Camcon binární aktuátor - Camcon binary actuator

The Camcon binární aktuátor je elektronicky řízené elektromagnetické ovládací zařízení, které se fyzicky pohybuje mezi 2 stabilními stavy. Na rozdíl od a solenoid technologie binárních akčních členů (BAT) využívá energii pouze při přepínání mezi stavy. Nevyžaduje, aby jím prošel konstantní proud.

Konstrukce a provoz

Binární aktuátor se skládá z elektromagnet že polarizuje tyč spočívající mezi 2 magnetickými póly, které jsou umístěny na jednom konci tyče. Náboj na tyči pak zažívá přitažlivost k jednomu nebo druhému pólu, což způsobí, že se konec tyče připojí k jednomu ze dvou pólů magnetického obvodu. Když se jeden konec tyče pohybuje k jednomu magnetickému pólu, tyč se otáčí ve svém středu a druhý konec tyče se pohybuje v opačném směru. Tento pohyb lze použít k ovládání těsnění ventilu nebo otevření průchodu.

Tento design je bistabilní, což znamená, že zůstane v kterékoli poloze, dokud nebude vyzván k přijetí dalšího stabilního stavu pomocí procesu, jak je popsáno výše. Konec tyče zůstane vždy v kontaktu s jedním nebo druhým pólem, i když systémem neprotéká žádný proud. Část přitažlivé síly je uložena v pružinách, zatímco tyč zůstává v kterékoli poloze, aby napomohla zrychlení tyč do jeho druhé polohy, když magnetický tok je obrácen. To šetří energii kdykoli magnetické pole spínače, které na přepnutí do kterékoli polohy zase používají méně energie. Díky tomu je binární aktuátor energeticky efektivní

Binární aktuátor lze použít k otevírání a zavírání různých portů ovládajících vzor a průtok podle potřeby, jak je znázorněno. Síly spojené s binárním aktuátorem jsou zobrazeny

Síly zapojeny[1]

K výpočtu sil a momentů lze použít následující vzorec:

Fp = Φ2 P / 4

Kde Fp [N] = tlaková síla, Φ [mm] je průměr otvoru a P [bar] je tlakový rozdíl na vstupu

Δ F = Fh-Fp

Kde Fh [N] je přídržná síla a Fp [N] je tlaková síla

Fs = Fh / cos a

Kde Fs [N] je síla pružiny, Fh [N] je přídržná síla a [°] = úhel sklonu pružiny

Pá = Fh opálení (a)

Kde Fr [N] je rotační síla, Fh [N] je přídržná síla a [°] = úhel sklonu pružiny

Ms = Fr (r-K) cos c

Tam, kde Ms [Nm] je hybná síla, která je způsobena silou pružiny, Fr [N] je rotační síla, K [mm] = posunutí pružiny, a c [°] je úhel projekce otočné síly

Mp = Δ F Φ / 2

Kde Mp [Nm] - reverzní hybnost způsobená tlakem a Φ [mm] je průměr otvoru

Mr = Ms + Mp

Kde Mr [Nm] = efektivní reverzní hybnost, Ms [Nm] je reverzní hybnost způsobená silou pružiny a Mp [Nm] - reverzní hybnost způsobená tlakem a Φ [mm] je průměr otvoru

Mh = Fm L

Kde Mh [Nm] je moment hybnosti, Fm [N] = magnetická síla a L [mm] je účinná délka výkyvné tyče

A aby se ventil udržoval v uzavřeném stavu, musí být Fh větší než Fp.

Dějiny

Binární aktuátor Camcon vyvinul Wladyslaw Wygnanski. Vývojovým principem BAT byl koncept vnitřní recyklace energie, který byl poprvé použit k vytvoření rychle reagujícího pneumatického klaksonu[2] s vysokou energetickou účinností pro vzduchem poháněný reproduktor zdroje zvuku. Následně vyvinul Wygnanski sérii vynálezů v patentové třídě 251/65, „permanentní nebo permanentně pod napětím ovládaný magnet“. Na konci 90. let se vědomě rozhodl přeorientovat vývoj BAT a spojil se s Camconem při dalším vývoji této technologie.[2]

Aplikace binárního ovládání Camcon

Zatímco tato technologie byla původně navržena pro použití při snižování hluku v leteckém průmyslu nebo pro řízení toku kapalného dusíku v kosmických lodích z NASA, Camcon vzal technologii binárního aktuátoru jako prostředek pro řízení toku tekutin a plynů dovnitř ropa a plyn průmyslová odvětví, automobilový průmysl a nověji v zdravotní péče.[2]

Ropný a plynárenský průmysl

Ovládání Technika plynového výtahu (způsob přesunu ropy na povrch čerpáním plynových bublin do vrtacích potrubí) spíše elektronicky a efektivněji než manuálním zásahem do stroje.

Automobilový průmysl:

Použito v protiblokovací brzdové systémy pro nákladní automobily, parkovací brzdy, a digitálně poháněné ventily motoru.[3][2]

V automobilovém průmyslu byla použita řada patentů přidělených společnosti Camcon, například patent z roku 2005 na ventil pro regulaci průtoku elektromagnetické kapaliny (USPTO 20050189021) využívající technologii binárních pohonů.

Zdravotní péče

Společnost Camcom nedávno použila BAT ve zdravotnickém průmyslu k zajištění přesné a přesné metody dodávky kyslíku pacientovi. Slouží k uzavření nebo regulaci průtoku kyslíku pomocí řady ventilů. Další oblasti, kde společnost Camcon zveřejnila BAT, mohou být použity ve zdravotnictví, zahrnují implantabilní zařízení v lidském těle, mechanické pomůcky, jako je protetika a podpora krevního oběhu, a přesné laboratorní dávkovací zařízení, které lze také aplikovat na dávkování a podávání léků. [4][2]

Alternativní aplikace binárního ovládání

Další aplikace je v robotice. Konstrukce těchto systémů, přestože stále používají stejný princip (mají 2 domovské stavy), se výrazně liší a nesouvisí s technologií binárního ovládání Camcon. Binární robotická zařízení jsou schopna provádět praktické úkoly, jako je například umístění nástroje pro planetární průzkum. U robotiky se předpokládá použití binárních akčních členů, protože jsou menší a méně složité než konvenční serva a lépe se hodí například pro pohyb nohou po nerovném terénu.[5] Jedním z takových rozšíření binárního aktuátoru je dielektrická aktivace elastomeru (DEA). DEA je aplikace binární aktivace, kterou popsali Jean-Sebastien Plante a Steven Dubowsky.[6] [7]Jedna z jejich aplikací využívá binární princip převrácení mezi dvěma stabilními stavy, ale místo houpací tyče používá rám ve tvaru kosočtverce. Elastické pásky uchovávají energii podobnou pružinám v provedení BAT.[8]

Další aplikace principů používaných BAT je v Articulated Binary Elements[9] (ABEs), Jedna taková konstrukce se skládá z bistabilních mechanismů vložených do flexibilních nosníků. Pohony mohou být namontovány kolem kloubu podobným způsobem jako svaly v lidském lokti nebo koleni. Byly navrženy a zkonstruovány experimentální prototypy binárních zařízení a prvků. Binární robotické kloubové inteligentní zařízení[9][7] (BRAID) a konstrukce šestikrášlového chodícího robota schopného chůze v nerovném terénu jsou příklady.

Patenty

Patent Spojeného království GB2150789A:[10] Reproduktor (Wladyslaw Wygnanski) v roce 1983

US patent US6935373B2[11] Elektromagneticky ovladatelné zařízení (Wladyslaw Wygnanski)

Americký patent US8006952B2[12] Kombinace nízkoenergetického akčního členu a ventilu-akčního členu (Wladyslaw Wygnanski)

Americký patent US20120293051A1[13] Rotační elektromagnetický pohon (Wladyslaw Wygnanski)

Patent Spojeného království GB2207812A,[14] Elektromagnetické akční členy (Wladyslaw Wygnanski)

US patent 20050189021[15] Elektromagnetický regulační ventil průtoku kapaliny (Wladyslaw Wygnanski)

US7252114[1] Elektromagnetický regulační ventil průtoku kapaliny (Wladyslaw Wygnanski)

Viz také

Kloubový robot

Systém rekuperace kinetické energie

Technologie Camcon

Reference

  1. ^ A b [1], „Elektromagnetický regulační ventil průtoku kapaliny“, vydaný 13. 1. 2005 
  2. ^ A b C d E "Camcon Medical | Dědictví technologie binárního ovládání". Camcon Medical. 2018-11-30. Citováno 2020-11-16.
  3. ^ „První plně digitální ventily na světě otevírají možnosti motoru“. Nový Atlas. 2018-08-11. Citováno 2020-11-16.
  4. ^ "Nové obchodní cíle v Cambridge jsou zaměřeny na přesnou dodávku kyslíku a další lékařské trhy | Business Weekly | Technologické novinky | Obchodní zprávy | Cambridge a východní Anglie". www.businessweekly.co.uk. Citováno 2020-11-16.
  5. ^ "CBA Grace". copplestone.pages.cba.mit.edu. Citováno 2020-11-16.
  6. ^ Plante, Jean-Sébastien (2006). Dielektrické elastomerové aktuátory pro binární robotiku a mechatroniku (Diplomová práce). Massachusetts Institute of Technology.
  7. ^ A b Chen, Qiao; Haddab, Yassine; Lutz, Philippe (01.02.2011). „Microfabricated bistable module for digital microrobotics“. Journal of Micro-Nano Mechatronics. 6 (1): 1–12. doi:10.1007 / s12213-010-0025-2. ISSN  1865-3936.
  8. ^ Jean-sebastien Plante a Steven Dubowsky (6. listopadu 2007). „Binární ovládání“.
  9. ^ A b Vogan, J .; Wingert, A .; Plante, J.-S .; Dubowsky, S .; Hafez, M .; Kacher, D .; Jolesz, F. (2004). „Manipulace v zařízeních MRI pomocí elektrostrikčních polymerních akčních členů: s aplikací na rekonfigurovatelné zobrazovací cívky“. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004. IEEE. doi:10.1109 / robot.2004.1307436. ISBN  0-7803-8232-3.
  10. ^ [2] „Loudspeaker“, vydaný 1. 12. 1983 
  11. ^ [3] „Elektromagneticky ovladatelné zařízení“, vydáno 5. července 2001 
  12. ^ [4], „Kombinace nízkoenergetického akčního členu a ventilu-akčního členu“, vydáno 31. 10. 2005 
  13. ^ [5] „Rotační elektromagnetický pohon“, vydáno 16. 11. 2010 
  14. ^ [6], „Elektromagnetické akční členy“, vydáno 7. 8. 1987 
  15. ^ [7], „Elektromagnetický regulační ventil průtoku kapaliny“, vydaný 13. 1. 2005