專利名稱：電磁閥致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁致動器、尤其通過電磁來觸發(fā)的裝置。本發(fā)明尤其可以用在用來打開和關(guān)閉提升閥的裝置中。
背景技術(shù)：
提升閥用來控制流體的流動，并且同樣證明提供了一種用來控制和密封流體的較粗方法，這些流體不怕阻力的，例如在流體具有高溫和高壓的地方。尤其地，提升閥常常借助旋轉(zhuǎn)凸輪來操縱，而這些旋轉(zhuǎn)凸輪進行工作以克服以關(guān)閉閥的方式起作用的彈簧，該提升閥被用來控制空氣或者空氣和燃料的混合物的流入到內(nèi)燃機的燃燒室中并且控制燃燒產(chǎn)物離開內(nèi)燃機的燃燒室。
借助仔細地選擇凸輪輪廓，可以使閥關(guān)閉件接近閥座的方式和關(guān)閉件在關(guān)閉和打開位置之間的運動方式和速度產(chǎn)生小量的變化，及反之亦然，使快速離開閥實際打開和關(guān)閉的時間產(chǎn)生小量變化。關(guān)閉件的運動模式稱為閥運動輪廓。
在發(fā)動機使凸輪進行旋轉(zhuǎn)的地方，通常不可能改變一個發(fā)動機速度或者負荷和另一個之間的閥運動輪廓。但是，已長時間認識到，如果在不同速度或者負荷時采用不同閥運動輪廓，那么可以獲得更大的效率。但是，在機械驅(qū)動的凸輪涉及固定凸輪輪廓的地方，不得不選擇后者以在發(fā)動機速度和負載的期望范圍內(nèi)產(chǎn)生最好的折中閥運動輪廓。
通常的實踐是，限定出凸輪輪廓從而確保閥關(guān)閉件的前進速度是閥的最大速度的一小部分，從而在關(guān)閉時減少閥座上的撞擊應(yīng)力，同時在打開時和在其它部分的運動時提供閥關(guān)閉件的高速運動。
當(dāng)以高速運轉(zhuǎn)發(fā)動機時，需要以較大的加速和減速來操縱提升閥，并且常常發(fā)現(xiàn)，推桿、凸輪或者彈簧所產(chǎn)生的力是發(fā)動機運轉(zhuǎn)速度的限制因素。
為了更好地控制內(nèi)燃機的進氣閥和排氣閥的打開和關(guān)閉，尤其改變不同工作速度下的閥運動輪廓(profile)，因此已經(jīng)提出，用電磁螺線管致動器來取代凸輪，其中該致動器由來自計算機所控制的發(fā)動機處理系統(tǒng)的電流來驅(qū)動。但是至今，這些結(jié)果不能令人滿意。因此，當(dāng)用來以高速打開和關(guān)閉這些閥時，發(fā)現(xiàn)螺線管致動器產(chǎn)生較大的前進速度，并且當(dāng)工作速度增大時這些控制系統(tǒng)不能調(diào)節(jié)閥的動能。此外，電磁螺線管驅(qū)動不能實現(xiàn)燃燒室的進氣門和排氣門所需要的閥工作速度，這些燃燒室具有設(shè)計成以高速運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機活塞。
本發(fā)明的目的是提供一種磁致動器，該致動器更好地適合于控制內(nèi)燃機的進氣門和排氣門的打開和關(guān)閉。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電磁致動器，在該致動器中，轉(zhuǎn)子在定子中可以進行旋轉(zhuǎn)，該定子借助使電流流過與定子相關(guān)連的至少一個繞組而可以得到磁化，該轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定的停止位置之間可以旋轉(zhuǎn)，而這些穩(wěn)定停止位置借助彈簧和/或作用在轉(zhuǎn)子上的磁力的結(jié)合來限定出，其中在轉(zhuǎn)子運動的一部分期間，彈簧裝置儲存能量，并且在從一個停止位置到另一個停止位置的隨后運動期間，提供動能以使轉(zhuǎn)子進行加速，其中，當(dāng)電流在所述至少一個繞組中進行流動(該繞組足以克服把轉(zhuǎn)子保持在那個停止位置上的磁力)時，把磁扭矩施加在轉(zhuǎn)子上，從而使轉(zhuǎn)子沿著從那一個停止位置到另一個停止位置的方向進行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子借助機械連接件而連接到推力件上，借助該機械連接件，把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成基本上是線性的運動，該連接件具有機械增益，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，該機械增益以預(yù)定方式發(fā)生改變。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種前述的致動器，在該致動器中，轉(zhuǎn)子只具有兩個穩(wěn)定停止位置，每個停止位置由作用在轉(zhuǎn)子上的磁性和/或彈簧力來限定出，其中在轉(zhuǎn)子向著一個停止位置進行運動的期間，第一彈簧裝置儲存能量，并且提供動能以加速轉(zhuǎn)子從而遠離那個停止位置向著它的另一個停止位置，及當(dāng)轉(zhuǎn)子向著它的另一個停止位置進行旋轉(zhuǎn)以提供動能，從而當(dāng)它沿著相反方向移離所述另一個停止位置返回到它的第一停止位置上時在轉(zhuǎn)子上提供加速力時，第二彈簧裝置儲存能量。
機械增益變化稱為致動器的機械增益輪廓。典型地，該輪廓是非線性的。在一種布置中，機械增益隨著轉(zhuǎn)子的角度運動而改變假正弦曲線，但是進行改進，以致在一個停止位置附近，轉(zhuǎn)子的角度運動導(dǎo)致推力件進行基本上是非線性的運動。
在轉(zhuǎn)子和推力件之間使用改變的機械增益驅(qū)動，可以在轉(zhuǎn)子運動和推力件運動之間產(chǎn)生非線性關(guān)系。
典型地，定子具有偶數(shù)個極，而轉(zhuǎn)子包括永磁體裝置，并且具有偶數(shù)個節(jié)，這些節(jié)借助永磁體裝置繞著轉(zhuǎn)子交替地磁化北極和南極。
優(yōu)選地，由于只有磁能量而作用來把轉(zhuǎn)子保持在任何一個停止位置上的磁力與由彈簧裝置所形成的停止位置相一致。
優(yōu)選地，停止位置與這樣的位置相一致在這些位置上，節(jié)和極對準。
環(huán)繞著定子的每個極，具有電繞組，在該電繞組借助電流來供電時，該電繞組在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生磁發(fā)電機運動力。這些繞組通過電流脈沖來連續(xù)地供電，定時成與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置和所需要的扭矩相一致。
優(yōu)選地，定子具有八個隔開的電磁極化極，及轉(zhuǎn)子具有四個隔開的永久磁化節(jié)。優(yōu)選地，這些極和節(jié)以相等的距離隔開。
當(dāng)用來打開和關(guān)閉內(nèi)燃機的進氣門或者排氣門時，與閥關(guān)閉位置相對應(yīng)的停止位置稱為初始停止位置。機械增益輪廓布置來在閥開始打開的旋轉(zhuǎn)位置上產(chǎn)生較高的機械增益。在初始打開閥之后，該輪廓是這樣的，以致機械增益減少了，然后又增大了，直到閥完全打開為止。機械增益又減少到另一個最小值，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子向著它的初始第一停止位置進行旋轉(zhuǎn)時升高，閥靠近它的原始關(guān)閉位置，在沒有進一步使閥進行運動的情況下，轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)通過該位置，直到轉(zhuǎn)子又處于它的第一停止位置上為止。
借助使用具有變化機械增益的驅(qū)動裝置，在關(guān)閉到較小程度時，可以減少前進速度，從而減少閥和閥座上的磨損及噪聲。
借助使用具有變化機械增益的驅(qū)動裝置，也可以使作用在閥上的力最大化，在發(fā)動機的點火沖程完成并且該室已被排空準備來接受下一個燃料和空氣的充量之后，由于燃燒室內(nèi)的殘余氣體壓力而需要該力來克服作用在關(guān)閉件上的氣體壓力。
如果驅(qū)動裝置的機械增益輪廓允許轉(zhuǎn)子在閥沒有任何必然線性運動的情況從它的第一停止位置產(chǎn)生一些旋轉(zhuǎn)運動，那么到閥關(guān)閉件上的連接可以被認為是具有一些空動，在力施加到作用在閥上的推力件上之前，該空動開始時使轉(zhuǎn)子以很小的運動阻力進行旋轉(zhuǎn)一個較小的角度。
在初始運動期間，在驅(qū)動裝置和推力件之間或者在推力件和閥關(guān)閉件之間產(chǎn)生了空動。
在形成4沖程發(fā)動機工作循環(huán)的曲軸兩轉(zhuǎn)期間，任何一個閥常常在曲軸旋轉(zhuǎn)200到290度之間打開，因此每隔720度的曲軸旋轉(zhuǎn)，閥進行完全的打開和關(guān)閉順序。
借助采用與變化機械增益和停止或者空動(在停止或者空動期間，閥保持關(guān)閉，同時轉(zhuǎn)子仍然自由運動)相相系，與閥打開的時間相比，轉(zhuǎn)子運動一個更長的時間。對于給定的電磁致動器電驅(qū)動扭矩和旋轉(zhuǎn)慣性而言，這允許閥在一個更短的時間內(nèi)打開和關(guān)閉，因此對于一個給定的閥打開曲軸角度而言允許發(fā)動機運轉(zhuǎn)得更快。
在根據(jù)所述一個方面所構(gòu)造出的致動器中，在閥關(guān)閉時，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于它的第一停止位置上時單個彈簧儲存機械能。該彈簧可以包括彈性懸臂彈簧臂，該臂的自由端壓在偏心裝置的外圓周上，該偏心裝置與轉(zhuǎn)子一起進行旋轉(zhuǎn)，及在這樣做時使臂偏轉(zhuǎn)，并且在這樣做時，在其內(nèi)儲存能量。偏心裝置相對于轉(zhuǎn)子的角度位置是這樣的，當(dāng)閥打開時，從彈簧中釋放能量，從而有助于轉(zhuǎn)子加速以打開閥，并且當(dāng)閥關(guān)閉時，偏心裝置又使彈簧臂進行偏轉(zhuǎn)，因此能量又儲存在其中，這使得轉(zhuǎn)子向著第一停止位置減速。
當(dāng)彈簧處于它的最大釋放量或者很小偏轉(zhuǎn)量的位置上時，閥完全打開。這個位置稱為第二停止位置。
當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，來自永磁體裝置的儲存磁能的脈動所產(chǎn)生的扭矩產(chǎn)生了所謂的磁轉(zhuǎn)矩變動。如果這種磁轉(zhuǎn)矩變動較大，那么轉(zhuǎn)子和閥可以具有許多第二停止位置。
在閥是內(nèi)燃機的一個閥并且每個閥借助上述致動器來操縱時，借助把保持電流輸送到繞組中，使閥旋轉(zhuǎn)不同角度范圍以適合于發(fā)動機的不同工作條件。
彈簧裝置的工作提供了能量再循環(huán)，并且與以相同慣性和速度采用傳統(tǒng)電磁致動器相比，允許致動器通過輸入較小的電能以高速進行工作。
當(dāng)發(fā)動機以高速進行工作時閥關(guān)閉件(提升閥)的運動類似于中斷的擺動，并且本發(fā)明所提供的彈簧裝置吸收來自關(guān)閉件擺動和擺動轉(zhuǎn)子運動的能量。
在四沖程內(nèi)燃機中，在打開閥期間閥關(guān)閉件上的氣體力隨著發(fā)動機負荷的改變而改變。盡管一旦閥打開，氣體壓力快速下降并且?guī)缀鯖]有不得不做的進一步工作來連續(xù)地使關(guān)閉件移離座，但這影響開始時不得不做以從它的關(guān)閉位置上釋放閥的機械工作量。
優(yōu)選地，控制系統(tǒng)設(shè)置來把電能的脈沖供給到繞組中，該繞組進行工作以在每個電流脈沖中提供所需要的瞬間電能，以響應(yīng)變化的發(fā)動機負荷來控制相位(即正時)和/或每個脈沖的持續(xù)時間，從而在閥打開和關(guān)閉期間在每個時刻產(chǎn)生足夠大的磁扭矩，從而在這個循環(huán)內(nèi)在那個時間克服作用在閥關(guān)閉件上的力，并且它可以隨著負荷、曲柄角從一個循環(huán)到另一個循環(huán)地進行改變。
在優(yōu)選實施例中，定子具有繞著轉(zhuǎn)子等距離地隔開的八個極，并且轉(zhuǎn)子具有四個等距離地隔開的節(jié)，這些節(jié)通過轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體裝置來磁化，如果定子的每個極的圓周范圍具有大約每個轉(zhuǎn)子節(jié)的一半，那么該轉(zhuǎn)子在正常情況下通常保持對準在一對鄰近定子極之間。當(dāng)由永磁體裝置所感應(yīng)出的磁通量可以以最小阻力流過磁路時，該系統(tǒng)產(chǎn)生最小的磁能量。
初始運動由到達繞組的電流脈沖來產(chǎn)生，這種流動方向可以使轉(zhuǎn)子節(jié)受到抵制以遠離位于節(jié)的一側(cè)(后側(cè))上的極，并且同時受到節(jié)的另一側(cè)(前側(cè))上的極的吸收。當(dāng)轉(zhuǎn)子節(jié)剛好移出與定子極對準的位置時，借助使電流方向反向，使驅(qū)動扭矩連續(xù)地作用在轉(zhuǎn)子上，從而使轉(zhuǎn)子加速。
為制動轉(zhuǎn)子的運動，因此繞組可以短路，從而在合適探測電流的初始脈沖時使感應(yīng)電流在繞組中進行流動，因此使定子極性反向并且消耗轉(zhuǎn)子、連接件和閥系統(tǒng)的動能。這個作為繞組中的熱量出現(xiàn)。此外，控制系統(tǒng)可以產(chǎn)生類似的(反向)電流，從而使減速扭矩的方向反向，并且使轉(zhuǎn)子停止在通過閥控制流體流所需要的停止位置如它的第一停止位置或者任何其它停止位置上。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面所構(gòu)造出的致動器中，當(dāng)只需要很小的力來移動閥關(guān)閉件時，彈簧裝置儲存來自電樞運動的能量，并且通常地，一旦電樞運動離開移動位置的端部，這就可以被釋放。
當(dāng)轉(zhuǎn)子處于與閥關(guān)閉時相對應(yīng)的位置上，借助永磁體的磁通量所產(chǎn)生的力來抵抗儲存在彈簧裝置中的能量。這種阻力稱為“轉(zhuǎn)矩變動”，并且如果永磁體具有足夠的功率，那么不需要電流來把轉(zhuǎn)子保持在那個位置上。當(dāng)閥完全打開時，相同情況可以施加在轉(zhuǎn)子移動的另一端上，并且轉(zhuǎn)矩變動又進行工作，及又根據(jù)永磁體的強度，不需要電流來把轉(zhuǎn)子保持在它的停止位置上。
因此，永磁體的磁通量和產(chǎn)生扭矩變動的彈簧力的相互作用用來把轉(zhuǎn)子保持在移動位置的兩端上，因此不需要電力來把轉(zhuǎn)子保持在這些停止位置中的每一個上，轉(zhuǎn)子和定子可以連接到只具有兩個位置的步進電機上。如果永磁體的磁通量不夠大，那么它可以借助該繞組或者每個繞組中的穩(wěn)定電流來加強，在轉(zhuǎn)子運動期間，該穩(wěn)定電流可以用電流脈沖來取代。
在定子具有以兩個相反成對進行布置的四個極及轉(zhuǎn)子是永磁體的地方，轉(zhuǎn)子在正常情況下與一對極局部對準地停止，并且借助使轉(zhuǎn)子受到排斥以離開局部對準的極的電流脈沖來產(chǎn)生初始運動，這種初始運動有助于旋轉(zhuǎn)運動，類似電流脈沖可以施加到其它繞組中以在它們和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生吸引力，因此轉(zhuǎn)子從一對中受到排斥，并且同時吸收到另一對極中。借助使在繞組中進行流動的電流方向反向，轉(zhuǎn)子剛好運動成不與所述其它對的極相對準。
在本發(fā)明一個方面的一個實施例中，在該發(fā)明中，如果需要的話，那么轉(zhuǎn)子可以沿著相同方向連續(xù)地進行旋轉(zhuǎn)，該致動器包括a)定子由八個成圓形布置的、徑向向內(nèi)的的極形成，每個極用絕緣導(dǎo)體來纏繞，從而在每個極上產(chǎn)生電磁裝置，b)轉(zhuǎn)子，它包括兩對沿著直徑方向相對的永磁體極，磁方向繞著轉(zhuǎn)子交替為北-南-北-南，因此通過合適的撇去，轉(zhuǎn)子沿著每個方向可以旋轉(zhuǎn)；c)彈簧元件，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到第一停止位置上時，它儲存機械能；d)銷，它由管形輪元件來包圍，它從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線并且平行于該軸線地橫向地延伸，但是偏離該軸線；e)第一杠桿，它繞著平行于轉(zhuǎn)子軸線的軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝；f)第一杠桿中的弧形槽，輪和銷安裝在該槽中，輪在該槽中相對于槽可以進行滾動或者滑動，并且也可以把旋轉(zhuǎn)運動傳遞到杠桿上，機械增益隨著轉(zhuǎn)子的角度位置進行改變范圍，銷和輪的角度運動使杠桿中的角度運動產(chǎn)生到該范圍，該角度運動由槽的形狀來確定，g)第一杠桿，它具有十字銷接頭，從而把推力傳遞到致動器的外部中；h)套從轉(zhuǎn)子進行延伸，該轉(zhuǎn)子與第二杠桿相接觸，i)第二杠桿形成有弧形接觸表面，從而使彈簧經(jīng)過滑動球軸承裝置進行移動，因此彈簧位移是轉(zhuǎn)子角度位置的函數(shù)，j)第二杠桿的弧形表面提供了第一停止位置，因此轉(zhuǎn)子在第一停止位置每側(cè)上的小角度位移導(dǎo)致彈簧沒有運動或者稍稍地額外拉緊彈簧，因此彈簧的較大運動導(dǎo)致彈簧逐漸地卸載，直到轉(zhuǎn)子從第一停止位置基本上移動180度為止，及k)殼體，定子、繞組、轉(zhuǎn)子杠桿和彈簧設(shè)置在該殼體內(nèi)，
l)該殼體為轉(zhuǎn)子、第一杠桿和第二杠桿提供軸承裝置。
優(yōu)選的是，電流控制系統(tǒng)設(shè)置來把具有控制大小、方向和正時的電流脈沖供給到每個繞組中。
至少在轉(zhuǎn)子從它的第一停止位置開始旋轉(zhuǎn)期間，及在它返回到第一停止位置之前的旋轉(zhuǎn)的最后部分期間，在第一個路線，在旋轉(zhuǎn)通過180度之后，及然后沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)一個相同的量，或者在旋轉(zhuǎn)通過360度的完整循環(huán)之后，銷、輪和第一杠桿槽連接件在轉(zhuǎn)子和杠桿之間可以部分地提供空動連接。
銷可以連接到曲柄臂的外端上或者與其形成一體，該曲柄臂從轂進行延伸，該轂適合繞著轉(zhuǎn)子軸線進行旋轉(zhuǎn)，該轂沿著軸向延伸并且在殼體的鄰近端部上可旋轉(zhuǎn)地支撐在第一軸承上。轉(zhuǎn)子的另一端共軸線地延伸，從而形成呈偏心設(shè)置的軸承形狀的滑輪，當(dāng)彈簧力把它壓到與之接觸時，該滑輪的外座圈借助來接合第二杠桿，并且支撐第二杠桿的接觸力?；喼獾霓D(zhuǎn)子的軸向延伸部在與第一軸承相類似的第二軸承中進行延伸，兩個軸承為轉(zhuǎn)子提供支撐，因此只限制轉(zhuǎn)子響應(yīng)所施加的扭矩而旋轉(zhuǎn)地運動。第二軸承可以設(shè)置在另一個殼體內(nèi)。
優(yōu)選的是，杠桿可旋轉(zhuǎn)地連接到剛性連接件上，該剛性連接件本身連接到提升閥關(guān)閉件的桿上，該提升閥關(guān)閉件控制燃燒氣體進入到來自內(nèi)燃機燃燒室中的廢氣或者從該廢氣中出來。
優(yōu)選的是，調(diào)整這種布置，以致當(dāng)閥完全打開時，轉(zhuǎn)子處于停止位置上，并且保持在那個位置上，而不需要任何電流流過定子繞組。
包括轉(zhuǎn)子、兩個杠桿、彈簧和閥的該系統(tǒng)的慣性借助來自主彈簧的力來起作用。這種慣性彈簧系統(tǒng)形成了具有兩個停止位置的擺動系統(tǒng)，一個當(dāng)轉(zhuǎn)子處于第一停止位置上，當(dāng)閥關(guān)閉時，而當(dāng)閥打開時，另一個遠離它大約180度。當(dāng)轉(zhuǎn)子離開第一停止位置地運動通過小角度時，與第二杠桿的弧形表面一起進行工作的彈簧施加了恢復(fù)力。較大的運動角度使轉(zhuǎn)子在儲存于彈簧中的能量的影響下運動到第二停止位置上。當(dāng)轉(zhuǎn)子運動到第二停止位置的每一側(cè)上時，該彈簧產(chǎn)生明顯的慣性力。在兩個轉(zhuǎn)子位置上，彈簧力作用在慣性上以產(chǎn)生擺動。選擇彈簧能量，從而使擺動時間最小化并且減小峰值電磁感應(yīng)的扭矩，從而使轉(zhuǎn)子在所需要的時間內(nèi)進行運動。
在本發(fā)明的所述其它方面的一個實施例中，該致動器包括a)定子，它具有四個以圓形布置的、徑向向內(nèi)的極，b)轉(zhuǎn)子，它包括一對沿直徑方向相對的永磁體極，并且它在它的兩個移動極端位置上從一個停止位置到另一個停止位置在四個定子極內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)通過180度，c)第一彈簧元件，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到它的兩個移動極端位置中的每個上時，它儲存機械能，d)銷，它從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線橫向地延伸，并且平行于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，但是偏離該軸線，e)桿，它連接到銷上，并且可旋轉(zhuǎn)地安裝成繞著也平行于轉(zhuǎn)子軸線的一個軸線進行旋轉(zhuǎn)運動，從而把推力施加到致動器的外部上，f)位于桿中的弧形槽，銷安裝在該槽中，它在該槽中相對于槽可以滑動，并且也可以把旋轉(zhuǎn)運動傳遞到桿中，銷的角度運動所產(chǎn)生的桿角度運動的范圍由槽的形狀來確定，g)第二彈簧元件，當(dāng)桿旋轉(zhuǎn)到它的兩個移動極端的每一個上時，它儲存機械能，h)至少一個繞組，當(dāng)電流流過其中時，它繞著四個定子極產(chǎn)生交替的北極和南極，i)殼體，定子、繞組、轉(zhuǎn)子、桿和彈簧安裝于該殼體內(nèi)，該殼體的相對端部為可旋轉(zhuǎn)的零件提供支承，其特征在于，j)選擇槽的形狀，以致在連續(xù)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致通過銷傳遞到桿上的增大旋轉(zhuǎn)驅(qū)動之前，在一個轉(zhuǎn)子移動極端位置上，轉(zhuǎn)子從那個位置向著另一個位置的初始旋轉(zhuǎn)在銷和槽之間可以導(dǎo)致相對滑動，因此初始轉(zhuǎn)子運動期間的機械增益基本上大于轉(zhuǎn)子移動剩余部分上的機械增益。
優(yōu)選地，電流控制系統(tǒng)設(shè)置來把具有控制大小和/或方向和/或相位(即正時)的電流的脈沖供給到該繞組或者每個繞組或者每個線圈中。
至少在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)開始期間，銷和槽的連接在轉(zhuǎn)子和桿之間可以部分地提供空動連接。
該銷可以連接到曲柄臂的外端上或者與之形成一體，該曲柄臂從轂進行延伸，該轂適合繞著轉(zhuǎn)子軸線進行旋轉(zhuǎn)，轂軸向地延伸從而支撐在位于殼體鄰近端部的軸承內(nèi)。轉(zhuǎn)子的其它端部可以共軸線地進行延伸以安裝在類似的軸線上，該軸承與第一軸承共軸線，但是位于殼體的相反端表面上，因此轉(zhuǎn)子受到限制，但可以繞著由兩個軸承所限定出的軸線自由地進行旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，桿可旋轉(zhuǎn)地連接到剛性連接件上，該連接件本身連接到提升閥關(guān)閉件的桿上，該桿控制氣體進入到內(nèi)燃機的燃燒室中，或者控制氣體從內(nèi)燃機的燃燒室中出來。
優(yōu)選地，調(diào)整這種布置，以致當(dāng)閥完全打開或者完全關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子處于停止位置上，并且在不需要任何電流流過繞組的情況下，在其內(nèi)保持靜止不動。借助下面方法來實現(xiàn)這個在停止位置上，確保兩個彈簧件施加到轉(zhuǎn)子上的扭矩借助位于轉(zhuǎn)子極和定子極之間的磁性吸引力所產(chǎn)生的扭矩來平衡。
典型地，每個繞組包括兩個獨立的線圈，每個定子極具有一個線圈，因此借助施加到每個線圈中的合適電流脈沖的順序來實現(xiàn)閥打開和關(guān)閉。
優(yōu)選地，電流脈沖施加到四個線圈中的每一個上，從而完全克服和產(chǎn)生永磁體通量的合適通量，該永磁體通量把電樞保持在停止位置上，從而在彈簧所產(chǎn)生的力和現(xiàn)在作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力所產(chǎn)生的力的結(jié)合扭矩作用下，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到它的其它停止位置上。
總之，兩個停止位置與每對定子極不對準，因此轉(zhuǎn)子的初始運動沿著這樣的方向該方向使它的兩極從與一對定子極進一步不對準地運動到這樣的位置在該位置上，以電動馬達的方式，它們將與定子極的另一對相對準。一旦轉(zhuǎn)子剛好運動通過與該另一對極相對準的位置，那么使四個線圈中的電流反向可以在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生馬達扭矩，該轉(zhuǎn)子趨于以相同的方向連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，直到它旋轉(zhuǎn)通過大約180度從而到達它的其它停止位置上為止。
當(dāng)每個彈簧扭矩減少到0并且不再有助于使轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)時，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時到達位置。轉(zhuǎn)子由于慣性和磁馬達扭轉(zhuǎn)而連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)在在每個彈簧中開始儲存能量，但是它是沿著相反的方向儲存能量，從而使轉(zhuǎn)子慢下來，并且最后到達以停止在它的其它停止位置上。在返回循環(huán)中可以產(chǎn)生這種能量，從而當(dāng)它開始旋轉(zhuǎn)返回到它的前面位置上時有助于加速轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，在每個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，兩個彈簧在相同的位置上產(chǎn)生0扭矩的位置。
就第一停止位置而言，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于它的第二停止位置上時，永磁體磁通量所產(chǎn)生的扭矩又通過現(xiàn)在儲存在兩個彈簧中的能量所產(chǎn)生的扭矩來平衡，但是是沿著相反的方向進行工作。因此，如前面一樣，如果永磁體可以提供所有吸引力需要，那么不需要保持電流在線圈內(nèi)進行流動。
把合適電流脈沖施加到線圈中從而推翻這種平衡，可以克服保持磁通量，并且把相反的磁扭矩施加到轉(zhuǎn)子上，可以與儲存在彈簧中的能量相結(jié)合以產(chǎn)生凈扭矩，該凈扭矩使轉(zhuǎn)子從所述第二停止位置上旋轉(zhuǎn)出來并且返回到它的第一停止位置上。
在轉(zhuǎn)子極通過與中間定子極相對準的位置，又一次把大小和相位合適的但是方向相反的電流脈沖施加到線圈中，從而可以把另一電磁(馬達)驅(qū)動扭矩施加到轉(zhuǎn)子上。如前面一樣，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)回到它的第一停止位置上，將會受到彈簧的阻力，該彈簧在轉(zhuǎn)子的返回運動的后面部分期間又一次儲存能量，而不是釋放能量。
轉(zhuǎn)子的運動傳遞到閥關(guān)閉件(如提升閥桿)上，從而使后者運動通過可變機械增益機構(gòu)。在轉(zhuǎn)子的有效初始旋轉(zhuǎn)期間，這種機構(gòu)成形來提供最小的推力件運動(即非常高的機械增益)。但是，一旦閥具有離開座，那么機械增益可以劇烈減小，因為一旦閥沒有落座，并且氣體壓力減少，那么提升閥關(guān)閉件的運動阻力大大下降。在它旋轉(zhuǎn)到它的其它停止位置上的其余部分期間作用在轉(zhuǎn)子上的馬達扭矩可以大大地得到以儲存在彈簧中，從而當(dāng)閥關(guān)閉時有助于使轉(zhuǎn)子進行相反的旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)返回以關(guān)閉閥時，該機構(gòu)的機械增益以較小的程度開始，并且隨著轉(zhuǎn)子到達它的初始停止位置而增大，但是現(xiàn)在它是沿著相反的方向。因此，轉(zhuǎn)子和閥關(guān)閉件慢下來了，從而產(chǎn)生了較小的“前進速度”，這種前進速度確保，盡管轉(zhuǎn)子內(nèi)具有較大殘余慣性能量、當(dāng)閥關(guān)閉件落座時的撞擊力適中，但是在前進時所產(chǎn)生的噪聲減小了，并且對關(guān)閉件或者座產(chǎn)生了較小的損壞。
銷和槽接合的設(shè)計意味著閥關(guān)閉件產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到它的初始停止位置完成之前。當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù)地旋轉(zhuǎn)到它的初始停止位置(閥關(guān)閉時)，轉(zhuǎn)子彈簧連續(xù)地儲存轉(zhuǎn)子的剩余動能。盡管現(xiàn)在儲存在轉(zhuǎn)子彈簧中的較多能量和由轉(zhuǎn)子彈簧所施加的、合適朝向的扭矩趨于使它旋轉(zhuǎn)離開那個位置，但是一旦處于停止，由連接轉(zhuǎn)子的永磁體通量所感應(yīng)出的扭矩變動把轉(zhuǎn)子保持在停止位置上。應(yīng)該注意的是，當(dāng)轉(zhuǎn)子極運動得更近從而完全與定子極對準時，磁路的磁阻劇烈增大到它們對準時的最大值。這提高了作用在轉(zhuǎn)子上的磁力。
優(yōu)選地，借助圓柱形輥來包圍銷，而滾動軸承設(shè)置在銷和輥子之間。
這兩個軸承用來提供質(zhì)量彈簧擺動機械系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于減少閥的工作時間。轉(zhuǎn)子彈簧把扭矩施加到轉(zhuǎn)子上，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子運動離開它的平衡(停止)位置時施加恢復(fù)扭矩。當(dāng)杠桿運動離開它的平衡(停止)位置時，作用在杠桿上的其它彈簧把恢復(fù)力施加到桿上。選擇這兩個彈簧的相對強度，從而使擺動時間最小化，并且減少峰值磁性扭矩，該磁性扭矩在其它情況下需要電磁驅(qū)動。


現(xiàn)在，參照附圖，借助例子來描述本發(fā)明，其中圖1是從曲柄端看去的、轉(zhuǎn)子的等角投影圖；圖2是從偏心端部看去的轉(zhuǎn)子和一個殼體的分解圖；
圖3是從曲柄端看去的、轉(zhuǎn)子、杠桿和其它殼體的分解圖；圖4是拆去殼體的、致動器偏心端的視圖，它示出了第二杠桿和主彈簧；圖5是通過垂直于轉(zhuǎn)子軸線的平面中的轉(zhuǎn)子的剖視圖，它示出了定子極和轉(zhuǎn)子節(jié)圖6是與圖5相同的視圖，但是它涉及到繞組；圖7是裝配好的致動器的透視圖；圖8是致動器的放大端視圖；圖9是通過致動器的橫剖視圖，該致動器示成連接到提升閥上；圖10是與圖9相類似的視圖，在該圖中，包括額外的軸承以使轉(zhuǎn)子變硬從而允許旋轉(zhuǎn)速度更高；圖11是方塊示意圖，它示出了如何從各種傳感器和發(fā)動機處理計算機中產(chǎn)生電流脈沖；圖12是沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線看去的、體現(xiàn)本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)致動器的垂直剖視圖，該致動器連接到提升閥上，但是在該視圖中包括通過提升閥關(guān)閉件和連接件的截面，該連接件把它連接到致動器中的杠桿上；圖13是沿著轉(zhuǎn)子軸線的、定子端部被拆下的、圖12的致動器的示意性端視圖；圖14是與圖13相類似的視圖，它示出了靠近一個停止位置的轉(zhuǎn)子；圖15是與圖13相類似的視圖，它示出了剛好離開一個停止位置的轉(zhuǎn)子；圖16示出了剛好接近其它停止位置的轉(zhuǎn)子；圖17示出了處于其它停止位置上的轉(zhuǎn)子；圖18是另一個橫截面，它示出了螺旋形彈簧和扭力棒彈簧。
具體實施例方式
參照圖1，永磁體10和12夾在轉(zhuǎn)子的三個鐵磁(典型為軟鐵)極靴14、16和18之間。磁性組件設(shè)置在兩個非磁性端蓋20、22之間。
參照圖2，轉(zhuǎn)子的端蓋20位于偏心軸頸24上，短軸通過設(shè)置在殼體28內(nèi)的軸承26從該偏心軸頸24伸出。軸承32所支撐的中空圓柱形輪箍30環(huán)繞著偏心軸頸24進行延伸。
參照圖3，轉(zhuǎn)子22的端蓋具有錐形孔34，該錐形孔允許曲柄銷36的錐形端剛性地固定到其中。圓柱形曲柄銷36的圓柱形區(qū)域支承著輥子38，該輥子38安裝在第一桿40的弧形槽中。在桿40之外，曲柄銷36在外置端支承著曲柄臂，該曲柄臂具有圓柱形短軸部分，該短軸部分可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸承42上，該軸承42固定到第二殼體50上。桿40固定到短軸52上，該短軸52在兩個軸承54和56內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)，并且沿著軸向借助兩個推力環(huán)58和62來限制。桿40通過剛性連桿72連接到提升閥的桿70上。
在關(guān)閉時，提升閥頭150安置在環(huán)形座152上，并且借助致動器向下推離環(huán)形座152來打開。在致動器和閥的打開和關(guān)閉運動期間，剛性桿72和桿40和剛性桿72和提升閥桿70之間的旋轉(zhuǎn)連接允許各種零件進行任何旋轉(zhuǎn)相對運動。
參照圖4，借助杯形滑動軸承82和球形頭部銷84使第二桿80推動到圓柱形輪箍30中。銷84設(shè)置在主彈簧86中，該主彈簧86借助夾緊梁88而被夾緊到殼體50中。
參照圖5，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子內(nèi)，該定子總體上用90來表示。定子具有八個極100、102、104、106、108、110、112、114，這八個極包圍著轉(zhuǎn)子極靴14、16和18。中央轉(zhuǎn)子極靴具有兩個磁性節(jié)點120和122。
參照圖6，繞組130、132、134、136、138、140、142、144環(huán)繞著定子的每個極，電流流過該繞組從而使面對轉(zhuǎn)子的、交替地作為北極和南極的這些極磁化。
殼體28、50通過緊固件固定到發(fā)動機上，而緊固件能夠進行一些空動從而在關(guān)閉閥時可以防止產(chǎn)生任何較大的力。在桿40的初始旋轉(zhuǎn)期間進行這種運動。
在考慮用來打開和關(guān)閉內(nèi)燃機氣門的致動器的要求時，下面這些被認為是基本要求，即長行程；快速運動；較小的前進速度(landing speed)；較大的閥開度對基本壓力。
此外，理想的特征是各自完全獨立的驅(qū)動機構(gòu)沿著兩個方向的、可編程的正時(可變角度比)；可變行程。
到目前為止，使用凸輪軸來打開這些閥，并且采用這些彈簧來關(guān)閉這些閥。這些機構(gòu)受到下面這些限制固定的角度比；固定的行程。
借助采用根據(jù)本發(fā)明來構(gòu)造和操縱的致動器，其中在致動器驅(qū)動的范圍內(nèi)，該致動器包括一個或者多個彈簧內(nèi)的儲能，因此采用了所謂的能量再循環(huán)，可以得到下面優(yōu)點，即沿著兩個方向主動地驅(qū)動閥(機械控制式閥系統(tǒng)，不需要傳統(tǒng)的強大閥關(guān)閉彈簧)；充分的正時靈活性(兩個方向)極好的行程靈活性，它包括在整個一些發(fā)動機循環(huán)期間閥保持關(guān)閉；即使在較小的發(fā)動機速度時，也能進行快速空氣流入，從而基本上減少了燃燒產(chǎn)物的不良排放各自閥驅(qū)動機構(gòu)(每個閥具有完全獨立的驅(qū)動器，因此如果需要的話，那么在每個發(fā)動機循環(huán)期間，不是所有閥不得不打開)發(fā)動機操縱的充分靈活性允許一些閥、不是所有閥在所有氣缸或者一些氣缸內(nèi)被驅(qū)動可選擇的發(fā)動機工作模式四沖程或者兩沖程允許輸出功率最大化，同時保持較小的排放上述模式選擇可以應(yīng)用到一些或者所有汽缸中，事實上，可以設(shè)想逐漸過渡的過程。
致動器主要包括電動馬達，并且可以連接到所謂的步進電機上，該步進電機設(shè)置有定子，它通過永磁體或者磁體來進行磁性極化；及多極圓形定子。典型地，定子所具有的極至少是轉(zhuǎn)子的兩倍多。在要描述的雙穩(wěn)定致動器中，轉(zhuǎn)子具有兩極，而定子具有四極，同時在可以旋轉(zhuǎn)360度的致動器中，在轉(zhuǎn)子上具有四極，而在定子上具有八極。該對定子極借助各自線圈利用磁場作用來通電，從而在能量操縱上具有充分的靈活性。把電流輸送到線圈中，從而沿著每個方向來驅(qū)動馬達。就后部e.m.f效果而言，可以在轉(zhuǎn)子的任何位置上帶走能量。為了簡化驅(qū)動過程，成對連接這些線圈。一個或者多個彈簧提供能量再循環(huán)/儲存。
在雙穩(wěn)定裝置中，使轉(zhuǎn)子運動限制成小于180度并且轉(zhuǎn)子運行一個所謂的擺動。如后面所描述的一樣，這種布置具有用作儲能機構(gòu)的兩個彈簧，該兩極轉(zhuǎn)子具有足夠的鎖緊力來保持在兩個穩(wěn)定位置上一個位置是閥關(guān)閉的位置，另一個位置是閥打開的位置，及在該裝置中，需要外部能量從一個穩(wěn)定位置改變到另一個位置上。
在圖1-10所示的實施例中，轉(zhuǎn)子的運動不受限制，并且彈簧機構(gòu)可以進行360度旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機高速時，這是有利的，因為在提升閥打開時，不需要使馬達停止并且不需要使它的運動方向反向。借助在它的旋轉(zhuǎn)相關(guān)部分期間，使轉(zhuǎn)子減速或者加速來控制閥打開狀態(tài)的持續(xù)時間。這導(dǎo)致主要有利于速度和能量的保持。
在發(fā)動機中速和低速期間，在圖1-10所示的致動器的情況下可以使用兩種運動(全程旋轉(zhuǎn)和擺動)，這在發(fā)動機處理時提供了額外的自由度。在這種結(jié)構(gòu)中，使用強大的片彈簧(圖4中的86)來實現(xiàn)能量再循環(huán)。該彈簧作用在偏心輪上，該偏心輪連接到轉(zhuǎn)子上并且與該轉(zhuǎn)子一起進行旋轉(zhuǎn)，該彈簧不能阻止轉(zhuǎn)子的全程旋轉(zhuǎn)。彈簧的最大偏轉(zhuǎn)量產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子的固定停止位置上。在這種方法中，當(dāng)轉(zhuǎn)子從任一方向到達它的頂部位置上時，動能轉(zhuǎn)換成勢能，并且儲存在彈簧中。因此，這種結(jié)構(gòu)在全程旋轉(zhuǎn)模式和擺動模式中同樣有效。
為了輸送強大得足以克服點火沖程結(jié)束時的較大汽缸壓力而打開排氣門的推力，以及為了確保提升閥的溫和前進速度，因此使用了可變機械有利驅(qū)動傳動機構(gòu)。在打開循環(huán)期間，具有三相位，并且在關(guān)閉循環(huán)期間具有三相位。
打開循環(huán)相位是1.初始轉(zhuǎn)子加速和能量累積相位，在該相位中，沒有線性運動產(chǎn)生，并且沒有推力。使用凸輪表面來實現(xiàn)這個，該凸輪表面在與轉(zhuǎn)子的這部分相關(guān)的曲率半徑上變化很小或者沒有改變。
2.初始打開相位-溫和的線性運動，伴隨有強大的推力。使用適度的曲率變化來實現(xiàn)這個。在圖1-10的致動器中，這個機械裝置由片彈簧來支撐。
3 快速打開到完全打開相位，連接到快速線性運動只需要適度的推力，并且借助快得多的凸輪表面曲率變化來實現(xiàn)。
關(guān)閉循環(huán)相位是1.快速主關(guān)閉相位，它連接到快速線性運動和閥關(guān)閉時的適度拉力，這個通過凸輪曲率的非常劇烈變化來實現(xiàn)。在這個相位期間，動能再循環(huán)開始了。
2.溫和前進(landing)、最后關(guān)閉相位，它連接到轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的溫和線性運動的減速中，它通過更多的適度凸輪表面曲率變化來實現(xiàn)，現(xiàn)在轉(zhuǎn)子開始推靠在片彈簧上。
3.最后使轉(zhuǎn)子減速到它的最后停止位置上，在這個期間，在閥關(guān)閉時，又沒有垂直運動，并且沒有拉力。借助恒定半徑凸輪表面來實現(xiàn)這個，這個相位允許實現(xiàn)無反跳閥關(guān)閉順序。在馬達停止過程期間，可以產(chǎn)生一些程度的不穩(wěn)定性，但由于在這個相位階段沒有傳遞線性運動，因此任何這樣的不穩(wěn)定性不會傳遞到閥關(guān)閉件中。
知道轉(zhuǎn)子的即刻角度位置是重要的，為此設(shè)置了精確位置傳感器。位置傳感器用153來表示，該傳感器連接到圖7和8的致動器的旋轉(zhuǎn)部分上。該傳感器可以產(chǎn)生數(shù)字或者模擬格式信號。示出了模擬技術(shù)，在這里，永磁體154連接到偏心盤155a、155a的兩個半部上，在霍爾效應(yīng)傳感器156附近，該偏心盤固定到轉(zhuǎn)子軸上。這種傳感器提供了轉(zhuǎn)子角度位置的絕對的、精確的讀數(shù)。
驅(qū)動策略圖1-10所示的致動器可以被認為是包括以永磁體為基礎(chǔ)的步進電機，該步進電機設(shè)置有精確的角度位置傳感器，并且與圖11所示的發(fā)動機處理系統(tǒng)相結(jié)合，用來執(zhí)行各種各樣的閥打開和關(guān)閉策略。借助例子來描述這些如下1.半循環(huán)運動由打開時鐘脈沖來觸發(fā)，轉(zhuǎn)子開始運動，傳感器提供電流轉(zhuǎn)子位置的連續(xù)信息，從而保證最有效的線圈驅(qū)動電流順序，因此構(gòu)成了電子換向器，并且借助儲存在彈簧中的能量來支撐有助于初始運動。電磁扭矩和彈簧力的結(jié)合作用可以克服相當(dāng)大的內(nèi)部汽缸壓力而打開提升閥。
當(dāng)轉(zhuǎn)子接近180度位置(在該位置上閥完全打開)時，驅(qū)動電流取消了并且借助使線圈短路或者使電流反向來產(chǎn)生電制動過程，因此電子馬達即刻轉(zhuǎn)換成發(fā)電機。
借助使轉(zhuǎn)子的運動反向來完成這種運動，因此它恢復(fù)到它的開始位置上。
2.部分循環(huán)運動在這里，在它到達180度位置之前，轉(zhuǎn)子停止了，并且然后反向，調(diào)整轉(zhuǎn)子的速度以占住操縱閥所需要的整個時間間隔。
3.具有額外停止的完全循環(huán)運動這里，如果與轉(zhuǎn)子連續(xù)以恒定速度進行旋轉(zhuǎn)的情況相比，需要使閥保持打開一個更長的時間，那么轉(zhuǎn)子完成整個360度，但是在180度位置或者附近暫停或者慢下來。
4.沒有額外停止的完全循環(huán)運動這里，沒有任何暫停地執(zhí)行完全360度旋轉(zhuǎn)。
結(jié)構(gòu)變形基本結(jié)構(gòu)示出在圖9中，在這里，轉(zhuǎn)子157、曲柄158、偏心輪32位置傳感器盤和磁體153的整個旋轉(zhuǎn)組件只借助兩個軸承26和42來支撐。旋轉(zhuǎn)組件處于由離心力所產(chǎn)生的較大應(yīng)力作用下，其中，在變化的彈簧力作用在輪上而使偏心輪進行旋轉(zhuǎn)期間，及在克服汽缸壓力而打開閥時，產(chǎn)生該離心力。出于這些原因，旋轉(zhuǎn)組件一定得盡可能地硬，從而釋放(relist)這些力。增大直徑以增大硬度，這是不方便的，因為這產(chǎn)生了較小的角度加速。為了減少角度慣性，因此轉(zhuǎn)子的直徑應(yīng)該較小。為了滿足這些條件(慣性小并且機械強度小)，推薦使用四個軸承，如圖10中的標號160、161、162、163所示一樣。
轉(zhuǎn)子和閥驅(qū)動延伸部分示出在圖10中，它們是兩個獨立的部分，并且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動通過結(jié)合件164來傳遞。
本發(fā)明的致動器允許在內(nèi)燃機中采用機械控制式閥操縱系統(tǒng)。
在這種系統(tǒng)中，沿著兩個方向(打開和關(guān)閉)主動地驅(qū)動閥，從而在沒有不良地把較大應(yīng)力施加在傳統(tǒng)閥關(guān)閉彈簧上的情況下，得到打開和關(guān)閉的最小時間。事實上，根本不需要具有較強的閥關(guān)閉彈簧，并且它可以用非常合適的彈簧來更換，該彈簧剛好提供了足夠的力來把已經(jīng)關(guān)閉的提升閥保持在它的穩(wěn)定關(guān)閉位置上。在這種方法中，任何潛在的反跳作用大大地減小了。這種“適中”的彈簧只示出在這些附圖中的一個附圖中。
在圖11中，示出了下面這些項。
R是轉(zhuǎn)子，它與位置傳感器PS相機械結(jié)合P是微型處理器PS是位置傳感器，它提供位置數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以是模擬或者數(shù)字格式；EM是以發(fā)動機處理計算機為基礎(chǔ)的裝置。
C示出了來自發(fā)動機處理裝置的控制數(shù)據(jù)的供給D0-D7是位于微型處理器和驅(qū)動器之間的數(shù)字連接HI-H4是H橋形兩方向驅(qū)動器A1和B1是一對定子線圈
A2和B2是第二對定子線圈A3和B3是第三對定子線圈；及A4和B4是第四對定子線圈PS提供了具有表示轉(zhuǎn)子R的目前位置的信息的微型處理器P。它可以是數(shù)字格式或者模擬格式。這種線路總是提供恒定的、絕對的、精確的轉(zhuǎn)子位置。
根據(jù)從發(fā)動機處理裝置EM所接受到的命令來開始打開或者關(guān)閉閥的動作。
微型處理器把這個轉(zhuǎn)換成目標，并且把它與目前位置進行比較。在那個基礎(chǔ)上，選擇具體驅(qū)動策略，并且借助把合適的驅(qū)動數(shù)據(jù)放入到兩方向橋形驅(qū)動器H1-H4中來執(zhí)行這個策略。這些驅(qū)動器是電阻非常小的開關(guān)裝置，并且它們在線圈和電池B所表示的電流源之間提供時間直接連接。
一個驅(qū)動器典型地用作一對線圈(這些線圈并聯(lián)或者串聯(lián))。
具有四種工作模式快速向前、快速向后、制動、自由運轉(zhuǎn)(RunFree)。
微型處理器恒定地監(jiān)視目前位置對目標，并且產(chǎn)生合適驅(qū)動策略。在這種方法中，執(zhí)行智能無刷交換過程，并且致動器驅(qū)動可以被認為包括智能無刷電動馬達。
還應(yīng)該注意到，致動器承受由轉(zhuǎn)子慣性、彈簧力、壓力、閥慣性和較寬溫度范圍所產(chǎn)生的、經(jīng)常改變的負荷。它還處于快速改變的目標之下。因此，通過改變發(fā)動機速度和/或負荷等，閥可能需要局部打開或者完全打開或者關(guān)閉。因此，每個頻繁的起動-停止命令處于使用中。這就是為什么需要采用微型處理器作為智能可編程決定的形成裝置。
附圖中的圖12-17示出擺動模式的閥致動器。
在這些附圖中，永磁體210設(shè)置在兩個鐵磁體(典型為軟鐵)極靴212、214之間。磁體和極設(shè)置在兩個端蓋220、222之間，其中非磁襯墊216、218設(shè)置在磁元件和端蓋之間。磁極靴和端蓋一起形成了轉(zhuǎn)子。端蓋220包括短軸221，該短軸221安裝在滾動軸承224中，該滾動軸承安裝在殼體端部225中并且借助襯墊227和螺栓229來保持。
螺旋彈簧226在一端連接到短軸221上，而在另一端上連接到殼體端225上。
端蓋222具有錐形孔223，該錐形孔允許銷228的錐形端剛性地固定到其中。
銷228的圓柱形區(qū)域支承著輥子230，該輥子安裝在桿234的弧形槽中。在該桿之外，銷228支承在曲柄臂的外置端上，該曲柄臂具有圓柱形軸部分，該軸部分可旋轉(zhuǎn)地支撐在針狀滾柱軸承232上，該滾柱軸承固定在第二殼體端部250中。
桿234固定到扭轉(zhuǎn)棒彈簧236上并且另外地借助輥子230來接合。彈簧236在一端可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子端250的襯套238中，并且在它的相對端上剛性地保持在定子端部248上。當(dāng)它扭轉(zhuǎn)時，桿234繞著扭轉(zhuǎn)棒236軸線的旋轉(zhuǎn)在后者中儲存了能量。
最好參見圖13，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子內(nèi)，該定子總體上用266來表示，并且由兩個端部248、250來形成，四個極268、270、272、274在兩個端部之間進行延伸，這四個極包圍著轉(zhuǎn)子極212、214，但是在它們之間具有較小的氣隙。線圈276、278、280、282各自環(huán)繞著每個極，電流流過該線圈以使交替作為北極和南極的、面對轉(zhuǎn)子的這些極進行磁化。
桿234通過剛性連接件262連接到提升閥的桿260上。在關(guān)閉時，閥的頭部263安置在環(huán)形閥座264上，并且借助向下推動以離開環(huán)形座264來打開。位于連接件262和桿234之間及連接件和桿260之間的的旋轉(zhuǎn)連接允許各種零件在致動器和閥關(guān)閉件的打開和關(guān)閉運動期間進行任何非線性相對運動。如果需要的話，那么它們也可以加入小量的空動，在桿的初始旋轉(zhuǎn)運動期間，可以產(chǎn)生這個。
圖14-17是圖13所示的致動器的簡化視圖，并且示出了轉(zhuǎn)子的運動是如何與凸輪桿和提升閥的運動相關(guān)聯(lián)的。出于方便起見，在整個圖13-17中采用相同標號。尤其地，定子線圈和極沒有示出在圖14中，以及下列等等。
圖14基本與圖13中的相一致，其中轉(zhuǎn)子215示出在它的最順時鐘位置上，而輥子230處于它的最上部位置上。
在圖15中，假設(shè)轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)幾度(典型為10-15度)。輥子230(轉(zhuǎn)子在輥子230上進行旋轉(zhuǎn))所接合的桿234的曲率半徑基本上不變并且平行于輥子230的軸線軌跡。因此，在初始運動期間，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動不能轉(zhuǎn)換成提升閥263的連桿262或者桿260的線性運動。
轉(zhuǎn)子和連桿262之間的空動允許轉(zhuǎn)子在它的逆時針方向旋轉(zhuǎn)的第一部分期間以沒有受到阻礙的方式進行aculerate。之后，凸輪表面235的形狀和桿234的相反指狀物237是這樣的，以致通過轉(zhuǎn)子215的連續(xù)逆時鐘旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子230與235和237的接合可以使桿230繞著軸線進行旋轉(zhuǎn)，其中該軸線由扭轉(zhuǎn)棒彈簧236來限定出，從而在該過程中扭轉(zhuǎn)后者，同時迫使連桿262沿著向下的方向。這又迫使閥頭263也沿著向下的方向遠離閥座264，從而打開閥。
圖16示出在它到達它的完全逆時鐘方向位置之前不久的轉(zhuǎn)子(后者示出在圖17中)，在圖16和17中，閥頭263示成移離座264。
盡管只示出在圖13中，螺旋彈簧284被示成夾在連接到閥桿260上的止動器286和座264之間。該彈簧類似于在內(nèi)燃機缸蓋頂部常常所發(fā)現(xiàn)的每個彈簧，每個彈簧保持關(guān)閉一個閥。
但是，由于本發(fā)明的致動器沿著打開和關(guān)閉方向為閥提供了正驅(qū)動，因此在原理上分配有彈簧284。然而，為了確保把閥頭可靠地關(guān)閉在它的座上，因此只需要適中的力來壓縮它的壓縮彈簧可以如所示出的那樣進行設(shè)置。
使供給到定子線圈中的電流反向?qū)⑹罐D(zhuǎn)子進行順時針方向的旋轉(zhuǎn)，并且使閥頭263升高返回以與座264相接觸，從而關(guān)閉閥，并且轉(zhuǎn)子返回到圖14所示的位置上。
圖18是沿著圖12的線YY所截取的橫剖視圖，并且示出了螺旋彈簧266，其中借助夾子286在它的內(nèi)端上把它夾緊到轉(zhuǎn)子215的端蓋226上及夾子288在它的外端上把它夾緊到定子殼體端225上。還可以看見扭轉(zhuǎn)棒236，該扭轉(zhuǎn)棒提供桿234的旋轉(zhuǎn)軸線，并且也可以用作第二彈簧。
桿234和改進的扭轉(zhuǎn)棒裝置的透視圖示出在圖18A中。在殼體的相對端部225、250上，扭轉(zhuǎn)棒236的相對端安裝在軸承中(參見圖12)。夾子290把第二扭轉(zhuǎn)棒292夾緊到第一棒236上，并且在它的外端上安裝一個固定塊294。桿234借助轉(zhuǎn)子(在圖18A中沒有示出)來旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)借助棒236上的平坦部分和桿234中的、相應(yīng)成形的開口傳遞到棒236的左手端上。
夾子290可以防止棒236在夾子290接合棒236時進行旋轉(zhuǎn)，但是棒292可以如箭頭296所示的彎曲部分292一樣進行彎曲，從而允許桿臂234進行連續(xù)的有限旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子反向時，儲存在292和236中的能量可以利用來幫助旋轉(zhuǎn)的桿234。
權(quán)利要求
1.一種電磁致動器，在該致動器中，轉(zhuǎn)子在定子中可以進行旋轉(zhuǎn)，該定子借助使電流流過與定子相關(guān)連的至少一個繞組而可以被磁化，該轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定的停止位置之間可以旋轉(zhuǎn)，而這些穩(wěn)定停止位置由彈簧和/或作用在轉(zhuǎn)子上的磁力來限定，其中在轉(zhuǎn)子運動的一部分期間，彈簧裝置儲存能量，并且在從一個停止位置到另一個停止位置的隨后運動期間，提供動能以使轉(zhuǎn)子進行加速，其中，當(dāng)足以克服把轉(zhuǎn)子保持在那個停止位置上的磁力的電流在所述至少一個繞組中進行流動時，磁扭矩被施加在轉(zhuǎn)子上，從而使轉(zhuǎn)子沿著從那一個停止位置到另一個停止位置的方向進行旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子借助機械連接件而連接到推力件上，借助該機械連接件，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換成基本上是線性的運動，該連接件具有機械增益，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，該機械增益以預(yù)定方式改變。
2.如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，在該致動器中，轉(zhuǎn)子只具有兩個穩(wěn)定停止位置，每個停止位置由作用在轉(zhuǎn)子上的磁性和/或彈簧力限定，其中在轉(zhuǎn)子向著一個停止位置進行運動的期間，第一彈簧裝置儲存能量，并且提供動能以加速轉(zhuǎn)子從而離開那個停止位置向著它的另一個停止位置，及當(dāng)轉(zhuǎn)子向著它的另一個停止位置進行旋轉(zhuǎn)以提供動能，從而當(dāng)它沿著相反方向移離所述另一個停止位置返回到它的第一停止位置上時在轉(zhuǎn)子上提供加速力時，第二彈簧裝置儲存能量。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的致動器，其特征在于，當(dāng)能量儲存在與轉(zhuǎn)子停止位置相關(guān)的彈簧裝置上時，轉(zhuǎn)子因此被減速，因此隨著轉(zhuǎn)子接近停止位置時，它的旋轉(zhuǎn)速度(及因此推力件和任何連接件的線性速度)逐漸減小。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的致動器，其特征在于，機械增益輪廓是這樣的，在一個停止位置附近，轉(zhuǎn)子的角運動基本上導(dǎo)致推力件的非線性運動。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的致動器，其特征在于，定子具有均勻數(shù)目的極，轉(zhuǎn)子包括永磁體裝置并且具有均勻數(shù)目的節(jié)，這些節(jié)借助永磁體裝置環(huán)繞著轉(zhuǎn)子交替地磁化北極和南極。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的致動器，其特征在于，磁場是這樣的，如果單獨作用，那么在停止時它把轉(zhuǎn)子保持在相同的停止位置或者停止位置，這與彈簧裝置一樣，如果彈簧裝置也單獨作用的話。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的致動器，其特征在于，環(huán)繞定子的每個極具有電繞組，當(dāng)供給電流時，該電繞組在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生磁發(fā)電機運動力，在使用時，繞組通過電流脈沖來連續(xù)地供電，并且進行正時以與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置和所需要的扭矩相一致。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的致動器，其特征在于，定子具有八個隔開的電磁極化極，并且轉(zhuǎn)子具有四個隔開的永久磁化節(jié)。
9.如權(quán)利要求2-8任一所述的致動器，其特征在于，機械連接件包括位于轉(zhuǎn)子和推力件之間的空動連接，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的一部分期間，產(chǎn)生該空動連接。
10.如權(quán)利要求9所述的致動器，其特征在于，在轉(zhuǎn)子遠離它的一個停止位置的第一部分旋轉(zhuǎn)運動期間，產(chǎn)生空動。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的致動器，其特征在于，防止轉(zhuǎn)子從它的一個停止位置旋轉(zhuǎn)通過大于180度，并且轉(zhuǎn)子運動是兩個停止位置之間的擺動。
12.如權(quán)利要求1-10任一所述的致動器，其特征在于，轉(zhuǎn)子能從它的一個停止位置旋轉(zhuǎn)通過360度，并且，在使用時電流脈沖被控制從而在它旋轉(zhuǎn)通過180度位置時使轉(zhuǎn)子暫停或者慢下來。
13.如權(quán)利要求1-10任一所述的致動器，其特征在于，轉(zhuǎn)子具有兩個以上的停止位置，在使用時，控制電流脈沖，從而使轉(zhuǎn)子在它的第一停止位置和其它停止位置中的任何一個之間進行擺動。
14.如權(quán)利要求1-13任一所述的致動器，其特征在于，當(dāng)它用于打開和關(guān)閉內(nèi)燃機的進氣門或者排氣門時，其中與閥關(guān)閉位置相對應(yīng)的停止位置稱為第一停止位置，并且機械增益輪廓被選擇成在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置上產(chǎn)生高機械增益，在該旋轉(zhuǎn)位置上，閥開始打開，并且在閥的初始打開之后，輪廓是這樣的，機械增益逐漸減小，然后又逐漸增大，直到閥完全打開為止，其中，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子向著它的初始第一停止位置進行旋轉(zhuǎn)時機械增益又減小到最小值并再增大，或者反向，或者通過以相同方向進行連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子接近它的第一停止位置及閥又處于它的初始關(guān)閉位置為止，在該位置之外，在由于空動連接而使運動沒有傳遞到閥的情況下，轉(zhuǎn)子連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子到達它的第一停止位置為止。
15.如權(quán)利要求14所述的致動器，其特征在于，該輪廓如此選擇，以致閥在關(guān)閉時的前進速度減小到較小大小，這種較小大小與彈簧裝置中的任何能量級相結(jié)合，以減小閥和閥座上的磨損及噪聲。
16.如權(quán)利要求14或者15任一所述的致動器，其特征在于，該輪廓如此地選擇，以致使作用在閥上的力最大化，在發(fā)動機的點火沖程完成并且該室已被排空準備來接受下一個燃料和空氣的充量之后，由于燃燒室內(nèi)的殘余氣體壓力而需要該力來克服作用在閥關(guān)閉件上的氣體壓力。
17.如權(quán)利要求14-16任一所述的致動器，其特征在于，連接件的機械增益輪廓是這樣的，以致具有無運動的時間或者空動時間，在這個時間期間，閥保持關(guān)閉，同時轉(zhuǎn)子仍然可以自由運動，因此相對于閥打開時間，轉(zhuǎn)子運動一個更長的時間，因此對于給定的電磁致動器、電驅(qū)動扭矩和旋轉(zhuǎn)慣性而言，與轉(zhuǎn)子運動的總時間相比，閥可以打開和關(guān)閉一個更短的時間，因此對于給定的閥打開的曲軸角而言，允許發(fā)動機運轉(zhuǎn)得更快。
18.如權(quán)利要求1-17任一所述的致動器，其特征在于，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于它的第一停止位置上時，彈簧儲存機械能。
19.如權(quán)利要求18所述的致動器，其特征在于，彈簧包括彈性懸臂彈簧臂，該臂的自由端壓在偏心裝置的外圓周上，該偏心裝置與轉(zhuǎn)子一起進行旋轉(zhuǎn)，及在這樣做時使臂偏轉(zhuǎn)，并且在這樣做時，在其內(nèi)儲存能量。
20.如權(quán)利要求19在引用權(quán)利要求14-17任一所述的致動器，其特征在于，偏心裝置相對于轉(zhuǎn)子的角度位置是這樣的，當(dāng)閥打開時，從彈簧中釋放能量，從而有助于轉(zhuǎn)子加速以打開閥，并且當(dāng)閥關(guān)閉時，偏心裝置又使彈簧臂進行偏轉(zhuǎn)，因此能量又一次儲存在其中，這使得轉(zhuǎn)子向著第一停止位置減速。
21.如權(quán)利要求20所述的致動器，其特征在于，當(dāng)彈簧臂處于它的釋放或者很小偏轉(zhuǎn)的位置上時，閥完全打開，并且這個位置稱為它的初始第二停止位置。
22.如權(quán)利要求4-20任一所述的致動器，其特征在于，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，永磁體裝置隨著轉(zhuǎn)子節(jié)與定子節(jié)相對準也進行旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生磁扭矩變動，從而為轉(zhuǎn)子限定出若干第二停止位置。
23.如權(quán)利要求22所述的致動器，其特征在于，控制電流，從而使轉(zhuǎn)子從它的第一停止位置旋轉(zhuǎn)到其中的一個第二停止位置上，并且又返回，或者通過初始第二停止位置返回到第一停止位置，同時連續(xù)地沿著相同方向進行旋轉(zhuǎn)，因此閥可以局部地或者全部地打開，并且對于不同時間段而言，可以適合于發(fā)動機的不同工作條件。
24.如權(quán)利要求1-23任一所述的致動器，其特征在于，當(dāng)該致動器用來打開和關(guān)閉內(nèi)燃機的閥時，推力件連接到閥關(guān)閉件上，從而使后者必然沿著打開和關(guān)閉方向進行運動，因此不需要用獨立的彈簧來保持閥關(guān)閉。
25.如權(quán)利要求1-24任一所述的致動器，其特征在于，該致動器與控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而把電能的脈沖供給到繞組中，從而以在每個電流脈沖中提供所需要的瞬間電能，和/或響應(yīng)變化的發(fā)動機負荷來控制相位(即計時)和/或每個電流脈沖的持續(xù)時間，從而在閥打開和關(guān)閉期間在每個時刻產(chǎn)生足夠大的磁扭矩，從而在這個發(fā)動機工作循環(huán)內(nèi)在每個位置上克服作用在閥關(guān)閉件上的力，并且它可以隨著負荷、曲柄角從一個循環(huán)到另一個循環(huán)地進行改變。
26.如權(quán)利要求1-25任一所述的致動器，其特征在于，定子具有四個極，這四個極布置成相對的兩對，轉(zhuǎn)子包括永磁體，并且在使用時在正常情況下部分與一對極相對準地停止，通過至少一個繞組借助電流脈沖來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的初始運動，該繞組連接到定子上，從而使轉(zhuǎn)子從局部對準的極中驅(qū)逐開。
27.如權(quán)利要求26所述的致動器，其特征在于，電流供給到另一個繞組中，該繞組連接到定子上，從而在其它的一對極和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生吸引力，因此轉(zhuǎn)子從該一對中被推開，同時吸引到該其它的一對極中。
28.如權(quán)利要求27所述的致動器，其特征在于，當(dāng)轉(zhuǎn)子剛好運動成與所述該其它一對極不對準時，使在繞組中進行流動的電流的方向反向。
29.如權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)致動器，它包括a)定子，它具有四個以圓形布置的、徑向向內(nèi)的極，b)轉(zhuǎn)子，它包括一對沿直徑方向相對的永磁體極，并且它在它的兩個移動極端位置上從一個停止位置到另一個停止位置在四個定子極內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)通過180度，c)第一彈簧元件，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到它的兩個移動極端位置中的每個上時，它儲存機械能，d)銷，它從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線橫向地延伸，并且平行于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，但是偏離該軸線，e)桿，它連接到銷上，并且可旋轉(zhuǎn)地安裝成繞著也平行于轉(zhuǎn)子軸線的一個軸線進行旋轉(zhuǎn)運動，從而把推力施加到致動器的外部上，f)位于桿中的弧形槽，銷安裝在該槽中，它在該槽中相對于槽可以滑動，并且也可以把旋轉(zhuǎn)運動傳遞到桿中，銷的角度運動所產(chǎn)生的桿角度運動的范圍由槽的形狀來確定，g)第二彈簧元件，當(dāng)桿旋轉(zhuǎn)到它的兩個移動極端的每一個上時，它儲存機械能，h)至少一個繞組，當(dāng)電流流過其中時，它繞著四個定子極產(chǎn)生交替的北極和南極，i)殼體，定子、繞組、轉(zhuǎn)子、桿和彈簧安裝于該殼體內(nèi)，該殼體的相對端部為可旋轉(zhuǎn)的零件提供支承，其中，j)選擇槽的形狀，以致在連續(xù)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致通過銷傳遞到桿上的增大旋轉(zhuǎn)驅(qū)動之前，在一個轉(zhuǎn)子移動極端位置上，轉(zhuǎn)子從那個位置向著另一個位置的初始旋轉(zhuǎn)或者運動在銷和槽之間可以導(dǎo)致相對滑動，因此初始轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動期間的機械增益基本上大于轉(zhuǎn)子移動剩余部分上的機械增益。
30.如權(quán)利要求1-25任一所述的致動器，其特征在于，定子具有繞著轉(zhuǎn)子等距離隔開的八個極，定子具有四個等距離隔開的節(jié)，這些節(jié)借助轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體裝置來磁化，如果定子的每個極的圓周大小是每個轉(zhuǎn)子節(jié)的大約一半，那么轉(zhuǎn)子在正常情況下通常對準在一對鄰近定子極之間地停止。
31.如權(quán)利要求30所述的致動器，其特征在于，借助供給到繞組中的電流脈沖來產(chǎn)生初始運動，該電流的方向可以使轉(zhuǎn)子節(jié)從位于節(jié)的一側(cè)(后側(cè))上的定子極中推開，并且同時借助節(jié)的另一側(cè)(前側(cè))上的定子極來吸收，當(dāng)轉(zhuǎn)子節(jié)剛好運動到與定子極對準的位置之外時，使電流流動方向反向，因此驅(qū)動扭矩連續(xù)地施加在轉(zhuǎn)子上，從而使轉(zhuǎn)子進行加速。
32.如權(quán)利要求1-31任一所述的致動器，其特征在于，借助使繞組短路來使轉(zhuǎn)子運動進行制動，從而使感應(yīng)電流在繞組中沿著相反方向流動到電流的初始脈沖中，因此使定子極性反向，并且消耗轉(zhuǎn)子和任何相關(guān)連接件的動能。
33.如權(quán)利要求1-31任一所述的致動器，其特征在于，借助使繞組中的電流流動反向來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的制動，從而使扭矩方向反向，以使轉(zhuǎn)子減速。
34.如權(quán)利要求32或者33所述的致動器，其特征在于，該制動用來使轉(zhuǎn)子停止在停止位置如第一停止位置或者任何其它停止位置上。
35.如權(quán)利要求1所述的致動器，它包括a)定子由八個成圓形布置的、徑向向內(nèi)的極，每個極纏繞有絕緣導(dǎo)體，從而在每個極上形成電磁裝置；b)轉(zhuǎn)子，它包括兩對沿著直徑方向相對的永磁體極，磁方向繞著轉(zhuǎn)子交替為北-南-北-南，因此通過合適的查詢，轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)360度，或者首先沿著一個方向，然后沿著相反方向返回；c)彈簧元件，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到第一停止位置上時，它儲存機械能；d)銷，它由管形輪元件來包圍，它從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線并且平行于該軸線地橫向地延伸，但是偏離該軸線；e)第一杠桿，它繞著平行于轉(zhuǎn)子軸線的軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝；f)第一杠桿中的弧形槽，輪和銷安裝在該槽中，輪在該槽中相對于槽可以進行滾動或者滑動，并且也可以把旋轉(zhuǎn)運動傳遞到杠桿上，機械增益隨著轉(zhuǎn)子的角度位置而改變，銷和輪的角度運動所產(chǎn)生的杠桿中的角度運動的該范圍，由槽的形狀來確定，g)第一杠桿，它具有十字銷接頭，從而把推力傳遞到致動器的外部中；h)套從轉(zhuǎn)子進行延伸，該轉(zhuǎn)子與第二杠桿相接觸，i)第二杠桿形成有弧形接觸表面，從而使彈簧經(jīng)過滑動球軸承裝置進行移動，因此彈簧位移是轉(zhuǎn)子角度位置的函數(shù)，j)第二杠桿的弧形表面提供了第一停止位置，因此轉(zhuǎn)子在第一停止位置每側(cè)上的小角度位移導(dǎo)致彈簧沒有運動或者稍稍地額外拉緊彈簧，因此彈簧的較大運動導(dǎo)致彈簧逐漸地卸載，直到轉(zhuǎn)子從第一停止位置基本上移動180度為止，及k)殼體，定子、繞組、轉(zhuǎn)子杠桿和彈簧設(shè)置在該殼體內(nèi)，l)該殼體為轉(zhuǎn)子、第一杠桿和第二杠桿提供支承裝置。
36.如權(quán)利要求29或者35任一所述的致動器，其特征在于，在第一方向上旋轉(zhuǎn)180度，然后沿著相反方向旋轉(zhuǎn)相同量之后，或者在旋轉(zhuǎn)通過整個360度之后，至少在轉(zhuǎn)子從第一停止位置的旋轉(zhuǎn)開始期間，及在它返回到第一停止位置之前的旋轉(zhuǎn)的最后部分期間，銷和槽的連接在轉(zhuǎn)子和杠桿之間提供了空動連接。
37.如權(quán)利要求36所述的致動器，其特征在于，銷連接到曲柄臂的外端上或者與之形成一體，該曲柄臂從轂中進行延伸，該轂適合繞著轉(zhuǎn)子軸線進行旋轉(zhuǎn)，該轂軸向地延伸并且可旋轉(zhuǎn)地支撐在殼體鄰近端內(nèi)的第一軸承上，轉(zhuǎn)子的另一端共軸線地延伸，從而形成呈偏心設(shè)置的軸承形狀的滑輪，當(dāng)彈簧力把它擠壓成與之接觸時，該軸承的外軸承套借助來接合所述第二杠桿并且支撐所述第二杠桿的接觸力，滑輪之外的轉(zhuǎn)子的軸向延伸部在與第一軸承相類似的第二軸承中進行延伸，兩個軸承為轉(zhuǎn)子提供支撐，因此只限制該轉(zhuǎn)子從而響應(yīng)所施加的扭矩而可旋轉(zhuǎn)地運動。
38.如權(quán)利要求37所述的致動器，其特征在于，第二軸承設(shè)置在另一個殼體中。
39.如權(quán)利要求37和38所述的致動器，其特征在于，第一杠桿可旋轉(zhuǎn)地連接到剛性桿上，該剛性桿本身連接到提升閥關(guān)閉件的桿上，該桿控制燃燒氣體進入到內(nèi)燃機的燃燒室中，或者控制廢氣從內(nèi)燃機的燃燒室中出來。
40.如權(quán)利要求38所述的致動器和提升閥的結(jié)合體，其特征在于，當(dāng)閥完全關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子處于停止位置上，并且在不需要任何電流流過定子繞組的情況下保持在那個位置上。
41.如權(quán)利要求14-40任一所述的致動器和閥的結(jié)合體，其特征在于，沿著兩個方向正向地驅(qū)動閥關(guān)閉件，從而打開和關(guān)閉閥。
42.如權(quán)利要求41所述的致動器和提升閥的結(jié)合體，其特征在于，省去了傳統(tǒng)上用來保持閥關(guān)閉的彈簧，并且用彈簧力小得多的彈簧來取代。
43.一種內(nèi)燃機，它具有至少一個排氣門，安裝有如權(quán)利要求1-42任一所述的致動器來打開和關(guān)閉排氣門。
44.一種內(nèi)燃機，它具有若干進氣門和排氣門，安裝有相應(yīng)若干致動器，其中每個致動器是如權(quán)利要求1-42任一所述的致動器，它用來獨立地打開和關(guān)閉與之相關(guān)聯(lián)的氣門。
全文摘要
描述了一種電磁致動器，在該致動器中，轉(zhuǎn)子(R、157)在定子(90、266)內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)，該定子借助使電流流過與定子相關(guān)聯(lián)的至少一個繞組(130)來磁化。轉(zhuǎn)子(R、157)具有至少兩個穩(wěn)定的停止位置，每個穩(wěn)定的停止位置由作用在轉(zhuǎn)子上的彈簧力和磁力的結(jié)合來限定出。在轉(zhuǎn)子運動的一部分期間，彈簧裝置(86、226)儲存能量，并且提供動能以在隨后的運動期間使轉(zhuǎn)子進行加速。當(dāng)電流在所述至少一個繞組(130)內(nèi)進行流動時，磁扭矩施加在轉(zhuǎn)子上，該繞組足以克服把轉(zhuǎn)子保持在停止位置上的磁力。該轉(zhuǎn)子借助機械連接件(40、234)連接到推力件(72、262)上，借助該機械連接件，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成基本上是線性的運動。連接件(40)具有機械增益，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間該機械增益以預(yù)定的方式進行改變。在一個實施例中，轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)360度，并且連續(xù)地進行旋轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)子(R，157)只具有兩個穩(wěn)定的停止位置，在轉(zhuǎn)子向著一個停止位置進行運動的期間，第一彈簧(226)儲存能量，及當(dāng)轉(zhuǎn)子向著它的另一個停止位置進行旋轉(zhuǎn)時，第二彈簧(236)儲存能量。機械增益輪廓是這樣的，在一個停止位置附近，轉(zhuǎn)子的角度運動使推力件(70、262)產(chǎn)生基本上不是線性的運動。借助轉(zhuǎn)子和推力件之間的空動連接來實現(xiàn)這個，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的一部分期間，在這種空動連接中產(chǎn)生空動。該致動器可以用來打開和關(guān)閉內(nèi)燃機的閥(70、260)。
文檔編號F01L1/30GK1780973SQ200480011262
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月26日
發(fā)明者W·維格南斯基, G·P·福特 申請人:卡姆肯有限公司