电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置的制作方法
电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置
1.相关申请的引用
2.本发明要求2021年4月23日在中国提交的，名称为“电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置”、申请号为202110441358.8的发明专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及致动器领域，更具体地涉及一种电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置。
背景技术：
4.中国专利公开cn106640255a公开了一种凸轮轴滑块控制系统，其通过电磁力驱动销，使销在槽内滑动，从而推动滑块沿凸轮轴的轴向运动，以实现不同的气门升程。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种方便控制且可靠性高的电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置。
6.根据本发明的第一方面，提供一种电磁致动装置，其包括壳体、位于所述壳体内的线圈和并列设置并部分伸出所述壳体的第一销和第二销，所述第一销和所述第二销分别用于在第一衔铁和第二衔铁的作用下沿所述第一销和所述第二销的轴向往复运动，所述第一衔铁和所述第二衔铁的运动受静止的线圈的通电的影响，其中，
7.所述电磁致动装置还包括相对于所述壳体静止地设置的磁性件和磁场检测装置，
8.所述第一销和/或所述第二销沿所述轴向的往复运动会导致所述磁性件周围的磁场发生变化，所述磁场检测装置用于检测所述磁性件周围的磁场变化，从而能确定所述第一销和/或所述第二销在所述轴向上的位置。
9.在至少一个实施方式中，在所述第一销和所述第二销伸出所述壳体的尺寸均为最小尺寸的状态下，所述磁场检测装置的检测信号具有初始值，
10.在所述第一销往复运动过程中，所述磁场检测装置的检测信号不小于所述初始值，
11.在所述第二销往复运动过程中，所述磁场检测装置的检测信号不大于所述初始值。
12.在至少一个实施方式中，在所述第一销向所述壳体外运行时所述磁场检测装置的检测信号的曲线走向与所述述第二销向所述壳体外运行时所述磁场检测装置的检测信号的曲线走向相反。
13.在至少一个实施方式中，所述检测信号的强度与所述第一销在所述轴向上离所述磁性件的距离线性相关，且所述检测信号的强度与所述第二销在所述轴向上离所述磁性件的距离线性相关。
14.在至少一个实施方式中，在所述轴向上，所述磁性件与所述第一销和所述第二销的朝向所述线圈的端部相对设置，而所述磁场检测装置位于所述第一销和所述第二销之间。
15.在至少一个实施方式中，沿所述轴向观察，所述磁性件位于所述第一销和所述第二销之间，所述第一销与所述磁性件之间的距离和所述第二销与所述磁性件之间的距离相等。
16.在至少一个实施方式中，所述磁性件包括永磁体，和/或
17.所述磁场检测装置为霍尔传感器。
18.在至少一个实施方式中，在所述第一销和所述第二销未伸出时，所述第一销和所述第二销与所述磁场检测装置在所述轴向上至少部分重叠。
19.在至少一个实施方式中，在所述第一销和所述第二销未伸出时，所述第一销和所述第二销的朝向所述线圈的端部与所述磁性件在所述轴向上的距离不超过1mm。
20.根据本发明的第二方面，提供一种凸轮轴相位调节装置，包括根据本发明的电磁致动装置，所述电磁致动装置用于调节发动机的凸轮轴的位置，所述第一销和所述第二销的运动方向垂直于所述凸轮轴的轴线。
21.根据本发明的电磁致动装置结构简单、可靠性高。根据本发明的凸轮轴相位调节装置具体同样的优点。
附图说明
22.图1是根据本发明的一个实施方式的电磁致动装置的剖视图。
23.图2是根据本发明的一个实施方式的电磁致动装置在两个销均处于未伸出状态下的磁性件的磁感应线分布情况的示意图。
24.图3是图1所示的电磁致动装置在第一销未伸出而第二销完全伸出状态下的剖视图。
25.图4是图3所对应状态下的磁性件的磁感应线分布情况的示意图。
26.图5是图1所示的电磁致动装置在第二销未伸出而第一销完全伸出状态下的剖视图。
27.图6是图5所对应状态下的磁性件的磁感应线分布情况的示意图。
28.图7和图8是沿轴向观察的磁性件的两种设置位置的示意图。
29.图9是根据本发明的一个实施方式的电磁致动装置中磁场检测装置的检测信号随第二销往复运动而变化的曲线图。
30.图10是根据本发明的一个实施方式的电磁致动装置中磁场检测装置的检测信号随第一销往复运动而变化的曲线图。
31.附图标记说明
32.p1第一销；p2第二销；m磁性件；sn磁场检测装置；s弹簧；
33.s0初始值；sh正向最大值；sl反向最大值；c1第一位置；c2第二位置；x1第一方向；x2第二方向；
34.h壳体；h1主壳体；h2端部壳体；
35.10电磁铁；11线圈；12衔铁；13推杆；14静铁芯；15杠杆；a轴向；r径向。
具体实施方式
36.下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
37.在电磁致动器的销的运动过程中，为了检测销的运动位置，一种可能的方式是在销上固定一个磁铁。使用固定的磁场检测装置检测磁场的变化，从而确定销的运动位置。
38.然而，由于在电磁致动器工作过程中，销的运动速度快、且会与槽壁发生机械冲击，这使得固定在销上的磁铁有掉落或失效(例如退磁)的风险。
39.发明人考虑了包括上述情况的一些情况而作出本发明。
40.除非特别说明，参照图1至图6，a表示电磁致动装置的轴向，该轴向a与电磁致动装置中第一销p1(或第二销p2)的轴向一致；r表示电磁致动装置的径向，该径向r与电磁致动装置中第一销p1(或第二销p2)的径向一致。
41.应当理解，虽然这里使用了轴向和径向的表述，但是电磁致动装置和/或第一销p1和/或第二销p2整体上不必须为圆柱形或圆筒形，该轴向a可以对应于第一销p1和/或第二销p2的长度方向，该径向r可以对应于与上述轴向a垂直的方向。
42.首先参照图1，以应用于调节发动机的凸轮轴的致动装置为例，介绍根据本技术的电磁致动装置。
43.该装置包括壳体h，壳体h内设有两个电磁铁10。每个电磁铁10的线圈11相对于壳体h固定，根据线圈11的不同的通电情况，电磁铁的衔铁能在轴向a上往复运动。每个电磁铁10的衔铁12用于驱动一个销(第一销p1和第二销p2中的一者)在轴向a上往复运动。
44.具体地，电磁铁10包括线圈11、衔铁12、推杆13、静铁芯14和杠杆15。衔铁12与推杆13固定连接，推杆13的制作材料例如为非导磁的材料(例如为不锈钢)。推杆13抵靠到杠杆15的中部，杠杆15的制作材料例如为非导磁的材料。
45.杠杆15的靠近电磁致动装置的径向外侧的一端(以下称为支点端)为支点，杠杆15的靠近电磁致动装置的径向内侧的一端(以下称为推动端)抵靠到销(第一销p1或第二销p2)的位于壳体h内部的端部。在轴向a上，杠杆15的推动端的行程大于杠杆15的中部的行程，这使得的销的行程可以大于推杆13的行程。即，杠杆15起到了将动作部件的行程放大的作用，例如，在轴向a上，推杆13每运动1个单位的距离，销可以运动2个单位的距离。这相当于提高了电磁铁的响应速度。
46.此外，杠杆15的使用还使得，在径向r上，电磁铁10的动作部件(例如衔铁12)比销远离下文介绍的磁性件m和磁场检测装置sn，使得电磁铁10对磁场检测装置sn的检测信号的影响小。
47.销的一端伸出壳体h，销的另一端位于壳体h内、受电磁铁10驱动。
48.壳体h包括主壳体h1和端部壳体h2。主壳体h1主要用于容纳两个电磁铁10，端部壳体h2主要用于容纳两个销。端部壳体h2上设有两个在轴向a上贯通的通孔，每个销穿过一个通孔，且销借助通孔获得在轴向a上的运动导引。
49.在销和端部壳体h2之间设有弹簧s，弹簧s向销施加朝向壳体内部的预紧力，因此在电磁铁10的驱动力减小或撤去后，销能在弹簧s的作用下至少部分地缩回壳体h。
50.上述销的一端用于伸入设置在发动机的凸轮轴的槽中，凸轮轴的轴线与销的轴向
a垂直。在销沿轴向a往复运动的过程中，凸轮轴能沿其轴线发生位移，从而提供不同的气门升程。
51.特别地，凸轮轴的槽可以螺旋状地形成于凸轮轴的外周面，即，该槽为螺旋槽。在凸轮轴转动时，由于第一销p1或第二销p2在凸轮轴的轴向上的位置是固定的，螺旋槽与第一销p1或第二销p2抵接，从而使凸轮轴沿着其轴向发生位移。
52.销的上述另一端附近设有磁性件m和磁场检测装置sn。磁性件m例如为永磁体，磁场检测装置sn例如为霍尔传感器。销的制作材料包括导磁材料，或者销的至少位于壳体h内部的端部(上端部)包括导磁材料。
53.磁性件m和磁场检测装置sn均相对于壳体h固定设置。可选地，沿轴向a观察，磁性件m位于两个销之间；且优选地，磁性件m离两个销的距离相等。例如，参照图7和图8，沿轴向a观察，磁性件m可以位于第一销p1和第二销p2的连线的中点(如图7所示)，也可以位于第一销p1和第二销p2的连线的中垂线上(如图8所示)。
54.可选地，磁场检测装置sn正对磁性件m。例如，沿轴向a观察，磁场检测装置sn离两个销的距离也相等。
55.可选地，在轴向a上，磁场检测装置sn位于磁性件m和销(第一销p1和第二销p2)之间。
56.可选地，在销(第一销p1或第二销p2)往复运动的过程中的某些位置，销具有在轴向a上与磁场检测装置sn重叠的部分。即在某些位置下，销会运动到在轴向a上部分地与磁场检测装置sn重叠的区域。在一个非限制性的示例中，在销未伸出(缩回)时，销与磁场检测装置sn至少部分重叠(参见图1中的两个销、图4中的第一销p1和图6中的第二销p2)，在销完全伸出时，销与磁场检测装置sn不重叠(参见图4中的第二销p2)。可选地，在销伸出和缩回时，销与磁场检测装置sn的重叠量可以不一致。
57.可选地，在两个销往复运动的过程中，每个销都不会在轴向a上运动至与磁性件m重叠。
58.优选地，磁性件m的南极和北极的连线平行于轴向a，例如在磁性件m为条形磁铁的情况下，磁性件m的轴线与轴向a平行。
59.接下来，参照图1至图6以及图9和图10介绍磁场检测装置sn是如何根据检测信号的变化判断衔铁的位置的。
60.(第一销p1和第二销p2均未伸出)
61.定义图1和图2所示的状态下，两个销均处于未伸出状态(或者更准确地说，该状态对应销在往复运动过程中的伸出壳体h的尺寸最小的状态)，对应图9和图10中的第一位置c1。
62.例如图2中磁性件m的下端为n极(北极)，则由于两个销在磁场检测装置sn的两侧(第一销p1相对于磁性件m位于第一方向x1的前方，第二销p2相对于磁性件m位于第二方向x2的前方)分布，且两个销离磁性件m的距离大致相等，则磁性件m的磁场在第一方向x1和第二方向x2上的分布比较均等，在磁性件m的正下方的磁场检测装置sn所检测到的磁场强度为初始值s0。
63.(第一销p1未伸出，第二销p2完全伸出)
64.参照图3和图4，第一销p1处于未伸出状态，第二销p2处于完全伸出状态(或者更准
确地说，该状态对应销在往复运动过程中的伸出壳体h的尺寸最大的状态)、第二销p2对应图9中的第二位置c2。
65.该状态下，第一销p1比第二销p2离磁性件m近，在第一销p1附近的磁场强度更大；或者抽象地说，磁感应线更趋向于向第一方向x1而非第二方向x2聚集。
66.图9示出了第二销p2从未伸出至完全伸出的过程中，磁场检测装置sn所获得的检测信号的变化。图中的纵坐标表示检测信号，横坐标表示第二销p2的位置。从图中可知，在第二销p2伸出的过程中，检测信号从初始值s0向正方向逐渐增加至正向最大值sh。
67.(第一销p1完全伸出，第二销p2未伸出)
68.参照图5和图6，第一销p1处于完全伸出状态，第二销p2处于未伸出状态，第一销p1对应图10中的第二位置c2。
69.该状态下，第二销p2比第一销p1离磁性件m近，在第二销p2附近的磁场强度更大；或者抽象地说，磁感应线更趋向于向第二方向x2而非第一方向x1聚集。
70.图10示出了第一销p1从未伸出至完全伸出的过程中，磁场检测装置sn所获得的检测信号的变化。图中的纵坐标表示检测信号，横坐标表示第一销p1的位置。从图中可知，在第一销p1伸出的过程中，检测信号从初始值s0向负方向逐渐增加至反向最大值sl。
71.结合图9和图10可知，在销(第一销p1或第二销p2)伸出(或者说从第一位置c1切换至第二位置c2)的过程中，检测信号的强度(检测信号与初始值s0的差值的绝对值)与销的伸出长度正相关。或者说，检测信号的强度与销在轴向a上离磁性件m的距离线性相关。应当理解，这里的线性相关包括正相关和负相关，且检测信号的强度可以是上述距离的线性函数也可以是上述距离的非线性函数。
72.检测信号的值的变化方向在第一销p1往复运动过程中与在第二销p2往复运动过程中不同。这里的“值的变化方向”包括检测信号的测量值相对于初始值s0变大的方向和变小的方向。
73.由此，不仅可以通过比较检测信号是否等于初始值s0、正向最大值sh和反向最大值sl来分别判断两个销是否均未伸出、第二销p2是否完全伸出和第一销p1是否完全伸出，而且，还能通过参考图9和图10中的曲线判断第一销p1和第二销p2的伸出长度。
74.优选地，轴向a上，两个销不会同时同向运动。优选地，在一个销运动的过程中，另一个销不动。优选地，在一个销运动的过程中，另一个销保持在未伸出状态。或者说，两个电磁铁10的线圈11不会同时通电。
75.可选地，在第一销p1和第二销p2处于未伸出状态时，这两个销在轴向a上与磁性件m的距离不超过1mm，例如为0.5mm至1mm，这里的距离是最小距离。
76.应当理解，由于电磁致动装置中电磁铁10的导磁部件距离磁性件m较远(包括在径向r上和轴向a上)，因此例如衔铁12的动作对磁场检测装置sn附近磁场的检测信号的影响非常小。并且，磁场检测装置sn附近的其它动作部件优选使用非导磁材料制作。
77.本发明至少具有以下优点中的一个优点：
78.(i)由于磁性件m相对于壳体h固定、而不随销作往复运动，因此磁性件m不容易脱落或损坏。
79.(ii)磁性件m和磁场检测装置sn相对静止，测得的磁场强度更准确，对销的位置控制更准确。
80.当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：
81.根据本发明的电磁致动装置除了可以对发动机的凸轮轴进行调节外，还可以对其它装置执行致动。
技术特征：
1.一种电磁致动装置，其包括壳体(h)、位于所述壳体(h)内的线圈和并列设置并部分伸出所述壳体(h)的第一销(p1)和第二销(p2)，所述第一销(p1)和所述第二销(p2)分别用于在第一衔铁和第二衔铁的作用下沿所述第一销(p1)和所述第二销(p2)的轴向(a)往复运动，所述第一衔铁和所述第二衔铁的运动受静止的线圈的通电的影响，其中，所述电磁致动装置还包括相对于所述壳体(h)静止地设置的磁性件(m)和磁场检测装置(sn)，所述第一销(p1)和/或所述第二销(p2)沿所述轴向(a)的往复运动会导致所述磁性件(m)周围的磁场发生变化，所述磁场检测装置(sn)用于检测所述磁性件(m)周围的磁场变化，从而能确定所述第一销(p1)和/或所述第二销(p2)在所述轴向(a)上的位置。2.根据权利要求1所述的电磁致动装置，其特征在于，在所述第一销(p1)和所述第二销(p2)伸出所述壳体(h)的尺寸均为最小尺寸的状态下，所述磁场检测装置(sn)的检测信号具有初始值，在所述第一销(p1)往复运动过程中，所述磁场检测装置(sn)的检测信号不小于所述初始值，在所述第二销(p2)往复运动过程中，所述磁场检测装置(sn)的检测信号不大于所述初始值。3.根据权利要求2所述的电磁致动装置，其特征在于，在所述第一销(p1)向所述壳体(h)外运行时所述磁场检测装置(sn)的检测信号的曲线走向与所述第二销(p2)向所述壳体(h)外运行时所述磁场检测装置(sn)的检测信号的曲线走向相反。4.根据权利要求2所述的电磁致动装置，其特征在于，所述检测信号的强度与所述第一销(p1)在所述轴向(a)上离所述磁性件(m)的距离线性相关，且所述检测信号的强度与所述第二销(p2)在所述轴向(a)上离所述磁性件(m)的距离线性相关。5.根据权利要求1所述的电磁致动装置，其特征在于，在所述轴向(a)上，所述磁性件(m)与所述第一销(p1)和所述第二销(p2)的朝向所述线圈的端部相对设置，而所述磁场检测装置(sn)位于所述第一销(p1)和所述第二销(p2)之间。6.根据权利要求1所述的电磁致动装置，其特征在于，沿所述轴向(a)观察，所述磁性件(m)位于所述第一销(p1)和所述第二销(p2)之间，所述第一销(p1)与所述磁性件(m)之间的距离和所述第二销(p2)与所述磁性件(m)之间的距离相等。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁致动装置，其特征在于，所述磁性件(m)包括永磁体，和/或所述磁场检测装置(sn)为霍尔传感器。8.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁致动装置，其特征在于，在所述第一销(p1)和所述第二销(p2)未伸出时，所述第一销(p1)和所述第二销(p2)与所述磁场检测装置(sn)在所述轴向(a)上至少部分重叠。9.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁致动装置，其特征在于，在所述第一销(p1)和所述第二销(p2)未伸出时，所述第一销(p1)和所述第二销(p2)的朝向所述线圈的端部与所述磁性件(m)在所述轴向(a)上的距离不超过1mm。10.一种凸轮轴相位调节装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电磁致动装置，所述电磁致动装置用于调节发动机的凸轮轴的位置，所述第一销(p1)和所述第二
销(p2)的运动方向垂直于所述凸轮轴的轴线。
技术总结
本发明提供一种电磁致动装置和凸轮轴相位调节装置。电磁致动装置包括壳体(H)、位于壳体内的线圈和并列设置并部分伸出壳体的第一销(P1)和第二销(P2)，第一销(P1)和第二销(P2)分别用于在第一衔铁和第二衔铁的作用下沿第一销(P1)和第二销(P2)的轴向(A)往复运动，电磁致动装置还包括相对于壳体(H)静止地设置的磁性件(M)和磁场检测装置(Sn)，第一销(P1)和/或第二销(P2)沿轴向(A)的往复运动会导致磁性件(M)周围的磁场发生变化，磁场检测装置(Sn)用于检测磁性件(M)周围的磁场变化，从而能确定第一销(P1)和/或第二销(P2)在轴向(A)上的位置。根据本发明的电磁致动装置结构简单、可靠性高。靠性高。靠性高。
