[發明專利]高功率密度電磁致動器

在審

• 申請號: 201580081635.1
• 申請日: 2015-07-13
• 公開（公告）號: CN107851499A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: J·J·沃特斯特雷德
• 申請（專利權）人: 博格華納公司
• 主分類號: H01F7/16
• 分類號: H01F7/16;F16K31/06;F16K31/10
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 徐舒

技術領域

本發明涉及電磁致動器。更具體地，本發明的領域涉及用于機動車輛應用中的電磁致動器。

背景技術

在電磁致動器設計的歷史中，一個不變的追求是，通過降低電磁致動器的重量、最大化電磁致動器的力輸出或最小化給電磁致動器提供動力所需的電流來使效率(有時候被稱為功率密度)最大化。電磁致動器通常具有殼體、磁連接至殼體的通量回流(通常被稱為通量管)以及通過通量扼流圈與通量回流磁隔開的極靴。磁銜鐵可滑動地安裝在通量回流和極靴內。理想地，銜鐵、通量扼流圈與極靴之間的徑向間隙應當足夠寬，以允許銜鐵自由移動，但其應當盡可能狹小，以使磁效率最大化。

在電磁閥中使用的電磁致動器的示例示出在序列號為14/408,044的美國專利申請(米爾斯等人，下文稱為“米爾斯”)中，其中該專利申請于2015年5月28日作為公開為第2015/0144820號美國專利公開，其公開內容以引用的方式加入本文中。

米爾斯公開了具有鐵磁殼體10的電磁閥7。殼體10沿其下端具有一系列狹槽(未示出)，以有助于彎曲突片12，這些突片與液壓本體16的傾斜部分14相接觸，以將其捕獲至殼體10和通量墊圈或極靴18。通常而言，殼體10沿其下端是打開的，但在其頂端20上是關閉的。殼體10形成大體上呈管狀的封套。可對殼體10進行機加工、深拉或鍛造。通常被稱為通量回流或通量管22的第一鐵磁環形構件位于殼體內部，并在其中大體上軸向延伸。通量管22通過非磁性對齊管24與通常被稱為極靴分路26的第二鐵磁環形磁構件徑向對齊。極靴分路26通過一體化的極靴18與殼體磁連接。極靴18沿著軸向接口80與液壓本體接觸。間隙28使通量管22與極靴分路26在軸向上磁隔開。線圈和線軸組件30使通量管22及極靴分路26與殼體10徑向并列。該線圈和線軸組件包括通常為聚合物的非磁線軸32，其由銅線圈束34所包圍。線圈34電致動以致動鐵磁銜鐵36的移動。電連接器35被設置以為線圈34提供電流。

鐵磁銜鐵36可滑動地安裝在通量管22和極靴26內。殼體的頂端20具有朝下向內延伸的凹坑42，以有助于防止銜鐵36與殼體10發生磁鎖定。銜鐵36或通量管22及極靴26可具有由非磁性材料(諸如鎳或其他非磁性化合物)組成的薄內襯，從而有助于防止發生側鎖定。銜鐵36還具有一系列軸向通道46，以允許電磁閥7內的流體在銜鐵36的軸向側之間移動。銜鐵36通過與銜鐵36相連接的球體52使閥構件50發生移動。

液壓本體16具有由橫孔56所提供的排氣進口/出口通道。橫孔58與供給壓力相連。軸向孔60與控制壓力相連。如圖所示，螺線管7通常為低控制壓力電磁閥。液壓本體16為具有金屬內襯墊或套管64的聚合物構件。具有滑閥部分66的閥構件50可滑動地安裝在套管內。滑閥部分66通過與墊圈70接合的彈簧68進行彈簧偏置。滑閥66具有與貫穿一系列橫孔74的控制壓力相連接的內部通道72。通常，橫孔74設置為在其中它們與橫孔56流體上連通，從而使控制壓力與排氣相連通。為了使控制壓力與供應壓力相連，致動線圈34引起銜鐵36移動以抵抗彈簧68的偏置，從而導致橫孔74與液壓本體橫孔58的流體連通，該液壓本體橫孔與流體供給連接以增加系統中的液壓。線圈34的致動在極靴，殼體和通量管中產生了通量環路。由于間隙28，通量環路將跳過銜鐵36，然后通過銜鐵退出到極靴分路26，導致銜鐵36到達最小磁阻點從而導致銜鐵36向下移動。

如上所述，銜鐵可以鍍鎳，以使螺線管磁體設計的非工作氣隙最小化，從而提高螺線管效率并增加螺線管功率密度。在設計和制造上花費了大量精力來對齊極靴和通量管的中心線，以使銜鐵與極靴分路之間的偏心最小。任何偏心都會對螺線管的滑動摩擦產生不利影響，因為磁性側載對偏心非常敏感。此外，銜鐵和極靴分路之間的公稱徑向間隙被設計為足夠大以保持磁側載在不夠理想的對齊和偏心的控制下。

在隨后電磁致動器17的生成(圖2)中，提供了一體式成核設計，其中，通量回流管19和極靴分路21被制造為具有薄的“通量橋”25以連接這兩部件的單件鋼23。通過以這種方式制造所述組件，實現了近乎完美的偏心，并且減小銜鐵37和極靴分路21之間的公稱間隙以提高電磁致動器17的磁效率。然而，由于在所引入的“通量橋”中的磁短路，效率的損失抵消了一些這種改進的效率。

最為兩全其美的是：徑向間隙小并且在通量回流和極靴分路之間沒有短路。

發明內容