螺线管传动器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年11月05日，申请号为201080060435. 5,发明名称为"螺 线管传动器"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种螺线管传动器（solenoid actuator)，尤其但不排他地涉及用于 在燃料喷射器中使用的螺线管传动器。
【背景技术】
[0003] 螺线管传动器可以采用多种不同的形式。
[0004] 简单的单动螺线管包括衔铁、电磁线圈（经常被简称为"电磁体"）、磁芯和弹簧。 电磁体通电引起衔铁移动。当电流被切断时，弹簧促使衔铁返回。永磁体添加到单动螺线 管使得衔铁闩锁。因此，当电流被切断时，衔铁保持在适当位置。为了释放衔铁，用沿反指 向流动的电流来通电电磁体。
[0005] 双动螺线管通常包括两个电磁体。双重闩锁可以通过使用永磁体来实现，例如，如 在US 4 751 487A中所描述的。
[0006] 在一些类型的螺线管中，衔铁被倾斜而不是被线性地平移。这类螺线管的示例可 以在平衡衔铁变换器（balanced armature transducer)中找到，例如在US 1 365 898A中 所描述的平衡衔铁变换器。
[0007] 某些类型的螺线管传动器可以被应用在燃料喷射器和发动机阀中。
[0008] 例如，US2007/0095954A描述了一种燃料喷射器，其具有在缩进位置和拉伸位置之 间可移动的扣钉（pintle)以及将扣钉朝向其缩进位置偏置的复位弹簧。具有电磁线圈和 可移动式衔铁的单动非闩锁式螺线管被用于将扣钉推动到其拉伸位置。因此，当电磁线圈 被通电时，扣钉被推动到其拉伸位置；并且当线圈停止被通电时，扣钉返回到其缩进位置。
[0009] EP 1 837 516A描述了单动非闩锁式传动器、永磁体、弹簧和电磁体，其中单动非 闩锁式传动器可移动成使燃料阀开启和闭合，永磁体将衔铁朝向闭合位置推动，弹簧将衔 铁朝向开启位置推动，电磁体产生与干扰永磁体磁场的磁场，这样至少减小了由永磁体提 供到衔铁的力。当电磁体不被通电时，永磁体施加磁力以将阀保持在闭合位置。当电磁体被 通电时，其产生使永磁体所产生的力减小的磁场。在弹簧的作用下，衔铁移动到开启位置。 当电磁体被切断时，永磁体的力闭合阀。选择性地，电流通过电磁体的方向可以被反转，这 有助于磁场闭合阀。
[0010] EP 2 194 543A描述了一种燃料喷射器，其包括双动非闩锁式螺线管传动器，该双 动非闩锁式螺线管传动器具有衔铁、第一电磁线圈和弹簧，其中第一电磁线圈被布置成使 衔铁沿第一方向移动，弹簧帮助迫使衔铁沿第二方向移动并将其保持在第一（即，闭合）位 置。该螺线管传动器还包括第二电磁线圈和关联于第二电磁线圈的永磁体。永磁体产生磁 场，该磁场起到使衔铁沿第二方向移动并将衔铁保持在第一位置的作用。第二电磁线圈产 生与永磁体产生的磁场方向相反的磁场。因此，当第二电磁线圈被通电时,其抵消永磁体 的磁场。同时或者不久以后，第一电磁线圈被通电，从而使衔铁沿第一方向朝着第二位置移 动。当第一电磁线圈和第二电磁线圈停止被通电时，由弹簧和永磁体产生的力起到使衔铁 返回到其第一位置的作用。
[0011] US 5 494 219A描述了一种具有双动传动器的燃料喷射系统的控制阀组件，该双 动传动器包括衔铁、第一和第二线圈、以及第一和第二永磁体。衔铁由第一永磁体保持在第 一位置。第一线圈被通电，其抵消由第一永磁体产生的磁场。随后第二线圈被通电，其产生 与由第二永磁体产生的磁场方向相同的磁场，从而将衔铁朝向第二位置拉动。第一线圈被 切断，并且一旦衔铁达到第二位置，第二线圈便也被切断。衔铁由第二永磁体保持在第二位 置。第一和第二线圈交换操作的过程可以被重复，从而将衔铁返回到第一位置。
[0012] US 5 961 045A描述了一种具有提升阀构件的燃料喷射器的控制阀，并且其包括 具有衔铁、线圈和复位弹簧的单动螺线管，其中衔铁包括永磁体并且提升阀构件被附加到 该衔铁。共同地，复位弹簧和永磁体通常将提升阀构件偏置到第一、开启位置。永磁体被 定向成使得在线圈被通电时，永磁体从线圈和通量载体推离，将提升阀推动到第二、闭合位 置。
[0013] EP 1 939 440A描述了一种具有双动双重闩锁式螺线管的燃料喷射阀，该螺线管 包括被布置在独立地可操作的第一和第二线圈之间的永磁体衔铁。第一和第二线圈可操作 成分别地排斥和吸引衔铁，并由此移动由衔铁支撑的针阀。
[0014] 螺线管传动器还可以被用于控制燃烧室的入口阀和排气阀，例如在GB 2 208 041A中所描述的。在该配置中，阀闭合构件通过永磁体的磁极抵抗压缩的弹簧的力而被闩 锁到开启或者闭合位置。与每个位置相关联的线圈在用电流脉冲激活时抵消保持阀闭合构 件的永磁极的磁场，并允许压缩的弹簧使阀闭合构件朝向其它位置而快速地移动通过中央 的中性位置。
[0015] 在W02005/043266A中还描述了另一个传动器，并且其被应用在超速工具伺服装 置（ultrafast tool servo)。该传动器包括第一和第二线圈、永磁体和由弯曲部（flexure) 支撑的衔铁。
【发明内容】
[0016] 本发明旨在提供改进的螺线管传动器。
[0017] 根据本发明的某些实施方式的第一方面，提供一种短行程式螺线管传动器（short travel solenoid actuator),其包括：至少一个极片；衔铁，其例如布置在第一极片和第二 极片之间；电磁铁线圈，其布置成响应于通电而引起衔铁在第一位置和第二位置之间行进； 永磁体，其被定位并定向成使得在衔铁分别处于第一位置和第二位置时将衔铁R锁在第一 位置和第二位置；以及弹簧，其被布置用于偏置衔铁，该弹簧提供足够的力以便于阻止衔铁 闩锁在第二位置。
[0018] 术语"短行程"旨在表示衔铁和极片被布置为具有间隙长度，该间隙长度至少是 比与间隙邻近的磁性材料的最窄宽度（或者最窄有效宽度）小的数量级，磁性材料即磁极 (pole)或衔铁，其中磁通流入间隙进入磁极或衔铁，或从磁极或衔铁流入间隙。如果间隙被 制得较短或者磁性材料被制得较宽，则磁场横过间隙宽度变得更均匀。磁性材料的宽度可 以是最大间隙长度的至少10倍、至少20倍、至少50倍、至少100倍、至少200倍或者至少 500倍。优选地，在第一位置和第二位置中的一处或者在第一位置和第二位置之间，弹簧具 有中性点，即，弹簧不施加力时所在的位置。
[0019] 可以由具有足够高弹簧常数的弹簧来提供足够的力。在第一和/或第二位置中的 闩锁区域（latching field)可以在大约1和1.5T之间。弹簧（或者如果使用多于一个 弹簧，则弹簧共同地或者组合地）可以具有至少为20NcnT 2XA/t的弹簧常数k(单位为N/ μ m),其中A是单位为cm2的极片的有效面积,而t是间隙长度（单位为μ m)。有效面积可 以是极片的面的面积减去线圈所占有的面积，即磁性材料的面的面积。弹簧可以具有至少 为40NcnT 2XA/t的弹簧常数。面积A可以在0.2cm2和5cm2之间。弹簧可以传递弹簧力， 该弹簧力具有与行进反向的方向。弹簧可以包括弯曲部或者同心管风箱（concentric tube bellow)，弯曲部例如为具有长度、宽度和厚度的平板弯曲部，其中长度大于厚度，并且其中 行进方向设置成沿着弯曲部的长度，同心管风箱包括具有公共轴线的第一管和第二管，其 中行进方向沿着该轴线。
[0020] 衔铁在第一位置和第二位置之间的行进长度可以不大于500 μ m、不大于200 μ m、 或者不大于100 。行进长度可以在20 μ m和80 μ m之间。
[0021] 磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的10倍。
[0022] 磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的100倍。
[0023] 磁极和/或衔铁的宽度可以至少是该衔铁和该磁极之间的间隙长度的200倍。
[0024] 永磁体可以由衔铁支撑以便于随衔铁移动。永磁体可以由极片来支撑。衔铁可以 是平坦的，并在衔铁的行进方向具有厚度。衔铁的厚度可以至少为1_。衔铁的厚度可以在 3_和5_之间。永磁体可以是环状的。传动器可以包括至少两个永磁体。传动器可以包 括被布置在衔铁中心任一侧的两个永磁体，并且该永磁体具有径向地定向的（例如，向内 定向的）磁化。传动器可以包括围绕衔铁中心有角度地隔开的三个或者更多（例如四个、 六个或者八个）永磁体，并且该永磁体具有径向地定向的（例如，向内定向的）磁化。所述 线圈可具有环状宽度（w。)，所述环状宽度〇〇可以不大于磁极的宽度（W 2)的0.5倍。线圈 可以具有环状宽度，该环状宽度不大于第一极片宽度的〇. 1倍。
[0025] 传动器可以包括另一个电磁线圈。
[0026] 所述至少一个极片可提供沿着所述行进方向而间隔开的第一磁极和第二磁极，并 且其中所述衔铁可被布置在所述第一磁极和所述第二磁极之间。
[0027] 所述至少一个极片可包括沿着所述行进方向而间隔开的第一极片和第二极片，并 且其中所述衔铁可被布置在所述第一极片和所述第二极片之间。
[0028] 根据本发明的第二方面，提供一种传动器，其包括至少一个极片、衔铁、用于引起 衔铁在第一位置和第二位置之间行进的电磁铁线圈、被配置成使得至少将衔铁闩锁在第一 位置的永磁体、以及被布置用于偏置衔铁的弹簧。
[0029] 根据本发明的第三方面，提供一种用于控制流体流动的设备，该设备包括传动器。
[0030] 根据本发明的第四方面，提供一种包括传动器的燃料喷射器。
【附图说明】
[0031] 现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明的某些实施方式，在附图中：
[0032] 图1是带有刚性弹簧的单动螺线管传动器的示意图；
[0033] 图2a示出图1中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
[0034] 图2b示出图1中示出的传动器的弹簧特性；
[0035] 图2c示出图1中示出的传动器的恒定通量处的磁力特性；
[0036] 图2d示出图1中示出的传动器的组合力特性；
[0037] 图3是包括第一和第二背对背单动传动器的传动器的示意图；
[0038] 图4a示出图3中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
[0039] 图4b示出图3中示出的传动器的弹簧特性；
[0040] 图4c示出图3中示出的传动器的磁力特性；
[0041] 图4d示出图5中示出的传动器的组合的弹簧力和磁力的特性；
[0042] 图5是根据本发明的螺线管传动器的示意图；
[0043] 图5a是图5中示出的螺线管传动器的透视剖视图；
[0044] 图6a示出图5中示出的传动器的饱和线圈电流对衔铁位置的依赖关系；
[0045] 图6b示出图5中示出的传动器的弹簧特性；
[0046] 图6c示出图5中示出的传动器的磁力特性；
[0047] 图6d示出图5中示出的传动器的组合力特性；
[0048] 图6e示出图3和图5中示出的传动器的感应系数与衔铁位置的状态特性；
[0049] 图7是燃料喷射器的局部剖面，该燃料喷射器包括根据本发明的螺线管传动器， 该螺线管传动器包括一组管风箱（tube bellows);
[0050] 图7a是图6中示出的一