CN111271500B - 用于操纵阀的电磁执行器和具有电磁执行器的液压阀单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操纵阀的电磁执行器和具有电磁执行器的液压阀单元。电磁执行器具有用于操纵阀的执行构件，其中，执行构件可从中间位置移到第一端部位置和相对而置的第二端部位置中，其中，还存在两个永磁体，第一永磁体用于将执行构件无电流地保持在第一端部位置中，并且第二永磁体用于将执行构件无电流地保持在第二端部位置中，其中，如此地布置有第一弹簧，使得该第一弹簧将执行构件朝第二端部位置的方向推向中间位置，并且如此地布置有第二弹簧，使得该第二弹簧将执行构件朝第一端部位置的方向推向中间位置；液压阀单元具有至少一个流体管路，在该流体管路中布置有阀，以改变在该流体管路中的体积流，并且阀与上述执行器的执行构件连接。

Description

用于操纵阀的电磁执行器和具有电磁执行器的液压阀单元

技术领域

本发明涉及一种电磁执行器，其具有用于操纵阀的执行构件，其中，执行构件可从中间位置移到第一端部位置和相对而置的第二端部位置中，其中，还存在两个永磁体，其中，第一永磁体用于将执行构件无电流地保持在第一端部位置中，并且第二永磁体用于将执行构件无电流地保持在第二端部位置中。

背景技术

在现有技术中，基本上在旋转磁体和实施线性运动的纯粹的往复式磁体之间进行区分。

回转磁体还被称为旋转磁体。在此，就此而言，通常在“真正的”旋转磁体和所谓的往复-回转式磁体之间进行区分。不同于在“真正的”旋转磁体中的情况，在往复-回转式磁体中使用这种往复式磁体，其将短的往复运动转换成可在轴处获取的旋转运动。显然，轴则实现为执行构件。因此，往复-回转式磁体产生可在轴处获取的旋转运动。该运动在一定的角度内延伸并且实现在两个方向上。在此有单稳态和双稳态的实施方式。

为了阐述，针对往复式磁体要补充的是，其通常仅实施线性运动。在此，线性指的是，可运动的插入式铁芯被吸引到线圈中或推出线圈。在此，将每次线性运动用来产生旋转运动。通常，轴为杆件的延长部，其在有电流的情况下被吸引到线圈芯部中一小段。在该最小程度的向前运动的情况下，一种在杆件上的盖体迫使杆件旋转运动。这种盖体例如位于小的球体上，其中，球体在圆形的、凹陷的凹槽中运转。若要使杆件进入到线圈中，则在此必须使杆件稍许旋转。因此，除了轴的旋转运动，也还要执行小的轴向运动。

在汽车工业中，尤其在此在热管理领域中，对构造简单且具有成本效益的电磁执行器的需求不断增长。因此，在该技术领域中，目标是构建高效的液压阀单元和热管理模块，尤其“单向智能阀”。迄今常用的相当昂贵且复杂的液压阀单元(其通常安装到完整的变速器、直流电动机和位置传感机构执行器上)应由更便宜且更简单的单元来代替。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是改善开头提及类型的电磁执行器。在上述应用情况下，应当优化与尤其用于导引、调节或控制液压流(诸如冷却流体流，例如冷却水流)的转阀、阀或节流阀的共同作用。在此，应使用复杂程度较低且成本更为低廉的单元，然而其应和已知的久经考验的解决方案一样可靠。

根据本发明，在常规的电磁执行器中，上述技术问题由此解决：如此地布置有第一弹簧，使得其将执行构件朝第二端部位置的方向推向中间位置，并且如此地布置有第二弹簧，使得其将执行构件朝第一端部位置的方向推向中间位置。本发明既可在旋转磁体的情况下实现，也可在往复式磁体的情况下实现。此时，电磁执行器可以用作简单的热管理模块/具有三点切换逻辑的单向智能阀的驱动器，和/或可以在往复式磁体情况下用于无能耗地保持在三个预定的状态中。

有利的是，绕组、弹簧、永磁体以及他们的布置方案如此设计，使得一方面在电流流经绕组时引起执行构件朝第一端部位置的方向移位，其中，执行构件由第一永磁体的磁力捕获，以进行移位和/或保持，并且在另一方面在电流的相反流经方向的情况下引起执行构件朝第二端部位置的方向的移位，其中，执行构件由第二永磁体的磁力捕获，以进行移位和/或保持。因此，可以节能地实现执行构件从中间位置朝第一端部位置或第二端部位置的方向的有针对性的、即取决于电流的流经方向的移位，并且还仅仅持续至第一永磁体或第二永磁体的磁力捕获执行构件为止。最终，仅短暂地需要电流脉冲，以便使执行构件从其中间处的第三稳态位置(在该位置中，执行构件由弹簧来保持)移位，即移位到使得执行构件进入两个永磁体之一的磁力的范围内。一旦执行构件进入两个永磁体之一的磁力范围内，永磁体朝一端部位置或另一端部位置的方向吸引执行构件，然后将执行构件稳定且无能耗地保持在该端部位置中。因此，中间位置是在两个端部位置之间的中间位置。

为了满足相应的应用目的，有利的是，执行器构造有作为三稳态的旋转磁体的可转动的执行构件，或者执行器构造有作为三稳态的往复式磁体的可线性移位的执行构件。根据结构空间和应用，此时可实现最佳的解决方案。

若弹簧构造为扭转弹簧或弓形弹簧，例如弯曲的螺旋(压力)弹簧，或者构造为线性弹簧，例如直线型的螺旋(压力)弹簧，优选地在共同/同心的对称轴线和纵向轴线的情况下，则可通过并行布置的弹簧/由此构造的弹簧组迫使执行构件与磁力无关地运动到中间位置/稳态中间位置中，为此无须额外的电流流动或无须额外的电流持久地流动。最终仅须短时施加电脉冲，以便使执行构件从两个端部位置之一移出，从而相应的永磁体的磁力被弹力覆盖，并且因此引起执行构件进入到中间位置中。

在此，两个弹簧优选地如此设计，即，零交出现在中间位置中，更确切地说第一弹簧和/或第二弹簧具有平的弹簧特征曲线，以便在中间位置中实现零交。

为了在结构上实现根据本发明的原理，已经证实为有利的是，一方面存在相对弹簧固定的第一止挡件，其设计用于接触执行构件并且在第一端部位置的一侧止挡相对壳体固定的中间止挡件，并且另一方面存在相对弹簧固定的第二止挡件，其设计用于接触执行构件并且在第二端部位置的一侧止挡中间止挡件。以这种方式正确且精确地占据中间位置。即使在变化的液压负荷的情况下，也避免了否则可能出现的围绕中间位置的摆动。因此，这种明确限定的中间止挡件优于没有在几何上明确限定的中间止挡件的实施方式。因此，中间止挡件有利于补偿构件公差和变化的液压力。尽管如此，若两个弹力的合力以平缓的梯度通过零交，则在此电磁吸引力应相对很小，在此同样是有利的。

在另一实施方式中已经证实为有利的是，在例如构造为磁转子或磁杆的执行构件处构造或固定有配合止挡件，其设置并且如此确定尺寸，以接触弹簧的止挡件。此时可高效利用中间止挡件的优点。

最后，本发明还涉及一种液压阀单元，其具有至少一个流体管路，在该流体管路中布置有阀，以用于改变或调节/控制流体管路的体积流，其中，阀与根据本发明的类型的三稳态的磁致执行器的执行构件连接。

为了优化向中间位置的行进，还可将电流消耗包含在内。尽管如此，应避免完整的位置传感机构，并且仅仅执行位置检查。考虑到温度、电压、负荷以及老化补偿，可以针对不同的运行点应用控制矩阵。在此，可通过来自第二线圈的电压大小、电压时长以及制动脉冲来改变控制信号。所述中间位置可通过力来限定，并且不必以几何限定的方式通过弹簧预载水平来实现。

另一有利的实施方式的特征在于，存在于第一端部位置的一侧的永磁体施加的力大于或小于由第一弹簧调节的力。

因此，最后，本发明一方面涉及构造三稳态的电磁旋转磁体，并且另一方面涉及构造三稳态的往复式磁体。

因此可以说，三稳态的旋转磁体的发明利用了双稳态的旋转磁体的优势，并且其通过两个转动作用的扭转弹簧和一个中间止挡件来扩展，以便执行构件/调节器或与调节器/转阀连接的部件可以没有能耗地固定在中间位置中。通过本发明实现，除了双稳态的旋转磁体的两个端部止挡位置，此时同样还可无能耗地以限定的方式保持中间位置。

因此，存在磁转子，其承载磁体的旋转运动并且必要时还承担与实际的转阀本体的连接。在磁转子处悬附有磁杆，其在中间位置中有两个弓形弹簧置于两侧，在该中间位置中，弓形弹簧通过其各自的预载防止杆、转子的位置受到来自液压系统的外部力矩的影响。若力的情况很突出，则可确定由两侧作用的中间位置预载大于旋转磁体的存在于中间位置附近的回位倾向。回位倾向理解为执行构件想要靠近端部止挡件的动作。

永磁体呈现出稳态力，以保持在相应的端部止挡位置中。预载的大小如此选择，使得附加作用的液压负荷总体上没有引起不期望的调整。为了离开中间位置，仅需旋转磁体的激活脉冲。根据激活的方向，旋转磁体根据其力矩曲线从中间位置朝期望的端部止挡件的方向旋转。

可看出，自某旋转角度起，在移去主动转矩时，由集成的永磁体的磁作用引起的旋转磁体的被动转矩达到比参与的弓形弹簧的回位力更高的力矩水平。自该时刻或旋转位置起，可省去力矩的主动激活，并且磁转子和磁杆连同联接的转阀仅经由永磁体的作用来继续驱动，以便到达端部止挡件。由此来实施切换到可行的三种状态中的第二状态中。

为了到达三种状态中的第三状态，即，向相对而置的端部止挡件行进，可以通过类似的方式来进行，即，以相应相反的方向来致动旋转磁体。弓形弹簧力矩已经在至中间位置的“一半的路径”上完全接管朝向中间位置的回位。

此外，由弓形弹簧和中间止挡件/端部止挡件构成的单元甚至不必在液压转阀区域之外进行，而是还可在其湿区中来实施。因此，可在热管理模块壳体/单向智能阀壳体和转阀本体之间放置弓形弹簧。此时，相应的止挡几何结构不必安放在实际的执行器、例如旋转稳定的旋转磁体的区域中。

在本发明一方面实现为三稳态的旋转磁体时，另一方面可实现为三稳态的往复式磁体。因此，可以说，使用了两个永磁体以及一附加的弹簧组。通过两个永磁体和一弹簧组的共同作用，可实现将执行构件无能耗地保持在两个端部位置和一中间位置中。通过两个励磁线圈，可使这两者主动离开永磁地保持的两个端部位置。在此，永磁体和励磁线圈的巧妙的设计是有意义的。

此外，应实现一中间止挡件，其为附加的预定的第三中间位置。为此，需要两个压力弹簧，其安装在壳体中，使得他们能够实现作用在磁杆件上的一定的预载水平。弹簧根据行程方向、因此从中间朝第一端部位置或第二端部位置的方向由集成在磁杆中的带动件带动，并且根据其弹簧特征曲线被压缩。在此，相应未参与的压力弹簧以其基本预载“存放”在壳体中，并且通过相应在朝向端部止挡件行进的一侧的弹簧来“激活”。由此可通过设计在壳体中的中间止挡位置实现预定的第三中间状态。该状态由于弹簧预载的两侧的作用而没有能耗地得到保持。抵抗该预载水平地，中间止挡位置对外部负荷几乎免疫/有自保持力。相比于通过形状配合明确限定并且可无功地(blind)朝向两个端部止挡位置行进，中间止挡件更确切地说“作用力式地”来限定，并且应以一定的智能性来行进，以免超过该中间止挡件。

在此，执行构件通过第一永磁体的永磁力减去第一弹簧的最大弹簧预载无能耗地保持在第一端部位置中。为了朝向中间止挡件行进，应使在第一端部止挡件/第一端部位置中起作用的、由励磁线圈引起的力增大。在此，在没有完整的位置传感机构的情况下，有利于及时终止第一励磁线圈的相应的力的激发/产生，以便“停留”在中间止挡件中，并且没有行进超过中间止挡件，或者甚至进入第二永磁体的引力场中，这将意味着占据第二端部位置，这通常在调整过程中是不希望的。

然而，为了保证这一点，存在控制技术上的手段和模型，其确保“无功地”朝向中间止挡件行进。朝向中间止挡件的成功的行进可通过出于OBD2诊断原因所需要的位置操纵来完成。在此，有意义的是取消完整的位置传感机构，并且可仅仅通过电接触、光信号等等实现三个明确的状态(第一端部位置、中间位置和第二端部位置)中的有效的状态反馈。

为了朝向第二端部位置行进，应为第一励磁线圈通电，以便产生力，该力克服第二弹簧的弹簧预载并且将磁杆移入第二永磁体的作用场中，此时第二永磁体的力应足以使得执行构件克服第二弹簧的弹簧预载和其他负荷无能耗地保持在第二端部位置中。

从第二端部位置朝中间止挡件的方向并且继续朝第一止挡件的方向的整个运动以类似于上文提到的方式来进行，除了为此只利用第二励磁线圈代替第一励磁线圈外。中间止挡件的智能操控是有利的，然而没有动用整个位置传感机构。然而，应将相应其他的、未使用的励磁线圈用作制动器，以防驶过中间止挡件。在此，如果根据相应的状态评估电流信号，在此可产生改善，评估和利用电流信号，以安全到达中间止挡件，但刚好没有驶过中间止挡件。因此，以这种方式可实现功能扩展，其在汽车工业中迫切需要。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本发明。在此，示出了不同的两种实施方式。其中：

图1示出了旋转磁体的形式的根据本发明的电磁执行器的示意性的工作原理，其中，执行构件布置在中间位置中，

图2示出了图1的电磁执行器，其中，执行构件无电流地保持在第一端部位置中，

图3示出了图1的电磁执行器，其中，执行构件无电流地保持在第二端部位置中，

图4示出了根据本发明的液压阀单元，其采用图1至图3的电磁执行器，

图5示出了另外的根据往复式磁体的形式的电磁执行器的实施方式，

图6示出了根据图5的实施方式，其中，示出了图5的电磁执行器，在其中执行构件无电流地保持在第一端部位置中，

图7示出了图5的电磁执行器，在其中执行构件保持在第二端部位置中，并且

图8示出了根据本发明的液压阀单元的第二实施方式，在其中安装有图5至图7的电磁执行器。

附图仅仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件设有相同的附图标记。各实施方式的特征可互换。

具体实施方式

在图1中示出了电磁执行器1的第一实施方式。电磁执行器1具有执行构件2。执行构件2可具有磁转子3和磁杆4。在中间位置5两侧的是端部位置6。在第一端部位置7和第二端部位置8之间进行区别。在第一端部位置7的区域中有第一端部止挡件9。在第二端部位置8的区域中有第二端部止挡件10。相邻于两个端部位置6布置有未示出的两个永磁体。永磁体如此布置和设计，使得他们适合于将执行构件2无电流地保持在相应的第一端部位置7或第二端部位置8中。

在将图1中未示出的绕组激活、也就是说使得电流流经绕组后，可以选择性地实现执行构件2朝第一端部位置7或第二端部位置8的方向的移位。移向两个端部位置6中的哪一者取决于在产生电脉冲期间的电流方向。

由电流引起的力仅用于引起执行构件2从中间位置5朝两个永磁体之一的吸引方向的运动。在此，克服采用两个弹簧12、13的弹簧组11的弹力。在此，弹簧组11的第一弹簧12和第二弹簧13设计为弓形弹簧。

在中间位置5的区域中还设置有中间止挡件14。在弹簧12和13的面向执行构件2的一侧处相应存在止挡件15和16。因此，第一弹簧12具有止挡件15，并且第二弹簧13同样具有止挡件，然而该止挡件用附图标记16来指代。止挡件15和16可在根据图1示出的位置中接触中间止挡件14和在执行构件2处的配合止挡件17。

弹簧12和13相对于壳体固定地保持在固定区域18处。在如图2所示的状态中，电磁执行器1处于其第一稳态位置中。执行构件2最大程度地向左、即朝第一端部位置7的方向移位。配合止挡件17贴靠止挡件15，并且止挡件15贴靠第一止挡件9。第二弹簧13以如此程度松弛，即通过止挡件16保持在中间止挡件14处。第一弹簧12明显地被压缩。

图3示出了电磁执行器1的切换到其第二稳态位置中的状态。在此，执行构件2最大程度地向右、即朝第二端部位置8的方向移位。在此，第二弹簧13被压缩，并且第一弹簧12尽可能松弛。

回到图1，应说明的是，在此占据第三稳态位置。第三稳态位置为中间位置，即，执行构件2布置在中间位置5中的位置。执行构件2在各稳态位置之间的移位取决于电流脉冲，即，通过一个或多个绕组的短时电流。在此，绕组按照线圈的形式来实施，并且可根据需要在一个或另一方向上有电流流经。

按照由图1至图3示出的旋转磁体的形式的电磁执行器1的原理用在液压阀单元19中，液压阀单元19用作热管理模块。通过输入接管20例如可将导热流体(例如水或油或这些组成部分的流体混合物)朝输出接管21的方向导引。根据如图1至图3所示的三稳态的旋转磁体的形式的电磁执行器1法兰式安装在壳体23的端侧22处。在此，执行构件2与转阀轴24连接。在此，转阀25可在第一端部位置7和第二端部位置8(在图4中未示出)之间来回移位。密封部26避免朝电磁执行器1的方向的液体泄露。电磁执行器1具有插头27，以便供给电流。在执行构件2和转阀轴24之间存在轴-插头连接部28。因此，取决于脉冲电流的产生，转阀25可占据三个稳态位置，即，完全打开、完全闭合和半开半合的状态。

根据本发明的原理可以在采用图1至图4的实施方式的三稳态的旋转磁体的情况下实现，也可在根据图5至图8的实施方式借助三稳态的往复式磁体来实现。然而，此时执行构件2不实施旋转运动，而是实施线性运动。执行构件2又具有配合止挡件17，其设置成与第一止挡件15配合。在此，止挡件15设置在第一弹簧12处。配合止挡件17同样可接触第二止挡件16，该第二止挡件安置在第二弹簧13处。两个弹簧12和13形成弹簧组11。

为了实现中间位置5，还设置有中间止挡件14。中间止挡件14相对于壳体固定地安置。例如，孔板或阀座限定端部位置6，即第一端部位置7。例如，止挡件板限定另一端部位置6，即，第二端部位置8。

在图6中，执行构件2到达第一端部位置7，而在图7中示出的状态中，执行构件2到达其第二端部位置8中。

在第一和第二稳态位置中，未示出的两个永磁体之一相应将杆状的执行构件2无电流地保持在示出的位置中。在图5中，由于弹簧12和13施加的力而占据第三稳态位置。在此，永磁体的磁力不起作用，或者至少没有大到能克服弹力。

在三个稳态位置之间的有针对性的移位如阐述的那样通过短时电流脉冲引起。

根据三稳态的往复式磁体的类型的电磁执行器1的发明原理在根据图8的液压阀单元19的根据本发明的另一实施方式中实现。在此，存在第一磁体绕组29和第二磁体绕组30。在此，同样此时示出了两个永磁体31、32。

可很好地看出的是，阀盘33止挡在第一端部止挡件9处。该状态类似于在图6中示出的状态。

附图标记列表

1 电磁执行器

2 执行构件

3 磁转子

4 磁杆

5 中间位置

6 端部位置

7 第一端部位置

8 第二端部位置

9 第一端部止挡件

10 第二端部止挡件

11 弹簧组

12 第一弹簧

13 第二弹簧

14 中间止挡件

15 止挡件

16 止挡件

17 配合止挡件

18 固定区域

19 液压阀单元

20 输入接管

21 输出接管

22 端侧

23 壳体

24 转阀轴

25 转阀

26 密封部

27 插头

28 轴-插头连接部

29 第一磁体绕组

30 第二磁体绕组

31 第一永磁体

32 第二永磁体

33 阀盘

Claims (7)

1.电磁执行器(1)，其具有用于操纵阀的执行构件(2)，其中，所述执行构件(2)能从中间位置(5)移到第一端部位置(7)和相对而置的第二端部位置(8)中，其中，还存在第一永磁体(31)和第二永磁体(32)，并且在此，所述第一永磁体(31)用于将所述执行构件(2)无电流地保持在所述第一端部位置(7)中，并且所述第二永磁体(32)用于将所述执行构件(2)无电流地保持在所述第二端部位置(8)中，其特征在于，如此地布置有第一弹簧(12)，使得所述第一弹簧将所述执行构件(2)朝所述第二端部位置(8)的方向推向所述中间位置(5)，并且如此地布置有第二弹簧(13)，使得所述第二弹簧将所述执行构件(2)朝所述第一端部位置(7)的方向推向所述中间位置(5)。

2.根据权利要求1所述的电磁执行器(1)，其特征在于，绕组、所述弹簧(12、13)、所述永磁体(31、32)以及他们的布置如此设计，使得一方面在电流流经所述绕组时引起所述执行构件(2)朝所述第一端部位置(7)的方向的移位，其中，所述执行构件(2)由所述第一永磁体(31)的磁力捕获，以进行移位和保持，并且另一方面在所述电流的反向流经方向情况下引起所述执行构件(2)朝所述第二端部位置(8)的方向的移位，其中，所述执行构件(2)由所述第二永磁体(32)的磁力捕获，以进行移位和保持。

3.根据权利要求1所述的电磁执行器(1)，其特征在于，所述执行器(1)构造有作为三稳态的旋转磁体的能转动的执行构件(2)，或者构造有作为三稳态的往复式磁体的能线性移位的执行构件(2)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁执行器(1)，其特征在于，所述弹簧(12、13)构造为弓形弹簧或线性弹簧。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁执行器(1)，其特征在于，存在相对弹簧固定的第一止挡件(15)，所述第一止挡件设计用于接触所述执行构件(2)并且在所述第一端部位置(7)一侧止挡相对壳体固定的中间止挡件(14)，并且存在相对弹簧固定的第二止挡件(16)，所述第二止挡件设计用于接触所述执行构件(2)并且在所述第二端部位置(8)一侧止挡所述中间止挡件(14)。

6.根据权利要求5所述的电磁执行器(1)，其特征在于，在所述执行构件(2)处构造有配合止挡件(17)，所述配合止挡件设置用于接触所述弹簧(12、13)的止挡件(15、16)。

7.液压阀单元(19)，其具有至少一个流体管路，在所述流体管路中布置有阀，以改变所述流体管路中的体积流，其中，所述阀与根据上述权利要求中任一项所述的执行器(1)的执行构件(2)连接。