具体实施方式

在详细解释本公开的任何方面之前，应当理解的是，本公开在其应用上不限于在以下说明书中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本公开能够具有其他配置，或以各种方式实践或执行。另外，应当理解的是，本文所使用的措辞及术语是为了描述的目的并且不应被视为限制性的。在本文中，“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”及其变体意味着涵盖之后列出的条目和它们的等效物以及另外的条目。除非另外指定或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不仅限于物理的或机械的连接或耦合。

提供以下讨论以使本领域技术人员能够作出和使用本公开的各方面。对所示的配置的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的各方面的情况下，本文中的一般原理可以应用于其他配置和应用中。因此，本公开的各方面并不打算受限于所示的配置，而是将被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最广泛的范围。参考附图阅读以下具体实施方式，其中不同附图中的相似要素具有相似的编号。不一定按比例绘制的附图描绘了所选的配置并且不旨在限制本公开的范围。本领域技术人员将认识到，本文中提供的非限制性示例具有许多有用的替代方案并且落入本公开的范围内。

本文使用的术语“轴向”及其变体是指通常沿着特定部件或系统的对称轴、中心轴或延长方向延伸的方向。例如，部件的轴向延伸结构通常可以沿着与该部件的对称轴或延长方向平行的方向延伸。类似地，本文使用的术语“径向”及其变体是指通常垂直于相对应的轴向方向的方向。例如，部件的径向延伸结构通常可以至少部分地沿着与该部件的纵轴或中心轴垂直的方向延伸。本文使用的术语“周向”及其变体是指通常围绕对象的圆周或外围、围绕对称轴、围绕中心轴或围绕特定部件或系统的延长方向延伸的方向。

本文使用的术语“分离”是指彼此间隔开的特征。例如，部件的轴向分离特征可以是沿着轴向方向彼此间隔开的特征。除非另有规定或限制，否则术语“分离”的使用并不旨在要求特征相对于参考方向的任何其他特定对准。例如，轴向分离的部件通常可以相对于轴向方向彼此间隔开，同时沿着公共轴向延伸参考线设置或以其他方式对准或不沿着公共轴向延伸参考线设置或以其他方式对准。类似地，例如，径向分离的部件通常可以相对于径向方向彼此间隔开，同时相对于轴向方向彼此分离或彼此不分离。类似地，例如，周向分离的部件通常可以相对于周向方向彼此间隔开，同时相对于径向方向或轴向方向彼此分离或彼此不分离。

总体上，本公开提供了用于具有永磁体的螺线管的系统和方法。永磁体可以轴向充磁(即，磁体的北极和南极可以与由螺线管限定的轴向方向或致动方向对准)，并且可以布置在两个不移动的部件之间，该两个不移动的部件参与在螺线管中的电枢的致动期间由导线线圈产生的磁通量回路。在一些非限制性示例中，永磁体可以被布置为与极片和端盖或端板之间的螺线管的轴向端相邻。该布置可以将永磁体定位在螺线管内，使得该永磁体不与由螺线管中的电枢的冲程限定的轴向致动范围轴向地重叠。与常规的螺线管相比，该布置可以提供磁性材料的成本效益和有效使用。

通常，螺线管可以包括在一个或多个位置之间选择性地可移动的电枢。例如，电枢可以从第一位置可移动到第二位置，并且可以从第二位置可移动到第一位置。电枢可以通过与偏置机构(例如，弹簧、连杆或能够在表面上提供偏置力的其他机械设备)的物理接合保持或维持在第一位置，并且该电枢可以通过由永磁体提供的磁吸引保持或维持在第二位置。

图1示出了根据本公开的螺线管100的一个非限制性示例。螺线管100可以包括外壳102、极片104、端板或端盖106、电枢108和永磁体109。通常，该螺线管的部件可以绕着中心轴110同心地布置。

在所示的非限制性示例中，外壳102可以限定大致圆柱形形状并且可以由磁导材料(例如，磁钢、铁、镍等)制成。在其他非限制示例中，外壳102可以根据期望限定其他形状。外壳102可以形成为整体部件(即，为单件材料)并且可以包括外壁部分112、顶壁部分114和内壁部分116。外壳102可以限定第一端118和与第一端118轴向相对布置的第二端120。外壁部分112可以在第一端118处附接或耦合到端板106。外壁部分112可以从第一端118轴向地延伸到第二端120处的外壁部分112和顶壁部分114之间的连结处。顶壁部分114可以从外壁部分112和顶壁部分114之间的连结处径向向内(例如，径向地朝向中心轴110)延伸到顶壁部分114和内壁部分116之间的连结处。内壁部分116可以从顶壁部分114和内壁部分116之间的连结处轴向地延伸到锥形端122。内壁部分116可以从第二端120朝向第一端118轴向地延伸。内壁部分116的锥形端122可以随着其朝向第一端118轴向地延伸来限定径向厚度的逐渐减小。

在一些非限制性示例中，外壳102的部分可以由一个或多个单独的部件形成。例如，在一些非限制性示例中，内壁部分116可以由附接或耦合到外壳102的极片或另一个磁导部件、或螺线管100的另一个部件形成。在一些非限制性示例中，端板106可以与外壳102形成在一起(例如，作为整体部件)，并且顶壁部分114可以耦合到外壳102作为附加端盖，并且内壁部分116可以与顶壁部分114一体形成或耦合到顶壁部分114。

极片104可以至少部分地布置在外壳102内。极片104可以由磁导材料(例如，磁钢、铁、镍等)制成。在所示的非限制示例中，极片104可以从永磁体109朝向外壳102的第二端120轴向地延伸。极片104可以包括锥形部分124、电枢凹槽126和弹簧凹槽128。锥形部分124可以布置在极片104的一个轴向端处，并且在锥形部分124朝向第二端120轴向地延伸时可以限定逐渐减小的径向厚度。在所示的非限制性示例中，轴向间隙被布置在外壳102的锥形端122和锥形部分124之间。电枢凹槽126可以从锥形部分124的近端径向向内延伸以限定电枢表面130。弹簧凹槽128可以与电枢凹槽126轴向地分离并且可以比电枢凹槽126径向向内延伸更远以限定弹簧表面131。

端板106可以附接或耦合到外壳102的第一端118。例如，外壳102的第一端118可以粘合地附接、卷曲、焊接或压装到端板106上。在任何情况下，端板106可以包封壳体102的通常打开的第一端118。端板106可以由磁导材料(例如，磁钢、铁、镍等)制成。在所示的非限制性示例中，端板106可以限定大致环形形状，该大致环形形状包括从端板106的中心部分轴向地延伸的轴承突出部132。轴承突出部132远离永磁体109轴向地延伸并且包括轴承表面134。

通常，电枢108可以至少部分地布置在外壳102内并且可以从第一位置可移动到第二位置，并且可以从第二位置可移动到第一位置。电枢108可以由磁导材料(例如，磁钢、铁、镍等)制成。在所示的非限制性示例中，螺线管100可以包括电枢管136，在该电枢管136内可移动地接收电枢108。电枢管136可以是由非磁导材料(例如，非磁导不锈钢)制成的薄壁管。电枢108可以包括销138，该销138轴向地延伸穿过电枢108的至少一部分并且从电枢108轴向地突出。在所示的非限制性示例中，销138可以从电枢108轴向地突出并且可滑动地由端板106的轴承表面134接收或与端板106的轴承表面134接合。销138可以进一步从端板106的轴承突出部132轴向地突出，这允许销138向外部部件提供力或位移。

在所示的非限制性示例中，永磁体109可以轴向地布置在极片104和端板106之间。永磁体109可以限定环形形状并且可以被轴向地充磁(即，永磁体109的北极和南极与中心轴110对准或与中心轴110平行)。

继续参考图1，螺线管100可以进一步包括被布置在外壳102内的导线线圈140。导线线圈140可以围绕线轴142缠绕。线轴142可以由非磁导材料(例如，塑料)制成并且可以被布置在外壳102内，使得导线线圈140围绕电枢108的至少一部分缠绕。例如，导线线圈140可以由被配置为产生磁场的铜线圈制成，从而响应于导线线圈140通电(即，电流施加到导线线圈140)，向电枢108施加力。磁场的大小和方向或极性，以及施加到电枢108的力，可以由施加到导线线圈140的电流的大小和方向来控制。在一些非限制性示例中，导线线圈140可以经由螺线管100上的电气触点(未示出)与控制器(未示出)进行电气通信。该控制器可以被配置为以特定的大小和方向选择性地向导线线圈140施加电流。

通常，螺线管100可以进一步包括偏置机构，该偏置机构与电枢108接合，以使电枢108维持或保持在第一位置和第二位置中的一个。在所示的非限制性示例中，螺线管100可以包括弹簧144，该弹簧144在电枢108和极片104之间偏置。具体地，弹簧144可以在电枢108的第一表面146和极片104的弹簧表面131之间偏置并与电枢108的第一表面146和极片104的弹簧表面131接合。弹簧144可以被配置为对电枢108施加轴向力，使得电枢108偏置朝向第一位置(例如，从图1的角度来看轴向地朝上偏置)。

在一些非限制性示例中，极片104可以为销138提供轴承表面。例如，图2示出了螺线管100的另一个非限制性示例，其中端板106不包括轴承突出部132和轴承表面134。相反，轴承突出部132和轴承表面134形成为极片104的一部分。在该非限制性示例中，极片104包括轴向地延伸过永磁体109的薄壁部分150。如本文所描述的，外壳102和端板104可以被设计为一起形成或作为耦合在一起的单独部件。图3示出了螺线管100的一个非限制性示例，其中端板106与外壳102形成在一起，并且内壁部分116可以与顶壁部分114一体形成并且耦合到外壳102的第二端120。替代地，图4示出了非限制性示例，其中外壳102的外壁部分112与内壁部分116、顶壁部分114和端板106的组合分离地形成。

参考图5，在操作中，永磁体109和/或导线线圈140可以生成磁通量路径或回路152，该磁通量路径或回路152向电枢108提供力。通常，永磁体109可以生成围绕并穿过外壳102、极片104和端板106循环的磁量通路径152。由导线线圈140生成的磁场可以补充或中断由永磁体109生成的磁通量路径152以影响电枢108的运动，这取决于供应给导线线圈140的电流的极性和所产生的磁场的极性。应当理解，图5中所示的磁通量路径152适用于本文所示的所有螺线管的设计(即，图1-图4、图6和图7)。在其中极片104包括延伸过永磁体109的薄壁部分150的配置中，由永磁体109生成的磁通量可能穿过端板106和极片104而发生不期望的短路。图5中短路磁通量回路154示出了该不期望的短路。短路磁通量回路154仅用于说明性目的示出，并且如本文所描述的，螺线管100被设计为防止或消除来自永磁体109的磁通量的短路。应当理解，在图5中螺线管100的相对侧上的磁通量路径152和短路磁通量回路154仅出于说明性目的示出。在操作中，这些将围绕螺线管100周向地发生(即，在图5中的中心轴110的两侧上)。

通过将极片104的薄壁部分150的尺寸标注(dimension)为在制造公差范围内尽可能地径向薄，可以防止或消除短路磁通量回路154。通过将薄壁部分150尺寸标注为在横截面(即，磁通可以行进穿过的区域)中径向薄，由永磁体109生成的流过薄壁部分150的磁通量可以故意饱和，从而可以防止或消除短路磁通量回路154的生成。

在一些非限制性示例中，薄壁部分150可以包括各种几何特征，这些几何特征有助于减小促进此段路的磁通量可能流过的径向横截面。例如，图6和图7示出了螺线管100的非限制性示例，其中薄壁部分150包括在薄壁部分150中限定径向凹槽的凹口156。凹口156在几何上确保行进穿过薄壁部分150的磁通量饱和，这防止或消除短路磁通量回路154。

无论极片104和端板106的几何构造如何，螺线管100可以被配置为在第一位置或缩回位置和第二位置或延伸位置之间选择性地移动电枢108，从而使销138在第一位置或缩回位置和第二位置或伸出位置之间选择性地移动，反之亦然。螺线管100的一般操作将参考图4和图5进行描述。以下对螺线管100的操作的描述也适用于图1和图2中所示的螺线管设计。

图6示出了处于第一位置处的电枢108，其中销138处于缩回位置。在导线线圈140断电(即，没有电流供应给导线线圈140)时，通过弹簧144和电枢108之间的接合，电枢108可以维持或保持在第一位置。弹簧144可以对电枢108提供力(例如，从图6的角度来看在朝上的方向上)，该力使电枢108维持在第一位置。例如，弹簧144的力可以大于由永磁体109生成的磁通量路径152提供的电枢108和极片104之间的磁吸引。当期望将电枢108从第一位置转换到第二位置时，可以以第一极性向导线线圈140施加电流。施加到导线线圈140的具有第一极性的电流可以补充或增加由永磁体109生成的磁通量路径152，该磁通量路径152在与弹簧144的力相反的方向上对电枢108提供电磁力。在一些非限制性示例中，第一极性可以与由永磁体109限定的极性对准或相同。由导线线圈140提供的电枢108上的附加电磁力(例如，从图6的角度来看在朝下的方向上)可以克服弹簧144的力，并且电枢108可以从第一位置移动到图7所示的第二位置。

如图7所示，当电枢108处于第二位置时，电枢108的第一表面146可以与极片104的电枢表面130接合。电枢108从第一位置到第二位置的移动可以轴向地延伸销138。在导线线圈140断电(即，没有电流供应给导线线圈140)时，电枢108可以通过电枢108和永磁体109之间的穿过电枢108和极片104之间的接合的磁吸引维持或保持在第二位置。在端板106和极片104之间的永磁体109的轴向布置将永磁体109布置为与螺线管100(即，电枢108)的移动元件不直接接触。从磁性的角度来看，该布置是有效的，因为电枢108的冲程不与永磁体109轴向地重叠。也就是说，当电枢108在第一位置和第二位置之间移动时，永磁体109与由电枢108横穿的轴向冲程轴向地分离。

当期望将电枢108从第二位置转换到第一位置时，可以向导线线圈140以与第一极性相反的第二极性施加电流。施加到导线线圈140的具有第二极性的电流可以中断由永磁体109生成的磁通量路径152，这可以减少在作用于保持电枢108与极片104接合的方向(例如，从图7的角度来看朝下的方向)上的电枢108上的力。.由导线线圈140生成的磁场对永磁体109的磁场的中断可以将电枢108上的力减小足够的量以允许弹簧144将电枢108移动到第一位置(图6)，这将销138从伸出位置移动到缩回位置。

如图8所示，在第二或伸出位置(图7)，螺线管100的磁性设计可以提供具有第二极性的预定义电流大小，在该第二极性的预定义电流大小处由永磁体109生成的磁通量路径152被取消并且施加到电枢108的磁力为零，从而允许弹簧144将电枢108移回第一位置。在导线线圈140断电时，由于电枢108和极片109之间的接合(图8中为0A保持力)，磁通路径152可以在电枢108上生成力，该力作用于将电枢108维持在第二位置(例如，在从图7的角度来看朝下的方向上)。该保持力的大小可以大于由弹簧144提供的对电枢108力，该力在导线线圈140断电时将电枢108维持在第二位置。

在一些非限制性示例中，当电枢108从第二位置移动到第一位置时，可以向导线线圈140供应具有第二极性的电流，该电流的大小等于预定义的电流大小，或者在预定义电流大小的预定义公差内。通过向导线线圈140供应电流，其大小等于预定义电流大小或在预定义电流大小的预定义公差内，可以充分减小电枢108上的保持力(例如，将电枢108朝下推入极片104的力)以允许弹簧144将电枢108移动到第一位置。如果电流的大小不在预定义的电流大小，或者不在预定义的电流大小的预定义公差内，则电枢108上的保持力会增加并且防止电枢108移动到第一位置。

通常，与常规螺线管设计相比，螺线管100的设计可以从制造和磁性角度提供简化设计。例如，螺线管的设计可以消除用于在两个或更多个位置之间移动电枢的使用两个或更多个导线线圈或线圈托架的需要。

在本说明书内，已经以使得能够书写清楚且简洁的说明书的方式描述了本说明书实施例，但是旨在并将被理解的是，在不背离本发明的情况下实施例可以是以不同方式组合的或分离的。例如，应当理解，本文所描述的所有优选特征都可适用于本文所描述的发明的所有方面。

因此，虽然已经结合特定实施例和示例描述了本发明，但是本发明不必受如此限制，并且许多其他实施例、示例、使用、修改以及对所述实施例、示例和使用的偏离旨在被所附权利要求所涵盖。本文引述的每一项专利和出版物的全部公开内容通过引用并入本文，如同每一项此类专利或出版物通过引用单独并入本文。

在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。