專利名稱：電子控制閥和包含該電子控制閥的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥，更具體地涉及一種電子控制閥。
背景技術(shù)：
電子控制閥在控制諸如空氣、油和水的流體方面具有許多應(yīng)用。但是，這些閥和使用它們的系統(tǒng)仍可改進(jìn)。隨著許多利用控制閥的系統(tǒng)變得愈加復(fù)雜，控制閥也提供更多的功能性。此外，這些系統(tǒng)和/或閥中的許多被限制于越來越小的空間。在繼續(xù)提供改進(jìn)的能力/功能性并保持強(qiáng)固和可靠的產(chǎn)品構(gòu)型的同時(shí)減小整個(gè)幾何體積為控制閥帶來了各種挑戰(zhàn)。 因此，需要提供一種改進(jìn)的電子控制閥。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種控制閥。該控制閥包括閥體、套筒、閥芯(閥柱，spool)和閥致動(dòng)器組件。閥體包括空腔和第一腔室。套筒位于空腔和第一腔室之間。套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口。內(nèi)腔從套筒的第一端延伸至套筒的第二端。所述至少一個(gè)開口延伸穿過套筒的第二端。內(nèi)腔的靠近第二端的一部分形成第二腔室。閥芯可動(dòng)地設(shè)置在套筒的內(nèi)腔中。閥致動(dòng)器組件與閥芯連接。第一腔室經(jīng)所述至少一個(gè)開口與第二腔室流體連通。閥芯構(gòu)造成可在所述至少一個(gè)開口的至少一部分上運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)穿過其的流體流動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了一種伺服閥。該伺服閥包括閥體、閥致動(dòng)器組件、套筒和閥芯。閥體包括第一端、第二端和位于第二端的第一接口。第一接口構(gòu)造成接納第一導(dǎo)管。閥致動(dòng)器組件靠近第一端設(shè)置在閥體內(nèi)。套筒固定安裝在閥體內(nèi)。套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口。內(nèi)腔的一部分包括第二接口。第二接口構(gòu)造成接納延伸穿過第一接口的第二導(dǎo)管。所述至少一個(gè)開口構(gòu)造成允許第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管之間的流體流動(dòng)。套筒位于閥致動(dòng)器和第一接口之間。閥芯可滑動(dòng)地連接到套筒的內(nèi)腔。閥芯與閥致動(dòng)器連接。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，公開了一種制造控制閥的方法。提供具有空腔和第一腔室的閥體。將套筒安裝在空腔和第一腔室之間。套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口。內(nèi)腔從套筒的第一端延伸至套筒的第二端。所述至少一個(gè)開口延伸穿過套筒的第二端。內(nèi)腔的靠近第二端的一部分形成第二腔室。將閥芯可動(dòng)地連接在套筒的內(nèi)腔中。將閥致動(dòng)器組件連接到閥芯。第一腔室經(jīng)所述至少一個(gè)開口與第二腔室流體連通。閥芯構(gòu)造成可在所述至少一個(gè)開口的至少一部分上運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)穿過其的流體流動(dòng)。


在下面結(jié)合附圖給出的描述中說明本發(fā)明的前述方面和其它特征，在附圖中
圖1是包括本發(fā)明特征的自行車的前端的側(cè)視 圖2是用在圖1所示的自行車中的懸架系統(tǒng)的側(cè)視 圖3是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的示例性閥的剖視圖； 圖4是圖3所示的示例性閥的另一剖視圖； 圖5是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的透視圖； 圖6是圖5所示的示例性閥的剖視圖； 圖7是圖5所示的示例性閥的另一剖視圖； 圖8是圖5所示的示例性閥的另一剖視圖； 圖9是圖5所示的示例性閥的另一剖視圖； 圖10是圖5所示的示例性閥的另一剖視圖； 圖11是圖5所示的示例性閥的四分之三剖切圖； 圖12是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的剖視圖； 圖13是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的局部剖視圖； 圖14是圖13所示的示例性閥的剖視圖； 圖15是用在圖13所示的示例性閥中的示例性控制系統(tǒng)的框圖； 圖16是用在圖13所示的示例性閥中的示例性套筒的透視圖； 圖17是圖16所示的示例性套筒的俯視圖； 圖18是圖16所示的示例性套筒的側(cè)視圖； 圖19是圖16所示的示例性套筒的仰視圖； 圖20是沿圖17所示的線20-20截取的示例性套筒的剖視圖； 圖21是圖13所示的開口基本被覆蓋(或封閉)的示例性閥的一部分的放大剖視
圖； 圖22是圖13所示的開口基本未被覆蓋(或開啟)的示例性閥的一部分的放大剖視圖； 圖23是圖13所示的開口大約一半未被覆蓋(或一半開啟)的示例性閥的一部分的放大剖視圖； 圖24是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的局部剖視圖； 圖25是沿線25-25截取的圖24所示的示例性閥的剖視圖； 圖26是圖25所示的示例性閥的放大視圖； 圖27是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的局部剖視圖； 圖28是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的一部分的視圖； 圖29是圖28所示的示例性閥的一部分的另一視圖； 圖30是圖28所示的示例性閥的一部分的另一視圖； 圖31是用在圖2所示的懸架系統(tǒng)中的另一示例性閥的一部分的視圖； 圖32是圖28所示的示例性閥的一部分的另一視圖； 圖33是圖28所示的示例性閥的一部分的另一視圖；禾口 圖34是用在圖13所示的示例性閥中的另一示例套筒的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，示出包含本發(fā)明特征的自行車10的前端的側(cè)視圖。雖然將參照附圖所示的示例性實(shí)施方式描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能以許多替換形式的實(shí)施方式加以實(shí)施。此外，可以使用任何適當(dāng)?shù)某叽纭⑿螤罨蝾愋偷脑虿牧稀?自行車10包括車架12、手把14、車叉組件16和車輪18。車架包括上管20、下管 22和頭管24。手把14與頭管24連接。手把14可包括例如柄桿和轉(zhuǎn)向管。車叉組件16 可與手把14相對(duì)地連接到頭管24。車叉組件16包括叉頭26、懸架系統(tǒng)28和叉管30。車 輪18與叉管30連接。 懸架系統(tǒng)28可以是計(jì)算機(jī)控制的電液主動(dòng)懸架阻尼系統(tǒng)(ASDS)。懸架系統(tǒng)28可 包括騎乘控制模塊32、電子流體控制系統(tǒng)(EFCS) 100、彈簧34、阻尼管36、阻尼軸38和阻尼 活塞40。騎乘控制模塊32可附裝在手把14上。但是，也可將騎乘控制模塊設(shè)置在任何適 當(dāng)位置。EFCS 100可與ASDS控制計(jì)算機(jī)42鄰接，其中EFCS 100和ASDS控制計(jì)算機(jī)42兩 者都靠近叉頭26。 EFCS 100和ASDS控制計(jì)算機(jī)42也可安裝在叉頭26內(nèi)部。但是，EFCS 100和ASDS控制計(jì)算機(jī)42還可設(shè)置在任何適當(dāng)位置。彈簧34可設(shè)置在叉頭26和叉管30 之間。阻尼管36可設(shè)置在叉管30內(nèi)。阻尼軸38和阻尼活塞40可連接在阻尼管36和叉 頭26之間。阻尼軸38還可與EFCS 100連接。應(yīng)該注意，手把14、車叉組件16和車輪18 可相對(duì)于車架12轉(zhuǎn)動(dòng)和/或上下移行。 現(xiàn)在還參照?qǐng)D2，更詳細(xì)地示出懸架系統(tǒng)28。 ASDS計(jì)算機(jī)42可以是具有數(shù)字網(wǎng)絡(luò) 44的嵌入式高速中央計(jì)算機(jī)，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)44使嵌入在EFCS轉(zhuǎn)換器46中的所有分布式處理計(jì) 算機(jī)、騎乘控制模塊(RCM)32和成高帶寬傳感器陣列的傳感器相連。高帶寬傳感器陣列例 如可包括EFCS開孔傳感器48、車叉移行(行程)傳感器50和振動(dòng)/沖擊傳感器52。在一 個(gè)實(shí)施例中，騎乘者可在RCM 32上設(shè)定他/她的騎乘偏好，RCM 32例如可具有微型操縱桿 和圖像LCD。 ASDS計(jì)算機(jī)42可例如大約每100微秒將RCM32中的信息與來自車叉移行傳 感器50 (該傳感器例如可感測(cè)上流體腔室54和下流體腔室56之間的移行)、振動(dòng)/沖擊傳 感器52和EFCS開孔傳感器48的反饋進(jìn)行比較。騎乘者的設(shè)定或傳感器的任何變化可被 計(jì)算以調(diào)節(jié)EFCS轉(zhuǎn)換器46，其改變懸架系統(tǒng)(或吸振器)的剛性或柔性以便進(jìn)行最優(yōu)的騎 乘。EFCS轉(zhuǎn)換器46可控制液壓阻尼流體在上和下阻尼腔室54、56之間能多快地流動(dòng)。流 率的變化可改變?cè)试S彈簧振動(dòng)以多快的速度進(jìn)行壓縮或回彈。不像具有固定設(shè)置或手動(dòng)調(diào) 節(jié)的傳統(tǒng)液壓阻尼器，計(jì)算機(jī)主動(dòng)改變壓縮或回彈期間的流率以"形成"振動(dòng)吸收。該系統(tǒng) 的"超快"元件和"實(shí)時(shí)"分布式計(jì)算構(gòu)型可在振動(dòng)或沖擊的能量波能移行至車叉而到達(dá)阻 尼器之前開始變化。在一個(gè)實(shí)施例中，這可在大約17毫秒(0.017秒)內(nèi)發(fā)生。
現(xiàn)在還參照?qǐng)D3和4，示出了EFCS 100。 EFCS 100可以是電控閥，例如機(jī)電液壓伺 服閥?？刂崎yIOO包括閥體102、電路104、閥致動(dòng)器106、固定柱108、外套筒元件110、上腔 室112和下腔室114。 電路104(其例如可包括處理器、微計(jì)算機(jī)或其它電子器件)可設(shè)置在閥體102的 頂端116。電路104可與閥致動(dòng)器106和閥體102中的其它電子元件連接。
閥致動(dòng)器106可靠近頂端116設(shè)置在閥體102的空腔118內(nèi)。閥致動(dòng)器106可包 括線圈管座組件120和磁化元件122。線圈管座組件120包括基部124和音圈部126。可 包括電磁銜鐵的音圈部126從基部124延伸。音圈126可相對(duì)于(和圍繞)磁化元件122 移動(dòng)。當(dāng)音圈126被激勵(lì)時(shí)，電磁銜鐵和由磁化元件122產(chǎn)生的磁通之間的相互作用使線 圈管座組件120移動(dòng)至空腔118內(nèi)的期望位置。 固定柱108固定連接在閥體基座128上。固定柱108包括內(nèi)腔130和多個(gè)周向間
6隔開(或成環(huán)形陣列)的開口 132。開口 132從固定柱的內(nèi)表面延伸至固定柱的外表面且 與上腔室112和內(nèi)腔130連通。內(nèi)腔130的開口端134形成導(dǎo)管(或管子)接納區(qū)域136。 管子138與接納區(qū)域136連接。管子138延伸穿過閥體102的底端142處的開口 140且與 下流體腔室(或下阻尼腔室)56(如圖2所示)連接。 閥體基座128位于上腔室112和下腔室114之間，且包括貫穿其延伸的多個(gè)孔 144。所述孔提供了上腔室112和下腔室114之間的流體連通。 閥體102的底端142包括另一導(dǎo)管(或管子)接納區(qū)域146。管子148連接到接 納區(qū)域146。管子148從閥體102延伸且與上流體腔室(或上阻尼腔室)54(如圖2所示) 連接。管子(或外管)148圍繞管子(或內(nèi)管)138。換句話說，內(nèi)管138位于外管148內(nèi)側(cè) 且它們之間存在間隙。通過外管148的直徑比內(nèi)管138的直徑大而實(shí)現(xiàn)所述管子之間的間 隙。所述間隙允許流體在內(nèi)管的外表面和外管的內(nèi)表面之間流動(dòng)，如箭頭150所示。另外， 下腔室114與外管148流體連通。 應(yīng)當(dāng)注意，雖然在附圖和說明中內(nèi)管138與下阻尼腔室56連接而外管148與上阻 尼腔室54連接，但是也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。例如，在一替換實(shí)施例中，內(nèi)管可與上阻尼 腔室連接而外管可與下阻尼腔室連接。 外套筒元件或閥控制元件110與線圈管座組件120的基部124連接。外套筒元 件的內(nèi)表面可滑動(dòng)地與固定柱108的外表面接合。當(dāng)線圈管座組件120移動(dòng)時(shí)，外套筒元 件110的端部152在開口 132上滑動(dòng)。套筒元件110在開口或孔132上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)管 138和外管148之間的流體流動(dòng)。線圈管座組件120朝閥體102的底端142的運(yùn)動(dòng)覆蓋孔 132且減少或阻止內(nèi)管138和上腔室112之間的流體流動(dòng)。套筒元件110還可與閥體基座 128(或其凸出部)接觸以便在所述孔被覆蓋時(shí)形成緊密的壓力密封。線圈管座組件120朝 閥體102的頂端116的運(yùn)動(dòng)露出孔132且提供或增加內(nèi)管138和上腔室112之間的流體流 動(dòng)。利用箭頭150示出外管148、下腔室114、上腔室112、開口 132和內(nèi)管138之間的示例 性的流體流動(dòng)。 外套筒元件110還包括磁性元件154。磁性元件154靠近安裝在閥體102中的位 置傳感器156。位置傳感器156構(gòu)造成感測(cè)磁性元件154的位置，及由此外套筒110相對(duì)于 開口 132的位置。 在操作期間，ASDS計(jì)算機(jī)42計(jì)算所需的流率并通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口 44 (見圖2)將 其發(fā)送至EFCS的高速微計(jì)算機(jī)。流率設(shè)定和開孔傳感器反饋以高級(jí)算法被處理，其操作高 效的功率放大器以驅(qū)動(dòng)線性力馬達(dá)(或閥致動(dòng)器)106。例如可以是高能稀土磁體(比典型 的鐵磁體強(qiáng)18至60倍)磁性元件122被保持在自屏蔽磁通引導(dǎo)裝置中，該自屏蔽磁通引 導(dǎo)裝置操作自由浮動(dòng)的電磁銜鐵(或音圈)126。該銜鐵操作精密閥機(jī)構(gòu)，該精密閥機(jī)構(gòu)以 1/100毫米的精度按比例控制流體開孔(或開口 )132。運(yùn)動(dòng)的部件可具有特別的表面處理 且以大約300微英寸(大約0.008毫米)的公差裝配。例如，在一優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)的部 件可具有特別的表面處理且以大約50至大約100微英寸的公差裝配。可以是高帶寬傳感 器的位置傳感器156通過液壓流體測(cè)量開孔(或套筒元件100相對(duì)于開口 132的位置)的 變化而不接觸運(yùn)動(dòng)的部件。 在壓縮期間，液壓流體從下阻尼腔室56向上沿阻尼器柄桿的內(nèi)通路138(見箭 頭158)流過流動(dòng)控制開孔(或開口 ) 132并向下沿阻尼器柄桿的外通路148流入上腔室54(見箭頭160)。在回彈期間，流體沿相反方向流動(dòng)。在猛烈沖擊或快速回彈下，在阻尼器 和EFCS體盒(或閥體)102內(nèi)產(chǎn)生極大壓力。如果開孔132開啟得寬而使得套筒元件110 完全(或大大)露出開口 132(更大的柔性和振動(dòng)吸收)，則流體非常快地流過EFCS100和 阻尼腔室54、56之間。越過內(nèi)表面的流體的速度將動(dòng)能(運(yùn)動(dòng))轉(zhuǎn)換成熱量，該熱量可通 過EFCS IOO和阻尼器體殼的散熱構(gòu)型消散。這種能量轉(zhuǎn)換能防止騎乘者感覺到過度的振 動(dòng)和沖擊。相反，騎乘者可能希望具有更多的"觸覺地形反饋"(路感)，則他/她將設(shè)定更 高剛度的偏好，這將允許更少的流體流動(dòng)(其中套筒元件110覆蓋開口 132的主要部分或 大部分)且由此將更少的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱量，而是限制車叉移行并讓一些振動(dòng)和沖擊能量波 一直向上移行至手把14。但是，不像標(biāo)準(zhǔn)/傳統(tǒng)的懸架，除非騎乘者選擇，系統(tǒng)將感測(cè)何時(shí) 發(fā)生非常大的沖擊并確定需要最大的振動(dòng)吸收以改善騎乘者的安全性和控制，即使騎乘者 在正常狀況下已選擇更剛性、更有觸覺的騎乘設(shè)定。 應(yīng)注意，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，閥100可包括各種元件/部件，這些元件/部件 提供例如以下特征在2007年10月5日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/973， 276中公開的死區(qū) 削減、在2007年10月5日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/973， 277中公開的可變頻率和振幅顫 振、在2007年9月21日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/903， 431中公開的壓力均衡化、在2007 年9月19日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/903，132中公開的保持元件、在2007年10月24日 提交的US專利申請(qǐng)No. 11/977， 657中公開的壓力調(diào)節(jié)器控制和逐級(jí)控制回路、在2007年 10月25日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/977， 519中公開的電路模塊和/或集成電子器件和/ 或在2007年10月25日提交的US專利申請(qǐng)No. 11/977， 471中公開的利用脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)元 件的音圈閉環(huán)電流控制，這些專利文獻(xiàn)都整體結(jié)合于此作為參考。 現(xiàn)在再參照?qǐng)D5-ll，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制閥(或EFCS)200?？刂崎y 200與控制閥100類似。 控制閥包括閥體202、電路204、閥致動(dòng)器206、上腔室208和下腔室210?？刂崎y 200和控制閥100之間的一個(gè)不同之處是控制閥200包括固定套筒212和可動(dòng)閥芯214 (而 不是固定柱和可動(dòng)套筒)。 閥體202可以是包括上閥殼體216和下閥殼體218的兩件式部件。但是，也可設(shè) 置任何適當(dāng)?shù)拈y體構(gòu)型。 電路204可與控制閥100類似地設(shè)置在閥體的頂端220。電路204可連接到閥致 動(dòng)器206(通過電線222)和閥體中的其它電子元件。 閥致動(dòng)器206可靠近頂端220設(shè)置在閥體202的空腔224內(nèi)。閥致動(dòng)器206可包 括線圈管座組件226和磁化元件228。磁化元件228還可與馬達(dá)殼體230連接。馬達(dá)殼體 230可通過組件銷232與閥體202連接。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)倪B接結(jié)構(gòu)。線圈管座組 件226包括基部234和音圈部236?？砂姶陪曡F的音圈部236從基部234延伸。閥致 動(dòng)器206以與上述關(guān)于控制閥100的閥致動(dòng)器106類似的方式操作。 固定套筒212固定連接至閥體基座238。固定套筒212包括內(nèi)腔240和多個(gè)周向 間隔開(或成環(huán)形陣列的)開口 242。開口 242從固定套筒212的內(nèi)表面延伸至固定套筒 212的外表面且與上腔室208和內(nèi)腔240連通。閥體基座238的一部分形成導(dǎo)管(或管子) 接納區(qū)域244。管子246與接納區(qū)域244連接。內(nèi)腔的開口端248在閥體基座238處與管 子246連接。管子246延伸穿過閥體202的底端252處的開口 250且與下流體腔室(或下阻尼腔室)56連接。 與控制閥100類似，閥體基座238位于上腔室208和下腔室210之間且包括貫穿 其延伸的多個(gè)孔254。孔254提供上腔室208和下腔室210之間的流體連通。
與控制閥100類似，閥體202的底端252包括另一導(dǎo)管(或管子)接納區(qū)域256。 管子258與接納區(qū)域256連接。管子258從閥體202延伸且與上流體腔室(或上阻尼腔 室)54連接。管子(或外管)258圍繞管子(或內(nèi)管)246。 可動(dòng)閥芯或閥控制元件214與線圈管座組件226的基部234連接?？蓜?dòng)閥芯214 的外表面可滑動(dòng)地與固定套筒212的內(nèi)表面(或內(nèi)腔)240接合。當(dāng)線圈管座組件226運(yùn) 動(dòng)時(shí)，閥芯214的端部260在開口 254上滑動(dòng)。閥芯214在開口或孔254上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi) 管246和外管258之間的流體流動(dòng)。線圈管座組件226朝閥體202的底端252的運(yùn)動(dòng)覆蓋 孔242并減少或阻止內(nèi)管246和上腔室208之間的流體流動(dòng)。閥芯212還可與閥體基座 238(或其凸起部)接觸以便在孔被覆蓋時(shí)形成緊密的壓力密封。線圈管座組件226朝閥體 202的頂端220的運(yùn)動(dòng)露出孔254并提供或增加內(nèi)管246和上腔室208之間的流體流動(dòng)。 用箭頭262示出外管258、下腔室210、上腔室208、開口 242和內(nèi)管246之間的示例性的流 體流動(dòng)(圖8中最佳示出)。 閥芯214還包括磁性元件(或感測(cè)磁體)264。磁性元件264靠近安裝在套筒212 外表面上的位置傳感器266。位置傳感器266可通過印刷電路板(A/S PCB)268與電路連 接。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)倪B接。位置傳感器266構(gòu)造成感測(cè)磁性元件264的位置，及 由此閥芯214相對(duì)于開口 242的位置。 在ASDS操作期間，閥芯214在開口 242上的運(yùn)動(dòng)提供精密閥機(jī)構(gòu)，該精密閥機(jī)構(gòu) 按比例控制流體流動(dòng)。該控制閥以與上述關(guān)于控制閥IOO類似的方式在ASDS內(nèi)操作。
現(xiàn)在還參照?qǐng)D12，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制閥(或EFCS)300?？刂崎y 300與控制閥200類似。 控制閥300包括閥體302、電路304、閥致動(dòng)器306、固定套筒312、可動(dòng)閥芯314、上 腔室308和下腔室310。控制閥300和控制閥200之間的一個(gè)不同點(diǎn)是控制閥300包括單 體式的殼體302。 與控制閥200類似，電路304可設(shè)置在閥體302的頂端320。電路304可與閥致動(dòng) 器306和閥體302內(nèi)的其它電子元件連接。此外，控制閥300可包括靠近閥體302的頂端 320的鎖止環(huán)398和開口定位環(huán)396。 閥致動(dòng)器306可靠近頂端320設(shè)置在閥體302的空腔324內(nèi)。閥致動(dòng)器306可包 括線圈管座組件326、線圈/線圈架394和磁化元件328。線圈管座組件326包括基部334 和音圈部336。可包括電磁銜鐵的音圈部336從基部334延伸。閥體302還可包括導(dǎo)銷 392，該導(dǎo)銷與線圈管座組件326的一部分對(duì)準(zhǔn)以提供防轉(zhuǎn)動(dòng)特性。閥致動(dòng)器306以與上述 關(guān)于控制閥200的閥致動(dòng)器206類似的方式操作。 固定套筒312、可動(dòng)閥芯314、上腔室308和下腔室310構(gòu)造成與控制閥200的構(gòu) 型類似。 在ASDS操作期間，閥芯314在開口 342上的運(yùn)動(dòng)提供精密閥機(jī)構(gòu)，該精密閥機(jī)構(gòu) 按比例控制流體流動(dòng)?？刂崎y300以與上述關(guān)于控制閥100、200類似的方式在ASDS內(nèi)操作。
現(xiàn)在再參照?qǐng)D13和14，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制閥(或EFCS)400。該 控制閥與控制閥200 、300類似。 控制閥400包括閥體402、電路404、閥致動(dòng)器406、固定套筒412和可動(dòng)閥芯414。
閥體(或體盒)402可包括單體式的殼體，或者可以是包括上閥殼體和下閥殼體的 兩件式部件。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)拈y體構(gòu)型。閥體402可例如由航空鋁合金制成。但 是，也可提供任何適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，閥體402的構(gòu)型可承受750psi (50bar)的 內(nèi)部流體壓力和l，OOOlbs力(4，450N)的拉伸載荷。閥體402包括用于容納其中的部件的 空腔424。 與控制閥200、300類似，電路404可設(shè)置在閥體402的頂端420。電路404可與閥 致動(dòng)器406和閥體402內(nèi)的其它電子元件連接。在一個(gè)實(shí)施例中，電路404可包括具有數(shù)字 網(wǎng)絡(luò)接口且還包括控制算法的高速微計(jì)算機(jī)、高效的功率放大器和/或自我診斷裝置。但 是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。 電路或集成電子器件404還可包括可選的功率調(diào)節(jié)、控制器(模擬的或數(shù)字的)、 致動(dòng)放大器(優(yōu)選地為脈寬調(diào)制(P麗))和感測(cè)電路(在這種情況下閥芯位置感測(cè)和可選 的電流感測(cè)；致動(dòng)器速度感測(cè)、加速度感測(cè)，還可包含上游和/或下游的壓力傳感器、差壓 傳感器和/或流體傳感器)。在圖15中示出上述示例性系統(tǒng)500的基本框圖。
電子組件404可例如通過進(jìn)一步安裝在柔性印刷電路上的管座/插座組件連接。 該插座和FPC(柔性印刷電路)也可封裝在適當(dāng)位置。 電子組件404可執(zhí)行各種功能，包括接收主高壓電力(典型地14. 4V)和5V邏輯
供電電力，將用于閥位置請(qǐng)求的數(shù)字信息、診斷信息和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)上的狀態(tài)信息(12C，雖 然模擬和其它數(shù)字協(xié)議也有可能)接收和提供給主通信裝置，監(jiān)測(cè)來自閥的機(jī)械和電子元 件的傳感輸入，執(zhí)行數(shù)學(xué)算法以確定功率放大器指令信號(hào)(脈寬調(diào)制[P麗]和命令[DIR]); 這些信號(hào)可與功率放大器裝置通信。 功率放大器可例如是Allegro A3959或等同裝置，并從微處理器接收P麗和DIR 指令以及驅(qū)動(dòng)音圈。驅(qū)動(dòng)放大器還可具有內(nèi)部保護(hù)電路。應(yīng)用于線圈的電力通過與靜態(tài)磁 場(chǎng)相互作用的線圈產(chǎn)生電流，再產(chǎn)生與電流成比例的力。電流通過專門的電路與線圈串聯(lián) 地被監(jiān)測(cè)并提供給PC(微處理器)用于監(jiān)測(cè)、分析和診斷/保護(hù)功能。線圈電流和閥位置 傳感器信號(hào)/功率通過位于閥上方的銷管座連接器被傳遞。 可以是例如線性力馬達(dá)的閥致動(dòng)器406可靠近頂端420設(shè)置在閥體402的空腔 424內(nèi)。閥致動(dòng)器406可包括線圈管座組件426和磁化元件428。磁化元件428可以是高能 稀土磁體，例如典型地為NdFeB。但是，也可提供任何適當(dāng)?shù)拇呕＞€圈管座組件426 包括基部434和音圈部436?？砂姶陪曡F的音圈部436從基部434延伸。此外，閥致動(dòng) 器可包括自屏蔽磁通弓I導(dǎo)裝置490。 應(yīng)當(dāng)注意，閥致動(dòng)器或閥致動(dòng)器組件406可包括任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型，例如音圈、螺線 管或回轉(zhuǎn)馬達(dá)。此外，應(yīng)當(dāng)注意，閥致動(dòng)器組件406可以是間接致動(dòng)構(gòu)型，例如導(dǎo)引控制 (pilot)或磁吸引/排斥構(gòu)型。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。此外，閥體402(和空腔 424)可充填有流體，例如液壓流體，其中閥致動(dòng)器(或閥致動(dòng)器組件)406可以是濕式致動(dòng) 器組件。 閥致動(dòng)器406以與上述關(guān)于控制閥200、300的閥致動(dòng)器206、306類似的方式操
10作。電流通過線圈并與由磁通導(dǎo)管、磁體和磁極建立的靜態(tài)磁場(chǎng)相互作用。磁通導(dǎo)管和磁 極能以高的場(chǎng)飽和度被磁性透過(例如，鋼或鐵)。所產(chǎn)生的力可由下式表示
FCoil = K邁I 固定套筒412(在圖16-20中進(jìn)一步示出)與閥體402固定連接?？梢岳缡菃?件式部件的套筒412可通過壓配合構(gòu)型與閥體402連接。此外，0形圈488或其它密封型 部件可設(shè)置在套筒412和閥體402之間。套筒412在空腔424和外閥腔室470之間設(shè)置在 閥體402內(nèi)。 固定套筒412包括凸緣部件472、內(nèi)腔440和多個(gè)周向間隔開(或成環(huán)形陣列的) 的開口 442。凸緣部件472包括基本為環(huán)形的形狀并形成空腔424和外閥腔室470之間的 邊界。內(nèi)腔440從套筒的頂端472延伸至套筒的底端474。開口 442可以是如圖所示的槽 口或槽孔。應(yīng)當(dāng)注意，開口 442也可包括其它形狀，例如圓形、槽形、正方形、矩形或三角形。 但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)拈_口形狀。開口 442從固定套筒的內(nèi)表面(或內(nèi)腔440)延伸 至固定套筒412的外表面，且與外閥腔室470和內(nèi)腔440連通。開口 442基本垂直于內(nèi)腔 440。內(nèi)腔440的靠近套筒底端474的一部分476形成導(dǎo)管(管子)接納區(qū)域。管子446 與接納區(qū)域476連接。管子446延伸穿過閥體402的底端452處的開口 450且與下流體腔 室(或下阻尼腔室)56連接。此外，內(nèi)腔440的靠近底端474和開口 442的一部分形成內(nèi) 閥腔478。內(nèi)閥腔478被外閥腔470圍繞，而套筒412的底端474位于它們之間。該構(gòu)型使 內(nèi)腔室478和外腔室470經(jīng)開口 442流體連通。 現(xiàn)在再參照?qǐng)D34，示出根據(jù)另一實(shí)施例的固定套筒413。套筒413與套筒412類 似，但是，套筒413還包括位于內(nèi)腔441中的、構(gòu)造成允許與可動(dòng)閥芯414的端部接觸的凸 起表面445。凸起表面445與閥芯414之間的這種接觸在孔442被覆蓋時(shí)提供緊密的壓力 密封。該凸起表面可具有比內(nèi)腔441的直徑小的直徑。該凸起表面或座突445可與套筒成 一體，或者可以是與內(nèi)腔441連接的單獨(dú)部件(可包括例如彈性體材料)。
與控制閥200、300類似，閥體402的底端452包括另一導(dǎo)管(管子)接納區(qū)域 456。管子458與接納區(qū)域456連接，使得管子458與外腔室470流體連通。管子458從閥 體402延伸且與上流體腔室(或上阻尼腔室)54連接。管子(或外管)458圍繞管子(或 內(nèi)管)446。管子446、458形成阻尼柄桿的至少一部分。 可動(dòng)閥芯或閥控制元件414與線圈管座組件426的基部434連接?？蓜?dòng)閥芯414 的外表面可滑動(dòng)地與固定套筒412的內(nèi)表面(或內(nèi)腔)440接合(或連接)。當(dāng)線圈管座組 件426運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥芯414的端部460在開口 442上滑動(dòng)。端部460可包括窄縮的廓形480。 例如，窄縮的廓形480可包括例如斜切部或過渡接合部。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型或 窄縮形狀。閥芯414在開口或孔422 (見圖21-23)上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)管446和外管458之間 (以及內(nèi)腔室478和外腔室470之間)的流體流動(dòng)。線圈管座組件426朝閥體402的底端 452的運(yùn)動(dòng)覆蓋孔442且減少或阻止內(nèi)管446和外腔室470之間的流體流動(dòng)(見圖21，示出 封閉或大部分封閉的位置)。線圈管座組件426朝閥體402的頂端420的運(yùn)動(dòng)露出孔442 并提供或增加內(nèi)管446和外腔室470之間的流體流動(dòng)(見圖22，示出開啟或大部分開啟的 位置)。箭頭462示出外管、外腔室、內(nèi)腔室、開口和內(nèi)管之間的示例性的流體流動(dòng)。此外， 參照?qǐng)D2，箭頭160示出外部流體路徑(流向或來自上阻尼腔室54)。例如，箭頭158示出 內(nèi)部流體路徑(流向或來自下阻尼腔室56)。
11
閥芯414在開口或孔442上的運(yùn)動(dòng)形成精密閥機(jī)構(gòu)，其中開口 442用作比例流體 控制開孔，其可精確到400微英寸(0. 0004英寸，1/100毫米)以內(nèi)。此外，運(yùn)動(dòng)的部件(例 如可動(dòng)閥芯)具有特別的表面處理且能以200微英寸的公差裝配。應(yīng)當(dāng)注意，雖然附圖示 出四個(gè)周向槽口 ，但也可設(shè)置任何數(shù)量或構(gòu)型的開口 。 例如可以是單件式部件的閥芯414還包括磁性元件(或感測(cè)磁體)464。磁性元 件464能以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚c閥芯414連接。磁性元件464靠近在頂端472附近安裝在套 筒412上的位置傳感器466。位置傳感器466可例如通過傳感器配線482與電路404連接。 但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)倪B接。位置傳感器466構(gòu)造成感測(cè)磁性元件464的位置，及由此 閥芯414相對(duì)于開口 442的位置。位置傳感器466可以是高帶寬傳感器，該高帶寬傳感器 具有通過液壓流體進(jìn)行感測(cè)的非接觸構(gòu)型。 位置傳感器466可安裝在套筒412的外部(或外表面)上并感測(cè)可剛性固連在運(yùn) 動(dòng)元件閥芯414上的感測(cè)磁體464的位置。線圈在磁性殼體中自由運(yùn)動(dòng)并直接與閥芯聯(lián)接。 由于適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱痛朋w選擇及幾何形狀，傳感器輸出相對(duì)于閥芯位置幾乎是線性的且能 用于精確地表示閥芯位置。 傳感器466可構(gòu)造成通過接觸式或非接觸式感測(cè)技術(shù)來感測(cè)閥芯相對(duì)于套筒的 位置。例如，傳感器可包括接觸式電位計(jì)。在另一示例中，傳感器可包括霍爾效應(yīng)/磁體、 光學(xué)或電容式傳感器。此外，感測(cè)磁體或感測(cè)元件464(例如其可以是霍爾元件、光學(xué)拾波 器或電位計(jì))可安裝在閥中的固定部(例如套筒)或閥中的可動(dòng)部(例如閥芯)上。
在ASDS操作期間，閥芯414在開口 442上的運(yùn)動(dòng)提供精密閥機(jī)構(gòu)，該精密閥機(jī)構(gòu) 按比例控制流體流動(dòng)?？刂崎y400以與上述關(guān)于控制閥100、200、300類似的方式在ASDS 內(nèi)操作。 當(dāng)閥芯414運(yùn)動(dòng)時(shí)，它覆蓋(伸出)或露出(縮回)孔或槽442的環(huán)形圈以增大 可用于流體流動(dòng)的區(qū)域。流體從內(nèi)流管446向上流入閥中，聚集在內(nèi)閥流體腔室478中，流 過孔或槽442進(jìn)入外閥腔室470中，并向下流過外流管458但位于內(nèi)流管446外部。
中央處理器通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)鏈接接收閥位置指令，命令功率放大器(在電子部段 中)和線圈(例如，音圈)施加適當(dāng)大小和極性的力，以通過伸出或縮回來定位閥芯，這使 得閥芯和剛性固連的感測(cè)磁體相對(duì)于傳感器重新定位，進(jìn)而控制流動(dòng)開口 。應(yīng)注意，在一個(gè) 實(shí)施例中，剛性固連的感測(cè)磁體被制成為位于外閥芯(其具有斜切部并控制通過槽的流體 流動(dòng))內(nèi)并與外閥芯連接的第二 (內(nèi))部分。例如參見圖21。此外應(yīng)注意，閥中的磁性元 件的極性可被選擇，使得閥根據(jù)需要并非為完全開啟或完全封閉構(gòu)型。
現(xiàn)在再參照?qǐng)D24-26，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制閥(或EFCS)600。
控制閥600包括閥體602、電路604、閥致動(dòng)器606、固定套筒612、可動(dòng)閥芯614、閥 部件685和隔膜687。 與控制閥100、200、300、400類似，電路604可設(shè)置在閥體的頂端。 閥致動(dòng)器606可靠近頂端設(shè)置在閥體的空腔624內(nèi)。閥致動(dòng)器606可包括線圈管
座組件626。線圈管座組件626包括基部634和音圈部636。可包括電磁銜鐵的音圈部636
從基部634延伸。閥致動(dòng)器以與上述關(guān)于控制閥100、200、300、400的閥致動(dòng)器類似的方式操作。 固定套筒612和可動(dòng)閥芯614構(gòu)造成與控制閥100、200、300、400的固定套筒和可動(dòng)閥芯類似。但是，閥600還包括與閥芯614的端部連接的閥部件685，和連接在套筒612 和閥芯614之間的隔膜687。 閥部件685可設(shè)置成覆蓋或露出閥600中的開口 642。 可以例如為滾動(dòng)型隔膜的隔膜687可在一端689與套筒612連接且在另一端691 與閥芯614連接。此外，隔膜687可連接在閥芯614和閥部件685之間(在端部691)。隔 膜687提供隔離致動(dòng)器組件606的可動(dòng)膜構(gòu)型。隔膜687例如可將閥致動(dòng)器組件與系統(tǒng)中 的氧或氫隔離。隔膜還可將閥致動(dòng)器組件與系統(tǒng)中的液壓流體隔離。在該示例中，致動(dòng)器 組件可被稱作被隔離的致動(dòng)器組件。 現(xiàn)在再參照?qǐng)D27，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制閥(或EFCS)700。 控制閥700與閥400類似。該控制閥包括閥體702、電路(未示出)、閥致動(dòng)器706、
固定套筒712和可動(dòng)閥芯714。但是，閥700還包括隔膜787。 閥致動(dòng)器706可靠近頂端設(shè)置在閥體702的空腔724內(nèi)。閥致動(dòng)器706可包括線 圈管座組件726。線圈管座組件726包括基部734和音圈部736?？砂姶陪曡F的音圈 部736從基部734延伸。閥致動(dòng)器組件706以與上述關(guān)于控制閥400的閥致動(dòng)器組件406 類似的方式操作。 固定套筒712、可動(dòng)閥芯714、外腔室770和下腔室778構(gòu)造成與控制閥400類似。 此外，與閥400類似，內(nèi)腔室778與內(nèi)管746連接，外管758與外腔室770連接，內(nèi)管758和 外管746經(jīng)開口 742彼此連通。 隔膜787可以例如是滾動(dòng)型隔膜。隔膜787可在隔膜787的一端789與套筒712 和/或閥體702連接。隔膜787可在隔膜787的另一端791與閥芯714連接。此外，隔膜 787可在端部791連接在閥芯714和線圈管座組件726之間。應(yīng)注意，隔膜能以任何適當(dāng)?shù)?方式與閥700的部件連接。隔膜787提供隔離致動(dòng)器組件706的可動(dòng)膜構(gòu)型。隔膜787例 如可將閥致動(dòng)器組件706與系統(tǒng)中的氧或氫隔離。隔膜787也可將閥致動(dòng)器組件706與閥 系統(tǒng)中的液壓流體隔離。在該示例中，致動(dòng)器組件706可被稱作被隔離的致動(dòng)器組件。但 是，隔膜也可構(gòu)造成將任何流體與閥致動(dòng)器組件適當(dāng)?shù)馗綦x。例如，隔膜可隔離流過內(nèi)管和 外管746、758的流體，使得空腔724被隔離。但是，也可設(shè)置任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可設(shè)置與閥聯(lián)接且比傳統(tǒng)構(gòu)型具有顯著優(yōu)點(diǎn)的音圈。 特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，控制閥(或油控閥)可提供非常快的響應(yīng)，例如約小于6ms(毫 秒)。該閥還可提供非常小的外部幾何廓形(或尺寸包絡(luò))，例如直徑大約小于32mm。
油控閥可包括控制流體，例如Golden Specta阻尼油。但是，也可提供任何適當(dāng)?shù)?控制流體。該閥還可包括各種特性，例如比例流動(dòng)控制、大約34平方毫米(mm2)的最大流 動(dòng)區(qū)域，和雙向流動(dòng)。但是，也可具有任何適當(dāng)?shù)奶匦浴?用于該閥的電力可以是大約15V，且該閥可構(gòu)造成最小電力消耗(例如，電池供電 應(yīng)用)。此外，該閥可構(gòu)造成I2C通信(用于有效的inter-IC(集成電路)控制的簡(jiǎn)單雙向 雙線總線；該總線被稱為Inter-IC或I2C)。此外，所公開的閥構(gòu)型可在完全封閉位置提供 最小泄漏。 在各種實(shí)施例中，該閥可設(shè)置在例如用于自行車的振動(dòng)或懸架系統(tǒng)中。但是，替換 實(shí)施例可包括任何適當(dāng)類型系統(tǒng)中的閥。例如，該閥可設(shè)置在用于任何交通工具如汽車的 任何其它適當(dāng)類型的懸架系統(tǒng)中。在另一示例中，該閥可用在用于某種結(jié)構(gòu)的主動(dòng)阻尼系統(tǒng)中。 根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，該控制閥還可通過包括具有在快速流體阻尼瞬變期間 減緩任何關(guān)閉趨勢(shì)的特征的構(gòu)型而提供其它優(yōu)點(diǎn)。在流體瞬變期間阻止或盡量減小閥"鎖 止"是有利的，因?yàn)樵趹壹芟到y(tǒng)中不希望產(chǎn)生閥"鎖止"。 此外，應(yīng)注意，該閥可針對(duì)平均(整體)流體溫度提供補(bǔ)償。例如，控制算法可為 所感測(cè)的油溫采用一特定粘度。對(duì)于油溫或粘度的給定變化，這可提供近似恒定的性能。
本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了盡量減小閥中的過多質(zhì)量的構(gòu)型。運(yùn)動(dòng)的元件可包括 例如閥芯元件、管座元件和線圈元件。閥芯元件可緊密地匹配(例如，100微英寸)以限制 封閉位置下的泄漏；這通常以硬化的SS(不銹鋼)來實(shí)現(xiàn)。較輕的材料(即鋁) 一般在它 們的天然狀態(tài)下過軟而不能提供充分的抗磨性。其它輕質(zhì)材料(即鈦) 一般具有較差的耐 磨特性且昂貴。在動(dòng)力學(xué)的高性能機(jī)械系統(tǒng)中，一般希望減小所有運(yùn)動(dòng)元件的質(zhì)量。在任 何運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量系統(tǒng)中盡量減小質(zhì)量以增強(qiáng)致動(dòng)器系統(tǒng)加速和控制該質(zhì)量的能力是有利的。 給出簡(jiǎn)化方程如下 FCoil — FFriction+ma+FFluidForces+Fother 從該方程可清楚看出，需要更高的線圈力來加速更高質(zhì)量的元件。通常，通過消耗 更多的電力或使馬達(dá)設(shè)計(jì)復(fù)雜化(使其更有效)來產(chǎn)生更高的線圈力。 一般說來，好的設(shè) 計(jì)實(shí)施能盡量減小質(zhì)量，同時(shí)不會(huì)顯著增加成本。通常，用鋁來加工具有非常薄的結(jié)構(gòu)元件 的零件可產(chǎn)生用在可動(dòng)組件上的輕便的、廉價(jià)的零件。在一示例性實(shí)施例中閥芯和套筒元 件由鋁加工而成，且以硬陽極化處理完工，然后進(jìn)行研磨/匹配過程以實(shí)現(xiàn)均勻接近的公 差配合。只有很小的機(jī)會(huì)能降低線圈的質(zhì)量，因?yàn)槠渌脑O(shè)計(jì)權(quán)衡方案比降低質(zhì)量的努力 重要，這樣銅線圈絲是典型的選擇。 本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了盡量減小閥中的可動(dòng)部件表面上的差壓的構(gòu)型。該概 念涉及可在流體壓力的暫時(shí)變化引起以聲速在流體中移行的壓力瞬變并導(dǎo)致作用在與移 行方向正交的表面上的瞬時(shí)壓差時(shí)產(chǎn)生的軸向力。這在圖28中示出，其示出示例性的閥 800的閥內(nèi)部的簡(jiǎn)化圖。閥800包括運(yùn)動(dòng)元件802和主動(dòng)流動(dòng)腔室804、806。在808示出 了運(yùn)動(dòng)元件停滯狀態(tài)。在810示出了運(yùn)動(dòng)元件顯露狀態(tài)。箭頭812示出主動(dòng)流動(dòng)腔室中的 流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，與移行方向正交的前沿區(qū)域可減小以減輕差壓。
不太可能的是，由于在流體中移行的壓力波引起的壓差會(huì)導(dǎo)致任何持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)或 很大的差力(流體中的壓力在穩(wěn)態(tài)下是均勻的，僅在流體被壓縮時(shí)在某一點(diǎn)在壓力偏移期 間是不均勻的，且該壓力以聲速在流體中傳遞)。聲速在空氣中大約是390m/s，對(duì)于密度更 高的流體則更高得多；在壓力瞬變期間流體壓力僅需數(shù)微秒就能在裝置的所有內(nèi)表面上得 以均衡。然而，在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，為了良好的工程學(xué)實(shí)施起見，所有可動(dòng)元件的前 沿區(qū)域被減小以便在可動(dòng)元件在粘性介質(zhì)中來回移動(dòng)時(shí)盡量減小流體阻力系數(shù)。
本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了盡量減少閥內(nèi)部的未預(yù)期區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)漩渦的構(gòu)型。 流動(dòng)漩渦可存在于閥的"盲管區(qū)域"中，在該區(qū)域中能量從流動(dòng)的流體中移取并由于流體慣 性對(duì)某些表面施加不平衡的壓力(當(dāng)流體向部件傳輸動(dòng)能時(shí)的分子撞擊)。還可能存在流 動(dòng)漩渦，這樣流動(dòng)可能在軸線上為一個(gè)方向而在外圍為相反的方向，從而凈流量為零。這種 凈效應(yīng)將導(dǎo)致在流體和部件表面之間在外圍附近產(chǎn)生拖滯，可能產(chǎn)生不希望的力(與管中 的水頭損失類似)。在圖29中示出了閥中的示例性流動(dòng)812。在814示出了具有零凈效應(yīng)的水頭損失流動(dòng)漩渦。 計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件可用于分析趨于引起閥運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)漩渦區(qū)域的勢(shì)能。在 本發(fā)明的各種實(shí)施例中，提供了將運(yùn)動(dòng)元件附近的流動(dòng)漩渦的可能性減小至最大可行程度 的構(gòu)型。 本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了將作用于閥內(nèi)的可動(dòng)閥元件上的流體慣性的影響減 到最小的構(gòu)型。必須加速的任何因素必須承受加速度(例如，必須施加力)。流體流動(dòng)路徑 需要至少一個(gè)180度的轉(zhuǎn)彎，因此，流體必須承受加速度。在越高的流體流下，這些加速度 越高。最后，這些加速力可由閥的內(nèi)部施加。如果這些內(nèi)部閥元件中的任意元件是可動(dòng)的， 則存在用于不平衡力的勢(shì)能。這可通過研習(xí)CFD(計(jì)算流體力學(xué))并查找正交于可動(dòng)表面 的流速來進(jìn)行研究。 在圖30的圖中，在816示出的沖擊表面和由流動(dòng)的流體在這些沖擊表面上施加的 力趨于將閥打開。為了有助于盡量減小該影響，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中通過添加斜切部918 來減小閥芯的前沿區(qū)域(見示出閥900的圖31中的圖)。
這些沖擊力應(yīng)當(dāng)滿足動(dòng)壓方程
P =1/2 (pv2) 對(duì)于給定流體，越高的流體流可將流速的平方賦予動(dòng)壓(例如，與流體流直接成 比例)。 本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了盡量減少平行于閥中的閥元件表面的流體流的影響 的構(gòu)型。與飛機(jī)機(jī)翼類似，當(dāng)流體流過一表面而相對(duì)表面上的流體流的流速不同時(shí)，可產(chǎn)生 差力(與飛機(jī)升空類似)。這種效應(yīng)與流體密度、流速和暴露于運(yùn)動(dòng)流體的面積成比例。圖 32示出示例性閥的各個(gè)表面上的速度的示例。在820示出一表面上的高速流。在822示 出具有零速流的等同表面。由于作用于兩個(gè)表面的流體是相同的，所以可盡量減小暴露于 "橫向流"的面積，且對(duì)于特定的閥設(shè)計(jì)，針對(duì)給定閥開口的所需的流動(dòng)是指定的(由此，流 速是確定的)。本發(fā)明的各種實(shí)施例通過減少流動(dòng)孔的數(shù)量(由于閥在開啟時(shí)必須獲得最 大流量，這可能是不希望的)或減薄流動(dòng)區(qū)域附近的閥芯壁來盡量減小前沿區(qū)域。
在這種效應(yīng)存在的情況下，流體沿任一方向流動(dòng)都趨于使閥關(guān)閉(可動(dòng)元件在圖 中會(huì)向下運(yùn)動(dòng))。同樣，更低密度的流體將導(dǎo)致更小的力(即，壓縮空氣應(yīng)在小得多的尺度 內(nèi)展現(xiàn)類似的力)。已發(fā)現(xiàn)，更大的表面區(qū)域和更高的流動(dòng)(例如，所產(chǎn)生的更高的速度) 會(huì)產(chǎn)生施加在平表面上的更高的力。 利用Bernoulli原理和總壓方程可解釋這種效應(yīng)
P一 p lVl2/2 = P2+ P 2v22/2 其中PI和P2由平均流體壓力限定且對(duì)于大多數(shù)情形是相同的。流速和流體密度 可影響作用于相對(duì)表面上的差力。 速度-隨著流體流動(dòng)增加，對(duì)于給定的流動(dòng)區(qū)域，速度成比例地增大。隨著閥區(qū) 域減小，速度必須增大以維持相同的流體流動(dòng)且對(duì)壓力的效應(yīng)與速度比率變化的平方成比 例。例如，如果閥在100%開啟時(shí)具有l(wèi)gpm(每分鐘加侖)的流體流過，則將存在對(duì)應(yīng)的流 速。如果閥關(guān)閉至上述流動(dòng)區(qū)域的10%，則流速必須增大10X以維持恒定的流體流動(dòng)；按 照Bernoulli壓力效應(yīng)這將導(dǎo)致100X的沖擊。 密度-不可壓縮流體的密度取決于不少于兩個(gè)參數(shù)_溫度和成分。如果我們假定流體成分是均勻的，則作用于相對(duì)表面的流體的溫度梯度將導(dǎo)致作用于可動(dòng)閥元件上的差 力。眾所周知，當(dāng)流體從高壓區(qū)域經(jīng)受限部流向低壓區(qū)域時(shí)，在流體受限部能量轉(zhuǎn)換成熱 量?？梢韵胂?，閥區(qū)域界面處的局部高溫將導(dǎo)致閥元件的前緣處的流體密度的局部降低， 這會(huì)導(dǎo)致作用于可動(dòng)元件的差力(由于熱交換與流動(dòng)成比例，更高的流動(dòng)將導(dǎo)致更高的壓 差)。一旦通過局部流動(dòng)受限部，被加熱至較高溫度的少量流體將與大量流體混合并引起非 常小且難以測(cè)量的溫度升高。此外，如果存在間歇流過閥的非常小的懸浮氣泡，則會(huì)引起流 體密度的快速降低，這將導(dǎo)致壓力的快速降低并在可動(dòng)元件上產(chǎn)生差力。
此外，用于飛機(jī)機(jī)翼提升的方程是類似的
FLift = CLift X ( p v2/2) X A 這里，項(xiàng)CUft和A的添加分別表示"提升系數(shù)"和"提升面積"。提升系數(shù)必須通過 實(shí)驗(yàn)確定且對(duì)于固定的幾何形狀是恒定的。暴露于流體流動(dòng)狀況的面積與所產(chǎn)生的提升量 有直接關(guān)系。 閥設(shè)計(jì)的目標(biāo)可控制所需的流體流動(dòng)和所產(chǎn)生的流速。流體的選擇也可確定流體 密度。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，源自局部加熱的密度效應(yīng)難以補(bǔ)償并且是較小的效應(yīng)。
暴露于用于提升的流動(dòng)流體的起作用的面積以及流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的提升系數(shù)可通過 設(shè)計(jì)來控制以盡量減小這些效應(yīng)。希望引入對(duì)閥元件的設(shè)計(jì)變化，使得在所有的閥位置和 流動(dòng)狀態(tài)下存在相等和相反的力。 本發(fā)明的各種實(shí)施例還包括其它優(yōu)點(diǎn)，例如進(jìn)一步減薄閥芯邊緣和延長(zhǎng)斜切部以 盡量減小提升效應(yīng)和相互作用的面積。 各種實(shí)施例還可通過設(shè)置更少的更長(zhǎng)的槽來提供改進(jìn)的構(gòu)型(隨著露出面積的 減小，可動(dòng)元件的行程增大；例如，如果存在12個(gè)直徑為X的孔，再將孔的數(shù)量減少至4個(gè) 并將它們的長(zhǎng)度增加至三倍，則在完全開啟時(shí)孔的直徑將實(shí)現(xiàn)1/3的露出面積、三倍的閥 行程和相等的總流動(dòng)面積)，這是與設(shè)置用于流體流動(dòng)和節(jié)流的周向孔相對(duì)而言的。
此外，各種實(shí)施例可包括通過將閥芯上的斜切部反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，流動(dòng)的流體趨 于以一定角度沖擊和迫使閥芯元件開啟，這與其當(dāng)前關(guān)閉的趨勢(shì)相反。通過謹(jǐn)慎選擇這種 幾何形狀，能大大地減小閥在低流動(dòng)面積、高流動(dòng)條件下關(guān)閉的趨勢(shì)(有效地利用沖擊角 度以引起沿相反方向的提升)。 在各種實(shí)施例中，通過改變套筒和/或閥芯的幾何結(jié)構(gòu)以將流動(dòng)引導(dǎo)成消除所產(chǎn) 生的力也能獲得優(yōu)點(diǎn)。 此外，控制系統(tǒng)接近插入流體流或某種類似形式的流體流作為代替之處以估計(jì)所 施加的實(shí)際反向力。例如，如果流體流以非線性方式在閥芯上向下施加力(最大擾動(dòng)力位 于閥開啟25%時(shí)且朝0%和100%曲線變化)，則該力可被特征化，且適當(dāng)?shù)木€圈電流可被 編程以基于特征與流動(dòng)力相等和相反地被施加(通過增大線圈電流，我們?cè)龃笏┘拥?力；線圈電流的極性和所需的大小即為有效補(bǔ)償該效應(yīng)所需的)。在阻尼懸架系統(tǒng)中，這通 過將該活塞速度(已經(jīng)以可用形式存在)傳送至閥控制器而非常簡(jiǎn)單地完成。由于活塞直 徑在阻尼器的整個(gè)行程中是一致的，所以速度與流體流動(dòng)直接成比例。如果加速度也可得 到，則流體流動(dòng)的變化率將可得到(其可帶來某些其它優(yōu)點(diǎn))。 本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了在閥中施加差壓期間盡量減小閥元件變形的構(gòu)型。任 何流動(dòng)控制裝置將向流體流動(dòng)關(guān)系(典型地，對(duì)于給定的裝置和給定的流動(dòng)，更小的閥開
16口將導(dǎo)致更高的差壓)不變地展現(xiàn)壓力下降。由于作用在一區(qū)域上的壓力引起力，所以內(nèi) 流動(dòng)腔室和外流動(dòng)腔室之間的高的差壓可導(dǎo)致作用在機(jī)械元件上的力，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力分析 這又會(huì)使得它們彎曲。由于閥元件具有非常緊密的公差( 100微英寸)，所以任何暫時(shí)的 變形都可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)機(jī)械元件的粘合。這種效應(yīng)可解釋閥"鎖止"的趨勢(shì)，但是，它不能解 釋在流動(dòng)瞬變期間閥初始關(guān)閉的趨勢(shì)。本發(fā)明的各種實(shí)施例通過包括材料選擇和適于所有 工作條件的厚度來實(shí)現(xiàn)閥元件變形的最小化。 本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了在閥中的不希望/不可預(yù)期的位置盡量減少氣泡或 氣穴的構(gòu)型。在完全充滿流體的裝置中，可能在裝配和通氣之后存在不好的狀況(例如，松 開和上緊帶孔螺釘；在建造期間的不恰當(dāng)?shù)牟僮鳎瑢?dǎo)致裝置中存在空氣)、泄漏、或巻陷的 氣泡。在圖33所示的圖中，巻陷的空氣將聚集的可能區(qū)域是在824示出的閥機(jī)構(gòu)的頂部。
隨著內(nèi)流動(dòng)腔室中流體壓力的降低，停滯的"無流動(dòng)"區(qū)域上方的流體區(qū)域中的壓 力將承受相同的壓力。結(jié)果，由于更低的流體壓力，氣泡體積將膨脹。相反，內(nèi)流動(dòng)腔室中 的增大的壓力將具有相反的效應(yīng)。結(jié)果，流體將響應(yīng)于巻陷氣泡的膨脹和收縮而流入和流 出上部區(qū)域(在不同位置可能有許多各種不同尺寸的氣泡；在該示例中，這種效應(yīng)作為"集 中"氣泡被處理)。由于上述任何因素，這種不可預(yù)期的流動(dòng)元件可導(dǎo)致施加在未分析面上 的派生力。 本發(fā)明的各種實(shí)施例向環(huán)境界面提供了密封流體，以及細(xì)致的裝配/處理控制， 這盡量減少或消除了閥內(nèi)部存在不希望的巻陷空氣的可能性。 應(yīng)當(dāng)理解，前述說明僅僅是對(duì)本發(fā)明的例述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出各種替換和 變型而不背離本發(fā)明。因此，本發(fā)明意圖涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有這些替換、變 型和變化。
權(quán)利要求
一種控制閥，包括閥體，所述閥體包括空腔和第一腔室；套筒，所述套筒位于所述空腔和所述第一腔室之間，其中所述套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口，其中所述內(nèi)腔從所述套筒的第一端延伸至所述套筒的第二端，其中所述至少一個(gè)開口延伸穿過所述套筒的第二端，并且其中所述內(nèi)腔的靠近所述第二端的一部分形成第二腔室；閥芯，所述閥芯可動(dòng)地設(shè)置在所述套筒的內(nèi)腔中；和閥致動(dòng)器組件，所述閥致動(dòng)器組件與所述閥芯連接；其中所述第一腔室經(jīng)所述至少一個(gè)開口與所述第二腔室流體連通，并且其中所述閥芯構(gòu)造成可在所述至少一個(gè)開口的至少一部分上運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)穿過其的流體流動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，還包括與所述第一腔室連接的第一流體導(dǎo)管和與所述第二腔室連接的第二流體導(dǎo)管。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制閥，其特征在于，所述第一腔室圍繞所述第二腔室，并且所述第二導(dǎo)管圍繞所述第一導(dǎo)管。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，所述至少一個(gè)開口包括成環(huán)形陣列的開□。
5. 如權(quán)利要求4所述的控制閥，其特征在于，所述成環(huán)形陣列的開口中的每個(gè)開口包括圓形、槽形、正方形、矩形、三角形或任何其它適當(dāng)類型的形狀。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，所述閥致動(dòng)器組件是電磁閥致動(dòng)器組件。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制閥，其特征在于，所述閥是電子控制的。
8. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，所述套筒固定設(shè)置在所述閥體中。
9. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，所述閥芯的靠近所述第二腔室的端部包括窄縮的廓形。
10. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，所述閥致動(dòng)器組件是濕式閥致動(dòng)器組件。
11. 如權(quán)利要求1所述的控制閥，其特征在于，還包括位于所述閥芯和所述閥致動(dòng)器組件之間的隔膜，并且所述閥致動(dòng)器組件是被隔離的致動(dòng)器組件。
12. —種伺服閥，包括閥體，所述閥體包括第一端、第二端和位于所述第二端的第一接口 ，其中所述第一接口構(gòu)造成接納第一導(dǎo)管；閥致動(dòng)器組件，所述閥致動(dòng)器組件靠近所述第一端設(shè)置在所述閥體內(nèi)；套筒，所述套筒固定安裝在所述閥體內(nèi)，其中所述套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口，其中所述內(nèi)腔的一部分包括第二接口 ，其中所述第二接口構(gòu)造成接納延伸穿過所述第一接口的第二導(dǎo)管，其中所述至少一個(gè)開口構(gòu)造成允許所述第一導(dǎo)管和所述第二導(dǎo)管之間的流體流動(dòng)，并且其中所述套筒位于所述閥致動(dòng)器組件和所述第一接口之間；禾口閥芯，所述閥芯可滑動(dòng)地連接到所述套筒的內(nèi)腔，其中所述閥芯與所述閥致動(dòng)器組件連接。
13. 如權(quán)利要求12所述的伺服閥，其特征在于，所述至少一個(gè)開口包括成環(huán)形陣列的開口。
14. 如權(quán)利要求13所述的伺服閥，其特征在于，所述閥芯構(gòu)造成在所述成環(huán)形陣列的開口上滑動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求13所述的伺服閥，其特征在于，所述至少一個(gè)開口中的每個(gè)開口包括圓形、槽形、正方形、矩形、三角形或任何其它適當(dāng)類型的形狀。
16. 如權(quán)利要求13所述的伺服閥，其特征在于，所述成環(huán)形陣列的開口從所述內(nèi)腔延伸至所述套筒的外表面。
17. 如權(quán)利要求12所述的伺服閥，其特征在于，還包括位于所述閥芯的內(nèi)腔中的內(nèi)腔室和靠近所述閥體的第二端的外腔室，所述外腔室圍繞所述內(nèi)腔室，所述外腔室構(gòu)造成與所述第一導(dǎo)管連通，所述內(nèi)腔室構(gòu)造成與所述第二導(dǎo)管連通。
18. 如權(quán)利要求12所述的伺服閥，其特征在于，還包括傳感器，其中所述傳感器構(gòu)造成感測(cè)所述閥芯相對(duì)于所述套筒的位置。
19. 如權(quán)利要求18所述的伺服閥，其特征在于，所述傳感器構(gòu)造成通過接觸式或非接觸式的感測(cè)技術(shù)來進(jìn)行感測(cè)。
20. 如權(quán)利要求18所述的伺服閥，其特征在于，所述傳感器包括接觸式電位計(jì)。
21. 如權(quán)利要求18所述的伺服閥，其特征在于，所述傳感器包括霍爾效應(yīng)傳感器、光學(xué)傳感器或電容傳感器。
22. 如權(quán)利要求18所述的伺服閥，其特征在于，還包括安裝在所述閥體內(nèi)的感測(cè)元件，其中所述傳感器安裝在所述閥的固定部分上。
23. 如權(quán)利要求22所述的伺服閥，其特征在于，所述感測(cè)元件安裝在所述閥的固定部分上。
24. 如權(quán)利要求22所述的伺服閥，其特征在于，所述感測(cè)元件安裝在所述閥的可動(dòng)部分上。
25. 如權(quán)利要求12所述的伺服閥，其特征在于，所述閥致動(dòng)器組件是電磁閥致動(dòng)器組件。
26. 如權(quán)利要求25所述的伺服閥，其特征在于，所述閥是電子控制的。
27. —種制造控制閥的方法，包括提供具有空腔和第一腔室的閥體；將套筒安裝在所述空腔和所述第一腔室之間，其中所述套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口，其中所述內(nèi)腔從所述套筒的第一端延伸至所述套筒的第二端，其中所述至少一個(gè)開口延伸穿過所述套筒的第二端，并且其中所述內(nèi)腔的靠近所述第二端的一部分形成第二腔室；將閥芯可動(dòng)地連接在所述套筒的內(nèi)腔中；禾口將閥致動(dòng)器組件連接到所述閥芯；其中所述第一腔室經(jīng)所述至少一個(gè)開口與所述第二腔室流體連通，并且其中所述閥芯構(gòu)造成在所述至少一個(gè)開口的至少一部分上運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)穿過其的流體流動(dòng)。
全文摘要
本文公開了一種控制閥。該閥包括閥體、套筒、閥芯和閥致動(dòng)器組件。閥體包括空腔和第一腔室。套筒位于空腔和第一腔室之間。套筒包括內(nèi)腔和至少一個(gè)開口。內(nèi)腔從套筒的第一端延伸至第二端。所述至少一個(gè)開口延伸穿過套筒的第二端。內(nèi)腔的一部分形成第二腔室。閥芯可動(dòng)地設(shè)置在內(nèi)腔中。閥致動(dòng)器組件與閥芯連接。第一腔室經(jīng)所述至少一個(gè)開口與第二腔室流體連通。閥芯構(gòu)造成可在所述至少一個(gè)開口的至少一部分上運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)穿過其的流體流動(dòng)。
文檔編號(hào)F16K31/02GK101743423SQ200880024807
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
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