CN109936275A - 用于电磁致动器的防闭锁阻尼垫片 - Google Patents

Abstract

电磁致动器，包括电枢和防饱和阻尼垫片。电枢可滑动地致动且包括中心孔，该中心孔提供沿电枢的纵向流体连通。防饱和阻尼垫片构造成既抑制电磁致动器内电枢的致动，又防止电枢与其他磁性物件非期望的接触。

Description

用于电磁致动器的防闭锁阻尼垫片

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年12月18日提交的题为“Anti-Saturation and Damping Shimfor an Electromagnetic Actuator(用于电磁致动器的防饱和阻尼垫片)”的美国临时专利申请第62/607,184号并要求其优先权，该申请的全部内容通过参考纳入本文。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

背景技术

电磁致动器通常包括在壳体内围绕可动电枢定位的线圈。可将电流施加至线圈，以产生磁场，该磁场可接着相对于壳体致动(即移动)可动电枢。通常，在壳体内布置有极片，以引导由线圈产生的磁场并影响由可动电枢的致动提供的输出力。在一些情形中，极片内电枢的致动可导致意外的阀打开和阀关闭。此外，在许多情形中，电枢可与另一磁性结构接触，从而可能导致不期望的磁性闭锁。

发明内容

本公开提供了一种防闭锁阻尼垫片，其构造成既抑制电磁致动器内电枢的致动，又防止电枢与其他磁性物件非期望的接触。

一方面，本发明提供了一种用于电磁致动器的垫片。该电磁致动器包括电枢，该电枢具有中心孔，该中心孔提供过程流体纵向通过电枢的流体连通。该垫片包括凸缘和上部，凸缘具有上表面、下表面和外表面，上部延伸远离凸缘的上表面且构造成接合电枢的中心孔。垫片还包括突出部和至少一个阻尼切口部，突出部轴向远离下表面突出，至少一个阻尼切口部从外表面起径向向内延伸至至少部分地位于上部内的位置。

另一方面，本发明提供了一种与过程流体流体连通的电磁致动器。该电磁致动器包括电枢，该电枢被可滑动地接纳且可选择性地致动。电枢包括中心孔，该中心孔提供纵向通过电枢的流体连通。该电磁致动器还包括垫片，该垫片具有凸缘，该凸缘具有上表面、下表面和外表面。该垫片还包括上部、突出部和阻尼切口部，上部延伸远离凸缘的上表面且构造成接合电枢的中心孔，突出部轴向远离下表面突出，阻尼切口部从外表面径向向内延伸至至少部分地位于上部内的位置。

本发明的前述和其他方面以及优点会从以下说明书中显现出来。在说明书中参考了构成说明书一部分的附图，且附图中以说明方式示出本发明的优选实施例。然而这种实施例并不必然地代表本发明的全部范围，因此要参照权利要求书和本文来解释本发明的范围。

附图说明

在关注下面本发明的详细描述后，将会更好地理解本发明，且前述以外的特征、方面和优势会变得更清楚。该详细描述将参考以下附图。

图1为根据本公开的一个方面的电磁致动器的示意图。

图2为根据本公开的一个方面的防闭锁阻尼垫片的左前方俯视立体图。

图3为图2所示防闭锁阻尼垫片的右侧视图。

图4为图2所示防闭锁阻尼垫片的俯视图。

图5为图4所示防闭锁阻尼垫片沿线5－5剖得的剖视图。

图6为根据本公开的一个方面的另一防闭锁阻尼垫片的俯视图。

图7为根据本公开的一个方面的另一防闭锁阻尼垫片的俯视图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的一个方面的电磁致动器10。电磁致动器10可包括电枢18，电枢18设置在电枢腔体24内，电枢腔体24布置在壳体25内部。电磁致动器10可为构造成用于各种可控制阀的任何类型的电磁致动器。例如，在一些构造中，电磁致动器10可附加地包括至少部分地布置在壳体25内的一个或多个极片(未示出)。此外，在一些构造中，电磁致动器10还可包括围绕非磁性线筒(未示出)缠绕且设置在壳体25内的线圈。应理解到，所示壳体25可包括多个部件(例如，线圈、线筒、一个或多个极片等)，所有这些部分都至少部分地布置在壳体25内，但这些部件出于图示目的而被隐藏。通常，在应用中，电枢腔体24可由布置在壳体25内的部件限定。例如，一个或多个极片可结合以形成腔体，电枢18可被可滑动地接纳在该腔体内。替代地，电枢18可能被可滑动地接纳在薄壁电枢管内，该薄壁电枢管限定电枢腔体24。

如典型的致动器那样，围绕线筒缠绕的线圈可布置在壳体25内，以便当组装时，线圈围绕电枢18延伸。在一些构造中，线圈可与电源(未示出)和控制器(未示出)连通。因而，线圈可构造成产生磁场，由此向电枢18施加力，且由此允许电枢18可沿轴向在电磁致动器10的电枢腔体24内选择性地移动。由线圈产生的力和磁场的量级可由施加至线圈的电流的量级确定。由此，在一些构造中，控制器可构造成向线圈以期望的量级选择性地施加电流，以在电枢18上施加预定的力。替代地或附加地，控制器可构造成控制施加至线圈的电流的方向，且由此控制电枢响应于所生成的磁场移动的方向。

电枢18可由磁性材料(例如，磁性钢、铁、镍等)制成。电枢18可包括中心孔40，该中心孔40纵向延伸通过电枢18。中心孔40可包括上部48和彼此轴向分离的垫片接合部分50。上部48可从电枢18的顶表面52起朝向电枢18的底表面54延伸。垫片接合部分50可从上部48起径向向外延伸，使得中心孔40的垫片接合部分50限定比上部48更大的直径。垫片接合部分50可包括成角度的表面56和垫片接合表面58。成角度的表面56可能以非垂直的角度从上部48远离电枢18的中心轴线47朝向垫片接合表面58延伸。如下文将论述的，垫片接合表面58的尺寸可定为接合垫片19。

电枢18可响应于由线圈的磁场产生的力而在电枢腔体24内在一个或多个位置之间选择性地轴向移动。在所示非限制性示例中，电枢18和防闭锁阻尼垫片19两者都同轴地(即围绕电枢18的中心轴线47)设置。

在一些应用中，电磁致动器10可联接至控制阀体37，控制阀体37包括可滑动地布置在其中的致动元件70(例如，滑阀)。电枢18可构造成经由布置在电枢18与致动元件70之间的垫片19使致动元件70位移。如本文中将描述的，垫片19可联接至电枢18且接触致动元件70，以将电枢18的运动传递至致动元件70。一般地，垫片19可构造成防止例如电枢18与另一磁性部件(例如，控制阀体37)之间的磁性接触，并提供并控制提供至电枢18和致动元件70的阻尼量。

现参考图2－5，垫片19可由非磁性材料(例如，塑料或非磁性金属)制成，且可包括凸缘60、上部62和阻尼切口部64。凸缘60可限定形成于上表面65、下表面66与周向外表面67之间的环形形状。下表面66可包括突出部68，突出部68构造成接合控制阀体37的致动元件70(图1中所示)。如所示的，突出部68限定远离下表面66轴向突出的球根形形状。在一些其他构造中，突出部68可限定另一合适形状，用以接合给定环境中的对应致动元件。

上部62可远离凸缘60的上表面65轴向延伸，且可限定大致圆筒形。如图2－5中所示，上部62包括凹陷表面74，该凹陷表面74凹入上部62的上表面76中，使得凹陷表面74与凸缘60的上表面65大致共面。上部62还可包括圆角部78和倒角部80。圆角部78可围绕上部62的圆筒形的周界设置在上部62的外表面82与凸缘60的上表面65之间的交界处。倒角部80可围绕上部62的圆筒形的周界设置在上部62的上表面76与外表面82之间的交界处。

如图4中所示，阻尼切口部64可延伸通过上部62和凸缘60两者的一部分。例如，阻尼切口部64可从外表面67径向向内延伸至至少部分地位于上部62内的位置。由此，在一些构造中，阻尼切口部64至少部分地径向延伸进入上部62中。阻尼切口部64可包括由圆整的内壁86连接的成对的侧壁84。该成对的侧壁84可相对于彼此成角度，使得每个侧壁84沿径向远离圆整的内壁86延伸。圆整的内壁86可形成弧段，该弧段限定圆形的一部分。圆整的内壁86还可布置成且尺寸定成使得每个侧壁84相对于圆整的内壁86大致切向地延伸。

上部62还可包括内突出部88，内突出部88径向地延伸进入由上部62中的凹陷表面74形成的腔体中。在所示构造中，内突出部88总体上与圆整的内壁86的位置径向对齐。内突出部88可允许上部62的壁厚在阻尼切口部64处或附近保持基本上类似于远离阻尼切口部64处的壁厚。在一些构造中，垫片19可使用模制或锻造工艺来制造。在这些构造中，由上部62限定的大致恒定的壁厚可通过模制或锻造工艺期间的收缩和材料流动辅助而成。

在组装时，垫片19可布置成使得上部62插入电枢18的垫片接合部分50中，且凸缘60与电枢18的底表面54接合，如图1中所示。在一些构造中，上部62和电枢18的垫片接合部分50的尺寸可定成提供电枢18与垫片19之间的压配。在任何情形中，一旦垫片19的上部62被插入垫片接合部分50中，则垫片19就可被保留在电枢18的垫片接合部分50内。垫片19保留在电枢18内可防止垫片19在组装后从电枢18掉出。

将参考图1描述一种非限制性应用，其中，电磁致动器10可整合入控制阀中。所示的控制阀体37和致动元件70作为示例提供而绝不表示限制。本领域技术人员将理解到，所公开的包括电枢18和垫片19的电磁致动器10可用于任何合适的控制阀。

在许多示例中，控制阀体37可由磁性材料制成。由此，在该环境中，当电枢18被致动朝向控制阀体37时，如果电枢18要与控制阀体37接触，则电枢18将变得与其磁性地附连且使电枢18与控制阀体37之间的磁通路径磁性地饱和。垫片19的凸缘60可防止电枢18在运行期间与控制阀体37接触。以此方式，可防止电枢18与控制阀体37之间的直接接触，且可维持电枢18与控制阀体37之间的磁性“气隙”，从而抑制电枢18与控制阀体37之间的磁性闭锁。

应理解到，在其他电磁致动器或其他控制阀设计中，垫片19可防止电枢18与致动器10的磁性回路内的另一部件之间的磁性接触。

此外，在运行中，控制阀体37可与过程流体(例如，油)流体连通，且控制阀体37内的致动元件70可响应于电枢18的轴向移动而被致动。在一些构造中，致动元件70的致动可选择性地提供和/或抑制控制阀体37的一个或多个端口(未示出)之间的流体连通。

在一些构造中，过程流体可连通至电枢腔体24中。在这些构造中，过程流体可作用成在电枢18的致动期间提供阻尼。例如，如果电枢18在电枢腔体24中(从图1中的视角)被轴向向上致动，则由于电枢18被封围在电枢腔体24内，故而被捕获在电枢18后面(即，相邻于顶表面52)的过程流体可被迫使通过中心孔40朝向控制阀体37。类似地，如果电枢18朝向控制阀体37被轴向致动，则捕获在电枢18的前面(即，相邻于底表面54)的过程流体可被迫使通过中心孔40朝向电枢18的顶表面52。

由此，可由垫片19提供阻尼控制。具体地，阻尼切口部64与电枢18之间的相互作用可控制由垫片19向电枢18提供的阻尼量。垫片19的外表面82可接合电枢18的垫片接合表面58，以便在其间形成密封部。类似地，垫片19的凸缘60的上表面65可接合电枢18的底表面54，以便在其间形成辅助密封部。然而，在运行中，可仅需要形成于外表面82与垫片接合表面58之间的主密封部来形成垫片19与电枢18之间的密封部(即，迫使所有流体流动通过阻尼切口部64)。此外，垫片19被压入电枢18中的深度不影响垫片19的阻尼特性。

如所示的，通过垫片19布置在电枢18的垫片接合部分50内，行进通过电枢18的过程流体流被迫使进入并轴向通过限定于垫片19的阻尼切口部64与电枢18的垫片接合表面58之间的流动路径。即，当过程流体从电枢18下方朝向顶表面52流动或相反地流动时，过程流体在阻尼切口部64与垫片接合表面58之间流动通过有效流动面积92(参见图4)。有效流动面积92可为限定于阻尼切口部64与由垫片接合表面58所限定的外径(在图4中由虚线弧段94表示)之间的面积。由此，可部分地通过阻尼切口部64的尺寸控制阻尼效应。

在一些构造中，由有效流动面积92限定的最小面积可控制由垫片19提供的电枢18上的阻尼的量。即，有效流动面积92可形成于阻尼切口部64与垫片接合表面58之间的径向间隙中，并轴向地延伸至垫片19的上表面76。由有效流动面积92限定的面积可随着其在阻尼切口部64与垫片接合表面58之间轴向延伸而变化。一般地，由有效流动面积92限定的最小面积可发生在垫片19的凸缘60的上表面65轴向上方(从图1中的视角)的轴向位置处。因此，控制提供至电枢18的阻尼量的电枢18与垫片19之间的几何形状的相互作用可形成于垫片19的凸缘的上表面65轴向上方(从图1中的视角)的位置处。

在一些构造中，由电枢18与垫片19之间的相互作用(即有效流动面积92)提供的阻尼效应可通过以下方法来进一步控制：包括多个阻尼切口部，由此提供多个轴向流动路径并增加由垫片19提供的有效流动面积。例如，参考图6和7，示出了可替代垫片19使用的垫片119和垫片219。垫片119、219基本上类似于垫片19，且由此，相似的部件用100多和200多的相似的附图标记来标示。

参考图6，垫片119可包括成对的相反的阻尼切口部164。该成对的相反的阻尼切口部164可在形状上基本上类似于垫片19的阻尼切口部64，但可比阻尼切口部64更大。即，圆整的内壁186限定的曲率半径大于圆整的内壁86的曲率半径。然而，该成对的侧壁184可类似地相对于彼此成角度，使得每个侧壁184沿径向远离圆整的内壁186延伸。同样，圆整的内壁186可布置成使得每个侧壁184相对于圆整的内壁186切向地延伸。类似于垫片19，当垫片119布置在电枢18的垫片接合部分50内时，过程流体流被迫使在限定于阻尼切口部164与电枢18的垫片接合部分50的垫片接合表面58之间的流动路径中轴向流动。在图6中示出了这些流动路径的有效流动面积192，其中，电枢18的垫片接合表面58同样由虚线弧段94表示。由于附加的阻尼切口部164和阻尼切口部164的更大的尺寸，总有效流动面积(即，每个有效流动面积192的组合)基本上大于垫片19的有效流动路径面积92。由此，过程流体可能以比垫片19更大的流速流动通过垫片119，因而将由垫片119向电枢18提供的阻尼效应控制至与垫片19不同(例如，与之相比减小)的等级。

参考图7，垫片219可包括三个均匀隔开的阻尼切口部264。阻尼切口部264可在尺寸和形状方面类似于垫片119的阻尼切口部164。同样，每个阻尼切口部264的成对的侧壁284可类似地相对于彼此成角度，使得每个侧壁284沿径向远离圆整的内壁286延伸。类似地，圆整的内壁286可布置成使得每个侧壁284相对于圆整的内壁286切向地延伸。类似于垫片19、119，当垫片219布置在电枢18的垫片接合部分50内时，过程流体流被迫使轴向流动通过限定于阻尼切口部264与电枢18的垫片接合表面58之间的流动路径。在图7中示出了这些流动路径的有效流动路径面积292，其中，电枢18的垫片接合表面58同样由虚线弧段94表示。由于附加的阻尼切口部264，总有效流动路径面积(即，每个有效流动路径面积292的组合)大于垫片119的总有效流动路径面积(即，每个有效流动面积192的组合)。由此，过程流体可能以比垫片119更大的流速流动通过垫片219，因而将由垫片219向电枢18提供的阻尼效应控制至与垫片19和119不同(例如，与之相比减小)的等级。

应理解到，本文中公开的各种垫片19、119、219意在为示例性的而绝不表示限制。例如，尽管示出了具有一个、两个和三个阻尼切口部的垫片，但其他垫片可包括多于三个阻尼切口部。此外，阻尼切口部64、164、264的相应尺寸意于为示例性的。例如，可设置小于阻尼切口部64的尺寸的阻尼切口部，以允许上述布置在电磁致动器10内的垫片的增加的阻尼效应。替代地或附加地，大于阻尼切口部164、264的尺寸的阻尼切口部可设置成允许进一步减小的阻尼效应。

附加地，所示阻尼垫片119、219被示出为具有多个阻尼切口部164、264，每个阻尼切口部具有相似尺寸。在其他实施例中，可针对给定的运行条件根据期望提供具有不同尺寸的多个阻尼切口部的阻尼垫片。此外，所示阻尼垫片119、219被示出有多个阻尼切口部164、264，这些阻尼切口部围绕对应的垫片119、219的周界均匀地隔开。在其他实施例中，可针对给定的运行条件根据期望提供围绕垫片的周界具有不均匀地隔开的多个阻尼切口部的阻尼垫片。

在本说明书中，实施例以能够写下清楚且精确的说明的方式来描述，但其意在、且会被理解，实施例可有各种结合或拆分而不脱离本发明。例如，应理解本文所述的所有优选的特征可应用于本文所描述的发明的所有方面。

因而，尽管已结合具体实施例和示例描述了本发明，但本发明不必然如此受限制，并且各种其他实施例、示例、使用、对各实施例、示例和使用的修改和改变意在由所附的权利要求所包含。本文所引用的各个专利和公开的全部内容以参见的方式纳入本文，就像每个专利或公开单独地以参见方式纳入本文那样。

在以下的权利要求书中阐述本发明的各特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于电磁致动器的垫片，所述电磁致动器包括电枢，所述电枢具有中心孔，所述中心孔提供过程流体纵向通过电枢的流体连通，所述垫片包括：

凸缘，所述凸缘包括上表面、下表面和外表面；

上部，所述上部延伸远离所述凸缘的所述上表面且构造成接合所述电枢的所述中心孔；以及

至少一个阻尼切口部，所述至少一个阻尼切口部从所述外表面径向向内延伸至至少部分地位于所述上部内的位置。

2.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，在所述至少一个阻尼切口部与所述电枢的所述中心孔之间限定有有效流动面积，且所述有效流动面积控制提供至所述电枢的阻尼量。

3.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，还包括突出部，所述突出部轴向突出远离所述下表面。

4.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，所述至少一个阻尼切口部延伸通过所述上部和所述凸缘两者。

5.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，所述至少一个阻尼切口部包括通过圆整的内壁连接的成对的侧壁。

6.根据权利要求5所述的垫片，其特征在于，所述成对的侧壁相对于彼此成角度，使得所述成对的侧壁中的每个侧壁相对于所述凸缘沿径向远离所述圆整的内壁延伸。

7.根据权利要求6所述的垫片，其特征在于，所述圆整的内壁可布置成且尺寸定为使得每个所述侧壁相对于所述圆整的内壁切向地延伸。

8.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，所述至少一个阻尼切口部包括多个阻尼切口部。

9.根据权利要求8所述的垫片，其特征在于，所述多个阻尼切口部尺寸基本相同。

10.根据权利要求8所述的垫片，其特征在于，所述多个阻尼切口部围绕所述垫片的周界均匀地隔开。

11.一种与过程流体流体连通的电磁致动器，所述电磁致动器包括：

电枢，所述电枢能被滑动地接纳并选择性地致动，其中，所述电枢包括中心孔，所述中心空提供纵向通过所述电枢的流体连通；以及

垫片，所述垫片包括：

凸缘，所述凸缘包括上表面、下表面和外表面；

上部，所述上部延伸远离所述凸缘的所述上表面且构造成接合所述电枢的所述中心孔；以及

阻尼切口部，所述阻尼切口部从所述外表面径向向内延伸到至少部分地位于所述上部内的位置。

12.根据权利要求11所述的电磁致动器，其特征在于，在所述阻尼切口部与所述电枢的所述中心孔之间限定有有效流动面积，所述有效流动面积控制提供至所述电枢的阻尼量。

13.根据权利要求12所述的电磁致动器，其特征在于，所述阻尼切口部从所述上部的顶表面通过所述凸缘的下表面延伸通过所述垫片。

14.根据权利要求12所述的电磁致动器，其特征在于，所述上部被压配到所述电枢的所述中心孔中，使得，在将所述上部插入所述中心孔中时，所述垫片被保持在所述电枢的所述中心孔中。

15.根据权利要求14所述的电磁致动器，其特征在于，所述上部的外表面接触所述中心孔的内表面，由此提供所述垫片与所述电枢之间的局部密封部。

16.根据权利要求15所述的电磁致动器，其特征在于，所述垫片与所述中心孔之间的所述局部密封部构造成仅允许所述过程流体在所述阻尼切口部与所述中心孔的所述内表面之间流动，由此减小了所述过程流体的所述有效流动面积。

17.根据权利要求11所述的电磁致动器，其特征在于，当所述上部接合所述中心孔时，所述垫片构造成使得所述过程流体沿轴向流动通过所述垫片。

18.根据权利要求11所述的电磁致动器，其特征在于，所述垫片还接合致动元件，所述致动元件能被滑动地接纳在控制阀体内。

19.根据权利要求18所述的电磁致动器，其特征在于，所述垫片的所述凸缘构造成防止在所述电枢的致动期间所述电枢与所述控制阀体之间的直接接触。

20.根据权利要求18所述的电磁致动器，其特征在于，所述垫片包括突出部，所述突出部轴向突出远离所述下表面，且所述突出部构造成与所述致动元件接合。