CN116951156A - 电磁阀组件和操作电磁阀组件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了电磁阀组件和操作电磁阀组件的方法，该电磁阀组件控制流体流动，诸如电动车辆、内燃发动机和/或混合动力车辆中的流体流动。电磁阀组件可以包括外壳、绕线管、线圈、本体、极靴、电枢、弹簧、初级密封件、次级密封件以及电连接件。在关闭状态中，弹簧向下推动电枢抵靠本体，由此关闭初级密封件。在打开状态中，电流被提供给线圈，线圈产生电磁场和磁通量，该电磁场和磁通量抵抗弹簧力将电枢向上磁性地吸引和拉动到极靴，使得初级密封件被打开。低间隙、延伸长度的次级密封件与初级密封件结合使用。电磁阀组件可以采用峰值保持技术来将初级密封件保持在打开状态，但要在汲取最小量的电流同时这样做。

Description

电磁阀组件和操作电磁阀组件的方法

相关申请

本申请要求于2022年4月27日提交的美国临时申请第63/335,282号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种阀组件，并且更具体地涉及一种用于控制流体(包括液体或气体)的流动的电磁阀组件。

背景技术

典型的车辆包括一个或更多个液压系统，一个或更多个液压系统控制流体(诸如液压流体、传动流体、油和/或其他流体和润滑剂等)的流动。这样的液压系统通常采用多个电磁阀，多个电磁阀中的每一个包括电控螺线管，电控螺线管具有磁性地吸引到固定极靴的滑动电枢。

虽然此类系统和阀通常是已知的，但是可能令人期望的是提供一种改进的电磁阀，该改进的电磁阀可以使流体泄漏最小化，并且汲取最小量的电流。

发明内容

根据一个示例，提供了一种用于控制流体流的电磁阀组件，该电磁阀组件包括：外壳；绕线管和线圈，绕线管和线圈至少部分地被外壳围绕，线圈被配置成当电流流动穿过线圈时建立电磁场；本体，该本体至少部分地被线圈围绕，本体包括上部分、下部分、轴向孔以及第一端口和第二端口；极靴，该极靴固定地位于本体的轴向孔内，极靴包括铁磁材料；电枢，该电枢滑动地位于本体的轴向孔内，电枢包括铁磁材料；弹簧，该弹簧被偏压成推动极靴和电枢分开，极靴和电枢被配置成当建立电磁场时抵抗弹簧的偏压而彼此磁性地吸引；初级密封件，初级密封件位于第一端口和第二端口之间，初级密封件包括初级密封表面和初级密封座，当初级密封件打开时，第一端口和第二端口彼此流体连通，并且当初级密封件关闭时，第一端口和第二端口彼此流体隔离；以及次级密封件，次级密封件建立在电枢的外表面与本体的轴向孔的内表面之间的滑动结合部处，其中次级密封件是低间隙的、延伸长度的密封件。

根据各种实施例，电磁阀组件可以单独地或以任何技术上可行的组合具有以下特征中的任何一个或更多个：

-本体的上部分用作电磁芯并且包括切口，切口位于沿着本体的外表面的轴向位置处并且有助于在本体内建立间隔开的磁极；

-本体的下部分用作结构套筒并且包括连接至第一端口的径向通路以及连接至第二端口的轴向通路，径向通路是围绕下部的至少一区段的周向地延伸的、并且与第一端口流体连接的流体通路或通道，轴向通路是在下部分的至少一区段内轴向延伸的、并且与第二端口流体连接的流体通路或通道；

-本体进一步包括位于电枢的外表面与本体的内表面之间的径向凹槽，径向凹槽环周向地围绕电枢并且是压力定心凹槽，以便将电枢保持在同心对准并且提供径向平衡的设计；

-极靴包括上部分、具有闩锁表面的下部分以及封闭的轴向孔，弹簧至少部分地位于极靴的封闭的轴向孔内；

-下部分的闩锁表面是周向地围通向闭合的轴向孔的开口的环形表面，当建立电磁场时，闩锁表面磁性地吸引电枢并且将电枢朝向极靴拉动；

-闩锁表面设置为没有任何镀层、表面涂层或表面层，以与电枢的对应的闩锁表面产生更紧密的金属与金属界面，从而使相对的闩锁表面之间的物理间隔最小化；

-本体或极靴中的一个包括环形密封通道和内部环形密封件，内部环形密封件位于环形密封通道内并且仅利用内部环形密封件来密封电磁阀组件内的内部流体网络；

-电枢包括上部分和下部分，上部分具有闩锁表面，上部分的闩锁表面被磁性地吸引到极靴，并且当建立电磁场时，将上部分的闩锁表面朝向极靴拉动；

-电枢的上部分进一步包括接纳弹簧的端部的突出的凸台，电枢的轴向孔延伸穿过该突出的凸台，使得加压流体可以流动穿过电枢并且流入到位于电枢与极靴之间的空间中；

-电枢的上部分进一步包括接纳弹簧的端部的开口，电枢的轴向孔延伸穿过开口，使得加压流体可流动穿过电枢并流入到位于电枢与极靴之间的空间中；

-初级密封座是位于本体的下部分的内肩部上的周向表面，初级密封表面是位于电枢的下部分上的周向表面，初级密封座和初级密封表面一起形成角在锥面上的金属密封件；

-初级密封座具有圆锥形状，圆锥形状具有设置成30°-50°(包括端值)的角度的倒角，并且初级密封表面具有0.1mm-0.3mm(包括端值)半径的圆角；

-次级密封件的每侧上的径向间隙小于0.10mm，使得次级密封件为低间隙；

-次级密封件的总轴向长度大于15mm，使得次级密封件具有延伸长度；

-次级密封件是简单的金属至金属滑动密封件并且不包括任何密封环、压力块或其他非金属的密封部件；

-电枢的下部分的接合表面具有与电枢的上部分的闩锁表面相似的面积，以便提供轴向平衡的设计，当加压流体被引入电磁阀组件的内部网络中时，轴向平衡的设计引起施加在接合表面上的轴向力抵消施加在闩锁表面上的轴向力；以及

-电磁阀组件被配置成使得：在峰值阶段期间，第一量的电流传导穿过线圈并且极靴的闩锁表面磁性地吸引电枢的闩锁表面，使得闩锁表面彼此接触并且打开初级密封件，以及在峰值阶段之后的保持阶段期间，第二量的电流传导穿过线圈，并且闩锁表面继续彼此接触，使得初级密封件保持打开，其中，第二量的电流小于第一量的电流。

根据另一个示例，提供了一种操作电磁阀组件的方法，该方法包括以下步骤：在峰值阶段期间，第一量的电流传导穿过线圈并且引起极靴的闩锁表面磁性地吸引电枢的闩锁表面，使得闩锁表面彼此接触并且打开初级密封件；以及在峰值阶段之后的保持阶段期间，第二电流的传导穿过线圈，并且引起闩锁表面继续彼此接触，使得初级密封件保持打开，其中，第二量的电流小于第一量的电流，并且保持阶段的持续时间大于峰值阶段的持续时间。

根据多个实施例，操作电磁阀组件的方法可以具有以下步骤：

-在峰值阶段期间的第一量的电流为0.5安培至1.5安培(包括端值)，以及在保持阶段期间的第二量的电流为0.1安培至0.4安培(包括端值)，并且第二量的电流小于第一量的电流的一半。

附图说明

以下将结合附图描述优选实施例，其中相同的标记表示相同的元件，并且其中：

图1是马达冷却系统的示意图，除其他装置之外，该马达冷却系统还包括电磁阀组件的示例；

图2是图1的电磁阀组件的截面视图，其中电磁阀组件处于关闭状态；

图3是图1的电磁阀组件的截面视图，其中电磁阀组件处于打开状态；

图4是可以与图1的电磁阀组件一起使用的电枢的另一个示例的放大截面视图；以及

图5是图示了电磁阀组件随着在x轴上的时间以及在y轴上的电流和流速的操作的时序图。

具体实施方式

本文公开了一种电磁阀组件，该电磁阀组件可以控制流体(包括气体或液体)的流动。电磁阀组件特别适合于控制在用于电动车辆、内燃发动机车辆和/或混合动力车辆的传动系统中使用的液体(诸如液压流体、传动流体、油和/或其他流体和润滑剂等)的流动。根据图1中所示的一个非限制性示例，电磁阀组件10可以安装在电动车辆EV上，以控制油从油底壳S和泵P到一个或多更个电动机M的流动，以用于冷却和/或润滑电动机的目的。然而，应当理解，本文描述的电磁阀组件可以用于许多其他应用，包括与电动机和/或车辆无关的应用。

参见图2-图3，示出了电磁阀组件10的示例，该电磁阀组件10包括外壳12、绕线管14、线圈16、本体18、极靴20、电枢22、弹簧24、初级密封件26、次级密封件28以及电连接件30。图2示出了处于关闭状态的电磁阀组件10，图3示出了处于打开状态的电磁阀组件。在大致直立位置中，电磁阀组件10包括上轴向端32和下轴向端34，并且电磁阀组件10沿着纵向轴线A延伸(当然，电磁阀组件不必安装在直立位置中，如图1中所示)。除非另有说明，所有对径向、周向和/或轴向方向的引用是相对于纵向轴线A的。

外壳12充当外部壳体并且封闭电磁阀组件10的大部分。根据一个示例，外壳12通常是由冲压的铁磁材料(例如，冷轧钢、热轧钢、退火钢等，具有用于外部安装的耐腐蚀涂层)制成的圆柱形部件，并且外壳12包括上壁40、侧壁42、电气接口特征44和安装特征46。上壁40可以是圆形的并且一体地连接到圆柱形侧壁42，使得外壳12在其上轴向端处关闭并且在其下轴向端处打开，以便接纳电磁阀组件10的其他部件。电接口特征44可以包括侧壁42中的切口，其允许电连接件30物理和电连接到线圈16。如图所示，安装特征46可以朝向外壳的下轴向端定位，并且可以包括一个或更多个开口以容纳螺栓或其他紧固件，螺栓或其他紧固件用于将外壳12安装到电动机和/或电磁阀组件操作的其他设备。

绕线管14和线圈16是共同工作以在电磁阀组件10内感应出电磁场的常见螺线管部件。绕线管14可以是由非铁磁材料制成的包覆模制的部件并且被设计成接纳线圈16，该线圈16包括一段围绕绕线管14紧密缠绕或包裹的电线。绕线管14可防止环境湿气、盐等引起腐蚀，并且该绕线管14可形成连接器护罩。线圈16可以由任何适当的导电材料(包括铜基材料(例如，18欧姆线圈))制成。组合的绕线管14/线圈16周向地围绕本体18的至少一部分，该本体18可充当电磁芯，如下文所解释的。可使用绕线管/线圈绕组图案和技术以及不同规格、材料、绕组数量等的电线的许多示例。电磁阀组件10不限于任何特定的绕线管和/或线圈实施例。

本体18为电磁阀组件10提供了不同的结构特征，诸如用于可移动部件的流体通路和内孔以及用于控制电枢22的电磁特性。这样，本体18可以被认为是传统结构套筒和电磁芯的组合。根据一个示例，本体18是由铁磁材料(例如，冷轧钢、热轧钢、退火钢等)制成的长形的且大致圆柱形的部件，并且包括上部分50、下部分52、轴向孔54、若干端口56、58以及安装特征60。本体18可以由铁磁材料的单件或整体件的构成，或者它可以由组装在一起的多个件或材料构成。为了有助于组装和操作，本体18可以在其上轴向端和下轴向端两者处是开放的；上轴向端是开放的，使得极靴20、电枢22以及弹簧24在组装期间可以被插入到轴向孔54中，并且下轴向端是开放的，使得流体可以流入到端口58中或流出端口58。应当指出的是，与许多传统的电磁阀组件不同，本体18被设计为使得电磁阀组件10内的内部流体网络可以用单个密封件(诸如内部环形密封件62(例如，O形环)等)密封，这降低了组件的成本和复杂度。

上部分50通常是指本体18的位于安装特征60上方并且在电磁阀组件10的电磁操作方面起到作用的部分。根据所图示的示例，上部分50包括锥形开口64和切口66，这两者是可选的。线圈16周向地围绕上部分50的大部分，该上部分50的大部分进而周向地围绕极靴20、电枢22的至少一部分和弹簧24。该同心布置引起上部分50(其环形切口64沿着本体18的外表面策略性地放置在轴向位置处)引导或影响在本体18内感应的磁通量。切口66(也称为磁通扼流圈)可有助于在本体18内建立间隔开的磁极。

下部分52通常是指本体18的位于安装特征60下方的部分，并且在电磁阀组件10中的流体通路方面起作用。下部分52可以包括一个或更多个外部环形密封件70、与端口56连接的径向通路72、与端口58连接的轴向通路74以及径向凹槽76。外部环形密封件70可以是常规的环形密封件，如所示的那些，或者它们可以包括密封元件的不同组合，以便将该组件的下部分52密封地耦接到电动机和/或与电磁阀组件相连的其他设备。如其名称所暗示的，径向通路72是流体通路或通道，该流体通路或通道径向地位于电枢22的外径(OD)与本体18在该位置处的内径(ID)之间。在一个可能的实施例中，径向通路72围绕下部分52的全部或一部分周向地延伸，并且与端口56流体连接，该端口56可以是入口端口和/或出口端口并且可以包括在下本体52中的一个或更多个分离的开口(例如，端口56可以包括在下本体的不同侧上的间隔开的开口，如所图示的)。轴向通路74是在下部分52内轴向延伸并且与端口58流体连接的流体通路或通道，该端口58也可以是入口端口和/或出口端口。轴向通路74可以具有恒定的内径或者其可以具有变化的内径，使得不同的直径区段被形成为具有在其间的内部肩台。径向通路72和轴向通路74经由初级密封件26彼此流体连通，使得当初级密封件打开时，两个通路彼此连接，并且当初级密封件关闭时，两个通路彼此隔离，如下文更详细解释的。作为可选特征的径向凹槽76形成在本体18的内表面上，并且用作周向地围绕电枢22的压力定心凹槽，并且有助于保持该电枢22与组件的其他部件同心地对准。径向凹槽76可位于上部分50中、下部分52中或上部分和下部分之间的边界处，如图所示。

轴向孔54沿着纵向轴线A延伸穿过上部分50和下部分52两者并且被定尺寸和定形状成接纳极靴20和电枢22两者。如上所述，轴向孔54在其上轴向端处开放，以便于电枢22、弹簧24和极靴20以该顺序容易地插入和组装。轴向孔54可以具有任何数量的不同特征，包括由其变化的内径产生的特征，诸如有助于形成径向通路72的环形凹槽或通道以及形成初级密封件26的部分的锥形或圆锥形阀座等。当然，轴向孔54的具体尺寸可以根据应用而变化，但是在一个非限制性示例中，轴向孔54可以具有约20mm至80mm(包括端值)的长度，并且甚至更优选地具有约35mm至65mm(包括端值)的长度，并且轴向孔54可以具有约5mm至20mm(包括端值)的内径，并且甚至更优选地具有约8mm至15mm(包括端值)的内径。

端口56、58可以是将电磁阀组件10的内部流体网络连接至外部流体网络的入口端口和/或出口端口，该外部流体网络可以是马达冷却系统等的部分。根据一种可能性，端口56是用作出口并连接至电动机M的侧端口，而端口58是用作入口并连接至泵P的轴向端口。应认识到，前述布置不是必需的，因为端口56、58可以以任何数量的不同布置来切换和/或配置。也可能的是，对于端口56、58，每个端口包括多个开口，或者本体18包括除了或代替端口56、58的其他端口。

安装特征60是环形凸缘或环，并且可以用于帮助将外壳12、绕线管14、电连接件30或其组合紧固或附接至本体18。安装特征60可以利用机械紧固或安装装置，如螺栓、螺钉、夹子、过盈配合和其他紧固件附接到电磁阀组件10的其他部件，或者它可以被焊接、粘附和/或以其他方式附接到电磁阀组件10的其他部件。根据所图示的示例，安装特征60是环或垫圈，该环或垫圈是与本体18的其余部分分开的分开件(即，本体是两件式部件)；在不同示例中，安装特征可以与本体18的其余部分一体形成，使得整个本体被制成单个部件(即，一件式部件)。绕线管14机械地连接安装特征60或位于安装特征60上，并且安装特征60磁性地耦接至外壳12的侧壁42的内表面。在不同的示例中，安装特征60可以用作磁通量返回构件。其他布置当然是可能的。

极靴20与电磁阀组件10的其他部件电磁地相互作用以便打开和关闭该阀。更具体地，当电流流过线圈16时，在电磁阀组件10中(包括在作为固定部件的极靴20中)感应出电磁场。通过极靴20的下表面或闩锁表面的相应磁通量磁性地吸引电枢22并抵抗弹簧24的弹簧偏压将电枢22向上拉动；这在初级密封件26处打开电磁阀组件10(参见图3)。一旦电流停止流过线圈16，电磁场就瓦解并且弹簧24的弹簧偏压克服极靴22的磁性吸引，由此将电枢22向下推动并远离极靴；这在初级密封件26处关闭电磁阀组件10(见图2)。根据一个示例，极靴20是由铁磁材料(例如，冷轧钢、热轧钢、退火钢等)机械加工的大致圆柱形部件，并且包括上部分80、下部分82、封闭的轴向孔84和环形密封通道86。

上部分80通常是指极靴20的位于封闭的轴向孔84上方的部分，并且可以用于有助于将极靴20固定在本体18的轴向孔54内，使得该极靴是固定的。在一个示例中，弹簧24提供防止极靴20进一步落入到轴向孔54中的弹簧力或载荷。在不同的示例中，上部分80可被焊接、粘附、螺栓连接和/或以其他方式附接到本体18和/或外壳12，使得极靴20是固定的。环形密封通道86被定尺寸和定形状成容纳内部环形密封件62。在该特定实施例中，环形密封通道86和内部环形密封件62位于上部80中，然而，这不是必需的，因为通道和密封件的轴向位置可与所图示的不同，或者在不同的实施例中，这些元件甚至可位于本体18的内表面中。如上所述，电磁阀组件10内的内部流体网络可以仅用内部环形密封件62密封，这防止了加压流体经过密封件泄漏并从本体18泄漏。

下部分82通常是指极靴20的围绕封闭的轴向孔84的部分，并且可以包括下表面或闩锁表面94。闩锁表面94是极靴20的下轴向表面并且可以具有周向地围绕封闭的轴向孔84的环形形状。闩锁表面94被设计为当电磁阀组件10打开时磁性地吸引和向上拉动电枢22的对应的闩锁表面。为了与电枢22的对应的闩锁表面产生更紧密的金属与金属界面，可以提供没有任何镀层和/或其他表面涂层或层的闩锁表面94，以便使这些相对的金属表面之间的物理间隔最小化，即使仅几微米或几十微米。减少这种物理间隔可以增加金属与金属界面处的相对的闩锁表面之间的磁吸引力。其他技术也可以用于提高金属与金属界面的紧密性，诸如抛光或以其他方式处理闩锁表面以使它们更光滑、平坦等。

封闭的轴向孔84是在极靴20的下部分82中形成的封闭的孔或盲孔，并且被设计成容纳弹簧24的一端部。根据所图示的示例，封闭的轴向孔84在其轴向范围的大部分上具有大致均匀的内径，但是朝向孔的上端部渐缩。封闭的轴向孔84可以具有用于固定弹簧24的上端部的附接特征96(诸如凹槽或孔等)。在不同的实施例中，弹簧24可以简单地位于封闭的轴向孔84中、在其端部处是未附接的，因为它被压缩在极靴20与电枢22之间。用于封闭的轴向孔84的其他特征和/或配置当然是可能的。

电枢22，像极靴20一样，与电磁阀组件10的其他部件电磁地相互作用，以便打开和关闭该阀。电枢22是能够在本体18的轴向孔54内上下滑动的可移动芯部。当在电磁阀组件10中感应出电磁场时，穿过极靴20的闩锁表面94的磁通量抵抗弹簧24的弹簧偏压而向上拉动电枢22，使得极靴和电枢彼此接触并打开阀，如上所述(见图3)。当不再感应出电磁场时，弹簧24推动电枢22远离极靴22并关闭阀(见图2)。以此方式，电磁阀组件10的各种部件将电能转换成机械运动。在附图中图示出的示例中，电枢22是由铁磁材料(例如，冷轧钢、热轧钢、退火钢等)机械加工的大致圆柱形或管状部件，并且包括上部分100、下部分102和轴向孔104。

上部分100通常是指电枢22的顶部或上部并且包括闩锁表面110和凸台112，该顶部或上部与极靴20的下部分82相邻。闩锁表面110是电枢22的上轴向表面并且可以具有周向地围绕轴向孔104的环形形状。如上所述，闩锁表面110可以不设置任何镀层、表面涂层和/或其他表面层，以便减小相对的闩锁表面94和闩锁表面110之间的轴向间隔并且增强金属与金属界面。闩锁表面94和闩锁表面110彼此越近，极靴20与电枢22之间的磁性连接就越强。这种强的磁性连接至少部分地有助于实现以下描述的峰值和保持操作，这进而可以有助于降低电磁阀组件10的功耗，如将解释的。凸台112是环形突起或环，其从锁止表面110向上延伸，并且被定尺寸和定形状成接纳弹簧24的端部。轴向孔104在延伸穿过凸台112的中间之前变窄，使得流体可以流动穿过轴向孔104并且流入到闩锁表面94、闩锁表面110之间的空间中。

参照图4，示出了可以与电磁阀组件一起使用的电枢22'的另一实施例。在该实施例中，电枢22'具有不同的上部分100'配置，其中，上部分100'配置具有接纳弹簧24'的下端部的削角的开口112'，而不是具有突出的凸台。

下部分102通常是指电枢22的底部或下部并且包括接合表面114，该底部或下部邻近或至少靠近端口56和/或端口58。接合表面114可以是电枢22的下轴向端的一部分。根据一个示例，接合表面114包括在其外径向端部处的初级密封表面，该初级密封表面与作为本体18的一部分的互补初级密封座接合；包括初级密封表面和初级密封座的这种密封布置在下文中结合初级密封件26进行描述。电磁阀组件10的一个潜在特征是，其在轴向力和径向力两方面可具有平衡设计。为了说明，闩锁表面110和接合表面114的表面区域可以被选择成使得它们在尺寸和/或其他特征上是类似的。这样，当加压流体被引入电磁阀组件的内部流体网络中并且流入到轴向孔104以及极靴20与电枢22之间的空间中时，作用在闩锁表面110上的加压流体将产生向下的轴向力，并且作用在接合表面114上的加压流体将产生向上的轴向力，并且两个相反的轴向力将大体彼此相等；这就是所谓的轴向平衡设计。在径向力方面，径向凹槽76和/或次级密封件28(即，在电枢22的外表面与本体18的内表面之间)中的加压流体将在电枢22的外表面上施加向内的径向力，但是由于向内的径向力是相对相等的并且围绕该电枢的外圆周分布，因此它们总体上彼此平衡；这就是所谓的径向平衡设计。这种布置不同于传统的球式密封件设计。电磁阀组件10可以包括平衡设计的其他特征和/或方面。

轴向孔104是长形的孔或通道，该长形的孔或通道优选地从带有凸台112的上端部到通过轴向通路74的下端部延伸电枢22的整个轴向长度，使得加压流体可以流经其中。轴向孔104的上端部在离开凸台112之前渐缩或变窄至更小的通路，而轴向孔的下端部可以是如图所示的直的并且成方形的，或者它可以是渐缩的、倒角的和/或以其他方式被定形状的。当然，电枢22的具体尺寸和角度可以取决于应用而变化，但是在一个非限制性示例中，轴向孔104可以具有约15mm至45mm(包括端值)、并且甚至更优选约25mm至35mm(包括端值)的长度，和约1mm至4mm(包括端值)、并且甚至更优选约1.5mm至3.5mm(包括端值)的内径。

弹簧24位于极靴20与电枢22之间并且施加将两个部件推开的轴向力。根据一种可能性，弹簧24是自然地搁置在延伸位置中的压缩弹簧。弹簧24可以在上端部处定位在极靴20的封闭轴向孔84中，并且在下端部处围绕凸台112。在图4的实施例中，弹簧24'可以在下端部处位于电枢22'的轴向孔104'的削角的开口112'中。弹簧24的上端部和下端部可分别固定到附接特征96和附接特征112，或者弹簧的端部可以未附接，使得弹簧简单地陷入孔内。弹簧24优选地布置成向下推动电枢22并将电磁阀组件10偏压到关闭位置(见图2)，但是其他布置也是可能的。

初级密封件26是电磁阀组件10的主密封元件并且包括初级密封座130和初级密封表面132。根据一个示例，初级密封座130是位于本体18的下部分52的内肩部上的周向表面，并且初级主密封座130被设计成接纳初级密封表面132，初级主密封表面是位于电枢22的下部分102上(例如，在接合表面114上)的对应的周向表面；这形成角在锥面上的金属密封。初级密封座130和初级密封表面132在它们的尺寸和形状方面是互补的，使得当电磁阀组件处于关闭位置时，初级密封表面可以坐落在初级密封座上或与初级密封座配合，并防止流体从一个端口56流动到另一个端口58(见图2)。当电磁阀组件处于打开位置时，初级密封表面132(也称为阀面)被提升离开初级密封座130(也称为阀座)并与其间隔开，使得流体可从一个端口流动到另一个端口(即，径向通路72和轴向通路74将流体连接)(参见图3)。如其名称所暗示的，初级密封件26是用于电磁阀组件10的主密封机构。取决于应用，初级密封座和/或初级密封表面的精确几何形状和尺寸可以变化，但是在一个非限制性示例中，初级密封座130具有圆锥形状(例如，倒角设定为约30°-50°，包括端值，或更优选地约35°-45°，包括端值)，并且初级密封表面132具有圆角(例如，半径在约0.1mm-0.3mm，包括端值)。应注意的是，有可能切换初级密封座和初级密封表面，使得初级密封座130位于电枢22上并且初级密封表面132位于本体18上。在本实施例中，初级密封座130与本体18是一体的并且初级密封表面132与电枢22是一体的，使得可以实现相对高水平的同心度，这通常导致较少的泄漏。其他形状和尺寸以及附加的密封元件当然也是可能的。

次级密封件28是电磁阀组件10的附加的密封元件并且是位于电枢22与本体18之间的竖直密封件。根据在附图中示出的实施例，次密封件28是建立在电枢22的外表面与本体18的内表面之间的滑动界面或结合部处的低间隙的、延伸长度的、竖直密封件。只要次级密封件28是低间隙，总直径间隙(即，本体18的内径与电枢22的外径之间的差值)可以小于0.20mm、并且优选地在0.05mm至0.10mm(包括端值)。因为径向间隙是总直径间隙的一半，所以次级密封件28的每一侧上的径向间隙可以小于0.10mm，并且优选地在25μm至50μm(包括端值)。就次级密封件延伸长度而言，次级密封件28的总轴向长度可以是大于15mm、并且优选地是大于20mm(例如，约24mm)。由于与电磁阀组件10的其他特征相结合的其低间隙和延伸长度，第二密封件28能够提供足够的密封，而不需要附加的昂贵的密封元件，例如凹槽中的密封环或压力块。在这个意义上，次级密封件28可以是“简单的金属至金属滑动密封件”，如本文中使用的，“简单的金属至金属滑动密封件”广义上是指两个金属部件之间的任何密封件或密封布置，其中这两个金属部件中的至少一个相对于另一个金属部件滑动，并且其中没有使用附加的非金属密封部件(如密封环或压力块)。技术人员将认识到，简单的金属与金属滑动密封件(如次级密封件28)可以不阻止或停止所有流体泄漏，但是提供足够的密封以用于某些应用中，如低压应用(例如，流体压力小于或等于5巴的那些)。

电连接件30向电磁阀组件10提供电力并且可以根据本领域已知的任何实施例来设置。在所图示实施例中，电连接件30，也称为匹配连接器，包括用于物理地和电地接收电输入(未示出)的插座并将插座连接到线圈16，如本领域中公知的。其他电连接件和/或插座当然是可能的。

在操作中，电磁阀组件10可以在关闭状态(图2)与打开状态(图3)之间转换，以便控制流体(诸如油等)从一个端口56、58到另一个端口的流动。从图2中的关闭状态开始，电连接件30不向线圈16提供电能，因此，在电磁阀组件10内没有感应出电磁场。在这种情况下，来自弹簧24的弹簧力将电枢22向下推动抵靠本体18，并且更具体地，该弹簧将初级密封表面132推动抵靠初级密封座130，使得在初级密封件26处建立角在锥面上的金属密封。组件的径向平衡，与该角在锥面上的金属密封的自定心性质相耦合，有助于密封组件，使得加压油不能容易地从入口端口58流动到出口端口56。此外，组件的轴向平衡(其中由于流体压力在电枢22上向下推动与在电枢22上向上推动的轴向力的量相当)有助于将组件保持在其期望的操作状态。

当转换到打开状态时(图3)，电连接件30为线圈16提供电能，该电能激励线圈16并且在电磁阀组件10(包括在极靴20中)中产生电磁场。穿过极靴20的闩锁表面94的所产生的磁通量磁性地吸引电枢22的闩锁表面110并且抵抗弹簧24的弹簧力向上拉动电枢。这引起电枢22(并且因此初级密封表面132)从初级密封座130提升离开并且产生从入口端口58到出口端口56的流体路径。在一个示例中，电磁阀组件10采用峰值保持技术来将阀维持在打开状态，然而要在汲取最小量的电流的同时这样做。

转到图5，示出了展示峰值保持技术的基本或代表性图表200。时间(秒)以x轴示出并且电流(安培)以y轴示出。在初始或峰值阶段210期间，供应给线圈16的电流量处于峰值或最大值并且持续相对短的时间段；在该非限制性示例中，峰值电流可以在0.5安培至1.5安培(包括端值)或甚至更优选地在0.5安培至1.0安培(包括端值)(例如，约0.7安培)，并且其可以被提供或持续0.01秒至0.4秒(包括端值)(例如，约0.1秒)。在峰值阶段210期间供应的电流产生电磁场和相应的磁通量，电磁场和相应的磁通量足以克服弹簧24的弹簧力以及可能阻碍电枢22的向上滑动运动的任何阻力和/或其他摩擦力。一旦极靴20和电枢22的相对的闩锁表面94和闩锁表面110分别彼此接触并建立金属与金属界面，可能需要较少的磁通量来保持金属闩锁表面94和金属闩锁表面110彼此接触。因此，在随后的保持阶段212期间，可以减少供应到线圈16的电流量，同时仍保持初级密封件26打开。在保持阶段212期间，电流可以在0.1安培至0.4安培(包括端值)，并且甚至更优选地在0.1安培至0.3安培(包括端值)(例如，约0.15安培)，并且其可以被提供持续0.3秒至1.0秒(包括端值)(例如，约0.5秒)。没有电流供应到线圈16的关闭阶段214可以跟随保持阶段212，在此期间，电磁场瓦解，穿过闩锁表面94和闩锁表面110的磁通量减少，并且弹簧24的弹簧力向下推动电枢22，使得初级密封件26引起电磁阀组件转换到关闭状态。图表200上覆盖的是单独的曲线220，其示出了当电磁阀组件使用峰值保持技术时(时间(秒)仍然在x轴上并且流速(升/分钟)在y轴上)对应的流速。如所示出的，当电磁阀组件处于打开状态时，电磁阀组件提供高的流速，该高的流速在2巴的压力下可以大于或等于15升/分钟、并且在2巴的压力下甚至可以大于或等于20升/分钟。

在保持阶段212期间的电流或功率水平小于峰值阶段210的电流或功率水平，并且更优选地，保持阶段212的电流水平小于峰值阶段210的电流水平的一半、四分之一或甚至五分之一。保持阶段212的时间长度或持续时间大于峰值阶段210的时间长度或持续时间，更优选地，保持阶段212的持续时间大于峰值阶段210的持续时间的两倍、三倍或甚至四倍。通过仅在初始峰值阶段210期间为线圈16供应更高的电流，并且然后在随后的保持阶段212期间下降到低得多的电流水平(这持续更长的时间段)，电磁阀组件10能够消耗更少的功率并且因此是更加节能的。传统的电磁阀组件通常仅用一个电流水平激励线圈(即，该线圈是开或关的)，但是当激励线圈时不调制、操纵和/或改变电流水平。

一般而言，电磁阀组件10非常适合于低压应用(例如，流体压力小于或等于5巴的应用)，诸如用于控制流体(诸如油等)的流动的低压、低中度泄漏、高流量、双向、开/关阀。在一个这样的应用中，电磁阀组件10关闭并保持来自泵的加压油，然后在请求时释放和倾倒油。当然，电磁阀组件10也可以用于其他应用中。

应当理解的是，以上描述不是本发明的定义，而是本发明的一个或更多个示例性说明的描述。本发明不限于本文公开的特定示例，而是仅由以下权利要求限定。此外，前述描述中包含的陈述涉及特定示例性说明，且不应解释为限制本发明的范围或权利要求中使用的术语的定义，除非上文明确定义术语或短语。对本领域的技术人员而言，各种其他示例以及对所公开的实施例的各种变化和修改将变得明显。所有这些其他实施例、改变和修改都旨在落入所附权利要求书的范围内。

如在本说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如(for example)”、“例如(e.g.)”、“例如(orinstance)”、“诸如(such as)”和“如(like)”和动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”以及它们的其他动词形式，当与一个或更多个部件或其他项的列表结合使用时，各自应被解释为开放式的，意味着该列表不被认为是排除其他、附加的部件或项。其他术语应使用其最广泛的合理含义来解释，除非它们在需要不同解释的上下文中使用。

Claims (20)

1.一种电磁阀组件，用于控制流体流动，所述电磁阀组件包括：

外壳；

绕线管和线圈，所述绕线管和线圈至少部分地由所述外壳围绕，所述线圈被配置成当电流流动穿过所述线圈时建立电磁场；

本体，所述本体至少部分地由所述线圈围绕，所述本体包括上部分、下部分、轴向孔以及第一端口和第二端口；

极靴，所述极靴固定地位于所述本体的轴向孔内，所述极靴包括铁磁材料；

电枢，所述电枢滑动地位于所述本体的轴向孔内，所述电枢包括铁磁材料；

弹簧，所述弹簧被偏压成推动所述极靴和所述电枢分开，所述极靴和所述电枢被配置成当建立所述电磁场时抵抗所述弹簧的偏压而彼此磁性地吸引；

初级密封件，所述初级密封件位于所述第一端口和所述第二端口之间，所述初级密封件包括初级密封表面和初级密封座，当所述初级密封件打开时，所述第一端口和所述第二端口彼此流体连通，并且当所述初级密封件关闭时，所述第一端口和所述第二端口彼此流体隔离；以及

次级密封件，所述次级密封件建立在所述电枢的外表面与所述本体的轴向孔的内表面之间的滑动结合部处，其中，所述次级密封件是低间隙的、延伸长度的密封件。

2.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述本体的上部分用作电磁芯并且包括切口，所述切口位于沿着所述本体的外表面的轴向位置处并且有助于在所述本体内建立间隔开的磁极。

3.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述本体的所述下部分用作结构套筒并且包括连接至所述第一端口的径向通路和连接至所述第二端口的轴向通路，所述径向通路是围绕所述下部分的至少一区段周向地延伸的、并且与所述第一端口流体连接的流体通路或通道，所述轴向通路是在所述下部分的至少一区段内轴向地延伸的、并且与所述第二端口流体连接的流体通路或通道。

4.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述本体进一步包括径向凹槽，所述径向凹槽位于所述电枢的外表面与所述本体的内表面之间，所述径向凹槽周向地围绕所述电枢，并且所述径向凹槽是压力定心凹槽，以便将所述电枢保持在同心对准并提供径向平衡的设计。

5.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述极靴包括上部分、具有闩锁表面的下部分以及封闭的轴向孔，所述弹簧至少部分地位于所述极靴的所述封闭的轴向孔内。

6.根据权利要求5所述的电磁阀组件，其中，所述下部分的所述闩锁表面是环形表面，所述环形表面周向地围绕通向所述封闭的轴向孔的开口，当建立所述电磁场时，所述闩锁表面磁性地吸引所述电枢并将所述电枢朝向所述极靴拉动。

7.根据权利要求6所述的电磁阀组件，其中，所述闩锁表面设置为没有任何镀层、表面涂层或表面层，以与所述电枢的对应的闩锁表面产生更紧密的金属与金属界面，从而使相对的闩锁表面之间的物理间隔最小化。

8.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述本体或所述极靴中的一个包括环形密封通道和内部环形密封件，所述内部环形密封件位于所述环形密封通道内并且仅利用所述内部环形密封件密封所述电磁阀组件内的内部流体网络。

9.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述电枢包括上部分和下部分，所述上部分具有闩锁表面，所述上部分的所述闩锁表面被磁性地吸引至所述极靴，并且当建立所述电磁场时，将所述上部分的所述闩锁表面朝向所述极靴拉动。

10.根据权利要求9所述的电磁阀组件，其中，所述电枢的所述上部分进一步包括接纳所述弹簧的端部的突出的凸台，所述电枢的轴向孔延伸穿过所述突出的凸台，使得加压流体能够流动穿过所述电枢并且流入到位于所述电枢与所述极靴之间的空间中。

11.根据权利要求9所述的电磁阀组件，其中，所述电枢的所述上部分进一步包括接纳所述弹簧的端部的开口，所述电枢的轴向孔延伸穿过所述开口，使得加压流体能够流动穿过所述电枢并且流入到位于所述电枢与所述极靴之间的空间中。

12.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述初级密封座是位于所述本体的下部分的内肩部上的周向表面，所述初级密封表面是位于所述电枢的下部分上的周向表面，所述初级密封座和所述初级密封表面一起形成角在锥面上的密封件。

13.根据权利要求12所述的电磁阀组件，其中，所述初级密封座具有圆锥形状，所述圆锥形状具有倒角，所述倒角设置成包括端值在内的30°-50°的角度，并且所述初级密封表面具有圆角，所述圆角具有包括端值在内的0.1mm-0.3mm的半径。

14.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述次级密封件的每侧上的径向间隙小于0.10mm，使得所述次级密封件为低间隙。

15.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述次级密封件的总轴向长度大于15mm，使得所述次级密封件具有延伸长度。

16.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述次级密封件是简单的金属至金属滑动密封件并且不包括任何密封环、压力块或者其他非金属密封部件。

17.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述电枢的下部分的接合表面具有与所述电枢的上部分的闩锁表面相似的面积，以便提供轴向平衡的设计，当加压流体引入所述电磁阀组件的内部网络中时，所述轴向平衡的设计引起施加在所述接合表面上的轴向力抵消施加在所述闩锁表面上的轴向力。

18.根据权利要求1所述的电磁阀组件，其中，所述电磁阀组件被配置成使得：

在峰值阶段期间，第一量的电流传导穿过所述线圈并且所述极靴的闩锁表面磁性地吸引所述电枢的闩锁表面，使得闩锁表面彼此接触并且打开所述初级密封件；以及

在所述峰值阶段之后的保持阶段期间，第二量的电流传导穿过所述线圈并且所述闩锁表面继续彼此接触，使得所述初级密封件保持打开，其中，所述第二量的电流小于所述第一量的电流。

19.一种操作电磁阀组件的方法，所述方法包括以下步骤：

在峰值阶段期间，第一量的电流传导穿过线圈并且引起极靴的闩锁表面磁性地吸引电枢的闩锁表面，使得所述闩锁表面彼此接触并且打开初级密封件；以及

在所述峰值阶段之后的保持阶段期间，第二量的电流传导穿过所述线圈并且引起所述闩锁表面继续彼此接触，使得所述初级密封件保持打开，其中，所述第二量的电流小于所述第一量的电流，并且所述保持阶段的持续时间大于所述峰值阶段的持续时间。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述峰值阶段期间的所述第一量的电流为包括端值在内的0.5安培至1.5安培，以及在所述保持阶段期间的所述第二量的电流为包括端值在内的0.1安培至0.4安培，并且所述第二量的电流小于所述第一量的电流的一半。