专利名称：电磁驱动阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁驱动阀，特别涉及一种由弹力和电磁力驱动的、用于内燃机的枢轴型电磁驱动阀。比如，本发明可以用于车辆上内燃机的电磁驱动阀领域。
背景技术：
美国专利US6467441公开了一种包括有两个线圈的枢轴型电磁驱动阀。在电磁驱动阀中，支撑点设置在盘(电枢)上。在传统的电磁驱动阀中，在盘和电磁铁之间存在较大的间隙，并且在端部提供有小的电磁力。这样的布置使其很难获得大初始驱动力。此外，还需要增大电流来获得大初始驱动力。但增大电流必然会增加电力的消耗量。
发明内容
考虑到上述传统电磁驱动阀存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能够增大初始驱动力的电磁驱动阀。
依据本发明实施例的电磁驱动阀由电磁力操作。该电磁驱动阀包括有阀元件、摆动构件、支撑构件和电磁铁。该阀元件包括有阀轴，并在阀轴延伸的方向上往复运动。摆动构件从驱动端延伸到枢转端，该驱动端与所述阀元件一起运动。摆动构件绕着在枢转端延伸的中心轴线摆动。支撑构件支撑摆动构件的枢转端。电磁铁设置成面对所述摆动构件，该电磁铁包括有由磁性材料制成的铁心以及缠绕在铁心上的线圈，线圈相对于铁心的中心偏向驱动端一侧。
在具有上述结构的电磁驱动阀中，线圈相对于铁心的中心偏向驱动端一侧。从而，在枢转端一侧，也就是中心轴线一侧的磁通路线宽。因为在枢转端的电磁铁和摆动构件之间的距离短，当电磁驱动阀开始运转的时候可以获得大电磁力。
由磁性材料制成并向摆动构件延伸的突起可以设置在铁心的位于驱动端一侧的位置上。在这种情况下，可以通过突起减小铁心和摆动构件之间的间隙。从而，可以增大磁通量的密度，并增大电磁力。
凸起部分可以设置在铁心的位于驱动端一侧的焊接位置上。在这种情况下，可以防止由于焊接而导致的铁的损失，并且可以减小电力的消耗量。
根据本发明的示例性实施例，提供一种可以增大初始驱动力的电磁驱动阀。
以下将参考附图，结合示例性实施例来说明本发明的上述和其它的目的、特征和优点，其中相似的部分由相似的附图标记表示，其中图1为依据本发明第一实施例的电磁驱动阀的剖面图；图2为下电磁铁的放大剖面图；图3为传统的下电磁铁的剖面图；图4为图2和图3的结构中盘的位移和电磁力之间的关系曲线图；图5为依据本发明第二实施例的电磁驱动阀的剖面图；图6为具有突起的下电磁铁的透视图；图7为沿图6中线VII-VII的剖面图；图8为依据本发明第三实施例的电磁驱动阀的剖面图；图9为具有突起的下电磁铁的透视图；图10为沿图9中线X-X的剖面图；以及图11为依据本发明第四实施例的电磁驱动阀的剖面图。
具体实施例方式
以下将参考
本发明的示例性实施例。在以下的实施例中，类似的部分采用类似的附图标记表示，并且这个说明不再重复。
图1为依据本发明第一示例性实施例的电磁驱动阀的剖面图。如图1所示，电磁驱动阀1包括有主体51、上电磁铁60、下电磁铁160、盘30和阀杆12。上电磁铁60和下电磁铁160安装到主体51上。盘30设置在上电磁铁60和下电磁铁160之间。阀杆12由盘30驱动。
主体51具有U形截面，作为基座元件。各种元件都安装到主体51上。上电磁铁60包括有由磁性材料制成的铁心61以及缠绕在铁心61上的线圈62。下电磁铁160包括有由磁性材料制成的铁心161以及缠绕在铁心161上的线圈162。当线圈62和162通电的时候，就会产生磁场，盘30由磁场驱动。
盘30设置在上电磁铁60和下电磁铁160之间，通过吸引力(电磁力)吸引到上电磁铁60或下电磁铁160上。结果，盘30在上电磁铁60和下电磁铁160之间往复运动。盘30的往复运动传递给阀杆12。
电磁驱动阀1由电力运转。电磁驱动阀1包括有阀元件14、主体51、盘30和上、下电磁铁60、160。阀元件14包括有作为阀轴的阀杆12，并在阀杆12延伸的方向(也就是由箭头10指示的方向)上往复运动。作为支撑构件的主体51设置在远离阀元件14的位置上。盘30包括驱动端32和枢转端33，该驱动端32与阀杆12一起运动，该枢转端33由主体51支撑，使得枢转端33可以摆动。盘30绕着在枢转端33延伸的旋转轴线35摆动。盘30作为摆动构件。旋转轴线35作为中心轴线。上电磁铁60和下电磁铁160设置成面对着盘30。上电磁铁60包括有由磁性材料制成的铁心61以及缠绕在铁心61上的线圈62。下电磁铁160包括有由磁性材料制成的铁心161以及缠绕在铁心161上的线圈162。线圈62相对于铁心61的中心轴线261偏向驱动端32一侧(也就是相比于枢转端33更靠近驱动端32的那一侧)。线圈162相对于铁心161的中心轴线261也偏向驱动端32一侧。
本实施例中的电磁驱动阀1构成内燃机(如汽油机或柴油机)的进气门或排气门。在这个实施例中，阀元件14用作设置在进气口18中的进气门。然而，电磁驱动阀1也可以应用于其它情况，其中阀元件14用作排气门。
图1所示的电磁驱动阀1是枢轴型电磁驱动阀。盘30用作运动机构。主体51设置在气缸盖上。下电磁铁160设置在主体51的下部区域。上电磁铁60设置在主体51的上部区域。下电磁铁160包括有由铁制成的铁心161以及缠绕在铁心161上的线圈162。通过向线圈162提供电流而在线圈162周围产生磁场。盘30通过磁场吸引到下电磁铁160上。
上电磁铁60包括有由铁制成的铁心61以及缠绕在铁心61上的线圈62。通过向线圈62提供电力而在线圈62周围产生磁场。盘30通过磁场吸引到上电磁铁60上。
上电磁铁60的线圈62可以与下电磁铁160的线圈162连接。在这种情况下，线圈62和162形成单个线圈。另一种选择是，线圈62与线圈162分开。缠绕在铁心61上的线圈62的匝数并不限制为特定的数目。同样，缠绕在铁心161上的线圈162的匝数也并不限制为特定的数目。
盘30包括臂部分31和轴承部分38。臂部分31从驱动端32延伸到枢转端33。臂部分31被上电磁铁60或下电磁铁160吸引。结果，臂部分31在如箭头30d所示的方向上枢转(摆动)。轴承部分38安装到臂部分31的端部。臂部分31绕着轴承部分38枢转。臂部分31的枢转使得臂部分31的上表面131接触上电磁铁60，以及臂部分31的下表面231接触下电磁铁160和盖112。
轴承部分38为圆柱形。扭杆36设置在轴承部分38内。扭杆36一端为花键装配到主体51上。扭杆36另一端装配到轴承部分38上。从而，当轴承部分38枢转的时候，从扭杆36向轴承部分38施加抵抗该运动的力。从而，轴承部分38总是被推向中间位置。盘30的驱动端32通过盖112压迫阀杆12。阀杆12由阀杆导管43引导。
进气口18设置在气缸盖41的下部区域。进气穿过各个进气口18进入燃烧室。也就是，空气-燃油混合物或空气穿过进气口18。阀座42设置在进气口18和燃烧室之间。阀座42用来增强阀元件14的密封性。
用作进气门的阀元件14安装到气缸盖41上。阀元件14包括有阀杆12和钟形部分13。阀杆12沿纵向延伸。钟形部分13设置在阀杆12的端部。阀杆12装配到门形的盖112上。
图2为下电磁铁的放大剖面图。如图2所示，线圈162相对于铁心161的中心轴线261在箭头361所示的方向上偏向驱动端32一侧。驱动端32一侧的磁通路线的宽度由d11表示。枢转端33一侧(也就是相比于驱动端32更靠近枢转端33(旋转轴线35)的那一侧)的磁通路线的宽度由d13表示。宽度d13比宽度d11大。铁心161中心部的磁通路线的宽度由d12表示。宽度d12的中心位于中心轴线261的左侧。盘30和下电磁铁160之间的距离或间隙从驱动端32向枢转端33减小。也就是，驱动端32一侧的间隙大，而枢转端33一侧的间隙小。在下电磁铁160中产生磁路1161和磁路2161。每个磁路1161和2161都产生电磁力来将盘30吸引靠近下电磁铁160。每个磁路所产生的将盘30吸引靠近下电磁铁160的力取决于磁路中的磁通量密度和下电磁铁160与盘30之间的距离或间隙。在这个实施例中，因为线圈162是偏向驱动端32一侧，所以在铁心161中枢转端33一侧的宽度d13较大。从而，大量的磁通量穿过这个较宽的部分。同样，较宽部分和盘30之间的距离较短。相应的，即使在初始阶段也能由于磁路2161的影响而获得较大的力。也就是，在片状式电磁驱动阀1中，在远离旋转轴线35的位置上的间隙(下电磁铁160和盘30之间的距离)与靠近旋转轴线35的位置上的间隙不同，并且这两个间隙中的磁通量密度是不均匀的。为了解决这个问题，将磁通路线的宽度设置成通过将线圈162移动到驱动端32一侧来防止枢转端33一侧的磁通量密度的饱和。这会增大电磁力，降低所需的电流量，从而降低电能消耗量。
图3为传统阀门的下电磁铁的剖面图。如图3所示，下电磁铁160包括有铁心161和线圈162，线圈162缠绕在铁心161上。然而，传统的下电磁铁与图2中所示的下电磁铁160不同之处在于，右侧的磁通路线的宽度与左侧的相同。如图3所示，在铁心161中，中心轴线261右侧的磁通路线的宽度与中心轴线261左侧的相同。也就是，图3中的下电磁铁160是对称的。左侧和右侧的磁通路线的宽度均由d1表示。铁心161下部的磁通路线的宽度由d2表示。具有驱动端32和枢转端33的盘30设置在下电磁铁160之上。
图4为图2和图3的结构中盘的位移和电磁力之间的关系曲线图。当上电磁铁60和下电磁铁160之间没有施加电磁力的时候，盘30位于图4中的“中间位置”。当盘30与下电磁铁160接触的时候，盘30位于图4中的“阀开启位置”。扭杆36的弹力与扭杆36的位移成比例。也就是，当扭杆36从中间位置移动的时候，扭杆36的弹力增大。
在图3所示的传统结构中，当施加给线圈162的电流量恒定时，在盘30和下电磁铁160之间施加的力与盘30和下电磁铁160之间的距离相关。当距离大时，这个力小。相反，当距离小时，这个力大。当盘30位于中间位置的时候，盘30和下电磁铁160之间的距离大，从而电磁力小，尤其是在驱动端32一侧。然而，当盘30和下电磁铁160之间的距离变小的时候，电磁力变大。因为驱动端32远离旋转轴线35，所以驱动端32的电磁力对于吸引有很大的影响。相应的，在图4中“阀开启位置”附近，电磁力急剧增大。
在图2所示的结构中，与图3中所示的结构不同，因为线圈162偏向驱动端32一侧，所以枢转端33一侧的磁通路线的宽度d13大。结果，当盘30位于中间位置时，产生大的电磁力。在图2所示的结构中，与图3中所示的结构相比，当盘30位于靠近中间位置的区域时，产生更大的电磁力。磁通路线的宽度设置成通过将线圈162移动到驱动端32一侧来防止磁通量的饱和。这会增大电磁力，降低所用的电流量和电能消耗量。
以下将说明根据第一实施例的电磁驱动阀的运转状况。当电磁驱动阀1运转时，电流施加给构成上电磁铁60的线圈62或构成下电磁铁160的线圈162。比如，在图1中第一实施例中，电流施加给线圈62。结果，在线圈62周围产生磁场，由磁性材料制成的盘30的臂部分31被吸引到上电磁铁60。结果，臂部分31向上枢转，扭杆36扭转，并且扭杆36有将臂部分31向反方向移动的趋势。然而，因为上电磁铁60的吸引力较强，该臂部分31还是向上枢转，最终上表面131与上电磁铁60接触。当臂部分31向上运动的时候，连接臂部分31和阀元件14的盖112也向上运动，最终钟形部分13与阀座42接触。从而，阀元件14位于关闭位置。
当阀元件14位于打开位置时，臂部分31需要向下运动。在这种情况下，停止向线圈62施加电流，或者减少向线圈62施加的电流量。结果，作用在电磁铁60和臂部分31之间的电磁力降低。因为扭杆36对臂部分31施加有扭力，所以该扭力(弹力)克服电磁力，并且臂部分31运动到图1中所示的中间位置附近。然后将电流施加给构成下电磁铁160的线圈162。结果，在线圈162周围产生磁场，由磁性材料制成的臂部分31被吸引到下电磁铁160。此时，臂部分31带动盖112和阀元件14向下运动。线圈162的吸引力克服了扭杆36的扭力。最后，下表面231与下电磁铁160接触。此时，阀元件14向下运动，并且阀元件14位于打开位置。通过采用这种方式反复将臂部分31上下移动，使得臂部分31沿箭头30d所示的方向枢转。当臂部分31枢转的时候，与臂部分31连接的轴承部分38也枢转。
从而，根据这个实施例，可以增大电磁力，降低所用的电流量和电能消耗量。
图5为依据本发明第二实施例的电磁驱动阀的剖面图。如图5所示，根据第二实施例的电磁驱动阀1与根据第一实施例的电磁驱动阀的不同之处在于，在上电磁铁60上位于驱动端32一侧的位置上设置有突起661，并且在下电磁铁160上位于驱动端32一侧的位置上设置有突起761。
在第一个实施例中，上电磁铁60的线圈62和下电磁铁160的线圈162都偏向驱动端32一侧。然而，上电磁铁60的线圈62和/或下电磁铁160的线圈162也可以偏向驱动端32一侧。
在第二个实施例中，突起661和761由磁性材料制成。各个突起661和761均形成磁路。突起661和761设置成其不会干涉盘30的往复运动。
图6为具有突起761的下电磁铁的透视图。如图6所示，突起761设置成与铁心161接触。突起761在深度方向上延伸，并且具有不直接干涉阀杆12和臂部分31的形状。突起761为薄板形。例如，突起761由磁性材料比如铁制成。
图7为沿图6中线VII-VII的剖面图。如图7所示，突起76向臂部分31延伸。突起761形成磁路1161。在磁路1161中，因为突起761和臂部分31之间的距离较短，所以电磁力较大。此外，通过设置突起761，增大了驱动端32一侧的磁通路线的面积。结果，可以增大磁通量，并可以在驱动端32一侧产生较强的力。因为驱动端32远离旋转轴线35，所以通过增大驱动端32的电磁力而增大转矩。该转矩为电磁力和臂的长度的乘积。因此，通过增大远离旋转轴线35的区域的电磁力，可以降低用到的电流量和电能消耗量。
图8为依据本发明第三实施例的电磁驱动阀的剖面图。根据第三实施例的电磁驱动阀1与根据第一实施例的电磁驱动阀1的不同之处在于，多个突起961设置在上电磁铁60中，这些突起961互相焊接在一起。各个突起961由构成铁心61的磁性钢板组成。突起861(图8中未显示)也设置在下电磁铁160中。突起861设置在驱动端32一侧。
图9为具有突起861的下电磁铁的透视图。如图9所示，构成下电磁铁160的铁心161通过将多个电磁钢板堆叠形成。突起861设置在各个电磁钢板上。多个电磁钢板上的突起861用于将多个电磁钢板连接起来。通过将突起861相互焊接而将多个电磁钢板相互连接起来。
图10为沿图9中线X-X的剖面图。当线圈162偏向驱动端32一侧的时候，铁心161中驱动端32一侧的磁通量的宽度小。从而，如果不设置突起861并且铁心161的电磁钢板在驱动端32一侧的位置上焊接在一起，那么将会由于焊接而使铁损耗增大。因此，在这个实施例中，设置有用于焊接的突起861。也就是，突起861相互焊接在一起。从而，即使由于在突起861上的焊接而导致铁损耗增大，磁场也不会受到太大影响。结果，响应性增强，并且可以降低电能消耗量。
图11为依据本发明第四实施例的电磁驱动阀的剖面图。如图11所示，根据第四实施例的电磁驱动阀1与根据第一实施例的电磁驱动阀的不同之处在于，设置有两个盘30，上盘和下盘。两个盘30通过杆1012相互连接在一起。线圈62和162偏向驱动端32一侧。
具有根据第四实施例的上述结构的电磁驱动阀1具有与根据第一实施例的电磁驱动阀同样的效果。
尽管已经说明了本发明的多个实施例，还是可以对实施例做出许多修改。在第一到第三的各个实施例中，使用一个盘30。然而，在第一到第三的各个实施例中也可以使用如图11中第四实施例所示的两个盘30。
此外，组成上电磁铁60的线圈62可以由一个线圈或多个线圈构成。组成下电磁铁160的线圈162也可以由一个线圈或多个线圈构成。
从而，说明书中公开的本发明的实施例可以看作在所有方面都是示例性的和非限制性的。本发明的技术范围由权利要求限定，在权利要求的等效意义和范围内的所有变化都包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种电磁驱动阀，它由电磁力操作，其特征在于，包括阀元件(14)，该阀元件(14)包括有阀轴(12)，并在所述阀轴(12)延伸的方向上往复运动；摆动构件(30)，该摆动构件(30)从驱动端(32)延伸至枢转端(33)，该驱动端(32)与所述阀轴(12)一起运动，该摆动构件(30)绕着在所述枢转端(33)延伸的中心轴线(35)摆动；支撑构件(51)，该支撑构件(51)支撑所述摆动构件(30)的所述枢转端(33)；以及电磁铁(60，160)，该电磁铁(60，160)设置成面对所述摆动构件(30)，其中该电磁铁(60，160)包括由磁性材料制成的并具有中心轴线(261)的铁心(61，161)以及缠绕在该铁心(61，161)上的线圈(62，162)，并且其中所述线圈(62，162)相对于中心轴线(261)偏向所述驱动端(32)一侧。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动阀，还包括由磁性材料制成的突起(661，761)，所述突起(661，761)向所述摆动构件(30)延伸，并设置在所述铁心(61，161)中、位于所述驱动端(32)一侧的一部分上。
3.根据权利要求1所述的电磁驱动阀，其中所述突起(861，961)设置在所述铁心(61，161)中、位于驱动端(32)一侧的焊接部分上。
4.一种电磁驱动阀，它由电磁力操作，其特征在于，包括阀元件(14)；支撑构件(51)；摆动构件(30)，该摆动构件(30)由所述支撑构件(51)支撑，并可操作地与所述阀元件(14)一起运动；以及电磁铁(60，160)，该电磁铁(60，160)设置成面对所述摆动构件(30)，并且包括由磁性材料制成的铁心(61，161)以及缠绕在所述铁心(61，161)上的线圈(62，162)，所述线圈(62，162)相对于所述铁心(61，161)的中心偏移。
5.根据权利要求4所述的电磁驱动阀，其中所述线圈(62，162)从所述铁心(61，161)的中心偏向所述摆动构件(30)的自由端。
6.根据权利要求4或5所述的电磁驱动阀，其中所述电磁铁包括上电磁铁(60)和下电磁铁(160)。
7.根据权利要求6所述的电磁驱动阀，其中所述支撑构件(51)支撑所述上、下电磁铁(60，160)。
8.根据权利要求7所述的电磁驱动阀，其中每个所述上、下电磁铁(60，160)包括铁心(61，161)和缠绕在所述铁心(61，161)上的线圈(62，162)。
9.根据权利要求6所述的电磁驱动阀，其中所述摆动构件(30)可操作地在靠近所述上电磁铁(60)的位置和靠近所述下电磁铁(160)的位置之间摆动。
10.根据权利要求9所述的电磁驱动阀，其中所述摆动构件包括设置在所述上、下电磁铁(60，160)之间的盘(30)。
11.根据权利要求10所述的电磁驱动阀，其中所述盘(30)包括臂部分(31)和轴承部分(38)。
12.根据权利要求10所述的电磁驱动阀，其中所述盘(30)可操作地摆动到使所述阀元件(14)落座的位置。
13.根据权利要求10所述的电磁驱动阀，其中每个所述上、下电磁铁(60，160)包括位于所述盘(30)的驱动端(32)并由磁性材料制成的突起(661，761)。
14.根据权利要求13所述的电磁驱动阀，其中每个所述突起(661，761)形成至少部分磁路。
15.根据权利要求13所述的电磁驱动阀，其中每个所述突起(661，761)为薄板形。
16.根据权利要求6所述的电磁驱动阀，其中所述下电磁铁的铁心(161)包括多个电磁板，其中每个所述电磁板包括突起(861)，并且其中所述突起焊接在一起。
17.一种电磁驱动阀，它由电磁力操作，其特征在于，包括阀元件(14)；支撑构件(51)；摆动构件(30)，该摆动构件(30)由所述支撑构件(51)支撑，并包括相互连接的上、下盘(30)；以及电磁铁(60)，该电磁铁(60)位于所述盘(30)之间，并包括由磁性材料制成的铁心(61)，以及至少一个缠绕在所述铁心(61)上的线圈(62，162)，所述线圈(62，162)相对于所述铁心(61)的中心偏移。
18.根据权利要求17所述的电磁驱动阀，其中所述至少一个线圈相对于所述铁心(61)的中心偏向所述摆动构件(30)的自由端。
19.根据权利要求17或18所述的电磁驱动阀，其中每个所述上、下盘(30)包括臂部分(31)和轴承部分(38)，并且所述摆动构件(30)摆动到使阀元件(14)落座的位置。
20.根据权利要求17或18所述的电磁驱动阀，其中所述阀元件(14)包括阀轴(12)和设置在所述阀轴(12)端部的钟形部分(13)，并且所述摆动构件(30)摆动到使阀元件(14)的钟形部分(13)落座的位置。
全文摘要
一种电磁驱动阀(1)，包括有阀元件(14)、主体(51)、盘(30)和下电磁铁(160)。阀元件(14)包括有阀杆(12)，并在阀杆(12)延伸的方向上往复运动。主体(51)设置在远离阀元件(14)的位置上。盘(30)包括有驱动端(32)和枢转端(33)，该驱动端(32)与阀杆(12)一起运动，该枢转端(33)由主体(51)支撑使得枢转端(33)可以摆动。盘(30)绕着在枢转端(33)延伸的中心轴线(35)摆动。下电磁铁(160)设置成面对着盘(30)。下电磁铁(160)包括有由磁性材料制成的铁心(161)以及缠绕在铁心(161)上的线圈(162)。线圈(162)相对于铁心(161)的中心偏向驱动端(32)一侧。
文档编号F16K31/06GK1904319SQ20061010757
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年7月27日
发明者杉江丰, 浅野昌彦 申请人:丰田自动车株式会社