[发明专利]高转矩低感应的旋转致动器

说明书

一种机电式旋转致动器，包括转子和定子，定子具有一个或者多个其中安放有一个或者多个线圈的槽。该定子包括克服在所要的旋转范围之外的齿槽顿转的转子位置复位装置。该转子位置复位装置可以包括一个或多个复位磁铁，或可选地包括位于定子内的、临近转子的预定轮廓的腔。一个定子包括具有构成孔的一部分的预定轮廓端部的齿，转子在孔中工作。齿的末端形成与典型的致动器相比而言较大的间隙，其中间隙的尺寸与转子磁铁相匹配。提供一种期望具有较高的转矩常数、低的线圈电阻和低的线圈感应系数的致动器。

交叉引用相关申请

本申请要求申请号为No.61/585,721，递交日为2012年1月12日的名为高转矩低感应的旋转致动器装置和相关方法的优先权，其公开的内容被在此引用，并且共同拥有。

技术领域

本申请主要涉及有限角度的机电式旋转致动器，并尤其涉及用于光学扫描领域的致动器。

背景技术

机电式旋转致动器已经存在了数十年。其被用在各种工业和消费品应用中，但是其在光学扫描领域尤其有用，在该应用中光学元件被连接到致动器输出轴，输出轴会以振荡的方式被回来转动。

例如，为了制成光学扫描系统，将反射镜连接到旋转致动器的输出轴上是常见的。在该应用中，致动器/反射镜的组合能够在一定角度范围内对光束重新定向，或者将照相机的视场重新定向使得可以观察到各种各样的目标。

其它光学元件也能被连接到输出轴上。例如，棱镜或者滤光器能被连接到轴上，并且致动器的轴的转动能改变棱镜或滤波器的角度。如果采用电介质滤波器，改变滤波器的入射角能够将带通波长特性变得较高或较低，从而允许光学系统被调谐到特定的波长。可替换地，棱镜或滤波器能被完全旋转进或者出光路，从而允许光束的选择性滤波。

用在光学扫描领域的典型的机电式旋转致动器通常是由磁铁、钢和绝缘的漆包线的线圈的一些组合制成的。这些部件被采用各种各样的方式布置，但是在过去的二十年中，最常见的布置是采用简单的两极转子磁铁，和“无齿”定子的设计。

在这些致动器中的转子通常是实心的、圆柱形的、由高等级钕铁硼制成的磁铁，其沿直径方向被磁化，并且两个轴被连接到磁铁上。一个轴部件可以与反射镜连接，而另一个轴部件可以由定位传感器进行操作。该轴通常由滚珠轴承支撑。例如，该公开的尺寸可以包括直径为0.12英寸(大约3毫米)、长度为1.3英寸(大约33毫米)的转子磁铁。

回顾已知的致动器技术以及参考已知的致动器将会有助于使读者更好地理解本发明的实施例所要满足的需求。在致力于解决在本文的背景技术部分提出的所属领域的技术问题时，这对主要通过广泛的分析和实验来实现的逐步改进的实施例的描述也将会有帮助。因此，包括在背景技术部分中的所有公开的内容都不应被解释为是已知的在先技术教导。

图1示出了在现有技术中一典型的“无齿”光学扫描仪中的转子和定子的装置的截面图。定子本质上是管状的。对于上述的转子磁铁的直径，典型的定子管可以具有0.5英寸的外径(大约12.7毫米)，内径为0.196英寸(大约5毫米)，并且典型地由冷轧制钢制成。漆包线的线圈形成并粘接到定子钢管的内壁上，占据大约90度弧的区域。在转子磁铁的外壁和线圈的内壁之间具有典型地大约0.007英寸的间隙，因此允许磁铁自由地转动。在图1中，线圈区域被指定为“线圈+”或者“线圈-”以分别表示进入纸面的线匝和从纸面出来的线匝。

图2示出了如图1所示的现有技术的一种典型的“无齿”光学扫描仪中的磁通线。可以看出磁通线必定延伸通过(“跳过”)相对大的间隙以到达定子钢。线圈位于磁铁和定子钢之间。当线圈被激励时，洛伦兹力被施加在线圈和磁铁上。由于线圈典型地是被粘接在定子上并且因此被保持固定，因而所有的力被传递到转子磁铁。由于该力是在磁铁的相对的侧面生成的，因此该力是转矩的形式，因此致动器产生转矩并因而产生运动。