CN107342638A - 永磁体偏置的虚拟椭圆马达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及永磁体偏置的虚拟椭圆马达。一种摆盘马达包括摆盘以及定子。所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线。所述定子包括永磁体和一组电磁线圈,并且所述定子具有定子轴线。所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动的情况下围绕所述定子章动。所述摆盘具有相对于所述定子的最接近路径的移动点。在所述摆盘章动时,所述最接近路径的移动点围绕所述定子轴线移动。所述永磁体和所述一组电磁线圈被构造成产生了在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,在所述摆盘章动时,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近路径的移动点之前的移动位置处。
Description
技术领域
本公开总体涉及电动马达。更具体地,本公开的示例涉及用于驱动摆盘马达的磁***。
背景技术
电动马达从电磁能产生机械能。交流电(AC)马达一般包括转子和静止的定子。静止的定子通常具有承载交流电的电线绕组,从而产生旋转磁场。一些转子包括铁磁部件,该铁磁部件响应于由定子生成的旋转磁场,并且在定子的磁场旋转时,转子物理地旋转。通过将转子联接到输出轴,AC电流的电磁能被转换为输出轴的旋转机械能。
两个或更多个齿轮能用于通过齿轮比来创建机械优点。有许多方式来布置齿轮,使得在相同的时间量中,第一齿轮的单次旋转导致第二齿轮的多于或少于一次的旋转。齿轮比是这两个旋转之比。在第二齿轮的旋转少于第一齿轮的情况下,齿轮组合可以被认为提供齿轮减速。在某些应用中,可期望AC马达具有很高的齿轮比,其中在最小的可能容积中发生齿轮减速。例如,将电流的多次振荡转换为输出轴的单次旋转的致动器可以具有非常精细的控制。
历史上,在朝向在小容积内具有高齿轮比的马达发展方面,摆盘驱动机构似乎是有希望的路线。这样的摆盘驱动机构的示例在第US20140285072和US20150015174号美国专利公报中公开。更早的***在US2275827和US3249776中公开。
在摆盘机构中,齿轮中的一个(例如转子齿轮)围绕另一个齿轮(例如定子齿轮)章动。如本文所使用的,术语“章动”包括摆动、摇摆或圆形摇摆运动。如果转子齿轮和定子齿轮的齿轮齿数相差一个,则这样的***将具有等于定子齿轮的齿数的齿轮比。原则上,摆盘驱动机构的齿轮比可能相当高。
US20140285072中公开的摆盘驱动机构利用定子,该定子包括围绕定子轴线沿圆周分布的三个电磁线圈。这些线圈由彼此异相120度的AC电流供电,并且在线圈内产生平行于定子轴线定向的磁场。诸如此类的摆盘马达可能需要施加到线圈的不期望的高峰值电压。
发明内容
一种摆盘马达包括摆盘以及定子。所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线。所述定子包括永磁体和一组电磁线圈,并且所述定子具有定子轴线。所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动(precess)的情况下围绕所述定子章动。所述摆盘具有相对于所述定子的最接近路径的移动点。在所述摆盘章动时,所述最接近路径的移动点围绕所述定子轴线移动。所述永磁体和所述一组电磁线圈被构造成产生在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,在所述摆盘章动时,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近路径的移动点之前的移动位置处。
一种摆盘马达包括摆盘,所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线。所述摆盘马达包括定子,所述定子布置在所述摆盘的下方并且具有定子轴线。所述定子包括:永磁体;定子芯部,所述定子芯部布置在所述永磁体的下方;和一组磁敏感极片,所述一组磁敏感极片围绕所述定子芯部沿圆周分布。所述定子进一步包括:第一组电磁线圈,所述第一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;和第二组电磁线圈,所述第二组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间。所述第一组电磁线圈中的每个电磁线圈均与所述第二组电磁线圈的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠。所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动的情况下围绕所述定子章动。所述摆盘具有相对于所述定子的最接近路径的移动点,在所述摆盘章动时,所述最接近路径的移动点围绕所述定子轴线移动。所述永磁体以及所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈被构造成产生在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近路径的移动点之前的移动位置处。
一种磁性地驱动摆盘马达的方法包括:提供布置在摆盘的下方并且具有定子轴线的定子。所述定子包括:永磁体;定子芯部,所述定子芯部布置在所述永磁体的下方;和一组磁敏感极片,所述一组磁敏感极片围绕所述定子芯部沿圆周分布。所述极片被构造成承载来自所述永磁体的初级径向磁场。所述定子进一步包括:第一组电磁线圈,所述第一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;和第二组电磁线圈,所述第二组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间。所述方法包括:在所述第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流。所述第一电流在第一时间处具有最小电流值,在第二时间处具有最大电流值,并且在第三时间处具有所述最小电流值。所述第三时间与所述第一时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分。所述方法包括:在所述第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流。所述第二电流在所述第二时间处具有所述最小电流值,在所述第三时间处具有所述最大电流值,并且在第四时间处具有所述最小电流值。所述第四时间与所述第二时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分。所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈沿圆周重叠。所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的另一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的两个电磁线圈沿圆周重叠。
特征、功能和优点可在本公开的各种示例中独立地实现,或者可在其它示例中进行组合,能参考以下描述和附图看到其进一步细节。
附图说明
图1是包括摆盘和定子的示例性摆盘马达的等距视图的示意图。
图2是包括永磁体和一组电磁线圈的摆盘马达的定子的一个示例的等距分解图的图形表示。
图3是图2的定子的等距视图的图形表示。
图4是摆盘马达的另一示例的剖视图的示意图,示出了由永磁体产生的磁通。
图5是图4的摆盘马达的俯视图的示意图,示出了由永磁体产生的磁通。
图6是图4的摆盘马达的剖视图的示意图,示出了由一组电磁线圈产生的磁通。
图7是图4的摆盘马达的俯视图的示意图,示出了由一组电磁线圈产生的磁通。
图8是图示磁驱动摆盘马达的方法的流程图的图形表示。
图9是图2的定子的仰视平面图的图形表示。
图10是在图2的定子的一组电磁线圈中感应出的一组电流对时间的图表的示意图。
具体实施方式
概述
在下面描述并在关联附图中图示了具有永磁体和一组电磁线圈的摆盘马达的各种示例,所述一组电磁线圈被构造成在每个相应电磁线圈内产生垂直于定子轴线的磁场。除非另有规定,摆盘马达和/或其各种部件可(但不必要)包含本文中描述和/或图示的结构、部件、功能性和/或变型中的至少一者。此外,本文中结合本教导描述和/或图示的结构、部件、功能性和/或变型可(但不必要)被包括在其它类似的马达中。各种示例的以下描述本质上仅仅是示例性的并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。另外,下面描述的示例所提供的优点本质上是说明性的,并非所有的示例都提供相同的优点或相同程度的优点。
示例、部件和替代
以下章节描述示例性摆盘马达的选定方面以及相关方法。这些章节中的示例旨在用于说明并且不应当被解释为限制本公开的整个范围。每个章节均可包括一个或多个不同的发明和/或上下文或相关信息、功能和/或结构。
示例1:
该示例描述了说明性摆盘驱动机构,参见图1。
图1是总体上以10表示的摆盘马达的示意图。摆盘马达10包括具有摆动轴线14的摆盘12以及具有定子轴线18的定子16。摆盘被构造成围绕定子章动,摆动轴线围绕定子轴线进动。也就是说,摆盘12具有相对于定子16的最接近路径的移动点20。在摆盘章动时,最接近路径的移动点围绕定子轴线移动。最接近路径点20围绕定子16轴线移动的方向可被称为章动方向。例如,最接近路径的移动点20可在由围绕定子16轴线的箭头22表示的章动方向上移动。最接近路径移动点20也可被称为向下位置或0度位置。
摆盘12可包括一组摆动齿,并且定子16可包括一组定子齿。针对摆动齿相对于摆盘以及定子齿相对于定子的形状、构造、定向和布置,存在许多可能性。例如,定子齿可布置在定子的上表面24上,摆动齿布置在摆盘的对应下表面上。在另一示例中,摆动齿可布置在外柱形表面26上,定子齿布置在定子的对应内柱形表面上。出于总体性目的,将摆动齿和定子齿从图1省略。
在摆盘12章动时,摆动齿可被构造成与定子齿相互作用。这种相互作用可类似于齿轮齿在标准齿轮***中的啮合。例如,在摆盘的第一章动期间,第一摆动齿可接触第一定子齿,第二摆动齿可接触第二定子齿,等。取决于摆动齿和定子齿的数量的相对计数,摆动齿与定子齿在摆盘章动时的相互作用可导致摆盘旋转。
在一个示例中,定子齿的数量计数可比摆动齿的数量计数多一个。在该示例中,在摆盘12的第一章动期间,第一摆动齿可与第一定子齿相互作用,并且第二摆动齿可与第二定子齿相互作用,等。然而,在第一章动结束时,最后摆动齿可与第二至最后定子齿相互作用,并且第一摆动齿可与最后定子齿相互作用。也就是说,在第一章动期间,摆盘在与章动方向22相反的旋转方向28上的旋转量可等于相邻定子齿之间的角间距。
在另一示例中,定子齿的数量计数可比摆动齿的数量计数少一个。在该示例中,在第一章动结束且第二章动开始时,第二至最后摆动齿可与最后定子齿相互作用,并且最后摆动齿可与第一定子齿相互作用。也就是说,在第一章动期间,摆盘12沿旋转方向30(与章动方向22相同的方向)的旋转量可等于相邻定子齿之间的角间距。
在摆盘12围绕定子16在章动方向上章动时,摆盘可在与章动方向相同或相反的旋转方向上旋转。摆盘的章动次数可等于定子齿在完成完整旋转之前的计数。也就是说,利用仅一个移动部分(即摆盘),摆盘马达10可具有几十或几百的齿轮比。如本领域技术人员理解的,摆盘12可联接到输出板或轴(图1中未绘制),以便将摆盘的旋转传递到另一对象。
摆盘12围绕定子16的章动可由施加到摆盘的力驱动。例如,电磁力可施加到摆盘,这可造成摆盘的章动。这些力可源自定子。这些力可在任何合适的位置处施加到摆盘。例如,力可在沿章动方向22位于最接近路径的移动点20之前的位置处施加到摆盘。
摆盘12相对于定子16可具有最大间隔的移动点32。最大间隔的移动点可位于摆盘的与最接近路径的移动点20相反的一侧上。最大间隔的移动点32也可被称为180度位置。移动90度位置34可沿章动方向22位于0度位置20与180度位置32之间的半途。类似地,移动270度位置36可沿章动方向22位于180度位置32与0度位置20之间的半途。
由箭头38表示的力可在90度位置34处施加到摆盘12。力38可指向任何适当的方向。例如,力38可以是吸引力并且朝向定子16或者沿着平行于定子轴线18的方向。在摆盘章动且0度位置20、90度位置34和180度位置32都围绕摆盘移动时,力38还可围绕摆盘移动,使得力38总是靠近90度位置34而施加到摆盘。也就是说,所施加的力38可被认为沿章动方向22在向下位置20之前。在摆盘的向下位置之前的所施加的力可造成摆盘的章动。
力38可以是电磁力。力38可以是摆盘12的材料响应于由定子16产生的电磁场的结果。定子包括永磁体和一组电磁线圈。永磁体和一组电磁线圈被构造成产生了在定子与摆盘之间具有磁通密度的磁场。也就是说,磁场可产生在定子16与摆盘12之间的间隙40中。摆盘可由构造成响应于磁场的磁敏感材料制成。在存在磁场的情况下,磁敏感材料本身可被磁化。摆盘可通过经历力(诸如力38)来响应。
施加到摆盘的力可与摆盘与定子之间的磁场的磁通密度成比例。为了在向下位置之前的移动位置处实现所施加的力,永磁体和一组电磁线圈可被构造成产生这样的磁场,即该磁场的最高磁通密度位于沿章动方向22在最接近路径的移动点之前的移动位置处。电磁线圈可被构造成使得磁场的最高磁通密度在摆盘章动时保持在向下位置之前。
示例2:
该示例描述了摆盘驱动机构的说明性定子,参见图2至图3。
图2是摆盘马达的定子(总体上以100表示)的示例的等距分解图的图形表示。定子100包括永磁体102、定子芯部104、一组磁敏感极片106和一组电磁线圈108。定子100具有定子轴线110。定子100的各部件的相对布置和定向可相对于定子轴线进行描述。术语“轴向”将指平行于定子轴线110的线性方向。术语“径向”将指垂直于定子轴线110的线性方向。术语“沿圆周”将指围绕定子轴线的角方向,而不是沿着或远离定子轴线。
永磁体102可具有任何适当的形状并且可被构造成生成任何适当的磁场。例如,永磁体可为柱形,定子轴线110作为对称轴线,并且永磁体可包括沿着定子轴线穿过永磁体的通道112。永磁体102可由任何适当的铁磁材料构成。永磁体102可具有可沿着定子轴线110大致对准的北磁极和南磁极。由永磁体产生的磁场可被称为初级磁场。
定子芯部104可布置在永磁体102下方。定子芯部104可由当放置在磁场中时能够获取磁矩的磁敏感材料形成。例如,定子芯部104可由铁心硅钢或铁制成。定子芯部104可具有任何适当的形状。例如,定子芯部可为柱形,定子轴线100为对称轴线并且半径匹配永磁体102的半径。定子芯部可包括通道114,通道114可与穿过永磁体的通道112对准。
定子100可包括布置在永磁体102与定子芯部104之间的水平间隔件116。水平间隔件116可限制从永磁体传递到定子芯部的磁场,并且可帮助调节由定子100产生的磁场的幅值。
一组磁敏感极片106可围绕定子芯部104沿圆周分布。极片106可将定子100内的磁场从定子的一个部件引导到另一部件。极片可由任何合适的磁敏感材料(诸如铁心硅钢)制成。可存在任何适当数量的极片。例如,图2中示出的示例包括十二个极片。极片可具有任何适当的形状。例如,图2中示出的十二个极片为楔形并且可替代地描述为楔形件。极片106可由一组竖直间隔件118分离。竖直间隔件118可帮助隔离竖直间隔件之间的极片中的磁场。
一组磁敏感极片106可共同具有上表面区域120。极片可设计并构造成使得上表面区域的幅值为永磁体102的上表面区域122的预定倍数。在一些示例中,极片的上表面区域120可以是永磁体的上表面区域122的三倍。
一组电磁线圈108可围绕定子芯部104沿圆周布置并且布置在定子芯部与磁敏感极片106之间。一组电磁线圈包括第一组电磁线圈和第二组电磁线圈。例如,第一组电磁线圈可包括三个内电磁线圈124,并且第二组电磁线圈可包括三个外电磁线圈126。三个外电磁线圈126可布置在内电磁线圈124与一组磁敏感极片106之间。第一组电磁线圈和第二组电磁线圈可包括任何适当数量的线圈,包括两个、三个和超过三个线圈。第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的线圈数量不需要是相同的。图9示出了一组电磁线圈108的仰视平面图。
返回图2,第一组电磁线圈124中的每个电磁线圈均与第二组电磁线圈126的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈均沿圆周重叠。第二组电磁线圈126中的每个电磁线圈均可与第一组电磁线圈124的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠。一组电磁线圈108中的每个电磁线圈均可具有定向为与定子轴线110垂直的线圈轴线128。每个电磁线圈均可包括围绕线圈轴线128形成多个闭合圈130的一个或多个导体。当一组电磁线圈中的每个电磁线圈均承载电流时,每个线圈均可在线圈内产生与线圈轴线大致平行定向的磁场。
如果内电磁线圈124和外电磁线圈126如上所述地沿圆周重叠,则由电磁线圈之一产生的磁场线可穿过由另一电磁线圈限定的一个或多个闭合圈。例如,由内电磁线圈124之一产生的磁场的部分可穿过相邻一对外电磁线圈126中的每个电磁线圈。如果相邻一对外电磁线圈之间存在角间隙132,则由内电磁线圈产生的磁场的一部分可不穿过相邻一对外电磁线圈中的任一电磁线圈。
类似地,由外电磁线圈126之一产生的磁场的部分可穿过相邻一对内电磁线圈124中的每个电磁线圈。如果相邻一对内电磁线圈之间存在角间隙134,则由外电磁线圈产生的磁场的一部分可不穿过相邻一对内电磁线圈中的任一电磁线圈。
图3是定子100的未分解图。定子100可包括上部构件136,上部构件136布置在永磁体和一组磁敏感极片106之上。上部构件可覆盖极片的上表面区域和永磁体的上表面区域。上部构件可包括通道138,通道138可与穿过永磁体的通道大致对准,参见图2中的112。上部构件136可由诸如磁敏感材料(诸如铁心硅钢)的任何适当的材料制成。
由定子产生的磁场可沿轴向方向进入和离开上部构件。定子100可用在包括摆盘的摆盘马达中。在这样的***中,摆盘可靠近上部构件136布置,在定子与摆盘之间具有间隙。磁场线可在大致轴向方向上穿过上部构件离开定子,横过定子与摆盘之间的间隙,行进穿过摆盘,再次横过摆盘与定子之间的间隙,并且在大致轴向方向上穿过上部构件进入定子。
示例3:
该示例描述了说明性摆盘驱动机构或马达,参见图4至图7。特别地,该示例描述了由永磁体产生的初级磁场以及由摆盘马达的一组电磁线圈产生的感应磁场。
图4是总体上以200表示的摆盘马达的另一示例的示意性剖视图。摆盘马达200可类似于示例1中描述的摆盘马达10,并且对马达10的各种特征和益处的讨论将不会全部重复。摆盘马达200可包括摆盘202和具有定子轴线206的定子204。图4示出了摆盘马达200的示意性剖视图的一半,定子轴线206在图的左边。在摆盘马达200的全视图中,定子轴线将穿过定子的中心。定子204可类似于示例2中描述的定子100,并且对定子100的各种特征和益处的讨论将不会全部重复。
定子204可包括永磁体208、布置在永磁体下方的定子芯部210以及围绕定子芯部沿圆周分布的一组磁敏感极片212。定子204可包括:第一组电磁线圈214,其围绕定子芯部210沿圆周布置在定子芯部与一组极片212之间;以及第二组电磁线圈216,其围绕定子芯部沿圆周布置在定子芯部与一组极片之间。第一组电磁线圈214中的每个电磁线圈均可与第二组电磁线圈216的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠。图4中描绘的横截面是在第一组电磁线圈214之一与第二组电磁线圈216之一沿圆周重叠的区域中穿过摆盘马达200截取的。图4中描绘的横截面是进一步穿过摆盘相对于定子204的最接近路径的移动点218截取的。
永磁体208可被构造成产生由箭头220示意性地表示的初级磁场。初级磁场可由永磁体产生并且可包括摆盘202、定子芯部210和一组磁敏感极片212(在存在永磁体208的情况下,其任何一个或全部可被磁化)对永磁体的磁响应。
永磁体208可具有北磁极222和南磁极224。北磁极和南磁极可与定子轴线206大致对准。也就是说,由永磁体产生的初级磁场可沿轴向朝向摆盘202被引导且沿轴向朝向定子芯部210引导。初级磁场可沿轴向从永磁体朝向摆盘被引导并进入摆盘,可摆盘内大致沿径向被引导,可沿轴向从摆盘朝向一组磁敏感极片被引导并进入所述一组磁敏感极片,可沿径向从所述一组磁敏感极片朝向定子芯部被引导并进入定子芯部,并且可从定子芯部朝向永磁体被引导并进入永磁体,由此形成闭合圈。定子与摆盘之间的初级磁场可大致平行于定子轴线。如本领域技术人员将理解的,摆盘马达200可与具有相反极性且初级磁场与箭头220相反地被引导的永磁体208等同地起作用。
定子芯部210可被构造成将初级磁场从永磁体208引导穿过第一组电磁线圈214和第二组电磁线圈216中的一个或多个并进入一组磁敏感极片212。也就是说,在定子芯部210内,初级磁场可从轴向转向径向或者从径向转向轴向。
一组磁敏感极片212中的每个磁敏感极片均可被构造成将径向磁场从定子芯部210沿轴向朝向摆盘202引导。一组磁敏感极片212中的每个磁敏感极片均可被构造成将轴向磁场从摆盘朝向定子芯部引导。也就是说,在一组磁敏感极片中的每个磁敏感极片内,初级磁场可从轴向转向径向者或从径向转向轴向。
图5是摆盘马达200的示意性俯视图,摆盘202内的初级磁场由箭头220表示。在图5中,较大的箭头可表示较大幅值的磁场。初级磁场220可在靠近最接近路径的移动点218的摆盘内具有最大幅值。摆盘内的初级磁场的幅值可从最接近路径的点起随角距离而降低。在最接近路径的点218附近,初级磁场220可被引导为大致沿径向远离定子轴线206。摆盘内的磁场方向可具有径向分量和方位角分量,方位角分量的相对幅值从最接近路径的点起随角距离而增加。
孤立地,永磁体208可产生绕定子轴线大致对称的磁场。这种对称性可因摆盘202相对于定子轴线倾斜而在摆盘马达200中被打破,由此产生图5中描绘的不对称初级磁场。
图6是类似于图4的摆盘马达200的示意性剖视图。第一组电磁线圈214中的一个或多个和第二组电磁线圈216中的一个或多个可被构造成产生由箭头226表示的感应磁场。当电流流过电磁线圈214和216中的一个或多个时,可产生感应磁场226。第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的每者均可定向为在所述电磁线圈内产生沿径向朝向或远离定子轴线206的感应磁场226。
例如,为了在电磁线圈214内产生沿径向被引导的感应磁场226,电流可在垂直于图6的平面的方向上朝向图6的观察者而穿过电磁线圈214的上部228,如圆点230表示。因而,电流可在垂直于图6的平面的方向上远离图6的观察者而穿过电磁线圈214的下部232,如叉线234表示。穿过电磁线圈214的电流方向和电磁线圈214内的感应磁场226的方向在物理学上与建立的右手规则一致。
类似地,电磁线圈216可承载电流,在上部238中表示为圆点236并且在下部242中表示为叉线240,以促进感应磁场226。电磁线圈216中的电流不需要具有与电磁线圈214中的电流相同的幅值或相位。
感应磁场226可产生在一组磁敏感极片212内。一组磁敏感极片中的每个磁敏感极片均可被构造成将感应径向磁场从一组电磁线圈之一沿轴向朝向摆盘202引导。也就是说,定子204与摆盘之间的感应磁场可大致平行于定子轴线206。靠近最接近路径的移动点218,感应磁场226可与定子204与摆盘之间的初级轴向磁场(参见图4中的220)对置。一旦感应磁场进入摆盘202,感应磁场就可朝向定子轴线沿径向被引导且在围绕定子轴线的方位上引导。
图7是摆盘马达200的示意性俯视图,类似于图5,摆盘202内的感应磁场由箭头226表示。在图7中,较大的箭头可表示较大的磁场。感应磁场226可在靠近最接近路径的移动点218的摆盘内具有最大幅值。摆盘内的感应磁场的幅值可从最接近路径的点起随角距离而降低。
摆盘202内的感应磁场226可具有径向分量和方位角分量。在图7示出的示例中,摆盘可在由弯曲箭头244表示的章动方向上章动。也就是说,在摆盘202章动时,最接近路径的移动点218可在章动方向244上移动。在最接近路径的移动点附近,摆盘内的感应磁场可具有相对较大的向内径向分量和沿着章动方向244的相对较小的方位角分量。感应磁场的方位角分量的相对幅值可从最接近路径点起随距离而增加。
在沿章动方向244靠近最接近路径的点218以及在最接近路径的点之前的方位角位置处,摆盘202内的感应磁场226可具有向外径向分量。在沿章动方向靠近最接近的路径点以及在最接近的路径点之后的方位角位置处,摆盘内的感应磁场可具有向内径向分量。
现在参照图4至图7,永磁体208以及一组电磁线圈214和216可被构造成产生在定子204与摆盘202之间具有磁通密度的磁场,在摆盘章动时,最高磁通密度位于沿围绕定子轴线206的角方向244在最接近路径的移动点218之前的移动位置处。磁场可以是这样的总磁场,即其作为由永磁体产生的初级磁场220和由一组电磁线圈产生的感应磁场226的矢量和。当然,初级磁场和感应磁场中的每者还可取决于摆盘202、定子芯部210和一组磁敏感极片212的磁响应。
在最接近路径的点218附近,初级磁场220和感应磁场226可彼此大大抵消掉。在该位置处,可保持有总磁场的相对较小的方位角分量。这种抵消或接近抵消还可发生在靠近最接近路径的点的方位角位置处(沿章动方向244也在最接近路径的点之后)。相反,在沿章动方向位于最接近路径的点之前的方位角位置处,初级磁场和感应磁场可大部分地加在一起以增加总磁场的相对幅值。特别地,摆盘内的初级磁场和感应磁场的向外径向分量可在最接近路径的点之前的位置处加在一起。因此,最高磁通密度可位于摆盘与定子之间在最接近路径的点之前的移动位置处。
吸引力可存在于摆盘202与定子204之间。摆盘感应到的吸引力可随围绕摆盘的位置而变化。摆盘与定子之间的最大吸引力可在最高磁通密度的移动位置处施加到摆盘。
示例4:
该示例描述了磁驱动摆盘马达的说明性方法,该说明性方法可结合本文中描述的任何设备使用;参见图8至图10。
图8描绘了总体上以300表示的磁性地驱动摆盘马达的方法的多个步骤。方法300可结合参照图1至图7描绘并描述的任何摆盘马达来使用。虽然下面描述并在图8中描绘了方法300的各种步骤,但是不一定需要执行全部步骤,并且在一些情况下可按照与示出顺序不同的顺序来执行。
方法300包括步骤302:提供布置在摆盘下方的定子。定子可包括永磁体、定子芯部、一组磁敏感极片、第一组电磁线圈和第二组电磁线圈。定子可具有定子轴线,并且摆盘可具有摆动轴线。定子芯部可布置在永磁体的下方。
这样的定子的一个示例是示例2中描述的定子100。图9示出了定子100的仰视平面图。一组磁敏感极片106可围绕定子芯部104沿圆周分布并且可被构造成承载来自永磁体的初级径向磁场。第一组电磁线圈124可围绕定子芯部沿圆周布置在定子芯部与一组极片106之间。第二组电磁线圈126可围绕定子芯部104沿圆周布置在定子芯部与一组极片之间。
如之前描述的,第一组电磁线圈124可包括三个内电磁线圈:第一电磁线圈150、第二电磁线圈152和第三电磁线圈154。第二组电磁线圈126可包括三个外电磁线圈:第四电磁线圈160、第五电磁线圈162和第六电磁线圈164。内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均可围绕定子轴线110跨越大约90度。内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均可被构造成将磁场沿径向引导到十二个楔形件106中的三个。
第四电磁线圈160可与第一电磁线圈150和第二电磁线圈152沿圆周重叠。第五电磁线圈162可与第二电磁线圈152和第三电磁线圈154沿圆周重叠。第六电磁线圈164可与第三电磁线圈154和第一电磁线圈150沿圆周重叠。
方法300包括步骤304:在第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流。例如,可在第一电磁线圈150和第二电磁线圈152中感应出由图9中的箭头170表示的第一电流。第一电流170可能在时间上不恒定,但可具有时间依赖性。
图10是总体上以400表示的在定子的一组电磁线圈中感应出的一组电流对时间的图表。在时间轴上指示八个规则间隔的时间:第一时间401、第二时间402、第三时间403、第四时间404、第五时间405、第六时间406、第七时间407和第八时间408。摆盘的章动周期410可等于第七时间407与第一时间401之间的时间间隔。
第一电流170可在第一时间401处具有最小电流值420,在第二时间402处具有最大电流值422,并且在第三时间403处具有最小电流值420。最小电流值420可以是零。最大电流值422可取决于电磁线圈的圈数。如果第一电磁线圈的圈数为N,最大电流值422和圈数N的乘积可在2,500至3,000安培的范围内。在其它示例中,最大电流值422和圈数N的乘积可在1,000至5,000安培的范围内。第三时间与第一时间之差可以是摆盘的整个章动周期410的一部分。例如,第三时间与第一时间之差可以是章动周期的三分之一。
方法300包括步骤306:在第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流。第一组的一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈可与第二组的一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈沿圆周重叠,并且第一组的一对相邻电磁线圈中的另一个电磁线圈可与第二组的一对电磁线圈中的两个电磁线圈沿圆周重叠。例如,可在第四电磁线圈160和第五电磁线圈164中感应出由图9中的箭头172表示的第二电流。第一电磁线圈150可与第四电磁线圈160沿圆周重叠,并且第二电磁线圈152可与第四电磁线圈160和第五电磁线圈162两者重叠。
第二电流172可具有与第一电流170类似的时间依赖性,但是第二电流可相对于第一电流在时间上偏移。也就是说,第二电流可在第二时间402处具有最小电流值420,在第三时间403处具有最大电流值422,并且在第四时间404处具有最小电流值420。第四时间与第二时间之差可以是摆盘的整个章动周期410的一部分,例如是整个章动周期的三分之一。
总之,步骤302、304和306可在具有定子轴线的定子与具有摆动轴线的摆盘之间的间隙中产生磁场。摆盘可被构造成在摆动轴线围绕定子轴线进动且摆盘的相对于定子的最接近路径的移动点围绕定子轴线移动的情况下围绕定子章动。磁场可由永磁体和一组电磁线圈产生。磁场可进一步包括摆盘和一组磁敏感极片的磁响应。
定子与摆盘之间的间隙中的磁场可在沿围绕定子轴线的角方向位于最接近路径的移动点之前的移动位置处具有最高磁通密度。产生这样的磁场的步骤可包括:在一组电磁线圈中感应出电流,所述一组电磁线圈中的每个电磁线圈均具有线圈轴线并且包括围绕线圈轴线形成多个闭合圈的一个或多个导体。每个线圈轴线均可垂直于定子轴线定向。例如,图9中示出的与第一电磁线圈150关联的线圈轴线128垂直于定子轴线110定向。
在一组电磁线圈中的感应电流可在一组磁敏感极片内产生可与来自一些磁敏感极片中的永磁体的初级径向磁场对置的感应径向磁场。例如,在第一电磁线圈150中感应出的第一电流170可在相邻磁敏感极片106内产生沿径向远离定子轴线110的感应径向磁场。此外,如图4中示出的,来自永磁体的初级磁场220可沿径向朝向定子轴线206被引导。因此,当第一电流170位于第一电磁线圈150中时,靠近第一电磁线圈的极片内的总磁场可比第一电磁线圈中不存在电流时幅值更小。一组电磁线圈内的电流的适当排序可允许在最接近路径的移动点之前产生最高磁通密度的区域。
如上文在步骤302、304和306中描述的产生磁场的步骤可包括:在第二电磁线圈152和第三电磁线圈154中感应出由图9中的箭头174表示的第三电流。第三电流174可在第三时间403处具有最小电流值(参见图10中的420),在第四时间404处具有最大电流值422,并且在第五时间405处具有最小电流值。
产生磁场的步骤可包括:在第五电磁线圈162和第六电磁线圈164中感应出由图9中的箭头176表示的第四电流。第四电流176可在第四时间404处具有最小电流值420,在第五时间405处具有最大电流值422,并且在第六时间406处具有最小电流值。
产生磁场的步骤可包括:在第三电磁线圈154和第一电磁线圈150中感应出由图9中的箭头178表示的第五电流。第五电流178可在第五时间405处具有最小电流值420,在第六时间406处具有最大电流值422,并且在第七时间407处具有最小电流值。
产生磁场的步骤可包括:在第六电磁线圈164和第四电磁线圈160中感应出由图9中的箭头180表示的第六电流。第六电流180可在第六时间406处具有最小电流值420,在第七时间407处具有最大电流值422,并且在第八时间408处具有最小电流值。
图10中表示的模式可继续,例如,在第七时间407处开始,在第一电磁线圈150和第二电磁线圈152中再次感应出第一电流170;在第八时间408处开始,在第四电磁线圈160和第五电磁线圈162中感应出第二电流172,等。
第一电流170、第二电流172、第三电流174、第四电流176、第五电流178和第六电流180中的每者可在最小电流值420、最大电流值422之间变化,并且以任何适当的形状返回到最小电流值。例如,每个相应电流对时间曲线的形状可以是如图10中表示的半圆形。在另一示例中,每个电流均可根据正弦函数的一半而变化。在另一示例中,每个电流均可在最小电流值与最大电流值之间线性地变化。
示例5:
该章节描述了非限制性地呈现为一系列段落的示例的额外方面和特征,其中的一些或全部出于清楚和效率可以是字母数字指定的。这些段落中的每个段落均能以任何合适的方式与一个或多个其它段落组合,和/或与本申请的其他地方中的公开内容组合。一些段落在下面明确提及并且进一步限制其它段落,非限制性地提供一些合适组合的示例。
A1、一种摆盘马达,该摆盘马达包括:
摆盘,所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线;以及
定子,所述定子包括永磁体和一组电磁线圈,所述定子具有定子轴线;
其中,所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动的情况下围绕所述定子章动;
其中,所述摆盘具有相对于所述定子的最接近路径的移动点,在所述摆盘章动时,所述最接近路径的移动点围绕所述定子轴线移动;并且
其中,所述永磁体和所述一组电磁线圈被构造成产生了在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,在所述摆盘章动时,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近路径的移动点之前的移动位置处。
A2、根据段落A1所述的摆盘马达,其中,在最高磁通密度的所述移动位置处将所述摆盘与所述定子之间的最大吸引力施加到所述摆盘。
A3、根据段落A1所述的摆盘马达,其中,所述一组电磁线圈中的每个电磁线圈均具有线圈轴线并且包括围绕所述线圈轴线形成多个闭合圈的一个或多个导体,每个线圈轴线均定向为与所述定子轴线垂直。
A4、根据段落A1所述的摆盘马达,其中,所述定子包括布置在所述永磁体下方的定子芯部,并且包括围绕所述定子芯部沿圆周分布的一组磁敏感极片;并且
其中,所述一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置并且布置在所述定子芯部与所述磁敏感极片之间。
A5、根据段落A4所述的摆盘马达,其中,所述永磁体被构造成产生了沿轴向朝向所述摆盘且沿轴向朝向所述定子芯部被引导的初级磁场。
A6、根据段落A4所述的摆盘马达,其中,所述一组磁敏感极片中的每个磁敏感极片均被构造成将径向磁场从所述定子芯部或电磁线圈中的一者沿轴向朝向所述摆盘引导。
A7、根据段落A4所述的摆盘马达,其中,所述一组电磁线圈包括第一组电磁线圈和第二组电磁线圈;并且
其中,所述第一组电磁线圈中的每个电磁线圈均与所述第二组电磁线圈的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠。
A8、根据段落A7所述的摆盘马达,其中,所述定子芯部被构造成将初级磁场从所述永磁体引导穿过所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的一个或多个并进入所述一组磁敏感极片。
A9、根据段落A7所述的摆盘马达,其中,所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的每者均被定向为在所述电磁线圈内产生沿径向朝向或远离所述定子轴线引导的感应磁场。
A10、根据段落A7所述的摆盘马达,其中,所述第一组电磁线圈包括三个内电磁线圈,并且所述第二组电磁线圈包括三个外电磁线圈,所述外电磁线圈布置在所述内电磁线圈与所述一组磁敏感极片之间;并且
其中,内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均围绕所述定子轴线跨越大约90度。
A11、根据段落A10所述的摆盘马达,其中,所述一组磁敏感极片包括十二个楔形件;并且
其中,内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均被构造成将磁场沿径向引导到所述十二个楔形件中的三个楔形件。
B1、一种摆盘马达,该摆盘马达包括:
摆盘,所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线;以及
定子,所述定子布置在所述摆盘下方并且具有定子轴线,所述定子包括:
永磁体;
定子芯部,所述定子芯部布置在所述永磁体下面;
一组磁敏感极片,所述一组磁敏感极片围绕所述定子芯部沿圆周分布;
第一组电磁线圈,所述第一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;和
第二组电磁线圈,所述第二组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;
其中,所述第一组电磁线圈中的每个电磁线圈均与所述第二组电磁线圈的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠;
其中,所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动的情况下围绕所述定子章动;
其中,所述摆盘具有相对于所述定子的最接近路径的移动点,在所述摆盘章动时,所述最接近路径的移动点围绕所述定子轴线移动;并且
其中,所述永磁体以及所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈被构造成产生了在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近路径的移动点之前的移动位置处。
B2、根据段落B1所述的摆盘马达,其中,所述定子与所述摆盘之间的所述磁场大致平行于所述定子轴线。
C1、一种磁驱动摆盘马达的方法,该方法包括以下步骤:
在具有定子轴线的定子与具有摆动轴线的摆盘之间的间隙中产生磁场,将所述摆盘构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动且所述摆盘的相对于所述定子的最接近路径的移动点围绕定子轴线移动的情况下围绕所述定子章动;
其中,所述磁场由永磁体和一组电磁线圈产生;并且
其中,所述间隙中的所述磁场在沿围绕所述定子轴线的角方向位于所述最接近路径的移动点之前的移动位置处具有最高磁通密度。
C2、根据段落C1所述的方法,其中,产生磁场的步骤包括:在第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流,所述第一电流在第一时间处具有最小电流值,在第二时间处具有最大电流值,并且在第三时间处具有所述最小电流值,所述第三时间与所述第一时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分。
C3、根据段落C2所述的方法,其中,产生磁场的步骤包括:在第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流,所述第二电流在所述第二时间处具有所述最小电流值,在所述第三时间处具有所述最大电流值,并且在第四时间处具有所述最小电流值,所述第四时间与所述第二时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分;并且
其中,所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的另一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的两个电磁线圈沿圆周重叠。
C4、根据段落C1所述的方法,其中,产生磁场的步骤包括:在所述一组电磁线圈中感应出电流,以在一组磁敏感极片内产生与来自一些磁敏感极片中的所述永磁体的初级径向磁场对置的感应径向磁场,由此产生了在所述最接近路径的移动点之前的最高磁通密度的区域。
C5、根据段落C1所述的方法,其中,产生磁场的步骤包括:在所述一组电磁线圈中的每个电磁线圈均具有线圈轴线并且包括围绕所述线圈轴线形成多个闭合圈的一个或多个导体的情况下在所述一组电磁线圈中感应出电流,每个线圈轴线定向为与所述定子轴线垂直。
C6、根据段落C3所述的方法,其中,所述第一组电磁线圈包括第一电磁线圈、第二电磁线圈和第三电磁线圈;并且产生磁场的步骤包括在所述第一电磁线圈和第二电磁线圈中感应出所述第一电流、在所述第二电磁线圈和第三电磁线圈中感应出第三电流以及在所述第三电磁线圈和第一电磁线圈中感应出第五电流;所述第三电流在所述第三时间处具有所述最小电流值,在所述第四时间处具有所述最大电流值,并且在第五时间处具有所述最小电流值;所述第五电流在所述第五时间处具有所述最小电流值,在第六时间处具有所述最大电流值,并且在第七时间处具有所述最小电流值。
C7、根据段落C6所述的方法,其中,所述第二组电磁线圈包括第四电磁线圈、第五电磁线圈和第六电磁线圈,并且其中所述第四电磁线圈与所述第一电磁线圈和第二电磁线圈沿圆周重叠,所述第五电磁线圈与所述第二电磁线圈和第三电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第六电磁线圈与所述第三电磁线圈和第一电磁线圈沿圆周重叠;并且
其中,产生磁场的步骤包括:在所述第四电磁线圈和第五电磁线圈中感应出所述第二电流,在所述第五电磁线圈和第六电磁线圈中感应出第四电流,以及在所述第六电磁线圈和第四电磁线圈中感应出第六电流;所述第四电流在所述第四时间处具有所述最小电流值,在所述第五时间处具有所述最大电流值,并且在所述第六时间处具有所述最小电流值;所述第六电流在所述第六时间处具有所述最小电流值,在第七时间处具有所述最大电流值,并且在第八时间处具有所述最小电流值。
C8、根据段落C7所述的方法,其中,所述第一电流、第二电流、第三电流、第四电流、第五电流和第六电流中的每者均根据正弦函数的一半从所述最小电流值变化到所述最大电流值并且返回到所述最小电流值。
D1、一种磁性地驱动摆盘马达的方法,该方法包括:
提供布置在摆盘的下方并且具有定子轴线的定子,所述定子包括:
永磁体;
定子芯部,所述定子芯部布置在所述永磁体的下方;
一组磁敏感极片,所述一组磁敏感极片围绕所述定子芯部沿圆周分布,所述极片被构造成承载来自所述永磁体的初级径向磁场;
第一组电磁线圈,所述第一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;和
第二组电磁线圈,所述第二组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组极片之间;
在所述第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流,所述第一电流在第一时间处具有最小电流值,在第二时间处具有最大电流值,并且在第三时间处具有所述最小电流值,所述第三时间与所述第一时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分;以及
在所述第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流,所述第二电流在所述第二时间处具有所述最小电流值,在所述第三时间处具有所述最大电流值,并且在第四时间处具有所述最小电流值,所述第四时间与所述第二时间之差是所述摆盘的整个章动周期的一部分,
其中,所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的另一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的两个电磁线圈沿圆周重叠。
D2、根据段落D1所述的方法,其中,在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中感应出电流会在所述一组磁敏感极片内产生与来自一些磁敏感极片中的所述永磁体的所述初级径向磁场对置的感应径向磁场,由此产生了在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈的各对相邻电磁线圈之前的最高磁通密度的区域。
D3、根据段落D1所述的方法,其中,将所述永磁体构造成在所述定子与所述摆盘之间产生大致平行于所述定子轴线的初级磁场,并且其中,在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中感应出电流会在所述定子与所述摆盘之间产生大致平行于所述定子轴线并且在所述摆盘的相对于所述定子的最接近路径的移动点附近与所述定子和所述摆盘之间的所述初级轴向磁场对置的感应磁场。
D4、根据段落D1所述的方法,其中,提供包括第一组电磁线圈和第二组电磁线圈的定子的步骤包括:为所述电磁线圈中的每个电磁线圈提供线圈轴线和围绕所述线圈轴线形成多个闭合圈的一个或多个导体,每个线圈轴线均定向为与所述定子轴线垂直。
D5、根据段落D1所述的方法,其中,所述第一组电磁线圈包括第一电磁线圈、第二电磁线圈和第三电磁线圈;并且在所述第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流的步骤包括在所述第一电磁线圈和第二电磁线圈中感应出所述第一电流、在所述第二电磁线圈和第三电磁线圈中感应出第三电流以及在所述第三电磁线圈和第一电磁线圈中感应出第五电流;所述第三电流在所述第三时间处具有所述最小电流值,在所述第四时间处具有所述最大电流值,并且在第五时间处具有所述最小电流值;所述第五电流在所述第五时间处具有所述最小电流值,在第六时间处具有所述最大电流值,并且在第七时间处具有所述最小电流值。
D6、根据段落D5所述的方法,其中,所述第二组电磁线圈包括第四电磁线圈、第五电磁线圈和第六电磁线圈,并且其中所述第四电磁线圈与所述第一电磁线圈和第二电磁线圈沿圆周重叠,所述第五电磁线圈与所述第二电磁线圈和第三电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第六电磁线圈与所述第三电磁线圈和第一电磁线圈沿圆周重叠;并且
其中,在所述第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流的步骤包括:在所述第四电磁线圈和第五电磁线圈中感应出所述第二电流,在所述第五电磁线圈和第六电磁线圈中感应出第四电流,以及在所述第六电磁线圈和第四电磁线圈中感应出第六电流;所述第四电流在所述第四时间处具有所述最小电流值,在所述第五时间处具有所述最大电流值,并且在所述第六时间处具有所述最小电流值;所述第六电流在所述第六时间处具有所述最小电流值,在第七时间处具有所述最大电流值,并且在第八时间处具有所述最小电流值。
D7、根据段落D6所述的方法,其中,所述第一电流、第二电流、第三电流、第四电流、第五电流和第六电流中的每者均根据正弦函数的一半从所述最小电流值变化到所述最大电流值并且返回到所述最小电流值。
优点、特征、益处
本文中描述的摆盘马达的不同示例提供了优于用于电磁地驱动摆盘***的已知方案的若干优点。例如,本文中描述的摆盘的说明性示例允许沿圆周旋转的轴向磁场。另外,且除其它益处之外,本文中描述的摆盘马达的说明性示例允许磁场产生为由永磁体和一组电磁线圈产生的磁场的叠加。没有已知的***或装置能特别是在摆盘驱动机构中执行这些功能。因此,本文中描述的说明性示例对于致动需要精细控制和/或高转矩密度的装置是特别有用的。然而,并非本文中描述的所有示例都提供相同的优点或相同程度的优点。
结论
上文阐述的本公开可包括具有独立效用的多个不同发明。虽然这些发明均公开了其优选形式,但是其在本文中公开并图示的具体示例不应被认为是限制的意义,因为许多变型是可能的。在本公开内使用章节标题的范围内,这样的标题仅出于组织的目的,并且不构成任何要求保护的发明的特征。本发明的主题包括本文中公开的各种要素、特征、功能和/或性质的所有新颖而非显而易见的组合和子组合。以下权利要求特别指出视为新颖而非显而易见的某些组合和子组合。体现在特征、功能、要素和/或性质的其它组合和子组合中的发明可在要求本申请或相关申请的优先权的申请中要求保护。这样的权利要求无论是针对不同的发明或是针对相同的发明,并且无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或不同,都被视为包括在本公开的发明的主题内。
Claims (15)
1.一种摆盘马达(10),该摆盘马达包括:
摆盘(12),所述摆盘由磁敏感材料制成并且具有摆动轴线(14);以及
定子(16),所述定子包括永磁体(102)和一组电磁线圈(108),所述定子具有定子轴线(18);
其中,所述摆盘被构造成在所述摆动轴线围绕所述定子轴线进动的情况下围绕所述定子章动;
其中,所述摆盘具有相对于所述定子的最接近的移动点(20),在所述摆盘章动时,所述最接近的移动点围绕所述定子轴线移动;并且
其中,所述永磁体和所述一组电磁线圈被构造成产生了在所述定子与所述摆盘之间具有磁通密度的磁场,在所述摆盘章动时,最高磁通密度位于沿围绕所述定子轴线的角方向在所述最接近的移动点之前的移动位置(34)处。
2.根据权利要求1所述的摆盘马达,其中,所述摆盘马达满足以下至少一者:
在具有最高磁通密度的所述移动位置处将所述摆盘与所述定子之间的最大吸引力(38)施加到所述摆盘;以及
所述一组电磁线圈中的每个电磁线圈均具有线圈轴线(128)并且包括围绕所述线圈轴线形成多个闭合圈(130)的一个或多个导体,每个线圈轴线均定向为与所述定子轴线垂直。
3.根据权利要求1所述的摆盘马达,其中,所述定子包括布置在所述永磁体的下方的定子芯部(104),并且包括围绕所述定子芯部沿圆周分布的一组磁敏感极片(106);并且
其中,所述一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置并且布置在所述定子芯部与所述磁敏感极片之间。
4.根据权利要求3所述的摆盘马达,其中,所述永磁体被构造成产生了沿轴向指向所述摆盘且沿轴向指向所述定子芯部的初级磁场(220)。
5.根据权利要求3所述的摆盘马达,其中,所述一组磁敏感极片中的每个磁敏感极片均被构造成将径向磁场从所述定子芯部或电磁线圈中的一者沿轴向朝向所述摆盘引导。
6.根据权利要求3所述的摆盘马达,其中,所述一组电磁线圈包括第一组电磁线圈(124)和第二组电磁线圈(126);并且
其中,所述第一组电磁线圈中的每个电磁线圈均与所述第二组电磁线圈的相邻一对电磁线圈中的每个电磁线圈沿圆周重叠。
7.根据权利要求6所述的摆盘马达,其中,所述摆盘马达满足以下至少一者:
所述定子芯部被构造成将初级磁场(220)从所述永磁体引导穿过所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的一个或多个并进入所述一组磁敏感极片;以及
所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的每者均被定向为在所述电磁线圈内产生沿径向朝向或远离所述定子轴线被引导的感应磁场(226)。
8.根据权利要求6所述的摆盘马达,其中,所述第一组电磁线圈包括三个内电磁线圈,并且所述第二组电磁线圈包括三个外电磁线圈,所述外电磁线圈布置在所述内电磁线圈与所述一组磁敏感极片之间;并且
其中,所述内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均围绕所述定子轴线跨越大约90度。
9.根据权利要求8所述的摆盘马达,其中,所述一组磁敏感极片包括十二个楔形件;并且
其中,所述内电磁线圈和外电磁线圈中的每者均被构造成将磁场沿径向引导到所述十二个楔形件中的三个楔形件。
10.一种磁性地驱动摆盘马达(10)的方法,该方法包括:
提供布置在摆盘(12)的下方并且具有定子轴线(18)的定子(16),所述定子包括:
永磁体(102);
定子芯部(104),所述定子芯部布置在所述永磁体的下方;
一组磁敏感极片(106),所述一组磁敏感极片围绕所述定子芯部沿圆周分布,所述极片被构造成承载来自所述永磁体的初级径向磁场(220);
第一组电磁线圈(124),所述第一组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组磁敏感极片之间;和
第二组电磁线圈(126),所述第二组电磁线圈围绕所述定子芯部沿圆周布置在所述定子芯部与所述一组磁敏感极片之间;
在所述第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流(170),所述第一电流在第一时间(401)处具有最小电流值(420),在第二时间(402)处具有最大电流值(422),并且在第三时间(403)处具有所述最小电流值,所述第三时间与所述第一时间之差是所述摆盘的整个章动周期(410)的一部分;以及
在所述第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流(172),所述第二电流在所述第二时间处具有所述最小电流值,在所述第三时间处具有所述最大电流值,并且在第四时间(404)处具有所述最小电流值,所述第四时间与所述第二时间之差是所述摆盘的所述整个章动周期的一部分;
其中,所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的一个电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第一组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的另一个电磁线圈与所述第二组电磁线圈的所述一对相邻电磁线圈中的两个电磁线圈沿圆周重叠。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述方法满足以下至少一者:
在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中感应出电流会在所述一组磁敏感极片内产生感应径向磁场(226),所述感应径向磁场(226)在一些磁敏感极片中与来自所述永磁体的所述初级径向磁场对置,由此产生了在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈的各对相邻电磁线圈之前且具有最高磁通密度的区域;以及
其中,提供包括第一组电磁线圈和第二组电磁线圈的定子的步骤包括:为所述电磁线圈中的每个电磁线圈提供线圈轴线(128)和围绕所述线圈轴线形成多个闭合圈(130)的一个或多个导体,每个线圈轴线均定向为与所述定子轴线垂直。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,将所述永磁体构造成在所述定子与所述摆盘之间产生大致平行于所述定子轴线的初级磁场(220),并且其中,在所述第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中感应出电流会在所述定子与所述摆盘之间产生感应磁场(226),所述感应磁场(226)大致平行于所述定子轴线并且在所述摆盘的相对于所述定子的最接近的移动点(20)附近与所述定子和所述摆盘之间的初级轴向磁场对置。
13.根据权利要求10所述的方法,其中,所述第一组电磁线圈包括第一电磁线圈(150)、第二电磁线圈(152)和第三电磁线圈(154);并且在所述第一组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第一电流的步骤包括在所述第一电磁线圈和第二电磁线圈中感应出所述第一电流、在所述第二电磁线圈和第三电磁线圈中感应出第三电流(174)以及在所述第三电磁线圈和第一电磁线圈中感应出第五电流(178);所述第三电流在所述第三时间处具有所述最小电流值,在所述第四时间处具有所述最大电流值,并且在第五时间(405)处具有所述最小电流值;所述第五电流在所述第五时间处具有所述最小电流值,在第六时间(406)处具有所述最大电流值,并且在第七时间(407)处具有所述最小电流值。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述第二组电磁线圈包括第四电磁线圈(160)、第五电磁线圈(162)和第六电磁线圈(164),并且其中所述第四电磁线圈与所述第一电磁线圈和第二电磁线圈沿圆周重叠,所述第五电磁线圈与所述第二电磁线圈和第三电磁线圈沿圆周重叠,并且所述第六电磁线圈与所述第三电磁线圈和第一电磁线圈沿圆周重叠;并且
其中,在所述第二组电磁线圈的一对相邻电磁线圈中的每个电磁线圈中感应出第二电流的步骤包括:在所述第四电磁线圈和第五电磁线圈中感应出所述第二电流,在所述第五电磁线圈和第六电磁线圈中感应出第四电流(176),以及在所述第六电磁线圈和第四电磁线圈中感应出第六电流(180);所述第四电流在所述第四时间处具有所述最小电流值,在所述第五时间处具有所述最大电流值,并且在所述第六时间处具有所述最小电流值;所述第六电流在所述第六时间处具有所述最小电流值,在第七时间(407)处具有所述最大电流值,并且在第八时间(408)处具有所述最小电流值。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述第一电流、第二电流、第三电流、第四电流、第五电流和第六电流中的每者均根据正弦函数的一半从所述最小电流值变化到所述最大电流值并且返回到所述最小电流值。
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