专利名称：剩磁装置和方法
剩磁装置和方法
相关申请
0001本申请是共同待审的200$年3月30日提交的美国申请 No.ll/094787、 11/094800、 11/093739、 11/094801、 11/094818、 11/093721、 11/093761、 11/094843、 11/094786、 11/094802、 11/094804和2005年 11月16日提交的美国申请No.11/280983的部分继续申请，这些申请 的全部内容都在此并入以供参考。
背景技术：
00021剩磁出现在这样的材料中，它们在放于磁场中时获得磁性 且即便在从磁场中移去时还保持磁性。剩磁磁体通常是通过将钢、铁、 镍、钴或其它软磁材料放在磁场中而产生的。磁场通常是通过让电流 通过靠近材料放置的导线线圏而产生的。由线围产生的磁场将作为磁 性构建模块的材料中的磁畴有序排列。 一旦材料磁化且磁场移去，磁 畴仍排列有序，且因此，材料保持其磁性。磁场移去后保持在材料中 的磁性称作材料的残磁或剩磁，其依施加磁场的性质和被磁化材料的 性质而定。剩磁磁体可被认为是不可逆或可逆的，依材料可去磁的容 易程度而定。永磁体的剩余磁场不能容易地通过施加磁场而去磁。在 将磁场施加在永磁体上且随后移去之后，永磁体的剩余磁场将完全恢 复。因此，永磁体是可逆磁体。不可逆磁体(也称剩磁磁体或临时永 磁体)需要采取闭合磁路(例如环)的形式，以便设定并维持剩磁场。 剩磁场是通过给不可逆磁体施加磁场而设定的。不过，剩磁场在磁场 移去之后仍保持不变。不可逆剩磁磁体可容易地通过磁场去磁。在将 磁场施加给剩磁磁体并随后移去之后，剩余磁场不会像永磁体一样恢 复。因此，剩磁磁体是不可逆磁体。若打开其闭合磁路，不可逆剩磁 磁体也会失去其剩余磁场。即便再次闭合磁路，不可逆剩磁磁体的剩 余磁场也不会恢复。 一定大小的磁气隙可作为不可逆剩磁磁体的闭合
8磁路的一部分存在，且还可提供有用量的剩磁栽荷。磁气隙越小，剩 磁载荷就越接近未中断的或完全闭合磁路的载荷。这里描述的剩磁装 置被认为是不可逆的剩磁磁体，如同上面限定的那样。
发明内容
00031本发明的 一些实施例提供了 一种保持衔铁与铁心壳接合而 无需电流或动力的方案。通过使用剩磁力，可供应将衔铁和铁心壳从 接合状态变成脱离状态的动力，剩磁力可保持衔铁和铁心壳的状态而 无需动力。此外，本发明的一些实施例可通过提供一个手动释放机构 而使衔铁从铁心壳释放或脱离开来。手动释放机构可增大衔铁与铁心 壳之间的分隔距离，这基本上就去掉了保持衔铁与铁心壳接合的剩磁 力。
00041本发明的一些实施例提供了剩磁锁定器、制动器、旋转闭 锁装置、离合器、致动器以及锁闩。剩磁装置可包括铁心壳和衔铁。 剩磁装置可包括线團，其接收磁化电流以在铁心壳与衔铁之间产生不 可逆剩磁力。
00051图l示出了根据本发明一个实施例的剩磁装置；
10006图2示出了用于剩磁装置的铁心壳；
f00071图3示意性地示出了用于图l剩磁装置的控制器；
00081图4示意性地示出了图3控制器的微控制器；
0009图5是根据本发明一个实施例的电磁组件的横截面00101图6a-6h是各种材料特性的磁滞曲线0011图7是图6g磁滞曲线图的去磁象限；
00121图8和9是根据本发明一个实施例具有剩磁装置的旋转闭 锁系统的侧视00131图10是根据本发明 一 个实施例具有带溢出机构的剩磁锁定 装置的旋转闭锁系统的侧视0014图11是根据本发明另 一个实施例具有剩磁装置的旋转闭锁 系统的透视图；0015图12是图11旋转闭锁系统的分解图；
图15是未锁定状态下图11旋转闭锁系统的横截面图；
当磁场230开始将衔铁加2拉近铁心壳204的铁心止挡208 时，衔铁202开始绕着枢转点旋转且减小衔铁202与铁心止挡208之 间的气隙。由于磁场230的切向分量和气隙208a的磁阻变化，衔铁 202旋转。衔铁202的运动、速度以及转矩可与提供给线團206的磁 化电流大小、使用材料的磁导以及在与铁心止挡接触之前气隙208b 减小的速度有关。当衔铁202通过铁心止挡208保持不动时，衔铁202 中的剩磁力以转矩的形式增大，直到衔铁202和铁心壳204的材料磁 饱和。如图50-52所示，棘爪472可与偏压元件482b联接。偏压 元件482b可包括一个或多个压缩弹簧、张力弹簧、弹性体元件、楔子 和/或泡沫体。在凸起474a从凹槽474b中释放之后，偏压元件482b 可使棘爪472返回到预定位置(例如，复位位置)。在一些实施例中， 偏压元件482a作用在转子锁闩467上的力大于偏压元件482b作用在 棘爪472上的力，于是棘爪472的凸起474a就与转子锁闩467的凹槽 474b脱离，且棘爪472和衔铁466返回到复位位置。锁闩系统460可 包括一个或多个导向件484a、484b以及484c。棘爪导向件484a和484b 可引导棘爪472的位置、限制棘爪472的运动以及将棘爪472导入复 位位置。同样，转子导向件484c可引导和限制转子锁闩467的旋转。 衔铁466可包括止挡凸起486。止挡凸起486可与衔铁止挡488相互 作用或连接。当衔铁466旋转时，衔铁止挡488可与止挡凸起486联 接并阻止衔铁466进一步的旋转。在一些实施例中，当偏压元件482a 使棘爪472返回到复位位置时，衔铁止挡488可限制衔铁466转过或 越过锁定位置。
002511如图52所示，在复位位置上，锁闩系统460可准备再次 接纳撞杆465。在一些实施例中，在棘爪472和衔铁466处于复位位 置的情况下，通过给线圏478施加磁化电流而产生将衔铁466锁定到 铁心壳477的磁场，旋转闭锁装置476被锁定。通过接纳撞杆465， 可促使转子锁闩467旋转并与棘爪472再接合，棘爪472是通过将衔 铁466锁定到铁心壳的剩磁力而保持不动的。 一旦转子锁闩467与棘爪472再接合，转子锁闩467就可被禁止转回到打开位置，且锁闩系 统460可如同上面针对图50描述和示出的那样锁定或闭锁。
00252图55和56示出了根据本发明一个实施例的另一剩磁锁闩 系统490。图55示出了系统490的前视图，而图56示出了沿着图55 所示的基准线56截取的系统490的横截面图。在一些实施例中，锁闩 系统490用于锁定和解锁车辆的后门或窗口 。锁闩系统490还可用于 其它的应用场合中，以锁定和解锁活动元件比如门、盖、机罩等。本发明的实施例还可使用剩磁技术来提供止动件制动器 和止动件离合器。止动件制动器和止动件离合器可包括一个或多个止 动件或闭锁机构，其将铁心壳和衔铁分开确定距离。当铁心壳和衔铁 分开确定距离时，铁心壳和衔铁被容许独立地移动(例如，旋转、平 移或其组合)。同样，当铁心壳和衔铁没有分开确定距离时(例如，凸 起与凹槽对准)，它们就作为止动件离合器相依赖地移动，或作为止动制动器不相依赖地移动，止动件或闭锁机构促使铁心壳和衔铁在它们能彼此独立地移动之前轴向地移离彼此。例如，针对图8和9示出和 描述的旋转闭锁装置78包括相对于衔铁定位和保持铁心壳的止动件。 为了从衔铁上释放铁心壳以便于容许铁心壳和衔铁独立地移动，需要 轴向力来分离止动件。在一些实施例中，当凸起和凹槽沿着接触平面 移动或滑动而分离时，还产生剪切力。此外， 一旦止动件分离，还可 产生剪切力，因为分离的凸起继续地在衔铁和/或铁心壳旋转时于铁心 壳和衔铁之间产生接触平面。本发明的实施例还可提供无级分离制动 器和离合器，其中铁心壳和衔铁基本不接触地移动。00283I本发明的各项附加特征和优点在下列权利要求中阐明。
权利要求
1、一种与铁心壳、线圈以及衔铁一起使用的控制器，该控制器包括与线圈连接的处理器；该处理器使磁化电流被提供给线圈，以在衔铁与铁心壳之间产生基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力。
2、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使去磁电流被提 供给线围，以基本抵消铁心壳与衔铁之间的不可逆剩磁力。
3、 如权利要求l所述的控制器，还包括状态确定口，其确定铁心 壳与衔铁之间是否存在不可逆剩磁力。
4、 如权利要求3所述的控制器，其中，该状态确定口确定铁心壳 和衔铁的电感，以便于确定铁心壳和衔铁是否基本接触。
5、 如权利要求4所述的控制器，其中，当铁心壳和衔铁不接触时， 铁心壳和衔铁的电感大于约100毫亨。
6、 如权利要求4所述的控制器，其中，铁心壳和衔铁在铁心壳和 衔铁接触时的电感大于铁心壳和衔铁不接触时的电感。
7、 如权利要求4所述的控制器，其中，该处理器使电源将电压脉 沖输送给线围，并且，该状态确定口确定电流上升时间以便于确定铁 心壳和衔《失的电感。
8、 如权利要求3所述的控制器，其中，该状态确定口与霍尔效应 传感器连接，以确定不可逆剩磁力是否存在。
9、 如权利要求3所述的控制器，其中，该状态确定口存储相应于 不可逆剩磁力存在的第一状态和相应于不可逆剩磁力不存在的第二状 态。
10、 如权利要求9所述的控制器，其中，该控制器提供磁化电流 以产生不可逆剩磁力，该控制器再次提供磁化电流以确保不可逆剩磁 力已经产生，并且，该控制器提供去磁电流以抵消不可逆剩磁力。
11、 如权利要求3所述的控制器，还包括应变计，以确定铁心壳与衔铁之间是否存在不可逆剩磁力。
12、 如权利要求3所述的控制器，还包括开关，以确定铁心壳与 衔铁之间是否存在不可逆剩磁力，其中，衔铁移动以便于致动该开关。
13、 如权利要求12所述的控制器，其中，该开关包括微动开关、 栽荷垫、膜垫、压电装置、力检测电阻、接近传感器以及光遮断器中 的至少一个。
14、 如权利要求1所述的控制器，其中，该处理器使电源提供约 100毫秒时间的磁化电流，以便于使铁心壳和衔铁饱和。
15、 如权利要求14所述的控制器，其中，铁心壳和衔铁的基本上 所有部分大致同时饱和。
16、 如权利要求l所述的控制器，其中，所述电源提供约8伏特 至约42伏特的供给电压。
17、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使电源提供去 磁电流以基本上抵消不可逆剩磁力，并且，因为铁心壳和衔铁在产生 不可逆剩磁力时完全饱和，去磁电流为恒定值。
18、 如权利要求17所述的控制器，其中，该处理器使电源提供恒 定值为约700毫安至约800毫安的去磁电流。
19、 如权利要求1所述的控制器，其中，该处理器使电源脉沖输 送约60毫秒至约120毫秒时间的去磁电流，以便于抵消不可逆剩磁力。
20、 如权利要求1所述的控制器，其中，该处理器使电源提供约 5安培的磁化电流。
21、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使电源提供达 到约10安培的磁化电流。
22、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使电源提供达 到约2安培的去磁电流。
23、 如权利要求l所述的控制器，其中，线圏为单线團，还包括 一个包括H桥的双极驱动电路，H桥由四个晶体管、四个继电器以及 晶体管和继电器总共四个的组合其中的一种构成。
24、 如权利要求1所述的控制器，其中，线圏为双线圏，还包括两个由晶体管和继电器中的至少一种构成的单极驱动电路。
25、 如权利要求1所述的控制器，其中，磁化电流根据线圏参数 被半校准，而去磁电流由电流调节来校准。
26、 如权利要求24所述的控制器，其中，电流调节是线性调节和 脉宽调制中的一种。
27、 如权利要求l所述的控制器，其中，磁化电流大于约7安培， 还包括分立晶体管驱动电路。
28、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使电源提供包 括减幅的交变极性脉沖的去磁电流。
29、 如权利要求1所述的控制器，其中，该处理器使电源通过施 加增大的脉宽调制电压而提供去磁电流。
30、 如权利要求l所述的控制器，其中，该处理器使电源提供去 磁电流以便于接近名义释放点，并且，去磁电流是通过占空因数是基 于供给电压水平的经校准脉宽调制电压产生的。
31、 如权利要求1所述的控制器，还包括硬件互锁电路，以基本 上防止电源提供意外的磁化或去磁电流。
32、 如权利要求l所述的控制器，还包括总线收发器，其与控制 器局域网和分层互联网的其中一个中的车辆控制系统通信。
33、 如权利要求l所述的控制器，其中，电源来源自车辆点火开关。
34、 如权利要求1所述的控制器，其中，该处理器包括通用异步 接收器/发送器、模数转换器以及闪速存储器。
35、 如权利要求1所述的控制器，还包括电源，其包括由人力运 动驱动的压电装置、太阳能源、由人力运动驱动的发电机、静电源以 及核能源中的至少一个。
36、 一种控制铁心壳、线图以及衔铁的方法，该方法包括给线围提供磁化电流，以在铁心壳与衔铁之间产生基本闭合的磁 路，以便于产生不可逆剩磁力；给线圏提供去磁电流，以基本抵消铁心壳与衔铁之间的不可逆剩磁力。
37、 如权利要求36所述的方法，还包括，确定铁心壳与衔铁之间 是否存在不可逆剩磁力。
38、 如权利要求37所述的方法，还包括，确定铁心壳和衔铁的电 感，以便于确定铁心壳和衔铁是否基本接触。
39、 如权利要求38所述的方法，还包括，将电压以脉冲输送给线 圏；并且，确定电流上升时间以便于确定铁心壳和衔铁的电感。
40、 如权利要求37所述的方法，还包括，使用霍尔效应传感器以 确定不可逆剩磁力是否存在。
41、 如权利要求37所述的方法，还包括，存储相应于不可逆剩磁 力存在的第一状态和相应于不可逆剩磁力不存在的笫二状态。
42、 如权利要求37所述的方法，还包括，提供磁化电流以产生不 可逆剩磁力，再次提供磁化电流以确保不可逆剩磁力已经产生，并且， 提供去磁电流以基本抵消不可逆剩磁力。
43、 如权利要求37所述的方法，还包括，使用应变计以确定铁心 壳与衔铁之间是否存在不可逆剩磁力。
44、 如权利要求37所述的方法，还包括，使用开关以确定铁心壳 与衔铁之间是否存在不可逆剩磁力；并且，移动衔铁以致动开关。
45、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供约100毫秒的磁化 电流，以便于使铁心壳和衔铁饱和。
46、 如权利要求45所述的方法，还包括，使铁心壳和衔铁的基本 上所有部分大致同时饱和。
47、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供约8伏特至约42 伏特的供给电压。
48、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供去磁电流以基本上 抵消不可逆剩磁力，并且，因为铁心壳和衔铁在产生不可逆剩磁力时 完全饱和，去磁电流为恒定值。
49、 如权利要求48所述的方法，还包括，提供具有约700毫安至 约800亳安的恒定值的去磁电流。
50、 如权利要求36所述的方法，还包括，脉冲输送约60毫秒至 约120亳秒的去磁电流，以便于基本上抵消不可逆剩磁力。
51、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供达约10安培的磁 化电流。
52、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供达约2安培的去磁 电流。
53.如权利要求36所述的方法，还包括，根据线圏参数来半校准 磁化电流和由电流调节来校准去磁电流。
54、 如权利要求53所述的方法，还包括，通过线性调节和脉宽调 制中的一种校准去磁电流。
55、 如权利要求36所述的方法，还包括，利用分立晶体管驱动电 路提供大于约7安培的磁化电流。
56、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供包括持续时间和振 幅中的至少一个减小的交变极性脉冲的去磁电流。
57、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供包括增大的脉宽调 制电流的去磁电流。
58、 如权利要求36所述的方法，还包括，提供去磁电流以便于接 近名义释放点，并且，提供的去磁电流包括占空因数是基于供给电压 水平的经校准脉宽调制电压。
59、 如权利要求36所述的方法，还包括，基本上防止电源提供意 外的磁化或去磁电流。
60、 如权利要求36所述的方法，还包括，与控制器局域网和分层 互联网的一个中的车辆控制系统通信。
61、 如权利要求36所述的方法，还包括，通过车辆点火开关供电。
62、 如权利要求36所述的方法，还包括，实体上增大衔铁与铁心 壳之间的气隙以消除不可逆剩磁力。
63、 如权利要求62所述的方法，还包括，通过旋转衔铁与铁心壳 之间的螺钉而增大气隙。
64、 如权利要求62所述的方法，还包括，通过在衔铁与铁心壳之间移动凸轮、楔子以及杠杆臂中的至少一种而增大气隙。
65、 一种控制铁心壳、衔铁以及线圏的方法，该方法包括测量供给电压；基于该供给电压设定去磁值；测量来自铁心壳和衔铁中至少一个的传感器输入；基于该传感器输入来确定铁心壳与衔铁之间的不可逆剩磁力状态；确立硬件互锁电路状态；以及基于该不可逆剩磁力状态和硬件互锁电路状态来启动磁化电流和 去磁电流中的一个。
全文摘要
本发明公开了剩磁锁定器、制动器、旋转禁阻器、离合器、致动器以及锁闩。剩磁装置可包括铁心壳和衔铁。剩磁装置可包括线圈，其接收磁化电流以在铁心壳与衔铁之间产生不可逆剩磁力。
文档编号F16D65/28GK101584014SQ200680001939
公开日2009年11月18日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者G·J·奥格内克, M·G·福伊希特, S·J·迪米格 申请人:斯特拉泰克安全公司