Бинарный привод Camcon - Camcon binary actuator

В Camcon двоичный привод представляет собой электромагнитное исполнительное устройство с электронным управлением, которое физически перемещается между двумя стабильными состояниями. В отличие от соленоид технология бинарного исполнительного механизма (BAT) использует энергию только при переключении между состояниями. Он не требует, чтобы через него проходил постоянный ток.

Дизайн и работа

Бинарный привод состоит из электромагнит который поляризует стержень, расположенный между двумя магнитными полюсами, расположенными на одном конце стержня. Затем заряд на стержне испытывает притяжение к тому или иному полюсу, в результате чего конец стержня прикрепляется к одному из двух полюсов магнитной цепи. Когда один конец стержня перемещается к одному магнитному полюсу, стержень поворачивается в своей средней точке, а другой конец стержня перемещается в противоположном направлении. Это движение можно использовать для управления уплотнением клапана или открытием прохода.

Эта конструкция является бистабильной, что означает, что она будет оставаться в любом положении до тех пор, пока не будет предложено принять другое стабильное состояние посредством процесса, описанного выше. Конец стержня всегда будет находиться в контакте с одним или другим полюсом, даже если через систему не протекает ток. Часть силы притяжения сохраняется в пружинах, в то время как стержень остается в любом положении, чтобы способствовать ускорению стержень в другое положение, когда магнитный поток обратный. Это сохраняет энергию всякий раз, когда магнитное поле переключатели, в свою очередь, потребляют меньше энергии для переключения в любое положение. Это делает бинарный актуатор энергоэффективным.

.Двоичный исполнительный механизм может использоваться для открытия и закрытия различных портов, управляя схемой и потоком по желанию, как показано на рисунке Силы, действующие на двоичный исполнительный механизм.

Вовлеченные силы^[1]

Для вычисления сил и моментов можно использовать следующую формулу:

Fp = Φ2 P / 4

Где Fp [N] = сила давления, Φ [мм] - диаметр отверстия, а P [бар] - перепад давления на входе.

Δ F = Fh-Fp

Где Fh [N] - удерживающая сила, а Fp [N] - сила давления.

Fs = Fh / cos a

Где Fs [N] - сила пружины, Fh [N] - удерживающая сила, а [град] = угол наклона пружины.

Fr = Fh загар (а)

Где Fr [N] - вращающая сила, Fh [N] - удерживающая сила и [град]. = Угол наклона пружины.

Ms = Fr (r-K) cos c

Где Ms [Нм] - это реверсивный импульс, который вызывается силой пружины, Fr [Н] - это сила вращения, K [мм] = смещение фитинга пружины, а c [градус] - угол проекции поворотного усилия.

Мп = Δ F Φ / 2

Где Mp [Нм] - реверсивный импульс, вызванный давлением, а Φ [мм] - диаметр отверстия.

Mr = Ms + Mp

Где Mr [Нм] = эффективный реверсивный импульс, Ms [Нм] - реверсивный импульс, вызванный силой пружины, а Mp [Нм] - реверсивный импульс, вызванный давлением, а Φ [мм] - диаметр отверстия.

Mh = Fm L

Где Mh [Нм] - удерживающий момент, Fm [Н] = магнитная сила, а L [мм] - эффективная длина поворотной штанги.

И чтобы поддерживать клапан в закрытом состоянии, Fh должно быть больше Fp.

История

Бинарный привод Camcon был разработан Владиславом Выгнанским. Принцип развития НДТА был внутренняя концепция утилизации энергии, который впервые был применен для генерирования пневматического быстро отвечающий рог клапана^[2] с высокой энергоэффективностью для громкоговорителя с воздушным источником звука. Впоследствии Выгнански разработал серию изобретений в патентном классе 251/65, «привод с постоянным или постоянно находящимся под напряжением магнитом». К концу 1990-х он принял сознательное решение переориентировать разработку BAT и присоединился к Camcon для дальнейшего развития технологии.^[2]

Применение двоичной активации Camcon

Первоначально эта технология была предложена для использования в снижении шума в авиастроении или для управления потоком жидкого азота в космических аппаратах от НАСА Компания Camcon применила технологию бинарного привода как средство управления потоком жидкости и газов в нефть и газ отрасли, автомобильная промышленность, а совсем недавно в здравоохранение.^[2]

Нефтегазовая промышленность

Контроль над Газлифтная техника (способ перемещения нефти на поверхность путем закачки пузырьков газа в буровые линии) электронным и эффективным способом, а не ручным вмешательством машины.

Автомобильная промышленность:

Используется в антиблокировочные тормозные системы для грузовиков, стояночные тормоза, и клапаны двигателя с цифровым управлением.^[3][2]

Ряд патентов, переданных Camcon, таких как патент 2005 года на электромагнитный клапан управления потоком жидкости (USPTO 20050189021), использующий технологию бинарного привода, использовался в автомобильной промышленности.

Здравоохранение

Недавно компания camcom использовала НИМ в сфере здравоохранения, чтобы обеспечить точный и точный способ доставки кислорода пациенту. Он будет использоваться для отключения или регулирования потока кислорода с помощью ряда клапанов. Дополнительные области, в которых Camcon раскрыла BAT, могут применяться в здравоохранении, включают имплантируемые устройства в человеческое тело, механические вспомогательные средства, такие как протезирование и поддержку кровообращения, а также точное лабораторное оборудование для дозирования, которое также может применяться для дозирования и доставки лекарств. ^[4][2]

Альтернативные применения двоичной активации

Еще одно приложение - робототехника. Конструкция этих систем, хотя они по-прежнему используют один и тот же принцип (с двумя исходными состояниями), сильно различаются и не связаны с технологией двоичного срабатывания Camcon. Устройства бинарной робототехники способны выполнять практические задачи, такие как размещение инструментов для исследования планет. Предполагается, что в робототехнике будут использоваться двоичные исполнительные механизмы, поскольку они меньше и менее сложны, чем обычные. сервоприводы и лучше подходит, например, для передвижения на ногах по пересеченной местности.^[5] Одним из таких расширений бинарного исполнительного механизма является срабатывание диэлектрического эластомера (DEA). DEA - это приложение бинарного срабатывания, описанное Жаном-Себастьяном Планте и Стивеном Дубовски.^{[6] [7]}Одно из их приложений использует бинарный принцип переключения между двумя стабильными состояниями, но с использованием ромбовидной рамки вместо качалки. Эластичные ленты накапливают энергию подобно пружинам конструкции BAT.^[8]

Другое применение принципов, используемых BAT, - это сочлененные бинарные элементы.^[9] (ABEs). Одна из таких конструкций состоит из бистабильных механизмов, зажатых гибкими балками. Приводы могут быть установлены вокруг сустава аналогично мышцам локтя или колена человека. Разработаны и созданы экспериментальные образцы бинарных устройств и элементов. Бинарное роботизированное интеллектуальное интеллектуальное устройство^[9][7] (BRAID) и конструкция шестиногого шагающего робота, способного ходить по пересеченной местности.

Патенты

Патент Соединенного Королевства GB2150789A:^[10] Громкоговоритель (Владислав Выгнанский) в 1983 г.

Патент США US6935373B2^[11] Электромагнитное устройство (Владислав Выгнанский)

Патент США US8006952B2^[12] Комбинация маломощного привода и клапана-привода (Владислав Выгнанский)

Патент США US20120293051A1^[13] Поворотный электромагнитный привод (Владислав Выгнанский)

Патент Соединенного Королевства GB2207812A,^[14] Электромагнитные приводы (Владислав Выгнанский)

Патент США 20050189021^[15] Электромагнитный клапан управления потоком жидкости (Владислав Выгнанский)

US7252114^[1] Электромагнитный клапан управления потоком жидкости (Владислав Выгнанский)

Смотрите также

Шарнирно-сочлененный робот

Система рекуперации кинетической энергии

Camcon Technology

Рекомендации

1. [1], «Электромагнитный клапан регулирования расхода жидкости», выдан 13.01.2005 
2. "Camcon Medical | Наследие технологии двоичного срабатывания". Camcon Medical. 2018-11-30. Получено 2020-11-16.
3. «Первые в мире полностью цифровые клапаны открывают возможности двигателя». Новый Атлас. 2018-08-11. Получено 2020-11-16.
4. «Новый Кембриджский бизнес нацелен на точную доставку кислорода и другие медицинские рынки | Деловой еженедельник | Технологические новости | Деловые новости | Кембридж и Восточная Англия». www.businessweekly.co.uk. Получено 2020-11-16.
5. «ЦБ Грейс». copplestone.pages.cba.mit.edu. Получено 2020-11-16.
6. Плант, Жан-Себастьян (2006). Приводы из диэлектрического эластомера для бинарной робототехники и мехатроники (Дипломная работа). Массачусетский Институт Технологий.
7. Чен, Цяо; Хаддаб, Ясин; Лутц, Филипп (01.02.2011). «Микро-бистабильный модуль для цифровой микроробототехники». Журнал Micro-Nano Mechatronics. 6 (1): 1–12. Дои:10.1007 / s12213-010-0025-2. ISSN  1865-3936.
8. Жан-Себастьян Планте и Стивен Дубовски (6 ноября 2007 г.). «Двоичное срабатывание».
9. Vogan, J .; Wingert, A .; Plante, J.-S .; Дубовский, С .; Hafez, M .; Kacher, D .; Jolesz, F. (2004). «Манипуляции в устройствах МРТ с использованием электрострикционных полимерных приводов: приложение для реконфигурируемых катушек визуализации». Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, 2004 г. Труды. ICRA '04. 2004 г.. IEEE. Дои:10.1109 / robot.2004.1307436. ISBN  0-7803-8232-3.
10. [2], "Громкоговоритель", выпущен 1983-12-01 
11. [3], "Устройство с электромагнитным приводом", выдано 05.07.2001. 
12. [4], «Комбинация маломощного привода и клапана с приводом», выдана 31 октября 2005 г. 
13. [5], "Поворотный электромагнитный привод", выпущенный 16 ноября 2010 г. 
14. [6], "Электромагнитные приводы", выдано 07.08.1987 г. 
15. [7], «Электромагнитный клапан регулирования расхода жидкости», выдан 13.01.2005