[發明專利]機電有限轉動式旋轉促動器

有效

• 申請號: 201210363955.4
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN103095000B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 小威廉·R·本納
• 申請（專利權）人: 小威廉·R·本納
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/27
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 秦振

本發明公開了一種機電有限轉動式旋轉促動器，包括：定子，其具有在其中軸向延伸的孔和至少兩個齒，所述齒具有形成所述孔的弧形端部。轉子包括徑向磁化的磁體，所述磁體可借助所述定子雙向操作并且延伸到所述孔中。在所述磁體和所述齒的端部之間形成非均勻間隙，并且其中所述間隙的形狀提供導致所述轉子的類似彈簧的回中作用的回復轉矩。電磁線圈圍繞著一個齒的至少一部分延伸，并且能被激勵以磁化所述齒并且給所述轉子提供雙向轉矩。

相關申請的交叉參考

本申請要求2011年9月26日提交的題目為“Electromechanical Rotary Actuatorand Method”的共同所有的申請No.61/539172的優先權，其全部內容在這里被引用作為參考。

技術領域

本發明大體上涉及機電促動器，尤其涉及其輸入為電流并且其輸出為在大范圍轉動角度上提供的轉矩的機電有限轉動式旋轉促動器。

背景技術

機電旋轉促動器是公知的并且用于許多工業和生活應用。它們尤其用在光學掃描領域，其中光學元件連接在促動器輸出軸上，該促動器輸出軸則按照振蕩的方式來回轉動。

例如，通常將反射鏡連接在旋轉促動器的輸出軸上以便形成光學掃描系統。在該應用中，促動器/反射鏡組合可以在大范圍角度上改變光束的方向或者改變攝像機的視野，從而它能夠觀察多個目標。

同樣可以將其他光學元件連接在輸出軸上。例如，可以將棱鏡或濾光器連接在軸上，并且促動器軸的轉動能夠改變棱鏡或濾光器的角度。如果采用介電濾光器，則改變濾光器的入射角度將使得帶通波長特征變得更高或更低，因此能夠將光學系統調節至特定的波長。替代性地，能夠使得棱鏡或濾光器轉動完全進入和離開光路，因此能夠對光束進行選擇性過濾。

還有一個應用是將臂連接在促動器輸出軸上，該臂由不透明材料例如涂黑金屬制成。促動器軸的轉動使得臂轉動進入和離開光路，因此提供了遮光作用。

許多公知的旋轉促動器只提供了兩個分離的旋轉角度，并且促動器的作用在于按照數字開-關方式在這兩個角度之間改變輸出軸。這些促動器通常還伴隨著機械沖擊作用(振動)，其中旋轉慣性負載在角位移行程的最后必須突然停止。該機械沖擊對于光學應用而言非常不好，因為該沖擊會傳遞給其他光學元件，從而產生干擾以及聲學噪聲。

除了無沖擊促動之外，與光學掃描相關的應用還期望，可用的轉動角度范圍實際上是無窮的，并且可以按照模擬的方式控制和重復。有時，可能需要5度的轉動角度，并且有時可能需要10度的轉動角度。還有一些時候，需要一些中間的角度，例如6.54度。

在可用的輸出角度范圍實際上是無窮的情況下，要求有一些根據外部信號來控制促動器輸出角度的方法。為此，存在兩種方法，開環控制和閉環控制。

在采用開環控制時，促動器通常必須具有一些類似彈簧的回復機構，從而在沒有給促動器施加電流時，類似彈簧的機構將使得軸回到標定角度。然后，在給促動器施加的輸入電流量改變時，這將改變由促動器產生出的轉矩大小，并且因此改變施加給彈簧的轉矩大小，這將控制促動器的輸出角度。這樣，在由促動器產生出的輸出角度和施加在促動器上的輸入電流之間存在直接關系。但是，開環控制的線性度在很大程度上取決于促動器的轉矩-角度特性以及類似彈簧的回復機構的轉矩-角度特性。在這些材料或結構內的遲滯作用也會使得輸出角度-輸入電流關系變差，因此降低可重復性。最后，開環控制的速度取決于可接受的超調量。如果需要更高的速度，則通常需要更復雜的控制方法來人工地給系統增加阻尼以便控制超調。

在采用閉環控制時，促動器必須裝有角位置傳感器，這通常連接在外面。然后伺服系統給促動器施加電流以使得軸沿著使得在外部要求的角度和由角位置傳感器感測到的促動器輸出角度之間的差異最小的方向運動。閉環控制可以提供高的多的速度、線性度和可重復性，但是由于所需的角位置傳感器和伺服控制電子器件當然更復雜并且更昂貴。