可变场磁耦合器和用于接合铁磁工件的方法与流程

相关申请

本申请要求于2018年2月23日提交的名称为“可变场磁耦合器和用于接合铁磁工件的方法(variablefieldmagneticcouplersandmethodsforengagingaferromagneticworkpiece)”、申请号为62/634,783(案卷号mti-0016-01-us)的美国临时专利和于2018年4月27日提交的名称为“可变场磁耦合器和用于接合铁磁工件的方法(variablefieldmagneticcouplersandmethodsforengagingaferromagneticworkpiece)”、申请号为15/965,582的美国非临时专利的权益，这些申请的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

本公开涉及磁耦合器。更具体地，本公开涉及包括可切换磁耦合器的可变场磁耦合器。

背景技术：

用于耦合铁磁工件以将铁磁工件从第一位置传输到第二位置、保持铁磁工件和/或举升铁磁工件的磁耦合器是已知的。示例性磁耦合器是可切换磁耦合器，其可以包括一个或多个永磁体，所述一个或多个永磁体能够相对于一个或多个静止的永磁体转动以便生成并分流磁场。可切换磁耦合器可以经由在“接通”状态与“断开”状态之间切换磁耦合器以可移除的方式附接到铁磁工件，诸如用于物体举升操作、材料处理、材料保持、将物体彼此磁性地锁定或耦合以及其它应用。

技术实现要素：

本公开的实施例涉及用于传输铁磁工件的磁耦合器。

在本公开的示例性实施例中，提供了一种磁耦合装置，用于磁耦合到定位在支撑件上的铁磁工件。该磁耦合装置包括：壳体；多个极靴，每个极靴具有适于接触铁磁工件的工件接触界面；第一永磁体，所述第一永磁体由所述壳体支撑并且具有有源n-s极对；第二永磁体，所述第二永磁体由所述壳体支撑并且具有有源n-s极对，所述第二永磁体能够相对于所述第一永磁体移动；致动器，所述致动器可操作地耦合到所述第二永磁体以使所述第二永磁体相对于所述第一永磁体移动；以及电子控制器，所述电子控制器可操作地耦合到所述致动器。电子控制器包括逻辑，该逻辑致动所述致动器，以将所述第二永磁体相对于所述第一永磁体定位在以下中的至少每个中：(a)第一状态，其中所述第二永磁体具有相对于所述第一永磁体的第一位置，以在多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第一水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于所述铁磁工件的所述第一水平的磁通量不足以相对于所述支撑件举升所述铁磁工件；(b)第二状态，其中所述第二永磁体具有相对于所述第一永磁体的第二位置，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第二水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于所述铁磁工件的所述第二水平的磁通量足以相对于所述支撑件举升所述铁磁工件，所述第二水平的磁通量大于所述第一水平的磁通量；以及(c)第三状态，其中所述第二永磁体具有相对于所述第一永磁体的第三位置，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第三水平的磁通量，所述第三水平的磁通量大于所述第一水平的磁通量和所述第二水平的磁通量中的每一者。

在其一个示例中，磁耦合装置还包括由壳体支撑的感测系统。该感测系统包括至少一个传感器，该至少一个传感器监测在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。

在其示例的变型中，所述致动器是步进马达，并且所述至少一个传感器通过监测所述步进马达的输出的位置来监测在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平，所述步进马达控制所述第二永磁体相对于所述第一永磁体的位置。

在其示例的另一个变型中，磁耦合装置还包括能由电子控制器访问的存储器，并且致动器是马达，并且至少一个传感器监测马达的电流消耗(currentdraw)。电子控制器通过监测马达的电流消耗并且将电流消耗与至少一个存储的参考值进行比较来确定在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。

在其示例的另一个变型中，磁耦合装置还包括能由电子控制器访问的存储器，其中针对第一状态、第二状态和第三状态中的至少一个，至少一个传感器的第一传感器值存储在存储器上。在其改进中，第一传感器值对应于第二状态。在其另一个改进中，第一传感器值对应于第一状态，第二传感器值存储在存储器上，所述第二传感器值对应于第二状态，并且第三传感器值存储在存储器上，所述第三传感器值对应于第三状态。在其又一个改进中，电子控制器包括逻辑，该逻辑致动致动器以将所述第二永磁体相对于所述第一永磁体定位在第四状态中，其中第二永磁体具有相对于第一永磁体的第四位置，以在多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第四水平的磁通量，在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第四水平的磁通量足以相对于支撑件举升铁磁工件，第四水平的磁通量大于第一水平的磁通量，小于第三水平的磁通量，并且为大于所述第二水平的磁通量和小于所述第二水平的磁通量中的一种。

在其实施例的又一个变型中，所述至少一个传感器通过监测第二永磁体的转动位置来监测在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。

在其实例的又一个进一步变型中，所述至少一个传感器通过利用第一磁通量传感器监测与所述多个极靴中的第一极靴相关联的第一泄漏磁通量，来监测在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。在其改进中，所述至少一个传感器通过利用第二磁通量传感器进一步监测与所述多个极靴中的第二极靴相关联的第二泄漏磁通量，来监测在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。在其进一步改进中，磁耦合装置还包括能由电子控制器访问的存储器，其中针对第一状态、第二状态和第三状态中的至少一个，第一传感器的第一传感器值存储在存储器上。在其又一个改进中，第一传感器值对应于第二状态。在其另一个改进中，第一传感器值对应于第一状态，第二传感器值被存储在所述存储器上，所述第二传感器值对应于所述第二状态，并且第三传感器值被存储在所述存储器上，所述第三传感器值对应于所述第三状态。在其又一个改进中，电子控制器包括逻辑，所述逻辑致动所述致动器以将所述第二永磁体相对于所述第一永磁体定位在第四状态中，其中第二永磁体具有相对于第一永磁体的第四位置，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第四水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第四水平的磁通量足以相对于支撑件举升铁磁工件，第四水平的磁通量大于第一水平的磁通量、小于第三水平的磁通量并且为大于所述第二水平的磁通量和小于所述第二水平的磁通量中的一种。

在其另一个示例中，第二永磁体能够相对于所述第一永磁体绕与所述第二永磁体相交的轴线转动，以改变第二永磁体相对于第一永磁体的位置。

在其另一个示例中，所述第二永磁体能够相对于所述第一永磁体绕与所述第二永磁体非相交的轴线转动，以改变第二永磁体相对于第一永磁体的位置。

在其进一步的示例的变型中，磁耦合装置还包括由壳体支撑的第一盘片和由壳体支撑的第二盘片，第二盘片能够相对于第一盘片移动以改变第二永磁体相对于第一永磁体的位置。第一盘片包括：第一多个间隔开的永磁体，所述第一多个间隔开的永磁体包括第一永磁体，第一多个间隔开的永磁体中的每一个具有北极侧和南极侧；以及第一多个极部分，所述第一多个极部分插入在第一多个永磁体的相邻的永磁体之间，其中，第一多个永磁体布置成使得第一多个极部分中的每一个极部分是北极部分和南极部分之一，所述北极部分与第一多个永磁体中的两个永磁体的北极侧相邻，所述南极部分与第一多个永磁体中的两个永磁体的南极侧相邻。第二盘片包括：第二多个间隔开的永磁体，所述第二多个永磁体包括第二永磁体，第二多个间隔开的永磁体中的每一个具有北极侧和南极侧；以及第二多个极部分，所述第二多个极部分插入在第二多个永磁体的相邻的永磁体之间，其中，第二多个永磁体布置成使得第一多个极部分中的每一个极部分是北极部分和南极部分之一，该北极部分与第二多个永磁体中的两个永磁体的北极侧相邻，该南极部分与第二多个永磁体中的两个永磁体的南极侧相邻。

在其又一个实施例中，所述第二永磁体能够相对于所述第一永磁体平移，以改变所述第二永磁体相对于所述第一永磁体的位置。

在其又一进一步示例中，第一状态、第二状态和第三状态中的至少一个是磁耦合装置的部分接通状态。

在其又一示例中，第一状态、第二状态和第三状态中的至少两个各自为磁耦合装置的对应的部分接通状态。

在其又一个示例中，第一状态、第二状态和第三状态中的每一个各自是磁耦合装置的对应部分接通状态。

在其又一实施例中，多个极靴中的每一个在壳体的下侧下方延伸。

在本公开的另一示例性实施例中，提供一种磁耦合装置，用于磁耦合到定位在支撑件上的铁磁工件。所述磁耦合装置包括：壳体，其具有下侧；多个极靴，其在所述壳体的所述下侧下方延伸，每个极靴具有适于接触所述铁磁工件的工件接触界面；第一永磁体，其由所述壳体支撑，并具有提供大致恒定水平的磁通量的有源n-s极对；线圈，其围绕所述第一永磁体定位；以及电子控制器，其包括逻辑，所述逻辑控制待供应到所述线圈的电流的水平，以提供以下各项中的每一项：(a)第一状态，其中将第一水平的电流提供到所述线圈，所述线圈和所述第一永磁体基于所述第一水平的电流和所述第一永磁体在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第一水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于所述铁磁工件的所述第一水平的磁通量不足以相对于所述支撑件举升所述铁磁工件；(b)第二状态，其中将第二水平的电流提供到所述线圈，所述线圈和所述第一永磁体基于所述第二水平的电流和所述第一永磁体在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第二水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于所述铁磁工件的所述第二水平的磁通量足以相对于所述支撑件举升所述铁磁工件，所述第二水平的磁通量大于所述第一水平的磁通量；以及(c)第三状态，其中将第三水平的电流提供到所述线圈，所述线圈和所述第一永磁体基于所述第三水平的电流和所述第一永磁体在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于所述铁磁工件的第三水平的磁通量，所述第三水平的磁通量大于所述第一水平的磁通量和所述第二水平的磁通量中的每一者。

在其示例中，磁耦合装置还包括由壳体支撑的感测系统。该感测系统包括至少一个传感器，该至少一个传感器监测在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。

在其示例的变型中，至少一个传感器是监测提供到线圈的电流的水平的电流传感器。

在其示例的另一个变型中，电流在第一状态中沿第一方向穿过线圈并且在第三状态中沿第二方向穿过线圈。在其改进中，第三水平的电流小于第二水平的电流。

在又一示例中，所述致动器是流体致动器，并且所述至少一个传感器通过监测所述流体致动器的工作流体的流体特性来监测在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平，所述工作流体控制所述第二永磁体相对于所述第一永磁体的位置。

在又一示例中，致动器是流体致动器，并且至少一个传感器监测流体致动器的输出的位置。

在本公开的又一示例性实施例中，一种磁耦合装置，用于磁耦合到定位在支撑件上的铁磁工件。该磁耦合装置包括：壳体；多个极靴，每个极靴具有适于接触铁磁工件的工件接触界面；第一永磁体，所述第一永磁体由壳体支撑并具有有源n-s极对；第二永磁体，所述第二永磁体由壳体支撑并具有有源n-s极对，第二永磁体能够相对于第一永磁体移动；致动器，所述致动器可操作地耦合到第二永磁体，以使第二永磁体相对于第一永磁体移动；电子控制器，所述电子控制器可操作地耦合到致动器，电子控制器包括逻辑，该逻辑致动所述致动器以将第二永磁体相对于第一永磁体定位在多个不同定向上；以及制动器，其由壳体支撑，制动器具有接合状态和脱离状态，在接合状态中，制动器相对于第一永磁体保持第二永磁体，在脱离状态中，制动器允许第二永磁体相对于第一永磁体转动。

在其示例中，电子控制器可操作地耦合到制动器。当第二永磁体相对于第一永磁体处于多个不同定向之一时，电子控制器的逻辑接合制动器。

在其示例的变型中，第二永磁体相对于第一永磁体的第一定向对应于磁耦合装置的第一状态，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第一水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第一水平的磁通量不足以相对于支撑件举升铁磁工件；第二永磁体相对于第一永磁体的第二定向对应于磁耦合装置的第二状态，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第二水平的磁通量，在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第二水平的磁通量足以相对于支撑件举升铁磁工件，第二水平的磁通量大于第一水平的磁通量；并且第二永磁体相对于第一永磁体的第三定向对应于磁耦合装置的第三状态，以在所述多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第三水平的磁通量，第三水平的磁通量大于第一水平的磁通量和第二水平的磁通量中的每一者。

在本公开的又一示例性实施例中，提供一种举升设备，用于举升铁磁工件。该举升设备包括：支撑结构；以及根据本文所述的实施例、示例、变型和改进中的任一个的磁耦合装置，该磁耦合装置可操作地耦合到支撑结构。

在其示例中，支撑结构包括具有多个可移动臂段的机器人臂，并且磁耦合装置耦合到机器人臂的端部。

在其另一个示例中，支撑结构包括机械吊架，磁耦合装置从机械吊架悬挂。

在其又一示例中，所述支撑结构包括起重机吊装装置，所述磁耦合装置从所述起重机吊装装置悬挂。

在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种固定装置，用于保持铁磁工件。该固定装置包括：框架；至少一个磁耦合装置，所述至少一个磁耦合装置被定位成支撑铁磁工件的下侧。每个磁耦合装置包括：具有第一侧的壳体；从壳体的第一侧延伸的多个极靴，每个极靴具有适于接触铁磁工件的工件接触界面；第一永磁体，所述第一永磁体由壳体支撑并具有有源n-s极对；第二永磁体，所述第二永磁体由壳体支撑并具有有源n-s极对，第二永磁体能够相对于第一永磁体移动；致动器，所述致动器可操作地耦合到第二永磁体，以使第二永磁体相对于第一永磁体移动；以及电子控制器，所述电子控制器可操作地耦合到致动器。电子控制器包括逻辑，该逻辑致动所述致动器以将所述第二永磁体相对于所述第一永磁体定位在以下中的至少每个中：(a)第一状态，其中，第二永磁体具有相对于第一永磁体的第一位置，以在多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第一水平的磁通量，在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第一水平的磁通量不足以相对于支撑件保持铁磁工件；以及(b)第二状态，其中，第二永磁体具有相对于第一永磁体的第二位置，以在多个极靴的工件接触界面处提供可用于铁磁工件的第二水平的磁通量，在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第二水平的磁通量足以相对于支撑件保持铁磁工件，第二水平的磁通量大于第一水平的磁通量。

在其示例中，所述至少一个磁耦合装置包括多个磁耦合装置，所述多个磁耦合装置中的每一个具有带有工件接触界面的相关联的极靴，所述工件接触界的形状被设计成匹配铁磁工件的对应轮廓。

在其示例的变型中，多个磁耦合装置是间隔的。

在本公开的又一示例性实施例中，提供了一种利用磁耦合装置移动定位在支撑件上的铁磁工件的方法。该方法包括以下步骤：使铁磁工件与磁耦合装置的多个极靴接触，多个极靴中的每一个具有接触铁磁工件的工件接触界面，磁耦合装置具有至少一个永磁体，该至少一个永磁体有助于在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平；将磁耦合装置从第一状态转换到第二状态，第一状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第一水平的磁通量，第二状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第二水平的磁通量，第二水平大于第一水平；在磁耦合装置处于第二状态时，利用磁耦合装置使铁磁工件相对于支撑件从第一位置移动到第二位置；使磁耦合装置从第二状态转换到第三状态，第三状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第三水平的磁通量，第三水平大于第二水平；在磁耦合装置处于第三状态时，利用磁耦合装置将铁磁工件从第二位置移动到第三位置；以及使铁磁工件从磁耦合装置解耦。

在本公开的又一示例性实施例中，提供了一种利用磁耦合装置移动定位在支撑件上的铁磁工件的方法。该方法包括以下步骤：接收待利用磁耦合装置来移动的铁磁工件的标识，该磁耦合装置具有多个极靴，所述多个极靴中的每一个具有适于接触铁磁工件的工件接触界面，该磁耦合装置具有至少一个永磁体，该至少一个永磁体有助于在所述多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平；确定与所标识的铁磁工件对应的、磁耦合装置的至少一个状态，该至少一个状态具有在磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的对应的磁通量水平；使所标识的铁磁工件与磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面接触；利用磁耦合装置将所标识的铁磁工件相对于支撑件从初始位置移动到最终位置，同时按顺序将磁耦合装置配置以至少三个状态，该三个状态中的每一个具有在磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的对应水平的磁通量，该至少三个状态包括与所标识的铁磁工件对应的、磁耦合装置的至少一个状态；以及将所标识的铁磁工件从磁耦合装置解耦。

从下面参考附图提供的以下描述中，其它方面和可选的和/或优选的实施例将变得显而易见。

附图说明

图1示出定位在多个铁磁工件的堆叠的顶部上的、处于示例性断开状态的示例性可切换磁耦合器装置的代表性前视图；

图2示出了针对图1的示例性断开状态的、图1的磁耦合器装置的永磁体的相对定向的立体图；

图3示出定位在图1中所示的铁磁工件的堆叠的顶部上的、处于示例性接通状态的图1的示例性可切换磁耦合器装置的代表性前视图。

图4示出了针对图3的示例性接通状态的、图1的磁耦合器装置的永磁体的相对定向的立体图；

图5示出了处于图3的示例性接通状态的图1的磁耦合器装置，其与图1中所示的铁磁工件的堆叠的多个片材一起向上移动；

图6示出了处于示例性部分接通状态的图1的示例性可切换磁耦合器装置的代表性前视图。

图7示出了针对图6的示例性部分接通状态的、图1的磁耦合器装置的永磁体的相对定向的立体图；

图8示出了处于图6的示例性部分接通状态的图1的磁耦合器装置，其与图1中所示的铁磁工件的堆叠的顶部片材一起向上移动；

图9示出了已经向上移动并且从图6的示例性部分接通状态转换到图3的示例性接通状态的图8的磁耦合器装置；

图10示出了图9的布置，其中磁耦合器装置包括用于致动器和第一示例性感测系统的电动马达；

图11示出了图9的布置，其中磁耦合器装置包括第二示例性感测系统；

图12示出了图9的布置，其中磁耦合器装置包括第三示例性感测系统；

图13示出了由图1的磁耦合装置的可转动永磁体承载的销，该销被接收在图1的磁耦合装置的壳体中的凹部中，可转动永磁体处于图1的断开状态；

图14示出图13的系统，其中可转动永磁体处于图6的部分状态并且阻挡器定位成保持可转动永磁体的转动位置；

图15示出了图13的系统，其中可转动永磁体处于图3的接通状态；

图16示出了示例性磁耦合装置和传感器布置的分解立体图；

图17示出了具有多个永磁体和极部分的示例性盘片的分解立体图；

图18示出了图17的盘片的俯视组装图；

图19示出图17的盘片的两个实例的立体图；

图19a是图19的盘片的部分截面图，所述盘片耦合到工件，所述盘片被布置成处于接通状态；

图19b是图19的盘片的部分截面图，所述盘片耦合到工件，所述盘片被布置成处于断开状态；

图20示出了具有上组件和下组件的示例性磁耦合装置的示意图，每个组件包括布置成线性阵列的多个永磁体和极部分，该磁耦合装置处于接通状态；

图21示出处于部分接通状态的图20的磁耦合装置；

图22示出了处于断开状态的图20的磁耦合装置；

图23示出包括永磁体和电线圈的另一示例性磁耦合装置的分解立体图；

图24示出图23的示例性磁耦合装置的组装图；

图24a-c示出了示例性磁耦合装置的示例性配置；

图25示出了支撑结构，其包括附接到其的图1的示例性磁耦合装置之一的；

图25a示出了机器人系统，其包括附接为臂耦合器的端部的图1的示例性磁耦合装置之一；

图25b示出了机械吊架，其包括从其悬挂的图1的示例性磁耦合装置之一；

图25c示出了起重机吊装装置，其包括从其悬挂的图1的示例性磁耦合装置之一；

图26示出了存储在示例性磁耦合装置的电子控制器的存储器上的状态数据信息的示例性集合；

图27示出了存储在示例性磁耦合装置的电子控制器的存储器上的状态的示例性数据记录；

图28示出了铁磁工件的示例性数据记录和存储在示例性磁耦合装置的电子控制器的存储器上的对应状态；

图29示出了示例性处理顺序；

图30示出了另一示例性处理顺序；

图31示出了示例性固定装置；以及

图32a示出了用于图1的磁耦合装置的处于接合状态的示例性制动器；

图32a示出了处于脱离状态的图32a的示例性制动器；

图33示出了示例性流体、气动或液压致动器系统的代表性视图。

图34示出了包括传感器和用于确定磁耦合装置的操作状态的控制器的示例性线性阵列磁耦合装置的立体图；

图35示出图34的线性阵列磁耦合装置的仰视图；

图36示出了包括传感器和确定磁耦合装置的操作状态的控制器的示例性圆形阵列磁耦合装置的立体图；以及

图37示出图36的圆形阵列磁耦合装置的仰视图。

虽然所公开的主题可以进行各种修改和替代形式，但是具体实施例已经通过附图中的示例的方式示出并且在下面进行详细描述。然而，意图不是将本公开限制于所描述的特定实施例。相反，本公开旨在覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

本文提供的实施例涉及可切换磁装置。示例性可切换磁装置在以下专利中公开：名称为“可切换永磁装置(switchablepermanentmagneticdevice)”的、号为7,012,495的美国专利；名称为“模块化永磁体卡盘(modularpermanentmagnetchuck)”的、号为7,161,451的美国专利；名称为“磁体阵列(magnetarrays)”的号为8,878,639的美国专利；于2015年10月30日提交的、名称为“具有转动致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewitharotaryactuationsystem)”的、申请号为62/248,804的美国临时专利(案卷号为mti-0007-01-us-e)；德国实用新型de202016006696u1；于2015年11月7日提交的、名称为“具有线性致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithalinearactuationsystem)”、申请号为62/252,435的美国临时专利(案卷号为mti-0006-01-us-e)；以及于2018年4月27日提交的、名称为“具有传感器布置和消磁能力中的至少一者的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithatleastoneofasensorarrangementandadegaausscapability)”的、申请号为/964,884的美国专利(案卷号为mti-0013-02-us)，这些专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

本文在图1-13中示出的示例提供具有第一永磁体和能够相对于第一永磁体移动的第二永磁体的示例性可切换磁装置，类似于'495专利的示例性可切换磁装置，其通过引用明确地并入本文。永磁体可以各自是诸如ndfeb或smco的单一类型稀土磁体材料的圆柱形整体偶极体。可以实现额外类型的可切换磁装置。每种类型的可切换磁装置包括能够相对于第二永磁体移动的至少第一永磁体。

此外，示例性可切换磁装置可以包括能够相对于第二多个永磁体移动的第一多个永磁体。图17-图19中提供了示例。示例性系统在以下专利申请中公开：2015年10月30日提交的、名称为“具有转动致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewitharotaryactuationsystem)”的、申请号为62/248,804的美国临时专利(案卷号mti-0007-01-us-e)；德国实用新型de202016006696u1；以及2015年11月7日提交的、名称为“具有线性致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithalinearactuationsystem)”的、申请号为62/252,435美国临时专利(案卷号mti-0006-01-us-e)；美国专利号7,161,451；以及2018年4月27日提交的、名称为“具有传感器布置和消磁能力中的至少一者的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithatleastoneofasensorarrangementandadegaausscapability)”的、申请号(未知)的美国专利(案卷号mti-0013-02-us)，这些专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

另外，示例性可切换磁装置可以包括定位在第一壳体内的至少第一永磁体，该第一壳体充当至少第一永磁体的极延伸部，第一壳体能够相对于第二壳体移动，该第二壳体具有定位在第二壳体内的至少第二永磁体，第二壳体充当至少第二永磁体的极延伸部。

参考图1，示出了示例性磁耦合装置10。磁耦合装置10是示例性可切换磁装置，其包括磁通量源15，该磁通量源15包括以堆叠关系定位在壳体28中的上永磁体12和下永磁体14。永磁体12包括南极部分(s极部分)18和北极部分(n极部分)20。类似地，永磁体14包括n极部分22和s极部分24。壳体28可以包括组装在一起以形成壳体的多个部件。此外，壳体28可以包括用于维持永磁体12与永磁体14间隔开或用于结合间隔件(诸如所示实施例中的间隔件13)的特征，该间隔件维持永磁体12相对于永磁体14处于间隔开的关系。间隔件13由非磁性材料制成以将永磁体12与永磁体14隔离。

尽管永磁体12和永磁体14中的每一个被示出为单个磁体，但是可切换磁装置可以包括提供永磁体12的功能的多个永磁体和提供永磁体14的功能的多个永磁体。此外，永磁体12(或者提供永磁体12的功能的多个磁体)和永磁体14(或者提供永磁体14的功能的多个磁体)可以被定位在相应的壳体内，所述相应的壳体充当用于相应磁体的极延伸部。另外，在实施例中，永磁体12、14可以包括多于两个的极。示例包括四极磁体和其它具有多于两个的极的磁体。

极靴16’、16”示例性地示出为可移除地耦合到壳体28。在实施例中，极靴16’、16”一体地形成为壳体28的一部分。极靴16’、16”由铁磁材料制成，并且通过壳体28的部分与永磁体12、14磁耦合。极靴16’、16”中的每个极靴的下部部分包括工件接触界面17’、17”，该工件接触界面可以与工件27接触，说明性地与铁磁材料的片材27’、27”和27”的堆叠的铁磁材料的顶部片材27’接触。

极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”通过极靴16’、16”和壳体28与磁体12、14配合，以形成磁体12、14的第一极和第二极。在一个示例中，单个整体极靴形成极靴16’、16”中的每一个。在另一示例中，多个极靴形成极靴16’、16”中的每一个。额外的极靴布置在2018年1月29日提交的、名称为“具有带有间隔开的凸起的极靴的磁举升装置(magneticliftingdevicehavingpoleshoeswithspacedapartprojections)”(卷号mti-0015-01-us)的、申请号为62/623,407的美国临时专利中公开，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。极靴16’、16”延伸超过壳体28的下表面，以在壳体28和工件27之间提供气隙60。

在实施例中，永磁体14相对于壳体28固定，并且永磁体12能够在壳体28内相对于永磁体14移动，以便改变永磁体12的磁体部分18、20相对于永磁体14的磁体部分22、24的对准。在示出的实施例中，永磁体12能够相对于永磁体14转动。虽然永磁体12、14被示出为竖直堆叠，其中永磁体12能围绕竖直轴线55转动，但是在其他实施例中，永磁体12、14竖直堆叠，并且永磁体12能围绕水平轴线转动。设想永磁体12、14的另外的布局。

基于永磁体12、14的配置的可切换磁耦合装置10建立多个磁路。特别地，可以以至少三个状态来配置可切换磁装置10，每个状态具有对应的磁路特性。如本文更详细地解释的，可切换磁装置10能够在延长的时间段内将永磁体12、14的配置维持在至少三个状态中的每个状态中。在一个示例中，维持磁耦合装置10的当前状态，直到请求不同的状态。

在本文中称为断开状态的第一状态中，永磁体12具有相对于永磁体14的第一位置，以在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处提供铁磁工件可用的第一水平的磁通量。在断开状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处的铁磁工件可用的第一水平的磁通量不足以利用磁耦合装置10举升铁磁工件。

参考图1和图2，磁耦合装置10的永磁体12、14被布置在断开状态中。在断开状态中，永磁体12相对于永磁体14转动，使得永磁体12的s极部分18与永磁体14的n极部分22相邻，且永磁体12的n极部分20与永磁体14的s极部分24相邻(如图2中所示)。永磁体12、14各自实质上都充当具有磁化轴线ma的偶极子，该磁化轴线ma垂直于将相应n极部分20、22与相应s极部分18、24分隔的竖直平面。在图2中所示的布置中，永磁体12的s极部分18与永磁体14的n极部分22对准，且永磁体12的n极部分20与永磁体14的s极部分24对准，使得永磁体12的磁化轴线ma平行于永磁体14的磁化轴线ma。

在断开状态中，永磁体12、14的大部分磁通量固持在壳体28中作为永磁体12、14之间的第一磁路的一部分，并且在极靴16’、16”的工件接触界面17、17’处不可用于穿过铁磁工件27，如图1中所示。设想，在一些实施例中，永磁体12、14的一部分磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于穿过铁磁工件27，但这不是优选的。在一个示例中，在断开状态中，永磁体12、14产生的高达4％的磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于穿过铁磁工件27。在另一示例中，在断开状态中，永磁体12、14产生的高达1％的磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于穿过铁磁工件27。

在本文中称为“接通”状态的第二状态中，永磁体12相对于永磁体14具有第二位置，以在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处提供可用于铁磁工件的第二水平的磁通量。在“接通”状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件的第二水平的磁通量高于“断开”状态的第一水平，并且足以利用磁耦合装置10举升铁磁工件。

参考图3和图4，磁耦合装置10的永磁体12、14被布置在接通状态中。在接通状态中，永磁体12相对于永磁体14转动，使得永磁体12的s极部分18与永磁体14的s极部分24相邻，并且永磁体12的n极部分20与永磁体14的n极部分22相邻(如图4中所示)。在图4中所示的布置中，永磁体12的s极部分18与永磁体14的s极部分24对准，并且永磁体12的n极部分20与永磁体14的n极部分22对准，使得永磁体12的磁化轴线ma平行于永磁体14的磁化轴线ma。

在接通状态中，永磁体12、14的大部分磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于穿过铁磁工件27，如图3中所示。在接通状态中，由于从上磁体12和下磁体14的对准或基本对准的n极部分20、22分别穿过壳体28和极靴16’、穿过一个或多个工件片材27、穿过极靴16”和壳体28，并且分别到上磁体12和下磁体14的对准或基本对准的s极部分18、24的磁路的完整，由铁磁材料(诸如铁或钢)制成的一个或多个工件27由可切换磁装置10保持。极靴16’的工件接触界面17’用作可切换磁装置10的北极。极靴16”的工件接触界面17”用作可切换磁装置10的南极。

在本文中称为部分接通状态的第三状态中，永磁体12具有相对于永磁体14的第三位置，以在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处提供铁磁工件可用的第三水平的磁通量。在部分接通状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处的铁磁工件可用的第三水平的磁通量高于断开状态的第一水平，低于接通状态的第二水平，并且足以利用磁耦合装置10举升铁磁工件。在实施例中，磁耦合装置10可以被置于多个部分接通状态中。

参考图6和图7，磁耦合装置10的永磁体12、14被布置在部分接通状态中。在部分接通状态中，永磁体12相对于永磁体14转动，使得永磁体12的磁化轴线ma相对于永磁体14的磁化轴线ma成角度。在第一部分接通状态中，永磁体12的s极部分18与永磁体14的s极部分24相邻，并且永磁体12的n极部分20与永磁体14的n极部分22相邻(图4中所示)。在第二部分接通状态中，永磁体12的s极部分18与永磁体14的n极部分22相邻，并且永磁体12的n极部分20与永磁体14的s极部分24相邻。在一个示例中，在部分接通状态中，永磁体12的磁化轴线ma相对于永磁体14的磁化轴线ma成角度0.5°至高达约179.5°(相对于与永磁体14的s极部分24对准的、永磁体12的s极部分18)。在另一示例中，在部分接通状态中，永磁体12的磁化轴线ma相对于永磁体14的磁化轴线ma成角度5°至高达约175°(相对于与永磁体14的s极部分24对准的、永磁体12的s极部分18)。在又一示例中，在部分接通状态中，永磁体12的磁化轴线ma相对于永磁体14的磁化轴线ma成角度15°至高达约165°(相对于与永磁体14的s极部分24对准的、永磁体12的s极部分18)。

在部分接通状态中的每个中，永磁体12、14的磁通量的一部分在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于穿过铁磁工件27，如图3中所示，并且由于永磁体12、14的磁化轴线的成角度性质，永磁体12、14的磁通量的一部分固持在壳体中。在部分接通状态中的每个中，由于从上磁体12和下磁体14的成角度的n极部分20、22分别穿过壳体28和极靴16’、穿过一个或多个工件片材27、穿过极靴16”和壳体28并且分别到上磁体12和下磁体14的成角度的s极部分18、24的磁路的完整，由铁磁材料(诸如铁或钢)制成的一个或多个工件27可以由可切换磁装置10保持。极靴16’的工件接触界面17’用作可切换磁装置10的北极。极靴16”的工件接触界面17”用作可切换磁装置10的南极。

如本文更详细地说明的，通过能够将磁切换装置10定位和维持在至少三个状态中，增强了配置磁耦合装置10以用于使堆叠布置的铁磁工件卸堆的能力，并且增强了将磁耦合装置10用于多种不同类型的铁磁工件的能力。

举例来说，在图3中所示的接通状态中，磁耦合装置10使工件片材27具有一定水平的磁通量，该磁通量使顶部片材27’的容量过饱和，并因此向下延伸到从顶部片材起第二片材27”中。如果磁耦合装置10在接通状态中沿方向33升高，则顶部片材27’和片材27”两者都将利用磁耦合装置10沿方向33升高，如图5中所示。因此，磁装置10不会使片材27’从片材27的堆叠的剩余部分卸堆。然而，通过将磁耦合装置10配置为图6中所示的部分接通状态中，磁耦合装置10使工件片材27具有一定水平的磁通量，该磁通量利用足够的保持力将顶部片材27’保持到磁耦合装置10，以举升顶部片材27’，但是不会利用足够的保持力将从顶部片材起第二片材27”保持到磁耦合装置10以举升第二片材27”。因此，如果磁耦合装置10在图6的部分接通状态中沿方向33升高，则仅顶部片材27’将利用磁耦合装置10沿方向33升高，如图8中所示。虽然图6示出了被限制于顶部片材27’的磁通量，但是在一些实施例中，由磁耦合装置10提供到工件片材27的磁通量的一部分可以进入工件片材27的片材27”，但是不会达到导致片材27”与工件片材27’一起被磁耦合装置10举升的水平。

一旦沿方向33升高，磁耦合装置10可以被配置为处于接通状态或另外的部分接通状态，以增加在磁耦合装置10与片材27’之间的保持力，所述另外的部分接通状态具有可用于在先前公开的图6的部分接通状态和图3的接通状态之间的、极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”的磁通量的水平，如图9中所示。例如，图6中的极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”的可用磁通量的水平足以使铁磁工件27’从工件27的堆叠的剩余部分卸堆，并且一旦分离，图6中的极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”的可用磁通量的水平就增加到使工件以所需速度移动的水平，所需速度由工件27’的最大磁通量饱和容量限制。在一个示例中，如本文所述，磁耦合装置10是机器人系统700的臂端部工具，并且所需速度是机器人系统700的机器人臂704在其于姿态之间移动时的速度(参见图25a)。

返回图1，磁耦合装置10包括接合部分30和致动器32。接合部分30将致动器32耦合到永磁体12，使得致动器32可以相对于永磁体14重新定向永磁体12。示例性接合部分30包括永磁体12和/或支撑永磁体12的壳体中的一个或多个凹部、从永磁体12和/或支撑永磁体12的壳体延伸的一个或多个突起、和/或与永磁体12和/或耦合到永磁体12的壳体耦合的一个或多个连杆或齿轮系统。示例性致动器包括转动致动器和线性致动器，转动致动器和线性致动器中的每一个通过接合部分30相对于永磁体14重新定向永磁体12。

示例性接合部分和致动器在以下专利中公开：名称为“可切换永磁装置(switchablepermanentmagneticdevice)”的、号为7,012,495的美国专利；名称为“模块化永磁体卡盘(modularpermanentmagnetchuck)”、号为7,161,451的美国专利；名称为“磁体阵列(magnetarrays)”、号为8,878,639的美国专利；于2015年10月30日提交的、名称为“具有转动致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewitharotaryactuationsystem)”的、申请号为62/248,804的美国临时专利(案卷号mti-0007-01-us-e)；德国实用新型de202016006696u1；于2015年11月7日提交的、名称为“具有线性致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithalinearactuationsystem)”、申请号为62/252,435的美国临时专利(案卷号mti-0006-01-us-e)；以及于2018年4月27日提交的、名称为“具有传感器布置和消磁能力中的至少一者的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithatleastoneofasensorarrangementandadegaausscapability)”、申请号(未知)的美国专利(案卷号mti-0013-02-us)，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。

在实施例中，致动器32可以是电动马达、气动驱动系统、液压驱动系统或用于相对于永磁体14重新定向永磁体12的其它合适的系统。在实施例中，致动器32耦合到控制器34，该控制器34控制相应的致动器32的操作，并且因此通过接合部分30控制永磁体12相对于永磁体14的对准。在实施例中，控制器34是控制相应的致动器32的操作的电子控制器。

如图1中所示，电子控制器34包括具有相关联的计算机可读介质的处理器36，说明性地，该相关联的计算机可读介质为存储器38。存储器38包括磁耦合器状态逻辑40，当由处理器36执行时，磁耦合器状态逻辑40使得电子控制器34指示致动器32移动永磁体12，使得磁耦合装置10被置于磁耦合装置10的多个状态之一。如本文所使用的术语“逻辑”包括在一个或多个可编程处理器上执行的软件和/或固件、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、硬连线逻辑或其组合。因此，根据实施例，各种逻辑可以以任何适当的方式实施，并且将根据本文所公开的实施例固持。包括逻辑的非暂时性机器可读介质能够另外被认为体现在任何有形形式的计算机可读载体内，诸如固态存储器、磁盘和光盘，其包含将使处理器执行本文所描述的技术的适当的一组计算机指令和数据结构。本公开设想其他实施例，其中磁耦合器状态逻辑不是基于微处理器的，而是被配置为基于存储在存储器38中的一组或多组硬连线指令和/或软件指令来控制磁耦合装置10的操作。此外，电子控制器34可以包含在单个装置内或者是联网在一起的多个装置，以提供本文所描述的功能。

在实施例中，电子控制器34响应于从输入装置42接收的输入信号来改变磁耦合装置10的状态。示例性输入装置包括开关、按钮、触摸屏、麦克风、检测器、控制器和其它装置，由此操作者可以提供触觉、音频或视觉输入命令之一。例如，在一个实施例中，磁耦合装置10耦合到机器人臂的臂的端部，并且输入装置42是网络接口，控制器34通过该网络接口接收来自机器人控制器的、关于何时将磁耦合装置10置于磁耦合装置10的多个状态之一的指令。示例性网络接口包括有线网络连接和无线网络连接，该无线网络连接包括天线、光接收器或收发器、或其它合适的无线通信接收器或收发器中的一个或多个。虽然本文讨论的实施例涉及电子、气动或液压致动，但是在替代实施例中，磁耦合装置的版本被提供为没有电子控制器34并且被手动致动。示例性手动致动器包括手柄、旋钮和能由人类操作者致动的其它装置。相比之下，磁耦合装置10的电子控制器34能够自动地控制致动器32而没有人类干预。因此，电子控制器34可以执行逻辑，该逻辑基于逻辑的参数自动地将磁装置10置于一系列状态中，状态中的至少一个状态是部分接通状态。在实施例中，磁耦合装置状态逻辑40的功能由机器人系统700的控制器770或其它远程处理装置执行。

磁耦合装置10还包括一个或多个输出装置44。示例性输出装置包括视觉输出装置和音频输出装置。示例性视觉输出装置包括灯、显示屏和其它类型的视觉指示器或通信装置。示例性音频输出装置包括扬声器和其它类型的音频指示器装置。

参考图10-图12，公开了磁耦合装置10的示例性传感器系统。参考图10，致动器32是电动马达58。提供第一传感器60，其监测电动马达58的特性。电动马达58可以包括反馈电子器件以调节其运动。在一个示例中，dc马达提供有限制开关或编码器以及比例-积分-微分控制器，以驱动永磁体12通过特定运动范围。

在另一个示例中，提供了步进马达。步进马达可以在开环中操作，假设其具有足够的驱动扭矩以致动该单元而不会失去步数。可以提供传感器以帮助建立步进马达的输出(诸如轴或用于接收轴的孔)的角位置，并且因此建立永磁体12的位置。例如，第一传感器61对用于驱动步进马达的脉冲进行计数，并且基于脉冲的数量来确定步进马达的轴的角位置。通过对脉冲的数量进行计数，永磁体12通过马达移动的步数而相对于永磁体14移动到限定的位置。在另一个示例中，提供了一种步进马达，其将编码器与步进器集成以检查：维持适当的致动角度。

示例性气动转动致动器是具有转动叶片的半转动致动器，或者是由通过齿条和小齿轮耦合到中心输出轴的线性气动活塞驱动的半转动致动器。

参考图33，示出了示例性的流体(气动或液压)致动器系统360。气动致动器使用气体作为工作流体。液压致动器使用液体作为工作流体。致动器系统360包括具有壳体362和内部桨叶364的流体致动器，该内部桨叶364通过流体线路368与a端口366流体连通并且通过流体线路372与b端口370流体连通。常规的流体致动器系统加压流体线路368并排放流体线路372以使桨叶364转动至第一限制位置，并且加压流体线路372并排放流体线路368以使桨叶364转动至第二限制位置。桨叶364的转动引起输出374转动，该输出374操作性地耦合至接合部分30。第一限制位置可以是磁体12的接通状态位置并且第二限制位置可以是磁体12的断开状态位置。

控制器34耦合到压力/排放系统376和压力/排放系统380，压力/排放系统376通过流体线路378与a端口366流体连通，压力/排放系统380通过流体线路382与b端口370流体连通。在实施例中，压力/排放系统376和压力/排放系统380是单个系统。压力/排放系统376和压力/排放系统380中的每一个可以将工作流体供应到相应的a端口366和b端口370，或者从相应的a端口366和b端口370排放工作流体。

控制器34通过压力/排放系统376和压力/排放系统380在桨叶364的每一侧上建立期望的压力，以将桨叶364保持在桨叶364的第一限制位置与第二限制位置之间的、诸如用于期望的部分接通状态的中间位置处。在实施例中，控制器34在存储器38中存储与各种期望的中间位置对应的、工作流体的期望的流体特性，诸如压力或其他合适的流体特性。此外，控制器34通过传感器386、388监测与桨叶364的两侧相关联的流体特性，诸如压力或其他合适的流体特性。在实施例中，控制器34还监测工作流体的另一个流体特性，通过流体线路368、372的工作流体的流动。在实施例中，代替监测工作流体的流体特性和/或除了监测工作流体的流体特性之外，流体致动器360监测流体致动器362的输出374的转动位置。例如，在实施例中，输出374是输出轴，并且传感器384(说明性地为转动编码器传感器系统)用于监测输出轴的转动位置。在一个示例中，其中流体致动器362是液压致动器，工作流体的流量由控制器34监测。在另一个示例中，其中流体致动器362是气动致动器，流体致动器362的输出374的转动位置由控制器34监测。

在另一实施例中，第一传感器61是电流传感器，其监测电动马达58的电流消耗。基于永磁体12相对于永磁体14的位置，电动马达58消耗的电流量由于使永磁体12相对于永磁体14移动所需的扭矩的改变而改变。通过测量马达58消耗的马达电流作为永磁体12的位置的函数，可以通过与存储在存储器38上的值表或存储在存储器38上的函数进行比较来推断永磁体12的转动位置。在一个示例中，值表包括当磁耦合装置10的工件界面17’、17”接触工件27时永磁体12相对于永磁体14的位置的行和马达58的对应电流消耗。通过测量当磁耦合装置10的工件界面17’、17”接触工件27时永磁体12相对于永磁体14的各种位置的马达58的电流消耗，实验地确定对应的电流消耗值。

此外，磁耦合装置10与铁磁工件27紧密接近的定位改变了移动永磁体12所需的电流。因此，可以使用当磁耦合装置10接近工件27时在运动范围内的马达58的受控致动，来确定磁耦合装置10与工件27的接近度。

例如，当磁耦合装置10接近工件27时，可以周期性地致动马达58以相对于永磁体14将永磁体12从第一已知位置(诸如断开位置)移动到第二已知位置(诸如已知的部分接通位置)，并且随后返回到第一已知位置。可以将用于实现将永磁体12相对于永磁体14从第一已知位置移动到第二已知位置的致动的电流消耗与存储在存储器38上的值表进行比较，以推断磁耦合装置10与工件27的接近度。值表可以包括磁耦合装置10的工件界面17’、17”相对于工件27的所测量的接近度的行，以及针对将永磁体12相对于永磁体14从第一已知位置移动到第二已知位置的致动、在磁耦合装置10的工件界面17’、17”相对于工件27的所测量的接近度处、由马达58消耗的对应所测量的电流。

另外，与单个工件的耦合相比，多个工件与磁耦合装置10的耦合改变了使永磁体12相对于永磁体14移动所需的电流。因此，通过实验确定在运动范围内完成马达58的受控致动所需的电流消耗，可以确定磁耦合装置10是耦合到单个工件27还是多个工件。

参考图11，提供另一传感器64。提供传感器64以测量永磁体12和/或支撑永磁体12的壳体的转动位置。示例性传感器包括光学传感器，所述光学传感器监测附着到永磁体12和/或耦合到永磁体12的壳体的反射条。可以使用其它传感器系统来确定永磁体12的转动位置。

参考图12，示出了另一传感器系统，其包括多个磁通量传感器70。磁通量传感器70包括大体定位在极靴16”上方的第一传感器70a和大体定位在极靴16’上方的第二传感器70b。示例性磁通量传感器包括霍尔效应传感器。传感器70a、70b测量接近磁耦合装置10的相应北极和南极的泄漏通量。每个传感器70a、70b处的泄漏通量的量基于永磁体12相对于永磁体14的位置以及基于穿过相应极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”到达工件27’的通量的量而变化。通过监测与极靴16’的工件界面17’相对的位置以及与极靴16”的工件界面17”相对的位置处的磁通量，可以确定永磁体12的相对位置。在实施例中，磁工作装置10定位在工件27的顶部上，并且由传感器70a、70b测量的磁通量被记录为永磁体12的位置的函数，并且第一组测量被分配给永磁体12的期望的部分接通位置。具有传感器70的示例性感测系统在一下专利中公开：2017年4月27日提交的、名称为“智能感测eoamt(smartsenseeoamt)”、号为62/490,705的美国临时申请以及2018年4月27日提交的、名称为“具有传感器布置和消磁能力中的至少一者的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithatleastoneofasensorarrangementandadegaausscapability)”、申请号(未知)的美国专利(案卷号为mti-0013-02-us)，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。如在2017年4月27日提交的、名称为“智能感测eoamt(smartsenseeoamt)”、号为62/490,705的美国临时申请以及2018年4月27日提交的、名称为“具有传感器布置和消磁能力中的至少一者的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewithatleastoneofasensorarrangementandadegaausscapability)”、申请号(未知)的美国专利(案卷号为mti-0013-02-us)中更详细地解释的，可以使用额外的传感器来确定与工件的接近度并且确定磁耦合装置与工件之间的磁连接的质量。

如本文所提及的，可切换磁耦合装置10能够在延长的时间段内将永磁体12、14的配置维持在至少三个状态中的每一个状态中，如本文更详细解释的。在一个示例中，维持磁耦合装置10的当前状态，直到请求不同的状态。在实施例中，致动器32是步进马达，并且步进马达将其输出轴保持在当前位置的能力也将永磁体12保持在当前位置，并且因此将磁耦合装置10保持在当前状态中。

参考图13-图15，示出了用于维持永磁体12相对于永磁体14的位置的另一示例性系统。参考图13，壳体28包括具有第一端91和第二端92的弓形凹部90。凹部90可以是在壳体28的内表面上的凹槽，诸如在壳体28的盖的下侧中。销94耦合到永磁体12或者耦合到能够随永磁体12转动的壳体。销94延伸到壳体28的凹部90中。

如图13中所示，永磁体12如图1和图2中所示地定位，处于磁耦合装置10的断开状态，并且销94位于凹部90的第一端91处。当销94接触凹部90的第一端91时，防止了永磁体12沿方向95的进一步转动。另外，由于永磁体12、14的磁化轴线的对准状态，在永磁体12、14之间完整的磁路抵抗永磁体12的进一步转动。

如图15中所示，永磁体12如图3和图4中所示地定位，处于磁耦合装置10的接通状态，并且销94位于凹部90的第二端92处。当销94接触凹部90的第二端92时，防止了永磁体12沿方向96进一步转动。在一个示例中，由于永磁体12沿方向96过度转动超过永磁体12、14的磁化轴线的对准，图15中所示的配置处于部分接通状态。与被偏置成沿方向95往回转动相反，高达5°的这种过度转动由于与永磁体14的吸引而导致永磁体12被偏置成沿方向96进一步转动。

参考图14，永磁体12如图6和图7中所示定位，磁耦合装置10处于部分接通状态，并且销94位于沿凹部90的中间位置处。销94接触阻挡器97，阻挡器97防止永磁体12沿方向95进一步向后转动。阻挡器97是可从壳体98伸出的可回缩销。在实施例中，销94可以通过电螺线管回缩。阻挡器97的位置由控制器34控制。阻挡器97可以定位在打开位置以及闭合位置，在打开位置处，阻挡器97位于凹部90的包络线的外部，如图13和图15中所示，在闭合位置处，阻挡器97在凹部90上方延伸以接触销94。阻挡器97的端部抵靠销99定位。可以使用其他系统来维持永磁体12相对于永磁体14的位置。在实施例中，阻挡器97由可移动支撑件承载，可移动支撑件准许阻挡器97沿凹部90定位在各个位置处。示例性可移动支撑件包括通过棘轮系统耦合到壳体28的基底以及具有至少一个转位特征的基底，至少一个转位特征与壳体28的至少一个转位特征配合以相对于凹部90定位阻挡器97。示例性转位特征包括突起(诸如销)和凹部。在实施例中，可移动支撑件在电动马达的控制下移动。

在实施例中，磁耦合装置10包括制动器，诸如摩擦制动器，其可以与耦合到永磁体12的可转动构件相互作用。摩擦制动器可以应用于维持可转动构件的当前位置，并因此维持永磁体12的当前位置。在实施例中，如果对磁耦合装置10中断电力，则控制器34致动制动器以保持永磁体12的当前位置。在另一实施例中，制动器通常应用于保持永磁体12的当前位置，并被致动以准许永磁体12的移动。

参考图32a和图32b，示出了示例性制动器270。永磁体12容纳在用作极延伸部的壳体272中。此外，壳体272可以由制动器270的制动垫274’、274”摩擦接合。制动垫274’、274”由壳体28支撑。如图32a中所示，制动垫274’、274”接合，示出为接触壳体272，并且防止永磁体12相对于壳体28进一步转动。如图32b中所示，制动垫274’、274”脱离，示出为与壳体272间隔开，以允许永磁体12相对于壳体28进一步转动。制动垫274’、274”相对于壳体272的接合和脱离由制动致动器280控制。示例性制动致动器包括常规液压制动系统和气动制动系统。

在实施例中，磁耦合装置10具有细长的壳体，以将磁通量源15的多个实例保持成线性阵列。具有磁通量源15的多个实例的示例性装置是由磁控开关技术(magswitchtechnology)公司制造和销售的lay系列单元。参考图34和图35，示出了磁耦合装置400。磁耦合装置400包括壳体402，该壳体402包含磁通量源15的多个实例，说明性地为磁通量源15a-c。极延伸靴404沿壳体402的下侧提供。磁通量源15的每个实例的相应磁体12的相对位置通过致动器406来控制。磁通量源15的每个实例以与磁耦合装置10相同的方式操作，并且可配置成处于接通状态、断开状态和部分接通状态中的任一状态中。

此外，磁耦合装置400包括定位在壳体402内的磁场传感器98。磁场传感器98被示出为定位在磁通量源15中的两个磁通量源—说明性地为磁通量源15a和15c—的极靴404附近。在实施例中，磁场传感器98与多个磁通量源15a-c中的仅单个磁通量源15相关联。在实施例中，磁场传感器98与多个磁通量源15a-c中的每个磁通量源15相关联。通过监测磁场传感器98，控制器34能够确定被监测的磁通量源15的操作状态(接通状态、断开状态或部分接通状态之一)。本文公开的其它感测系统可以代替磁场传感器98使用，或者除了磁场传感器98之外使用。

在实施例中，磁耦合装置10具有细长的壳体，以将磁通量源15的多个实例保持成圆形阵列。具有磁通量源15的多个实例的示例性装置是如磁控开关技术公司制造和销售的ay系列单元。参考图36和图37，示出了磁耦合装置450。磁耦合装置450包括壳体452，该壳体452支撑磁通量源15的多个实例(说明性地为磁通量源15a-f)，每个实例具有其自己的一对工件接触界面454。通过致动器456控制用于磁通量源15的每个实例的、磁体12的相对位置。磁通量源15的每个实例操作以在其间形成通过工件27的磁工作电路。在号为9,484,137的美国专利中更详细地描述了磁耦合装置450的操作，该专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

此外，磁耦合装置450包括定位在壳体452内的磁场传感器98。在实施例中，磁场传感器98定位在从壳体452的下表面460向下延伸的圆柱形突起458中。在示出的实施例中，两个磁传感器98定位在相应的突起458中，一个定位在磁通量源15f和15a之间，并且另一个定位在磁通量源15c和15d之间。在实施例中，磁场传感器98定位在磁通量源中的任何两个之间的突起458中。在实施例中，磁场传感器98沿着圆形阵列的直径定位在每对相邻磁通量源15a-f之间的相应的突起中。通过监测磁场传感器98，控制器34能够确定所监测的磁通量源15的操作状态(接通状态、断开状态或部分接通状态之一)。本文公开的其它感测系统可以代替磁场传感器98使用，或除了磁场传感器98之外使用。

参考图16，提供了在号为62/490,705的美国临时申请中公开的磁耦合装置的示例性实施例。在图16中，示出了磁耦合装置100的分解图。磁耦合装置100包括可切换永磁体组件116和致动器以及电子传感器和反馈组件118。可切换永磁体组件116包括如在美国专利7,012,495中描述的可切换永磁体装置120，该专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文。可切换永磁体装置120包括说明性地具有矩形覆盖区(footprint)的铁磁钢壳体122。圆形孔124从壳体122的底部轴向延伸到顶部，其中圆形孔的轴线与壳体122的宽度和深度对称平面的相交处重合，使得材料的小腹板126保持立在壳体122的相对深度端上，其沿着壳体122的高度将壳体122细分为基本上磁性隔离的部分。宽度方向的壳体部分128的壁厚度是相当大的并且足以完全承载由被接收在孔124中的两个圆柱形的、直径上磁化的稀土永磁体130、132提供的磁通量。分流板134被插入以封闭孔124的底端。底部磁体130以这种定向被固定在孔124中以抵抗转动，使得磁体130的n-s极分离平面(p)将腹板部分126平分并且用偶极磁体130的相应n和s极性使相对的宽度方向的壳体部分极化。尽管顶部磁体132在其上表面具有六角棱柱形凹陷以允许将六角棱柱形驱动轴136插入其中，但是顶部磁体理想地并且尽可能地具有与下磁体130相同的磁化特性。

由与壳体122磁性兼容或相同的材料制成的基本上为矩形棱柱形配置(但是在外表面具有倒角边缘)的两个相同的铁磁极靴138，使用螺栓140和定位销142在壳体122的下部处安装到宽度方向侧，以与壳体122上部部分的形状互补。极靴138在下面限定相应的工件接触界面144，其在示出的实施例中是平面的，但是可以具有不同的几何形状和/或轮廓设计成形成与工件的目标表面的适配抵接，以磁耦合到磁耦合装置100并由其处理。如所指出的，极靴138在其下终端限定工件接触界面144，而壳体122的厚壁的宽度方向部分的顶面限定本文中将被称为通量检测表面146的物。在没有外部磁工作电路的情况下，并且即使当这样的情况产生时，磁通量线穿过工件接触界面144和壳体122的通量检测表面146。

致动器和电子传感器与反馈组件118包括由非铁磁材料(诸如铝)制成的下部矩形覆盖区的致动器壳体部分150，并且包括具有朝向壳体部分150的下面的贯穿通道开口的矩形凹陷152，其用于容纳转动致动器154。转动致动器154具有扭矩输出轴156，其在磁耦合装置100的组装状态中被插入存在于上磁体132处的接合构件(说明性地为六边形驱动插入件136)中，其中使用四个紧固螺栓158将下壳体部分150密封地固定到磁体组件的壳体122的顶部，该四个紧固螺栓158延伸通过下壳体部分150中的四个孔并且与壳体122的顶面上的螺纹孔接合。这使得致动器154能够施加选择扭矩以转动其壳体122中的顶部磁体132，以使可切换永磁体装置120在各种状态之间转向。示例性转动致动器包括如本文所述的液压致动器、气动致动器和电致动器。跨两个磁体130、132的上面的线表示磁体130、132的北和南有源极的相应分离平面。

壳体组件118的中间铝(或其它非铁磁金属)壳体部分166具有矩形覆盖区，并通过上文提到的紧固螺栓158固定到下壳体部分150。在中间壳体部分166的顶部上，是也由非铁磁金属材料制成的矩形框架状上壳体部分172，矩形框架状上壳体部分172的上开口端由矩形非铁磁盖板174封闭，通过延伸穿过上壳体部分172的四个角处的孔的四个紧固螺钉176，该盖板以密封方式夹在盖板174和中间壳体部分166之间。

组件118还包括磁场传感器和传感器信号处理电路单元190，传感器信号处理电路单元190包括两个支腿部分196，两个支腿部分196在它们各自的终端处各自承载线性霍尔效应类型的磁通量传感器198。处理电路单元190包括m12电子连接器192，用于将去往/来自传感器和微控制器的i/o信号与外部设施对接。基于待建立的连接，可以使用其他合适的连接器。

当上壳体组件118被组装时，处理电路单元190的支腿部分196延伸到下壳体部分150中的两个圆柱形通道170中。整体布置确保霍尔效应传感器198将被牢固地定位在离壳体122的通量检测表面146一小段距离的限定位置中。本质上，这种布置确保一个磁通量传感器198被定位在极靴138中的第一极靴上方，并且第二磁通量传感器198被定位在极靴138中的第二极靴上方。在号为62/490,705的美国临时申请中公开了磁耦合装置100的额外细节，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。

如本文所提到的，可以使用其它配置的磁体来代替永磁体12、14或永磁体130、132。参考图17-图19，表示本公开的示例性可切换磁耦合装置200。可切换永磁耦合装置200可以代替磁耦合装置10(永磁体12、14)或磁耦合装置100(永磁体130、132)的磁通量源15。此外，可切换磁耦合装置200被放置在与用于磁耦合装置10的壳体28和用于磁耦合装置100的壳体150相对的非铁壳体中。如本文更详细地解释的，可切换磁耦合装置200的极部分250位于壳体的下侧处并且接触工件27(参见图19a和图19b)或具有定位在极部分250正下方并且接触工件27的极延伸构件。

可切换磁耦合装置200包括上盘片212和下盘片214。盘片212和214中的每一个都包括多个间隔开的永磁体230和多个极部分250。多个间隔开的永磁体230中的每一个都被说明性地示出为单个永磁体，但是可以包括定位在壳体内的多个永磁体和/或至少一个永磁体。示例性盘片被提供在以下专利中：号为7,161,451的美国专利；2015年10月30日提交的、名称为“具有转动致动系统的磁耦合装置(magneticcouplingdevicewitharotaryactuationsystem)”申请号为62/248,804的美国临时专利(案卷号mti-0007-01-us-e)；以及德国实用新型de202016006696u1，其全部公开内容通过引用被明确地并入本文。

返回图17-图19的示例，每个永磁体230具有北极侧232和南极侧234。盘片212和盘片214的永磁体230以及极部分250各自布置成形成封闭形状，其中极部分250之一定位在永磁体230中的两个永磁体之间。此外，永磁体230布置成使得与两个永磁体230之间的极部分250接触的两个永磁体230中的每一个使它们的北极侧或它们的南极侧接触极部分250。当相邻的永磁体230的北极侧接触极部分250时，极部分250被称为北极部分。当相邻的永磁体230的南极侧接触极部分250时，极部分250被称为南极部分。

上盘片212和下盘片214中的每一个都包括相等且偶数数量的永磁体区段和相等数量的极部分250。在一个实施例中，在上盘片212和下盘片214中的每一个中，永磁体230和极部分250被布置成圆形配置。

在实施例中，下盘片214(像磁耦合装置10中的磁体14)相对于包含下盘片214的壳体被保持静止，并且上盘片212(像磁耦合装置10中的磁体12)相对于下盘片214转动。上盘片212能够相对于下盘片214围绕中心轴线294沿方向290、292转动，以改变上盘片212的永磁体230和极部分250相对于下盘片214的永磁体230和极部分250的对准。

当下盘片214的南极部分250与上盘片212的南极部分250对准，并且下盘片214的北极部分250与上盘片212的北极部分250对准时，磁耦合装置200被认为处于接通状态。在接通状态中，由于从上盘片212和下盘片214的对准的北极部分250通过工件27到上盘片212和214的对准的南极部分250的磁路的完整，通过磁耦合装置10保持工件27。

当下盘片214的南极部分250与上盘片212的北极部分250对准，并且下盘片214的北极部分250与上盘片212的南极部分250对准时，磁耦合装置200被认为处于断开状态。在断开状态中，由于上盘片212和下盘片214内的、从上盘片212的对准的北极部分250到下盘片214的南极部分250以及从上盘片212的对准的北极部分到下盘片214的南极部分250的磁路的完整，没有通过磁耦合装置10保持工件27。

当上盘片212的南极部分250与下盘片214的北极部分250部分地重叠，并且上盘片212的北极部分250与下盘片214的南极部分250部分地重叠时，磁耦合装置200被认为处于部分接通状态。当处于部分接通状态时，由于从上盘片212和下盘片214的重叠的北极部分250通过工件27且到上盘片212和下盘片214的重叠的南极部分250的磁路的完整，可以通过磁耦合装置10保持工件27。当上盘片212和下盘片214的重叠的北极部分250与上盘片212和下盘片214的重叠的南极部分250的重叠程度的增加时，磁路的强度增加。

参考图17，示出了上盘片212。上盘片212包括圆柱形基底部件220，圆柱形基底部件220具有中心孔口222和多个径向延伸的孔口224。径向延伸的孔口224中的每个的尺寸和形状被设计成接收永磁体230。每个永磁体230具有北侧232、南侧234、径向向内面向的侧236、径向向外面向的侧238、顶部240和底部242(参见图19a)。

参考图18，示出了上盘片212的俯视图。圆柱形基底部件220围绕永磁体230的北侧232、南侧234、径向向内面向的侧136和径向向外面向的侧138中的每一个。在一个实施例中，孔口224不是通孔，而是从圆柱形基底部件220的底侧的盲深度孔，且因此圆柱形基底部件220也将围绕永磁体230的顶部部分240。在示出的实施例中，圆柱形基底部件220是单个一体部件。在一个实施例中，圆柱形基底部件220由结合在一起的两个或更多个部件组成。

如图18中所示，永磁体230被布置为使得相邻磁体的北侧232彼此面对，并且相邻磁体230的南侧234彼此面对。这种布置导致圆柱形基底部件220的、位于永磁体230之间的部分250充当针对永磁体230的极延伸部。在实施例中，基底部件220以及因此的极部分250由钢制成。其他合适的铁磁材料可以用于基底部件220。

参考图19，上盘片212被示出为相对于下盘片214分解。下盘片214通常与上盘片212相同。上盘片212可以相对于下盘片214转动以将磁耦合装置10置于接通状态、部分接通状态或断开状态中。

参考图19a，上盘片212和下盘片214被布置在接通状态中，其中上盘片212的南极部分250与下盘片214的南极部分250相邻，并且上盘片212的北极部分250与下盘片214的北极部分250相邻。在接通状态中，由于从上盘片212和下盘片214的对准的北极部分250、通过工件27、且到上盘片212和下盘片214的对准的南极部分250的磁路的完整，通过包括上盘片212和下盘片214的磁耦合装置保持由铁磁材料制成的工件27。北极部分250和南极部分250的下表面形成工件接触界面。可替换地，极靴16’、16”的实例，尽管具有与图1中不同的形状，但是可以被定位在北极部分250和南极部分250的下表面与工件27之间，以提供与工件27的工件接触界面。

参考图19b，当上盘片212的南极部分250与下盘片214的北极部分250相邻，并且上盘片212的北极部分250与下盘片214的南极部分250相邻时，上盘片212和下盘片214被布置在断开状态中。在断开状态中，由于在对准的、上盘片212的南极部分250和下盘片214的北极部分250之间以及在对准的、上盘片212的北极部分250和下盘片214的南极部分250之间的磁路的完整，通过包括上盘片212和下盘片214的磁耦合装置保持由铁磁材料制成的工件27。换而言之，盘片212和214分流极部分150内的磁路，使外部磁场崩溃。上盘片212和下盘片214还可以被布置为提供包括上盘片212和下盘片214的磁耦合装置的一个或多个部分接通状态。

在实施例中，北极部分250中的至少一个和南极部分250中的至少一个具有与其相关联的传感器98，以监测与相应的北极部分和相应的南极部分相关联的泄漏通量。如图18中所示，第一传感器98可以被放置在北极部分250附近，诸如在北极部分250正上方或北极部分250的径向外侧，并且第二传感器98可以被放置在南极部分250附近，诸如在南极部分250正上方或南极部分250的径向外侧。控制器34可以以与本文所述类似的方式对可切换永磁体组件200执行校准运行，以存储用于确定包括可切换永磁体组件200的装置的操作状态的传感器值，诸如与针对给定工件27的接通状态、断开状态和至少一个期望的部分接通状态所监测的极部分250相关联的泄漏通量。

参考图20-图22，表示了本公开的示例性磁耦合装置300。磁耦合装置300包括上组件312和下组件314。组件312和314中的每一个包括多个间隔开的永磁体330和多个极部分350。多个间隔开的永磁体330中的每一个被说明性地示出为单个永磁体，但是可以包括定位在壳体内的多个永磁体和/或至少一个永磁体。此外，磁耦合装置300被放置在与用于磁耦合装置10的壳体28和用于磁耦合装置100的壳体150相对的非铁壳体中。如本文更详细地解释的，磁耦合装置300的极部分350位于壳体的下侧处并且接触工件27，或者具有定位在极部分250正下方并且接触工件27的极延伸构件(参见图20-图22)。

每个永磁体330具有北极侧(n)和南极侧(s)。组件312和组件314的永磁体330和极部分350各自都布置成线性阵列，其中极部分350之一定位在永磁体330中的两个之间。此外，永磁体330布置成使得与两个永磁体330之间的极部分350接触的这两个永磁体330中的每一个使它们的北极侧(n)或它们的南极侧(s)接触极部分350。当相邻的永磁体330的北极侧(n)接触极部分350时，极部分350被称为北极部分。当相邻的永磁体330的南极侧(s)接触极部分350时，极部分350被称为南极部分。

在实施例中，下组件314(像磁耦合装置10中的永磁体14或磁耦合装置100中的永磁体130)相对于包含下组件314的壳体保持静止，并且上组件312(像磁耦合装置10的永磁体12或磁耦合装置100的永磁体132)相对于下组件314转动。上组件312能够沿方向390和392相对于下组件314平移，以改变上组件312的永磁体330和极部分350相对于下组件314的永磁体330和极部分350的对准。下组件312的永磁体330由于耦合到极部分350的极靴340而与工件27间隔开。可替换地，极部分可以延伸以提供间隔。此外，间隔件(未示出)被提供在上组件312和下组件314的永磁体之间。

当下组件314的南极部分350与上组件312的南极部分350对准，并且下组件314的北极部分350与上组件312的北极部分350对准时(参见图20)，磁耦合装置300被认为处于接通状态。在接通状态中，由于从上组件312和下组件314的对准的北极部分350通过工件27且到上组件312和下组件314的对准的南极部分350的磁路的完整，通过磁耦合装置300保持工件27。

当下组件314的南极部分350与上组件312的北极部分350对准，并且下组件314的北极部分350与上组件312的南极部分350对准时(参见图22)，磁耦合装置300被认为处于断开状态。在断开状态中，由于在上组件312和下组件314内的、从对准的、上组件312的北极部分350到下组件314的南极部分350以及从对准的上组件312的北极部分到下组件314的南极部分350的磁路的完整，不通过磁耦合装置10保持工件27。

当上组件312的南极部分350与下组件314的北极部分350部分地重叠，并且上组件312的北极部分350与下组件314的南极部分350部分地重叠时，磁耦合装置300被认为处于部分接通状态。当处于部分接通状态时，由于从上组件312和下组件314的重叠的北极部分350穿过工件27且到上组件312和下组件314的重叠的南极部分350的磁路的完整，可以通过磁耦合装置10保持工件27。当上组件312和下组件314的重叠的北极部分350与上组件312和下组件314的重叠的南极部分350的重叠程度增加时，磁路的强度增加。

在实施例中，北极部分350中的至少一个和南极部分350中的至少一个具有与其相关联的传感器98，以监测与相应的北极部分和相应的南极部分相关联的泄漏通量。如图20中所示，第一传感器98可以放置在北极部分350附近，诸如在北极部分350正上方或北极部分350的径向外侧，并且第二传感器98可以放置在南极部分350附近，诸如在南极部分350正上方或南极部分350的径向外侧。控制器34可以以与本文所述类似的方式对磁耦合装置300执行校准运行，以存储用于确定包括磁耦合装置300的装置的操作状态的传感器值，诸如与针对给定工件27的接通状态、断开状态和至少一个期望的部分接通状态所监测的极部分350相关联的泄漏通量。

参考图23和图24，示出了另一示例性磁耦合装置400。磁耦合装置400包括由铁磁材料(即，低磁阻材料)制成的壳体402，壳体402具有在第一端部406和第二端部408之间延伸的中心平行六面体区段404。极靴16’、16”可以耦合到端部406和408。中心圆柱形腔体410占据壳体400的体积的大部分，中心圆柱形腔体410在中心区段404的上部终端面和下部终端面之间延伸，并且具有这样的直径，使得相对薄壁的竖直壁区段412仅固持在区段404的前面和后面，而壁区段412的任一侧上的壁区段朝向端部406、408具有增加的壁厚度。壳体402的这种配置将壳体402分离成两个磁隔离区段426和428。

具有北极422和南极424的永磁体420定位在中心腔体410中。永磁体420提供大致恒定水平的磁通量。由于中心区段404由铁磁材料制成，因此壳体402的区段406、408分别用作南极部分424和北极部分422的极延伸部。永磁体420固定在壳体402中，以不相对于壳体402转动。固定永磁体420在壳体402内的定向可以通过选择腔体410和磁体420的相应直径以提供压配合或紧密过盈配合来实现，或通过将永磁体420粘合在腔体410中、或通过相对于壳体402保持永磁体420的合适方法来实现。

包括电绝缘导线的一个或多个绕组的线圈450围绕壳体402的中心区段412缠绕。壳体402的端部406、408用作容纳壁，线圈450缠绕在容纳壁之间。线圈450包括例如铜线的单个线圈，该线圈围绕中心区段404的壁区段412缠绕，有效覆盖壳体402的中心腔体410和接收在其中的永磁体420。

线圈450通过连接件460可操作地耦合至电源。示例性连接件包括控制供给至线圈450的电流的水平的开关或电路。如图14中所示，连接件460连接至控制器34。控制器34向连接件460提供信号以控制供给至线圈450的电流的水平。通过控制通过线圈450的电流水平和通过线圈450的电流的方向，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处由磁耦合装置400可用的磁场可以被增大或减小，这是因为取决于流过线圈450的电流的方向，流过线圈450的电流所产生的磁通量是永磁体420的大致恒定磁通量的相加或永磁体420的大致恒定磁通量的相减中的一种。在实施例中，提供电流传感器462以维持通过线圈450的电流。当电流沿通过线圈450的第一方向行进时，合成磁场使极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用的磁通量增大。当电流沿通过线圈450的第二方向行进时，产生的磁场使极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用的磁通量减小。电流水平设定极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用的磁通量的增大或减小程度。

基于永磁体420的特性以及通过线圈450的电流水平和电流方向的特性，磁耦合装置400可以建立多个磁路。具体地，磁耦合装置400可以被配置为处于至少三个状态，每个状态具有对应的磁路特性。磁耦合装置400能够通过维持通过线圈450的有效恒定电流水平或没有电流通过线圈450而在延长的时间段内维持至少三个状态中的每一个状态。在一个示例中，延长的时间段高达120秒。在另一示例中，延长的时间段高达10秒。在又一示例中，延长的时间段高达5秒。在又一示例中，延长的时间段高达2秒。在又一示例中，延长的时间段高达1秒。在又一示例中，上述示例性范围具有基于系统要求设定的最小持续时间，诸如至少0.1秒。

在实施例中，包括温度传感器以监测线圈450的温度。在一个示例中，只要所测量的温度低于阈值温度，就操作磁耦合装置400。示例性阈值温度是80摄氏度。

在本文中称为断开状态的第一状态中，第一电流水平通过线圈450以有效地减轻或抵消永磁体420的磁通量，以在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处提供可用于铁磁工件27的第一水平的磁通量。在断开状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第一水平的磁通量不足以利用磁耦合装置420举升铁磁工件。在一个示例中，当磁耦合装置400处于断开状态时，由永磁体420产生的磁通量的至少96％被线圈450抵消。在另一示例中，当磁耦合装置400处于断开状态时，由永磁体420产生的磁通量的至少99％被线圈450抵消。

在本文中称为接通状态的第二状态中，第二电流水平通过线圈450以在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处提供可用于铁磁工件的第二水平的磁通量。在一个示例中，没有电流通过线圈450，使得由永磁体420产生的全部量的磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27。在接通状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第二水平的磁通量高于断开状态的第一水平，并且足以利用磁耦合装置400举升铁磁工件。在一个示例中，仅由永磁体420产生的磁通量足以举升铁磁工件。因此，如果无意中对线圈450切断电力，磁耦合装置400保持耦合到磁耦合装置400的铁磁工件27。

在本文被称为部分接通状态的第三状态中，第三电流水平通过线圈450，以提供在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第三水平的磁通量。第三电流水平从永磁体420中抵消可用于极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处的磁通量的至少一部分。在部分接通状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第三水平的磁通量高于断开状态的第一水平，低于接通状态的第二水平，并且足以利用磁耦合装置400举升铁磁工件。在一个示例中，部分接通状态足以举升堆叠27的顶部片材27’，但不足以举升顶部片材27’和从顶部片材起第二片材27”两者。

在实施例中，提供传感器462以监测线圈450的特性。在一个示例中，传感器462是电流传感器，其监测通过线圈450的或供应到线圈450的电流水平。

如本文更详细地解释的，通过能够在至少三个状态中配置磁耦合装置400，增强了配置磁耦合装置400以使布置在堆叠中的铁磁工件27卸堆的能力，并且增强了将磁耦合装置400用于多种不同类型的铁磁工件27的能力。关于示例性磁耦合装置400的额外细节在2017年6月8日提交的、名称为“可切换磁设备(switchablemagneticapparatus)”、案卷号为mti-0004-02-us、序列号为62/517,043的美国临时申请中公开，其全部公开内容通过引用明确并入本文。

在实施例中，线圈450围绕磁耦合装置10的永磁体12、14两者缠绕，并且用于进一步增加在接通状态中极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用的磁通量。在实施例中，线圈450围绕磁耦合装置10的永磁体14缠绕，以抵消或减少作用在永磁体12上的永磁体14的有效磁通量，以降低相对于永磁体14转动永磁体12所需的扭矩。

在实施例中，永磁体420能够在壳体402中转动，而不是被固定在壳体402中。致动系统470可操作地耦合至永磁体420以相对于壳体402转动永磁体420。在一个实施例中，致动系统可以是电致动系统，诸如步进马达、液压致动系统、气动致动系统或其他合适的致动系统。在一个实施例中，永磁体420通过施加至围绕永磁体420定位的一个或多个线圈的电流而相对于壳体402转动。示例性线圈致动系统的额外细节在2017年6月8日提交的、案卷号mti-0001-02-us的、名称为“电磁可切换永磁体装置(electromagnet-switchablepermanentmagnetdevice)”、号为62/517,057的美国临时申请中提供，该申请的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

参考图24c，示出了永磁体420相对于壳体402的布置。图24c的布置是在本文中被称为断开状态的第一状态，其中第一水平的磁通量在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27，其不足以利用磁耦合装置420举升铁磁工件。大部分磁通量在壳体402内被动分流。在一个示例中，当磁耦合装置400处于断开状态时，由永磁体420产生的磁通量的至少96％被线圈450抵消。在另一示例中，当磁耦合装置400处于断开状态时，由永磁体420产生的磁通量的至少99％被线圈450抵消。

参考图24a，示出了永磁体420相对于壳体402的布置。图24a的布置是在本文中被称为接通状态的第二状态，其中，由永磁体420产生的第二水平的磁通量在附接至壳体402的极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27。在接通状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第二水平的磁通量高于断开状态的第一水平，并且足以利用磁耦合装置400举升铁磁工件。

参考图24b，示出了永磁体420相对于壳体402的布置。图24b的布置是在本文中被称为部分接通状态的第三状态，其中，第三水平的磁通量能够在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27。在部分接通状态中，在极靴16’、16”的工件接触界面17’、17”处可用于铁磁工件27的第三水平的磁通量高于断开状态的第一水平，低于接通状态的第二水平，并且足以利用磁耦合装置400举升铁磁工件。在一个示例中，部分接通状态足以举升堆叠27的顶部片材27’，但不足以举升顶部片材27’和从顶部片材起第二片材27”两者。

所公开的磁耦合装置中的每一个可以与具有支撑结构431的机械举升设备430(参见图25)结合使用。机械举升设备430通过一个或多个磁耦合装置将铁磁工件从第一位置举升并传输到第二位置。示例性机械举升设备430包含机械吊架432(参见图25b)、起重机吊装装置434(参见图25c)和机器人系统700(参见图25a)。

示例性机械吊架432包括一对竖直支撑构件，该对竖直支撑构件具有在其间延伸的水平横向构件。磁耦合装置10可以通过机构从水平横向构件悬挂或耦合到水平横向构件，以相对于水平横向构件升高和降低磁耦合装置10，并因此举升和传输耦合到磁耦合装置10的铁磁工件。

示例性起重机吊装装置434包括链条机构，其相对于链条吊装装置434的第二部分举升或降低链条吊装装置434的第一部分。磁耦合装置10可以从链条吊装装置434的第一部分悬挂或耦合到链条吊装装置434的第一部分。因此，磁耦合装置10随链条吊装装置434的第一部分升高和降低，链条吊装装置434的第一部分继而举升和传输耦合到磁耦合装置10的铁磁工件。

参考图25c，示出了示例性机器人系统700。关于机器人系统700描述的实施例可以应用于其它类型的机器(例如，机械吊架、起重机吊装装置、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包括存储在关联的存储器774中的、用于由处理器772执行的额外逻辑。包括机器人移动模块702，其控制机器人臂704的移动。在示出的实施例中，机器人臂704包括第一臂段706，第一臂段706可以围绕竖直轴线相对于基底转动。第一臂段706通过第一接头710可移动地耦合到第二臂段708，在第一接头710处，第二臂段708可以沿第一方向相对于第一臂段706转动。第二臂段708通过第二接头712可移动地耦合到第三臂段711，在第二接头712处，第三臂段711可以沿第二方向相对于第二臂段708转动。第三臂段711通过第三接头716和转动接头718可移动地耦合到第四臂段714，在第三接头716处，第四臂段714可以沿第三方向相对于第三臂段711转动，由此可以改变第四臂段714相对于第三臂段711的定向。磁耦合装置10被说明性地示出为固定到机器人臂704的端部。磁耦合装置10用于将工件27(未示出)耦合到机器人臂704。尽管示出了磁耦合装置10，但是本文所描述的任何磁耦合装置和本文所述的任何数量的磁耦合装置都可以与机器人系统700一起使用。

在一个实施例中，通过执行机器人移动模块702的处理器772，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，磁耦合装置100在第一位置处接触工件。通过执行磁耦合器状态模块776的处理器772，电子控制器770指示磁装置10相对于下磁体14移动上磁体12以将磁耦合装置10置于接通状态或部分接通状态之一中，以将工件耦合到机器人系统700。通过执行机器人移动模块702的处理器772，电子控制器770将工件从第一位置移动到第二期望的间隔开的位置。一旦工件处于期望的第二位置，通过执行磁耦合器状态模块76的处理器772，电子控制器770指示磁装置10相对于下磁体14移动上磁体12以将磁耦合装置10置于断开状态，以将工件从机器人系统700解耦。在一个示例中，通过执行磁耦合器状态模块76的处理器772，电子控制器770指示磁耦合装置10顺序地将磁耦合装置10置于部分接通状态以举升铁磁工件27’，在通过移动机器人臂704举升铁磁工件27’之后，指示磁耦合装置10相对于下磁体14移动上磁体12以将磁耦合装置10置于接通状态或另一部分接通状态，以增加磁耦合装置10在铁磁工件27’上的保持力，并且在通过进一步移动机器人臂704而将铁磁工件27’置于期望位置之后，指示磁耦合装置10相对于下磁体14移动上磁体12以将磁耦合装置10置于断开状态，以将铁磁工件27’从机器人系统700解耦。电子控制器770然后重复该过程以耦合、移动和解耦另一工件27。

参考图26，示出了存储在控制器34的存储器38上的状态数据信息46的示例性集合。状态数据信息46可以是数据库或其他类型的数据结构的一部分。状态数据信息46包括关于相应磁耦合装置(诸如磁耦合装置10)的每个保存状态的信息。如图26中所示，状态数据信息46包括关于状态信息46a的磁耦合装置、磁耦合装置断开状态信息46b、以及第一部分接通状态信息46c、第二部分接通状态信息46d和第n部分接通状态信息46e。

参考图27，示出了用于存储的状态信息46的示例性数据记录80，该存储的状态信息46将存储在控制器34的存储器38上。数据记录80包括状态标识符82和对应于相应状态的至少一个传感器值84。例如，如果数据记录是用于部分接通状态之一，则传感器值可以是图12中所示的磁耦合装置10的实施例的传感器70中的一个或两个传感器的磁通量读数、图11中所示的磁耦合装置10的实施例的传感器的位置值、图10中所示的磁耦合装置的实施例中用于致动器32的步进马达的位置、图14中所示的磁耦合装置400的实施例的传感器462的电流值、或对磁耦合装置10、100的永磁体12的位置的指示进行提供的任何其他传感器值、或磁耦合装置400的线圈450的电流值。在另一示例中，如果数据记录是用于接通状态或断开状态之一，则传感器值可以是图12中所示的磁耦合装置10的实施例的传感器70中的一个或两个传感器的磁通量读数、图11中所示的磁耦合装置10的实施例的传感器的位置值、图10中所示的磁耦合装置的实施例中用于致动器32的步进马达的位置、定位在壳体28中的、与销94相互作用的限制开关的致动(该销94能够与磁耦合装置10的永磁体12一起转动)、磁耦合装置400的实施例的传感器462的电流值、或对磁耦合装置10的永磁体12的位置的指示进行提供的任何其他传感器值或磁耦合装置400的线圈450的电流值。

磁耦合装置状态逻辑40可以基于输入装置42所请求的、磁耦合装置10、100、200、300或400的所请求状态来选择适当的数据记录。如本文所提到的，在实施例中，磁耦合装置10、100、200、300或400可以耦合到机器人系统700的机器人臂704，并且机器人系统700的电子控制器770可以通过向磁耦合装置10、100、200、300或400的控制器34提供所期望状态的状态标识符82，基于机器人臂704的位置来请求磁耦合装置10、100、200、300或400的所期望状态。

实际上，磁耦合装置10、100、200、300或400的操作者可以将磁耦合装置10、100、200、300或400定位在铁磁工件(诸如片材27)的堆叠上。操作者可以通过输入装置42手动请求致动致动器32以将永磁体12转动到针对磁耦合装置100、200或300的部分接通位置或类似运动。通过实验或通过监测传感器读数，操作者将继续改变永磁体12的位置，直到达到提供足够举升力以沿方向33升高顶部片材27’但不沿方向33升高从顶部片材起第二片材27”的位置。与永磁体12的该定向相关联的传感器值存储在数据记录80中，如对应于部分接通状态标识符82。然后，当对片材27工作时，机器人系统700能够指定用于部分接通数据记录的正确状态标识符82。以类似的方式，针对系统400可以监测和记录线圈450中的电流。

针对多个部分接通状态的传感器值可以存储在存储器38上的对应数据记录80中。在一个示例中，针对磁耦合装置将被配置用于的每个状态存储数据记录80。

在实施例中，机器人系统700或磁耦合装置10包括将给定工件标识符88与给定状态标识符82相关联的工件数据记录86，如图28中所示。因此，操作者可以为多个不同铁磁工件配置多个部分接通状态以供稍后检索。例如，机器人系统700的操作者可以指定待用机器人系统700处理的工件。假设指定的工件具有对应的工件数据记录86，则在没有进一步的实验测试或配置的情况下，可以容易地选择用于指定的工件和磁耦合装置10的部分接通状态的正确设置。优点尤其是：只要新铁磁工件具有对应的工件数据记录86，就能够使用具有多个工件类型(诸如不同厚度的铁磁片材)的机器人系统700或其它机械举升系统，而不会引起切换磁耦合装置的系统停机时间。

图29示出了提供利用磁耦合装置(诸如所公开的磁耦合装置之一)来移动铁磁工件的示例性处理顺序500。该处理顺序500包括使铁磁工件与磁耦合装置的多个极靴接触，该多个极靴中的每一个具有接触铁磁工件的工件接触界面，该磁耦合装置具有至少一个永磁体，该至少一个永磁体有助于在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平，如方框502所表示。极靴可以附接到磁耦合装置的壳体，或者可以是磁耦合装置的壳体的一体部分。然后，将磁耦合装置从第一状态转换到第二状态，该第一状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第一水平的磁通量，该第二状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第二水平的磁通量，该第二水平大于第一水平，如方框504所表示。在一个示例中，第一状态是断开状态，并且第二状态是部分接通状态。在另一示例中，第一状态是部分接通状态，并且第二状态是部分接通状态。当磁耦合装置处于第二状态时，利用磁耦合装置将铁磁工件从第一位置移动到第二位置，如方框506所表示。将磁耦合装置从第二状态转换到第三状态，该第三状态具有在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的第三水平的磁通量，该第三水平大于第二水平，如方框508所表示。在一个示例中，第二状态是部分接通状态，并且第三水平是第二部分接通状态和接通状态之一。当磁耦合装置处于第三状态时，利用磁耦合装置将铁磁工件从第二位置移动到第三位置，如方框510所表示。将铁磁工件从磁耦合装置解耦，如方框512所表示。在一个示例中，通过将磁耦合装置转换回到第一状态来解耦铁磁工件，其中，第一状态是断开状态。在另一示例中，通过将磁耦合器转换到断开状态和部分接通状态之一来解耦铁磁工件，该部分接通状态具有一水平的磁通量，该水平的磁通量在极靴的工件接触界面处可用且低于能够将工件保持到磁耦合装置的水平。本文所公开的示例性磁耦合装置中的任一个可以用于执行处理顺序500。此外，本文所公开的示例性磁耦合装置中的任一个可以与机器人系统700结合使用以执行处理顺序500。

在实施例中，在步骤510和512之间，将磁耦合装置从第三状态转换到第四状态，第四状态具有在工件接触界面处可用于铁磁工件的第四水平的磁通量，第四水平小于第三水平，但仍足以相对于磁耦合装置保持工件。在一个示例中，当工件接近该工件待被放置在堆叠的顶部上的第二堆叠的工件时，使用第四水平。通过减小磁通量的水平，减小由于磁耦合装置的磁通量而移动已经在堆叠上的工件的机会。在另一示例中，工件相对于第二工件以嵌套关系放置，并且一旦第二工件就位，磁通量水平就增加，使得两个工件都以足够的磁通量耦合到磁耦合装置以移动多个工件。

在实施例中，第二堆叠中的第二水平的磁通量足以将工件的堆叠中的多个工件耦合到磁耦合装置。一旦耦合多个工件，则将该多个工件移动到第二位置。此时，可以增加磁通量水平以增强与磁耦合装置的连接水平。在一个示例中，磁耦合装置将多个工件移动到第一放下位置，且降低磁通量的水平以释放多个工件中的底部工件。这在不同位置重复，直到释放该多个工件中的所有工件。

图30示出了利用磁耦合装置移动铁磁工件的示例性处理顺序550。该处理顺序包括接收待利用具有多个极靴的磁耦合装置来移动的铁磁工件的标识，所述多个极靴中的每一个具有适于接触铁磁工件的工件接触界面，如方框552所表示。极靴可以附接到磁耦合装置的壳体或者是磁耦合装置的壳体的一体部分。磁耦合装置具有至少一个永磁体，所述至少一个永磁体有助于在多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的磁通量的水平。确定与所标识的铁磁工件对应的、磁耦合装置的至少一个状态，如方框554所表示。所述至少一个状态具有在磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的对应水平的磁通量。使所标识的铁磁工件与磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面接触，如方框556所表示。利用磁耦合装置将所标识的铁磁工件从初始位置移动到最终位置，同时顺序地将磁耦合装置配置以至少三个状态，所述三个状态中的每一个具有在磁耦合装置的多个极靴的工件接触界面处可用于铁磁工件的对应水平的磁通量，所述至少三个状态包括与所标识的铁磁工件对应的、磁耦合装置的至少一个状态，如方框558所表示。所标识的铁磁工件从磁耦合装置解耦，如方框560所表示。

在实施例中，具有至少三个状态的磁耦合装置是电永磁耦合装置，其包括至少一个第一永磁体、至少一个第二永磁体以及围绕所述至少一个第二永磁体放置的电线圈。所述至少一个第一永磁体是高矫顽性磁体，并且所述至少一个第二永磁体是低矫顽性磁体，其磁体极可以由于供应到围绕所述至少一个第二永磁体放置的电线圈的电流的影响而改变。示例性高矫顽性磁体是ndfeb(钕、铁、硼)磁体。示例性低矫顽性磁体是alnico(铝、镍、钴)磁体。

至少一个第一永磁体、至少一个第二永磁体和电线圈包含在具有相关联的极靴的壳体中，该相关联的极靴具有工件接触界面。至少一个第二永磁体的磁极的定向可以具有第一定向，其中第一水平的磁通量可用于极靴的工件接触界面，该第一水平足以举升铁磁工件27。此外，至少一个第二永磁体的磁极的定向可以具有第二定向，其中第二水平的磁通量可用于极靴的工件接触界面，第二水平不足以举升铁磁工件27。当处于第一定向时，可以向线圈施加第一电流水平，该第一电流水平将极靴的工件接触界面处可用的磁通量降低到小于第一水平且大于第二水平的第三水平。第三水平对应于部分接通状态。在一个示例中，第三水平足以使铁磁工件27’从铁磁工件的其余部分卸堆。第一电流水平不足以将至少一个第二永磁体的磁极改变到第二定向。当处于第二定向时，可以向线圈施加第二电流，该第二电流将极靴的工件接触界面处可用的磁通量增加到小于第一水平且大于第二水平的第四水平。第四水平对应于部分接通状态。在一个示例中，第四水平足以使铁磁工件27’从铁磁工件的其余部分卸堆。第二电流水平不足以将至少一个第二永磁体的磁极改变到第一定向。

参见图31，示出了用于保持铁磁工件490的固定装置486。固定装置486可以为检查固定装置，其保持铁磁工件490以供检查。固定装置486包括框架496和多个磁耦合装置10，该多个磁耦合装置被定位成支撑铁磁工件490的下侧492。磁耦合装置10中的每一个包括多个极靴16，该多个极靴具有适于接触铁磁工件490的工件接触界面。这些极靴可以附接到磁耦合装置10的壳体或者为磁耦合装置10的壳体的一体部分。

可以利用接触铁磁工件490的上侧494的一个或多个探头488检查铁磁工件490。在实施例中，每个磁耦合装置10的电子控制器34使磁体耦合装置10的磁体定向以提供在极靴16的工件接触界面17处可用的磁通量的水平，以相对于固定装置486保持铁磁工件490，但是足够低以不改变检查铁磁工件490的上侧494的探头的操作。

在实施例中，多个磁耦合装置10中的每一个具有带有工件接触界面17的相关联的极靴16，工件接触界面17的形状被设计成匹配铁磁工件490的下侧492的对应轮廓。在实施例中，多个磁耦合装置10被间隔开。

可以在不脱离本发明的范围的情况下，对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，虽然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不同特征组合的实施例以及不包括所有所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书的范围内的所有这样的替代、修改和变化及其所有等同物。