螺線管傳動器的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年11月05日，申請號為201080060435. 5,發明名稱為"螺 線管傳動器"的申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種螺線管傳動器（solenoid actuator)，尤其但不排他地涉及用于 在燃料噴射器中使用的螺線管傳動器。
【背景技術】
[0003] 螺線管傳動器可以采用多種不同的形式。
[0004] 簡單的單動螺線管包括銜鐵、電磁線圈（經常被簡稱為"電磁體"）、磁芯和彈簧。 電磁體通電引起銜鐵移動。當電流被切斷時，彈簧促使銜鐵返回。永磁體添加到單動螺線 管使得銜鐵閂鎖。因此，當電流被切斷時，銜鐵保持在適當位置。為了釋放銜鐵，用沿反指 向流動的電流來通電電磁體。
[0005] 雙動螺線管通常包括兩個電磁體。雙重閂鎖可以通過使用永磁體來實現，例如，如 在US 4 751 487A中所描述的。
[0006] 在一些類型的螺線管中，銜鐵被傾斜而不是被線性地平移。這類螺線管的示例可 以在平衡銜鐵變換器（balanced armature transducer)中找到，例如在US 1 365 898A中 所描述的平衡銜鐵變換器。
[0007] 某些類型的螺線管傳動器可以被應用在燃料噴射器和發動機閥中。
[0008] 例如，US2007/0095954A描述了一種燃料噴射器，其具有在縮進位置和拉伸位置之 間可移動的扣釘（pintle)以及將扣釘朝向其縮進位置偏置的復位彈簧。具有電磁線圈和 可移動式銜鐵的單動非閂鎖式螺線管被用于將扣釘推動到其拉伸位置。因此，當電磁線圈 被通電時，扣釘被推動到其拉伸位置；并且當線圈停止被通電時，扣釘返回到其縮進位置。
[0009] EP 1 837 516A描述了單動非閂鎖式傳動器、永磁體、彈簧和電磁體，其中單動非 閂鎖式傳動器可移動成使燃料閥開啟和閉合，永磁體將銜鐵朝向閉合位置推動，彈簧將銜 鐵朝向開啟位置推動，電磁體產生與干擾永磁體磁場的磁場，這樣至少減小了由永磁體提 供到銜鐵的力。當電磁體不被通電時，永磁體施加磁力以將閥保持在閉合位置。當電磁體被 通電時，其產生使永磁體所產生的力減小的磁場。在彈簧的作用下，銜鐵移動到開啟位置。 當電磁體被切斷時，永磁體的力閉合閥。選擇性地，電流通過電磁體的方向可以被反轉，這 有助于磁場閉合閥。
[0010] EP 2 194 543A描述了一種燃料噴射器，其包括雙動非閂鎖式螺線管傳動器，該雙 動非閂鎖式螺線管傳動器具有銜鐵、第一電磁線圈和彈簧，其中第一電磁線圈被布置成使 銜鐵沿第一方向移動，彈簧幫助迫使銜鐵沿第二方向移動并將其保持在第一（即，閉合）位 置。該螺線管傳動器還包括第二電磁線圈和關聯于第二電磁線圈的永磁體。永磁體產生磁 場，該磁場起到使銜鐵沿第二方向移動并將銜鐵保持在第一位置的作用。第二電磁線圈產 生與永磁體產生的磁場方向相反的磁場。因此，當第二電磁線圈被通電時,其抵消永磁體 的磁場。同時或者不久以后，第一電磁線圈被通電，從而使銜鐵沿第一方向朝著第二位置移 動。當第一電磁線圈和第二電磁線圈停止被通電時，由彈簧和永磁體產生的力起到使銜鐵 返回到其第一位置的作用。
[0011] US 5 494 219A描述了一種具有雙動傳動器的燃料噴射系統的控制閥組件，該雙 動傳動器包括銜鐵、第一和第二線圈、以及第一和第二永磁體。銜鐵由第一永磁體保持在第 一位置。第一線圈被通電，其抵消由第一永磁體產生的磁場。隨后第二線圈被通電，其產生 與由第二永磁體產生的磁場方向相同的磁場，從而將銜鐵朝向第二位置拉動。第一線圈被 切斷，并且一旦銜鐵達到第二位置，第二線圈便也被切斷。銜鐵由第二永磁體保持在第二位 置。第一和第二線圈交換操作的過程可以被重復，從而將銜鐵返回到第一位置。
[0012] US 5 961 045A描述了一種具有提升閥構件的燃料噴射器的控制閥，并且其包括 具有銜鐵、線圈和復位彈簧的單動螺線管，其中銜鐵包括永磁體并且提升閥構件被附加到 該銜鐵。共同地，復位彈簧和永磁體通常將提升閥構件偏置到第一、開啟位置。永磁體被 定向成使得在線圈被通電時，永磁體從線圈和通量載體推離，將提升閥推動到第二、閉合位 置。
[0013] EP 1 939 440A描述了一種具有雙動雙重閂鎖式螺線管的燃料噴射閥，該螺線管 包括被布置在獨立地可操作的第一和第二線圈之間的永磁體銜鐵。第一和第二線圈可操作 成分別地排斥和吸引銜鐵，并由此移動由銜鐵支撐的針閥。
[0014] 螺線管傳動器還可以被用于控制燃燒室的入口閥和排氣閥，例如在GB 2 208 041A中所描述的。在該配置中，閥閉合構件通過永磁體的磁極抵抗壓縮的彈簧的力而被閂 鎖到開啟或者閉合位置。與每個位置相關聯的線圈在用電流脈沖激活時抵消保持閥閉合構 件的永磁極的磁場，并允許壓縮的彈簧使閥閉合構件朝向其它位置而快速地移動通過中央 的中性位置。
[0015] 在W02005/043266A中還描述了另一個傳動器，并且其被應用在超速工具伺服裝 置（ultrafast tool servo)。該傳動器包括第一和第二線圈、永磁體和由彎曲部（flexure) 支撐的銜鐵。

【發明內容】

[0016] 本發明旨在提供改進的螺線管傳動器。
[0017] 根據本發明的某些實施方式的第一方面，提供一種短行程式螺線管傳動器（short travel solenoid actuator),其包括：至少一個極片；銜鐵，其例如布置在第一極片和第二 極片之間；電磁鐵線圈，其布置成響應于通電而引起銜鐵在第一位置和第二位置之間行進； 永磁體，其被定位并定向成使得在銜鐵分別處于第一位置和第二位置時將銜鐵R鎖在第一 位置和第二位置；以及彈簧，其被布置用于偏置銜鐵，該彈簧提供足夠的力以便于阻止銜鐵 閂鎖在第二位置。
[0018] 術語"短行程"旨在表示銜鐵和極片被布置為具有間隙長度，該間隙長度至少是 比與間隙鄰近的磁性材料的最窄寬度（或者最窄有效寬度）小的數量級，磁性材料即磁極 (pole)或銜鐵，其中磁通流入間隙進入磁極或銜鐵，或從磁極或銜鐵流入間隙。如果間隙被 制得較短或者磁性材料被制得較寬，則磁場橫過間隙寬度變得更均勻。磁性材料的寬度可 以是最大間隙長度的至少10倍、至少20倍、至少50倍、至少100倍、至少200倍或者至少 500倍。優選地，在第一位置和第二位置中的一處或者在第一位置和第二位置之間，彈簧具 有中性點，即，彈簧不施加力時所在的位置。
[0019] 可以由具有足夠高彈簧常數的彈簧來提供足夠的力。在第一和/或第二位置中的 閂鎖區域（latching field)可以在大約1和1.5T之間。彈簧（或者如果使用多于一個 彈簧，則彈簧共同地或者組合地）可以具有至少為20NcnT 2XA/t的彈簧常數k(單位為N/ μ m),其中A是單位為cm2的極片的有效面積,而t是間隙長度（單位為μ m)。有效面積可 以是極片的面的面積減去線圈所占有的面積，即磁性材料的面的面積。彈簧可以具有至少 為40NcnT 2XA/t的彈簧常數。面積A可以在0.2cm2和5cm2之間。彈簧可以傳遞彈簧力， 該彈簧力具有與行進反向的方向。彈簧可以包括彎曲部或者同心管風箱（concentric tube bellow)，彎曲部例如為具有長度、寬度和厚度的平板彎曲部，其中長度大于厚度，并且其中 行進方向設置成沿著彎曲部的長度，同心管風箱包括具有公共軸線的第一管和第二管，其 中行進方向沿著該軸線。
[0020] 銜鐵在第一位置和第二位置之間的行進長度可以不大于500 μ m、不大于200 μ m、 或者不大于100 。行進長度可以在20 μ m和80 μ m之間。
[0021] 磁極和/或銜鐵的寬度可以至少是該銜鐵和該磁極之間的間隙長度的10倍。
[0022] 磁極和/或銜鐵的寬度可以至少是該銜鐵和該磁極之間的間隙長度的100倍。
[0023] 磁極和/或銜鐵的寬度可以至少是該銜鐵和該磁極之間的間隙長度的200倍。
[0024] 永磁體可以由銜鐵支撐以便于隨銜鐵移動。永磁體可以由極片來支撐。銜鐵可以 是平坦的，并在銜鐵的行進方向具有厚度。銜鐵的厚度可以至少為1_。銜鐵的厚度可以在 3_和5_之間。永磁體可以是環狀的。傳動器可以包括至少兩個永磁體。傳動器可以包 括被布置在銜鐵中心任一側的兩個永磁體，并且該永磁體具有徑向地定向的（例如，向內 定向的）磁化。傳動器可以包括圍繞銜鐵中心有角度地隔開的三個或者更多（例如四個、 六個或者八個）永磁體，并且該永磁體具有徑向地定向的（例如，向內定向的）磁化。所述 線圈可具有環狀寬度（w。)，所述環狀寬度〇〇可以不大于磁極的寬度（W 2)的0.5倍。線圈 可以具有環狀寬度，該環狀寬度不大于第一極片寬度的〇. 1倍。
[0025] 傳動器可以包括另一個電磁線圈。
[0026] 所述至少一個極片可提供沿著所述行進方向而間隔開的第一磁極和第二磁極，并 且其中所述銜鐵可被布置在所述第一磁極和所述第二磁極之間。
[0027] 所述至少一個極片可包括沿著所述行進方向而間隔開的第一極片和第二極片，并 且其中所述銜鐵可被布置在所述第一極片和所述第二極片之間。
[0028] 根據本發明的第二方面，提供一種傳動器，其包括至少一個極片、銜鐵、用于引起 銜鐵在第一位置和第二位置之間行進的電磁鐵線圈、被配置成使得至少將銜鐵閂鎖在第一 位置的永磁體、以及被布置用于偏置銜鐵的彈簧。
[0029] 根據本發明的第三方面，提供一種用于控制流體流動的設備，該設備包括傳動器。
[0030] 根據本發明的第四方面，提供一種包括傳動器的燃料噴射器。
【附圖說明】
[0031] 現在將參考附圖通過示例的方式來描述本發明的某些實施方式，在附圖中：
[0032] 圖1是帶有剛性彈簧的單動螺線管傳動器的示意圖；
[0033] 圖2a示出圖1中示出的傳動器的飽和線圈電流對銜鐵位置的依賴關系；
[0034] 圖2b示出圖1中示出的傳動器的彈簧特性；
[0035] 圖2c示出圖1中示出的傳動器的恒定通量處的磁力特性；
[0036] 圖2d示出圖1中示出的傳動器的組合力特性；
[0037] 圖3是包括第一和第二背對背單動傳動器的傳動器的示意圖；
[0038] 圖4a示出圖3中示出的傳動器的飽和線圈電流對銜鐵位置的依賴關系；
[0039] 圖4b示出圖3中示出的傳動器的彈簧特性；
[0040] 圖4c示出圖3中示出的傳動器的磁力特性；
[0041] 圖4d示出圖5中示出的傳動器的組合的彈簧力和磁力的特性；
[0042] 圖5是根據本發明的螺線管傳動器的示意圖；
[0043] 圖5a是圖5中示出的螺線管傳動器的透視剖視圖；
[0044] 圖6a示出圖5中示出的傳動器的飽和線圈電流對銜鐵位置的依賴關系；
[0045] 圖6b示出圖5中示出的傳動器的彈簧特性；
[0046] 圖6c示出圖5中示出的傳動器的磁力特性；
[0047] 圖6d示出圖5中示出的傳動器的組合力特性；
[0048] 圖6e示出圖3和圖5中示出的傳動器的感應系數與銜鐵位置的狀態特性；
[0049] 圖7是燃料噴射器的局部剖面，該燃料噴射器包括根據本發明的螺線管傳動器， 該螺線管傳動器包括一組管風箱（tube bellows);
[0050] 圖7a是圖6中示出的一