[发明专利]高功率密度电磁致动器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁致动器。更具体地，本发明的领域涉及用于机动车辆应用中的电磁致动器。

背景技术

在电磁致动器设计的历史中，一个不变的追求是，通过降低电磁致动器的重量、最大化电磁致动器的力输出或最小化给电磁致动器提供动力所需的电流来使效率(有时候被称为功率密度)最大化。电磁致动器通常具有壳体、磁连接至壳体的通量回流(通常被称为通量管)以及通过通量扼流圈与通量回流磁隔开的极靴。磁衔铁可滑动地安装在通量回流和极靴内。理想地，衔铁、通量扼流圈与极靴之间的径向间隙应当足够宽，以允许衔铁自由移动，但其应当尽可能狭小，以使磁效率最大化。

在电磁阀中使用的电磁致动器的示例示出在序列号为14/408,044的美国专利申请(米尔斯等人，下文称为“米尔斯”)中，其中该专利申请于2015年5月28日作为公开为第2015/0144820号美国专利公开，其公开内容以引用的方式加入本文中。

米尔斯公开了具有铁磁壳体10的电磁阀7。壳体10沿其下端具有一系列狭槽(未示出)，以有助于弯曲突片12，这些突片与液压本体16的倾斜部分14相接触，以将其捕获至壳体10和通量垫圈或极靴18。通常而言，壳体10沿其下端是打开的，但在其顶端20上是关闭的。壳体10形成大体上呈管状的封套。可对壳体10进行机加工、深拉或锻造。通常被称为通量回流或通量管22的第一铁磁环形构件位于壳体内部，并在其中大体上轴向延伸。通量管22通过非磁性对齐管24与通常被称为极靴分路26的第二铁磁环形磁构件径向对齐。极靴分路26通过一体化的极靴18与壳体磁连接。极靴18沿着轴向接口80与液压本体接触。间隙28使通量管22与极靴分路26在轴向上磁隔开。线圈和线轴组件30使通量管22及极靴分路26与壳体10径向并列。该线圈和线轴组件包括通常为聚合物的非磁线轴32，其由铜线圈束34所包围。线圈34电致动以致动铁磁衔铁36的移动。电连接器35被设置以为线圈34提供电流。

铁磁衔铁36可滑动地安装在通量管22和极靴26内。壳体的顶端20具有朝下向内延伸的凹坑42，以有助于防止衔铁36与壳体10发生磁锁定。衔铁36或通量管22及极靴26可具有由非磁性材料(诸如镍或其他非磁性化合物)组成的薄内衬，从而有助于防止发生侧锁定。衔铁36还具有一系列轴向通道46，以允许电磁阀7内的流体在衔铁36的轴向侧之间移动。衔铁36通过与衔铁36相连接的球体52使阀构件50发生移动。

液压本体16具有由横孔56所提供的排气进口/出口通道。横孔58与供给压力相连。轴向孔60与控制压力相连。如图所示，螺线管7通常为低控制压力电磁阀。液压本体16为具有金属内衬垫或套管64的聚合物构件。具有滑阀部分66的阀构件50可滑动地安装在套管内。滑阀部分66通过与垫圈70接合的弹簧68进行弹簧偏置。滑阀66具有与贯穿一系列横孔74的控制压力相连接的内部通道72。通常，横孔74设置为在其中它们与横孔56流体上连通，从而使控制压力与排气相连通。为了使控制压力与供应压力相连，致动线圈34引起衔铁36移动以抵抗弹簧68的偏置，从而导致横孔74与液压本体横孔58的流体连通，该液压本体横孔与流体供给连接以增加系统中的液压。线圈34的致动在极靴，壳体和通量管中产生了通量环路。由于间隙28，通量环路将跳过衔铁36，然后通过衔铁退出到极靴分路26，导致衔铁36到达最小磁阻点从而导致衔铁36向下移动。

如上所述，衔铁可以镀镍，以使螺线管磁体设计的非工作气隙最小化，从而提高螺线管效率并增加螺线管功率密度。在设计和制造上花费了大量精力来对齐极靴和通量管的中心线，以使衔铁与极靴分路之间的偏心最小。任何偏心都会对螺线管的滑动摩擦产生不利影响，因为磁性侧载对偏心非常敏感。此外，衔铁和极靴分路之间的公称径向间隙被设计为足够大以保持磁侧载在不够理想的对齐和偏心的控制下。

在随后电磁致动器17的生成(图2)中，提供了一体式成核设计，其中，通量回流管19和极靴分路21被制造为具有薄的“通量桥”25以连接这两部件的单件钢23。通过以这种方式制造所述组件，实现了近乎完美的偏心，并且减小衔铁37和极靴分路21之间的公称间隙以提高电磁致动器17的磁效率。然而，由于在所引入的“通量桥”中的磁短路，效率的损失抵消了一些这种改进的效率。

最为两全其美的是：径向间隙小并且在通量回流和极靴分路之间没有短路。

发明内容