直動式螺線管致動器的制造方法
【專利摘要】螺線管致動器包括與線軸結合的電樞件，所述線軸包括位于線軸的端部的線軸蓋，所述線軸蓋能夠相對于所述線軸軸向移動。在線軸中的孔允許流體從控制口流到所述線軸蓋，以使得在線軸蓋內建立壓力。建立在線軸蓋內的壓力用與所述線軸蓋內的控制壓力和流體接觸面積成正比的力作用于線軸。
【專利說明】直動式螺線管致動器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年7月11日遞交的申請?zhí)枮閁S61/741，054的美國專利申請的優(yōu)先權，該美國專利申請通過類似于完全闡述的引用而合并于本申請中。

【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種具有驅動流體控制元件的電樞機構的直動式電磁螺線管致動器。

【背景技術】
[0004]直動式螺線管致動器在多種系統(tǒng)中通常用于控制流體壓力，所述多種系統(tǒng)包括車輛中的離合器(clutch mechanisms)和其他設備。直動式螺線管致動器設有電樞機構，所述電樞機構用于在多種流體控制應用中驅動流體控制元件，例如，線軸(spool)、彈性偏壓四通比例流量控制閥(spring-biased four-way proport1nal flow control valve)、提升閥(poppet valve)等等。典型地，所述電樞連接并驅動推針(push pin)，所述復位桿結合于流體控制元件的端部。
[0005]給螺線管供電的電流的改變會導致流體壓力的改變。理想地，給定的輸入電流(input current)對應單個壓力，而與輸入電流的增加或者減小無關。例如，考慮到螺線管在初始狀態(tài)為高壓(20bars)零電流，當通以0.5A電流時，壓力降至12bars。理想地，如果電流增加至IA然后再減小回到0.5A，壓力將再變成12bars。因此，壓力值能夠由每個電流值來決定，而與電流的增加或者減小無關。
[0006]實際上，很多因素會導致螺線管致動器滯后。滯后表示相對于輸入減小當給定的輸入增加時輸出的不同。在直動式螺線管致動器流體控制閥中，電樞與電樞套管之間或者線軸與圍繞所述線軸的嘴體(nozzle body)之間的摩擦可能會阻礙電樞和線軸響應感應磁場的順暢滑動。這可能會導致給定的電流產生不同的壓力值，而壓力值取決于電流的增加或者減小。同樣地，為了得到預定壓力，在選擇電流時肯定會考慮流體控制閥的可靠性的降低和電流(增加或者減小)的方向。
[0007]為了提高流體控制閥的可靠性，線軸和嘴體能夠通過機加工形成，從而使得線軸與嘴體緊密配合，但仍然能夠響應電樞上的感應磁場力而進行軸向移動。然而，這種機加工需要高精度。另外，線軸設計的任何變形需要對應改變嘴體。
[0008]因此，有必要提供一種直動式螺線管致動器，所述直動式螺線管致動器不需要額外的高精度機加工就能夠減小或者最小化運行過程中的滯后。


【發(fā)明內容】

[0009]螺線管致動器包括與線軸結合的電樞件，所述線軸包括位于線軸的端部的線軸蓋，所述線軸蓋能夠相對于所述線軸軸向移動。在線軸中的孔允許流體從控制口流到所述線軸蓋，以使得在線軸蓋內建立壓力。建立在線軸蓋內的壓力用與所述線軸蓋內的控制壓力和流體接觸面積成正比的力作用于線軸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的解說性的實施方式中的具有直動式螺線管致動器的流體控制閥的主視圖，所述直動式螺線管致動器用于驅動線軸，該線軸設有線性式的浮動反饋活塞。
[0011]圖2是沿圖1中的線A-A剖切的縱向橫截面圖。
[0012]圖3顯示了根據(jù)解說性的實施方式中滾動元件的保持籠的剖視圖。
[0013]圖4是圖3中滾動元件的保持籠的立體圖。
[0014]圖5顯示了另一種解說性的實施方式中的具有不同徑向軸承直徑的滾動元件的保持籠的剖視圖。
[0015]圖6是圖5中適用于徑向軸承的保持籠的立體圖。
[0016]圖7是本發(fā)明的另一種實施方式中的具有直動式螺線管致動器的流體控制閥的主視圖，所述直動式螺線管致動器用于驅動線軸，該線軸具有線性式的浮動反饋活塞。
[0017]圖8是沿圖7中的線A-A剖切的縱向橫截面圖。
[0018]圖9顯示了可以由圖1、圖2、圖3、圖4和圖5、圖6的流體控制閥得到的標準高壓相對電流。
[0019]圖10顯示了圖7、圖8、圖3、圖4和圖5、圖6的流體控制閥的標準低壓相對電流。

【具體實施方式】
[0020]參見圖1，如圖所示直動式螺線管致動器100具有電氣端子102和校準蓋104。圖2是沿圖1中的線A-A剖切的縱向橫截面圖。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的解說性的實施方式中的流體控制閥264設有直動式螺線管致動器200。直動式螺線管致動器200驅動流體控制閥264的嘴體226中的線軸228。在本發(fā)明的一種實施方式中，線軸228包括線軸蓋(浮動反饋活塞)258。直動式螺線管致動器200包括殼體206，該殼體206具有線筒210、纏繞于線筒210上且與電氣端子202連接的線圈212。在一種實施方式中，殼體206含有鋼鐵，線筒210為合成材料，例如塑料，但本領域公知的其他材料也是可以使用的。線圈212容納于殼體206的外部與導磁套(flux sleeve) 208之間。極片214固定安裝在殼體206的端部，且極片214的內孔內設置有電樞止擋件224。襯墊246設于殼體206的一個端壁上以定位流體控制閥264。
[0022]如將在下文所描述的內容，徑向軸承222的全浮動的保持籠220設于極片214的內孔內，徑向軸承222在極片214的內表面上運動并且也在與電樞216接合的推針(電樞推動件)218的外表面上運動。保持籠220完全浮動于極片214與推針218之間的環(huán)線空間內，在該環(huán)線空間內保持籠220不固定于任何平面上并且能夠在環(huán)線空間內沿軸向和徑向自由地移動，該環(huán)形空間位于極片214的內孔上所示的完整肩部與電樞止擋件224之間。這使得電樞216的移動能夠相對于極片214和導磁套208沿軸向對齊。推針218通過壓接或者其他方式連接到電樞216，該電樞216容納在殼體206的導磁套208內，以使得電樞216和推針218響應于通入線圈212上的電流而軸向移動。
[0023]參見圖3，圖中表示出徑向軸承304的保持籠302。保持籠302可具有各種形狀而不局限于圖中所示的形狀。保持籠302的直徑相對于徑向軸承304的直徑之比也可以變化。保持籠302的直徑可以基于特定的直動式螺線管致動器來確定。例如，保持籠302的尺寸可形成為使得徑向軸承304能夠在圖2中所示的極片214的內表面運動，也能夠在推針218的外表面運動。保持籠302相對于徑向軸承304的直徑可以是“細的”，從而露出徑向軸承304的較大部分，或者可以幾乎完全包圍徑向軸承304。在這兩種情況下，徑向軸承304的一部分可以暴露，并且可以延伸到超出保持籠302的內徑和外徑。如圖3所示，保持籠302可以容納六個徑向軸承304，或可以容納更多或更少徑向軸承304。
[0024]圖4示出圖3所示的徑向軸承304的保持籠302的立體圖。參見圖4，保持籠402包括頂部件406和底部件408。頂部件406和底部件408可以是實體以覆蓋每個徑向軸承404的頂部和底部，頂部件406和底部件408也可以是打開的以使得徑向軸承的頂部、底部或側部中的部分暴露在外?；蛘?，保持籠402可以包括一個單獨的部件。徑向軸承404可在保持籠402內的各個方向自由旋轉。當然，本領域技術人員可以理解的是，頂部件406和底部件408的作用是保持徑向軸承404的彼此的相對位置，但是，頂部件406和底部件408是允許具備一定量的靈活性的。
[0025]圖5示出徑向軸承504的保持籠502的另一種實施方式。在本實施方式中，相對于徑向軸承504的直徑該保持籠502具有較大的直徑。圖6示出徑向軸承604的保持籠603的側視圖。
[0026]在傳統(tǒng)螺線管致動器中，所述電樞推動部件用緊配合與所述極片連接。再次參見圖2，這相當于推針218處于與極片214全接觸的狀態(tài)，或者與用緊配合與極片214連接的套筒(未示出)滑動接觸。通到線圈212上的電流的變化導致電樞216和推針218的移動，導致推針218的外表面靠著所述極片214或套筒的內表面滑動。如果流體攜帶的致污物進入到推針218與所述極片214或套筒之間的區(qū)域，所述致污物可能進入推針218與所述極片214或套筒之間，大大地增大推針218與所述極片214或套筒之間的摩擦力，并且改變流體控制閥264對應于給定的應用電流的響應。這個改變的響應導致滯后，降低流體控制閥264響應于特定電流的可靠性和/或重復性。根據(jù)致污物的大小和數(shù)量，流體控制閥264的性能可能會降低至故障點。如果推針218和極片214之間的區(qū)域擴張，電樞216和推針218可能產生與導磁套208和極片214不對準的情況，而增大表面之間的摩擦力，且降低所述流體控制閥的響應。
[0027]相比之下，再次參見圖2，本發(fā)明包括徑向軸承222的保持籠220，該保持籠220位于推針218和極片214之間。徑向軸承222的保持籠220留出位于極片214和推針218之間的間隔。在流體攜帶致污物進入極片214和推針218之間的間隙的情況下，所述致污物嵌入在推針218和極片214之間的間隔的可能性將由于所述間隔的增大而大大降低。因此，所述流體攜帶的致污物所引起的損害對螺線管的影響減少。徑向軸承222的保持籠220用于引導推針218的軸向運動，同時降低極片214和推針218之間的摩擦力。替代極片214和推針218之間的全接觸，現(xiàn)在極片214和推針218各自僅與徑向軸承22接觸。這些徑向軸承222可在保持籠220內自由移動，并且由此允許推針218在極片214內以最小阻力移動。需要說明的是，雖然只有一個保持籠220在特定位置被示出，但是，也可以在不同位置應用多個保持籠220。
[0028]電樞216的直徑減小的端部用緊配合支撐連接于線軸228的相鄰端部上。嘴體226包括供給口 234、控制口 232、排出口 230和設于線嘴蓋254上的端部排出開口 256，供給口 234限定在O型密封圈238和O型密封圈240之間，且被過濾器260保護；控制口 232限定在O型密封圈236和O型密封圈238之間，且被過濾器262保護。線軸228響應于電樞216的移動而移動以調節(jié)作用于控制口 232的壓力。
[0029]推針218的外端部(同電樞216)被彈簧機構244偏壓。圖2顯示了一種錐形螺旋彈簧，但是也可使用其他類型的彈簧機構。彈簧機構244被限制在彈簧蓋242和校準蓋204之間，該彈簧機構244可變形以調整彈簧預加載荷以形成所述控制閥的高壓狀態(tài)(圖2所示位于OA狀態(tài)；無電流通入線圈212)。因此，在OA狀態(tài)，供給口 234對控制口 232開放，限定高壓狀態(tài)。隨著通入線圈212的電流增加，電樞216和線軸228朝向彈簧機構244移動，導致位于供給口 234和控制口 232之間的液壓通道的收縮。這將導致控制壓力降低，從而導致液壓力也相應的降低。
[0030]在本發(fā)明的一種實施方式中，線軸228包括線軸蓋(浮動反饋活塞)258，如圖2所示，該線軸蓋258與縱向線軸孔248和對控制口 232開放的徑向線軸孔250連通。線軸蓋258的外部暴露在排出腔或零壓腔252，同時線軸蓋258的內部暴露至如前文所述的控制壓力。因此使得線軸蓋258可相對于線軸228沿軸向獨立移動，并且使得線軸蓋258所具有的壓力用與線軸蓋258內的控制壓力和流體接觸面積成正比的力作用于線軸228。線軸蓋258實際上充當保持這個壓力的容器。與彈簧機構244產生的力一樣，該液壓力平衡電樞216上的磁力。
[0031 ] 在缺少線軸蓋258時，如果期望得到壓力反饋，嘴體226的端部必須形成為階梯縮小而通過緊支撐配合與線軸228的端部連接。此配合必須足夠緊而使流體不會從嘴體226與線軸228之間滲出，但是足夠松而使線軸228能在嘴體226內軸向移動。這在嘴體226與線軸228的機加工方面創(chuàng)造了挑戰(zhàn)，不僅嘴體226與線軸228需要高精度和較小公差的機加工，而且嘴體226與線軸228需要彼此及自身都保持同軸。如果配合太松，流體會滲入排出腔252，降低孔248內的壓力，從而降低作用于線軸228且與電樞216上的磁力相反的力。如果配合太緊，線軸228的外端部與嘴體226的內側之間的摩擦會干涉線軸228的軸向移動，而改變流體控制閥264對通入線圈212的電流的改變的響應。
[0032]或者，大間隔會導致流體攜帶的致污物滲入線軸228與嘴體226的端部之間。流體中的致污物會嵌入線軸228與嘴體226之間，而增加線軸228與嘴體226之間摩擦，并阻礙線軸228的移動。
[0033]在本申請中線軸蓋258提供壓力反饋，而不需要線軸228的端部緊緊接合于嘴體226的端部內并且消除了對嚴格的同軸控制的需要。代替地，嘴體226終止于寬闊的排出腔252內，同時線軸蓋258緊配合于線軸228的端部周圍。在優(yōu)選的實施方式中，線軸蓋258能夠由軋制黃銅或者不銹鋼制成，但也可以使用其他材料。線軸蓋258在其中的液壓控制壓力作用下沿軸向被驅動或移動至緊靠或鄰接線嘴蓋254，并保持不動，同時線軸228移動以根據(jù)指令調整控制壓力。線軸蓋258因此消除了對線軸228與嘴體226之間的階梯直徑的需要。然而，具有相對直向設計的線軸蓋能夠適用于與線軸228的端部的周圍配合。這簡化了流體控制閥的機加工。
[0034]線軸蓋258的另外一個優(yōu)點是由反饋壓力產生的作用于線軸228的力能夠在不改變嘴體226的設計的情況下進行調整。如上所述，線軸蓋258的內部暴露控制壓力，而使得線軸蓋258所具有的壓力用與線軸蓋258內的控制壓力和流體接觸面積成正比的力作用于線軸228。如果需要較大的反饋力，線軸蓋258內的流體接觸面積能夠增加。這能夠通過增加線軸228的端部的直徑而得到，但可能不需要改變嘴體226，因為圖2所示的排出腔252能夠適應較寬的線軸228和線軸蓋258的端部。因此，此處所述的線軸蓋258允許調整反饋壓力而不需要改變嘴體226。這意味著線軸具有不同的端部直徑并且因此反饋壓力能夠用于單個嘴體226。
[0035]參見圖7，圖示的直動式螺線管致動器具有電氣端子702和電樞端蓋704。圖8表示沿圖7中的線A-A剖切的縱向剖視圖。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，流體控制閥864具有直動式螺線管致動器800。該直動式螺線管致動器800驅動流體控制閥864的嘴體826內的線軸828。在本發(fā)明的一種實施方式中，線軸828包括線軸蓋(浮動反饋活塞)858。該直動式螺線管致動器800包括具有線筒810的殼體806，線圈812纏繞于線軸810上且與電氣端子802連接。線圈812容納在殼體806的外部和導磁套808之間。極片814固定安裝在殼體806的端部，且極片814的內孔內設置有電樞止擋件824。在殼體806的端壁上設置有襯墊846以定位流體控制閥864。
[0036]徑向軸承822的第一全浮動保持籠820設置在所述極片814的內孔中，徑向軸承822在極片814的內表面上和與電樞816接合的推針818的外表面上運動。保持籠820完全浮動于極片814與推針818之間的環(huán)線空間內，在該環(huán)線空間內保持籠820不固定于任何平面上并且能夠在環(huán)線空間內沿軸向和徑向自由地移動，該環(huán)形空間位于極片814的內孔上所示的完整肩部與電樞止擋件824之間。推針818通過壓接或者其他方式連接到電樞816，該電樞816容納在殼體806的導磁套808內，以使得電樞816和推針818響應于通入線圈812上的電流而軸向移動。
[0037]電樞816的外端面還容納在位于電樞端蓋804內的徑向軸承842的第二全浮動保持籠844內，該電樞端蓋804通過徑向軸承842固定到殼體806上，且徑向軸承842在電樞816的外端面上運動。第二保持籠844如上所述在殼體806的端部和電樞端蓋804之間的環(huán)形空間是完全浮動的。
[0038]圖8中所示的所述控制閥的標準低壓狀態(tài)和標準高壓狀態(tài)由提供給線圈812的外部指令控制電信號來確定。如果需要校準功能，可以在線嘴蓋854和線軸蓋858之間設置選配彈簧(未示出)。
[0039]推針818的內端與線軸828的相鄰端接合。嘴體826包括供給口 834、控制口 832、排出口 830和設于線嘴蓋854上的端部排出開口 856，供給口 834在O型密封圈838和O型密封圈840之間，且被過濾器860保護；控制口 832限定在O型密封圈836和O型密封圈838之間，且被過濾器862保護。線軸828響應于電樞816的移動而移動以調節(jié)作用于控制口 832的壓力。
[0040]在本發(fā)明的一種實施方式中，線軸828包括線軸蓋(浮動反饋活塞)858，如圖8所示，該線軸蓋858連通縱向線軸孔848和徑向線軸孔850，進而連通控制口 832。線軸蓋858的外部暴露在排出腔或零壓腔852，同時線軸蓋858的內部通過孔848和孔850與在如前文所述的控制壓力連通，使得線軸蓋858所具有的壓力用與線軸蓋858內的壓力和面積成正比的力作用于線軸828。該液壓力平衡電樞816上的磁力。線軸蓋858在其中的液壓控制壓力作用下沿軸向被驅動或移動至緊靠或鄰接線嘴蓋854，并保持不動，同時線軸828移動以根據(jù)指令調整控制壓力。
[0041]圖9表不由在標準尚壓且零(O)線圈電流狀態(tài)下的如圖1和圖2所不的上述流體控制閥而得到的滯后函數(shù)圖。所示兩條曲線代表兩個電流的掃頻，在一種情況中，將電流從OA提升至約1A(電流標于橫軸上，單位為A)，在另一種情況中，將電流從約IA降低至0A。給定電流引起壓力的微小差異反映出所述設備減小了摩擦力和應對致污物的穩(wěn)定性。
[0042]圖10表示由在標準低壓且零(O)線圈電流狀態(tài)下的如圖7和圖8所示的上述閥而得到的滯后函數(shù)圖。像前面的函數(shù)圖，這個函數(shù)圖反映了兩個電流掃頻，上述兩個電流中的一個電流增加，上述兩個電流中的一個電流降低。在上述情況中，滯后足夠小以使得兩條曲線難以區(qū)分。
[0043]盡管已經詳細地圖示和描述直動式致動器及相關的流體控制閥的某些解說的和/或優(yōu)選的實施方式，但需要理解的是，在不背離本發(fā)明的主旨或者范圍的情況下，本發(fā)明可以做出變化或者修改。
【權利要求】
1.螺線管致動器流體控制閥，所述電磁致動器流體控制閥包括: 螺線管致動器組件，所述螺線管致動器組件具有: 固定的螺線管組件；和 可移動的電樞組件；以及 流體控制閥組件，所述流體控制閥組件具有: 固定嘴體； 位于所述固定嘴體內的可移動線軸；以及 線軸端蓋，所述線軸端蓋設置在所述固定嘴體與所述可移動線軸的第一端之間以提供反饋壓力。
2.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述可移動電樞組件與所述可移動線軸配合。
3.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述線軸端蓋能夠相對于所述可移動線軸軸向移動。
4.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述固定嘴體具有至少一個控制口，且其中，在所述可移動線軸內的孔允許流體從至少一個控制口流動到所述線軸端蓋。
5.根據(jù)權利要求4所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述線軸端蓋內的所述流體在所述線軸端蓋內建立所述反饋壓力。
6.根據(jù)權利要求5所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，在所述線軸端蓋內建立的所述反饋壓力使所述線軸端蓋沿軸向移動，直到所述線軸端蓋與所述固定嘴體的端部抵靠鄰接。
7.根據(jù)權利要求5所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，在所述線軸端蓋內建立的所述反饋壓力通過沿第一軸向方向的運動反饋力作用于所述可移動線軸。
8.根據(jù)權利要求7所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述控制口建立有壓力，且其中，所述運動反饋力與建立在所述控制口的壓力成正比。
9.根據(jù)權利要求7所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述線軸端蓋具有軸向流體接觸面積，且其中，所述運動反饋力與所述軸向流體接觸面積成正比。
10.根據(jù)權利要求7所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，運動磁力沿第二軸向方向作用于所述可移動電樞組件，其中，所述運動反饋力基板平衡抵消所述運動磁力。
11.根據(jù)權利要求7所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述螺線管致動器組件還包括彈簧機構，其中，所述彈簧機構通過沿第二軸向方向的運動彈力作用于所述可移動電樞組件。
12.根據(jù)權利要求11所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述運動反饋力基本平衡所述運動彈力。
13.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述固定嘴體的端部的內表面的直徑比所述可移動線軸的端部的外表面的直徑大。
14.根據(jù)權利要求13所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述螺線管致動器流體控制閥還包括位于所述固定嘴體的端部的內表面與所述可移動線軸的外表面之間的徑向間隔。
15.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述固定嘴體的端部的內表面的直徑比所述線軸端蓋的外表面的直徑大。
16.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述線軸端蓋與所述可移動線軸的所述第一端同軸。
17.根據(jù)權利要求1所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述固定嘴體包括位于所述固定嘴體的端部的排出腔。
18.根據(jù)權利要求17所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述排出腔的軸向端部包括端部排出開口。
19.根據(jù)權利要求18所述的螺線管致動器流體控制閥，其中，所述端部排出開口允許流體從所述排出腔流出。
20.流體控制閥的操作方法，所述操作方法包括: 在流體控制閥組件中，調整線軸端蓋的直徑以選擇性地調整作用于可移動線軸上的反饋壓力，其中所述流體控制閥組件具有: 固定嘴體； 位于所述固定嘴體內的所述可移動線軸；以及 位于所述固定嘴體內的所述線軸端蓋。
【文檔編號】G05D16/00GK104471505SQ201380037241
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權日:2012年7月11日
【發(fā)明者】H·奈蒙羅霍達, M·P·彼得森 申請人:偉創(chuàng)力有限責任公司