[发明专利]电子控制的螺线管

说明书

本申请在2013年5月31日提交为PCT国际专利申请，并要求在2012年5月31日提交的美国专利申请序列号No.13/485,262的优先权，其公开通过引用以整体并入本文。

技术领域

本申请一般涉及螺线管设计；本申请特别涉及电子控制的螺线管。

背景技术

螺线管是常用的、用于将电能转换成直线运动的电子致动换能器装置。例如，可使用螺线管作为车辆起动机的一部分，或作为用于在其中一般需要短距离运动的其它机电装置的控制系统的一部分。一般来说，螺线管包括可在两个位置之间移动的可移动部件(诸如活塞)并且(例如通过弹簧)偏移到两个位置中的一个。通过流过线圈的电流致动活塞到第二位置的移动，该移动感应产生抵消弹簧力的力的磁场。

在一些应用中，需要具有相对高的拉入力和/或长行程的螺线管。例如，使用在航空类型应用中的螺线管通常需要具有非常强的保持力并且需要有长致动行程。图1示出了这种大力长行程螺线管的一个示例。在该布置中，螺线管10具有螺线管主体12。活塞14部分保留在主体12内并且在延伸和拉入位置之间可移动。通过位于主体12内的弹簧16将活塞14偏移到延伸位置。线圈18也位于主体内并被配置成当线圈18接收到足够幅度以生成磁信号来抵消弹簧16的力的信号(例如通过线圈的电流)时，线圈18接合活塞14，从而将活塞14移动到拉入位置。螺线管10可以具有如连接器20所示的单独接口，通过该接口可将电线连接到线圈18以用于控制螺线管10。

这种类型的螺线管通常具有超过14磅(例如15磅)的拉入力并且超过大约1/4英寸的行程(即在致动和非致动位置之间的距离)需要特殊设计考虑。大力和长行程驱使线圈设计成高匝数，这增加了螺线管的重量、体积以及功率损耗。例如，通常该螺线管需要线圈中超过2000的匝数，并可能需要高达100磅的保持力。

然而，这些大力需要大电流以生成足够幅度的磁场；同时，需要低运行电流以最小化线圈热量(heath)并减小向螺线管供电的系统所需求的电功率。在一些情况中，该需求可以是大约45W以从螺线管的延伸位置到拉入位置致动螺线管，以及14W(持续的)以将螺线管保持在拉入、致动位置。

为了缓和该专用螺线管的高功率需求，减小在保持期间线圈两端的电流，因为螺线管所需的保持力一般低于致动力。图2示出这样的电路的示例。在该布置中，螺线管10包括具有电阻18a的螺线管线圈18，并且其与二极管22并联连接。可从电压连接到接地(供电的)连接在螺线管10和二极管22两端施加电压。附加电阻器24可选择性地与组合的螺线管10和二极管22串联连接，并连接到第二接地(保持)连接。为了致动螺线管，在电压和接地(供电的)连接两端分配高电流，从而最大化螺线管线圈两端的电流并致动螺线管。一旦致动了螺线管10，则外部控制器可切换所用的电路使得在电压和接地(保持)连接两端施加相同电压，从而将电阻器24引入电路并降低通过线圈18的总电流。

然而，甚至这些现有螺线管设计也有各种缺点，因为在这些情况中螺线管仍需要有很大数量的匝数并需要大保持力，从而使得螺线管庞大且能源利用率低。

出于这些或其它原因，期望有所改进。

发明内容

依照以下公开，上述及其它问题解决如下：

在第一方面，螺线管组件包括开关调节器，其具有输入功率连接、输入切换连接及输出信号连接。螺线管组件还包括螺线管，其电连接到开关调节器的输出信号连接并且在延伸位置和拉入位置之间可电致动。螺线管组件还包括输出电平开关，其电连接到开关调节器的输入切换连接和输出信号连接。螺线管组件包括定时器，其电连接到开关调节器的输出与输出电平开关的输入。定时器被配置成在感测开关调节器的输出上的信号的预定时间后，在输出电平开关的输出处生成信号，从而使输出电平开关在开关调节器的输入切换连接处生成保持信号。一旦在输入切换连接处接收保持信号，则开关调节器使在输出电压连接上的输出信号从切换电平切换到保持电平。

在第二方面，电子控制的螺线管包括螺线管和电路。螺线管包括活塞，其在延伸位置和拉入位置之间可电致动；线圈，其包围活塞的至少一部分；以及弹簧，其将活塞朝向延伸位置偏置。电路连接到线圈并被配置成在线圈上生成致动信号，从而将活塞从延伸位置移动到拉入位置，并且在预定时间段之后，在线圈上生成保持信号，该保持信号具有比从延伸位置到拉入位置致动螺线管所需的幅度更低的幅度。