多层磁路组件的制作方法

本公开涉及用于减少换能器中的磁场变化的系统和技术。

背景技术：

换能器可检测沿着输入轴线的定向刺激并且可将该刺激转换成测量信号。换能器可通过检测检验质量组件沿着输入轴的位移来检测定向刺激。检验质量组件可定位在各自产生磁场的两个磁路组件之间，并且检验质量组件上的线圈可与磁场交互。在操作期间，检验质量组件可能会受到各种动态条件的影响，这些动态条件降低了换能器的准确度。这些动态条件可引起检验质量组件的位移的偏差，并且因此引起换能器的输出的偏差。

技术实现要素：

本文所述的磁路组件可用作换能器(诸如加速度计)的一部分以通过产生更稳定和均匀的磁场来提高换能器的准确度。在一些示例中，换能器包括一对磁路组件和定位在磁路组件之间的检验质量组件。每个磁路组件可包括用于生成磁场的磁体和用于提供磁场的磁返回路径的励磁环。励磁环可联接到磁体和检验质量组件的外部部分两者。在操作期间，磁返回路径可穿过磁体的底部延伸到励磁环中，并且磁通量可在磁体边缘附近的励磁环的区域中饱和。类似地，磁返回路径可从励磁环经由极片和线圈间隙延伸穿过磁体的顶部，并且磁通量可在磁体边缘附近的极片的区域中饱和。

在一些示例中，励磁环包括位于磁体下面的多层基座和覆盖在基座上面并且围绕磁体的外环。多层基座包括直接位于磁体下面的平台层和位于平台层和外环下面的基座层。平台层和极片各自具有相对高磁导率，使得在达到饱和之前更大量的磁通量可通入励磁环和极片中。因此，磁体可产生检验质量组件可与之交互的更一致的磁场。

在一些示例中，可改变外环的磁导率，使得外环的外部部分具有比外环的内部部分更低的磁导率。例如，穿过磁返回路径的磁通量可与返回路径的长度成比例并且穿过外环径向地减小，使得整体外环的外部部分可具有比外环的内部部分更低的磁通量密度。因此，外部部分中的磁通量密度可基本上低于饱和。外部部分的组成和/或密度可被配置为减小外部部分的磁导率以使得外部部分的磁通量密度可更接近饱和。因此，与整体外环相比，具有更低材料密度的外部部分的制造成本可更低廉。

在一些示例中，可改变外环的热膨胀系数(cte)，使得外环的外部部分具有比外环的内部部分更低的cte。例如，外环的某个外部部分可联接到检验质量组件。该外部部分可具有与检验质量组件的cte更密切地匹配的cte，从而减少检验质量组件上的热应力。内部部分可具有与检验质量组件的cte不那么密切地匹配的cte，使得更多种类的材料(诸如更便宜的材料)可用于形成内部部分。

在一些示例中，可改变极片的磁导率，使得极片的上部部分具有比极片的下部部分更高的磁导率。例如，检验质量组件的线圈可响应于线圈间隙中的磁通量而与磁场交互。磁通量的一部分可离开极片的顶部，并且在极片的顶部附近离开极片的侧面的磁通量可比极片的底部附近更低。极片的密度可被配置为减小极片的内部部分和/或下部部分的磁导率以使得更少磁通量可离开极片的顶部和/或更均匀量的磁通量可离开极片的侧面。因此，检验质量组件的线圈可与极片所引导的更受控和/或均匀的磁场交互。

在一些示例中，励磁环可包括外环的线性腔体中的一个或多个线性模块。例如，检验质量组件可包括非对称的各个部分，诸如挠曲件，使得检验质量组件的质心可不对应于励磁环的几何中心。包含该一个或多个线性模块可降低挠曲件附近的磁通量以形成励磁环的磁场的中心(该中心与检验质量组件的质心更密切地对齐)，同时还为励磁环提供支撑。因此，励磁环在研磨期间可具有增加的支撑和对应增加的平坦度，同时还生成与检验质量组件更准确地交互的磁场。

在一些示例中，本公开描述了包括磁体组件和励磁环的磁路组件。该磁体组件限定输入轴线并且包括极片和位于极片下面的磁体。该励磁环包括基座和外环。该基座包括位于磁体下面的平台层和位于平台层下面的基座层。该外环围绕磁体组件定位，并且该外环的内部部分面向磁体组件。该外环的外部部分被配置为联接到检验质量组件的外径向部分。极片和平台层包括高磁导率材料。

在一些示例中，本公开描述了换能器、上部磁路组件、下部磁路组件和检验质量组件。检验质量组件定位在上部磁路组件和下部磁路组件之间。上部磁路组件和下部磁路组件中的每一者包括磁体组件和励磁环。该磁体组件限定输入轴线并且包括极片和位于极片下面的磁体。该励磁环包括基座和外环。该基座包括位于磁体下面的平台层和位于平台层下面的基座层。该外环围绕磁体组件定位，并且该外环的内部部分面向磁体组件。该外环的外部部分被配置为联接到检验质量组件的外径向部分。极片和平台层包括高磁导率材料。

在一些示例中，本公开描述了一种形成磁路组件的方法，该方法包括形成基座层和覆盖在基座层上面的外环。该方法还包括在基座层的表面上形成平台层以形成励磁环。该方法还包括在平台层的上表面上形成磁体和极片以形成磁路组件。平台层和极片包括高磁导率材料。

附图说明

附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。

图1a是示出示例性换能器的分解图。

图1b是示例性检验质量组件和磁路组件的横截面侧视图，该磁路组件包括高磁导率平台层和极片。

图2a是示例性检验质量组件和磁路组件的横截面侧视图，该磁路组件包括可变磁导率外环。

图2b是图2a的示例性磁路组件的顶视图。

图3a是示例性检验质量组件和磁路组件的横截面侧视图，该磁路组件包括具有局部非磁返回路径的外环以支持更均匀的研磨

图3b是图3a的示例性磁路组件的顶视图。

图3c是示例性磁路组件的顶视图，该磁路组件包括具有两个局部非磁返回路径的外环。

图4a是示例性换能器的横截面侧视图，该换能器具有包括可变磁导率极片的磁路组件。

图4b是图4a的示例性换能器的示例性磁体组件的横截面侧视图。

图4c是示例性磁体组件的横截面侧视图，该磁体组件具有带圆柱形腔体的极片。

图4d是示例性磁体组件的横截面侧视图，该磁体组件具有带锥形腔体的极片。

图5是示出制造磁路组件的示例性方法的流程图。

图6是磁路组件的外环的示例性结构化体积的照片。

具体实施方式

图1a是示出示例性换能器10(例如，力平衡式加速度计)的分解图，该换能器包括上部磁路组件12、下部磁路组件14(例如，统称为“上部磁路组件12和下部磁路组件14”)以及定位在上部磁路组件12与下部磁路组件14之间的检验质量组件20。检验质量组件20可包括检验质量22、支撑结构24以及将检验质量22挠性地连接到支撑结构24的第一挠曲件28和第二挠曲件38(统称为“挠曲件28和38”)。

支撑结构24可为检验质量22提供结构支撑并且帮助保持检验质量22与上部磁路组件12和下部磁路组件14之间的分离。尽管如图1a所示的支撑结构24为圆形形状，但支撑结构24可为任何形状(例如，正方形、矩形、椭圆形等)，并且可围绕或可不围绕检验质量22。检验质量22可使用一个或多个挠曲件28和38挠曲地联接到支撑结构24，以将检验质量22支撑在支撑结构24内并且使检验质量22能够围绕由支撑结构24所限定的平面移动。例如，挠曲件28和38可在径向方向上(例如，垂直于输入轴线51)为刚性并且在竖直方向上(例如，沿着输入轴线51)为挠性，使得挠曲件28和38允许检验质量22由于换能器10的加速度而在基本上正交于(例如，正交于或几乎正交于)由支撑结构24所限定的平面的方向上移动。支撑结构24可包括安装垫34和44和一个或多个电迹线32和42。挠曲件28和38可在挠曲件28和38的相应挠曲件的上表面或下表面上包含一个或多个薄膜引线30和40，该一个或多个薄膜引线被配置为跨相应挠曲件传输电信号。

在图1a的示例中，检验质量组件20可在检验质量组件20的外径处由磁路组件12和14夹持。上部磁路组件12和下部磁路组件14可使用相应安装垫(例如，安装垫34和44)中的一个或多个安装垫附接(例如，夹持)到检验质量组件20的相对侧。安装垫34和44可定位在支撑结构24上的各个位置处，并且可采用任何形式或形状并且可以任何量存在。在一些示例中，可升高安装垫34和44，使得当换能器10被完全组装时，安装垫34和44可接触上部磁路组件12和下部磁路组件14以将检验质量组件20与上部磁路组件12和下部磁路组件14分开以及为检验质量组件20提供安装支撑。例如，安装垫34和44的高度可限定上部磁路组件12和下部磁路组件14与检验质量22上的上部电容拾取板和下部电容拾取板(例如，上部电容拾取板26)之间的电容间隙。

检验质量22可包括安装在检验质量22的上表面和/或下表面上的一个或多个电容拾取板(例如，上部电容拾取板26)和一个或多个力平衡式线圈(例如，上部力平衡式线圈36)。在一些示例中，上部电容拾取板26和上部力平衡式线圈36可被配置为与上部磁路组件12交互以测量施加到换能器10的加速度。例如，随着加速度被施加到换能器10，检验质量22可从零位偏斜，使得上部电容拾取板26与上部磁路组件12的面向内的表面之间的电容隙的距离改变(例如，增大或减小)，从而导致电容变化，并且相应地导致电容测量结果的变化。在一些示例中，电容的变化可用于确定施加到换能器10的加速度的量。

除此之外或另选地，换能器10可被配置为基于电容的变化将电流施加到上部力平衡式线圈36(例如，通过薄膜引线40)，使得上部力平衡式线圈36与上部磁路组件12的磁极片结合充当伺服机构以将检验质量22的位置保持在零位。施加到上部力平衡式线圈36以将检验质量22保持在零位的电流可用于确定施加到换能器10的定向刺激(诸如加速度)的量。例如，到达平衡式线圈36的电流的量值可以是检验质量22沿着输入轴线51的加速度的量度。虽然本公开就上部电容拾取板26和上部力平衡式线圈36而言描述了换能器10的操作，但此类描述可等同地适用于下部电容拾取板和下部力平衡式线圈、上部电容拾取板和下部电容拾取板的组合以及下部力平衡式线圈的使用。

在一些示例中，检验质量组件20的部件(诸如支撑结构24和检验质量22)可由相对低cte材料制成。相对低cte材料可以是cte小于或等于约3ppm/℃的材料。例如，检验质量组件可由cte为约0.5ppm/℃的熔融二氧化硅制造。

上部磁路组件12和下部磁路组件14各自包括磁体组件50和励磁环52(未针对上部磁路组件12标记)。磁体组件50限定穿过换能器10的输入轴线51。磁体组件50包括极片56和位于极片56下面的磁体54。磁体54可被配置为提供磁场以驱动下部磁路组件14的磁路。在一些示例中，磁体54可由铝镍钴合金、钐-钴、钕-铁-硼或其他此类材料制成。在一些示例中，磁体54可由相对高cte材料制造。相对高cte材料可具有比相对低cte材料(诸如上部基座层68或外环62的相对低cte材料)更高的cte。相对高cte材料可以是例如cte大于约8ppm/℃的材料。例如，磁体54可由铝镍钴合金制造，其具有约11ppm/℃的cte。

励磁环52可被配置为为由磁体54生成的磁场提供磁返回路径。例如，如将在图1b中进一步所示，励磁环52可具有带“c”横截面的大致圆柱形形状。极片56可为将由磁体54产生的磁场聚焦以驱动上部磁路组件12的磁结构。例如，极片56可引导磁场流过力平衡式线圈36。通过引导磁场通过力平衡式线圈36，磁场可进入励磁环52并且通过励磁环52环流到磁体54的相对侧，并且通过磁体54回流到极片56，从而完成磁路。在一些示例中，励磁环52可由具有相对高的相对磁导率诸如大于约1500的最大相对磁导率的材料制造。在一些示例中，励磁环52可由在相对高的磁通量密度(诸如大于约5000高斯)下饱和的材料制造。

在一些示例中，上部磁路组件12和下部磁路组件14可包括面向内(即，朝向检验质量组件20)的表面60，该面向内的表面被配置为与检验质量组件20的部分交互。上部磁路组件12和下部磁路组件14还可包括沿着其中定位有磁体组件的相应面向内的表面的线圈间隙58。线圈间隙58可被配置为接纳检验质量组件20的力平衡式线圈36。在一些示例中，励磁环52的至少一部分可由具有相对高的相对磁导率的材料(诸如殷钢或超殷钢)制造以提供磁返回路径。

磁路组件12、14的磁通量可沿着磁返回路径变化。例如，与磁体54所成的界面和磁体54的外半径附近的励磁环52和极片56的部分可经历比磁路组件12和14的其他部件更高的磁通量。在一些情况下，足够高的磁通量密度可饱和，从而产生检验质量组件20可与之交互的不均匀或不稳定磁场。

如本文所讨论，磁路组件12、14可被配置为通过在磁体54附近且接收更高磁场强度的励磁环52和磁体组件50的部分中结合高磁导率材料来减少或消除磁返回路径中的磁饱和。图1b是图1a的示例性检验质量组件和下部磁路组件14的横截面侧视图。励磁环52包括围绕磁体组件50定位的外环62和位于磁体组件50下面的基座64。虽然在图1b中被示出为整体单元，但在其他示例中，外环62和基座64可以是单独的部件。外环62的内部部分74面向磁体组件50。外环62的外部部分72被配置为联接到检验质量组件20的外径向部分。

基座64包括位于磁体54下面的平台层66、位于平台层66和外环62下面的上部基座层68和位于上部基座层68下面的下部基座层70(统称为“基座层68和70”)。平台层66可使用粘合剂层(未示出)联接到磁体54。在一些示例中，粘合剂层可为导电粘合剂层，诸如导电环氧树脂。粘合剂层可吸收平台层66和磁体54之间的径向应力(例如，剪切应力)。

励磁环52和极片56可被配置成使得磁返回路径76的磁通量密度在磁体54附近的励磁环52和极片56的部分中不饱和。平台层66和极片56可包括一个或多个相对高磁通量区域78，在所述相对高磁通量区域处磁场强度可比励磁环52和/或磁体组件50的其他部分更高，并且与励磁环52和/或磁体组件50的其他部分相比，所述相对高磁通量区域的磁通量密度可更接近饱和或达到饱和。例如，极片56的高磁通量区域78可在磁体54的外径向部分附近并且在极片56与磁体54之间的界面附近。类似地，励磁环52的高磁通量区域78可在磁体54的外径向部分附近并且在励磁环52与磁体54之间的界面附近。

在一些示例中，平台层66和极片56中的每一者可包括相对高磁导率材料。在一些示例中，相对高磁导率材料可为最大相对磁导率大于约1500的材料。在一些示例中，相对高磁导率材料可为饱和磁通量密度大于约5000高斯的材料。磁导率(μ)可表示材料对形成磁场的阻力的量度，并且可与磁通量密度(b)和磁场强度(h)相关，如以下公式1中所示：

当材料中的磁通量密度达到饱和时，磁场强度的增加可基本上不再增加磁通量密度。更高磁导率的材料可具有对应更高的磁场，在该磁场处发生饱和。例如，相对高磁导率铁合金可具有至少约8000高斯的磁饱和。因此，相对高磁导率材料可允许平台层66和极片56在变为饱和之前具有更高磁通量密度，从而产生更稳定和/或变化更少的磁场。对于极片56和/或平台层66，可使用多种相对高磁导率材料，包括但不限于镍含量大于约40％的镍-铁基质材料，诸如hipernom等。在一些示例中，镍-铁基质材料可具有大于75％，诸如约80％的镍含量。

如上面所指出的，检验质量组件20和磁路组件12和14的材料可具有不同的热膨胀系数(cte)。例如，磁体54可由铝镍钴合金或另一种具有相对高磁场强度的材料制造。检验质量组件20可由熔融石英或另一种具有高弹性行为的材料制造，使得检验质量组件20可响应于所施加的应力而从初始状态变形为挠曲状态，并且一旦所施加的应力被移除就返回到初始状态。主要基于类似cte选择用于磁体54和/或检验质量组件20的材料可能会导致磁体54和/或检验质量组件20的重要性质的折衷。在一些情况下，磁体54的cte可显著高于检验质量组件20的cte；例如，铝镍钴合金的cte可为约11ppm/℃，而熔融二氧化硅的cte可为约0.5ppm/℃。当换能器10经历温度变化时，磁体54与励磁环52之间和/或励磁环52与检验质量组件20之间的cte差异可产生使检验质量组件20变形或移位的径向应力。

为了从磁体54吸收径向应力，可使用粘合剂层(未示出)将平台层66和/或极片56联接到磁体54。平台层66或极片56和磁体54之间的粘合剂层的厚度可对应于平台层66或极片56和磁体54之间的热膨胀的差异，使得较低的热膨胀差异可导致粘合剂层较薄或不存在。随着粘合剂层厚度随径向应力的减小而减小，励磁环52的磁返回路径的磁阻随温度的变化可减小。因此，通过减小平台层66或极片56和磁体54之间的热引起的径向应力，励磁环52可具有改善的(例如，变化减小)磁通量分布。

为了减小平台层66和磁体54之间和/或极片56和磁体54之间的径向应力，平台层66和/或极片56的组成可被选择为使平台层66和/或极片56的cte与磁体54的cte基本上匹配。例如，平台层66和/或极片56的材料可具有基本上类似于磁体54的材料的cte的cte(例如，在室温下在约4ppm/℃内)，使得可减小由磁体54和励磁环52和/或极片56之间的cte失配引起的径向应力。在一些示例中，平台层66和/或极片56包括相对高cte材料.相对高cte材料可以是例如cte大于或等于8ppm/℃的材料。对于平台层66和/或极片56，可使用多种材料，包括但不限于镍浓度大于约40％的镍-铁合金材料，诸如hipernom等。

为了减小检验质量组件20与外环62之间的热引起的径向应力，外环62和基座64可被配置成使得外环62和基座64在预期温度操作范围内的径向膨胀可基本上类似于检验质量组件20在预期温度操作范围内的径向膨胀。例如，在检验质量组件20与外环62之间的界面处可发生两种类型的应变，包括径向应变和锥形应变。检验质量组件20的cte与外环62的cte失配所引起的径向应变可能由于检验质量组件20中的不对称性而导致变形。由磁体54比平台层66更快地收缩而引起的锥形应变可导致平台层66的顶表面凹入。诸如通过选择平台层66和下部基座层70的组成、直径和/或厚度来减小外环62和基座64的径向膨胀与检验质量组件20的径向膨胀之间的差异可减小这些径向应变和锥形应变。因此，可减小可能会导致检验质量组件20移位或变形的应力。

在一些示例中，外环62和上部基座层68的组成可被选择为使外环62的外部部分72和上部基座层68的cte与检验质量组件20的cte基本上匹配，使得外环62的材料的cte与上部基座层68的cte之间存在差异。为了减少外环62与上部基座层68和检验质量组件20之间的cte失配，外环62和上部基座层68的材料可各自具有基本上类似于检验质量组件20的材料的cte的cte(例如，在室温下在约2ppm/℃内)，使得可减小由磁体54和励磁环52之间的cte失配引起的径向应力。在一些示例中，外环62和上部基座层68包括相对低cte材料。相对低cte材料可具有比相对高cte材料(诸如平台层66、下部基座层68、磁体54或极片56的相对高cte材料)低的cte。相对低cte材料可以是例如cte小于或等于约3ppm/℃的材料。如上面所解释的，检验质量组件20可由相对低cte材料诸如熔融石英(0.5ppm/℃)制造。

在一些示例中，上部基座层68和外环62可包括相同的材料。例如，虽然上部基座层68和外环62可通过晶粒或其他边界来区分，如虚线所示，但上部基座层68和外环62可具有基本上类似的性质。在一些示例中，上部基座层68和外环62可以是整体的(例如，没有区分)。例如，外环62和上部基座层68可通过浇铸或增材沉积来制造。对于外环62和/或上部基座层68，可使用多种材料，包括但不限于殷钢、超殷钢、科瓦、软铁等。在一些示例中，外环62和上部基座层68包括具有相对高的相对磁导率的材料，诸如大于约1500的最大相对磁导率。

在一些示例中，为了减小检验质量组件20与外环62之间的热引起的径向应力，外环62和基座64可被配置成使得外环62的表面60的平面在预期温度操作范围内为基本上平面的。例如，径向膨胀的分量可能是由于两个相邻层之间的径向膨胀差异而引起的翘曲效应所导致的。在基座64中，平台层66与上部基座层68之间的径向应力可产生剪切应变，如果不抵消，则通过使基座64向外翘曲并且使外环62在检验质量组件20上施加增加的径向应力来产生剪切应变。在一些示例中，下部基座层70可包括相对高cte材料。如上面所解释的，平台层66可包括相对高cte材料。为了平衡(例如，“共模”)由平台层66和下部基座层70施加的径向应力的量，下部基座层70的材料可具有与平台层66的材料的cte基本上类似(例如，在室温下在约2ppm/℃内)的cte。对于下部基座层70，可使用多种材料，包括但不限于镍浓度大于约40％的镍-铁合金材料，诸如hipernom等。在一些示例中，平台层66和下部基座层70包括相同的材料。例如，下部基座层70可通过平台层66补偿在外环62和上部基座层68上产生的应变。在一些情况下，可通过对平台层66和下部基座层70两者使用相同的材料来实现这种性质的共模，其中尺寸变化(诸如直径或厚度)弥补了平台层66上由磁体54导致的应变。

通过减小检验质量组件20与外环62之间的热引起的径向应力，检验质量组件20可由于温度变化而经历较少的变形，并且因此具有减小的误差。作为一个示例，通过为延伸穿过励磁环52的外环62和上部基座层68选择相对低cte材料，励磁环52可具有基本上类似于检验质量组件20的有效cte。作为另一示例，通过平衡平台层66和下部基座层70之间的热应变，励磁环52可响应于热变化来减少或消除基座64的任何翘曲。

虽然就cte而言进行了描述，但在一些示例中，可针对与励磁环52与磁体54或检验质量组件20中的任一者之间的径向应力的量相关的其他性质来选择平台层66、上部基座层68、下部基座层70和外环62的材料。例如，作为层之间的cte失配的补充或替代，两个层(诸如平台层66和上部基座层68)之间的剪切应力可与每个层的弹性相关。随着温度增加，在磁体54与平台层66之间的界面处产生剪切应力，从而在平台层66与上部基座层68之间产生剪切应力，这可导致平台层66的偏转。因此，上部基座层68和下部基座层70可被配置为产生类似但相反的剪切应力，以减少或防止平台层66的显著偏转。为了控制径向膨胀的量，平台层66、上部基座层68和/或下部基座层70的材料可被选择为具有弹性和cte，使得平台层66和上部基座层68之间的剪切应力和/或上部基座层68和下部基座层70之间的剪切应力可基本上类似。因此，基座64可基本上不响应于温度变化而弯曲。

在一些示例中，磁路组件12和14可被配置为增加磁体组件50相对于外环62的轴向膨胀(例如，沿着输入轴线51)。例如，随着换能器10的温度变化，线圈间隙58的距离可由于外环62与极片56之间的cte差异而变化。为了补偿线圈间隙58的这种变化，磁体54和极片56可各自具有相对高的cte，使得磁体组件50具有大于外环62的轴向cte的有效轴向cte。如果极片56具有比外环62更高的cte，则线圈间隙58可随着温度升高而变得更小。因此，随着温度升高，线圈间隙58的尺寸可减小，从而补偿磁动力的减小并且减小换能器10的标度因数温度系数。

虽然沿着磁返回路径76的励磁环52和/或磁体组件50的一些部分可具有相对高磁通量密度，但磁返回路径76的其他部分可具有相对低磁通量密度。外环62可包括一个或多个相对低磁通量区域79，在所述相对低磁通量区域处磁场强度可相对低，并且与励磁环52的其他部分相比，所述相对低磁通量区域的磁通量密度可离饱和更远。例如，在磁路中，磁通量可趋于采取最小磁阻(r)的路径，磁阻可由以下公式2表示：

在以上公式2中，l是磁返回路径76的长度，μ是材料的磁导率，并且a是磁返回路径76的横截面积(即，与磁通量方向垂直的横截面积)。因此，在均匀材料的磁返回路径中，大部分磁通量将穿过材料的内部部分，因为这是返回到磁体的另一端部的最短距离。当磁返回路径的长度增加时，磁阻也会增加，从而使得磁返回路径的外边缘处的磁通量更少。外环62的相对低磁通量区域79可位于外环62的外部部分72处。与励磁环52的其他部分(诸如外环62的外部部分72)相比，相对低磁通量区域79(诸如外环62的内部部分74)可对励磁环52贡献基本上更少的磁通量。因此，基于体积计，与受到更高磁场强度的其他区域处相比，在这些相对低磁通量区域79处，相对高磁导率材料可对磁通量贡献相对较少。虽然就横截面积进行了讨论，但应当理解，给定体积的材料的质量可由质量密度表示，使得具有材料和空隙基质的体积可具有如本文所述比仅包括该材料的体积更低的体积质量密度。在其他情况(诸如空隙基质中的空隙可能较微小的情况)下，磁通量的横截面积可表示没有空隙基质的材料的横截面积(例如，材料分数)。

在一些示例中，外环62的内部部分74的磁导率可大于外环62的外部部分72的磁导率。例如，一定体积的磁导率可与该体积中的材料的磁导率和该体积中的材料的量两者相关。因此，外环62的一定体积中的材料的组成和/或材料分数可被选择或配置成使得外环62的内部部分74的体积磁导率小于外环62的外部部分72的体积磁导率。例如，可改变材料的横截面积，使得沿着磁返回路径76的材料可输送更接近材料饱和的磁通量的量以在避免饱和的同时减少材料量。因此，外环62可使用更少量的相对高磁导率材料，从而降低换能器10的成本和/或重量。

在一些示例中，外环62的横截面积可被配置成使得内部部分74的磁导率小于外部部分72的磁导率。例如，外环62的外部部分72的横截面积可小于外环62的内部部分74的横截面积。外部部分72可包括孔或其他空隙的基质，从而产生局部减小的横截面积。类似地，内部部分74可不包括孔或空隙的基质或包括减小体积的孔或空隙，从而产生局部更高的横截面积。由于外部部分72中的材料量减少，外部部分72的磁通量密度可低于外部部分72的磁通量密度。在一些示例中，外环62是整体的(例如，包括连续相)。例如，外环62的横截面积可从外环62的内表面到外环62的外表面径向地增加，从而形成密度梯度。

在一些示例中，外环62包括一个或多个结构化体积。例如，如上所述，外环62的内部部分74和/或外部部分72可包括孔或空隙以减少用于内部部分74和/或外部部分72的材料量。除了限定孔或空隙之外，孔或空隙之间的结构还可为内部部分74和/或外部部分72提供支撑。

图6是外环62的示例性结构化体积110的照片。如图6所示，结构化体积110包括结构112以及结构112之间的孔114。结构化体积由壁(诸如外环62的外壁116和外环62的内壁118)界定。这些壁可被封闭以减少或防止颗粒污染，和/或可被配置为将实质部分的磁通量传输穿过外环62。例如，外壁116可接收比结构化体积110基本上更高量的磁通量，使得传输穿过具有结构化体积110的外环62的磁通量可与传输穿过不具有结构化体积(例如，实心)的外环62的磁通量基本上类似(例如，>80％)。

图2a是示例性检验质量组件和磁路组件的横截面侧视图，该磁路组件包括可变磁导率外环。如图2a所示，外环62的内部部分74与外环62的外部部分72分开(例如，结构上或组成上有区别)。例如，外部部分72可与上部基座层68成整体，而内部部分74可覆盖在上部基座层68上面。

在一些示例中，外环62的组成可被选择成使得外部部分72的磁导率小于内部部分74的磁导率。例如，内部部分74可包括相对高磁导率材料，该相对高磁导率材料具有比外部部分72的材料更高的最大相对磁导率。

在一些示例中，外环62可被配置为具有相对高磁导率和可变cte。例如，如上所讨论，为了减少检验质量组件20上的径向应力，与检验质量组件20联接的外环62的一部分可具有与检验质量组件20基本上类似的cte。在一些示例中，内部部分74的材料的cte低于外部部分72的材料的cte。与更高cte、相对高磁导率的材料相比，相对低cte、相对高磁导率的材料可相对昂贵。然而，外环62的大部分可不联接到检验质量组件20，使得这些部分中包含相对高cte、相对高磁导率的材料可能因成本更高而无法提供足够的有益效果。因此，并不将外环62形成为具有相对低cte、相对高磁导率的材料的整体单元，而是外部部分72可包括具有与检验质量组件20的cte基本上类似的cte的相对低cte材料，而内部部分74可包括具有与检验质量组件20的cte不太类似的cte的更高cte材料。在一些示例中，外环62的内部部分74包括因瓦合金，并且外环62的外部部分72包括超因瓦合金。

图2b是图2a的示例性磁路组件的顶视图。如图2b所示，外部部分72的三个柱形件73可对应于三个点，外环62可在这三个点处联接到检验质量组件20。外环62的外部部分72和内部部分74可通过间隙隔开，使得可适应因cte差异而引起的外部部分72和内部部分74的差异膨胀和收缩。

在一些示例中，磁路组件12、14可被配置为使用结构上支撑的励磁环52来产生非对称磁场以与检验质量组件20更均匀地和/或稳定地交互。图3a是示例性检验质量组件20和磁路组件的横截面侧视图，该磁路组件包括外环62。检验质量组件20可包括挠曲件38、48近侧的相对更少质量以及挠曲件38、48远侧的相对更多质量，这可引起检验质量组件20的质心25向检验质量组件20的远侧端部移动。为了在检验质量组件20上产生基本上径向对称的力，与该更低质量区域相对应的磁场的磁通量可基本上低于检验质量组件20的其他部分(例如，为后者的约三分之一)。在存在对称磁场的情况下并且响应于输入刺激，检验质量组件20可在更低g水平下朝向相应磁路组件12、14倾斜和短接，从而造成不准确。

在一些示例中，外环62在外环62的内表面中包括一个或多个线性腔体81。例如，该一个或多个线性腔体81可各自对应于具有与外环62的最大径向厚度相比减小的径向厚度的外环62的一部分。该一个或多个线性腔体81可被配置为使磁路组件12、14的磁通量中心与检验质量组件20的质心25更密切地对齐，使得磁力中心和质心25可相符。例如，该一个或多个线性腔体81中不存在相对高磁导率材料可降低挠曲件38、48附近的外环62的磁导率，从而引起磁通量中心远离挠曲件38、48朝向检验质量组件20的质心25移动并且减少挠曲件28、38所处的检验质量组件20的侧面上的磁通量。与不包括该一个或多个线性腔体81的外环相比，外环62的不对称性可引起磁路组件12、14的磁通量中心与检验质量组件20的质心25更好地对齐。在一些示例中，该一个或多个线性腔体81可被配置为将质心25移动到离检验质量组件20的几何中心的约10密耳与约50密耳之间，诸如约20密耳。

在一些示例中，励磁环52包括一个或多个线性模块80，该一个或多个线性模块定位在该一个或多个线性腔体81的至少一部分中。该一个或多个线性模块80可包括相对低磁导率材料以引起磁通量中心远离挠曲件38、48移动(例如，在图3a中向左移动)。在一些示例中，该一个或多个线性模块80包括非磁性材料，诸如不锈钢。在一些示例中，该一个或多个线性模块80中的每一个可定位在该一个或多个线性腔体81中以在外环62与该一个或多个线性模块80之间形成间隙，从而减少或防止应变效应。在一些示例中，该一个或多个线性模块的基座可带交叉影线以减少基座处的应变。

该一个或多个线性模块80可被配置为保持外环62的更对称结构构型。在没有该一个或多个线性模块80的情况下，该一个或多个线性腔体81可引起励磁环52的表面60的不对称性。例如，通过去除外环62的一部分以形成该一个或多个线性腔体81，励磁环52的表面60可为不平坦的，这可在磁路组件12、14被夹持到检验质量组件20时引起检验质量组件20弯曲。检验质量组件20的弯曲可在换能器10的输出中产生偏差，该输出不与输入刺激成比例，从而可造成测量误差。通过在励磁环52中包括该一个或多个线性模块，励磁环52可具有与不包括该一个或多个线性模块80的励磁环相比更高的平坦度和平行度。通过形成励磁环52的更平坦顶表面，换能器10可具有减小的偏差，这可使换能器10能够更准确地确定输入刺激。

在一些示例中，该一个或多个线性模块80可被配置为在轴向方向上(例如，平行于输入轴线51)为刚性的。例如，该一个或多个线性模块80具有与轴向方向上的研磨类似的阻力作为励磁环52(诸如外环62)的平衡以实现平坦部。在一些示例中，该一个或多个线性模块80可被配置为在径向方向上(例如，垂直于输入轴线51)为柔性的。例如，该一个或多个线性模块80在与上部基座层68附接处近侧的相邻区域中可具有径向柔性，因为上部基座层68可具有更低cte。例如，该一个或多个线性模块80可诸如通过三维(3d)打印进行增材制造，以具有径向方向上可高于轴向方向上的空气体积。可与该一个或多个线性模块80联接的基座64的区域82(诸如上部基座层68)可局部更具刚性以减少或防止励磁环52的表面60的翘曲。

图3b是图3a的示例性磁路组件的顶视图。如图3b的示例中所示，励磁环52可包括单个线性腔体81中的单个线性模块80。图3c是示例性磁路组件的顶视图，该磁路组件包括具有两个非磁返回路径的外环。如图3c的示例中所示，励磁环52可包括多个线性腔体81中的多个线性模块80，该多个线性模块沿着外环62定位在不同圆周位置处。虽然被示出为相同尺寸，但该一个或多个线性模块80可具有多种尺寸和数量。

在一些示例中，磁路组件12、14可被配置为使用可变磁导率极片56来产生更受控的磁场。图4a是示例性换能器的横截面侧视图，该换能器具有包括可变磁导率极片的磁路组件。磁路组件12、14各自分别包括磁体54a、54b。磁体54a、54b面对彼此，并且来自磁路组件12、14的磁通量相接近，但可被配置为减少交叉。

任何两个磁体都不完全相同，并且可在与呈指数衰减的磁脉冲集合之后设定磁体54a、54n两者的磁通量水平。因此，磁体54a、54b可不具有相同磁动力(mmf)，这可引起竖直方向上(例如，沿着输入轴线51)的磁力中心与换能器10的电容中心(几何中心)之间的不一致并且在两个相对的磁路组件12、14之间形成最小磁场的位置的变化。由于检验质量组件20的材料的抗磁效应，检验质量组件20可趋于位于磁力中心，同时所施加的偏压(例如，由检验质量组件20的线圈调制)可将检验质量组件20驱动到换能器10的电容中心，从而使检验质量组件20弯曲。理想的是，该磁性最小值可处于两个磁路组件12、14之间的几何中心。使从极片56的顶部出来的通量最小化可通过减少磁通量交叉的量来接近该目标。如果无法实现这一点，则所施加的偏压可使检验质量组件20居中。在动态条件下，检验质量组件20可移动，并且如果磁场不均匀，则检验质量组件20的线圈将降低不同磁通量并且改变合成洛伦兹力和单元输出以保持伺服。磁体54a、54b的顶部处的磁通量可在存在相反磁场的情况下进一步集中。

除此之外或另选地，极片56在极片56与磁体54的界面附近的底部边缘处可具有相对高磁通量，使得穿过线圈间隙58的磁通量在极片56与磁体54之间的界面附近可相对高并且在极片56的面向外的表面附近可相对低。由于该轴向不均匀的通量，机械扰动(诸如振动输入)可引起线圈与不同磁通量交互并且形成振动整流。该误差可降低换能器10执行导航功能的能力。如以下图4b至图4d中将示出，相应极片56的形状和/或相对磁导率可被配置为减少离开每个磁体54的顶表面和/或侧表面的磁通量，从而形成更均匀的磁场。

在一些示例中，极片56的质量密度和/或横截面积可被配置为由磁路组件12、14产生更稳定的磁场。图4b是图4a的示例性换能器的示例性磁体组件50的横截面侧视图。极片56可包括磁体54与极片56之间的界面处的界面表面83、面向内的表面84以及面向励磁环52(未示出)的侧表面85。

为了产生穿过侧表面85的更均匀的磁通量，极片56可具有轴向方向88上递增的磁导率。在一些示例中，极片56的下部部分(诸如界面表面83附近)的磁导率可小于极片56的上部部分(诸如面向内的表面84附近)的磁导率(即，磁导率在轴向方向88上递增)。如上所述，磁场强度可在轴向方向88上降低。轴向方向88上的极片56的磁导率的增加和轴向方向88上的磁场强度的对应降低可产生轴向方向88上穿过侧表面85的更均匀磁通量。在一些示例中，磁导率可根据梯度来增加，而在其他示例中，磁导率可根据阶梯函数来增加，或这两者的任何组合。在一些示例中，极片56的下部部分的质量密度和/或横截面积可小于极片56的上部部分的质量密度和/或横截面积。例如，极片56可包括相对高磁导率材料，使得更低质量密度和/或横截面积可对应于更低对应体积磁导率。

为了减少离开面向内的表面84的磁通量的量，极片56可具有径向方向90上递增的磁导率。在一些示例中，极片56的内部部分中(诸如极片56的径向中心附近)的磁导率可小于极片的外部部分(诸如侧表面85附近)的磁导率(即，磁导率在径向方向90上递增)。一般来讲，与穿过外部部分的磁通量相比，穿过内部部分的磁通量可更可能穿过面向内的表面84离开。极片56的内部部分中的相对低磁导率可限制穿过面向内的表面84的磁通量的量，而极片56的外部部分中的相对高磁导率可允许穿过侧表面85的高磁通量，从而产生轴向更受控的磁场。在一些示例中，磁导率可根据梯度来增加，而在其他示例中，磁导率可根据阶梯函数来增加，或这两者的任何组合。在一些示例中，极片56的内部部分的质量密度和/或横截面积可小于极片56的外部部分的质量密度和/或横截面积。例如，极片56可包括相对高磁导率材料，使得更低质量密度和/或横截面积可对应于更低对应体积磁导率。

通过沿着轴向方向88增加极片56的磁导率，来自极片56的侧表面85的磁通量的分布在轴向方向88上可更均匀和/或呈线性。通过沿着径向方向90增加极片56的磁导率，可减少来自面向内的表面84的磁通量，从而减少磁路组件12、14之间的交互。因此，检验质量组件20的线圈所遇到的磁通量可更均匀并且振动整流误差可减小。

在一些示例中，极片的内部部分包括腔体。例如，并非极片56的内部部分中具有减小的磁导率(如图4b所述)，而是可移除极片56的内部部分。图4c是示例性磁体组件50的横截面侧视图，该磁体组件具有带圆柱形腔体92的极片56。圆柱形腔体92可具有直径87。在一些示例中，直径87可小于极片56的总直径的50％。在一些示例中，直径87可在约1毫米与约10毫米之间，诸如约4毫米。当直径87增加时，界面表面83的表面积在径向向外的方向上减小，从而增加极片56的内部部分中的磁阻并且使得离开极片56的内部部分的磁通量的量减少。

腔体92可具有多种形状，包括但不限于锥形腔体、圆柱形腔体、半球形腔体等。在一些示例中，腔体92的形状可被配置为进一步限制离开面向内的表面84的磁通量的量。图4d是示例性磁体组件的横截面侧视图，该磁体组件具有带锥形腔体94的极片。锥形腔体94可在腔体94的上部部分(例如，与面向内的表面84对齐)处具有上部直径89，并且在腔体94的下部部分(例如，与界面表面83对齐)处具有下部直径91，其中上部直径89小于下部直径91。因此，极片56的内部表面86与界面表面83形成非直角。下部直径91可被选择为减少界面表面83处的磁通量，而上部直径89可被选择为减少面向内的表面84处的磁通量。

图5是示出制造磁路组件12或14的示例性方法的流程图。将相对于图1至图4的磁路组件12和14来描述图5；然而，可使用图5的示例性方法形成其他磁路组件。虽然可相对于某些部件来进一步描述某些制造技术，但图5的示例性方法可包括使用多种技术形成上部基座层68、外环62、下部基座层70、平台层66、磁体54或极片56中的任何一者，该多种技术包括但不限于：浇铸；模塑；增材制造，诸如3d打印；减材制造，诸如机加工；接合；等。

在一些示例中，该方法包括形成上部基座层68和覆盖在上部基座层68上面的外环62(100)。上部基座层68和外环62可使用多种技术形成，包括但不限于：铸造；增材制造，诸如增材沉积；减材制造；等。在一些示例中，上部基座层68和外环62可单独形成并且接合，诸如通过焊接、粘附等。在一些示例中，上部基座层68和外环62可以是整体的。

在一些示例中，形成外环62可包括形成覆盖在上部基座层68的外部部分上面(或与上部基座层68成整体)的外部部分72并且形成覆盖在上部基座层68的更径向向内的部分上面的内部部分74。在一些示例中，形成外环62可包括用第一材料形成外部部分72并且用第二材料形成内部部分74，该第二材料具有比第一材料更低的磁导率。例如，外部部分72可包括相对高磁导率材料，而内部部分74可包括更低磁导率的材料。

在一些示例中，形成外环62可包括将高磁导率材料增材沉积在上部基座层68的上表面上。例如，外环62的增材沉积可实现质量密度和/或横截面积的局部控制(诸如通过控制材料沉积图案或风料比)，使得外环62的磁导率可在空间上受控。在一些示例中，形成外环62可包括在第一横截面积下形成外部部分72并且在第二横截面积下形成内部部分74，该第二横截面积大于第一横截面积。因此，外环62的内部部分74(其可接收比外部部分72更高的磁通量)的横截面积大于外环62的外部部分72的横截面积。

在一些示例中，形成外环62包括在外环62中形成一个或多个线性腔体81。在一些示例中，可通过外环62的增材沉积来形成该一个或多个线性腔体81，使得外环62包括该一个或多个线性腔体81。在一些示例中，可通过减材制造来形成该一个或多个线性腔体，使得可对称地形成外环62并且可从外环62移除材料以形成该一个或多个线性腔体81(诸如通过钻孔)。

在一些示例中，该方法包括在该一个或多个线性腔体81中形成一个或多个线性模块80。例如，该一个或多个线性模块80可包括低磁导率材料以形成非对称励磁环52。在一些示例中，可通过将低磁导率材料增材沉积在该一个或多个线性腔体81中来形成该一个或多个线性模块80。例如，可各自通过以下方式形成该一个或多个线性模块80：改变空气体积，同时在径向上而非在轴向上沉积低磁导率材料，使得该一个或多个线性模块80可在轴向方向上(例如，平行于输入轴线51)为刚性的并且在径向方向上(例如，垂直于输入轴线51)为柔性的。在一些示例中，可通过以下方式形成该一个或多个线性模块80：将该一个或多个线性模块80定位在上部基座层68的腔体中或表面上并且将该一个或多个线性模块80联接到上部基座层68(诸如通过点焊、粘合剂等)。在一些示例中，将该一个或多个线性模块80联接到上部基座层68可包括将下部基座层70沉积在该一个或多个线性模块80和上部基座层68两者的表面上。在一些示例中，形成上部基座层68可包括形成具有更高刚度的区域82。

在一些示例中，该方法包括在上部基座层68的第一表面上形成平台层66并且在上部基座层68的与第一表面相对的第二表面上形成下部基座层70以形成励磁环52(102)。平台层66包括相对高磁导率材料。

在一些示例中，该方法包括在平台层66的上表面上形成磁体54(104)。在一些示例中，磁体54可形成为与平台层66分开并且使用粘合剂层联接到平台层66。在平台层66包括相对高cte材料使得平台层66的cte可基本上类似于磁体54的cte的示例中，粘合剂层的厚度可相对较小，从而减小粘合剂层的磁阻。

在一些示例中，该方法包括在磁体54的上表面上形成极片56(106)。极片56包括相对高磁导率材料。在一些示例中，形成极片56可包括将相对高磁导率材料增材沉积在磁体54的上表面上。例如，如以上相对于外环62的形成来描述的，极片56的增材沉积可实现质量密度和/或横截面积的局部控制(诸如通过控制风料比)，使得极片的磁导率可在空间上受控。在一些示例中，形成极片56可包括在第一质量密度和/或横截面积下形成极片56的上部部分并且在第二质量密度和/或横截面积下形成极片56的下部部分，该第二质量密度和/或横截面积小于该第一质量密度和/或横截面积。因此，极片56的内部部分的质量密度和/或横截面积可小于极片56的外部部分的质量密度和/或横截面积。在一些示例中，形成极片56可包括在第一质量密度和/或横截面积下形成外部部分并且在第二质量密度和/或横截面积下形成内部部分，该第二质量密度和/或横截面积小于该第一质量密度和/或横截面积。因此，极片56的内部部分的质量密度和/或横截面积可小于极片56的外部部分的质量密度和/或横截面积。

已经描述了各种示例。这些实施例和其他实施例在以下权利要求的范围内。