專利名稱：電磁促動器的制作方法
技術領域：
本發明大致涉及用于控制閥操作的電磁閥促動器。更具體地，本發明涉及用于控制壓縮機中的閥正時(valve timing)的電磁促動器。
背景技術：
壓縮機典型地用于通過從電機或渦輪機接收功率而增加工作流體的壓力，并對工作流體施加壓縮力。工作流體可以為空氣、制冷劑或類似物。依據壓縮所采用的方法，壓縮機典型地分類為正位移壓縮機、動力壓縮機或渦輪壓縮機。 正位移壓縮機典型地用于通過減少容量而增加工作流體的壓力，并可以進一步地被分為往復壓縮機和旋轉壓縮機。往復壓縮機典型地借助于在氣缸內部往復運動的活塞壓縮工作流體。旋轉壓縮機典型地借助于在具有偏心率的氣缸內部旋轉的輥子壓縮工作流體。 經常以恒定速度操作大型工業往復壓縮機。可以通過控制壓縮機入口閥的打開和關閉以部分負載操作這種壓縮機。通過改變壓縮機閥的打開和關閉的正時，減少通過壓縮機的流體的質量流。因此，在寬泛地變化的速度和負載范圍內可以改善壓縮機的總體性能。本領域技術人員將認識到的是，可以改變曲軸和凸輪軸之間的相位角度以便調整閥正時動作。以這種方式，可在發動機運轉特性和狀況的更寬的范圍內獲得比采用固定閥正時時改善的性能。 在一個舉例中，通過具有螺線管的電磁促動器來促動閥。螺線管包括設置在鐵芯內并聯接在構造成給線圈供應電流的一組功率電子器件上的至少一個線圈。促動器還包括聯接在錨板上的動鐵芯和構造成引導動鐵芯的至少一個彈簧。閥的打開和關閉由通過線圈的電流控制。傳統電磁促動器具有相對大的體積。由于線圈位于促動器殼內部，從線圈到外界大氣的熱傳輸效率較低。結果，最高允許線圈溫度限制了促動器的最大的力和促動速度。此外，作用在螺線管上的大沖擊力可能影響裝置精度，從而影響保持力和促動速度的長時間漂移。需要選擇高性能材料和零件的較大尺寸以減少磨損并將裝置的精度保持在可以接受的水平。 希望有一種用于控制諸如活塞壓縮機的機器的閥正時的改善的和較小的促動系統，以在瞬態操作狀況期間實現靈活性。
發明內容
根據本發明的一個示范性實施例，公開了一種構造成在機器中使用的閥。該閥包括聯接到部分地設置在殼內的可移動裝置上的閥板。電磁促動器包括提供給可移動裝置的第一組永磁體。至少一個定子鐵芯設置為靠近可移動裝置，定子鐵芯和可移動裝置之間具有間隙。至少一個定子線圈巻繞在各定子鐵芯上。功率源聯接到至少一個定子線圈上并構造成給至少一個定子線圈供應電流。通過改變流過至少一個定子線圈的電流的方向控制閥板的打開和關閉。
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根據本發明的另一示范性實施例，控制單元聯接到功率源上并構造成基于機器的負載狀況控制給至少一個定子線圈的電流的供應。通過改變流過至少一個定子線圈的電流的方向控制閥板的打開和關閉。 根據本發明的又一示范性實施例，至少一個定子鐵芯設置為靠近可移動裝置，定子鐵芯和可移動裝置之間具有間隙。殼設置在定子鐵芯和可移動裝置之間的間隙內。
當參考附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它的特征、方面及優點將變得更好理解，在附圖中，相同的標號代表相同的部件，其中 圖1為例如具有根據本發明的示范性實施例的電磁閥促動系統的活塞壓縮機的活塞機器的概略視圖； 圖2為具有根據本發明的示范性實施例的電磁閥促動系統的活塞機器的吸入閥組件的概略視圖； 圖3為具有根據本發明的示范性實施例的電磁閥促動系統的活塞機器的吸入閥組件的概略視圖，該電磁閥促動系統的定子鐵芯和線圈設置在殼外部； 圖4為具有根據本發明的示范性實施例的電磁閥促動系統的活塞機器的吸入閥
組件的概略視圖，該電磁閥促動系統的定子鐵芯和線圈設置在殼內部；以及 圖5為具有根據本發明的示范性實施例的電磁閥促動系統的活塞機器的吸入閥
組件的概略視圖，該電磁閥促動系統具有提供給錨板的具有相同方向的多個永磁體。元件列表
10活塞機器12活塞14氣缸16吸入閥組件18吸入孔20線性電磁促動器22控制單元24可移動裝置26殼28錨板30部分32卸荷桿34閥板36閥座37高壓密封38第一組永磁體39偏置裝置40定子鐵芯42間隙
44定子線圈46功率源50向下運動52偏置裝置54第二組永磁體56第三組永磁體58鐵齒
具體實施例方式
如以下詳細討論的那樣，本發明的某些實施例將提供在諸如具有設置在殼內的活塞的活塞機器的機器中的危險環境中操作的閥。這里應當注意，在一些實施例中，閥也適用于在高壓和低于大氣壓的應用中使用。在某些其它實施例中，閥也適用于牽涉防止流體的泄漏和雜質的侵入的應用。這里所采用的諸如"一"、"一個"、"此"等單數形式包括指示多個物體，上下文中明確指出的除外。至少一個閥聯接在殼上。閥包括部分地設置在殼內的可移動裝置。可移動裝置聯接在閥板上。線性電磁促動器構造成促動閥板。促動器包括提供給可移動裝置的一組永磁體和設置成靠近可移動裝置的至少一個定子鐵芯，在定子鐵芯和可移動裝置之間具有間隙。在某些實施例中，控制單元構造成基于機器的負載狀況控制至定子線圈的電流的供應。在一些實施例中，活塞機器為活塞壓縮機。這里應當注意，示范性電磁促動器像"步進電機"一樣工作。促動器沿活塞的整個行程提供恒定促動力。因此，實現了閥的運動的更好的可控制性。而且，磁性促動器的體積比傳統設計小得多。
總體地參照圖l，根據本實施例的若干方面，圖示了活塞機器10。在圖示的實施例中，活塞機器為具有可滑動地插在氣缸14內部的活塞12的壓縮機10。提供了吸入閥組件16，以打開和關閉在活塞12的前側提供的吸入孔18。吸入閥組件16適于控制通過吸入孔18的流體的進入。壓縮機10還包括適于在壓縮機10的壓縮行程以對流體加壓期間控制吸入閥組件16的打開和關閉的線性電磁促動器20。控制單元22可以聯接在電磁促動器20上并構造成控制電磁促動器20的操作。將結合隨后的實施例更加詳細地圖示和解釋電磁促動器20的細節。 這里應當注意，活塞壓縮機的圖示的構造為示范性實施例，應當解釋為非限制性的。活塞壓縮機可以另外包括其它實施例中可選的示范性方面。往復壓縮機10可以用于家用目的和工業目的。壓縮機10典型地由電動機、蒸汽或燃氣輪機、內燃機或類似物驅動。如本領域技術人員所認識到的那樣，壓縮機10可以用于壓縮空氣、氫氣、甲烷、丁烷或其它液體或氣體。應當注意，本文描述的電磁促動器20也適用于包括在其它機器的危險環境中的其它應用。 參照圖2，圖示了適于控制吸入閥組件16的打開和關閉的線性電磁促動器20。吸入閥組件16包括部分地設置在殼26內的可移動裝置24。在圖示的實施例中，可移動裝置24包括部分地設置在殼26內的錨板28，錨板28的一部分30從殼26突出。錨板28的一部分30與卸荷桿(unloader rod)(推桿)32聯接。推桿32聯接在可移動地設置在閥座36上的閥板34上。在其它實施例中，閥板34和閥座36的構造可以依據應用進行改變。
在一個實施例中，殼26為有利于產生更大促動力的高壓殼。在另一實施例中，殼26可以具有薄壁并可以設有高壓密封37以維持殼內的預先確定的壓力。
在圖示的實施例中，促動器20包括繞殼26內的錨板28設置的、具有交替的方向 /極性的第一組永磁體38。第一組永磁體38的數量和構造可以依據應用進行改變。多個 定子鐵芯40設置為靠近錨板28，在定子鐵芯40和錨板28之間具有間隙42。這里應當注 意，在圖示的實施例中，殼26設置在定子鐵芯40和錨板28之間的間隙42內。多個定子線 圈44巻繞在各個定子鐵芯40上。應當注意，定子鐵芯40和定子線圈44的數量和構造可 依據應用改變。功率源46聯接在提供給各個定子鐵芯40的定子線圈44上并構造成給定 子線圈44供應電流。 控制單元22聯接在功率源46上并構造成基于機器10的負載狀況控制給定子線 圈44的電流的供應。通過改變流過定子線圈44的電流的方向，控制閥板34的打開和關閉。 在一個實施例中，控制單元22包括可由用戶編程的電子邏輯控制器。控制單元22可以基 于壓縮機10的負載狀況控制閥促動器。本領域技術人員將認識到的是，在本討論的啟示下 可設想出任何數量的壓縮機結構。 在一些實施例中，控制單元22還可以包括數據庫、算法、和數據分析塊(未示出)。 數據庫可以構造成存儲關于壓縮機10的預先定義的信息。例如，數據庫可以存儲關于曲柄 角、壓縮機速度、壓縮機負載、進入流體壓力、壓縮流體壓力、流體的類型等信息。數據庫還 可以包括指令集、映射、查找表、變量等。這些映射、查找表、指令集對將閥組件的特性與諸 如壓縮機速度、曲柄角、壓縮機壓力、壓縮機負載、流體的類型等特定的壓縮機操作參數關
聯起來是有作用的。而且，數據庫可以構造成存儲實際檢測到/探測到的與壓縮機io相關
的信息。算法可有利于處理關于壓縮機10的檢測到的信息。 數據分析塊可以包括諸如微處理器、可編程的邏輯控制器、邏輯模塊等的多種電 路類型。與算法組合的數據分析塊可以用于執行涉及吸入閥的關閉時間的確定、用于控制 閥的打開和關閉的預先確定的時間段、驅動閥所需的功率等的各種計算操作。可以相對于 時間選擇性地和/或動態地修改或改變任何上述參數。 閥板34構造成在"關閉位置"和"打開位置"之間移動，以分別防止或允許流體流 動。在圖示的實施例中，閥板34在關閉位置，即閥板34接觸閥座36。在閥板34在打開位 置時，閥板不接觸閥座36。通過抵著閥座36向下促動可移動裝置24，閥板34被打開。通 過控制通過定子線圈44的電流的供應，控制可移動裝置24的運動。當切斷給定子線圈44 的電流的供應時，閥板34被移動至關閉位置。當給定子線圈44供應電流時，與第一組永磁 體38結合的定子鐵芯40產生導致錨板28被向下拉的電磁力。結果，聯接在錨板28上的 卸荷桿32也被向下推向閥座36。作為可移動裝置24的該向下運動(通過箭頭50示出) 的結果，閥板34從閥座36被推開，閥板34被打開。只要給定子線圈44供應電流，則由促 動器20產生的電磁力使可移動裝置24偏置向閥座36，因而逆著由流過閥的反向流體產生 的力維持閥板34打開。 在某些實施例中，通過控制通過定子線圈44的電流的供應方向，控制閥板34的打 開和關閉的量。在一個實施例中，促動器20用于將閥板34維持在打開位置以預先確定的 時間段。在壓縮行程期間將閥板34維持在打開位置時間越長，則有更多氣體被推回進入吸 入管線，且更少氣體被輸送到壓縮機排放管線。可通過控制閥板34的打開時間，控制由壓 縮機10輸送的氣體的量。
在圖示的實施例中，偏置裝置39設置在可移動裝置24和殼26之間。偏置裝置39 構造成促動促動器20并在給電磁促動器20的功率供應中斷或斷開時將閥板34偏置到預 先確定的位置(可以是打開或關閉位置)。在一個實施例中，這確保在給電磁促動器20的 功率供應切斷時閥板34不在打開位置。在圖示的實施例中，偏置裝置39包括偏置彈簧。在 其它實施例中，還可設想出其它適當的偏置裝置。 在某些實施例中，采用電磁閥促動器20以在無負載或部分負載操作狀況下的壓 縮機10的壓縮行程期間控制吸入閥組件16的關閉。盡管在圖示的實施例中，示出了一個吸 入閥組件16，但是壓縮機可以包括適于控制進入壓縮機10的流體的多個吸入閥。電磁促動 器可以被提供給各個閥，以獨立操作各個閥和確保靈活性。例如，依據壓縮機的負載狀況， 在壓縮機的壓縮行程期間可能要求使一組閥的關閉時間不同于其它組閥的關閉時間。這里 應當注意，示范性閥促動系統適用于在機器的危險環境中操作的其它閥。
如之前討論的那樣，促動器20沿活塞的行程提供恒定促動力，其改善運動的可控 制性。在壓縮機內部沒有設置電子器件，因為促動器20的殼26設置在定子鐵芯40和錨板 28之間，其使得更容易滿足安全規程。而且，定子線圈44的冷卻更加容易，因為線圈44設 置在殼26外部。促動器設計的體積明顯地更小。因此，對促動器20的總體性能沒有不利 影響。此外，在可移動裝置24和定子鐵芯40之間存在有限的沖擊力，因為定子鐵芯40不 接觸可移動裝置24。 參照圖3，圖示了適于控制吸入閥組件16的打開和關閉的線性電磁促動器20。在 圖示的實施例中，促動器20的構造類似于圖2中圖示的實施例，但偏置裝置52設置在殼26 的內部和外部。偏置裝置52包括設置在殼26外部的第二組永磁體54和繞錨板28設置在 殼26內的第三組永磁體56。與之前的實施例類似，偏置裝置52構造成促動促動器20和在 給電磁促動器20的功率供應中斷或斷開時將閥板34偏置到預先確定的位置。在其它實施 例中，還可設想出其它適當的偏置裝置。 由通過定子線圈44的電流流向，促動器20可有效地被向上或向下移動。促動力 在活塞的行程期間為恒定的。線圈44可以采用構造成改善從線圈44到外界的熱傳遞的模 制材料進行模制。線圈44不接觸氣體，由此防止促動器內產生火花。 參照圖4，圖示了適于控制吸入閥組件16的打開和關閉的線性電磁促動器20。這
里應當注意，在圖示的實施例中，促動器20的構造類似于圖3中圖示的實施例，但定子鐵芯
40和定子線圈44設置在殼26內。定子線圈44和定子鐵芯40設置在殼26內，由此減小定
子鐵芯40和錨板28之間的間隙。這有利于促動器20提供更大的促動力。定子鐵芯40和
錨板28之間沒有直接沖擊，導致減少的磨損和對裝置的精度較少的負面影響。 參照圖5，圖示了適于控制吸入閥組件16的打開和關閉的線性電磁促動器20。這
里應當注意，在圖示的實施例中，促動器20的構造類似于圖2中圖示的實施例，但具有相同
交替的方向/極性的第一組永磁體38繞錨板28設置在殼26內。多個鐵齒58設置在具有
相同交替的方向/極性的永磁體38之間。參考圖1-5討論的實施例的促動器20，在活塞行
程開始時提供了大得多的促動力和用于保持活塞的行程的恒定促動力。 盡管在本文中僅圖示和描述了本發明的某些特征，但本領域技術人員將想到多種
變型和變化。因此可以理解的是，權利要求旨在覆蓋落入本發明的真實精神內的所有這些
變型和變化。
權利要求
一種構造成在機器中使用的閥，所述閥包括部分地設置在殼(26)內的可移動裝置(24)；聯接到所述可移動裝置(24)上的閥板(34)；和線性電磁促動器(20)，所述線性電磁促動器(20)包括提供給所述可移動裝置(24)的第一組永磁體(38)；設置為靠近所述可移動裝置(24)的至少一個定子鐵芯(40)，在所述定子鐵芯(40)和所述可移動裝置(24)之間具有間隙(42)；卷繞在各定子鐵芯(40)上的至少一個定子線圈(44)；和聯接到所述至少一個定子線圈(44)上并構造成給所述至少一個定子線圈(44)供應電流的功率源(46)，其中，通過改變流過所述至少一個定子線圈(44)的電流的方向來控制所述閥板(34)的打開和關閉。
2. 根據權利要求l所述的閥，其特征在于，所述閥包括構造成在活塞壓縮機(10)中使用的吸入閥(16)。
3. 根據權利要求l所述的閥，其特征在于，所述殼(26)設置在所述至少一個定子鐵芯(40)和所述可移動裝置(24)之間。
4. 根據權利要求l所述的閥，其特征在于，所述閥還包括構造成維持所述殼(26)內的預先確定的壓力的高壓密封(37)。
5. 根據權利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥還包括設置在具有相同極性的所述第一組永磁體(38)之間的多個鐵齒(58)。
6. 根據權利要求l所述的閥，其特征在于，所述閥還包括設置在所述可移動裝置(24)和所述殼(26)之間的偏置裝置(39，52)，其中，所述偏置裝置(39,52)構造成當給所述至少一個定子線圈(44)的功率供應中斷或斷開時將所述閥板(34)偏置到預先確定的位置。
7. 根據權利要求l所述的閥，其特征在于，所述閥還包括設置在所述殼(26)外部的偏置裝置(39，52)，其中，所述偏置裝置(39,52)構造成當給所述至少一個定子線圈(44)的功率供應中斷或斷開時將所述閥板(34)偏置到預先確定的位置。
8. —種構造成在機器中使用的閥，所述閥包括部分地設置在殼(26)內的可移動裝置(24);聯接到所述可移動裝置(24)上的閥板(34);禾口線性電磁促動器(20)，所述線性電磁促動器(20)包括提供給所述可移動裝置(24)的多個永磁體；設置為靠近所述可移動裝置(24)的至少一個定子鐵芯(40)，在所述定子鐵芯(40)和所述可移動裝置(24)之間具有間隙(42);巻繞在各定子鐵芯(40)上的至少一個定子線圈(44);聯接到所述至少一個定子線圈(44)上并構造成給所述至少一個定子線圈(44)供應電流的功率源(46);聯接到所述功率源(46)上并構造成基于所述機器的負載狀況控制給所述至少一個定子線圈(44)的電流的供應的控制單元(22)，其中，通過改變流過所述至少一個定子線圈(44)的電流的方向來控制所述閥板(34)的打開和關閉。
9. 根據權利要求8所述的閥，其特征在于，所述可移動裝置(24)包括部分地設置在所述殼(26)內的錨板(28)。
10. —種構造成在機器中使用的閥，所述閥包括部分地設置在殼(26)內的可移動裝置(24);聯接到所述可移動裝置(24)上的閥板(34);禾口線性電磁促動器(20)，所述線性電磁促動器(20)包括提供給所述可移動裝置(24)的多個永磁體；設置為靠近所述可移動裝置(24)的至少一個定子鐵芯(40)，在所述定子鐵芯(40)和所述可移動裝置(24)之間具有間隙(42)，其中，所述殼(26)設置在所述定子鐵芯(40)和所述可移動裝置(24)之間的間隙(42)內；巻繞在各定子鐵芯(40)上的至少一個定子線圈(44);禾口聯接到所述至少一個定子線圈(44)上并構造成給所述至少一個定子線圈(44)供應電流的功率源(46)，其中，通過改變流過所述至少一個定子線圈(44)的電流的方向來控制所述閥板(34)的打開和關閉。
全文摘要
本發明涉及構造成在機器中使用的閥。具體而言，閥包括聯接到部分地設置在殼(26)內的可移動裝置(24)上的閥板(34)。電磁促動器(20)包括提供給可移動裝置(24)的第一組永磁體(38)。至少一個定子鐵芯(40)設置為靠近可移動裝置(24)，在定子鐵芯(40)和可移動裝置(24)之間具有間隙(42)。至少一個定子線圈(44)卷繞在各定子鐵芯(40)上。功率源(46)聯接到至少一個定子線圈(44)上并構造成給至少一個定子線圈(44)供應電流。通過改變流過至少一個定子線圈(44)的電流的方向控制閥板(34)的打開和關閉。
文檔編號F16K31/06GK101749476SQ20091025359
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月4日 優先權日2008年12月4日
發明者H·科佩塞克, M·A·阿利, M·B·施米茨 申請人:通用電氣公司