专利名称：电磁促动器的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及用于控制阀操作的电磁阀促动器。更具体地，本发明涉及用于控制压縮机中的阀正时(valve timing)的电磁促动器。
背景技术：
压縮机典型地用于通过从电机或涡轮机接收功率而增加工作流体的压力，并对工作流体施加压縮力。工作流体可以为空气、制冷剂或类似物。依据压縮所采用的方法，压縮机典型地分类为正位移压縮机、动力压縮机或涡轮压縮机。 正位移压縮机典型地用于通过减少容量而增加工作流体的压力，并可以进一步地被分为往复压縮机和旋转压縮机。往复压縮机典型地借助于在气缸内部往复运动的活塞压縮工作流体。旋转压縮机典型地借助于在具有偏心率的气缸内部旋转的辊子压縮工作流体。 经常以恒定速度操作大型工业往复压縮机。可以通过控制压縮机入口阀的打开和关闭以部分负载操作这种压縮机。通过改变压縮机阀的打开和关闭的正时，减少通过压縮机的流体的质量流。因此，在宽泛地变化的速度和负载范围内可以改善压縮机的总体性能。本领域技术人员将认识到的是，可以改变曲轴和凸轮轴之间的相位角度以便调整阀正时动作。以这种方式，可在发动机运转特性和状况的更宽的范围内获得比采用固定阀正时时改善的性能。 在一个举例中，通过具有螺线管的电磁促动器来促动阀。螺线管包括设置在铁芯内并联接在构造成给线圈供应电流的一组功率电子器件上的至少一个线圈。促动器还包括联接在锚板上的动铁芯和构造成引导动铁芯的至少一个弹簧。阀的打开和关闭由通过线圈的电流控制。传统电磁促动器具有相对大的体积。由于线圈位于促动器壳内部，从线圈到外界大气的热传输效率较低。结果，最高允许线圈温度限制了促动器的最大的力和促动速度。此外，作用在螺线管上的大冲击力可能影响装置精度，从而影响保持力和促动速度的长时间漂移。需要选择高性能材料和零件的较大尺寸以减少磨损并将装置的精度保持在可以接受的水平。 希望有一种用于控制诸如活塞压縮机的机器的阀正时的改善的和较小的促动系统，以在瞬态操作状况期间实现灵活性。
发明内容
根据本发明的一个示范性实施例，公开了一种构造成在机器中使用的阀。该阀包括联接到部分地设置在壳内的可移动装置上的阀板。电磁促动器包括提供给可移动装置的第一组永磁体。至少一个定子铁芯设置为靠近可移动装置，定子铁芯和可移动装置之间具有间隙。至少一个定子线圈巻绕在各定子铁芯上。功率源联接到至少一个定子线圈上并构造成给至少一个定子线圈供应电流。通过改变流过至少一个定子线圈的电流的方向控制阀板的打开和关闭。
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根据本发明的另一示范性实施例，控制单元联接到功率源上并构造成基于机器的负载状况控制给至少一个定子线圈的电流的供应。通过改变流过至少一个定子线圈的电流的方向控制阀板的打开和关闭。 根据本发明的又一示范性实施例，至少一个定子铁芯设置为靠近可移动装置，定子铁芯和可移动装置之间具有间隙。壳设置在定子铁芯和可移动装置之间的间隙内。
当参考附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的标号代表相同的部件，其中 图1为例如具有根据本发明的示范性实施例的电磁阀促动系统的活塞压縮机的活塞机器的概略视图； 图2为具有根据本发明的示范性实施例的电磁阀促动系统的活塞机器的吸入阀组件的概略视图； 图3为具有根据本发明的示范性实施例的电磁阀促动系统的活塞机器的吸入阀组件的概略视图，该电磁阀促动系统的定子铁芯和线圈设置在壳外部； 图4为具有根据本发明的示范性实施例的电磁阀促动系统的活塞机器的吸入阀
组件的概略视图，该电磁阀促动系统的定子铁芯和线圈设置在壳内部；以及 图5为具有根据本发明的示范性实施例的电磁阀促动系统的活塞机器的吸入阀
组件的概略视图，该电磁阀促动系统具有提供给锚板的具有相同方向的多个永磁体。元件列表
10活塞机器12活塞14气缸16吸入阀组件18吸入孔20线性电磁促动器22控制单元24可移动装置26壳28锚板30部分32卸荷杆34阀板36阀座37高压密封38第一组永磁体39偏置装置40定子铁芯42间隙
44定子线圈46功率源50向下运动52偏置装置54第二组永磁体56第三组永磁体58铁齿
具体实施例方式
如以下详细讨论的那样，本发明的某些实施例将提供在诸如具有设置在壳内的活塞的活塞机器的机器中的危险环境中操作的阀。这里应当注意，在一些实施例中，阀也适用于在高压和低于大气压的应用中使用。在某些其它实施例中，阀也适用于牵涉防止流体的泄漏和杂质的侵入的应用。这里所采用的诸如"一"、"一个"、"此"等单数形式包括指示多个物体，上下文中明确指出的除外。至少一个阀联接在壳上。阀包括部分地设置在壳内的可移动装置。可移动装置联接在阀板上。线性电磁促动器构造成促动阀板。促动器包括提供给可移动装置的一组永磁体和设置成靠近可移动装置的至少一个定子铁芯，在定子铁芯和可移动装置之间具有间隙。在某些实施例中，控制单元构造成基于机器的负载状况控制至定子线圈的电流的供应。在一些实施例中，活塞机器为活塞压縮机。这里应当注意，示范性电磁促动器像"步进电机"一样工作。促动器沿活塞的整个行程提供恒定促动力。因此，实现了阀的运动的更好的可控制性。而且，磁性促动器的体积比传统设计小得多。
总体地参照图l，根据本实施例的若干方面，图示了活塞机器10。在图示的实施例中，活塞机器为具有可滑动地插在气缸14内部的活塞12的压縮机10。提供了吸入阀组件16，以打开和关闭在活塞12的前侧提供的吸入孔18。吸入阀组件16适于控制通过吸入孔18的流体的进入。压縮机10还包括适于在压縮机10的压縮行程以对流体加压期间控制吸入阀组件16的打开和关闭的线性电磁促动器20。控制单元22可以联接在电磁促动器20上并构造成控制电磁促动器20的操作。将结合随后的实施例更加详细地图示和解释电磁促动器20的细节。 这里应当注意，活塞压縮机的图示的构造为示范性实施例，应当解释为非限制性的。活塞压縮机可以另外包括其它实施例中可选的示范性方面。往复压縮机10可以用于家用目的和工业目的。压縮机10典型地由电动机、蒸汽或燃气轮机、内燃机或类似物驱动。如本领域技术人员所认识到的那样，压縮机10可以用于压縮空气、氢气、甲烷、丁烷或其它液体或气体。应当注意，本文描述的电磁促动器20也适用于包括在其它机器的危险环境中的其它应用。 参照图2，图示了适于控制吸入阀组件16的打开和关闭的线性电磁促动器20。吸入阀组件16包括部分地设置在壳26内的可移动装置24。在图示的实施例中，可移动装置24包括部分地设置在壳26内的锚板28，锚板28的一部分30从壳26突出。锚板28的一部分30与卸荷杆(unloader rod)(推杆)32联接。推杆32联接在可移动地设置在阀座36上的阀板34上。在其它实施例中，阀板34和阀座36的构造可以依据应用进行改变。
在一个实施例中，壳26为有利于产生更大促动力的高压壳。在另一实施例中，壳26可以具有薄壁并可以设有高压密封37以维持壳内的预先确定的压力。
在图示的实施例中，促动器20包括绕壳26内的锚板28设置的、具有交替的方向 /极性的第一组永磁体38。第一组永磁体38的数量和构造可以依据应用进行改变。多个 定子铁芯40设置为靠近锚板28，在定子铁芯40和锚板28之间具有间隙42。这里应当注 意，在图示的实施例中，壳26设置在定子铁芯40和锚板28之间的间隙42内。多个定子线 圈44巻绕在各个定子铁芯40上。应当注意，定子铁芯40和定子线圈44的数量和构造可 依据应用改变。功率源46联接在提供给各个定子铁芯40的定子线圈44上并构造成给定 子线圈44供应电流。 控制单元22联接在功率源46上并构造成基于机器10的负载状况控制给定子线 圈44的电流的供应。通过改变流过定子线圈44的电流的方向，控制阀板34的打开和关闭。 在一个实施例中，控制单元22包括可由用户编程的电子逻辑控制器。控制单元22可以基 于压縮机10的负载状况控制阀促动器。本领域技术人员将认识到的是，在本讨论的启示下 可设想出任何数量的压縮机结构。 在一些实施例中，控制单元22还可以包括数据库、算法、和数据分析块(未示出)。 数据库可以构造成存储关于压縮机10的预先定义的信息。例如，数据库可以存储关于曲柄 角、压縮机速度、压縮机负载、进入流体压力、压縮流体压力、流体的类型等信息。数据库还 可以包括指令集、映射、查找表、变量等。这些映射、查找表、指令集对将阀组件的特性与诸 如压縮机速度、曲柄角、压縮机压力、压縮机负载、流体的类型等特定的压縮机操作参数关
联起来是有作用的。而且，数据库可以构造成存储实际检测到/探测到的与压縮机io相关
的信息。算法可有利于处理关于压縮机10的检测到的信息。 数据分析块可以包括诸如微处理器、可编程的逻辑控制器、逻辑模块等的多种电 路类型。与算法组合的数据分析块可以用于执行涉及吸入阀的关闭时间的确定、用于控制 阀的打开和关闭的预先确定的时间段、驱动阀所需的功率等的各种计算操作。可以相对于 时间选择性地和/或动态地修改或改变任何上述参数。 阀板34构造成在"关闭位置"和"打开位置"之间移动，以分别防止或允许流体流 动。在图示的实施例中，阀板34在关闭位置，即阀板34接触阀座36。在阀板34在打开位 置时，阀板不接触阀座36。通过抵着阀座36向下促动可移动装置24，阀板34被打开。通 过控制通过定子线圈44的电流的供应，控制可移动装置24的运动。当切断给定子线圈44 的电流的供应时，阀板34被移动至关闭位置。当给定子线圈44供应电流时，与第一组永磁 体38结合的定子铁芯40产生导致锚板28被向下拉的电磁力。结果，联接在锚板28上的 卸荷杆32也被向下推向阀座36。作为可移动装置24的该向下运动(通过箭头50示出) 的结果，阀板34从阀座36被推开，阀板34被打开。只要给定子线圈44供应电流，则由促 动器20产生的电磁力使可移动装置24偏置向阀座36，因而逆着由流过阀的反向流体产生 的力维持阀板34打开。 在某些实施例中，通过控制通过定子线圈44的电流的供应方向，控制阀板34的打 开和关闭的量。在一个实施例中，促动器20用于将阀板34维持在打开位置以预先确定的 时间段。在压縮行程期间将阀板34维持在打开位置时间越长，则有更多气体被推回进入吸 入管线，且更少气体被输送到压縮机排放管线。可通过控制阀板34的打开时间，控制由压 縮机10输送的气体的量。
在图示的实施例中，偏置装置39设置在可移动装置24和壳26之间。偏置装置39 构造成促动促动器20并在给电磁促动器20的功率供应中断或断开时将阀板34偏置到预 先确定的位置(可以是打开或关闭位置)。在一个实施例中，这确保在给电磁促动器20的 功率供应切断时阀板34不在打开位置。在图示的实施例中，偏置装置39包括偏置弹簧。在 其它实施例中，还可设想出其它适当的偏置装置。 在某些实施例中，采用电磁阀促动器20以在无负载或部分负载操作状况下的压 縮机10的压縮行程期间控制吸入阀组件16的关闭。尽管在图示的实施例中，示出了一个吸 入阀组件16，但是压縮机可以包括适于控制进入压縮机10的流体的多个吸入阀。电磁促动 器可以被提供给各个阀，以独立操作各个阀和确保灵活性。例如，依据压縮机的负载状况， 在压縮机的压縮行程期间可能要求使一组阀的关闭时间不同于其它组阀的关闭时间。这里 应当注意，示范性阀促动系统适用于在机器的危险环境中操作的其它阀。
如之前讨论的那样，促动器20沿活塞的行程提供恒定促动力，其改善运动的可控 制性。在压縮机内部没有设置电子器件，因为促动器20的壳26设置在定子铁芯40和锚板 28之间，其使得更容易满足安全规程。而且，定子线圈44的冷却更加容易，因为线圈44设 置在壳26外部。促动器设计的体积明显地更小。因此，对促动器20的总体性能没有不利 影响。此外，在可移动装置24和定子铁芯40之间存在有限的冲击力，因为定子铁芯40不 接触可移动装置24。 参照图3，图示了适于控制吸入阀组件16的打开和关闭的线性电磁促动器20。在 图示的实施例中，促动器20的构造类似于图2中图示的实施例，但偏置装置52设置在壳26 的内部和外部。偏置装置52包括设置在壳26外部的第二组永磁体54和绕锚板28设置在 壳26内的第三组永磁体56。与之前的实施例类似，偏置装置52构造成促动促动器20和在 给电磁促动器20的功率供应中断或断开时将阀板34偏置到预先确定的位置。在其它实施 例中，还可设想出其它适当的偏置装置。 由通过定子线圈44的电流流向，促动器20可有效地被向上或向下移动。促动力 在活塞的行程期间为恒定的。线圈44可以采用构造成改善从线圈44到外界的热传递的模 制材料进行模制。线圈44不接触气体，由此防止促动器内产生火花。 参照图4，图示了适于控制吸入阀组件16的打开和关闭的线性电磁促动器20。这
里应当注意，在图示的实施例中，促动器20的构造类似于图3中图示的实施例，但定子铁芯
40和定子线圈44设置在壳26内。定子线圈44和定子铁芯40设置在壳26内，由此减小定
子铁芯40和锚板28之间的间隙。这有利于促动器20提供更大的促动力。定子铁芯40和
锚板28之间没有直接冲击，导致减少的磨损和对装置的精度较少的负面影响。 参照图5，图示了适于控制吸入阀组件16的打开和关闭的线性电磁促动器20。这
里应当注意，在图示的实施例中，促动器20的构造类似于图2中图示的实施例，但具有相同
交替的方向/极性的第一组永磁体38绕锚板28设置在壳26内。多个铁齿58设置在具有
相同交替的方向/极性的永磁体38之间。参考图1-5讨论的实施例的促动器20，在活塞行
程开始时提供了大得多的促动力和用于保持活塞的行程的恒定促动力。 尽管在本文中仅图示和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到多种
变型和变化。因此可以理解的是，权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有这些
变型和变化。
权利要求
一种构造成在机器中使用的阀，所述阀包括部分地设置在壳(26)内的可移动装置(24)；联接到所述可移动装置(24)上的阀板(34)；和线性电磁促动器(20)，所述线性电磁促动器(20)包括提供给所述可移动装置(24)的第一组永磁体(38)；设置为靠近所述可移动装置(24)的至少一个定子铁芯(40)，在所述定子铁芯(40)和所述可移动装置(24)之间具有间隙(42)；卷绕在各定子铁芯(40)上的至少一个定子线圈(44)；和联接到所述至少一个定子线圈(44)上并构造成给所述至少一个定子线圈(44)供应电流的功率源(46)，其中，通过改变流过所述至少一个定子线圈(44)的电流的方向来控制所述阀板(34)的打开和关闭。
2. 根据权利要求l所述的阀，其特征在于，所述阀包括构造成在活塞压縮机(10)中使用的吸入阀(16)。
3. 根据权利要求l所述的阀，其特征在于，所述壳(26)设置在所述至少一个定子铁芯(40)和所述可移动装置(24)之间。
4. 根据权利要求l所述的阀，其特征在于，所述阀还包括构造成维持所述壳(26)内的预先确定的压力的高压密封(37)。
5. 根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀还包括设置在具有相同极性的所述第一组永磁体(38)之间的多个铁齿(58)。
6. 根据权利要求l所述的阀，其特征在于，所述阀还包括设置在所述可移动装置(24)和所述壳(26)之间的偏置装置(39，52)，其中，所述偏置装置(39,52)构造成当给所述至少一个定子线圈(44)的功率供应中断或断开时将所述阀板(34)偏置到预先确定的位置。
7. 根据权利要求l所述的阀，其特征在于，所述阀还包括设置在所述壳(26)外部的偏置装置(39，52)，其中，所述偏置装置(39,52)构造成当给所述至少一个定子线圈(44)的功率供应中断或断开时将所述阀板(34)偏置到预先确定的位置。
8. —种构造成在机器中使用的阀，所述阀包括部分地设置在壳(26)内的可移动装置(24);联接到所述可移动装置(24)上的阀板(34);禾口线性电磁促动器(20)，所述线性电磁促动器(20)包括提供给所述可移动装置(24)的多个永磁体；设置为靠近所述可移动装置(24)的至少一个定子铁芯(40)，在所述定子铁芯(40)和所述可移动装置(24)之间具有间隙(42);巻绕在各定子铁芯(40)上的至少一个定子线圈(44);联接到所述至少一个定子线圈(44)上并构造成给所述至少一个定子线圈(44)供应电流的功率源(46);联接到所述功率源(46)上并构造成基于所述机器的负载状况控制给所述至少一个定子线圈(44)的电流的供应的控制单元(22)，其中，通过改变流过所述至少一个定子线圈(44)的电流的方向来控制所述阀板(34)的打开和关闭。
9. 根据权利要求8所述的阀，其特征在于，所述可移动装置(24)包括部分地设置在所述壳(26)内的锚板(28)。
10. —种构造成在机器中使用的阀，所述阀包括部分地设置在壳(26)内的可移动装置(24);联接到所述可移动装置(24)上的阀板(34);禾口线性电磁促动器(20)，所述线性电磁促动器(20)包括提供给所述可移动装置(24)的多个永磁体；设置为靠近所述可移动装置(24)的至少一个定子铁芯(40)，在所述定子铁芯(40)和所述可移动装置(24)之间具有间隙(42)，其中，所述壳(26)设置在所述定子铁芯(40)和所述可移动装置(24)之间的间隙(42)内；巻绕在各定子铁芯(40)上的至少一个定子线圈(44);禾口联接到所述至少一个定子线圈(44)上并构造成给所述至少一个定子线圈(44)供应电流的功率源(46)，其中，通过改变流过所述至少一个定子线圈(44)的电流的方向来控制所述阀板(34)的打开和关闭。
全文摘要
本发明涉及构造成在机器中使用的阀。具体而言，阀包括联接到部分地设置在壳(26)内的可移动装置(24)上的阀板(34)。电磁促动器(20)包括提供给可移动装置(24)的第一组永磁体(38)。至少一个定子铁芯(40)设置为靠近可移动装置(24)，在定子铁芯(40)和可移动装置(24)之间具有间隙(42)。至少一个定子线圈(44)卷绕在各定子铁芯(40)上。功率源(46)联接到至少一个定子线圈(44)上并构造成给至少一个定子线圈(44)供应电流。通过改变流过至少一个定子线圈(44)的电流的方向控制阀板(34)的打开和关闭。
文档编号F16K31/06GK101749476SQ20091025359
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者H·科佩塞克, M·A·阿利, M·B·施米茨 申请人:通用电气公司