CN109654080A - 螺线管装置 - Google Patents

Abstract

在包括第一至第三角度部段(42,44,46)的直径增加部(401)中，A点定义为薄壁部(22)的径向外表面和第一角度部段(42)之间的交叉点。并且B点定义为厚壁部(25)的径向外表面和第三角度部段(46)之间的交叉点。第一至第三角度部段(42,44,46)的径向外表面位于参考圆锥形表面(Sref)的径向外侧上，该参考圆锥形表面通过在从A点到B点的整个范围中围绕中心轴线(Z)旋转连接在A点和B点之间的直线而形成。第一角度α、第二角度β、第三角度γ和参考角度θ满足“α≥θ，θ≥γ，θ>β”和“α≥γ>β”的关系。

Description

螺线管装置

技术领域

本发明涉及一种螺线管装置。

背景技术

根据先前已知的技术，在螺线管装置中，柱塞在轴向方向上通过对螺线管供电而沿着成形为圆柱形管状形状的定子芯的内壁移动。根据该技术，调节定子芯的圆柱形管状形状以根据柱塞的行程位置调节用于吸引柱塞的吸引力的变化。

例如，在JP6094309B2(对应于US2015/0179322A1)中公开的螺线管驱动装置中，在螺线管的芯主吸引部处，通过两个点(即锥形的始自磁通量限制薄壁部的起始点和锥形的沿着圆柱形管状部的终止点(锥形的对应于柱塞的ON位置的终止点)的圆锥形表面被定义为用作参考的假想圆锥形表面。这里，芯主吸引部构造成使得假想圆锥形表面的径向内侧呈凹部形式，并且假想圆锥形表面的径向外侧呈凸起形式。在这种情况下，芯主吸引部构造成锥形形状，其包括位于假想圆锥形表面的径向内侧的凹部，以及位于假想圆锥形表面的径向外侧的凸起。

此外，在JP3757817B2(对应于US2002/0175569A1)中公开的电磁阀装置中，在螺线管的芯主吸引部处，锥形部段的直径或角度的增加率沿ON侧移动方向减小。可替代地，锥形部段以多个阶步逐渐变细或者呈凸形曲面，使得锥形部段的锥形的角度沿ON侧移动方向减小。

将描述应用于流体控制阀的螺线管装置作为示例。在根据先前提出的技术的芯主吸引部的构造中，设定吸引力特性，使得在中心区部处获得高吸引力，该中心区部从行程的OFF端朝ON侧间隔开，即，在用于利用阀来控制流体的范围中获得高吸引力并且吸引力特性的曲线沿整个行程范围内呈山形。此外，根据JP3757817B2(对应于US2002/0175569A1)的技术，通过增加OFF端侧和ON端侧的吸引力来获得相对平坦的吸引力特性。由于吸引力相对于柱塞的行程移动的变化量变小，所以其在流体控制方面被认为是有益的。

然而，在先前提出的技术中，吸引力特性变得使得吸引力从行程的OFF端到中心区部逐渐增加。利用上述逐渐增加的吸引力特性，在向螺线管施加ON阶跃电流时，即，在施加由于驱动电路的电感或反馈控制操作而显示一阶延迟特性的响应电流时，OFF端处的吸引力小。因此，延迟了通过克服弹簧的推动载荷而柱塞从OFF端开始移动的时间。由于柱塞从OFF端开始移动的时间和开始对流体的控制操作的时间之间的时间差变小，因此在开始对流体的控制操作时，即，在开始改变输出特性时，具有重量的可移动构件(例如，柱塞和/或阀)的移动速度变得非常高。因此，由于施加到可动构件的高惯性力，应该稳定地控制的压力或流率不会立即收敛到其预定目标值。因此，产生了诸如生成分别用作瞬态特性的过冲和/或震颤的不便，或形成连续脉动的起始点的不便。

发明内容

本公开是鉴于上述问题而做出的，并且本公开的目的在于提供一种螺线管装置，该螺线管装置例如限制过冲的生成而不会劣化吸引力。

本公开的螺线管装置包括成形为管状形式线圈、芯以及柱塞。芯放置在线圈的径向内侧并且具有柱塞接收孔，该柱塞接收孔沿中心轴线延伸并具有底部。芯构造成在对线圈供电时产生磁吸引力。柱塞接收在柱塞接收孔中并且可以借助芯的磁吸引力沿ON侧移动方向从OFF端移动到ON端，该OFF端定义为在线圈的断电状态下柱塞的位置，该ON端定义为在柱塞接触设置在柱塞接收孔的底部表面的止动件情况下柱塞的位置，而ON侧移动方向定义为沿中心轴线从OFF端朝向ON端的方向。

芯包括：主吸引部，其具有相对大的壁厚度并且构造为产生磁吸引力；柱塞支撑部，其可滑动地支撑柱塞；以及位于主吸引部和柱塞支撑部之间的薄壁部和中断部中的一个，其中薄壁部具有相对小的壁厚度并且构造成限制在对线圈通电时产生的磁通量的流动，并且中断部在主吸引部和柱塞支撑部之间进行中断。主吸引部的位于薄壁部和中断部中的一个所放置于的一侧的端部包括具有外直径的直径增加部，该外直径以多个阶步按锥形形状从薄壁部和中断部中的一个朝向主吸引部的厚壁部增加。

直径增加部具有至少三个角度部段，包括：第一角度部段，其包括位于薄壁部和中断部中的一个所放置于的一侧的锥形起始点；第三角度部段，其包括位于厚壁部所放置于的一侧的锥形终止点；第二角度部段，其位于第一角度部段和第三角度部段之间。

在直径增加部的轴向横截面中，在薄壁部设置在主吸引部和柱塞支撑部之间作为薄壁部和中断部中的一个的情况下，作为锥形起始点的A点定义为薄壁部的径向外表面和第一角度部段之间的交叉点。在中断部设置在主吸引部和柱塞支撑部之间作为薄壁部和中断部中的一个的情况下，作为锥形起始点的A点定义为柱塞接收孔的内周缘表面和第一角度部段之间的交叉点。

在厚壁部的径向外表面与中心轴线平行的情况下，作为锥形终止点的B点定义为厚壁部的径向外表面和第三角度部段之间的交叉点。在厚壁部的径向外表面不平行于中心轴线而第三角度部段沿ON侧移动方向延伸超过保持在ON端的柱塞的远端部表面的位置的情况下，作为锥形终止点的B点定义为第三角度部段和保持在ON端的柱塞的远端部表面的假想延长线之间的交叉点。参考圆锥形表面被定义为假想圆锥形表面，其通过围绕中心轴线旋转连接在A点和B点之间的直线而获得。

直径增加部构造为满足范围条件和角度条件两者。范围条件设定为使得第一角度部段的径向外表面、第二范围角度的径向外表面和第三角度部段的径向外表面定位为在从A点到B点的整个范围中沿着参考圆锥形表面定位或位于参考圆锥形表面的径向外侧上。

角度条件设定如下：

α≥θ，θ≥γ，θ>β

α≥γ>β

其中：

α表示第一角度，该第一角度是第一角度部段的梯度角度；

β表示第二角度，该第二角度是第二角度部段的梯度角度；

γ表示第三角度，该第三角度是第三角度部段的梯度角度；以及

θ表示参考角度，该参考角度是参考圆锥形表面的梯度角度。

ON侧移动方向的倾斜角度定义为零度。当第一角度部段、第二角度部段、第三角度部段和参考圆锥形表面从ON侧移动方向朝径向外侧倾斜时，第一角度、第二角度、第三角度和参考角度分别假设为取正值。

将关于将螺线管装置应用于流体控制阀的示例来描述本公开的效果和优点。在本公开中，芯主吸引部的直径增加部呈锥形形状，其包括至少三个角度部段以满足范围条件和角度条件。在具有作为三个角度部段的角度中最大角度的第一角度α的第一角度部段处，在小行程范围中在OFF端处的吸引力增加。

在具有作为角度部段的角度中最小角度的第二角度β的第二角度部段处，限制磁通量能量的增加以减少从OFF端到开始对流体进行控制的点处的空载部中的损耗。因此，吸引力特性在小行程范围内表现出逐渐减小的趋势。在具有作为角度部段的角度中第二大角度的第三角度γ的第三角度部段处，已经节省的磁通量能量可以从在其中流体得以控制的范围的中间到终端的范围中增加。因此，可以产生大吸引力。

在具有凹部的构造的情况下，该凹部从参考圆锥形表面径向向内凹陷，如在JP6094309B2(对应于US2015/0179322A1)和JP3757817B2(对应于US2002/0175569A1)的技术中那样，待被提供至OFF端处的α角度部段的磁通量能量被限制在凹部处。因此，不能实现本公开的用于在OFF端的范围处产生大吸引力的优点。

相反，在本公开的螺线管装置中，由于直径增加部的复杂锥形形状，可以限制例如过冲的产生而不会使流体受到控制的行程范围中的吸引力劣化。

附图说明

从以下描述、所附权利要求和附图中将最好地理解本公开及其附加目的、特征和优点，其中：

图1是油压控制阀的轴向截面图，其中应用了第一实施例的螺线管装置；

图2是示出了第一实施例的螺线管装置的整体结构的轴向截面图；

图3A是螺线管装置的对应于图2中的区域IIIa的局部放大视图；

图3B是用于描述图3A的直径增加部的部段的相应梯度角度的示意图；

图4是示出了第一实施例的吸引力特性的图；

图5A是示出了第一实施例的电流的响应特性的图；

图5B是示出了第一实施例的行程的响应特性的图；

图5C是示出了第一实施例的控制输出量的响应特性的图；

图6是示出了第一实施例的吸引力特性的图像图；

图7是示出了第一模式下的操作的局部放大图；

图8是示出了第二模式下的操作的局部放大图；

图9是示出了第三模式下的操作的局部放大图；

图10是示出了第四模式下的操作的局部放大图；

图11是根据第二实施例的螺线管装置的局部放大图；

图12是根据第三实施例的螺线管装置的局部放大图；

图13是根据第四实施例的螺线管装置的局部放大图；

图14是根据第五实施例的螺线管装置的局部放大图；

图15是根据第六实施例的螺线管装置的局部放大图；

图16是根据第七实施例的螺线管装置的局部放大图；

图17是根据第八实施例的螺线管装置的局部放大图；

图18是根据第九实施例的螺线管装置的局部放大图；

图19是根据第十实施例的螺线管装置的局部放大图；

图20是根据第一现有技术的螺线管装置的局部放大图；

图21是示出了第一现有技术的吸引力特性的图；

图22A是示出了第一现有技术的电流的响应特性的图；

图22B是示出了第一现有技术的行程的响应特性的图；

图22C是示出了第一现有技术的控制输出量的响应特性的图；

图23是根据第二现有技术的螺线管装置的局部放大图；以及

图24是示出了第二现有技术的吸引力特性的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述螺线管装置的实施例。在以下实施例中，基本相同的部分将由相同的附图标记表示，并且为了简单起见将不再冗余地描述。本实施例的螺线管装置是驱动呈滑阀的形式的控制阀的致动器，其例如位于应用于自动变速器的油压***的油压控制阀中以便控制工作油的流率和压力。此外，作为另一个实施例，该螺线管装置可以应用于控制除工作油之外的另一种流体的流率和压力的流体控制阀。

(第一实施例)

将参考图1至图10描述第一实施例。首先，将参考图1描述油压控制阀100的整体结构。油压控制阀100包括控制阀90和螺线管装置10，该控制阀90呈滑阀的形式，该螺线管装置10驱动控制阀90并且相对于控制阀90沿中心轴线Z共轴放置。在控制阀90中，阀(也称为阀芯)96可在阀套91的内部滑动，该阀套91成形为管形形状。阀套91包括排放端口92、输出端口93、输入端口94和反馈端口95，这些端口径向穿过阀套91的外壁和内壁并沿着轴向方向以此顺序设置。根据在阀套91的内部滑动的阀96的操作位置，通过形成在阀96的外壁处的对应台面和对应凹槽来选择每个端口92-95的打开和关闭。

由螺线管装置10所驱动的轴80的远端端部接触阀96的一个端部。由端板97支撑的弹簧98的负载被施加到阀96的另一个端部以将阀96推抵轴80。当由螺线管装置10产生的磁引力增加超过弹簧98的推动负载时，阀96朝向端板97移动。

接下来，将参考图1和图2描述螺线管装置10的结构。螺线管装置10包括壳体11、线圈12、芯20、柱塞60以及轴80。在线圈12中，涂覆有介电涂层的导线围绕由树脂制成的线筒13进行缠绕。壳体11、芯20和柱塞60由磁性材料制成。当将电力通过连接器部16而从外部电源供应至线圈12时，磁通量流动通过穿过壳体11、芯20和柱塞60的磁路。

芯20放置在线圈12的径向内侧并具有柱塞接收孔30，该柱塞接收孔30沿中心轴线Z延伸并具有底部。芯20构造成当对线圈12通电时产生磁吸引力。芯20包括：主吸引部24，其具有在中心轴线Z的径向方向上所测量的相对较大壁厚度并且构造为产生磁吸引力；柱塞支撑部21，其可滑动地支撑柱塞60；以及薄壁部22，其具有在中心轴线Z的径向方向上所测量的相对较小壁厚度并且构造成限制在对线圈12通电时所产生的磁通量的流动。薄壁部22在径向方向上所测量的壁厚度是芯部20中的最小壁厚度。

主吸引部24包括直径增加部401、厚壁部25以及凸缘部28。直径增加部401放置在主吸引部24的端部部分处，该端部部分位于薄壁部22所放置于的一侧。直径增加部401具有从薄壁部22朝厚壁部25按多个阶步以锥形形式增加的外直径。将参考图3A和图3B描述直径增加部401的细节。凸缘部28夹在控制阀90的阀套91的端部表面和线筒13的端部表面之间。

柱塞60接收在柱塞接收孔30中。柱塞60可以借助芯20的磁吸引力而沿ON侧移动方向(磁吸引力的方向)从OFF端移动到ON端，该OFF端定义为在线圈12的断电状态下柱塞60的位置，该ON端定义为在柱塞60接触设置在柱塞接收孔30的底部表面32处的止动件37的情况下柱塞60的位置。这里，ON侧移动方向定义为沿着中心轴线Z从OFF端朝ON端的方向。

轴80可滑动地接收在轴接收孔29中，该轴接收孔29沿芯20的中心轴线Z形成。轴80的一个端部接触柱塞60的远端端部表面62并且轴80的另一个端部接触阀96的端部表面。来自控制对象的推动负载(例如，控制阀90的弹簧98的负载，由阀96的反馈压力所产生的力以及施加至阀96的流体力)，即来自控制对象的反作用力通过轴80传递到柱塞60。当柱塞60通过磁吸引力而沿ON侧移动方向移动时，柱塞60的驱动力通过轴80传递到阀96。

接下来，将参考图3A和图3B描述柱塞60的远端端部部分和芯20的主吸引部24，特别是直径增加部401的详细结构。这里，应该注意到，直径增加部在第一至第十实施例中将分别由附图标记401至410表示。此外，在下面的描述中，术语“非通电时间”和“通电时间”分别指的是“线圈12的非通电时间”和“线圈12的通电时间”。图3A和图3B示出了在非通电时间时柱塞60在OFF端处的操作位置。在非通电时间时，柱塞60通过从控制对象所施加的推动负载(即反作用力)而返回至OFF端。

成型为环形形状并由非磁性材料制成的止动件37被设置到柱塞接收孔30的底部表面32。在通电时间时所产生的磁吸引力将柱塞60驱动到柱塞60的远端端部表面62接触止动件37的ON端，同时柱塞60的外周缘表面61沿柱塞接收孔30的内周缘表面31滑动。柱塞60的整个行程设定为从保持在OFF端处的柱塞60的远端端部表面62的位置Zc到保持在ON端处的柱塞60的远端端部表面62的位置Zd。

ON侧移动方向指的是从柱塞60的OFF端到ON端的方向，即，从图3A和图3B中的右侧到左侧的方向。这里，应当理解到，术语“ON侧移动方向”应该延伸为朝螺线管装置10的控制对象的方向覆盖超过止动件37的端部表面位置。以下描述的梯度角度(也称为斜坡角度)定义为使得ON侧移动方向沿着中心轴线Z的梯度角度为零度并且在对象线从ON侧移动方向(或中心轴线Z)朝径向外侧倾斜的情况下梯度角度取正值。

接下来，将描述第一实施例的直径增加部401的构造。直径增加部401的外直径在ON侧移动方向上按多个阶步以锥形形式从薄壁部22侧的锥形起始点朝厚壁部25的锥形终止点增加。在第一实施例中，厚壁部25的径向外表面平行于中心轴线Z。此外，在直径增加部分401是以中心轴线Z为中心的回转体(立体图)的前提下，应该基于直径增大部401在轴向截面中的二维构造来指定直径增大部401的三维构造。

直径增加部401包括三个角度部段，其包括第一角度部段42、第二角度部段44和第三角度部段46，它们从锥形起始点开始按此顺序设置。第一角度部段42包括锥形起始点，第三角度部段46包括锥形终止点。第二角度部段44位于第一角度部段42和第三角度部段46之间。如图3B所示，第一角度部段42的梯度角度、第二角度部段44的梯度角度和第三角度部段46的梯度角度将被分别称为第一角度α、第二角度β和第三角度γ。

此外，在第一实施例中，第二角度β是零度(0°)。具体地，第二角度部段44的径向外表面平行于中心轴线Z。术语“零度”和“平行”不应严格解释，而应解释为包括本技术领域中正常假定的误差范围(公差)。尽管术语“角度部段”和“锥形部段”基本上彼此同义，但术语“角度部段”除了包括具有普通圆锥形形状的部段之外还应包括具有例如由圆柱形表面或平面表面所形成的另一形式的部段，该圆柱形表面具有零度的梯度角度，该平面表面垂直于中心轴线Z并且具有90度的梯度角度。

接下来，将定义直径增加部401的轴向截面中的A点、B点、C点和D点。用作锥形起始点的A点定义为薄壁部22的径向外表面和第一角度部段42(更具体地，第一角度部段42的径向外表面)之间的交叉点。用作锥形终止点的B点定义为厚壁部25的径向外表面和第三角度部段46之间的交叉点。此外，C点定义为薄壁部22的径向外表面的假想延长线和保持在OFF端处的柱塞60的远端端部表面62的假想延长线之间的交叉点。另外，D点定义为厚壁部25的径向外表面和保持在ON端的柱塞60的远端端部表面62的假想延长线之间的交叉点。与相应实施例所共同的，C点与A点相邻并且位于A点的ON端侧，并且D点位于与B点相同的位置处或沿轴向方向在B点的前侧或后侧上位于与B点相邻的位置处。在图3A所示的第一实施例中，D点与B点一致。

通过围绕中心轴线旋转连接A点和B点之间的直线所获得的假想圆锥形表面定义为参考圆锥形表面Sref。而且，参考圆锥形表面Sref的梯度角定义为参考角度θ。本实施例的螺线管装置10构造为相对于直径增加部401的形状满足以下范围条件和以下角度条件。

第一角度部段42的径向外表面、第二角度部段44的径向外表面和第三角度部段46的径向外表面定位为在从A点到B点的整个范围中沿着参考圆锥形表面Sref或位于参考圆锥形表面Sref的径向外侧上。该条件定义为范围条件。可以简单地改述范围条件使得直径增加部401的整个范围从参考圆锥形表面Sref向外突出。

第一角度α、第二角度β、第三角度γ和参考角度θ之间的关系由以下公式(1)定义。第一角度α、第二角度β和第三角度γ之间的幅值关系由以下公式(2)定义。由这两个公式(1)和(2)所表示的条件定义为角度条件。在图3A所示的第一实施例中，公式(1)和(2)中的“≥”(大于或等于)的符号不包括“＝”(等于)，使得存在α>θ>γ>β的关系。在公式(1)和(2)中符号“≥”变为“＝”的情况在第八和第九实施例中示出。

α≥θ，θ≥γ，θ>β.....公式(1)

α≥γ>β.....公式(2)

此外，圆角部63形成在柱塞60的远端端部表面62和外周缘表面61之间的拐角处。柱塞60的圆角部63和外周缘表面61的直线部64(直线部64限定为具有恒定外直径)之间的交叉点定义为直终点并且表示为Q点。这里，圆角部63可以用倒角部(或斜面)代替。

如图3B所示，当柱塞60保持在OFF端时，Q点轴向地放置于薄壁部22的轴向中心位置(或简称为中心位置)Zm的一侧，其中柱塞60的远端端部表面62放置于该侧。这里，薄壁部22的轴向中心位置Zm定义为薄壁部22在中心轴线的轴向方向上的轴向中心的位置。此外，在该状态下，Q点也位于A点的轴向位置Za的远端端部表面62侧。此外，在另一个实施例中，其中代替圆角部63形成由图3B中的虚线所表示的倒角部，则Q点位于A点的轴向位置Za的相反侧，该相反侧与远端端部表面62相反，但Q点位于薄壁部22的轴向中心位置Zm的远端端部表面62侧，该中心位置Zm位于轴向方向的中心。由此，如图7至图10所示，可以适当地确保主吸引部24和柱塞60之间的搭接长度(也称为叠覆长度)Llap，使得可以适当地获得后面讨论的本实施例的优点。

接下来，将参照第一现有技术描述满足上述范围条件和角度条件的第一实施例的吸引力特性，该第一现有技术基于JP6094309B2(对应于US2015/0179322A1)的公开内容。图20示出了第一现有技术的直径增加部491的结构，而图21和图22示出了这种结构的吸引力特性。

形成例如示出于JP6094309B2(对应于US2015/0179322A1)的图2中直径增加参考线(也称为增加直径参考线)Lref的两个相反端部的第一参考点Q1和第二参考点Q2对应于图20中所示的在第一实施例中所定义的C点和D点。图20中所示的第一现有技术的直径增加部包括从直径增加参考线Lref突出的突出部分(参见图20中的“突出”)以及从直径增加参考线Lref凹陷的凹陷部分(参见图20中的“凹陷”)。如图20所示，在B点位于D点的ON侧(在轴向方向上与OFF端相反的一侧)的情况下，由角度部段47所形成的直径增加部491的形状包括从直径增加参考线Lref径向向外突出的突出部分以及从直径增加参考线Lref径向向内凹陷的凹陷部分，该角度部段47呈通过利用直线连接A点和B点之间所形成的单个锥形形状。因此，直径增加部491的构造用作先前提出的技术(现有技术)。

此外，在图20中，作为倒角部69和柱塞60的直线部64之间的交叉点的直终点(Q点)轴向地位于薄壁部22的轴向中心位置Zm的相反侧，该相反侧在轴向方向上与远端端部表面62相反。因此，不能充分确保主吸引部24和柱塞60之间的搭接长度Llap。

图21示出了对于所施加电流值中的每个而言相对于行程的磁吸引力特性。在通电时间时，柱塞60从OFF端(其在图21中示出在右侧)朝ON端(其在图21中示出于左侧)移动。从OFF端到行程Stf的区部是从开始通电的时间到开始控制操作的时间的空载区部。从行程Stf到行程sth的区部是控制范围，其中利用控制阀90执行用于控制压力或流率的控制操作。电流值设定如下。具体地，“i”表示给定单位电流，并且“2i”表示比“1i”的电流大一倍的电流。此外，“5i”是指比“1i”的电流大四倍的电流。在图21中以“0.2i”间隔示出了“4i”线和5i“线之间的特征线。在图21中，”目标“表示控制目标电流的示例并且设定为略低于最大电流。

此外，点划线Ld表示从控制对象接收的推动负载(例如，弹簧负载和油压反馈力)。虚线表示柱塞60的移动路径Lp，柱塞60沿着该移动路径Lp移动，同时保持相对于推动负载的平衡。沿着移动路径Lp，在OFF端由五角星表示的点定义为E点，并且在行程Stf的位置处由四角星表示的点定义为F点。此外，移动路径Lp和控制目标电流之间的交叉点定义为G点。当通电开始时，OFF端的磁吸引力从0(零)增加到E点的值。此后，响应于柱塞60的移动，电流增加并且磁吸引力以E点、F点和G点的顺序变换。在控制范围中，柱塞60到达G点时的行程由“Stg”表示。在G点处，电流达到控制目标电流，并且所生成的磁吸引力与推动负载Ld平衡。

这里，当紧接着柱塞从OFF端开始移动之后注意磁吸引力的变化时，可以理解到，吸引力响应于行程的增加而逐渐增加。此外，当在空载区部中注意电流的变化时，E点处的电流值由X2_(A)定义，并且在F点处的电流值由X2+ΔX(A)所定义，该点F是从空载区部到控制范围的转换点。这里，X2_(A)约为4.4i，并且X2+ΔX(A)约为4.6i。这些值之间的电流差ΔX仅为约0.2i，其基本上等于零(0)。

图22A表示从开始通电时间起电流相对于响应时间的响应曲线。图22B表示从开始通电时间起柱塞60的行程相对于响应时间的响应曲线。图22C表示从开始通电时间起由控制阀90所控制的控制输出量(例如，压力、流率)相对于响应时间的响应曲线。电流在由于驱动电路的反馈控制操作而形成一阶延迟曲线的同时增加并且收敛至控制目标电流。响应时间te和响应时间tf分别对应于图21中的E点和F点。在响应时间te，柱塞60从OFF端的移动开始。然后，在响应时间tf，对压力或流率的控制操作开始。在第一现有技术中，与稍后讨论的第一实施例相比，响应时间te和响应时间tf之间的时间差Δt极短。如沿着行程的响应曲线由实线方框箭头所示，在从响应时间te到响应时间tf的时间段期间移动速度高，并且柱塞60在在响应时间tf处进入控制范围时由于惯性而跳出。因此，行程和控制输出量中的每一个重复过冲并且朝其目标值Target而幅度衰减。

由于第一现有技术的特性，产生诸如过冲的不便的机制被假定如下。第一现有技术示出了吸引力从行程的OFF端到中心区部逐渐增加的特性，即，从OFF端到控制阀90的控制开始区部逐渐增加。随着吸引力特性如上所述逐渐增加，在向螺线管施加ON的阶跃电流时，例如，在施加由于驱动电路的电感或反馈控制操作而显示出一阶延迟特性的响应电流时，OFF端处的吸引力小。因此，通过克服弹簧的推动负载而使柱塞从OFF端开始移动的时间延迟。由于柱塞从OFF端开始移动的时间至开始对流体的控制操作的时间之间的时间差变小，因此具有重量的可动构件(例如柱塞、阀)的移动速度在开始对流体的控制操作的时间时，即，在开始输出特性的变化的时间时变得非常高。因此，由于施加到可动构件的高惯性力，应该稳定地控制的压力或流率不会立即收敛到其预定目标值。因此，产生了例如生成分别用作瞬态特性的过冲和/或震颤的不便或形成连续脉动起始点的不便。

接下来，将参考图4和图5描述第一实施例的吸引力特性。图4和图5的内容类似于图21和图22中的那些内容。在图4中，类似于图21，当通电开始时，磁吸引力沿着移动路径Lp从0变换经过E点、F点和G点。这里，当紧接在柱塞从OFF端开始移动之后注意磁吸引力的变化时，则可以理解，根据第一实施例在OFF端处获得高吸引力，并且因此吸引力响应于行程的增加而逐渐减小。此外，考虑到空载区部中的电流的变化，E点处的电流值定义为X1_(A)，并且F点处的电流值定义为X1+ΔX(A)，该点F是从空载区部到控制范围的转换点。在此，X1_(A)约为3.4i，并且X1+ΔX(A)约为4.6。此外，电流差ΔX为1.2i，其相比于第一现有技术更大。

图5A表示从开始通电时间起电流相对于响应时间的响应曲线。图5B表示从开始通电时间起柱塞60的行程相对于响应时间的响应曲线。图5C表示从开始通电时间起控制输出量相对于响应时间的响应曲线。在第一实施例中，由于与第一现有技术相比电流曲线处的电流差ΔX更大，因此根据第一实施例的响应时间te和响应时间tf之间的时间差Δt增加。具体地，操作可以在早期开始，此时OFF端处的吸引力高并且电流低。因此，将作为开始操作的定时的响应时间te设定得更早，从而增加时间差Δt。结果，如沿着行程的响应曲线的虚线方框箭头所示，在从响应时间te到响应时间tf的时间段期间移动速度减小。因此，在柱塞60在响应时间tf进入控制范围的时间处惯性减小，从而限制了柱塞60的跳出。因此，减小了行程的过冲量和控制输出量的过冲量，从而可以执行稳定的控制操作。

接下来，将描述本实施例与第二现有技术之间的比较，该第二现有技术基于JP3757817B2(对应于US2002/0175569A1)的公开内容。图23示出了在柱塞相对于JP3757817B2(对应于US2002/0175569A1)的图2移动到ON端的状态下的芯主吸引部的直径增加部492的构造。图24示出了该构造的吸引力特性。

第二现有技术的直径增加部492包括第一实施例的第一角度部段42和第二角度部段44，但不包括第一实施例的第三角度部段46。第二角度部段44构造成使得第二角度部段44的第二角度β小于第一角度部段42的第一角度α，并且梯度角度在柱塞的ON侧移动方向上减小。此外，薄壁部22的径向外表面处的锥形起始点被定义为A点，并且厚壁部25的径向外表面和保持在ON端的柱塞60的远端端部表面62的假想延伸线之间的交叉点定义为D点。另外，通过围绕中心轴线旋转连接在A点和D点之间的直线而获得的假想圆锥形表面被定义为参考圆锥形表面Sref。第二角度部段44呈凹部的形式，其从参考圆锥形表面Sref径向向内凹陷。

图24示出了第二现有技术的吸引力特性和第一实施例的吸引力特性。吸引力特性仅针对三种模式示出，具体地，低电流时间、中间电流时间和高电流时间。与实现图20中所示的单锥形形式的第一现有技术的特性相比，第二现有技术的吸引力特性在行程的OFF端和中心区部处显示出磁吸引力的增加，如箭头#1所示。此外，如箭头#2所示，从控制范围ON端侧至ON端限制了磁吸引力的减小。因此，实现了相对于行程产生相对平稳的特性的优点。

然而，在第一实施例和第二现有技术之间，吸引力在OFF端侧区域相对于行程增加的斜率如下所述地不同。也就是说，吸引力在第一实施例中响应于行程增加而逐渐减小，但是吸引力在第二现有技术中如第一现有技术中那样响应于行程增加而逐渐增加。因此，即使在第二现有技术的情况下，也不可能提供限制诸如图24中所示的过冲或脉动的不便的优点。

第二现有技术的构造旨在增加第一角度部段42的第一角度α，从而增加OFF端侧的吸引力。然而，由于第二角度部段44呈从参考圆锥形表面Sref径向向内凹陷的凹部形式，因此存在磁通量限制部(或磁阻部)。因此，提供给第一角度部段42的磁通量减少，从而增加OFF端的磁引力的效果相对较小。因此，不可能具有第一实施例的吸引力特性，其中吸引力响应于行程增加而逐渐减小。

接下来，将参考图6至图10描述根据第一实施例的产生吸引力的机制。

图6示出了吸引力特性相对于行程的变化。图7至图10示出了磁通能量和吸引力矢量Fs在四种模式中的每一种中的效果，即从OFF端到ON端的第一至第四模式。在图7至图10中，Fs_z表示吸引力矢量Fs在中心轴线Z方向上的分量。芯20的主吸引部24和柱塞60之间的搭接长度Llap对应于A点和Q点之间的轴向距离。

图7示出了处于行程的OFF端的位置处的第一模式。磁通能量沿着磁通线产生，该磁通线从厚壁部25沿着直径增加部401的壁厚中心延伸。由于芯20和柱塞60之间的搭接长度Llap很短，所以磁通能量相对较小。然而，第一角度α相对较大，并且第一角度部段42的体积较大。因此，吸引力矢量Fs的梯度角度限制为相对小的角度。因此，吸引力矢量Fs的轴向分量Fs_z变大，并因此获得指向ON侧移动方向的大吸引力。

图8示出了处于空载区部处的第二模式，其从OFF端到流体控制范围。在第二模式中，与第一模式相比，行程和搭接长度Llap增加。然而，由于第二角度部段44的第二角度β小，所以由于节能效果，磁通能量不会增加。此外，吸引力矢量Fs的梯度角度增大，即吸引力矢量Fs朝径向外侧上升，使得轴向分量Fs_z与第一模式相比减小。因此，磁吸引力从第一模式逐渐减小。

图9示出了处于控制范围中的第三模式，其中流体的压力或流率得到控制。图10示出了处于行程的ON端位置处的第四模式。在第三和第四模式处，芯20和柱塞60之间的搭接长度Llap响应于行程的增加而增加。此外，第三角度部段46不具有从参考圆锥形表面Sref凹陷并用作磁通量限制部的凹陷部。因此，适当地增加了磁通能量并且获得吸引力矢量的轴向分量Fs_z的相对较大值。此外，由于第三角度部段46以大致恒定的梯度角度围绕ON端一直延伸到厚壁部25，因此磁吸引力在从行程中心区部到ON端的该范围内的减小量相对较小。

如上所述，在第一实施例的螺线管装置10中，形成直径增加部40的第一角度部段42、第二角度部段44和第三角度部段46构造为满足上面讨论的范围条件和角度条件。具体地，直径增加部401的整个范围从参考圆锥形表面Sref径向向外突出，并且锥形起始点侧的第一角度α大于参考角度且在三个角度中最大，并且锥形终止点侧的第三角度γ第二大，并且中间第二角度β最小。利用这种结构，在第一实施例中，与第一和第二现有技术相比，可以适当地限制例如过冲的产生而不会使吸引力劣化。

接下来，将参考图11至图19描述作为直径增加部的结构的变型例的第二至第十实施例。以下实施例中的每一个的直径增加部构造为满足上述范围条件和角度条件。

(第二实施例)

图11中所示的第二实施例的直径增加部分402构造为使得与第一实施例的直径增加部401相比，第二角度部段44的第二角度β为正值，并且第二角度部段44的外直径沿ON侧移动方向稍微增大。此外，B点从D点朝OFF端略微偏移。第二实施例的直径增加部402通过稍微修改第一实施例的直径增加部401的构造而形成并且实现了与第一实施例类似的优点。

(第三实施例)

在图12所示的第三实施例中，芯20的主吸引部24构造成使得厚壁部分26不平行于中心轴线Z，并且第三角度部段46沿ON侧移动方向进一步延伸超过保持在ON端处的柱塞60的远端端部表面62的位置。在第三实施例的直径增加部403的轴向截面中，作为锥形终止点的B点定义为第三角度部段46和保持在ON端处的柱塞60的远端端部表面62的假想延长线之间的交叉点。具体地，B点与D点一致。即使在厚壁部26不平行于中心轴线Z的上述构造中，也可以通过替换B点的定义来共同应用本实施例的技术构思。

(第四实施例)

在图13所示的第四实施例的直径增加部404构造成使得与第一实施例的直径增加部401相比，第二角度部段44的第二角度β为负值，并且第二角度部段44的外直径沿ON侧移动方向减小。此外，B点从D点朝ON侧稍微偏移。通过将第二角度β设定为负值，限制空载区部中的磁通能量的增加的效果变得更加突出。

(第五实施例)

在图14所示的第五实施例的直径增加部405中，第一角度部段42和第二角度部段44之间的边界以及第二角度部段44和第三角度部段46之间的边界在轴向截面中通过曲线连接(或限定)。在图14所示的示例中，每个边界通过弧部连接(或限定)。具体地，如假想线(虚线)所示，第一角度部段42和第二角度部段44之间的边界通过接触第一角度部段42和第二角度部段44的对应弧部连接(或限定)，并且第二角度部段44和第三角度部段46之间的边界通过接触第二角度部段44和第三角度部段46的对应弧部连接(或限定)。通过消除边界的边缘，应力集中降低，同时确保了所需的强度，并且吸引力特性变化平滑。此外，第二角度部段44和第三角度部段46之间的形成内角(凹角)的边界成形为弓形形状，其对应于切割过程中的普通工具的鼻部R。

在图14所示的示例中，第二角度部段44的第二角度β是负值，并且B点从D点朝OFF端稍微偏移。然而，第五实施例的“通过曲线连接(或限定)的边界的构造”可以应用于直径增加部的每一个，而不管角度中每一个的值或点中每一个的位置。此外，角度部段的边界中的至少一个可以具有通过曲线连接(或限定)的边界的构造。

(第六实施例)

在图15所示的第六实施例中，代替上述实施例的薄壁部22，芯20包括中断部23，该中断部23在主吸引部24和柱塞支撑部21之间中断。在第六实施例中，中断部23呈在主吸引部24和柱塞支撑部21之间分开的空气间隙的形式。在第六实施例的直径增加部406的轴向截面中，作为锥形起始点的A点定义为柱塞接收孔30的内周缘表面31和第一角度部段42之间的交叉点。参考圆锥形表面Sref基于连接在A点和B点之间的直线以与上述实施例相同的方式来进行定义。在图15的示例中，第一角度部段42在A点处限定第一角度α。此外，C点定义为柱塞接收孔30的内周缘表面31和保持在OFF端的柱塞60的远端端部表面62的假想延伸线之间的交叉点。另外，中断部23的轴向中心位置Zm定义为中断部23在中心轴线Z的轴向方向上的轴向中心的位置。即使在上述芯20包括中断部23的构造中，也可以通过替换A点的定义来共同应用本实施例的技术构思。

(第七实施例)

在图16所示的第七实施例中，芯20包括与第六实施例相同的中断部23。在第七实施例的直径增加部407中，第一角度部段42的第一角度α设定为90度。具体地，主吸引部24的面向中断部23的端部表面垂直于中心轴线Z。此外，在图16的示例中，准第一角度部段43形成在第一角度部段42和第二角度部段44之间，该准第一角度部段43具有对应于倒角(或斜角)的角度的准第一角度α⁺，该第一角度部段具有90°的第一角度α，该第二角度部段具有零(0)度的第二角度β。可替代地，第一角度α可以设定为大于90度。如上所述，除了第一角度部段42、第二角度部段44和第三角度部段46之外，直径增加部407还可以包括第四角度部段。即使在这种情况下，直径增加部407的构造仍限定为满足范围条件和角度条件。这里，应该注意到，角度条件不适用于准第一角度α⁺。

(第八和第九实施例)

与第一实施例的直径增加部401相比，分别在图17和18中示出的第八和第九实施例的直径增加部分408,409中的每个另外包括准第一角度部段43，用作第四角度部段并且位于第一角度部段42和第二角度部段44之间。准第一角度α⁺设定为大于第一角度α，并且第一角度α设定为与参考圆锥形表面Sref的参考角度θ相同。在第一至第七实施例中，存在“α>θ”的关系。相对地，在第八和第九实施例中，存在“α＝θ”的关系。因此，在相应直径增加部408,409中，位于从A点到B点的范围中的第一角度部段42沿着参考圆锥形表面Sref进行放置。

此外，在第八实施例中，存在“θ>γ”的关系，其中第三角度γ小于参考角度θ。相反，在第九实施例中，存在“θ＝γ”的关系，其中第三角度γ等于参考角度θ。因此，在第九实施例的直径增加部409中，位于从A点到B点的范围中的第一角度部段42和第三角度部段46沿着参考圆锥形表面Sref进行放置。此外，满足“α＝γ＝θ”的关系。因此，在第八实施例中，满足“(θ＝)α>γ>β”的角度条件，并且在第九实施例中，满足“(θ＝)α＝γ>β”的角度条件。即使在第八和第九实施例中，也实现了与第一实施例类似的效果和优点。

(第十实施例)

与第一实施例的直径增加部分401不同，图19中所示的第十实施例的直径增加部410还包括准第三角度部段45，其用作第四角度部段并且位于第二角度部段44和第三角度部段46之间。准第三角度γ^-设定为大于第三角度γ，并且第三角度γ设定为大于第二角度β。因此，满足α>γ>β的角度条件。这里，应该注意到，角度条件不适用于准第三角度γ^-。

(其他实施例)

(a)在第七至第十实施例中，描述了这样的示例，在这些示例的每一个中除了基本的三个角度α，β，γ之外，直径增加部还包括第四角度α⁺或γ^-。据此，直径增加部分可以构造为在第一角度α和第二角度β之间或者在第二角度β和第三角度γ之间具有第五或更多角度。在这种情况下，位于第一角度α和第三角度γ之间的一个或多个角度中的最小角度可以解释为第二角度β。

(b)本公开的螺线管装置的应用不必限于自动变速器的油压控制阀或其他类型的流体控制阀，并且本公开的螺线管装置可以应用于根据输出轴的位移量来控制诸如压力、流率的控制输出量的任何其他类型的装置。此外，本发明的螺线管装置可以应用在致动器中，例如锁定机构，该锁定机构通过柱塞的运动简单地在“打开”和“关闭”两种模式之间进行切换。即使在这种情况下，可移动构件也可以关于施加到在OFF端处处于静摩擦状态下的可移动构件的电流响应波形通过克服例如弹簧的推动负载而从电流低的早期开始进行操作。因此，缩短了响应时间，从而在操作开始时适当地限制了移动速度和惯性力。因此，可以获得这样的优点：止动件构件的耐久性得到改善，并且在使可移动构件抵靠止动件构件时所产生的碰撞声受到限制。

本公开不应限于上述实施例，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以实现各种其他实施例。

Claims (6)

1.一种螺线管装置，包括：

线圈(12)；

芯(20)，其放置在所述线圈(12)的径向内侧并具有柱塞接收孔(30)，所述柱塞接收孔(30)沿中心轴线(Z)延伸并具有底部，其中所述芯(20)构造成在对所述线圈(12)通电时产生磁吸引力；以及

柱塞(60)，其接收在所述柱塞接收孔(30)中并且能够通过所述芯(20)的所述磁吸引力而沿着ON侧移动方向从OFF端移动ON端，所述OFF端定义为在所述线圈(12)的断电状态下所述柱塞(60)的位置，所述ON端定义为其中所述柱塞(60)接触设置在所述柱塞接收孔(30)的底部表面(32)处的止动件(37)的所述柱塞(60)的位置，同时所述ON侧移动方向定义为沿着所述中心轴线(Z)从所述OFF端朝所述ON端的方向，其中：

所述芯(20)包括：

主吸引部(24)，其具有相对大的壁厚度并且构造为产生所述磁吸引力；

柱塞支撑部(21)，其可滑动地支撑所述柱塞(60)；以及

位于所述主吸引部(24)和所述柱塞支撑部(21)之间的薄壁部(22)和中断部(23)中的一个，其中所述薄壁部(22)具有相对小的壁厚度并且构造成限制在对所述线圈(12)通电时所产生的磁通量的流动，并且所述中断部(23)在所述主吸引部(24)和所述柱塞支撑部(21)之间中断；

所述主吸引部(24)的位于所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个所放置的一侧处的端部部分包括具有外直径的直径增加部(401-410)，所述外直径从所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个朝所述主吸引部(24)的厚壁部(25,26)按多个阶步以锥形形式增加；

所述直径增加部(401-410)具有至少三个角度部段，包括：

第一角度部段(42)，其包括位于所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个所放置于的那侧处的锥形起始点；

第三角度部段(46)，其包括位于所述厚壁部(25,26)所放置于的一侧处的锥形终止点；以及

第二角度部段(44)，其位于所述第一角度部段(42)和所述第三角度部段(46)之间；

在所述直径增加部(401-410)的轴向截面中，在所述薄壁部(22)设置在所述主吸引部(24)和所述柱塞支撑部(21)之间而作为所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个的情况下，作为所述锥形起始点的A点定义为所述薄壁部(22)的径向外表面和所述第一角度部段(42)之间的交叉点，或者在所述中断部(23)设置在所述主吸引部(24)和所述柱塞支撑部(21)之间而作为所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个的情况下，作为所述锥形起始点的所述A点定义为所述柱塞接收孔(30)的内周缘表面(31)和所述第一角度部段(42)之间的交叉点；

在所述厚壁部(25)的径向外表面与所述中心轴线(Z)平行的情况下，作为所述锥形终止点的B点定义为所述厚壁部(25)的所述径向外表面和所述第三角度部段(46)之间的交叉点，或者在所述厚壁部(26)的所述径向外表面不平行于所述中心轴线(Z)同时所述第三角度部段(46)沿所述ON侧移动方向延伸超过保持在所述ON端的所述柱塞(60)的远端端部表面(62)的位置的情况下，作为所述锥形终止点的所述B点定义为所述第三角度部段(46)和保持在所述ON端的所述柱塞(60)的所述远端端部表面(62)的假想延长线之间的交叉点；

参考圆锥形表面(Sref)定义为假想圆锥形表面，其通过围绕所述中心轴线(Z)旋转连接在所述A点和所述B点之间的直线而获得；以及

所述直径增加部(401-410)构造为满足范围条件和角度条件两者；

所述范围条件设定为使得所述第一角度部段(42)的径向外表面、所述第二角度部段(44)的径向外表面以及所述第三角度部段(46)的径向外表面定位为在从所述A点到所述B点的整个范围中沿着所述参考圆锥形表面(Sref)定位或定位在所述参考圆锥形表面(Sref)的径向外侧；并且

所述角度条件设定如下：

α≥θ，θ≥γ，θ>β

α≥γ>β

其中：

α表示第一角度，所述第一角度是所述第一角度部段(42)的梯度角度；

β表示第二角度，所述第二角度是所述第二角度部段(44)的梯度角度；

γ表示第三角度，所述第三角度是所述第三角度部段(46)的梯度角度；以及

θ表示参考角度，所述参考角度是所述参考圆锥形表面(Sref)的梯度角度；

将所述ON侧移动方向的梯度角定义为零度；并且

当所述第一角度部段(42)、所述第二角度部段(44)、所述第三角度部段(46)和所述参考圆锥形表面(Sref)从所述ON侧移动方向朝径向外侧倾斜时，将所述第一角度、所述第二角度、所述第三角度和所述参考角度分别假定为取正值。

2.根据权利要求1所述的螺线管装置，其中：

直终点定义为以下两者之间的交叉点：

圆角部(63)和倒角部中的一个，其形成在所述柱塞(60)的所述远端端部表面(62)和所述外周缘表面(61)之间的拐角处；和

所述柱塞(60)的所述外周缘表面(61)的直线部(64)，其具有恒定的外直径；并且

当所述柱塞(60)保持在所述OFF端时，所述直终点轴向放置在所述薄壁部(22)和所述中断部(23)中的所述一个的中心位置(Zm)的放置有所述柱塞(60)的所述远端端部表面(62)的一侧上。

3.根据权利要求2所述的螺线管装置，其中，当所述柱塞(60)保持在所述OFF端时，所述直终点轴向地放置在所述A点的轴向位置的放置有所述柱塞(60)的所述远端端部表面(62)的一侧上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的螺线管装置，其中，所述第二角度(β)为零度。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的螺线管装置，其中，所述第一角度(α)等于或大于90度。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的螺线管装置，其中，在所述轴向截面中，所述第一角度部段(42)、所述第二角度部段(44)和所述第三角度部段(46)中的至少一个通过由曲线连接的对应边界连接到所述第一角度部段(42)、所述第二角度部段(44)和所述第三角度部段(46)中的另一个相邻角度部段。