NL8802720A - Elektrische actuator. - Google Patents

Description

North American Philips Corporation "Elektrische actuator"

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische actuator, omvattende een eerste actuatorlichaam, dat is voorzien van twee diametraal gelegen magnetische polen, een tweede zacht magnetisch actuatorlichaam, dat co-axiaal ten opzichte van het eerste actuatorlichaam is aangebracht en dat is voorzien van drie, gezien in omtreks-richting zich op regelmatige afstand van elkaar bevindende tanden, en bekrachtigingsspoelen, waarbij het eerste actuatorlichaam en het tweede actuatorlichaam over een luchtspleet met elkaar samenwerken en om een zwenkas over een beperkte hoek ten opzichte van elkaar zwenkbaar zijn.

Een dergelijke actuator is bekend uit het US octrooischrift 4.447.793 (herewith incorporated by reference) en is voorzien van een cirkélcilindrische stator, welke een rotor met een noordpool en een zuidpool omgeeft, welke rotor twee stabiele posities heeft, afhankelijk van de wijze van aansturing van de bekrachtigingsspoelen. De stator is voorzien van een statorliehaam met drie statortanden en drie bekrachtigingsspoelen, waarbij elk van de statortanden is omwikkeld met een spoel. De statortanden, welke ten opzichte van de rotor radiaal verlopen, vormen onderling hoeken van 120° en zijn voorzien van gebogen handvlakken, waarbij steeds tussen twee aangrenzende tandvlakken een nauwe doorgang aanwezig is. De tandvlakken vormen met de polen van de rotor, welke aan weerszijden van de polen is afgeplat, een luchtspleet.

Een nadeel van de bekende actuator is, dat deze slechts een relatief klein koppel kan leveren in verhouding tot het aan de bekrachtigingsspoelen toegevoerde elektrische vermogen. Dit kan, met name indien een groot koppel in combinatie met kleine afmetingen van de actuator en hoge omgevingstemperaturen wordt verlangd, tot ernstige problemen leiden. Door vergroting van de toegevoerde elektrische energie kunnen namelijk warmte-afvoerproblemen ontstaan, terwijl bovendien plaatselijk verzadigingsverschijnselen kunnen optreden in de stator. Een ander nadeel van de bekende actuator is, dat de tandvlakken, ter bestrijding van kleefkoppels, zodanig grote tangentiele afmetingen hebben, dat het om de tanden aanbrengen van spoelen tijdens fabricage van de actuator gecompliceerd is als gevolg van de geringe beschikbare ruimte tussen de opeenvolgende tandvlakken. Een verder nadeel is, dat het statorlichaam uit verscheidene onderdelen is samengesteld.

De uitvinding beoogt een actuator van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, welke een grote verhouding van geleverd koppel tot toegevoerd elektrisch vermogen laat zien, welke voorts in hoge mate kleef koppelvrij is en welke bovendien eenvoudig robust te vervaardigen is.

De uitvinding vertoont daartoe als kenmerk, dat twee en niet meer dan twee van de genoemde drie tanden zijn voorzien van windingen voor het vormen van de bekrachtigingsspoelen, waarbij de niet van windingen voor het vormen van de bekrachtigingsspoelen voorziene tand althans nagenoeg gelijk en gelijkvormig is aan de twee onderling 1 althans nagenoeg gelijke en gelijkvormige, van genoemde windingen voorziene tanden.

Analytisch is aantoonbaar en experimenteel is bevestigd, dat de actuator volgens de uitvinding een aanzienlijk gunstigere verhouding van geleverd koppel tot toegevoerd elektrisch vermogen vertoont dan de bekende actuator. Een verbetering van 30? is bereikbaar. Bovendien is gebleken, dat de actuator volgens de uitvinding zeer weinig last heeft van kleefkoppels. Beide eigenschappen maken de actuator volgens de uitvinding voor vele toepassingen geschikt, bijvoorbeeld in automobielen, voor het ondermeer controleerbaar aandrijven van een luchtinlaatklep in een carburateur. De actuator volgens de uitvinding biedt de fabricant bovendien het niet onaanzienlijke voordeel, dat deze het van tanden voorziene, inwendig rotatie-symmetrische actuatorlichaam zonder verdere aanpassingen kan gebruiken als statorlichaam voor een elektromotor, bijvoorbeeld een electronisch geeommuteerde gelijkstroommotor of stappenmotor, in welk geval uiteraard alle tanden worden voorzien van bekrachtigingsspoelen.

Opgemerkt wordt, dat in de Japanse octrooiaanvrage 62-260557 (herewith incorporated by reference) een solonoïde bekend is, welke een plat U-vormig juk met spoelen en een rotor vertoont. Het juk is voorzien van twee in eikaars verlengde liggende kernen waaromheen de spoelen zijn aangebracht. Het juk vertoont voorts drie statordelen, waarvan er twee op de genoemde tanden zijn aangebracht en de andere direkt op het juk is bevestigd. De rotor is voorzien van een cirkel-cilindrisch gebogen noordpoolvlak en een overeenkomstig zuidpoolvlak, tussen welke poolvlakken uitsparingen zijn aangebracht. In de bekende constructie komen vanwege zijn platte, in doorsnede rechthoekige, zowel inwendig als uitwendig niet rotatie-symmetrische opbouw ongelijke magnetische fluxwegen voor, waardoor kleefkoppels ontstaan, welke althans voor bepaalde toepassingen ontoelaatbaar zijn.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de actuator volgens de uitvinding, waarin het kleefkoppel verder is geminimaliseerd, heeft het kenmerk, dat het eerste actuatorliehaam althans nagenoeg cirkelcilin-drisch is uitgevoerd en diametraal is gemagnetiseerd. Het sinusvormige verloop van het magneetveld rondom het op deze wijze uitgevoerde eerste actuatorliehaam heeft in combinatie met de rotatiesymmetrie van het tweede actuatorliehaam een gunstig effect op het voorkomen van kleefkoppels .

Uit praktische overwegingen zal het eerste actuatorliehaam van de actuator volgens de uitvinding bij voorkeur als een zwenkbaar lichaam worden uitgevoerd. Het tweede actuatorliehaam wordt dan uiteraard als een stilstaand statorlichaam benut. Aangezien van de actuator volgens de uitvinding slechts twee van de drie aanwezige tanden zijn voorzien van bekrachtigingsspoelen, heeft de actuator maximaal twee paar spoeleinden van de bekrachtigingsspoelen, welke spoeleinden bestemd zijn om bijvoorbeeld op een regelkring aangesloten te worden.

De uitvinding zal bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1 een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van de actuator volgens de uitvinding is en

Figuur 2 een langsdoorsnede en een aanzicht volgens de lijn II-II van Figuur 1 is.

De in figuur 1 getoonde actuator volgens de uitvinding omvat een eerste actuatorliehaam 1, een tweede actuatorliehaam 3 en een behuizing 4A en 4B. Het eerste actuatorliehaam 1 is uitgevoerd als een cilindervormig permanent diametraal gemagnetiseerd zwenklichaam 5 met een noordpool N en een zuidpool S. Het zwenklichaam 5 is door middel van een zacht-magnetische bus 7, uit bijvoorbeeld sinterijzer bevestigd op een actuatoras 9, die door twee lagers 11 en 13 steekt en ten op- ziehte van het tweede actuatorlichaam 3 om een zwenkas 15 beweegbaar is. Het tweede actuatorlichaam 3 heeft een statorliehaam 17 met drie radiaal naar binnen gerichte tanden 19, 20 en 21 uit gesinterd ijzer. Het statorliehaam 17 kan, indien dat gewenst wordt, uiteraard ook volgens een andere wijze worden vervaardigd, bijvoorbeeld door het stapelen van lamellen tot één blikpakket.

De tanden 19, 20 en 21, verder statortanden genoemd, zijn elk voorzien van een gebogen tandvlak 19A, 20A respectievelijk 21A, De tandvlakken liggen alle op één en hetzelfde denkbeeldig cirkel-cilin-drisch manteloppervlak en vormen met het zwenkliehaam 5 een luehtspleet 23. De drie statortanden 19, 20 en 21 zijn qua vorm en afmetingen aan elkaar gelijk en hebben hartlijnen, welke onderling hoeken van 120“ met elkaar vormen, zodat het statorliehaam 17 als een tenminste inwendig rotatie-symmetrisch actuatordeel beschouwd kan worden. Mede als gevolg daarvan kunnen de tangentiele doorgangen 33 tussen de tandvlakken 21A, 22A en 23A relatief groot gekozen worden. In dit voorbeeld is de tangentiele afmeting van elk van de tandvlakken ongeveer een vierde deel van de omtrekslengte van het genoemde manteloppervlak.

Twee van de drie statortanden, namelijk de tanden 19 en 21 zijn voorzien van een bekrachtigingsspoel 29 respectievelijk 31. He spoelen 29 en 31 zijn gevormd door een aantal om de tanden 19 en 21 aangebrachte windingen en zijn elk voorzien van een paar spoeiuiteinden 29A en 29B respectievelijk 3IA en 31B, welke eventueel in de actuator met elkaar doorverbonden kunnen zijn. Daar de doorgangen 33 relatief groot zijn, is het omwikkelen van de tanden 19 en 21 eenvoudig. Om de andere statortand, te weten tand 20, is geen bekrachtigingsspoel aangebracht .

De op de beschreven wijze samengestelde actuator volgens de uitvinding heeft enerzijds drie identieke statortanden, hetgeen belangrijk is met betrekking tot het tegengaan van kleefkoppels, en heeft anderzijds slechts twee bekrachtigingsspoelen, hetgeen een gunstige verhouding van het geleverde koppel tot het aan de bekrachtigingsspoelen toegevoerd elektrisch vermogen oplevert. De actuator volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassingen, waarin een controleerbare zwenking van het eerste actuatorlichaam 1 ten opzichte van het tweede actuatorlichaam 3 over een beperkte hoek verlangd wordt, bijvoorbeeld over 130“.

Volledigheidshalve wordt opgemerkt, dat de niet van een bekrachtigingsspoel voorziene statortand 20 voorzien kan worden van een meetspoel voor het bepalen van bijvoorbeeld de stand van de actuatoras 9.

Claims (7)

1. Elektrische actuator, omvattende - een eerste actuatorlichaam, dat is voorzien van twee diametraal gelegen magnetische polen, - een tweede zacht magnetisch actuatorlichaam, dat co-axiaal ten opzichte van het eerste actuatorlichaam is aangebracht en dat is voorzien van drie, gezien in omtreksrichting zich op regelmatige afstand van elkaar bevindende tanden, en - bekrachtigingsspoelen, waarbij het eerste actuatorlichaam en het tweede actuatorlichaam over een luchtspleet met elkaar samenwerken en om een zwenkas over een beperkte hoek ten opzichte van elkaar zwenkbaar zijn, met het kenmerk, dat twee en niet meer dan twee van de genoemde drie tanden zijn voorzien van windingen voor het vormen van de bekrachtigingsspoelen, waarbij de niet van windingen voor het vormen van de bekrachtigingsspoelen voorziene tand althans nagenoeg gelijk en gelijkvormig is aan de twee onderling althans nagenoeg gelijke en gelijkvormige, van genoemde windingen voorziene tanden.

2. Actuator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het eerste actuatorlichaam althans nagenoeg cirkel-cilindrisch is uitgevoerd en diametraal is gemagnetiseerd.

3. Actuator volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat het eerste actuatorlichaam als een zwenklichaam en het tweede actuator-lichaam als een stilstaand statorlichaam met statortanden is uitgevoerd .

4. Actuator volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de actuator is voorzien van ten hoogte twee paar aansluitbare spoel-einden van de bekrachtigingsspoelen.

5. Actuator volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het statorlichaam uit één blikpakket is gevormd.

6. Actuator volgens conclusie 35 met het kenmerk, dat het statorlichaam uit één stuk gesinterd ijzer is gevormd.

7. Actuator volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de niet van windingen voor het vormen van de bekrachtigingsspoelen voorziene tand is voorzien van een meetspoel.