PL235861B1 - Ferrodynamiczny siłownik - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest ferrodynamiczny cylindryczny siłownik (aktuator) przeznaczony do liniowego przemieszczania ruchomych elementów wykonawczych automatyki, a w szczególności do poruszania zaworów w silnikach spalinowych. Siłownik ten może również sterować układami hydraulicznymi i pneumatycznymi robotów i urządzeń, w tym urządzeń wykonujących oscylacyjny ruch liniowy o dużej częstotliwości. Siłownik ferrodynamiczny może być wykorzystany również do regulacji efektywnego stopnia sprężania w silniku spalinowym.

Znana jest z amerykańskiego opisu US2005007228 Tablica magnetyczna pola magnetycznego o wysokim natężeniu i siłownik w której zapewniony jest co najmniej jeden zestaw dwóch zagnieżdżonych układów magnetycznych, przy czym każdy zagnieżdżony układ magnetyczny ma magnes zewnętrzny, magnes środkowy i magnes wewnętrzny. Magnes zewnętrzny ma magnetyzację wskazującą w przynajmniej częściowo osiowym kierunku. Środkowy magnes ma magnetyzację zasadniczo prostopadłą do magnesowania zewnętrznego magnesu. Magnes wewnętrzny ma magnetyzację skierowaną zasadniczo przeciwrównolegle do namagnesowania zewnętrznego magnesu. Urządzenie obejmuje również co najmniej jedną cewkę przewodzącą prąd elektryczny usytuowaną co najmniej częściowo pomiędzy dwoma zagnieżdżonymi układami magnetycznymi. Co najmniej jeden zasadniczo przepuszczalny magnetycznie obiekt jest umieszczony co najmniej częściowo, pomiędzy dwoma zagnieżdżonymi układami magnetycznymi. Pręt jest integralny z zasadniczo magnetycznie przepuszczalnym obiektem.

Znany jest z amerykańskiego opisu US2003127317 miniaturowy siłownik, na przykład do zastosowania w pojeździć Micro Air, zawiera co najmniej jeden zagnieżdżony układ magnesów, z zewnętrznym pierścieniowym magnesem z namagnesowaniem wskazującym w kierunku osiowym, środkowym pierścieniowym magnesem z radialnym namagnesowaniem i wewnętrznym cylindrycznym magnesem z namagnesowaniem skierowanym przeciwrównolegle do namagnesowania zewnętrznego pierścieniowego magnesu. W jednym przykładzie wykonania urządzenie uruchamiające z magnesami trwałymi zawiera taki układ, a cewka przewodząca ma prąd rozproszony na, objętości przewodzącej cewki, przy czym pole magnetyczne układu jest prostopadłe do prądu znajdującego się w cewce. Cewka może znajdować się powyżej lub poniżej pierwszej matrycy magnetycznej. W innym przykładzie wykonania, przewodząca cewka jest umieszczona pomiędzy dwoma matrycami magnetycznymi. Cewka może mieć uzwojenie, które ma kształt naleśnika, solenoidu lub toroidalny może zawierać więcej niż jedno uzwojenie. Układy magnetyczne mogą być nachylone, aby umożliwić rozszerzanie się uzwojenia toroidalnego, umożliwiając kontrolę nad rozprzestrzenianiem się pola magnetycznego w szczelinie.

Również znany jest z amerykańskiego opisu US2005168311 siłownik magnetyczny o dużym natężeniu pola magnetycznego posiadający co najmniej jeden zestaw dwóch magnesów gdzie co najmniej jeden z magnesów ma zewnętrzną część magnetyczną, środkową część magnesu i wewnętrzną część magnesu. Zewnętrzna część magnesu ma magnetyzację wskazującą w co najmniej częściowo osiowym kierunku. Środkowa część magnesu ma magnetyzację zasadniczo prostopadłą do namagnesowania zewnętrznej części magnesu. Wewnętrzna część magnetyczna ma magnetyzację skierowaną zasadniczo przeciwrównolegle do namagnesowania zewnętrznej części magnesu. Urządzenie zawiera także co najmniej jedną cewkę przewodzącą prąd elektryczny usytuowaną co najmniej częściowo pomiędzy zestawem dwóch magnesów. Co najmniej jeden zasadniczo magnetycznie przepuszczalny obiekt jest umieszczony co najmniej częściowo pomiędzy zestawem dwóch magnesów. Pręt jest integralny z zasadniczo magnetycznie przepuszczalnym obiektem.

Z polskiego opisu patentowego P351981 znany jest napęd elektromagnetyczny bistabilny z magnesem trwałym zawierający: jarzmo magnetyczne, co najmniej jeden magnes trwały, zworę magnetyczną zamocowaną ruchomo pomiędzy dwoma położeniami stabilnymi, element do przestawiania zwory z jednego położenia stabilnego w drugie, przy czym w pierwszym położeniu stabilnym elementy napędu tworzą pierwszą część obwodu magnetycznego o dużej reluktancji i drugą część obwodu o małej reluktancji, a w drugim położeniu stabilnym elementy napędu tworzą pierwszą część obwodu o małej reluktancji i drugą część obwodu magnetycznego o dużej reluktancji, charakteryzujący się tym że, pomiędzy ruchomą zworą i jarzmem znajduje się podkładka z materiału elastycznego o własnościach materiału magnetycznego i względnej przenikalności magnetycznej większej od 1,1.

Dotychczas stosowane siłowniki zbudowane są z wykorzystaniem magnesów trwałych bądź to w stojanie bądź w biegniku. Dlatego siłowniki takie można uważać za hybrydowe. Umieszczone na czę

PL 235 861 B1 ści stałej lub ruchomej magnetowodu, magnesy trwałe nieco osłabiają konstrukcję. Są one mało odporne na drgania i znaczny wzrost temperatury. Użyteczna siła magnetyczna powstaje w nich w wyniku oddziaływania pól magnesów trwałych i uzwojeń. Siłowniki do sterowania zaworami silnika spalinowego są narażone na w/w czynniki. Chociaż magnesy trwałe generują stosunkowo duże strumienie magnetyczne, to stanowią duży opór dla strumieni wytwarzanych przez uzwojenia sterujące, powodując jego zmniejszenie, co jest niekorzystne dla sterowania.

Celem wynalazku jest konstrukcja ferrodynamicznego siłownika liniowego, który nie posiada magnesów trwałych o konstrukcji bardziej odpornej na drgania, co pozwoli na zastosowanie go w urządzeniach narażonych na wstrząsy. Przykładem może być silnik spalinowy.

Istotą siłownika ferrodynamicznego zbudowanego z magnetowodu składającego się ze stojana, złożonego z cylindra, podstawy górnej i dolnej oraz przekładki ferromagnetycznej, a także biegnika jest to, że posiada nieruchome cewki uzwojenia bazowego i nieruchome cewki uzwojenia sterującego.

Korzystnie jest gdy siłownik ferrodynamiczny posiada bieguny stojana będące fragmentami jego podstawy górnej i dolnej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie konstrukcji ferrodynamicznego siłownika liniowego, nie posiadającego magnesów trwałych gdzie siła magnetyczna siłownika powstaje w wyniku oddziaływania dwóch namagnesowanych elementów ferromagnetycznych, czyli stojana i biegnika. Tego typu konstrukcja jest bardziej odporna na drgania, co predysponuje ją do zastosowań w urządzeniach narażonych na wstrząsy takich jak elementy wykonawcze automatyki, w szczególności do poruszania zaworów w silnikach spalinowych. Siłownik ten może również sterować układami hydraulicznymi i pneumatycznymi robotów i urządzeń, a w tym urządzeń wykonujących oscylacyjny ruch liniowy o dużej częstotliwości.

Przedmiot rozwiązania pokazany jest na RYS. 1, który przedstawia połowę przekroju ferrodynamicznego siłownika (aktuator).

Przykład wykonania

Siłownik ferrodynamiczny tworzy magnetowód składającego się ze stojana, utworzonego przez cylinder 1, podstawę górną 7 i dolną 8 oraz przekładkę ferromagnetyczną 9, oraz ferrodynamiczny biegnik 2 posiada nieruchome cewki 3, 4 uzwojenia bazowego i nieruchome cewki 5, 6 uzwojenia sterującego, ponadto bieguny 10 i 11 stojana są fragmentami podstawy górnej 7 i dolnej 8 siłownika.

Sposób działania siłownika ferrodynamicznego polega na tym, że użyteczna siła magnetyczna powstaje poprzez oddziaływanie pól uzwojenia bazowego nieruchomych cewek 3, 4 i uzwojenia sterującego nieruchomych cewek 5, 6 na ferromagnetyczny biegnik 2, przy czym jednocześnie jedna z cewek 5 albo 6 uzwojenia sterującego wzmacnia pole magnetyczne uzwojenia bazowego nieruchomych cewek 3, 4 a druga je osłabia tak, że strumień wypadkowy przechodzący przez biegnik 2 będący w położeniu górnym jak i dolnym jest taki sam. Poprawia to własności dynamiczne siłownika.

Claims (2)

1. Siłownik ferrodynamiczny zbudowany z magnetowodu składającego się ze stojana, złożonego z cylindra (1), podstawy górnej (7) i dolnej (8) oraz przekładki ferromagnetycznej (9), a także biegnika (2), znamienny tym, że posiada nieruchome cewki (3), (4) uzwojenia bazowego i nieruchome cewki (5), (6) uzwojenia sterującego.

2. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że bieguny (10) i (11) stojana są fragmentami podstawy górnej (7) i dolnej (8) siłownika.