磁力致动的截止阀的制作方法

本申请涉及具有打开位置和关闭位置的截止阀，并且更具体而言涉及用于在内燃机中使用的磁力致动的电磁阀。

背景技术：

在当前的致动器中，气动装置中的开/关操作通过电动电磁阀来实现。只有当电磁圈处于“接通”状态时并且只有当真空力足够高以将致动器移动其行程的整个长度时，真空力才会被施加到致动器。可替换地，如果没有控制将致动器暴露于真空的电磁圈，那么在所有条件下暴露于真空力的致动器将在打开位置与关闭位置之间“漂浮”。漂浮是不希望的，效率低下，并且对附接至致动器的装置提供较差的控制。

通常，电磁致动阀是弹簧偏置到默认条件的，并且需要向线圈施加电流以将阀移动至激励位置。但是，只要阀处于打开状态，那么应该理解，电力就会被消耗。因此，在本领域中需要有效地控制电动电磁圈的接通状态同时减少电力消耗量的节能致动器。

技术实现要素：

本文描述的致动器用于控制具有消耗较少功率的开关功能的阀。本文公开的致动器被保持在打开状态或关闭状态，而不需要持续消耗电力，因为致动器利用施加通过电磁圈的电流来将阀移动至期望的位置，并且一旦被移动至期望的位置，剩余磁力会将阀保持在期望的位置。另外，阀的状态(处于打开位置或处于关闭位置)由控制电路基于由于闸的位置导致的致动线圈的电感变化(闸组件一端的第一线圈和相反端的第二线圈)电子地确定。

在一个方面，公开了一种闭锁电磁闸阀，其包括壳体，所述壳体限定具有贯穿其中的流动路径的导管以及将所述导管分隔成第一部分和第二部分的空腔。闭锁电磁圈组件还包括封闭在壳体的空腔内的闸组件、以及就座于空腔内的第一电磁圈组件和第二电磁圈组件，并且所述闸组件可在第一电磁圈组件和第二电磁圈之间线性平移。闸组件包括第一闸构件，该第一闸构件包括可磁化材料并且限定贯穿其中的开口。第一闸构件可在所述空腔内在所述开口和所述导管对准的打开位置与所述开口和所述导管不对准的闭合位置之间线性移动。通过激活所述第一和第二电磁圈组件中的一个来磁力吸引所述第一闸构件、同时激活第一和第二电磁圈组件中的另一个以磁力排斥所述第一闸构件，所述第一闸构件从所述打开位置或所述关闭位置线性移动。

在另一方面，公开了一种用于在闭锁电磁闸阀内线性平移闸组件的方法。所述方法包括提供闭锁电磁闸阀，所述闭锁电磁闸阀包括壳体，所述壳体限定具有贯穿其中的流动路径的导管和将所述导管分隔成第一部分和第二部分的空腔。该方法还包括提供包括第一闸构件的闸组件，该第一闸构件包括可磁化材料并且限定贯穿其中的开口。所述第一闸构件可在所述空腔内在所述开口和所述导管对准的打开位置与所述开口和所述导管不对准的闭合位置之间线性移动。该方法还包括提供就座于空腔内的第一电磁圈组件和第二电磁圈组件，并且所述闸组件可在第一电磁圈组件和第二电磁圈之间线性平移。该方法进一步包括提供微控制器，所述微控制器电连接至用于所述第一电磁圈组件的第一h桥，第一绕组作为所述第一h桥的负载，并且所述微控制器电连接至用于所述第二电磁圈组件的第二h桥，第二绕组作为所述第二h桥的负载。该方法还包括由所述微控制器接收请求所述闸组件的位置的信号。该方法还包括从微控制器通过所述第一和第二h桥两者发送在预定时间段内在所述第一电磁圈组件中的所述第一绕组两端和在所述第二电磁圈组件中的所述第二绕组两端的时变电压，同时使其流交替通过第一和第二h桥中的每个桥的交流支路，以激励和去激励所述第一和第二绕组两者。最后，该方法包括监测第一和第二传感线以确定每个的振荡幅度。所述振荡幅度与所述第一闸构件距所述第一绕组和所述第二绕组中的每个的距离相关，并且所述第一传感线或所述第二传感线的最大振荡幅度指示所述闸组件的位置。

在又一个实施例中，公开了一种用于在闭锁电磁闸阀内线性平移闸组件的方法。所述方法包括提供闭锁电磁闸阀，所述闭锁电磁闸阀包括闸组件，所述闸组件包括壳体，所述壳体限定通过其中的流动路径的导管和将所述导管分隔成第一部分和第二部分的空腔。所述方法还包括提供包括可磁化材料并限定贯穿其中的开口的第一闸构件。所述第一闸构件可在所述空腔内在所述开口与所述导管对准的的打开位置和所述开口与所述导管不对准的闭合位置之间线性移动。所述方法还包括提供第一电磁圈组件和第二电磁圈组件，它们就座于所述空腔内，闸组件可在第一电磁圈组件和第二电磁圈组件之间线性平移。该方法进一步包括提供微控制器，其电连接至用于第一电磁圈组件的第一h桥，第一绕组作为第一h桥的负载，并且微控制器电连接至用于第二电磁圈组件的第二h桥，第二绕组作为第二h桥的负载。该方法还包括在微控制器中接收请求闸组件的位置的信号。该方法进一步包括递增或递减频率范围内，将频率从微控制器发送到第一电磁圈组件中的第一绕组和第二电磁圈组件中的第二绕组两者。最后，该方法包括监测第一和第二传感线以确定每个的峰值电压幅度。峰值电压幅度与闸距第一和第二绕组中的每个的距离具有相关性，并且所述第一传感线或所述第二传感线的所述最大峰值指示所述闸组件的位置。

附图的简要说明

图1是闭锁电磁闸阀的一个实施例的正面立体图。

图2是图1的闭锁电磁闸阀的正面分解立体图。

图3是图2的闭锁电磁闸阀处于组装状态的纵向截面图。

图4是图1-3的闭锁电磁闸阀的弹簧闸的侧面立体图。

图5是图1-3的闭锁电磁闸阀的弹簧闸的分解图。

图6是图1-3的弹簧闸和闭锁电磁圈的分解图。

图7是用于闭锁电磁闸阀的弹簧闸的第二实施例的侧面立体图。

图8是图1的闭锁电磁闸阀的截面分解立体图。

图9是驱动电磁圈组件并且还感测图1的闭锁电磁闸阀中的闸组件的位置的电路的电气示意图。

具体实施方式

以下详细描述将说明本发明的一般原理，其示例在附图中另外说明。在附图中，相似的附图标记指示相同或功能相似的元件。

如本文所用，“流体”是指任何液体、悬浮物、胶体、气体、等离子体或其组合。

图1-2示出了在一个实施例中用于在内燃机中使用的闭锁电磁闸阀100的实施例。闭锁电磁闸阀100包括壳体102和用于输送或允许流体流过其中的导管104。壳体102在其中限定了空腔138(图2)，空腔138将导管104分隔成第一导管部分106和第二部分108。壳体102可包括能配合在一起以限定空腔138的第一部分a和第二部分b。在一个实施例中，壳体102的第一部分a和第二部分b可以是使用塑料焊接工艺固定地配合在一起的塑料注射成型部件。

第一导管部分106可以与软管或管(未示出)密封地接合，其中在第一导管部分106的密封特征118和管之间可以形成大致不透流体的密封。第一导管部分106和第二导管部分108中的一个或两个可以包括第一部分110、110'，第一部分110、110'可以在其外表面上包括密封特征118、118'。第一导管部分106和第二导管部分108中的一个或两个还可以分别在第一部分110、110'与壳体102的外表面112、112'之间包括第二部分120、120'。在一个实施例中，第一导管部分106的第一部分110可以包括大致圆形的截面，并且第一导管部分106的第二部分120可以包括大致矩形的截面。第二导管部分108可以包括类似的构造。尽管讨论了圆形截面和矩形截面，但是导管106、108不限于图中所示，并且应该理解，许多其他截面形状也是可能的。

参考图2和图3，壳体a的开口114与第一导管部分106流体连通。壳体a的开口114沿着壳体102的第一部分a的内表面116定位。壳体b的开口124与第二导管部分108流体连通，并且沿着壳体102的第二部分b的内表面126定位。壳体a的开口114和壳体b的开口124彼此对准，使得开口114、124两者都沿着由导管104限定的轴线a-a定位。第一电磁圈组件142a和第二电磁圈组件142b就座在由壳体102的第一部分a和第二部分b限定的空腔138内。闸组件146可在第一电磁圈组件142a与第二电磁圈组件142b之间线性平移。

闸组件146可以在打开位置与关闭位置之间沿线性方向平移。在图3中可见的打开位置，闸组件146的流体流开口191可以与导管104对准，并且特别是闸组件146与开口114和124对准。因此，在打开位置，流体可以从第一导管部分106流过闸组件146，并且流入第二导管部分108。当处于关闭位置时，流体流开口191与导管104不对准，从而阻止流体流通过闸组件146并且流至第二导管部分108。如图3中可见，闸组件146可以在打开位置与关闭位置之间沿线性方向被上下平移通过一段行程长度l。当闸组件146处于第一位置(即，闸组件146被打开)时，可以在闸组件146的下表面176与第二电磁圈组件142b之间测量行程长度l。可替换地，当闸组件146处于第二位置(即，闸组件146被关闭)时，可以在闸组件146的上表面174与第一电磁圈组件142a之间测量行程长度l。

图4是闸组件146的侧面立体图，图5是闸组件146的分解图，图6是闸组件146以及电磁圈组件142a、142b的分解图，并且图7是闸组件146以及两个永磁体202、204的立体图。参考图4-6，闸组件146包括第一闸构件180和第二闸构件182，第一闸构件180限定贯穿其中的开口194，第二闸构件182限定贯穿其中的至少第一开口195，第一开口195与第一闸构件180中的开口194对准。开口194和开口195一起配合以限定流体流开口191。闸组件146还可以包括夹在或定位在第一闸构件180和第二闸构件182之间的环形弹性带184。

第一闸构件180和第二闸构件182均可以由诸如例如钢的可磁化材料构造成，并且可以是经过热处理和涂覆的冲压件，以基本上防止磨损和腐蚀。在一个实施例中，第一闸构件180和第二闸构件182由可磁化材料构造成，并且已在制造期间被永久磁化。在另一实施例中，第一和第二闸构件180、182具有连接至第一和第二闸构件180、182的可磁化材料。例如，如图7中可见，闸组件146包括沿闸组件146的上表面174布置的第一永磁体202和沿闸组件146的下表面176布置的第二永磁体204。

参考图2和图6，闸组件146定位于第一(在相对于页面定向的图的上部)电磁圈组件142a和第二(在相对于页面定向的图的下部)电磁圈组件142b之间。当在组装状态(图3中示出)时，闸组件146的上表面174和下表面176都由第一闸构件180和第二闸构件182共同限定。如图4和5所示，第一闸构件180和第二闸构件182彼此互锁。在该示例性实施例中，第一闸构件180的侧表面190可以限定凹部192。第二闸构件182包括限定翼片196的侧表面194。第二闸构件182的翼片196可以被第一闸构件180的凹部192接收。本领域技术人员将容易理解，尽管图4-5仅示出了第一闸构件180和第二闸构件182的一侧，但是也可以沿闸构件180、182的相反侧包括类似的构造。

参考图4和图5，环形弹性带184定位于第一和第二闸构件180、182之间。环形弹性带184限定开口186，开口186与第一闸构件180中的开口194对准和第二闸构件182中的开口195对准。由于环形弹性带184夹在第一和第二闸构件180、182之间，环形弹性带可线性平移，并且随着闸组件146一起移动通过行程长度l(如图3所示)。环形弹性带184可以由诸如例如橡胶的顺应性材料构造成。环形弹性带184可以用作偏置构件或顺应性弹簧，以便将第一闸构件180和第二闸构件182远离彼此偏置。如图4中可见，当闸组件146被组装在一起时，环形弹性带184可被容纳在由第一闸构件180和第二闸构件182两者限定的空腔或凹部198中。

参考图5，环形弹性带184包括第一唇部210和第二唇部212。弹性带184的第一唇部210可以抵靠第一闸构件180的内表面214密封，并且第二唇部212可以抵靠第二闸构件182的内表面216密封。应当理解，在环形弹性带184与第一闸构件180和第二闸构件182之间形成的密封可以减少或防止流体泄漏到壳体102(图1-2)中。还应该理解，闸组件146的图示本质上不应该是受限制的。例如，在另一种方案中，可以使用包括于2014年12月10日提交的共同拥有的美国专利申请第14/565,814号中的图7所示的构造的闸组件，其全部内容通过引用并入本文。

参考图2和图4-5，第一闸构件180可限定前闸表面218。当闸组件146处于关闭位置时，第一闸构件180的前闸表面218可阻止或阻碍流体流入闸组件146的流体流开口191。然而，当闸组件146处于图3可见的打开位置时，流体可以从壳体a的第一导管部分106流过由闸组件146限定的流体流开口191并且流入第二壳体b的第二导管部分108。

参考图2和图6，第一电磁圈组件142a和第二电磁圈组件142b均包括各自的芯230a、230b。芯230a、230b可以由磁性材料构造成。在如图4所示的示例性实施例中，芯230a、230b可以都是大致e形的芯，然而应该理解，本公开不限于仅e形的芯。还应该理解，尽管图中所示的芯230a、230b包括三个相同尺寸的支腿232，但是每个芯230a、230b的支腿也可以具有不同的尺寸。

继续参考图2和6，绕线架236a、236b可以围绕每个芯230a、230b的中心支腿232。在一个实施例中，绕线架236a、236b可以由塑料构造成，并且可以通过塑料注射成型工艺制造。尽管描述了塑料注射成型工艺，但是应当理解，也可以使用其他方法和材料来制造绕线架236a、236b。绕线架236a、236b每个都包括主体238a、238b。参考图2、6和8，绕线架236a、236b每个都包括大致i形的截面，其限定了中心定位的孔240a、240b和各自的通道242a、242b(如图8所示)。

相应的布线可围绕每个芯230a、230b各自的通道242a、242b缠绕以形成绕组234a、234b。绕组234a、234b可以是用于承载电流的任何类型的导线，例如诸如铜导线。绕线架236a、236b各自的孔240a、240b可以被成形为接收各自芯230a、230b的中心支腿232。应该理解，绕线架236a、236b可以用来将绕组234a、234b保持就位。还应该理解，绕组234a、234b可以连接至端子(未示出)。端子可以从绕线架236a、236b向外突出，其中每个端子可以电耦合至相应的电路板250a、250b。如下面更详细解释的，电路板250a、250b可以包括用于激活电磁圈组件142a、142b的电路系统。

如图2中可见，壳体102的第二部分b可以包括从第二部分b的内壁254向外突出的一个或多个引导件252。引导件252可以用于提供引导并且确保闸组件146在线性方向上平移通过行程长度l(如图3所示)。壳体102的第二部分b可以每个包括第二组引导件256，其也从第二部分b的内壁254向外突出。引导件256可以用于将电路板250a、250b在壳体102内定位就位。除了控制电磁圈组件142a、142b之外，电路板250a、250b还可以定位在壳体102内，以便提供机械支撑和加固。应该理解，第一壳体a也包括沿着内壁的类似特征，然而这些特征在图2中不可见。

参考图1和图2，应当理解，壳体102还可以包括电连接至电路板250a、250b中相应的一个的电连接件(未示出)。电连接件可以均从由壳体限定的开口凸起(未示出)，并且将电路板250a、250b电连接至外部控制器(未示出)。例如，在一个实施例中，外部控制器可以是发动机控制模块(ecm)。

闸组件146可以通常就座于起始位置。起始位置可以是关闭位置或打开位置(如图3所示)。闸组件146保持就座在起始位置，直到阈值力施加到闸组件146为止。阈值力在下面更详细地解释，并且由在芯230a、230b内感应的相反的磁场产生。阈值力的大小足以使闸组件146从起始位置脱离就座，并且导致闸组件146移动至第二位置。第二位置与正常就座位置相反。例如，如果正常就座位置是打开位置(如图3所示)，则第二位置将是关闭位置。可以理解，由于在相反的磁场被去除之后第一闸构件180和第二闸构件182内的剩余磁力，闸组件146被偏置在打开位置或者关闭位置。

参考图2-3，当电流施加到绕组234a时，在电磁圈142a的芯230a内感应出第一磁场。第一磁场可以基于提供给绕组234a的电流的量。具体而言，第一量的电流可以被施加到绕组234a，其继而产生第一磁场。第一磁场可以吸引残留磁化的第一闸构件180和第二闸构件182。换句话说，第一磁场可以在朝向芯230a的方向上推动闸构件180和第二闸构件182并且推动它们进入如图3中可见的打开位置。

同时，第一量的电流被施加到绕组234a，第二、相反量的电流被施加到绕组234b，以便在电磁圈142b的芯230b内感应出第二磁场。应该理解，产生第二、相反的磁场以排斥残留磁化的第一闸构件180和第二闸构件182。换句话说，第二磁场可以在远离芯230b并朝向芯230a的方向上推动第一闸构件180和第二闸构件182。由芯230a感应的第一磁场和由芯230b感应的第二、相反的磁场一起配合以产生阈值力。阈值力具有足够大的量级以推动闸组件146在线性方向上平移通过行程长度l并且进入第二位置(即，如图3中可见的打开位置)。虽然描述了将闸组件146致动到打开位置，但是应该理解，施加到绕组234a、234b的电流可以在方向上切换以切换第一磁场和第二磁场的方向，从而也将闸组件146致动到关闭位置。

图9是用于向绕组234a、234b提供电流的电路300的示意图。如下所述，电路300也可以与外部控制器(未示出)结合使用，以确定第一闸构件180和第二闸构件182两者的位置。电路300包括两个h桥302a、302b和与h桥302a、302b两者通信的微控制器304。参考图2和图9，应当理解，在一个实施例中，电路300可以完全定位于电路板250a、250b中的一个上，并且电路板250a、250b中剩余的一个仅用于壳体102的机械支撑。可替换地，在另一实施例中，电路300的一部分可以定位于电路板250a、250b两者上，并且可以使用连接件(未示出)来将电路板250a、250b电连接在一起。

参考图9，每个h桥302a、302b可以包括四个开关。具体而言，h桥302a包括开关s1、s2、s3、s4，并且h桥302b包括四个开关s1'、s2'、s3'、s4'。在如图9所示的实施例中，开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，但是应该理解，也可以使用其他类型的开关，或甚至机械开关。每个开关可以电连接至微控制器304的输出或引脚310。每个h桥302a、302b还可以包括电阻器ra、rb，电阻器ra、rb彼此串联电连接至电容器ca、cb以形成相应的串联电路312a、312b。如图9中可见，串联电路312a、312b的第一端320a、320b可以连接至绕组234a、234b的第一端322a、322b，并且串联电路312a、312b的第二端324a、324b可以连接至绕组234a、234b的第二端326a、326b。可以理解，h桥302a、302b使电压能够在任一方向上被施加到各自的负载(即，各自的绕组234a、234b)。传感线330a、330b可以将定位于电阻器ra、rb与电容器ca、cb之间的接合点332a、332b电连接至微控制器304的相应感测引脚334a，334b

微控制器304可以指代、是其一部分、或者包括电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)、执行代码的处理器(共享、专用或组)、其他合适的提供所描述功能的部件、或上述中的一些或全部的组合，诸如在芯片系统中。术语模块可以包括存储器(共享、专用或组)，所述存储器存储由处理器执行的代码。上面使用的术语代码可以包括软件、固件、微代码或汇编代码，并且可以指代程序、例程、函数、类或对象。应该理解，尽管图9将h桥302a、302b和微控制器304示为分离部件，但是在另一实施例中h桥302a、302b和微控制器304可以是集成部件。

参考图2-3和图9，微控制器304可激励相应的引脚310以便激活开关s1和s4(其定位于h桥302a的交流支路338a上)以在电磁圈组件142a的绕组234a上感应出电流，从而在电磁圈142a的芯230a内感应出第一磁场。第一磁场磁力吸引闸组件146的闸构件180、182。微控制器304同时激励相应的引脚310以便激活开关s2'和s3'(其定位于h桥302b的交流支路338b上)以在电磁圈组件142a的绕组234a上感应出电流，从而在电磁圈142b的芯230b内感应出第二磁场。第一磁场磁力排斥闸组件146的闸构件180、182。因此，闸组件146被致动到打开位置。

可以理解，虽然开关s1、s4、s2'、s3'被描述为被激活，但是应该理解，微控制器304也可以激励相应的引脚310以便激活开关s2、s3、s1'、s4'，同样以便致动闸组件146到关闭位置。因此，可以理解，电路板250a、250b可以包括电路系统，通过激活第一和第二电磁圈组件142a、142b中的一个以磁力吸引闸构件180、182，并且同时激活剩余的电磁圈组件142a、142b以磁力排斥闸构件180、182，该电路系统用于从打开位置或关闭位置激活电磁圈组件142a、142b。

参考图9，微控制器304还可以包括用于接收电源(诸如电池电压)的输入端340。微控制器304也可以通过引脚342接地。此外，微控制器304也可以通过引脚344、346从外部控制器(未示出)发送和接收通信。如上所述，外部控制器可以是例如ecm。外部控制器可以向微控制器304发送信号，请求闸组件146相对于芯230a的当前位置，并且在下面更详细地解释。参考图2-3和图9，响应于接收到来自外部控制器的信号，该信号请求闸组件146距离引脚344的当前位置，微控制器304可以通过h桥302a、302b两者在预定时间段内在绕组234a、234b两端产生时变电压。具体而言，微控制器304可以将时变电压交替产生到h-电桥302a、302b的交流支路338a、338b，以对绕组234a、234b两者激励和去激励。

在一个实施例中，时变电压可以是具有固定频率(例如，20khz)的方波电压。具体而言，应当理解，绕组234a、电阻器ra和电容器ca(或绕组234b、电阻器rb和电容器cb)的电感可以一起配合以产生响应于由方波电压产生的激励而震荡的电路。绕组234a、234b的电感值不是固定的，并且将根据闸构件180、182的位置而变化。具体而言，如果闸构件180、182靠近则绕组234a、234b的电感将增加，并且如果闸构件180、182远离则绕组234a、234b的电感将减小。可以理解，时变电压可以包括各种值，但可能需要至少两伏的峰间电压。

当微控制器304产生时变电压时，微控制器304也可以监测传感线330a、330b。具体而言，微控制器304可监测传感线330a、330b以确定绕组234a、234b的电感的振荡幅度。如上所述，绕组234a、234b的电感不是固定的，并且将根据闸构件180、182的位置而变化。具体而言，最大振荡幅度指示闸构件180、182相对于绕组234a、234b的位置。

代替时变电压，在另一实施例中，扫描频率可以施加到绕组234a、234b两者。扫描频率的范围可以从低于绕组234a、电阻器ra和电容器ca(或绕组234b、电阻器rb和电容器cb)的电感的谐振频率的值到高于该谐振频率的值，并且可能是递增的频率范围或递减的频率范围。当微控制器304产生扫描频率时，微控制器304也可以监测传感线330a、330b。具体而言，微控制器304可以监测传感线330a、330b以确定绕组234a、234b的峰值电压幅度。峰值电压幅度与闸180、182相对于绕组234a、234b的距离相关。

参考图2-3和图9，微控制器304可以通过引脚346向外部控制器发送指示闸180、182相对于绕组234a、234b的距离的信号。外部控制器可以接收指示闸180、182的位置的信号，并且基于闸180、182的当前位置来确定闸组件146的不同位置。例如，如果闸组件146处于在打开位置，外部控制器可以确定不同位置是关闭位置。同样，如果

如上所述并在图1-9中示出的装置100是一个电磁制动的控制阀，其可用于各种应用，诸如汽车应用，并且可以控制诸如空气、冷却剂、燃料或油的流体流。应该理解，当前可用的阀可以是弹簧偏置到默认位置的，并且需要将电流施加到电磁圈线圈以将阀移动至“打开”位置。只要阀被打开，电力就会消耗。所公开的阀组件不需要持续施加电力以将所公开的闸组件保持在打开位置或关闭位置。此外，所公开的装置还提供了用于电子地确定阀的当前位置的方法。

已经详细地并且参考其优选实施例描述了本发明，显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，修改和变型是可能的。