具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置制造方法及图纸

一种创建用于保持或提升目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的、基于永磁体的装置的方法，及用于该装置的设备，该装置由两个或更多个承载盘组成，每个承载盘包含多个互补的第一磁芯元件和第二磁芯元件。每个磁芯元件包括(多个)永磁体，(多个)磁体的北极和南极附接有软磁性匹配的钢制成的极管。磁芯元件在相邻承载盘中取向，使得相对旋转能够实现极管中的北极磁场和南极磁场的同相或异相对齐。通过将第一磁芯元件同第二磁芯元件“同相”对齐，即，北-北/南-南，激活该磁芯元件对，使极管的组合的磁场能够被定向到目标上。通过将磁芯元件对“异相”对齐，即，北-南/南-北，从而通过在极管中包含相反的磁场来去激活该磁芯元件对。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置
永磁吸盘、握持器和提升设备中的人工启动磁场已在铁磁材料(目标)上使用了几十年。在磨粉机、粉碎机、车床、钻头和其它工业和商用装置中可以见到它的常规应用。其它应用包括固定装置、工具和量具保持器、材料校直、以及夹具。各种基于磁体的升降机被用于材料处理和机器人取放装置。不幸的是，大多数的可开关永磁体阵列价格昂贵，生产困难，结构脆弱，或相对较重。因此，在商业和零售市场中，可开关永磁体阵列的使用受到很大限制。过高的费用极大地阻碍了将可开关永磁体阵列集成到终端用户产品中。已经尝试将这些设备用于自动化固定装置和升降机，但是使启动自动化所花的成本和难度妨碍了真实产品被接受。在努力开发用于机器人保持的可开关永磁体阵列的过程中遇到诸多问题，包括过度的磁场深度、机械启动的多个齿轮的可靠性、以及不可改变的磁性性能，还有启动力矩问题，该不可改变的磁性性能无法提供涵盖期望范围的材料厚度、形状和尺寸所需要的期望目标保持性能。永磁体产生它们自身的磁场。永磁体具有北(“N”)极和南(“S”)极。根据定义，本地磁场的方向为指南针(或任意磁体)的北极所指向的方向。磁场线从磁体的北极附近穿出，并从它的南极附近进入。在磁体内部，磁场线从南极返回到北极。“磁极分割线”被用于描述永磁体的北极和南极之间的理论平面。永磁体由铁磁材料制成，例如被磁化的铁和镍。磁体的强度由其磁矩(“M “)表示。对于简单磁体而言，M指向从磁体的南极向北极画出的线的方向。“相同“的磁极在彼此靠近时互相排斥(例如，N和N，或S和S)，但是”相反“的磁极互相吸引(例如，N和S)。所有的永磁体、以及强烈吸引到永磁体上的材料都是铁磁性的。当给定材料中的原子的磁矩能够设置为朝向一个方向时，原子被称为是“可磁化的”。铁磁性是某些材料形成或呈现与磁体的强烈交互作用的基本机制。软磁性的材料和永磁体的相似之处在于当其受到外部磁场影响时呈现其自身的磁场。但是，一旦施加的磁场降低为零时，材料不能继续呈现磁场。这样的材料用作携带、集中和成形磁场的“管”。通过将正确匹配的极管(在“【具体实施方式】”中描述)固定到一个或多个永磁体的磁极的每一侧，可以限定基本磁芯兀件。极管包含永磁体的北磁场和南磁场，并将永磁体的北磁场和南磁场垂直地重新定向到极管的上表面和下表面。现在，固定到永磁体的每个极管包含永磁体的磁场和极向，由此，磁芯兀件的一个极管包含永磁体的北磁场，另一个极管包含永磁体的南磁场。通过在极管内包含磁场并对磁场进行重新定向，相同的磁极具有同步水平的吸引力和排斥力。上磁芯元件和相邻的下磁芯元件的相对位置限定了一个磁芯元件对。对装置的正确运行来说，两个或更多个磁芯元件对是至关重要的。将上磁芯元件极管与下磁芯元件极管“同相”对齐，即，北-北/南-南(N-N/S-S)，通过使相邻极管的组合磁场可用于吸引目标来激活磁芯元件对。将上下磁芯元件对“异相”对齐，即，北-南/南-北(N-S/S-N)，导致相邻的极管包含相反的磁场且去激活磁芯元件对。在本说明书中，“去激活”指实质上消除从工作面散发的磁场。磁芯元件必须作为单一实体运行，并且可以要求将它的分开的部件包含在“磁芯元件壳体”中，以便于两个或更多个磁芯元件相对于彼此的相对定位。诸如铁的显示出饱和度的铁磁材料由显微区域中的磁畴组成,磁畴充当微型永磁体。在向材料施加外部磁场之前，磁畴以随机方向取向，因此互相抵消。当外部磁化磁场“H”被施加到材料上时，其穿透材料并使磁畴对齐，使它们的微型磁场转动并与外部磁场平行对齐，加起来产生从材料延伸出去的大磁场。这称为“磁化”(外部磁场越强，对齐的磁畴越多)。当几乎所有磁畴都对齐的时候会产生饱和，因此，进一步增加所施加的磁场不会导致磁畴进一步对齐。目标饱和与磁性饱和之间非常相似的地方在于，一旦位于极管或磁体正下方的目标材料中的所有磁畴都饱和了，就不能再吸收任何多余的磁场。如果可开关永磁体产生了超过目标所能吸收的磁场，过量的磁场会导致启动力增加。启动力是在将一个磁芯元件相对于相邻的另一个磁芯元件取向以使它们同相对齐(N-N/S-S)时，克服两个或更多个相邻的上下磁芯元件之间的磁性阻力所需要的力。当转动同相的相邻上下承载盘时，必须克服该过量的磁场。在空气中或在非常薄的目标上时，使磁芯元件对进行对齐所需的启动力可以比在未完全饱和的目标上(即，未吸收全部磁场的目标)时大十倍。分离力是将磁体与目标垂直分离所需的力。大多数磁体在具有足够厚度的目标上进行测试，以避免在一个或多个磁极正下方的区域中产生过度饱和。由于分离强度主要取决于极管面积和材料饱和情况，一旦目标厚度变得饱和，分离力就会由材料而非磁场决定。例如，在25mm厚材料上具有100N (牛顿)分离力的磁体在12mm厚材料上也可能具有100N的分离力，但是在6mm厚材料上时分离力可能降低到70N，在2mm厚材料上时分离力可能降低到10N。磁导率(相对于真空或空气的磁导率而言是无量纲的)通常可以被认为是磁性传导率。基本上存在四类磁导性物质:(1)磁导率小于I的物质被认为是反磁性的，这些物质在很小程度上响应于强磁场而产生相反磁场，因为这种响应通常极弱，大多数的非物理学家都认为反磁性物质是非磁性的；(2)磁导率正好为I的物质被认为是非磁性的，空气或真空的磁导率为I ;(3)磁导率大于I的物质被认为是顺磁性的；(4)磁导率比I大得多(100至100，000)的物质被认为是铁磁性的。本专利技术主要涉及铁磁性的目标。当下盘中的两个或更多个磁芯元件的极管与上盘中相同数量的磁芯元件的极管对齐并有效邻近的时侯，产生相对齐。例如，参考图19，当上磁芯元件的第一北极管405a位于下磁芯元件的第二南极管404b正上方，并且上磁芯元件的第一南极管404a位于下磁芯兀件的第二北极管405b正上方时,第一磁芯兀件403a和第二磁芯兀件403b异相对齐。相反，当第一磁芯元件403a的第一北极管405a位于下磁芯元件的第二北极管406b正上方，并且第一磁芯元件403a的第一南极管404a位于第二磁芯元件403b的第二南极管407b正上方时，磁芯元件同相对齐。磁芯元件的同相对齐除了产生适当强度的外部磁场之外还在极管之间产生排斥力(磁排斥)。磁芯元件的异相对齐在极管之间产生强吸引力(磁耦合)，同时产生非常少的外部磁场。如同前面所阐述的那样，将一个磁芯元件同另一个磁芯元件同相对齐或放置会激活(或激励)非常强烈的外部磁场，这是由同时具有吸引力和排斥力的极管之间的同相“磁耦合”提供的。异相对齐的磁芯元件也可以提供“磁耦合”。这种异相“磁耦合”在相邻极管之间提供非常强烈的吸引力，同时提供很少的外部磁场或不提供外部磁场，也就是说，外部磁场去激活或消除。与不饱和铁磁目标接触的同相磁芯元件在磁芯元件之间具有轻度的吸引力。磁场线提供了一种描述或绘制磁场的简单方法。可以利用附近磁场线的方向和密度在任意一点上对磁场进行估计。通常，磁场越强，磁场线的密度越高。图25中所示的磁场线提供了典型磁场的可视二维呈现。所示的“可视的”磁场线并不与孤立磁体的磁场线完全相同。金属屑的引入改变了磁场，金属屑用作极管并对磁场重新定向。尽管金属屑以二维视角显示，但是三维磁场看起来同沙漏相似。【
技术介绍
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【技术保护点】
一种用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，该装置包括：集成到承载盘中的多个磁芯元件，每个磁芯元件由一个或多个具有磁北极和磁南极的永磁体及两个软磁性或硬磁性的极管组成，所述一个或多个永磁体的磁极中的每一个具有磁极面，并且每一个都邻近并固定至所述两个极管，每个磁芯元件中的所述一个或多个永磁体取向为使得所述一个或多个永磁体的磁北极邻近并固定至一个极管，并且所述一个或多个永磁体的磁南极邻近并固定至另一个极管，所述极管能够包含并重新定向所述一个或多个永磁体的磁场；多个承载盘组件，每个承载盘组件由承载盘和多个集成在该承载盘中的多个磁芯元件组成；所述承载盘组件互相邻近并位于不同的几何平面中，其中每个承载盘组件限制或保持多个磁芯元件，使得承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管同相邻承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管相对应或对齐，以将所包含的来自一个或多个永磁体的磁极的磁场重新定向到相邻承载盘组件中的相应磁芯元件或所需目标；其中每个承载盘组件被限制构件限制到相邻承载盘组件，使得承载盘组件中的一个或多个借助旋转构件可以相对于相邻承载盘组件进行同心旋转；其中每个承载盘组件借助摩擦降低构件从相邻承载盘组件隔开，以降低相邻的承载盘组件之间的摩擦并促进承载盘组件相对于相邻承载盘组件的旋转；由此，从邻近目标的极管散发的磁场：在所述极管异相对齐时去激活，也就是说，所有或基本上所有从承载盘组件中的极管散发的磁场被去激活或降低到所需水平，使得承载盘组件中的磁芯元件的南极管(S)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应北极管(N)并列(S‑N)，并且承载盘组件中的磁芯元件的北极管(N)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应南极管(S)并列(N‑S)；在所述极管同相对齐时激活，也就是说，所有或基本上所有从承载盘组件中的极管散发的磁场被激活或增加到所需水平，使得承载盘组件中的磁芯元件的南极管(S)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应南极管(S)并列(S‑S)，并且承载盘组件中的磁芯元件的北极管(N)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应北极管(N)并列(N‑N)；以及在所述极管同相或异相部分对齐时部分激活或去激活，也就是说，从承载盘组件中的极管散发的磁场被调整到所需水平。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.07 US 13/313,3151.一种用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，该装置包括: 集成到承载盘中的多个磁芯元件，每个磁芯元件由一个或多个具有磁北极和磁南极的永磁体及两个软磁性或硬磁性的极管组成，所述一个或多个永磁体的磁极中的每一个具有磁极面，并且每一个都邻近并固定至所述两个极管，每个磁芯元件中的所述一个或多个永磁体取向为使得所述一个或多个永磁体的磁北极邻近并固定至一个极管，并且所述一个或多个永磁体的磁南极邻近并固定至另一个极管，所述极管能够包含并重新定向所述一个或多个永磁体的磁场； 多个承载盘组件，每个承载盘组件由承载盘和多个集成在该承载盘中的多个磁芯元件组成； 所述承载盘组件互相邻近并位于不同的几何平面中，其中每个承载盘组件限制或保持多个磁芯元件，使得承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管同相邻承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管相对应或对齐，以将所包含的来自一个或多个永磁体的磁极的磁场重新定向到相邻承载盘组件中的相应磁芯元件或所需目标； 其中每个承载盘组件被限制构件限制到相邻承载盘组件，使得承载盘组件中的一个或多个借助旋转构件可以相对于相邻承载盘组件进行同心旋转； 其中每个承载盘组件借助摩擦降低构件从相邻承载盘组件隔开，以降低相邻的承载盘组件之间的摩擦并促进承载盘组件相对于相邻承载盘组件的旋转； 由此，从邻近目标的极管散发的磁场: 在所述极管异相对齐时去激活，也就是说，所有或基本上所有从承载盘组件中的极管散发的磁场被去激活或降低到所需水平，使得承载盘组件中的磁芯元件的南极管(S)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应北极管(N)并列(S-N)，并且承载盘组件中的磁芯元件的北极管(N)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应南极管(S)并列(N-S)； 在所述极管同相对齐时激活，也就是说，所有或基本上所有从承载盘组件中的极管散发的磁场被激活或增加到所需水平，使得承载盘组件中的磁芯元件的南极管(S)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应南极管(S)并列(S-S)，并且承载盘组件中的磁芯元件的北极管(N)与相邻承载盘组件中的磁芯元件的相应北极管(N)并列(N-N);以及 在所述极管同相或异相部分对齐时部分激活或去激活，也就是说，从承载盘组件中的极管散发的磁场被调整到所需水平。2.如权利要求1所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中每个磁芯元件由用于每个极管并集成到非铁承载盘中的分开的结构、用于将北极管与南极管隔离的构件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件组成。3.如权利要求1所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中每个磁芯元件由集成到非铁承载盘中的单个结构、用于将北极管与南极管隔离的构 件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件组成。4.如权利要求1所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中每个磁芯元件的极管是含铁承载盘、用于将北极管与南极管隔离的构件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件的整体部分，所述北极管与相邻的一个或多个永磁体的北极管共享，并且所述南极管与相邻的一个或多个永磁体的南极管共享。5.如权利要求1所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中所述磁芯元件集成到含铁承载盘和非铁承载盘的组合中，其中每个磁芯元件由以下部分的任意组合组成: a.用于每个极管并集成到非铁承载盘中的分开的结构；或 b.集成到非铁承载盘中的单个结构；或 c.每个磁芯元件的极管是含铁承载盘、与相邻的一个或多个永磁体的北极管共享的所述北极管、与相邻的一个或多个永磁体的南极管共享的所述南极管、以及用于将北极管与南极管隔离的构件、和用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件的整体且共享的部分。6.如权利要求1所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装 置，其中所述一个或多个永磁体由电磁体组成，由此产生一个或多个磁北极和一个或多个磁南极。7.如前述权利要求中任意一项所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中从邻近目标的极管散发的磁场的去激活、激活、以及部分激活或去激活通过位置止动构件逐步实现。8.如权利要求1-6中任意一项所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中采用了镀层和涂层构件。9.如权利要求1-6中任意一项所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中采用了封装构件。10.如权利要求1-6中任意一项所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中一个或多个承载盘组件固定或者集成到一个或多个壳体中，并且一个或多个相应的承载盘组件是可旋转的。11.如权利要求10所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中所述固定或者集成到一个或多个壳体中的承载盘组件位于相同的几何平面或平行的几何平面中，相应的可旋转承载盘组件位于邻近相应的固定或集成的承载盘组件的一个或多个平行几何平面中。12.如权利要求10所述的用于附接、保持或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置，其中多个相邻承载盘组件固定或集成到一个或多个壳体中，并在不同的几何平面中取向，相应的可旋转承载盘组件位于邻近相应的固定或集成的承载盘组件的一个或多个平行几何平面中。13.—种制造用于附接或保持工作面或提升所需目标的具有多个旋转可开关磁芯元件的基于永磁体的装置的方法，该方法包括以下步骤: a)配置将要集成到承载盘中的磁芯元件，每个磁芯元件由一个或多个具有磁北极和磁南极的永磁体及两个软磁性或硬磁性的极管组成，所述一个或多个永磁体的磁极中的每一个具有磁极面，并且每一个都邻近并固定至所述两个极管，每个磁芯元件中的所述一个或多个永磁体取向为使得所述一个或多个永磁体的磁北极邻近并固定至一个极管，并且所述一个或多个永磁体的磁南极邻近并固定至另一个极管，所述极管能够包含并重新定向所述一个或多个永磁体的磁场，其中 a.每个磁芯元件由用于每个极管并集成到非铁承载盘中的分开的结构、用于将北极管与南极管隔离的构件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件组成；或 b.每个磁芯元件由集成到非铁承载盘中的单个结构、用于将北极管与南极管隔离的构件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件组成；或 每个磁芯元件的极管是含铁承载盘、用于将北极管与南极管隔离的构件、以及用于相对于所包含的一个或多个永磁体来限制或定位各个极管的构件的整体部分，所述北极管与相邻的一个或多个永磁体的北极管共享，并且所述南极管与相邻的一个或多个永磁体的南极管共享； b)在异相对齐时，通过验证引导至工作面的散发自极管表面面积的磁场被可接受地去激活或降低到所需水平来匹配所配置的磁芯元件，并在需要的情况下调整磁芯元件的磁场强度以进一步中和散发自工作面面积的磁场； c)通过以下方式确定承载盘配置:.1.限定磁芯元件的数量； 在需要的情况下，确认分离性能将处于所需水平； .2.将磁芯元件均匀且对称的定位到承载盘中；.3.在需要的情况下，确定所需的承载盘组分； d)通过将附接特征或其它这种特征结合到允许实施所需启动构件的固定或可旋转的承载盘组件中，从而确定并实施所需的启动构件，即这样的启动构件:通过该启动构件，所述装置利用机械、机电、电力和磁动构件、或其任意组合来使承载盘组件相对于固定的承载盘组件旋转； 确定是否需要位置止动构件，借此，旋转的所述承载盘组件可以包含旋转限制特征，该旋转限制特征促进磁芯元件对齐； e)确定是否需要镀层、涂层或封装构件以改善性能； f)在承载盘组件中限制或保持承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管，使它们与相邻承载盘组件中的磁芯元件的北极管和南极管相对应或对齐； g)在一个或多个几何平面中选择、定位并对齐多个互相邻近的承载盘组件，由此所述承载盘组件的极管: .1.异相对齐，或者从邻近目标的极管散发的磁场被去激活； .2.同相对齐，或者从邻近目标的极管散发的磁场被激活； .3.异相或同相部分对齐，由此部分去激活或激活从邻近目标的极管散发的磁场；.4.定位为互相邻近，其中每个承载盘组件限制或保持多个磁芯元件，以将来自一个或多个永磁体的磁极的磁场重新定向到相邻承载盘组件的相应磁芯元件或所需目标；. 5.被限制构件限制到相邻承载盘组件，使得可旋转承载盘组件中的一个或多个借助旋转构件可以相对于相邻承载盘组件进行同心旋转；. 6.借助摩擦降低构件从相邻承载盘组件隔开，以降低相邻的承载盘组件之间的摩擦并促进可旋转承载盘组件相对于相邻承载盘组件的旋转；h)确定是否需要将多个承载盘组件集成或固定到壳体中，其中相应数量的可旋转承载盘组件位于一个或多个几何平面中。14.如权利要求13所述的制造用于附接或保持工...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·迈克尔，
申请(专利权)人：创新工程解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US