一种由无刷直线电机驱动的提升阀的制作方法

本实用新型涉及汽车零部件技术领域，特别是一种由无刷直线电机驱动的提升阀。

背景技术：

大多数内燃机都具有作为进气阀和排气阀的提升阀，提升阀有时称为锥阀、菌形阀或菌装阀，用于控制空气进入内燃机的燃烧室的流动和排出的已燃气体的流动。通常，提升阀通过旋转的凸轮轴上的凸轮进行操作。在大型柴油机中，当排气阀打开时，燃烧室中的剩余压力可以达到70巴。这需要向排气阀上施加相当大的力。

随着排放法规的升级，控制系统日益复杂，对于执行器的响应速度、精度和尺寸，都提出了更高的要求。现有提升阀的执行器动力源大多采用直流有刷电机，直流有刷电机以其体积小巧，结构简单，控制简单而一度成为各种执行器动力源的首选。但是，直流有刷电机有两个缺点：第一是电刷的磨损，直流有刷电机在使用一段时间后，碳刷会磨损严重，制约了产品的使用寿命；第二是尺寸，普通电机都是旋转运动，都需要一套结构，将旋转运动转换为直线运动，需要采用转换机构，这必然带来结构的复杂化。

此外，现有的提升阀由于是将旋转运动转换成直线运动，存在无法避免的机械间隙，且开度信号是通过角度信号间距获取，从而导致阀片的位置反馈的精度下降，最终影响了对气流量大小的精确控制。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种由无刷直线电机驱动的提升阀，以解决现有的提升阀采用直流有刷电机而制约产品的使用寿命，且结构十分复杂，并由此带来的难以对气流量的大小进行精确控制的问题，以增加提升阀的使用寿命，简化提升阀的内部结构，实现对阀片开合程度的精确检测和控制。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种由无刷直线电机驱动的提升阀，包括内部呈中空腔体状的阀座，阀座上开设有进气口和出气口；所述阀座的顶端设置有无刷直线电机，无刷直线电机包括与阀座顶端相固定的电机壳以及分别设置在电机壳内的定子和动子，动子固定连接有穿过电机壳并活动穿设在阀座中空腔体内、用于在无刷直线电机驱动下上下运动的电机输出轴，电机输出轴的底端设置有用于在电机输出轴上下运动下控制进气口和出气口之间通断的阀片；所述电机壳内设置有用于检测电机输出轴移动位置的位置检测机构以及用于控制装置整体作业的控制芯片，位置检测机构的信号输出端连接于控制芯片的输入端，无刷直线电机的受控端连接于控制芯片的输出端。

进一步优化技术方案，所述位置检测机构包括位置传感器，位置传感器与控制芯片均设置在设置于电机壳内壁顶端的pcb板总成上，位置传感器的信号输出端连接于控制芯片的输入端。

进一步优化技术方案，所述位置传感器为霍尔位置传感器，靠近霍尔位置传感器的电机输出轴外壁上设置有一段磁铁，霍尔位置传感器的信号输出端连接于控制芯片的输入端。

进一步优化技术方案，所述阀座内开设有与进气口相连通的阶梯孔，阶梯孔包括从上而下依次开设在阀座内的第一阶梯孔、第二阶梯孔和第三阶梯孔，进气口通过开设在阀座内的通孔与出气口相连通。

进一步优化技术方案，所述第一阶梯孔内设置有用于在无刷直线电机控制失效后能够保证电机输出轴和阀片恢复至原位置的回位结构。

进一步优化技术方案，所述回位结构包括固定设置在电机输出轴上的楔形锁片、扣装在楔形锁片上的弹簧座以及套设在电机输出轴外围且一端固定设置在弹簧座上并另一端固定设置在第一阶梯孔的底壁上的回位弹簧。

进一步优化技术方案，所述第二阶梯孔和第三阶梯孔内设置有用于起到密封作用且对电机输出轴进行导向的密封导向结构。

进一步优化技术方案，所述密封导向结构包括嵌装在第二阶梯孔内用于防止高温气体上窜以避免无刷直线电机因温度过高而损坏的密封圈以及嵌装在第二阶梯孔内并位于密封圈正下方用于对电机输出轴起导向作用的导向套，电机输出轴穿过密封圈并与密封圈滑动密封配装，电机输出轴穿过导向套。

进一步优化技术方案，所述导向套呈阶梯状，导向套的下部设置在第三阶梯孔内并与第三阶梯孔具有一定的间隙，导向套上固定设置有穿过第三阶梯孔与导向套之间的间隙、用于在电机输出轴上下移动时清除附着在电机输出轴上碳烟颗粒物以确保提升阀不会卡死的刮板，刮板的底部向内弯折并与电机输出轴之间具有一定的间隙。

进一步优化技术方案，所述通孔内嵌装有嵌套，嵌套上开设有便于电机输出轴穿过的穿设孔以及与阀片顶端紧密配装的扩孔。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型采用不需要任何附加机构、直接输出直线运动的无刷直线电机作为执行器动力源，取消了转换机构，简化了设计结构，大大地降低了成本，增加了产品的可靠性；电机输出轴与原有的阀杆合二为一，即将原有的阀杆用电机输出轴来代替，进一步简化了结构，降低了成本，提高了可靠性；采用楔形锁片形式，将弹簧座进行固定，装配简单，成本优势明显；驱动只需要普通的h桥即可，与现在通用驱动电路兼容。本实用新型采用的位置检测机构能够十分准确地检测出电机输出轴的位移情况，进而将信息反馈至控制芯片，实现了对阀片开合程度的检测，控制芯片控制无刷直线电机动作来实现对阀片开合程度的控制，进而实现对气流量的大小进行控制。

本实用新型的位置检测机构采用霍尔位置传感器方案，本实用新型中的位置传感器为霍尔位置传感器，靠近霍尔位置传感器的电机输出轴外壁上设置有一段磁铁。当电机输出轴上下运动时，电机输出轴上的磁铁相当于霍尔位置传感器产生相对位移，霍尔位置传感器会输出与当前相对位置相对应的电信号，经过编程，即可实现输出预设的“位移—电压”信号。本实用新型基于霍尔效应，将磁场强度的变化转变成电信号变化，具有能耗低、寿命长、结构简单，不怕油污灰尘等优点。

本实用新型第一阶梯孔内设置的回位结构用于在无刷直线电机控制失效后能够保证电机输出轴和阀片恢复至原位置。在回位弹簧弹力的作用下，弹簧座会有向上运动的趋势，由于楔形锁片的存在，弹簧座被固定，该结构简单高效，且楔形锁片为标准件，成本优势明显。

本实用新型导向套上固定设置有刮板，由于刮板的设置，能够实现本实用新型在使用过程中对电机输出轴进行刮取操作，对附着在电机输出轴上的碳烟等颗粒物能够及时地清除，不仅确保提升阀不会卡死，还能够延长提升阀的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型位置检测机构采用霍尔位置传感器方案的等效原理图；

图3为本实用新型的分解图。

其中：1、无刷直线电机，11、电机输出轴，12、电机壳；2、回位结构，21、楔形锁片，22、弹簧座，23、回位弹簧；3、密封导向结构，31、密封圈，32、导向套，33、刮板；4、阀座，41、进气口，42、出气口，43、阶梯孔；5、阀片；6、嵌套；7、位置检测机构，71、霍尔位置传感器；8、pcb板总成；9、堵盖。

具体实施方式

下面将结合具体实用新型对本实用新型进行进一步详细说明。

一种由无刷直线电机驱动的提升阀，结合图1至图3所示，包括阀座4、无刷直线电机1、阀片5、位置检测机构7和控制芯片。

阀座4的内部呈中空腔体状，阀座4上开设有进气口41和出气口42。

无刷直线电机1设置在阀座4的顶端，无刷直线电机1的受控端连接于控制芯片的输出端。无刷直线电机1包括电机壳12、定子和动子。电机壳12与阀座4顶端相固定。定子和动子分别设置在电机壳12内，动子固定连接有电机输出轴11。电机输出轴11为长轴，穿过电机壳12并活动穿设在阀座4中空腔体内，用于在无刷直线电机1驱动下上下运动。

无刷直线电机1是一种机电一体化产品，它不仅取消了电刷结构，同时直接输出直线运动，非常适合提升阀的应用场合，具有成本低、寿命长、可靠性高等特点。本实用新型中的无刷直线电机1采用kyac2000型直线电机，也可采用其他型号的直线电机。

电机输出轴11的底端设置有阀片5，阀片5与电机输出轴11之间采用激光焊接的方式进行固定。阀片5用于在电机输出轴11上下运动下控制进气口41和出气口42之间通断。

本实用新型在出气口42处还设置有堵盖9。

位置检测机构7设置在电机壳12内，用于检测电机输出轴11移动位置，位置检测机构7的信号输出端连接于控制芯片的输入端。位置检测机构7包括位置传感器，位置传感器与控制芯片均贴装设置在pcb板总成8上，pcb板总成8设置于电机壳12内壁顶端，位置传感器的信号输出端连接于控制芯片的输入端。

本实用新型的位置检测机构采用霍尔位置传感器方案，本实用新型中的位置传感器为霍尔位置传感器71，霍尔位置传感器71的信号输出端连接于控制芯片的输入端。靠近霍尔位置传感器71的电机输出轴11外壁上设置有一段磁铁，等效原理如图2。当电机输出轴11上下运动时，电机输出轴11上的磁铁相当于霍尔位置传感器71产生相对位移，霍尔位置传感器71会输出与当前相对位置相对应的电信号，经过编程，即可实现输出预设的“位移—电压”信号。

本实用新型基于霍尔效应，将磁场强度的变化转变成电信号变化，具有能耗低、寿命长、结构简单，不怕油污灰尘等优点。

控制芯片设置在电机壳12内，用于控制装置整体作业，本实用新型中的控制芯片采用nxp的zvm64单片机。控制芯片通过can通讯模块与发动机ecu相互通讯，能够按照发动机ecu内部设置的工况进行工作。

阀座4内开设有与进气口41相连通的阶梯孔43，阶梯孔43包括从上而下依次开设在阀座4内的第一阶梯孔、第二阶梯孔和第三阶梯孔，进气口41通过开设在阀座4内的通孔与出气口42相连通。

第一阶梯孔内设置有回位结构2，回位结构2用于在无刷直线电机1控制失效后能够保证电机输出轴11和阀片5恢复至原位置。回位结构2包括楔形锁片21、弹簧座22和回位弹簧23。楔形锁片21固定设置在电机输出轴11上，电机输出轴11上开设有键槽，楔形锁片21通过连接键设置在键槽内。弹簧座22扣装在楔形锁片21上。回位弹簧23套设在电机输出轴11外围，且一端固定设置在弹簧座22上，并另一端固定设置在第一阶梯孔的底壁上。在回位弹簧23弹力的作用下，弹簧座22会有向上运动的趋势，由于楔形锁片21的存在，弹簧座22被固定，该结构简单高效，且楔形锁片21为标准件，成本优势明显。

第二阶梯孔和第三阶梯孔内设置有密封导向结构3，密封导向结构3用于起到密封作用且对电机输出轴11进行导向。密封导向结构3包括密封圈31和导向套32。密封圈31嵌装在第二阶梯孔内，用于防止高温气体上窜，以避免无刷直线电机1因温度过高而损坏。电机输出轴11穿过密封圈31并与密封圈31滑动密封配装。

导向套32嵌装在第二阶梯孔内，并位于密封圈31正下方，用于对电机输出轴11起导向作用，能够确保电机输出轴11始终在竖直方向上运动。电机输出轴11穿过导向套32，并能够在导向套32内进行滑动。导向套32呈阶梯状，导向套32的下部设置在第三阶梯孔内并与第三阶梯孔具有一定的间隙，导向套32上固定设置有刮板33，刮板33穿过第三阶梯孔与导向套32之间的间隙，用于在电机输出轴11上下移动时清除附着在电机输出轴11上碳烟颗粒物，以确保提升阀不会卡死。刮板33的底部向内弯折并与电机输出轴11之间具有一定的间隙，以保证电机输出轴11能够正常滑动，且能够保证电机输出轴11在上下滑动的时候由刮板33对其表面的碳烟颗粒物进行刮取。

通孔内嵌装有嵌套6，嵌套6上开设有便于电机输出轴11穿过的穿设孔以及与阀片5顶端紧密配装的扩孔。嵌套6与阀片5的上平面形成密封面，确保产品的泄漏量满足设计要求。

本实用新型采用了一款不需要任何附加机构，直接输出直线运动的无刷直线电机1。其优点包括：1、电机输出轴11直接输出直线运动，取消了转换机构，获得成本和可靠性双赢；2、电机输出轴11与原有的阀杆合二为一，即将原有的阀杆用电机输出轴11来代替，进一步简化结构，降低成本，提高可靠性；3、采用楔形锁片21形式，将弹簧座22进行固定，装配简单，成本优势明显；4、驱动只需要普通的h桥即可，与现在通用驱动电路兼容。

本实用新型的实际进行使用过程如下。

无刷直线电机1通电后，带动电机输出轴11上下移动。在电机输出轴11移动的同时，电机输出轴11上的磁铁相对于霍尔位置传感器71产生相对位移，霍尔位置传感器71会输出与当前相对位置相对应的电信号，并将此信号反馈至控制芯片，经过编程，即可实现输出预设的“位移—电压”信号，控制芯片并将电机输出轴11的位移信号反馈至发动机ecu，有效地根据电机输出轴11的位移信息来进一步判断出阀片5的开度，进而按照发动机ecu内部设置的工况进行工作，智能化程度很高。

由于刮板33的设置，能够实现本实用新型在使用过程中对电机输出轴11进行刮取操作，对附着在电机输出轴11上的碳烟等颗粒物能够及时地清除，不仅确保提升阀不会卡死，还能够延长提升阀的使用寿命。