专利名称：电磁驱动阀的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种电磁驱动阀，更具体地，本发明涉及一种包括电磁铁的电磁驱动阀，该电磁铁由单线圈构成。
背景技术：
对于传统电磁驱动阀，例如，美国专利No.6,467,441说明书公开一种由电磁力和弹簧的协作实现的内燃机的电磁致动器致动阀。此文件中公开的电磁致动器称为旋转驱动型，其中被可旋转地支撑的摆动臂的来回运动被转换成线性运动，使得阀在阀开启位置和阀关闭位置之间执行往复运动。由铁心和绕铁心缠绕的线圈构成的电磁铁布置在摆动臂的每个相对侧。为了引起摆动臂来回运动，电流被交替地供应到这些电磁铁，使得电磁力从上方和下方施加到摆动臂。
日本专利公开No.2002-115515公开了一种用于电磁驱动阀的致动器，其意欲提高安装到车辆上的特性以及获得更轻的重量并降低成本。另外，日本专利公开No.2001-214764公开了一种内燃机中的阀运动装置，其意欲抑制噪音或振动以及通过降低电磁铁和运动元件彼此碰撞时的速度来降低功耗。
此外，日本专利公开No.11-141319公开一种内燃机中的电磁驱动阀，其意欲实现在阀开启方向和在阀关闭方向上相等的操作特性并同时将相等的激励电流供应到一对电磁铁。与美国专利No.6,467,441的说明书中公开的旋转驱动型相反，日本专利公开No.2002-115515、2001-214764以及11-141319中公开的用于电磁驱动阀的致动器等被称为平行驱动型。在这种平行驱动型致动器中，电磁力直接作用于设在阀杆上的环形衔铁上，以使阀执行往复运动。
在美国专利No.6,467,441的说明书中公开的旋转型电磁致动器中，在开始运动之前，通过设置在摆动臂的摆动支点处的扭力杆的弹性力和设置在阀杆中的螺旋弹簧的弹性力，使摆动臂位于阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置。当尝试对电磁致动器进行初始驱动时，电流被供应到垂直布置的电磁铁中的任意一个。然后，向电磁铁供应电流，由电磁铁产生电磁力来吸引摆动臂，使得摆动臂开始来回运动。
当布置在摆动臂上方和下方的电磁铁由单线圈(连续线圈)构成并且当电流被供应到这种电磁铁时，相同幅度的电磁力从上方和下方作用在摆动臂上。此时摆动臂停在中间位置，电磁致动器的初始驱动失败。
发明内容
本发明是针对解决上述问题而做出的，并且本发明的目的在于提供一种便于初始驱动的电磁驱动阀。
根据本发明的一个方面的电磁驱动阀，包括电磁铁，具有单线圈并产生电磁力；以及运动元件，具有被可旋转地支撑的支撑部分，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件在阀开启位置和阀关闭位置之间绕所述支撑部分执行来回运动。在不施加所述电磁力时，所述运动元件保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置。作为电流供应到所述单线圈的结果，所述电磁力作用在所述运动元件的第一和第二位置，其中所述电磁力的方向沿着使所述运动元件向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动。所述电磁铁被设置使得所述第一位置和所述支撑部分之间的距离不同于所述第二位置和所述支撑部分之间的距离。
注意，单线圈指的是连续线圈(下面的单线圈亦具有相似的理解)。当电流供应到所述单线圈时，沿将所述运动元件向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向的所述电磁力同时作用在所述运动元件上。所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置指所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中部位置，其到所述阀开启位置的距离等于其到所述阀关闭位置的距离(下面的中间位置亦具有相似理解)。
根据上面构造的电磁驱动阀，在所述运动元件开始运动之前的状态中(即，所述运动部件保持在所述中间位置的状态中)，在第一位置与第二位置，所述电磁铁和所述运动元件之间的间隙不同，其中所述电磁力沿阀开启方向作用在第一位置，而所述电磁力沿阀关闭方向作用在第二位置。因此，作为电流供应到所述单线圈的结果，在所述电磁铁和所述运动元件之间间隙较小的位置，相对大的电磁力作用在所述运动元件上；而在所述电磁铁和所述运动元件之间间隙较大的位置，相对小的电磁力作用在所述运动元件上。因此，所述运动元件可以从其开始运动之前保持的所述中间位置开始朝所述阀开启位置和所述阀关闭位置中的任一个运动。因此可以便于所述电磁驱动阀的初始驱动。
根据本发明另一方面的电磁驱动阀，包括电磁铁，具有单线圈并产生电磁力；以及运动元件，具有被可旋转地支撑的支撑部分，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件在阀开启位置和阀关闭位置之间绕所述支撑部分执行来回运动。在不施加所述电磁力时，所述运动元件保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置。作为电流供应到所述单线圈的结果，产生电磁力的第一和第二磁通量流过所述运动元件，所述电磁力沿着使所述运动元件向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向。所述电磁铁被设置使得所述第一磁通量与所述第二磁通量的幅度不相同。
根据上述构造的电磁驱动阀，所述电磁铁被设置使得产生沿所述阀开启方向的所述电磁力的所述第一磁通量的幅度不同于产生沿所述阀关闭方向的所述电磁力的所述第二磁通量。因此，作为电流供应到所述单线圈的结果，在较大磁通量流动时，在所述运动元件中产生相对大的电磁力，而在较小磁通量流动时，在所述运动元件中产生相对小的电磁力。因此，所述运动元件可以从其开始运动之前保持的所述中间位置开始向所述阀开启位置和所述阀关闭位置中的任意一个摆动。由此可以便于所述电磁驱动阀的初始驱动。
优选地，所述电磁铁还包括第一和第二磁芯部分，所述单线圈绕所述第一和第二磁芯部分缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分和所述运动元件之间形成所述第一和所述第二磁通量穿过的磁路。所述单线圈绕所述第一磁芯部分缠绕的匝数不同于所述单线圈绕所述第二磁芯部分缠绕的匝数。根据上述构造的电磁驱动阀，在所述单线圈的匝数较大的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较大；而在所述单线圈的匝数较小的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较小。由此使单线圈的匝数不同，使得可获得便于初始驱动的电磁驱动阀。
优选地，所述电磁铁还包括第一和第二磁芯部分，所述单线圈绕所述第一和第二磁芯部分缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分和所述运动元件之间形成所述第一和所述第二磁通量穿过的磁路。用于形成所述第一磁芯部分的材料的磁导率不同于用于形成所述第二磁芯部分的材料的磁导率。根据上述构造的电磁驱动阀，在所述磁导率较大的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较大；而在磁导率较小的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较小。由此使形成所述磁芯部分的材料的磁导率不同，使得可获得便于初始驱动的电磁驱动阀。
优选地，所述电磁铁还包括第一和第二磁芯部分，所述单线圈绕所述第一和第二磁芯部分缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分和所述运动元件之间形成所述第一和所述第二磁通量穿过的磁路。当沿与所述第一磁通量的流动方向正交的平面切割所述第一磁芯部分时所述第一磁芯部分的最小横截面积不同于当沿与所述第二磁通量的流动方向正交的平面切割所述第二磁芯部分时所述第二磁芯部分的最小横截面积。根据上述构造的电磁驱动阀，在具有较大的最小横截面积的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较大；而在具有较小的最小横截面积的所述磁芯部分中，所述磁芯部分和所述运动元件之间流动的磁通量较小。由此使用作所述磁通量通道的所述磁芯部分的最小横截面积不同，使得可获得便于初始驱动的电磁驱动阀。
根据本发明的另一个方面的电磁驱动阀，包括电磁铁，具有单线圈并产生电磁力；以及运动元件，具有被可旋转地支撑的支撑部分，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件在阀开启位置和阀关闭位置之间绕所述支撑部分执行来回运动。在不施加所述电磁力时，所述运动元件保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中性位置。作为电流供应到所述单线圈的结果，电磁力作用在所述运动元件上，所述电磁力沿着使所述运动元件向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向。所述中性位置从所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置朝向所述阀开启位置和所述阀关闭位置中任一个偏移。
根据上述构造的电磁驱动阀，在所述运动元件开始运动之前的状态中(即，所述运动元件保持在所述中性位置的状态中)，在所述电磁力沿阀开启方向作用的位置处与所述电磁力沿阀关闭方向作用的位置处，所述电磁铁和所述运动元件之间的间隙不同。因此，在所述电磁铁和所述运动元件之间间隙较小的位置，相对大的电磁力作用在所述运动元件上；而在所述电磁铁和所述运动元件之间间隙较大的位置，相对小的电磁力作用在所述运动元件上。因此，所述运动元件可以从所述运动元件在开始运动之前保持的所述中性位置开始朝所述阀开启位置和所述阀关闭位置中的任一个运动。因此可以便于所述电磁驱动阀的初始驱动。
多个运动元件设置有使之彼此分开的空间。所述电磁铁布置在所述多个运动元件之间。在采用这样的平行连杆机构的电磁驱动阀中也可以类似地获得上述效果。同样，可以使电磁驱动阀的尺寸较小。
如上所述，根据本发明，可以提供便于初始驱动的电磁驱动阀。
图1是示出根据本发明实施例1的电磁驱动阀的剖视图。
图2是示出图1中的下盘(上盘)的立体图。
图3是示出图1中的电磁铁的立体图。
图4是示出当图1中的电磁驱动阀开始运动时的状态的示意图。
图5是示出根据本发明实施例2的电磁驱动阀的示意图。
图6是示出当图5中的电磁驱动阀开始运动时的状态的示意图。
图7是示出根据本发明的实施例3的电磁驱动阀的示意图。
图8是示出当图7中的电磁驱动阀开始运动时的状态的示意图。
图9是示出根据本发明的实施例4的电磁驱动阀的示意图。
图10是示出当图9中的电磁驱动阀开始运动时的状态的示意图。
图11是示出根据本发明的实施例5的电磁驱动阀的示意图。
图12是示出根据本发明的实施例6的电磁驱动阀的剖视图。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。在下面参考的附图中，相同或相应的元件具有相同的标号。
(实施例1)根据本实施例的电磁驱动阀构成内燃机(诸如汽油机或柴油机)中的发动机阀(进气阀或排气阀)。在本实施例中，在假设电磁驱动阀构成排气阀的情况下给出描述，但是注意，在构成进气阀时，电磁驱动阀也具有类似结构。
参考图1，电磁驱动阀10是旋转驱动型电磁驱动阀。作为电磁驱动阀的操作机构，采用平行连杆机构。
电磁驱动阀10包括具有沿一个方向延伸的杆12的驱动阀14、连接到杆12上不同位置并通过承受施加到其的电磁力和弹性力而来回运动的上盘31和下盘21、产生电磁力的电磁铁60、以及分别设置在上盘31和下盘21中并向这些盘施加弹性力的上扭杆36和下扭杆26。电磁铁60由线圈62构成，其中线圈62由单线圈构成。驱动阀14通过承受上盘31和下盘21的来回运动而沿杆12延伸的方向(箭头101示出的方向)执行往复运动。
驱动阀14安装在气缸盖41上，进气端口17形成于气缸盖41中。阀座42设置在将气缸盖41的进气端口17连通到未示出的燃烧室的位置。驱动阀14还包括形成于杆12端部的伞形部分13。驱动阀14的往复运动引起伞形部分13与阀座42紧密接触或者运动远离阀座42，以开启或关闭进气端口17。换而言之，当杆12升高时，驱动阀14位于阀关闭位置。另一方面，当杆12降低时，驱动阀14位于阀开启位置。
杆12由从伞形部分13延续的下杆12m和连接到下杆12m的上杆12n构成，间隙调节器16插入下杆12m与上杆12n之间。间隙调节器16具有较易缩短而较不易膨胀的性能，其获得作为上杆12n和下杆12m之间的缓冲构件的功能。设置间隙调节器16，以调节驱动阀14在阀关闭位置的对准误差，并使得确保伞形部分13与阀座42接触。下杆12m形成有从其外周表面突出的耦合销12p，而上杆12n在远离耦合销12p的位置形成有从其外周表面突出的耦合销12q。
在气缸盖41中，设置有用于沿轴线方向可滑动导引下杆12m的阀导引装置43，并且在远离阀导引装置43的位置设置有用于沿轴线方向可滑动导引上杆12n的杆导引装置45。阀导引装置43和杆导引装置45由诸如不锈钢的金属材料形成，以承受相对于杆12的高速滑动。盘支撑座51在与杆12分开的位置附装到气缸盖41的顶表面。
参考图1和2，下盘21具有支撑端23和耦合端22，并且从支撑端23沿与杆12交叉的方向延伸到耦合端22。相对表面21a和21b形成在支撑端23和耦合端22之间。中心轴线25限定在支撑端23中，沿与从支撑端23到耦合端22方向正交的方向延伸并充当下盘21的来回运动中心。支撑端23形成有沿中心轴线25延伸的通孔27。槽口29形成于耦合端22，而细长孔24形成于槽口29的相对壁表面中。
上盘31具有与下盘21类似的结构，并且分别形成与下盘21的支撑端23、耦合端22、表面21a、表面21b、槽口29、细长孔24、通孔27、以及中心轴线25对应的支撑端33、耦合端32、表面31b、表面31a、槽口39、细长孔34、通孔37、以及中心轴线35。
通过将耦合销12p插入到细长孔24中而将下盘21的耦合端22耦合到下杆12m，以允许盘自由地来回运动。通过将耦合销12q插入到细长孔34中而将上盘31的耦合端32耦合到上杆12n，以允许盘自由地来回运动。下盘21的支撑端23由插入到盘支撑座51中的通孔27中的下扭杆26所支撑，以允许盘自由地来回运动。上盘31的支撑端33由插入到盘支撑座51中的通孔37中的上扭杆36所支撑，以允许盘自由地来回运动。通过这样的结构引起下盘21和上盘31分别绕中心轴线25和35来回运动，以引起驱动轴14执行往复运动。
下扭杆26以使下盘21绕中心轴线25顺时针运动的方式将弹性力施加到下盘21。上扭杆36以使上盘31绕中心轴线35逆时针运动的方式将弹性力施加到上盘31。在尚未从电磁铁60施加电磁力时，下盘21和上盘31通过下扭杆26和上扭杆36而位于阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置。
参考图1和3，电磁铁60在上盘31和下盘21之间的位置设置于盘支撑座51中。电磁铁60由采用单线圈的线圈62以及由磁性材料形成的磁芯61构成。磁芯61具有轴部分61y，线圈62绕轴部分61y缠绕。
磁芯61由面向上盘31的阀开启磁芯61q和面向下盘21的阀关闭磁芯61p构成。假设有平面平行于平面31a和平面21a并经过轴部分61y的中心延伸，则阀关闭磁芯61p和阀开启磁芯61q相对于该平面彼此垂直对称。结合阀关闭磁芯61p和阀开启磁芯61q，使得它们沿下盘21从支撑端23延伸到耦合端22的方向(沿上盘31从支撑端33延伸到耦合端32的方向)顺着该平面错开。
阀开启磁芯61q具有面向表面31a的吸引接触表面61a，而阀关闭磁芯61p具有面向表面21a的吸引接触表面61b。表面31a上与在上盘31被吸引到吸引接触表面61a时吸引接触表面61a沿从支撑端33到耦合端32方向上的中心对应的位置标为X1，表面21a上与在下盘21被吸引到吸引接触表面61b时吸引接触表面61b沿从支撑端23到耦合端22方向上的中心对应的位置标为X2。在本实施例中，假设由电磁铁60产生的电磁力作用在上盘31的位置X1和下盘21的位置X2上。
阀开启磁芯61q和阀关闭磁芯61p彼此结合，使得从支撑端33的中心轴线35到位置X1的距离L1小于从支撑端23的中心轴线25到位置X2的距离L2。换而言之，阀开启磁芯61q设置于相对更接近于上盘31和下盘21的来回运动中心的位置，而阀关闭磁芯61p设置于离上盘31和下盘21的来回运动中心相对较远的位置。在这样的结构下，当上盘31和下盘21位于中间位置时，吸引接触表面61a和表面31a之间的间隙C1小于吸引接触表面61b和表面21a之间的间隙C2。
阀开启磁芯61q和阀关闭磁芯61p以彼此错开的方式结合，使得阀关闭磁芯61p的表面64相对于阀开启磁芯61q暴露，而阀开启磁芯61q的表面63相对于阀关闭磁芯61p暴露。与不采用这样错开布置的磁芯相比，磁芯61的表面积可以增大。这样可以提高当驱动电磁驱动阀10时的电磁铁60的冷却性能。
图4-11没有示出图1中的详细结构元件(诸如间隙调节器16等)。
参考图1和4，在电磁驱动阀10开始运动之前，上盘31和下盘21被上扭杆36和下扭杆26保持在中间位置。为了使电磁驱动阀10开始运动，沿预定方向流动的电流被供应到电磁铁60的线圈62。因此在阀开启磁芯61q和上盘31之间以及阀关闭磁芯61p和下盘21之间分别形成磁路，磁通量分别沿箭头111和112所示的方向流过上盘31和下盘21。
由此产生将上盘31吸引到电磁铁60的吸引接触表面61a的电磁力和将下盘21吸引到电磁铁60的吸引接触表面61b的电磁力。在离电磁铁60距离越小的位置处电磁力越大，而在离电磁铁60距离越大的位置处电磁力越小。在本实施例中，因为吸引接触表面61a和表面31a之间的间隙C1小于吸引接触表面61b和表面21a之间的间隙C2，所以作用在上盘31上的电磁力大于作用在下盘21上的电磁力。因此，由于向线圈62供给电流，上盘31和下盘21开始克服下扭杆26的弹性力朝阀开启位置摆动。
这里，上盘31和下盘21被假设为分别绕中心轴线35和25枢转的“杠杆”。因为图1中的L1小于L2，作用在下盘21上的电磁力接着作用在杆12上，该力在使驱动阀14执行往复运动这方面的效果超过了作用在上盘31上的电磁力。但是，由于电磁铁和盘之间的距离变化而引起的电磁力变化显著大于上述“杠杆原理”所产生的差值。因此，当驱动阀14开始运动时，开始从中间位置朝阀开启位置摆动。
当驱动阀14从阀关闭位置向阀开启位置运动时，在燃烧室中产生由于膨胀冲程引起的缸内压力。因此，应该由电磁铁60产生足够克服缸内压力的吸引力。但是在本实施例中，当驱动阀14从阀关闭位置向阀开启位置运动时，上盘31可以在较大电磁力下被吸引到电磁铁60。因此，当供应到线圈62的电流被抑制到较小值时，驱动阀14可以以稳定的方式运动，并且可以获得功耗的降低。在由驱动阀14构成的排气阀的情况下，如果在驱动阀14开始运动时的摆动方向与从阀关闭位置到阀开启位置的方向一致，则可以获得这样的效果。在下面的实施例中同样可获得这个效果。
根据本发明的实施例1的电磁驱动阀10包括具有由单线圈构成的线圈62并产生电磁力的电磁铁60、以及上盘31和下盘21，其中上盘31和下盘21分别用作具有支撑端33和23的运动元件，并且该运动元件在承受所施加的电磁力时分别绕支撑端33和23在阀开启位置和阀关闭位置之间执行来回运动，支撑端33和23分别用作被可旋转地支撑的支撑部分。当不施加电磁力时，上盘31和下盘21保持在阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置。作为电流供应到线圈62的结果，电磁力分别作用在位置X1和X2上，所述电磁力沿着使上盘31和下盘21朝阀开启位置和阀关闭位置运动的方向，所述位置X1和X2作为上盘31和下盘21的第一位置和第二位置。
根据上面构造的本发明的实施例1的电磁驱动阀10，尽管线圈62由单线圈构成，但仅通过将电流供应到线圈62即可以启动上盘31和下盘21的来回运动。因此，无需复杂操作即可获得便利的初始驱动。另外，采用由单线圈构成的线圈62，使得与设有用于阀开启和阀关闭的两个电磁铁的示例相比，电磁铁的贵重部件数量可以减少一半。此外，由于只需向线圈62供给电流，所以与电磁铁的情况一样，设置在EDU(电子驱动器单元)中的电路元件的数量(每个线圈需要一个电路元件)亦可以减少一半。因此，可以在制造电磁驱动阀10时显著降低成本。
(实施例2)根据本实施例的电磁驱动阀以基本类似于实施例1中的电磁驱动阀10的方式构造。因此，将不再对重复结构进行重复描述。
参考图5，在本实施例中，电磁铁65(替代图1中的电磁铁60)布置在上盘31和下盘21之间。电磁铁65包括由单线圈构成的线圈67以及由磁性材料形成的磁芯66。磁芯66具有轴部分66y和轴部分66w，其中轴部分66y面向上盘31并沿与从支撑端33到耦合端32的方向正交的方向延伸，轴部分66w面向下盘21并沿与从支撑端23到耦合端22的方向正交的方向延伸。
线圈67设置在磁芯66中，使得线圈67先绕轴部分66y缠绕，再绕轴部分66w缠绕。线圈67由绕轴部分66y缠绕的部分67q和绕轴部分66w缠绕的部分67p构成。线圈67设置在磁芯66中，使得部分67q中的匝数大于部分67p中的匝数。注意，缠绕线圈67的方式并不限于上述。
参考图6，为了使电磁驱动阀开始运动，将沿预定方向流动的电流供应到电磁铁65的线圈67。由此在磁芯66和上盘31之间以及磁芯66和下盘21之间分别形成磁路，而磁通量沿箭头116和117分别示出的方向流过上盘31和下盘21。这里，流过上盘31的磁通量由线圈67中绕轴部分66y缠绕的那部分67q形成，而流过下盘21的磁通量由线圈67中绕轴部分66w缠绕的那部分67p形成。
磁通量(Φ)表达为Φ＝(I×N)/Rm，其中Rm表示磁路的磁阻，I表示电流，而N表示线圈的匝数。在本实施例中，因为部分67q中的线圈匝数大于部分67p中的线圈匝数，所以流过上盘31的磁通量大于流过下盘21的磁通量。
电磁力(F)表达为F＝Φ2/(μ0×A)，其中μ0表示空气的磁导率，A表示线圈的横截面积，而Φ表示磁通量。因此，作用在上盘31上的电磁力大于作用在下盘21上的电磁力。因此，作为电流供应到线圈67的结果，上盘31和下盘21开始克服下扭杆26的弹性力而朝阀开启位置摆动。
在根据本发明的实施例2的电磁驱动阀中，电磁铁65还包括用作第一和第二磁芯部分的轴部分66y和轴部分66w，由单线圈构成的线圈67绕轴部分66y和轴部分66w缠绕，使得在轴部分66y、轴部分66w和上盘31、下盘21之间分别形成磁路，且磁通量沿箭头116和117所示的方向穿过这些磁路。线圈67绕轴部分66y的匝数不同于线圈67绕轴部分66w的匝数。
根据上述构造的本发明的实施例2的电磁驱动阀，可以获得与实施例1类似的效果。
(实施例3)根据本实施例的电磁驱动阀以基本类似于实施例1中的电磁驱动阀10的方式构造。因此，将不再对重复结构进行重复描述。
参考图7，在本实施例中，电磁铁70(替代图1中的电磁铁60)布置在上盘31和下盘21之间。电磁铁70包括由单线圈构成的线圈72以及由磁性材料形成的磁芯71。磁芯71由面向上盘31的阀开启磁芯71q以及面向下盘21的阀关闭磁芯71p构成。形成磁芯71，使得当沿与磁通量流动方向正交的平面切割阀开启磁芯71q时的最小横截面积Aq大于当沿与磁通量流动方向正交的平面切割阀关闭磁芯71p时最小横截面积Ap。
参考图8，为了使电磁驱动阀开始运动，将沿预定方向流动的电流供应到电磁铁70的线圈72。由此在阀开启磁芯71q和上盘31之间以及阀关闭磁芯71p和下盘21之间分别形成磁路，而磁通量沿箭头121和122分别示出的方向流过上盘31和下盘21。
磁通量(Φ)表达为Φ＝B×A，其中B表示磁通量密度，而A表示磁芯的横截面积。在本实施例中，因为阀开启磁芯71q的最小横截面积Aq大于阀关闭磁芯71p的最小横截面积Ap，所以流过上盘31的磁通量大于流过下盘21的磁通量。因此，作用在上盘31上的电磁力大于作用在下盘21上的电磁力。因此，作为电流供应到线圈72上的结果，上盘31和下盘21开始克服下扭杆26的弹性力而朝阀开启位置摆动。
为了实现流过上盘31的磁通量大于流过下盘21的磁通量，阀开启磁芯71q可以由具有相对较大磁导率的材料形成，而阀关闭磁芯71p可以由具有相对较小磁导率的材料形成。这样，磁通量流过阀开启磁芯71q比流过阀关闭磁芯71p更容易。作为电流供应到线圈72的结果，由此引起上盘31和下盘21朝阀开启位置摆动。
在根据本发明的实施例3的电磁驱动阀中，电磁铁70还包括用作第一和第二磁芯部分的阀开启磁芯71q和阀关闭磁芯71p，由单线圈构成的线圈72绕阀开启磁芯71q和阀关闭磁芯71p缠绕，使得在阀开启磁芯71q、阀关闭磁芯71p和上盘31、下盘21之间分别形成磁路，磁通量沿箭头121和122所示的方向穿过这些磁路。当沿与箭头121所示的方向正交的平面切割阀开启磁芯71q时阀开启磁芯71q的最小横截面积Aq不同于当沿与箭头122所示的方向正交的平面切割阀关闭磁芯71p时阀关闭磁芯71p的最小横截面积Ap。或者，用于形成阀开启磁芯71q的材料的磁导率不同于用于形成阀关闭磁芯71p的材料的磁导率。
根据上述构造的本发明的实施例3的电磁驱动阀，可以获得与实施例1类似的效果。
实施例1-3中描述的电磁铁的结构可以适当地结合，以构成电磁驱动阀。
(实施例4)根据本实施例的电磁驱动阀以基本类似于实施例1中的电磁驱动阀10的方式构造。因此，将不再对重复结构进行重复描述。
参考图9，在本实施例中，电磁铁75(替代图1中的电磁铁60)布置在上盘31和下盘21之间。电磁铁75包括由单线圈构成的线圈77以及由磁性材料形成的磁芯76。电磁铁75相对于平行于上盘31和下盘21并在其间延伸的平面具有垂直对称结构。换而言之，电磁铁75相对于平面在上盘21侧和下盘21侧具有类似形状。电磁铁75具有面向上盘31的表面31a的吸引接触表面76a和面对下盘21的表面21a的吸引接触表面76b。
当不施加来自电磁铁75的电磁力时，上盘31和下盘21被上扭杆36和下扭杆26定位在图9中的中性位置。中性位置从阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置朝阀开启位置沿驱动阀14的往复运动方向偏离距离L3。在具有这样结构的情况下，当上盘31和下盘21位于中性位置时，上盘31的表面31a和电磁铁75的吸引接触表面76a之间的间隙小于下盘21的表面21a和电磁铁75的吸引接触表面76b之间的间隙。
参考图10，为了使电磁驱动阀开始运动，将沿预定方向流动的电流供应到电磁铁75的线圈77。由此在磁芯76和上盘31之间以及磁芯76和下盘21之间分别形成磁路，而磁通量沿箭头126和127分别示出的方向流过上盘31和下盘21。
以此方式，产生将上盘31向电磁铁75的吸引接触表面76a吸引的电磁力和将下盘21向电磁铁75的吸引接触表面76b吸引的电磁力。在本实施例中，因为吸引接触表面76a和表面31a之间的间隙小于吸引接触表面76b和表面21a之间的间隙，所以作用在上盘31上的电磁力大于作用在下盘21上的电磁力。因此，作为电流供应到线圈77的结果，上盘31和下盘21开始克服下扭杆26的弹性力而朝阀开启位置摆动。
在根据本发明的实施例4的电磁驱动阀中，在没有施加电磁力时，上盘31和下盘21被保持在阀开启位置和阀关闭位置之间的中性位置。作为电流供应到由单线圈构成的线圈77的结果，电磁力作用在上盘31和下盘21上，所述电磁力沿着使上盘31和下盘21朝阀开启位置和阀关闭位置运动的方向。中性位置从阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置朝阀开启位置和阀关闭位置中任一个偏移。
根据上述构造的本发明的实施例4的电磁驱动阀，可以获得与实施例1类似的效果。
注意，根据实施例4的电磁驱动阀可以通过适当结合实施例1-3中描述的电磁铁来构成。
(实施例5)参考图11，在本实施例中，电磁铁80(替代图1中的电磁铁60)布置在上盘31和下盘21之间。通过将布置在更接近驱动阀14的位置的电磁铁81和布置于离驱动阀14较远的位置的电磁铁82相结合而构成电磁铁80。电磁铁81的形状类似于实施例1-3中的电磁铁60、65和70中的任一个，而电磁铁82的形状类似于实施例4中的电磁铁75。由单线圈构成的线圈83绕电磁铁81和82缠绕。注意，缠绕线圈83的方式不限于某一具体方式，线圈83可以沿图11中的垂直方向和水平方向中的任何方向缠绕。
根据上述构造的本发明的实施例5的电磁驱动阀，可以获得与实施例1类似的效果。另外，电磁铁82和电磁铁81结合，使得施加到上盘31和下盘21的电磁力可以增大。由此可以获得驱动力的提高。
(实施例6)根据本实施例的电磁驱动阀以基本类似于实施例1中的电磁驱动阀10的方式构造。因此，将不再对重复结构进行重复描述。
参考图12，在本实施例中，不设置图1中的下盘21，而只设置上盘31。环形保持器88设置于下杆12m的外周表面上。在气缸盖41中，形成朝顶表面开口的开口87。开口87调节下弹簧86，使得下弹簧86夹在开口87的下表面和下保持器88之间。由下弹簧86将驱动阀14朝阀关闭位置运动，而不是由图1中的下扭杆26驱动。
电磁铁90附装到盘支撑座51。电磁铁90由分别位于上盘31的上方和下方的阀关闭磁芯94和阀开启磁芯93以及线圈92构成，线圈92由绕这些磁芯缠绕的单线圈构成。同实施例1-3中的电磁铁60、65和70一样，阀关闭磁芯94和阀开启磁芯93在支撑端33和磁芯之间的距离、线圈92的匝数、磁芯的最小横截面积以及磁芯材料的磁导率方面彼此不同。可以形成电磁驱动阀使得，即使电磁铁90不以上述方式形成，上盘31在其开始运动时亦被上扭杆36和下弹簧86保持在实施例4中所述的中性位置。
根据上述构造的本发明的实施例6的电磁驱动阀，可以获得与实施例1类似的效果。
应当理解，这里描述的实施例在任何方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围由权利要求所限定，而不是由上面的说明所限定，并且应当包括与权利要求项等同的范围和含义内的任何修改。
工业应用性本发明主要用作汽油机、柴油机等中的进气阀(或排气阀)。
权利要求
1.一种电磁驱动阀，包括电磁铁(60)，具有单线圈(62)并产生电磁力；以及运动元件(31、21)，具有被可旋转地支撑的支撑部分(33、23)，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件绕所述支撑部分(33、23)在阀开启位置和阀关闭位置之间执行来回运动；其中在不施加所述电磁力时，所述运动元件(31、21)保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置，并且作为电流供应到所述单线圈(62)的结果，所述电磁力作用在所述运动元件(31、21)的第一和第二位置(X1、X2)，其中所述电磁力沿着使所述运动元件(31、21)向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向；并且所述电磁铁(60)被设置使得所述第一位置(X1)和所述支撑部分(33)之间的距离不同于所述第二位置(X2)和所述支撑部分(23)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动阀，其中多个所述运动元件(31、21)设置有使之彼此分开的空间；以及所述电磁铁(60)布置在所述多个运动元件(31、21)之间。
3.一种电磁驱动阀，包括电磁铁(65、70)，具有单线圈(67、72)并产生电磁力；以及运动元件(31、21)，具有被可旋转地支撑的支撑部分(33、23)，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件绕所述支撑部分(33、23)在阀开启位置和阀关闭位置之间执行来回运动；其中在不施加所述电磁力时，所述运动元件(31、21)保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置，并且作为电流供应到所述单线圈(67、72)的结果，产生电磁力的第一和第二磁通量流过所述运动元件(31、21)，其中所述电磁力沿着使所述运动元件(31、21)向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向；并且所述电磁铁(65、70)被设置使得所述第一磁通量与所述第二磁通量的幅度不相同。
4.根据权利要求3所述的电磁驱动阀，其中所述电磁铁(65)还包括第一和第二磁芯部分(66y、66w)，所述单线圈(67)绕所述第一和第二磁芯部分(66y、66w)缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分(66y、66w)和所述运动元件(31、21)之间形成所述第一和第二磁通量穿过的磁路；并且所述单线圈(67)绕所述第一磁芯部分(66y)缠绕的匝数不同于所述单线圈(67)绕所述第二磁芯部分(66w)缠绕的匝数。
5.根据权利要求3所述的电磁驱动阀，其中所述电磁铁(70)还包括第一和第二磁芯部分(71q、71p)，所述单线圈(72)绕所述第一和第二磁芯部分(71q、71p)缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分(71q、71p)和所述运动元件(31、21)之间形成所述第一和第二磁通量穿过的磁路；并且用于形成所述第一磁芯部分(71q)的材料的磁导率不同于用于形成所述第二磁芯部分(71p)的材料的磁导率。
6.根据权利要求3所述的电磁驱动阀，其中所述电磁铁(70)还包括第一和第二磁芯部分(71q、71p)，所述单线圈(72)绕所述第一和第二磁芯部分(71q、71p)缠绕，使得在各个所述第一和第二磁芯部分(71q、71p)和所述运动元件(31、21)之间形成所述第一和第二磁通量穿过的磁路；并且当沿与所述第一磁通量的流动方向正交的平面切割所述第一磁芯部分(71q)时所述第一磁芯部分(71q)的最小横截面积不同于当沿与所述第二磁通量的流动方向正交的平面切割所述第二磁芯部分(71p)时所述第二磁芯部分(71p)的最小横截面积。
7.根据权利要求3所述的电磁驱动阀，其中多个所述运动元件(31、21)设置有使之彼此分开的空间；以及所述电磁铁(65、70)布置在所述多个运动元件(31、21)之间。
8.一种电磁驱动阀，包括电磁铁(75)，具有单线圈(77)并产生电磁力；以及运动元件(31、21)，具有被可旋转地支撑的支撑部分(33、23)，并且作为所述电磁力的作用结果，所述运动元件绕所述支撑部分(33、23)在阀开启位置和阀关闭位置之间执行来回运动；其中在不施加所述电磁力时，所述运动元件(31、21)保持在所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中性位置，并且作为电流供应到所述单线圈(77)的结果，所述电磁力作用在所述运动元件(31、21)上，其中所述电磁力沿着使所述运动元件(31、21)向所述阀开启位置和所述阀关闭位置运动的方向；并且所述中性位置从所述阀开启位置和所述阀关闭位置之间的中间位置朝向所述阀开启位置和所述阀关闭位置中任一个偏移。
9.根据权利要求8所述的电磁驱动阀，其中多个所述运动元件(31、21)设置有使之彼此分开的空间；以及所述电磁铁(75)布置在所述多个运动元件(31、21)之间。
全文摘要
一种电磁驱动阀(10)，包括电磁铁(60)，具有线圈(62)并产生电磁力；以及上盘(31)和下盘(21)，各自具有支撑端(33、23)，并且在阀开启位置和阀关闭位置之间绕支撑端(33、23)执行来回运动。在不施加电磁力时，所述上盘(31)和下盘(21)保持在阀开启位置和阀关闭位置之间的中间位置。作为电流供应到线圈(62)的结果，电磁力作用在上盘(31)和下盘(21)的每个位置(X1、X2)，其中电磁力沿着使上盘(31)和下盘(21)向阀开启位置和关闭位置运动的方向。电磁铁(60)被设置使位置(X1)和支撑端(33)之间的距离(L1)不同于位置(X2)和支撑端(23)之间的距离(L2)。通过这样的结构提供了一种便于初始驱动的电磁驱动阀。
文档编号H01F7/16GK101065560SQ20058004085
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月25日 优先权日2004年11月29日
发明者浅野昌彦 申请人:丰田自动车株式会社