电磁执行器和阀的制作方法

本发明涉及一种电磁执行器，尤其是阀执行器，以及具有这种执行器的阀，尤其是气动阀或液压阀。公知的阀执行器具有第一永磁体、第一磁线圈以及穿过第一磁线圈和第一永磁体而能在轴向运动的衔铁。至少一个弹簧装置、例如一个或多个螺旋弹簧在轴向方向上作用到该衔铁上。在执行器作为阀执行器的应用中，衔铁与关闭元件协作用以使阀的通流孔截止，从而在衔铁的第一定位中，关闭元件封闭所属的阀，而在衔铁的第二定位中，关闭元件打开所属的阀。

背景技术：

这种类型的执行器和这种类型的阀例如由ep0340625a1公开。

技术实现要素：

执行器的动态特性应当改进。这通过具有独立权利要求的特征的执行器和阀实现。优选实施方式由从属权利要求公开。

因此，提出一种电磁执行器，尤其是阀执行器，其具有第一磁线圈、第一永磁体以及穿过磁线圈和永磁体能轴向在第一与第二定位(切换定位)之间运动的衔铁，至少一个弹簧装置在轴向方向上作用到该衔铁上。弹簧装置例如可以通过一个或多个螺旋弹簧或波形弹簧构成。规定的是，执行器具有第二磁线圈，并且第一和第二磁线圈以及永磁体在轴向依次布置，从而永磁体在轴向布置在第一与第二磁线圈之间。通过永磁体的这样的布置可以实现执行器的提高的动态特性。

优选地，执行器在两个定位中均借助弹簧装置预紧。因此，在其他情况下在这些定位中失去的动能通过弹簧来存储(弹簧摆原理)。通过相应地确定弹簧装置和永磁体的尺寸和相应地实施它们可以实现的是，在执行器的不通电状态下，衔铁通过磁锁止(单稳态地、双稳态地)保留在仅一个定位中或在两个定位中。通过相应地布置永磁体和磁线圈可以实现执行器中的磁通的转向或者翻转。因此，衔铁可以以高动态特性运动到第一或第二定位中。特别是，磁线圈实施为环形线圈并且彼此同轴地布置。同样地，永磁体可以实施为环形磁体并且与磁线圈同轴地布置。

优选地，执行器具有第二永磁体，第二永磁体相对磁线圈和第一永磁体在轴向如下地布置，使得得到如下的轴向顺序：第一磁线圈、第一永磁体、第二磁线圈、第二永磁体。

可以规定，第一永磁体相对于第二永磁体具有不同的磁场强度，特别是更大的场强度。换句话说，也就是第一永磁体相比于第二永磁体优选构造出更强的磁场。优选如下地实施线圈，使得在被供给相同的电流的情况下第一线圈相对于第二线圈具有不同的磁场强度，优选是更大的磁场强度。因此这例如可以通过第一线圈相比于第二线圈具有更多的绕组来实现。

优选地，(第一和/或第二)永磁体实施为环形磁体。永磁体在径向被磁化，从而磁北极和磁南极在径向方向上彼此对置。例如，磁北极在径向位于环形磁体的外部而南极在径向位于环形磁体的内部，或者相反地布置。与之不同地，在轴向磁化的情况下，磁北极与磁南极在轴向间隔开。通过径向磁化可以实现永磁体磁通在执行器中的特别有效的分布。

此外，衔铁优选在衔铁的其中至少一个端侧上或者尤其在衔铁的其中两个端侧上具有衔铁板。一个或者多个衔铁板尤其用于在执行器内部有效地引导磁场。通过衔铁板产生了作用到衔铁上的磁力的大部分。当衔铁位于第一或第二定位中时，衔铁板优选贴靠在执行器的磁轭上。于是，使在衔铁与轭之间的气隙最小并且使作用到衔铁上的磁力最大。

优选如下地实施弹簧装置，即，当衔铁离开中部位置朝向第一或第二定位运动时，弹簧装置向衔铁施加复位力。中部位置相对应地特别是在几何上或在其他方面设置在第一与第二定位之间的(中部)定位。例如，当在轴向方向上观察衔铁正好位于第一定位与第二定位之间时，衔铁就位于中部位置。为此，衔铁例如从两侧受弹簧加载。特别是为此，第一弹簧向衔铁的第一端侧作用并且第二弹簧向衔铁的第二端侧作用。

也优选如下地实施弹簧装置，即，要么第一和第二定位是使得衔铁在执行器不通电的状态下保持在其中的稳定定位(双稳态)，要么第一和第二定位中仅一个定位是使得衔铁在执行器不通电的状态下保持在其中的稳定定位(单稳态)。这特别是通过相应实施的力-位移-特性曲线和/或对弹簧装置相应的预紧而引起。对此，例如在衔铁的中部位置中或在第一/第二定位中，可以通过弹簧装置将预紧施加到衔铁上。

优选地，磁线圈和一个或多个永磁体彼此同轴地布置在执行器的磁轭上。在此，弹簧装置在其中一个磁轭端侧上或替选地在每个磁轭端侧上(也就是在该磁轭端侧的区域中或在每个磁轭端侧的区域中)都具有至少一个弹簧。当设置了在端侧对置的弹簧时，这些弹簧优选在轴向方向上并且彼此相对地作用到衔铁上。因此可以实现的是，衔铁在偏转到第一或第二定位中时被压回到衔铁的中部位置或另一个稳定的最终位置(其也可以是第一或第二定位)中，也就是，朝向中部位置或稳定的最终位置的方向施加力。

上面描述的执行器特别是使用在阀中，例如气动阀或液压阀，以便操纵阀，例如打开和/或关闭阀。因此，执行器是阀执行器。

因此，也提出了一种阀，该阀具有用于使阀的通流孔截止的关闭元件以及用于使关闭元件运动到打开位置中和关闭位置中的电磁执行器，在打开位置中通流孔被打开，而在关闭位置中通流孔被关闭。在打开的状态下，流体、例如液体或气体可以通过通流孔穿流阀，而在关闭的状态下，通过通流孔的流体通流被截止以及进而阀被截止。为了使关闭元件运动，所提出的阀具有所提出的执行器。由此，阀具有特别高的动态特性。因此可以特别快速地转换到打开状态或关闭状态中。虽然阀具有高动态特性，但是其在最终位中具有低的冲量负荷。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明，从附图中可推导出本发明的其他优选实施方式。附图分别以示意性的图示出：

图1示出阀在关闭位置中的实施方式；

图2示出根据图1的阀在打开位置中的实施方案。

在附图中相同或至少功能相同的构件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1和图2示出能电操纵的阀，借助能电操纵的阀，可以阻碍流体通流(阀关闭，参见图1中的状态)，并且可以实现流体通流(阀打开，参见图2中的状态)。

阀特别是气动阀。阀具有用于使阀的通流孔2截止的关闭元件1以及用于使关闭元件1运动的电磁执行器3。通过执行器3可以使关闭元件1沿阀/执行器3的纵向方向运动。在关闭元件1的打开位置中，通流孔2被打开，而在关闭元件1的关闭位置中，通流孔2被关闭。关闭位置在图1中示出并且打开位置在图2中示出。阀具有至少一个流入部p或恰好一个流入部p以及至少一个流出部a或恰好一个流出部a。根据关闭元件1的位置，流出部a中的压力等于或小于流入部p中的压力。如在附图中示出的，流入部p例如在径向位于流出部a的外部。可以实现流出部a与流入部p互换，即，流出部a在径向位于流入部p的外部。

执行器3实施为电磁执行器，并且具有至少一个第一磁线圈4和第二磁线圈5。此外，设置了至少一个第一永磁体6或恰好一个第一永磁体6，其(沿纵向方向l观察)在轴向布置在第一与第二磁线圈4、5之间。此外，可选地可以设置第二永磁体7。那么，第二永磁体7布置在第二线圈5的与第一永磁体6相反的端侧上。因此，在轴向方向上得到如下顺序(在附图中从下向上地观察)：第一磁线圈4、第一永磁体6、第二磁线圈5、第二永磁体7。永磁体6、7以及线圈4、5彼此同轴地固定布置在磁轭8上并且环形地实施(环形磁体6、7；环形线圈4、5)。

此外，执行器具有至少能在轴向运动的衔铁9。衔铁9穿过磁线圈4、5以及至少一个第一永磁体6地以能轴向在第一与第二定位(切换定位)之间运动的方式并且以优选呈柱形的方式实施。执行器的弹簧装置10在轴向方向上作用到衔铁9上。

因此通过给磁线圈4、5相应地通电可以使衔铁9运动，以便打开或者关闭阀。为此，衔铁9与关闭元件1连接。在所示的阀中，其示例性地以如下方式实现，即，关闭元件1直接紧固在衔铁9上，关闭元件例如黏贴、旋拧或夹持在衔铁9中。关闭元件1例如由弹性的密封材料、例如橡胶来实施。

如所示出的，衔铁9在一个(轴向)端侧上或优选两个(轴向)端侧上分别具有衔铁板9a、9b。衔铁板9a、9b用于引导由线圈4、5以及永磁体6、7产生的磁场。在衔铁板9a、9b与磁轭8之间的气隙基本上确定了作用到衔铁9上的磁力，也就是，气隙越大磁力越小。

弹簧装置10基本由布置在磁轭8的端侧上的弹簧10a和10b构成。弹簧10a抵抗弹簧10b地沿轴向方向作用到衔铁9上。替选地，也可以在每个端侧上分别设置仅一个弹簧10a和10b，或者在恰好其中一个端侧上设置仅一个弹簧，那么该弹簧实施为拉伸-压缩-弹簧。弹簧装置10如下地实施，使得作用到衔铁9上的总弹簧力在其第一与第二定位之间的中部位置中或在另一稳定的最终位(例如第一或第二定位)中是稳定的。这通过相应的力-位移-特性曲线和/或对弹簧装置10相应的预紧而引起。原则上能够实现的是，弹簧装置10以另外的合适的方式来实施，例如通过在关闭元件1的区域中的一个或多个弹簧和/或通过在衔铁9的与关闭元件1相反的端部上的一个或多个弹簧来实施。

只要存在第二永磁体7，第二永磁体7就相对于第一永磁体6具有不同的磁场强度。特别是，第一永磁体6的场强度大于第二永磁体7的场强度。线圈4、5优选在分别被供给相同的电流的情况下也具有不同的磁场强度。特别是在分别被供给相同的电流的情况下，第一线圈相对于第二线圈具有更大的磁场强度。

线圈4、5优选电串联。因此，在线圈4、5上引导的电流总是相同的。在此，第二线圈5实施成使得由第二线圈5产生的磁场具有与第一线圈4的磁场相同指向的极性，例如，线圈4、5联接成使得电流沿相同的方向传导通过线圈4、5。这例如在图2中示出。第一线圈4的磁场的场线f1在第二线圈5的场线f2的方向上延伸(参见线圈4、5的径向内部/径向外部)。

如所描述的，只要存在第二永磁体7，第一永磁体6和第二永磁体7就例如实施为环形磁体。永磁体在径向被磁化，从而磁北极和磁南极在径向方向上彼此对置。因此，例如永磁体6、7的磁北极分别位于各自的永磁体6、7的径向内部而磁南极相对应地位于径向外部，或者相反地布置。在图1中示例性地示出永磁体6、7的磁场线f3。永磁体6、7的示例性的磁化方向通过永磁体6、7中的小箭头示出。

在阀或者执行器3的在图1中示出的配置中，未给线圈4、5通电。也就是说，没有电流传导通过线圈4、5，因此它们恰好没有构造出磁场。永磁体6、7构造出如下的磁场，该磁场的场线以f3示出。该磁场在衔铁9中或在衔铁板9a、9b中引起向磁轭8方向的合成的磁力。通过弹簧装置10产生相反作用的弹簧力。然而，弹簧力小于磁力，从而衔铁9保留在图1所示的定位中，在该定位中，衔铁板9a贴靠在磁轭8上。在该定位中，衔铁9将关闭元件1压向阀的通流孔2，从而通流孔被关闭并且进而阀被关闭。

为了打开阀，根据图2，给线圈4、5通电。由此构造出以场线f1和f2示出的相同指向的磁场。在此，通过第二线圈5产生的磁场f2反向于由一个或多个永磁体6、7产生的磁场f3(参见图1)。由此，磁场f3在第二永磁体7的区域中被削弱。因此，总磁场(由永磁体6、7的磁场f3和线圈4、5的磁场f1、f2合成)在此处的第一(在附图中靠上的)衔铁板9a的区域中具有相对小的场强度(在图2中，场线f2不同于场线f1地以虚线示出)。在此向磁轭8方向作用到衔铁9/衔铁板9a上的磁力相应地降低(在附图中，磁力在这里向下作用)。

与之相对地，由于以相同方向给第一线圈4通电，总磁场在此处的第二(在附图中靠下的)衔铁板9b的区域中、也就是在衔铁9的相反的端部上比较强，也就是具有比较高的场强度(在图2中，场线f1不同于场线f2地以实线示出)。在此，第一线圈4的磁场f1也相对永磁体6的磁场f3相同指向(参见图1)。在那里相对应地，比较强的磁力向磁轭8方向作用到衔铁9/衔铁板9b上(在附图中，磁力在此向上作用)。由此合成的磁力结合弹簧装置10的必要时作用到衔铁9上的弹簧力引起的是，使得(靠上的)第一衔铁板9a与磁轭8脱开，并且相反的(靠下的)第二衔铁板9b向磁轭8方向运动并且最后抵靠在磁轭上。在此，关闭元件1从通流孔2上抬升并且为了流体的通流被打开。由此，结果得到阀的图2中示出的打开的切换状态。

弹簧装置10对衔铁9在此直至中部位置的运动进行支持，该中部位置位于衔铁9的图1和图2中所示的最大定位之间。从该中部位置起，弹簧力抵抗衔铁9的进一步运动/偏转地作用。当然，给线圈4、5通电足以使得衔铁板9b通过磁力抵靠到磁轭8上。在该位置中，关闭元件1最大程度地离开通流孔2并且阀因此被最大程度地打开。通过给线圈4、5(较小地)通电也可以设定中间定位，在该中间定位中，在衔铁9上，磁力和弹簧力以及通过流体在阀中产生的压力得到平衡，并且在该中间定位中，阀仅被部分地打开。

为了使阀关闭，也就是为了使衔铁9从图2中所示的配置转换到图1中所示的配置，结束给线圈4、5通电并且以足够的程度降低所供给的电流。因此，通过线圈4、5产生的磁场f1、f2消失。通过一个或多个永磁体6、7所产生的磁场f3现在不再被削弱。在永磁体6的区域中通过第一线圈4得到的磁力支持被取消。现在，作用到衔铁9上的磁力在衔铁板9a的区域中变大或者说升高而在衔铁板9b的区域中变小或者说降低。因此，结合弹簧装置10的弹簧力使得衔铁9向回运动，从而衔铁板9a在此抵靠到磁轭8上。这伴随衔铁板9b离开磁轭8，由此关闭元件1最终再次压向通流孔2。也就是，阀再次位于根据图1的位置中并且被封闭。

通过所示的措施提供了如下的阀，该阀在不通电的状态下被关闭(常闭)。通过颠倒线圈4、5和永磁体6、7的轴向顺序可以引起的是，衔铁9使关闭元件1在不通电的状态下从通流孔2处抬起，也就是该阀实施为常开。这相应于关闭元件1布置在衔铁9的相反的侧上，也就是布置在衔铁板9a的区域中。

通过对线圈4、5和一个或多个永磁体6、7的场强度的相应选择，执行器或阀也可以实现的是，在其中在衔铁9的两个最终定位中，衔铁在不通电的状态下固定保持在磁轭8上。因此，图1和图2中所示的单稳态的执行器3也实施为双稳态的执行器3。

原则上，执行器3也可以使用在其他地方，也就是说使用在阀技术领域之外，例如用于使变速器中的换挡元件或其他部件运动。

附图标记列表

1关闭元件

2通流孔

3执行器

4磁线圈

5磁线圈

6永磁体

7永磁体

8磁轭

9衔铁

9a衔铁板

9b衔铁板

10弹簧装置

10a弹簧

10b弹簧

a流出部

f1……f3场线/磁场

l纵向轴线

p流入部