上述支撑轴69，用于将上部磁体14居中在上部壳体块28内。弧形窗口85的相对的末端87、88提供了用于阻止固定到磁体14的上表面的构件89旋转的“硬止动件”，使得在装置10的切换操作期间磁体14的旋转可以在狭槽85内行进。如将在下面解释的，硬止动件87、88和止转块89可以协作以在确定装置的接通位置和断开位置的两个终端位置之间限制上部磁体14在腔体36内的旋转。

固定轴69垂直于由中央幅板部分86限定的轮毂突出，使得通过安装帽部件22对轴69的定位与上部磁体14配合以确保其在上部壳体块28的圆柱形腔体内同心旋转。

如图2中所示，螺线管线圈主体24可以包括围绕上部壳体块28环绕(或者以其他方式放置)的搪瓷涂层铜线绕组。然而，如上所述，螺线管线圈主体24也可以环绕或者以其他方式围绕上部磁体14放置。螺线管线圈主体24可以被放置为使得螺线管线圈主体24的竖直延伸区段72、76沿着上部壳体块28的成对的竖直侧表面43、45延伸，并且水平延伸区段75、77平行于(不可见的)壳体块28的下部轴向端面延伸，以及平行于上部壳体块28的上轴向端面42或者帽构件22的板84的上表面之一延伸。

在实施例中，螺线管线圈主体24可以包括多个螺线管线圈主体。例如，螺线管线圈主体24可以包括两个螺线管线圈主体，这两个螺线管线圈主体彼此电隔离并且从壳体块28的一个拐角，沿上部壳体块28的顶表面42对角地，延伸到位于顶部壳体块28的下方的壳体块28的相对拐角。相应的线圈可以绕上部壳体块28和帽构件22环绕在相对的对角线上，一个线圈环绕在另一个线圈上，使得当在壳体块28的俯视平面图中观察时它们形成“X”形绕组。在图1的实施例中，绕组可以在上部壳体块28下方的水平延伸区段上被引导以限定绕轴线A的通孔79(如图1中可以看到)，以允许以上部磁体14通过支撑杆62搁置在下部磁体16上的方式，向下通过支撑结构20的基座64的支撑杆62。

在将帽构件22固定到上部壳体块28之前使螺线管线圈主体24环绕上部壳体块28的实施例中，可以引导上部壳体块28上方的水平延伸区段75、77以便限定绕轴线A的通孔(未示出)，以允许定心轴或者销69通过，定心轴或者销69从帽构件22向下延伸进入上部可旋转磁体14中，以使其在上部壳体块28的圆柱形腔体36内的同轴旋转居中。

在实施例中，电源82可以经由合适的控制电路连接到螺线管线圈主体24，以便向螺线管线圈主体24供应电流，以便在上部磁体14上感应H场，从而有助于上部磁体14从断开位置旋转到接通位置。

具体地说，图4A、图5A、图6A、图7A和图8A描绘了当装置10从断开位置过渡到接通位置时装置10的俯视图，并且更具体地说，图4A、图5A、图6A、图7A和图8A描绘了由壳体块28上的磁体14、16产生的B场的俯视图。图4B、图5B、图6B、图7B、图8B示出了流过电磁螺线管主体24的电流的方向。图4C、图5C、图6C、图7C、图8C示出了由流过螺线管线圈主体24的电流产生的H场。图4D、图5D、图6D、图7D、图8D示出了由于可旋转的上部磁体14和叠加在其上的H场的重新定向而导致的上部壳体块28的净磁化状态。并且，图4E、图5E、图6E、图7E、图8E示出了上部磁体14的旋转位置及其始于“关断”状态依次到“接通”状态的N-S极轴线MU。

如图4A至图8E中所描绘的，螺线管线圈主体24可以感应出H场，以便根据接收在其中的上部磁体14的旋转位置来改变上部壳体块28所经历的磁化模式。即，通过向螺线管线圈主体24的绕组施加电压并且因此使电流流过，将在线圈的周长内产生磁场H场，H场与电流方向垂直且其N-S定向矢量将通过在螺线管线圈主体24内的电流的循环方向来确定。也可以理解，可以在H场与B场之间进行区分。H场被定义为磁场强度，可替代地被称为磁化场，并且将用于表示螺线管线圈主体24作用在壳体块28上的效果。B场是磁场通量，并且本质上是电的或者永久的磁场源与介质的磁化强度的组合。由于当计算施加在磁偶极子上的机械扭矩时通常会考虑B场，因此当涉及上部磁体14的旋转和如以下描述的装置的切换操作时，将使用B场。

螺线管线圈主体24产生的H场将取决于线圈绕组匝数、线圈的横截面以及螺线管线圈主体24内的电流。当上部磁体14处于第一位置时(例如，如图1、图4A至图4E中所示)，由螺线管线圈主体24产生的H场的至少一个分量将沿着上部磁体14的有源N-S极对从从S指向N。由于通过在螺线管线圈主体24中施加电压并且由此产生电流而产生H场，取决于包括壳体块28的铁磁材料的相对磁导率，上部壳体块28将被磁化到一定程度。在至少一个示例中，当上部磁体14从断开位置旋转到接通位置时，由螺线管线圈主体24产生的H场的强度可以是恒定的。在另一个示例中，当上部磁体14从断开位置旋转到接通位置时，通过改变流过螺线管线圈主体24的电流，可以改变由螺线管线圈主体24产生的H场的强度。附加地或者替代地，当上部磁体14从断开位置旋转到接通位置时，通过改变流过螺线管线圈主体24的电流的方向，可以改变由螺线管线圈主体24产生的H场的方向，以便于提供制动功能和/或有助于上部磁体从接通位置旋转到断开位置。

在至少一些实施例中，由螺线管线圈主体24产生的H场可以相对于由上部磁体14(在图4A至图4E中示出)生成的B场成一定角度定向。在这些实施例中，壳体块28的磁化进而在壳体块28的体积内产生B场，其能够向上部磁体14施加机械扭矩。

如图4A至图8E中所描绘的，装置10可以从“断开”状态(图4A至图4E)切换到“接通”状态(图8A-8E)，在“断开”状态中，即使当与无源极块32、34的下表面50、52接触时，没有或者存在相对较小的磁场供铁磁工件使用，在“接通”状态中，无源极块32、34被相反的磁极磁化，并且通过使无源极块32、34与铁磁工件接触可以产生外部通量交换路径，从而将装置10磁性附接到该工件。

在装置10的“断开”切换位置中，将顶部壳体块28中的上部永磁体14和底部壳体块30中的下部磁体16旋转地设置，使得当在装置10的俯视图中观察时，诸如图1和图4A中所示，上部磁体的N极与下部磁体16的S极大致对准，并且上部磁体14的S极与下部磁体16的N极大致对准。即，上部磁体和下部磁体的磁N-S轴线MU和ML分别在相反方向上平行对准。在装置10的这种断开状态下，在磁体14、16与壳体块28、30之间经由厚壁区段39′、39″围绕容纳磁体14、16和一对磁极延伸块32、34的腔体存在闭合的磁路，以在上部壳体块28与下部壳体块30之间提供低磁阻磁通路径，从而有效地使装置10内的电路分流。

为了将装置10转到“接通”位置，其中壁区段39′、39″下端处的极靴和/或磁极延伸块32和34呈现相反的磁极，电流可以供给至螺线管线圈主体24，如图4B、图5B、图6B、图7B、图8B中所描绘的。当螺线管线圈主体24被激活时，在图4C、图5C、图6C、图7C、图8C中描绘的电感应磁场改变了所产生的B场矢量的方向和净量级(由永磁体和线圈磁体的矢量提供)，当上部磁体14从断开位置旋转到接通位置(如图4E、图5E、图6E、图7E、图8E中所描绘的)时，B场矢量的方向和净量级磁化上部壳体块28(如图4D、图5D、图6D、图7D、图8D中所描绘的)。

可以选择电产生的磁场，以便影响和改变在两个永磁体14、16与相邻的壳体壁区段39′、39″之间形成的磁路。借助于足够的电流，可以消除经由壁区段39′、39″和/或连接磁极延伸块32、34由在底部壳体块30中的固定的下部磁体16所产生的在顶部壳体块28中的磁场分量，因此抵消了下部磁体16对上部磁体14的磁影响。然后，除了可旋转磁体14本身之外，由螺线管线圈主体24产生的磁场将作为主磁场源留在顶部壳体块28中。结果，将上部磁体14从第一位置旋转到第二位置以将可切换磁体装置切换到“接通”位置将需要较小的扭矩。在一些示例性实施例中，当上部磁体14处于第一位置(如图4B、图5B、图6B、图7B和图8B中所示)时，螺线管线圈主体24可以相对于上部磁体14成一定角度定向，这将在上部磁体14上施加扭矩。

在至少一个示例中，螺线管线圈主体24可以包括多于一个的沿不同方向定向的线圈。如果螺线管线圈主体24的线圈供应有一定方向的电流，其中假定由螺线管线圈主体24产生的磁场旋转偏离由上部磁体14在其断开位置所产生的固有磁场，H场的至少一个分量与上部磁体14产生的固有磁场不平行，则产生扭矩，因为随着上部磁体14试图将N-S轴线MU重新对准到上部壳体块28的可磁化壁区段39′和39″上，以遵循感应的B磁场轴线和由螺线管线圈主体24所感应的磁极，从而使得在上部壳体块28内旋转而不受其他外部影响。

假定由于壳体块28的磁化而导致的感应B场施加了足够的扭矩到磁体14，则上部磁体14能够旋转，直到上部磁体14的相应N极和S极与下部磁体16的相应的N极和S极对准，使得单元10处于“接通”状态。此时，螺线管线圈主体24可以被停用。如图9A至图9C中所示，在两个永磁体14、16都具有沿相同方向定向的平行排列的N-S轴线的情况下，壳体块28、30和/或磁极延伸块32和34的厚壁区段39′和39″由相反的磁极磁化。结果，装置10有效地形成了永久偶极磁体，当与有源极延伸轨道或者“靴”32、34接触时，该永久偶极磁体可以与外部铁磁工件形成闭合的磁路，而无需将功率连续地施加到螺线管线圈主体24。额外地或者替代地，止动件、销和/或闩锁机构83可以包括在壳体块28或者装置10的另一部分中，以将上部磁体14基本上保持在第二位置。

装置的“接通”位置是稳定但易变化的位置，即，在由两个相互作用的永磁场限定的鞍座状磁势曲线的顶部的点，其中在装置10的永磁体14、16之间的较小的外力、磁不平衡或者磁体的N-S轴线从真正的平行状态的偏离将会在壳体28、30中两个磁体14、16之间产生磁场，以自然施加较小的扭矩，该较小的扭矩可能足以使上部磁体14返回到断开位置，即通过自身进入磁稳定的低电势状态。因此，并且如上所阐述的，出于实际原因并且为了适应制造公差，装置10可以包括止动件、销和/或闩锁机构83，以选择性地将上部磁体14保持在装置的“接通”位置并且在适当的时候释放该上部磁体。如上所述，这可以是简单的硬止动布置。作为示例，这可以包括臂部件以及两个止转块，该臂部件附接到与上部磁体14旋转地耦接的轴69，两个止转块在绕轴69在绕轴69的旋转轴线的位置处安装在顶帽构件22上，指示装置10的“接通”和“断开”位置。

优选地，止动件、销和/或闩锁机构83可以包括在帽构件22的弧形狭槽85中，特别是狭槽85的终止的、径向延伸的终端87、88，以及非磁性材料止转块89，非磁性材料止转块89被固定以防止其从上部磁体14的顶表面向上突出并且其形状(在平面图中)设计成在上部磁体14在端部止动件之间旋转时配合在弧形狭槽85内并且在弧形狭槽85中行进。换而言之，弧形狭槽的长度至少为180度，以允许上部可旋转磁体14以其N-S轴线MU达到与固定磁体16的N-S轴线ML平行或者反平行的定向。

优选地，弧形狭槽85将在大于180度的弧上延伸，以提供硬止动件88，块89抵靠硬止动件88固定在上部磁体14上以与其一起旋转，该硬止动件88停留在上部磁体14已略微旋转超过“完全接通”位置的地方。在此“过度旋转”位置，下部磁体16的B场在上部磁体14上施加足够大的扭矩，以使上部磁体16偏置以将止动位置保持在硬止动件88处。

通过正确地对包括在螺线管线圈主体24中的一组隔离的偏移线圈进行排序(在实施例中，包括在螺线管线圈主体24中的多个螺线管线圈)，然后，上部磁体14可以从指示装置10的断开位置的参考线为0度的起始位置(请参见图4A至图4E)旋转180度至装置10的完全接通位置，并且再稍远一点在180度至185度之间，至碰击硬止动件，如在图8A至图8E中所示。结果，上部磁体14仍接近与下部磁体16完全对准，但是被锁定在抵靠硬止动件的位置，从而允许装置在无故障状态下保持“接通”。

止动件、销和/或闩锁机构83可以用于在旋转180度之前使上部磁体14止动。在这些中间状态之一中，装置10在工件接触界面处的场强度(或者水平)大于当装置10处于“断开”状态时的场强度(或者水平)并且小于当装置10处于“接通”状态时的场强度(或者水平)。作为处于这些中间状态之一的结果，装置10可以被配置为产生可变磁场。在2018年4月23日提交的标题为“可变磁场磁耦接器和用于接合铁磁工件的方法”的第15/965,582号美国专利申请(案卷号MTI-0016-02-US)中提供了关于示例性可变磁场系统的额外详细信息，其公开内容明确地通过引用并入本文。

通过短暂地反转在螺线管线圈主体24中的一组隔离的、偏置线圈的能量供应顺序，上部磁体14可以通过在线圈内感应出的B场而从硬止动件中“拉出”，并且在“接通”旋转的相反方向上旋转超过180度；一旦经过完全接通点，由于下部磁体16的B场，上部磁体14自然会试图返回到断开位置，从而允许装置10实质上将其自身切换到“断开”状态超过电流脉冲，而无太多来自螺线管线圈主体24的额外帮助，该电流脉冲需要实现足以抵消超过止动件偏置扭矩的扭矩。一旦断开，就可以对与装置10耦接的极延伸件32、34和/或工件进行消磁。在实施例中，装置10可以包括将上部磁体14锁定在第一位置的机构，而同时对与装置10耦接的极延伸件32、34和/或工件进行消磁。在2018年4月27日提交的标题为“至少具有一个传感器布置和消磁功能的磁耦接装置”的第15/964，884号美国专利申请(案号MTI-0013-02-US)中提供了关于提供消磁功能的系统的额外详细信息，其全部公开内容明确地通过引用并入本文，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

此外，该断开过程可以用于线圈驱动电子装置的优点。当上部磁体14旋转回到断开位置时，旋转的上部磁体14的磁场定向相对于包括在螺线管线圈主体24中的线圈的平面法线改变，即，一个具有穿过固定电流导体旋转的B场，即线圈绕组。这感应出包括在螺线管线圈主体24中的线圈的电压，从而感应出线圈电流。可以在帽部件22处提供具有能量存储设备(电容器、电池)的适当驱动和控制电路，以便利用电力并将其返回到线圈驱动电路，从而回收在将扭矩(磁性)施加到上部磁体14上以将装置10从断开状态切换到接通状态的过程中损耗的一些能量。

由于装置10的这种循环和设计以及能量回收的可能性，本发明的优选实施例代表了对现有技术的重大改进。与需要大量电流施加到磁化线圈以使装置致动和停用的现有的电永磁体系统不同，以上描述的本发明的实施例仅在切换周期的一半期间的短时间内需要电力，并且在切换周期的停用的一半期间内，可以回收在将装置10从其断开状态切换到其接通状态时投入的大部分电力。与现有的具有固定磁体的电永磁系统相比，这可以显著提高效率。

另外，在某些条件下，电永磁系统固有地在其形成磁路的能力方面受到限制。尽管通常在电永磁系统中用作可切换磁体的AlNiCo磁体的磁通量输出可以与现代稀土磁体的磁通量输出一样高，但是AlNiCo的矫顽性显著低于稀土磁性基板的矫顽性。在“负载”磁路中，其中存在多个气隙或者磁导率相对较低的材料，AlNiCo将无法保持很大的磁化强度，极大地影响了所产生磁场的整体强度。

在本发明的优选实施例中，永磁体元件都由相同的稀土磁性材料组成，并且因而都具有相同高的矫顽性。因此，即使在极其不利的磁路中，根据本发明的装置10也能够保持比可比较大小的相应电永磁单元和有源磁性材料体积更大的磁场强度。这极大地扩展了电致动可切换永磁系统的灵活性。

图10A是电切换永磁装置10′的另一实施例的侧视图；图10B是在图10A中描绘的电切换永磁装置的侧视图，其中帽结构22和螺线管线圈主体24从装置移除；以及，图10C是在图10A和图10B中所描绘的电切换永磁装置的侧视剖视图。相似的附图标记表示对应的相似部分。

装置10′的功能类似于装置10，但是，装置10′包括单件式壳体31，而不是包括在装置10中的两件式壳体。为了适应螺线管线圈主体24和上部磁体14，壳体10′包括接收螺线管线圈主体24的切口90。类似于装置10，装置10′的上部磁体14布置在螺线管线圈主体24内。并且，下部磁体16布置在壳体31的底部内(图10C中示出)。一旦下部磁体16和螺线管线圈主体24布置在壳体10′的切口90内，则帽结构22被固定到壳体31的顶部。

在示例性实施例中，装置10、10′可以被结合到机器人系统中。参考图11，示出了示例性机器人系统700。尽管在图11中描绘了机器人系统700，但是关于其描述的实施例可以应用于其他类型的机器(例如，起重机、拾取和放置机器等)。

机器人系统700包括电子控制器770。电子控制器770包括存储在关联存储器774中的附加逻辑，以供处理器772执行。包括机器人运动模块702，该机器人运动模块702控制机器人臂704的运动。在所示实施例中，机械人臂704包括第一臂区段706，该第一臂区段706可相对于基座绕竖直轴线旋转。第一臂区段706通过第一接头710可移动地耦接到第二臂区段708，在第一接头710处第二臂区段708可以相对于第一臂区段706在第一方向上旋转。第二臂区段708通过第二接头712可移动地耦接到第三臂区段711，在第二接头712处第三臂区段711可以相对于第二臂区段708在第二方向上旋转。第三臂区段711通过第三接头716可移动地耦接至第四臂区段714，在第三接头716处第四臂区段714可以相对于第三臂区段711在第三方向上和旋转接头718上旋转，由此可以改变第四臂区段714相对于第三臂区段711的定向。磁耦接装置10示意性地示出为被固定到机械臂704的端部。磁耦接装置10用于将工件27(未示出)耦接至机械臂704。尽管示出了磁耦接装置10，但是本文所描述的磁耦接装置中的任何一个和任何数量的磁耦接装置可以与机器人系统700一起使用。

在一个实施例中，通过处理器772执行机器人运动模块702的电子控制器770将机器人臂704移动到第一姿态，在该第一姿态处，磁耦接装置100在第一位置处接触工件。通过处理器772执行磁耦接器状态模块776的电子处理器770指示磁装置10相对于下部磁体14移动上部磁体12，以将磁耦接装置10置于接通状态，以便将工件耦接至机器人系统700。通过处理器772执行机器人移动模块702，电子控制器770将工件从第一位置移动到第二期望的间隔的位置。一旦工件处于第二期望位置，则通过处理器772执行磁耦接器状态模块776，电子控制器770指示磁装置10相对于下部磁体14移动上部磁体12，以将磁耦接装置10置于断开状态，以便使工件从机器人系统700解耦。电子控制器770然后重复该过程以耦接、移动和解耦另一个工件。

在一个实施例中，所公开的磁性装置包括一个或多个传感器，以确定存在于磁性装置与待耦接至磁性装置的工件之间的磁路的特性。在2018年4月27日提交的标题为“具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦接装置”的第15/964,884号美国专利申请(案卷号MTI-0013-02-US)中提供了示例性传感器系统的更多细节，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和增加。例如，尽管以上描述的实施例涉及特定特征，但是本发明的范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有描述的特征的实施例。因此，本发明的范围旨在涵盖落入权利要求范围之内的所有这样的替代、修改和变型及其所有等同形式。

Claims (12)

1.一种用于与铁磁工件磁耦接的磁耦接装置，包括：

多个磁极部分，所述多个磁极部分沿着第一水平轴线间隔开平行布置，所述多个磁极部分中的每个磁极部分都具有工件接触界面；

多个永磁体，所述多个永磁体相对于所述多个磁极部分定位，所述多个永磁体包括：

所述多个永磁体中的第一永磁体，其位于所述多个磁极部分的第一磁极部分和所述多个磁极部分的第二磁极部分之间并且定位为从所述第一磁极部分的工件接触界面和所述第二磁极部分的工件接触界面垂直偏移，和

第二永磁体，其位于所述多个磁极部分中的至少两个磁极部分之间，并且定位为从所述多个磁极部分中的至少两个磁极部分的工件接触界面垂直偏移；

多个电绕组，所述多个电绕组围绕所述第一永磁体缠绕，在所述第一永磁体的顶部上方和所述第一永磁体的底部下方延伸，所述多个电绕组定位在所述多个磁极部分的所述第一磁极部分和所述多个磁极部分的所述第二磁极部分之间；以及

电子控制器，所述电子控制器能操作地耦合到所述多个电绕组并且在所述多个磁极部分的工件接触界面处控制通过所述铁磁工件的磁路，

其中所述电子控制器在具有所述多个永磁体的第一配置的所述多个磁极部分的工件接触界面处建立通过所述铁磁工件的磁路的第一状态，并且在具有所述多个永磁体的第二配置的所述多个磁极部分的工件接触界面处建立通过所述铁磁工件的磁路的第二状态。

2.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述电子控制器通过控制通过所述多个电绕组的电流来使所述磁路在所述第一状态和所述第二状态之间转变。

3.根据权利要求2所述的磁耦接装置，其中当所述磁路处于所述第一状态时，在没有电流通过所述电绕组的情况下保持所述第一状态。

4.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，当所述磁路处于所述第一状态时，在没有电流通过所述电绕组的情况下保持所述第一状态。

5.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述多个电绕组定位为从所述第一磁极部分的工件接触界面和所述第二磁极部分的工件接触界面垂直偏移。

6.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述第一永磁体垂直地定位在所述第一磁极部分的下表面和所述第一磁极部分的上表面之间。

7.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，在所述第一状态下，当所述铁磁工件与所述多个磁极部分的工件接触界面接触时，第一水平的磁场可供所述铁磁工件使用。

8.根据权利要求7所述的磁耦接装置，其中，在所述第二状态下，当所述铁磁工件与所述多个磁极部分的工件接触界面接触时，第二水平的所述磁场可供所述铁磁工件使用，所述第二水平大于所述第一水平。

9.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述第一永磁体是稀土磁体。

10.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述第二永磁体是稀土磁体。

11.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述第一永磁体能相对于所述第二永磁体移动。

12.根据权利要求1所述的磁耦接装置，其中，所述多个磁极部分中的至少两个磁极部分是所述第一磁极部分和所述第二磁极部分。

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