节流阀控制装置 本发明涉及一种节流阀控制装置，用于控制空气进口通路。
美国专利5,287,835披露了一种节流阀控制装置，其用于控制空气进口通路，其中节流阀用扭矩马达驱动。为了增加节流阀的响应速度，省去了一个在一个方向上使节流阀偏移的回复弹簧。
美国专利5,287,835的图中，给出了一个驱动装置的定子铁芯，在转子四周的内部周边上没有槽。然而，该图只是一个示意视图，并且在详细说明中没有定子铁芯的内部四周的描述。在另一个图中描述的定子铁芯分为N-极定子部分和S-极定子部分，在两部分之间形成槽或被切去部分。如果该转子安装用稀土金属例如钕，钐或钴制造的永久磁铁，定子中磁力线密度的分布比安装铁氧体磁铁的转子所致的磁力线密度更不均匀。相应地，当关闭驱动线圈时，作用在转子上的起动扭矩较大。
在一个具有回复弹簧用于使转子回到全封闭位置的驱动装置中，如果扭矩马达的电流控制装置失效可以防止节流阀打开，如果转子四周的定子的内部周边有槽，使转子回到全封闭位置需要较大的弹力以克服起动扭矩。即，需要较大的电磁力以及相应的大体积扭矩马达，以驱动节流阀克服弹簧力。
尽管希望用于转子上的磁极的永久磁铁沿径向磁化，然而，如果永久磁铁的磁极用大量地烧结径向磁化颗粒制成，在永久磁铁的冷却过程中会形成裂纹。因此，生产率降低并且生产成本增加。
本发明的一个主要目的是，提供一个简单并且紧凑的节流阀控制装置。
本发明的另一个目的是，提供一个的节流阀控制装置，其能够准确控制节流位置。
本发明的另一个目的是，提供一个的节流阀控制装置，其能够易于加工，成本低。
按照本发明，电磁驱动装置的定子铁芯配置成内部周边光滑没槽，以便能够减少定子铁芯内的磁力线分布的不均匀性。相应地，当没有电流加在螺线管上转子转动时，作用在转子上的起动扭矩能够被消除。因此，驱动转子的电磁力能够减少。由于能够消除起动扭矩，节流阀控制装置的电磁力能够减小。所以，电磁驱动装置的体积和，最终，节流阀控制装置的体积可以制造得较小。
按照本发明的另一方面，在节流阀控制装置中，永久磁铁元件排列在转子的外部周边，从转子的中心沿径向被磁化。因此，作用在转子上的扭矩的不均匀性能够减少，而与转子的转动位置无关。因此，能够准确控制节流位置而与转子的转动位置无关，以便能够准确控制吸入的空气。
按照本发明的另一方面，在节流阀控制装置中，多个在同一方向磁化的永久磁铁排列在转子的外部周边，形成沿径向磁化的磁极。所以，永久磁铁易于以高生产率、低成本加工，且没有裂纹。
按照本发明的另一方面，在节流阀控制装置中，围绕转子形成的内部周边所在区域，不是在从螺线管与定子铁芯啮合部分位置的宽度延伸的区域。因此，啮合部分的应力，不影响定子铁芯的内部周边，并且，定子铁芯的内部周边与转子之间的空气间隙能够保持均匀。所以，作用在转子上的扭矩能够稳定，确保转子的平滑转动、节流阀位置的准确性，以及准确地控制吸入的空气。
本发明的其它目的、特征和特性以及本发明的相关零件的功能，通过了解下面的详细描述，附属的权利要求和附图将会逐渐明了。图中：
图1为主视图，描述了根据本发明的第一实施例、没有外壳的节流阀控制装置；
图2为第一实施例的纵向剖面图；
图3A为定子铁芯的主视图，图3B和图3C为螺线管的主视图；
图4为根据本发明的第二实施例的节流阀控制装置的视图；
图5为根据本发明的第三实施例的定子铁芯的主视图；
图6为根据本发明的第四实施例的节流阀控制装置的视图；
图7为根据本发明的第五实施例的节流阀控制装置的视图；
图8为根据本发明的第六实施例的节流阀控制装置的视图；并且
图9为根据本发明的第七实施例的节流阀控制装置的视图。
(第一实施例)
根据本发明的第一实施例的节流阀控制装置参考图1，2和3进行了描述。节流阀控制装置10包括节流本体11，节流阀13，阀轴12，转动位置传感器30和电磁扭矩马达40，电磁扭矩马达40按照车辆加速器的位置控制节流阀13的位置。
节流本体11通过轴承15和16可旋转地支承阀轴12。节流阀13有一个圆形平台，并通过螺钉14固定在阀轴12上。当节流阀13围绕阀轴12转动时，被节流本体11的内部周边限定的空气进口通路11a的通路面积发生变化，因此，可以控制吸入的空气量。
节流操纵杆21压配在阀轴12的端部，因此节流操纵杆21能够随阀轴12转动。止动螺钉22通过在此与其啮合，限定节流阀13的全封闭位置。节流阀13的全封闭位置可以通过转动螺钉22进行调节。
转动位置传感器30设置在节流本体11的一侧、阀轴12的同一端。转动位置传感器30包括接触元件31，带有电阻元件的电阻板32和外壳33，电阻元件上具有涂层。接触元件31压配在阀轴12上，与其一起转动。电阻板32固定在外壳33上，以便接触元件31能够在电阻板32的电阻元件上滑动。在电阻板32的电阻元件上加有5伏固定电压。当电阻元件与接触元件31的相对位置变化时，转动位置传感器30的输出电压变化。输出电压加在一个引擎控制装置(ECU，没有示出)上，用转动位置传感器30监测节流阀13的位置。
电磁扭矩马达40包括转子41，定子铁芯45和一对螺线管50，其位于节流本体11的一侧，在阀轴12的另一端。
转子41包括圆柱形转子铁芯42以及永久磁铁43和44，阀轴12被压配于转子铁芯。转子41的四周为定子铁芯45的内部周边45a。转子铁芯42用磁性材料制成，并被压配在阀轴12的另一端。一对永久磁铁43和44加工成弧形，并以相等的间隔固定在转子铁芯42的外部周边。节流阀13可以在90度角内转动。因此，永久磁铁43和44的弧长设计成足以使转子41在转动角内转动。永久磁铁43和44用稀土金属制成，例如，高钕或钐-钴合金制成。
定子铁芯45用多个薄的磁铁片制成，层压在阀轴12的轴向，并且其具有内部周边45a环绕转子41。环绕转子41的定子铁芯45的内部周边45a为平滑的，上面没有沟槽。螺线管50和55具有分别缠绕在芯子51和55上的线圈52和57，并且具有固定在定子铁芯45的槽45c内的凸出部分55a。线圈52和57从插座60的接头供电。
定子铁芯45和螺线管50和55在图3中更详细地示出。每一个螺线管50和55插入到定子铁芯45的一个矩形凹面部分45b内，沿图3的一端插向较远的一端或沿较远的一端插向这一端。
如图3A所示，矩形凹面部分45b位于定子铁芯45的相对两侧、内部周边45a的径向外侧。一对槽45c位于每个凹面部分45b的相对壁上。一对凸出部分50a和55a位于螺线管50和55的两侧，如图3B和图3C所示。
每一个凹面部分45b的相对表面之间的距离a1比螺线管50和55之间的长度c1长一些，并且槽45c的深度a2比凸出部分50a和55a的高度c2大一些。另一方面槽45c的宽度b比凸出部分50a和55a的宽度d窄一些。当螺线管50和55被压配在槽45c内时，凸出部分50a和55a被槽45c紧固。除槽45c外，螺线管50和55不被其它元件固定。内部周边45a所在的位置，不是凸出部分50a和55a的延伸部分所在的位置。
因此，当凸出部分50a和55a被压配在槽45c内时，凸出部分50a和55a不使内部周边45a扩张或变形，以便在定子铁芯45的内部周边45a和永久磁铁43和44之间形成一个一致的空气间隙。相应地，作用在转子41的扭矩保持不变，使转子41平稳转动。当螺线管50和55被压配在定子铁芯45内后，定子铁芯45在转子41的周围提供一个光滑内表面，没有任何槽。因此，定子铁芯45内的磁力线密度的分布变得均匀，所以，在转动过程中，作用在转子41上的起动扭矩能够消除。
永久磁铁43和44，从中心沿径向磁化。当线圈52和57通电后，线圈52和57与永久磁铁43和44的磁力产生的扭矩作用于转子41。作用在转子41上的扭矩的特性曲线不是一个在转动区域的极限位置减少扭矩的正弦波，而是一个矩形波，扭矩都相等，与节流阀13的位置无关。因此，节流阀13的位置可以被非常精确地控制。
图1和2所示的回复弹簧17的一端被固定在转子铁芯42上，而另一端被螺钉18固定在定子铁芯45的轴向端表面，由此偏移节流阀13以关闭通路。回复弹簧17有一个主要的螺旋线圈部分位于圆柱形转子铁芯42内。由于转子铁芯42以及回复弹簧17都位于定子铁芯45内，因此，扭矩马达40的体积由定子铁芯45的体积决定。即，回复弹簧17没有使体积增加太多。
波形垫圈19使阀轴12在轴向偏移，以防止在运行时由于引擎的震动使其在轴向移动。相应地，接触元件31相对于电阻板32的位置不变，因此节流阀13的信号指示位置不变，并且在非正常摩擦时，可以保护电阻元件或接触元件等设备。
下面描述节流阀控制装置10的操作。
(1)正常运转方式
正常运转方式包括在ISC(空转速度控制)和巡游控制下运行以及常规运行。节流阀13的位置通过引擎控制装置(ECU，没有示出)根据引擎状况包括加速器的位置和引擎的转动速度计算，以便按照计算的结果为线圈52和57提供控制电流。
由于当线圈52和57通电后作用在转子41上的转动扭矩比回复弹簧17的偏移力大一些，转子41克服回复弹簧17的偏移力转动。
被转子41转动的节流阀13的位置，通过转动位置传感器30检测并反馈到引擎控制装置，其控制供应到线圈52和55的电流。因此，由于温度变化或类似的变化引起的作用于转子41上的扭矩的变化可以通过检测节流阀的位置进行调整，并且节流阀的位置可以很精确地控制。
(2)控制失效
如果节流阀13位置的目标值与转动位置传感器30检测到的节流阀13的实际位置不同，显然引擎控制装置控制节流阀失效。因此，引擎控制装置产生一个信号关闭节流阀13。随后，节流阀13被回复弹簧17回复到全封闭位置，从而避免节流阀13移动到非正常位置。
引擎控制装置具有一个次级引擎控制装置，其用于观察引擎控制装置的非正常状况。当引擎控制装置失效时，次级引擎控制装置停止向线圈52和57供应控制电流。因此当引擎控制装置失效时，节流阀13被回复弹簧17回复到全封闭位置。
(第二实施例)
本发明的第二实施例的描述参考图4。与第一实施例大体相同的部分用相同的参考标号表示。
一对磁极46和47分别包括四个平的永久磁铁46a和47a，它们被固定在转子铁芯42的外部周边。永久磁铁46a和47a用稀土金属制成，并位于转子铁芯42的四周，如图4所示，以便永久磁铁46和47从转子48的中心沿径向磁化。
第二实施例具有多个永久磁铁46a和47a，其排列与第一实施例具有大体相同的结构，第一实施例具有一对在径向磁化的永久磁铁。平的磁铁容易制造和磁化。
如果用大量的磁化颗粒，烧结成第一实施例使用的具有弧形外表面的永久磁铁43和44，磁化方向的热膨胀与磁化方向的垂直方向的热膨胀不同。这样，当烧结后冷却时可能在永久磁铁上产生裂纹。第二实施例所使用的平的永久磁铁46a和47a没有上述问题。因此，永久磁铁的生产效率提高，生产成本减少。
(第三实施例)
本发明的第三实施例中使用的分体的定子铁芯如图5所示。在第三实施例中，在两片定子铁芯70之间具有大约0.1mm的间隙71，其由生产步骤产生。然而它小到可以忽略，不足以产生起动扭矩。因此，用于驱动转子的电磁力扭矩能够减小。
(第四实施例)
本发明的第四实施例的描述参考图6。与第一和第二实施例大体相同的部分用相同的参考标号表示。
磁极80和81分别包括四个永久磁铁80a和81a。每一个永久磁铁80a和81a具有在转子铁芯42的一端的平面，和面对定子铁芯45的半圆柱形表面，并被固定在转子铁芯42的外部周边。永久磁铁80a和81a用稀土金属材料制成，在径向厚度方向被磁化，并使半圆柱形表面排列成弧形，如图6所示。因此，两个磁极80和81从转子82的中心沿径向被磁化。
第四实施例中使用的永久磁铁半圆柱形表面，为永久磁铁80a和81a与定子铁芯45的内部周边之间提供均匀的间隙，而其中的平的表面使得机加工和安装工作，比如黏结变得简单。
不规则的或平面的永久磁铁固定在转子铁芯42的外部周边后，第四实施例使用的永久磁铁的外表面可以加工成圆柱形。在这种情况下，永久磁铁与定子铁芯的内部周边之间的空气间隙能够更均匀。
(第五实施例)
本发明的第五实施例的描述参考图7。第五实施例中与第四实施例大体相同的部分用相同的参考标号表示。
磁极83和84分别包括四个永久磁铁83a和84a，它们固定在转子铁芯42的外部周边。每一个永久磁铁83a和84a具有在转子铁芯42的一侧的半圆柱形内表面，和面对定子铁芯45的内部四周的半圆柱形外表面，形成一个半圆形元件。永久磁铁83a和84a用稀土金属材料制成，在径向厚度方向被磁化。它们沿转子铁芯42的四周排列形成弧形，如图7所示。因此，磁极83和84从转子85的中心沿径向被磁化。
第五实施例中使用的永久磁铁83a和84a，其面对定子铁芯的外表面为半圆柱形，永久磁铁83a和84a与定子铁芯45的内部周边之间的空气间隙变得均匀。因为在转子铁芯42一侧的内表面也是半圆柱形，永久磁铁的体积可以减少。这样减少了磁性材料和生产成本。
(第六实施例)
本发明的第六实施例的描述参考图8。与第二实施例大体相同的部分用相同的参考标号表示。
一对定子铁芯90和91环绕排列在转子88的外部周边，转子具有两个磁极。一对槽92和93位于转子88的侧面相对180度，由此与定子铁芯的磁路划分开。
在第六实施例中，转子有两个磁极86和87，它们分别由单向磁化的平面永久磁铁86a和87a组成。因为容易使平面磁铁单向磁化，因此磁极86和87容易以低成本制备。
在第六实施例中，每一个永久磁铁从转子88的外侧轴向看具有不规则截面，因此永久磁铁86a和87a在周向排列，在转子88的各自磁极处相互封闭接触。因此，作用于转子88的起动扭矩的变化比第二实施例要小，在第二实施例中，在转子的表面上，面对定子铁芯的内部四周的永久磁铁之间有空隙，如图4所示。
(第七实施例)
本发明的第七实施例的描述参考图9。它使用一个螺线管58，代替第一到第六实施例中使用的一对螺线管50和55，它用于改进响应时间。因此，该装置能够以较低的成本制造得较小。
第七实施例有一对定子铁芯94和95，当螺线管58通电时，形成两个被槽96和97分开的极化芯子。槽96和97分别位于转子42的相对侧面部分，夹角为沿永久磁铁86a和87a的一半间距移动180度。多个平的永久磁铁排列在转子的四周，并且在平的永久磁铁的中间表面空气间隙增加，使得循环扭矩相对于转动位置而变化。在该实施例中，最大扭矩施加在转子的靠近一对槽的区域，槽的位置在转子的相对侧面，夹角为沿永久磁铁86a和87a的一半间距移动180度。因此，转子在转动区域具有均匀的扭矩。用这种方式，扭矩的变化能够消除，即使转子具有多个永久磁铁排列在转子的四周，在每个永久磁铁之间都有间隙。
在本发明的上述实施例中，如果操作失效，回复弹簧17就使转子回到全封闭位置。然而，省略回复弹簧17并允许转子在两个方向转动是可以的。
可以使用圆柱形定位盖，以便在转子上固定永久磁铁。如果该盖用磁性材料制成，该盖被永久磁铁磁化，因而使转子的磁极与定子铁芯的内部表面之间的空气间隙变得均匀。
在上述本发明的描述中，本发明已通过参考具体的实施例进行了披露。然而，应当明白，只要不偏离本发明附属的权利要求所提出的更宽的精神和范围，对具体的实施例可以进行各种改进和变化。因此，本文件中对本发明的描述只是为了说明，而不是限制。