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緊湊型線性致動器及其制造方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN200911000068.5

申請日:

2009.11.23

公開號:

CN101917111B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02K 49/02申請日:20091123|||公開
IPC分類號: H02K49/02; B23P19/04 主分類號: H02K49/02
申請人: 史脈可有限公司
發明人: 愛德華·A·耐夫; 途恩·M·尤; 卡爾·G·斯托克斯; 戴維·D·黃; 岡田直之; 鐵普·T·樂; 加里·J·瑞英; 馬克·A·卡托; 加米·S·瑞茲
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 2008.11.21 US 61/117,047
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司 11021 代理人: 王新華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200911000068.5

授權公告號:

101917111B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.01.04|||2010.12.15

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

在此公開了用于導向具有快速組合設計的單相或多相線性電機致動器的方法和裝置。一些實施例包括監測和/或調節已完成工作的能力,還具有與凸輪或氣動裝置相當的成本。在一實施例中,線圈連接到在活塞后固定的線軸組件。為防止活塞在運行期間旋轉,可以將花鍵軸承可滑動地安裝到設置在活塞組件內的花鍵軸的一個或多個槽上。基于電流流過線圈的方向,圍繞線圈的一個或多個圓柱形磁體驅動活塞。由于產生的電動勢相對于花鍵軸是線性的,作用在花鍵軸上的不需要的橫向力得以減小和/或消除。

權利要求書

1: 一種線性電機致動器, 包含 : 活塞組件, 所述活塞組件包括花鍵軸、 適于容納花鍵軸的軸套、 連接于軸套的線軸 ; 第一殼體組件, 所述第一殼體組件包括用于致動所述活塞組件的一個或多個磁體, 其 中所述第一殼體組件適于容納所述活塞組件的一部分 ; 第二殼體組件, 所述第二殼體組件適于連接到所述第一殼體組件, 其中所述第二殼體 組件包括基準部, 所述基準部用于能夠使活塞組件、 第一殼體組件、 第二殼體組件、 編碼器 組件中的至少一個在預定的公差范圍內連接 ; 以及 所述編碼器組件適于連接到第二殼體, 其中所述編碼器組件適于接收用于確定所述活 塞組件位置的編碼。
2: 權利要求 1 所述的線性電機致動器, 其中所述活塞組件、 第一殼體組件、 第二殼體組 件和編碼器組件中的每一個都是在車床上加工的。
3: 權利要求 1 所述的線性電機致動器, 其中所述基準部包括表面和參考邊, 其中所述 表面在第一預定公差范圍內是基本平坦的, 且其中所述參考邊在第二預定公差范圍內近似 垂直于該表面。
4: 權利要求 3 所述的線性電機致動器, 其中所述第二殼體組件包括適于支撐環形花鍵 軸承的前孔, 且其中所述花鍵軸承適于沿著在花鍵軸內形成的至少一個槽與花鍵軸連接。
5: 權利要求 4 所述的線性電機致動器, 其中所述前孔具有預定直徑。
6: 權利要求 5 所述的線性電機致動器, 其中所述前孔在第三預定公差范圍內近似平行 于所述表面和參考邊。
7: 權利要求 6 所述的線性電機致動器, 其中所述第二殼體組件還包括適于容納所述活 塞組件的一部分的后孔。
8: 權利要求 7 所述的線性電機致動器, 其中所述后孔在第四預定公差范圍內與所述前 孔近似地同軸。
9: 權利要求 4 所述的線性電機致動器, 其中所述花鍵軸承包括線性導向組件, 所述線 性導向組件通過定位銷定位于前孔內, 所述定位銷被引導通過所述第二殼體組件。
10: 權利要求 1 所述的線性電機致動器, 其中所述活塞組件包括適于容納編碼器刻度 尺的編碼器刻度尺表面, 其中所述編碼器適于讀取編碼器刻度尺以確定活塞組件的位置。
11: 權利要求 10 所述的線性電機致動器, 其中所述編碼器刻度尺表面包括在第五預定 公差范圍內近似平坦的表面。
12: 權利要求 1 所述的線性電機致動器, 其中所述軸套包括適于容納花鍵軸的孔, 其中 該孔包括預定直徑。
13: 一種線性電機致動器, 包含 : 活塞組件, 所述活塞組件包括在接口區域連接到軸套的軸, 以及連接到軸套且具有與 所述軸近似共線的中心軸線的線軸 ; 適于容納活塞組件的致動器殼體, 其中所述致動器殼體包括適于防止所述軸旋轉的導 向件 ; 以及 可拆卸磁體外殼, 其適于連接到致動器殼體并包括用于致動活塞組件的一個或多個磁 體。
14: 權利要求 13 所述的線性電機致動器, 進一步包括線性編碼裝置, 其中所述線性編 2 碼裝置連接到所述致動器殼體, 且其中所述線性編碼裝置適于追蹤所述活塞組件的線性運 動。
15: 權利要求 14 所述的線性電機致動器, 其中所述線性編碼裝置適于讀取線性刻度尺 以確定所述活塞組件的位置。
16: 權利要求 14 所述的線性電機致動器, 其中所述活塞組件、 致動器殼體、 可拆卸的磁 體外殼和線性編碼裝置中的至少一個適用于快速組合組件。
17: 權利要求 13 所述的線性電機致動器, 其中所述活塞組件在車床上能夠用單一裝置 制造。
18: 權利要求 13 所述的線性電機致動器, 其中所述軸包括花鍵軸, 所述花鍵軸包括用 于連接所述導向件的至少一個槽。
19: 權利要求 13 所述的線性電機致動器, 其中所述導向件包括適于連接形成于所述軸 內的至少一個槽的花鍵軸承。
20: 權利要求 13 所述的線性電機致動器, 其中所述活塞組件包括用于使所述軸從軸套 釋放的接口。
21: 一種用于以減少的橫向力驅動活塞的線性電機致動器的裝配方法, 所述方法包括 步驟 : 提供包括軸和線軸的活塞組件, 其中所述線軸的中心軸線與所述軸近似共線 ; 在致動器殼體內插入活塞組件的至少一部分, 其中所述致動器殼體包括適于容納所述 軸的導向件 ; 以及 將磁體外殼連接到致動器殼體, 其中所述磁體外殼包括適于驅動活塞組件的一個或多 個磁體。
22: 根據權利要求 21 所述的方法, 其中所述導向件包括適于在致動活塞組件期間防止 所述軸旋轉的花鍵軸承。
23: 根據權利要求 21 所述的方法, 進一步包括將線性編碼裝置連接到致動器殼體的步 驟, 其中所述線性編碼裝置適于追蹤所述軸的位置。
24: 根據權利要求 21 所述的方法, 進一步包括在車床上用單一裝置制造活塞組件、 磁 體外殼和致動器殼體中的至少一個的步驟。
25: 根據權利要求 21 所述的方法, 其中所述致動器殼體包括用于使線性電機致動器處 于一組預定公差范圍內的基準部。

說明書


緊湊型線性致動器及其制造方法

    相關申請
     本申請要求 2008 年 11 月 21 日提交的美國臨時專利申請號為 NO.61/117,047 的 優先權, 其內容合并參照于此。
     技術領域
     本發明涉及一種動圈式致動器, 具體而言, 涉及緊湊型線性致動器及其制造方法。 背景技術 自動化領域的傳統技術 ( 比如凸輪或者氣動裝置 ) 缺乏靈活性和需要了解工作是 否已正確完成的信息。然而, 這些技術通常具有低成本的優勢。
     相反, 線性伺服電機已經過多年的發展, 其試圖提供自動化工業所期望的靈活性。 例如, 一些線性電機試圖檢測已經完成的工作, 如 SMAC 公司生產的 LA 系列動圈式線性電 機。然而, 這些裝置花費的費用在數千美元的范圍內——這通常比凸輪或者氣動裝置的費 用高五到十倍。因此, 線性電機的廣泛應用受到了所涉及的高額費用的嚴重限制。
     因此, 需要靈活的并擁有檢測和 / 或調整工作已經完成的能力的線性電機裝置, 且同時具有與凸輪和氣動裝置相當的成本。
     發明內容 因此本發明的多個實施例提供一種滿足各個前述需求的線性電機致動器。 更具體 地, 本發明的各個實施例提供一種擁有提高的性能且使用和 / 或制造不昂貴的線性電機致 動器。
     根據一些實施例, 可以通過多種方法進行成本控制。例如, 可以通過使用一種配 置 CNC 車床制造來降低制造成本。可以通過生產一種具有相對簡單的組件的 “快速組合 (snap-together)” 裝置來降低裝配成本。 可以通過利用在線性電機致動器中需要更少部件 的較簡單的設計來降低零件的費用。 可以通過利用當客戶需要改變時能夠快速且簡單地修 改致動器結構的設計來降低更換費用。
     在許多實施例中, 致動器的性能可以是類似地或超過那些較老的技術 ( 尤其是在 速度方面 )。 此外, 一些實施例包括在自動控制領域以及在廣泛的其它應用領域具有重要實 用性的許多特征 ( 例如, 可編程的定位、 速度, 或力, 和 / 或檢驗一項或多項任務已經成功完 成的能力 )。
     參照在此提供的附圖和詳細描述, 本領域的普通技術人員將更容易地理解這些和 其它實施例。
     附圖說明
     圖 1 是根據本發明一個實施例的示例性的單線圈線性電機致動器的分解視圖。 圖 2 是根據本發明一個實施例的示例性的三線圈線性電機致動器的部分分解視圖。 圖 3A 是根據本發明一個實施例的示例性的磁體外殼的橫截面圖。
     圖 3B 是圖 3A 描述的磁體外殼的主視圖。
     圖 3C 是沿圖 3B 中 A-A 線截取的該磁體外殼的橫截面圖。
     圖 3D 是根據本發明一個實施例的示例性的磁體外殼的橫截面圖。
     圖 3E 是圖 3D 描述的磁體外殼的主視圖。
     圖 3F 是沿圖 3E 中 B-B 線截取的該磁體外殼的橫截面圖。
     圖 4A 是根據本發明一個實施例的示例性的活塞組件的主視圖。
     圖 4B 是圖 4A 中描述的活塞組件的斜視圖。
     圖 4C 是圖 4A 中描述的活塞組件的側視圖。
     圖 5A 是根據本發明一個實施例的示例性的致動器殼的主視圖。
     圖 5B 是沿圖 5A 中 A-A 線截取的該致動器殼的第一橫截面圖。
     圖 5C 是沿圖 5A 中 A-A 線截取的該致動器殼的第二橫截面圖。
     圖 5D 是圖 5A 中描述的示例性的致動器殼的側視圖。
     圖 6A 是根據本發明一個實施例的含有線性編碼器反饋裝置的線性電機致動器的 透視圖。
     圖 6B 是圖 6A 中示出的線性電機致動器的透視圖。
     圖 6C 是圖 6A 中示出的線性電機致動器的側視圖。
     圖 6D 是圖 6A 中示出的線性電機致動器的俯視圖。
     圖 7 是示出了在根據本發明一個實施例的線性電機致動器上實施的力重復性試 驗的結果的表格。
     圖 8 是示出了在根據本發明一個實施例的線性電機致動器上實施的熱試驗的結 果的曲線圖。
     圖 9 是示出了根據本發明一個實施例的在線性電機致動器上實施的力的分解試 驗的結果的曲線圖。
     圖 10 是示出了在根據本發明一個實施例的線性電機致動器上實施的摩擦試驗的 結果的曲線圖。
     具體實施方式
     圖 1 是根據本發明一個實施例的示例性的單線圈線性電機致動器 100 的分解視 圖。如圖 1 所示, 該致動器 100 可包含四個部分 : 主殼體組件 150( 包含主殼體 152、 花鍵 軸承 156 和花鍵軸套 158) ; 活塞組件 130( 包含線圈 144、 花鍵軸 136 和線性編碼器刻度尺 140) ; 編碼器組件 170( 包含編碼器外殼 172 和線性編碼器 174) ; 和磁體外殼組件 110( 包 含磁體外殼 112、 一個或多個磁體 118 和中心桿 116)。
     在一些實施例中, 所有生產的組件如哈丁模型 RS51MSY 都可以在 CNC 車床上加工。 每個部件可以由車床的一次操作來制造, 因此減少和 / 或排除了二次加工的必要。這些二 次加工造成額外的費用并且由于增加了尺寸偏差也可能降低了質量。
     在一些實施例中, 致動器 100 的部分可以由鋁或鋼條制造。然而需要注意的是, 根 據本發明范圍, 無數的其它材料可以使用。在一個實施例中, 該 CNC 車床具有加工部件的兩端的能力 ( 例如, 通過副軸 ), 也具有構件加工的能力。
     在一些實施例中, 致動器 100 可以包含 “快速組合” 設計, 其在致動器 100 的裝配 期間不需要調整部件位置。快速組合設計因此可以在保證質量的同時產生低的裝配成本。 相對圖 1 所述的實施例, 值得注意的是 : 在一百批的試驗中, 重復地達到了低于十分鐘的裝 配時間, 在致動器 100 的進一步地測試時也沒有發現性能或結構的問題。
     在一些實施例中, 快速組合致動器 100 可以通過鎖定一個或多個部件到位于主殼 體組件 150 上的基本基準部來實現。例如, 如圖 1 所示, 該基準部可以由精確的加工平面 166 和垂直于該平面 162 的邊組成。該殼的附加特征可以包括前孔 154 和軸承中心孔 160。
     在一些實施例中, 平面 166 可在 10 微米的給定公差內被放平, 同時邊 162 可以也 在 10 微米公差內與該平面 166 保持垂直。孔 154 可以保持在所謂外徑的 10 微米范圍內且 在 25 微米公差內平行于基準部件。孔中心可以相對于平面 166 上的其所謂外尺寸的距離 保持在 20 微米范圍內, 同時主殼體組件 150 的后孔 168 可以在公差 25 微米內而與前孔 154 同心。
     在一些實施例中, 主殼體組件 150 中的花鍵軸套 158 可以用于容納花鍵軸 136 和 花鍵軸承 156, 花鍵軸承 156 用于防止花鍵軸 136 旋轉。在一個實施例中, 花鍵軸承 156 可 以包含由 IKO 公司生產的線性導向組件 (#MAG8C1THS2/N)。然而, 需要注意的是, 根據本發 明范圍, 大量的其它結構 / 導向組件均可被使用。 在一些實施例中, 線性導向組件可以通過導向主殼體 152 的定位銷定位在前孔 154 內。 這可以保證與花鍵軸承 156 相關聯的循環滾珠軌道在規定的公差范圍內與平面 166 保持平行 ( 例如, 在超出其長度 20 微米內 )。
     如圖 1 所示, 線性電機致動器 100 的活塞組件 130 可以包含活塞 132、 活塞軸孔 134、 編碼器刻度尺表面 138、 花鍵軸 136 和 DC 線圈 144。活塞組件 130 可以在車床的單一 裝置中精確地制造出來, 因此降低了成本并增加了工作質量。
     此外, 編碼器刻度尺表面 138 可被加工并在超過其長度 10 微米的范圍內被放平。 活塞軸孔 134 直徑可以保持在 10 微米公差范圍內, 并且包括中心, 該中心到編碼器刻度尺 表面 138 保持在 20 微米的公差范圍內。花鍵軸 136 可被定位在活塞軸孔 134 中, 并且采用 夾具鎖定, 該夾具在平行于編碼器刻度尺表面 138 的方位上的 20 微米范圍內定位一個或多 個軸槽 146。
     磁體外殼組件 110 可以包含磁體外殼 112、 一個或多個磁體 118 和中心桿 116。根 據一個實施例, 磁體外殼 112 可以包含導向直徑 114, 其為了保證孔 168 與主殼體 152 的緊 密聯系而導向遠離主殼體 152 的后孔 168。
     中心桿 116 也可以包含導向直徑以將其精確地定位到磁體外殼 112。這可以保證 中心桿 116 在給定公差的范圍內 ( 例如, 在 +/-20 微米范圍內 ) 位于磁體外殼 112 中間。 在 一些實施例中, 磁體外殼 112 的中心桿 116 的外徑和內徑可以保持在前孔 154 和 / 或后孔 168 的中心 ( 例如, 在 +/-40 微米范圍內 )。
     如圖 1 所示, 編碼器組件 170 可以包含定位在編碼器固定架 176 內的編碼器外殼 172 和線性編碼器 174。 編碼器組件 170 還可以包含在 x、 y 和 z 各自方向上的給定公差 ( 例 如, +/-20 微米 ) 范圍內把其定位到基準位置的基準邊和平面。
     當活塞組件 130 被設置在主殼體 152 內時, 活塞組件 130 可以通過根據花鍵軸承
     軌道進行運動的花鍵軸 136 來定位。這可能導致與致動器組件相關聯的一個或多個變量的 緊密度公差累積。
     線性編碼器刻度尺 140 和線性編碼器 174 的讀頭可以分開 +/-40 微米的距離 ( 例 如, 根據一些實施例, 居中并定位在給定公差的約 40% )。此外, 線圈 144 與中心孔 116 間 的間隙和線圈 144 與磁體 118 間的間隙都可以保持在 +/-50 微米。在一個實施例中, 該間 隙可以調節到大約 600 微米, 因此公差波動只占用了給定范圍的 1/6。
     因此, 通過保持小公差并使部件數量保持最小, 可以獲得高可靠性的快速組合設 計。抽樣試驗證明致動器 100 建造時可以保持公差在給定總量的 1/3。壽命試驗表明該致 動器 100 可以超過 100,000,000 個周期而沒有結構或工作故障。
     在一些實施例中, 沖程變化和編碼分辨率可以容易地調整, 因此降低了與重新配 置和 / 或更換致動器相關的費用。沖程是三個組件 ( 磁體外殼組件 110、 活塞組件 130 和主 殼體組件 150) 的作用, 可更換的磁體外殼組件 110 可以用于增加沖程的長度, 而不需更換 在所有沖程變化中耐用的更昂貴的部件 ( 例如, 活塞組件 130 和主殼體組件 150)。 例如, 磁 體外殼組件 110( 如圖 1 所描述 ) 可以用更長的磁體外殼組件 210( 如圖 2 所描述 ) 更換, 因此能夠具有更長的致動器沖程。 通過在線圈 144 和足夠長以覆蓋給定最大范圍的沖程的活塞 132 的前部之間提供 槽, 活塞 132 適用于包含所有沖程變化。需要注意的是主殼體組件 150 也可被設計為足夠 長以包含所有沖程變化。照這樣, 當致動器沖程的長度需要改變時, 更少的部件需要更換。 該設計也可用于減少需要備有的零件的數量和 / 或種類, 同時促進致動器部件的交付。
     線性電機致動器 100 也可以適用于三線圈、 多電極的結構。例如, 圖 2 為根據本發 明一個實施例的三線圈線性電機致動器 200 的部分分解視圖。如圖 2 所示, 三線圈線性電 機致動器 200 可以包含包括一組分離的磁體 218 和中心桿 216 的更長的磁體外殼 212, 以及 包括三線圈組件的活塞 232。在磁體外殼 212 內的磁體 218 可以在整個外殼 212 內被交替 磁化 ( 例如, NS, SN, 等 )。本領域的技術人員會意識到磁體外殼 212 和活塞 232 可以使用 標準生產過程來實現。
     需要注意的是, 致動器 100 和致動器 200 的示例性結構可以應用于廣泛的使用中。 例如, 如圖 1 所描述的單極致動器 100 可以應用于短沖程、 高速和低成本的使用, 而如圖 2 所描述的三線圈的致動器 200 會更適用于涉及更大力的更長沖程。根據本發明的范圍, 也 可以使用任何其它的致動器 100 和致動器 200。
     此外, 致動器 100、 200 可以包括許多用于調節的可編程模式, 例如, 位置、 力和速 度。此外, 編碼器的反饋可以與位置相匹配, 使得能夠在沖程期間通過檢查活塞 132、 232 的 位置確認已經完成的工作。
     在一些實施例中, ( 如圖 1 和圖 2 所描述的實施例 ), 線圈 144、 244 可以圍繞居中 的線性導軌。這能除去導軌上的任何力矩并提高力的重復性, 這在諸如小電子零件裝配和 精密玻璃蝕刻中的精確的力應用中是很有用的。試驗表面在從 0.1N 到 8N 的范圍內, 可以 得到小于 0.0005N 可重復性的力 ( 例如, 如圖 7 所描述的和下面相應的描述 )。
     圖 3A-3F 描述了根據本發明實施例的示例性的磁體外殼 112 和 212。圖 3A-3C 描 述了單極、 單線圈線性致動器的磁體外殼 112, 圖 3D-3F 描述了多極、 三線圈線性致動器的 磁體外殼 212。
     分別如圖 3A 和 3C 所示的示例性的磁體外殼 112 和 212, 端板 142、 242 可以設置在 磁體外殼 112、 212 的一端。端板 142、 242 通過被構成為連接到運行著垂直于端板 142、 242 且穿過磁體外殼 112、 212 中心的中心桿 116、 216 可以至少部分地固定在適當的位置。需要 注意的是, 由于端板 142、 242 可以制作成具有如圖 3A、 3C、 3D 和 3F 所示的形狀, 根據本發明 的范圍, 端板 142、 242 的多種多樣形狀是可以使用的。
     在一些實施例中, 磁體外殼 112 和 212 可以包括一個或多個磁體 118、 218( 例如, 實質上圓柱形的磁體或圓形的磁體段 ) 以提供需要的用于在線性方向移動活塞 132、 232 的 磁場。在制造過程中使用各種粘合劑或螺絲釘, 一個或多個磁體 118、 218 可以容易地固定 在磁體外殼 112、 212 中。 更進一步, 中心桿 116、 216 可被螺紋連接并被旋緊到磁體外殼 112 和 212 的一端。
     圖 4A-4C 示出了根據本發明一個實施例的示例性的活塞組件 132 的各個角度。包 括線軸 145 的活塞組件 132 可以形成為單一的整體件。典型的優點是 : 因為部件更少, 單一 的整體件能使致動器 100、 200 的組成更不復雜和裝配更快。此外, 由于制造整體件比制造 多個分開的部件的花費更少, 使用單一的整體件能有更高的成本效率。由于這樣的組件需 要額外的固定件或硬件以把各個部分連接到一起, 單一的整體件還比多個的活塞線軸組件 更輕。 進一步參照圖 3A-3F 和圖 4A-4C 所示, 當活塞組件 130 滑動地連接到磁體外殼 112 時, 切斷 148 能用于阻止端板 142、 242 旋轉。端板 142、 242 可以橫向地固定, 如圖 3A-3D 所 示, 還允許活塞組件 130 的沿著切斷 148 的全部范圍相對于磁體外殼 112 的橫向運動。
     在一些實施例中, 依靠致動器 100、 200 的特殊應用, 軸鎖 147 可以用于允許各種型 號的花鍵軸 136 的容易的可交換性。花鍵軸 136 可以根據軸承 156 的形包括一套一個或多 個軸槽 146, 以避免花鍵軸 136 的不適當的旋轉
     此外, 線性編碼器刻度尺 140 可以繪制到活塞組件 130 上, 其可以由光學的線性編 碼器 174 讀取 ( 如下所討論的有關圖 6 的 ) 以確定電流位置和 / 或活塞組件 130 已經移動 了多遠。在做這些的時候, 活塞組件 130 的電流位置和 / 或其它位置信息可以作為反饋提 供給電子控制器 ( 未示出 )。
     根據各種實施例, 活塞組件 130 可以形成單個集成件。在一個實施例中, 活塞和雙 重線軸部件可以通過擠壓和加工過程形成。在這點上, 由于從一種結構改變成另外一種不 需要改變重要的工具和設備, 所以根據各種實施例的線性致動器 100、 200 的設計和制造是 靈活的。
     圖 5A-5D 示出了根據本發明一個實施例的線性電機致動器 100、 200 的主殼體組件 150 的各種視圖。如圖 5A-5D 所示, 主殼體組件 150 可以包含主殼體 152、 固定環 153、 花鍵 軸套 158、 花鍵軸定位工件 157 和彈簧墊圈 155。
     圖 5A-5D 所示, 花鍵軸套 158 可以容納花鍵軸承 156, 該花鍵軸承 156 引導花鍵軸 136 并具有與花鍵軸 136 的軸槽 146 相對應的形狀, 因此減少軸 136 的不適當的旋轉。固定 環 153 可以旋緊或通過其它固定方式根據預先給定的轉矩安裝到主殼體組件 150 上, 以這 種方式把軸承 156 鎖定在適當的位置使其不能軸向運動。
     主殼體組件 150 的花鍵軸承定位工件 157 可以用于在其通過固定環 153 鎖定在適 當的位置前, 校準軸承 156。根據一個實施例, 彈簧墊圈 155 可以設置在軸承 156 和固定環
     153 之間。在圖 5 中, 由于軸承 156 和固定環 153 示出為分離的部分, 本領域的普通技術人 員可以意識到, 這些部分可以加工到一起作為能夠實現軸承 156 和固定環 153 兩個功能的 單一部件。
     圖 6A-6D 示出了根據本發明一個實施例的連接有線性編碼器組件 170 的致動器 100、 200 的各種視圖。如圖 6A-6D 所示, 線性編碼器組件 170 可以包括編碼器外殼 172、 線 性編碼器 174 和線性編碼器支架 176。如上所述, 線性編碼器 174 可以用于追蹤活塞 132 的線性運動, 并從而追蹤線性電機致動器 100、 200 的軸 136 的線性運動。在一些實施例中, 線性編碼器 174 可以將關于電流位置和 / 或活塞 132 的運動的信息送到電子控制器 ( 未示 出 )。
     例如, 線性編碼器 174 可以使用編碼器固定架 176 在主殼體 152 處固定到致動器 100、 200 上。通過主殼體 152 中的開口, 電纜 ( 未示出 ) 能夠接入活塞組件 130。線性編碼 器固定架 176 可以包括基本平坦的表面, 且能用例如螺絲釘來安全地固定到主殼體 152 上。 線性編碼器固定架 176 的底部可以具有與線性編碼器 174 的基本平坦的上表面和 / 或其它 電路部件相對應的形狀。例如當環氧的或其它粘合劑引入到線性編碼器 174 和其它電路部 件的周圍時, 線性編碼器 174 和 / 或其它電路部件可以相對于線性編碼器固定架 176 保持 齊平, 從而使得線性編碼器 174 水平固定于線性編碼器固定架 176 上。通過使線性編碼器 174 的頂部水平固定在線性編碼器固定架 176 上, 線性編碼器 174 和 / 或其它電路部件不會 由于它們自身重量而受到任何壓力, 該壓力能導致線性編碼器 174 產生不精確的讀數。
     根據一些實施例, 線性編碼器 174 和線性編碼器固定架 176 可以基本上裝入線性 編碼器外殼 172 中, 以得到附加的保護。例如, 線性編碼器外殼 172 可以通過螺釘緊固到致 動器 100、 200 的主殼體 152。
     需要注意的是, 這兒所描述的致動器 100、 200 可以快速制造和安裝且成本有效。 此外, 致動器 100、 200 可以制造成相對小、 輕和緊湊。可選地, 光學線性編碼器組件 170 可 以提供檢測并控制由致動器 100、 200 引起的 100%的運動。此外, 主殼體組件 150、 磁體外 殼組件 110 和活塞組件 130 的單獨設計, 在制造時提供了靈活性和易重新配置性, 從而可以 生產多種致動器結構以符合特殊方案的規范。
     下 面 參 照 圖 7-10 提 供 了 各 種 致 動 器 的 試 驗 結 果。 試 驗 在 CAL36-010-51-FB-MODJ42 上進行, 其具有 35.7 歐姆的線圈阻抗, 10.4mm 的沖程, 50 克的運 動質量, 0.42kg 的總質量, 以及縮回時 14N, 中間位置時 15N, 伸長時 14N 的峰值力。力的可 重復性、 熱、 力的分解和摩擦力每樣均要檢查。這些試驗的結果分別在圖 7、 8、 9 和 10 中描 述。
     現描述各試驗中每個的配置。在力的可重復性試驗中, 該單元置于水平位置。軸 被構成為將測壓元件推動 5 秒鐘, 接著將力釋放 5 秒鐘。
     在熱試驗中, CAL36 置于水平方向。該單元配置為用 8N 推 3 秒鐘, 接著用 2N 推 3 秒鐘。接著相應地重復這個過程。監測 CAL36 后端的溫度變化。
     關于力的分解試驗, 為了使 QMI 模式具有少于 5 克的分解力而修改 LAC-1 控制器。 得到的分解力約為 4 克。
     對于摩擦力試驗, 該單元水平放置。軸配置為向前和向后移動, 并監測電流。由于 軸吸引磁場, 移動開始時觀測到相對大的力。摩擦力約為 0.3N。雖然上文已經描述了本發明的各種實施例, 應該認識到, 它們僅僅是通過示例的 方法提出的, 而并非限制。同樣, 各種圖表可以描繪本發明示例的結構或其它配置, 這些有 助于理解包含在本發明中的特征和功能。本發明不限于示例的結構或配置, 但可以通過使 用各種可替換的結構和配置來實施。此外, 雖然上文通過各種示例性的實施例和執行過程 描述本發明, 但應當理解的是在一個或多個單獨的實施例中描述的各種特征和功能不限于 它們在描述的特定實施例中的應用, 而是單獨或幾個結合地應用于本發明的一個或多個其 它實施例中, 無論這些實施例是否被描述且無論這些特征是否出現在所述實施例的部分 中。因此, 本發明的寬度和范圍應該不受上述任何示例性的實施例的限制。

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緊湊型 線性 致動器 及其 制造 方法
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