專(zhuān)利名稱(chēng)：緊湊型線(xiàn)性致動(dòng)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)圈式致動(dòng)器，具體而言，涉及緊湊型線(xiàn)性致動(dòng)器及其制造方法。
背景技術(shù)：
自動(dòng)化領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)(比如凸輪或者氣動(dòng)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(shù)通常具有低成本的優(yōu)勢(shì)。相反，線(xiàn)性伺服電機(jī)已經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其試圖提供自動(dòng)化工業(yè)所期望的靈活性。 例如，一些線(xiàn)性電機(jī)試圖檢測(cè)已經(jīng)完成的工作，如SMAC公司生產(chǎn)的LA系列動(dòng)圈式線(xiàn)性電 機(jī)。然而，這些裝置花費(fèi)的費(fèi)用在數(shù)千美元的范圍內(nèi)——這通常比凸輪或者氣動(dòng)裝置的費(fèi) 用高五到十倍。因此，線(xiàn)性電機(jī)的廣泛應(yīng)用受到了所涉及的高額費(fèi)用的嚴(yán)重限制。因此，需要靈活的并擁有檢測(cè)和/或調(diào)整工作已經(jīng)完成的能力的線(xiàn)性電機(jī)裝置， 且同時(shí)具有與凸輪和氣動(dòng)裝置相當(dāng)?shù)某杀尽?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供一種滿(mǎn)足各個(gè)前述需求的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器。更具體 地，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)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(xiàn)性電機(jī)致 動(dòng)器。根據(jù)一些實(shí)施例，可以通過(guò)多種方法進(jìn)行成本控制。例如，可以通過(guò)使用一種配 置CNC車(chē)床制造來(lái)降低制造成本?？梢酝ㄟ^(guò)生產(chǎn)一種具有相對(duì)簡(jiǎn)單的組件的“快速組合 (snap-together) ”裝置來(lái)降低裝配成本?？梢酝ㄟ^(guò)利用在線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器中需要更少部件 的較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)來(lái)降低零件的費(fèi)用?？梢酝ㄟ^(guò)利用當(dāng)客戶(hù)需要改變時(shí)能夠快速且簡(jiǎn)單地修 改致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)降低更換費(fèi)用。在許多實(shí)施例中，致動(dòng)器的性能可以是類(lèi)似地或超過(guò)那些較老的技術(shù)(尤其是在 速度方面)。此外，一些實(shí)施例包括在自動(dòng)控制領(lǐng)域以及在廣泛的其它應(yīng)用領(lǐng)域具有重要實(shí) 用性的許多特征(例如，可編程的定位、速度，或力，和/或檢驗(yàn)一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)已經(jīng)成功完 成的能力)。參照在此提供的附圖和詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將更容易地理解這些和 其它實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的單線(xiàn)圈線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的分解視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的三線(xiàn)圈線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的部分分解視圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(xiàn)截取的該磁體外殼的橫截面圖。圖3D是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(xiàn)截取的該磁體外殼的橫截面圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(cè)視圖。圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的致動(dòng)器殼的主視圖。圖5B是沿圖5A中A-A線(xiàn)截取的該致動(dòng)器殼的第一橫截面圖。圖5C是沿圖5A中A-A線(xiàn)截取的該致動(dòng)器殼的第二橫截面圖。圖5D是圖5A中描述的示例性的致動(dòng)器殼的側(cè)視圖。圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的含有線(xiàn)性編碼器反饋裝置的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的 透視圖。圖6B是圖6A中示出的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的透視圖。圖6C是圖6A中示出的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的側(cè)視圖。圖6D是圖6A中示出的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的俯視圖。圖7是示出了在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器上實(shí)施的力重復(fù)性試 驗(yàn)的結(jié)果的表格。圖8是示出了在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器上實(shí)施的熱試驗(yàn)的結(jié) 果的曲線(xiàn)圖。圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器上實(shí)施的力的分解試 驗(yàn)的結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖10是示出了在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器上實(shí)施的摩擦試驗(yàn)的 結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的單線(xiàn)圈線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器100的分解視 圖。如圖1所示，該致動(dòng)器100可包含四個(gè)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(xiàn)圈144、花鍵軸136和線(xiàn)性編碼器刻度尺 140)；編碼器組件170 (包含編碼器外殼172和線(xiàn)性編碼器174)；和磁體外殼組件110 (包 含磁體外殼112、一個(gè)或多個(gè)磁體118和中心桿116)。在一些實(shí)施例中，所有生產(chǎn)的組件如哈丁模型RS51MSY都可以在CNC車(chē)床上加工。 每個(gè)部件可以由車(chē)床的一次操作來(lái)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(fèi)用并且由于增加了尺寸偏差也可能降低了質(zhì)量。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器100的部分可以由鋁或鋼條制造。然而需要注意的是，根 據(jù)本發(fā)明范圍，無(wú)數(shù)的其它材料可以使用。在一個(gè)實(shí)施例中，該CNC車(chē)床具有加工部件的兩端的能力(例如，通過(guò)副軸)，也具有構(gòu)件加工的能力。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器100可以包含“快速組合”設(shè)計(jì)，其在致動(dòng)器100的裝配 期間不需要調(diào)整部件位置。快速組合設(shè)計(jì)因此可以在保證質(zhì)量的同時(shí)產(chǎn)生低的裝配成本。 相對(duì)圖1所述的實(shí)施例，值得注意的是在一百批的試驗(yàn)中，重復(fù)地達(dá)到了低于十分鐘的裝 配時(shí)間，在致動(dòng)器100的進(jìn)一步地測(cè)試時(shí)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)性能或結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。在一些實(shí)施例中，快速組合致動(dòng)器100可以通過(guò)鎖定一個(gè)或多個(gè)部件到位于主殼 體組件150上的基本基準(zhǔn)部來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如圖1所示，該基準(zhǔn)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(shí)施例中，平面166可在10微米的給定公差內(nèi)被放平，同時(shí)邊162可以也 在10微米公差內(nèi)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(nèi)且 在25微米公差內(nèi)平行于基準(zhǔn)部件?？字行目梢韵鄬?duì)于平面166上的其所謂外尺寸的距離 保持在20微米范圍內(nèi)，同時(shí)主殼體組件150的后孔168可以在公差25微米內(nèi)而與前孔154 同心。在一些實(shí)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(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，花鍵軸承156可 以包含由IKO公司生產(chǎn)的線(xiàn)性導(dǎo)向組件(#MAG8C1THS2/N)。然而，需要注意的是，根據(jù)本發(fā) 明范圍，大量的其它結(jié)構(gòu)/導(dǎo)向組件均可被使用。在一些實(shí)施例中，線(xiàn)性導(dǎo)向組件可以通過(guò)導(dǎo)向主殼體152的定位銷(xiāo)定位在前孔 154內(nèi)。這可以保證與花鍵軸承156相關(guān)聯(lián)的循環(huán)滾珠軌道在規(guī)定的公差范圍內(nèi)與平面166 保持平行(例如，在超出其長(zhǎng)度20微米內(nèi))。如圖1所示，線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(xiàn)圈144?；钊M件130可以在車(chē)床的單一 裝置中精確地制造出來(lái)，因此降低了成本并增加了工作質(zhì)量。此外，編碼器刻度尺表面138可被加工并在超過(guò)其長(zhǎng)度10微米的范圍內(nèi)被放平。 活塞軸孔134直徑可以保持在10微米公差范圍內(nèi)，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(nèi)?；ㄦI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(nèi)定位一個(gè)或多 個(gè)軸槽146。磁體外殼組件110可以包含磁體外殼112、一個(gè)或多個(gè)磁體118和中心桿116。根 據(jù)一個(gè)實(shí)施例，磁體外殼112可以包含導(dǎo)向直徑114，其為了保證孔168與主殼體152的緊 密聯(lián)系而導(dǎo)向遠(yuǎn)離主殼體152的后孔168。中心桿116也可以包含導(dǎo)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(nèi)(例如，在+/-20微米范圍內(nèi))位于磁體外殼112中間。在 一些實(shí)施例中，磁體外殼112的中心桿116的外徑和內(nèi)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(nèi))。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(nèi)的編碼器外殼 172和線(xiàn)性編碼器174。編碼器組件170還可以包含在x、y和ζ各自方向上的給定公差(例 如，+/"20微米)范圍內(nèi)把其定位到基準(zhǔn)位置的基準(zhǔn)邊和平面。當(dāng)活塞組件130被設(shè)置在主殼體152內(nèi)時(shí)，活塞組件130可以通過(guò)根據(jù)花鍵軸承
6軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的花鍵軸136來(lái)定位。這可能導(dǎo)致與致動(dòng)器組件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)變量的 緊密度公差累積。線(xiàn)性編碼器刻度尺140和線(xiàn)性編碼器174的讀頭可以分開(kāi)+/_40微米的距離(例 如，根據(jù)一些實(shí)施例，居中并定位在給定公差的約40% )。此外，線(xiàn)圈144與中心孔116間 的間隙和線(xiàn)圈144與磁體118間的間隙都可以保持在+/-50微米。在一個(gè)實(shí)施例中，該間 隙可以調(diào)節(jié)到大約600微米，因此公差波動(dòng)只占用了給定范圍的1/6。因此，通過(guò)保持小公差并使部件數(shù)量保持最小，可以獲得高可靠性的快速組合設(shè) 計(jì)。抽樣試驗(yàn)證明致動(dòng)器100建造時(shí)可以保持公差在給定總量的1/3。壽命試驗(yàn)表明該致 動(dòng)器100可以超過(guò)100，000, 000個(gè)周期而沒(méi)有結(jié)構(gòu)或工作故障。在一些實(shí)施例中，沖程變化和編碼分辨率可以容易地調(diào)整，因此降低了與重新配 置和/或更換致動(dòng)器相關(guān)的費(fèi)用。沖程是三個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)的磁體外殼組件210(如圖2所描述)更換， 因此能夠具有更長(zhǎng)的致動(dòng)器沖程。通過(guò)在線(xiàn)圈144和足夠長(zhǎng)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(shè)計(jì)為足夠 長(zhǎng)以包含所有沖程變化。照這樣，當(dāng)致動(dòng)器沖程的長(zhǎng)度需要改變時(shí)，更少的部件需要更換。 該設(shè)計(jì)也可用于減少需要備有的零件的數(shù)量和/或種類(lèi)，同時(shí)促進(jìn)致動(dòng)器部件的交付。線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器100也可以適用于三線(xiàn)圈、多電極的結(jié)構(gòu)。例如，圖2為根據(jù)本發(fā) 明一個(gè)實(shí)施例的三線(xiàn)圈線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器200的部分分解視圖。如圖2所示，三線(xiàn)圈線(xiàn)性電 機(jī)致動(dòng)器200可以包含包括一組分離的磁體218和中心桿216的更長(zhǎng)的磁體外殼212，以及 包括三線(xiàn)圈組件的活塞232。在磁體外殼212內(nèi)的磁體218可以在整個(gè)外殼212內(nèi)被交替 磁化(例如，NS, SN，等)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到磁體外殼212和活塞232可以使用 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，致動(dòng)器100和致動(dòng)器200的示例性結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于廣泛的使用中。 例如，如圖1所描述的單極致動(dòng)器100可以應(yīng)用于短沖程、高速和低成本的使用，而如圖2 所描述的三線(xiàn)圈的致動(dòng)器200會(huì)更適用于涉及更大力的更長(zhǎng)沖程。根據(jù)本發(fā)明的范圍，也 可以使用任何其它的致動(dòng)器100和致動(dòng)器200。此外，致動(dòng)器100、200可以包括許多用于調(diào)節(jié)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(guò)檢查活塞132、232的 位置確認(rèn)已經(jīng)完成的工作。在一些實(shí)施例中，(如圖1和圖2所描述的實(shí)施例)，線(xiàn)圈144、244可以圍繞居中 的線(xiàn)性導(dǎo)軌。這能除去導(dǎo)軌上的任何力矩并提高力的重復(fù)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(yīng)用中是很有用的。試驗(yàn)表面在從0. IN到8N的范圍內(nèi)，可以 得到小于0. 0005N可重復(fù)性的力(例如，如圖7所描述的和下面相應(yīng)的描述)。圖3A-3F描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性的磁體外殼112和212。圖3A-3C描 述了單極、單線(xiàn)圈線(xiàn)性致動(dòng)器的磁體外殼112，圖3D-3F描述了多極、三線(xiàn)圈線(xiàn)性致動(dòng)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(shè)置在 磁體外殼112、212的一端。端板142、242通過(guò)被構(gòu)成為連接到運(yùn)行著垂直于端板142、242 且穿過(guò)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(dāng)?shù)奈恢?。需?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(jù)本發(fā)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(shí)施例中，磁體外殼112和212可以包括一個(gè)或多個(gè)磁體118、218(例如， 實(shí)質(zhì)上圓柱形的磁體或圓形的磁體段)以提供需要的用于在線(xiàn)性方向移動(dòng)活塞132、232的 磁場(chǎng)。在制造過(guò)程中使用各種粘合劑或螺絲釘，一個(gè)或多個(gè)磁體118、218可以容易地固定 在磁體外殼112、212中。更進(jìn)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(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性的活塞組件132的各個(gè)角度。包 括線(xiàn)軸145的活塞組件132可以形成為單一的整體件。典型的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)椴考伲瑔我?的整體件能使致動(dòng)器100、200的組成更不復(fù)雜和裝配更快。此外，由于制造整體件比制造 多個(gè)分開(kāi)的部件的花費(fèi)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(gè)部分連接到一起，單一的整體件還比多個(gè)的活塞線(xiàn)軸組件 更輕。進(jìn)一步參照?qǐng)D3A-3F和圖4A-4C所示，當(dāng)活塞組件130滑動(dòng)地連接到磁體外殼112 時(shí)，切斷148能用于阻止端板142、242旋轉(zhuǎn)。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(duì)于磁體外殼112的橫向運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，依靠致動(dòng)器100、200的特殊應(yīng)用，軸鎖147可以用于允許各種型 號(hào)的花鍵軸136的容易的可交換性。花鍵軸136可以根據(jù)軸承156的形包括一套一個(gè)或多 個(gè)軸槽146，以避免花鍵軸136的不適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)此外，線(xiàn)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(xué)的線(xiàn)性編 碼器174讀取(如下所討論的有關(guān)圖6的)以確定電流位置和/或活塞組件130已經(jīng)移動(dòng) 了多遠(yuǎn)。在做這些的時(shí)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(jù)各種實(shí)施例，活塞組件130可以形成單個(gè)集成件。在一個(gè)實(shí)施例中，活塞和雙 重線(xiàn)軸部件可以通過(guò)擠壓和加工過(guò)程形成。在這點(diǎn)上，由于從一種結(jié)構(gòu)改變成另外一種不 需要改變重要的工具和設(shè)備，所以根據(jù)各種實(shí)施例的線(xiàn)性致動(dòng)器100、200的設(shè)計(jì)和制造是 靈活的。圖5A-5D示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(huán)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(dǎo)花鍵軸 136并具有與花鍵軸136的軸槽146相對(duì)應(yīng)的形狀，因此減少軸136的不適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)。固定 環(huán)153可以旋緊或通過(guò)其它固定方式根據(jù)預(yù)先給定的轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)奈恢檬蛊洳荒茌S向運(yùn)動(dòng)。主殼體組件150的花鍵軸承定位工件157可以用于在其通過(guò)固定環(huán)153鎖定在適 當(dāng)?shù)奈恢们?，校?zhǔn)軸承156。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，彈簧墊圈155可以設(shè)置在軸承156和固定環(huán)153之間。在圖5中，由于軸承156和固定環(huán)153示出為分離的部分，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以意識(shí)到，這些部分可以加工到一起作為能夠?qū)崿F(xiàn)軸承156和固定環(huán)153兩個(gè)功能的
單一部件。圖6A-6D示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的連接有線(xiàn)性編碼器組件170的致動(dòng)器 100,200的各種視圖。如圖6A-6D所示，線(xiàn)性編碼器組件170可以包括編碼器外殼172、線(xiàn) 性編碼器174和線(xiàn)性編碼器支架176。如上所述，線(xiàn)性編碼器174可以用于追蹤活塞132 的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，并從而追蹤線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器100、200的軸136的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中， 線(xiàn)性編碼器174可以將關(guān)于電流位置和/或活塞132的運(yùn)動(dòng)的信息送到電子控制器(未示 出)。例如，線(xiàn)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(dòng)器 100、200上。通過(guò)主殼體152中的開(kāi)口，電纜(未示出)能夠接入活塞組件130。線(xiàn)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(lái)安全地固定到主殼體152上。 線(xiàn)性編碼器固定架176的底部可以具有與線(xiàn)性編碼器174的基本平坦的上表面和/或其它 電路部件相對(duì)應(yīng)的形狀。例如當(dāng)環(huán)氧的或其它粘合劑引入到線(xiàn)性編碼器174和其它電路部 件的周?chē)鷷r(shí)，線(xiàn)性編碼器174和/或其它電路部件可以相對(duì)于線(xiàn)性編碼器固定架176保持 齊平，從而使得線(xiàn)性編碼器174水平固定于線(xiàn)性編碼器固定架176上。通過(guò)使線(xiàn)性編碼器 174的頂部水平固定在線(xiàn)性編碼器固定架176上，線(xiàn)性編碼器174和/或其它電路部件不會(huì) 由于它們自身重量而受到任何壓力，該壓力能導(dǎo)致線(xiàn)性編碼器174產(chǎn)生不精確的讀數(shù)。根據(jù)一些實(shí)施例，線(xiàn)性編碼器174和線(xiàn)性編碼器固定架176可以基本上裝入線(xiàn)性 編碼器外殼172中，以得到附加的保護(hù)。例如，線(xiàn)性編碼器外殼172可以通過(guò)螺釘緊固到致 動(dòng)器100、200的主殼體152。需要注意的是，這兒所描述的致動(dòng)器100、200可以快速制造和安裝且成本有效。 此外，致動(dòng)器100、200可以制造成相對(duì)小、輕和緊湊?？蛇x地，光學(xué)線(xiàn)性編碼器組件170可 以提供檢測(cè)并控制由致動(dòng)器100、200引起的100%的運(yùn)動(dòng)。此外，主殼體組件150、磁體外 殼組件110和活塞組件130的單獨(dú)設(shè)計(jì)，在制造時(shí)提供了靈活性和易重新配置性，從而可以 生產(chǎn)多種致動(dòng)器結(jié)構(gòu)以符合特殊方案的規(guī)范。下面參照?qǐng)D7-10提供了各種致動(dòng)器的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)在 CAL36-010-51-FB-MODJ42上進(jìn)行，其具有35. 7歐姆的線(xiàn)圈阻抗，10. 4mm的沖程，50克的運(yùn) 動(dòng)質(zhì)量，0. 42kg的總質(zhì)量，以及縮回時(shí)14N，中間位置時(shí)15N，伸長(zhǎng)時(shí)14N的峰值力。力的可 重復(fù)性、熱、力的分解和摩擦力每樣均要檢查。這些試驗(yàn)的結(jié)果分別在圖7、8、9和10中描 述?，F(xiàn)描述各試驗(yàn)中每個(gè)的配置。在力的可重復(fù)性試驗(yàn)中，該單元置于水平位置。軸 被構(gòu)成為將測(cè)壓元件推動(dòng)5秒鐘，接著將力釋放5秒鐘。在熱試驗(yàn)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(yīng)地重復(fù)這個(gè)過(guò)程。監(jiān)測(cè)CAL36后端的溫度變化。關(guān)于力的分解試驗(yàn)，為了使QMI模式具有少于5克的分解力而修改LAC-I控制器。 得到的分解力約為4克。對(duì)于摩擦力試驗(yàn)，該單元水平放置。軸配置為向前和向后移動(dòng)，并監(jiān)測(cè)電流。由于 軸吸引磁場(chǎng)，移動(dòng)開(kāi)始時(shí)觀測(cè)到相對(duì)大的力。摩擦力約為0. 3N。
雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，它們僅僅是通過(guò)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(fā)明示例的結(jié)構(gòu)或其它配置，這些有 助于理解包含在本發(fā)明中的特征和功能。本發(fā)明不限于示例的結(jié)構(gòu)或配置，但可以通過(guò)使 用各種可替換的結(jié)構(gòu)和配置來(lái)實(shí)施。此外，雖然上文通過(guò)各種示例性的實(shí)施例和執(zhí)行過(guò)程 描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例中描述的各種特征和功能不限于 它們?cè)诿枋龅奶囟▽?shí)施例中的應(yīng)用，而是單獨(dú)或幾個(gè)結(jié)合地應(yīng)用于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)其 它實(shí)施例中，無(wú)論這些實(shí)施例是否被描述且無(wú)論這些特征是否出現(xiàn)在所述實(shí)施例的部分 中。因此，本發(fā)明的寬度和范圍應(yīng)該不受上述任何示例性的實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
一種線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(xiàn)軸；第一殼體組件，所述第一殼體組件包括用于致動(dòng)所述活塞組件的一個(gè)或多個(gè)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(zhǔn)部，所述基準(zhǔn)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(gè)在預(yù)定的公差范圍內(nèi)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(quán)利要求1所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(gè)都是在車(chē)床上加工的。
3.權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述基準(zhǔn)部包括表面和參考邊，其中所述 表面在第一預(yù)定公差范圍內(nèi)是基本平坦的，且其中所述參考邊在第二預(yù)定公差范圍內(nèi)近似 垂直于該表面。
4.權(quán)利要求3所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述第二殼體組件包括適于支撐環(huán)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(nèi)形成的至少一個(gè)槽與花鍵軸連接。
5.權(quán)利要求4所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述前孔具有預(yù)定直徑。
6.權(quán)利要求5所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述前孔在第三預(yù)定公差范圍內(nèi)近似平行 于所述表面和參考邊。
7.權(quán)利要求6所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(quán)利要求7所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述后孔在第四預(yù)定公差范圍內(nèi)與所述前 孔近似地同軸。
9.權(quán)利要求4所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述花鍵軸承包括線(xiàn)性導(dǎo)向組件，所述線(xiàn) 性導(dǎo)向組件通過(guò)定位銷(xiāo)定位于前孔內(nèi)，所述定位銷(xiāo)被引導(dǎo)通過(guò)所述第二殼體組件。
10.權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(quán)利要求10所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述編碼器刻度尺表面包括在第五預(yù)定 公差范圍內(nèi)近似平坦的表面。
12.權(quán)利要求1所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(yù)定直徑。
13.一種線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，包含活塞組件，所述活塞組件包括在接口區(qū)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(xiàn)的中心軸線(xiàn)的線(xiàn)軸；適于容納活塞組件的致動(dòng)器殼體，其中所述致動(dòng)器殼體包括適于防止所述軸旋轉(zhuǎn)的導(dǎo) 向件；以及可拆卸磁體外殼，其適于連接到致動(dòng)器殼體并包括用于致動(dòng)活塞組件的一個(gè)或多個(gè)磁體。
14.權(quán)利要求13所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，進(jìn)一步包括線(xiàn)性編碼裝置，其中所述線(xiàn)性編2碼裝置連接到所述致動(dòng)器殼體，且其中所述線(xiàn)性編碼裝置適于追蹤所述活塞組件的線(xiàn)性運(yùn) 動(dòng)。
15.權(quán)利要求14所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述線(xiàn)性編碼裝置適于讀取線(xiàn)性刻度尺 以確定所述活塞組件的位置。
16.權(quán)利要求14所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述活塞組件、致動(dòng)器殼體、可拆卸的磁 體外殼和線(xiàn)性編碼裝置中的至少一個(gè)適用于快速組合組件。
17.權(quán)利要求13所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述活塞組件在車(chē)床上能夠用單一裝置 制造。
18.權(quán)利要求13所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(dǎo)向件的至少一個(gè)槽。
19.權(quán)利要求13所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器，其中所述導(dǎo)向件包括適于連接形成于所述軸 內(nèi)的至少一個(gè)槽的花鍵軸承。
20.權(quán)利要求13所述的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)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(qū)動(dòng)活塞的線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的裝配方法，所述方法包括 步驟提供包括軸和線(xiàn)軸的活塞組件，其中所述線(xiàn)軸的中心軸線(xiàn)與所述軸近似共線(xiàn)；在致動(dòng)器殼體內(nèi)插入活塞組件的至少一部分，其中所述致動(dòng)器殼體包括適于容納所述 軸的導(dǎo)向件；以及將磁體外殼連接到致動(dòng)器殼體，其中所述磁體外殼包括適于驅(qū)動(dòng)活塞組件的一個(gè)或多 個(gè)磁體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述導(dǎo)向件包括適于在致動(dòng)活塞組件期間防止 所述軸旋轉(zhuǎn)的花鍵軸承。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括將線(xiàn)性編碼裝置連接到致動(dòng)器殼體的步 驟，其中所述線(xiàn)性編碼裝置適于追蹤所述軸的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括在車(chē)床上用單一裝置制造活塞組件、磁 體外殼和致動(dòng)器殼體中的至少一個(gè)的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述致動(dòng)器殼體包括用于使線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器處 于一組預(yù)定公差范圍內(nèi)的基準(zhǔn)部。
全文摘要
在此公開(kāi)了用于導(dǎo)向具有快速組合設(shè)計(jì)的單相或多相線(xiàn)性電機(jī)致動(dòng)器的方法和裝置。一些實(shí)施例包括監(jiān)測(cè)和/或調(diào)節(jié)已完成工作的能力，還具有與凸輪或氣動(dòng)裝置相當(dāng)?shù)某杀?。在一?shí)施例中，線(xiàn)圈連接到在活塞后固定的線(xiàn)軸組件。為防止活塞在運(yùn)行期間旋轉(zhuǎn)，可以將花鍵軸承可滑動(dòng)地安裝到設(shè)置在活塞組件內(nèi)的花鍵軸的一個(gè)或多個(gè)槽上?；陔娏髁鬟^(guò)線(xiàn)圈的方向，圍繞線(xiàn)圈的一個(gè)或多個(gè)圓柱形磁體驅(qū)動(dòng)活塞。由于產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相對(duì)于花鍵軸是線(xiàn)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。
文檔編號(hào)B23P19/04GK101917111SQ200911000068
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者岡田直之, 加米·S·瑞茲, 加里·J·瑞英, 卡爾·G·斯托克斯, 戴維·D·黃, 愛(ài)德華·A·耐夫, 途恩·M·尤, 鐵普·T·樂(lè), 馬克·A·卡托 申請(qǐng)人:史脈可有限公司