CN101918742B - 柔性电磁阀驱动装置的建模和性能 - Google Patents

Abstract

本系统包括具有第一磁化方向和第一开口的第一面永磁体。第二面永磁体具有第二磁化方向和第二开口。第二开口与第一开口轴向对齐。第一面永磁体的磁化方向与第二面永磁体的磁化方向相反。实例提供了多个固定线圈，其中至少一个固定线圈位于第一开口内且至少一个固定线圈位于第二开口内。一对延伸件穿过第一开口和第二开口。磁化嵌条与每个延伸件集成一体。

Description

柔性电磁阀驱动装置的建模和性能

相关申请的参考文件

本申请的优先权是基于名称为“柔性电磁阀驱动装置的建模和性能”的美国临时申请，申请号是60/986,445，申请日是2007年11月9日，在此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及驱动装置，特别涉及电磁阀门的驱动装置。

背景技术

气体交换阀的运作对于内燃机的运行效率很重要。传统的固定式凸轮轴作为阀门驱动所采用的通用型阀门，代表了一种用于发动机运行情况下一成不变的折中方式，特别是在发动机负载和高速运行的情况。多步凸轮轴(multi-stepcamshaft)的优势在于，其为发动机在运行情况改变时提供不同的凸轮轮廓(camprofile)。机械凸轮定相方法为阀门运作提供了重要的定时变化值，但仍然采用相同的凸轮轮廓。其它阀门控制方法也已经被采用。具体的阀门驱动策略包括进气阀门提前关闭、进气阀延迟关闭、进气阀延迟打开和可变最大阀门升程，这些已经通过试验证明能够提高发动机的性能。

有必要提供一种具有各种驱动策略优点的柔性(flexible)阀门驱动装置。为了实现这个目的，许多电磁阀门驱动装置已经由其设计的发明人申请了专利。每个设计一般作为单个阀门驱动装置。然而，如何在发动机头部有限的空间内有效地安装单个阀门驱动装置，依然是具有挑战性的局限。对于每个汽缸的多阀门，要安装两个相邻的无干扰驱动装置已然很困难。因此，需要解决这个领域存在的问题。

发明内容

本发明的实例提供了一种系统和方法用于提供一种双阀门驱动装置。从结构上简单地讲，该系统的其中一个实例，能够通过以下方式实现。该系统包括具有第一磁化方向和第一开口的第一面永磁体。第二面永磁体具有第二磁化方向和第二开口。第二开口与第一开口轴向对齐。第一面永磁体的磁化方向与第二面永磁体的磁化方向相反。本实例具有多个固定线圈，其中至少一个固定线圈在第一开口中且至少一个固定线圈在第二开口中。一对延伸件穿过第一开口和第二开口。磁化嵌条与每个延伸件集成一体。

本发明还提供一种使用双阀门驱动装置的方法。此方法其中的一个实例，可以大致概括为如下步骤：轴向对齐第一面永磁体与第二面永磁体，其中第一面永磁体和第二面永磁体具有相反的磁向；将一金属板放置在第一面永磁体和第二面永磁体之间；第一线圈放置在第一面永磁体的第一开口中切第二线圈放置在第二面永磁体的第二开口中；安装一对延伸件，每个延伸件穿过第一开口和第二开口，其中每个延伸件与至少一个嵌条集成一体，其至少部分地位于第一线圈和第二线圈中的至少一个内；对至少一个线圈通电后产生引起至少一个嵌条沿着线圈的轴向滑动的磁阻力。

根据附图和详细说明，本发明的其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员是显而易见的。需要注意的是，本说明包括的所有这些附加的系统、方法、特征和优点都落入本发明的保护范围内并且受所附权利要求的保护。

附图说明

通过附图能够从各方面更好地理解本发明。附图所示元件无需按比例绘制，用框图代替可以清楚地说明本发明的实质。此外，视图中相同部件的编码一致。

图1是本发明第一实例的双阀门驱动装置的截面图；

图2是图1所示的本发明第一实例的双阀门驱动装置的顶视图；

图3是本发明第二实例的双阀门驱动装置的顶视图；

图4是流程图，用于说明图1所示的本发明第一实例采用的双阀门驱动装置的方法。

具体实施方式

图1是本发明第一实例的双阀门驱动装置10的截面图。图2是图1所示的本发明第一实例的双阀门驱动装置10的顶视图。双阀门驱动装置10包括具有第一磁化方向14和第一开口12B的第一面永磁体12A。第二面永磁体16A具有第二磁化方向18和第二开口16B。第二开口16B与第一开口12B轴向对齐。第一面永磁体12A的磁化方向14与第二面永磁体16A的磁化方向18相反。第一面永磁体12A的磁向14的量与第二面永磁体16A的磁向18的量相等。本实例有多个固定线圈20A、20B、20C、20D，其中固定线圈20A、20B中至少一个径向位于第一开口12B内且固定线圈20C、20D中至少一个位于第二开口16B内。一对延伸件22A、22B穿过第一开口12B和第二开口16B。磁化嵌条24A、24B与每个延伸件22A、22B集成一体。

如图1所示，第一开口12B和第二开口16B采用“8”字形状的结构。其他开口的形状，包括但不限于椭圆、矩形、单独圆形开口，或其他几何形状也是可行的。一些开口形状能产生缺口或空隙，这些缺口或空隙没有被线圈20A、20B、20C、20D、延伸件22A、22B、嵌条24A、24B或其他元件占用。在这些空隙中，多余的磁体进入其中使永磁体12A、16A这部分产生的力得到了增强。这些多余的磁体中，至少在第一开口12B中的多余磁体具有与永磁体12A、16A相同的磁化，而第一开口12B中的多余磁体与第二开口16B中的多余磁体的磁化相反。磁体12A、16B具有直角棱形的开口12B、16B。顶部固定线圈20A、20B能独立或联合受控。底部固定线圈20C、20D能独立或联合受控。需要注意的是此处所用的“顶部”和“底部”是参照图1的立体图而言，并非要求双阀门驱动装置10一定按照此方向，任何其它方向也是可以的。

如图1所示，双阀门驱动装置10包括至少一块位于第一面永磁体12A和第二面永磁体16A之间的金属板26B。此外，金属板26A、26B位于第一面永磁体12A的背面，金属板26B、26C位于第二面永磁体16A的背面。如图1所示，外部金属板26A、26C具有与每个固定线圈20A、20B、20C、20D吻合的延伸部件。如图1所示，外部金属板26A、26C还具有与外部周边吻合的倒角或其他形状。

双阀门驱动装置10包括设置在固定线圈20A、20B、20C、20D和开口12A、12B、16A、16B之间的铁磁材料30。如图1所示的铁磁材料30，尽管其高度可以和固定线圈20A、20B、20C、20D相同，但不是必须的。作为例子，铁磁材料30采用低碳钢。当固定线圈20A、20B、20C、20D开始工作时，铁磁材料30用于提高施加于嵌条24A、24B的力。嵌条24A、24B也由至少一种铁磁材料组成。此外，当如图2所示的铁磁材料30沿着固定线圈20A、20B、20C、20D的周边放置时，铁磁材料30也只能放置在固定线圈20A、20B、20C、20D周边的一部分。辅助元件对与延伸件22A、22B集成一体并配合单独设备工作。辅助元件为发动机的阀门。辅助元件的动作至少能部分地驱动单独设备。

图3是本发明的第二个实例的双阀门驱动装置100的顶视图。与第一个实例相同，第二个实例包括具有第一磁化方向和第一开口112B的第一面永磁体112A。位于第一面永磁面112A下面的第二面永磁体(没有显示)具有第二磁化方向和第二开口。第二开口与第一开口112B轴向对齐。第一面永磁体112A的磁化方向与第二面永磁体的磁化方向相反。本实例提供了固定线圈对，其中至少一个固定线圈120A位于第一开口112B内并且至少一个固定线圈(没有显示)位于第二开口内。延伸件对122A、122B穿过第一开口112B和第二开口。磁化嵌条124A、124B与每个延伸件122A、112B集成一体。金属板126A位于第一面永磁体112A的背面，并且金属板位于第二面永磁体的背面。

与图2相比，图3显示了一种改进，其中固定线圈120A采用不同的绕线方式。图2所示的固定线圈20A、20B是独立线圈。图3中，固定线圈120B采用一种赛道(racetrack)构造把嵌条124A、124B两者都包围起来，而8字形的固定线圈120A采用不同的构造包围嵌条124A、124B。也就是说，赛道构造的线圈120B在每个嵌条124A、124B的周围采用相同的电流转(current-turns)；8字形的线圈120A在嵌条124A的周围采用正向电流转而在另一个嵌条124B(视电流方向而定)的周围采用反向电流转。赛道构造的线圈120B大约占用线圈90％的有效空间，而8字形线圈120A占用剩余10％的空间。这种设置能使每个嵌条124A、124B获得由赛道构造和8字形线圈120B、120A叠加产生的持续不断的能量供给。

图4是流程图200，说明了图1所示的本发明的第一实例采用双阀门驱动装置10的方法。需要注意的是流程图所示的任何流程说明或框图应该理解为：所示包括用于实现流程中具体逻辑功能的一个或多个指令的模块、程序块、代码部分或步骤以及包括改进实施方法落入本发明保护范围内；而对于产生执行错误的子程序，包括由采用功能而定的并发或反序的子程序，通过本发明所示或详述将被本发明涉及的本领域技术人员理解。

如方框图202所示，第一面永磁体12A与第二面永磁体16A轴向对齐，其中第一面永磁体12A和第二面永磁体16A的磁化方向14、18相反。金属板26B位于第一面永磁体12A和第二面永磁体16A之间(方框图204)。第一线圈20A、20B位于第一面永磁体12A的第一开口12B内而第二线圈20C、20D位于第二面永磁体16A(方框图206)的第二开口16B内。延伸件对22A、22B穿过第一开口12B和第二开口16B，其中每个延伸件22A、22B与至少一条嵌条24A、24B集成一体，其至少部分地在第一线圈20A、20B和第二线圈20C、20D(方框图208)中的至少一个内。至少一个线圈20A、20B、20C、20D能通电，产生使得嵌条24A、24B中的至少一个沿着线圈20A、20B、20C、20D(方框图210)的轴向滑动的磁阻力。

物理屏障或其他类似的物体能放置在第一或第二开口12B、16B用于保持嵌条24A、24B中的至少一个在固定线圈20A、20B、20C、20D之间。

每个固定线圈20A、20B、20C、20D能被独立控制。固定线圈20A、20B、20C、20D能被物理缠绕在一起，因此它们作为单独控制整体地被启动。线圈对20A、20B、20C、20D能被硬性缠绕在一起，因此它们作为两个控制整体地被启动。控制也能设置为固定线圈20A、20B、20C、20D独立运作的方式，但采用联合控制的方式。本领域的一般技术人员应该认识到可能用于启动双阀门驱动10的几种排列方式，视驱动目的而言，并且每种排列会被认为落入本发明的保护范围之内。

需要强调的是本发明的上述实例，特别是任何“优选”的实例，为极少可能无法实现的例子，并能清楚地理解本发明的原理。根据上述发明实例所实施的多种改变和改进实际上均没有脱离本发明的精神和原理。所有类似的改变和改动都应该落入本发明公开技术内容的保护范围内并受其权利要求的保护。

Claims (18)

1.一种双阀门驱动装置，包括：

具有第一磁化方向和第一开口的第一面永磁体；

具有第二磁化方向和第二开口的第二面永磁体，其中第二开口与第一开口轴向对齐，并且其中第一面永磁体的磁化方向与第二面永磁体的磁化方向相反；

用于分离第一面永磁体和第二面永磁体的金属板；

在每块第一和第二面永磁体的背面的金属板；

多个固定线圈，其中至少一个第一固定线圈位于第一开口内而其中至少一个第二固定线圈位于第二开口内；

一对延伸件，每个延伸件穿过第一开口和第二开口；以及

一对磁化嵌条，每个嵌条与一个延伸件集成一体。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在固定线圈和磁体之间的铁磁材料。

3.根据权利要求1所述的装置，其中的开口还包括椭圆形状。

4.根据权利要求1所述的装置，其中第一线圈和第二线圈各自形成8字形状。

5.根据权利要求1所述的装置，其中的第一和第二面永磁体为直角棱柱形状。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括至少两个分离的线圈，所述至少两个分离的线圈位于第一面永磁体和第二面永磁体的每个内。

7.根据权利要求1所述的装置，其中的延伸件还包括：

一对轴，每个轴与一个嵌条集成一体，每个轴能在磁体的开口内滑动；以及

一对辅助元件，每个辅助元件与一个轴集成一体并能与一单独设备配合工作，凭借至少一个辅助元件的运动来至少部分地驱动单独设备。

8.根据权利要求1所述的装置，其中第一面永磁体的磁化量与第二面永磁体的磁化量相同。

9.一种安装线性驱动设备的方法，该方法包括的步骤是：

轴向对齐第一面永磁体与第二面永磁体，其中第一面永磁体和第二面永磁体的磁化相反；

将金属板放置在第一面永磁体和第二面永磁体之间；

在第一面永磁体的第一开口内安装第一线圈并在第二面永磁体的第二开口内安装第二线圈；

安装一对延伸件，每个延伸件穿过第一开口和第二开口，其中每个延伸件与至少一个嵌条集成一体，其至少部分地在第一线圈和第二线圈中的至少一个内；并且

对至少一个线圈通电产生引起至少一个嵌条沿着线圈轴向滑动的力。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括限制第一线圈和第二线圈内的至少一个嵌条的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中限制至少一个嵌条的步骤还包括安装第一顶盖至接近第一面永磁体并安装第二顶盖至接近第二面永磁体的步骤，因此物理地阻碍至少一个嵌条在运动中脱离线圈。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括使用至少一个顶盖来集中力量的步骤。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括驱动集成有嵌条的发动机阀门的步骤。

14.根据权利要求9所述的方法，其中的开口还包括椭圆形的开口。

15.根据权利要求9所述的方法，其中第一面永磁体和第二面永磁体为直角棱柱形状。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括的步骤有：

使至少集成一个嵌条的延伸件滑动；以及

驱动辅助元件，其中辅助元件集成至少一个延伸件并且能配合单独设备运作，因此辅助元件的运动至少能部分地驱动单独设备。

17.根据权利要求9所述的方法，其中第一面永磁体的磁化量与第二面永磁体的磁化量相同。

18.根据权利要求9所述的方法，还包括连续滑动所有延伸件的步骤。

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