CN109312875A - 用于螺线管致动阀的具有倒锥形电枢的螺线管 - Google Patents

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Abstract

一种用于螺线管致动阀(30)的螺线管(54)，该螺线管包括烧结粉末金属一件式芯部(64)和可动电枢(88)，该烧结粉末金属一件式芯部由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种非磁性材料构成，且该可动电枢设置在芯部(64)中并具有锥形末端，以实现所需的力与位置和电流特性。

Description

用于螺线管致动阀的具有倒锥形电枢的螺线管
技术领域
本发明总地涉及一种螺线管致动阀，且更确切地说，涉及一种用于螺线管致动阀的具有倒锥形电枢和烧结夹层螺线管芯部的螺线管。
背景技术
本领域已知的传统车辆通常包括发动机，该发动机具有旋转输出来作为旋转输入到诸如自动变速器的变速器中。该发动机产生旋转输出，该旋转输出选择性地转移至变速器，该变速器进而将旋转转矩转移至一个或多个车轮。变速器通过一系列预定齿轮组改变由发动机产生的旋转速度和转矩，由此齿轮组之间的改变使得针对给定的发动机速度车辆能以不同的车辆速度行驶。
除了在齿轮组之间进行改变以外，自动变速器还用于调节与发动机的旋转输出的接合，由此变速器能选择性地控制与发动机的旋转速度的接合，以便于车辆操作。借助示例，发动机的旋转输出和向自动变速器的输入之间的转矩转移通常在车辆停车或怠速的同时或者在变速器于齿轮组之间进行改变时中断。在传统的自动变速器中，经由诸如液压变矩器之类的液力装置来实现调节。然而，现代的自动变速器可利用一个或多个电子地和/或液压地致动的离合器(在本领域中有时称为“双离合器”自动变速器)来替代变矩器。自动变速器通常使用液压流体和液压系统来控制，该液压系统包括泵组件、具有一个或多个螺线管致动阀的阀壳体以及电子控制器。泵组件向阀壳体的螺线管致动阀提供流体动力源，这些螺线管致动阀进而由控制器致动，以选择性地引导液压流体贯穿自动变速器，以控制对由发动机的旋转输出产生的旋转转矩的调节。螺线管致动阀通常还用于在自动变速器的齿轮组之间改变，并且还可用于控制液压流体，该液压流体用于在操作中冷却和/或润滑变速器的各种部件。
螺线管致动阀包括螺线管和由螺线管致动的阀。在简化形式中，螺线管包括线圈、电枢以及通常由磁极片、磁通管和罐的芯部限定的磁通路径。
电枢在螺线管中的的偏心率产生径向力。径向力对轴承表面施加负载并导致摩擦。所产生的径向力是偏心率和径向间隙的函数。这在Herbert C Rotors、John Wiley和Sons的电磁装置(1941年)中进行了描述。如果电枢完全地居中，则不会产生径向力。随着偏心率增大，径向力增大，并且当电枢接触另一磁通路径部件的内表面时达到最大值。由于轴承表面中的间隙和部件中的制造公差，偏心率是不可避免的。相对于偏心率增大磁间隙会减小径向力，但轴向力也会有一些减小。因此，为了在不超过可容许的径向力水平的同时使轴向力最大化，已知将磁极片和螺线管的磁通管组合成单件并且将电枢直接引导到磁极片和磁通管中，且电枢上具有非磁性涂层，例如高磷化学镍或聚合物。通过一件式芯部和涂层电枢，消除了由多件式组件产生的位置变化，并且在芯部中可以在最小的物理间隙下引导电枢。
然而，这种一件式芯部构造的主要缺点在于，通量管和磁极片通过桥连接。此种连接即是物理的又是磁性的。螺线管会产生非常小的力，直到磁通桥磁饱和为止。通过桥的磁通不会通过电枢，也不会影响可从螺线管获得的力。磁通路径的剩余部分必须具有大致是桥横截面两倍的额外横截面积，以载送通过电枢的磁通以及通过桥的磁通。桥的横截面积必须是最小化磁短路和足够的机械强度之间的折衷。这些类型的螺线管通常具有锥形磁极分流器，以形成螺线管的力与位置和电流特性。磁极上的锥度排除了在单个工具中制造多材料PM芯部的可能性。
因此，期望提供一种用于螺线管致动阀的新型螺线管，以辅助自动变速器。还期望提供具有一件式芯部的螺线管，该一件式芯部由两种或更多种粉末金属材料制成，至少一种材料具有软磁特性而至少一种材料具有非磁特性，且该一件式芯部是芯部、磁通管以及磁极的磁性部分之间的结构连接。进一步期望提供具有芯部材料的螺线管，该芯部材料具有垂直于压缩轴线的界面，这些界面可以用于单个工具。进一步期望提供具有电枢而非磁极片的螺线管，该电枢具有力成形锥度，其允许材料界面垂直于轴线，从而允许更具成本效益的制造工艺。因此，本领域需要提供一种螺线管，该螺线管具有倒锥形电枢和用于螺线管致动阀的烧结夹层螺线管芯部，其满足这些要求中的至少一个。
发明内容
因此，本发明的目的是实现一种具有一件式芯部的螺线管并且同时消除通过桥的磁短路，该一件式芯部具有较高的机械强度。
本发明提供一种用于螺线管致动阀的螺线管，该螺线管包括烧结粉末金属一件式芯部和可动电枢，该烧结粉末金属一件式芯部由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种非磁性材料构成，该可动电枢设置在芯部中并具有锥形末端，以实现所需的力与位置和电流特性。
本发明的一个优点在于，提供一种用于螺线管致动阀的新型螺线管。本发明的另一个优点在于，螺线管包括磁通管以及一件式芯部，该一件式芯部由两种或更多种粉末金属材料制成，至少一种具有软磁特性，而至少一种材料具有非磁特性。本发明的又一个优点在于，螺线管包括具有力成形锥度的电枢，该电枢允许材料界面垂直于轴线，由此允许更具成本效益的制造工艺。本发明的又一个优点在于，螺线管使得在单个工具中制造多材料粉末金属芯部成为可能。
本发明的其他目的、特征以及优点会显而易见，因为在阅读了结合附图的后续描述之后，它们会变得更易于理解。
附图说明
图1是根据本发明的螺线管致动阀的一个实施例的剖视图。
图2是图1所示螺线管致动阀的一部分的放大视图。
图3A是针对图2的部分的轴对称有限元分析(FEA)模型的半剖视图，以说明通过螺线管的线圈的磁通密度等值线和0.1安培的磁通线。
图3B是轴对称FEA模型的与图3A相类似的视图，以说明通过螺线管的线圈的磁通密度等值线和0.1安培的磁通线。
图4是对比现有技术的螺线管和图1所示螺线管致动阀的本发明的螺线管的增量电感的曲线图。
具体实施方式
现参照附图，其中，类似的附图标记用于指代类似的结构，除非另有指代，根据本发明的一个实施例的螺线管致动阀30在图1中示出，用于结合用于车辆(未示出)的自动变速器(未示出)而使用。该车辆包括发动机(未示出)，该发动机与自动变速器协配。该发动机产生旋转转矩，该旋转转矩选择性地转移至自动变速器，该变速器进而将旋转转矩转移至车辆的一个或多个车轮。应意识到的是，发动机和/或自动变速器可具有任何合适的类型，以足以产生并转移旋转转矩以驱动车辆的任何合适方式构造，而不会偏离本发明的范围。还应意识到的是，螺线管致动阀30可用在诸如混合动力传动系中的分动箱、锁止差速器或分离离合器中的任何系统中。进一步应意识到的是，螺线管致动阀30可用在需要调节系统的接合的其他应用中。
如图1中所示，螺线管致动阀30包括阀主体32和阀34。阀主体32包括一个或多个供给端口或流体端口36、通道38以及一个或多个计量区40，该通道是环形的并且轴向地延伸，且该一个或多个计量区是环形的并且沿着通道38设置。供给端口36流体地连接于通道38。阀34可滑动地设置在阀主体32的通道38中。阀34在形状上是圆柱形的并且轴向地延伸。阀34包括一个或多个计量端口42和通道44，该通道是环形的并且轴向地延伸。计量端口42流体地连接于通道44，以允许流体通过阀主体32中的控制端口46流向和流出受控装置(未示出)。阀主体32还包括一个或多个排放端口48，以将流体从受控装置中排出，用于降低控制压力。螺线管致动阀30还包括阀34上的保持器50和偏置弹簧52，该偏置弹簧设置在保持器50和阀主体32之间并且向上推抵于阀34上的保持器50。应意识到的是，阀34是一体的、单体的并且一件式的。还应意识到的是，阀34相对于阀主体32轴向地移动。进一步应意识到的是，阀34适合于控制加压液压流体在阀主体32的各端口之间的流动。
参照图1和图2，螺线管致动阀30还包括电子控制的螺线管或螺线管致动器(大体以54指示)，用以致动阀34来控制端口之间的液压流体压力和流动。螺线管54包括称为箱体或罐56的磁性壳体或框架。罐56通常由诸如低碳钢之类的软磁材料制成。螺线管54还包括安装在罐56内部的线轴58。线轴58通常由诸如塑料或其他聚合物材料之类的非磁性材料制成。线轴58具有缠绕在其上的主电磁线圈60，以在激励时产生磁场。线圈60由铜线制成。螺线管54进一步包括电气连接器62，用于与电磁线圈60和地面(未示出)连接。电气连接器62包括一个或多个电气端子(未示出)，以允许与控制源连接，该控制源控制线圈60的当前致动。应意识到的是，端子接收来自诸如电子控制器(未示出)的主驱动器(未示出)的数字控制信号。
螺线管54包括设置在罐56内的烧结粉末金属一件式芯部(大体以64指示)。芯部64包括磁极片66，该磁极片定位在线轴58内并且由线圈60围绕。磁极片66与罐56磁性地连接。芯部64还包括磁通管68，该磁通管部分地定位在线轴58内并且由线圈60围绕。磁通管68在形状上大体是圆柱形的且具有大体圆形横截面。磁通管68与磁极片66轴向地对准。磁通管68与罐56磁性地连接。磁通管68和磁极片66由非磁性磁通扼流圈70一体地连接。磁通扼流圈70将磁极片66与磁通管68轴向地隔开。磁通管68具有一体凸缘72，该一体凸缘与罐56磁性地连接。螺线管54包括磁通垫圈74，该磁通垫圈组装至磁极片66并且与罐56磁性地连接。应意识到的是，磁通垫圈74包含磁极面76。还应意识到的是，螺线管54具有磁通路径，该磁通路径由磁极片66、磁通管68、磁通垫圈74以及罐56构成。
烧结粉末金属一件式芯部64由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种非磁性材料构成。在一个实施例中，磁通扼流圈70由奥氏体不锈钢构成，且磁极片66和磁通管68由磷铁构成。在另一实施例中，磁通扼流圈70由奥氏体不锈钢构成，且磁通管68和磁极片66由钴铁构成。
螺线管56进一步包括电枢78，该电枢可滑动地设置在磁极片66和磁通管68的孔中，用以产生轴向致动力。电枢78在形状上大体是圆柱形的并且轴向地延伸。电枢78包括锥形分流器80，该锥形分流器构造成产生螺线管54的期望的力与位置和电流特性。可选地是，螺线管54可包括高磷化学镍材料的薄涂层、诸如木聚糖的含氟聚合物材料、或涂覆在电枢78上或磁极片66的内部或磁通管68的内部的其他非磁性材料。应意识到的是，磁通扼流圈70提供磁通管68与磁极片66的物理连接。还应意识到的是，磁通扼流圈70还提供从磁通管68贯穿磁极片66的连续孔，以使得电枢78的轴承表面能可滑动地进入和离开磁极片66。
在操作中，电子控制器(未示出)与螺线管致动阀30电气连通，以激活或激励螺线管54来致动阀34，或者停用或停止激励螺线管54来停止致动阀34，从而主动地控制流体流入和流出螺线管致动阀30。
参照图3A和图3B，螺线管54的轴对称有限元分析(FEA)模型的半剖视图示出通过螺线管54的线圈60的磁通密度等值线和0.1安培的磁通线。与现有技术的螺线管相比，几乎所有的磁体均通过电枢78，以使得其可用于产生可用的力。应意识到的是，较少磁通通过磁通扼流圈70。
参照图4，曲线86示出在电枢处于中间行程的情形下、作为电流的函数来对比现有技术螺线管和本发明螺线管54的增量电感。曲线86包括以毫亨利(mH)计的增量电感的垂直轴线88和以安培(amp)计的电流的水平轴线90。曲线86示出与现有技术相比针对螺线管54的较低增量电感。
已以说明性的方式描述了本发明。应理解地是，已使用的术语旨在具有描述性而非限制性的词语性质。
鉴于上文教示，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，在所附权利要求的范围内，本发明能以具体描述以外的方式实践。

Claims (15)

1.一种用于螺线管致动阀(30)的螺线管(54)，所述螺线管包括：
烧结粉末金属一件式芯部(64)，所述烧结粉末金属一件式芯部由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种非磁性材料构成；以及
可动电枢(88)，所述可动电枢设置在所述芯部(64)中并且具有锥形末端，以实现所需的力与位置和电流特性。
2.根据权利要求1所述的螺线管(54)，其中，所述电枢(88)涂覆有高磷化学镍镀层，以提供滑动轴承表面，并且提供所述电枢(88)的磁性材料与所述芯部(64)的所述磁性材料的物理隔离。
3.根据权利要求1所述的螺线管(54)，其中，所述电枢(88)涂覆有含氟聚合物涂层，以提供滑动轴承表面，从而提供所述电枢的磁性材料与所述芯部(64)的所述磁性材料的物理隔离。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的螺线管(54)，其中，所述烧结粉末金属一件式芯部(64)包括磁通管(68)、磁极片(66)以及磁通扼流圈(70)，所述磁极片与所述磁通管(68)轴向地隔开，且所述磁通扼流圈将所述磁通管(68)和所述磁极片(66)一体地连接在一起，其中，所述磁通扼流圈(70)由奥氏体不锈钢构成，且所述磁极片(66)和所述磁通管(68)由磷铁构成。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的螺线管(54)，其中，所述烧结粉末金属一件式芯部(64)包括磁通管(68)、磁极片(66)以及磁通扼流圈(70)，所述磁极片与所述磁通管(68)轴向地隔开，且所述磁通扼流圈将所述磁通管(68)和所述磁极片(66)一体地连接在一起，其中，所述磁通扼流圈(70)由奥氏体不锈钢构成，且所述磁通管(68)和所述磁极片(66)由钴铁构成。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的螺线管(54)，包括绕所述芯部(64)设置的线圈(60)。
7.根据权利要求6所述的螺线管(54)，包括连接于所述线圈(60)的至少一个端子(62)。
8.根据权利要求6所述的螺线管(54)，其中，所述线圈(60)由铜线制成。
9.根据权利要求6所述的螺线管(54)，包括绕所述线圈(60)设置的罐(56)。
10.一种用于螺线管致动阀(30)的螺线管(54)，所述螺线管(54)包括：
烧结粉末金属一件式芯部(64)，所述烧结粉末金属一件式芯部由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种弱磁性材料构成；以及
可动电枢(88)，所述可动电枢设置在所述芯部(64)中并且具有锥形末端，以实现所需的力与位置和电流特性。
11.根据权利要求10所述的螺线管(54)，其中，所述电枢(88)涂覆有高磷化学镍镀层，以提供滑动轴承表面并且提供所述电枢(88)的磁性材料与所述芯部(64)的所述磁性材料的物理隔离。
12.根据权利要求10所述的螺线管(54)，其中，所述电枢(88)涂覆有含氟聚合物涂层，以提供滑动轴承表面，从而提供所述电枢的磁性材料与所述芯部(64)的所述磁性材料的物理隔离。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的螺线管(54)，其中，所述烧结粉末金属一件式芯部(64)包括磁通管(68)、磁极片(66)以及磁通扼流圈(70)，所述磁极片与所述磁通管(68)轴向地隔开，且所述磁通扼流圈将所述磁通管(68)和所述磁极片(66)一体地连接在一起，其中，所述磁通扼流圈(70)由奥氏体不锈钢构成，且所述磁极片(66)和所述磁通管(68)由磷铁构成。
14.根据权利要求10-12中任一项所述的螺线管(54)，其中，所述烧结粉末金属一件式芯部(64)包括磁通管(68)、磁极片(66)以及磁通扼流圈(70)，所述磁极片与所述磁通管(68)轴向地隔开，且所述磁通扼流圈将所述磁通管(68)和所述磁极片(66)一体地连接在一起，其中，所述磁通扼流圈(70)由奥氏体不锈钢构成，且所述磁通管(68)和所述磁极片(66)由钴铁构成。
15.一种螺线管致动阀(30)，包括：
螺线管(54)；
阀主体(32)，所述阀主体连接于所述螺线管(54)并且与所述螺线管操作地相关联；
阀(34)，所述阀轴向地并且可滑动地设置在所述阀主体(32)内；
所述螺线管(54)包括烧结粉末金属一件式芯部(64)和可动电枢(88)，所述烧结粉末金属一件式芯部由一体地连接在一起的至少一种软磁材料和至少一种非磁性材料构成，所述可动电枢设置在所述芯部(64)中并具有锥形末端，以实现所需的力与位置和电流特性；以及
其中，所述烧结粉末金属一件式芯部(64)包括磁通管(68)、磁极片(66)以及磁通扼流圈(70)，所述磁极片与所述磁通管(68)轴向地隔开，且所述磁通扼流圈将所述磁通管(68)和所述磁极片(66)一体地连接在一起。
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