CN106537529A

CN106537529A - 具有受控磁阻的电磁螺线管

Info

Publication number: CN106537529A
Application number: CN201580030183.4A
Authority: CN
Inventors: J.福克特曼
Original assignee: New Company Jeter
Current assignee: Weipai Technology Delavin Co ltd; Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: CN106537529B; US20150357107A1; WO2015187310A1; US9997287B2

Abstract

一种装置包括：壳体、设置在壳体内部的螺线管线圈、磁极构件、和构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置的电枢。当电枢处在第一位置时，电枢的接触表面与磁极构件的接触表面间隔第一距离，并且当电枢处在第二位置时间隔第二距离。壳体、磁极构件和电枢共同地限定磁通路线，当电枢处在第一位置时该磁通路线是用第一磁阻来表征并且当电枢处在第二位置时用第二磁阻表征。第一磁阻与第二磁阻之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

Description

具有受控磁阻的电磁螺线管

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月6日提交的名称为“具有受控磁阻的电磁螺线管（Electromagnetic Solenoids Having Controlled Reluctance）”的美国临时申请第62/008,719号及于2014年12月12日提交的名称为“具有受控磁阻的电磁螺线管（Electromagnetic Solenoids Having Controlled Reluctance）”的美国非临时申请第14/569,119号的优先权的权益，这些专利申请的全部公开内容以参考的方式并入本文中。

技术领域

本文中所描述的实施例涉及电磁螺线管的设计和结构，更特别地，涉及一种螺线管组件，该螺线管组件设计且构造成具有基于气隙几何形状的受控磁阻，从而在该螺线管组件的操作期间产生受控的磁力。

背景技术

已知的电磁螺线管组件是使用于多种不同用途。例如，已知的电磁泵是使用于多种车辆用途，例如用于输送油、燃料和/或其它流体以便促进车辆的运行。

电磁泵可以构造成接受电流从而导致电枢运动，因此致动泵送机构以实现流体的输送。在大部分的已知系统中，可以使电枢沿固定的行程长度而运动，其中在两个端部止动装置之间的距离是固定的。类似地规定，在正常操作中，当致动螺线管时，电枢运动固定的距离或“行程”。致动器杆可以联接到电枢使得电枢的运动导致致动器杆的相应的运动，这致动了泵送机构（例如，往复泵）。

就已知的弹簧偏置电磁螺线管而言，当电流通过该线圈时在螺线管中产生磁力，因此使得电枢在两个端部止动装置之间运动。当要求螺线管组件（例如螺线管燃料喷射器）在高频率下操作时，磁力必须迅速地产生和衰减。然而，当电枢接近螺线管的磁极（或端部止动装置）时，磁力变化到显著较高的值，并且由于磁力衰减所需的时间段在此高频螺线管应用中难以控制该高磁力。类似地规定，一些已知的螺线管产生作用在电枢上的磁力，该磁力作为电枢与磁极（或端部止动装置）之间距离的函数有时会相当大地变化。

因此，一些已知的系统构造成实施峰值保持驱动器，从而当电枢接近磁极（或端部止动装置）时通过减小经过螺线管的电流而减小磁场。然而，此已知的系统是昂贵、笨重的并且需要额外的硬件。

因此，对于在螺线管的操作期间提供受控的磁力的改进的且易于实施的螺线管设计的存在需求。

发明内容

本文中描述了电磁螺线管组件。在一些实施例中，电磁螺线管组件包括电枢和磁极构件（或端部止动装置）。该螺线管组件限定当给螺线管通电时磁场所经过的磁通路线。当电枢处在关闭位置时（即，当没有给螺线管通电时，在与磁极相距的最大距离处）该磁通路线是用第一磁阻来表征，并且当电枢处在开启位置时（即，当给电磁螺线管通电时，在与磁极构件相距的最小距离处）用第二磁阻来表征。第一磁阻和第二磁阻可以由螺线管的任何适当方面（例如在磁通路线内部的气隙、限定磁通路线等的材料的固有特性等）所产生和/或受其影响。第一磁阻与第二磁阻之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

在一些实施例中，装置包括壳体、设置在该壳体内部的螺线管线圈、磁极构件、保持器和电枢。保持器构造成将螺线管线圈保持在壳体内部。电枢构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置。当电枢处在第一位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面间隔第一气隙。当电枢处在第二位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面接触。电枢的第二表面与保持器部的表面间隔第二气隙。壳体、磁极构件、电枢和保持器共同地限定包括第一气隙和第二气隙的磁通路线。电枢的第一表面的一部分和磁极构件的接触表面的一部分限定在磁通路线内部的第一气隙面积。磁极构件和电枢构造成使得当电枢从第一位置运动到第二位置时第一气隙面积减小。

附图说明

图1A-1B分别是根据一个实施例的、具有在第一构型和第二构型中的磁场线的电磁螺线管组件的示意图。

图2是根据一个实施例的流体输送组件的剖视图。

图3是根据一个实施例的流体输送组件的局部剖视图。

图4A-图4B分别是根据一个实施例的、具有在第一和第二构型中的磁场线的电磁螺线管组件的剖视图。

图5A-图5B分别是根据一个实施例的、处在第一和第二构型中的图4A-图4B中所示电磁螺线管组件的放大剖视图。

图6是显示根据一个实施例的、当电磁螺线管组件在第一构型和第二构型之间操作时所测量的近似恒定的磁力的图表。

图7是根据一个实施例的流体输送系统的示意图。

图8是示出组装具有受控磁阻的电磁螺线管组件的方法的流程图。

具体实施方式

本文中描述了电磁螺线管组件。在一些实施例中，电磁螺线管组件包括电枢和磁极（或端部止动装置）。该电磁螺线管组件限定当给螺线管通电时磁场所通过的磁通路线。当电枢处在关闭位置时（即，当不给螺线管通电时，在与磁极相距的最大距离处）磁通路线用第一磁阻来表征，以及当电枢处在打开位置时（即，当给螺线管通电时，在与磁极相距的最小距离处）磁通路线用第二磁阻来表征。第一磁阻和第二磁阻可以由螺线管的任何适当的方面（例如在磁通路线内部的气隙、限定磁通路线的材料的固有特性等）所产生。第二磁阻是在第一磁阻的约70%和130%之间的范围内。类似地规定，第一磁阻的值与第二磁阻的值之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

在一些实施例中，装置包括壳体、设置在该壳体内部的螺线管线圈、磁极构件和电枢。电枢构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置。当电枢处在第一位置时，电枢的接触表面与磁极构件的接触表面间隔第一距离。当电枢处在第二位置时，电枢的接触表面与磁极构件的接触表面间隔第二距离。壳体、磁极构件和电枢共同地限定磁通路线，当电枢处在第一位置时该磁通路线用第一磁阻来表征并且当电枢处在第二位置时用第二磁阻来表征。在第一磁阻的值与第二磁阻的值之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

在一些实施例中，电磁螺线管组件包括电枢和磁极构件（或端部止动装置），并且限定第一气隙和第二气隙。第一气隙是在螺线管组件的磁通路线的内部，并且由电枢的第一表面与磁极构件的相对应表面之间的距离限定。第二气隙在螺线管组件的磁通路线的内部，并且由在电枢的第二表面与线轴保持器的相对应表面之间的距离限定。电枢的第一表面和电枢的第二表面构造成使得在螺线管组件的操作期间由第一气隙和第二气隙所限定的总磁阻变化小于70 %。以这种方式，在螺线管组件的操作期间，可以对由螺线管组件所产生的磁力（与磁阻成反比）加以控制。在一些实施例中，构造成通过调整磁极构件的大圆锥直径或电枢的小圆锥直径而对第一气隙的几何形状加以控制。

在一些实施例中，装置包括壳体、设置在壳体内部的螺线管线圈、磁极构件、保持器和电枢。保持器构造成将螺线管线圈保持在壳体内部。电枢构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置。当电枢处在第一位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面间隔第一气隙。当电枢处在第二位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面接触。电枢的第二表面与保持器部的表面间隔第二气隙。壳体、磁极构件、电枢和保持器共同地限定包括第一气隙和第二气隙的磁通路线。电枢的第一表面的一部分和磁极构件的接触表面的一部分限定在磁通路线内部的第一气隙面积。磁极和电枢构造成使得当电枢从第一位置运动到第二位置时第一气隙面积减小。

在一些实施例中，操作泵组件的方法包括：给泵组件的螺线管线圈通电，以使联接到泵元件的电枢在螺线管壳体内部从第一位置运动到第二位置。壳体、磁极构件、电枢和保持器共同地限定磁通路线。当电枢处在第一位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面间隔第一气隙。当电枢处在第二位置时，电枢的第一表面与磁极构件的接触表面接触。电枢的第二表面与保持器部的表面间隔第二气隙。电枢的第一表面的一部分和磁极构件的接触表面的一部分限定在磁通路线内部的第一气隙面积。磁极和电枢构造成使得当电枢从第一位置运动到第二位置时第一气隙面积减小。该方法还包括给螺线管断电以使电枢在螺线管壳体内部从第二位置运动到第一位置。

在一些实施例中，组装螺线管组件的方法包括将保持器联接到壳体从而将螺线管线圈保持在壳体内部。然后将磁极构件设置在壳体内部。磁极构件包括接触表面。所述方法还包括将电枢设置在壳体内部，电枢构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置，壳体。磁极构件、保持器和电枢共同地限定磁通路线，当电枢处在第一位置时磁通路线用第一磁阻来表征并且当电枢处在第二位置时磁通路线用第二磁阻来表征。第一磁阻与第二磁阻之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

本说明书中所使用的单数形式“一（a）”、“一（an）”和“该（the）”包括复数参照对象，除非上下文明确地另有说明。因此，例如，术语“构件”意图是表示单个构件或构件的组合；“材料”意图是表示一种或多种材料；“处理器”意图是表示单个处理器或多个处理器；“存储器”意图是表示一个或多个存储器、或者其组合。

如本文中所使用的，术语“约”和“大约”一般表示所规定的值的正或负10%。例如，约0.5将会包括0.45和0.55，约10将会包括9至11，约1000将会包括900至1100。

图1A和图1B是根据一实施例的螺线管组件8的示意图。该螺线管组件8可以使用于任何合适的螺线管致动装置，例如泵、阀、液压系统等。螺线管组件8包括壳体96、螺线管线圈86、保持器94、电枢91、和磁极95。电枢91设置在线圈86内部，并且构造成在第一位置（图1A）和第二位置（图1B）之间运动。在一些实施例中，电枢91可以联接到致动器杆（未示出），使得电枢的运动导致致动器杆的运动（从而启动阀、泵等）。

特别地，螺线管8可以构造成在第一构型（当没有给螺线管线圈86通电时，参见例如图1A）和第二构型（当给螺线管线圈86通电时，参见例如图1B）之间运动。在正常操作期间，第一气隙AG-1限定在电枢91和磁极95之间，并且第二气隙AG-2限定在电枢91和保持器94之间。此外，电磁螺线管组件8限定磁通路线20，当电流通过螺线管线圈86时通过该磁通路线20而产生磁场。如所示的，磁通路线20由磁极95、电枢91、保持器94和壳体96的各部分限定。该磁通路线是用由第一气隙AG-1和第二气隙AG-2所主导的磁阻来表征。类似地，所规定的螺线管组件的磁阻主要地是第一气隙AG-1的磁阻和第二气隙AG-2的磁阻的函数。第一气隙AG-1和第二气隙AG-2的各自的磁阻是由以下方程式给出：

（1）

其中，R是气隙磁阻，μ₀是空气的磁导率，“距离”是穿过气隙的距离（即，在两个相对表面之间的最短距离），并且面积是“气隙”面积。将此公式应用于如图1A中所示的第一气隙AG-1，距离d是沿垂直于接触表面61和/或接触表面71的线的、在电枢的接触表面61与磁极构件的接触表面71（在图1B中标识了该接触表面）之间的距离。应当指出的是，电枢91沿其运动轴线A_L运动通过距离被称为“行程”（在图1A中标识为ST）。因此，距离d越大（以及行程ST），则磁阻R越大。在一些实施例中，行程ST可以与第一气隙AG-1的距离d相同。例如，在垂直于接触表面61和/或接触表面71的线平行于运动轴线A_L的此实施例中，行程ST可以与第一气隙AG-1的距离d相同。这里，在接触表面61（或接触表面71）与运动轴线A_L限定锐角的情况下，距离d小于行程ST。类似地规定，在接触表面61（或接触表面71）是锥形的情况下，距离d小于行程ST。

“气隙”面积是磁场的磁通路线所通过的相对表面的面积。再次参照图1A和图1B，气隙面积是沿垂直于接触表面61和/或接触表面71的线的、由接触表面61的与接触表面71的相对应部分对准并且/或者相对的部分所限定的面积。如下面详细描述的，在一些实施例中，电枢91和磁极构件95构造成使得当螺线管组件8致动时气隙面积发生变化（例如，减小）。

螺线管组件8构造成使得当电枢处在关闭位置时（即，当没有给电磁螺线管通电时，在与磁极相距的最大距离处，参见图1A）磁通路线20用第一磁阻来表征，并且当电枢处在打开位置时（即，当给螺线管通电时，在与磁极相距的最小距离处，参见图1B）磁通路线20用第二磁阻来表征。螺线管组件8构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约70%内。类似地规定，第一磁阻与第二磁阻之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。在一些实施例中，螺线管组件8构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约50%、约40%、约 30%、约20%或约10%的范围内。在一些实施例中，螺线管组件8构造成使得第二磁阻与第一磁阻大致相同。在其它实施例中，螺线管组件8构造成使得第二磁阻在第一磁阻的100%至1%的范围内。第二磁阻可以高于或者低于第一磁阻。

如图1A中所示，当螺线管8处在第一构型时第一气隙AG-1具有最大距离d（或间隙）并且限定第一气隙的表面积（即，由相对的接触表面61和接触表面71所限定的“气隙面积”）处于最大值。相反，如图1B中所示，当螺线管8处在第二构型时第一气隙AG-1处于最小（或基本上没有）间隙并且限定第一气隙的表面积处于最小值。因此，在螺线管组件8的行程期间，通过构造电枢91和/或磁极95可以对第一气隙AG-1的磁阻加以控制。类似地规定，通过控制由电枢91的第一表面和磁极95的相对应表面所限定的面积，可以对作为螺线管行程的函数的第一气隙AG-1的磁阻的变化加以控制、管理和/或限制。

如图1A和图1B中所示，通过调整磁极195上的大圆锥直径（或外直径，标识为OD_P）与电枢191上的小圆锥直径（或内直径，标示为ID_A）的重叠，可以对第一气隙AG-1的气隙面积加以控制。特别地，限定磁极95的接触表面71的外直径OD_P是在限定电枢91的接触表面61的外直径OD_A与限定电枢91的接触表面61的内直径ID_A之间。增大此重叠（即，对部件进行调整使得外直径OD_A的大小接近于外直径OD_P）将通过增大AG-1的气隙面积而减小第一气隙AG-1的磁阻，从而在第二构型处产生更高的磁力。减小此重叠（即，对部件进行调整使得内直径ID_A的大小接近于外直径OD_P）将通过减小AG-1的气隙面积而增加第一气隙AG-1的磁阻，从而在第二构型处产生更低的磁力。因此，通过调整磁极95与电枢91的重叠，可以控制第一气隙AG-1的磁阻，从而在螺线管组件8的操作期间产生受控的磁力。

此外，如图1A和图1B中所见，在螺线管组件8的操作期间第二气隙AG-2具有相对恒定的距离（即，第二气隙AG-2大体上平行于电枢91的运动方向，并且因此随着电枢的运动不会显著地变化）。然而，在螺线管组件8的操作期间限定第二气隙AG-2的表面积发生变化（当螺线管8处在第二构型时，面积处于最小值）。类似地规定，电枢91的滑动表面和保持器94的相对应表面构造成使得当电枢从第一位置运动到第二位置时第二气隙面积减小。因此，在螺线管组件8的行程期间，通过构造电枢91和/或保持器94可以对第二气隙AG-2的磁阻进行控制。

因为在电磁螺线管组件8的操作期间可以根据期望的曲线（即，磁阻相对于行程的曲线）对第一气隙AG-1和第二气隙AG-2的各自的磁阻加以控制并且/或者维持，所以螺线管组件8可以构造成使得总磁阻根据期望的功能而作为行程的函数。例如，在一些实施例中，螺线管组件8构造成使得第二磁阻大体上等于第二磁阻。在其它实施例中，螺线管组件8构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约100%内。第二磁阻可以高于或者低于第一磁阻。

在一些实施例中，螺线管组件可以使用于与流体输送组件（例如电磁泵）连接。图2-图3是根据一个实施例的流体输送组件100的剖视图。在一些实施例中，该流体输送组件可以是例如油泵组件。如图2和图3中所示，流体输送组件100包括螺线管组件108、和泵组件100。电磁泵100构造成联接到流体储器（未示出）以便将流体从流体储器输送至例如车辆的发动机。螺线管组件108构造成接收电信号（例如，来自任何合适的控制器）以致动并进一步使得泵组件100的各部件以往复的方式运动。电磁螺线管组件108包括：壳体196、螺线管线圈186、线轴保持器194、电枢191、致动器杆192、弹簧193、磁极195、和下板188（也被称为套管）。致动器杆192和下板188构造成使得当给螺线管组件108通电时致动器杆192可以在下板188内部自由地运动并且/或者穿过下板188。电枢191设置在线圈186的内部。致动器杆192联接到电枢191，使得当使电枢191在第一位置与第二位置之间运动时，使致动器杆192在第一位置与第二位置之间运动。在有些情况下，磁极195可以包括减震器178，用以防止电枢191直接地撞击抵靠磁极195。

螺线管致动泵100可以构造成在第一构型（当没有给螺线管组件108通电时的“吸入构型”，参见例如图4A和图5A）与第二构型（当给螺线管组件108通电时的“泵送构型”，参见例如图4B和图5B）之间运动。在正常操作期间，第一气隙AG-1（具有称为“行程”的距离）限定在电枢191与磁极195之间，第二气隙AG-2限定在电枢191与保持器194之间。当如由图2中的箭头BB所示电枢191从一个端部止动装置（当没有给螺线管组件108通电时发生）运动到另一个端部止动装置（当给螺线管组件108充分地通电时发生）时，可以认为电枢191行进了完整的行程。此外，螺线管组件108限定当电流通过螺线管线圈186时产生的磁场所通过的磁通路线。如图4A和图4B中所示，在螺线管组件108内部的线120代表当电流通过螺线管组件108时所产生磁场的磁通路线。该磁通路线（可以称为主磁通路线）由磁极195、电枢191、保持器194和壳体196的各部分限定。该磁通路线用由第一气隙AG-1和第二气隙AG-2所主导的磁阻来表征。类似地规定，螺线管组件的磁阻主要地是第一气隙AG-1的磁阻和第二气隙AG-2的磁阻的函数。第一气隙AG-1和第二气隙AG-2的各自的磁阻是由方程式（1）给出。此外，参照螺线管组件8对气隙距离和行程的讨论、以及对气隙面积的讨论也适用于螺线管组件108。

螺线管组件108构造成使得当电枢处在关闭位置时（即，当没有给螺线管通电时，在与磁极相距的最大距离处，参见图4A和图5A）磁通路线用第一磁阻来表征并且当电枢处在打开位置时（即，当给螺线管通电时，在与磁极相距的最小距离处，参见图4B和图5B）磁通路线用第二磁阻来表征。电磁螺线管组件108构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约70%内。在一些实施例中，螺线管组件108构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约50%、约40%、约30%、约20%或约10%的范围内。在一些实施例中，螺线管组件108构造成使得第二磁阻与第一磁阻大致相同。在其它实施例中，螺线管组件108构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的100%至1%的范围内。第二磁阻可以是高于或者低于第一磁阻。

如图4A和图5A中所示，当螺线管108处在第一构型时，第一气隙AG-1处于最大间隙并且限定第一气隙（即，电枢191和磁极195的相对表面）的表面积处于最大值。相反，如图4B和图5B中所示，当螺线管108处在第二构型时，第一气隙AG-1处于最小（或大体上没有）间隙并且限定第一气隙的表面积处于最小值。因此，在螺线管组件108的行程期间，通过构造电枢191和/或磁极195可以对第一气隙AG-1的磁阻加以控制。类似地规定，通过控制由电枢191的第一表面和磁极195的相对应表面所限定的面积，可以对作为螺线管行程的函数的第一气隙AG-1的磁阻的变化进行控制、管理和/或限制。此外，如图5A和图5B中所示，在螺线管组件108的操作期间第二气隙AG-2具有相对恒定的距离（即，第二气隙AG-2大体上平行于电枢191的运动方向，因此随着电枢的运动不会显著地变化）。然而，在电磁螺线管组件108的操作期间限定第二气隙AG-2的表面积发生变化（当螺线管108处在第二构型时，面积处于最小值）。因此，在螺线管组件108 的行程期间，通过构造电枢191和/或保持器194可以对第二气隙AG-2的磁阻加以控制。

因为可以根据期望的曲线（即，磁阻相对于行程的曲线）在螺线管组件108的操作期间对第一气隙AG-1和第二气隙AG-2的各自的磁阻加以控制和/或维持，所以螺线管组件108可以构造成使得总磁阻可以根据期望的功能而作为行程的函数。例如，在一些实施例中，螺线管组件108构造成使得第二磁阻大体上等于第二磁阻。螺线管组件8构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的约70 %内。在一些实施例中，螺线管组件108构造成使得第二磁阻是在第一磁阻的100%至1%的范围内。第二磁阻可以高于或者低于第一磁阻。

当对在第一和第二构型处的第一与第二气隙磁阻的总和进行控制时，当电枢191运动时对螺线管组件108的电感进行控制，因此相对于线圈186中的电流而产生受控的磁场。类似地规定，通过构造螺线管组件108对螺线管组件108的磁力加以控制，使得当电枢191从一个端部止动装置运动到另一个端部止动装置（磁极195）时第一气隙磁阻和第二气隙磁阻根据期望的曲线而发生变化。如果在第一和第二构型处的第一与第二气隙磁阻的总和是相等的，那么磁力将相对于线圈186中的电流保持恒定。在一些实施例中，一些电磁泵应用可以得益于在各种电枢位置处的大体上恒定的磁力。在其它实施例中，对于各种不同的螺线管应用，在第一构型与第二构型之间的第一与第二气隙磁阻的总和可以是任何比率。

当电枢从第一构型（当没有给螺线管组件108通电时，参见例如图4A和图5A）运动到第二构型（当给电磁螺线管组件108通电时，参见例如图4B和图5B）时，第二气隙AG-2的气隙距离保持相同，同时AG-2的气隙面积（即，电枢191和保持器194的相对表面）减小。如前面关于图1A-图1B所讨论的，保持器194构造成将螺线管108保持在壳体内部。电枢191的一部分构造成在保持器194内部运动。电枢191的该部分的表面（即，滑动表面）和保持器的表面限定在磁通路线内部的AG-2的气隙面积。这导致第二气隙AG-2的磁阻增加。图5A和图5B中的红色阴影代表螺线管组件108的磁场的主磁通路线。当电枢从第一构型（例如，图5A）运动到第二构型（例如，图5B）时，第二气隙AG-2的磁场的主磁通路线的面积减小。

当电枢从第一构型（当没有给螺线管组件108通电时，参见例如图4A和图5A）运动到第二构型（当给螺线管组件108通电时，参见例如图4B和图5B）时，第一气隙AG-1的气隙距离减小并且AG-1的气隙面积（即，沿垂直于两个表面的线并且未必沿电枢的运动轴线的、电枢191和磁极195的相对表面的面积）也减小。图5 A和图5B中的红色阴影代表螺线管组件108的磁场的主磁通路线。当电枢从第一构型（例如图5 A）运动到第二构型（例如，图5B）时第一气隙AG-1的磁场的主磁通路线的距离减小，并且AG-1的气隙面积也减小。

如上面关于螺线管组件8的讨论，通过调整磁极195上的大圆锥直径（或外直径）与电枢191上的小圆锥直径（或内直径）的重叠，可以对第一气隙AG-1的气隙面积加以控制。限定磁极195的接触表面的外直径是在限定电枢191的接触表面的外直径与限定电枢191的接触表面的内直径之间。增大此重叠将通过增加AG-1的气隙面积而减小第一气隙AG-1的磁阻，从而在第二构型处产生更高的磁力。减小此重叠将通过减小AG-1气隙的面积而增加第一气隙AG-1的磁阻，从而在第二构型处产生更低的磁力。因此，通过调整磁极195与电枢191的重叠，可以对第一气隙AG-1的磁阻加以控制，从而在螺线管组件108的操作期间产生受控的磁力。

在一些实施例中，如上所述，当电枢从第一构型运动到第二构型时，第一气隙的磁阻减小。假设当电枢从第一构型运动到第二构型时第二气隙的磁阻增加，那么第一气隙磁阻与第二气隙磁阻的总和可以构造为保持恒定，从而产生恒定的磁力。在其它实施例中，第一气隙磁阻与第二气隙磁阻的总和可以变化期望的量，从而产成期望的力曲线。

在一些实施例中，可以对磁极195的大圆锥直径（或外直径）与电枢191的小圆锥直径（或内直径）的重叠进行选择，从而产生用于不同螺线管应用的期望的磁力行为（即，获得作为行程的函数的期望的磁阻曲线）。磁极195的大圆锥直径可以构造成大于、等于或小于电枢191的小圆锥直径。在当磁极195的大圆锥直径构造成小于电枢191的小圆锥直径时的情况下，第一气隙AG-1的磁阻显著地变化并且磁力向量改变方向，这可以导致在某些电枢位置处的接近零的磁力状态。在一些实施例中，磁极195的大圆锥直径大电枢191的小圆锥直径，并且重叠为约1 mm。

如前所述，基于方程式（1），气隙的磁阻取决于气隙距离和气隙面积。当电枢从一个端部止动装置运动到另一个端部止动装置时，第二气隙AG-2的距离保持相同，同时第二气隙AG-2的面积减小，如图5A和图5B中所示。第二气隙AG-2的面积取决于螺线管组件108的行程（或者在一个端部止动装置与另一个端部止动装置之间的距离）和电枢191的第二表面与保持器194的相对应的相对表面在其上对准从而限定磁通路线120的一部分的长度。电枢191与磁场的主磁通路线对准的长度决定于线轴保持器194的厚度和/或电枢191的下部的厚度。螺线管组件108的行程与此对准的长度的比率可以基于不同的螺线管应用而改变。图5A和图5B示出了螺线管组件108的行程是对准的长度的大约50%的实施例。在一些实施例中，螺线管组件108的行程可以构造为大于导致磁力减小的对准的长度。

在一些实施例中，本文中所描述的电磁螺线管设计成具有约1：1.5的在第二构型（即，当给螺线管组件108通电时）处的第一与第二气隙的总磁阻与在第一构型（即，当没有给螺线管组件108通电时）处的第一与第二气隙的总磁阻的比率。在其它实施例中，在第二构型处第一与第二气隙的总磁阻与在第一构型处第一与第二气隙的总磁阻的比率可以是在约1：10和约10：1之间的范围内的任何比率。

在一些实施例中，本文中所描述的电磁螺线管的设计和结构可以用于具有不同几何形状的任何螺线管组件系统。在一些实施例中，在电枢191与磁极195（或第一气隙AG-1）之间的方向和角度可以是不同的。在一些实施例中，第一气隙AG-1可以大体上垂直于电枢的运动轴线（即，无需是锥形）。在一些实施例中，可以将第二气隙AG-2修改成圆锥形状或阶梯形状。

在一些实施例中，本文中所描述的电磁螺线管可以包括锥形磁极195和/或锥形电枢191，从而具有第一气隙AG-1和第二气隙AG-2。在一些实施例中，本文中所描述的电磁螺线管可以是圆柱形螺线管。

在一些实施例中，当设计本文中所描述的电磁螺线管时，可考虑其它的影响，例如涡流、流体阻尼、弹簧负载变化、和/或摩擦。

为了进一步证明本文中所描述的设计和结构，图6示出了显示在螺线管组件108的电枢191与磁极195之间的各种距离处所测量的磁力的图表。尽管图6中的图是关于电磁泵108进行描述，但应当理解的是此图只是举例，并且本文中所描述的设计和结构可以适用于磁阻的控制将会是有益的包括螺线管的任何合适系统。

如图6中所示，水平轴线610代表从螺线管组件108的磁极195到电枢191的距离。垂直轴线605代表在各种距离处所测量的磁力。图615显示当磁极195到电枢191的距离从大约零增大到大约1.2 mm时磁力如何变化。该图显示当电磁螺线管组件在第一构型与第二构型之间操作时大体上恒定的磁力。更特别地，当螺线管组件打开时磁力的值为大约17.5 N，并且当螺线管闭合时磁力的值为大约22.5 N。因此，从打开到闭合的磁力值变化为大约28%。

图7是根据一个实施例的流体输送系统700的示意图。该流体输送系统700可以是包括用于输送和/或泵送流体的电磁螺线管的任何合适的系统，并且可以结合任何合适的设备来使用。在一些实施例中，流体输送系统700可以是结合车辆（例如，休闲车辆、全地形车辆（ATV）、雪上汽车、越野摩托车、船舶、高速公路上车辆、越野结构车辆等）的用于输送和/或泵送流体的任何合适的系统。在一些实施例中，流体输送系统700可以作为油泵而使用，用以将油输送至车辆中所包括的发动机。

如图7中所示，流体输送系统700包括控制器705和螺线管致动泵707。螺线管致动泵707可以是任何合适的组件，例如本文中所示出和描述的组件。图2-图5B示出了可以结合系统700使用的往复式螺线管致动泵的示例。

控制器705可以是任何合适的控制器，例如车辆控制模块、发动机控制模块等。控制器705可以包括存储器701、处理器702、和驱动器模块703。

处理器702可以是构造成例如将数据写入存储器701和从存储器701中读出数据并且执行存储在存储器701内部的指令和/或方法的任何处理器。此外，处理器702可以构造成控制驱动器模块703、和/或控制器705的部件的操作。具体地，在一些实施例中，处理器702可以接收与电枢相对于磁极构件的部位或位置相关的信号，并且确定基于电枢与磁极构件之间的距离所产生的近似的磁阻和/或磁力。利用此信息，该处理器可以调整对驱动器模块703的命令，由此基于电磁泵707的磁阻来调整驱动电流。在其它实施例中，处理器702可以是例如专用集成电路（ASIC）或者各ASIC的组合，这些专用集成电路设计用于执行一个或多个特定的功能。在其它实施例中，微处理器可以是模拟电路或数字电路、或者多个电路的组合。

存储器件701可以是任何合适的器件，例如只读存储器（ROM）部件、随机存取存储器（RAM）部件、电子可编程序只读存储器（EPROM）、可擦除电子可编程只读存储器（EEPROM）、寄存器、高速缓冲存储器、和/或闪速存储器。

驱动器模块703包括产生用于特定螺线管的电势和/或电流的电路和/或部件。例如，在一些实施例中，驱动器模块703可以构造成：当电磁泵构造成作为螺线管行程的函数而具有大体上恒定的磁阻时，在脉冲宽度期间产生到电磁泵707的大体上恒定的电流。在其它实施例中，驱动器模块703可以构造成：当电磁泵构造成具有作为螺线管行程的函数而减小的磁阻时，在脉冲宽度期间产生初始峰值电流接着产生较低的“保持”电流。

图8是示出根据一个实施例的、组装具有受控磁阻的电磁螺线管组件的方法800的流程图。方法800包括：在步骤802，将保持器联接到壳体从而将螺线管线圈保持在壳体内部，如本文中所描述。方法800还包括：在步骤804，将磁极构件设置在壳体内部。该磁极构件可以是本文中所描述的任何磁极构件，并且包括接触表面。如上文所述，在一些实施例中，磁极构件的接触表面可以是锥形。类似地规定，在一些实施例中，磁极构件的接触表面与电枢运动所沿的轴线可以限定锐角。

方法800还包括：在步骤806，将电枢设置在壳体内部。该电枢构造成当给螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置。壳体、磁极构件、保持器、和电枢共同地限定当电枢处在第一位置时用第一磁阻表征并且当电枢处在第二位置时用第二磁阻表征的磁通路线。第一磁阻与第二磁阻之间的差值小于第一磁阻的值的约30%。

本文中所描述的一些实施例涉及一种具有非暂时性计算机可读介质（也可以称为非暂时性处理器可读介质）的计算机存储产品，该非暂时性计算机可读介质具有在其上的、用于执行各种计算机执行操作的指令或计算机代码。计算机可读介质（或处理器可读介质）是非暂时性，在这个意义上它本身不包括暂时性传播信号（例如，在传输介质（如空间或电缆中）传播的携带信息的电磁波）。介质和计算机代码（也可以称为代码）可以设计且构造成用于特定的目的。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于：磁存储介质，例如硬磁盘、软磁盘、和磁带；光存储介质，例如光盘/数字影像光盘（CD/DVD）、光盘只读存储器（CD-ROM）、和全息装置；磁光存储介质，例如光盘；载波信号处理模块；和特殊地构造成存储并执行程序代码的硬件装置，例如专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑装置（PLD）、只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）装置。

计算机代码的示例包括但不限于：微代码或微指令、机器指令（例如由编译器产生）、用于产生网络服务的代码、和包含由使用解译器的计算机所执行的更高级指令的文件。例如，实施例可利用命令式编程语言（例如，C、Fortran等）、函数式编程语言（Haskell、Erlang等）、逻辑编程语言（例如，Prolog）、面向对象的编程语言（例如，Java、C++等）、或者其它合适的编程语言和/或开发工具而实施。计算机代码的其它示例包括但不限于：控制信号、加密代码、和压缩代码。

虽然上面已描述了各种实施例，但应当理解的是它们是仅通过举例而给出而不是限制性的。在上述方法和/或图表显示按特定顺序而发生的某些事件和/或流型的情况下，某些事件和/或流程的顺序可改变。此外，如果可能的话，某些事件可在并行的过程中同时地进行，以及顺序地进行。虽然已具体地示出并描述了实施例，但应当理解的是在形式和细节中可作出各种修改。

在上述图表和/或实施例显示布置在某些取向或位置的某些部件的情况下，可修改各部件的布置。类似地，在上述方法和/或事件显示某些事件和/或过程是以某个顺序而发生的情况下，可修改某些事件和/或过程的顺序。

尽管各种实施例描述为具有特定的特征和/或部件的组合，但具有来自上述任何实施例的任何特征和/或部件的组合的其它实施例也是可行的。

Claims

1.一种装置，包括：

壳体；

设置在所述壳体内部的螺线管线圈；

磁极构件；和

电枢，其构造成当给所述螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置，当所述电枢处在所述第一位置时所述电枢的接触表面与所述磁极构件的接触表面间隔第一距离，当所述电枢处在所述第二位置时所述电枢的所述接触表面与所述磁极构件的所述接触表面间隔第二距离，

所述壳体、所述磁极构件和所述电枢共同地限定当所述电枢处在所述第一位置时用第一磁阻表征并且当所述电枢处在所述第二位置时用第二磁阻表征的磁通路线，所述第一磁阻与所述第二磁阻之间的差值小于所述第一磁阻的值的约30%。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电枢的所述接触表面是锥形。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述电枢的所述接触表面与所述电枢运动所沿的轴线限定锐角。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述电枢的所述接触表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述气隙面积减小。

5.如权利要求1所述的装置，其中，限定所述磁极构件的所述接触表面的外直径是在限定所述电枢的所述接触表面的外直径与限定所述电枢的接触表面的内直径之间。

6.如权利要求1所述的装置，还包括：

保持器，其构造成将所述螺线管保持在所述壳体的内部，所述电枢的一部分构造成在所述保持器的内部运动，所述电枢的一部分和所述保持器是包括在所述磁通路线中。

7. 如权利要求6所述的装置，其中，

所述电枢的所述部分包括滑动表面；并且

所述保持器包括表面，所述电枢的所述滑动表面与所述保持器的所述表面限定在所述磁通路线内部的气隙面积，所述保持器和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述气隙面积减小。

8.如权利要求1所述的装置，还包括：

保持器，其构造成将所述螺线管保持在所述壳体内部；

所述电枢的所述接触表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的第一气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第一气隙面积减小，

所述电枢的滑动表面构造成在所述保持器内部运动，所述滑动表面和所述保持器的表面限定在所述磁通路线内部的第二气隙面积，所述保持器和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第二气隙面积减小。

9.一种装置，包括：

壳体；

螺线管线圈，其设置在所述壳体内部；

磁极构件；

保持器，其构造成将所述螺线管保持在所述壳体内部；和

电枢，其构造成当给所述螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置，当所述电枢处在所述第一位置时所述电枢的第一表面间隔与所述磁极构件的接触表面间隔第一气隙，当所述电枢处在所述第二位置时所述电枢的所述第一表面与所述磁极构件的所述接触表面接触，所述电枢的第二表面与所述保持器部的表面间隔第二气隙；

所述壳体、所述磁极构件、所述电枢和所述保持器共同地限定包括所述第一气隙和所述第二气隙的磁通路线，所述电枢的所述第一表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的第一气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第一气隙面积减小。

10.如权利要求9所述的装置，其中，当所述电枢处在所述第一位置时所述磁通路线是用第一磁阻表征并且当所述电枢处在所述第二位置时用第二磁阻表征，所述第一磁阻与所述第二磁阻之间的差值小于所述第一磁阻的值的约30%。

11. 如权利要求9所述的装置，其中，所述第二磁阻是在所述第一磁阻的约70%、50%、约40%、约 30%、约 20%或约10%的范围内。

12.如权利要求9所述的装置，其中，所述电枢的所述第二表面构造成在所述保持器内部运动。

13.如权利要求9所述的装置，其中，限定所述磁极构件的所述接触表面的外直径是在限定所述电枢的所述第一表面的外直径与限定所述电枢的所述第一表面的内直径之间。

14.如权利要求9所述的装置，其中，所述电枢的所述第二表面和所述保持器的所述表面限定第二气隙面积，所述保持器和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第二气隙面积减小。

15. 如权利要求9所述的装置，其中：

当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时，所述第一气隙的磁阻减小；并且

当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时，所述第二气隙的磁阻减小。

16.一种方法，包括：

将保持器连接到壳体从而将螺线管线圈保持在所述壳体的内部；

将磁极构件设置在所述壳体的内部，所述磁极构件包括接触表面；

将电枢设置在所述壳体的内部，所述电枢构造成当给所述螺线管线圈通电时从第一位置运动到第二位置，所述壳体、所述磁极构件、所述保持器、和所述电枢共同地限定当所述电枢处在所述第一位置时用第一磁阻表征并且当所述电枢处在所述第二位置时用第二磁阻表征的磁通路线，所述第一磁阻与所述第二磁阻之间的差值小于所述第一磁阻的值的约30%。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述磁极构件的所述接触表面与所述电枢运动所沿的轴线限定锐角。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述电枢的接触表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述气隙面积减小。

19.如权利要求16所述的方法，其中，限定所述磁极构件的所述接触表面的外直径是在限定所述电枢的接触表面的外直径与限定所述电枢的所述接触表面的内直径之间。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述电枢的一部分构造成在所述保持器内部运动，所述电枢的一部分和所述保持器是包括在所述磁通路线中。

21. 如权利要求20所述的方法，其中：

所述电枢的一部分包括滑动表面；并且

所述保持器包括表面、所述电枢的所述滑动表面和所述保持器的所述表面限定在所述磁通路线内部的气隙面积，所述保持器和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述气隙面积减小。

22.如权利要求16所述的方法，其中，

所述电枢的所述接触表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的第一气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第一气隙面积减小；

23. 一种方法，包括：

给泵组件的螺线管线圈通电以使电枢在螺线管壳体内部从第一位置运动到第二位置，联接到泵元件的所述电枢、所述壳体、磁极构件、所述电枢和保持器共同地限定磁通路线，当所述电枢处在所述第一位置时所述电枢的第一表面与磁极构件的接触表面间隔第一气隙，当所述电枢处在所述第二位置时所述电枢的所述第一表面与所述磁极构件的所述接触表面接触，所述电枢的第二表面与所述保持器部的表面间隔第二气隙，所述电枢的所述第一表面的一部分和所述磁极构件的所述接触表面的一部分限定在所述磁通路线内部的第一气隙面积，所述磁极构件和所述电枢构造成使得当所述电枢从所述第一位置运动到所述第二位置时所述第一气隙面积减小；和

将所述电磁螺线管断电，从而使所述电枢在所述螺线管壳体内部从所述第二位置运动到所述第一位置。