CN1934370B - 磁驱动的运动控制装置以及相关的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种***，包括磁驱动的旋转运动控制装置，后者包括限定出腔体(184)并包括可动环形带(187)的第一壳体部件(183)。第二可动部件(181)位于该腔体(184)中并且相对于该壳体(183)可动。磁场发生器使得可动环形带压靠可动部件以产生摩擦力。

Description

磁驱动的运动控制装置以及相关的***和方法

技术领域

本发明涉及磁驱动的运动控制装置。更具体而言本发明涉及根据产生的磁场改变在第一部件和第二部件之间的接触压力的磁驱动的运动控制装置。

背景技术

诸如磁力控制的阻尼件或支承件的磁驱动的运动控制装置提供例如由所施加磁场的大小控制的阻尼的运动控制。磁力控制阻尼件领域内的大部分形式集中于电流变(ER)或磁流变(MR)阻尼件。这两种阻尼装置采用的原理是特定流体与所施加电场或磁场成比例地改变粘性。因此，用流体所实现的阻尼力通过控制所施加场进行控制。ER和MR阻尼件的例子分别在美国专利5018606和5384330中进行论述。

MR流体具有高屈服强度和粘性，因此能够产生比ER流体更大的阻尼力。此外，MR流体可容易地用简单低压电磁感应线圈产生的磁场进行触发。因此，使用MR流体的阻尼件已经变得比ER阻尼件更为优选。

由于ER和MR流体阻尼件还包括流体阻尼，该阻尼件必须用精密阀和密封件制造。特别是，这种阻尼件通常需要不很容易制造和组装的动态密封和柔软容积(compliant containment)。此外，流体型阻尼件能具有使制造和组装更为复杂的显著的“断开状态”作用力。断开状态作用力参见那些当阻尼件非激励时阻尼件中工作的作用力。

上文描述了现有装置和方法中存在的已知限制。因此很显然，提供旨在克服一个或多个上述限制的替换例将是有利的。因此，将提供包括以下更完全公开的特征的适当替换例。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种磁驱动的运动控制装置。磁驱动的运动控制装置包括壳体、可动部件、以及位于壳体或可动部件上的磁场发生器。由场发生器施加的磁场导致壳体压靠可动部件从而提供摩擦阻尼。

本发明包括磁驱动的运动控制装置。该磁驱动的运动控制装置优选包括限定出腔体的第一壳体部件，该第一壳体部件包括可动挠性环形带。磁驱动的运动控制装置最好包括定位在第一壳体部件中的第二部件，该第一壳体部件相对于该第二部件可动，磁场发生器位于该第二部件上。磁场发生器使得可动挠性环形带压靠该第二部件以产生摩擦阻尼，其中所述第一壳体部件包括开口，并且其中所述可动环形带延伸穿过第一壳体部件开口。在一个优选实施例中，第二部件是具有中心轴线的定子，该定子和第一壳体绕中心轴线可相对旋转。优选地，该壳体环绕该第二部件，而该壳体绕该第二部件可相对旋转。

本发明包括磁驱动的运动控制装置。磁驱动的运动控制装置优选包括限定出腔体的第一壳体部件，该第一壳体部件包括可动挠性环形带。磁驱动的运动控制装置最好包括位于第一壳体部件腔中的第二部件。该第二部件相对于该第一部件可动，而磁场发生器位于该第二部件上。磁场发生器使得可动挠性环形带压靠第二部件以产生摩擦阻尼。在优选实施例中，第二部件是具有中心轴线的定子，该定子和第一壳体绕中心轴线可相对旋转。优选地，该壳体环绕该第二部件，而该第二部件在该固定壳体中可相对旋转。优选地，该第一壳体部件及其可动挠性环形带是旋转固定的，而第二内部部件定子在该第一壳体部件及其可动挠性环形带中旋转。

本发明包括磁驱动的运动控制装置，该运动控制装置包括第一壳体部件，该第一壳体部件包括形成在其中的腔体并包括可动环形带，所述第一壳体部件包括开口，并且所述环形带包括凸耳端，所述凸耳端延伸穿过所述第一壳体部件开口；和设置在该腔中的第二部件；以及至少一个安装以导致可动环形带向着该第二部件移动并从而挤压该第二部件的磁场发生器。在优选实施例中，该第一壳体部件具有外周边并包括轴，且该腔用于在该外周边和该轴之间接收该第二部件。

本发明包括控制在壳体和第二部件之间相对运动的方法。该壳体具有环形带，该壳体和环形带相对于该第二部件可动，并且该壳体限定出该第二部件所在的腔。本发明包括以下步骤：

制造具有开口的壳体部件；

为所述环形带提供凸耳端；

将所述环形带设置在所述壳体部件和所述第二部件之间，且所述凸耳端延伸进入所述壳体部件开口；

提供一个磁场发生器；

由磁场发生器产生磁场，和

根据产生的磁场使环形带压靠该第二部件，其中所述凸耳端控制该壳体和第二部件之间的相对运动。

本发明包括控制在壳体和旋转的第二部件之间相对运动的方法。该壳体具有环形带，且该壳体和环形带旋转固定。优选地，该第二部件相对于该壳体和环形带旋转可动，且该壳体限定出该第二部件所在的腔。本发明包括产生磁场和根据产生的磁场使环形带压靠该旋转的第二部件。

本发明包括带有磁驱动的运动控制装置的***。该***的运动控制装置具有摩擦接合环形定子以控制该***之旋转的环形带。优选地，该磁驱动的运动控制装置耦连于带有手轮的轴，而该环形定子或壳体相对于该轴可旋转。在优选实施例中，手轮由控制按钮组成。优选地，该***包括追踪旋转的旋转传感器并且由定子产生的磁场使环形带移动以产生旋转终点挡止件(end stop)。

本发明包括带有主体和门的车辆。该门由铰链附接于该主体框架。本发明包括安装在该门和主体之间以磁力控制门相对于主体之运动的磁驱动的运动控制装置的壳体。第二部件定子被容纳在该壳体内部的腔中。旋转位置传感器安装于壳体以感应该装置与铰链的旋转。该第二部件定子具有中心轴线，而该定子和壳体绕该中心轴线可相对旋转。优选地，该壳体包括沿中心轴线定向的轴，该轴直接耦连于铰链的旋转轴。在优选替换例中，该壳体包括沿中心轴线定向的轴，该轴间接耦连于铰链的旋转轴。在优选实施例中，该壳体及其可动环形带旋转固定，而该第二部件定子旋转被容纳在该壳体腔中从而该第二部件内部定子相对于固定壳体旋转，该可动环形带被磁驱动从而与该旋转的第二部件内部定子接触以控制该第二部件内部定子以及门相对于车身的转动。

本发明包括磁驱动的旋转运动控制装置，包括：包括形成在其中的腔体并包括可动环形带的第一壳体部件，所述第一壳体部件包括开口，且所述环形带包括凸耳端，所述凸耳端延伸穿过所述第一壳体部件开口；设置在该腔体中的第二部件，所述第二部件具有外圆周，所述可动环形带环绕所述第二部件外圆周的至少百分之七十；以及至少一个磁场发生器，它被安装以使得所述可动环形带向着所述第二部件移动并从而挤压所述第二部件的。

本发明包括主体框架以及门，该门由铰链附接于主体框架和带有限定出腔体的第一壳体部件的磁驱动的运动控制装置。该第一壳体部件包括可动环形带和位于所述第一壳体部件腔中的第二部件，且该第二部件相对于该第一壳体部件可动。该第二部件包括磁场发生器，该磁场发生器导致可动环形带压靠该第二部件以产生摩擦阻尼，该磁驱动的运动控制装置被安装以控制门相对于主体框架的位置。在优选实施例中，该壳体及其可动环形带旋转固定，而该第二部件定子旋转被容纳在该壳体腔中从而该第二部件内部定子随着门相对主体框架在铰链处的运动而相对于固定壳体旋转，该可动环形带被磁驱动从而与该旋转的第二部件定子接触以控制第二部件内部定子的旋转以及门相对于车身框架的运动。

根据本发明的另一方面，提供一种传感器，用于感应可动部件相对于磁力控制阻尼件固定部件的位置。该传感器包括固定于固定部件的第一部件、耦连于可动部件的第二部件，从而该第一部件和第二部件的相对位置与可动部件与固定部件的位置有关。上文及其它方面在结合所附附图时将从本发明的下列详细说明中变得更为明白。

附图说明

本发明的目的和益处将通过阅读下列结合附图的详细说明而被理解，其中：

图1A-1B显示了本发明的实施例。

图2是在力反馈方向盘中用作旋转制动器的本发明实施例的侧面简图。

图3是采用本发明的实施例作为旋转制动器的计算机点击设备的示意性侧面剖视图。

图4是采用本发明的实施例作为制动器起作用的力反馈方向盘的示意性侧面剖视图。

图5A-5D显示了本发明的实施例。

图6A-6D显示了本发明的实施例。

图7A-7C显示了本发明的实施例。

图8A-8B显示了本发明的实施例。

图9A-9B显示了本发明的实施例。

图10A-10C显示了本发明的实施例。

图11A-11D显示了本发明的实施例。

图12A-12F显示了本发明的实施例。

具体实施方式

为了更透彻地理解本发明，下列详细描述参考附图进行，其中对本发明的示例性实施例进行图解和描述。

本发明涉及传统MR流体运动控制装置的磁驱动替换例。根据本发明的磁驱动的运动控制装置可被用作线性或旋转的阻尼件、制动器、可锁支承件或定位装置。本发明虽不包含MR流体，但提供由所施加磁场的大小进行控制的库仑或摩擦阻尼可变等级。

与MR或ER流体装置相反，根据本发明的磁驱动的运动控制装置容易制造并且成本相对较低。根据本发明的磁驱动的运动控制装置还允许元件之间非常宽松的机械公差配合。此外，根据本发明的磁驱动的运动控制装置无需流体型阻尼件所需要的动态密封或柔软容积部件，并且因此相对容易制造和组装。此外，根据本发明的磁驱动的运动控制装置具有特别低的断开状态作用力，这在断开状态和最大阻尼力之间提供了宽动态范围。

优选地，第一部件壳体内表面的环形带以大约与所施加磁场的大小成比例的法向力挤压第二部件的外表面。因此，该带用于挤压第二部件从而抵抗在壳体与第二部件之间的相对运动。通常，所施加磁场的大小与供给至线圈的电流成比例。阻尼力因此依赖于在壳体内表面与第二部件外表面之间的摩擦系数以及这些表面之间的法向力，该法向力取决于流过线圈的电流所产生的磁场。

本发明允许适应壳体与第二部件之间非常宽松的机械公差配合。由于本发明无需动态密封或柔软容积部件，它提供特别低的断开状态作用力并且容易制造和组装。

本发明特别适用于制造低成本大体积的阻尼件。根据本发明的磁驱动的运动控制装置的其它应用包括用作例如复印机或打印机的控制设备内部例如输纸机构的机械部件的旋转制动器。根据本发明的磁驱动的运动控制装置的另外的应用包括用作半活性控制元件的阻尼件。根据本发明的磁驱动的运动控制装置还可用作门的自动锁或锁定机构。还有其它应用包括练习设备、复原设备、驾驶盘、控制按钮手轮、地震结构控制阻尼件、航空半活性控制装置、机床夹固装置、汽车的门、车辆中的门铰链和门、汽车中的运动控制等。根据本发明的磁驱动的运动控制装置还可用于触觉领域。触觉领域包括用在计算机***设备中的装置，例如力反馈方向盘、控制按钮、可编程制动器、可编程终点挡止件、计算机点击设备和用于游戏及其它软件的驾驶盘。这一领域还包括工业力反馈机构，例如电线掌舵的车辆上的方向盘和旋转仪表控制按钮。

还有另一种应用是结合气压或液压致动器使用本发明的实施例以获得精确的位置和速度控制。本发明包括在壳体和带有磁驱动环形指状带的第二部件之间控制相对运动的方法。流经线圈177的电流产生将环形指状带187拉向第二部件181的磁场。出于此目的，壳体环形指状带187由一种会被磁场吸引的材料形成。其例子包括但不局限于钢及其它铁合金。流经线圈177的电流量大致正比于所产生磁场的大小。因此，流经线圈177的电流控制可用于控制在壳体环形带指187的内表面与第二部件181的外表面之间的法向力或压力，从而控制阻尼件的阻尼效果。

在本发明的一些应用中，理想的是具有大部分时间施加而仅短期内切断阻尼的磁场，从而具有这样的阻尼力。这可通过为***添加一个或多个永磁体来实现。永磁体可用在阻尼件中从而该阻尼件处于其接通状态并且当无电流施加于电磁线圈时该壳体的环形带压靠该第二部件。当电流被施加时电磁线圈用于取消永磁体的磁场以逐渐切断该阻尼件。

本发明的运动控制装置的实施例在图1A-1B中描述。图1A显示了根据本发明的旋转实施例的组装例，其某些部分被拆去以显示一些内部元件。图1B显示了局部分解了的图1A所示实施例。在本实施例中，缠绕中心钢质绕线筒179的线圈177形成环形定子181。定子181位于由壳体183限定的腔184内部并相对于壳体183旋转。当磁场被激励时壳体183的高挠性环形带187允许在定子181与壳体环形带187之间接触。轴承188被包括在定子181中以支承壳体183随着轴190旋转。轴承188使得环形壳体与轴190绕环形定子181旋转。如图1B所示，第二部件环形定子181被容纳在第一壳体部件的外周边507与内部轴190之间的腔体184中。如图1A所示，壳体环绕被容纳在绕轴190的腔体内的定子181，环形带187具有环形指状带自由端501。当来自电源118的电流用线圈177产生磁场时，柔性环形带187可运动成为与环形定子181的外周边表面摩擦接触。带有绕线筒和缠绕线圈的环形定子181的磁场发生器产生磁场，该磁场向内拉环形带187并使其摩擦接触以产生在壳体与定子之间相对旋转的摩擦阻尼。

当第二部件的磁驱动部或定子的外表面与钢质壳体环形带的内表面直接接触时，根据本发明的阻尼件产生强大的库仑压力。在本发明的一些应用中，理想的是绕壳体的外侧设置一层如图5D所示示例性装置上可见的声学阻尼材料或吸声泡沫189。这种隔声材料189将用于衰减任何可能由金属壳体部件抵靠金属第二部件移动所产生的高频挤压声、摩擦声或碰撞声。这种附加隔音材料的理想特性依赖于许多因素，包括：壳体的实际厚度；壳体的共振特性；壳体与第二部件之间配合的宽松度，以及零件在装置使用期间的校准。还可以添加润滑剂(油脂或油)从而在断开状态下装置的各部分可流畅地相对于彼此滑移。适当的隔音材料189对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。

类似的安静化效果可通过为第二部件或定子的摩擦表面或者壳体环形带的内表面添加中间增摩层来获得。这种材料的例子可以是例如聚乙烯或尼龙的聚合物薄层、或者是如常用于车辆离合器和制动器的合成摩擦材料。这一摩擦层消除了金属对金属的接触并减少长期磨损。然而，这一摩擦材料层的存在总的来说使得磁路的效率降低。除非摩擦材料具有像低碳钢那样的高磁导率，否则它将显著增加磁路的磁阻并且当阻尼件处于接通状态时降低阻尼力的值。

根据本发明的另一实施例，磁力控制阻尼件还可包括一体的位置传感器。根据本发明包括位置传感器的阻尼件的示例性实施例显示在图2-4、10-11中，优选采用旋转位置传感器，例如旋转电位计或旋转光学编码器，该旋转传感器被安装以感应该装置的可旋转部件相对于该装置的固定不转部件的位置特征，从而提供旋转运动控制装置的相对旋转信息。在实施例中，旋转位置传感器是旋转电位计。在实施例中，旋转位置传感器是旋转的光学编码器。传感器的一个例子是Panasonic旋转电位计(型号EVA-JQLR15B14，Matsushita电工(美国Panasonic)，美国纽约，发行商包括Digikey和Newark电子)。可选或附加于用传感器测量位移，该传感器可用于测量壳体183和第二部件181的相对速度和加速度。此外，该传感器可以是速度传感器或加速度计。用于判读来自传感器的信号的装置，例如带有存储器的通用目的计算机，与传感器的电气连接点202电气连通。该计算机还具有在存储器中基于传感器发送的电信号确定相对位置、速度或加速度，并存储该一个或多个参数之数据表达的逻辑电路。除可变电阻传感器之外，其他传感装置可替换采用，包括可变电感传感器、可变电容传感器、光学编码器、折弯或弯曲传感器等，这些全都位于本发明的精神和范围之内，并且用于测定第二部件和壳体之间的相对速度、加速度以及相对位置。

根据本发明的磁驱动的运动控制装置用于许多应用领域。本发明装置的示例性应用是汽车、卡车、或其他车辆的旋转运动控制领域。

本发明包括触觉领域中旋转运动控制装置的应用，为操作者提供触觉力反馈。图2描述了采用旋转运动控制阻尼件263的力反馈方向盘261。这种装置还可用于例如小汽车、卡车、小巴士和叉式升降机的车辆上的“电线操纵”及其他触觉控制机构。本发明还用于计算机游戏中，如响应于游戏中虚拟动作的力反馈方向盘。在图2所示的例子中，阻尼件263耦连于旋转位置传感器265从而该阻尼件可耦连于方向盘的位置。在图11所示例子中，力反馈旋转控制按钮手轮261可具有可编程终点挡止件，其旋转位置传感器用控制按钮的终点挡止件感应转子的位置，然后通过产生磁场而被产生，并进一步阻止旋转方向内的按钮旋转。

本发明还可用作计算机内部点击设备的小型可控摩擦制动器，例如图3所示计算机鼠标267。该鼠标267包括与y向驱动小齿轮271以及x向驱动小齿轮273滚动接触的鼠标球269。该驱动小齿轮271、273每个都分别耦连于回转运动控制装置279的y向编码器轮275和x向编码器轮277。每个编码器轮275、277被定位从而使得旋转穿过编码器传感器280。编码器轮的旋转由各自的编码器进行感应，该编码器通过小齿轮271、273发送那些表现鼠标球273在x-y平面内的运动的电信号。

本发明还被用于提供如图4所示的活性力反馈方向盘281。在这一应用中，旋转运动控制装置的一对离合器283、285被用于选择性地将方向盘281耦连于或顺时针旋转或逆时针旋转的壳体287、289。在离合器组件中，定子和壳体均可旋转，并且可相对于彼此旋转。电机291通过小齿轮传动293耦连于顺时针和逆时针方向的壳体287、289。从方向盘伸出的轴295穿过壳体289并分别耦连于旋转运动控制装置离合器283、285的定子297、299。轴295在该轴穿过壳体287、289的地方可包括轴承或其它类似的结构以允许在该轴与壳体之间的相对旋转运动。旋转位置传感器298耦连于轴295的端部以检测方向盘281的旋转。定子297、299提供与壳体的环形带接触面301、303之间沿顺时针和逆时针方向的摩擦阻尼。因此，方向盘281实际上可受到规定量作用力的压迫而在两个方向内回转，而根本的驱动源只是个简单的单向电机291。

根据本发明的磁驱动的运动控制装置的实施例包括接触该磁力控制运动控制装置的各部件例如壳体和第二部件的支承元件，并在运动控制装置处于其切断状态时提供该部件之间的平滑相对运动。

如之前解释的，例如线圈的磁场发生器可被安装于壳体或第二部件中一个上，壳体或第二部件中的另一个包括用于可磁力控制的摩擦接合的挠性环形带。在壳体与第二部件之间提供平滑运动很重要的情形的例子是当本发明的实施例被用作铰链型车门中的锁闭机构时。在图10所示例子中，汽车447包括主体449和在铰链453上相对于主体449摆动的门451。操作者可通过激活开关455将门451锁定在任何位置，该开关为磁场发生器赋予能量以使得第二部件和壳体彼此压靠在一起，从而将门保持在适当位置。旋转运动控制装置被用于将车门保持在适当位置并用环形带对定子进行磁驱动从而控制门相对于车体的运动。旋转运动控制装置用于控制铰链的旋转运动。轴190可直接耦连和连接于旋转铰链部件或间接耦连于例如如图10C所示的啮合齿轮。旋转位置传感器最好用于感应铰链和控制装置的旋转运动。

本发明包括磁驱动的运动控制装置。磁驱动的运动控制装置优选地包括限定出腔体的第一壳体部件，该第一壳体部件包括可动挠性环形指状带。磁驱动的运动控制装置最好包括定位在第一壳体部件中的第二部件，该第一壳体部件相对于该第二部件可动，磁场发生器位于该第二部件上。磁场发生器使得可动挠性环形带压靠第二部件以产生摩擦阻尼。在优选的实施例中，第二部件是具有中心轴线的定子，该定子和第一壳体绕中心轴线可相对旋转。优选地，该壳体环绕该第二部件，该壳体绕该第二部件可相对旋转。优选地，可动柔性环形带具有用于附接于第一壳体部件的凸耳端。在实施例中，该可动挠性环形带具有自由端以及附接于该第一壳体部件的附接末端，优选地，该附接末端由凸耳端组成。在一个实施例中，可动挠性环形带具有第一凸耳端和第二凸耳末端。

磁驱动的运动控制装置优选地包括限定出腔体184的第一壳体部件183，该第一壳体部件包括可动挠性环形带187。磁驱动的运动控制装置最好包括定位在第一壳体部件腔体184中的第二部件181，该第一壳体部件183相对于该第二部件可动，磁场发生器177位于该第二部件上。优选地，该第二部件181是由中心绕线筒179和缠绕绕线筒的线圈177形成的磁场发生器定子，从而当电流从电源118供给至线圈时产生磁场。磁场发生器使得可动挠性环形带187压靠该第二部件181以产生摩擦阻尼。在优选的实施例中，第二部件181是具有中心轴线182的定子，该定子和第一壳体绕中心轴线182可相对旋转。优选地，该壳体183环绕该第二部件181，该壳体绕该第二部件可旋转。在实施例中，可动挠性环形带187具有自由端501和附接于该第一壳体部件183的附接末端503。优选地，该第一壳体部件包括狭槽开口185。在优选实施例中，可动环形带187用至少一个凸耳端503延伸穿过第一壳体部件开口185。优选地，该可动环形带是环绕定子181的环形带187。在实施例中，可动挠性环形带187具有自由端501和第二末端503。优选地，该末梢第二端503由凸耳组成，且该末梢第二端凸耳延伸穿过该开口狭槽185。如图8A和9A所示，当运动控制装置用来控制一个旋转方向内的运动时，这种带有自由端501和凸耳端503的运动控制装置是优选的。如图8B和9B所示，当运动控制装置用来控制两个旋转方向内的运动时，这种带有第一凸耳端503和第二凸耳端503的运动控制装置是优选的。优选地，该端部凸耳可动容纳在开口狭槽中，在该开口狭槽中该端部凸耳是可动的。环形带187随着壳体183旋转。优选地，该环形带187随环形壳体盖183旋转，该环形带由壳体例如由壳体的狭槽185拉转。在如图5-12所示的优选实施例中，环形带187是磁性的并且带有转子轴190的该转子壳体盖183优选非磁性。优选地，该环形带环绕定子181的外圆周的至少70％、更优选至少80％、更优选至少90％、最优选至少95％。当磁场未由磁场发生器产生时，可动环形带187和第二部件181之间的空隙允许第一壳体183与第二部件181之间无摩擦阻尼的相对运动以及该壳体环形带与第二部件之间的接触。优选地，当磁场未由磁场发生器定子线圈产生时，该可动环形带187带着存在于该可动环形带与第二部件之间的间隙505而环绕该第二部件181。优选地，该第一壳体部件由具有转子盖外周边507和转子盖内部轴190的转子盖组成，该第二部件181被容纳在转子盖外周边507与转子盖内部轴190之间的腔体184中。优选地，第一壳体部件183具有内部轴190和用于接收该第二部件181的腔体184，该第二部件定子被容纳在该环形带187与内部轴之间的腔体中。优选地，该第一壳体部件内部轴190用轴承188从该第二部件181分开。优选地，该可动环形带187是大致环绕外圆周定子181的环形带。第二部件环形定子的外圆周用于与壳体183的环形带187接触。

本发明包括磁驱动的运动控制装置，该控制装置包括第一壳体部件，该第一壳体部件包括形成在其中的腔体并包括可动环形带；以及设置在该腔中的第二部件；以及至少一个安装以使得可动环形带向着该第二部件移动并从而挤压该第二部件的磁场发生器。在一个优选实施例中，该第一壳体部件具有外周边并包括轴，且该用于接收该第二部件的腔在外周边和轴之间。

第一壳体部件183具有外周边507和内部轴190，并提供用于接收第二部件环形定子181的腔体184。当可动环形带187被由定子产生的磁场磁力吸引时，它与该第二部件定子181摩擦接合。优选地，该第一壳体部件是转子盖，优选带有转子盖内部轴的转子盖。优选地，该第一壳体部件内部轴190用至少一个轴承188从该第二部件定子181分开。该定子181具有中心轴线182并且优选包括中心钢质绕线筒179和用于产生磁场的缠绕线圈177。产生的磁场将环形带187拉至与环形定子外圆周接触。

本发明包括一种控制在第一壳体和第二部件之间相对运动的方法，该壳体具有相对于第二部件可动的环形带，并且该壳体限定出第二部件所处的腔体。本发明包括产生磁场和根据产生的磁场使环形带压靠该第二部件。

本发明包括一种控制在具有环形带187的第一壳体183和第二部件181之间相对运动的方法，该第二部件相对于该壳体和环形带可动，并且该壳体183限定出第二部件所处的腔体184。本发明包括产生磁场和根据产生的磁场使环形带187压靠该第二部件181。优选地，该第二部件181是包括绕线筒179和线圈177的环形定子。优选地，该壳体183包括轴190。优选地，该环形带187可磁力穿透，其中产生磁场包括从电源118供给电流至线圈以向着环形定子吸引环形带。优选地，该环形带187由被磁场吸引的材料形成，并且能够传送一定的磁通量。优选地，该方法包括通过在定子和轴之间的轴承相对于壳体旋转定子。使环形带187压靠第二部件包括绕环形定子压缩环形带。优选地，该环形带187是带有挠性链的挠性环形带。在优选实施例中，环形带187是沿外圆周带有挠性链切口509的切口环形带，优选该环形带的挠性链切口509与中心轴线182平行对准并垂直于旋转方向。如图6A-6B所示，环形带187包括与中心轴线182平行校准并垂直于旋转方向的外圆周挠性链切口509，以保证环形带挠性和环形带与第二部件在磁场产生时的摩擦接合。在优选实施例中，本发明包括提供环形带187，后者带有多个沿环形带187的圆周方向间隔设置的挠性链509。在如图6C-6D所示的实施例中，环形带187包括位于磁性环形带段511之间的挠性链509。磁性环形带段511优选为钢段，在磁场产生时它们被向内朝第二部件吸引，多个磁性环形带段511与挠性链509连接在一起以形成可磁驱动的可动环形带187。如图6D中可磁驱动的可动环形带187的视图中可见，挠性链509形成包含和定位多个磁性环形带段511的网状带，例如由挠性塑料带形成的环形带，可磁力附接的钢质磁性环形带段511附接在挠性链509之间，例如环形带段511粘着、压合或模制在该带中。在实施例中，环形带链509包括模制的塑料带，带有接收磁性环形带段511的插口并且绕环形带187包含和定位该磁性钢质环形带段511以形成在磁场产生时摩擦接合该第二部件的可磁驱动的可动环形带。

本发明包括带有磁驱动的运动控制装置的***，其中环形带187摩擦接合环形定子181以控制该***的旋转运动。优选地，磁驱动的运动控制装置耦连于带有手轮的轴，而该环形定子或壳体相对于该轴可旋转。在优选实施例中，手轮和轴由控制按钮组成。优选地，该***包括用来追踪旋转运动的旋转传感器193。基于该传感器的输出，磁场由定子181产生以移动环形带187，从而产生旋转终点挡止件。

本发明包括车辆447，后者包括主体449和门451。该门451由铰链453附接于该主体框架449。本发明包括安装在该门451和主体449之间以磁力控制该门451相对于主体451运动的磁驱动的运动控制装置壳体183。第二部件定子181被容纳在该壳体183内部的腔184中。旋转位置传感器193安装于壳体183以感应该装置与该铰链的旋转运动。该第二部件定子181具有中心轴线182，该定子和所述第一壳体183绕该中心轴线可相对旋转。

本发明包括车辆447，后者包括主体框架449和门451。该门451由铰链453附接于该主体。本发明包括磁驱动的运动控制装置，后者包括限定出腔体184的第一壳体部件183。该第一壳体部件183包括可动环形带187并且第二部件181被定位在该第一壳体部件的腔体184中，第二部件181相对于该第一壳体部件183可动并且包括导致可动环形带187压靠该第二部件181以产生摩擦阻尼的磁场发生器，所述磁驱动的运动控制装置被安装以控制门451相对于主体449的位置。优选地，该可动环形带187是大致环绕第二部件的环形带。优选地，第二部件是具有中心轴线182的定子，并且包括绕线筒179和线圈177，优选该定子是具有外圆周的环形定子。

本发明包括主体框架449以及门451，该门由铰链453附接于主体框架449和带有限定出腔体184的第一壳体部件183的磁驱动的运动控制装置。该第一壳体部件183包括可动环形带187和位于所述第一壳体部件的腔体184中的第二部件181，且该第二部件相对于所述第一壳体部件可动。该第二部件181包括磁场发生器，该磁场发生器导致可动环形带187压靠该第二部件181以产生摩擦阻尼，该磁驱动的运动控制装置被安装以控制该门451相对于主体框架449的位置。

本发明包括磁驱动的旋转运动控制装置，后者包括第一壳体部件183，该第一壳体部件包括形成其中的腔体184并包括带有多个挠性链509的可动环形带187。该磁驱动的旋转运动控制装置包括设置在该腔体184中的第二部件181，以及至少一个磁场发生器，该磁场发生器被安装以使得所述可动环形带187向着所述第二部件181移动从而挤压所述第二部件。优选地，该第二部件181由包括至少一个磁场发生器的定子组成，该定子181具有缠绕中心绕线筒179的线圈177，从而穿过线圈177的电流产生向着第二部件定子181吸引可动环形带187的磁场。优选地，该可动环形带187的挠性链509沿该环形带的长度间隔分布。优选地，该定子181是环形定子，该定子具有外圆周并且该可动环形带187环绕该第二部件定子外圆周的至少百分之七十。

本发明包括磁驱动的旋转运动控制装置，后者包括第一壳体部件183，该第一壳体部件包括形成其中的腔体184并包括可动环形带187。磁驱动的旋转运动控制装置包括具有外圆周并设置在腔体184中的第二部件181，该可动环形带187环绕该第二部件外圆周的至少百分之七十。该磁驱动的旋转运动控制装置包括至少一个磁场发生器，后者被安装以使得所述可动环形带187向着所述第二部件的外圆周移动从而挤压所述第二部件181。优选地，该第二部件181由包括至少一个磁场发生器的定子组成，该定子181具有缠绕中心绕线筒179的线圈177，从而穿过线圈177的电流产生向着第二部件定子181吸引可动环形带187的磁场。优选地，该可动环形带环绕该第二部件外圆周的至少百分之八十。优选地，该可动环形带环绕该第二部件外圆周的至少百分之九十。优选地，该可动环形带环绕该第二部件外圆周的至少百分之九十五。优选地，该可动环形带187是带有挠性链509的环形带。

本发明包括触觉***，它包括用可编程虚拟坚固终点挡止件为操作者提供触觉力反馈的控制按钮261。如图11A-11D所示，该磁驱动的旋转运动控制装置提供触觉控制按钮261，该旋转控制手轮按钮的触觉力反馈包括可编程虚拟坚固挡止件。控制按钮***包括第一部件的可动环形带187和第二部件基座515，所述控制按钮261相对于该基座可旋转。该控制按钮***包括旋转传感器265，后者被定位以感应所述可旋转控制按钮261相对于基座515的位置特征。基座515包括环形定子181，后者用于产生磁场以使得可动环形带187压靠该第二部件定子基座从而产生摩擦阻尼以抑制控制按钮261相对于固定底座的旋转。优选地，该定子基于传感器265感应到的旋转控制按钮261的位置特征而产生磁场。优选地，传感器265由光学编码器组成，优选带有每转(360°的整圈)至少100个代码位置的分辨率的高分辨率光学编码器，优选带有每转至少150个代码位置的分辨率，例如Grayhill公司的高分辨率微型光学编码器的63Q和63T系列(Grayhill公司，561 HillgroveAvenue，LaGrange，IL60525-5997，美国)。如图11所示，该传感器265感应控制按钮261的旋转位置和旋转运动，电流受控地供给至线圈177以产生将第一部件环形带187拉向与第二部件定子181接触的磁场，从而提供关于控制按钮261相对于基座的旋转的触觉反馈，该基座包括制动件和控制按钮的坚固挡止件。

本发明包括磁驱动的旋转运动控制装置。如图12所示，该磁驱动的旋转运动控制装置包括第一壳体部件183，该第一壳体部件包括形成其中的腔体184并包括可动环形带187。该磁驱动的旋转运动控制装置包括设置在该腔体184中的第二部件181。该第二部件181包括永磁体330。该永磁体产生吸引磁场，用于将所述环形带可动环形带187吸引至与所述第二部件181摩擦接触以抑制所述第一部件183与所述第二部件181之间的旋转运动。该磁驱动的旋转运动控制装置最好包括可调节的磁场产生线圈177，该可调节的磁场产生线圈177产生可调节的磁场，它抵消该永磁体吸引磁场以保证环形带可动环形带187的收缩并抑制它与所述第二部件181的摩擦接触。在实施例中，该永磁体330是环形磁铁，该环形磁铁对准该环形带187。在实施例中，多个盘状永磁体330绕无磁性的隔离环间隔分布，该隔离环对准该环形带187。永磁体330保证大多数时间具有吸引磁场，从而保证阻尼力，而仅在短时间内切断阻尼。该永磁体被定位和应用在旋转运动控制阻尼件中，从而当无电流施加于电磁线圈177时该阻尼件处于其接通状态，且如图12A和12D所示该第一部件壳体的可动环形带187压靠该第二部件181。如图12F所示，当电流被施加而逐渐切断阻尼件时，该电磁线圈177用于抵消永磁体的场。图12D显示了仅由于永磁体而产生的磁场和磁通量。图12E显示了仅由于电磁线圈而产生的磁通量。图12F显示了永磁体的磁通量与线圈穿过环形带可动环形带187的磁通量抵消后的净磁通量。优选地，该第二部件181是具有外圆周的环形定子，并且该可动环形带187是环形带并环绕该第二部件定子外圆周的至少百分之七十。在优选实施例中，该可动环形带187包括多个挠性链509。如图12所示，该第二部件181包括钢芯、钢杆和辅助的间隙中无磁性隔离件。该第一部件壳体183包括无磁性转子盖和轴，该第一部件壳体183和第二部件181通过套筒轴承可绕中心轴线182相对旋转，该组件用大圆周的外电线挡圈和小圆周的内挡圈固定在一起。永磁体330最好是定位在非磁性隔离盘中的多个盘状永磁体，多个隔离开的永磁体产生吸引磁场以将所述环形带可动环形带187吸引至与所述第二部件181摩擦接触。在可选的优选的实施例中，该永磁体330是环形永磁体，它产生吸引磁场以将所述环形带可动环形带187吸引至与所述第二部件181摩擦接触。该永磁体330将可动环形带187吸引至摩擦接触以抑制第一部件壳体183与第二部件181之间的旋转运动。该线圈177提供用于抵消该可动环形带187的这种吸引的装置，以保证第一部件壳体183与第二部件181之间的旋转运动。

本发明已经参考示例性实施例进行了描述。然而，显而易见的是本领域技术人员能够用上述之外的特定形式来补充本发明而不脱离本发明的精神。该示例性实施例是描述性的，无论如何都不会被认为是限制性的。本发明的范围由所附权利要求给定而非前述说明，并且所有的变形和等效方式将落入权利要求意欲包含的范围之内。

Claims (61)

1.磁驱动的运动控制装置，包括限定出腔体的第一壳体部件，所述第一壳体部件包括可动环形带；定位在所述第一壳体部件的腔体中的第二部件，所述第一壳体部件相对于所述第二部件可动；以及位于所述第二部件上的磁场发生器，所述磁场发生器使得所述可动环形带压靠所述第二部件以产生摩擦阻尼，其中所述第一壳体部件包括开口，并且其中所述可动环形带延伸穿过第一壳体部件开口。

2.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件具有中心轴线，所述第二部件和所述第一壳体绕所述中心轴线可相对旋转。

3.如权利要求2所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述壳体环绕所述第二部件，所述壳体绕所述第二部件可相对旋转。

4.如权利要求2所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述壳体环绕所述第二部件，所述第二部件在所述壳体中可相对旋转。

5.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，所述装置具有中心轴线，所述第一壳体部件和所述第二部件绕该中心轴线可相对旋转。

6.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带具有自由端。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一壳体部件开口包括第一狭槽。

8.如权利要求7所述的装置，所述可动环形带具有凸耳端，所述凸耳端延伸穿过所述第一狭槽。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述可动环形带具有第二凸耳端，所述第二凸耳端延伸穿过所述第一狭槽。

10.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带环绕所述第二部件。

11.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带由具有多个挠性链的环形带组成。

12.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，当磁场未由所述磁场发生器产生时在所述可动环形带与所述第二部件之间存在间隙。

13.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件由外周边和内部轴组成，所述第二部件被容纳在所述外周边与所述内部轴之间的腔体内。

14.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件由内部轴组成，所述第二部件被容纳在所述环形带与所述内部轴之间的腔体内。

15.如权利要求14所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件的内部轴通过轴承与所述第二部件分开。

16.如权利要求15所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件由具有中心轴线的定子组成，所述定子包括绕线筒和线圈。

17.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件具有外表面并且可动环形带具有内表面，并且其中该装置还包括在所述外表面和所述内表面之间的增加摩擦的材料。

18.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中润滑剂提供在所述第二部件和壳体之间。

19.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中磁场发生器包括至少一个线圈。

20.如权利要求19所述的磁驱动的运动控制装置，还包括第一和第二线圈，所述第一线圈与第二线圈相间隔。

21.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带大致环绕所述第二部件的外圆周。

22.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件由具有外圆周的环形定子组成。

23.如权利要求22所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件包括轴，所述环形定子与所述轴通过轴承分开。

24.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，还包括：传感器，它被定位以感应第一壳体部件和第二部件中的一个相对于第一壳体部件和第二部件中的另一个的动态特性。

25.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，还包括：传感器，它被定位以感应第一壳体部件和第二部件中的一个相对于第一壳体部件和第二部件中的另一个的位置特征。

26.磁驱动的运动控制装置，包括：

包括形成在其中的腔体并包括可动环形带的第一壳体部件，所述第一壳体部件包括开口，并且所述环形带包括凸耳端，所述凸耳端延伸穿过所述第一壳体部件开口；

设置在该腔中的第二部件；以及

至少一个磁场发生器，它被安装以使得所述可动环形带向着所述第二部件移动从而挤压所述第二部件。

27.根据权利要求26所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件由外周边和内部轴组成，所述第二部件被容纳在所述外周边与所述内部轴之间的腔体内。

28.根据权利要求26所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件由内部轴组成，所述第二部件被容纳在所述环形带与所述内部轴之间的腔体内。

29.根据权利要求28所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第一壳体部件的内部轴用轴承与所述第二部件分开。

30.根据权利要求26所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件由具有中心轴线的定子组成，所述定子包括绕线筒和线圈。

31.根据权利要求26所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述第二部件由具有外圆周的环形定子组成。

32.根据权利要求31所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带由多个挠性链组成。

33.一种控制在第二部件和具有环形带的壳体之间相对运动的方法，所述第二部件和所述壳体相对可动，该壳体限定出第二部件所处的腔体，该方法包括以下步骤：

制造具有开口的壳体部件；

为所述环形带提供凸耳端；

将所述环形带设置在所述壳体部件和所述第二部件之间，且所述凸耳端延伸进入所述壳体部件开口；

提供一个磁场发生器；

由磁场发生器产生磁场，并

根据所述产生的磁场使所述环形带压靠该第二部件，其中所述凸耳端控制该壳体和第二部件之间的相对运动。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述第二部件是包括绕线筒和线圈的环形定子，并且环形带可磁性渗透，其中产生磁场包括从电源将电流供给至所述线圈以向着所述环形定子吸引所述环形带。

35.如权利要求34所述的方法，所述方法包括相对于所述壳体旋转所述环形定子。

36.如权利要求35所述的方法，其中使所述环形带压靠所述第二部件包括绕所述环形定子压缩所述环形带。

37.一种***，包括：

连接于轴的手轮；

根据权利要求2所述的耦连于该轴的第一磁驱动的运动控制装置，该定子或壳体之一相对于该轴可旋转。

38.根据权利要求37所述的***，还包括：

耦连于该第一磁驱动的运动控制装置的壳体的电机。

39.一种***，包括：

包括主体和门的车辆，该门由铰链附接于该主体；以及

安装在该门和该主体之间以磁力控制该门相对于所述主体之运动的根据权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置。

40.如权利要求39所述的***，其中所述第二部件是具有中心轴线的定子，所述定子和所述第一壳体绕所述中心轴线可相对旋转。

41.如权利要求39所述的***，其中所述第一壳体部件由外周边和内部轴组成，所述第二部件被容纳在所述外周边与所述内部轴之间的腔体内。

42.如权利要求41所述的***，其中所述第一壳体部件的内部轴通过轴承与所述第二部件分开。

43.如权利要求39所述的***，其中所述第二部件由具有中心轴线的定子组成，所述定子包括绕线筒和线圈。

44.如权利要求39所述的***，其中所述可动环形带大致环绕所述第二部件的外圆周。

45.如权利要求39所述的***，其中所述第二部件由具有外圆周的环形定子组成。

46.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中该装置是阻尼件。

47.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中该装置是制动器。

48.如权利要求1所述的磁驱动的运动控制装置，其中该装置是锁。

49.一种***，包括：

包括主体和门的车辆，该门由铰链附接于该主体；以及

磁驱动的运动控制装置，它包括限定出腔体的第一壳体部件，所述第一壳体部件包括可动环形带，定位在所述第一壳体部件的腔体中的第二部件，所述第二部件相对于所述第一壳体部件可动，所述第二部件包括磁场发生器，所述磁场发生器使得所述可动环形带压靠所述第二部件以产生摩擦阻尼，所述磁驱动的运动控制装置被安装以控制该门相对于所述主体的位置，其中所述第一壳体部件包括开口，并且其中所述可动环形带延伸穿过所述第一壳体部件开口。

50.如权利要求49所述的***，其中所述可动环形带大致环绕所述第二部件。

51.如权利要求49所述的***，其中所述第二部件由具有中心轴线的定子组成，所述定子包括绕线筒和线圈。

52.如权利要求49所述的***，其中所述第二部件由具有外圆周的环形定子组成。

53.一种***，包括：

主体框架和门，该门由铰链附接于该主体框架；以及磁驱动的运动控制装置，它包括限定出腔体的第一壳机体架部件，所述第一壳体部件包括可动环形带，定位在所述第一壳体部件的腔体中的第二部件，所述第二部件相对于所述第一壳体部件可动，所述第二部件包括磁场发生器，所述磁场发生器使得所述可动环形带压靠所述第二部件以产生摩擦阻尼，所述磁驱动的运动控制装置被安装以控制该门相对于所述主体框架的位置，其中所述第一壳体部件包括开口，并且其中所述可动环形带延伸穿过所述第一壳体部件开口。

54.磁驱动的旋转运动控制装置，包括：

包括形成在其中的腔体并包括具有多个挠性链的可动环形带的第一壳体部件；

设置在该腔中的第二部件；以及

至少一个磁场发生器，它被安装以使得所述可动环形带向着所述第二部件移动从而挤压所述第二部件。

55.如权利要求54所述的磁驱动的运动控制装置，所述第二部件由具有外圆周的定子组成，并且所述可动环形带环绕所述第二部件定子的外圆周的至少百分之七十。

56.磁驱动的旋转运动控制装置，包括：

包括形成在其中的腔体并包括可动环形带的第一壳体部件，所述第一壳体部件包括开口，且所述环形带包括凸耳端，所述凸耳端延伸穿过所述第一壳体部件开口；

设置在该腔体中的第二部件，所述第二部件具有外圆周，所述可动环形带环绕所述第二部件外圆周的至少百分之七十；以及

至少一个磁场发生器，它被安装以使得所述可动环形带向着所述第二部件移动并从而挤压所述第二部件。

57.如权利要求56所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形具有多个挠性链。

58.如权利要求56所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带环绕所述第二部件外圆周的至少百分之八十。

59.如权利要求56所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带环绕所述第二部件外圆周的至少百分之九十。

60.如权利要求56所述的磁驱动的运动控制装置，其中所述可动环形带环绕所述第二部件外圆周的至少百分之九十五。

61.磁驱动的旋转运动控制装置，包括：

包括形成在其中的腔体并包括可动环形带的第一壳体部件；

设置在腔体中的第二部件，所述第二部件包括永磁体，所述永磁体产生吸引磁场，用于将所述可动环形带引导至与所述第二部件摩擦接触，以抑制所述第一部件与第二部件之间的旋转运动，其中所述第一壳体部件包括开口，并且其中所述可动环形带延伸穿过所述第一壳体部件开口。

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