CN102686836A - 旋转电磁致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转电磁致动器，其适合于例如打开和关闭阀。该致动器包括转子（10）、定子（16）和偏压装置（20、100、102、104、106），该偏压装置用于在转子旋转的至少一部分期间向转子施加扭矩。用于转子的多个稳定静止位置（200；316、318；400）由作用在转子上的力限定，并且致动器被控制为使转子从一个稳定静止位置运动到另一个稳定静止位置。由偏压装置施加的扭矩随着转子的旋转位置的变化而变化，使得在主要静止位置和至少第二静止位置处该扭矩足够低而能够选择这些位置，然后超过第二静止位置该扭矩增大。

Description

旋转电磁致动器

技术领域

本发明涉及旋转电磁致动器。更具体地，本发明涉及用于打开和关闭阀的电磁致动器。

背景技术

国际公开No.WO2004/097184（由本申请人提交）中描述了本发明所涉及的电磁致动器构造，该公开的内容以引用方式并入本文中。本发明试图提供对该致动器构造的改进。

在图1A和1B中示出了该公开中描述的致动器构造。它们分别示出了前透视图和后透视图。转子10可旋转地安装在壳体12中，以用于绕轴线14旋转。其被包括八个极的定子16围绕。相应的绕组18缠绕各个极。

杠杆20通过片簧26被推到凸轮22的凸轮表面24上。凸轮表面24为圆柱形，并且相对于转子的轴线14偏心地安装在转子上。致动器联接到阀杆30。其布置成使得当阀杆30处于其竖直行程的上部末端（即处于阀关闭位置）时片簧26发生最大偏转。

图1B中可以看到致动器和阀杆30之间的联接。曲柄销40从转子的后面延伸穿过杠杆42。杠杆42安装成绕轴线44枢转。曲柄销40穿过由杠杆42限定的孔，该孔的壁限定了凸轮表面46。这在曲柄销旋转时跟随曲柄销的运动，将旋转运动经由可枢转的联接件48而转换为阀杆30的基本竖直的振荡，从而提供连控轨道（desmodromic）阀控制。

转子和定子之间的被动磁力用来限定用于转子的八个稳定静止位置。在每个静止位置中，转子通过这些被动磁力牢固地保持就位，而不需要输入能量（例如通过定子绕组的电流）。

通过对一个或多个定子绕组施加合适的电流脉冲，转子可以从一个静止位置旋转到另一个静止位置。八个绕组（或线圈）一起连接成四对，每一对由旋转轴线14的相对两侧上的两个绕组构成。每一对中的绕组可以串联或并联在一起。

根据所需要的推动力的大小，致动器可以控制为激发一对或两对或所有四对绕组。这基本上可以根据诸如发动机速度、阀刚度、油粘性和温度的因素的范围而变化。

随着阀杆移动到其关闭位置，片簧存储能量。然后，当转子借助转子上的弹簧26的作用经由杠杆20和凸轮22而运动离开该主要静止位置时，这种能量用来加速转子。这可以显著降低沿离开转子静止位置的方向移动转子所需的峰值电流。如上所述，转子的旋转经由图1B所示的联结结构而转换为阀杆的运动。

随着阀杆运动回到其关闭位置，片簧用来随着其靠近其座部而控制和降低其速度。这有助于降低发动机的噪声并且增加发动机的使用寿命。同时，动能存储在弹簧中，以用于在阀打开阶段期间再次使用。

发明内容

根据本发明的一个方面，电磁致动器包括：

转子；

定子，其中转子布置成用于在定子内旋转；

偏压装置，该偏压装置用于在转子的旋转的至少一部分期间向转子施加扭矩，

其中用于转子的多个稳定静止位置由作用在转子上的力限定，并且致动器能够被控制成使转子从一个稳定静止位置运动到另一个稳定静止位置，并且

由所述偏压装置施加的扭矩随着所述转子的旋转位置的变化而变化，使得在主要静止位置和至少第二静止位置处该扭矩足够低而能够选择这些位置，然后超过所述第二静止位置该扭矩增大。

在根据图1A和1B所示的布置的一些构造中，发现由片簧施加的力所引起的转子离开其主要静止位置的初始加速太大而不能使可靠地从其主要静止位置运动到任一侧上的下一个紧邻静止位置。

本发明通过将偏压装置构造成使得其在主要静止位置和至少第二静止位置处施加的扭矩足够低而能够选择这些位置来解决这个问题。这些静止位置可以充分地保持由转子和定子之间作用的被动磁力限定的凹部，尽管偏压装置在转子回转的相关部分上施加有扭矩（如果有的话）。

在本发明的实施例中，偏置装置为机械偏压装置，包括例如回弹性元件。优选地，其包括：偏置凸轮，该偏置凸轮限定了偏置凸轮表面；以及偏置凸轮从动件，其中偏置凸轮从动件和偏置凸轮表面被推压在一起，并且偏置凸轮和偏置凸轮从动件中的一个能够与转子一起旋转或者通过转子进行旋转。

偏置凸轮表面的轮廓可以形成为使得在主要静止位置和第二静止位置之间偏置凸轮从动件的基本上没有运动。从而，在该运动期间，由偏压装置施加给转子的偏压力相对于主要静止位置基本上不变。

此外，偏压装置被构造为使得在该运动期间基本上没有由偏压装置施加给转子的加速扭矩。该装置施加的力在转子旋转的这个部分期间可以指向转子的旋转轴线，以最小化任何相关的扭矩。

偏置凸轮表面的其余部分的轮廓可以按照要求形成，使得偏压装置在转子旋转的适当部分期间提供期望的扭矩。

当致动器用来操作阀时，能够获得与转子的离开其主要静止位置的旋转部分相对应的稳定静止位置可能是尤其有利的。对于与阀关闭位置相对应的主要静止位置，以及转子的与阀完全打开位置相对应的180°旋转，中间稳定静止位置表示阀的部分打开。致动器可以被控制成在主要静止位置和这些中间静止位置中的一个或多个之间摆动。当致动器用来打开和关闭内燃机的进气门或排气门时，该中间摆动可以以较低的燃料消耗提供怠速、巡航或其它操作模式。本发明可以用来确保所有所需的中间稳定静止位置都可以获得以进行选择。

主要静止位置和第二静止位置可以是转子的相邻的稳定静止位置（即，可以没有由通过定子施加在转子上的被动磁力限定的居间静止位置）。在一些构造中，在主要静止位置和第二静止位置之间可以具有一个或多个另外的静止位置。

主要和第二静止位置可以由仅仅作用在转子上的磁力（优选地由于转子和定子之间的相互作用）限定，而在这些位置的任一个（或优选地在它们之间）中基本上没有通过偏压构造施加给转子的扭矩。

致动器可以被控制成通过朝向另一个静止位置施加由电流流过至少一个定子绕组所引起的适合脉冲而使转子从一个静止位置运动到该另一个静止位置。这种作用能够充分地重复，并且是可靠的，使得仅仅需要沿一个旋转方向施加脉冲，并且该脉冲可以仅仅包括具有预定幅值的单个脉冲，从而最小化能量消耗。

在其它的实施例中，偏置凸轮从动件的位移在主要静止位置和第三静止位置之间基本上恒定，处于主要静止位置到第二静止位置的旋转相对侧上。优选地，第三静止位置为沿离开主要静止位置的这个相反旋转方向的下一个相邻静止位置。

在本发明的优选实施例中，由偏压装置施加在转子上的力随着转子的旋转位置的变化而变化，使得该力在主要静止位置和辅助静止位置处以及在主要静止位置和辅助静止位置之间为其最小值或接近其最小值。已经确定的是，在某些致动器应用中，有利的是在主要和第二静止位置处没有施加（或仅仅施加较小的）偏压，仅仅在转子的回转超过第二静止位置的部分范围内施加增大的偏压力。

优选这种构造的致动器的一个具体应用是用来控制汽车发动机的气门。对于这种发动机的大部分使用寿命，其在低和中rpm范围内操作。已经发现的是，在这些操作模式期间可能不需要在转子上施加显著的偏压力。对于偏压装置而言仍然有利的是在发动机以较高rpm操作时提供能量存储和加速功能。然而，在低和中发动机速度范围内，不需要这种额外的扭矩就可以可靠地实现准确的气门正时。

在偏压装置中存储目标量的能量有可能需要相当大的力，尤其是在仅仅能够获得用于机械能量存储元件位移的小空间的情况下。这种对相当大的力的要求意味着有可能由偏压装置在转子上施加相当大的摩擦并且还可能导致机械能量存储元件的使用寿命较短。因此，有利的是，由偏压装置施加的力在主要静止位置和辅助静止位置处以及在主要静止位置和辅助静止位置之间为其最小值或基本上为其最小值，在超过第二静止位置时力增大。这显著降低了在低和中rpm操作期间产生的摩擦的量并且增加了偏压装置中机械能量存储元件的使用寿命（并且因此增强了可靠性）。

在这样的实施例中，偏压装置可以被构造为在转子的行程的超过第二静止位置的部分期间存储能量，然后利用存储的能量沿相同的方向加速转子以使其返回到其主要静止位置。致动器可以布置和控制成使得仅仅在相关发动机的高rpm操作期间实施这个能量循环利用。

从而，在低和中rpm范围内，转子的旋转可能受限于不涉及能量存储的回转部分，并且在高rpm操作期间，转子被控制成旋转超过该部分并且通过回转的能量存储部分。具体地，在高rpm期间，转子优选地沿相同的方向连续旋转，通过完整的回转穿过能量存储区域。

推动器可以经由联结结构联接到转子。更具体地，联结结构可以布置成使得当转子处于其主要静止位置时推动器处于第一推动器位置中，并且当转子处于其第二静止位置时推动器处于其从第一推动器位置的最大位移处或接近该最大位移。从而，转子从其主要静止位置到其第二静止位置的旋转可以导致推动器从其主要静止或原位置到其第二静止位置处的最大位移的全部位移，而偏压装置施加的力不会超过其最小值显著增大。例如，致动器可以设置在发动机中，使得推动器的第一位置对应于气门关闭位置，第二静止位置对应于气门全开位置。

因此，可以通过致动该致动器使得其转子从其主要静止位置旋转到其第二静止位置然后沿相反的方向再次返回来获得推动器的往复运动。此外，联结结构可以布置成使得在所述转子旋转超过所述第二静止位置期间所述推动器返回到所述第一推动器位置。从而，转子沿相同方向的旋转将引起推动器从其第一位置到第二位置然后再次返回的往复运动。这可以发生在马达的270°旋转或更小的范围内，或优选180°旋转或更小。转子在小于转子的完整回转的范围内的往复运动方便了更快速的往复运动作用。

优选地，在联结结构布置成使得在转子旋转超过第二静止位置期间推动器返回到第一推动器位置的实施例中，这种返回到第二静止位置发生在转子到达其行程的偏压装置存储能量的部分之前。从而，通过在由于能量传递到偏压装置而不会实质上阻止旋转的情况下使转子沿第二方向旋转，可以实现推动器的完全往复运动。

在该实施方案中，转子具有两个旋转位置，在这两个旋转位置处推动器处于第一推动器位置。致动器可以被构造为使得在这些位置与实现推动器最大位移的稳定静止位置之间限定一个或多个中间稳定静止位置。推动器的与中间静止位置相对应的位移根据所选的第一推动器位置而可以是不同的。因此，所选的第一静止推动器位置和相关的中间静止位置之间的往复运动将提供以选定的推动器位移程度进行的往复运动。

偏置凸轮从动件和偏置凸轮表面可以被偏压元件推压在一起，该偏压元件被构造为在转子的行程的朝向其主要静止位置的部分期间存储能量，以及在转子的行程的离开主要静止位置的部分期间利用该存储的能量加速转子。这提供了致动器操作期间的能量存储和释放，并且偏置凸轮表面的轮廓可以根据本发明形成，以控制该过程，同时方便选择所要求的中间静止位置。

根据另一个方面，本发明提供一种电磁致动器，其包括：

转子；

定子，其中转子布置成用于在定子内旋转；以及

推动器，该推动器联接到转子，以用于随转子旋转而位移，

其中用于转子的多个稳定静止位置由作用在转子上的力限定，并且致动器能够被控制成使转子从一个稳定静止位置运动到另一个稳定静止位置，

并且由转子从主要静止位置到第二静止位置的运动所引起的推动器的位移大于由转子从主要静止位置到第三静止位置的运动所引起的位移，其中转子从主要静止位置到第二静止位置的旋转以及从主要静止位置到第三静止位置的旋转基本上相等且沿相反方向。

在WO2004/097184所述的阀致动器构造中，例如由致动器对阀杆实施的运动以相同的方式涉及转子的旋转角度，无论转子沿顺时针还是沿逆时针方向运动离开其主要静止位置。发明人已经认识到，通过使致动凸轮表面轮廓沿相反的旋转方向相异而可以提供增大的操作灵活性。这样，推动器的跟随通过给定的角度沿一个方向到稳定静止位置的旋转的位移可以与转子通过相同的角度沿相反的方向的旋转所引起的位移不同。这意味着通过控制致动器使转子沿相应的方向旋转可以选择任一位移。

在优选的实施例中，推动器经由联结结构联接到转子，联结结构布置成使得在使用中在转子旋转的损失运动部分范围内，推动器基本上没有位移，其中损失运动部分包括主要静止位置并且关于主要静止位置不对称地定位。因为这种不对称，所以由转子从主要静止位置到第三静止位置的运动所引起的较大比例的运动相对于从主要静止位置到第二静止位置的旋转所引起的运动“损失”了。这导致分别由到第二静止位置和第三静止位置的运动所引起的推动器的不同位移。

联结结构可以布置成在转子旋转的损失运动部分范围内“吸收”该损失运动。转子和推动器之间可以包括回弹性联接件，该回弹性联接件延伸过损失运动部分。从而，在损失运动部分范围内，转子的旋转引起回弹性联接件的延伸而不是推动器的位移。在提供期望的“损失运动”时，回弹性联接件还在联结结构的构造和/或与致动器联接的部件中提供较大的公差。这可以补偿由热膨胀或收缩以及在致动器的使用寿命期间的磨损和撕裂所引起的部件尺寸变化。另外，在损失运动部分期间，其在推动器上施加张力，以将其推压向（并且因此限制其处于）其行程位置的端部。

或者，回弹性联接件可以布置成在转子旋转的损失运动部分范围内被压缩。在这种情况下，如果防止推动器从转子进一步到达其行程位置端部，那么联接件被压缩并且在推动器上施加压缩力。

在一种实施方式中，联结结构包括曲柄，该曲柄联接到转子上的偏轴位置，当转子处于其主要静止位置时，曲柄从其行程的相对于推动器的一个极限位置旋转地偏移。这种构造，尤其是与转子和推动器之间的回弹性联接件结合，提供了成本低廉的联结结构，该联结结构在转子和推动器的运动之间提供期望的关系。

在其它实施例中，致动器包括：致动凸轮，该致动凸轮限定了致动凸轮表面；以及致动凸轮从动件，该致动凸轮从动件与致动凸轮表面关联，其中致动凸轮和致动凸轮从动件中的一个能够与转子一起旋转或者通过转子进行旋转，并且致动器布置成使得致动凸轮从动件的位移引起推动器的位移。优选地，致动凸轮形成推动器。

优选地，转子的稳定静止位置由作用在转子上的机械偏压力和/或通过定子作用在转子上的被动磁力限定。转子可以包括永久磁体，定子可以具有至少一个绕组，能够通过使电流流过绕组而被磁化，由此推压转子以从一个静止位置运动到另一个静止位置。

主要静止位置可以限定偏置凸轮从动件和/或致动凸轮从动件的行程的一个端部。在致动器联接到阀杆的实施方式中，主要静止位置例如可以对应于阀杆的阀关闭位置。

本发明还提供一种操作本文所述致动器的方法，其包括在主要静止位置和另一个静止位置之间使转子来回地摆动的步骤。根据实施本发明的其它操作模式，借助于转子沿一个方向旋转通过完整的回转，转子从主要静止位置旋转回到主要静止位置。这可以方便致动器的高速操作，原因是其不需要颠倒其运动方向而返回到其主要静止位置。

转子可以被控制成在任何静止位置处暂停一段短的持续时间。

另一个优选的控制方案包括使转子从主要静止位置旋转到另一个静止位置，在所述另一个静止位置处暂停，然后使转子沿相同的方向继续旋转回到该主要静止位置。

偏压元件优选地为机械偏压元件，并且可以为弹簧装置的形式，例如片簧。

附图说明

本文中通过参考附图的实例描述了现有技术装置和本发明的实施例，其中：

图1A和1B分别为WO2004/097184中所述形式的已知电磁致动器构造的前透视图和后透视图；

图2为用于图1A和1B中所示形式的致动器构造的阀升程和弹簧扭矩对转子旋转的曲线图；

图3A和3B分别为实施本发明的联接到阀杆的电磁致动器前透视图和后透视图；

图4表示实施本发明的偏置凸轮表面的轮廓；

图5为用于具有图4所示形式的偏置凸轮表面轮廓的致动器的弹簧升程和弹簧能量存储对转子旋转的曲线图；

图6为用于具有图4所示形式的偏置凸轮表面轮廓的致动器的总转子扭矩对转子旋转的曲线图；

图7表示实施本发明的致动凸轮表面轮廓；

图8为实施本发明的致动器的阀升程对转子旋转的曲线图；

图9表示图7的致动凸轮表面轮廓与相关的牵引凸轮表面轮廓的组合；

图10为另一个实施本发明的联接到阀杆的电磁致动器的示意性后视图；

图11为根据图10构造的致动器的推动器位移对转子旋转的曲线图；

图12表示另一个实施本发明的偏置凸轮表面的轮廓；

图13为用于具有图12所示形式的偏置凸轮表面轮廓的致动器的弹簧升程和弹簧能量存储对转子旋转的曲线图；

图14为用于具有图12所示形式的偏置凸轮表面轮廓的致动器的总转子扭矩对转子旋转的曲线图；

图15为根据本发明另一个实施例的致动器的阀升程对转子旋转的曲线图；

图16表示与图15的阀升程曲线图相对应的致动凸轮表面轮廓；

图17为实施本发明的另一个致动器的阀升程对转子旋转的曲线图；以及

图18表示与图17的阀升程曲线图相对应的致动凸轮表面轮廓。

具体实施方式

图2表示在具有图1A和1B中所示构造的已知致动器中的阀升程和通过弹簧26施加给转子的扭矩的变化。十字表示在没有弹簧施加的扭矩的情况下由致动器限定的稳定位置。0/360°转子位置对应于其主要静止位置。可以看到，这个位置的任一侧上的稳定静止位置靠近施加的弹簧扭矩图线中的两个最大值。因此，其可能不能可靠地操作致动器以将转子从其主要静止位置运动到这些相邻的中间静止位置中的一个中。在这种情况下，可能被选择的第一稳定位置超过转子离开其主要静止位置旋转的90°，在该处阀杆已经移过大于其总行程的三分之一。在旋转的45°处的第一中间稳定静止位置不可被选择。

图3A和3B中示出了实施本发明的致动器。偏置凸轮100限定了偏置凸轮表面102。该偏置凸轮表面被由足部104提供的偏置凸轮从动件接合。偏置凸轮表面和偏置凸轮从动件通过片簧形式的偏压元件106推压在一起。而图1A所示的已知致动器构造的偏置凸轮表面24在端视图中为圆形，偏置凸轮表面102偏离了这种轮廓，如以下参考图4更详细地所述。

从图3B中可以看到，致动凸轮110限定了致动凸轮表面112。该表面与为杠杆形式的致动凸轮从动件114接合。杠杆通过弹簧116向上推压靠着凸轮表面。弹簧116作用在杠杆118上，该杠杆118又推压阀杆头部120，该阀杆头部120靠着杠杆114的下侧。杠杆114的远侧端部的下侧靠着阀杆头部120的上表面随着阀杆上下运动且用作推动器而进行摇摆。这样，凸轮110的旋转及其半径的变化转换为杠杆114的位移，杠杆114的位移又引起阀杆30的竖直位移。致动凸轮表面112的轮廓在端视图中偏离圆形形状，如以下参考图7进一步所述。

杠杆118联接到由牵引凸轮杠杆122提供的牵引凸轮从动件，这两个杠杆都能够绕公共轴线124枢转。牵引凸轮杠杆122推压靠着由牵引凸轮128限定的牵引凸轮表面126。牵引凸轮安装在致动器转子上。

杠杆118和122回弹性地联接在一起，使得牵引凸轮的轮廓转化为由杠杆118施加给阀杆的对应向上返回力，这取决于转子的旋转位置。图9中通过实例示出了牵引凸轮轮廓，并且将在下面进行讨论。

在图4所示的对称非圆形偏置凸轮表面轮廓中，在0和180°之间延伸的线的任一侧上的表面的每个半部都分为三个区域。这些区域在任一侧上是相等的，并且将参考在0°到180°之间沿顺时针方向延伸的区段进行描述。

0到50°之间的区段为圆形，170°到180°之间的区段也为圆形。在50到170°之间，轮廓从圆形形状逐渐向内偏离。这使得半径从在50°处的20mm逐渐变化到在170°处的15mm。在0、45和180°处的较粗的半径线代表稳定静止位置200。可以看到，45°处的中间稳定静止位置位于从0°处的主要静止位置延伸的圆形区域中。从而，随着转子从0旋转到45°，跟随该表面的偏置凸轮从动件不发生位移。在这个运动期间，没有扭矩通过偏压装置施加给转子。因此，45°处的中间静止位置仅仅由转子和定子之间的磁力作用进行限定。这允许其在致动器操作期间进行可靠的选择。实际上，通过这些磁力在45°处限定不同的力凹部（distinct force well），使得在合适的电流脉冲施加给定子绕组以选择该位置之后，转子可靠地停留在该位置中。

相似地，在与0°主要静止位置相对的180°位置处，在凸轮表面上限定20°圆形区域，从而能够在该位置处仅仅通过磁力限定不同的力凹部。

在图5中，示出了弹簧升程220和弹簧存储能量222对转子旋转的图线。可以看到，偏置凸轮表面的在310到50°之间以及170到190°之间的圆形部分在这些部分期间没有转化为弹簧升程的变化。在从50到170°的转子旋转期间，弹簧升程和存储的能量快速下降，这是因为该能量转化为转子的动能。非圆形偏置凸轮表面轮廓在这里使得偏压力被引导到转子轴线的一侧，从而引起扭矩的施加。在190到310°之间，随着转子转到其主要静止位置，弹簧升程和存储的能量增加，从而将动能转化回弹簧中的势能。

图6中示出了总转子扭矩对转子旋转位置的图线。总扭矩组合了由定子在转子上施加的被动磁扭矩和由实施本发明的偏压装置施加的弹簧扭矩。圆点224代表0/260°、45°、180°和315°处的稳定静止位置。可以看到，当转子处于靠近这些位置中的每个位置的稳定区域内时，所得的扭矩用来将转子推压向相应的稳定位置。应当理解，致动器可以被构造为增加稳定区域的陡度和/或旋转程度，以适合于具体的要求。

图7中示出了实施本发明的致动凸轮表面轮廓。从凸轮110的旋转中心测量的半径以毫米标记。

在图7中的凸轮轮廓在330°到20°之间延伸的最上侧区域中，凸轮的半径为10mm，并且其轮廓在端视图中为圆形。从而，当致动凸轮从动件运动到这个区域范围内时，该致动凸轮从动件不发生位移。因此，在转子停留在其主要静止位置时转子的任何小运动都不会转化为致动凸轮从动件以及例如联接到该致动凸轮从动件的阀杆的振动。

在20°到45°处的第一中间稳定位置之间，凸轮的半径逐渐增大。这引起阀杆离开其关闭位置的对应升程。

相比之下，在0°到沿相反方向在315°处的第一中间静止位置之间，凸轮的半径具有较小的增大。在致动器操作期间，该构造使得能够根据所需位移的程度而选择45°处的中间静止位置或315°处的中间静止位置。当致动器用来操作阀时，这意味着可以从中选择两个不同的部分阀打开位置。例如，它们可以分别对应于总的致动凸轮从动件位移的10%和25%。

在45°到165°之间（以及在315°到205°之间），凸轮半径平稳增大。在165到205°之间，半径保持不变。该区域包围180°处的稳定静止位置。当处于0°处的主要静止位置中时，该不变的半径部分意味着转子在180°位置周围的小运动不会通过凸轮转化为致动凸轮从动件的振动。

图8中示出了采用具有图7所示形式的非对称致动器凸轮表面的致动器的阀升程对转子的旋转角度的曲线图。可以看到，相对于315°处的稳定静止位置处的1.17mm的较小位移，凸轮在45°处的中间静止位置处的较大半径导致2.4mm的较大阀升程。例如，在致动器用来控制内燃机的阀杆的情况下，较小的位移可以对应于怠速状态，45°处的较大的位移对应于巡航发动机工况。

图9示出了适用于图3B的致动器实施例的致动和牵引凸轮轮廓的组合。致动凸轮表面轮廓对应于图7中所示的轮廓。牵引凸轮轮廓从致动凸轮轮廓旋转地偏移大约90°。这是因为，从图3B中可以看到，用于相应凸轮从动件122和114的接触点相应地偏移了。

图10中示意性地示出了另一个实施例。在端视图中示出了致动器的转子300，其旋转轴线302与附图的平面垂直地延伸。阀杆30布置成用于沿离开轴线302延伸的方向往复运动。在该图中，其示出为在其行程范围的一个端部处，其中其推压靠着其阀座304。

阀杆经由联结结构连接到转子。联结结构包括可延伸的回弹性联接件306、枢轴308和曲柄310。联接件306通过推动器305和连接器307连接到阀杆。曲柄310在枢轴308和位于转子300上的枢轴312之间延伸。

应当理解，在实施过程中，推动器和/或阀杆旨在被约束成仅仅以线性方式运动，其中曲柄310将转子的旋转转换为推动器的线性运动。

枢轴312从转子的旋转轴线302径向地偏移。当转子处于其主要静止位置（如图10所示）时，枢轴312也从其最大位移位置旋转地偏移离开阀座304。这种旋转偏移在图10中表示为角度“a”。该角度可以为例如5到7度。

图11的曲线图示出了图10所示的装置的特性。在该曲线图中，绘制了推动器305的位移对转子的旋转位置的图线。在这个实例中，转子的轴线302与枢轴312之间的径向距离为6mm。

可以看到，在转子旋转的大约340度到7度之间，推动器没有位移。这有效地为转子的旋转的“损失运动”部分。在该部分范围内，枢轴312相对于推动器的运动仅仅引起回弹性联接件306的延伸变化。在转子旋转的其余部分期间，回弹性联接件306没有延伸并且枢轴312的运动经由联结结构转化为推动器的线性位移。从而，如图11所示，推动器在返回到其零位移位置之前运动到正弦曲线314的顶点处的10mm的最大位移。由于损失运动联结结构，因此枢轴312“损失”2mm的线性行程。

重要的是，随着枢轴312的位置在转子处于其主要静止位置时从枢轴的最大线性位移旋转地偏移离开阀座304，曲线314相似地偏移。在图11上，标记第二和第三静止位置（分别标注为316和318），分别对应于转子的45度和315度的旋转。尽管转子从其主要静止位置到第二和第三静止位置旋转过相同的旋转角度，但是可以看到，与第三静止位置318处仅仅1mm相比，在第二静止位置316处的推动器位移为2mm。在联结结构中，在转子和推动器之间“损失”较大比例的朝向第三静止位置的运动。

在其它实施例中，回弹性联接件可以通过使用回弹性曲柄来提供。

术语“推动器”代表致动器的在使用中与将要被致动器位移的另一个部件接合的部分。

回弹性联接件可以为弹簧的形式，例如卷簧。在转子旋转的损失运动部分中，联接件延伸并且由此在阀杆上施加张力，旨在将其靠着其阀座304而保持在其关闭位置中。应当理解，该回弹性联接件的特性可以选择为适合于具体应用及其要求。如果需要，其可以被另一个回弹性元件平衡，该另一个回弹性元件作用在阀杆上，以帮助将阀杆提升离开其阀座。

或者，在实施本发明的致动器的一些实施形式中，可以与连接到致动器的阀杆相关地设置有另一个偏压装置（例如弹簧），以将阀杆朝向其关闭位置推压。

图12示出了根据本发明另一个实施例的偏置凸轮表面轮廓。图13中示出了阀升程和存储在偏压装置中的能量的对应曲线图。图12的对称或非圆形偏置凸轮表面轮廓分为三个区域，其中该轮廓关于在0和180°之间延伸的线对称。

从90°到270°的区段是圆形的，从255°到5°的区段也是圆形的。从270°到355°，轮廓的半径逐渐增大，而从5°到90°，其半径逐渐减小。0°、90°、135°、180°、225°和270°处的较粗半径线代表稳定静止位置400。从而，对于90°、135°、180°、225°和270°处的稳定静止位置之间的转子的旋转，偏置凸轮没有跟随表面的半径的位移。此外，在其轮廓的这个部分范围内半径最小。因此，在由偏压装置施加的力取决于该半径的布置中，在转子旋转的这个部分范围内力最小。从而，在对应的偏置凸轮从动件与偏置凸轮表面轮廓的这个部分接合时，偏置凸轮从动件和凸轮表面之间的任何摩擦将会最小。当偏置凸轮从动件利用机械弹簧装置偏压时，这个部分对应于弹簧元件的最小偏转。如果致动器在大部分时间内在这个区域中操作，那么弹簧元件的使用寿命将会变长。

图13绘制了用于包括图12所示形式的偏执凸轮的致动器实施例的弹簧升程，L（图线410），和存储在弹簧中的能量，E（图线412），对转子旋转的曲线图。可以看到，从90°到270°，阀升程和能量存储为零。这两个参数从270°处的零增加到360°/零度处的最大，然后在90°处再次下降到零。从而，仅仅在270°到90°之间发生弹簧的能量存储和释放。在其它实施例中，这个区域可以更窄。例如，其可以从大约290°延伸至70°。

图14中示出了与图12和13的构造对应的总转子扭矩对其旋转位置的图线。可以看到，图12的偏置凸轮轮廓方便提供如图14所示的由转子和定子之间的被动磁力限定的稳定静止位置400。

图15和16中分别示出了用于与图12的偏置凸轮轮廓组合的致动凸轮位移曲线和凸轮轮廓422。可以看到，在270°到90°之间位移为零。从90°继续顺时针转动，位移在180°处增大到最大，然后在270°处再次降低为零。

在这种构造中，在90°、180°和270°处的转子位置中的一个或多个可以表示为主要静止位置。在135°、180°和225°处的这些稳定静止位置400中的每一个可以表示本说明书内容中的“第二静止位置”。

具有如图12至16所示的凸轮表面轮廓的致动器可以与发动机的阀杆组合。在这种情况下，在低和中rpm操作中，转子可以分别从90°和270°处的主要静止位置和135°和225°处的相邻稳定静止位置中任一进行往复运动，和/或从180°处的最大阀升程静止位置进行往复运动。该往复运动可能涉及部分阀升程或全阀升程的位置处的合适的持续时间。或者，致动器以“跳动模式”操作，其中对于90°到270°之间的任何角度位置进行连续的运动，以实现期望的升程并且随后回到主要静止位置，而没有持续时间。这方便提供安全的低流量无节气门模式。

在高rpm操作期间，致动器转子可以被控制为在全部回转过程中连续地旋转，从而启用和停用偏压装置。

在90°和270°两处提供主要静止位置使得能够通过沿任一方向（顺时针或逆时针）旋转在上述任何模式中以根据发动机需求和阀驱动策略所选的最合适的模式进行操作。

图17中绘制了修改的推动器位移轮廓430，图18中示出了对应的致动凸轮轮廓432。它们与图15和16中的对应物的不同之处在于，致动凸轮轮廓关于从0°延伸到180°的线是不对称的，使得分别在135°和225°处的稳定静止位置处实现不同的部分升程。此外，在180°的一侧（在大约160°处）获得最大位移。这使得致动器能够被控制成在从135°和225°处提供的两个可选方案中选择的部分位移处或的持续时间，相应地往复运动回到在90°和270°处的相邻的主要静止位置。180°处的稳定静止位置对应于大约8mm的位移。

从本公开中，其它变型和修改对本领域技术人员而言将会是明显的。这样的变型和修改可涉及设计、制造和使用电磁致动器中已经了解的等效和其它特征，其可以用来代替本文已经描述的特征或者为除了本文已经描述的特征之外的特征。

Claims (35)

1.一种电磁致动器，其包括：

转子；

定子，其中所述转子布置成用于在所述定子内旋转；

偏压装置，所述偏压装置用于在所述转子的旋转的至少一部分期间向所述转子施加扭矩，

其中用于所述转子的多个稳定静止位置由作用在所述转子上的力限定，并且所述致动器能够被控制成使所述转子从一个稳定静止位置运动到另一个稳定静止位置，并且

由所述偏压装置施加的扭矩随着所述转子的旋转位置的变化而变化，使得在主要静止位置和至少第二静止位置处该扭矩足够低而能够选择这些位置，然后超过所述第二静止位置该扭矩增大。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中由所述偏压装置施加的扭矩在所述主要静止位置和第二静止位置处基本上等于零。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的致动器，其中所述第二静止位置与所述主要静止位置相邻。

4.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述偏压装置为机械偏压装置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述偏压装置包括：

偏置凸轮，所述偏置凸轮限定了偏置凸轮表面；以及

偏置凸轮从动件，其中所述偏置凸轮从动件和偏置凸轮表面被推压在一起，并且所述偏置凸轮和所述偏置凸轮从动件中的一个能够与所述转子一起旋转或者通过所述转子进行旋转。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中所述偏置凸轮表面的轮廓形成为使得在所述主要静止位置和所述第二静止位置之间所述偏置凸轮从动件的位移基本保持不变。

8.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述主要静止位置和所述第二静止位置仅仅由作用在所述转子上的磁力限定。

9.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中由所述偏压装置施加在所述转子上的力随着所述转子的旋转位置的变化而变化，使得该力在所述主要静止位置和所述第二静止位置处以及在所述主要静止位置和所述第二静止位置之间为其最小值或基本上为其最小值。

10.根据权利要求9所述的致动器，其中所述偏压装置被构造为在所述转子的行程的超过所述第二静止位置的部分期间存储能量，然后利用存储的能量沿相同的方向加速所述转子以返回到其主要静止位置。

11.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述转子经由联结结构联接有推动器。

12.根据权利要求11所述的致动器，其中所述联结结构布置成使得当所述转子处于其主要静止位置时所述推动器处于第一推动器位置中，并且当所述转子处于其第二静止位置时所述推动器基本上处于其从所述第一推动器位置的最大位移处。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的致动器，其中所述联结结构布置成使得在所述转子旋转超过所述第二静止位置期间所述推动器返回到所述第一推动器位置。

14.根据从属于权利要求12的权利要求13所述的致动器，其中所述联结结构布置成使得在所述转子到达其行程的所述偏压装置存储能量的部分之前，在所述转子旋转超过所述第二静止位置期间所述推动器返回到所述第一推动器位置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中在通过沿着与所述第二静止位置相反的方向旋转所述转子所到达的位置处限定用于所述转子的第三静止位置，并且由所述偏压装置施加的扭矩在所述第二静止位置和所述第三静止位置处基本上相等。

16.根据权利要求1-9中任一项所述的致动器，其中所述偏置凸轮从动件和偏置凸轮表面被偏压元件推压在一起，所述偏压元件布置成在所述转子的行程的朝向所述主要静止位置的部分期间存储能量，以及在所述转子的行程的离开所述主要静止位置的部分期间加速所述转子。

17.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述主要静止位置对应于所述偏置凸轮从动件的行程的一个端部。

18.一种电磁致动器，其包括：

转子；

定子，其中所述转子布置成用于在所述定子内旋转；以及

推动器，所述推动器联接到所述转子，以用于随所述转子旋转而位移，

其中用于所述转子的多个稳定静止位置由作用在所述转子上的力限定，并且所述致动器能够被控制成使所述转子从一个稳定静止位置运动到另一个稳定静止位置，

并且由所述转子从主要静止位置到第二静止位置的运动所引起的所述推动器的位移大于由所述转子从所述主要静止位置到第三静止位置的运动所引起的位移，其中所述转子从所述主要静止位置到所述第二静止位置的旋转以及从所述主要静止位置到所述第三静止位置的旋转基本上相等且沿相反方向。

19.根据前述权利要求18所述的致动器，其中所述推动器经由联结结构联接到所述转子。

20.根据权利要求10至14中任一项或权利要求19所述的致动器，其中所述联结结构布置成使得防止所述推动器到达其全部行程范围的一个端部会引起所述转子的旋转中的损失运动部分，在所述损失运动部分范围内所述推动器基本上没有位移，其中所述损失运动部分包括所述主要静止位置并且关于所述主要静止位置不对称地定位。

21.根据权利要求20所述的致动器，其中所述联结结构包括所述转子和所述推动器之间的回弹性联接件，所述回弹性联接件延伸过所述转子的旋转的所述损失运动部分。

22.根据权利要求21所述的致动器，其中所述联结结构包括曲柄，所述曲柄联接到所述转子上的偏轴位置，当所述转子处于其主要静止位置时，所述曲柄从其行程的远离所述推动器的端部旋转地偏移。

23.根据权利要求9至14或权利要求18至22中任一项所述的致动器，其包括：

致动凸轮，所述致动凸轮限定了致动凸轮表面；以及

致动凸轮从动件，所述致动凸轮从动件与所述致动凸轮表面关联，其中所述致动凸轮和所述致动凸轮从动件中的一个能够与所述转子一起旋转或者通过所述转子进行旋转，并且所述致动器布置成使得所述致动凸轮从动件的位移引起所述推动器的位移。

24.根据前述权利要求23所述的致动器，其中所述推动器与所述致动凸轮从动件成一体。

25.根据前述权利要求23或权利要求24所述的致动器，其中所述主要静止位置对应于所述致动凸轮从动件的行程的一个端部。

26.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述稳定静止位置由作用在所述转子上的机械偏压力和/或通过所述定子作用在所述转子上的磁力限定。

27.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述转子包括永久磁铁体。

28.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述定子包括至少一个绕组，并且能够通过使电流流过所述绕组而被磁化，由此推压所述转子以从一个静止位置运动到另一个静止位置。

29.一种内燃机，其包括用于致动气门的根据前述权利要求中任一项所述的致动器。

30.一种操作根据权利要求1至28中任一项所述的致动器的方法，其包括在所述主要静止位置和另一个旋转位置之间使所述转子来回地运动。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述另一个旋转位置是另一个静止位置。

32.一种操作根据权利要求1至28中任一项所述的致动器的方法，其包括通过使所述转子仅仅沿一个方向旋转而使所述转子从所述主要静止位置旋转回到所述主要静止位置。

33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中在至少一个静止位置处暂停所述转子的旋转。

34.根据从属于权利要求32的权利要求33所述的方法，其包括使所述转子从所述主要静止位置旋转到另一个静止位置，在所述另一个静止位置处暂停，然后使所述转子沿相同的方向继续旋转回到所述主要静止位置。

35.一种参考附图的图3至18基本上如本文所述的电磁致动器。

36.一种操作参考附图的图3至18基本上如本文所述的电磁致动器的方法。

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