Camcon ikili aktüatör - Camcon binary actuator

Camcon ikili aktüatör 2 kararlı durum arasında fiziksel olarak hareket eden elektronik olarak kontrol edilen bir elektromanyetik çalıştırma cihazıdır. Aksine solenoid ikili aktüatör teknolojisi (BAT), yalnızca durumlar arasında geçiş yaparken enerji kullanır. İçinden geçen sabit bir akım gerektirmez.

Tasarım ve İşletim

İkili aktüatör, bir elektromanyetik çubuğun bir ucunda bulunan 2 manyetik kutup arasında duran bir çubuğu polarize eder. Çubuk üzerindeki yük daha sonra bir kutba veya diğerine çekilir ve çubuğun ucunun manyetik devrenin iki kutbundan birine bağlanmasına neden olur. Çubuğun bir ucu bir manyetik kutba hareket ettiğinde, çubuk orta noktasında döner ve çubuğun diğer ucu ters yönde hareket eder. Bu hareket, bir valf sızdırmazlığını kontrol etmek veya bir geçit açmak için kullanılabilir.

Bu tasarım iki durumludur, yani yukarıda açıklanan işlem yoluyla diğer kararlı durumunu benimsemeye yönlendirilinceye kadar her iki konumda da kalacaktır. Çubuğun ucu, sistemden herhangi bir akım akmadığında bile, her zaman bir kutup veya diğeri ile temas halinde kalacaktır. Çekim kuvvetinin bir kısmı yaylarda depolanırken, çubuk her iki konumda kalırken, diğer konumuna doğru çubuk manyetik akı ters çevrildi. Bu, her zaman enerji tasarrufu sağlar. manyetik alan anahtarlar, sırayla her iki konuma geçmek için daha az enerji kullanır. Bu, İkili aktüatörün enerji verimli olmasını sağlar

İkili aktüatör, gösterildiği gibi modeli ve akışı kontrol eden çeşitli portları açmak ve kapatmak için kullanılabilir. İkili aktüatör ile ilgili kuvvetler gösterilmektedir.

İlgili Kuvvetler[1]

Kuvvet ve momentleri hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılabilir:

Fp = Φ2 P / 4

Fp [N] = basınç kuvveti olduğunda, Φ [mm] orifis çapı ve P [bar] girişteki basınç farkıdır

Δ F = Fh-Fp

Fh [N] tutma kuvveti ve Fp [N] basınç kuvvetidir

Fs = Fh / cos a

Fs [N] yay kuvveti olduğunda, Fh [N] tutma kuvveti ve a [deg] = Yay eğim açısı

Fr = Fh tan (a)

Fr [N] dönme kuvveti olduğunda, Fh [N] tutma kuvveti ve bir [derece]. = Yay eğim açısı

Ms = Fr (r-K) çünkü c

Ms [Nm], yay kuvvetinin neden olduğu ters momentum olduğunda, Fr [N] dönme kuvveti, K [mm] = yay takma ofseti ve c °, dönme kuvveti projeksiyon açısıdır

Mp = Δ F Φ / 2

Mp [Nm] - basıncın neden olduğu ters momentum ve Φ [mm] orifis çapıdır

Mr = Ms + Mp

Mr [Nm] = etkin ters momentum olduğunda, Ms [Nm] yay kuvvetinin neden olduğu momentumu tersine çeviriyor ve Mp [Nm] - basınçtan kaynaklanan ters momentum ve Φ [mm] açıklık çapıdır.

Mh = Fm L

Burada Mh [Nm] tutma momentumu, Fm [N] = manyetik kuvvet ve L [mm] Salınım çubuğunun etkin uzunluğu

Ve vanayı kapalı durumda tutmak için Fh, Fp'den büyük olmalıdır.

Tarih

Camcon ikili aktüatör, Wladyslaw Wygnanski tarafından geliştirilmiştir. BAT'ın geliştirme ilkesi, ilk olarak hızlı yanıt veren bir pnömatik boynuzlu valf oluşturmak için uygulanan bir dahili enerji geri dönüşüm konseptiydi.[2] hava ile çalışan bir ses kaynağı hoparlörü için yüksek enerji verimliliği ile. Daha sonra Wygnanski, 251/65 patent sınıfında "kalıcı veya sürekli enerjili mıknatıs aktüatör" olan bir dizi buluş geliştirdi. 1990'ların sonunda, BAT'ın gelişimine yeniden odaklanmak için bilinçli bir karar aldı ve teknolojinin daha da geliştirilmesi için Camcon'a katıldı.[2]

Camcon İkili Çalıştırma Uygulaması

Teknoloji başlangıçta uçak endüstrisinde gürültüyü azaltmak için veya uzay aracındaki sıvı nitrojen akışını kontrol etmek için önerilmişti. NASA Camcon, ikili aktüatör teknolojisini içerideki sıvı ve gazların akışını kontrol etme aracı olarak aldı. yağ ve gaz endüstriler, otomotiv endüstrisi ve daha yakın zamanda sağlık hizmeti.[2]

Petrol ve gaz endüstrileri

Kontrolü Gaz Kaldırma Tekniği (gaz kabarcıklarını sondaj hatlarına pompalayarak petrolü yüzeye taşıma yolu), manuel makine müdahalesi yerine elektronik ve verimli bir şekilde.

Otomotiv endüstrisi:

Kullanılan kilitlenmeyi önleyici fren sistemleri kamyonlar için park frenleri, ve dijital tahrikli motor valfleri.[3][2]

İkili aktüatör teknolojisini kullanan Elektromanyetik sıvı akış kontrol valfi (USPTO 20050189021) için 2005 patenti gibi Camcon'a tahsis edilen bir dizi patent otomotiv endüstrisinde kullanılmıştır.

Sağlık hizmeti

Son zamanlarda camcom, bir hastaya kesin ve doğru bir oksijen verme yöntemi sağlamak için sağlık sektöründe BAT'ı kullandı. Bir dizi valf kullanarak oksijen akışını kapatmak veya düzenlemek için kullanılacaktır. Camcon'un BAT'ın sağlık hizmetlerinde uygulanabileceğini açıkladığı ek alanlar arasında insan vücuduna implante edilebilir cihazlar, protezler ve kan dolaşımı desteği gibi mekanik yardımcılar ve ilaç dozajı ve dağıtımına da uygulanabilen doğru laboratuvar dağıtım ekipmanı yer alır. [4][2]

İkili Çalıştırmanın Alternatif Uygulamaları

Diğer bir uygulama robotiktir. Bu sistemlerin tasarımı hala aynı prensibi kullanırken (2 ana duruma sahip), büyük ölçüde farklıdır ve Camcon ikili çalıştırma teknolojisi ile ilgisizdir. İkili robotik cihazlar, gezegen keşfi için alet yerleştirme gibi pratik görevleri yerine getirebilir. Robotiklerin, gelenekselden daha küçük ve daha az karmaşık oldukları için İkili aktüatörleri kullanması öngörülmektedir. servolar ve örneğin engebeli arazide bacaklı hareket için daha uygundur.[5] İkili aktüatörün böyle bir uzantısı, dielektrik Elastomer aktivasyonudur (DEA). DEA, Jean-Sebastien Plante ve Steven Dubowsky tarafından tanımlanan bir ikili çalıştırma uygulamasıdır.[6] [7]Uygulamalarından biri, iki kararlı durum arasında geçiş yapma, ancak sallanan çubuk yerine elmas şeklinde bir çerçeve kullanma ikili ilkesini kullanıyor. Elastik bantlar, BAT tasarımının yaylarına benzer enerji depolar.[8]

BAT tarafından kullanılan ilkelerin bir başka uygulaması da Articulated Binary Elements'tedir.[9] (ABE'ler), Böyle bir tasarım, esnek kirişlerle sıkıştırılmış iki dengeli mekanizmalardan oluşur. Aktüatörler, insan dirseği veya dizindeki kaslara benzer bir şekilde bir eklemi çevreleyecek şekilde monte edilebilir. Deneysel prototip ikili cihazlar ve elemanlar tasarlanmış ve inşa edilmiştir. İkili Robotik Eklemli Akıllı Cihaz[9][7] (BRAID) ve engebeli arazide yürüyebilen altı ayaklı yürüyen robot tasarımı örneklerdir.

Patentler

Birleşik Krallık Patenti GB2150789A:[10] Hoparlör (Wladyslaw Wygnanski), 1983'te

ABD Patenti US6935373B2[11] Elektromanyetik olarak çalıştırılabilen cihaz (Wladyslaw Wygnanski)

ABD Patenti US8006952B2[12] Düşük güçlü aktüatör ve valf-aktüatör kombinasyonu (Wladyslaw Wygnanski)

ABD Patenti US20120293051A1[13] Döner Elektromanyetik Aktüatör (Wladyslaw Wygnanski)

Birleşik Krallık Patenti GB2207812A,[14] Elektromanyetik aktüatörler (Wladyslaw Wygnanski)

ABD Patenti 20050189021[15] Elektromanyetik sıvı akış kontrol valfi (Wladyslaw Wygnanski)

US7252114[1] Elektromanyetik sıvı akış kontrol valfi (Wladyslaw Wygnanski)

Ayrıca bakınız

Eklemli robot

Kinetik enerji geri kazanım sistemi

Camcon Teknolojisi

Referanslar

  1. ^ a b [1], "Elektromanyetik sıvı akış kontrol valfi", yayınlanan 2005-01-13 
  2. ^ a b c d e "Camcon Medical | İkili Çalıştırma Teknolojisinin mirası". Camcon Medical. 2018-11-30. Alındı 2020-11-16.
  3. ^ "Dünyanın ilk tamamen dijital valfleri motor olanaklarını ortaya çıkarıyor". Yeni Atlas. 2018-08-11. Alındı 2020-11-16.
  4. ^ "Yeni Cambridge işletmesi, doğru oksijen dağıtımını ve diğer tıbbi pazarları hedefliyor | Haftalık İş | Teknoloji Haberleri | İş haberleri | Cambridge ve İngiltere'nin Doğusu". www.businessweekly.co.uk. Alındı 2020-11-16.
  5. ^ "CBA Grace". copplestone.pages.cba.mit.edu. Alındı 2020-11-16.
  6. ^ Plante, Jean-Sébastien (2006). İkili robotik ve mekatronik için dielektrik elastomer aktüatörler (Tez tezi). Massachusetts Teknoloji Enstitüsü.
  7. ^ a b Chen, Qiao; Haddab, Yassine; Lutz, Philippe (2011-02-01). "Dijital mikro robotlar için mikrofabrike çift dengeli modül". Mikro-Nano Mekatronik Dergisi. 6 (1): 1–12. doi:10.1007 / s12213-010-0025-2. ISSN  1865-3936.
  8. ^ Jean-sebastien Plante ve Steven Dubowsky (6 Kasım 2007). "İkili Çalıştırma".
  9. ^ a b Vogan, J .; Wingert, A .; Plante, J.-S .; Dubowsky, S .; Hafez, M .; Kacher, D .; Jolesz, F. (2004). "Elektrostriktif polimer aktüatörler kullanan MRI cihazlarında manipülasyon: yeniden yapılandırılabilir görüntüleme bobinlerine bir uygulama ile". IEEE Uluslararası Robotik ve Otomasyon Konferansı, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004. IEEE. doi:10.1109 / robot.2004.1307436. ISBN  0-7803-8232-3.
  10. ^ [2] 1983-12-01'de yayınlanan "Hoparlör" 
  11. ^ [3] "Elektromanyetik olarak çalıştırılabilir cihaz", 2001-07-05'te yayınlanmıştır 
  12. ^ [4] "Düşük güçlü aktüatör ve valf-aktüatör kombinasyonu", 2005-10-31'de yayınlanmıştır 
  13. ^ [5] 2010-11-16'da yayınlanan "Rotary Electromagnetic Actuator" 
  14. ^ [6] 1987-08-07 tarihli "Elektromanyetik aktüatörler" 
  15. ^ [7], "Elektromanyetik sıvı akış kontrol valfi", yayınlanan 2005-01-13