CN104903635B - 磁致动的截止阀 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种磁致动器组件，该磁致动器组件包括芯、配线和门组件。芯由磁材料构成，并包括第一端和第二端。配线环绕芯的一部分缠绕。预定量的电流施加给配线，以便在芯内感应磁场。门组件定位在芯的第一端和第二端之间。门组件包括第一门部件，该第一门部件根据施加在门组件上的临界力而在芯的第一端和第二端之间运行。临界力由磁场来产生。

Description

磁致动的截止阀
相关申请
本申请要求美国临时专利申请No.61/914658的优先权，该美国临时专利申请No.61/914658的申请日为2013年12月11日。
技术领域
本申请涉及具有开和关位置的截止阀，更特别是涉及在内燃机中使用的磁致动的电磁阀。
背景技术
在当前的致动器中，在气动装置中的开/关操作通过电磁阀来实现。只有当电磁阀“开”时以及只有当真空力大到足以使得致动器运动至它的行程的全长时，真空力才施加在致动器上。也可选择，在没有电磁阀(该电磁阀控制致动器对于真空的承受)的情况下，在所有情况下都受到真空力的致动器将在开位置和关位置之间“浮动”。浮动是不希望的且效率低的，并提供了对于附接在致动器上的装置的较差的控制。本领域中需要形成高能量效率的致动器，不管装置在什么时候需要开启，该致动器都有效控制电磁阀。
发明内容
本文的致动器介绍为用于具有开-关功能的阀的控制。致动器将保持在正常放置位置，该正常放置位置可以对应于门组件的打开位置或关闭位置，直到施加一临界力。一旦达到临界力，门组件将运动它的行程的全长至第二位置。门组件将保持在该第二位置，直到再次施加临界力，这时，门组件通过再次运动它的行程的全长而返回至它的开始位置。
在一个实施例中，公开了一种磁致动器组件，该磁致动器组件包括芯、配线和门组件。芯由磁材料构成，并包括第一端和第二端。配线环绕芯的一部分缠绕。预定量的电流施加给配线，以便在芯内感应磁场。门组件定位在芯的第一端和第二端之间。门组件包括第一门部件，该第一门部件根据施加在门组件上的临界力而在芯的第一端和第二端之间运行。临界力由磁场来产生。
在另一实施例中，公开了一种壳体，该壳体包括第一部分、第二部分和磁致动器组件。第一部分有第一导管部分。第二部分有与第一导管部分流体连通的第二导管部分。第一部分和第二部分连接在一起以便限定壳体。磁致动器组件布置在该壳体内。磁致动器组件包括芯、线轴、配线和门组件。芯由磁材料构成，该芯包括第一端和第二端。线轴包围芯的一部分。配线环绕线轴缠绕。预定量的电流施加给配线，以便在芯内感应磁场。门组件定位在芯的第一端和第二端之间，并限定了当门组件处于关闭位置时阻止流体流从第一导管部分流出的通道。门组件包括第一门部件和第二门部件。该第一门部件和第二门部件一起根据施加在门组件上的临界力而在芯的第一端和第二端之间运行。临界力由磁场来产生。
附图说明
图1是用于截止阀的壳体的一个实施例的正视透视图。
图2是图1中所示的壳体的第一部分的正视透视图。
图3是图1中所示的壳体的第二部分的正视透视图。
图4是布置在图1所示的壳体内的磁致动器组件的正视透视图。
图5是在图4中所示的磁致动器组件的正视透视图，该磁致动器组件包括线轴。
图6是图5中所示的磁致动器组件和线轴的正视透视图，其中配线环绕线轴来缠绕。
图7是门组件的分解透视图。
图8是图7中所示的门组件的装配图。
图9A-9B是图6中所示的磁致动器组件的正视透视图，其中，图9A是处于关闭位置的磁致动器组件的视图，而图9B是处于打开位置的磁致动器组件的视图。
图10A-10B是图1中所示的截止阀的正视图，其中，图10A是处于关闭位置的磁截止阀的视图，而图10B是处于打开位置的截止阀的视图。
图11是图4中所示的磁致动器组件的正视透视图，其中有可选的偏压元件。
图12是图4中所示的磁致动器组件的正视透视图，其中有附接在门元件上的永磁体。
图13是图12中所示的门组件的装配图。
具体实施方式
下面的详细说明将示例说明本发明的总体原理，本发明的实例另外在附加权利要求中表示。在附图中，相同参考标号表示相同或功能类似的元件。
这里使用的“流体”的意思是任意液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或它们的组合。
图1-3表示了在内燃机中使用的装置100的实施例。装置100包括壳体102和导管104。壳体102包括第一部分A和第二部分B。在一个示例实施例中，壳体102的第一部分A和第二部分B可以是使用塑性焊接工艺而相互连接的塑料注射模制部件。磁致动器组件142(图4)可以布置在壳体102内，并在后面更详细介绍。磁致动器组件142可以用于在关闭位置(见图9A)和打开位置(图9B)之间驱动门组件146(图4)，这将在后面更详细介绍。
参考图1，导管104可以用于输送流体，并可以包括第一导管部分106和第二导管部分108。第一导管部分106是壳体102的第一部分A的一部分，第二导管部分108是壳体102的第二部分B的一部分。第一导管部分106可以从壳体102的第一部分A的外表面112向外凸出。
参考图1-2，开口114沿壳体102的第一部分A的内表面116来布置。开口114与第一导管部分106流体连通。在如图1-2所示的实施例中，第一导管部分106可以包括第一部分110、密封结构部118和第二部分120。在一个示例实施例中，第一导管部分106的第一部分110可以包括大致圆形截面，第一导管部分106的第二部分120可以包括大致矩形截面。尽管介绍了圆形截面和矩形截面，但是应当知道，第一导管部分106也可以包括其它截面区域。第一导管部分106可以与软管或管(未示出)密封地接合，其中，在第一导管部分106的密封特征118和管之间可以产生大致流体密封。
参考图1和3，第二导管部分108也可以从壳体102的第二部分B的外表面122向外凸出。参考图1和3，开口124沿壳体102的第一部分A的内表面126来布置。开口124与第二导管部分108流体连通。在如图1和3所示的实施例中，第二导管部分108可以包括第一部分128、密封结构部129和第二部分(图1和3中不可见)。第二导管部分108的第一部分128可以包括大致圆形截面，第二导管部分108的第二部分(未示出)可以包括大致矩形截面。尽管尽管介绍了圆形截面和矩形截面，但是应当知道，第二导管部分108也可以包括其它截面区域。第二导管部分108可以与软管或管(未示出)密封接合，其中，在第二导管部分108的密封特征129和管之间可以产生大致流体密封。
参考图1-3，布置在壳体102的第一部分A内的开口114和布置在壳体102的第二部分B内的开口124可以都沿导管104的轴线A-A来布置，并大致相互对齐。第一导管部分106、第二导管部分108和壳体102相互流体连通。因此，当门组件146处于打开位置时(图9B中表示)，流体可以从第一导管部分106流入第二导管部分108中。
参考图3，壳体102的第二部分B可以包括外部唇缘130。外部唇缘130可以环绕壳体102的第二部分B的外周延伸。壳体102的第二部分B还可以有沿内表面126布置的升高部分132，该升高部分132可以从壳体102的第一部分B的内表面126向外凸出。参考图1-3，在壳体102的装配过程中，壳体102的第二部分B的外部唇缘130可以抵靠壳体102的第一部分A的内表面116。壳体的第二部分B可以再塑性焊接在第一部分A上，从而使得第一部分A和第二部分B连接在一起。
参考图2和3，当第一部分A和第二部分B连接在一起时，第二部分B的升高部分132可以限定在壳体102的第二部分B内的凹穴136和空腔138。当壳体102的第一部分A和第二部分B连接在一起时，壳体102的第二部分B的升高部分132的顶表面140可以抵靠壳体102的第一部分A的内表面116。
图4是布置在壳体102(图1)内的磁致动器组件142和门组件146的视图。磁致动器组件142包括芯144。芯144可以由软磁材料来构成。在如图4所示的示例实施例中，芯144可以包括大致C形型面，具有上端148和下端150。门组件146可以定位在芯144的上端148和下端150之间。参考图2-4，芯144可以容纳在由壳体102的第二部分B限定的空腔138内。门组件146可以容纳在由壳体102的第二部分B限定的凹穴136内。
继续参考图2-4，当壳体102的第一部分A和第二部分B连接在一起时，壳体102的第二部分B的升高部分132的顶表面140抵靠壳体102的第一部分A的内表面116。而且，芯144的上端148和下端150可以与由壳体102的第二部分B限定的凹穴136对齐或伸入该凹穴136内。因此，凹穴136可以与壳体102的第二部分B的空腔138大致密封。
参考图4，在一个实施例中，芯144可以包括对称的两半部分152。两半部分152可以在它们的相应端部154处定位在一起，以便形成大致C形的芯144。在所示的示例实施例中，两半部分152可以包括大致J形轮廓。这两半部分152各自可以由一系列板(图4中未示出)来构成，这些板一个堆垛在另一个顶上，并连接在一起。板可以由可用作用于磁通量运行的导管的任意类型材料来构成。例如，在一个实施例中，板可以由硅钢来构成。板可以使用任意类型的可用的连接工艺而彼此附接，例如焊接或压接。
参考图4和5，线轴160可以环绕芯144的位于中心的部分163。在一个实施例中，线轴160可以由塑料构成，并可以通过塑料注射模制方法来制造。尽管介绍了塑料注射模制方法，但是应当知道，其它合适的方法和材料也可以用于制造线轴160。线轴160包括孔161、主体162和两个相对端164。线轴160的孔161接收芯144的两半部分152的相应端部154。线轴160的主体162可以包括大致矩形或正方形截面，该截面用于接收芯144的位于中心的部分163。凸缘166可以布置在线轴160的各端164处。
参考图5-6，配线170可以环绕线轴160的主体162的外周168缠绕。配线170可以是用于运送电流的任意类型配线，例如铜配线。两个凸缘166可以用于将配线170定位成环绕线轴160的主体162就位，并通常防止配线170移动至芯144的表面172上。因此，线轴160可以用于将配线170保持就位，并大致防止配线170相对芯144的表面172摩擦。在一个非限定实施例中，线轴160可以选择地包括凸起(未示出)。该凸起可以用于接收端子凸耳(未示出)，配线170可以附接在该端子凸耳(lug)上。端子凸耳可以形成磁致动器组件142的连接器(未示出)的一部分。
参考图4-6，门组件146可以定位在芯144的上端148和下端150之间。门组件146包括上表面174和下表面176。门组件包括由磁化材料构成的第一门部件180和第二门部件182。具体地说，第一门部件180和第二门部件182可以在制造过程中永磁化。门组件146用作截止阀机构，并可以在芯144的上端148和下端150之间来回驱动。具体地说，门组件可以被驱动行程长度L。行程长度L可以当门组件146处于关闭位置时在门组件146的下表面176和芯144的下端之间测量(见图4-6和9A)。也可选择，当门组件146处于打开位置时，如图9B中所示，行程长度L可以在门组件146的上表面174和芯144的上端148之间测量。
继续参考图4-6，门组件146可以通常位于开始位置。开始位置可以是关闭位置(图9A中所示)或打开位置(图9B中所示)。门组件146保持位于开始位置，直到临界力施加在门组件146上。临界力由在芯144内感应的磁场M(图6中所示)来产生。临界力的大小足以使得门组件146离开开始位置，并使得门组件146运动至第二位置。该第二位置与通常位于的位置相反。例如，当通常位于的位置是打开位置时(图9B中所示)，第二位置将是关闭位置(图9A中所示)。
参考图6，当电流施加给配线170时，在芯144内感应磁场M。在芯144的上端148和下端150之间也感应磁场M。磁场M的大小或强度可以基于提供给配线170的电流大小。具体地说，预定量的电流可以施加给配线170，该配线170再产生磁场M，该磁场M足够强，以便产生用于使得门组件146运动至第二位置的临界力。在一个非限定实施例中，电流的预定量可以为大约1Amp，峰值在大约3至大约5Amp的范围内。
磁场M的方向取决于施加给配线170的电流的符号或方向。磁场M可以沿大致向上方向U或大致向下方向D(相对于门组件146)。磁场M的方向可以基于施加给配线170的电流的方向。应当知道，电流的方向可以转变，以便使得磁场M的方向在向上方向U和向下方向D之间转换。
门组件146可以由于残余磁场而保持在开始位置中。门组件146可以保持在开始位置，直到预定量的电流施加给配线170。一旦预定量的电流施加给配线170，门组件146就离开开始位置，并运动行程长度L至第二位置。一旦发生致动，门组件146就保持在第二位置，即使当断电时。施加给配线170的预定量电流的方向可以反向，以便驱动门组件146从第二位置返回至正常位置。
参考图7-8，门组件146可以包括第一门部件180、第二门部件182和弹性部件184，该弹性部件184接收在第一和第二门部件180、182之间。如图7中所示，外部唇缘190布置得环绕第一门部件180的外周。外部唇缘190从第一门部件180的后表面192向外凸出。第一门部件180还包括上部孔194，唇缘196在该上部孔194处从第一门部件180的后表面192向外凸出，并包围上部孔194的外周。外部唇缘200也布置得环绕第二门部件182的外周。外部唇缘200从第二门部件182的后表面(未示出)向外凸出。第二门部件182包括上部孔206和下部孔208。外部唇缘210可以布置得环绕第二门部件182的上部孔206的外周，并从第二门部件182的后表面(未示出)向外凸出。类似的，外部唇缘212可以布置得环绕第二门部件182的下部孔208的外周，并从第二门部件182的后表面(未示出)向外凸出。
如上所述，第一门部件180和第二门部件182由磁化材料来构成，并可以在制造过程中永磁化。具体地说，在一个实施例中，第一门部件180和第二门部件182可以由磁化钢来构成，例如4140钢。第一门部件180和第二门部件182可以进行热处理，以便保持永磁场。在一个实施例中，第一门部件180和第二门部件182可以是冲压或冷镦部件。第一门部件180和第二门部件182也可以进行涂覆，以便大致防止腐蚀或磨损。
弹性部件184可以包括上部通道220和下部通道222。在如图7所示的示例实施例中，弹性部件184可以有大致8字形截面，由柔性材料构成。在一个实施例中，弹性部件184可以由橡胶构成。弹性部件184还可以包括前端面230和后端面232。前部唇缘或凸缘234可以布置得环绕弹性部件184的前端面230的上部通道220和下部通道222。类似的，后部唇缘或凸缘236也可以布置得环绕弹性部件184的后端面232的上部通道220和下部通道222。如图7中所示，弹性部件184的后部凸缘236可以包括大致8字形截面(前部凸缘234也包括大致8字形截面，但是图7中不可见)。
参考图7-8，弹性部件184的前部凸缘234的一部分可以接收于在第一门部件180的外部唇缘190和唇缘196之间产生的槽道240内。弹性部件184的前部凸缘234可以密封第一门部件180的槽道240，并可以减少或防止流体泄漏至壳体102(图1-3)中。类似的，弹性部件184的后部凸缘236可以接收于在第二门部件182的外部唇缘200和唇缘210、212之间产生的槽道(未示出)内。弹性部件184的后部凸缘236可以密封第二门部件182的槽道(未示出)，并可以减少或防止流体泄漏至壳体102(图1-3)中。
门组件146可以包括通道242。通道242可以由第一门部件180的上部孔194、弹性部件184的上部通道220和第二门部件182的上部孔206来限定。参考图1-2、7-8、9A-9B和10A-10B，当磁致动器组件142处于如图9A中所示的关闭位置时，第一门部件180的前表面252可以与壳体102的第一部分A的开口114(图2)对齐。因此，第一门部件180的前表面252大致阻止或防止流体从第一导管部分106流入门组件146的通道242中。当磁致动器组件142处于如图9B中所示的打开位置时，门部件146的通道242可以大致与壳体102的第一部分A的开口114(图2)对齐。因此，从第一导管部分106流入的流体可以进入门组件146的通道242，并流向第二导管部分108。
参考图11，在一个实施例中，可选的偏压元件260可以布置在芯144的下端150和门组件146的下表面176之间。在一个实施例中，偏压元件260可以是弹簧，该弹簧沿向上方向U施加偏压力。偏压元件260可以用于沿特定方向来偏压门组件146。例如，在一个实施例中，偏压元件260可以用于沿关闭方向偏压门组件146。
图12是包括门组件346的可选实施例的磁致动器组件142的视图。门组件346可以包括第一门部件380和第二门部件382(见图13)。与上述实施例不同，第一门部件380和第二门部件382由非磁化材料来构成，例如钢或塑料。实际上，参考图12-13，门组件346包括沿门部件346的上表面374布置的第一永磁体350和沿下表面376布置的第二永磁体352。第一永磁体350和第二永磁体352可以通过由磁致动器组件142的芯144感应的磁场M(图6)而磁化至特定磁场强度。
参考图13，在一个实施例中，第一门部件380和第二门部件382可以彼此互锁。具体地说，在所示的示例实施例中，第一门部件380的侧表面390可以限定凹口392。第二门部件382也包括侧表面394，该侧表面394限定凸片396。第一门部件380的凸片392可由第二门部件382的凹口396接收。本领域技术人员很容易知道，尽管图13只表示了第一门部件380和第二门部件382的一侧，但是沿相对侧也可以包括类似结构。
总体参考图1-7，可以通过首先使得配线170环绕线轴160的外周168缠绕来装配装置100(图1)。一旦配线170已经固定在线轴160上，线轴160的孔161(图5中表示)接收芯144的两半部分152的相应端部154(图4中表示)。芯144的两半部分152都相互配合，以便产生大致C形的芯144。芯144和线轴160可以再布置于塑料注射模制机器中。可以注射塑料，以便产生第二壳体B(图3中表示)。第一壳体A(图2中表示)可以单独模制。也可选择，第二壳体B可以单独模制，芯144和线轴260可以布置在第二壳体B内。门组件146可以再布置于由壳体102的第二部分B限定的凹穴136(图3和4中表示)内，其中，第一门部件180和第二门部件182可以根据由芯144感应的磁场M而磁化至特定的场强度。壳体102的第一部分A和第二部分B可以再使用塑料焊接工艺而相互连接。
如上所述和如图1-13中所示的装置100是磁致动的截止阀，当与目前可用的一些类型的螺线管控制的致动器相比时，它可以有更简单的设计、更小的尺寸和减小的重量，并可以更有成本效益。装置100还可以抑制浪涌现象，而不需要任何电接口。装置100可以用作截止阀，以便控制通过吸气器的发动机空气流量。因此，装置100只在需要时提供发动机空气流，同时减少了通过吸气器泄漏的空气流量。
这里已经参考本发明的优选实施例详细介绍了本发明，但是应当知道，在不脱离本发明范围的情况下能够进行变化和改进。

Claims (20)

1.一种磁致动器组件，包括：
芯，所述芯由磁性材料构成，所述芯包括第一端和第二端；
配线，所述配线环绕所述芯的一部分缠绕，其中，预定量的电流施加给所述配线，以便在所述芯内感应磁场；以及
门组件，所述门组件具有打开位置和关闭位置，并且位于所述芯的第一端和第二端之间，所述门组件限定通道，所述通道在所述门组件处于打开位置时允许流体流动并且在所述门组件处于关闭位置时阻止流体流动，所述门组件包括：
第一门部件，所述第一门部件限定第一孔，所述第一门部件根据施加在所述门组件上的临界力而在所述芯的第一端和第二端之间运行，其中，临界力由磁场来产生，并且其中所述门组件的通道部分地由所述门部件的第一孔限定。
2.根据权利要求1所述的磁致动器组件，其中：所述临界力足以使得所述门组件离开开始位置，并使得所述门组件运动至第二位置。
3.根据权利要求1所述的磁致动器组件，其中：第一门部件由磁化材料构成。
4.根据权利要求1所述的磁致动器组件，其中：永磁体附接在第一门部件的上表面和下表面上。
5.根据权利要求1所述的磁致动器组件，其中：所述门组件包括第二门部件，所述第二门部件限定第二孔，其中，第一门部件和第二门部件一起在第一表面和第二表面之间运行，并且其中所述第一门部件的第一孔和所述第二门部件的第二孔均部分地限定所述门组件的通道。
6.根据权利要求5所述的磁致动器组件，其中：所述门组件包括弹性部件，该弹性部件接收于第一门部件和第二门部件之间，并且其中所述弹性部件包括上部通道和下部通道，并且其中所述第一门部件的第一孔、所述第二门部件的第二孔、以及所述弹性部件的上部通道限定所述门组件的通道。
7.根据权利要求1所述的磁致动器组件，还包括：线轴，所述线轴包围所述芯的一部分，其中，所述配线环绕所述线轴缠绕。
8.根据权利要求1所述的磁致动器组件，其中：所述芯由对称的两半部分构成。
9.根据权利要求8所述的磁致动器组件，其中：所述对称的两半部分由一系列片材构成，所述片材用作用于磁通运行的导管。
10.根据权利要求1所述的磁致动器组件，包括：偏压元件布置在所述芯的第二端和门组件的下表面之间。
11.一种壳体，包括：
第一部分，所述第一部分有第一导管部分；
第二部分，所述第二部分有与第一导管部分流体连通的第二导管部分，其中，第一部分和第二部分连接在一起以便限定壳体；以及
磁致动器组件，所述磁致动器组件布置在所述壳体内，并包括：
芯，所述芯由磁性材料构成，所述芯包括第一端和第二端；
线轴，所述线轴包围所述芯的一部分；
配线，所述配线环绕所述线轴缠绕，其中预定量的电流施加给所述配线，以便在所述芯内感应磁场；
门组件，该门组件位于所述芯的第一端和第二端之间，门组件限定了一通道，当门组件处于关闭位置时，该通道阻止流体流从第一导管部分流出，该门组件包括：
第一门部件，其限定第一孔；以及
第二门部件，其限定第二孔，该第一门部件和第二门部件一起根据施加在门组件上的临界力而在所述芯的第一端和第二端之间运行，所述临界力由磁场来产生，并且其中所述第一门部件的第一孔和所述第二门部件的第二孔均部分地限定所述门组件的通道。
12.根据权利要求11所述的壳体，其中：所述临界力足以使得门组件离开关闭位置，并使得所述门组件运动至打开位置。
13.根据权利要求11所述的壳体，其中：第一门部件和第二门部件都由磁化材料构成。
14.根据权利要求11所述的壳体，其中：永磁体附接在第一门部件和第二门部件的上表面和下表面上。
15.根据权利要求11所述的壳体，其中：所述门组件包括弹性部件，所述弹性部件接收于第一门部件和第二门部件之间，并且其中所述弹性部件包括上部通道和下部通道，并且其中所述第一门部件的第一孔、所述第二门部件的第二孔、以及所述弹性部件的上部通道限定所述门组件的通道。
16.根据权利要求11所述的壳体，其中：所述芯由对称的两半部分来构成。
17.根据权利要求16所述的壳体，其中：所述对称的两半部分由一系列片材构成，该片材用作用于磁通运行的导管。
18.根据权利要求11所述的壳体，其中：第一部分和第二部分是塑料注射模制部件。
19.根据权利要求11所述的壳体，其中：第一部分和第二部分通过塑料焊接而连接在一起。
20.根据权利要求11所述的壳体，其中：磁致动器组件包括偏压元件，以便将门组件偏压至关闭位置。
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