CN110891835B - 用于液压制动系统的双稳态的电磁阀以及用于操控这种阀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液压制动系统的双稳态电磁阀，所述电磁阀具有导向套筒，上部的和下部的不可动的极芯固定地布置在所述导向套筒中并且闭锁元件可移动地布置在所述导向套筒中，其中，所述闭锁元件在关闭运动期间挤压到阀座中并且在打开运动期间从阀座上抬起，并且所述闭锁元件与永磁体固定地相连接，其中，所述永磁体定位在下部的和上部的极芯之间，并且线圈组围绕所述导向套筒定位并且基本上包围所述导向套筒，其中，所述电磁阀的特征在于，所述线圈组包括至少两个线圈，其中，所述线圈组设计成，借助于所述至少两个线圈的激活驱动闭锁元件的运动。

Description

用于液压制动系统的双稳态的电磁阀以及用于操控这种阀的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于液压制动系统的双稳态的电磁阀，其具有导向套筒，不可动的上部的极芯和下部的极芯固定地布置在导向套筒中并且闭锁元件可移动地布置在导向套筒中，其中，所述闭锁元件在关闭运动期间挤压到阀座中并且在打开运动期间从阀座上抬起，并且闭锁元件与永磁体固定地连接，其中，所述永磁体定位在下极芯和上极芯之间，并且线圈组围绕导向套筒定位并且基本上包围导向套筒，其中，电磁阀的特征在于，线圈组包括至少两个线圈，其中，线圈组设计成，借助于激活至少两个线圈来实现驱动闭锁元件的运动。
背景技术
在液压单元中，电磁阀的任务是保持压力介质或排出压力介质。典型地，液压单元由多个电磁阀组成。在机动车的ABS/TCS/ESP系统中的电磁阀(MV)中，对于关闭的状态提出确定的对密封性的要求，该密封性与在系统中的MV的相应的任务相关。阀通常设计成，根据功能在无电流的切换状态中实现持续位置(例如断电“关闭”)并且仅仅在短时间运行上为阀通电(例如通电“打开”)。
从现有技术中此外已知双稳态的阀，该阀在两个切换位置中无电流地实现持续位置并且仅仅为在持续位置之间的切换过程通电。例如，为此应参考专利文献DE 10 2006061 947。
发明内容
反之，根据本发明的阀和根据本发明的方法能够有利地在低温时也实现双稳态的电磁阀的高动态性能的且有效的切换。
根据本发明的用于液压制动系统的双稳态电磁阀，电磁阀具有导向套筒，不可动的上部的极芯和下部的极芯固定地布置在导向套筒中并且闭锁元件可移动地布置在导向套筒中，其中，闭锁元件在关闭运动期间挤压到阀座中并且在打开运动期间从阀座上抬起，并且闭锁元件与永磁体固定连接，其中，永磁体定位在下部的极芯和上部的极芯之间，并且线圈组围绕导向套筒定位并且基本上包围导向套筒，其中，电磁阀的特征在于，线圈组包括至少两个线圈，其中，线圈组设计成，借助于激活至少两个线圈实现驱动闭锁元件的运动。
在此应理解成，电磁阀具有两个极芯，永磁体定位在极芯之间。在此，极芯在其位置中固定地被限定并且永磁体可在极芯之间轴向运动。在此，永磁体固定地与电磁阀的闭锁元件相连接。为此，也称为密封元件的闭锁元件用于在第一位置中释放在阀座上的通过部并且由此打开阀，或者在第二位置中锁止在阀上的通过部并且由此关闭阀。电磁阀是双稳态的。这意味着，可在不持续通电的情况下将闭锁元件保持在这两个不同的位置中(也就是说，在关闭的位置中以及打开的位置中)。在双稳态的阀中，通过对线圈通电仅仅实现切换状态的切换。例如，通过磁性力将闭锁元件保持在相应关闭的或打开的位置中。在这种情况中，阀或闭锁元件在打开位置中通过永磁体保持在上部的极芯上。以相似的方式，阀、确切的说闭锁元件在关闭位置中通过永磁体保持在下部的极芯上。有利地，由此可实现高效能地将阀保持在相应的位置中。
通过闭锁元件的运动实现在两个稳定的位置之间变换。为此，分别以限定的电压为线圈通电。通过为线圈通电，产生磁场。两个极芯例如由具有铁磁的性能的材料组成。因此，磁场使上部的和下部的极芯极化。由于其暂时的磁化，上部的和下部的极芯对永磁体产生影响，从而使与其相连接的闭锁元件运动到期望的位置中。闭锁元件自身由不可磁化的材料、尤其是塑料组成。应注意的是，如已经阐述的那样，电磁阀具有上部的极芯，下部的极芯和具有磁体部件的闭锁元件。由此以及由继续的描述表明，电磁阀不具有以传统方式的电枢。
例如，具有相连接的永磁体的闭锁元件(在组件的相应位置中和两个线圈通电时)由下部的极芯推开并且被上部的极芯吸引。或者备选地在另一次对两个线圈充电时，闭锁元件被上部的极芯推开并且被下部的极芯吸引。在使用具有多于两个线圈的线圈组时，通过线圈中的两个产生这种效应。备选地也可设想的是，通过线圈组中的多个，直至所有线圈实现该效应，其中，如此设计线圈组，使得线圈以有利的方式共同作用以实现期望的结果。
在具体的设计方案中，相反地缠绕上部的线圈和下部的线圈。通过以相同方向为两个线圈通电，产生两个不同地定向的磁场。此时，上部的线圈的磁场将更近的上部的极芯在第一定向上磁化。下部的线圈的磁场同时将更近的下部的极芯在相反的定向上磁化。例如，上部的极芯的磁化吸引永磁体的向上指向的磁性的北极。同时，下部的极芯的磁化推开永磁体的向下指向的磁性的南极。即，线圈组设计成，通过激活线圈驱动闭锁元件的运动。在此，例如对两个线圈通电，这两个线圈都对闭锁元件产生磁通量并且由此使闭锁元件运动。由此，显著提高了运动过程的动态和效率。用于车辆，例如用于机动车，尤其是用于乘用车的液压制动系统理解成液压制动系统。
有利地，通过所描述的阀的结构，即使在低温时实现高动态性能的切换。同样，仅仅还需要短的电流脉冲以进行切换。在现代化车辆中这是尤其有利的。由此，得到高效的阀。这种效应对其他组件也有广泛影响。即，例如需要，或实现明显更小的线圈。由此，可再次减少铜的投入，并且进而降低成本。此外，也可省去尤其是在控制器中的散热件，或者至少将其实施成更小。除了更高的效率之外，电磁阀的突出之处也在于其简单性。例如，实现了具有很少组件的非常简单的结构。这带来成本适宜地且优化资源地制造。也可实现在更小的结构空间方面的优点。
在一种有利的实施方式中，双稳态的电磁阀的特征在于，线圈分别促使闭锁元件从第一位置运动到第二位置中以及从第二位置运动到第一位置中。
这理解成，在相应地通电时，第一线圈不仅辅助闭锁元件从第一到第二位置中的运动，而且在另一次通电时，辅助从第二位置到第一位置中的运动。同样，在相应地通电时，例如第二线圈不仅辅助闭锁元件从第一到第二位置中的运动，而且在另一次通电时，辅助闭锁元件从第二到第一位置中的运动。第一位置例如可理解成，阀通过闭锁元件坐在阀座上关闭。当阀通过闭锁元件偏移二而打开时，可理解成第二位置。由此，从第一到第二位置中的运动是打开运动。从第二位置到第一位置中的运动相应于关闭运动。在一种有利的设计方案中，所描述的对运动的辅助理解成通过每个线圈实现闭锁元件的运动。由此，有利地，可实现阀的高动态的切换。
在一种可能的设计方案中，双稳态的电磁阀的特征在于，至少两个线圈共同地引起闭锁元件从第一位置到第二位置中的运动以及从第二位置到第一位置中的运动。
这理解成，激活多个(或者同样所有存在的)用于阀的打开过程的线圈，并且这些线圈分别对闭锁元件有影响。相似地，激活用于关闭过程的线圈，并且该线圈同样分别对闭锁元件有影响。例如(当存在两个线圈时)为两个线圈通电并且通过产生的磁场作用到闭锁元件上。在此，应明确指出的是，线圈分别对闭锁元件具有可区分的影响，例如第一线圈(通过上部的极芯的磁化)将吸引的磁性力作用到与闭锁元件相连接的永磁体的磁性的北极上，并且第二线圈(通过下部的极芯的磁化)将推出的磁性力作用到其磁性的南极上。由此得到的两个线圈的效应可为相同的，尤其是实现闭锁元件的运动。在此，基本上同时激活两个线圈。同样，激活的持续时间基本上是相同的。有利地，由此可实现更小的阀。这在安装的状态中节省了结构空间，并且在制造时节省了材料成本、尤其是铜。
在一种优选的实施方式中，双稳态的电磁阀的特征在于，如此构造线圈组，使得第一线圈的第一次限定的激活引起由上部的极芯推开永磁体，并且第二线圈的第一次限定的激活引起由下部的极芯吸引永磁体，并且第一线圈的第二次限定的激活引起上部的极芯推开永磁体，并且第二线圈的第二次限定的激活引起下部的极芯吸引永磁体。
概念线圈的激活尤其是理解成以限定的电流方向和电压等通电。例如，以限定的正的电压进行第一次限定的激活，而以限定的负的电压进行第二次限定的激活。有利地，由此实现有效的电磁阀，在其中，仅仅需要短的电流脉冲以进行切换。
在备选的改进方案中，双稳态的电磁阀的特征在于，所述线圈沿电磁阀的轴向方向依次定位。
这理解成，线圈沿闭锁元件的运动方向布置。由此，在闭锁元件运动时，实现闭锁元件与线圈的不同距离。在此，线圈可设计成线圈组并且表示可预装配的组件。例如，预装配的线圈组可被推到导向套筒上。有利地，由此得到阀的简单的结构。同样，由此有助于阀的成本适宜的制造。
在一种有利的设计方案中，双稳态的电磁阀的特征在于，线圈产生不同指向的磁场。
这理解成，线圈组构造成，产生不同的磁场。例如，两个线圈可产生两个不同指向的磁场。尤其是，设置错位180°的磁场；即，在其中，磁性的北极和南极交换。有利的，由此实现了高动态的切换。
在一种可行的实施方式中，双稳态的电磁阀的特征在于，线圈具有不同指向的缠绕方式。
这理解成，不同地缠绕线圈组的线圈。例如，两个邻近的线圈具有不同的缠绕方式。缠绕方式尤其是在其缠绕方向上彼此不同。当在施加限定的相同的电压时产生不同指向的磁场时，应理解成两个线圈的不同指向的缠绕方向。有利地，由此实现了电磁阀的简单的结构。
在一种优选的改进方案中，双稳态的电磁阀的特征在于，线圈是能独立操控的。
这理解成，阀和/或线圈组设计成，可单独地操控单个线圈。例如，为每个单个线圈设置接触部。有利地，由此以简单的操控实现高动态的切换。
在备选的实施方式中，永磁体将闭锁元件在第一静态的位置中保持在下部的极芯上，并且在第二静态的位置中保持在上部的极芯上。
根据本发明，此外设置一种用于控制用于液压制动系统的双稳态的电磁阀的方法，该电磁阀具有导向套筒，不可动的上部的极芯和下部的极芯固定地布置在导向套筒中并且闭锁元件可移动地布置在导向套筒中，其中，闭锁元件在关闭运动期间挤压到阀座中并且在打开运动期间从阀座上抬起，并且闭锁元件与永磁体固定连接，其中，永磁体定位在下部的极芯和上部的极芯之间，并且线圈组围绕导向套筒定位并且基本上包围导向套筒，该方法的特征在于，线圈组包括至少两个线圈，其中，借助于激活至少两个线圈来实现驱动闭锁元件的运动。
概念激活线圈理解成，操控线圈。可借助于以限定的电压、电流强度和极性通电进行操控。在此规定，激活线圈组的至少两个线圈。因此，例如在两个激活的线圈的影响下实现闭锁元件的运动。由此，有利地，可实现高动态性能的切换以及高效的切换。
在一种有利的实施方式中，该方法的特征在于，激活至少两个线圈以便将闭锁元件从第一位置引入第二位置中。这理解成，共同地激活线圈，以实现闭锁元件的运动。有利地，由此也可在小的线圈下实现高的功率。由此，可节省材料成本、例如铜。
在一种可行的改进方案中，用于控制双稳态的电磁阀的方法的特征在于，基本上同时激活至少两个线圈；和/或至少两个线圈的操控时间基本上同样长。有利地，在低温下可实现阀的高动态性能的切换。
在一种优选的实施方式中，用于控制双稳态的电磁阀的方法的特征在于，当线圈的缠绕指向相同时，以相反的电流方向激活线圈，和/或当线圈的缠绕指向相反时，以相同的电流方向激活线圈。
这理解成，设置用于阀的结构设计及其操控的不同方案。有利地，阀的结构和控制相互协调。有利地，由此可实现简单的总方案。以尤其有利的方式，在相反地缠绕线圈时，以相同的电流方向和强度操控两个线圈。为此可设想的是，此外用于两个线圈的一个接触部就足够了。相反地，两个线圈的不同的通电导致结构成本增加，尤其是在接触部方面，但是也实现了每个单个线圈的独立操控。
在一种可行的改进方案中，用于控制双稳态的电磁阀的方法的特征在于，在打开运动期间和/或关闭运动期间如此改变至少两个线圈中的至少一个线圈的操控，从而减小闭锁元件在相应的极芯上的冲击脉冲。
这理解成，通过在闭锁元件的运动期间改变操控，可改善噪声性能。在切换时，电磁阀产生噪声，当通过对磁性线圈通电关闭气隙并且电枢撞到极芯上时，产生该噪声。由于磁性力随着气隙的减小超比例地增加，在撞上的时刻加速度最大。通过撞击脉冲引起的咔咔噪声被车辆制造商认为是干扰的。该设计方案实现了避免或至少部分地减小所描述的效应。通过相应地操控两个磁性线圈，在运动的电枢撞到极芯上之前，产生与运动方向相反的力，该力使电枢制动并且由此减小或者甚至防止撞击脉冲。通过不同的操控时间、极性和电流强度，可定义为不同的电磁阀和应用目的匹配的用于NVH优化的解决方案。在此也可设想，在相反方向上为线圈通电，以产生磁性力，该磁性力与闭锁元件的当前运动反作用，以在撞击之前快速减弱闭锁元件的运动。在此，操控的变化仅仅涉及线圈中的一个。也可设想操控多个线圈或者在运动过程期间改变所有线圈。
附图说明
应指出的是，在描述中单独阐述的特征能以任意的、技术上合理的方式相互组合并且给出本发明的其他设计方案。从根据附图对实施例的描述中得到本发明的其他特征和适宜性。
其中：
图1示出了根据本发明的实施方式的双稳态的电磁阀的示意性的截面视图；以及
图2示出了根据本发明的实施方式在不同地通电时的作用力和运动的原理图；以及
图3示出了用于控制根据本发明实施方式的双稳态的电磁阀的方法的图示。
具体实施方式
图1示出了双稳态的电磁阀的示意性的截面视图。在此，电磁阀1具有导向套筒2。上部的极芯5和下部的极芯6锚固在导向套筒2中。此外，闭锁元件3可动地定位在导向套筒2中。由永磁体9组成的磁体组件与闭锁元件3固定连接。为此，永磁体9被喷铸到闭锁元件3上。此外，存在线圈组7。线圈组7由两个线圈7'和7”组成。两个线圈7'和7”通过绝缘部8彼此分离。线圈组7在此围绕导向套筒2定位。在该实施方式中，线圈7被推到导向套筒2上。线圈7在整个圆周上包围导向套筒2。如此选择或者说调整线圈7的长度或者说上部的极芯5和下部的极芯6的位置，即，线圈7至少部分地包围上部的极芯5和下部的极芯6。极芯5、6由于其功能也被称为磁场导体。在此，极芯5、6分别伸到线圈组7的从属的励磁线圈7'、7”中并且在其长度的一部分上填充励磁线圈7'、7”。闭锁元件3在下部的位置中密封地与阀座4共同作用。在从该位置中偏移时，闭锁元件3释放阀座4，并且实现液压介质的流动，如在图1中示出的那样。在此，闭锁元件3穿过在下部的极芯6中的孔并且被引导穿过该孔。
图2示出了在不同地通电时作用力和运动的原理图。在此，左侧的图示出了在对两个线圈7'和7”第一次通电时的磁场和作用力。在所示出的实施方式中，相反地缠绕两个线圈。在此，借助于将限定的第一(例如正的)电压施加到第一线圈7'上，产生极化的磁场。例如，所示出的椭圆形线示出了磁感线M。通过该磁场，也使上部的极芯5磁化。通过将限定的第一(例如正的)电压施加到第二线圈7”上，同样产生极化的磁场。例如，示出的椭圆形线示出了磁感线M”。通过该磁场，使下部的极芯6磁化。由于相反的缠绕，同样产生的磁场相反。同样，上部的极芯5和下部的极芯6的磁化方向相反。极芯的磁化(以及通过线圈7'和7”产生的磁场)导致与永磁体9相互作用。例如，通过极化地磁化的下部的极芯6推开永磁体9(或例如下部的磁性的南极)。同时，通过极化地磁化的上部的极芯5吸引永磁体9(或例如上部的磁性的北极)。由此，得到轴向可动的永磁体的以及与其固定连接的闭锁元件3到上部位置中的运动。通过向上指向的箭头示出了该力以及由此引起的运动。在取消对线圈7'和7”通电之后，闭锁元件3也通过永磁体9的磁性力保持在上部的位置中。由此，电磁阀1位于稳定的打开状态中。
此外，图3的右侧示图示出了在第二次通电时的磁场和作用力。在此，借助于将限定的第二(例如负的)电压施加到第一线圈7'上，产生与第一次限定的电压相反地极化的磁场。同样，通过将限定的第二(例如负的)电压施加到第二线圈7”上，同样产生与第一次限定的电压相反地极化的磁场。所示出的椭圆形的线示出了示例性的磁感线。以与至此的描述相似的方式，通过相反地极化地磁化的上部的极芯5吸引永磁体9(准确地说下部的磁性的南极)。同时，通过相反地极化地磁化的下部的极芯6推出永磁体9(准确地说上部的磁性的北极)。由此，得到轴向可动的永磁体9以及与其固定连接的闭锁元件3到下部位置中的运动。在取消对线圈7'和7”通电之后，闭锁元件3也通过永磁体9的磁性力保持在下部的位置中。由此，电磁阀1位于稳定的关闭状态中。
此外，图3示出了用于控制根据本发明的实施方式的双稳态的电磁阀的方法的图示。在此，在第一步骤S1中，在第一位置中借助于磁性力将闭锁元件保持在极芯上。为此，闭锁元件例如具有永磁体。在第二步骤S2中，基本上同时激活第一和第二线圈。在相反地缠绕线圈时，通过以相同方向通电激活两个线圈。由此，在两个线圈中产生不同地定向的磁场。该磁场导致极芯的磁化。在步骤S3中，这导致闭锁元件从第一位置运动到第二位置中。如果达到期望的第二位置，在步骤S4中取消激活两个线圈。紧接着，此外借助于磁性力将闭锁元件保持在第二极芯上。

Claims (12)

1.一种用于液压制动系统的双稳态的电磁阀(1)，该电磁阀具有：
导向套筒(2)，不可动的上部的极芯和下部的极芯(5、6)固定地布置在所述导向套筒中并且闭锁元件(3)可移动地布置在所述导向套筒中，其中，所述闭锁元件(3)在关闭运动期间挤压到阀座(4)中并且在打开运动期间从阀座(4)上抬起，并且所述闭锁元件(3)与永磁体(9)固定连接，其中，所述永磁体(9)定位在下部的极芯和上部的极芯(5、6)之间；以及
线圈组(7)，所述线圈组围绕所述导向套筒(2)定位并且基本上包围所述导向套筒，其特征在于，
所述线圈组(7)包括至少两个线圈(7'、7")，其中，所述线圈组(7)设计成，借助于激活所述至少两个线圈(7'、7")实现驱动闭锁元件(3)的运动，
其中如此构造所述线圈组(7)，使得第一线圈(7')的第一次限定的激活引起由上部的极芯(5)推开永磁体(9)，并且第二线圈(7")的第一次限定的激活引起由下部的极芯(6)吸引永磁体(9)，并且第一线圈(7')的第二次限定的激活引起上部的极芯(5)推开永磁体(9)，并且第二线圈(7")的第二次限定的激活引起下部的极芯(6)吸引永磁体(9)。
2.根据权利要求1所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，所述线圈(7'、7")分别促使所述闭锁元件(3)从第一位置运动到第二位置中以及从第二位置运动到第一位置中。
3.根据权利要求1所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，至少两个线圈(7'、7")共同地引起所述闭锁元件(3)从第一位置到第二位置中的运动和从第二位置到第一位置中的运动。
4.根据权利要求2所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，至少两个线圈(7'、7")共同地引起所述闭锁元件(3)从第一位置到第二位置中的运动和从第二位置到第一位置中的运动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，所述线圈(7'、7")沿所述电磁阀(1)的轴向方向依次定位。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，所述线圈(7'、7")产生不同地指向的磁场。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，所述线圈(7'、7")具有不同地指向的缠绕方式。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的双稳态的电磁阀(1)，其特征在于，所述线圈(7'、7")是能独立操控的。
9.一种用于控制用于液压制动系统的双稳态的电磁阀(1)的方法，所述电磁阀具有：
导向套筒(2)，不可动的上部的极芯和下部的极芯(5、6)固定地布置在所述导向套筒中并且闭锁元件(3)可移动地布置在所述导向套筒中，其中，所述闭锁元件(3)在关闭运动期间挤压到阀座(4)中并且在打开运动期间从阀座(4)上抬起，并且所述闭锁元件(3)与永磁体(9)固定连接，其中，所述永磁体(9)定位在下部的极芯和上部的极芯(5、6)之间；以及
线圈组(7)，所述线圈组围绕所述导向套筒(2)定位并且基本上包围所述导向套筒，其特征在于，
所述线圈组(7)包括至少两个线圈(7'、7")，其中，借助于激活所述至少两个线圈(7'、7")实现驱动闭锁元件(3)的运动，
其中如此构造所述线圈组(7)，使得第一线圈(7')的第一次限定的激活引起由上部的极芯(5)推开永磁体(9)，并且第二线圈(7")的第一次限定的激活引起由下部的极芯(6)吸引永磁体(9)，并且第一线圈(7')的第二次限定的激活引起上部的极芯(5)推开永磁体(9)，并且第二线圈(7")的第二次限定的激活引起下部的极芯(6)吸引永磁体(9)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基本上同时激活至少两个线圈(7'、7")和/或至少两个线圈(7'、7")的操控时间基本上相同。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，当线圈(7'、7")的缠绕指向相同时，以相反的电流方向激活线圈(7'、7")；和/或当线圈(7'、7")的缠绕指向相反时，以相同的电流方向激活线圈(7'、7")。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在打开运动期间和/或关闭运动期间如此改变所述至少两个线圈(7'、7")中的至少一个线圈(7'、7")的操控，从而减小所述闭锁元件(3)在相应的极芯(5、6)上的冲击脉冲。
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