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1、(10)申请公布号 CN 102844967 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 4 9 6 7 A *CN102844967A* (21)申请号 201180020355.1 (22)申请日 2011.04.05 61/326757 2010.04.22 US H02K 5/08(2006.01) H02K 5/22(2006.01) H02K 15/14(2006.01) H02K 7/06(2006.01) (71)申请人大陆汽车系统公司 地址美国密执安州 (72)发明人 A.塔曼 C.王 C.韦尔登 F.P.文克 D.R.福格龙 (74)专利代理机。
2、构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人董均华 (54) 发明名称 具有塑料壳体和保持结构特征的怠速空气控 制阀 (57) 摘要 一种线性致动器（10）包括塑料壳体（12），所 述塑料壳体（12）具有用于安装所述致动器的整 体凸缘（14）。具有绕组（18）的定子组件（16）设置 在塑料壳体中。具有永磁体（22）的转子组件（20） 安装成相对于定子组件旋转，从而在绕组被激励 时，产生磁场以引起转子组件的旋转。轴（32）被 限制旋转且与转子组件相连，从而转子组件的旋 转引起轴的线性移动。连接器结构（46）容纳用于 给绕组供电的导线。所述塑料壳体具有环形端部 （48），所述环形端部（48。
3、）捕获连接器结构的环形 表面（50），从而将塑料壳体联接到连接器结构。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.10.22 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/031270 2011.04.05 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/133320 EN 2011.10.27 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 7 页 1/2页 2 1. 一种线性致动器，包括： 塑料壳体，所述塑料壳体具有用于安装所述致动器的整体凸缘， 设置。
4、在塑料壳体中的定子组件，所述定子组件具有绕组， 转子组件，所述转子组件具有永磁体，安装成相对于定子组件旋转，从而在绕组被激励 时，产生磁场以引起转子组件的旋转， 轴，所述轴被限制旋转且与转子组件相连，从而转子组件的旋转引起轴的线性移动，以 及 连接器结构，所述连接器结构容纳用于给绕组供电的导线， 其中，所述塑料壳体具有环形端部，所述环形端部捕获连接器结构的环形表面，从而将 塑料壳体联接到连接器结构。 2. 根据权利要求1所述的致动器，其中，所述凸缘包括从中穿过的螺栓孔，金属压缩 限制器与限定每个螺栓孔的表面摩擦接合。 3. 根据权利要求1所述的致动器，还包括含铁材料的磁通环结构，所述磁通环结构。
5、围 绕定子组件设置，总体上靠近绕组。 4. 根据权利要求1所述的致动器，其中，塑料壳体和定子组件包括构造和设置成互锁 以防止定子组件相对于塑料壳体旋转的防旋转结构。 5. 根据权利要求4所述的致动器，其中，所述防旋转结构包括设置在塑料壳体中的多 个突片，每个突片与定子组件中限定的相关凹穴接合。 6. 一种用于车辆的怠速空气控制阀，包括： 塑料壳体，所述塑料壳体具有用于安装致动器的整体凸缘， 设置在塑料壳体中的定子组件，所述定子组件具有绕组， 转子组件，所述转子组件具有永磁体，安装成相对于定子组件旋转，从而在绕组被激励 时，产生磁场以引起转子组件的旋转， 轴，所述轴被限制旋转且与转子组件相连，从。
6、而转子组件的旋转引起轴的线性移动， 调节头，所述调节头与轴的远端部相连，用于随其一起线性移动，以及 连接器结构，所述连接器结构容纳用于给绕组供电的导线， 其中，所述塑料壳体具有环形端部，所述环形端部捕获连接器结构的环形表面，从而将 塑料壳体联接到连接器结构。 7. 根据权利要求6所述的控制阀，其中，所述凸缘包括从中穿过的螺栓孔，金属压缩 限制器与限定每个螺栓孔的表面摩擦接合。 8. 根据权利要求6所述的控制阀，还包括含铁材料的磁通环结构，所述磁通环结构围 绕定子组件设置，总体上靠近绕组。 9. 根据权利要求6所述的控制阀，其中，塑料壳体和定子组件包括构造和设置成互锁 以防止定子组件相对于塑料壳。
7、体旋转的防旋转结构。 10. 根据权利要求9所述的控制阀，其中，所述防旋转结构包括设置在塑料壳体中的 多个突片，每个突片与定子组件中限定的相关凹穴接合。 11. 一种提供用于致动器的塑料壳体的方法，所述致动器具有联接到连接器结构的定 子组件以及构造和设置成相对于定子组件旋转的转子组件，所述方法包括以下步骤： 将连接有连接器结构的定子组件插入到塑料壳体的内部，直到定子组件的表面与塑料 权 利 要 求 书CN 102844967 A 2/2页 3 壳体的表面接合，其中，塑料壳体的环形端部延伸超出连接器结构的相邻环形表面；以及 将壳体的环形端部加热并变形，以捕获连接器结构的环形表面，从而将塑料壳体联。
8、接 到连接器结构。 12. 根据权利要求11所述的方法，其中，变形步骤包括碾轧塑料壳体的已加热环形端 部。 13. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 在塑料壳体的内部设置突片且在定子组件中设置相关凹穴，使得在插入步骤后，突片 与相关凹穴互锁，从而防止定子组件相对于塑料壳体旋转。 14. 根据权利要求11所述的方法，其中，塑料壳体包括整体凸缘，所述凸缘包括从中 穿过的螺栓孔，所述方法还包括： 将金属压缩限制器插入每个螺栓孔中。 15. 根据权利要求11所述的方法，其中，在插入步骤之前，所述方法还包括： 围绕定子组件的一部分设置含铁磁通环结构。 16. 根据权利要求11所述的方法，其中，在变形。
9、步骤之前，所述方法还包括： 将连接器结构相对于塑料壳体的环形壁定向为360位置中的一个。 权 利 要 求 书CN 102844967 A 1/4页 4 具有塑料壳体和保持结构特征的怠速空气控制阀 0001 本申请要求于2010年4月22日提交的美国临时申请No. 61/326,757的较早申 请日的权益，上述申请在此作为参考引入该说明书。 技术领域 0002 本发明涉及线性致动器，例如车辆怠速空气控制阀（IACV），且更具体地涉及具有 塑料壳体和保持结构特征的改进IACV。 背景技术 0003 IACV是安装在机动车发动机的进气歧管外部的数字线性致动器（DLA），其精确地 控制发动机系统中的节。
10、气门空气流。IACV的轴向对齐确保其调节头（pintle）/螺母保持 与节气门本体或歧管阀座的适当对齐。由于车辆污染排放物控制规定需要更精确的空气/ 燃料比和因而较清洁的尾管排放物，因而需要IACV。 0004 常规IACV是已经生产10-15年的机动车级别罐码垛（can-stack）式步进马达。 常规IACV具有金属壳体，用于需要通过三价（Cr3）电镀取代六价（Cr6）电镀的严格环境标 准。该壳体满足环境标准，但是不能提供对腐蚀保护的足够持续时间，从而可导致最终顾客 的美观烦恼。 0005 因而，需要提供具有塑料壳体的改进IACV，由于使用不腐蚀材料，其满足质保要求 且可以提供美观诉求措施。。
11、 发明内容 0006 本发明的目的是满足上述需要。根据本发明的原理，该目的通过提供一种线性致 动器获得，所述线性致动器包括塑料壳体，所述塑料壳体具有用于安装所述致动器的整体 凸缘。定子组件设置在塑料壳体中，定子组件具有绕组。具有永磁体的转子组件安装成相 对于定子组件旋转，从而在绕组被激励时，产生磁场以引起转子组件的旋转。轴被限制旋转 且与转子组件相连，从而转子组件的旋转引起轴的线性移动。连接器结构容纳用于给绕组 供电的导线。所述塑料壳体具有环形端部，所述环形端部捕获连接器结构的环形表面，从而 将塑料壳体联接到连接器结构。 0007 根据本发明的另一方面，一种用于车辆的怠速空气控制阀包括塑料壳体。
12、，所述塑 料壳体具有用于安装致动器的整体凸缘。定子组件设置在塑料壳体中，定子组件具有绕组。 具有永磁体的转子组件安装成相对于定子组件旋转，从而在绕组被激励时，产生磁场以引 起转子组件的旋转。轴被限制旋转且与转子组件相连，从而转子组件的旋转引起轴的线性 移动。调节头与轴的远端部相连，用于随其一起线性移动。连接器结构容纳用于给绕组供 电的导线。所述塑料壳体具有环形端部，所述环形端部捕获连接器结构的环形表面，从而将 塑料壳体联接到连接器结构。 0008 根据本发明的又一方面，一种方法提供用于致动器的塑料壳体。所述致动器具有 联接到连接器结构的定子组件和构造和设置成相对于定子组件旋转的转子组件。所述方。
13、法 说 明 书CN 102844967 A 2/4页 5 包括将连接有连接器结构的定子组件插入到塑料壳体的内部，直到定子组件的表面与塑料 壳体的表面接合，其中，塑料壳体的环形端部延伸超出连接器结构的相邻环形表面。壳体的 环形端部然后变形，以捕获连接器结构的环形表面，从而将塑料壳体联接到连接器结构。 0009 本发明的其它目的、特征和特性以及操作方法及相关结构元件的功能、制造的部 件和经济性的组合将在考虑以下详细描述和所附权利要求参考附图后更清楚，其全部形成 该说明书的一部分。 附图说明 0010 本发明将从其优选实施例的以下详细描述结合附图更好地理解，其中，相同的附 图标记表示相同部件，其中：。
14、 图1是根据本发明实施例的怠速空气控制阀（IACV）形式的数字线性致动器的实施例 的轴向截面图。 0011 图2是在热成型之前IACV的塑料壳体的端部的一部分的视图。 0012 图3是图2的塑料壳体的端部的一部分的视图，示出了在热轧以捕获连接器结构 的一部分之后。 0013 图4是在热成型之前塑料壳体的端部的部分截面图。 0014 图5是在热轧之后塑料壳体的端部的部分截面图，示出了捕获连接器结构的一部 分。 0015 图6是IACV的塑料壳体的视图，示出了防旋转结构的突片。 0016 图7是示出了防旋转结构的视图，突片接合在IACV的定子组件的凹穴中。 具体实施方式 0017 为了说明目的，在。
15、以下讨论中，本发明描述为结合到用于特定产品组件的特定磁 性装置中，该特定磁性装置即电动马达，总体上以10表示，以提供车辆的怠速空气控制阀 组件11的线性致动的步进马达的形式。然而，本发明同样适用于在苛刻环境中使用的其它 线性致动器装置。 0018 参考图1，根据本发明实施例示出了用于车辆的怠速空气控制阀（IACV）的马达， 总体上以10表示。马达10包括塑料壳体12，具有从壳体12向外延伸的整体凸缘14。总 体上以16表示的定子组件设置在壳体12中。定子组件16包括常规绕组18、场杯（field cup）、极板和线轴。 0019 如图1所示，总体上以20表示的转子组件与定子组件16相关联。转子。
16、组件20具 有总体上靠近绕组18的常规永磁体22。轴承结构，包括后部密封球轴承24和前部孔眼轴 承26，支撑转子组件20以允许转子组件20相对于定子组件16旋转。在作为步进马达的 马达10的实施例中，在定子组件16的线圈绕组18内引入电流引起转子组件20的旋转运 动。转子组件20具有从中穿过的通道28，包括用于与轴32的带螺纹部分接合的带螺纹部 分30。轴32的远端部与前部轴承33相连，从而防止轴旋转。因而，转子组件20的旋转运 动转换为轴32的线性运动，使得该步进马达为线性致动器。 0020 在用于怠速空气控制阀的马达10的实施例中，轴32在其远端部处具有整体调节 头34。弹簧36趋于将调节。
17、头34偏压至伸出位置。调节头34接收圆柱体防尘罩38以防止 说 明 书CN 102844967 A 3/4页 6 污染马达10。关于图1所示的怠速空气控制阀的示例，马达10可以装配在进气歧管或节气 门本体的孔内，以控制进入歧管的空气流。 0021 由于壳体由塑料而不是金属制成，为了确保磁通路径不被破坏，在定子组件16的 周边处设置附加的补偿磁通环结构40。在实施例中，磁通环结构40包括围绕定子组件16 设置的一对含铁材料磁通环，总体上靠近绕组18。 0022 凸缘14提供从中穿过的螺栓孔42，用于将硬件安装到歧管。由于凸缘14的材料 是塑料（而不是金属），因而在施加扭矩至规定安装扭矩时，M4和。
18、M5安装螺栓可能损坏塑料 凸缘14。因而，金属，优选开口环压缩限制器44设置在螺栓孔42中，以防止损坏凸缘14。 限制器44与限定螺栓孔42的表面摩擦接合。 0023 马达10的重要保持结构特征是塑料壳体12的热轧，以捕获马达10的连接器结构 46且因而捕获联接到连接器结构46的定子组件16和转子组件20。连接器结构容纳用于 以常规方式给绕组18供电的导线47（图4）。尝试将塑料壳体12联接到连接器结构46的 可选方法。例如，在壳体12的内表面上模制卡扣指形物是不可能的。此外，将马达10的芯 超声焊接到塑料壳体12具有混合结果。在热循环后，超声焊接保持负载被损害。第二，超 声焊接表面的污染被发。
19、现是不可预测的。因而，开发了下文阐述的热轧过程。 0024 根据实施例且参考图24，连接器结构46轴向插入到塑料壳体12的内部49，直 到定子组件16的平面表面51与塑料壳体12的平面表面53（图4）接触。在图2和4可以 看出，在这种插入之后，壳体12的远环形端部48延伸超出连接器结构46的环形表面50。 之后，热轧过程将端部48加热并变形，以捕获连接器结构46的环形表面50（图1，3和5）， 从而将塑料壳体12联接到连接器结构46。塑料壳体12的该热变形过程功能上复制锻模金 属壳体。因而，在实施例中，端部48变形具有大约1.9 mm的半径R。 0025 塑料的热轧成型比常规金属锻模更难。热轧。
20、连接的功能要求是静态90N轴向负载 测试且还在热寿命循环和热力振动之后保持结构整体性。塑料壳体12提供足够挠曲性，其 确保在热暴露的范围内（例如，-40至+125C歧管周围环境）的对齐。除了轴向支撑之外，该 挠曲性提供歧管振动的附加容忍性，因为过多振动可能损害IACV的内部马达。壳体12和 连接器结构46之间的热轧连接可以进行漏气测试，如在发动机歧管上由IACV见证的。 0026 马达10的另一个重要保持结构特征是在塑料壳体12和定子组件16之间形成的 防旋转结构。在图6中可以看出，优选模制到壳体12中的多个突片52围绕塑料壳体12的 内表面54以隔开的关系延伸。如图7所示，定子组件16包括多。
21、个凹穴56，一个凹穴56与 一个突片52相关。因而，在壳体12与定子组件16组装后，每个突片52与相关凹穴56接 合。该配置使得凹穴56和突片52之间的干涉足以使得突片52的塑料和限定凹穴56的表 面的塑料屈服或变形，从而形成舌部和凹槽防旋转互锁结构。该防旋转结构的功能要求是 马达芯转动的5.5 N-m阻力，而不违背连接器结构46的电连接器的角度位置要求。 0027 用于壳体的塑料可以是适合于怠速空气控制阀的环境的任何塑料材料。塑料壳体 12的特征包括： 在组装之后，独特外部热成型塑料壳体端部48以保持芯马达； 外部热成型允许相对于壳体12的360连接器取向，而常规内部卡扣保持配置是位置 敏感。
22、的； 热成型方法是具有现有结合问题的超声焊接的更便宜方案； 说 明 书CN 102844967 A 4/4页 7 模制内部防旋转互锁结构； 凸缘/壳体整体形成消除了现有结合问题； 凸缘压缩限制器允许使用现有硬件（歧管）； 重量节省； 塑料壳体外部消除了腐蚀电镀和相关美观缺陷； 马达效率由于设置磁通环结构更高； 在微小改良的情况下使用现有生产芯马达。 0028 为了图示本发明的结构和功能原理以及图示实施优选实施例的方法，已经示出和 描述了前述优选实施例，且在不偏离这种原理的情况下，可以对前述优选实施例进行变化。 因而，本发明包括所附权利要求精神内涵盖的所有变型。 说 明 书CN 102844967 A 1/7页 8 图 1 说 明 书 附 图CN 102844967 A 2/7页 9 图 2 说 明 书 附 图CN 102844967 A 3/7页 10 图 3 说 明 书 附 图CN 102844967 A 10 4/7页 11 图 4 说 明 书 附 图CN 102844967 A 11 5/7页 12 图 5 说 明 书 附 图CN 102844967 A 12 6/7页 13 图 6 说 明 书 附 图CN 102844967 A 13 7/7页 14 图 7 说 明 书 附 图CN 102844967 A 14 。