CN101485070B - 产生非线性力或力矩特性曲线的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生非线性力矩特性曲线的设备，具有圆柱形铁转子和定子，在圆柱形铁转子的圆周上设有交错极化、径向磁化的永磁段，定子由铁或重叠的磁片构成，该定子在其内圆周上设有交错极化、径向磁化的永磁段，在转子和/或定子的不同极化永磁段之间设有铁磁极。根据本发明的设备在阀运动的终点提供力量使阀加速，尤其是，在“阀门闭合”位置之上具有很小的作用力或完全没有作用力。

Description

产生非线性力或力矩特性曲线的设备
技术领域
本发明涉及一种产生非线性力或力矩特性曲线的设备，该设备尤其是设置在控制内燃机换气阀的装置内。
背景技术
公知的用于控制换气阀的设备在开启或关闭阀的过程中都依靠弹簧的支持(DE10358936 A1；DE10311275 A1；DE10140461 A1)。采用弹簧的优点在于，在电磁控制换气阀的情况下，阀驱动器施加的力减小了，由此导致驱动器所需电功率减小。随之出现的问题是阀驱动器必须在终点处一直抵抗弹簧力。特别是当采用“传统”阀弹簧时，对于阀而言必须的闭合力一般会是很大的保持力。
特别是当驱动一个旋转作用、通过双侧摆杆将其力传递给两个或更多阀的驱动器时，有必要设置一个用于支持所有被控制阀的开启过程的装置。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供一种设备，该设备提供使阀在其运动终点加速的力，尤其是在“阀关闭”位置之上仅施加很小的或者完全不施加作用力。
根据独立权利要求的特征，本发明的目的由产生非线性力或力矩特性曲线的设备实现。其从属权利要求阐述了该设备的特别有益的结构。
本发明的本质是，按本发明所述的设备继承了其他电磁阀驱动器中普遍的开启弹簧的功能，并且在阀驱动器转子处于中间零位时-即当驱动力为零或接近零时-当稍稍旋转时(例如，阀门刚开启时)产生一个在继续旋转时最大程度线性减小的、很大的力。
从中间零位开始，无论是在向左还是向右旋转时该力都一直支持各个阀的开启过程。
与设置在各个阀上的闭合弹簧相关联地得出弹簧-质量-摆动器的作用方式。
附图说明
下面将根据实施例进一步阐述本发明。相关附图为：
图1：产生非线性力或力矩特性曲线的设备的原理图；
图2：在利用根据本发明的设备产生非线性力或力矩特性曲线时、用于控制内燃机器的两个阀的双向设备的远离示意图；
图3：阀行程中的力变化曲线图；
图4：控制两个阀的双向设备上的力矩变化曲线图；
图5：根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备的转子和定子的磁极和永磁段的特殊设计展开图。
具体实施例
按照图1，根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备具有铁转子，该转子由转子轴2、交错磁化的永磁体3以及磁极4构成。由磁片组成的定子5具有磁极6，在该磁极之间设有交错磁化的永磁体。定子孔用来将根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备固定在内燃机换气阀旋转驱动设备的磁阻电机1上。
按照图2，在用于驱动两个换气阀12和18的旋转装置的框架内设有根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备AO，换气阀12和18设在两个具有活塞11和17的气缸10和16中。设备AO通过法兰连接在磁阻电机1的背面并且凭借其非线性力或力矩特性曲线影响磁阻电机1的输出力矩。在结构上这样设计根据本发明的设备AO的转子轴2和磁阻电机1的转子轴2并在纵向上将其如此连接，以使其在一定程度上构成一个单元。
在用于控制两个换气阀的旋转装置的磁阻电机1的转子轴2上设有双摆杆14，该双摆杆的端部分别以所需的、预期的非线性驱动力冲击换气阀12和18的阀杆端部9和15。典型的阀弹簧9和19提供关闭换气阀12和18的关闭力。
按照图3，根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备AO按如下所述工作：
在转子轴2的中间位置上(力矩＝0)，转子轴2的永磁段3或定子5的永磁段7直接面对面设置，其中，相对设置的永磁段3或7被反向磁化。在稍稍旋转时，由于相对设置的永磁段3或7之间的排斥，这种反向磁化会产生沿旋转方向作用的力矩。所述旋转还会在定子5的磁极6和转子轴2的磁极4中形成一个磁流，该磁流与分别相对磁极4和6转动的永磁段3和7一起产生一个拉力，该拉力也对相对设置的永磁段3和7之间的排斥力产生作用。继续旋转会在磁化方向相同的、定子5的永磁段7和转子轴2的永磁段3之间形成一个引力，该引力减小永磁段之间的气隙并且在上述方向上产生一个力矩，在旋转转子直至永磁段相对设置时该力矩变为零。
假如在定子5的永磁段7和转子轴2的永磁段3之间不设置磁极4或6，原则上也可以得出根据本发明的设备AO的作用方式。由此得出的力矩特性曲线由图4以近似正弦曲线地示出，其中，力矩的最大值不处于中间位置(零位置)附近。该最大值处于两个磁极或永磁段之间的半角处。
根据旋转方向，转子轴2的永磁段3和定子5的永磁段7的重叠以及转子轴2和定子5的磁极的重叠是不相同的，所以针对左、右旋转，所得到的力矩的分布可能是不对称的。通过自永磁段至永磁段或自磁极至磁极地减少或增加定子5的永磁段7和转子轴2的永磁段3的结构深度，以及定子5的磁极6和转子轴2的磁极4的结构深度，就可以得到上述不相同的重叠。在此，由一个举例的实施例对展开图图5进行阐述。
将按照图4所得的力或力矩特性曲线与弹簧压在凸轮上的公知结构相比较。假如凸轮与弹簧的作用力垂直，则在凸轮轴上的所得力矩为零。假如稍稍转动凸轮，则通过凸轮将弹簧力变成力矩，在稍稍旋转情况下，这个力矩刚开始很小，而后达到最大值，继续旋转时再变小。这类凸轮结构的缺点是弹簧力大且由此在弹簧和凸轮之间形成的摩擦力也大。另外，形成一个预期的特性曲线，即最大值尽可能靠近零位置(中间位置)的特性曲线，非常难或是不可能的(考虑到已有的结构空间)。
考虑到弹簧-质量-摆动的作用方式，图4的曲线表现的是在典型阀弹簧和根据本发明的设备AO之间的共同作用。
根据本发明的产生非线性力或力矩特性曲线的设备还可以是一种线性结构：这时，该设备由一转子构成，该转子由交错磁化、优选垂直于运动方向磁化的永磁段构成，其中，在不同极化磁段之间构造铁磁极。由铁或重叠的具有铁磁特性的片材构成的转子在两侧相对转子相间一定距离，该定子在各个朝向转子的面上支撑着永磁段。这些永磁段也是被交错磁化、优选垂直于运动方向地磁化的，其中可以在不同的极化的磁体段之间构造铁磁极。
在本发明的另一个设计中，产生非线性力或力矩的设备具有一个实现移动运动的圆柱形转子，定子不仅设在转子的内部也设在其外部。
在对阀进行控制的时候在已知结构中采用本发明，就会在被控制阀的开启过程中对阀驱动件予以支持。
根据本发明的设备在阀运动的终点提供力量使阀加速，尤其是，在“阀门闭合”位置之上只有很小的作用力或完全没有作用力。
总体来讲，产生非线性力或力矩特性曲线的设备也可以明显提高操控电动阀的能效。
附图标记和公式标记列表
AO 设备(产生非线性力或力矩特性曲线)
1 磁阻电机
2 转子轴
3 永磁段(转子轴的)
4 极
5 定子
6 极
7 永磁段(定子的)
9 阀杆
10 气缸
11 活塞
12 换气阀
13 阀弹簧
14 双摆杆
15 阀杆
16 气缸
17 活塞
18 换气阀
19 阀弹簧

Claims (6)

1.产生非线性力矩特性曲线的设备，具有圆柱形铁转子(2)和定子(5)，其特征在于，在圆柱形铁转子(2)的圆周上设有交错极化、径向磁化的永磁段(3)，定子(5)由铁或重叠的磁片构成，该定子在其内圆周上设有交错极化、径向磁化的永磁段(7)，在转子(2)和/或定子(5)的不同极化永磁段之间设有铁磁极(4、6)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，转子的两个交错的磁化永磁段(3)之间的中间角与定子(5)的两个交错的磁化永磁段(7)之间的中间角相等。
3.按照权利要求2所述的设备，铁磁极(4；6)为具有矩形边界面的六面体。
4.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，铁磁极(4；6)为部分具有梯形或三角形边界面的六面体。
5.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，为了相对左右旋转得到不对称的力矩，根据旋转方向，转子(2)的永磁段(3)和定子的永磁段(7)的重叠以及转子(2)的铁磁极(4)和定子(5)的铁磁极(6)的重叠是不相同的。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，为了不相同的重叠，自永磁段(3；7)至永磁段(3；7)或自铁磁极(4；6)至铁磁极(4；6)地减少或增加定子(5)和转子(2)的永磁段(3；7)的构造深度以及定子(5)和转子(2)的铁磁极(6；4)的构造深度。
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