CN106537011A - 具有极片的可移动磁体致动器阀门 - Google Patents

Abstract

一种可移动磁体致动器阀门(100‑1800)包含：阀体(110)，其由第一流体端口(112)和第二流体端口(114‑1814)构成；孔口(118‑1818)，其流体地耦接该第一流体端口(112‑1812)和该第二流体端口(114‑1814)；线圈组件(130‑1830)，其耦接到该阀体(110)上且适用于携载形成电流感生磁场的电流。该可移动磁体致动器阀门(100‑1800)还包含：磁体组件(140‑1840)，其安置在该线圈组件(130‑1830)中且适用于在该线圈组件(130‑1830)中线性地移动以选择性地压抵该孔口(118‑1818)；及极片(150‑1850)，其适用于在该磁体组件(140‑1840)上形成磁极力(Fo)。

Description

具有极片的可移动磁体致动器阀门

技术领域

下文描述的实施例涉及阀，且更确切地说涉及具有极片的可移动磁体致动器阀。

背景技术

阀通常使用将阀部件按压至预设位置的偏置弹簧。举例来说，2-端口常闭(NC)阀利用偏置弹簧以将阀部件按压至底座中以流体地解耦两个端口。NC阀中的致动器将阀部件移离底座以打开NC阀，以使得流体可在两个端口之间流动。致动器通常是电磁或气动的。电磁致动器可具有绕被耦接到阀部件上的可移动磁体的线圈(例如，电磁线圈)。线圈中的电流感生磁场，该磁场拉动可移动磁体和阀部件远离阀座。当电流断开时，偏置弹簧将阀部件按压回阀座中。

偏置弹簧具有非期望特征。举例来说，由于偏置弹簧中的不可避免变化或容限，最大偏置力和最小偏置力可大大变化。在预设位置中，偏置弹簧使用最小偏置力按压阀部件。最小偏置力必须足以防止流体通过孔口泄漏。当通过致动器将阀部件完全地移离底座时，呈现最大偏置力。通常在阀被完全地组装之后进行测试以测量最大偏置力及相应的流体流量。有些时候，测试表明，当阀被致动时，最大偏置力导致阀部件没有完全地打开从而限定了流体流量。也就是说，致动器不能够完全地压缩偏置弹簧。

阀可使用静止偏置磁体以提供将阀部件按压至底座中的偏置力。在此布置中，偏置磁体可安置于底座附近以将可移动磁体和阀部件拉动至底座中。也可在可移动磁体的另一端采用第二偏置磁体以将阀部件推动至底座中。然而，偏置磁体可干扰线圈或螺线管并增加阀的故障容限(例如，增加故障的可能性)。偏置磁体也增加阀的复杂性。

磁路可用于提供偏置力。举例来说，在本领域中已知的是，安置于由磁性材料构成的圆柱中的磁体将具有趋于使可移动磁体朝向圆柱的中心移动的磁阻力。已研发出采用这种现象的致动器。与致动器相比，阀一定要必要地抵抗流体力，诸如阀部件上的压差。此外，阀通常需要在打开位置中满足低功率要求。举例来说，可能需要具有可移动磁体部件的阀，以保持打开且具有对线圈的最少电流，即使流体力趋于将阀部件偏置到关闭位置。

因此，需要具有极片的可移动磁体致动器阀。

发明内容

提供一种可移动磁体致动器阀。根据实施例，可移动磁体致动器阀包括：阀体，包括第一流体端口和第二流体端口；孔口，其流体地耦接第一流体端口和第二流体端口；及线圈组件，其耦接到阀体且适用于携载形成电流感生磁场的电流。可移动磁体致动器阀进一步包括：安置在线圈组件中且适用于在该线圈组件中线性地移动以选择性地压抵孔口的磁体组件；以及适用于在该磁体组件上形成磁极力的极片。

提供一种通过可移动磁体致动器阀门控制流体的方法。根据实施例，该方法包括：提供流体地耦接在可移动磁体致动器阀上的第一流体端口和第二流体端口的第一孔口；形成将电流感生力施加到磁体组件以将磁体组件移离第一孔口的电流感生磁场；以及用极片在磁体组件上形成磁极力，该磁极力使磁体组件保持在移离第一孔口的位置中。

提供一种形成可移动磁体致动器阀的方法。根据实施例，该方法包括：提供流体地耦接在可移动磁体致动器阀上的第一流体端口和第二流体端口的孔口，提供相对于孔口可移动的以选择性地流体地耦接第一流体端口和第二流体端口的磁体组件。该方法进一步包括将磁极力施加到磁体组件，并在定位磁体组件时测量磁极力。

方面

根据一方面，一种可移动磁体致动器阀门(100-1800)包括：阀体(110)，其包括第一流体端口(112-1812)和第二流体端口(114-1814)；孔口(118-1818)，其流体地耦接该第一流体端口(112-1812)和该第二流体端口(114-1814)；线圈组件(130-1830)，其耦接到该阀体(110)且适用于携载形成电流感生磁场的电流；磁体组件(140-1840)，其安置在该线圈组件(130-1830)中且适用于在该线圈组件(130-1830)中线性地移动以选择性地压抵该孔口(118-1818)；和极片(150-1850)，其适用于在该磁体组件(140-1840)上形成磁极力(Fo)。

优选地，可移动磁体致动器阀(100-1800)进一步包括绕磁体组件(140-1840)的磁路(120-1820)，该磁路(120-1820)适用于在磁体组件(140-1840)上感生磁阻力(Fr)。

优选地，当线圈组件(130-1830)中的电流约为零时，磁极力(Fo)固持磁体组件(140-1840)远离孔口(118-1818)。

优选地，可移动磁体致动器阀(100-1800)进一步包括流体地耦接到第二流体端口(1614)的第二孔口(1618b)，其中当线圈组件(1630)中的电流约为零时，磁极力(Fo)使磁体组件(1640)压抵第二孔口(1618b)。

优选地，可移动磁体致动器阀(100-1800)进一步包括安置于磁体组件(140)与极片(150)之间的偏置弹簧(160)，该偏置弹簧将弹簧力(Fs)施加到磁体组件(140)。

优选地，线圈组件(1830)包括两个线圈(1832a、1832b)且磁体组件(1840)的零偏置点(CO)在两个线圈(1832a、1832b)之间。

优选地，磁体组件(1840)的零偏置点(CO)在两个线圈(1832a、1832b)之间大致等距。

优选地，可移动磁体致动器阀(100-1800)进一步包括安置于磁路(120)与磁体组件(140)之间的线轴(170)，其中线轴(170)适用于固持线圈组件(130)。

优选地，磁体组件(140-1840)包括耦接到密封件(144-1844)的磁体(142-1842)，其中该磁体(142-1842)使密封件(144-1844)压抵第一孔口(118-1818)或第二孔口(1618b)。

根据另一方面，通过可移动磁体致动器阀控制流体的方法包括：提供流体地耦接在可移动磁体致动器阀上的第一流体端口和第二流体端口的第一孔口；形成电流感生磁场，其将电流感生力施加到磁体组件以将磁体组件移离第一孔口；以及在用极片在磁体组件上形成磁极力，该磁极力使磁体组件保持在移离第一孔口的位置中。

优选地，通过可移动磁体致动器阀控制流体的方法进一步包括用磁极力来使磁体组件压抵第二流体孔口。

优选地，通过可移动磁体致动器阀控制流体的方法进一步包括当将磁体组件移离第一孔口时，减小电流感生力到大致为零。

优选地，通过可移动磁体致动器阀控制流体的方法进一步包括使用弹簧力而朝向第一孔口偏置磁体组件。

优选地，通过可移动磁体致动器阀控制流体的方法进一步包括用磁阻力而朝向第一孔口偏置磁体组件。

根据一方面，形成可移动磁体致动器阀(100-1800)的方法包括：提供孔口(118-1818)，该孔口(118-1818)流体地耦接在可移动磁体致动器阀(100-1800)上的第一流体端口(112-1812)和第二流体端口(114-1814)的；提供磁体组件(140-1840)，该磁体组件(140-1840)相对于孔口(118-1818)可移动以选择性地流体地耦接第一流体端口(112-1812)和第二流体端口(114-1814)；以及提供适用于将磁极力施加到磁体组件(140-1840)的极片(150-1850)，且在定位磁体组件(140-1840)时测量磁极力。

优选地，形成可移动磁体致动器阀(100-1800)的方法进一步包括相对于磁体组件(140-1840)定位极片(150-1850)，以使得当没有电流感生力被施加到磁体组件(118-1818)时，磁极力使磁体组件(140-1840)固持在远离孔口(118-1818)的位置中。

优选地，形成可移动磁体致动器阀(100-1800)的方法进一步包括施加偏置力，该偏置力朝向孔口(118-1818)按压磁体组件。

优选地，偏置力包括绕磁体组件(140-1840)的磁路(120-1820)的磁阻力。

优选地，偏置力包括通过弹簧(160)施加到磁体组件(140)的弹簧力。

附图说明

在所有图式上，相同参考标号表示相同元件。应理解，图式未必按比例绘制。

图1示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀100的透视图。

图2示出在图1中示出的区段2-2处所截取的具有极片的可移动磁体致动器阀100的横截面侧视图。

图3和图4示出可移动磁体致动器阀100的框图。

图5和图6示出根据实施例的可移动磁体致动器阀100的另一框图。

图7是具有两个曲线的图表700，其将由极片150所致的磁体组件140上的力与不存在极片150时的磁体组件上的力进行比较。

图8示出根据实施例的具有极片850的可移动磁体致动器阀800的框图表示。

图9示出根据实施例的具有极片950的可移动磁体致动器阀900的框图表示。

图10示出根据实施例的具有极片1050的可移动磁体致动器阀1000的框图表示。

图11示出根据实施例的具有极片1150的可移动磁体致动器阀1100的框图表示。

图12示出根据实施例的具有极片1250的可移动磁体致动器阀1200的框图表示。

图13示出根据实施例的具有极片1350的可移动磁体致动器阀1300的框图表示。

图14示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1400的框图表示。

图15示出根据实施例的具有极片1550的可移动磁体致动器阀1500的框图表示。

图16和图17示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1600的框图表示。

图18示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1800的示意图。

图19示出根据实施例的可移动磁体致动器阀的力-位移图1900。

具体实施方式

图1至图19以及以下描述描绘特定实例以教示所属领域的技术人员如何制作和使用具有极片的可移动磁体致动器阀的实施例的最佳模式。出于教示发明性原理的目的，已简化或省略一些常规方面。本领域的技术人员将从这些实例中理解处于本说明书的范围内的变化。所属领域的技术人员将理解，下文描述的特征可以通过不同方式组合以形成具有极片的可移动磁体致动器阀的多个变体。因此，下文描述的实施例不限于下文描述的具体实例，而是仅由权利要求书及其等效物限制。

图1示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀100的透视图。可移动磁体致动器阀100示出具有阀体110。阀体110包含第一流体端口112和第二流体端口114。阀体110被耦接到磁路120。线圈组件130被安置于磁路120内部。线圈组件130示出为大致在磁路120的中心。还示出极片150，其被耦接到接近磁路120的第二远端的线圈组件130。可移动磁体致动器阀100示出为具有轴X-X。在图1的实施例中，轴X-X延伸穿过可移动磁体致动器阀100的纵向长度的轴向中心。

图2示出在图1中所示的区段2-2处所截取的具有极片的可移动磁体致动器阀100的横截面侧视图。如图2所示，可移动磁体致动器阀100包含由第一流体端口112和第二流体端口114构成的阀体110。在所示的实施例中，线圈组件130安置于磁路120中。在磁路120的第一远端处，磁路120被耦接到阀体110。磁体组件140安置于线圈组件130中。偏置弹簧160安置于磁体组件140与接近磁路120的第二远端的极片150之间。线轴170安置于磁路120与磁体组件140之间。

示出磁路120、线圈组件130和磁体组件140具有绕可移动磁体致动器阀100的X-X轴同心地安置的圆柱形形状。示出磁路120为大体上绕线圈组件130、磁体组件140和线轴170。还示出线圈组件130在磁路120中为几何学上地居中。然而，在替代实施例中，磁路120可以不是大体上绕线圈组件130或磁体组件140。同样，可采用不同形状(例如矩形)或布置。举例来说，线圈组件130可在磁路120中偏移。另外地或可替代地，可不采用线轴170。可以多种方式(诸如烧焊或压配合)将磁路120和线轴170耦接到阀体110上。可用胶粘剂或任何其它合适的方法将线圈组件130耦接到磁路120或线轴170。

阀体110可由非磁性材料(诸如黄铜)构成。可将阀体110中的第一流体端口112耦接到流体源(诸如压缩空气或类似者)。可将第二流体端口114流体地耦接到使用流体的设备。第一流体端口112和第二流体端口114可为螺纹开口，然而也可采用任何适合的流体连接构件。孔口118可以是经尺寸设定以调节流体的流量的开口。尽管示出恒定大小的孔口118，但仍可采用任何适合孔口及/或尺寸。举例来说，在替代实施例中，可采用可变流量孔口。

磁路120由具有较低磁阻的磁性材料构成。磁性材料可以是本领域中已知的“软”磁性材料。外部磁场(诸如由磁体组件140生成的电场)可感生磁路120中的辅助磁场。由于当与(例如)阀体110或线圈组件130相比时，磁性材料的相对低的磁阻，来自磁体组件140的磁场也被集中到磁路120中。

线圈组件130适用于携载形成电流感生磁场的电流。可通过耦接到线圈组件130中的线圈的线圈引线131来接收电流。线圈组件130可由两个线圈构成：接近孔口118的第一线圈132a和接近极片150的第二线圈132b。尽管示出两个线圈132a、132b，但在替代实施例中，线圈组件130可由单个或多个线圈构成。两个线圈132a和132b示出为以绕磁体组件140的同心布置而被线轴170固持。

磁体组件140适用于在线圈组件130中线性地移动。如将在下文更详细解释，当线圈组件130不携载电流时，磁体组件140通过包括磁阻力Fr的偏置力Fb来压抵孔口118。磁体组件140在图2中示出为包含耦接到密封件144的磁体142。密封件144压抵孔口118。在替代实施例中，密封件144可能不存在。举例来说，在替代实施例中，磁体组件140可包括可充当密封件的磁体142。另外地或可替代地，磁体组件140可包括多个磁体142。举例来说，多个磁体可以环圈同心地布置且具有在相同方向上定向的磁级。在磁体组件140与线轴170之间的是致动空间148，其中磁体组件140可移动，如将在下文更详细描述的。

极片150可由适用于形成辅助磁场的磁性材料构成。极片150可从通过线圈组件130形成的电流感生磁场来形成辅助磁场。示出极片150为具有部分地嵌入至线轴170中的环面形状。在替代实施例中，极片150可具有替代性形状。举例来说，替代极片可具有扁平圆盘形状。另外地或可替代地，极片150可耦接到磁体组件140以及偏置弹簧160。

偏置弹簧160可将弹簧力Fs施加到磁体组件140。弹簧力Fs可朝向孔口118定向，但在替代实施例中弹簧力Fs可在其它方向上定向。示出偏置弹簧160为与轴X-X同轴的螺旋弹簧。还示出偏置弹簧160为压抵磁体组件140和线轴170。在图2所示的关闭位置中，偏置弹簧160将磁体组件140按压至孔口118中。参见图3和图4更详细描述作用于磁体组件140上的弹簧力Fs和其它力。

仍然参见图2，线轴170适用于固持线圈组件130且由非磁性材料(诸如黄铜或塑料)构成。O形环172安置于阀体110与线轴170之间。O形环172防止流体从可移动磁体致动器阀100泄漏。在替代实施例中，可不采用O形环172。在此类实施例中，可将线轴170附接至阀体110以提供流体密封件。举例来说，线轴170与阀体110之间的烧焊或压配合可防止流体流动穿过可移动磁体致动器阀100。

前述描述具有极片150的可移动磁体致动器阀100的特征。下文描述磁体组件140上的力以及可移动磁体致动器阀的替代实施例中的磁体组件。为帮助理解磁体组件上的力，实施例在图式中被表示为框图。

图3和图4示出可移动磁体致动器阀100的框图。框图说明根据实施例施加到磁体组件140的力。在所示的实施例中，可移动磁体致动器阀100包含磁路120，其绕线圈组件130和磁体组件140安置。出于清楚起见，未示出阀体110的框图表示。弹簧160安置于磁体组件140与极片150之间。还示出两个线圈132a、132b。磁体组件140示出为具有磁体142和密封件144。

在图3中，在关闭位置中，磁体组件140压抵孔口118。磁体组件140可归因于朝向孔口118定向的弹簧力Fs而压抵孔口118。同样朝向孔口118定向的是流体压力Fp和磁阻力Fr。弹簧力Fs、流体压力Fp和磁阻力Fr使磁体组件140被按压至孔口118中。磁体组件140被按压至孔口118中可防止流体流动穿过孔口118。

在图4中，通过致动力Fa使磁体组件140移离孔口118至打开位置。致动力Fa朝向极片150，然而在替代实施例中致动力Fa可朝向不同方向。致动力Fa可包括磁极力Fo和在磁体142上施加力的电流感生磁场。因此，图4所示的致动力Fa可对应于线圈组件130中的初始电流值。当磁体组件140处于打开位置中时，流体可流动穿过孔口118。

归因于从图3所示的关闭位置到图4所示的打开位置的移动，偏置弹簧160被压缩。当偏置弹簧160被压缩时，弹簧力Fs增加，其通过从图3到图4经增加的箭头大小来说明。还可以理解到的是，当磁体组件140从关闭位置移动至打开位置时，流体压力Fp减小。归因于(例如)由流动穿过孔口118的流体压力所致的第一流体端口112与第二流体端口114之间的差分流体压力的减小，流体压力Fp可减小。

尽管图3和图4中未示出，但磁极力Fo随着磁体组件140从关闭位置移动至打开位置而增加，可依靠其而将磁体组件140固持在图4所示的打开位置中，如将在下文更详细描述。

图5和图6示出根据实施例的可移动磁体致动器阀100的另一框图。示出可移动磁体致动器阀100但不示出弹簧160和致动力Fa，以使得可示出磁极力Fo。在图5中，磁体组件140处于关闭位置中。在图6中，归因于参见图3和图4所描述的致动力Fa，磁体组件140朝向极片150移动。如在图6中可见，磁极力Fo的量值随着磁体组件140越接近极片150而增加。这是由于在磁体组件140与极片150之间的距离减小。

可以了解到的是，磁极力Fo的增加可足以防止磁体组件140移动，以减少或消除线圈组件130中的电流。举例来说，当磁体组件140处于关闭位置中时，通过线圈组件130的电流可处于致动电流值以将磁体组件140移离孔口118。当磁体组件140到达图6所示的打开位置时，通过线圈组件130的电流可减小至小于初始电流值的保持电流值。在一些实施例中，保持电流值可大致为零。处于保持电流值时，磁体组件140可以是静止的。因此，可将磁体组件140保持在图6所示的打开位置中。

下面，将参考图7更详细描述在图5和图6所示的开启位置与关闭位置之间的磁体组件140的位移以及在具有和不具有极片150的磁体组件140上的力之间的比较。

图7是具有两个曲线的图表700，其将磁体组件140上由极片150所引起的力与不存在极片150时的磁体组件140上的力进行比较。图表700包含力轴710，其示出在平行于轴X-X的方向上的磁体组件140上的力的量值。力的量值在-70克力至10克力(表示为“gr”)的范围内。负值表明力经导引远离孔口118。正值表明力经导引朝向孔口118。图表700还包含位置轴720，其示出磁体组件140相对于孔口118的位置。位置轴720在0mm至-2.5mm的范围内。位置轴720上的负值表明磁体组件140被移离孔口118的距离。图表700包含磁极曲线730和非磁极曲线740。图表700中还示出关闭位置数据点750和打开位置数据点760。曲线730、740为示例性的且在替代实施例中可不同。

参见图7所示的实施例，在位置轴720上的位置0处(其对应于图3和图5中所示的关闭位置)，对于具有极片150的可移动磁体致动器阀100和不具有极片的阀二者而言，磁体组件140上的力大致为-60克力。如前文中所讨论的，力的负值表明作用于磁体组件140的净力经导引远离孔口118。因此，磁体组件140将移动远离孔口118。

随着磁体组件140被移离孔口118，磁体组件140与孔口118之间的距离增加。随着距离增加，磁极曲线730和非磁极曲线740二者趋向于位置轴720。然而，磁极曲线730不像非磁极曲线740一样快的趋向于位置轴720。

在位置轴720轴上的位置-2(其对应于图4和图6所示的完全打开位置)处，磁体组件140上的力大致为-22gr。在无极片150的情况下，磁体组件140上的力为零。在可移动磁体致动器阀100中，磁体组件140因为(例如)到达线轴170而可以不继续移离孔口118。此外，磁体组件140上的-22gr的力可主要包括通过极片150感生的磁极力Fo。因此，磁体组件140可保持在图4和图6所示的完全打开位置。

尽管前述描述电流在磁体组件140到达打开位置时减小，但可在任何磁体组件140的位置处采用任何合适电流值。举例来说，在磁体组件140移动的同时，电流可从致动电流减小到保持电流值。也可使用(例如)弹簧常数k和弹簧160的其它属性来选择磁体组件140的各种位置处的电流值。

也可采用其它参数和属性以选择电流值。举例来说，替代性极片可具有不同形状、大小和位置。另外地或可替代地，替代性磁路可具有耦接到极片的不同形状，且可能不是替代性可移动磁体致动器阀的部分。以下图8至图13说明使用不同属性和参数的替代实施例。

图8示出根据实施例的具有极片850的可移动磁体致动器阀800的框图表示。可移动磁体致动器阀800包含第一流体端口812和第二流体端口814。如图8所示，磁体组件840安置于线圈组件830中。线圈组件830包括第一线圈832a和第二线圈832b。磁体组件840包含磁体842和压抵孔口818的密封件844。与前面所描述的可移动磁体致动器阀100相比，可移动磁体致动器阀800不包含磁路120。通过弹簧860将磁体组件840固持在关闭位置中。可选择弹簧860的弹簧常数以确保磁体组件840保持压抵孔口818。

图9示出根据实施例的具有极片950的可移动磁体致动器阀900的框图表示。可移动磁体致动器阀900包含第一流体端口912和第二流体端口914。如图9所示，磁体组件940安置于线圈组件930中。线圈组件930包括第一线圈932a和第二线圈932b。磁体组件940包含磁体942和压抵孔口918的密封件944。与前面所描述的可移动磁体致动器阀100相比，磁路920和极片950为单一件。此外，极片950示出为更厚且具有开口。

图10示出根据实施例的具有极片1050的可移动磁体致动器阀1000的框图表示。可移动磁体致动器阀1000包含第一流体端口1012和第二流体端口1014。如图10所示，磁体组件1040安置于线圈组件1030中。线圈组件1030包括第一线圈1032a和第二线圈1032b。磁体组件1040包含磁体1042和压抵孔口1018的密封件1044。与前面所描述的可移动磁体致动器阀100相比，极片1050与磁路1020一体地形成。此外，极片1050不具有开口且厚度约为参见图2至图6所描述的极片150的厚度。

图11示出根据实施例的具有极片1150的可移动磁体致动器阀1100的框图表示。可移动磁体致动器阀1100包含第一流体端口1112和第二流体端口1114。如图11所示，磁体组件1140安置于线圈组件1130中。线圈组件1130包括第一线圈1132a和第二线圈1132b。磁体组件1140包含磁体1142和在打开位置中远离孔口1118布置的密封件1144。极片1150示出为移离极片位置1150'。极片位置1150'可对应于图2至图6所示的极片150的位置。因此，在距离它们相应的磁体组件140、1140相同的相对距离下，磁体组件1140上的磁极力Fo可小于磁体组件140上的磁极力Fo。可选择极片1150的位置以提供当磁体组件1140在距孔口1118的给定位置处时所要的磁极力Fo的量。

可通过各种方式设置极片1150的位置。举例来说，可通过线轴(未示出)将极片1150螺纹地耦接到线圈组件1130。因此，对极片1150进行转动可将极片1150移动至所要位置。在一些实施例中，可在测试可移动磁体致动器阀1100期间确定极片1150的位置，从而获得所需磁极力Fo或其它变量，诸如流体压力或汲取电流。举例来说，当磁体组件1140处于完全打开位置时，可能需要具有提供给线圈组件130的零保持电流。定位极片1150可提供足够磁极力Fo以允许零保持电流。也可在设计、制造或其它时间(诸如在安装于设备上之后)期间确定极片1150的位置。

图12示出根据实施例的具有极片1250的可移动磁体致动器阀1200的框图表示。可移动磁体致动器阀1200包含第一流体端口1212和第二流体端口1214。如图12所示，磁体组件1240安置于线圈组件1230中。线圈组件1230包括第一线圈1232a和第二线圈1232b。磁体组件1240包含磁体1242和在打开位置中远离孔口1218布置的密封件1244。极片1250示出为大于图2至图6所示的极片150。因此，在距离它们相应的磁体组件140、1240相同的相对距离下，磁体组件1240上的磁极力Fo可大于磁体组件140上的磁极力Fo。可选择极片1250的厚度以提供当磁体组件1240在距极片1250的相对距离处时所要的磁极力Fo的量。

图13示出根据实施例的具有极片1350的可移动磁体致动器阀1300的框图表示。可移动磁体致动器阀1300包含第一流体端口1312和第二流体端口1314。如图13所示，磁体组件1340安置于线圈组件1330中。线圈组件1330包括第一线圈1332a和第二线圈1332b。磁体组件1340包含磁体1342和在打开位置中远离孔口1318布置的密封件1344。极片1350示出为比参见图2至图6所描述的极片150更厚，但具有开口并具有较小块体。因此，在距它们相应的磁体组件140、1340相同的相对距离下，磁体组件1340上的磁极力Fo可小于磁体组件140上的磁极力Fo。可选择极片1350中的开口的厚度和大小以提供当磁体组件1340在距极片1350的给定距离时所要的磁极力Fo的量。

极片850-1250的位置、大小和形式可随其它参数变化，诸如磁体组件840-1240的中心偏移或弹簧160的弹簧常数。在下文参照图14和图15更详细描述这些参数。

图14示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1400的框图表示。可移动磁体致动器阀1400包含第一流体端口1412和第二流体端口1414。如图14所示，磁体组件1440安置于线圈组件1430中。线圈组件1430包括第一线圈1432a和第二线圈1432b。磁体组件1440包含磁体1442和压抵孔口1418的密封件1444。极片1450安置在磁体组件1440上。可移动磁体致动器阀1400采用磁路1420，该磁路1420提供将磁体组件1440按压至孔口1418中的磁阻力Fr。更确切地说，磁体组件1440从磁路1420的中心偏移，如在下文更详细描述的。

来自磁体组件1440的磁场集中在磁路1420中并感生辅助磁场。这是由于磁路1420的相对较低的磁性磁阻。辅助磁场和磁场的密度在磁体组件1440上形成磁阻力Fr。磁阻力Fr的量值可与磁路1420的磁性磁阻和来自磁体组件1440的磁场的强度成反比。举例来说，对于给定CM-CO偏移，磁路1420的磁性磁阻越低，磁阻力Fr的量值越高。

磁阻力Fr趋向于最小化磁体中心CM与零偏置点CO之间的距离。换句话说，磁阻力Fr是从磁体中心CM导引到零偏置点CO的力向量。因此，当磁体组件1440(例如)从孔口1418偏移时，磁阻力Fr朝向零偏置点CO按压磁体组件1440。这使得将磁体组件1440按压至孔口1418中。由于可移动磁体致动器阀1400不包含偏置弹簧，因此偏置力Fb与磁阻力Fr成比例或等于磁阻力Fr。因此，可不必在可移动磁体致动器阀1400中采用弹簧。

图15示出根据实施例的具有极片1550的可移动磁体致动器阀1500的框图表示。可移动磁体致动器阀1500包含第一流体端口1512和第二流体端口1514。如图15所示，磁体组件1540安置于线圈组件1530中。线圈组件1530包括第一线圈1532a和第二线圈1532b。磁体组件1540包含磁体1542和压抵孔口1518的密封件1544。极片1550安置在磁体组件1540上。可移动磁体致动器阀1500采用将磁体组件1540按压至孔口1518中的弹簧1560。尽管未示出，弹簧1560也可压抵阀体以提供弹簧力Fs。弹簧力Fs示出为引导朝向孔口1518的磁体1542中的箭头。因此，可不采用磁路。

前述实施例描述双端口阀的各种实施例。其它实施例，诸如在以下描述的那些，可包括三个或更多个端口。

图16和图17示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1600的框图表示。可移动磁体致动器阀1600包含第一流体端口1612a、1612b的部分和第二流体端口1614。如图16所示，磁体组件1640安置于线圈组件1630中。线圈组件1630包括第一线圈1632a和第二线圈1632b。磁体组件1640包含磁体1642。磁体组件1640还包含可分别地压抵第一孔口1618a和第二孔口1618b的第一密封件1644a和第二密封件1644b。极片1650安置在磁体组件1640上。可移动磁体致动器阀1600采用提供磁阻力的磁路1620，该磁阻力朝向磁路1620的中心偏置磁体组件1640。

在图16所示的位置中，磁体组件1640压抵第二孔口1618b。具体地说，磁体组件1640上的第二密封件1644b压抵第二孔口1618b。第一密封件1644a被移离第一孔口1618a。由于线圈组件1630中的电流(其将电流感生力施加到磁体组件1640)和经导引朝向第二孔口1618b的磁极力，磁体组件1640可压抵第二孔口1618b。如也可从图16理解到的，磁体组件1640在磁路1620中偏移。因此，磁体组件1640经受朝向磁路1620的中心偏置磁体组件1640的磁阻力。

电流感生力和磁极力可足以克服可移动磁体致动器阀1600中的磁阻力以及任何差分流体压力。类似于参见图1至图6和图8图至图14所描述的实施例，可以设定极片1650的大小和位置以最小化用以将磁体组件1640固持在图16所示的位置中而所需的电流。因此，需要有限的维持电流以将磁体组件1640维持在图16所示的位置中。

在图17所示的位置中，磁体组件1640压抵第一孔口1618a。具体地说，磁体组件1640上的第一密封件1644a压抵第一孔口1618a。第二密封件1644b被移离第二孔口1618b。如前文中参见图1至图15所讨论的，磁体组件1640上的磁极力当磁体组件1640移离极片1650越远而减小。因此，在图17所示的位置中，磁阻力可足以克服磁极力和任何其它力，诸如磁体组件1640上的流体压力等。

可通过各种方法(诸如按压配件、超音波熔接或类似者)来形成在前面参见图1至图17所描述的实施例以及其它实施例。以下示出示例性实施例，其中线轴的部分为超音波熔接的，且同时测量磁体组件中的参数以确保力以所要量作用于磁体组件。

图18示出根据实施例的具有极片的可移动磁体致动器阀1800的示意性表示。如所示，具有极片的可移动磁体致动器阀1800包含阀体1810，该阀体1810包括第一流体端口1812和第二流体端口1814。阀体1810也可包含接口1816和连接器开口1817。磁路1820被耦接到阀体1810上并且线圈组件1830安置于磁路1820中。磁体组件1840安置于线圈组件1830中。极片1850安置于线圈组件1830附近。线轴1860安置于磁路1820与磁体组件1840之间。

示出磁路1820、线圈组件1830、磁体组件1840、极片1850和线轴1860为具有绕可移动磁体致动器阀1800的轴X同心地布置的圆柱形形状。示出磁路1820为大体上绕线圈组件1830、磁体组件1840和线轴1860。还示出线圈组件1830在磁路1820中为几何学上的居中。然而，在替代实施例中，磁路1820可不大体上绕线圈组件1830或磁体组件1840。同样，可采用不同形状(例如，矩形)或布置。举例来说，线圈组件1830可在磁路1820中偏移。另外地或可替代地，可不采用线轴1860。可以多种方式(诸如烧焊或压配合)将磁路1820和线轴1860耦接到阀体1810。可用胶粘剂或任何其它合适的方法将线圈组件1830耦接到磁路1820或线轴1860。

图18还示出磁路1820的零偏置点CO和磁体组件1840的磁体中心CM。磁体中心CM是磁体1842的几何中心。当磁阻力为零时，零偏置点CO是磁体中心CM的方位。零偏置点CO通常绕磁路1820的几何中心。如图18所示，零偏置点CO在线圈组件1830的几何中心处或其附近。也就是说，零偏置点CO示出为在两个线圈1832a、1832b之间等距。磁体中心CM也示出为从零偏置点CO偏移。可通过磁体1842、密封件1844的长度和绕磁体1842的包封1846的厚度确定偏移。

图19示出根据实施例的可移动磁体致动器阀的力-位移图1900。力-位移图1900具有示出为具有单位为克力(表示为“[gr]”)的垂直线的力轴1910。力轴1910具有用范围介于-80.000至60.000(其对应于-80克力至60克力)的数字来标记的垂直间隔线。力-位移图1900还具有示出为与力轴1910相交的单位为毫米(表示为“[mm]”)的水平直线的位置轴1920。位置轴1920具有带有范围介于0至-2(其对应于0mm和-2mm)的数字的tic标记。在力-位移图1900中示出三个曲线1930：偏置力曲线1932、低转数曲线1934和高转数曲线1936。

力-位移图1900可对应于可移动磁体致动器阀1800的实施例，其中线圈组件1830在磁路1820中居中。线圈组件1830具有串联连接的两个线圈1832a、1832b。两个线圈1832a、1832b在其相应的卷绕中具有相同数量的对置匝。

位置轴1920中的数字是磁体中心CM距零偏置点CO的经测量的距离(CM-CO偏移)。力轴1910表示磁体组件1840上的经测量的力。力轴1910中的正值数字表示指向零偏置点CO的经测量的力。负值数字表示指向远离零偏置点CO的经测量的力，其可朝向磁极1850。当线圈组件1830中不存在电流时，经测量的力大致等于偏置力Fb。当线圈组件1830中存在电流时，经测量的力大致等于偏置力Fb加致动力Fa。

偏置力曲线1932示出当线圈组件1830中不存在电流时磁体组件1840上的经测量的力。偏置力曲线1932因此表示由来自磁路1820的磁阻力构成的偏置力Fb。如可见，当CM-CO偏移为零时，偏置力Fb为零。偏置力Fb随着CM-CO偏移增加而增加(例如，磁体组件1840从孔口1818移开)。偏置力曲线1932因此示出偏置力Fb始终被导引朝向零偏置点CO。其结果是，当线圈组件1830不存在电流时，磁体组件1840将趋于移向孔口1818。偏置力曲线1932也示出偏置力Fb与CM-CO偏移之间的关系大体上是线性的。

低转数曲线1934示出当两个线圈1832a和1832b中(其卷绕中具有相应的45.1和-45.1匝)存在电流时，磁体组件1840上的经测量的力。低转数曲线1934因此表示磁体组件1840上的偏置力Fb和致动力Fa(“低转数力”)。低转数曲线1934示出在CM-CO偏移为零时低转数力经导引远离零偏置点CO。这将使得磁体组件1840从零偏置点CO移动。低转数曲线1934也示出在CM-CO偏移为约-1.3mm时低转数力的量值减小至零。其中低转数力为零是关于其中致动力Fa等于偏置力Fb。进一步增加CM-CO偏移使得低转数力指向零偏置点CO。磁体组件1840将因此趋于在低转数曲线1934与“0”力线相交处或其附近终止移动。低转数曲线1934也示出低转数力与CM-CO偏移之间的关系大体上为线性的。

高转数曲线1936示出当两个线圈1832a和1832b中(在其卷绕中具有相应的63.8和-63.8匝)存在电流时，磁体组件1840上的经测量的力。高转数曲线1936因此表示磁体组件1840上的偏置力Fb和致动力Fa(“高转数力”)。高转数曲线1936示出在CM-CO偏移为零时高转数力经导引远离零偏置点CO。这将使得磁体组件1840从零偏置点CO移动。高转数曲线1936也示出在CM-CO偏移为约-1.6mm时高转数力的量值减小至零。其中高转数力为零是关于其中致动力Fa等于偏置力Fb。进一步增加CM-CO偏移使得高转数力指向零偏置点CO。磁体组件1840将因此趋于在高转数曲线1936与“0”力线相交处或其附近终止移动。偏置力曲线1932也示出高转数与CM-CO偏移之间的关系大体上为线性的。

现参看在前面参见图1至图18所描述的实施例，可通过选择各种参数来确定偏置力Fb。举例来说，在包含磁路的实施例中，偏置力Fb可包含来自磁体组件的零偏移的磁阻力。在具有弹簧160的实施例中，偏置力Fb可包含弹簧力Fs。偏置力Fb也可包含因流体端口112、114与1812、1814之间的压差所致的流体压力Fp。举例来说，偏置力Fb可经导引远离磁极150-1850并朝向孔口118-1818。

致动力Fa可包含磁极力Fo和电流感生力。如果磁极力Fo和电流感生力大于偏置力Fb，那么致动力Fa和偏置Fb的总和可导引朝向磁极150-1550。举例来说，在具有两个端口的实施例中，致动力Fa可经导引远离孔口118-1818。因此，磁体组件140-1740可从孔口118-1818移动。如前文中所讨论的，在最接近于极片150-1850的位置处的磁极力Fo大于零。线圈组件130-1830中的电流可因此减少至零。

可设定极片150-1850的大小和位置以使得磁极力Fo足以使线圈组件130-1830中的电流降到最小或零。举例来说，参看图11所描述的极片1150可通过(例如)对极片1150(其可为螺纹的)进行转动来定位。可在测量电流和其它参数(诸如磁体组件1140上的力)时设置极片1150的位置。可在制造或测试可移动磁体致动器阀1100期间进行测量。在相同或其它实施例中，诸如参见图9和图12所描述的实施例，极片950、1250可更厚并且因此分别在磁体组件940、1240上施加更多磁极力Fo。另外地或可替代地，直径(诸如参见图9和图13所描述的极片950、1350中的开口的内径)也可与所需磁极力Fo相关。

参见包含磁阻力Fr的实施例(诸如图18中所示的实施例)，形成可移动磁体致动器阀1800可包含定位磁体组件1840和磁路1820。可进行定位以使得磁体中心和零偏置点的位置与其相应的设计位置相同。举例来说，可将磁体组件1840设置在磁路1820中以使得所制造的偏移约与本设计偏移相同。可通过磁体1842、密封件1844和包封1846的渐增的长度(长度是与导槽轴X同轴的尺寸)来放置磁体中心CM。可在构造磁路1820期间定位零偏置点CO。

可使用超音波熔接方法进行定位。举例来说，超音波熔接方法可使阀体1810振动以在线轴1860与阀体1810之间感生摩擦发热。由于摩擦发热，线轴1860与阀体1810之间的接口开始熔化。当接口熔化时，将磁体中心CM和零偏置点CO移动到其相应的设计位置。一旦磁体中心CM和零偏置点CO处于其相应的设计位置，即断开超声波振动以在线轴1860与阀体1810之间形成烧焊。在替代实施例中，可将其它部件(诸如磁路)焊接至阀体。

上述实施例提供具有极片150-1850的可移动磁体致动器阀100-1800。如前面所解释的，可移动磁体致动器阀100-600和800-1800中的磁体组件140-1840可用有限的维持电流来保持处于关闭位置。因此，当被开启或移动至最接近于极片150-1850的位置时，磁体组件140-1840可以锁存在适当的位置。有限的电流可归因于磁体组件140-1840越接近极片150-1850而磁极力Fo的增加。此外，由磁阻力Fr及/或弹簧力Fs构成的偏置力Fb可将磁体组件140-1840维持在关闭位置中或最远离极片150-1850的位置中。将磁体组件140-1840维持在关闭位置中也可需要有限的维持电流。

以上实施例的详细描述是本发明人预期的在本说明书范围内的所有实施例的非穷尽描述。实际上，本领域的技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可以通过不同方式组合或消除以产生另外的实施例，并且此类另外的实施例处于本说明书的范围和教示内。本领域的技术人员还将明白，上述实施例可以全部或部分组合以产生在本说明书的范围和教示内的额外实施例。

因此，虽然出于说明性目的在本文中描述了具体实施例，但如相关领域的技术人员将认识到，各种等效修改在本说明书的范围内是可能的。可将本文中所提供之教示内容应用到其它可移动磁体致动器阀，且不仅是上文所描述和附图中所示出的实施例。因此，上述实施例的范围应根据以下权利要求确定。

Claims (19)

1.一种可移动磁体致动器阀门(100-1800)，包括：

阀体(110)，其包括第一流体端口(112-1812)及第二流体端口(114-1814)；

孔口(118-1818)，其流体地耦接所述第一流体端口(112-1812)和所述第二流体端口(114-1814)；

线圈组件(130-1830)，其耦接到所述阀体(110)且适用于携载形成电流感生磁场的电流；

磁体组件(140-1840)，其安置在所述线圈组件(130-1830)中且适用于在所述线圈组件(130-1830)中线性地移动以选择性地压抵所述孔口(118-1818)；及

极片(150-1850)，其适用于在所述磁体组件(140-1840)上形成磁极力(Fo)。

2.根据权利要求1所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，进一步包括绕所述磁体组件(140-1840)的磁路(120-1820)，所述磁路(120-1820)适用于在所述磁体组件(140-1840)上感生磁阻力(Fr)。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，其中，当所述线圈组件(130-1830)中的所述电流约为零时，所述磁极力(Fo)固持所述磁体组件(140-1840)远离所述孔口(118-1818)。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，进一步包括流体地耦接到所述第二流体端口(1614)的第二孔口(1618b)，其中当所述线圈组件(1630)中的所述电流约为零时，所述磁极力(Fo)使所述磁体组件(1640)压抵所述第二孔口(1618b)。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，进一步包括安置于所述磁体组件(140)与所述极片(150)之间的偏置弹簧(160)，所述偏置弹簧将弹簧力(Fs)施加到所述磁体组件(140)。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，其中，所述线圈组件(1830)包括两个线圈(1832a、1832b)且所述磁体组件(1840)的零偏置点(CO)在所述两个线圈(1832a、1832b)之间。

7.根据权利要求6所述的可移动磁体致动器阀门(1800)，其中，所述磁体组件(1840)的零偏置点(CO)在所述两个线圈(1832a、1832b)之间大致等距。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，进一步包括安置于所述磁路(120)与所述磁体组件(140)之间的线轴(170)，其中所述线轴(170)适用于固持所述线圈组件(130)。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的可移动磁体致动器阀门(100-1800)，其中，所述磁体组件(140-1840)包括耦接到密封件(144-1844)的磁体(142-1842)，其中所述磁体(142-1842)使所述密封件(144-1844)压抵所述第一孔口(118-1818)或所述第二孔口(1618b)。

10.一种通过可移动磁体致动器阀门控制流体的方法，所述方法包括：

提供第一孔口，该第一孔口流体地耦接所述可移动磁体致动器阀门上的第一流体端口和第二流体端口；

形成电流感生磁场，该电流感生磁场将电流感生力施加到磁体组件以使所述磁体组件移离所述第一孔口；及

用极片在所述磁体组件上形成磁极力，所述磁极力使所述磁体组件保持在移离所述第一孔口的位置中。

11.根据权利要求10所述的通过所述可移动磁体致动器阀门控制流体的方法，进一步包括使用所述磁极力使所述磁体组件压抵第二流体孔口。

12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的通过所述可移动磁体致动器阀门控制流体的方法，进一步包括当所述磁体组件移离所述第一孔口时，减小所述电流感生力到大致为零。

13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的通过所述可移动磁体致动器阀门控制流体的方法，进一步包括使用弹簧力而朝向所述第一孔口偏置所述磁体组件。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的通过所述可移动磁体致动器阀门控制流体的方法，进一步包括使用磁阻力而朝向所述第一孔口偏置所述磁体组件。

15.一种形成可移动磁体致动器阀门(100-1800)的方法，所述方法包括：

提供孔口(118-1818)，该孔口(118-1818)流体地耦接在所述可移动磁体致动器阀门(100-1800)上的第一流体端口(112-1812)和第二流体端口(114-1814)；

提供磁体组件(140-1840)，该磁体组件(140-1840)相对于所述孔口(118-1818)可移动以选择性地流体地耦接所述第一流体端口(112-1812)和所述第二流体端口(114-1814)；及

提供适用于将磁极力施加到所述磁体组件(140-1840)的极片(150-1850)，并且在定位所述磁体组件(140-1840)时测量所述磁极力。

16.根据权利要求15所述的形成所述可移动磁体致动器阀门(100-1800)的方法，进一步包括相对于所述磁体组件(140-1840)定位所述极片(150-1850)，以使得当没有电流感生力被施加到所述磁体组件(118-1818)时，所述磁极力使所述磁体组件(140-1840)保持在远离所述孔口(118-1818)的位置中。

17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的形成所述可移动磁体致动器阀门(100-1800)的方法，进一步包括施加偏置力，该偏置力朝向所述孔口(118-1818)按压所述磁体组件。

18.根据权利要求17所述的形成所述可移动磁体致动器阀门(100-1800)的方法，其中，所述偏置力包括围绕所述磁体组件(140-1840)的磁路(120-1820)的磁阻力。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的形成所述可移动磁体致动器阀门(100-1800)的方法，其中，所述偏置力包括通过弹簧(160)施加到所述磁体组件(140)的弹簧力。