電磁致動器和控制的製作方法

2023-05-06 08:54:26 3

專利名稱：電磁致動器和控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁致動器。
背景技術：
一種內燃機通常包括多個氣缸，每個氣缸具有一套用來打開和關閉以使燃料和空氣進入氣缸並從氣缸釋放廢氣的氣門。通常，內燃機的氣門例如利用凸輪軸來機械受控。

發明內容
在一個方面，本發明提供了一種電磁致動器，該電磁致動器包括具有縱軸並且由高透磁性材料(例如鐵磁或者順磁性材料)製成的中央柱。與該中央柱連接的是定子組件，該定子組件具有限定有開口的內表面。線圈導電體被置於定子組件的內表面附近，並且構造成當施加電流時產生第一磁場。致動器還包括至少部分地設置在定子組件的開口中的銜鐵組件。永磁鐵設置於該銜鐵組件中，並且當將電流施加到線圈導體組件上時，該永磁鐵沿著平行於中央柱縱軸的方向移動。具有高透磁性材料製成的中央柱的一個優點在於，這使得致動器獲得了比具有不帶中央柱的相同磁路的致動器大的作用力輸出。另一優點在於，中央柱也減小了磁路的磁通環路的空氣間隙，從而得到比不帶中央柱時更有效的磁路。
多種實施例可包括以下一個或者多個特徵。
中央柱可由多個部分形成。中央柱也可作為銜鐵組件的支承表面，並且塗敷有低摩擦塗層。
銜鐵組件的永磁鐵可以是環形的，被徑向磁化，並且可被定向成磁鐵的環所限定的縱軸與中央柱的縱軸平行(或者同軸)。銜鐵組件的永磁鐵可在軸向上分開或者由多個部分(例如多個弧形部分)形成，以便打斷磁鐵的主導渦電流通路。
銜鐵組件還可包括氣門杆，該氣門杆適於在將電流施加給線圈導體時打開或者關閉氣門。中央柱可限定其中至少放置氣門杆的一部分的溝槽，從而作為氣門杆的引導件。所述氣門杆可與銜鐵組件的其餘部分連接，從而氣門杆可在垂直於中央柱縱軸的方向上自由移動和/或圍繞中央柱的縱軸自由旋轉。氣門杆可具有在一端形成的球形末端，該球形末端裝配到安裝於銜鐵組件的球籠中，從而沿著平行於中央柱縱軸的方向將氣門杆安裝到銜鐵組件的其餘部分上。
定子組件可包括多個線圈，這些線圈構造成相鄰線圈產生相反極性的磁場。例如，所述多個線圈可串聯連接，並且可纏繞成相鄰線圈以相反方向纏繞。可選地，相鄰線圈以相同方向纏繞，並且構造成接收相反的相對極性的電流。銜鐵組件也可包括相應數量的永磁鐵，所述永磁鐵布置成相鄰永磁鐵具有相反的極性。間隔件置於每個永磁鐵之間，並且磁鐵和/或間隔件可以在軸向分開，從而打斷主導渦電流通路。
定子組件也可包括一個或多個由高透磁性材料製成的護鐵部件，定子組件的內表面塗敷有介電材料。
所述致動器可採用懸垂磁鐵設計，其中磁鐵的軸向高度(即相對於中央柱的縱軸測量的磁鐵高度)大於定子組件中的相應線圈導體的軸向高度。類似地，致動器可採用自下支承(underhung)設計，其中磁鐵的軸向高度小於定子組件中的相應線圈導體的軸向高度。
致動器可構造成作為銜鐵相對於定子組件位移的函數的銜鐵作用力在整個預定偏移範圍上基本是恆定的。致動器也可構建成作為銜鐵相對於定子組件位移的函數的銜鐵製動力(detent force)分布在整個位移的預定偏移範圍上基本為零。
致動器可構造成形成冷卻迴路的一部分，並且包括冷卻套管(coolingjacket)，該冷卻套管設置成至少部分圍繞所述定子組件並且循環冷卻流體。中央柱也可包括一個或多個構造成來循環冷卻流體的通道。
致動器也可構造成打開和關閉氣門，並且控制器可與該致動器電連接來控制致動器的操作。控制器可構造成接收關於氣門一個或多個操作狀態(例如氣門速度、加速度和/或位置)的信息，基於所接收到的信息將控制信號施加到線圈上，從而產生導致銜鐵組件相對於中央柱縱軸運動的磁場。控制器可接收關於氣門速度和位置的信號，並選擇性施加速度反饋控制和位置反饋控制來定位氣門。
在另一方面，本發明提供了一種用於控制電磁氣門致動器的方法，該電磁氣門致動器具有限定有縱軸的定子和設置在該定子中的銜鐵，所述方法包括接收關於氣門速度和位置的信號，並通過選擇使速度反饋迴路和位置伺服反饋迴路生效來向所述致動器施加控制信號，從而將氣門定位到所需位置。
多種實施例可包括以下一個或多個特徵。速度反饋迴路可用於降低氣門速度。氣門的所需位置可以是氣門全開或者全關的位置。所述方法可包括使速度反饋迴路生效來在給定銜鐵位移處補償制動力。
在另一方面，本發明提供了一種內燃機，該內燃機包括限定出腔室的氣缸、適於控制流體或氣體流入或流出所述腔室的氣門、以及與氣門連接用來控制氣門操作的電磁致動器。所述致動器包括具有限定有開口的內表面以及靠近該內表面設置的線圈導體的定子組件、由高透磁性材料(例如順磁或者鐵磁材料)製成並且限定有縱軸的中央柱。致動器還包括至少部分地設置在定子組件的開口中的銜鐵組件，當將電流施加到所述線圈導體組件上時，所述銜鐵組件在平行於中央柱縱軸的方向上移動。
多種實施例可包括以下一個或多個特徵。所述內燃機還可包括控制器，該控制器構造成接收關於氣門一個或多個操作狀態(例如氣門速度、加速度和/或位置)的信息，基於所接收到的信息將控制信號施加到線圈上，從而產生導致銜鐵組件相對於中央柱縱軸運動的磁場。控制器可接收關於氣門速度和位置的信號，並選擇性施加速度反饋控制和位置反饋控制來定位氣門。
內燃機可還包括冷卻迴路，該冷卻迴路包括熱交換器和泵，該泵在所述電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體。電磁致動器也可包括冷卻套管，該冷卻套管設置成至少部分圍繞所述定子組件並且具有一個或多個在電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體的通道。電磁致動器也可包括一個或多個設置在中央柱中的冷卻通道，該冷卻通道在電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體。
根據上述公開內容設計的電磁致動器可用於內燃機中來可變和獨立控制內燃機的吸氣和排氣氣門。在內燃機中使用致動器的一個優點在於，不需要輔助馬達(例如啟動器馬達)就能使內燃機啟動。在內燃機中使用這種致動器的另一優點在於，能通過使內燃機停機而改善內燃機的排放，否則內燃機將空轉(例如當汽車在紅綠燈處停車時)。
雖然在內燃機的上下文中描述了下述致動器，但應該明白這裡所公開的教導不局限於內燃機中的氣門控制，而可以應用於廣泛的多種應用。
在附圖和下面的描述中將闡明本發明的一個或多個實施例的細節。本發明的其他特徵、目的和優點將從說明書和附圖、以及從權利要求書中明了。


圖1A是一內燃機的示意圖；圖1B是一內燃機的腔室的示意圖；圖2A-2H是一電磁致動器的示意圖；圖3A是用於電磁致動器的一冷卻迴路的示意圖；圖3B是用於電磁致動器的冷卻套管的示意圖；圖3C是帶有穿過中央柱的冷卻迴路的致動器的示意圖；圖4A-4I是另一電磁致動器的示意圖；圖5A示出用於懸垂和自下支承磁鐵設計的模擬加速度相對於位置的分布；圖5B示出用於懸垂和自下支承磁鐵設計的模擬作用力相對於位置的分布；圖5C示出用於懸垂和自下支承磁鐵設計的模擬致動力特性；圖6是一用於電磁致動器的控制系統的示意圖；圖7是一框圖，示出了用於電磁致動器的閉合迴路控制系統；圖8示出了在電磁致動器的一個實施例中施加到一套定子線圈上的控制電流與銜鐵位移之間的關係。
在附圖中，相同的附圖標記指代相同的元件。
具體實施例方式
如在圖1A中所示，內燃機1包括多個氣缸，例如2a-2b，每個氣缸容納有活塞，例如4a-4b。而每個活塞利用連杆例如6a-6b與曲軸5機械連接。每個氣缸，例如氣缸2a，如圖1B所示包括吸氣氣門9、排氣氣門9』、火花塞7和燃料噴射器元件10，每個至少部分位於氣缸的腔室11中。控制單元(未示出)通過分別控制吸氣氣門致動器8和排氣氣門致動器8』來控制吸氣氣門9和排氣氣門9』。控制單元也命令燃料噴射器將合適量的燃料-空氣混合物噴入腔室11中，利用火花塞7在合適的時刻點燃燃料-空氣混合物，然後通過與氣門致動器8關聯的排氣氣門排出來自燃料-空氣混合物燃燒的廢氣。根據在David Hanson、Jun Ma、Benjamin G.K.Peterson、GeoffreyCoolidge Chick的與本申請同時提交的名稱為「Controlled Starting andBraking ofan Internal Combustion Engine(內燃機受控啟動和停機)」的專利申請中描述的方法，控制單元可控制氣門的操作、燃料的運送和火花塞的點火，該申請的內容在此完全引入作為參考。
每個氣門致動器，例如如圖2A所示的氣門致動器8，包括位於定子組件12中的銜鐵組件14。在致動時，銜鐵組件14沿著定子組件12的縱軸A滑動以打開(或者關閉)氣門(在圖2A中未示出)。
如圖2B所示，定子組件12包括安裝到中央柱28上的外殼體29。中央柱28是中空管狀結構，該結構延伸到外殼29以外，並且用作安裝到銜鐵組件上的氣門杆(如圖2G-2H所示)的引導件。除了用作氣門杆的引導件，中央柱由具有高透磁性的材料製成，並且為在電流通過線圈導體組件23時產生的磁場提供了磁返回通路。聯接凸緣30將中央柱28與外殼29機械聯接。
外殼29包括被互鎖護鐵部件24包圍的線圈導體組件23。一系列螺釘，例如27a-27b，通過帽26將互鎖護鐵部件固定在合適的位置上。在該特定實施例中，線圈導體組件23包括沿著相反方向纏繞並且串聯連接的兩對圓形銅線線圈20和22(例如線圈20順時針纏繞，線圈22逆時針纏繞，或者反之)，並且在將來自單個驅動電路的電流施加到線圈上時，線圈產生相反極性的磁場。換句話說，當將電流施加到線圈上時，一對線圈(例如線圈對20)將產生一個極性的磁場，第二對線圈(例如線圈對22)將產生相反極性的磁場。這兩對線圈在定子組件中交替布置，從而成對的線圈(例如線圈對20)不會彼此相鄰。如下文更詳細解釋的，交替的纏繞線圈20、22與銜鐵中交替的相關極性的磁鐵對準。當將電流施加到線圈20、22上時，磁場在外殼和中央柱之間形成，這使得磁化的銜鐵沿著致動器的縱軸A滑動。相鄰線圈和磁鐵的交替極性用作彼此的磁通返回通路。
在另一實施例中，所有的線圈和線圈導體組件沿著相同的方向纏繞，並且供送有交替極性的獨立電流信號以便產生一系列交替磁場。其他實施例可採用產生相反極性或者相同極性的一個或者多個線圈。線圈20、22可由具有多種橫截面形狀，例如圓形、橢圓形、矩形或者方形的導體(例如線或者導體帶)構成。
如圖2C所示，每個銜鐵組件24包括三個圓周部分25a-25c。圓周部分的使用允許在提供電力時銅線圈徑向熱膨脹，從而降低了護鐵部件24破碎的風險。護鐵部件24朝向銜鐵組件引導由電導體產生的磁場，而中央柱28有利地作為在電流經過線圈時產生的磁路的返回通路。通過將中央柱作為磁路的磁返回通路，致動器獲得了比具有相同磁路而沒有中央柱的致動器更大的作用力輸出。中央柱也減小了磁路通量迴路的空隙間隙，導致比沒有中央柱的致動器更高效的磁路。為了使中央柱用作磁返回通路，該中央柱應該由具有高透磁性的材料製成，諸如鐵磁材料或者順磁性材料。
定子組件12的含鐵元件，包括中央柱28和護鐵部件24，優選地由具有高透磁性和高磁飽和特性的材料構成。優選地，使用具有高電阻率的材料，以便減小鐵元件的動態損失。諸如矽鋼合金或者軟磁性合成物的材料提供了高透磁性和飽和特性，並且具有高電阻率，可用來形成中央柱28或者致動器的其他含鐵元件。
在優選實施例中，護鐵部件24和中央柱28由粉末金屬軟磁性合成物(SMC)材料(諸如由總部在West Lebanon，NH的Mii Technologies，LLC生產的SM2或者SM3，或者由總部在Hoganas，Sweden的Hoganas生產的SomaloyTM500)製成，該材料具有高電阻率和高透磁性的結合。
中央柱28可形成為單件結構(如圖2B所示)或者合成地由多個同類或者異類材料部分製成。由多個分立部分形成中央柱28與單件結構相比將增加中央柱28的電阻率，並且降低對渦電流的磁化係數。
提供定子和中央柱之間的機械連接的聯接凸緣、以及將護鐵固定到位的帽26優選地由非磁性、帶有更低的對渦電流的磁化係數的電阻材料，諸如奧氏體不鏽鋼製成。
定子組件優選地塗敷有灌封環氧樹脂(potting epoxy)或者其他高強度、高介電粘合材料，這有助於使線圈在定子組件中固定，防止線圈物理磨損並且為護鐵部件24提供電絕緣。填充環氧樹脂可經由輔助注入步驟施加，其中致動器和圍繞的夾具被放置在真空環境中，同時經由入口管引入填充環氧樹脂，利用溢流管指示完全裝滿。
在另一實施例中，護鐵部件的內表面塗敷有介電材料，從而為致動器提供電絕緣。用於塗敷這些部件的內表面的一種技術是首先利用大約0.001英寸的介電漆電塗敷所述表面，然後用大約0.002-0.004英寸的環氧基粉末塗層塗敷。該技術在線圈和線圈可能接觸的結構之間提供了防止電壓擊穿的冗餘保護。除了塗敷護鐵部件的內表面，定子組件的整個內表面可塗敷有高介電強度的填充環氧樹脂或者薄膜材料，諸如粘接到表面上的薄Kapton聚醯亞胺薄膜(由總部在Circleville，OH的DuPont HighPerformance Materials生產)。該材料層在銜鐵組件的外表面和定子組件的內表面之間提供了電絕緣，並且用作定子組件12的內表面和該其所暴露於的諸如機器潤滑油的任何冷卻流體之間的物理屏障。
另外，中央柱也優選地塗敷有低摩擦保護塗層，諸如無電鍍鎳塗層，從而改善在使用中銜鐵沿著中央柱滑動時銜鐵和定子組件的承載和磨損性質。
參見圖2D-2F，銜鐵組件14包括徑向磁化的兩對永磁鐵32、34，這些磁鐵具有沿著磁鐵的內圓周第一磁極和沿著其外圓周的第二磁極。在一實施例中，如圖2F所示，一對磁鐵具有南-北磁極(諸如磁鐵對32)，而第二對具有北-南磁極(諸如磁鐵對34)。與定子組件12中的線圈對相似，兩對磁鐵在銜鐵組件14中交替布置，使得成對的所述磁鐵(例如磁鐵對34)彼此相鄰。雖然圖示磁鐵的徑向截面在示例設計中具有圓形橫截面，但其他實施例可使用具有其他截面形狀的磁鐵。
參見圖2D，銜鐵組件14包括介於相鄰磁鐵之間的磁鐵間隔件36和一系列夾子40，所述夾子40聯接相鄰的間隔件36，從而將磁鐵32、34固定到位。磁鐵間隔件36優選地由高模數、具有高電阻率的低密度材料，諸如鈦製成。在該實施例中，夾子40為銜鐵組件的內直徑提供支承表面並且可塗敷低摩擦塗層，諸如鑽石類碳(DLC)塗層。在另一實施例中，間隔件的內直徑和外直徑可稍微延伸到磁鐵的內直徑和外直徑之外，從而在操作過程中承載摩擦負荷。在該實施例中，間隔件的承載表面優選地塗敷有低摩擦塗層(例如DLC，二硫化鉬)。
磁鐵32、34中的每一個和間隔件36在軸向方向上分離，從而打斷主導渦電流通路，這有助於減少動態損失。其他實施例可使用由多個弧形部分形成的磁鐵和/或間隔件，這對於每個元件在主導渦電流中產生了多重不連續。雖然圖示出四個磁鐵和線圈，但其他實施例可在這些部件的布置和磁化上採用多種數目和結合。
銜鐵組件14也可包括球窩接頭組件38和連接件42，該連接件將氣門杆組件50連接到銜鐵組件14的剩餘部分上。多個夾子40將連接件42安裝到銜鐵組件14的其他部分上。夾子40可利用諸如環氧基粘合劑的粘合劑進一步粘接到間隔件36和連接件42上。
參見圖2E，球窩接頭組件38包括球籠45和氣門杆組件50，該氣門杆組件包括上杆46和下杆48。上杆46的一端具有球形狀44，而另一端具有外螺紋(未示出)。上杆46的球形狀端部裝配到球籠45中，上杆46的外螺紋端部旋入下杆48中的匹配內螺紋中。球窩接頭組件38用來沿著軸向將銜鐵14連接到氣門杆50上，而在諸如兩個其他平移方向和三個旋轉方向的其他方向上保持不連接。其他實施例可使用其他機械組件來將氣門杆連接到銜鐵組件的其餘部分上，其中在一些方向上連接，其他方向上不連接，從而避免過多約束該機械組件。
利用與線圈和定子組件12的含鐵元件成對的永磁鐵，兩種磁源作用來在定子內以線性運動移動銜鐵組件14。如上所述，與線圈導體組件類似，徑向磁化的相鄰磁鐵被相反極化。銜鐵的其他元件是非運動產生元件，並且用來產生磁鐵的軸向間隙，並且在磁鐵和氣門杆之間提供機械連接。磁鐵和線圈的軸向間隙取決於設計的預定偏移(intended excursion)和線圈與磁鐵軸向高度之間的所需位置關係。總之，在對應於越過該偏移的最恆定作用力輸出的行程的極限端處，每個磁鐵的頂部和底部將停留在其匹配線圈和護鐵材料的軸向位置(定義為在軸向上測量的、從線圈底部到頂部的線圈的距離)上。
當將電流施加給定子組件20、22的線圈上時，由線圈產生的磁場導致銜鐵組件14在(相對於圖2A的)向上或者向下方向上移動。作為示例，如果銜鐵磁鐵具有如圖2F中所示的極性，並且電流沿著順時針方向流經線圈20，沿著逆時針方向流經線圈22，則銜鐵組件14將在向下方向上移動。參見圖2H，隨著銜鐵組件14向下移動，氣門杆50推動氣門37到完全打開位置。類似地，如圖2G所示，當電流反向時，銜鐵組件14被向下拖動，導致氣門杆拖動氣門抵靠閥座39，從而關閉氣門。
銜鐵組件14相對於中央柱28的滑動為可導致退磁的磁鐵32、34提供了重要的熱通路。因此用於磁鐵32、34的材料選擇在對於提供更高致動器作用力輸出的高能量產品的需求和磁特性的穩定性之間平衡。在優選實施例中，由於釹鐵硼磁鐵所具有的能量密度和可徑向磁化的能力，而選擇釹鐵硼磁鐵。高強制力特性對於存在退磁影響時材料的穩定性是重要的，所述退磁影響例如為外部施加的磁場和高溫。其他實施例可使用由結合了稀土金屬的永磁體材料成分製成的磁鐵，所述稀土金屬例如為釹或者釤鈷。其他合適材料的例子包括Nd35、Nd38、Nd42、Nd30，由總部在Edmore，MI的Hitachi Magnetics Corporation生產。
除了摩擦產生熱量，由磁通密度的快速變化引發的渦電流產生另外的熱能。如上所述，中央柱和護鐵部件可由多個弧形部分形成，這些弧形部分打斷了主導渦電流的通路。而且，可選擇同時具有高透磁性和高電阻率的材料來形成中央柱和護鐵部件，諸如SMC或者Somaloy500材料，從而進一步減少動態損失。除了這些技術，致動器也可包括冷卻系統來在使用過程中有效冷卻致動器。
例如，如圖3A所示，冷卻系統51包括在熱交換器55和一個或者多個致動器57之間循環冷卻流體以從致動器去除熱量的泵53，所述冷卻流體例如為水、50/50乙二醇/水混合物、機器潤滑油或者其他冷卻流體。用於在致動器中循環冷卻流體的技術是通過圍繞定子組件(未示出)的外表面放置冷卻套管，諸如圖3B所示的冷卻套管52，從而形成部分冷卻迴路。諸如熱油脂、具有高導熱性的灌注混合物、導熱彈性體或者導熱膠帶的具有高導熱性的材料可用於消除冷卻套管52與定子組件之間的間隙。冷卻套管52可與泵51和熱交換器55連接以形成一冷卻迴路。
其他實施例可使用其他公知的冷卻系統，諸如熱泵，以便從致動器去除熱量。在一車輛應用中，汽車運動產生的氣流可在致動器上方被引導以提供強制對流冷卻。也可使用輔助風扇。
冷卻迴路也可在致動器的中央柱中形成。例如，如圖3C所示，可將薄壁導管設置在形成於中央柱63中的孔內。泵51(在圖3A中示出)可通過中央柱中的該導管61和熱交換器55循環冷卻流體，從而從中央柱去除熱量。
冷卻系統可以是獨立的冷卻系統，或者是已經存在於使用所述致動器的應用中的冷卻系統的一部分。例如，如果致動器用來控制內燃機中的吸入、排出或者燃料噴射閥，則內燃機可設計成冷卻系統例如通過經由冷卻套管和/或設置在中央柱中的導管循環冷卻流體來冷卻致動器。通過利用內燃機的冷卻系統冷卻致動器，不需要獨立的熱交換器或者泵。但在一些應用中，可能需要對致動器的溫度進行更好的控制，因此對於一個或者多個致動器可應用獨立的冷卻系統。例如，單個的致動器可具有其自身單獨的冷卻系統，或者同一冷卻流體可流經與一中央熱交換器連接的多個致動器。
對於內燃機上的應用，需要使致動器從內燃機主機到致動器熱隔絕，從而從內燃機主機向致動器熱交換。在該方面，將由諸如陶瓷或者高溫塑料的低導熱性材料製成的隔熱體放置在致動器和內燃機主機之間。
還需要將氣門杆(在內燃機氣缸中暴露於燃燒環境)與致動器的其餘部分熱隔離。在該點上，氣門杆優選地由具有低導熱性的材料製成，諸如鈦。
如圖4A-4G所示，另一實施例的特徵在於致動器60包括定子組件62和銜鐵組件66，該定子組件具有帶有三個線圈64a-64c的線圈組件，該銜鐵組件具有三個對應的徑向磁化永磁鐵68a-68c。線圈64a-64c構建成使得相鄰線圈產生相反極性的磁場。在該實施例中，線圈64a-64c串聯連接，並且最上面和最下面的線圈，即線圈64a和64c沿一個方向(例如順時針方向)纏繞，位於定子組件中間的線圈，即線圈64b沿著相反方向(逆時針方向)纏繞。因此，當電流施加到線圈上時，相鄰線圈產生具有相反極性的磁場。在該實施例中的線圈由圓形銅線製成，但其他實施例可由導電帶或者具有不同截面面積或者形狀的線製成。
銜鐵組件64的磁鐵66a-66c構建成相鄰磁鐵具有相反的徑向磁化。換句話說，最上面和最下面的磁鐵，即磁鐵66a和66c具有第一徑向極性(例如北-南)，二在銜鐵組件中間的磁鐵，即磁鐵66b具有相反的徑向極性(例如南-北)。在該實施例中，致動器60使用懸垂設計，其中磁鐵66a-66c的軸向高度大於對應線圈64a-64c的軸向高度。
參照圖4B，定子組件62除了包括三個線圈66a-66c以外，還包括中央柱70和一系列互鎖護鐵部件72。中央柱70由具有高透磁性的材料(例如SMC)製成，並且用作由線圈產生的磁場的磁返回通路。
定子組件還包括將護鐵部件72固定到位的帶翅片的殼體76、以及將帶翅片的殼體76固定到中央柱70上的連接件78。位於孔79中的多個螺釘將帶翅片的殼體76連接到連接件78上。帶翅片的殼體優選地由具有高導熱性的材料製成，諸如鋁，這有助於從護鐵部件72和線圈64a-64c去除熱量。可將氣流引導越過翅片來幫助從致動器60去除熱量。
如圖4C-4D所示，相鄰護鐵部件72由三個弧形部分，例如74a-74c製成，有利於打斷主導渦電流並且因此減少動態損失。在該實施例中，中央柱70和護鐵部件72由粉末金屬軟磁性合成物(SMC)材料(諸如由總部在West Lebanon，NH的Mii Technologies，LLC生產的SM2或者SM3，或者由總部在Hoganas，Sweden的Hoganas生產的Somaloy500)製成。其他實施例可以用具有高透磁性和優選地具有高電阻率的其他材料製成。
如圖4E-4F所示，銜鐵組件64包括兩個間隔件83a-82b，所述間隔件82b位於三個徑向磁化的磁鐵66a-66c之間。銜鐵組件還包括球窩接頭86，該球窩接頭機械連接氣門杆88和銜鐵組件的其餘部分。位於孔89d中的一系列螺釘將球窩接頭86固定到連接件90上。一個或者多個夾子，例如夾子92將磁鐵66a-66c和間隔件82a-82b機械固定到連接件90上。磁鐵66a-66c和間隔件82a-82b在其徑向方向上分裂83a、83b，以便打斷主導渦電流通路。
參見圖4F，氣門杆88在固定到球窩接頭86中的一端包括球94，從而氣門杆被沿著銜鐵組件的縱軸固定，但在其他方向上自由運動。
當將電流施加到線圈上時，由線圈產生的磁場導致銜鐵組件在向上或者向下方向上移動。如圖4H所示，當電流在一個方向上流過線圈時，銜鐵組件66向下移動，導致氣門杆88推動氣門87到全開位置。類似地，如圖4G所示，當電流反向時，銜鐵組件66被向上拖動，導致氣門杆88拖動氣門抵靠閥座91，從而關閉氣門。注意在該實施例中，中央柱沒有用作氣門杆的引導件。
如圖4I所示，間隔件96位於中央柱70中，用來限制銜鐵的偏移範圍。在該實施例中，間隔件96是貝氏彈簧墊圈，但其他實施例可使用彈簧或者彈性體或者聚合體元件來限制銜鐵的行進範圍。在內燃機上的一個應用中，限制銜鐵的峰值偏移可能是需要的，從而避免活塞與受致動器控制的氣門之間的幹涉。
通過選擇合適的設計參數，諸如線圈拓撲結構、磁鐵和線圈的相對高度和位置關係、護鐵部件和中央柱的尺寸和材料、以及線圈材料，可以獲得最大位移、作用力相對於位移的分布和制動力的分布。另外，致動器的操作可通過施加到線圈上的電流的數量、持續時間和極性加以控制，從而可以靈活控制氣門的操作參數，諸如氣門升程(即氣門的打開量)和氣門正時(即吸氣氣門和排氣氣門相對於曲軸位置的打開和關閉點)。
在一個實施例中，致動器可以採用自下支承(underhung)磁鐵結構，其中，線圈的軸向高度大於磁鐵的高度。在利用四個線圈和四個磁鐵的一種特定的自下支承磁鐵結構中，每圈線圈由銅製成。每個線圈佔據分別由1.56英寸內徑ID和2.03英寸外徑OD以及0.7英寸高度所圍繞的體積。磁鐵高度對磁鐵半徑之比大約為3.6∶1，且內徑為1.31英寸、外徑為1.53英寸，而高度為0.4英寸。每個磁鐵由NdFeB形成(尤其是，由總部在Edmore，Mi的日立磁性公司製造的Nd HS35AR)並具有大約25g的質量。
在另一實施例中，致動器可採用自下支承(underhung)的磁鐵設計，其中線圈的軸向高度小於磁鐵的高度。在一種實現形式中，致動器使用帶有三個銅線圈和三個磁鐵的自下支承的磁鐵設計。每個線圈的內徑和外徑分別為1.48英寸和2.28英寸，高度為0.4英寸。每個磁鐵的內徑和外徑分別為1.24英寸和1.44英寸，高度為0.8英寸。磁體高度與磁體橫截面寬度的比值為8.1∶1。每個磁鐵由NdFeB(尤其為由總部在Edmore，MI的HitachiMagnetics Corporation生產Nd HS30FR)製成，並且具有大約39克的質量。
用來進行致動器設計的一種途徑是畫出相對於致動器位移的加速度。該加速度是每單位運動質量的標準化作用力，定義為靜磁力/運動質量(其中在一示例實施例中，運動質量由磁鐵質量加上近似100克的寄生質量組成)。在該示例實施例中，寄生質量指的是任何非力產生運動質量(即在示例性實施例中不是永磁鐵材料的運動質量的任何部分)，諸如氣門、磁鐵間隔件、連接件、球窩接頭組件、傳感器等。圖5A利用ANSOFT(www.ansoft.com)的Maxwellv.9.0.19畫出了加速度相對於模擬致動器位移的分布，所述致動器具有如上所述的懸垂(線A)和自下支承(線B)設計。模擬結果顯示懸垂設計在距中心的-0.15英寸和+0.15英寸之間的設計偏移範圍上具有近似線性的加速度。水平軸代表從氣門全關(-0.2英寸)至氣門全開(0.2英寸)的位置範圍。
圖5B示出了對於如上所述示例性懸垂(線A)和自下支承(線B)設計的模擬作用力相對於位移的分布，也是利用ANSOFT的Maxwellv.9.0.19軟體。對於懸垂設計，圖示的力變化在距中心的-0.15英寸和+0.15英寸之間的預定偏移範圍上是基本恆定的，所述設計偏移範圍是行程最大範圍的75％。
在設計偏移範圍上的力輸出和加速度基本恆定是有利的，其原因在於簡化了控制致動器位移和實現可變升程所需的控制策略，在使用致動器在內燃機中使吸氣氣門和排氣氣門致動時尤其有用。
再次參見圖2A，當沒有給定子供電時，從諸如護鐵部件24和中央柱28的定子的鐵元件與銜鐵組件中的磁鐵之間的磁性吸引產生制動力。在一優選實施例中，致動器構建成當銜鐵組件移動到氣門全關位置時，制動力在座合方向作用，從而幫助將氣門37(圖2G-2H中示出)攜帶到其氣門座上。在該實施例中，制動力也優選地用來在氣門座合之後保持氣門關閉。通過使用該制動力作為偏置力，控制系統優選地不需要向線圈施加電流來保持氣門關閉，這在四衝程內燃汽車發動機中近似為周期時間的2/3。
圖5C比較了前述自下支承(線B)和懸垂(線A)磁鐵設計的制動力特性。自下支承磁鐵設計展現了在行程極限端(即-0.2英寸和-0.15英寸之間和+0.15英寸和+0.2英寸之間)處更顯著的制動力，這有助於在行程的一個端部處的力輸出。懸垂磁鐵設計展現出相同的制動力趨勢，但在設計偏移範圍上具有更大的制動力基本為零的區域。致動器的磁製動力分布也取決於對各種參數的選擇，所述參數諸如線圈材料、線圈體積、磁鐵材料、磁鐵體積、護鐵材料和結構以及中央柱材料和結構。
參見圖6，用於控制內燃汽車發動機中的多個吸入和排氣氣門致動器的控制系統506包括上遊控制處理器500、以及一系列下遊控制處理器501-503，所述下遊控制處理器各用於一特定的吸氣氣門或者排氣氣門。
上遊控制處理器500接收曲軸位置信息505(該信息可從光學編碼器或者其他跟蹤曲軸位置的器件供送)和來自諸如電發動機控制單元(ECU)504的中央控制器的控制指令。上遊處理器使用這一接收到的信息來產生並傳遞給下遊處理器501-1，501-2...501-N信號，所述信號是對應於每個受控氣門的氣門定時(即吸氣氣門和排氣氣門相對於曲軸位置的開關點)和氣門升程(即氣門的打開量)。
如在David Hanson、Jun Ma、Benjamin G.K.Peterson、Geoffrey CoolidgeChick的與本申請同時提交的名稱為「Controlled Starting and Braking of anInternal Combustion Engine(內燃機受控啟動和停機)」的專利申請中更完整描述的那樣，對應於具體操作模式(例如在上述對比申請中描述的自啟動或者內燃機停機模式)氣門定時和氣門升程參數可通過閉合形式計算(closed-form calculation)動態確定。可選地，氣門參數可以通過使用查詢表來靜態確定，其中，對應於不同操作模式的預先計算的氣門定時和氣門升程參數已經被存儲在存儲器中。在靜態實施例中，上遊處理器500基於從ECU504接收的指令把對應於不同操作模式的一套預先計算的查詢表搜索一遍。
下遊控制處理器501從上遊處理器接收氣門控制信號，該控制信號可以是多種形式，例如數字脈衝。響應於從上遊處理器接收的氣門控制信號，下遊控制處理器向電壓受控脈寬調製(PWM)功率模塊502發出電壓信號來產生一定數量和極性的輸出驅動電流。PWM功率模塊502然後將電流信號供送給氣門致動器503的線圈。所施加電流的數量和極性確定了吸入或排氣氣門致動器503的開關動作。下遊控制處理器(例如氣門致動器503-1的501-1)控制和接收關於氣門的一個或者多個操作狀態的信息(即加速度、速度和/或位置)，並且基於當前氣門狀態信息來調整提供給PWM的控制信號。
氣門狀態可經由安裝在氣門和/或致動器上的一個或者多個傳感器被監測到。例如，可通過諸如光學編碼器的位置傳感器來確定氣門致動器速度(V)和位移(升程L)。傳感器可直接測量速度或者位移，並且利用微分器或者積分器根據需要來確定其他量，從而計算該其他量。在所述一個示例中，使用線性速度變換器(LVT)來直接測量速度，並且將該變換器安裝在銜鐵的頂部。可選地，也可使用加速度計。
應該明白諸如500和501-1的處理器是功能模塊，這些功能模塊位於一個或者物理模塊中，並且可以是硬體、軟體或者任何硬體和軟體的結合的模式，或者是模擬或數字的形式。
如所述，下遊處理器(例如501-1)通過控制施加到致動器上的電流的大小和極性來控制每個單個氣門的動態。由多種方式了實現這樣的控制策略。圖7示出了基於反饋控制策略來實現下遊處理器501-1的功能的一個實施例。
如圖7所示，下遊處理器501-1可發出電壓指令604和605到PWM功率模塊，該指令導致PWM模塊向致動器提供全電流(正或者負)。輸入電壓指令604和605與來自上遊控制器的氣門正時信號的上升或下降沿同步，該氣門定時信號引發氣門打開或者關閉。下遊處理器也包括速度控制電樞速度的反饋迴路601(通常再負反饋模式中用來減小電樞的速度)、將氣門位置精細調節到所需位置的位置伺服(位移)反饋迴路602。下遊控制器還包括轉換機構603，該轉換機構接收來自上遊控制器的氣門升程指令以及氣門狀態信息。轉換機構使用該信息以及致動器的制動力分布，從而選擇使正或者負全電流指令、速度反饋迴路和位置伺服(位移)反饋迴路有效和無效，從而控制氣門的開合。
參見圖8，氣門位移(曲線700)和相應的相應的電流控制信號(曲線702)作為時間的函數利用圖6-7中示出的示例控制系統繪出。
當下遊處理器在時間T(0)感測從上遊處理器接收的氣門控制信號的上升沿，則其通過發出全正電流控制電壓指令703到PWM功率模塊502-1(在圖8中以點(a)指示)觸發氣門致動器打開。當在時間T(1)處銜鐵到達距離D(1)的點處並且速度滿足預定等式時，下遊處理器的開關機構603轉換以引入負速度反饋信號705(並且使正全電流指令無效)，該負速度反饋信號引入相反極性的控制電流信號來使銜鐵降速。氣門速度V(1)(在負速度反饋生效之間的時間T(1))與停止距離(限定為時間T(1)處的閥升程D(1)和在時間T(3)處的所需位移位置D(3)之間的位移差)之間的預定等式關係可近似以線性關係表示(忽略諸如燃機腔室壓力的因素)。基於V(1)、D(1)、D(3)和該線性關係，負速度反饋迴路601可以被選擇生效並且經由轉換機構603進行及時控制，從而在時間T(2)停止氣門。
理想地，點(c)將與點(d)匹配。即，在時間T(2)，氣門將準確停止在所需位置。但是，在實際應用中，物理設備隨時間變化，氣門動態受到與氣缸吸排相關的擾動的影響。作為擾動的結果，當所施加的控制電流的量(利用負速度反饋迴路)減小到零銜鐵可能減速以在位置(C)停止，該位置靠近所需的位置(d)，但不是準確的位於位置(d)。伺服位移迴路602然後被轉換機構603選擇生效來替換速度反饋迴路。位置伺服控制產生用於精細調節氣門位置的電流信號，以便在時間T(3)準確將氣門推動到所需位置。氣門將保持其位置，直至接收到氣門著陸信號。在示出的實施例中，所需的位移位置是預期的氣門升程。應該注意，所預期的位移位置應該小於最大升程(例如2/3的作大升程)。D(2)是在時間T(2)處的位移，可以在速度反饋迴路無效之後大於或者小於D(3)(所需位移)，在從點(c)到點(d)安定的過程中可能有小的振蕩。相應的位置伺服控制電流可以在正值和負值之間振蕩。準確的動作取決於位置伺服控制迴路的動態。
對於氣門關閉事件，理想的是避免硬著陸，硬著陸可能縮短氣門的壽命並且產生不希望的噪聲。優選地獲得小於0.2m/s的著陸速度。作為銜鐵位置函數的制動力分布是可通過改變致動器的設計方面來修改的致動器設計參數，並且在構建以一定速度使氣門著陸的系統時是需要加以考慮的。例如，在圖5B所示懸垂致動器設計中，致動器構建成制動力在大部分偏移範圍過程中為基本零，並且當銜鐵關閉到其全開(VFO)或者全關(VFC)位置時開始起作用。當氣門(銜鐵)關閉到VFC位置時，制動力作用以將氣門保持在閉合位置。控制電流可正確受控(例如利用速度反饋)，從而提供與所述制動力相反的作用力，以便軟座合關閉並有助於獲得所需的氣門著陸速度。
再次參見圖8，當氣門控制信號的下降沿被下遊處理器感測到時，其引發氣門致動器在時間T(4)關閉。在這點上，轉換機構603將負電流控制指令605與PWM功率模塊502-1相連。輸入電壓信號605與氣門定時信號的下降沿同步，導致PWM功率模塊來給致動器提供負全電流，該負全電流導致銜鐵朝向閉合位置移動。當銜鐵到達距離和速度在時間T(5)滿足預定關係時，轉換機構603使負全電流指令失效，並且連接負速度反饋601。負速度反饋產生控制電流信號，該控制電流信號反之導致PWM功率模塊向致動器施加電流，該電流的極性與施加用來使氣門朝向閉合位置移動的電流相反。隨著所施加控制電流減小到零，銜鐵減速以在時間T(6)在近似所需位移位置(在該示例中位置(g))停止。此時，與氣門打開事件類似，位置伺服控制(在時間T(7))生效來產生用於精細調節氣門位置的電流信號，以便嘗試準確在所需位置(i)使氣門著陸。但與氣門打開事件不同，用於氣門關閉的位置伺服控制在氣門非常靠近所需位置時(h)失效，在該處制動力開始起作用(例如，對於自下支承設計，當氣門在圖5B中處於-0.15位置時)。
在該點上，轉換開關603再次施加速度反饋控制。在制動力的影響下，速度反饋被用來控制氣門的速度。這確保了氣門可以以所需的速度著陸。實際著陸速度可通過調整速度反饋迴路的參數(例如通過增加常量偏置)來加以控制。負速度反饋迴路有助於克服速度的波動，從而保持近似不變的著陸速度，直至氣門實際在時間T(8)在所需位置(i)著陸。而且，對於示例制動力分布，制動力將保持氣門關閉，而一旦氣門已經著陸時不施加額外的控制電流，從而進一步節能。應該注意，依賴於制動力分布，制動力可能不足以保持氣門關閉。在這種情況下，必須施加額外的電流以保持氣門關閉。
應該明白，可限定多個不同的運行工況(諸如a，b，c，d和T(0)，T(1)，T(2)，T(3)等，如圖8所示)，用於更複雜的致動器控制。
將利用速度反饋迴路來降低氣門速度、利用位移迴路來精細調節定位、以及利用制動力來節省能量結合起來的其他控制策略也是可能的。通過修改控制器設計和選擇，包括使用諸如PID、相位超前或者相位滯後的不同的控制器結構，可合理滿足諸如上升時間、超調、穩態誤差和穩定時間的性能指標。諸如非線性動態控制器或者基於機器學習的控制器(例如基於神經網絡或者模糊邏輯的控制器)的更複雜的控制器也可以使用。
已經描述了本發明的多個實施例。但應該明白，可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下作出多種修改。例如，致動器不是必須是圍繞中心軸在一平面上為圓柱形，而可以是四邊形或者不是圍繞中心軸的平面對稱形狀。類似地，致動器的位移不必須在平行於中心軸的方向上是有用的，而是可被轉化到其他方向。所示實施例中的部件的具體數目、布置和磁化可以加以修改。另外，根據說明書設計的電磁致動器可在需要線性致動的寬泛的各種應用中使用，而不局限於內燃機氣門控制。
因此，其他實施例落在下述權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種電磁致動器，包括定子組件，該定子組件具有限定有開口的內表面，該定子組件包括線圈導體，被置於定子組件的內表面附近，其中所述線圈導體適於當施加電流時產生第一磁場；由高透磁性材料製成並且具有縱軸的中央柱；以及至少部分地設置在定子組件開口中的銜鐵組件，所述銜鐵組件包括永磁鐵，其中當將電流施加到線圈導體組件上時，該銜鐵組件沿著平行於中央柱縱軸的方向移動。
2.如權利要求1所述的電磁致動器，其中所述磁鐵被徑向磁化。
3.如權利要求1所述的電磁致動器，其中中央柱包括多個部分，每個所述部分由高透磁性材料製成。
4.如權利要求1所述的電磁致動器，其中定子組件還包括多個相鄰的線圈導體。
5.如權利要求4所述的電磁致動器，其中銜鐵組件還包括多個相鄰的徑向磁化的永磁鐵。
6.如權利要求5所述的電磁致動器，其中所述相鄰的永磁鐵具有相反的極性。
7.如權利要求4所述的電磁致動器，其中所述相鄰的線圈構造成產生具有相反極性的磁場。
8.如權利要求4所述的電磁致動器，其中所述多個線圈串聯連接。
9.如權利要求7所述的電磁致動器，其中所述相鄰線圈以相反方向纏繞。
10.如權利要求7所述的電磁致動器，其中所述相鄰線圈以相同方向纏繞，並且構造成接收相反的相對極性的電流。
11.如權利要求1所述的電磁致動器，其中定子組件還包括一個或多個由高透磁性材料製成的護鐵部件。
12.如權利要求1所述的電磁致動器，其中永磁鐵可以是環形的，並且限定有與中央柱的縱軸平行的縱軸。
13.如權利要求12所述的電磁致動器，其中永磁鐵的所述縱軸與中央柱的縱軸共軸。
14.如權利要求1所述的電磁致動器，其中定子組件限定有與中央柱的縱軸平行的縱軸。
15.如權利要求1所述的電磁致動器，其中定子組件的縱軸與中央柱的縱軸共軸。
16.如權利要求12所述的電磁致動器，其中永磁鐵被徑向磁化。
17.如權利要求12所述的電磁致動器，其中磁鐵具有一個或多個不連續部分，從而主導渦電流通路被打斷。
18.如權利要求12所述的電磁致動器，其中永磁鐵包括多個弧形部分。
19.如權利要求1所述的電磁致動器，其中銜鐵組件還包括氣門杆，該氣門杆適於在將電流施加給線圈導體時打開或者關閉氣門。
20.如權利要求19所述的電磁致動器，其中中央柱限定有溝槽，並且氣門杆至少被部分置於該溝槽中。
21.如權利要求19所述的電磁致動器，其中銜鐵組件還包括連接氣門杆與銜鐵組件的其餘部分的裝置。
22.如權利要求19所述的電磁致動器，其中氣門杆包括具有球形末端的第一端；並且其中銜鐵組件還包括球窩接頭組件，該球窩接頭組件包括用於接納所述球形末端的球籠，從而至少沿著平行於中央柱縱軸的方向，氣門杆被連接到球窩接頭組件上。
23.如權利要求22所述的電磁致動器，其中氣門杆被連接成使得氣門杆在垂直於中央柱縱軸的方向上具有運動自由度。
24.如權利要求22所述的電磁致動器，其中氣門杆與球窩接頭組件連接，使得氣門杆圍繞中央柱的縱軸具有旋轉自由度。
25.如權利要求5所述的電磁致動器，其中銜鐵組件還包括設置於各永磁鐵之間的一個或多個間隔件。
26.如權利要求25所述的電磁致動器，其中所述磁鐵和間隔件在軸向上分開。
27.如權利要求1所述的電磁致動器，其中定子組件的內表面的至少一部分塗敷有介電材料。
28.如權利要求1所述的電磁致動器，其中中央柱的外表面作為銜鐵組件的支承表面。
29.如權利要求28所述的電磁致動器，其中中央柱的外表面塗敷有低摩擦塗層。
30.如權利要求1所述的電磁致動器，其中磁鐵的軸向高度小於定子組件中的線圈導體的軸向高度。
31.如權利要求1所述的電磁致動器，其中磁鐵的軸向高度大於定子組件中的線圈導體的軸向高度。
32.如權利要求1所述的電磁致動器，其中中央柱由順磁性材料製成。
33.如權利要求1所述的電磁致動器，其中作為銜鐵相對於定子組件位移的函數的銜鐵作用力在整個預定偏移範圍上基本是恆定的。
34.如權利要求1所述的電磁致動器，其中作為銜鐵相對於定子組件位移的函數的銜鐵製動力分布在整個位移的預定偏移範圍上基本為零。
35.如權利要求1所述的電磁致動器，其中中央柱至少部分地由鐵磁性材料製成。
36.如權利要求1所述的電磁致動器，還包括冷卻套管，至少部分圍繞所述定子組件設置，並且所述冷卻套管限定一個或多個用來循環冷卻流體的通道。
37.如權利要求1所述的電磁致動器，其中所述中央柱限定一個或多個用來循環冷卻流體的通道。
38.一種用於控制電磁氣門致動器的計算機實施方法，該電磁氣門致動器具有限定有縱軸的定子和設置在該定子中的銜鐵，所述方法包括接收關於氣門速度和位置的信號；通過選擇地觸發速度反饋迴路和位置伺服反饋迴路來向所述致動器施加控制信號，從而將氣門定位到所需位置。
39.如權利要求38所述的方法，其中速度反饋迴路降低氣門速度。
40.如權利要求38所述的方法，其中氣門的所需位置是氣門全開位置。
41.如權利要求38所述的方法，其中氣門的所需位置是氣門全關位置。
42.如權利要求38所述的方法，其中所述電磁致動器是如權利要求1所述的致動器。
43.如權利要求38所述的方法，其中所述致動器具有預定的制動力相對於致動器位移的分布，所述方法還包括觸發速度反饋迴路，以在給定銜鐵位移處補償制動力。
44.一種電磁氣門致動系統，包括如權利要求1所述的電磁致動器，用於打開和關閉氣門；控制器，構造成接收關於氣門一個或多個操作狀態的信息，將控制信號施加到線圈上，從而產生導致銜鐵組件相對於中央柱縱軸運動的磁場，其中該控制信號基於關於氣門一個或多個操作狀態的所述信息。
45.如權利要求44所述的電磁氣門致動器組件，其中所述一個或多個操作狀態包括氣門速度。
46.如權利要求44所述的電磁氣門致動器組件，其中所述一個或多個操作狀態包括氣門位置。
47.如權利要求44所述的電磁氣門致動器組件，其中控制器接收關於氣門速度和位置的信號，並選擇性施加速度反饋控制和位置反饋控制來定位氣門。
48.一種內燃機，包括限定出腔室的氣缸；適於控制流體或氣體流入或流出所述腔室的氣門；以及與氣門連接用來控制氣門操作的電磁致動器，所述致動器包括具有限定有開口的內表面的定子組件，該定子組件包括靠近該定子組件的內表面設置的線圈導體，其中當施加電流時，該線圈導體適於產生第一磁場；由高透磁性材料製成並且具有縱軸的中央柱；以及至少部分地設置在定子組件的開口中的銜鐵組件，其包括永磁鐵，其中當將電流施加到所述線圈導體組件上時，所述銜鐵組件移動以打開或者關閉氣門。
49.如權利要求48所述的內燃機，還包括控制器，其構造成接收關於氣門一個或多個操作狀態的信息，將控制信號施加到線圈上，從而產生導致銜鐵組件相對於中央柱縱軸運動的磁場，其中該控制信號基於關於氣門一個或多個操作狀態的所述信息。
50.如權利要求49所述的內燃機，其中所述一個或多個操作狀態包括氣門速度。
51.如權利要求49所述的內燃機，其中所述一個或多個操作狀態包括氣門位置。
52.如權利要求49所述的內燃機，其中控制器接收關於氣門速度和位置的信號，並選擇性施加速度反饋控制和位置反饋控制來定位氣門。
53.如權利要求48所述的內燃機，還包括冷卻迴路，該冷卻迴路包括熱交換器；和泵，該泵在所述電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體。
54.如權利要求53所述的內燃機，其中該電磁致動器還包括設置成至少部分圍繞所述定子組件的冷卻套管，該冷卻套管具有一個或多個在電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體的通道。
55.如權利要求53所述的內燃機，其中中央柱還包括一個或多個冷卻通道，該冷卻通道在電磁致動器和熱交換器之間循環冷卻流體。
全文摘要
本發明公開了一種電磁致動器，該電磁致動器包括安裝到中央柱上的定子組件。該中央柱由高透磁性材料製成，並且用作當電流通過定子組件中的線圈時產生的磁場的返回通路。當將電流施加到定子組件中的一個或多個線圈上時，產生與設置在銜鐵組件中的一個或多個磁鐵相互作用的磁場，並且該磁場導致銜鐵相對於中央柱運動，從而例如打開或者關閉氣門。
文檔編號F02D41/00GK1674429SQ20051005903
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月23日 優先權日2004年3月26日
發明者託馬斯·A·弗羅施爾, 羅傑·馬克, 託馬斯·C·施洛德, 理察·T·卡爾馬克, 戴維·E·漢森, 馬俊, 班傑明·G·K·彼得森 申請人:伯斯有限公司