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2005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。发明背景
图5是根据本发明 一个实施例的电磁组件的横截面图；OOIOI图6a-6h是各种材料特性的磁滞曲线图；[OOll]图7是图6g磁滞曲线图的去磁象限；
图66b示出了图63滚珠坡道制动系统的坡道底板的透视
图1示出了根据本发明一个实施例使用剩磁装置10阻挡装 置旋转的剩磁技术的一种应用。剩磁装置10包括转向管柱锁定器12， 其可阻挡车辆16中转向盘14或转向轭的旋转。在一些实施例中，转 向管柱锁定器12还可用于阻挡自行车或摩托车上把手的旋转。转向管1柱锁定器12包括衔铁18、铁心壳20、线圏22以及控制器24。衔铁 18、铁心壳20以及线图22形成一个电磁组件26。电磁组件26可用 在除转向管柱锁定器12以外的其它应用场合中，如图8-83示出和描 述的那样。这里描述的电磁组件26的材料、控制以及构造也适用于图 8-83示出和描述的实施例。0078]转向管柱锁定器12还可包括偏压元件27，其施加载荷或作 用力以分开衔铁18和铁心壳20。偏压元件27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。
在一些实施例中，使剩磁载荷达到最佳所需的磁性材料性 质是高矫顽力(He)和高剩余磁通密度(BR)。剩磁载荷的有效性是 通过可在磁气隙中产生的磁通量(麦克斯韦)和可跨磁气隙维持的磁 通势(安培-匝)度量的。这两个量面积的二分之一[l/2x(总气隙磁通) x (磁通势)l或气隙磁导率线和磁滞曲线下方的面积(如图6g所示) 是存储在磁气隙中的能量。因此，每立方厘米材料磁气隙的最佳或最 大可能的能量是评估剩磁应用中所用材料的磁效率的逻辑方式。00108]图6a-6h示出了几种材料的磁滞曲线或回线，例如碳含量 为0.02%-1.0%且硬度从完全退火至60Rc的钢。曲线分成四个象限。 第二象限表示去磁象限。包括在第二象限中的磁滞回线部分称为去磁 曲线。剩余磁通密度(BR)存在于闭合回路如环中，总矫顽力(He) 是克服材料的磁阻以建立闭合回路所需的力。
相同大小的磁气隙导入图6a-6h中所示的所有图中，这将 磁通密度从(BR)减小到(Bd)，由此将材料的磁阻从(Hc)减小到 (Hc-Hd)，并在磁气隙中产生等于(Hdx闭合回路长度)的磁通势。 因此，面积均等于(BdxHd)的阴影矩形将等于每单位体积材料磁气 隙能量的两倍。因此，磁材料操作的最佳点是对于指定磁气隙来说面 积(BdxHd)为最大时。
为了释放制动系统140，磁化电流的极性可被反向(即， 去磁电流)并以预定的电流水平施加，从而使铁心壳142和转子衔铁 148的材料去磁。在一些实施例中，制动系统140可通过逐渐增大反 向极性电流以渐进的方式释放，直到达到完全预定的去磁电流水平。
上述旋转制动系统140还可用作零动力剩^兹停车制动系 统。剩磁停车制动系统140可包括针对转向管柱锁定器12描述的控制 器以产生制动力。控制器可给铁心体内的线圏提供磁化和去磁电流， 以应用和释放旋转制动系统140。例如，剩》兹停车制动器可通过将调 制磁化电流水平脉冲输送到嵌在铁心体142内的线圏而接合，以产生 能够让铁心体和转子衔铁的材料完全饱和的磁场。一旦电流脉冲完成， 就会设定高的剩磁力且停车制动器接合，无需进一步与剩磁停车制动 器电相互作用，直到达到理想时间来释放它。控制器还可采用上述的 一种或多种方法(即，开关、霍尔效应传感器等)确定衔铁与铁心壳 之间剩磁力的状态。为了释放上述剩磁停车制动系统，可给铁心壳内 的线圏脉冲输送去磁电流，且剩磁力可被减少或基本消除。偏压元件 比如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 都可用于偏压转子衔铁148使其离开铁心体142。
为了释放锁闩，可提供远程访问开关或释放机构。 一旦该 开关或机构被启动，控制器164或控制器174可给线圏163或线圏173 提供去磁电流，以便从铁心壳162上解开衔铁161或从铁心壳172上 解开衔铁171。当剩磁轴向锁闩160或剩磁轴向锁闩170解开时，活 动元件可再次相对于不动元件移动。00179〗在一些实施例中，衔铁161和171可朝向和远离铁心壳162 和172枢转。如图22所示，剩磁轴向锁闩170a可包括衔铁171a,其 可在枢转点179a上朝向和远离铁心壳172a枢转。图22示出了与铁心 壳172a接合的衔铁171a。
铁心壳196可与第一元件195联接，这样第一元件195就 与铁心壳196—起移动。衔铁198可与第二元件197联接，这样第二 元件197就与衔铁198 —起移动。第二元件197还可邻近第一元件195 或相对极为靠近第一元件195。在一些实施例中，第二元件197可沿 着基准线199线性地移动。第二元件197可线性地、旋转地、倾斜地、 轴向地移动和/或是这些运动的任何组合。00212如图36所示，在铁心壳196与衔铁198之间无剩磁力的 情况下，第二元件197自由地移动，而第一元件195不动。第一元件 195可独立于第二元件197移动而不是大体上不动。如图37所示，当 通过给线圏(未示出)供给磁化电流而在铁心壳196与衔铁198之间 产生剩磁力时，衔铁198可被吸向铁心壳196且第一元件195可与第 二元件197接触，于是第 一元件195与第二元件197 —起移动。图36A 和37A示出了根据图36和37示出并描述的一般原理操纵的空转转向 管柱锁定器的一个实施例。在一个实施例中，衔铁198a可与转向管柱 轴197a联接，而铁心壳196a可与转向管柱195a和/或车辆联接。在 另一个实施例中，衔铁198a可与转向管柱195a和/或车辆联接，而铁 心壳196a可与转向管柱轴197a联接。当衔4失198a与铁心壳196a之 间存在剩磁力时，转向管柱轴197a与转向盘一起旋转(即，转向管柱 解锁)。当衔铁198a与铁心壳196a之间不存在剩磁力时，转向管柱轴 197a和转向盘相对于转向管柱195a和/或车辆空转(即，转向管柱锁 定)。空转转向管柱锁定器还可包括在衔铁198a与铁心壳196a之间的 销或其它类型的对准部件，以便让转向盘与转向管柱正确地对准。00213在一些实施例中，第二元件197可与马达联接，而第一元 件195可包括动力输出附件。通过在铁心壳196与衔铁198之间产生 剩磁力，动力输出附件可与马达联接，于是动力输出附件就与马达的 输出轴一起旋转。在一些实施例中，第一元件195可包括与空调系统 联接的动力输出附件。当动力输出附件通过离合器系统194与马达的 输出轴联接时，空调系统(例如压缩机和/或冷凝器)可运行。当剩磁力不存在时，动力输出附件不再与马达的输出轴联接，且空调系统不 再运行。
如图38所示，当剩磁力不存在时，衔4失202不与铁心壳 204接合，且衔铁202不接触铁心止挡208。偏压元件210可提供防止 衔铁202与铁心壳204在剩磁力不存在时接合的偏压力。具有剩磁锁 闩200的转矩致动器可基本上集成两个磁路转矩致动器回路和剩磁 闭锁回路。在一些实施例中，这两个磁路可使用线圏206来将衔铁202 从图38所示的打开位置驱动到图40所示的闭合剩磁闭锁位置。所述 磁路可在转矩致动器的操作中使用不同的磁气隙。例如，转矩致动器 磁路可使用磁气隙208a，而剩磁闭锁回路可使用磁气隙208b。磁气隙 208b可在衔铁202处于关闭位置时形成，如图40所示。在一些实施 例中，在衔铁202的整个旋转行程中磁气隙208a保持恒定，而磁气隙 208b从衔铁202在打开位置时的最大尺寸变化到当衔铁202与铁心止 挡208接触时衔铁202处于关闭位置时的最小尺寸。磁气隙208a可约为0.002英寸，而磁气隙208b可约为0.005英寸。
相比之下，图43示出了剩磁锁闩300在解开或门锁定状 态下的转矩致动器，其中衔铁202与铁心壳204脱离。门把手力302 仅传递到在枢转点303上旋转的铁心壳204。不过，门把手力302并 不传递给衔铁202。在衔铁202不旋转的情况下，门闩棘爪304不能 被接合以解锁或打开门。
当齿轮传动系统400处于锁定位置时，如图44所示，因 为释放部416的位置，销或撞杆418就不能沿着虛线路径419移动。 为了释放销或撞杆418，锁闩404可绕着枢转点408旋转，直到释放 部416与虛线路径419对准。如图47所示，当释放部416与虛线路径 419对准时，销或撞杆418自由移动脱离与锁闩404接合。00231在一些实施例中，剩磁旋转闭锁装置420类似于上面针对 车辆点火组件80描述的，它可调节棘爪402和锁闩404的旋转。图 45示出了包括旋转闭锁装置420的齿轮传动系统400的横截面图(沿 着图44所示的基准线45)。旋转闭锁装置420可包括铁心壳421、线 圏422以及衔铁424。在一些实施例中，衔铁424、铁心壳421以及线 圏422的构造、性能以及操作与针对转向管柱锁定器12描述的衔铁 18、铁心壳20以及线圏22相似。旋转闭锁装置420还可包括针对转 向管柱锁定器12描述的控制器。旋转闭锁装置420亦可包括杠杆或致 动器425。杠杆425可提供手动释放机构47。在其它实施例中，手动 释放机构47可包括起重螺旋(如图5示出和描述的)。在别的实施例中，手动释放机构47可包括凸轮或楔子。凸轮或楔子可与拉索释放构 造一起使用。
锁闩系统460可包括衔铁466和转子锁闩467。衔铁466 可绕着枢转点468旋转，而转子锁闩467可绕着枢转点470旋转。在 一些实施例中，衔铁466可通过棘爪或棘轮离合器472与转子锁闩467 联接。棘爪472可通过紧固器473 (其可包括螺栓、螺钉、铆钉等) 与衔铁466联接。在一些实施例中，棘爪472还可通过紧固器(未示 出)与转子锁闩467联接。棘爪472亦可采用棘轮构造474与转子锁 闩467相互作用。如图50所示，棘爪472可包括凸起474a并可通过与转子锁闩467的相应凹槽474b接合而旋转转子锁闩466,当凸起 474a与凹槽474b接合时，转子锁闩467的旋转可传递给棘爪472。
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. 一种相对于第二元件制动第一元件的方法，该方法包括在衔铁与铁心壳之间形成基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力；因所述不可逆剩磁力，基本上防止第一元件相对于第二元件移动。
2、 如权利要求l所述的方法，还包括，通过给线圏提供磁化电流 而在衔铁与铁心壳之间产生不可逆剩磁力。
3、 如权利要求2所述的方法，还包括，通过给线圏提供去磁电流 和增大衔铁与铁心壳之间气隙的至少 一种，使衔铁和铁心壳的至少一 个中的磁畴不对准，以便于抵消不可逆剩磁力。
4、 如权利要求3所述的方法，还包括，通过再次给线圏提供磁化 电流而恢复不可逆剩磁力。
5、 如权利要求l所述的方法，还包括，产生不可逆剩磁力，以便 于基本上防止剪切力引发衔铁与铁心壳之间的运动。
6、 如权利要求l所述的方法，还包括，产生不可逆剩磁力，以便 于基本上防止力克服衔铁与铁心壳之间的至少一个止动件。
7、 如权利要求l所述的方法，还包括，产生不可逆剩磁力，以便 于基本上防止第一元件的旋转运动。
8、 如权利要求l所述的方法，还包括，产生不可逆剩磁力，以便 于基本上防止第一元件的平移运动。
9、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供与基本接地的第二元 件联接的铁心壳。
10、 如权利要求l所述的方法，还包括，产生包括有在铁心壳与 衔铁之间小于约0.005英寸的磁气隙的基本闭合的磁路。
11、 如权利要求l所述的方法，还包括，使铁心壳的内心的第一 横截面积基本上等于铁心壳外心的第二横截面积，铁心壳外心的第二 横截面积基本上等于衔铁的第三横截面积，衔铁的第三横截面积基本 上等于铁心壳轭的第四横截面积。
12、 如权利要求l所述的方法，还包括，衔铁和铁心壳中的至少 一个由SAE1002钢、SAE1018钢、SAE1044钢、SAE1060钢、SAE1075 钢以及SAE52100钢中的至少一个构成。
13、 如权利要求l所述的方法，还包括，衔铁和铁心壳中的至少 一个由铬钢构成。
14、 如权利要求l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。
15、 如权利要求l所述的方法，还包括，使铁心壳和衔铁的基本 上所有部分基本上同时磁饱和。
16、 如权利要求l所述的方法，还包括，基本上抵消铁心壳与衔 铁之间的不可逆剩磁力，以便于容许第一元件移动。
17、 如权利要求16所述的方法，还包括，由于铁心壳和衔铁在产 生不可逆剩磁力时基本上磁饱和，通过提供具有基本恒定值的去磁电 流，基本上抵消不可逆剩磁力。
18、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括转子的第一元 件和包括卡钳的第二元件。
19、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括乘客门的第一 元件和包括乘客门框的第二元件。
20、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括车座的第一元 件和包括座椅滑轨的第二元件。
21、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括车座的第一元 件和包括车座角度装置的第二元件。
22、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括转向管柱的第 一元件和包括仪表板的第二元件。
23、 如权利要求l所述的方法，还包括，提供包括乘客门的第一 元件和包括乘客门框的第二元件；并且，在乘客门摆动打开时给它提 供不可逆剩磁力以进行无级调节车门开度限位。
24、 如权利要求l所述的方法，还包括，由可调悬架系统提供笫 一元件和第二元件中的至少一个。
25、 如权利要求l所述的方法，还包括，实体上增大衔铁与铁心 壳之间的气隙以基本上抵消不可逆剩磁力。
26、 如权利要求25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。
27、 如权利要求25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个而增大气隙。
28、 一种用于防止第一元件相对于第二元件移动的制动器，该制 动器包括与第一元件和第二元件中的一个联接的铁心壳； 邻近铁心壳的衔铁，该衔铁与第一元件和第二元件中的一个联接； 位于铁心壳中的线圏，该线圏接收磁化电流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且防止第一元件移动。
29、 如权利要求28所述的制动器，还包括控制器，其给线圏提供 磁化电流以在衔铁与铁心壳之间产生不可逆剩磁力。
30、 如权利要求29所述的制动器，其中，通过给线圏提供去磁电 流的所述控制器和增大衔铁与铁心壳之间气隙的释放机构中的至少一 个，使衔铁和铁心壳的至少一个中的磁畴不对准，以便于抵消不可逆 剩磁力。
31、 如权利要求30所述的制动器，其中，所述控制器通过再次给 线圏提供磁化电流而恢复不可逆剩磁力。
32、 如权利要求28所述的制动器，其中，不可逆剩磁力基本上防 止剪切力引发衔铁与铁心壳之间的运动。
33、 如权利要求28所述的制动器，其中，不可逆剩磁力基本上防 止力克服衔铁与铁心壳之间的至少一个止动件。
34、 如权利要求28所述的制动器，其中，不可逆剩磁力基本上防 止第一元件的旋转运动。
35、 如权利要求28所述的制动器，其中，不可逆剩磁力基本上防 止第一元件的平移运动。
36、 如权利要求28所述的制动器，其中，铁心壳与基本接地的第 二元件联接。
37、 如权利要求28所述的制动器，其中，基本闭合的磁路包括小 于约0.005英寸的磁气隙。
38、 如权利要求28所述的制动器，其中，铁心壳内心的第一横截 面积基本上等于铁心壳外心的第二横截面积，铁心壳外心的第二横截 面积基本上等于衔铁的第三横截面积，衔铁的第三横截面积基本上等 于铁心壳轭的第四横截面积。
39、 如权利要求28所述的制动器，其中，衔铁和铁心壳中的至少 一个由SAE1002钢、SAE1018钢、SAE1044钢、SAE1060钢、SAE1075 钢以及SAE52100钢中的至少一个构成。
40、 如权利要求28所述的制动器，其中，衔铁和铁心壳中的至少 一个由铬钢构成。
41、 如权利要求28所述的制动器，其中，控制器确定铁心壳与衔 铁之间是否存在不可逆剩磁力。
42、 如权利要求28所述的制动器，其中，使铁心壳和衔铁的基本 上所有部分基本上同时磁饱和。
43、 如权利要求28所述的制动器，其中，由于铁心壳和衔铁在产 生不可逆剩磁力时磁饱和，去磁电流为基本恒定值。
44、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括转子，而 第二元件包括卡钳。
45、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括乘客门， 而第二元件包括乘客门框。
46、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括车座，而 第二元件包括座椅滑轨。
47、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括车座，而 第二元件包括车座角度装置。
48、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括转向管柱， 而第二元件包括仪表板。
49、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件包括乘客门， 而第二元件包括乘客门框，并且，在乘客门摆动打开时可施加不可逆 剩磁力以便提供无级调节车门开度限位。
50、 如权利要求28所述的制动器，其中，第一元件和第二元件中 的至少一个包括可调悬架系统的一部分。
51、 如权利要求28所述的制动器，还包括在衔铁与铁心壳之间的 螺钉，其可被旋转以实体上增大衔铁与铁心壳之间的气隙且基本上抵 消不可逆剩磁力。
52、 如权利要求28所述的制动器，还包括在衔铁与铁心壳之间的 凸轮、楔子以及杠杆臂中的至少一个，其可移动以实体上增大衔铁与 铁心壳之间的气隙且基本上抵消不可逆剩磁力。
53、 一种车辆中转向管柱的制动方法，该方法包括 在衔铁与铁心壳之间形成基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力；因不可逆剩磁力，基本上防止转向轴相对于车辆移动。
54、 一种用于具有转向轴的车辆的转向管柱锁定器，该转向管柱锁定器包括与车辆和转向轴中的一个联接的铁心壳；邻近该铁心壳的衔铁，该衔铁与车辆和转向轴中的一个联接； 至少一个位于该铁心壳中的线圏，该至少一个线圏接收磁化电流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且防止转向轴旋转。
55、 一种通过防止第一元件相对于第二元件移动而闭锁第二元件 的方法，该方法包括在衔铁与铁心壳之间形成基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩 磁力；因不可逆剩磁力，基本上防止第一元件相对于第二元件移动。
56、 一种锁闩，包括 可移动以闭锁第二元件的第一元件；与第一元件和第二元件中的一个联接的铁心壳；邻近该铁心壳的衔铁，该衔铁与第一元件和第二元件中的一个联接；位于该铁心壳中的线圏，该线圏接收磁化电流以在衔铁与铁心壳 之间产生基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力且防止第一元件移动。
57、 一种相对于第二元件制动第一元件的方法，该方法包括 在衔铁与铁心壳之间形成基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力；因不可逆剩磁力，基本上防止笫一元件相对于第二元件移动； 当衔铁与铁心壳之间存在不可逆剩磁力时，在衔铁与铁心壳之间 提供夹持载荷。
58、 一种用于防止第一元件相对于第二元件移动的制动器，该制 动器包括与第一元件和第二元件中的一个联接的铁心壳； 与第一元件和第二元件中的一个联接的衔铁； 位于该铁心壳中的线圏，该线圏接收磁化电流以在衔铁与铁心壳 之间产生基本闭合的磁路，以便于产生不可逆剩磁力且防止第一元件移动；滚珠坡道构造，以在衔铁与铁心壳之间存在不可逆剩磁力时，在 衔铁与铁心壳之间提供夹持载荷。
全文摘要
本发明公开了形式为锁定器(12)、制动器(140，1020)、旋转禁阻器(78)、离合器(194)、致动器(200)以及锁闩(170)的剩磁装置。这些剩磁装置可包括衔铁(18)、线圈(22)、偏压元件(27)和铁心壳(20)。线圈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F16D65/28GK101283155SQ200680001948
公开日2008年10月8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