SE509806C2 - Dubbelverkande elektromagnetisk aktuator - Google Patents

Description

30 509 806 2 KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfirmingsenliga elektromagnetisk alduatorn utmärkes av patentlcravets 1 kännetecknande del.

Genom den uppfinningsenliga elektromagnetiska aktuatorn erhålles en dubbelverkande elektromagnetisk aktuator med låg egenvikt på rörliga delar vilket ger snabb reaktionstid Den uppfinningsenliga elektromagnetisk aktuatorn saknar även elektriska anslutningar till den rörliga delen, vilket ger en hög Övriga uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av övriga patentkravs känne- tecknande delar samt den efterföljande beskrivningen av uttöringsexempel. Beskrivningen av uttöringsexempel sker med hänvisning till figurer angivnai följande figurförteckrlirtg.

FIGURFÖRTECKNING Figur l, visari en sidovy en uppfinningsenlig elektromagnetisk aktuator.

Figur 2 visar aktuatorn i figur l sedd uppifrån.

Figur 3a, 3b samt 3c visar strömmen genom den stationära spolen, strömmen genom den rörliga spolen respektive kraften som alstras av den rörliga spolen.

Figur 4, visar en analog krets för detektering av aktuatorns läge.

Figur 5, visar en alternativ lösning på aktuator.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 1 visas den uppfinngsenliga elektromagnetiska alctuatom. En stationär spole 1,6 är lindad på en kärna 5, företrädesvis en ferritkärna. I detta utföringsexempel är den stationära lindningen uppdelad i två seriellt sammankopplade spolsegment, vardera lindade runt två parallella ben på kärnan. Altemativt kan kärnan vara tillverkad av laminerad plåt. En ferritkäma, även om den är något dyrare, är att föredra En reglerbar strömkälla 7 är ansluten till den stationära lindningen, för reglering av strömmen Ip genom den stationära lindningen.

En relativt den stationära spolen rörligt anordnad andra spole 2 är lindad på en spolstomme 3.

Spolstommen är företrädesvis styrd på ett tredje ben på kärnan 5, vilket tredje ben är parallellt med de två ben på vilka den stationära lindningen är lindad, samt anordnad emellan dessa. Spolstommen samt den därpå lindade spolen är anordnadi en luftgap 4 emellan den stationära spolens ben.

I syfte att hålla kvar den rörliga spolen på den på kärnan utbildade och spolen styrande armen är spolstommen 3 anordnad med en fläns 10 på sin nedre del i figur l. Flänsens 10 övre sida och undre sida, sett i figuren 1, fungerar som en första respektive andra stoppklack 10 vilken samverkar med en första respektive andra stoppklack på kärnan. Den första stoppklacken 11 på kärnan bildas av två 20 30 3 509 806 radiellt inåtnilrtade utsprång på de armar på vilka den stationära spolens segment är lindade vilka stoppklackar begränsar den andra rörliga spolens rörelse i ett första utskjutet läge.

Den andra stoppklacken 12 på kärnan begränsar den andra rörliga spolens rörelse i ett andra indraget ändläge på den rörliga spolen 2 relativt den stationära spolen 1,6.

I den visade trtftiringsformen är spolstommen cylindrisk. vilket framgår av figur 2, med en fast anordnad imegrerad aktuatorarm 8. Spolstommen kan i alternativt ges andra former, med exempelvis rektangulära eller andra flerhörniga tvärsnitt, utan att uppfiningstanken frångås.

Den på spolstommen lindade rörliga spolen är kortsluten via en diod 9, vilken endast leder ström i en Dioden kan ersättas med ekvivalenta komponenter vilka endast tillåter en ström att utbildas ienriktningidenandraspolens lindning, vilkenströmi den andraspolenslindninginducerasfrånett elektriskt tält genererat av en ström genom den första spolen Funktionen på den elektromagnetiska akmatom beskrives närmare med hänvisning till ström- och lnaftkrtrvtxna visade i figurerna 3a-3c, som ftmktion av tiden Dessa principiella kurvor har erhållits vid en praktisk utprovning av en ufingsform motsvarande den som visas i figur l. I 3a visas strömmen I, genom den stationära spolen 1,6, vilken ström regleras på konventionellt sätt genom den anslutna snömkällan 7. I 3b vias strömmen I., genom den rörliga spolen 3, vilken ström indueeras av det magnetfält som byggs upp av den stationära spolen. I figur 3c visas den kraft F som erhålles via 8, när magnetfiiltet i luftgapet 4 påverkar den rörliga spolen 2.

I den visade utiöringsformen definieras först en “in-cykel", vilket motsvarar att den rörliga spolen vill dras in, i en riktning nedåt i figur 1. Vid in-cykelns start initieras strömmen Ipi den stationära spolen 5,6, vilket bygger upp ett magnetfält som i sin tur indueerar strömmen I., i den rörliga spolen 4. Vid tidpunkten A nå' strömmen i den stationära spolen sitt maximum, vid vilken tidpunkt även strömmen idenrörliga spolensamtdendenerhållnaluaftenfi-ånaktuatorarmennårsinmaximum.Straxeftu tidpunkten A börjar en reducering av strömmen Ip genom den stationära spolen vilket resulterar i att även strömmen L; genom den rörliga spolen börjar reduceras. Kraften F som utvecklas ibljer ln-aftekvationen; F==BoI,, oL, därB ärñiltstyrkanpådetmagnetfiltet ochLlängdenpåledareni lrraftiältet, där en kraft utvecklas under hela cykeln.

För att bibehålla en kontinuerlig kraftpåverkan på aktuatorn så att den hålls indragen upprepas sekvensen ovan lmntinuerligt. I figuren visas dock bara två sekvenser under ineykeln.

I 'firt-cykelnfi vilket motsvarar att den rörliga spolen vill skjutas ut, i en riktning uppåt i figur l, initieras en ström i motsatt riktning genom den stationära spolen. Denna ström bygger upp ett magnetfflt med motsatt riktning relativt in-cykeln, vilket magnetflält vill induoera en stnöm i den rörliga spolen då tältet och strömmen avtar. Direkt efter tidpunkten B börjar strömmen genm den 10 20 25 30 35 509 806 i 4 stationära spolen att reduceras, vilket leder till att magnetfältet börjar inducera en ström i den rörliga spolen med samma riktning som den som induceras under in-cykeln. En kraft F, vilken följer nämnd lcraftekvation (F = B 0 Id 0 L ) , erhålles vilken är riktad åt andra hållet relativt incykeln, då B byter tecken. I figuren visas dock bara två sekvenser under utcykeln.

Utprovning har även visat attt en lägesbestärnning av den rörliga spolen kan utföras genom att detektera @, se figur 3, vilket motsvarar d Ip/ dt, tidsderivatan av strömmen genom den stationära spolen. @ minskar ju mindre av den rörliga spolen som som befinner sig i den magnetiska kretsen.

Denna lägesbestämning, dvs detektering av , kan lämpligen utföras med hjälp av konventionella analoga kretsar. l figur 4 visas en principiell lösning för en sådan enkel analog krets. Här användes en operationsförstärkare OP vilken med motståndet R samt kondensatorn C är kopplad så att signalen Ip på ingången ger en utsignal d Ip /dt på utgången. Kretsen kräver dock i en praktisk implementation en viss komplettering av logik för korrekt analys samt sarnpling av signalen.

Den uppfinningsenliga eleldromagentiska aktuatorn kan även i en vidare variant regleras på läge, där den behandlade positionssignalen kan användas som en återkopplad lägesindikering. Genom att moderera pulsbredd i in- samt ut-cykeln, kan aktuatorn bibringas ett godtyckligt mellanläge mellan de två ändlägena.

I syfte att säkerställa att en förbestämd lägsta kraftnivå skall erhållas från aktuatorn, kan primärsuömmen Ip genom primärlindningen regleras runt en högre ahsolutnivå, dvs där Ip aldrig reduceras till en nollnivå. Detta kan ge aktuatorn en förbättrad verkningsgrad.

Uppfinningen kan inom ramen för patentkraven modifieras på ett flertal sätt. Exempelvis kan kärnan ges en annan form och den stationära spolen kan utgöras av endast ett segment. I exemplvis figur 5 visas i en sidovy en produktionsanpassad variant där primärlindningen 6' lindas på kärnans 5' rnittben, koncentriskt med sekrmdärlindningen 2”. Denna variant ger en bättre transformatorverkan, där kärnan kan ges en rotationsymmetrisk form, relativt axel X. Samtidigt erhåller primärlindningen 6'en bättre skyddad kapsling.

I de fall aktuatorn skall användas i mer effekt-ikraft krävande applikationer kan det likriktarrde elementet ersättas av MOS-FET teknik, i syfte att reducera effektförluster över likriktarelementet.

Med MOS-FET teknik kan spänningsfallet i framriktnntingen reduceras från storleksordningen 0,7 volt üll bråkdelar därav.

Claims (7)

10 20 30 35 s 509 806 PATENT KRAV

1. Elektromagentisk aktuator för snabb linjär rörelse med måttlig slaglängd med en stationärt anordnad första elektrisk spole (1,6) samt en andra rörlig spole (2), där den stationära spolens lindning är ansluten till en reglerbar strömkälla (7) och där den rörliga spolens lindning är kortsluten utangalvmfskkontalttmedexternsuömkälla känn e teckn a d a v attelektromagnetiska aktuatorns rörliga spoles lindnings ändar är kortslutna via ett likriktande element (9) vilket endast tillåter en ström att utbildas i en rikming i den rörliga spolens lindning, vilken ström i den rörliga spolens lindning induceras från ett elektriskt flilt genererat av en ström genom den stationära spolen (1,6).

2. Elektromagentiskalduator enligtpatentkravl kän ne te ckn a d a v andetliln-iktande elementet (9) utgöres av en diod, företrädesvis en diod av halvledartyp.

3. Elektromagnetiskaktuatorenligtpatentkrav 1 eller 2 kärr n e te ckn a d av attden första elektriska spolen (1,6) är lindad på en kärna (5), företrädesvis en ferritkärna, och där den andra rörliga spolen är anordnad på en spolstomme (3) vilken är anordnad med en luftspalt (4) till och styrd av ett utsprång på kärnan.

4. ElektmmagnetiskaktuatorenJigtpatenthaVZ kän ne teckn ad av attdetstrmmeniden rörliga qaolens lindning likriktande elementet (9) är anordnat integrerat på spolstommen (3) tillsammans med den rörliga spolens lindning.

5. Elektromagnetiskaktuatorenligtpatentkrav4 k än n e te ek n a d a v att spolstommen (3), vilken den andra rörliga spolen (2) är fast anordnad på, även innefattar en integrerad akruatotamt (8).

6. Elektromagnetiskakruatorenligtpatentlnav5 kän n e teckn a d av attspolstommenß) innefattar en första och andra stoppklack (10) vilken i samverkan med en första respektive andra stoppklack på kärnan (ll resp. 12) begränsar den andra rörliga spolens rörelse i ett Rirsta respektive andra ändläge relativt den första stationära spolen.

7. Eleknomagnefiskaktuatorenligtnågotavtöregående patentlaav kän n e te ckn a d a v till aktuatorns 6 är ansluten en detekterande krets (C,R,OP) med vilken en detektering av ett värde motsvarande ändringshastiglreten på den genom primärlindningen utvecklade strömmen Ip, dvs dIp/dt, kan detekteras, vilket värde kan användas för positonsbestämning av aktuatorrts spole.