柔性電磁閥驅動裝置的建模和性能的製作方法

2023-11-11 01:22:17 1

專利名稱：柔性電磁閥驅動裝置的建模和性能的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動裝置，特別涉及電磁閥門的驅動裝置。
背景技術：
氣體交換閥的運作對於內燃機的運行效率很重要。傳統的固定式凸輪軸作為閥門 驅動所採用的通用型閥門，代表了一種用於發動機運行情況下一成不變的折中方式，特別 是在發動機負載和高速運行的情況。多步凸輪軸(multi-st印camshaft)的優勢在於，其為 發動機在運行情況改變時提供不同的凸輪輪廓(camprofile)。機械凸輪定相方法為閥門運 作提供了重要的定時變化值，但仍然採用相同的凸輪輪廓。其它閥門控制方法也已經被採 用。具體的閥門驅動策略包括進氣閥門提前關閉、進氣閥延遲關閉、進氣閥延遲打開和可變 最大閥門升程，這些已經通過試驗證明能夠提高發動機的性能。有必要提供一種具有各種驅動策略優點的柔性(flexible)閥門驅動裝置。為了 實現這個目的，許多電磁閥門驅動裝置已經由其設計的發明人申請了專利。每個設計一般 作為單個閥門驅動裝置。然而，如何在發動機頭部有限的空間內有效地安裝單個閥門驅動 裝置，依然是具有挑戰性的局限。對於每個汽缸的多閥門，要安裝兩個相鄰的無幹擾驅動裝 置已然很困難。因此，需要解決這個領域存在的問題。

發明內容
本發明的實例提供了一種系統和方法用於提供一種雙閥門驅動裝置。從結構上簡 單地講，該系統的其中一個實例，能夠通過以下方式實現。該系統包括具有第一磁化方向和 第一開口的第一面永磁體。第二面永磁體具有第二磁化方向和第二開口。第二開口與第一 開口軸向對齊。第一面永磁體的磁化方向與第二面永磁體的磁化方向相反。本實例具有多 個固定線圈，其中至少一個固定線圈在第一開口中且至少一個固定線圈在第二開口中。一 對延伸件穿過第一開口和第二開口。磁化嵌條與每個延伸件集成一體。本發明還提供一種使用雙閥門驅動裝置的方法。此方法其中的一個實例，可以大 致概括為如下步驟軸向對齊第一面永磁體與第二面永磁體，其中第一面永磁體和第二面 永磁體具有相反的磁向；將一金屬板放置在第一面永磁體和第二面永磁體之間；第一線圈 放置在第一面永磁體的第一開口中切第二線圈放置在第二面永磁體的第二開口中；安裝一 對延伸件，每個延伸件穿過第一開口和第二開口，其中每個延伸件與至少一個嵌條集成一 體，其至少部分地位於第一線圈和第二線圈中的至少一個內；對至少一個線圈通電後產生 弓丨起至少一個嵌條沿著線圈的軸向滑動的磁阻力。根據附圖和詳細說明，本發明的其它系統、方法、特徵和優點對於本領域的技術人員是顯而易見的。需要注意的是，本說明包括的所有這些附加的系統、方法、特徵和優點都 落入本發明的保護範圍內並且受所附權利要求的保護。


通過附圖能夠從各方面更好地理解本發明。附圖所示元件無需按比例繪製，用框 圖代替可以清楚地說明本發明的實質。此外，視圖中相同部件的編碼一致。圖1是本發明第一實例的雙閥門驅動裝置的截面圖；圖2是圖1所示的本發明第一實例的雙閥門驅動裝置的頂視圖；圖3是本發明第二實例的雙閥門驅動裝置的頂視圖；圖4是流程圖，用於說明圖1所示的本發明第一實例採用的雙閥門驅動裝置的方法。
具體實施例方式圖1是本發明第一實例的雙閥門驅動裝置10的截面圖。圖2是圖1所示的本發 明第一實例的雙閥門驅動裝置10的頂視圖。雙閥門驅動裝置10包括具有第一磁化方向14 和第一開口 12B的第一面永磁體12A。第二面永磁體16A具有第二磁化方向18和第二開 口 16B。第二開口 16B與第一開口 12B軸向對齊。第一面永磁體12A的磁化方向14與第二 面永磁體16A的磁化方向18相反。第一面永磁體12A的磁向14的量與第二面永磁體16A 的磁向18的量相等。本實例有多個固定線圈20A、20B、20C、20D，其中固定線圈20A、20B中 至少一個徑向位於第一開口 12B內且固定線圈20C、20D中至少一個位於第二開口 16B內。 一對延伸件22A、22B穿過第一開口 12B和第二開口 16B。磁化嵌條24A、24B與每個延伸件 22A、22B集成一體。如圖1所示，第一開口 12B和第二開口 16B採用「8」字形狀的結構。其他開口的 形狀，包括但不限於橢圓、矩形、單獨圓形開口，或其他幾何形狀也是可行的。一些開口形狀 能產生缺口或空隙，這些缺口或空隙沒有被線圈20A、20B、20C、20D、延伸件22A、22B、嵌條 24A、24B或其他元件佔用。在這些空隙中，多餘的磁體進入其中使永磁體12A、16A這部分 產生的力得到了增強。這些多餘的磁體中，至少在第一開口 12B中的多餘磁體具有與永磁 體12A、16A相同的磁化，而第一開口 12B中的多餘磁體與第二開口 16B中的多餘磁體的磁 化相反。磁體12A、16B具有直角稜形的開口 12B、16B。頂部固定線圈20A、20B能獨立或聯 合受控。底部固定線圈20C、20D能獨立或聯合受控。需要注意的是此處所用的「頂部」和 「底部」是參照圖1的立體圖而言，並非要求雙閥門驅動裝置10 —定按照此方向，任何其它 方向也是可以的。如圖1所示，雙閥門驅動裝置10包括至少一塊位於第一面永磁體12A和第二面永 磁體16A之間的金屬板26B。此外，金屬板26A、26B位於第一面永磁體12A的背面，金屬板 26B、26C位於第二面永磁體16A的背面。如圖1所示，外部金屬板26A、26C具有與每個固定 線圈20A、20B、20C、20D吻合的延伸部件。如圖1所示，外部金屬板26A、26C還具有與外部 周邊吻合的倒角或其他形狀。雙閥門驅動裝置10包括設置在固定線圈20A、20B、20C、20D和開口 12A、12B、16A、 16B之間的鐵磁材料30。如圖1所示的鐵磁材料30，儘管其高度可以和固定線圈20A、20B、
520C、20D相同，但不是必須的。作為例子，鐵磁材料30採用低碳鋼。當固定線圈20A、20B、 20C、20D開始工作時，鐵磁材料30用於提高施加於嵌條24A、24B的力。嵌條24A、24B也由 至少一種鐵磁材料組成。此外，當如圖2所示的鐵磁材料30沿著固定線圈20A、20B、20C、 20D的周邊放置時，鐵磁材料30也只能放置在固定線圈20A、20B、20C、20D周邊的一部分。 輔助元件對與延伸件22A、22B集成一體並配合單獨設備工作。輔助元件為發動機的閥門。 輔助元件的動作至少能部分地驅動單獨設備。圖3是本發明的第二個實例的雙閥門驅動裝置100的頂視圖。與第一個實例相同， 第二個實例包括具有第一磁化方向和第一開口 112B的第一面永磁體112A。位於第一面永 磁面112A下面的第二面永磁體(沒有顯示)具有第二磁化方向和第二開口。第二開口與第 一開口 112B軸向對齊。第一面永磁體112A的磁化方向與第二面永磁體的磁化方向相反。 本實例提供了固定線圈對，其中至少一個固定線圈120A位於第一開口 112B內並且至少一 個固定線圈(沒有顯示)位於第二開口內。延伸件對122A、122B穿過第一開口 112B和第 二開口。磁化嵌條124A、124B與每個延伸件122A、112B集成一體。金屬板126A位於第一 面永磁體112A的背面，並且金屬板位於第二面永磁體的背面。與圖2相比，圖3顯示了一種改進，其中固定線圈120A採用不同的繞線方式。圖2 所示的固定線圈20A、20B是獨立線圈。圖3中，固定線圈120B採用一種賽道(racetrack) 構造把嵌條124A、124B兩者都包圍起來，而8字形的固定線圈120A採用不同的構造包圍嵌 條124A、124B。也就是說，賽道構造的線圈120B在每個嵌條124A、124B的周圍採用相同的 電流轉(current-turns) ；8字形的線圈120A在嵌條124A的周圍採用正向電流轉而在另一 個嵌條124B(視電流方向而定)的周圍採用反向電流轉。賽道構造的線圈120B大約佔用 線圈90%的有效空間，而8字形線圈120A佔用剩餘10%的空間。這種設置能使每個嵌條 124AU24B獲得由賽道構造和8字形線圈120B、120A疊加產生的持續不斷的能量供給。圖4是流程圖200，說明了圖1所示的本發明的第一實例採用雙閥門驅動裝置10 的方法。需要注意的是流程圖所示的任何流程說明或框圖應該理解為所示包括用於實現 流程中具體邏輯功能的一個或多個指令的模塊、程序塊、代碼部分或步驟以及包括改進實 施方法落入本發明保護範圍內；而對於產生執行錯誤的子程序，包括由採用功能而定的並 發或反序的子程序，通過本發明所示或詳述將被本發明涉及的本領域技術人員理解。如方框圖202所示，第一面永磁體12A與第二面永磁體16A軸向對齊，其中第一面 永磁體12A和第二面永磁體16A的磁化方向14、18相反。金屬板26B位於第一面永磁體 12A和第二面永磁體16A之間(方框圖204)。第一線圈20A、20B位於第一面永磁體12A的 第一開口 12B內而第二線圈20C、20D位於第二面永磁體16A(方框圖206)的第二開口 16B 內。延伸件對22A、22B穿過第一開口 12B和第二開口 16B，其中每個延伸件22A、22B與至少 一條嵌條24A、24B集成一體，其至少部分地在第一線圈20A、20B和第二線圈20C、20D (方框 圖208)中的至少一個內。至少一個線圈20A、20B、20C、20D能通電，產生使得嵌條24A、24B 中的至少一個沿著線圈20A、20B、20C、20D(方框圖210)的軸向滑動的磁阻力。物理屏障或其他類似的物體能放置在第一或第二開口 12B、16B用於保持嵌條 24A、24B中的至少一個在固定線圈20A、20B、20C、20D之間。每個固定線圈20A、20B、20C、20D能被獨立控制。固定線圈20A、20B、20C、20D能被 物理纏繞在一起，因此它們作為單獨控制整體地被啟動。線圈對20A、20B、20C、20D能被硬
6性纏繞在一起，因此它們作為兩個控制整體地被啟動。控制也能設置為固定線圈20A、20B、 20C、20D獨立運作的方式，但採用聯合控制的方式。本領域的一般技術人員應該認識到可能 用於啟動雙閥門驅動10的幾種排列方式，視驅動目的而言，並且每種排列會被認為落入本 發明的保護範圍之內。 需要強調的是本發明的上述實例，特別是任何「優選」的實例，為極少可能無法實 現的例子，並能清楚地理解本發明的原理。根據上述發明實例所實施的多種改變和改進實 際上均沒有脫離本發明的精神和原理。所有類似的改變和改動都應該落入本發明公開技術 內容的保護範圍內並受其權利要求的保護。
權利要求
一種雙閥門驅動裝置，包括具有第一磁化方向和第一開口的第一面永磁體；具有第二磁化方向和第二開口的第二面永磁體，其中第二開口與第一開口軸向對齊，並且其中第一面永磁體的磁化方向與第二面永磁體的磁化方向相反；多個固定線圈，其中至少一個第一固定線圈位於第一開口內而其中至少一個第二固定線圈位於第二開口內；一對延伸件，每個延伸件穿過第一開口和第二開口；以及一對磁化嵌條，每個嵌條與一個延伸件集成一體。
2.根據權利要求1所述的裝置，還包括用於分離第一面永磁體和第二面永磁體的金屬板。
3.根據權利要求1所述的裝置，還包括在每塊永磁體背面的金屬板。
4.根據權利要求1所述的裝置，還包括設置在固定線圈和磁體之間的鐵磁材料。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中的開口還包括橢圓形狀。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中第一線圈和第二線圈各自形成8字形狀。
7.根據權利要求1所述的線性驅動裝置，其中的面永磁體為直角稜柱形狀。
8.根據權利要求1所述的裝置，還包括至少兩個分離的線圈，所述至少兩個分離的線 圈位於第一面永磁體和第二面永磁體的每個內。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中的延伸件還包括一對軸，每個軸與一個嵌條集成一體，每個軸能在磁體的開口內滑動；以及 一對輔助元件，每個輔助元件與一個軸集成一體並能與一單獨設備配合工作，憑藉至 少一個輔助元件的運動來至少部分地驅動單獨設備。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中頂部磁體的磁化量與底部磁體的磁化量相同。
11.一種採用線性驅動設備的方法，該方法包括的步驟是軸向對齊第一面永磁體與第二面永磁體，其中第一面永磁體和第二面永磁體的磁化相反；將金屬板放置在第一面永磁體和第二面永磁體之間；在第一面永磁體的第一開口內安裝第一線圈並在第二面永磁體的第二開口內安裝第 二線圈；安裝一對延伸件，每個延伸件穿過第一開口和第二開口，其中每個延伸件與至少一個 嵌條集成一體，其至少部分地在第一線圈和第二線圈中的至少一個內；並且 對至少一個線圈通電產生引起至少一個嵌條沿著線圈軸向滑動的力。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括限制第一線圈和第二線圈內的至少一個嵌條 的步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，其中限制至少一個嵌條的步驟還包括安裝第一頂蓋 至接近第一面永磁體並安裝第二頂蓋至接近第二面永磁體的步驟，因此物理地阻礙至少一 個嵌條在運動中脫離線圈。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括使用至少一個頂蓋來集中力量的步驟。
15.根據權利要求11所述的方法，還包括驅動集成有嵌條的發動機閥門的步驟。
16.根據權利要求11所述的方法，其中的開口還包括橢圓形的開口。
17.根據權利要求11所述的方法，其中第一面永磁體和第二面永磁體為直角稜柱形狀。
18.根據權利要求11所述的方法，還包括的步驟有 使至少集成一個嵌條的延伸件滑動；以及驅動輔助元件，其中輔助元件集成至少一個延伸件並且能配合單獨設備運作，因此輔 助元件的運動至少能部分地驅動單獨設備。
19.根據權利要求11所述的方法，其中頂部磁體的磁化量與底部磁體的磁化量相同。
20.根據權利要求11所述的方法，還包括連續滑動所有延伸件的步驟。
全文摘要
本系統包括具有第一磁化方向和第一開口的第一面永磁體。第二面永磁體具有第二磁化方向和第二開口。第二開口與第一開口軸向對齊。第一面永磁體的磁化方向與第二面永磁體的磁化方向相反。實例提供了多個固定線圈，其中至少一個固定線圈位於第一開口內且至少一個固定線圈位於第二開口內。一對延伸件穿過第一開口和第二開口。磁化嵌條與每個延伸件集成一體。
文檔編號F16K31/02GK101918742SQ200880121167
公開日2010年12月15日 申請日期2008年11月10日 優先權日2007年11月8日
發明者克裡斯多佛·J·考克蘭, 安德魯·M·賴特, 戴維·B·庫普 申請人:工程物資公司