特别是用于驱动涡轮压缩机的减压阀的电磁致动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及特别用于驱动内燃机的涡轮压缩机的减压阀(通常被称为“废气门”)的旋转电磁致动器的领域。
[0002]本发明具体地涉及用于驱动该减压阀且由此控制涡轮压缩机涡轮中的气体压力的电动致动器。
[0003]热力发动机(用于机动车辆，卡车，建筑机械...)通过空气/燃料混合物在汽缸的燃烧室中爆发来运行。
[0004]发动机的空气回路使用多种阀进行操作，该空气回路旨在引导、管理和释放被供应到发动机中的空气。为了提高热力发动机性能，一些车辆配备有涡轮压缩机，其旨在利用空气对燃烧室进行增压。
[0005]该增压装置通常配备有根据发动机转速和测得的负荷控制涡轮压缩机的运行和影响的移动元件(可变的几何形状，具有旋转叶片和顶冠，旋转废气门，...)。该移动机械元件通过由车辆上的计算机驱动的(主要是气动和电动)致动器来移动。
[0006]当涡轮压缩机移动机械元件处于从燃烧室排出的排气气流中时，它们经受由压力变化导致的合力，其大小和频率直接取决于热力发动机的运行速度。
[0007]由车辆上的计算机驱动且在运动中设定移动元件的致动器必须满足:
[0008]-在任何时候，将移动元件驱动到期望的位置(无论温度和所要克服的负荷是多少)
[0009]-在通常非常短的时间内(大约100ms)能够达到目标位置，以保证涡轮的最佳操作
[0010]-以最低可能的功耗来稳定地保持该位置。
【背景技术】
[0011]德国专利DE102011051560公开了一种在现有技术中已知的用于涡轮压缩机的已知示例性减压阀。
[0012]专利W02013017794，其公开了一种已知的紧凑的定位组件，其包括致动器和集成在致动器的气缸盖中的传感器。
[0013]德国专利DE102011078907公开了另一种用于控制排气气流的压力的示例性排气背压阀。
[0014]专利EP1804366和US5828151公开了旋转电磁致动器的其它示例。
[0015]如在专利US2006244330中公开的具有摩擦引导件的电机也在现有技术中已知。该旋转机械包括，在固定部件和移动部件之间的引导元件，该引导元件可能是环形轴承但也可以是摩擦轴承或滚动轴承。这些引导元件不是特定描述于该专利中且本领域技术人员将理解它们仅用于使得机械的移动元件相对于固定元件的相对旋转具有最低可能的摩擦，以最小化机械损失且获得高效益。这些引导元件没有提供对于可能施加到移动元件上的外界扰动的机械过滤功能。
[0016]公开了具有塑料轴承的阀门致动器的专利US2011240893也是已知的。铁磁体毂包括特定形式的接收塑料件，其形式为用于接收马达轴的多孔垫圈。用于这些垫圈的塑料必须具有低摩擦系数，优选地具有尼龙以减少在致动器的固定部件和移动部件之间的粘附效应，特别是当润滑元件不再提供该功能的时候。具有低摩擦系数的塑料垫圈在此仅提供定位和引导轴的功能，这旨在利用经济的解决方案减少机械损失。该解决方案并不可能补偿且过滤移动元件中的可能扰动或位置振动。在该专利中，塑料垫圈主要具有用于保持轴的径向功能而不是轴向的。
[0017]类似地，如专利EP1432106中所示的致动器，已知的是其中由软磁性材料制成的轴承被固定至定子且转子轴的一部分通过其中。该轴承优选地由具有尽可能低的摩擦力的软磁性材料制成。用于制造该轴承的这种材料的一个特征是，其还防止由定子和转子之间产生的磁力造成的吸附，以保持其旋转特征且提高其耐用性。这些轴承在此旨在通过使用与致动器的磁性相容的材料来限制磨损或机械损失的现象以及限制摩擦现象。该解决方案没有能够抑制且消除可能影响致动器位置的外部扰动。
[0018]专利US3242365中公开的电压产生控制系统是已知的，其合并有用于抑制移动定子系统的振动的系统。该阻尼系统通过约束在摩擦环和定子之间的汤盘状(贝氏弹簧垫圈)的弹簧引入了摩擦。该阻尼系统也可能是与定子接触的板簧或例如稠润滑脂或摩擦垫的任何其它阻尼装置。该阻尼系统在此基于摩擦但需要弹性约束装置以实现所需的阻尼效果。昂贵、庞大且几乎不能控制的元件必须因此被集成以实现阻尼，例如，“贝氏垫圈”类型的弹簧，弹性摩擦片或衬垫，它们必须被活化或经由弹性元件约束。采用稠润滑脂也是不恰当的，因为，在一方面阻尼效果将取决于扰动的速度(低速，缓慢扰动将不能通过流体例如油脂来消除)且，在另一方面，油脂趋向于润滑表面这样减少或甚至消除接触面的摩擦，这样减少了摩擦阻尼。
[0019]现有技术的缺陷
[0020]热力发动机增压系统能够通过增加容许进入燃烧室的空气的压力来增加性能。
[0021]如显示了现有技术中的“废气门”类型的涡轮压缩机的大致运行的图1所示，涡轮压缩机包括:
[0022]涡轮”(I)部分:涡轮借助排气的通过而旋转。
[0023]压缩机”(2)部分:压缩机借助排气涡轮机械地旋转(两者由一个轴连接)，其将空气加压到燃烧室中
[0024]-移动元件(5):其使得在激活时能够控制涡轮的旋转速度(且因此控制压缩机动作水平)，排气的一部分绕过涡轮而不作用于涡轮的旋转
[0025]-致动器(3):其驱动涡轮部件的移动元件的位置
[0026]-运动连接件(4):其将致动器(3)的运动(位置和力)传输到移动元件(5)。
[0027]如图2中可以看到的，移动元件(5)经受由气体的作用造成的两种类型的力:
[0028]-由箭头(7)显示的恒定作用力:其幅值取决于打开角度和作用在移动元件(5)上的气体的压力水平，但该幅值一直保持恒定。大小的量级大约2巴。
[0029]-由箭头(6)显示的正弦激励类型的变化作用力，其频率直接取决于发动机转速(排气阀门的每一次打开循环导致压力峰值)。量值的量级在频率范围[20Hz ； 200Hz]上是±
0.45 巴。
[0030]这些力干扰了现有技术中已知的致动器的运行，特别是在闭环位置控制期间。
[0031]当前的现有技术提供了许多致动器的解决方案，其中借助于摩擦系统将移动元件相对于固定元件进行引导和移动。多数解决方案旨在通过使用特定的材料和形状最小化摩擦损失。涉及到摩擦振动抑制的少数解决方案由于缺乏性能或因为复杂和在紧凑空间中难于实现和执行从而是不恰当的，例如此处描述的致动器。
[0032]本申请提供的解决方案
[0033]现有技术中的致动器(线性致动器或力矩马达)是典型的适用于例如增压涡轮压缩机的应用要求的解决方案。主要的特征是紧凑性，鲁棒性和高动态性。
[0034]由于该解决方案是一种直接驱动系统(没有齿轮类型或在马达和致动器输出轴之间其它任何减速运动)，其非常快速但是进而暴露在其所驱动的所有负荷的扰动下。其低刚性因此将其暴露于在“闭环”驱动中的潜在不稳定性，特别是对于高频激励而言。
[0035]所发展的该解决方案在于将机械阻尼系统直接集成到致动器中，该机械阻尼系统能够过滤力矩马达所经历的高频激励。该类型致动器的显著优势(紧凑性，鲁棒性，动态性)因此被保留且通过增加致动器的刚性消除了不稳定性的风险。
[0036]根据本发明的电磁致动器能够通过利用致动器的减少的功耗确保且有效地稳定保持在位置中来驱动涡轮压缩机的移动元件。该理念是在致动器中引入元件，该元件过滤能够由致动器检测到的高频激励。
[0037]应被注意到的是，本发明的阻尼系统并非意在引导移动元件，但其在描述于附图中的旋转实施例中，特别针对于轴向保持而非径向引导。因此其直接经受由移动元件和固定元件之间的磁力吸引导致的作用力和轴向压缩负荷，且因此必须解决蠕变问题:其材料和其尺寸必须小心地设计和选择(特别是在运行温度和机械应力方面)以避免可能影响本发明的致动器的特性和性能的任何风险。在现有技术中公开的塑料材料和传统集成不足以防止该失效。
[0038]在旋转实施例的情况下，用于阻尼力矩马达的邻接垫圈的组合对致动器的运行是非常相关的且在其集成的地方是明智的选择:由于“粘着滑动”效应且由于致动器的特性(在行程最初的最小作用力是线圈场效应的结果，因此移动可以轻易地起动)使得保持力矩大于扰动力矩，所以不需要弹性约束装置。
[0039]为此，本发明在其最广泛的意义中，涉及特别是旨在驱动涡轮压缩机的减压阀的电磁致动器，所述致动器包括由第一磁性定子回路形成的固定部件和由薄部件制成的移动元件，所述第一磁性定子回路由具有被至少一个激励线圈激励的高磁导率的材料制成，被磁化的所述薄部件位于由具有高磁导率的材料制成的第二磁路旁边，所述移动部件设置有联接轴，在磁化部件和激励线圈的组合磁效应下所述固定部件和移动部件彼此吸引，其特征在于，所述固定部件和移动部件通过纯滑动类型的摩擦机械连接装置连接，其中所述连接装置是直接合并到致动器中的系统，取决于移动部件和固定部件的相对位置并且取决于线圈中流过的电流，所施加的外部扰动的机械阻尼具有粘着滑动类型的机械摩擦特性。
[0040]根据本发明的致动器可能是旋转致动器或线性致动器。在第一种情况下，磁体将具有轴向磁盘的形状。在线性致动器的情况下，磁体将具有在厚度方向被磁化的细的矩形形状。
[0041]优选地，所述摩擦机械连接装置包括插入在所述移动元件和所述固定元件之间的薄部件。
[0042]有利的是，所述摩擦机械连接装置具有的静摩擦大于动摩擦。
[0043]优选地，所述机械连接装置被构造为施加大于或等于由力矩马达检测到的最大可变扰动力矩的摩擦力矩。
[0044]根据优选的实施例，所述摩擦机械连接装置包括金属/聚合体类型的复合材料。
[0045]有利地，所述摩擦机械连接装置具有的结构包括由聚四氟乙烯(PTFE)涂覆的包含纤维混合物的钢制成的刚性支撑件。
[0046]优选地，所述刚性支撑件被烧结为具有浸渍有或涂覆有滑动层的多孔铜层。
[0047]有利地，致动器包括调节器，该调节器在闭环中驱动致动器，其指示致动器行进以稍微超过目标位置(以自发地经过设定点)以使得能够，在之后，当致动器将阀从打开位置移动到关闭位置时沿负荷方向回到目标位置;且在闭环中驱动致动器的调节器指示致动器通过自发地在设定点前停止而在该目标位置前稍微稳定，以便能够，在之后，当致动器将阀从关闭位置移动到打开位置时沿负荷方向到达目标位置。
[0048]非限定示例性实施例的详细描述
[0049]通过参照示出了非限制性实施例的附图来阅读如下说明将能够更好地理解本发明，其中:
[0050]-图1和图2显示了现有技术的涡轮压缩机的总图。
[0051]-图3a显示了根据本发明的致动器的局部剖视图。
[0052]-图3b显示了根据本发明的致动器的分解图。
[0053]-图4显示了作用在所述摩擦机械连接装置上的轴向力关于致动器转子的角度位置以及施加至激励线圈的电