螺线管致动器 【技术领域】
本发明涉及一种利用螺线管产生的磁力沿轴向驱动轴的螺线管致动器(solenoid actuator)。
背景技术
用于驱动例如阀等液压设备的螺线管致动器例如由如下构件构成。
具体地，分别被制成为圆筒状的两个圆筒状的磁路形成构件被同轴地配置，在两个磁路形成构件之间沿轴向设置有缝隙，以及由磁性材料制成的柱塞被设置在磁路形成构件的内侧。设置在磁路形成构件的外侧的线圈被通电，以通过磁路形成构件形成磁路。根据这种配置，经由柱塞来进行磁通在两个磁路形成构件之间的传递，使得在轴向上由磁力驱动柱塞，并且使固定至柱塞的轴进行线性运动。
液压设备中的工作油被引入螺线管致动器，以润滑支撑进行线性运动的轴的轴承，并且获得在轴向上作用在轴承上的压力的良好平衡。
然而，当含有例如在液压设备中产生的磨耗粉等污染物的工作油被引入螺线管致动器时，污染物趋于堆积在致动器的强磁场部。堆积在强磁场部的污染物通过减弱螺线管施加在轴上的推力或者增大轴相对于轴承的滑动阻力，而对螺线管致动器的操作产生不利影响。
为了防止污染物堆积在强磁场部，日本专利局2006年公布的JP 2006-064076A提出了一种在阻止从液压设备流来的工作油侵入形成在两个轴承之间的柱塞室的同时允许轴自由滑动的环状构件。
为了同样的目的，日本专利局1999年公布的JPH11-031617A提出了一种面对柱塞室且被轴穿透的环形过滤器、和形成在环形过滤器的与柱塞室所在侧相反的一侧的污染物池。
【发明内容】
然而，上述环状构件和环形过滤器很可能与轴接触，使轴的滑动阻力增大。结果，可能不利地影响螺线管致动器的响应。
因此，本发明的目的是在不增大轴的滑动阻力的情况下防止污染物在强磁场部的堆积。
为了实现上述目的，本发明提供一种被安装至液压设备的螺线管致动器，该螺线管致动器包括：被连接至液压设备的轴，该轴具有中心轴线；由磁性材料制成并且被固定至轴的柱塞；在中心轴线的方向上磁驱动柱塞的线圈；以及支撑轴的第一轴承和第二轴承。
第一轴承和第二轴承位于柱塞的在中心轴线的方向上的两侧，并且第一轴承比第二轴承接近液压设备。
螺线管致动器还包括：形成在第一轴承和柱塞之间的柱塞前室；形成在柱塞和第二轴承之间的柱塞后室；形成在柱塞的外侧的柱塞外周油通道，以将柱塞前室连接至柱塞后室；以及将液压设备连接至柱塞前室和柱塞后室中的至少一方的连通通道。
在说明书的其他部分对本发明的细节以及其他特征和优点进行说明，并且本发明的细节以及其他特征和优点被示出在附图中。
【附图说明】
图1是根据本发明的螺线管致动器的后视图。
图2是沿图1中的线II-O-II截取的螺线管致动器的剖视图。
图3是螺线管致动器中地柱塞和周边部的放大纵向剖视图。
图4与图2相似，但是示出本发明的第二实施方式。
【具体实施方式】
参照附图的图2，根据本发明的螺线管致动器1被构造成利用容纳在壳体9中的螺线管组件10将磁力施加在柱塞4上，从而沿着中心轴线O的方向驱动固定至柱塞4的轴5。
参照图1，壳体9形成为圆筒状。由壳体9的底93闭合壳体9的轴向一端。壳体9的另一端开口，并且经由在壳体9的开口的两侧横向延伸的一对凸缘部91固定至例如阀等液压设备。为了此目的，螺栓孔98形成于每个凸缘部91，并且由贯通螺栓孔98的螺栓将螺线管致动器1固定至液压设备。
再次参照图2，螺线管组件10包括：绕线筒11，该绕线筒11形成为具有中空部且在两端具有凸缘的圆筒状；线圈12，该线圈12卷绕在绕线筒11上；一对端子13，该一对端子13电连接至线圈12的两端；以及成型树脂14，该成型树脂14包围绕线筒11、线圈12和端子13。
成型树脂14包括：包围绕线筒11和线圈12的包围部(wrapping portion)16，以及从包围部16的末端部(tip)沿径向突出并且具有开口的连接器部15。一对端子13从绕线筒11径向地突出到连接器部15中。电源线的连接器被插入到连接器部15中，从而连接至连接器部15内的端子13。也可以利用引线来将电力供给至线圈12，而不设置一对端子13。连接器部15经由形成于壳体9的切口97从壳体9径向地突出。
通过将电力供给至线圈12，线圈12受到激励，并且在线圈12周围产生磁通。
壳体9、基部2、柱塞4和套筒(sleeve)3用作用于传递由励磁线圈(energized coil)12产生的磁通的磁路形成构件。所有这些构件均由磁性材料制成。
在图1和图2中，凸缘部91形成于垂直于中心轴线O的平面中。连接器部15在垂直于中心轴线O的方向上从壳体9突出。
根据螺线管致动器1所固定到的液压设备的形状，可以对凸缘部91的突出方向和连接器部15的突出方向进行变型。例如，连接器部15可以沿中心轴线O突出，使得电源线的连接器与中心轴线O平行地插入到连接器部15中。
基部2和套筒3分别形成为圆筒状。基部2和套筒3与中心轴线O同轴地设置于壳体9。基部2被设置在壳体9的液压设备侧，并且套筒3被设置在壳体9的底93侧。
凸缘21以与液压设备接触的方式形成于基部2中。凸缘21被装配进形成于壳体9的末端部的凹部94，从而形成与液压设备接触并且与凸缘部91连续的接触面。
环状台阶部92形成于凹部94。通过将凸缘21的边缘22装在环状台阶部92而将凸缘21装配进凹部。
环状台阶部24形成于凸缘21的外周面23。在凹部94的外侧上，靠近凸缘21在壳体9中形成环状槽，从而壳体9的在凹部94和环状槽之间的末端部用作弯边部(crimp portion)95。弯边部95向内弯曲，以抓住环状台阶部24，从而防止基部2从壳体9脱落。
相对于中心轴线O倾斜的锥形面45形成于基部2的面对套筒3的末端部。套筒3的面对锥形面45的前端面35形成为垂直于中心轴线O的环状平面。基部2和套筒3被设置成使在锥形面45和前端面35之间设置有空间。锥形面45和前端面35之间的空间用作与由励磁线圈12形成磁场有关的磁隙。也可以使前端面35形成为相对于中心轴线O倾斜的锥形状。
在励磁线圈12的内部产生的磁通被传递至壳体9、基部2、柱塞4和套筒3。由于在基部2和套筒3之间的磁通的直接传递被形成在它们之间的磁隙遮断，磁通经由柱塞4在基部2和套筒3之间传递。通过如此形成磁隙，确保通过柱塞4的足够的磁通密度。
只要由励磁线圈12产生使柱塞4沿中心轴线O完成行程的推力，可以任意设定磁隙的形状和位置。
磁隙填充有由非磁性材料制成的磁隙填充体6。磁隙填充体6与基部2的锥形面45和套筒3的前端面35以无缝隙的方式接触，从而用作隔断由基部2、磁隙填充体6和套筒3形成的圆筒体的内外之间的工作油连通的金属密封构件。
套筒3的后端面32与基部9的底93无间隙地接触。O形环19被夹持在螺线管组件10的绕线筒11和基部2的凸缘21之间。类似地，另一O形环19被夹持在绕线筒11和基部9的底93之间。这些O形环19被容纳在分别形成在绕线筒11的末端部的环状槽内。
根据上述构造，由基部2、磁隙填充体6、套筒3和壳体9形成容纳柱塞4和部分轴5的压力容器，并且压力容器被装配在绕线筒11的中空部中。从液压设备经由位于轴5的外周面51和基部2的内周面26之间的缝隙56流入螺线管致动器1的工作油停留在压力容器内，并且不会从压力容器泄漏至外部。由于由O形环19紧密地闭合压力容器，可以省略磁隙填充体6的密封功能。如果不需要磁隙填充体6的密封，基部2的锥形面45和套筒3的前端面35之间的空间可以留成未填充的空隙的形式。
套筒3的外周面31被装配到绕线筒11的内周面中。基部2的外周面25也被装配到绕线筒11的内周面中。
轴5从基部2的位于基部2的与锥形面45所在侧相反的一侧的前端面49朝向液压设备突出。
轴5由非磁性材料制成。轴5以沿中心轴线O自由滑动的方式由基部2中的第一轴承7和套筒3中的第二轴承8支撑。柱塞4位于第一轴承7和第二轴承8之间。第一轴承7和第二轴承8由非磁性材料制成。
套筒3包括在底93附近的小直径内周面33和与磁隙填充体6的内周面连续的大直径内周面34。由小直径内周面33支撑第二轴承8的外周面81。
基部2包括上述内周面26和内周面27至29，这些内周面的直径以台阶形式朝向锥形面45逐台阶增大。
具有最小直径的内周面26以具有如上所述的缝隙56的方式覆盖轴5的外周面51。具有第二小(second smallest)直径的内周面27支撑第一轴承7的外周面71。内周面29被形成为具有与套筒3的大直径内周面34和磁隙填充体6的内周面相同的直径。柱塞4被容纳在由套筒的大直径内周面34、磁隙填充体6的内周面和基部2的内周面29形成的圆筒状壁内。
具有第三小直径的内周面28形成在基部2中的具有最大直径的内周面29和具有第二小直径的内周面27之间。
参照图3，通过励磁线圈12的磁力吸引柱塞4的磁力吸引面(magnetically attracting surface)46形成于基部2。磁力吸引面46对应于形成在内周面28和内周面29之间的环状台阶部。
磁力吸引面46形成垂直于轴5的中心轴线O的平面。内周面28的直径被设定成小于柱塞4的直径，使得磁力吸引面46面对柱塞4的前端面47。
再次参照图2，在由基部2、磁隙填充体6、套筒3和壳体9形成的上述压力容器中，第一轴承前室73、柱塞前室74、柱塞后室75和第二轴承后室76形成为面对轴5和/或柱塞4。所有这些室73至76填充有从液压设备引入的工作油。关于这些室的名称，“前”是指液压设备侧，“后”是指相反侧。
第一轴承前室73在第一轴承7的前方形成于内周面27。第一轴承前室73连接至缝隙56。缝隙56形成基部油通道62，该基部油通道62连接液压设备和第一轴承前室73。通过使基部2的限定缝隙56的内周面26具有较大直径以使基部油通道62具有较大的截面积，可以将基部油通道62设计成用于存储污染物。
柱塞前室74形成于柱塞4的前端面47和第一轴承7之间。柱塞前室74对应于内周面28的内侧和内周面29的前部。第一轴承7不具有油通道，因此第一轴承前室73和柱塞前室74之间的工作油连通被第一轴承7遮断。
柱塞后室75在内周面29的内侧形成于柱塞4的后端面48和第二轴承8之间。
柱塞前室74和柱塞后室75由柱塞4分开。内周面29和柱塞4的外周面41之间设置环状缝隙55，从而使柱塞4不会因为磁力而与套筒3接触。缝隙55形成柱塞外周油通道63，该柱塞外周油通道63连接柱塞前室74和柱塞后室75。
多个槽42与中心轴线O平行地形成于柱塞4的外周面41，以作为柱塞外周油通道63的一部分。工作油经由如此构造的柱塞外周油通道63在柱塞前室74和柱塞后室75之间流动。
通过在柱塞4的外周面41形成多个槽42，能够在不减小工作油的流动截面积的情况下使缝隙55的宽度变窄。使缝隙55变窄提高了柱塞4的驱动效率。
第二支撑后室76在内周面33的内侧形成于第二轴承8和壳体9的底93之间。
多个槽82与中心轴线O平行地形成于第二轴承8的外周面81。槽82形成将柱塞后室75连接至第二轴承后室76的第二轴承油通道64。
纵向通孔53沿中心轴线O的方向贯通轴5。垂直于中心轴线O的横向通孔54贯通轴5的从基部2突出的突出部52。纵向通孔53和横向通孔54形成将液压设备连接至第二轴承后室76的轴贯通油通道65。
当螺线管致动器1被安装至液压设备时，由液压设备闭合纵向通孔53的形成于突出部52的开口。然而，当螺线管致动器1被安装于液压设备时，横向通孔54暴露至液压设备的内部。
当螺线管致动器1被安装至液压设备时，螺线管致动器1以如下方式填充工作油。
-来自液压设备的工作油经由基部油通道62填充第一轴承前室73；
-来自液压设备的工作油经由轴贯通油通道65填充第二轴承后室76；
-第二轴承后室76中的工作油经由第二轴承油通道64填充柱塞后室75；以及
柱塞后室75中的工作油经由柱塞外周油通道63填充柱塞前室74。
螺线管致动器1利用由线圈12产生的磁力驱动柱塞4，从而沿轴向驱动固定至柱塞4的轴5。
当线圈12不受激励时，由液压设备的反作用力使轴5保持在后退位置(retreated position)。这里的后退位置对应于轴5的初始位置。
当线圈12受到激励时，通过形成于线圈12内部的磁场的作用，柱塞4被朝向磁力吸引面46吸引。由磁场产生的推力使柱塞4朝向磁力吸引面46移动，从而向前驱动轴5，以操作液压设备。液压设备的操作例如是指阀的开/闭。图2示出轴5从初始位置稍微向前行进(stroke)的状态。
当柱塞4与轴5一起向前行进时，与轴5从第二轴承后室76离开的体积对应的工作油从液压设备经由轴贯通油通道65流入第二轴承后室76。
另外，与柱塞4的行进体积对应的工作油从缩小的柱塞前室74经由柱塞外周油通道63移动到扩大的柱塞后室75。
当停止对线圈12的激励时，轴5由于液压设备的反作用力而向后行进，这是与由励磁线圈12驱动轴5的方向相反的方向。
由于轴5向后行进，与轴5进入第二轴承后室76中的侵入体积对应的工作油从第二轴承后室76经由轴贯通油通道65排出到液压设备。
另外，随着柱塞4向后行进，与柱塞4的行进体积对应的工作油从缩小的柱塞后室75经由柱塞外周油通道63移动至扩大的柱塞前室74。
应该注意的是，从液压设备引入螺线管致动器1的工作油包含例如在液压设备中产生的磨耗粉等污染物。当工作油流入螺线管致动器1的柱塞前室74和柱塞后室75时，包含在工作油中的例如铁粉等磁性材料趋于在图3所示的强磁场部A堆积，其中，基部2和柱塞4之间的磁通在该强磁场部A处集中。如果大量的污染物堆积在基部2和柱塞4的形成强磁场部A的表面上，将出现如下麻烦。
-由于励磁线圈12产生的推力变化，螺线管致动器1的滞后增大；以及
-柱塞4的滑动阻力增大，并且柱塞4的行程长度缩短。
为了防止出现这些麻烦，本发明在将工作油从液压设备经由轴贯通油通道65、第二轴承后室76、第二轴承油通道64、柱塞后室75和柱塞外周油通道63引入柱塞前室74的情况下利用第一轴承7遮断第一轴承前室73和柱塞前室74之间的工作油连通。
根据工作油路的这种配置，工作油中的污染物在到达形成在柱塞4附近的强磁场部A之前必须经过较长的路径。结果，抑制了在磁性材料制成的基部2和柱塞4的表面的强磁场部A上的污染物堆积。优选地将污染物在强磁场部A上的堆积抑制到防止由污染物堆积导致螺线管致动器1发生故障的程度。
响应柱塞4的行进而进行扩大/缩小的第二轴承后室76和柱塞后室75经由第二轴承油通道64被连接。液压设备中的压力变化被传递至第二轴承后室76，然后经由第二轴承油通道64被传递至柱塞后室75。
利用这种压力传递结构，第二轴承后室76和柱塞后室75之间不大可能出现压力差。因此，防止第二轴承8归因于作用在第二轴承8两侧的压力之差而发生移位。
绕柱塞4的外周面41设置的作为柱塞外周油通道63的环状缝隙55防止了由磁力驱动的柱塞4与套筒3接触。形成于柱塞4的外周面41的多个槽42抑制了当柱塞4行进时柱塞4周围的工作油流速的增大，从而减小了工作油施加至柱塞4的行进的粘滞阻力，并且能够实现柱塞4的高速行进。结果，提高了螺线管致动器1的响应。通过使柱塞4高速行进，还能够促进堆积在柱塞4上的污染物的去除，并且实现螺线管致动器1的归因于污染物堆积的故障不太可能发生的环境。
参照图4，将对本发明的第二实施方式进行说明。
对该实施方式中的具有与图1-3所示的第一实施方式中的组成部件相同的结构的组成部件分配相同的附图标记，这里省略对这些相同结构的组成部件的说明。
在根据该实施方式的螺线管致动器1中，轴5由实心材料制成，并且没有设置由第一实施方式的横向通孔54和纵向通孔53构成的轴贯通油通道65。
多个槽72与中心轴线O平行地形成于第一轴承7的外周面71。槽72形成将第一轴承前室73连接至柱塞前室74的第一轴承油通道68。
从凸缘21朝向液压设备突出的筒部20形成于基部2。筒部20被装配进液压设备的装配孔。O形环18被装配至筒部20的外周面。O形环18防止工作油从液压设备的装配孔与筒部20之间的装配间隙泄漏。
当螺线管致动器1被安装至液压设备时，螺线管致动器1以如下方式填充工作油。
-来自液压设备的工作油经由基部油通道62填充第一轴承前室73；
-第一轴承前室73中的工作油经由第一轴承油通道68填充柱塞前室74；
-柱塞前室74中的工作油经由柱塞外周油通道63填充柱塞后室75；以及
-柱塞后室75中的工作油经由第二轴承油通道64填充第二轴承后室76。
如第一实施方式的情况那样，螺线管致动器1利用由线圈12产生的磁力驱动柱塞4，从而沿轴向驱动固定至柱塞4的轴5。
当柱塞4与轴5一起向前行进时，与轴5的从第二轴承后室76移开的体积对应的工作油从液压设备经由基部油通道62、第一轴承前室73、第一轴承油通道68、柱塞前室74、柱塞外周油通道63、柱塞后室75和第二轴承油通道64流到第二轴承后室76中。
另外，当柱塞4向前行进时，与柱塞4的行进体积对应的工作油从缩小的柱塞前室74经由柱塞外周油通道63移动到扩大的柱塞后室75中。
当线圈12所受的激励停止时，归因于液压设备的反作用力，轴5向后行进，即轴5沿与励磁线圈12对轴5的驱动方向相反的方向行进。
由于轴5向后行进，与轴5侵入第二轴承后室76中的侵入体积对应的工作油从第二轴承后室76经由第二轴承油通道64、柱塞后室75、柱塞外周油通道63、柱塞前室74、第一轴承油通道68、第一轴承前室73和基部油通道62排出到液压设备中。
另外，由于柱塞4向后行进，与柱塞4的行进体积对应的工作油从缩小的柱塞后室75经由柱塞外周油通道63移动到扩大的柱塞前室74。
根据该实施方式，伴随第二轴承后室76的扩大的全部工作油流动都经过柱塞外周油通道63。因此，当轴5的行进速度恒定时，柱塞外周油通道63中的工作油的流速变得高于第一实施方式中的情况。柱塞外周油通道63中的高速工作油促进柱塞4的外周面41上堆积的污染物的去除。结果，不太可能发生归因于污染物堆积的螺线管致动器1的操作故障。
在日本的申请日为2008年11月6日的特愿2008-285371的内容和在日本的申请日为2008年11月26日的特愿2008-301111的内容通过引用的方式包含于此。
尽管已经参照某些实施方式对本发明进行了说明，然而本发明不限于上述实施方式。在权利要求的范围内，本领域的普通技术人员可以对上述实施方式进行变型和变化。
本发明的要求排他性权益或特权的具体方案如权利要求所限定。