CN105047357B - 螺线管传动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及螺线管传动器。公开了一种短行程式螺线管传动器(44)，其包括至少一个极片(47、48)、衔铁(51)、电磁铁线圈(46)，电磁铁线圈(46)布置成响应于通电而使衔铁在第一位置和第二位置之间驱动。永磁体(52)被定位和定向成使得在衔铁分别处于第一位置和第二位置时将衔铁闩锁在第一位置和第二位置。弹簧(53)被布置用于偏置衔铁。

Description

螺线管传动器
本申请是申请日为2010年11月05日，申请号为201080060435.5，发明名称为“螺线管传动器”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种螺线管传动器(solenoid actuator)，尤其但不排他地涉及用于在燃料喷射器中使用的螺线管传动器。
背景技术
螺线管传动器可以采用多种不同的形式。
简单的单动螺线管包括衔铁、电磁线圈(经常被简称为“电磁体”)、磁芯和弹簧。电磁体通电引起衔铁移动。当电流被切断时，弹簧促使衔铁返回。永磁体添加到单动螺线管使得衔铁闩锁。因此，当电流被切断时，衔铁保持在适当位置。为了释放衔铁，用沿反指向流动的电流来通电电磁体。
双动螺线管通常包括两个电磁体。双重闩锁可以通过使用永磁体来实现，例如，如在US 4 751 487A中所描述的。
在一些类型的螺线管中，衔铁被倾斜而不是被线性地平移。这类螺线管的示例可以在平衡衔铁变换器(balanced armature transducer)中找到，例如在US 1 365 898A中所描述的平衡衔铁变换器。
某些类型的螺线管传动器可以被应用在燃料喷射器和发动机阀中。
例如，US2007/0095954A描述了一种燃料喷射器，其具有在缩进位置和拉伸位置之间可移动的扣钉(pintle)以及将扣钉朝向其缩进位置偏置的复位弹簧。具有电磁线圈和可移动式衔铁的单动非闩锁式螺线管被用于将扣钉推动到其拉伸位置。因此，当电磁线圈被通电时，扣钉被推动到其拉伸位置；并且当线圈停止被通电时，扣钉返回到其缩进位置。
EP 1 837 516A描述了单动非闩锁式传动器、永磁体、弹簧和电磁体，其中单动非闩锁式传动器可移动成使燃料阀开启和闭合，永磁体将衔铁朝向闭合位置推动，弹簧将衔铁朝向开启位置推动，电磁体产生与干扰永磁体磁场的磁场，这样至少减小了由永磁体提供到衔铁的力。当电磁体不被通电时，永磁体施加磁力以将阀保持在闭合位置。当电磁体被通电时，其产生使永磁体所产生的力减小的磁场。在弹簧的作用下，衔铁移动到开启位置。当电磁体被切断时，永磁体的力闭合阀。选择性地，电流通过电磁体的方向可以被反转，这有助于磁场闭合阀。
EP 2 194 543A描述了一种燃料喷射器，其包括双动非闩锁式螺线管传动器，该双动非闩锁式螺线管传动器具有衔铁、第一电磁线圈和弹簧，其中第一电磁线圈被布置成使衔铁沿第一方向移动，弹簧帮助迫使衔铁沿第二方向移动并将其保持在第一(即，闭合)位置。该螺线管传动器还包括第二电磁线圈和关联于第二电磁线圈的永磁体。永磁体产生磁场，该磁场起到使衔铁沿第二方向移动并将衔铁保持在第一位置的作用。第二电磁线圈产生与永磁体产生的磁场方向相反的磁场。因此，当第二电磁线圈被通电时，其抵消永磁体的磁场。同时或者不久以后，第一电磁线圈被通电，从而使衔铁沿第一方向朝着第二位置移动。当第一电磁线圈和第二电磁线圈停止被通电时，由弹簧和永磁体产生的力起到使衔铁返回到其第一位置的作用。
US 5 494 219A描述了一种具有双动传动器的燃料喷射***的控制阀组件，该双动传动器包括衔铁、第一和第二线圈、以及第一和第二永磁体。衔铁由第一永磁体保持在第一位置。第一线圈被通电，其抵消由第一永磁体产生的磁场。随后第二线圈被通电，其产生与由第二永磁体产生的磁场方向相同的磁场，从而将衔铁朝向第二位置拉动。第一线圈被切断，并且一旦衔铁达到第二位置，第二线圈便也被切断。衔铁由第二永磁体保持在第二位置。第一和第二线圈交换操作的过程可以被重复，从而将衔铁返回到第一位置。
US 5 961 045A描述了一种具有提升阀构件的燃料喷射器的控制阀，并且其包括具有衔铁、线圈和复位弹簧的单动螺线管，其中衔铁包括永磁体并且提升阀构件被附加到该衔铁。共同地，复位弹簧和永磁体通常将提升阀构件偏置到第一、开启位置。永磁体被定向成使得在线圈被通电时，永磁体从线圈和通量载体推离，将提升阀推动到第二、闭合位置。
EP 1 939 440A描述了一种具有双动双重闩锁式螺线管的燃料喷射阀，该螺线管包括被布置在独立地可操作的第一和第二线圈之间的永磁体衔铁。第一和第二线圈可操作成分别地排斥和吸引衔铁，并由此移动由衔铁支撑的针阀。
螺线管传动器还可以被用于控制燃烧室的入口阀和排气阀，例如在GB 2 208041A中所描述的。在该配置中，阀闭合构件通过永磁体的磁极抵抗压缩的弹簧的力而被闩锁到开启或者闭合位置。与每个位置相关联的线圈在用电流脉冲激活时抵消保持阀闭合构件的永磁极的磁场，并允许压缩的弹簧使阀闭合构件朝向其它位置而快速地移动通过中央的中性位置。
在WO2005/043266A中还描述了另一个传动器，并且其被应用在超速工具伺服装置(ultrafast tool servo)。该传动器包括第一和第二线圈、永磁体和由弯曲部(flexure)支撑的衔铁。
发明内容
本发明旨在提供改进的螺线管传动器。
根据本发明的某些实施方式的第一方面，提供一种短行程式螺线管传动器(shorttravel solenoid actuator)，其包括：至少一个极片；衔铁，其例如布置在第一极片和第二极片之间；电磁铁线圈，其布置成响应于通电而引起衔铁在第一位置和第二位置之间行进；永磁体，其被定位并定向成使得在衔铁分别处于第一位置和第二位置时将衔铁闩锁在第一位置和第二位置；以及弹簧，其被布置用于偏置衔铁，该弹簧提供足够的力以便于阻止衔铁闩锁在第二位置。
术语“短行程”旨在表示衔铁和极片被布置为具有间隙长度，该间隙长度至少是比与间隙邻近的磁性材料的最窄宽度(或者最窄有效宽度)小的数量级，磁性材料即磁极(pole)或衔铁，其中磁通流入间隙进入磁极或衔铁，或从磁极或衔铁流入间隙。如果间隙被制得较短或者磁性材料被制得较宽，则磁场横过间隙宽度变得更均匀。磁性材料的宽度可以是最大间隙长度的至少10倍、至少20倍、至少50倍、至少100倍、至少200倍或者至少500倍。优选地，在第一位置和第二位置中的一处或者在第一位置和第二位置之间，弹簧具有中性点，即，弹簧不施加力时所在的位置。
可以由具有足够高弹簧常数的弹簧来提供足够的力。在第一和/或第二位置中的闩锁区域(latching field)可以在大约1和1.5T之间。弹簧(或者如果使用多于一个弹簧，则弹簧共同地或者组合地)可以具有至少为20Ncm–2×A/t的弹簧常数k(单位为N/μm)，其中A是单位为cm2的极片的有效面积，而t是间隙长度(单位为μm)。有效面积可以是极片的面的面积减去线圈所占有的面积，即磁性材料的面的面积。弹簧可以具有至少为40Ncm–2×A/t的弹簧常数。面积A可以在0.2cm2和5cm2之间。弹簧可以传递弹簧力，该弹簧力具有与行进反向的方向。弹簧可以包括弯曲部或者同心管风箱(concentric tube bellow)，弯曲部例如为具有长度、宽度和厚度的平板弯曲部，其中长度大于厚度，并且其中行进方向设置成沿着弯曲部的长度，同心管风箱包括具有公共轴线的第一管和第二管，其中行进方向沿着该轴线。
衔铁在第一位置和第二位置之间的行进长度可以不大于500μm、不大于200μm、或者不大于100μm。行进长度可以在20μm和80μm之间。
磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的10倍。
磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的100倍。
磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的200倍。
永磁体可以由衔铁支撑以便于随衔铁移动。永磁体可以由极片来支撑。衔铁可以是平坦的，并在衔铁的行进方向具有厚度。衔铁的厚度可以至少为1mm。衔铁的厚度可以在3mm和5mm之间。永磁体可以是环状的。传动器可以包括至少两个永磁体。传动器可以包括被布置在衔铁中心任一侧的两个永磁体，并且该永磁体具有径向地定向的(例如，向内定向的)磁化。传动器可以包括围绕衔铁中心有角度地隔开的三个或者更多(例如四个、六个或者八个)永磁体，并且该永磁体具有径向地定向的(例如，向内定向的)磁化。所述线圈可具有环状宽度(wc)，所述环状宽度(wc)可以不大于磁极的宽度(w2)的0.5倍。线圈可以具有环状宽度，该环状宽度不大于第一极片宽度的0.1倍。
传动器可以包括另一个电磁线圈。
所述至少一个极片可提供沿着所述行进方向而间隔开的第一磁极和第二磁极，并且其中所述衔铁可被布置在所述第一磁极和所述第二磁极之间。
所述至少一个极片可包括沿着所述行进方向而间隔开的第一极片和第二极片，并且其中所述衔铁可被布置在所述第一极片和所述第二极片之间。
根据本发明的第二方面，提供一种传动器，其包括至少一个极片、衔铁、用于引起衔铁在第一位置和第二位置之间行进的电磁铁线圈、被配置成使得至少将衔铁闩锁在第一位置的永磁体、以及被布置用于偏置衔铁的弹簧。
根据本发明的第三方面，提供一种用于控制流体流动的设备，该设备包括传动器。
根据本发明的第四方面，提供一种包括传动器的燃料喷射器。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明的某些实施方式，在附图中：
图1是带有刚性弹簧的单动螺线管传动器的示意图；
图2a示出图1中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
图2b示出图1中示出的传动器的弹簧特性；
图2c示出图1中示出的传动器的恒定通量处的磁力特性；
图2d示出图1中示出的传动器的组合力特性；
图3是包括第一和第二背对背单动传动器的传动器的示意图；
图4a示出图3中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
图4b示出图3中示出的传动器的弹簧特性；
图4c示出图3中示出的传动器的磁力特性；
图4d示出图5中示出的传动器的组合的弹簧力和磁力的特性；
图5是根据本发明的螺线管传动器的示意图；
图5a是图5中示出的螺线管传动器的透视剖视图；
图6a示出图5中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
图6b示出图5中示出的传动器的弹簧特性；
图6c示出图5中示出的传动器的磁力特性；
图6d示出图5中示出的传动器的组合力特性；
图6e示出图3和图5中示出的传动器的感应系数与衔铁位置的状态特性；
图7是燃料喷射器的局部剖面，该燃料喷射器包括根据本发明的螺线管传动器，该螺线管传动器包括一组管风箱(tube bellows)；
图7a是图6中示出的一组管风箱的放大截面视图；
图8示出不具有一组管风箱的图7中示出的螺线管传动器的力与冲程的图；
图9示出带有一组管风箱的图7中示出的螺线管传动器的力与冲程的图；
图10是图7中示出的螺线管传动器的透视剖视图；
图10a图示了当图10中螺线管传动器的衔铁在第一位置时的第一磁路；
图10b图示了当图10中螺线管传动器的衔铁在第二位置时的第二磁路，
图11是根据本发明的另一个螺线管传动器的透视剖视图；
图12是根据本发明的又一个螺线管传动器的透视剖视图；
图13图示了平板弯曲部；
图14是根据本发明的螺线管传动器的剖面图；
图14a是图14中示出的传动器的分解透视图；
图15a是安置在矩形衔铁内的环状永磁体的平面图；
图15b是安置在圆形衔铁内的环状永磁体的平面图；
图16a是矩形衔铁中的一组矩形磁体的平面图；
图16b是圆形衔铁中的一组矩形磁体的平面图；
图16c是延伸穿过衔铁的两个条形磁体的示例；
图17是平面外永磁体配置的剖视图；
图17a图示了当图17中的传动器的衔铁在第一位置时的第一磁路；
图17b图示了当图17中的传动器的衔铁在第二位置时的第一磁路；以及
图18是根据本发明的湿式螺线管传动器和管子的剖面图。
具体实施方式
在详细描述本发明的某些实施方式之前，将先描述单动螺线管传动器的操作，这会有助于理解本发明。在螺线管传动器的操作的以下描述中，用相似的参考数字来标注相似的部分。
参考图1，示出了单动螺线管传动器1。传动器1具有轴线2，并且包括围绕轴线2缠绕的电磁线圈3、与线圈3相关联的极片4、与极片4轴向地间隔开的衔铁5以及具有弹簧常数的压缩弹簧6。间隙大小为t的空气间隙7形成在极片4和衔铁5之间。
极片4采取E型芯的形式。极片4和衔铁5在平面视图内通常是矩形的。
传动器1可以被用于这样一种燃料喷射器(未示出)，在该燃料喷射器中阀头(未示出)被沿着负x方向缩进，以将其从阀座(未示出)移开并由此开启阀。然而,传动器1可以被用于这样一种燃料喷射器(未示出)，在该燃料喷射器中阀头(未示出)被沿着正x方向拉伸，以将其从阀座(未示出)移开。
图1示出了在电磁线圈3未通电状态下处在完全开启位置的传动器1，即t＝tmax，并且这是最大位移，在该最大位移处，阀通过弹簧而仍然保持闭合。电磁线圈3可以用于通过用沿合适方向流动的电流来为线圈3通电来闭合空气间隙7，即t＝0。当被闭合时，由弹簧6施加的力Fs等于最大的磁性闭合力Fm(max)。
对于与磁极宽度相比小的间隙长度，t<<w2和t<<w1，最大磁性闭合力Fm(max)可以近似为：
Fm(max)＝A×0.5B.H(1)
其中A是磁极4的面积(这种情况下，A＝0.25×πdp 2–A线圈，其中A线圈是线圈的面积)，B是磁场，而H是最大饱和场的磁场强度。磁性闭合力Fm(max)近似等于A×400,000B2。因此，假定铁的最大饱和场是2特斯拉，则铁极片4和衔铁5的最大磁性闭合力Fm(max)大约是160Ncm–2。而对于1.6特斯拉，磁性闭合力大约是100Ncm–2。对于小的间隙长度，Fm相对于行程近似是常数。
在该实施例中，极片4和衔铁5通常在平面视图内是正方形的(沿着X轴线观察)，并且tmax是50μm、衔铁厚度ta是4mm、极片厚度tp是5.2mm、线圈厚度tc是1.2mm、极片宽度dp是14.4mm、以及线圈环状宽度wc是1.2mm。因此，在这种情况下，最小的极片宽度w2是3mm，而w2/t是60。
当传动器1完全开启时，在极片4中的磁场B饱和之前，线圈3可以承载最大电流Imax。线圈3可以被短路以稳定与线圈3相关的磁通。
图2a示出了饱和电流对应衔铁位置的曲线8。如图2a中示出的，随着衔铁5被带向磁极4，线圈3中的饱和电流呈线性地减小。
再参考图2b，其示出了弹簧力FS对应于衔铁位置的曲线9。如图2b中示出的，当传动器1闭合时，即，当t＝0时，最大的弹簧力被施加。随着间隙大小t的增大，弹簧力FS呈线性地减小，当弹簧6未被压缩且间隙大小t达到最大，即当t＝tmax时，弹簧力FS到达零。在阀的操作中，阀将在tmax之前就位，以确保保有闭合力。
再参考图2c，分别示出了三个不同电流值即I＝Imax、I＝0.5Imax和I＝0时的磁力对应于衔铁位置的第一曲线101、第二曲线102、第三曲线103。如图2c中示出的，对于给定的电流，磁力相对于衔铁位置保持恒定。
通过考虑磁能Em，可以解释螺线管传动器1的状态特性。
被储存在传动器1中的磁能Em可以通过对0.5B.H进行体积积分来计算出。对于采用理想的软质材料和小间隙的传动器来说，所有磁能都被储存在间隙7中。对于小间隙，磁场是均匀的。间隙7的体积V可以通过V＝A×t来计算出。由此，储存在间隙7中的磁能Em可以被计算为：
Em＝A×t×0.5B.H. (2)
使用F＝A×0.5B.H，其可以再表示为：
Em＝Fm×t (2’)
其中F是产生的力。
由此，如果电势差V横穿线圈3的端部被施加，且允许在线圈3中建立电流I，则储存的磁能的量Em可以被表示为：
Em＝0.5L×I2 (3)
其中L是线圈3的感应系数。如果随后线圈3被短路，则与线圈有关的磁通在短期内被固定(直到磁能由于线圈的电阻而被消散为止)。随着衔铁5向下移动，减小间隙，该能量随后被转化为动能和由传动器1做的功。
图2c中示出了随衔铁位置而变的在不同的磁饱和部分处的磁力。对于给定的通量，磁力是常数。然而，如图2a中示出的，随着间隙的增大，需要增大电流量。
图2d示出了组合的弹簧力和磁力对应于在线圈3被布置在三种状态即第一状态、第二状态以及第三状态中时的位置的曲线111、112、113，其中：在第一状态中，随着位置而变化(如在图2a所示)从而导致最大饱和磁场Bmax的电流Imax被施加；在第二状态中，一半的该电流被施加；在第三状态中，线圈是开路(并且由此在线圈中没有电流流动)。
在B＝Bmax的情况下，线圈3中的电流I随间隙大小t线性地减小(如图2a中示出的)，而感应系数L随间隙大小t线性地增大。根据上述等式3，储存的磁能E随间隙大小t线性地减小，并且根据上述等式2’，磁力保持恒定。总功W可以被表示为：
W＝Em(t＝tmax)/tmax×△t (4)
其中△t是间隙大小的变化。明显地，如果间隙大小t从最大间隙大小(即，t＝tmax)变化到零间隙大小(即，t＝0)，则△t＝tmax且W＝E。由此，在零间隙大小时，通量和磁力仍然相同，但是电流I和储存的磁能Em现在为零。
由此，如图2c中示出的，如果线圈3被布置为不通电流，则其不提供任何力，并且因此弹簧6趋于对抗间隙7的闭合，即其推离衔铁5。然而，如果磁极中备有最大通量，则其提供恒定的磁力。该力的抵消致使产生的净力将衔铁5拉向极片4。
参考图3，双动背对背螺线管传动器12。类似于图1中示出的单动螺线管传动器1，背对背螺线管传动器12具有轴线2，并且包括围绕轴线2缠绕的第一电磁线圈3、与第一线圈3相关联的第一极片4、与第一极片4轴向地间隔开的衔铁5和具有弹簧常数k的第一压缩弹簧6。具有间隙大小为t的第一空气间隙7形成在第一极片4和衔铁5之间。传动器12具有和图1中示出的单动螺线管传动器1相同的尺寸。
传动器12包括围绕轴线2缠绕的第二电磁线圈13、与第二电磁线圈13相关联的第二极片14、和具有弹簧常数的第二压缩弹簧16。在本实施例中，弹簧常数是相同的。具有间隙大小为u的第二空气间隙17形成在第二极片14和衔铁5之间。在本实施例中，u＝tmax–t。由此，当t＝tmax时，u＝0，且当t＝0时，u＝tmax。
由此，传动器12可以被视为具有轴向地间隔开的线圈3、13的一对背对背单动传动器1，并且其共享一个普通衔铁5。
极片4、14各自均采用E型芯的形式，并且通常在平面视图内是矩形的。
图4a示出了第一和第二线圈3、13中电流分别对应于衔铁位置的曲线8、18。第一和第二线圈3、13中的电流具有相同的方向。如图4a中示出的，随着衔铁5被带向第一极片4(如示出的下部磁极)，使第二极片14中的磁极饱和而所需的第一线圈3中的电流值呈线性地减小，而使第一极片4中的磁极饱和而所需的第二线圈13中的电流值呈线性地增大。
再参考图4b和图4c，分别示出了对于第一和第二线圈3、13而言的弹簧力FS对应于位置的曲线9、曲线19以及三个不同电流值即I＝Isat、I＝0.5Isat和I＝0时的磁力对应于衔铁位置的曲线101、曲线102、曲线103、曲线201、曲线202、曲线203。Isat是衔铁位置的函数(见图4a)。
如图4b中示出的，当第一间隙开启且第二间隙17闭合时，即，当t＝tmax时，通过第二弹簧16施加最大弹簧力。
如图4c中示出的，如果线圈3、13被配置为使用一半最大饱和电流值，则闭合力102、202被减少到四分之一，这是因为力与电流的平方成比例。
再参考图4d，第一和第二弹簧6、16的弹簧力Fs、F's以及磁力叠加以产生组合的弹簧力特性211、212、213、221、222、223。
如图4d中示出的，如果线圈3、13未被通任何电流(即，I＝0)，则当衔铁12被定位在极片4、14之间的中途时，传动器12在零净力处表现出力特性213、223。
两个电磁线圈3、13可以被用于使图1中示出的单动螺线管1的螺线管传动器12的磁能加倍。由此，螺线管传动器12可以施加两倍的力，并且由此导致衔铁5较快的传动，这是因为在两个设备中可以使用相同大小的衔铁。尽管如此，图3中示出的传动器12仍然作为两个独立的传动器有效地运转。借助于图4d中示出的弹簧力，电流被提供以保持传动器处在闭合状态，即t＝0。
本发明至少部分地基于对如背对背传动器可以实现的相同或者类似性能的理解，但是更有效地并且在某种程度上基于对允许传动器在没有电力的情况下被拉入传动器闭合状态的理解。
参考图5和图5b，示出了根据本发明的螺线管传动器23。螺线管传动器23具有改进的衔铁5’，其包括两个永磁体24，两个永磁体24都具有向内定向的磁化25。传动器23具有和图3中示出的传动器12相同的尺寸。
如图5中示出的，w1＝w2＝3mm，衔铁厚度ta与永磁体厚度tpm相同，其大约是4mm且t1＝4mm。对于两个线圈3、13，传动器23以270安培匝数(amp-turns)(2×15A×9匝)来操作。然而，安培匝数可以较低或者较高，例如每个传动器在50和500安培匝数之间。线圈包含0.25mm直径的电线。
在该实施例中，传动器23在平面视图内是正方形的，即沿着X轴线来观察。弹簧6、16采取一对平坦的弯曲部的形式，该一对平坦的弯曲部被附接到衔铁5和相对侧上的极片4、14，以使衔铁5和极片4、14被夹在弯曲部之间。
参考图6a，由于两个线圈是紧密地耦合的，因此电流I是两个线圈中的电流的加和。线18’示出了由下部磁极的饱和所限制的最大正电流。线18”示出了由上部磁极的饱和所限制的最大负电流。
如图6b中示出的，弹簧6、16具有与没有衔铁磁体(armature magnet)23的传动器12(图3)相同的特性9、19。
然而，如图6c中示出的，永磁体24的作用是在极片4、14中的磁场不饱和时引入取决于位置的磁力。由此，最大磁力与没有衔铁磁体23的传动器12(图3)的那些磁力相同。然而，实现最大磁力而所需的电流是不同的。
图6d示出了组合的弹簧力和磁力的对应的曲线201’、212’、213’、221’、222’、223’。
如通过比较图4d和图6d中的饱和场(saturated field)的组合力特性211、211’而可以看出的，将永磁体24放置在衔铁5’中并不影响可以通过传动器23传递的最大力。然而，永磁体24明显地改变了驱动需求，尤其在下部场处。
如从图6c可以看出的，衔铁5’受到负弹簧效应，即随着衔铁5’被带近极片4、14，零电流下的磁力增大。由此，在不凭借弹簧6、16的情况下，衔铁5’趋于在t＝0和t＝tmax处闩锁。然而，如从图6d可以看出的，弹簧6、16具有补偿该效应的作用。如果弹簧常数和负的弹簧常数是匹配的，则力可以被平衡。此外，可以进一步增大一个或者两个弹簧常数，从而使其超过负弹簧常数，产生在中心或者在一个端部或者其它端部处稳定的传动器，这对于继电器、阀或者喷射器而言通常是闭合位置。
如图6e中示出的，第一和第二线圈3、13被电气地紧密耦合，并且对于小间隙(即t<<d)而言，可以考虑用单线圈。当来自线圈的通量连续地通过上部间隙和下部间隙两者时，衔铁5’的感应系数24相对于位置有效地保持恒定。然而，线圈3(图1&图3)的感应系数251在没有永磁体的情况下快速地减小，这是因为其与线圈13(图3)的感应系数252的对应增加是独立的。
随着两个线圈被耦合到间隙，电流可以在其之间被共享(例如，通过将其串联)。由此，传动器23可以更有效地操作，这是因为铜损耗被降低。通过使用被合适地定向的永磁体，尤其当行进长度短时，传动器23可以使用通量切换来操作。
如图5中示出的，示出了基于两个E型芯的实施方式。然而，可以使用不同数量、形状和配置的极片。至少一个极片被布置为形成间隙，衔铁就位于该间隙中并且可以行进。例如，可以在第一和第二极片例如第一和第二E型芯或者C型芯之间提供间隙。然而，可以在单极片或者多部件极片的磁极之间提供间隙，极片例如为C型芯。极片、衔铁和永磁体被布置为当衔铁处在(或者接近)行进的相对端部处的不同位置中时、当衔铁与一极片接触时形成两个不同的磁路径(但是其可以共享部分磁性材料，例如衔铁和/或部分极片)。
本发明的实施方式可以提供短行程、通量切换的传动器，其可以被用在高加速度、起止应用(start-stop application)中，例如燃料喷射器中。这类传动器比起对应大小的压电传动器具有潜在地更好的性能。在一些实施方式中，传动器可以传递高达200N的力和/或可以具有大约为50μm的典型冲程。在一些实施方式中，传动器可以具有大约为0.2ms的开启和/或闭合时间以及潜在的50μs的开启和/或闭合时间。多个喷射事件之间的延迟可以小于0.2ms。在一些实施方式中，包括传动器的燃料喷射器可以具有与常规汽油直喷(GDI)传动器类似的电力需求和/或可以具有与常规汽油直喷(GDI)传动器类似的大小。在喷射器中可能存在零回流。另外的，传动器提供能够实现可变阀升程的线性传动。
现在将描述本发明的另外的实施方式。在以下描述中，用相似的参考数字来标注相似的部分。
参考图7，示出了用于内燃机中的燃料喷射器36。
燃料喷射器36包括多部件的喷射器壳体37，其包括在其远端部处具有喷孔39的喷嘴段38。扣钉40延伸穿过喷嘴段38，并具有头部41。扣钉头部41与阀座42可接合。
扣钉40在喷射器壳体37内沿着轴线43在第一缩进位置和第二拉伸位置之间可移动。在缩进位置，扣钉头部41与阀座42匹配。在拉伸位置，扣钉头部41从阀座42脱离以使燃料从高压燃烧室44喷射。
燃料喷射器26包括根据本发明的传动器44，该传动器44是通量切换的，并且其可操作成引起扣钉40在缩进位置和拉伸位置之间线性地往复。
传动器44包括：围绕轴线43缠绕的第一和第二电磁线圈45、46；第一和第二极片47、48，其分别与第一和第二电磁线圈45、46相关联、由环形物49分离开并且形成圆盘形空间50；圆盘形衔铁51，其包括同轴的环状永磁体52；以及刚性弹簧53，即具有高弹簧常数k的弹簧。刚性弹簧53采用由高强度不锈钢形成的一组同心管风箱的形式。
如图7a中更详细示出的，管风箱53包括附接到远端部56处的内部风箱54和外部55。内部风箱54比外部风箱55长。内部风箱54的近端57被附接到扣钉40，而外部风箱55的近端58被附接到喷射器壳体37。扣钉40通过管状套筒59而被附接到衔铁51。
通过使风箱54、55的直径d1与根据泊松比被校正的阀座52的直径、管口的直径s3匹配来平衡由管风箱53施加的力，以提供干传动(dryactuation)并避免燃料从喷射器回流。外部管风箱55的直径d1大约是阀座42的直径d2的1.4倍。
管风箱53提供足够的力以阻止将扣钉40闩锁在拉伸位置。螺旋状的压缩弹簧60被轴向地布置在校准销61和板62之间，板62邻接扣钉40端部。由此，销61可以被用于配平喷射器36。
如稍后将更详细解释的，可以省略电磁线圈45、46中的一个，且然而仍容许加倍作用，例如通过改变驱动电流的方向。
传动器44利用高机电耦合来提供线性操作，并通过反电动势感测来实现比例控制。独立的通量测量环(未示出)可以被用于提供进一步的控制，例如，如上在WO2005/043266A中所描述的。其可以被用于精确地控制喷射器36的局部开启，并通过在与端部止挡件例如极片47、48接触之前减慢衔铁来抑制反弹。
机电耦合可以通过下述方式而被增大：使用相对于磁路被合适地定位的永磁体，例如图5或者图7中示出的；通过增加比率(tpm+tmax)/tmax，其中tpm是永磁体厚度且tmax是间隙大小；以及通过将线圈周围的磁通所经过的路径的磁阻布置为远远小于间隙的磁阻。
如稍早所解释的，因为来自永磁体42的磁通增添到来自线圈45、46的磁通，所以可以使用较小的安培匝数(例如，与没有永磁体的传动器和/或不是短行程式传动器的传动器相比)。由此，可以使用小的线圈。
永磁体52可以包括EH等级的NdBFe磁体，且极片47、48可以包括高电阻率烧结铁，例如由美国新泽西Cinnaminson的Hoeganaes Corporation出售的AncorLamTM。
在图7中，传动器44被示出具有比壳体37小的直径。然而，差值可以很小。壳体37不提供磁通回路。在一些实施方式中，壳体37并不环绕地包裹传动器44。
再参考图8，示出了力对应于冲程的曲线64、65、66，其图示了没有管风箱53的传动器44的典型的性能。
第一和第二曲线64、65示出最大饱和的磁性驱动力，其可以被用于使衔铁51在分别与闭合和开启位置对应的第一和第二位置67、68之间移动。将衔铁51在磁极之间中途的位置作为参考点，即冲程是0μm。在本实施例中，闭合和开启位置67、68是–15μm和+10μm。闭合位置67允许10μm的裕度(margin)，以确保阀在衔铁51和极片47之间接触前就位。开启位置68允许可变的阀升程。选择性地，当阀在+25μm处达到极片时，阀可以被完全开启。如图7中示出的，最大饱和的开启力和闭合力相对于位置基本是恒定的，每个都具有大约120N的大小。
第三曲线66示出了在零电流时衔铁51上的磁力与位置的对应关系。
再参考图9，示出了力对应于冲程的曲线64’、65’、66’，其图示了带有管风箱53的传动器44的典型的性能。
管风箱53的作用是通过管风箱63的弹簧常数k使图7中示出的曲线64、65、66倾斜，即通过大约5Nμm–1。
参考图10，更详细地示出了没有管风箱53的传动器44(图7)。
如图10中示出的，第一和第二极片47、48(其可以分别被称为上部极片和下部极片)通常是具有外部直径d外和内部直径d内的环形极片。第一和第二极片47、48具有相对的面71、72(图10中分别示出为上部面和下部面)，该相对的面具有保持线圈45、46的对应的环状凹槽73、74。衔铁51具有第一和第二面75、76(图10中分别示出为下部面和上部面)。衔铁51位于极片47、48之间，并且因此衔铁51的第一和第二面75、76分别面向面71、72。在本实施例中，对于两个线圈45、46而言，传动器44以270安培匝数(2×15A×9匝)来操作。然而，安培匝数可以较低或者较高，例如每个传动器在50安培匝数和500安培匝数之间。参考图10a，当衔铁51在第一位置时，永磁体52在第一磁路77中产生磁场，其中在第一位置，衔铁51的第一面75邻接第一极片47的面71。如图10a中示出的，通量78径向地通过衔铁磁体52和衔铁51、进入第一极片47、围绕线圈46并回到衔铁51。在本实施例中，磁性材料的最窄宽度等于衔铁的外部部分，并且具有宽度为wA2。
参考图10b，当衔铁51在第二位置时，永磁体52在第二磁路79中产生磁场，其中在第二位置，衔铁51的第二面76邻接第二极片48的面72。如图10a中示出的，通量线80径向地通过衔铁磁体52和衔铁51、进入第二极片48、围绕线圈47、并回到衔铁51。
如稍早所解释的，不需要使用两组绕组45、46，即电磁线圈。
螺线管传动器44具有短行程。换言之，极片47、48和衔铁被布置成使得衔铁51可以行进的最大距离远远小于磁性材料的最窄宽度WA2，在这种情况下该最大距离可以被视为在极片47、48和衔铁51之间形成的最大间隙t2。在这种环境下，衔铁和极片之间的间隙很小，并且因此间隙中的磁场是均匀的。
最大间隙长度至少是小于磁性材料的最窄宽度wA2的数量级，即wA2>10t2。在本实施例中，间隙大约为50μm，且有效宽度大约为2mm。
参考图11，示出了另一个传动器44’。传动器44’与图10中示出的传动器44相同，但是不具有第一电磁线圈45。凹槽73可以同样地被省略。在一些其它的实施方式中，第二电磁线圈46可以被省略。
在稍早描述的实施例中，使用了衔铁磁体。然而，可以代替地使用不随衔铁移动的固定的极磁体(pole magnet)。
参考图12，示出了又一个传动器44”。传动器44”类似于图11中示出的传动器44’。然而，传动器44”具有第二极片81，该极片具有与稍早描述的第二极片48(图10)类似的基部分82和从基部分82朝向第一极片47延伸的环状壁部分83(或者“磁极延伸部”)。永磁体84被固定地布置在壁部分82的径向内部表面85内。衔铁86被布置在极磁体84的内部表面87内，并且在第一和第二极片47、81之间。永磁体84的磁化是径向地定向成使得永磁体84产生径向的磁场并且通量线(未示出)穿过径向侧壁88进入。如图12中示出的，衔铁86具有10.5mm的直径d4，线圈46具有1.2mm的径向直径r2，并且极片具有20mm的直径。在本实施例中，磁性材料的最窄宽度wA3有效地等于衔铁的直径d4。
传动器44、44’、44’以大体相似的方式操作，并且现在将参考第一传动器44(图7)来进行描述。
再参考图7，当第二线圈46以及(如果存在第一线圈45)第一线圈45不被通电时，衔铁51被闩锁在第一位置中，邻接第一极片47。如图7中示出的，该位置对应于扣钉头部41所位于其中的闭合位置。通过沿着使衔铁51朝向第二极片吸引的方向传递电流来为第二线圈47通电。如果使用第一线圈45，则电流还可以在相同意义上被传递通过第一线圈。由此，扣钉头部41被移位(以链示出)。即使衔铁51可以到达第二极片48，一旦线圈被切断通电，刚性弹簧53便防止衔铁51被保持。由此，当电流减小或者被切断时，衔铁51朝向第一极片47向后行进。
如稍早所解释的，为了克服磁力以阻止开启闩锁，刚性弹簧被采用。通常地，冲程的端部处的闩锁磁场大约为1到1.5T。这产生极片的大约40到90Ncm–2的力。如果衔铁在磁极之间行进50μm，则磁性弹簧常数(magnetic spring constant)大约为-1.6到-3.6Nμm–1每平方厘米极片。弹簧应该具有超过该值的弹簧常数k。优选地，弹簧常数k大约比磁性弹簧常数大20％到100％，即大约+2到+4.5Nμm–1每平方厘米磁极。管风箱具有足够高的弹簧常数值。然而，可以使用其它形式的弹簧，诸如，例如，碟型垫圈(Belleville washer)和弯曲部。
图13示出了弯曲部89的合适的形式。弯曲部89采用平板弯曲部的形式，其包括薄板90，其大体是平面的，具有从板90的相对长侧91、92垂直延伸的相间错杂的槽91。弯曲部89包含完全坚硬类型302不锈钢。然而，可以使用其它合适的材料。弯曲部89具有长度a、宽度b以及厚度c，其中c<<a、b。
如图13中示出的，弯曲部89可以在其端部93、94之间平行于行进方向被拉伸(或者被压缩)。换言之，力被作用在平坦弯曲部的平面中，而不是例如垂直于其。
可以使用该类型弹簧来代替稍早描述的传动器44、44’、44”中的管风箱。
如现在将被描述的，传动器不需要是轴对称的(即，圆柱状的)，但是可以采取例如具有盒形状极片以及矩形衔铁的平面层压类型的形式。
参考图14和14a，传动器96被示出为其沿着轴线97操作。传动器96通常是细长的，并且在平面视图中是矩形的。
传动器96包括围绕第一和第二极片100、101缠绕的第一和第二线圈98、99。极片100、101通常采取具有矩形剖面的‘U’型芯的形式，并且经由第一组螺钉103通过一对刚性板块102而相对于彼此被保持、固定。在平面视图下通常为矩形的通常平面的衔铁104位于在极片100、101之间。矩形永磁体105被嵌入衔铁104的中心处。
板102被附接到传动器96的第一和第二相对侧。
一对平板弯曲部106通过第一组螺钉103和第二组螺钉107将极片100、101附接到衔铁104(极片100、101不被附接到刚性板块102)。每个弯曲部106被夹在极片100、101和对应的刚性板块102之间。每个板102和弯曲部106通过一对间隔条108或者垫圈(未示出)而分离开。传动器96的尺寸大致相同，即u≈v≈w。该尺寸可以大于10mm、大于20mm或者大于50mm。该尺寸可以小于100mm。在本实施例中，传动器具有的尺寸为u＝14mm、v＝14mm和w＝12.5mm。在本实施例中，磁性材料的最窄宽度wA4有效地等于极片的宽度w。传动器96不需要用螺钉保持在一起。例如，一些或者所有零件可以被焊接、夹紧或者卷曲。
弯曲部106可以具有至少为20Ncm–2×A/t或40Ncm–2×A/t的(组合的)弹簧常数k，其中A是磁极的面积，而t是间隙长度。在本实施例中，A大约为0.2到5cm2，而t(和行进长度)小于100μm，例如，在大约30和80μm之间。
可以使用和以若干不同的方式布置一个或者多个永磁体。例如，可以使用一个永磁体，其可以采取单一的、连续的圆环的形式。
参考图15a和15b，示出了环状永磁体的使用的示例。图15a示出了被布置在正方形衔铁5中的呈单一连续圆环形式的单个永磁体26。图15b示出了被布置在圆盘形衔铁51中的呈单一连续圆环形式的单个永磁体52。在图15a和15b中，位于永磁体26内部的软磁性材料51、511部分的面积大约与位于永磁体26外部的软磁性材料52、512部分的面积相同。
可以使用多于一个的永磁体。由此，一组两个、三个、四个或者更多的永久条形磁体(permanent bar magnet)可以被布置成围绕具有向内指向的磁化的衔铁的中心(其还定义了行进的轴线)而有角度地隔开。
参考图16a和16b，示出了若干永磁体的使用的示例。图16a示出了布置在正方形衔铁5中的四个条形永磁体261、262、263、264。这些永磁体被成对地布置为彼此面对且磁化在相反的方向上。一对永磁体可以被省略，从而仅有两个永磁体，例如第一和第三永磁体261、263。图16b示出了布置在圆形衔铁51中的四个条形永磁体521、522、523、524。再次地，可以省略一对磁体。同样地，位于磁体内部和外部的软磁性材料的面积大致相同。
如稍早所解释的，一对磁体可以被省略，从而仅有两个磁体。然而，该对磁体可以延伸穿过衔铁。
参考图16c，并且示例显示为其包括延伸穿过衔铁51的两个条形磁体。位于磁体525、526内部(即其之间)的软磁性材料的面积大致与位于磁体525、526外部的软磁性材料的面积相同。
在使用极磁体的情况下，相似的磁体布置可以被用于图15a、15b、16a、16b和16c中示出的那些磁体。
在稍早描述的实施例中，永磁体和衔铁位于相同的平面内且磁化被定向在平面内。然而，该配置可以通过将永磁体放置在与衔铁不同的平面中并旋转永磁体来进行改进，以使磁化不再被定向到衔铁的平面中。
参考图17，示出了另一个传动器111。传动器111与于图12中示出的传动器44’的类似之处在于其使用极磁体。
传动器111具有轴线112，线圈113在(多部件的)极片115的空腔或者暗凹槽(blindrecess)114内围绕轴线112缠绕。极片115通常采用具有矩形横截面的螺旋管(toroid)的形式。极片115具有沿着内部表面116延伸的槽，以便于与第一和第二极片117、118形成‘C’形芯。传动器111中容纳环状永磁体119，其磁化被定向为平行于轴线112。来自永磁体119的通量通过平坦的、截短的、锥形环状件或者嵌件120来被引导。嵌件120具有右三角形(right-hand triangular)横截面，其可以引导通量，以使被轴向地定向的通量引导成被径向地定向。平坦的衔铁121位于磁极117、118之间。传动器包括刚性弹簧122，例如，具有弹簧常数至少为20Ncm–2×A/t或40Ncm–2×A/t的刚性弹簧，其中A是磁极的面积，而t是间隙长度。在本实施例中，A大约为0.2到5cm2，而t(和行进长度)小于100μm，例如，在大约30和80μm之间。在本实施例中，磁性材料的最窄宽度wA5有效地等于衔铁的直径。
如图17中示出的，衔铁121位于垂直于轴线112的平面P1中。然而，永磁体119位于平行的、但间隔开的平面P2中。
图17a和17b示出当衔铁在第一(下部)和第二(上部)位置时，通过对应的磁路124、126而流动穿过极片115、磁体119和衔铁121的磁通123、125。
在稍早描述的喷射器中，传动器是干式传动器。然而，传动器可以是湿式传动器，其中衔铁被布置在具有薄壁的管道或者通道内并且在该管道或者通道内移动，其中流体(气体或者液体)可以流过该管道或者通道。极片、线圈以及可选择的永磁体被布置在管道外部。
参考图18，示出了管状物或者管道130和用于控制穿过管130的流体流动的传动器131。传动器131具有类似于图12中示出的传动器44”的结构。然而，传动器131的一些零件被设置在管状物130的内部，而其它零件被布置到管130状物的外部。
传动器131具有轴线132，第一和第二轴向地分开的线圈133、134在位于管状物130外部的外部极片135内围绕轴线132缠绕。外部极片135通常是环状的形状，并且由多于一个零件构成，以便于使其与围绕管状物130安装。外部极片135容纳一个或者多个永磁体136，永磁体136在第一和第二线圈133、134之间位于管状物130的任一侧或者围绕管状物130的圆周。如图18中示出的，磁体136具有向内指向的磁化。
圆盘形衔铁138位于永磁体136之间和轴向地分离的内部极片139、140之间的管状物130内部。如图18中示出的，外部极片135和内部极片139、140通常与衔铁138所位于其间的第一和第二磁极141、142形成‘C’形芯。
传动器131包括刚性弹簧143，例如，具有至少为20Ncm–2×A/t或40Ncm–2×A/t的弹簧常数k的刚性弹簧，其中A是磁极的面积，而t是间隙长度。在本实施例中，A大约为0.2到5cm2，而t(和行进长度)小于100μm，例如，在大约30和80μm之间。
弹簧143采用开槽杆弯曲部(slotted rod flexure)的形式，该开槽杆弯曲部在一个端部处附接到衔铁138，并且在另一个端部处通过刚性板144附接到管状物130的内壁，该刚性板144具有贯穿的通道145，该通道145允许流体从一侧向另一侧流过板。
传动器131还包括扣钉146，扣钉146具有接合一个位置(未示出)的头部(未示出)。
该类型传动器可以帮助减少制造燃料喷射器(或者其它类型的流体流动控制设备)的成本。而且，如果燃料入口优选地位于传动器的中心，则可以使用该类型的传动器。
通过薄管道130使燃料(或者其它流体)避开线圈133、134。管道130足够厚以承受燃料(或者流体)压力，但是足够薄以使磁通以最小的磁阻和涡流损耗通过。例如，管道可以由0.12mm厚的高强度磁性不锈钢形成。然而，可以使用其它材料和/或厚度的管道。
根据本发明的传动器的实施方式可以具有一个或者多个优势。
例如，永磁体偏置允许使用较低数字的安培匝数，由此允许使用较小的线圈横截面并减小极片中所需的磁路径长度。这可以帮助减少磁漏，这继而允许使用所需的更低数字的安培匝数。
在使用闭环位置控制的情况下，该传动器比起常规的螺线管传动器更易于控制并且更有效地受控制，这是因为该传动器具有对驱动电流的线性响应，并且因为该传动器的紧密耦合性质。
如果需要的话，电流和力之间关系的线性性质允许驱动器通过使电流以任意方向穿过传动器来达到更快的性能。
总的运动质量之间的关系(例如，喷射器应用中衔铁加上扣钉)可以在设计中被调节，以通过选择正确的弹簧常数来给予期望的开启/闭合速度。更刚性的弹簧给予更快的时间，但是需要更多电流来保持开启。
对比图6d与图2d，可以看出，当从第一磁极4(图5)脱离的衔铁上的开启磁力被弹簧力结合、通过除去第二磁极14(图5)上的磁性夹紧力而被释放时，可实现使开启力高达两倍。
当温度降低时，通过增加总间隙，磁路中的短间隙允许对带有温度(对于NdFeB是～0.1％/℃)的偏置磁体的通量的可逆减少进行温度补偿，以使偏置通量的变化速率相对于衔铁位置保持恒定。其通过使用器件(或者“分隔器”)来完成，其设置具有比衔铁低的膨胀系数的极片分离。例如，如果衔铁比总间隙tmax厚100倍，则分隔器和衔铁之间热系数的差异被大约设置为0.1％/℃除以100，或者10ppm/℃。例如，利用铁粉衔铁(iron dustarmature)，其可以通过Kovar或者氧化铝间隔件来实现。通过附接到极片侧部的间隔件，可以补偿较大的总间隙或者可以使用导热系数中较低的差异。例如，通过下述的间隔件和极片材料可以补偿100μm的总(顶部加底部)通量间隙，其中所述间隔件具有比衔铁的膨胀系数低的5ppm的膨胀系数，且所述极片材料在附接到类似于图14中所示布置的上部极片和下部极片的附接件之间具有20mm的距离。
将理解，对于此前所述的实施方式可以做出不同的修改。这些修改可以涉及在传动器和其零部件的设计、制造和使用中所已知的等效的和其它的特征，并且其可以代替已经在此描述的特征来使用或者除已经在此描述的特征之外来使用。一个实施方式的特征可以由另一个实施方式的特征来代替或者补充。
例如，弹簧可以包括两个或者更多弹簧或者其它有弹性的偏置装置。弹簧可以布置成将衔铁偏置到其它位置。例如，衔铁可以在衔铁的行进的两端处闩锁。
传动器可以被使用在不同的类型的燃料喷射器中，例如，使用汽油、柴油、液化石油气体、氢气或者压缩天然气的燃料喷射器。例如对于或者其它选择性的催化还原***，传动器可以在处理喷射器后被使用。燃料喷射器不需要是扣钉型喷射器，但是可以是例如针型喷射器。
传动器不需要被使用在喷射器中，但是可以被使用在汽车泵(automotive pump)中，以输送例如汽油、柴油、水或者润滑剂。传动器可以作为用于阀、气流或者ABS的压力和/或流动控制传动器来使用，其中阀例如为发动机阀、入口阀和排气阀。
传动器可以用于泵送或者控制流体的流动，流体可以是气体或者流体。例如，传动器能够以气动或者液压方式来使用。
传动器可以被使用在扬声器中或者用作伺服工具。
传动器可以具有高达100μm、高达200μm或者高达500μm的冲程。
永磁体可以被定位在离衔铁中心不同的距离处。例如，永磁体可以将衔铁分隔成具有宽度或者直径2.w1的内部区域和具有宽度或者直径w2的外部区域。比率2.w1/w2可以位于大约1到4之间，并且优选地大约为2，使得内部区域的通量密度和外部区域的通量密度大致相同。永磁体可以具有环状宽度wc，并且比率wc/w1可以在大约0.2到1之间，并且优选地大约为0.5，使得磁体占据相对极少的衔铁。
永磁体和线圈可以是毗连的，例如当永磁体是具有与线圈相同的内部直径和外部直径的环状永磁体时。然而,永磁体和线圈可以是大体上毗连的，例如当使用四个永磁体时，其可以被布置成以便于位于线圈上。衔铁优选地是平坦的和平面的，例如圆形或者椭圆形的盘，或者矩形或者多边形的板或者片材。
弹簧可以由除了钢以外的材料制成，例如，具有至少为150×109Nm–1的杨氏模量的材料。
例如以常规线圈弹簧的形式施加恒定或者小的力的低k弹簧可以被用于帮助配平设备。
可以使用其它硬的和软的磁性材料。例如，极片和衔铁的软磁性区域可以由堆叠的或者缠绕的、或者从旋转熔合带状物(spin melt ribbon)例如Nanoperm(RTM)缠绕的电工钢层压件(electrical steel laminate)形成。极片可以是层压的。永磁体可以由其它稀土材料或者铁素体制成。衔铁和极磁体两者都可以被使用。
在稍早描述的实施例中，线圈被保持在极片中，并且由此被固定。然而，在一些实施方式中，线圈可以随着衔铁移动。
在一些实施方式中，可以使用提供两个磁极的单极片。
尽管在本申请中，已经对特征的特定组合提出了权利要求，但应当理解，本发明的公开内容的范围还包括明确地或者含蓄地在此公开的任何新颖性特征或者任何新颖性的特征组合或者其任何概括，不论其是否涉及与任何权利要求中当前要求保护的发明相同的发明，且不论其是否如本发明那样而减轻相同技术问题的任何部分或者全部。申请人因此告知，在本申请或者由本申请推导出的任何其它申请的实施期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合提出新的权利要求。

Claims (21)

1.一种短行程式螺线管传动器，包括：
管道或通道，其中所述管道或通道(130)由单一材料形成；
至少一个极片；
衔铁，所述衔铁位于所述管道或通道的内部；
电磁铁线圈(46；102)，其布置成响应于通电而引起所述衔铁在第一位置和第二位置之间行进；
永磁体(52；84；105；119；136)，其位于所述管道或通道的外部并且所述永磁体被定位和定向成使得在所述衔铁分别处于所述第一位置和所述第二位置时，将所述衔铁闩锁在所述第一位置和所述第二位置；以及
弹簧(53；106；122；143)，其被布置用于偏置所述衔铁，并且被配置为提供足够的力以便于阻止所述衔铁闩锁在第二位置。
2.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述至少一个极片包括内部极片，所述内部极片位于所述管道或通道的内部。
3.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述至少一个极片包括外部极片，所述外部极片位于所述管道或通道的外部。
4.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述电磁铁线圈位于所述管道或通道的外部。
5.根据权利要求2所述的短行程式螺线管传动器，其中所述管道或通道由高强度磁性不锈钢形成。
6.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述弹簧包括两个或者多于两个弹簧或者其它有弹性的偏置装置。
7.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，所述短行程式螺线管传动器在被驱动经过所述电磁铁线圈的电流和力之间表现出线性关系，其中所述电磁铁线圈中的正方向上的电流导致正力且所述电磁铁线圈中的负方向上的电流导致负力。
8.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述永磁体和所述电磁铁线圈是毗连的。
9.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述弹簧具有弹簧常数k，所述弹簧常数k超过所述短行程式螺线管传动器的磁性弹簧常数。
10.根据权利要求9所述的短行程式螺线管传动器，所述弹簧常数k比所述磁性弹簧常数大20％到100％。
11.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中，当存在零电流经过所述电磁铁线圈时，所述永磁体提供磁力以偏置所述短行程式螺线管传动器朝向所述第一位置。
12.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，包括：
扣钉，所述扣钉包括整合弹簧。
13.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，用于具有阀头和阀座的燃料喷射器，且所述燃料喷射器能够操作成使所述阀头被缩进或拉伸，以使所述阀头从所述阀座移开。
14.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，被配置为具有在50μs和0.2ms之间的开启时间和/或闭合时间。
15.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，用于具有扣钉的燃料喷射器，且所述燃料喷射器能够操作成使所述扣钉在缩进位置和拉伸位置之间线性地往复。
16.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述短行程式螺线管传动器提供线性传动，其实现可变升程。
17.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，还包括另一电磁线圈。
18.根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器，其中所述至少一个极片提供沿着所述行进的方向而间隔开的第一磁极和第二磁极，并且其中所述衔铁被布置在所述第一磁极和所述第二磁极之间。
19.一种包括根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器的汽油泵。
20.一种用于控制流体流动的设备，其包括根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器。
21.一种燃料喷射器，其包括根据权利要求1所述的短行程式螺线管传动器。
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