常低的螺线管阀组件.pdf

一种用于为变速器中的流体压力分布提供控制的螺线管组件，其中，螺线管组件包括螺线管部分和阀部分，并且阀部分的移动由螺线管部分控制。存在作为阀部分的一部分的阀，并且阀控制流体在供给端口、控制端口和排放端口之间的分布。流体在端口之间的分布可包括在供给端口和控制端口之间提供压力平衡以及允许任何过量的流体穿过排放端口或控制流体在供给端口和控制端口之间的流动，其中任何过量的流体离开排放端口。

1.   一种设备，包括：
螺线管阀组件，其包括：
　　螺线管部分；
　　阀部分，其由所述螺线管部分控制；
　　套管，其围绕所述螺线管部分和所述阀部分；以及
　　隔板，其在所述螺线管部分和所述阀部分之间位于所述套管中；
　　其中，所述螺线管部分在打开位置和关闭位置之间改变所述阀部分。

2.   根据权利要求1所述的设备，所述阀部分还包括：
阀；以及
阀座，所述阀与所述阀座选择性地接触；
其中，当所述阀在关闭位置和打开位置之间改变时，所述阀通过所述螺线管部分相对于所述阀座移动。

3.   根据权利要求2所述的设备，所述螺线管部分还包括：
电枢；
柱塞，其连接到所述电枢，所述柱塞还与所述阀接触；
磁芯；
回位弹簧，其设置在所述磁芯和所述电枢之间，使得所述回位弹簧将所述磁芯远离所述电枢偏置并且使所述阀朝向所述关闭位置偏置；以及
线圈，其至少部分地围绕所述套管；
其中，当电流施加到所述线圈时所述电枢的所述移动克服从所述回位弹簧施加到所述电枢的力，使得所述电枢朝所述磁芯移动，从而将所述阀从所述关闭位置改变至所述打开位置。

4.   根据权利要求2所述的设备，所述阀部分还包括：
供给端口，其形成为所述套管的一部分；
控制端口，其形成为所述套管的一部分，所述控制端口与所述供给端口选择性地流体连通；以及
排放端口，其形成为所述套管的一部分，所述排放端口与所述控制端口选择性地流体连通；
其中，所述供给端口中的流体将压力施加到所述阀，所述阀通过所述电枢和所述柱塞而相对于所述阀座移动，以平衡在所述供给端口和所述控制端口之间的流体压力，并且当所述阀从所述打开位置移动至所述关闭位置时，所述控制端口中的过量的流体压力在所述排放端口中被泄放。

5.   根据权利要求4所述的设备，所述套管还包括：
小直径部分，所述阀部分基本上由所述小直径部分围绕；以及
大直径部分，所述螺线管部分基本上由所述大直径部分围绕；
其中，所述供给端口、所述控制端口和所述排放端口形成为所述套管的所述小直径部分的一部分。

6.   根据权利要求5所述的设备，其中，所述隔板在所述螺线管部分和所述排放端口之间位于所述套管的所述大直径部分中。

7.   根据权利要求2所述的设备，所述阀座还包括：
第一插件；
排放座，其形成为所述第一插件的一部分；
第二插件；以及
供给座，其形成为所述第二插件的一部分；
其中，所述阀位于所述第一插件和所述第二插件之间，使得当所述阀处于所述关闭位置时，所述阀与所述供给座接触，并且当所述阀移动至所述打开位置时，所述阀远离所述供给座且朝着所述排放座移动。

8.   一种螺线管组件，包括：
螺线管部分；
阀部分，其由所述螺线管部分控制；
套管，所述阀部分基本上由所述套管围绕；
多个端口，其与所述阀部分流体连通，所述多个端口一体地形成为所述套管的一部分；
电枢，其为所述螺线管部分的一部分，所述电枢基本上由所述套管围绕；
阀，其为所述阀部分的一部分，所述阀的所述移动由所述螺线管部分控制；
柱塞，其连接到所述电枢且与所述阀接触；
阀座，其为所述阀部分的一部分，所述阀与所述阀座选择性地接触；以及
隔板，其由所述套管围绕，所述隔板设置在所述螺线管部分和所述阀部分之间；
其中，所述螺线管使所述电枢和所述柱塞移动以控制所述阀相对于所述阀座的所述移动，从而控制所述多个端口中的每一个中的流体压力。

9.   根据权利要求8所述的螺线管组件，所述螺线管部分还包括：
磁芯；
回位弹簧，其设置在所述磁芯和所述电枢之间；以及
线圈，其基本上围绕所述电枢；
其中，所述回位弹簧将所述电枢偏置远离所述磁芯，使得所述阀朝关闭位置偏置，并且当所述线圈被激励时，在所述电枢和所述磁芯之间的磁力克服来自所述回位弹簧的力，使所述电枢和柱塞朝所述磁芯移动，允许所述阀相对于所述阀座移动并将所述阀置于打开位置。

10.   根据权利要求8所述的螺线管组件，所述多个端口还包括：
供给端口，其形成为所述套管的一部分，所述供给端口与所述阀流体连通；
控制端口，其形成为所述套管的一部分，所述控制端口与所述阀流体连通；以及
排放端口，其形成为所述套管的一部分，所述排放端口与所述阀流体连通；
其中，所述供给端口中的流体将压力施加到所述阀，并且所述阀通过所述电枢和所述柱塞而相对于所述阀座移动，以平衡在所述供给端口和所述控制端口之间的流体压力，并且当所述阀从所述打开位置移动至所述关闭位置时，所述套管中的过量的流体压力在所述排放端口中被泄放。

11.   根据权利要求10所述的螺线管组件，所述套管还包括：
小直径部分；以及
大直径部分，其与所述小直径部分一体地形成；
其中，螺线管部分设置在所述大直径部分中，并且所述阀部分位于所述小直径部分中。

12.   根据权利要求11所述的螺线管组件，其中，所述供给端口、所述控制端口和所述排放端口中的每一个形成为所述套管的所述小直径部分的一部分。

13.   根据权利要求11所述的螺线管组件，其中，所述隔板在所述排放端口和所述电枢之间位于所述套管的所述大直径部分中。

14.   根据权利要求8所述的螺线管组件，所述阀座还包括：
第一插件，其邻近所述阀设置在所述套管中，所述第一插件为所述阀部分的一部分；
排放座，其形成为所述第一插件的一部分；
第二插件，其邻近所述阀设置在所述套管中，所述第二插件为所述阀部分的一部分；
供给座，其形成为所述第二插件的一部分；
其中，当所述阀处于所述关闭位置时，所述阀与所述供给座接触，并且当所述阀移动至所述打开位置时，所述阀远离所述供给座且朝着所述排放座移动。

15.   一种用于变速器的螺线管组件，包括：
螺线管部分；
阀部分，所述阀部分的所述移动由所述螺线管部分控制；
阀，其为所述阀部分的一部分；
磁芯，其为所述螺线管部分的一部分；
电枢，其为所述螺线管部分的一部分，所述电枢能朝着和远离所述磁芯移动；
回位弹簧，其设置在所述磁芯和所述电枢之间，所述回位弹簧将所述电枢偏置远离所述磁芯，使得所述回位弹簧将所述阀朝关闭位置偏置；
柱塞，其连接到所述电枢且与所述阀接触；
套管，其围绕所述电枢和所述阀部分，使得所述阀部分基本上包含在所述套管内；
供给端口，其形成为所述套管的一部分，使得所述供给端口接收流体，并且所述供给端口与所述阀部分流体连通；
阀座，其为所述阀部分的一部分并且由所述套管围绕，所述阀与所述阀座选择性地接触；
控制端口，其形成为所述套管的一部分，使得所述控制端口与所述阀部分流体连通；
排放端口，其形成为所述套管的一部分，使得所述排放端口与所述阀部分流体连通；
线圈，其至少部分地围绕所述套管，所述线圈是所述螺线管部分的一部分；以及
隔板，其位于所述套管内，所述隔板将所述阀部分与所述螺线管部分分离，所述柱塞延伸穿过所述隔板；
其中，当所述线圈被激励时，所述电枢和柱塞朝所述磁芯移动，允许流体流入所述供给端口以使所述阀相对于所述阀座移动，使得所述流体的至少一部分流过所述控制端口，并且当所述线圈被去激励时，所述阀相对于所述阀座移动，使得所述流体的至少一部分流过所述排放端口。

16.   根据权利要求15所述的螺线管组件，所述套管还包括：
小直径部分；以及
大直径部分，其与所述小直径部分一体地形成；
其中，所述电枢基本上由所述大直径部分围绕，并且所述阀部分基本上由所述小直径部分围绕。

17.   根据权利要求16所述的螺线管组件，其中，所述供给端口、所述控制端口和所述排放端口全部一体地形成为所述套管的所述小直径部分的一部分。

18.   根据权利要求16所述的螺线管组件，其中，所述隔板设置在所述套管的所述大直径部分中。

19.   根据权利要求16所述的螺线管组件，所述阀部分还包括：
第一插件，其设置在所述套管的所述小直径部分中；
排放座，其形成为所述第一插件的一部分；
第二插件，其设置在所述套管的所述小直径部分中；以及
供给座，其形成为所述第二插件的一部分；
其中，当所述阀处于所述关闭位置时，所述阀与所述供给座接触，并且当所述阀移动至所述打开位置时，所述阀远离所述供给座且朝着所述排放座移动。

20.   根据权利要求15所述的螺线管组件，其中，所述隔板在所述排放端口和所述电枢之间位于所述套管中。

常低的螺线管阀组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年10月15日提交的美国临时申请号61/891,007的权益。以上申请的公开内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及利用磁力和液压力确保稳定的力平衡和压力控制的螺线管组件。
背景技术
螺线管是通常已知的，并且一些螺线管用来控制不同类型的液压系统中的流体压力。一些变速器使用开环系统来控制不同部件的致动，并且控制变速器中的不同位置中的压力。一些类型的高度精密的螺线管已被引入这些开环应用中。然而，许多不同类型的螺线管具有污染和在操作期间不成比例的磁力和液压力的问题。另外，尽管这些螺线管具有高的精度水平，但用于这些螺线管的控制单元需要在生产中单独地校准。因此，需要一种螺线管组件，该组件克服了上述缺点，并可用作变速器中的闭环反馈控制系统的一部分，以消除对控制器校准的需求。
发明内容
本发明是用于变速器的常低的螺线管组件，其中常低的螺线管组件在失活时具有低输出或零输出。本发明的常低的螺线管组件用于为变速器中的流体压力分布提供控制，其中螺线管组件包括螺线管部分和阀部分，并且阀部分的移动由螺线管部分控制。存在作为阀部分的一部分的阀以及作为螺线管部分的一部分的磁芯和电枢，使得电枢朝着和远离磁芯移动。
柱塞连接到电枢且与阀接触。套管围绕电枢和阀部分，使得阀部分基本上包含在套管内。阀座是阀部分的一部分并且由套管围绕，并且阀与阀座选择性地接触。供给端口、控制端口和排放端口形成为套管的一部分，使得所有三个端口都与阀部分流体连通。
回位弹簧位于磁芯和电枢之间，回位弹簧将电枢偏置远离磁芯，使得回位弹簧将阀朝关闭位置偏置。线圈至少部分地围绕套管，线圈是螺线管部分的一部分。当线圈被激励时，电枢和柱塞朝线圈移动，允许流体流入供给端口以使阀远离阀座移动，使得流体的至少一部分流过控制端口。当线圈被去激励（de-energized）时，阀朝阀座移动，并且流体的至少一部分流过排放端口。
套管包括一体地形成在一起的小直径部分和大直径部分。电枢基本上由大直径部分围绕，并且阀部分基本上由小直径部分围绕。供给端口、控制端口和排放端口全部一体化地形成为套管的小直径部分的一部分。隔板位于套管的大直径部分内，隔板将阀部分与螺线管部分分离，并且柱塞延伸穿过隔板。
阀座包括设置在套管的小直径部分中的第一插件和设置在套管的小直径部分中的第二插件。阀在一个实施例中为球，并且该球设置在第一插件和第二插件之间。当阀处于关闭位置时，球与第二插件接触，并且当阀改变至打开位置时，球远离第二插件且朝着第一插件移动。
可使用不同类型的制造方法来形成螺线管组件。在一个实施例中，套管和隔板为深冲部件，但在本发明的范围内可以使用其它类型的制造方法。
在一个实施例中，本发明的螺线管组件在用于变速器的液压系统中的闭环反馈控制系统中使用。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本发明的优选实施例，但其旨在仅用于举例说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的螺线管组件的侧剖视图；
图2是根据本发明的实施例的螺线管组件的力平衡图；
图3是描绘根据本发明的实施例的螺线管组件的压力与电流特性的图；
图4是根据本发明的实施例的螺线管组件的备选实施例的侧剖视图；
图5是根据本发明的实施例的连接到轭的帽盖的透视图，该帽盖是螺线管组件的备选实施例的一部分。
具体实施方式
(多个)优选实施例的以下描述本质上仅为示例性的，而绝不旨在限制本发明、其应用或用途。
根据本发明的螺线管组件在图1中总体上以10示出。螺线管组件10包括总体上以12示出的螺线管部分和总体上以14示出的阀部分。螺线管部分12包括连接到板18的磁芯16。板18通过压力配合连接连接到轭环20，但在本发明的范围内可使用其它类型的连接。
轭环20部分地围绕线圈22的外表面，并且线圈22至少部分地围绕线圈架24。由线圈架24围绕的是套管26，并且套管26至少部分地围绕磁芯16，并且也至少部分地围绕形成为外壳30的一部分的外壁28。套管26通过激光焊接过程连接到磁芯16和外壁28。外壳30还包括内壁32以及位于外壁28和内壁32之间的总体上以34示出的凹部。电枢36部分地位于凹部34中，其能够相对于磁芯16和外壳30移动。
电枢36还包括总体上以38示出的台阶部分，其被成形为对应于形成为磁芯16的一部分的总体上以40示出的台阶部分。
弹簧42设置在磁芯16和电枢36之间。更具体而言，弹簧42部分地设置在形成为磁芯16的一部分的总体上以44示出的凹部中，并且弹簧42也部分地设置在形成为电枢36的一部分的总体上以46示出的另一个凹部中。弹簧42将电枢36偏置远离磁芯16，随后将描述磁芯16的功能。在一个实施例中，弹簧42为热预设弹簧42，其有助于确保在弹簧42使用寿命内恒定的弹簧预负荷，并且在螺线管组件10中的磁力和液压力之间具有稳定的力平衡。
电枢36还具有孔口48，并且柱塞50被压力配合到孔口36中。然而，在本发明的范围内，柱塞50可以以其它方式在孔口48中保持就位。柱塞50延伸穿过形成为外壳30的内壁32的一部分的另一个孔口52，使得柱塞50至少部分地由内壁32围绕。柱塞50和电枢36也可相对于外壳30移动，使得柱塞50的一部分在形成为内壁32的一部分的孔口52内滑动，并且内壁32也充当柱塞50的移动的导向器，并且防止电枢36以不期望的方式相对于套管26移动。
外壳30还包括排放端口54，排放端口54与中间端口56流体连通，中间端口56与控制端口58流体连通，并且控制端口58与供给端口60流体连通。设置在中间端口56中的是第一插件62，并且第一插件62包括排放座64。设置在供给端口60中的是第二插件66，并且第二插件66包括供给座68。第一插件62被压力配合到中间端口56中，并且第二插件66被压力配合到供给端口60中。柱塞50还包括直径减小部分70，其延伸穿过中间端口56并且部分地进入控制端口58中。直径减小部分70接触阀，阀在该实施例中为球72，但在本发明的范围内可以使用其它类型的阀。直径减小部分70和球72是阀部分14的一部分。
在操作中，加压流体流入供给端口60中并且被防止进入控制端口58中，因为当没有电流施加到线圈22时弹簧42将阀部分14偏置到关闭位置(当阀部分14处于关闭位置时，球72与供给座68接触，如图1所示)。当电流施加到线圈22时，生成磁力以克服施加到电枢36的弹簧42的力，使得电枢36朝磁芯16移动，并且因此柱塞50也远离球72移动，从而允许将球72提离供给座68，并且使流体从供给端口60传输到控制端口58。
当球72处于关闭位置时，如图1所示，在电枢36和磁芯16之间存在空气间隙，并且相比不具有台阶部分38、40的电枢和磁芯，电枢36和磁芯16的台阶部分38、40在电枢36和磁芯16之间形成更大的空气间隙。这种增加的空气间隙使得当线圈22被激励时在电枢36和磁芯16之间输出增加的力，并且当线圈22被激励时有助于更好地控制电枢36的移动，以将电枢36置于磁芯16和外壳30之间的中间位置。
如果足够的电流施加到线圈22，那么电枢36和柱塞50移动得足够靠近磁芯16，以允许球72接触排放座64，使得来自供给端口60的所有流体都流入控制端口58中。然而，当在某些应用中使用螺线管组件10时，电流施加到线圈22以移动电枢36并且允许球72移动远离供给座68，并且在供给端口60和控制端口58之间提供压力平衡。另外，施加到线圈22的电流可以变化，以控制在供给端口60和控制端口58之间传输的流体，并且因此控制在供给端口60和控制端口58中的流体压力。
一旦电流不再施加到线圈22，在电枢36和磁芯16之间就不再有磁吸引，并且弹簧42使柱塞50和电枢36移动远离磁芯16，并且因此使球72朝供给座68移动以将阀部分14置于关闭位置。当这种情况发生时，控制端口58中的流体流过中间端口56和流过排放端口54。施加到线圈22的电流的量可以变化以改变电枢36、柱塞50和因此球72的位置，以改变从供给端口60传输至控制端口58和排放端口54的流体的量。图2中示出了描绘在施加到线圈22的电流、由弹簧42施加到电枢36的力和电枢36的位置之间的力平衡关系的图表。显示为图2中的图表的一部分的电流包括描绘在多个电流下的电流与力的关系的若干曲线。液压力的曲线以96示出，弹簧力的曲线以98示出，并且液压力96和弹簧力98的总和的曲线以100示出。
图3中示出了描绘控制端口58中的压力与施加到线圈22的电流之间的关系的图表。根据输出的状态，本发明的螺线管组件10被称为“常低的”（normally low）螺线管组件。当没有电流施加到线圈22(螺线管组件10为不活动的)时，球72与供给座68接触，并且在控制端口58中的压力很低或基本上为零。端口54、58、60中的压力可使用一个或多个压力传感器检测。当电流施加到线圈22并且然后增加时，球72移动远离供给座68并且更靠近排放座64，从而增加控制端口58中的压力。施加到线圈22的电流的增加和控制端口58中压力的增加之间的这种关系在图3中示出。当球72与排放座64接触时，供给端口60中的压力和控制端口58中的压力基本上相等。在一个实施例中，螺线管组件10被用作变速器中的闭环反馈控制系统的一部分。
螺线管组件10还具有用来防止碎屑流入电枢36周围的区域中的若干特征。柱塞50包括若干肋74，其形成用于流体的流动的曲折路径，并且因此限制或防止碎屑经过柱塞50和围绕电枢36流动。肋74还减小柱塞50和孔口52之间的摩擦，并且肋74中的流体也提供润滑以减少磨损。在一个实施例中，电枢36还涂有特氟隆涂层以减小电枢36和外壁28之间的摩擦。
退出孔口76形成为套管26的一部分，并且电枢36周围的流体能够流出退出孔口76并围绕套管26，并且流出形成为外壳30的一部分的一个或多个凹槽78。退出孔口76和凹槽78在电枢36周围提供压力平衡，使得流入电枢36周围的区域的任何流体对电枢36的移动很少或没有影响。另外，通过退出孔口76和凹槽78的流动路径形成曲折的路径，以防止污垢从组件10外部迁移到电枢36和磁芯16之间的空气间隙中。
为了有利于球72和供给座68之间的最佳接触以及球72和排放座64之间的接触，供给座68和排放座64两者各自具有渐缩的边缘或锋利边缘68A和64A，以在流动条件下平衡力。座64、68还确保在各种温度范围内稳定的功能，并且在组件的寿命内控制泄漏。边缘64A、68A的形状使在球72的定位期间在恒定的供给压力下液压力偏差最小化，并且确保在组件10的寿命内球72上的稳定的密封直径和液压力。
本发明的另一个实施例在图4-5中示出，其中类似的数字表示类似的元件。然而，在该实施例中，不使用外壳30，并且套管26较大，使得套管26包含阀部分14。在一个实施例中，套管26为深冲部件，包含阀部分14的所有部件。图4中所示套管26为导磁的，以优化电枢36和磁芯16之间的磁力。在一个实施例中，图4中所示电枢36具有特氟隆涂层，以减小电枢36和套管26之间的摩擦，并且减小磁偏心力。套管26在该实施例中具有两部分：大直径部分26A和小直径部分26B。电枢36位于大直径部分26A中，并且阀部分14位于小直径部分26B中。更具体而言，插件62、66和球72两者均位于套管26的小直径部分26B中。球72在该实施例中具有比图1中所示球72大的直径，这减小了阀部分14中的液压力偏差。
另外，排放端口54形成为大直径部分26A的一部分，控制端口58形成为小直径部分26B的一部分，并且供给端口60形成为小直径部分26B的一部分。图4中所示供给端口60向外延伸远离第二插件66，并且直径小于小直径部分26B的直径。
同样，在该实施例中，存在位于套管26内的隔板80，并且板80具有柱塞50延伸穿过的孔口82。隔板80在电枢36和排放端口54之间的区域中位于套管26的大直径部分26A中。隔板80将阀部分14与螺线管部分12分离，防止螺线管部分12暴露于阀部分14中的流体。在一个实施例中，隔板80为深冲部件，但在本发明的范围内，其它方法可用来形成隔板80。
图4中所示轭环20大于图1中所示轭环20，并且包括若干总体上以86示出的保持特征。保持特征86与轭环20一体地形成，并且轭环20在该实施例中形成为单件，并且形成为深冲（deep drawn）部件，但在本发明的范围内可使用其它方法来形成轭环20。套管26通过使用第一焊接连接90连接到轭环20，并且套管26还通过使用第二焊接连接92连接到磁芯16。
图5中所示实施例还包括总体上以88示出的帽盖，其与轭环20的一部分相连并且由轭环20的该部分围绕。帽盖88通过在图5中总体上以94示出的卡扣（snap fit）配合连接而连接到轭环20。搭扣配合连接94也用来相对于轭环20正确地定位帽盖88，使得在帽盖88上的任何数据标记也被正确地定位。此外，帽盖88也保护电气端子102不会变得暴露于流体并被流体污染。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此不脱离本发明要旨的变型意图在本发明的范围内。这样的变型不被认为偏离本发明的精神和范围。