TWI559653B - 具有受控制的磁阻的電磁螺線管裝置及組裝電磁螺線管裝置的方法 - Google Patents

Description

具有受控制的磁阻的電磁螺線管裝置及組裝電磁螺線管裝置的方法 [相關申請案的交互參照]

本申請主張2014年6月6日提出之美國專利臨時申請案第62/008,719號，標題為「具有受控制的磁阻的電磁螺線管」之優先權。上述申請案之揭露以參照的方式全部併入在本說明書中。

在本發明說明書下文所述的各種實施例係關於各種電磁螺線管的設計和建構。更具體而言，係關於一種螺線管組件，其依照氣隙幾何學被設計和構造成具有受控制的磁阻因而在該等螺線管組件運作期間導致一種受控制的磁力。

已知的各種螺線管組件係使用於各種不同的應用場合中。例如，已知的電磁泵係使用於各種車輛應用場合，例如輸送油料、燃料及/或其他流體以促進車輛之運作。

各種電磁泵可被構造成接收電流使電樞移動，而啟動泵機構以輸送流體。在大多數已知系統中，電樞係可沿著固定的衝程長度移動，其中在兩個終點止 擋器間的距離為固定。換言之，在正常運作中，當螺線管通電時，電樞會移動一固定距離或「衝程」。致動器桿係可連接至電樞，因而電樞的移動導致致動器桿作相應的移動，以啟動泵機構(例如往復式泵)。

對於已知的各種彈簧偏壓電磁螺線管而言，當電流通過線圈時，磁力會在螺線管內產生，因而使電樞在兩終點之間移動。當螺線管組件，例如螺線管噴油器，必須以高頻率運作時，磁力必須快速產生和衰減。然而，當電樞靠近螺線管的磁極(終點止擋器)，磁力會變成本質上較高的值。由於需要時間使磁力衰減，此高磁力難以在如此高頻率螺線管應用中予以處理。換言之，有些已知螺線管會產生作用於電樞的磁力按照電樞和磁極(或終點止擋器)之間距離的函數而變化(有時相當大程度)。

因此，有些已知系統係構造成滿足峰值，且藉由當電樞靠近磁極(或終點止擋器)時，減少通過螺線管的電流，抑制保持驅動器而減少磁場。然而，此種已知系統價格昂貴、笨重且需要額外硬體。

因此，存在著需要一種改良的易於操作的螺線管設計，其可在螺線管運作期間提供受控制的磁力。

多種電磁螺線管組件敘述如下。在有些實施例中，電磁螺線管組件包括電樞和磁極構件(或終點止擋器)。螺線管組件定義磁通路徑，當螺線管通電時，磁場會通過該磁通路徑。磁通路徑的特徵為當電樞位在關閉 位置(亦即螺線管未通電時離磁極最遠的位置)具有第一磁阻，當電樞位在開啟位置(亦即螺線管通電時離磁極構件最近的位置)具有第二磁阻。第一磁阻和第二磁阻係可由螺線管的任何合適態樣(例如磁通路徑內的氣隙、定義磁通路徑的內部性質之材料及其他類同物)而產生及/或受影響。第一磁阻和第二磁阻間的差低於第一磁阻之值的約30%。

在有些實施例中，裝置包含外殼、配置在外殼內部的螺線管線圈、磁極構件、固定器及電樞。固定器係構造成將螺線管線圈固定在外殼內。電樞係構造成當螺線管線圈通電時即從第一位置移動到第二位置。在電樞位在第一位置時，電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面以第一氣隙隔開。電樞的第一表面在電樞位在第二位置時與磁極構件的表面接觸。電樞的第二表面與固定器部分的表面以第二氣隙隔開。外殼、磁極構件、電樞和固定器共同定義包含第一氣隙和第二氣隙的磁通路徑。電樞的部分第一表面和磁極構件的部分接觸表面在磁通路徑內定義出第一氣隙區域。磁極構件和電樞係構造成當電樞從第一位置移動到第二位置時使第一氣隙面積減少。

8‧‧‧螺線管組件

20‧‧‧磁通路徑

61‧‧‧接觸表面

71‧‧‧接觸表面

86‧‧‧螺線管線圈

91‧‧‧電樞

94‧‧‧固定器

95‧‧‧磁極

96‧‧‧外殼

100‧‧‧流體輸送組件

108‧‧‧螺線管組件

110‧‧‧泵組件

120‧‧‧線條

178‧‧‧吸震器

186‧‧‧螺線管線圈

188‧‧‧下側板

191‧‧‧電樞

192‧‧‧致動器桿

193‧‧‧彈簧

194‧‧‧線管固定器

195‧‧‧磁極

196‧‧‧外殼

605‧‧‧垂直軸

610‧‧‧水平軸

615‧‧‧曲線

700‧‧‧流體輸送系統

701‧‧‧記憶體

702‧‧‧處理器

703‧‧‧驅動器模組

705‧‧‧控制器

707‧‧‧螺線管致動泵

AG-1‧‧‧第一氣隙

AG-2‧‧‧第二氣隙

A_L‧‧‧動作

d‧‧‧距離

ID_A‧‧‧內直徑

OD_A‧‧‧外直徑

OD_P‧‧‧外直徑

S1‧‧‧訊號

ST‧‧‧衝程

第1A圖及第1B圖分別為按照本發明實施例之電磁螺線管組件的示意圖，各表示在第一組態和第二組態的磁場線。

第2圖為按照本發明實施例之流體輸送組件的剖面圖。

第3圖為按照本發明實施例之流體輸送組件的部分剖面圖。

第4A圖及第4B圖分別為按照本發明實施例之電磁螺線管組件的剖面圖，各表示在第一組態和第二組態的磁場線。

第5A圖及第5B圖分別為按照本發明實施例，在第4A圖及第4B圖所示之電磁螺線管組件在第一組態和第二組態的放大剖面圖。

第6圖為按照本發明實施例的圖表，其顯示當電磁螺線管組件在第一和第二組態之間運作時所量測之近乎恆定磁力。

第7圖為按照本發明實施例之流體輸送系統的示意圖。

第8圖為流程圖，說明組裝具有受控制的磁阻的電磁螺線管組件之方法。

下文將描述各種電磁螺線管組件。在有些實施例中，電磁螺線管組件包含電樞和磁極(或終點止擋器)。螺線管組件定義磁通路徑，當螺線管通電時，磁場會通過該磁通路徑。磁通路徑之特徵為當電樞位在關閉位置(亦即螺線管未通電時離磁極最遠的位置)具有第一磁阻，當電樞位在開啟位置(亦即螺線管通電時離磁極最近的位置)具有第二磁阻。第一磁阻和第二磁阻係可由螺 線管的任何合適態樣產生及/或受影響，例如磁通路徑內的氣隙、定義磁通路徑的內部性質之材料及其他類同物。第二磁阻介於第一磁阻的約70%至130%的範圍。換言之，第一磁阻和第二磁阻之值的差少於第一磁阻之值的約30%。

在有些實施例中，裝置包含外殼、配置在外殼內部的螺線管線圈、磁極構件和電樞。電樞係構造成當螺線管線圈通電時從第一位置移動到第二位置。在電樞位在第一位置時，電樞的接觸表面與磁極構件的接觸表面以第一距離隔開。在電樞位在第二位置時，電樞的接觸表面與磁極構件的接觸表面以第二距離隔開。外殼、磁極構件及電樞共同定義磁通路徑，其特徵為，當電樞位在第一位置時具有第一磁阻，當電樞位在第二位置時具有第二磁阻。第一磁阻之值及第二磁阻之值的差少於第一磁阻之值的約30%。

在有些實施例中，電磁螺線管組件包含電樞和磁極構件(或終點止擋器)，並定義第一氣隙和第二氣隙。第一氣隙位在螺線管組件的磁通路徑，且在電樞第一表面和磁極構件相應表面之間定義出一距離。第二氣隙位在螺線管組件的磁通路徑內，且在電樞第二表面和線軸固定器相應表面之間的定義出另一距離。電樞的第一表面和電樞的第二表面係構造成使由第一氣隙和第二氣隙定義的總磁阻在螺線管組件運作期間作少於70%的變化。以此方式，由螺線管組件產生之磁力，其係反比於磁阻，係可在螺線管組件運作期間受控制。在有些實 施例中，第一氣隙的幾何形狀係構造成可藉由調整磁極構件的大圓錐直徑或電樞的小圓錐直徑而受控制。

在有些實施例中，裝置包含外殼、配置在外殼內部的螺線管線圈、磁極構件、固定器和電樞。固定器係構造成將螺線管線圈固定在外殼內。電樞係構造成，當螺線管線圈通電時；從第一位置移動到第二位置。在電樞位在第一位置時，電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面以第一氣隙隔開。在電樞位在第二位置時，電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面接觸。電樞的第二表面與固定器部分的表面以第二氣隙隔開。外殼、磁極構件、電樞和固定器共同定義包含第一氣隙和第二氣隙的磁通路徑。電樞的部分第一表面和磁極構件的部分接觸表面定義磁通路徑內的第一氣隙面積。磁極構件和電樞係構造成當電樞從第一位置移動到第二位置時使第一氣隙面積減少。

在有些實施例中，操作泵機組的方法包括通電於泵機組的螺線管線圈，使連接至泵元件的電樞從螺線管外殼中的第一位置移動到第二位置。外殼、磁極構件、電樞及固定器共同定義磁通路徑。在電樞位在第一位置時，電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面隔開。在電樞位在第二位置時，電樞的第一表面接觸磁極構件的接觸表面。電樞的第二表面以第二氣隙與固定器部分的表面隔開。電樞的部分第一表面和磁極構件的部分接觸表面定義磁通路徑內的第一氣隙面積。磁極和電樞係構造成當電樞從第一位置移動到第二位置時，使第一氣 隙面積減少。方法進一步包含停止螺線管通電，以將電樞從螺線管外殼中的第一位置移動到第二位置。

在有些實施例中，組裝螺線管組件的方法包含將固定器連接至外殼以將螺線管線圈固定在外殼內。然後，將磁極構件配置在外殼內。磁極構件包含接觸表面。該方法又包含將電樞配置在外殼內，電樞係構造成當螺線管通電時即從第一位置移動到第二位置。外殼、磁極構件、固定器和電樞共同定義磁通路徑，其特徵為當電樞位在第一位置時具有第一磁阻，當電樞位在第二位置時具有第二磁阻，第一磁阻及第二磁阻之間的差少於第一磁阻之值的約30%。

在本說明書中所使用的單數形式的用語，「一」(a或an)或「該」(the)，除非上下文另外明確說明，包括了複數個指示物。因此，例如用語「一元件」意指單一個元件或多個元件的組合，「一材料」意指一種或多種材料，「一處理器」意指單一個處理器或多個處理器；而「一記憶體」意指一個或多個記憶體，或其組合。

在本說明書中使用的用語「大約」(about)和「大略」(approximately)一般意指所述之數值加或減10%。例如，約0.5包含0.45至0.55，約10包含9至11，約1000包含900至1100。

第1A圖及第1B圖為按照實施例之螺線管組件8的示意圖。螺線管組件8係可使用於任何適用螺線 管致動裝置，例如各種泵、閥、液壓系統及其他類同物。螺線管組件8包含外殼96、螺線管線圈86、固定器94、電樞91及磁極95。電樞91係配置在線圈86內，且被構造成在第一位置(第1A圖)和第二位置(第1B圖)之間移動。在有些實施例中，電樞91係連接至致動器桿(未顯示)，使得電樞的移動導致致動器桿的移動(致動閥、泵或其他類同物)。

特別是，螺線管8可被構造成在第一組態(當螺線管線圈86未通電時，參閱第1A圖)和第二組態(當螺線管線圈86通電時，參閱第1B圖)之間移動。在正常運作期間，在電樞91和磁極95之間定義了第一氣隙AG-1，且在電樞91和固定器94之間定義了第二氣隙AG-2。此外，螺線管組件8定義了磁通路徑20，當電流通過螺線管線圈86時，經由該磁通路徑而產生磁場。如所示，磁通路徑20係由磁極95、電樞91、固定器94和外殼96等部分所定義者。磁通路徑之特徵為磁阻由第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2所控制。換言之，螺線管組件的磁阻主要為第一氣隙AG-1之磁阻及第二氣隙AG-2之磁阻的函數。第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2每一者的磁阻如下式所示：

其中R為氣隙磁阻，μ₀為空氣磁導率，距離為跨過氣隙的距離(亦即兩個相對表面的最短距離)，且面積為「氣隙」的面積。當將此數學式應用到如第1A圖所示的 第一氣隙AG-1，距離d為沿著垂直於接觸表面61及/或接觸表面71之線條，在電樞的接觸表面61和磁極構件接觸表面71之間的距離(接觸表面係標示在第1B圖中)。應注意，電樞91沿著軸A_L移動而經過的距離係稱為「衝程」(在第1A圖中標示為ST)。因此，距離d(及衝程ST)越大，磁阻R越大。在有些實施例中，衝程ST可相等於第一氣隙AG-1的距離d。例如，在有些實施例中，垂直於接觸表面61及/或接觸表面71的線條係平行於移動軸A_L衝程ST可相等於第一氣隙AG-1的距離d。如此，接觸表面61(或接觸表面71)和移動軸A_L定義了銳角，距離d小於衝程ST。換言之，在接觸表面61(或接觸表面71)呈錐形處，距離d小於衝程ST。

「氣隙」面積係磁場之磁通路徑通過的、兩相對表面之面積。再次參閱第1A圖和第1B圖，氣隙面積係由部分接觸表面61所定義的面積，即其為沿著垂直於接觸表面61及/或接觸表面71的線條且對齊及/或相對於接觸表面71，在接觸表面61上的相應部分的面積。如下詳述，在部分實施例中，電樞91和磁極構件95係構造成使氣隙面積在螺線管組件8通電時可作改變(例如減少)。

螺線管組件8係構造成使磁通路徑的特徵為，當電樞位在關閉位置(亦即螺線管未通電時離磁極最遠的位置，參閱第1A圖)具有第一磁阻，而當電樞位在開啟位置(亦即螺線管通電時離磁極最近的位置，參閱第1B圖)具有第二磁阻。螺線管組件8構造成第二磁阻在 第一磁阻的約70%內。換言之，第一磁阻和第二磁阻的差少於第一磁阻之值的約30%。在有些實施例中，螺線管組件8係構造成使第二磁阻在第一磁阻的約50%、約40%、約30%、約20%或約10%的範圍。在有些實施例中，螺線管組件8係構造成使第二磁阻約略相同於第一磁阻。又在其他的實施例中，螺線管組件8係構造成第二磁阻在第一磁阻的100%至1%範圍內。第二磁阻可為高於或低於第一磁阻。

如第1A圖所示，當螺線管8位在第一組態時，第一氣隙AG-1具有最大距離d(或間隙)且定義第一氣隙(亦即由相對的接觸表面61和接觸表面71定義的「氣隙面積」)的表面面積達到最大值。對照地，如第1B圖所示，當螺線管8位在第二組態時，第一氣隙AG-1具有最小間隙且定義第一氣隙的表面面積達到最小值。因此，第一氣隙AG-1的磁阻係可藉由組裝電樞91及/或磁極95而在螺線管組件8的衝程期間受控制。換言之，隨螺線管衝程的變化而改變的第一氣隙AG-1的磁阻，係可藉由控制由電樞91之第一表面和磁極95之相應表面所定義的面積予以控制、管理及/或限制。

如第1A圖和第1B圖所示，第一氣隙AG-1的氣隙面積係可藉由調整磁極195上的大圓錐直徑(或外直徑，標示為OD_P)及電樞191上的小圓錐直徑(或內直徑，標示為ID_A)之重疊部分而受控制。特別是，定義磁極95接觸表面71之外直徑OD_P係介於定義電樞91接觸表面61之外直徑OD_A及定義電樞91接觸表面61之內 直徑ID_A之間。藉由增加AG-1的氣隙面積而增加此重疊部分(亦即調整組件使外直徑OD_A大小接近外直徑OD_P)，將會減少第一氣隙AG-1的磁阻，而使第二組態出現較強的磁力。藉由減少AG-1的氣隙面積而減少此重疊部分(亦即調整組件使內直徑ID_A大小接近外直徑OD_P)，將會增加第一氣隙AG-1的磁阻，使第二組態出現較弱的磁力。因此，藉由調整磁極95和電樞91的重疊部分，可控制第一氣隙AG-1的磁阻，而在螺線管組件8運作期間控制磁力。

此外，如第1A圖和第1B圖所示，第二氣隙AG-2在螺線管組件8運作期間具有相對地恆定的距離(亦即第二氣隙AG-2大致平行於電樞91的移動方向，因此不會隨著電樞的移動而大幅變化)。然而，定義第二氣隙AG-2的表面面積會在螺線管組件8運作期間變化(當螺線管8位在第二組態，該面積為最小值)。換言之，電樞91的滑動表面和固定器94的相應表面係構造成使第二氣隙面積在電樞從第一位置移動到第二位置時減少。因此，第二氣隙AG-2的磁阻係可藉由構成電樞91及/或固定器94而在螺線管組件8衝程期間受控制。

因為每個第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2的磁阻在螺線管組件8運作期間皆可按照所期望的輪廓(亦即磁阻和衝程)而受控制及/或維持，螺線管組件8係可構造成使整體磁阻依據所需的功能隨衝程改變。例如，在有些實施例中，螺線管組件8係構造成使第二磁阻大致相等於第二磁阻。在其他實施例中，螺線管組件8係 構造成使第二磁阻的範圍為第一磁阻的約100%。第二磁阻可高於或低於第一磁阻。

在有些實施例中，螺線管組件係可接合螺線管泵等流體輸送組件而使用。第2-3圖為按照一實施例之流體輸送組件100的剖面圖。在有些實施例中，流體輸送組件可為例如油泵機組。如第2和3圖所示，流體輸送組件100包含螺線管組件108和泵機組110。螺線管泵100係構造成連接至流體貯槽(未顯示)以便從流體貯槽輸送流體至例如車輛引擎。螺線管組件108係構造成接收電子訊號(例如從任何合適的控制器)以作動並進一步使組件110的各構件以往返方式移動。螺線管組件108包含外殼196、螺線管線圈186、線管固定器194、電樞191、致動器桿192、彈簧193、磁極195和下側板188(亦稱為套管)。致動器桿192和下側板188係構造成使致動器桿192可在螺線管組件108通電時在下側板188內或自其穿過自由移動。電樞191係配置在線圈186內。致動器桿192係連接至電樞191，使電樞191在第一位置和第二位置之間移動時，致動器桿192在第一位置和第二位置之間移動。在有些實例中，磁極195可包含吸震器178以避免電樞191直接衝擊磁極195。

螺線管致動之泵100係可構造成在第一組態(當螺線管組件108未通電時的「吸入狀態」，參閱第4A圖和第5A圖)和第二組態(當螺線管組件108通電時的「泵狀態」，參閱第4B圖和第5B圖)之間移動。在正常運作中，第一氣隙AG-1(具有稱為「衝程」的距離)係定 義在電樞191和磁極195之間，而第二氣隙AG-2係定義在電樞191和固定器194之間。如第2圖中的箭頭BB所示，當電樞191從一終點止擋器(發生在螺線管組件108未通電時)移動至另一終點止擋器(發生在螺線管組件108完全通電時)，電樞191係可視為歷經全衝程。此外，螺線管組件108定義磁通路徑，當電流通過螺線管線圈186時，產生的磁場通過該磁通路徑。如第4A圖和第4B圖所示，螺線管組件108內的線條120代表電流通過螺線管組件108時所產生的磁場之磁通路徑。磁通路徑(可稱為主要磁通路徑)係由磁極195、電樞191、固定器194和外殼196等部分所定義。磁通路徑係以為由第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2所控制的磁阻為特徵。換言之，螺線管組件的磁阻主要受第一氣隙AG-1的磁阻和第二氣隙AG-2的磁阻而改變。每個第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2的磁阻係由數學式(1)計算出。此外，氣隙距離和衝程之討論以及以參照螺線管組件8的氣隙面積之討論係適用於螺線管組件108。

螺線管組件108係構造成磁通路徑係以當電樞位在關閉位置(亦即螺線管未通電時離磁極最遠的位置，參閱第4A圖和第5A圖)具有第一磁阻，及當電樞位在開啟位置(亦即螺線管通電時離磁極最近的位置，參閱第4B圖和第5B圖)具有第二磁阻，作為特徵。螺線管組件108係構造成使第二磁阻在第一磁阻的約70%內。在有些實施例中，螺線管組件108係構造成第二磁阻在第一磁阻的約50%、約40%、約30%、約20%或約10% 的範圍內。在有些實施例中，螺線管組件108係構造成第二磁阻約略相同於第一磁阻。又在其他的實施例中，螺線管組件108係構造成第二磁阻在第一磁阻的100%至1%的範圍內。第二磁阻係可高於或低於第一磁阻。

如第4A圖和第5A圖所示，當螺線管108位在第一組態時，第一氣隙AG-1係在最大間隙且定義第一氣隙(亦即電樞191和磁極195的相對表面)的表面面積達到最大值。對比地，如第4B圖和第5B圖所示，當螺線管108位在第二組態時，第一氣隙AG-1係在最小(或幾乎沒有)間隙且定義第一氣隙的表面面積達到最小值。因此，第一氣隙AG-1的磁阻係可藉由構成電樞191及/或磁極195而在螺線管組件108的衝程期間受控制。換言之，第一氣隙AG-1的磁阻可按照螺線管衝程而改變，能夠藉由控制由電樞191之第一表面和磁極195之相應表面所定義的面積而受控制、管理及/或限制。此外，如第5A圖和第5B圖所示，第二氣隙AG-2在螺線管組件108的運作期間具有相對恆定的距離(亦即第二氣隙AG-2大致平行於電樞191移動的方向，因此不會因為電樞的移動而大幅變化)。然而，定義第二氣隙AG-2的表面面積會在螺線管組件108運作期間改變(當螺線管108位在第二組態時，該面積為最小值)。因此，第二氣隙AG-2的磁阻可藉由構成電樞191及或固定器194而在螺線管組件108的衝程期間受控制。

因為每個第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2的磁阻在螺線管組件108運作期間皆可按照所需的輪廓(亦 即磁阻和衝程)而受控制及/或維持，因此螺線管組件8係可組裝成使整體磁阻隨衝程而改變，以符合所需的功能。例如，在有些實施例中，螺線管組件108係構造成使第二磁阻大致相等於第二磁阻。螺線管組件8係構造成使第二磁阻在第一磁阻的約70%的範圍內。在有些實施例中，螺線管組件108係構造成使第二磁阻在第一磁阻的約100%至1%的範圍內。第二磁阻可高於或低於第一磁阻。

當控制在第一和第二組態的第一和第二氣隙磁阻之總和，螺線管組件108的電感會在電樞191移動時受控制，因此導致磁場會相對於線圈186中的電流而受到控制。換言之，藉由組裝螺線管組件108，使第一氣隙磁阻和第二氣隙磁阻在電樞191從一終點止擋器移動到另一終點止擋器(磁極195)時，按照需要的輪廓變化，即可控制螺線管組件108的磁力。若位在第一和第二組態的第一和第二氣隙磁阻之總和相等，關於線圈186中的電流，磁力會保持恆定。在有些實施例中，有些螺線管泵之應用可得到在不同電樞位置大致恆定磁力的好處。在其他實施例中，第一和第二組態之間的第一和第二氣隙磁阻之總和，針對各種不同螺線管應用可為任何的比率。

當電樞從第一組態(當螺線管組件108未通電時，參閱第4A圖和第5A圖)移動到第二組態(當螺線管組件108通電時，參閱第4B圖和第5B圖)時，第二氣隙AG-2的氣隙距離維持相同，但AG-2的氣隙面積(亦 即電樞191和固定器194的相對表面)減少。如先前就第1A圖至第1B圖所討論，固定器194係構造成將螺線管108固定在外殼內。部分的電樞191係構造成在固定器194內移動。該部分的電樞191的表面(亦即滑動表面)和固定器的表面，在磁通路徑內定義出AG-2的氣隙面積。如此導致第二氣隙AG-2之磁阻的增加。第5A圖和第5B圖中的紅色陰影代表螺線管組件108磁場的主要磁通路徑。當電樞從第一組態(例如第5圖A)移動到第二組態(例如第5圖B)，第二氣隙AG-2磁場的主要磁通路徑之面積會減少。

當電樞從第一組態(當螺線管組件108未通電時，參閱第4A圖和第5A圖)移動到第二組態(當螺線管組件108通電時，參閱第4B圖和第5B圖)時，第一氣隙AG-1的氣隙距離會減少，而AG-1的氣隙面積(亦即沿著垂直於兩個表面、而未必沿著電樞動作軸的電樞191和磁極195之相對表面的面積)亦減少。第5A圖和第5B圖的紅色陰影代表螺線管組件108磁場的主要磁通路徑。當電樞從第一組態(例如第5A圖)移動到第二組態(例如第5B圖)時，第一氣隙AG-1磁場的主要磁通路徑之距離會減少，且AG-1的氣隙面積亦會減少。

如上述關於螺線管組件8的討論，第一氣隙AG-1的氣隙面積係可藉由調整磁極195上的大圓錐直徑(或外直徑)及電樞191上的小圓錐直徑(或內直徑)之重疊部分而予以控制。定義磁極195接觸表面的外直徑係介於定義電樞191接觸表面之外直徑及定義電樞191接 觸表面之內直徑之間。藉由增加AG-1的氣隙面積以增加此重疊部分將會減少第一氣隙AG-1的磁阻，在第二組態出現較強的磁力。藉由減少AG-1的氣隙面積以減少此重疊部分將會增加第一氣隙AG-1的磁阻，在第二組態出現較弱的磁力。因此，藉由調整磁極195和電樞91的重疊部分，可控制第一氣隙AG-1的磁阻，而在螺線管組件108運作期間控制磁力。

在有些實施例中，如上所述，當電樞從第一組態移動到第二組態時，第一氣隙磁阻會減少。若當電樞從第一組態移動到第二組態時，第二氣隙磁阻增加，第一氣隙磁阻和第二氣隙磁阻之總和係可構造成維持恆定，而使磁力恆定。在其他實施例中，第一氣隙磁阻和第二氣隙磁阻之總和可改變所需量以產生所需的磁力輪廓。

在有些實施例中，磁極195的大圓錐直徑(或外直徑)及電樞191的小圓錐直徑(或內直徑)之重疊部分係可選擇以產生符合不同的螺線管應用所需的磁力行為(亦即達到所需的，可依衝程而改變之磁阻輪廓)。磁極195的主要圓錐直徑係可構造成大於、等於或小於電樞191的小圓錐直徑。在磁極195的大圓錐直徑係構造成小於電樞191的小圓錐直徑之情況下，第一氣隙AG-1磁阻會大幅變化，且磁力向量會改變方向，導致在某些電樞位置會產生近乎零的磁力情況。在有些實施例中，磁極195的主要圓錐直徑大於電樞191的較小圓錐直徑，且重疊部分小於1毫米。

如先前所述，氣隙磁阻係基於氣隙距離及氣隙面積以數學式(1)而求得。當電樞從一終點止擋器移動到另一終點止擋器，第二氣隙AG-2的距離維持相同，但第二氣隙AG-2的面積會減少，如第5A圖和第5B圖所示。第二氣隙AG-2的面積係基於螺線管組件108的衝程而定(在一終點止擋器和另一終點止擋器之間的距離)，且與電樞191的第二表面和固定器194的相應相對表面呈對準的長度係定義為磁通路徑120的一部份。電樞191對準於磁場主要磁通的長度係取決於線軸固定器194的厚度及/或電樞191下側部分的厚度。螺線管組件108衝程和此對準長度的比例係可依照不同的螺線管應用而改變。第5A圖和第5B圖所顯示之實施例，螺線管組件108的衝程為約對準長度的50%。在有些實施例中，螺線管組件108的衝程係可構造成大於對準長度，而導致磁力減少。

在有些實施例中，在此所述的電磁螺線管係設計成使在第二組態中第一和第二氣隙之總磁阻(亦即當螺線管組件108通電時)對在第一組態中第一和第二氣隙之總磁阻(亦即當螺線管組件108未通電)的比例為1：1.5。在其他實施例中，在第二組態中第一和第二氣隙之總磁阻對第一組態中第一和第二氣隙之總磁阻的比例介於約1：10和約10：1之間。

在有些實施例中，在此所述的電磁螺線管之設計和結構係可使用於具有不同幾何形狀的任何螺線管組件系統。在有些實施例中，電樞191和磁極195(或第 一氣隙AG-1)之間的圓錐方向和角度可不同。在有些實施例中，第一氣隙AG-1可實質地垂直於電樞(亦即不需要呈楔形)移動的軸線。在有些實施例中，第二氣隙AG-2係可修改成圓錐或階梯形狀。

在有些實施例中，在此所述的電磁螺線管可包含楔形之磁極195及/或楔形之電樞191以具有第一氣隙AG-1和第二氣隙AG-2。在有些實施例中，在此所述的電磁螺線管可為圓柱形螺線管。

在有些實施例中，當設計在此所述的電磁螺線管時，可考慮渦流、流體阻尼、彈簧負載變化及/或摩擦力等其他效應。

為了進一步說明在此所述的設計和結構，第6圖的圖表顯示在螺線管組件108的電樞191和磁極195之間的不同距離處所量測的磁力。雖然第6圖的圖表係針對螺線管泵108繪製，但應理解此圖表僅為例示，在此所述的設計和結構皆可應用於含有螺線管之任何合適系統，以便控制磁阻可帶來好處。

如第6圖所示，平行軸610代表從磁極195至螺線管組件108的電樞191之距離。垂直軸605代表在不同距離量測的磁力。曲線615表示當從磁極195至電樞191的距離從約略零增加到約略1.2毫米時，磁力如何變化。該曲線表示當電磁螺線管組件在第一和第二組態之間運作時，磁力大致固定。更明確而言，當螺線管組件開啟時，磁力值約略為17.5牛頓，且當螺線管關閉時，磁力值約略為22.5牛頓。因此，從開啟至關閉，磁力值的變化約略為28%。

第7圖為按照一實施例之流體輸送系統700的示意圖。流體輸送系統700可為包含電磁螺線管用於輸送及/或抽送流體的任何合適系統，且可用於任何合適的相關設備用。在有些實施例中，流體輸送系統700為與車輛或類同物相關(例如休旅車、全地形車、雪車、越野摩托車、船、公路車輛、非公路建築車輛或類同物)用於輸送及/或抽送流體的任何合適系統。在有些實施例中，流體輸送系統700可用作油泵以輸送油至車輛的引擎。

如第7圖所示，流體輸送系統700包含控制器705和螺線管致動泵707。螺線管致動泵707可為任何合適的組件，例如在本文中所述及描述者。第2至5B圖表示可使用於與系統700有關之往返式螺線管致動泵的實例。

控制器705可為任何適用的控制器，例如車輛控制模組、引擎控制模組或其類同物。控制器705可包含記憶體701、處理器702和驅動器模組703。

處理器702可為構造成例如將資料寫入記憶體701或從記憶體701讀取、且執行儲存在記憶體701之指令及/或方法的任何處理器。此外，處理器702可構造成控制驅動器模組703及/或控制器705的元件之運作。明確而言，在有些實施例中，處理器702可接收與相對於磁極構件之電樞的地點或位置相關的訊號，並決定基於電樞和磁極構件之間的距離來所產生的約略磁阻及/或磁力。根據此項資訊，處理器可調整傳送至驅動器 模組703的指令，因而按照螺線管泵707的磁阻調整驅動器電流。在其他實施例中，處理器702可為設計用於執行一個或多個特定功能的，例如，特定應用程序積體電路(ASIC)或積體電路組合。在另外的其他實施例中，微處理器可為類比或數位電路，或多個電路的組合。

記憶體裝置701可為任何適合的裝置，例如唯讀記憶體(ROM)組件、隨機存取記憶體(RAM)組件、可電程式化唯讀記憶體(EPROM)、可電抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、暫存器、快取記憶體及/或快閃記憶體。

驅動器模組703包含電路及/或組件，用以產生具有特定電壓及/或電流的螺線管。例如，在有些實施例中，驅動器模組703係可構造成當螺線管泵構造成具有以螺線管衝程為函數的實質恆定的磁阻時，在脈衝寬度期間，對螺線管泵707產生實質恆定的電流。在其他的實施例中，驅動器模組703係可構造成當螺線管泵構造成具有以螺線管衝程為函數而遞減的磁阻時，在脈衝寬度期間，產生初始峰值電流，然後再出現較低的「保持」電流。

第8圖為說明按照實施例，所組裝之具有受控制的磁阻的電磁螺線管組件之方法800的流程圖。方法800包含將固定器連接至外殼以將螺線管線圈固定在外殼內，如代表符號802。方法800進一步包含將磁極構件配置在外殼內，如代表符號804。在此，磁極構件可為任何磁極構件，並包含接觸表面。如上所述，在有 些實施例中，磁極構件的接觸表面可成為楔形。換言之，在有些實施例中，磁極構件的接觸表面和電樞沿著移動的軸線可定義出銳角。

方法800進一步包含將電樞配置在外殼內，如代表符號806。電樞係構造成當螺線管線圈通電時，會從第一位置移動到第二位置。外殼、磁極構件、固定器和電樞共同定義磁通路徑，其特徵為當電樞位在第一位置時具有第一磁阻，當電樞位在第二位置時具有第二磁阻。第一磁阻和第二磁阻之間的差小於第一磁阻之值的約30%。

在此所述的有些實施例係關於一種電腦儲存產品，包含非暫存電腦可讀媒體(亦可稱為非暫存處理器可讀媒體)，其中具有用於執行各種電腦執行操作的指令或電腦程式碼。電腦可讀媒體(或處理器可讀媒體)係為非暫存，亦即本質上並未包含暫存行進訊號(例如在空間或纜線等傳輸媒體上搭載資訊的行進電磁波)。媒體和電腦程式碼(亦稱為程式碼)可為設計和建構成用於特定目的或目標者。非暫存電腦可讀取媒體的實例包括但不限於：磁性儲存媒體，例如硬碟、軟碟和磁帶；光學儲存媒體，例如光碟/數位影碟(CD/DVD)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)和全像裝置；磁光儲存媒體，例如光碟；載波訊號處理模組；及特別構造成儲存和執行程式碼的硬體裝置，例如特定應用程序積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)、唯讀記憶體(ROM)和隨機存取記憶體(RAM)裝置。

電腦程式碼的實例包括但不限於微程式碼或微指令、例如由編譯程式產生的機械指令、用於產生網站服務的程式碼及藉由使用直譯器的電腦執行的含高階指令的檔案。例如，實施例係可藉由使用命令式程式語言(例如C、Fortran等)、函數式程式語言(Haskell、Erlang等)、邏輯程式語言(例如Prolog)、物件導向程式語言(例如Java、C++等)或其他合適的程式語言及/或開發工具而執行。電腦程式碼的其他實例包括但不限於控制訊號、加密程式碼及壓縮程式碼。

儘管本文已經敘述多種實施例，但應理解此等實施例僅藉由例示呈現而不限於此。在上述方法及/或示意圖指出以特定順序發生的特定事件及/或流程之處，該特定事件及/或流程之順序係可修改。此外，在可能的情況下，可同時執行特定事件，亦可按順序執行。儘管實施例係以特定方式呈現和描述，但亦應理解可對其形式和細節進行修改。

在上述示意圖及/或實施例指出以特定方向或位置配置的特定組件之處，組件之配置係可修改。同樣地，在上述方法及/或事件指出以特定順序發生的特定事件及/或程序之處，該特定事件及/或程序之順序係可修改。

雖然本文已將各種實施例敘述成具有特定特徵及/或組件之組合，但其他實施例亦可具有來自上述任何實施例的任何特徵及/或組件之組合。

100‧‧‧流體輸送組件

108‧‧‧螺線管組件

186‧‧‧螺線管線圈

188‧‧‧下側板

191‧‧‧電樞

192‧‧‧致動器桿

193‧‧‧彈簧

194‧‧‧線管固定器

195‧‧‧磁極

196‧‧‧外殼

AG-1‧‧‧第一氣隙

Claims (23)

1. 一種電磁螺線管裝置，包含：外殼；螺線管線圈，配置於該外殼內；磁極構件；及電樞，被構造成當該螺線管線圈被通電時從第一位置移動到第二位置，當該電樞位在第一位置時，電樞的接觸表面與磁極構件的接觸表面相隔第一距離，當該電樞位在該第二距離時，則該電樞的接觸表面與該磁極構件的接觸表面相隔第二距離，該外殼、該磁極構件及該電樞共同定義磁通路徑，其特徵為當該電樞位在該第一位置時具有第一磁阻，當該電樞位在該第二位置時具有第二磁阻，該第一磁阻及該第二磁阻的差少於該第一磁阻之值的約30%。
2. 如請求項1之電磁螺線管裝置，其中該電樞的接觸表面呈楔形。
3. 如請求項1之電磁螺線管裝置，其中該電樞的接觸表面與該電樞沿著移動的軸線定義銳角。
4. 如請求項1之電磁螺線管裝置，其中部分的電樞的接觸表面和部分的磁極構件的接觸表面在該磁通路徑內定義出氣隙面積，該磁極構件和該電樞構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該氣隙面積會減少。
5. 如請求項1之電磁螺線管裝置，其中定義該磁極構件 的接觸表面的外直徑介於定義該電樞的接觸表面的外直徑及定義該電樞的接觸表面的內直徑之間。
6. 如請求項1之電磁螺線管裝置，進一步包含：固定器，被構造成可將該螺線管固定在該外殼內，部分的電樞被構造成在該固定器內移動，該部分的電樞及該固定器包含在該磁通路徑內。
7. 如請求項6之電磁螺線管裝置，其中：該部分的電樞包含滑動表面；及該固定器包含表面，該電樞的滑動表面和該固定器表面在該磁通路徑內定義氣隙面積，該固定器和該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該氣隙面積會減少。
8. 如請求項1之電磁螺線管裝置，又包含：固定器，被構造成將該螺線管固定在該外殼內；部分的電樞的接觸表面和部分的磁極構件的接觸表面在磁通路徑內定義第一氣隙面積，該磁極構件和該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第一氣隙面積會減少，該電樞的一滑動表面被構造成在該固定器內移動，該滑動表面和該固定器的一表面在該磁通路徑內定義出第二氣隙面積，該固定器和該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第二氣隙面積會減少。
9. 一種電磁螺線管裝置，包含：外殼； 螺線管線圈，配置於該外殼內；磁極構件；固定器，被構造成將該螺線管固定在該外殼內；及電樞，被構造成當該螺線管線圈被通電時從第一位置移動到第二位置，當該電樞位在該第一位置時，該電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面相隔第一氣隙，當該電樞位在該第二位置時，則該電樞的第一表面與該磁極構件的接觸表面接觸，且電樞的第二表面與該固定器的表面相隔第二氣隙，該外殼、該磁極構件、該電樞及該固定器共同定義磁通路徑，其包含該第一氣隙和該第二氣隙，部分的電樞第一表面和部分的磁極構件接觸表面在該磁通路徑內定義第一氣隙面積，該磁極構件和該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第一氣隙面積會減少。
10. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中該磁通路徑的特徵為當該電樞位在該第一位置時具有第一磁阻，當該電樞位在該第二位置時具有第二磁阻，該第一磁阻及該第二磁阻的差少於該第一磁阻之值的約30%。
11. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中該第二磁阻在第一磁阻的約70%、50%、約40%、約30%、約20%或約10%的範圍內。
12. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中該電樞的該第二表面被構造成在該固定器內移動。
13. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中定義該磁極構件接觸表面的外直徑介於定義該電樞第一表面的外直徑及定義該電樞第一表面的內直徑之間。
14. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中該電樞第二表面及該固定器表面定義第二氣隙面積，該固定器和該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第二氣隙面積會減少。
15. 如請求項9之電磁螺線管裝置，其中：當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第一氣隙的磁阻會減少；及當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第二氣隙的磁阻會增加。
16. 一種組裝電磁螺線管裝置的方法，包含：將固定器連接至外殼以將螺線管線圈固定在該外殼內；將磁極構件配置在該外殼內，該磁極構件包含接觸表面；將電樞配置在該外殼內，該電樞被構造成當該螺線管線圈被通電時，從第一位置移動到第二位置，該外殼、該磁極構件、該固定器及該電樞共同定義磁通路徑，其特徵為當該電樞位在該第一位置時具有第一磁阻，當該電樞位在該第二位置時具有第二磁阻，該第一磁阻及該第二磁阻的差少於該第一磁阻之值的約30%。
17. 如請求項16之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中該 磁極構件的接觸表面與該電樞沿著移動的軸線定義銳角。
18. 如請求項16之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中部分的該電樞接觸表面及部分的該磁極構件的接觸表面在該磁通路徑內定義出氣隙面積，該磁極構件及該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該氣隙面積會減少。
19. 如請求項16之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中定義該磁極構件的接觸表面的外直徑介於定義該電樞的接觸表面的外直徑及定義該電樞的接觸表面的內直徑之間。
20. 如請求項16之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中部分的電樞被構造成在該固定器內移動，該部分的電樞和該固定器包含在該磁通路徑內。
21. 如請求項20之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中：該部分的電樞包含滑動表面；及該固定器包含表面，該電樞滑動表面及該固定器表面在該磁通路徑內定義氣隙面積，該固定器及該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該氣隙面積會減少。
22. 如請求項16之組裝電磁螺線管裝置的方法，其中：部分的該電樞接觸表面及部分的該磁極構件的接觸表面在該磁通路徑內定義出第一氣隙區域，該磁極構件及該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第一氣隙面積會減少， 該電樞的一滑動表面被構造成在該固定器內移動，該滑動表面及該固定器的一表面在該磁通路徑內定義出第二氣隙面積，該固定器及該電樞被構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第二氣隙面積會減少。
23. 一種組裝電磁螺線管裝置的方法，包含：通電於泵機組的螺線管線圈以便將電樞在螺線管外殼內從第一位置移動到第二位置，該電樞連接至泵元件，該外殼、磁極構件、該電樞及固定器共同定義磁通路徑，當該電樞位在該第一位置時，電樞的第一表面與磁極構件的接觸表面相隔第一氣隙，當該電樞位在該第二位置時，該電樞的第一表面接觸該磁極構件的接觸表面，電樞的第二表面與固定器部分的表面相隔第二氣隙，部分的電樞第一表面及部分的磁極構件接觸表面在該磁通路徑內定義出第一氣隙面積，該磁極構件及該電樞構造成當該電樞從該第一位置移動到該第二位置時，該第一氣隙面積會減少；及停止通電於螺線管，以便將該電樞在該螺線管外殼內從該第二位置移動到該第一位置。