BR112019015639B1 - LINEAR ELECTRIC MACHINE - Google Patents
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Abstract
Uma máquina elétrica linear (MEL) que compreende um estator montado em um alojamento, o alojamento e o estator definindo um cilindro de trabalho, um núcleo central no interior do cilindro de trabalho e definindo uma cavidade para abrigar o estator cilíndrico intermediário, um ativador oco axialmente móvel no interior do cilindro de trabalho, que se prolonga para o interior da cavidade do abrigo do estator e formando um espaço vazio exterior do circuito magnético entre o ativador e o estator, pelo menos uma mancal fluido entre o núcleo central e o ativador provendo um vão do mancal, em que o núcleo central é fixado axialmente em relação ao estator, em que o pelo menos um mancal fluido provê a localização coaxial do ativador e do núcleo central.A linear electrical machine (MEL) comprising a stator mounted in a housing, the housing and stator defining a work cylinder, a central core within the work cylinder and defining a cavity to house the intermediate cylindrical stator, a hollow actuator axially movable inside the working cylinder, extending into the cavity of the stator housing and forming an outer void space of the magnetic circuit between the activator and the stator, at least one fluid bearing between the central core and the activator providing a bearing gap, in which the central core is fixed axially with respect to the stator, in which the at least one fluid bearing provides coaxial location of the activator and the central core.
Description
[001] A presente invenção se refere a uma máquina elétrica linear.[001] The present invention relates to a linear electric machine.
[002] Essas máquinas elétricas lineares podem ser usadas para várias aplicações, incluindo, entre outras, o uso como um gerador linear com motor de pistão livre, em que a pressão de combustão atua obre um ativador para a produção de corrente elétrica utilizável, o uso como um expansor de gás, em que um gás em alta pressão age sobre um ativador para a produção de corrente elétrica utilizável, o uso como um compressor de gás, onde um sinal elétrico induz o movimento de um ativador para pressurizar um gás, o uso em sistemas hidráulicos, onde o movimento do ativador provoca ou é provocado pelo deslocamento de fluido hidráulico no interior de uma câmara de trabalho, e o uso como um atuador, onde um sinal elétrico induz o movimento de um ativador para a produção de um desejado efeito de atuação.[002] These linear electrical machines can be used for various applications, including, among others, use as a linear generator with a free-piston engine, in which the combustion pressure acts on an activator to produce usable electrical current, the use as a gas expander, where a high pressure gas acts on an activator to produce usable electrical current, use as a gas compressor, where an electrical signal induces movement of an activator to pressurize a gas, the use in hydraulic systems, where actuator movement causes or is caused by the displacement of hydraulic fluid within a working chamber, and use as an actuator, where an electrical signal induces movement of an actuator to produce a desired acting effect.
[003] Esses atuadores podem ser usados em sistemas de testes de deslocamento e vibração, operações de fabricação e robótica. Em aplicações de sistema de teste de deslocamento e vibração, o atuador pode ser usado para aplicar uma força cíclica ou perfil de movimento a um indivíduo de teste. O indivíduo de teste poderia ser uma amostra de material, um componente discreto, um conjunto subsistema de componentes ou um produto completo. A finalidade desses testes pode ser a determinação da durabilidade do indivíduo de teste com a força aplicada ou a função de deslocamento. Alternativamente, os testes podem buscar a caracterização da resposta do indivíduo de teste à força aplicada ou à função de deslocamento.[003] These actuators can be used in displacement and vibration testing systems, manufacturing operations and robotics. In displacement and vibration test system applications, the actuator can be used to apply a cyclic force or motion profile to a test subject. The test subject could be a sample of material, a discrete component, a subsystem assembly of components, or a complete product. The purpose of these tests may be to determine the durability of the test subject with the applied force or displacement function. Alternatively, tests may seek to characterize the test subject's response to the applied force or displacement function.
[004] A indústria automobilística faz um amplo uso desses atuadores de testes para testes de subconjuntos e testes completos de produtos. O atuadora de testes é tipicamente disposto para o suporte de um veículo ou de parte de um veículo, como de uma ou mais rodas ou de peças da suspensão.[004] The automotive industry makes extensive use of these test actuators for subassembly testing and complete product testing. The test actuator is typically arranged to support a vehicle or part of a vehicle, such as one or more wheels or suspension parts.
[005] Em particular, em uma aplicação de testes veiculares, a invenção pode ser utilizada como parte de um sistema de testes de veículo em um simulador de estradas, no qual cada canto de um veículo é tipicamente suportado por um atuador em separado. O suporte pode ser provido diretamente às rodas do veículo ou pode ser provido a outros componentes, como a uma peça da suspensão, a uma ponta de eixo ou braços suporte. Os atuadores podem ser aplicados à carroceria do veículo em determinadas situações. O movimento dos atuadores pode então similar o movimento do veículo em várias superfícies de estrada e outros terrenos. Portanto, o ambiente de testes é controlado, no qual a força ou as funções de aplicação do deslocamento que representam as diferentes velocidades de direção e condições superficiais da estrada posam ser aplicadas ao veículo. Como exemplos, variando a amplitude de um deslocamento de alta frequência, pode ser simulada uma superfície mais lisa ou mais acidentada da estrada. Alternativamente, podem ser aplicadas cargas extremas para simularem buracos e outros grandes acidentes na estrada. Esses testes podem ser usados no desenvolvimento do veículo, para reduzir os ruídos ao dirigir e garantir que os componentes da suspensão do veículo sejam suficientemente capazes e duráveis para a faixa pretendida de condições de direção.[005] In particular, in a vehicle testing application, the invention can be used as part of a vehicle testing system in a road simulator, in which each corner of a vehicle is typically supported by a separate actuator. Support can be provided directly to the vehicle's wheels or it can be provided to other components, such as a suspension part, an axle stub or support arms. Actuators can be applied to the vehicle body in certain situations. The movement of the actuators can then mimic vehicle movement on various road surfaces and other terrain. Therefore, the test environment is controlled, in which force or displacement application functions representing different driving speeds and road surface conditions can be applied to the vehicle. As examples, by varying the amplitude of a high-frequency displacement, a smoother or rougher road surface can be simulated. Alternatively, extreme loads can be applied to simulate potholes and other major road accidents. These tests can be used in vehicle development to reduce driving noise and ensure that the vehicle's suspension components are capable and durable enough for the intended range of driving conditions.
[006] De maneira a similar, os deslocamentos em alta frequência que caracterizam as cargas na estrada nas velocidades representativas de direção, são comumente usados sistemas servo-hidráulicos como base para os sistemas de teste automotivo. Nesses sistemas, um conjunto de energia servo- hidráulica gera um fluido hidráulico em alta pressão que é então enviado aos atuadores hidráulicos usando uma ou mais servo-válvulas. Esses sistemas têm vários inconvenientes bem conhecidos.[006] Similarly, high-frequency displacements that characterize road loads at representative driving speeds are commonly used in servo-hydraulic systems as the basis for automotive test systems. In these systems, a hydraulic servo power pack generates a high pressure hydraulic fluid which is then sent to hydraulic actuators using one or more servo valves. These systems have several well-known drawbacks.
[007] Primeiro, a inércia do óleo hidráulico e dos componentes do conjunto de energia servo-hidráulica limita a frequência prática das funções de carga na estrada que podem ser geradas em aproximadamente 150 Hz. Isso fica bem abaixo do nível de desempenho necessário para representar com precisão os acidentes superficiais da estrada que representam as características em uma escala de 20 mm e menos, estando também abaixo das frequências de vibração de atuação conhecidas como ressonâncias de excitação na estrutura dos veículos que, por sua vez, produzem ruídos indesejáveis no interior do veículo.[007] First, the inertia of the hydraulic oil and servo-hydraulic power package components limits the practical frequency of road load functions that can be generated at approximately 150 Hz. This is well below the performance level required to represent accurately track road surface features representing features on a scale of 20mm and less, also being below actuation vibration frequencies known as excitation resonances in the vehicle structure which in turn produce undesirable noises within the vehicle interior. vehicle.
[008] Segundo, os sistemas servo-hidráulicos exigem infraestrutura dispendiosa e dedicada nas dependências de teste, e que pode ser extremamente volumosa, e ainda devendo ser localizada relativamente próxima aos atuadores hidráulicos, para limitar a inércia do movimento do óleo no interior do sistema. Além disso, essa infraestrutura exige operação especial e perícia de manutenção.[008] Second, servo-hydraulic systems require expensive and dedicated infrastructure in the test facilities, which can be extremely bulky, and must also be located relatively close to the hydraulic actuators, to limit the inertia of oil movement within the system . Furthermore, this infrastructure requires special operation and maintenance expertise.
[009] Terceiro, os sistemas servo-hidráulicos são grandes consumidores de energia, tornando-os de cara operação e contribuindo para a área de emissões de carbono do desenvolvimento e da fabricação automotiva.[009] Third, servo-hydraulic systems are huge energy consumers, making them expensive to operate and contributing to the carbon footprint of automotive development and manufacturing.
[0010] Quarto, os sistemas servo-hidráulicos podem ser extremamente ruidosos, tornando difícil a diferenciação entre o ruído produzido devido à resposta do indivíduo de teste e do ruído associado ao próprio sistema atuador de teste.[0010] Fourth, hydraulic servo systems can be extremely noisy, making it difficult to differentiate between the noise produced due to the response of the test subject and the noise associated with the test actuator system itself.
[0011] Como resultado desses inconvenientes, os atuadores eletromagnéticos lineares estão sendo adotados no lugar dos sistemas servo-hidráulicos para determinadas aplicações de testes automotivos e outras aplicações de atuadores de testes. Os atuadores eletromagnéticos lineares têm a vantagem de serem mais responsivos, mais compactos, fáceis de operar e de manter, mais eficientes e menos ruidosos.[0011] As a result of these drawbacks, linear electromagnetic actuators are being adopted in place of hydraulic servo systems for certain automotive test applications and other test actuator applications. Linear electromagnetic actuators have the advantage of being more responsive, more compact, easier to operate and maintain, more efficient and less noisy.
[0012] Em vários desses sistemas, uma mola e/ou cilindro pneumático são providos para permitirem que os atuadores descritos na técnica anterior apliquem uma carga estática por meio ou ao longo do ativador elétrico da máquina e no indivíduo de teste. Esse arranjo permite que o componente da força fixada ao atuador seja ajustado antes da operação para equilibrar o peso do indivíduo de teste e/ou garantir que o indivíduo de teste esteja na posição correta antes do início do teste.[0012] In several of these systems, a spring and/or pneumatic cylinder are provided to allow the actuators described in the prior art to apply a static charge through or along the electrical activator of the machine and onto the test subject. This arrangement allows the force component attached to the actuator to be adjusted prior to operation to balance the test subject's weight and/or ensure the test subject is in the correct position prior to the start of the test.
[0013] A Patente norte-americana US7401520 revela um sistema completo para o teste de um veículo, compreendendo uma pluralidade de equipamentos, cada um da pluralidade de equipamentos compreendendo um quadro para o suporte de pelo menos uma parte de uma roda de um veículo e um atuador eletromagnético linear pelo menos parcialmente contido no interior do quadro, o atuador eletromagnético linear tendo um imã móvel e em uso, proporcionando a uma força vertical substancialmente controlada a uma roda do veículo. Cada um dos equipamentos é montado para proporcionar de forma independente uma força vertical substancialmente controlada em uma de uma pluralidade de rodas veiculares suportadas e de uma pluralidade de molas de ar (que são, por vezes, denominadas de airbags) ou alternativamente molas mecânicas (do grupo que compreende uma mola espiral, uma mola de torção e um feixe de molas) que são providas para fornecer nivelamento do veículo suportado.[0013] US patent US7401520 discloses a complete system for testing a vehicle, comprising a plurality of equipment, each of the plurality of equipment comprising a frame for supporting at least a part of a wheel of a vehicle and a linear electromagnetic actuator at least partially contained within the frame, the linear electromagnetic actuator having a movable magnet and in use providing a substantially controlled vertical force to a vehicle wheel. Each of the devices is assembled to independently provide a substantially controlled vertical force on one of a plurality of supported vehicular wheels and a plurality of air springs (which are sometimes referred to as airbags) or alternatively mechanical springs (of group comprising a spiral spring, a torsion spring and a bundle of springs) which are provided to provide leveling of the supported vehicle.
[0014] Este sistema tem vários inconvenientes.[0014] This system has several drawbacks.
[0015] Primeiro, a exigência de uma conexão mecânica carga-mancal entre o airbag ou a mola mecânica e a placa da roda ou o movimentador da máquina elétrica adiciona massa inercial ao conjunto móvel. Essa inércia adicional reduz as frequências de pico que o atuador é capaz de alcançar para um dado deslocamento.[0015] First, the requirement for a load-bearing mechanical connection between the airbag or the mechanical spring and the wheel plate or the electric machine driver adds inertial mass to the moving assembly. This additional inertia reduces the peak frequencies that the actuator is able to achieve for a given displacement.
[0016] Segundo, o uso de um membro conforme, como um airbag ou mola mecânica introduz a possibilidade de geração de ressonâncias indesejáveis no sistema atuador de testes, comprometendo a integridade da função de atuação que é aplicada ao indivíduo de teste.[0016] Second, the use of a compliant member such as an airbag or mechanical spring introduces the possibility of generating undesirable resonances in the test actuator system, compromising the integrity of the actuation function that is applied to the test subject.
[0017] Terceiro, a montagem ensinada pela Patente norte-americana US7401520 exige um nível desnecessário de complexidade na construção, devido à necessidade de acoplar conjuntos discretos de molas e de máquinas elétricas dentro de cada quadro atuador de testes, resultando em maior custo e dimensões do dispositivo em geral.[0017] Third, the assembly taught by the US Patent US7401520 requires an unnecessary level of complexity in construction, due to the need to couple discrete sets of springs and electrical machines within each test actuator frame, resulting in greater cost and dimensions of the device in general.
[0018] A Patente norte-americana US8844345 revela um equipamento que proporciona movimento a um objeto de testes, como um veículo motorizado de maneira controlada. É nele montada uma base com um motor eletromagnético linear, tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, a primeira extremidade estando conectada à base. Uma combinação de cilindro e pistão pneumático tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, a primeira extremidade conectada à base, de maneira que a combinação de cilindro e pistão pneumático fica geralmente paralela ao motor eletromagnético linear. As segundas extremidades do motor eletromagnético linear e da combinação de cilindro e pistão pneumático estando normalmente ligadas a um membro móvel, que também está fixado a um suporte do objeto de testes. Um sistema de controle do motor eletromagnético linear e da combinação de cilindro e pistão pneumático a combinação de cilindro e pistão pneumático para suportar uma substancial carga estática do objeto de teste e o motor eletromagnético linear para proporcionar movimento controlado ao objeto de testes.[0018] The US patent US8844345 discloses equipment that provides movement to a test object, such as a motor vehicle in a controlled manner. Mounted thereon is a base with a linear electromagnetic motor having a first end and a second end, the first end being connected to the base. An air cylinder and piston combination has a first end and a second end, the first end connected to the base so that the cylinder and air piston combination is generally parallel to the linear electromagnetic motor. The second ends of the linear electromagnetic motor and pneumatic cylinder-piston combination are normally attached to a movable member, which is also attached to a support of the test object. A linear electromagnetic motor and pneumatic cylinder-piston combination control system the cylinder and pneumatic piston combination to support a substantial static load of the test object and the linear electromagnetic motor to provide controlled movement to the test object.
[0019] Esse sistema tem vários inconvenientes similares aos anteriormente descritos com relação à Patente norte-americana US7401520.[0019] This system has several drawbacks similar to those previously described in relation to US Patent US7401520.
[0020] Primeiro, a exigência de uma combinação discreta de cilindro e pistão pneumático, a suporte e membro móvel do mancal de carga para o indivíduo de teste adiciona considerável massa inercial ao conjunto móvel. Essa inércia adicional reduz as frequências de pico que o atuadora é capaz de alcançar para um dado deslocamento.[0020] First, the requirement of a discrete combination of cylinder and pneumatic piston, the support and movable member of the load bearing for the test subject adds considerable inertial mass to the movable assembly. This additional inertia reduces the peak frequencies that the actuator is able to achieve for a given displacement.
[0021] Segundo, o uso da combinação de cilindro e pistão pneumático, ao invés de um airbag ou de uma mola mecânica, introduz atrito devido à vedação de deslizamento entre o cilindro e o pistão pneumático. Esse atrito afeta a força líquida que é aplicada ao indivíduo de teste, podendo também resultar em desgastes e na vida reduzida do atuador.[0021] Second, the use of the combination of cylinder and pneumatic piston, instead of an airbag or a mechanical spring, introduces friction due to the sliding seal between the cylinder and the pneumatic piston. This friction affects the net force that is applied to the test subject and can also result in wear and reduced actuator life.
[0022] Terceiro, a montagem revelada pela Patente norte-americana US8844345 exige um nível desnecessário de complexidade na construção, devido à necessidade de acoplar uma máquina elétrica, um cilindro pneumático, um membro e suporte móvel para o indivíduo de teste dentro de cada quadro atuador de testes, resultando em um maior custo e maiores dimensões do dispositivo em geral.[0022] Third, the assembly disclosed by US Patent US8844345 requires an unnecessary level of complexity in construction, due to the need to couple an electrical machine, a pneumatic cylinder, a member and mobile support for the test subject within each frame testing actuator, resulting in a higher cost and larger overall device dimensions.
[0023] As máquinas elétricas lineares também podem incluir uma câmara de trabalho em que uma mudança no volume da câmara de trabalho provoca o movimento de um ativador, que então induz uma corrente elétrica em uma ou mais espirais, ou em que o movimento do ativador provocado por uma corrente elétrica em uma ou mais das espirais provoca uma mudança no volume da câmara de trabalho. Os exemplos desses sistemas incluem o uso de um gerador linear com motor de pistão livre, onde a pressão de combustão atua em um ativador para a produção de potência elétrica utilizável, o uso como um expansor de gás, onde um gás em alta pressão atua em um ativador para a produção de potência elétrica utilizável, o uso como um compressor de gás, onde um sinal elétrico induz o movimento em um ativador para pressurizar um gás, o uso em sistemas hidráulicos, onde o movimento do ativador provoca ou é provocado pelo deslocamento do fluido hidráulico dentro da câmara de trabalho.[0023] Linear electrical machines may also include a working chamber in which a change in the volume of the working chamber causes movement of an activator, which then induces an electric current in one or more spirals, or in which movement of the activator caused by an electric current in one or more of the spirals causes a change in the volume of the working chamber. Examples of these systems include the use of a linear generator with a free piston engine, where the combustion pressure acts on an activator to produce usable electrical power, use as a gas expander, where a high pressure gas acts on an actuator for producing usable electrical power, use as a gas compressor, where an electrical signal induces movement in an actuator to pressurize a gas, use in hydraulic systems, where movement of the actuator causes or is caused by displacement hydraulic fluid inside the working chamber.
[0024] Muitos dos problemas que são acima descritos em relação ao uso da máquina elétrica linear como atuador estão também presentes ao usar esse dispositivo como um motor ou gerador agindo em um fluido contido no interior da câmara de trabalho, e assim sendo também obtidos benefícios similares. Em particular, um gerador linear com motor de pistão livre deve controlar efetivamente o movimento do pistão para ser obtida uma razão consistente de compressão e expansão desejável para uma combustão eficiente e de baixas emissões. O desafio do controle do movimento do pistão é amplamente reconhecido na técnica anterior, já que o principal desafio que deve ser solucionado antes do formato do motor de pistão livre pode ser desenvolvido e comercializado com sucesso. As máquinas elétricas lineares são tipicamente empregadas em máquinas de pistão livre raramente podem alcançar o nível desejado de controle de movimento, devido a que essas máquinas possuem uma grande massa de pistão em relação à força que pode ser aplicada pela máquina elétrica. Essa força métrica ou sua recíproca (força por unidade de massa móvel) que é, por vezes, denominada de ‘força específica’, é a mais importante determinante do controle de movimento do motor de pistão livre.[0024] Many of the problems that are described above in relation to the use of the linear electric machine as an actuator are also present when using this device as a motor or generator acting on a fluid contained within the working chamber, and thus also obtained benefits similar. In particular, a linear generator with a free piston engine must effectively control the piston movement to obtain a consistent compression and expansion ratio desirable for efficient combustion and low emissions. The challenge of controlling the piston movement is widely recognized in the prior art, as the main challenge that must be solved before the free piston engine design can be successfully developed and commercialized. Linear electric machines are typically employed where free-piston machines can rarely achieve the desired level of motion control, because these machines have a large piston mass relative to the force that can be applied by the electric machine. This metric force or its reciprocal (force per unit of mobile mass), which is sometimes called the 'specific force', is the most important determinant of the motion control of the free-piston engine.
[0025] Um bom desempenho do controle do movimento do pistão é também essencial em outras aplicações que usam a máquina elétrica linear como um motor ou gerador que atua em um fluido contido dentro da câmara de trabalho, incluindo os expansores de gás de pistão livre (por exemplo, dentro de um sistema de recuperação de calor perdido de um ciclo Rankine ou ciclo de refrigeração), compressores de gás de pistão livre e bombas de pistão livre, já que o movimento do pistão determina a pressão ou o volume deslocado que é alcançado no final do curso. Portanto, qualquer variação não controlada no final da posição do curso do pistão tem impacto direto na função do dispositivo.[0025] Good piston movement control performance is also essential in other applications that use the linear electric machine as a motor or generator acting on a fluid contained within the working chamber, including free piston gas expanders ( for example, within a waste heat recovery system from a Rankine cycle or refrigeration cycle), free piston gas compressors and free piston pumps, as the movement of the piston determines the pressure or displaced volume that is achieved at the end of the course. Therefore, any uncontrolled variation in the end of stroke position of the piston has a direct impact on the function of the device.
[0026] A presente invenção visa solucionar um ou mais dos problemas acima identificados.[0026] The present invention aims to solve one or more of the problems identified above.
[0027] De acordo com a presente invenção, é provida uma máquina elétrica linear (MEL) que compreende um estator montado em um alojamento, o alojamento e o estator definindo um cilindro de trabalho, um núcleo central no interior do cilindro de trabalho e definindo uma cavidade para abrigar o estator cilíndrico intermediário, um ativador oco axialmente móvel no interior do cilindro de trabalho, que se prolonga para o interior da cavidade do abrigo do estator e formando um espaço vazio exterior do circuito magnético entre o ativador e o estator, pelo menos uma parte curvada ou mancal entre o núcleo central e o ativador provendo localização coaxial do ativador no interior da cavidade do abrigo do estator, em que o núcleo central é fixado axialmente em relação ao estator.[0027] According to the present invention, a linear electrical machine (MEL) is provided comprising a stator mounted in a housing, the housing and the stator defining a working cylinder, a central core inside the working cylinder and defining a cavity to house the intermediate cylindrical stator, an axially movable hollow activator within the working cylinder, extending into the interior of the stator housing cavity and forming an outer void space of the magnetic circuit between the activator and the stator, at least at least one curved portion or bearing between the central core and the activator providing coaxial location of the activator within the cavity of the stator housing, where the central core is fixed axially with respect to the stator.
[0028] O mancal ou a parte curvada pode ser um mancal fluido, que poderia ser um mancal a gás, e que seria tipicamente adequado para aplicações em que o cilindro de trabalho contém um gás. Alternativamente, o mancal fluido poderia ser um mancal hidrodinâmico ou hidrostático, que seria tipicamente adequado para aplicações em que o cilindro de trabalho contém um líquido. Onde a especificação se refere ao uso de um mancal fluido, isso poderia ser considerado como significando qualquer mancal a gás, um mancal hidrodinâmico e um mancal hidrostático. O mancal fluido pode prover a localização coaxial do ativador e do núcleo central.[0028] The bearing or the curved part may be a fluid bearing, which could be a gas bearing, and which would typically be suitable for applications where the working cylinder contains a gas. Alternatively, the fluid bearing could be a hydrodynamic or hydrostatic bearing, which would typically be suitable for applications where the work cylinder contains a liquid. Where the specification refers to the use of a fluid bearing, this could be taken to mean any gas bearing, a hydrodynamic bearing and a hydrostatic bearing. The fluid bearing can provide the coaxial location of the activator and the central core.
[0029] Em virtude dessa montagem, e em particular do mancal fluido entre o núcleo central e o ativador, não existem requisitos para um maior comprimento do ativador além da extremidade inferior do estator, para permanecer acoplado a um mancal externo de fluido abaixo do estator, e a massa do ativador fica, portanto, substancialmente reduzida para a mesma força eletromagnética. Além disso, para prover a localização coaxial (e, portanto, concêntrica) do ativador e do núcleo central, o mancal fluido também provê uma força de reação para se opor a quaisquer cargas laterais que sejam geradas pelo estator da máquina elétrica linear. A provisão de um mancal fluido no núcleo central e dentro das extremidades superior e inferior do estator da máquina elétrica reduz o comprimento da trajetória de transmissão da força da carga lateral entre o estator e o mancal fluido. A transmissão da força da carga lateral pelo ativador para as posições do mancal pode resultar na flexão da viga entre os mancais ou flexão em balanço para qualquer lado de um mancal simples. Essa flexão pode resultar na localização não concêntrica entre o ativador e o núcleo central e, por extensão, na localização não concêntrica entre o ativador e o estator sendo, portanto, indesejável. Portanto, a montagem da presente invenção reduz a exigência de maior massa de ativador para prover a suficiente rigidez ao ativador para limitar a flexão do ativador sob a ação das cargas laterais do estator da máquina elétrica. Portanto, a presente invenção pode manter a relação coaxial (e, portanto, concêntrica) entre o estator da máquina elétrica linear e o ativador com a maior força da máquina elétrica por unidade de massa móvel que para montagens alternativas.[0029] Due to this assembly, and in particular the fluid bearing between the central core and the activator, there are no requirements for a greater length of the activator beyond the lower end of the stator, to remain coupled to an external fluid bearing below the stator , and the mass of the activator is therefore substantially reduced for the same electromagnetic force. In addition, to provide for the coaxial (and therefore concentric) location of the activator and central core, the fluid bearing also provides a reaction force to oppose any lateral loads that are generated by the stator of the linear electrical machine. The provision of a fluid bearing in the central core and within the upper and lower ends of the electrical machine stator reduces the length of the lateral load force transmission path between the stator and the fluid bearing. The transmission of lateral load force by the activator to the bearing positions can result in beam bending between the bearings or cantilever bending to either side of a single bearing. Such bending can result in non-concentric location between activator and central core and, by extension, non-concentric location between activator and stator and is therefore undesirable. Therefore, the assembly of the present invention reduces the requirement for greater activator mass to provide sufficient rigidity to the activator to limit activator bending under the action of lateral loads of the electrical machine stator. Therefore, the present invention can maintain the coaxial (and therefore concentric) relationship between the linear electrical machine stator and actuator with greater electrical machine force per unit of mobile mass than for alternative assemblies.
[0030] Pelo menos um dos mancais fluidos é montado preferivelmente no núcleo central e opera em uma superfície do mancal formada na parte do interior do ativador oco. O mancal fluido é tipicamente um componente separado, provendo um fluxo de gás ou fluido do mancal líquido de um suprimento e para o vão do mancal. A localização do mancal fluido no núcleo central fixo ao invés de no ativador evita que a massa adicional deste componente contribua para a massa móvel do ativador. A superfície do eixo do mancal pode ser formada na estrutura do ativador oco e não exige a adição de um componente separado para o ativador. Portanto, essa montagem permite a incorporação de uma função do mancal fluido para transmitir as cargas laterais geradas pelo estator da máquina elétrica no núcleo central, enquanto mantém a massa móvel do ativador em um mínimo.[0030] At least one of the fluid bearings is preferably mounted on the central core and operates on a bearing surface formed in the inner part of the hollow activator. The fluid bearing is typically a separate component, providing a flow of gas or liquid bearing fluid from a supply and into the bearing gap. The location of the fluid bearing in the fixed central core rather than in the activator prevents the additional mass of this component from contributing to the moving mass of the activator. The bearing shaft surface can be formed into the hollow activator frame and does not require the addition of a separate activator component. Therefore, this assembly allows the incorporation of a fluid bearing function to transmit the lateral loads generated by the electrical machine stator into the central core, while keeping the activator's moving mass to a minimum.
[0031] O pelo menos um mancal fluido define, de preferência, uma localização coaxial (e, portanto, concêntrica) do ativador e do estator e do espaço vazio exterior do circuito magnético intermediário. Portanto, essa montagem permite a incorporação de uma função do mancal fluido com baixo atrito para localizar com precisão o ativador com relação ao núcleo central e do espaço vazio dos circuitos magnéticos, enquanto mantém a massa móvel do ativador em um mínimo.[0031] The at least one fluid bearing preferably defines a coaxial (and therefore concentric) location of the activator and the stator and the outer void space of the intermediate magnetic circuit. Therefore, this assembly allows the incorporation of a low friction fluid bearing function to accurately locate the activator with respect to the central core and the void space of the magnetic circuits, while keeping the activator's moving mass to a minimum.
[0032] Pode ser usada uma vedação do tipo labirinto, na qual o fluxo de fluido e a diferença de pressão entre a câmara de trabalho e o mancal fluido são controlados, pela provisão de uma série de canais anulares no ativador. Uma vedação do tipo labirinto é uma vedação de não contato que é comumente usada em aplicações de expansor e compressor de pistão. A aplicação de uma vedação do tipo labirinto na presente invenção elimina o atrito que, de outra forma estaria associado a uma vedação de contato, e que também remove a exigência de uma característica de alívio separado da pressão do fluido entre o mancal fluido e a câmara de trabalho.[0032] A labyrinth-type seal can be used, in which the fluid flow and the pressure difference between the working chamber and the fluid bearing are controlled, by providing a series of annular channels in the activator. A labyrinth type seal is a non-contact seal that is commonly used in piston expander and compressor applications. The application of a labyrinth-type seal in the present invention eliminates the friction that would otherwise be associated with a contact seal, and it also removes the requirement for a separate fluid pressure relief feature between the fluid bearing and the chamber. of work.
[0033] A MEL pode ainda compreender pelo menos uma câmara de trabalho e/ou uma câmara pré-carregada no interior do cilindro de trabalho para a aplicação de uma força no ativador. A câmara de trabalho e/ou a câmara pré-carregada é, de preferência coaxial com o abrigo do estator e o vão do mancal. Em virtude dessa montagem, a presente invenção permite boa integração das câmaras de trabalho e/ou pré-carregada dentro da construção da MEL e ajuda a reduzir o tamanho geral da máquina. A câmara pré-carregada contém o fluido fornecido em pressão elevada e que aplica uma força líquida no ativador. Na configuração do atuador, isso ajuda a equilibrar o peso do indivíduo de teste e/ou para garantir que o indivíduo de teste esteja na posição correta antes do início dos testes. Essa íntima integração também elimina a necessidade de um elemento mecânico separado para prover uma trajetória de carga entre a câmara de trabalho e/ou a câmara pré-carregada e o ativador, de maneira que a massa móvel é reduzida.[0033] The MEL may also comprise at least one working chamber and/or one preloaded chamber inside the working cylinder for applying a force to the activator. The working chamber and/or the preloaded chamber is preferably coaxial with the stator housing and bearing gap. By virtue of this assembly, the present invention allows for good integration of the working and/or preloaded chambers within the construction of the MEL and helps to reduce the overall size of the machine. The pre-charged chamber contains the fluid delivered at high pressure and which applies a net force to the activator. In the actuator setup, this helps to balance the test subject's weight and/or to ensure the test subject is in the correct position before testing begins. This close integration also eliminates the need for a separate mechanical element to provide a charge path between the working chamber and/or the pre-charged chamber and the activator, so that mobile mass is reduced.
[0034] O uso de elementos rígidos de parede para uma câmara pré-carregada também evita o uso de materiais conformes, como os usados em um airbag ou mola mecânica. Isso reduz o impacto de ressonâncias do sistema atuador que possam, de outra forma, afetar a função de atuação que é aplicada ao indivíduo de teste.[0034] The use of rigid wall elements for a preloaded chamber also avoids the use of compliant materials, such as those used in an airbag or mechanical spring. This reduces the impact of actuator system resonances that might otherwise affect the actuation function that is applied to the test subject.
[0035] Essa montagem também prove um atuador ou MEL que seja compacto no tamanho, especialmente em sua largura.[0035] This assembly also provides an actuator or MEL that is compact in size, especially in its width.
[0036] A provisão de pelo menos um mancal fluido provê uma interface de muito baixo atrito entre o ativador e o estator. Essa montagem oferece baixo atrito e desgaste mecânico, que são tipicamente encontrados em mancais de contato deslizante, e oferece esse benefício sem a penalidade da massa alternativa de mancais de elementos rolantes. Portanto, essa montagem permite uma operação de maior frequência, devida à baixa inércia do sistema. Além disso, os mancais fluidos podem fazer parte de uma efetiva vedação por pressão sem contato para conservar a pressão em qualquer câmara de trabalho sem o atrito associado a vedações por contato.[0036] The provision of at least one fluid bearing provides a very low friction interface between the activator and the stator. This assembly offers low friction and mechanical wear, which are typically found in sliding contact bearings, and provides this benefit without the penalty of the reciprocating weight of rolling element bearings. Therefore, this assembly allows a higher frequency operation, due to the low inertia of the system. In addition, fluid bearings can form part of an effective non-contact pressure seal to conserve pressure in any working chamber without the friction associated with contact seals.
[0037] A invenção se refere a um espaço vazio do circuito magnético. Para a finalidade da invenção, esse termo se refere a um vão no qual a relativa permeabilidade esteja perto da do ar. O vão pode ou não conter ar ou outro fluido. Esse uso é bem conhecido no campo das máquinas elétricas.[0037] The invention relates to an empty space of the magnetic circuit. For the purpose of the invention, this term refers to a span in which the relative permeability is close to that of air. The gap may or may not contain air or another fluid. This usage is well known in the field of electrical machines.
[0038] Podem ser providos um ou mais eixos de mancal em cada ou em ambas as superfícies externas e internas do ativador.[0038] One or more bearing shafts can be provided on each or both external and internal surfaces of the activator.
[0039] A câmara pré-carregada pode agir como uma mola, na qual a câmara tem uma taxa de mola diferente de zero, de maneira que a força de pré-carga mude com o movimento do ativador. Em uma montagem alternativa, a câmara pode ser montada de maneira que tenha uma taxa de mola zero. A câmara pré-carregada pode ser provida de pelo menos um conduto para regular a pressão no interior da câmara. Esse conduto permite que a pressão no interior da câmara pré-carregada seja regulada em um valor constante, provendo assim uma montagem com taxa de mola zero.[0039] The preloaded chamber can act like a spring, in which the chamber has a non-zero spring rate, so that the preload force changes with the movement of the activator. In an alternative setup, the chamber can be mounted so that it has a zero spring rate. The pre-filled chamber may be provided with at least one conduit for regulating the pressure within the chamber. This conduit allows the pressure within the preloaded chamber to be regulated at a constant value, thus providing a zero spring rate assembly.
[0040] A máquina elétrica pode ser do tipo de imã móvel, na qual os imãs são fixados ao ativador móvel. A máquina do tipo de magneto móvel oferece uma maior força da máquina elétrica por unidade de massa móvel que os demais tipos de máquinas elétricas. Uma realização usa um subtipo de máquina de imã móvel comumente conhecida como máquina ranhurada, na qual os circuitos de fluxo são realizados por materiais magneticamente permeáveis e o fluxo magnético é cortado pela corrente que flui em espirais de cobre montadas em ranhuras no interior deste material.[0040] The electrical machine may be of the movable magnet type, in which the magnets are fixed to the movable activator. The moving magnet type machine offers a higher electrical machine force per unit of moving mass than other types of electrical machines. One embodiment uses a subtype of moving magnet machine commonly known as a slotted machine, in which the flux circuits are made by magnetically permeable materials and the magnetic flux is cut by current flowing in copper coils mounted in slots within this material.
[0041] Um subtipo alternativo de máquina de imã móvel é comumente conhecido como máquina sem ranhuras, que oferece uma força de maior pico e menor força de COGGING, mas com mais baixa eficiência que os tipos de máquina ranhurada. As realizações alternativas podem usar outros tipos lineares estabelecidos de máquina elétrica, incluindo máquinas de comutação de fluxo e máquinas de relutância comutada. Esses tipos de máquinas não incluem imãs no ativador, permitindo que o ativador opera em maiores temperaturas associadas às aplicações de recuperação de calor do ciclo Rankine e de combustão interna sem o risco de degradação dos materiais magnéticos e consequente desempenho prejudicado da máquina elétrica.[0041] An alternative subtype of moving magnet machine is commonly known as slotless machine, which offers a higher peak force and lower COGGING force, but with lower efficiency than slotted machine types. Alternative embodiments may use other established linear types of electrical machine, including flux switching machines and switched reluctance machines. These types of machines do not include magnets in the activator, allowing the activator to operate at the higher temperatures associated with Rankine cycle and internal combustion heat recovery applications without the risk of degradation of the magnetic materials and consequent impaired performance of the electrical machine.
[0042] O movimento da parte móvel da parede de extremidade é preferivelmente coaxial com o abrigo do estator, o que ajuda a minimizar a largura da MEL. O espaço vazio do circuito magnético é preferivelmente cilíndrico.[0042] The movement of the moving part of the end wall is preferably coaxial with the stator housing, which helps to minimize the width of the MEL. The empty space of the magnetic circuit is preferably cylindrical.
[0043] Para um atuador, o ponto de montagem do indivíduo de teste é preferivelmente fixado no ativador, normalmente em sua extremidade superior. Pode ser provido um ponto de ancoragem ao invés de, ou também como, um ponto de montagem do indivíduo de teste. O ponto de ancoragem é um local em que o elemento externo pode ser fixado, unido ou de outra forma conectado, considerando que o ponto de montagem do indivíduo de teste é um tipo de ponto de ancoragem provido especificamente para as finalidades de transmissão da força a um indivíduo de teste.[0043] For an actuator, the mounting point of the test subject is preferably fixed to the activator, usually at its upper end. An anchor point may be provided instead of, or also as, a test subject mounting point. The anchor point is a location where the external element can be attached, attached or otherwise connected, whereas the test subject mounting point is a type of anchor point provided specifically for the purposes of transmitting the force to a test subject.
[0044] O mancal fluido age preferencialmente em um eixo do mancal fluido na superfície interna do ativador. Alternativa ou adicionalmente, o mancal fluido age em um eixo do mancal fluido na superfície externa do ativador.[0044] The fluid bearing preferably acts on a fluid bearing shaft on the inner surface of the activator. Alternatively or additionally, the fluid bearing acts on a fluid bearing shaft on the outer surface of the activator.
[0045] A MEL pode ainda compreender um codificador conectado ao ativador, que tipicamente detecta uma ou mais posições ou velocidades. O codificador pode usar pelo menos um sensor óptico, magnético ou mecânico. O codificador ajuda no controle do atuador determinando a posição e/ou a velocidade do ativador.[0045] The MEL may further comprise an encoder connected to the activator, which typically detects one or more positions or speeds. The encoder can use at least one optical, magnetic or mechanical sensor. The encoder helps with actuator control by determining actuator position and/or speed.
[0046] Pelo menos um vão do mancal pode ter uma pluralidade de canais axiais que se prolongam pela seção transversal em arco disposta à volta do ativador. O vão do mancal tanto pode ser cilíndrico como ter duas ou mais seções em arco.[0046] At least one bearing span may have a plurality of axial channels extending through the arched cross-section arranged around the activator. The bearing span can either be cylindrical or have two or more arched sections.
[0047] A MEL inclui um corpo de alojamento contendo um ou mais canais de resfriamento. Essas características de resfriamento permitem que seja aplicada uma maior força da máquina elétrica ao ativador, por meio da remoção do calor gerado pela corrente que flui no estator.[0047] The MEL includes a housing body containing one or more cooling channels. These cooling characteristics allow greater power from the electrical machine to be applied to the activator by removing the heat generated by the current flowing in the stator.
[0048] Um exemplo da presente invenção será agora descrito com referência aos desenhos de acompanhamento, nos quais:[0048] An example of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:
[0049] A Figura 1 é uma máquina elétrica linear (MEL) configurada como um atuador mostrando os planos da seção AA;[0049] Figure 1 is a linear electrical machine (MEL) configured as an actuator showing the planes of section AA;
[0050] A Figura 2 é uma seção axial AA pelo curso médio da MEL da Figura 1;[0050] Figure 2 is an axial section AA through the midcourse of the MEL of Figure 1;
[0051] A Figura 3 é uma vista externa de uma MEL alternativa, mostrando os planos da seção BB e CC;[0051] Figure 3 is an external view of an alternative MEL, showing the BB and CC section plans;
[0052] A Figura 4 é uma seção axial BB pela MEL da Figura 3, mostrando um núcleo central e um mancal fluido interno;[0052] Figure 4 is an axial section BB through the MEL of Figure 3, showing a central core and an internal fluid bearing;
[0053] A Figura 5 é uma seção perpendicular BB mostrando mancais fluidos interior e exterior;[0053] Figure 5 is a cross section BB showing inner and outer fluid bearings;
[0054] A Figura 6 é uma seção perpendicular BB mostrando a parte superior do curso ou posição do ‘centro do ponto morto superior’;[0054] Figure 6 is a perpendicular section BB showing the top of the course or 'top dead center' position;
[0055] A Figura 7 é uma seção perpendicular BB mostrando o ponto inferior do curso ou posição do ‘centro do ponto morto inferior’;[0055] Figure 7 is a perpendicular section BB showing the bottom point of the stroke or 'bottom dead center center' position;
[0056] A Figura 8 é uma vista ampliada da seção perpendicular AA mostrando o espaço vazio do circuito magnético e o detalhe do eixo do mancal;[0056] Figure 8 is an enlarged view of the perpendicular section AA showing the empty space of the magnetic circuit and the detail of the bearing shaft;
[0057] A Figura 9 é uma seção axial CC mostrando o espaço vazio do circuito magnético concêntrico e o vão do mancal;[0057] Figure 9 is a DC axial section showing the void space of the concentric magnetic circuit and the bearing span;
[0058] A Figura 10 é uma seção axial CC mostrando uma montagem alternativa de mancais fluidos internos;[0058] Figure 10 is an axial section CC showing an alternative assembly of internal fluid bearings;
[0059] A Figura 11 é uma seção BB mostrando uma alternativa com núcleo central e estator interior;[0059] Figure 11 is a BB section showing an alternative with central core and inner stator;
[0060] A Figura 12 é uma seção axial BB mostrando outra montagem alternativa com uma câmara pré-carregada assimétrica deslocada;[0060] Figure 12 is an axial BB section showing another alternative assembly with an offset asymmetrical preloaded chamber;
[0061] A Figura 13 é uma seção perpendicular BB mostrando outra alternativa com núcleo central, mancais fluidos interior e exterior e mancal fluido ativador;[0061] Figure 13 is a perpendicular section BB showing another alternative with central core, inner and outer fluid bearings and activator fluid bearing;
[0062] A Figura 14 é uma vista ampliada da seção perpendicular BB mostrando em detalhes uma realização exemplar de uma vedação do tipo labirinto;[0062] Figure 14 is an enlarged view of cross-section BB showing in detail an exemplary embodiment of a labyrinth-type seal;
[0063] A Figura 15 é uma seção axial BB mostrando uma montagem alternativa, na qual o núcleo central passa através do ativador; e[0063] Figure 15 is an axial BB section showing an alternative assembly, in which the central core passes through the activator; It is
[0064] A Figura 16 é uma seção axial ampliada BB, mostrando o uso da parte curvada.[0064] Figure 16 is an enlarged axial section BB, showing the use of the curved part.
[0065] A Figura 1 é uma vista externa de uma primeira MEL operando como um atuador 10, tendo um eixo de movimento 20 ao longo do qual um se move ativador (mostrado posteriormente) e os locais de vários planos de demais vistas transversais.[0065] Figure 1 is an external view of a first MEL operating as an actuator 10, having a movement axis 20 along which an activator moves (shown later) and the locations of various planes of other cross-sectional views.
[0066] A Figura 2 mostra o atuador 10 tendo um corpo de alojamento 11. O corpo de alojamento 11 é formado por uma parede tipicamente cilíndrica 12 e pelas paredes de extremidade 13 definindo um interior oco. O interior tem um estator 14, tipicamente um estator tubular de máquina elétrica linear, que tem um furo cilíndrico 15 que se prolonga axialmente de uma extremidade 16 do estator até a outra extremidade 17. Assim, o corpo de alojamento e o estator definem um cilindro de trabalho 53. Um núcleo central 34 é fixado, pelo menos axialmente em relação ao estator 14 no interior do cilindro de trabalho e, nessa montagem, é fixado em um ponto de fixação do núcleo central 40 à parede de extremidade 13. A extremidade superior do núcleo central 34 é circundada por um ativador oco 18, de maneira que o ativador desliza sobre e fora do núcleo central 34.[0066] Figure 2 shows the actuator 10 having a housing body 11. The housing body 11 is formed by a typically cylindrical wall 12 and end walls 13 defining a hollow interior. The interior has a stator 14, typically a tubular stator of a linear electric machine, which has a cylindrical bore 15 extending axially from one end 16 of the stator to the other end 17. Thus, the housing body and the stator define a cylinder working cylinder 53. A central core 34 is attached at least axially to the stator 14 within the working cylinder and, in this assembly, is attached to an attachment point of the central core 40 to the end wall 13. The upper end of the central core 34 is surrounded by a hollow activator 18, so that the activator slides on and off the central core 34.
[0067] O núcleo central 34 e o estator definem uma cavidade do abrigo do estator 51 intermediário. A cavidade do abrigo do estator é um espaço anular cilíndrico dentro do qual o ativador 18 é axialmente móvel com relação ao estator 14. Existe um espaço vazio exterior do circuito magnético 21 (ver Figura 9) entre o ativador e o estator. Nessa realização exemplar, o alojamento e, portanto, o estator, são rigidamente fixados e o ativador 18 se move dentro do estator 14 e sobre o núcleo central.[0067] The central core 34 and the stator define an intermediate stator housing cavity 51. The stator housing cavity is a cylindrical annular space within which the activator 18 is axially movable with respect to the stator 14. There is an outer void space of the magnetic circuit 21 (see Figure 9) between the activator and the stator. In this exemplary embodiment, the housing, and therefore the stator, are rigidly fixed and the actuator 18 moves within the stator 14 and over the central core.
[0068] Um único mancal fluido alongado interno 35 é montado no núcleo central e, neste exemplo, nenhum mancal fluido exterior é provido no corpo de alojamento 11. O mancal fluido tem substancialmente o mesmo comprimento do estator 14, de maneira que quaisquer cargas laterais geradas pela máquina elétrica serão combinadas por uma força oposta aplicada pelo mancal fluido na mesma posição axial.[0068] A single elongated inner fluid bearing 35 is mounted in the central core and, in this example, no outer fluid bearing is provided in the housing body 11. The fluid bearing is substantially the same length as the stator 14, so that any lateral loads generated by the electric machine will be combined by an opposing force applied by the fluid bearing in the same axial position.
[0069] Em um exemplo alternativo, o mancal pode ser substituído ou suplementado por uma ou mais partes curvadas 52, mostradas na Figura 16. Isto é particularmente relevante em aplicações em que o movimento do ativador é pequeno, tipicamente menos que 2 mm. Essas aplicações podem incluir, entre outras, sistemas que aplicam um curto sinal motivo, de maneira como nos sistemas de suspensão veicular para o controle da dinâmica de operação. Em particular, dada à altura tipicamente limitada, qualquer sistema que aplique uma força de amortecimento a um sistema de suspensão especialmente um montado no interior do veículo. A parte curvada pode ter a forma de uma mola prato, um feixe de molas, um diafragma ou outro elemento elástico ou flexível entre o núcleo central e o ativador, e pode ou não ter furos ou vãos axiais. Outros exemplos das partes curvadas são mostrados na Patente norte- americana US 5522214. Em ambos os exemplos, a parte curvada ou o mancal fluido retêm o movimento radial do ativador e fornecem a localização coaxial do ativador no interior da cavidade do abrigo do estator.[0069] In an alternative example, the bearing can be replaced or supplemented by one or more curved parts 52, shown in Figure 16. This is particularly relevant in applications where the activator movement is small, typically less than 2 mm. These applications may include, among others, systems that apply a short motive signal, as in vehicle suspension systems to control the operating dynamics. In particular, given the typically limited height, any system that applies a damping force to a suspension system especially one mounted inside the vehicle. The curved portion may be in the form of a disc spring, a bundle of springs, a diaphragm or other elastic or flexible element between the central core and the actuator, and may or may not have axial holes or gaps. Other examples of curved portions are shown in US Patent 5,522,214. In both examples, the curved portion or fluid bearing retains radial motion of the actuator and provides coaxial location of the actuator within the stator housing cavity.
[0070] O alojamento da câmara 28 define a câmara pré-carregada 29. Nesse exemplo, o alojamento da câmara está no interior do corpo de alojamento e retido pela parede de extremidade 13. Entretanto, o alojamento da câmara poderia formar a parede de extremidade e não necessariamente tem que estar no interior do corpo de alojamento 11. Uma abertura 30 na câmara pré-carregada é fechada por uma extremidade 19a do ativador. Assim, o movimento de deslizamento do ativador altera o volume da câmara pré-carregada. A câmara pré-carregada é também dotada de pelo menos um conduto 47a pelo qual pode ser fornecido o fluido pressurizado para prover a força necessária para o ativador. A câmara 29 contém um fluido que é tipicamente um gás (apesar de ser também possível um líquido) fornecido sob pressão elevada e que aplica uma força líquida no ativador 18 para equilibrar o peso do indivíduo de teste e/ou garantir que o indivíduo de teste esteja na posição correta antes do início do teste. Alternativa ou adicionalmente, uma função equivalente da câmara pré-carregada pode ser realizada pela câmara 50 formada entre a extremidade superior do núcleo central 34 e o ativador 18.[0070] The chamber housing 28 defines the preloaded chamber 29. In this example, the chamber housing is inside the housing body and retained by the end wall 13. However, the chamber housing could form the end wall and it does not necessarily have to be inside the housing body 11. An opening 30 in the preloaded chamber is closed by an end 19a of the activator. Thus, the sliding movement of the activator changes the volume of the preloaded chamber. The pre-charged chamber is also provided with at least one conduit 47a through which pressurized fluid can be supplied to provide the necessary force for the activator. Chamber 29 contains a fluid which is typically a gas (although a liquid is also possible) supplied under high pressure and which applies a net force to activator 18 to balance the test subject's weight and/or ensure that the test subject is in the correct position before starting the test. Alternatively or additionally, an equivalent function of the preloaded chamber can be performed by the chamber 50 formed between the upper end of the central core 34 and the activator 18.
[0071] O movimento de deslizamento do ativador 18 no interior do furo do estator cilíndrico 15 muda o volume da câmara pré-carregada 29 e assim cria o mesmo efeito que um pistão que se move no interior de um cilindro. O fluido de trabalho na câmara pré-carregada 29 é preferencialmente um gás compressível, entretanto este fluido poderia também ser um líquido incompressível, como um fluido hidráulico que se deslocaria pelo conduto 47a por meio do movimento do ativador 18. Essa montagem leva a uma melhor qualidade do sinal de entrada do indivíduo de teste quando comparada aos sistemas de pré-carregamento do tipo airbag, nos quais o movimento do ativador e a mudança associada do volume de gás é acomodada pelo formato mutante de um elemento conforme, cuja conformidade pode resultar em um comportamento indesejado do sistema, como ressonância ou amortecimento.[0071] The sliding movement of the activator 18 inside the cylindrical stator hole 15 changes the volume of the preloaded chamber 29 and thus creates the same effect as a piston moving inside a cylinder. The working fluid in the pre-charged chamber 29 is preferably a compressible gas, however this fluid could also be an incompressible liquid, such as a hydraulic fluid which would move through the conduit 47a through the movement of the activator 18. This assembly leads to a better quality of the test subject's input signal as compared to airbag-type preloading systems, in which activator movement and the associated change in gas volume is accommodated by the changing shape of a conforming element, the conformance of which may result in unwanted system behavior, such as resonance or damping.
[0072] Em qualquer dos exemplos descritos, a câmara pré-carregada é formada por uma parede lateral 29a, que pode ou não ser uma parede cilíndrica, uma primeira parede de extremidade 29b tipicamente formada por uma superfície interna da parede de extremidade 13 ou do alojamento 12 e que é fixada em relação à parede lateral 29a, ao ativador 18 e também pela superfície externa do núcleo central 34. Portanto, a câmara 29 é geralmente anular. A câmara pré-carregada pode não ser um volume totalmente fechado, e além disso, para o conduto 47a outros pequenos vãos podem existir entre o ativador 18, o núcleo central 34 e o alojamento da câmara 28. Para as finalidades da definição da câmara pré-carregada volume, quaisquer vãos são considerados como partes integrais das superfícies 29a, 29b e 19a. Uma ou mais vedações, por exemplo, vedações de gás polimérico, podem ser providas neste ou em qualquer dos demais exemplos, para evitar vazamentos significativos do fluido pressurizado da câmara pré-carregada por esses vãos.[0072] In any of the described examples, the preloaded chamber is formed by a side wall 29a, which may or may not be a cylindrical wall, a first end wall 29b typically formed by an inner surface of the end wall 13 or the housing 12 and which is fixed relative to the side wall 29a, the activator 18 and also to the outer surface of the central core 34. Therefore, the chamber 29 is generally annular. The preloaded chamber may not be a fully enclosed volume, and in addition to the conduit 47a other small gaps may exist between the activator 18, the central core 34 and the chamber housing 28. -loaded volume, any gaps are considered as integral parts of the surfaces 29a, 29b and 19a. One or more seals, for example polymeric gas seals, may be provided in this or any of the other examples to prevent significant leakage of pressurized fluid from the precharged chamber through these gaps.
[0073] O volume da câmara pré-carregada 29 varia com o movimento do ativador. A primeira parede de extremidade 29b também poderia incluir um elemento móvel, que pode variar o volume da câmara pré-carregada com o ativador. Essa construção é menos devida, preferencialmente, ao controle mais complexo que seria necessário. Alternativa ou adicionalmente, pode ser montado outro elemento de parede no ativador 18, para agir como peça móvel da segunda parede de extremidade. Assim, o próprio ativador não pode definir parte da câmara pré- carregada, mas um elemento adicional móvel com o ativador pode. A câmara pré-carregada pode ter uma seção transversal uniforme ao longo do eixo 20.[0073] The volume of the preloaded chamber 29 varies with activator movement. The first end wall 29b could also include a movable element that can vary the volume of the chamber preloaded with the activator. This construction is less due, rather, to the more complex control that would be required. Alternatively, or additionally, another wall element can be fitted to the actuator 18 to act as a movable part of the second end wall. Thus, the activator itself cannot define part of the preloaded chamber, but an additional element movable with the activator can. The preloaded chamber may have a uniform cross section along axis 20.
[0074] A extremidade superior 19b do ativador 18 se prolonga da extremidade superior do atuador 10, sendo dotada de um ponto de ancoragem 33. O ponto de ancoragem pode ser usado para um indivíduo de teste. O ponto de ancoragem poderia ser uma placa plana ou outra superfície sobre a qual seja posicionado um indivíduo de teste e mantido no lugar por meio de seu próprio peso, por exemplo, um veículo que repousa sobre pneus, cada pneu posicionado em contato com um atuador de teste. Alternativamente, o ponto de ancoragem poderia incluir um ou mais meios de fixação para reter com segurança o ativador no indivíduo de teste ou parte de um sistema externo ao qual é aplicado um sinal. Isso pode incluir um ou mais furos pela extremidade do ativador.[0074] The upper end 19b of the actuator 18 extends from the upper end of the actuator 10, and is provided with an anchorage point 33. The anchorage point can be used for a test subject. The anchor point could be a flat plate or other surface onto which a test subject is positioned and held in place by its own weight, for example a vehicle resting on tires, each tire positioned in contact with an actuator. of test. Alternatively, the anchor point could include one or more attachment means for securely retaining the activator on the test subject or part of an external system to which a signal is applied. This can include one or more holes through the end of the activator.
[0075] Na realização preferida, um corpo de codificador 32 é localizado no núcleo central e permite que a balança do codificador 31, montada na parte interna da extremidade superior do ativador oco 18, permaneça dentro do atuador. Nesse exemplo, o codificador é um codificador de posição e a balança do codificador é um eixo, mas a balança do codificador também poderia ser uma superfície plana e o tipo do codificador também poderia ser um codificador rapidez/velocidade. O corpo do codificador 32 localiza-se no interior da extremidade superior do núcleo central 34, mas pode se localizar em qualquer lugar adequado, fornecendo informações referentes à posição e ou à rapidez/velocidade do ativador, para garantir que o atuador possa ser controlado.[0075] In the preferred embodiment, an encoder body 32 is located in the central core and allows the encoder scale 31, mounted inside the upper end of the hollow actuator 18, to remain inside the actuator. In this example, the encoder is a position encoder and the encoder scale is a shaft, but the encoder scale could also be a flat surface and the encoder type could also be a speed/velocity encoder. The encoder body 32 is located inside the upper end of the central core 34, but can be located in any suitable place, providing information regarding the position and or speed/velocity of the actuator, to ensure that the actuator can be controlled.
[0076] A Figura 3 é uma vista externa da máquina elétrica linear (MEL) 60, que poderia ser operada como um gerador tendo um eixo de movimento 20 ao longo do qual um ativador (mostrado posteriormente) se move e as localizações dos planos BB e CC para outras vistas transversais. Nas Figuras subsequentes, os mesmos números de referência são usados como nas Figuras 1 e 2 para os componentes equivalentes.[0076] Figure 3 is an external view of the linear electrical machine (MEL) 60, which could be operated as a generator having an axis of movement 20 along which an activator (shown later) moves and the locations of the BB planes and CC for other cross-sectional views. In subsequent Figures, the same reference numerals are used as in Figures 1 and 2 for equivalent components.
[0077] A Figura 4 mostra uma vista em seção transversal da MEL 60. A MEL 60 é idêntica ao atuador 10, exceto pela adição da câmara de trabalho 42 na extremidade superior, isto é, a extremidade oposta da câmara pré-carregada 29, a remoção do ponto de montagem do indivíduo de teste 33 e a adição de um conduto 47b que permite a comunicação do fluido para dentro e para fora da câmara de trabalho 42. A câmara de trabalho poderia ser uma câmara de combustão de um motor de combustão interna, uma câmara de expansão para a expansão de um gás em alta pressão ou uma mistura de duas fases para gerar energia elétrica, uma câmara de compressão para pressurizar um gás ou uma mistura de duas fases usando energia elétrica, ou uma câmara hidráulica para receber e deslocar um fluido hidráulico ou outro líquido. A câmara de trabalho pode atuar no ativador 18 para gerar movimento, que então induz uma corrente elétrica nas bobinas do estator 14.[0077] Figure 4 shows a cross-sectional view of the MEL 60. The MEL 60 is identical to the actuator 10, except for the addition of the working chamber 42 at the upper end, that is, the opposite end of the preloaded chamber 29, removing the test subject mounting point 33 and adding a conduit 47b that allows fluid communication into and out of the working chamber 42. The working chamber could be a combustion chamber of a combustion engine internal chamber, an expansion chamber for expanding a high-pressure gas or two-phase mixture to generate electrical energy, a compression chamber for pressurizing a gas or two-phase mixture using electrical energy, or a hydraulic chamber for receiving and displacing a hydraulic fluid or other liquid. The working chamber can act on activator 18 to generate motion, which then induces an electrical current in the stator coils 14.
[0078] As Figuras subsequentes todas mostram a MEL 60, mas quaisquer das características aí reveladas, que não aquelas específicas para a câmara de trabalho, seriam geralmente aplicáveis no atuador das Figuras 1 e 2. Por exemplo, quaisquer das configurações do mancal fluido poderiam ser utilizadas no atuador 10, tão facilmente quanto na MEL 60.[0078] Subsequent Figures all show the MEL 60, but any of the features disclosed there, other than those specific to the working chamber, would generally be applicable to the actuator of Figures 1 and 2. For example, any of the fluid bearing configurations could be used on actuator 10 as easily as on MEL 60.
[0079] É provida uma câmara pré-carregada 29 para aplicar uma força controlada ao ativador 18 e, atuando para se opor ou equilibrar qualquer força que possa ser aplicada ao ativador pelo fluido de trabalho na câmara de trabalho. Essa função da câmara pré-carregada 29 é de armazenar a energia no ativador que não tiver sido recuperada pela máquina elétrica ao atuar como um gerador durante o curso para baixo do ativador para longe de sua ‘posição do centro do ponto morto superior’ (isto é, o prolongamento mais elevado de seu movimento no interior da câmara de trabalho 42). Depois que o ativador tiver atingido sua posição do centro do ponto morto inferior, o retorno de sua energia para o ativador 18, obtida como resultado na câmara pré-carregada aplicando uma força no ativador durante seu curso para cima para longe do centro do ponto morto inferior, permite que a máquina elétrica linear continue atuando como um gerador no curso de retorno de volta, na direção do centro do ponto morto superior. A pressão do fluido no interior da câmara pré-carregada 29 pode ser controlada por meio do conduto da câmara pré-carregada 47a, que, além disso, pode permitir que o fluido de trabalho pré- carregado seja deslocado na direção e na direção contrária à câmara pré-carregada quando o volume da câmara pré-carregada varia com o movimento do ativador 18. A câmara pré-carregada 29 pode ser preenchida com o mesmo fluido que é usado na câmara de trabalho 42 (por exemplo, a um fluido do ciclo Rankine no caso de uma aplicação de expansor de gás do ciclo Rankine). Alternativamente, a câmara pré-carregada 29 pode ser preenchida com outro fluido selecionado de acordo com os requisitos da aplicação, que pode ser um gás, um líquido ou uma mistura de duas fases. Se for usado um gás como fluido da câmara pré-carregada, a câmara pré-carregada pode atuar como uma câmara de retorno, na qual a pressão do gás do fluido de trabalho sobe quando a da volume câmara pré-carregada se reduz, resultando em uma força de pico da câmara pré-carregada de, ou por volta de uma posição do ativador da ‘centro do ponto morto inferior’ mostrada na Figura 7. Essa função da câmara de retorno da câmara pré-carregada serve para reduzir o tempo necessário para o ativador parar e mudar de direção no curso inferior, aumentando assim a frequência de operação e a densidade de potência de um motor de pistão livre, do expansor de gás ou de outro dispositivo que use a câmara de trabalho e a câmara pré-carregada.[0079] A preloaded chamber 29 is provided to apply a controlled force to the activator 18 and, acting to oppose or balance any force that may be applied to the activator by the working fluid in the working chamber. That function of the preloaded chamber 29 is to store energy in the activator that has not been recovered by the electrical machine acting as a generator during the downward stroke of the activator away from its 'top dead center center position' (i.e. that is, the highest extension of its movement inside the working chamber 42). After the activator has reached its position from the center of bottom dead center, the return of its energy to the activator 18, obtained as a result of the preloaded chamber applying a force to the activator during its upward stroke away from the center of dead center bottom, allows the linear electrical machine to continue acting as a generator on the return stroke back toward top dead center center. The pressure of the fluid inside the precharged chamber 29 can be controlled by means of the precharged chamber conduit 47a, which, moreover, can allow the precharged working fluid to be displaced towards and against the direction of flow. pre-charged chamber when the volume of the pre-charged chamber varies with movement of the activator 18. The pre-charged chamber 29 can be filled with the same fluid that is used in the working chamber 42 (e.g., a cycle fluid Rankine in the case of a Rankine cycle gas expander application). Alternatively, the pre-charged chamber 29 can be filled with another fluid selected according to the application requirements, which can be a gas, a liquid or a two-phase mixture. If a gas is used as the precharged chamber fluid, the precharged chamber can act as a return chamber, in which the pressure of the working fluid gas rises when that of the precharged chamber volume decreases, resulting in a preloaded chamber peak force of, or around, a 'bottom dead centre' trigger position shown in Figure 7. This function of the preloaded chamber return chamber serves to reduce the time required to the activator stops and changes direction on the downstroke, thereby increasing the operating frequency and power density of a free piston engine, gas expander, or other device that uses the working chamber and precharged chamber.
[0080] A Figura 5 mostra uma configuração alternativa do mancal, na qual são providos tanto um mancal fluido interior 35a como um mancal fluido exterior 22a. Mancais fluidos exteriores ou interiores múltiplos poderiam ser providos, caso necessário.[0080] Figure 5 shows an alternative bearing configuration, in which both an inner fluid bearing 35a and an outer fluid bearing 22a are provided. Multiple outer or inner fluid bearings could be provided if required.
[0081] As Figuras 6 e 7 ilustram o movimento do ativador oco 18 independente da configuração do mancal fluido, entre a parte superior do curso ou a posição do ‘centro do ponto morto superior’ na Figura 6 para a parte inferior do curso ou posição do ‘centro do ponto morto inferior’ na Figura 7. Na parte superior do curso na Figura 6, a extremidade inferior do ativador 18 é substancialmente adjacente à extremidade inferior do estator 14 e, nessa posição, o volume da câmara pré-carregada 29 está em seu máximo, e o volume da câmara de trabalho 42 está em seu mínimo. Nessa montagem, e como resultado do mancal fluido interno 35, não existe requisito para um comprimento adicional do ativador além da extremidade inferior do estator 17 para permanecer acoplado a um mancal fluido externo, como pode, por outro lado, ser exigido abaixo da extremidade inferior do estator 17, e a massa do ativador 18 fica assim substancialmente reduzida para a mesma força eletromagnética. Na extremidade inferior do curso na Figura 7, a extremidade superior do ativador 18 está um pouco acima do nível do mancal fluido superior 22a, apesar de que na prática, a extremidade superior pode projetar-se mais, ou mesmo estar no nível da extremidade superior do mancal fluido 22a.[0081] Figures 6 and 7 illustrate the movement of the hollow activator 18 regardless of the fluid bearing configuration, between the top of the stroke or the 'top dead center center' position in Figure 6 to the bottom of the stroke or position from 'bottom dead center center' in Figure 7. At the top of the stroke in Figure 6, the lower end of activator 18 is substantially adjacent to the lower end of stator 14 and, in that position, the volume of precharged chamber 29 is at its maximum, and the volume of the working chamber 42 is at its minimum. In this assembly, and as a result of the inner fluid bearing 35, there is no requirement for an additional length of actuator beyond the lower end of the stator 17 to remain coupled to an outer fluid bearing, as may otherwise be required below the lower end. of the stator 17, and the mass of the activator 18 is thus substantially reduced for the same electromagnetic force. At the lower end of the stroke in Figure 7, the upper end of the activator 18 is just above the level of the upper fluid bearing 22a, although in practice the upper end may protrude more, or even be on a level with the upper end. of the fluid bearing 22a.
[0082] É mostrado um maior detalhe do vão do mancal interior 37 e do espaço vazio do circuito magnético 21 é mostrado nas vistas das Figuras 8 e 9. A Figura 8 também ilustra a localização de um eixo exterior 23 no ativador. Essa é a superfície sobre a qual age qualquer mancal fluido externo 22a. É também mostrada uma superfície do eixo interno 36, sendo a superfície sobre a qual atua qualquer mancal fluido interno 35. As superfícies do eixo são tipicamente usinadas nos locais adequados no ativador e, portanto, não exigem que elementos adicionais sejam unidos ao ativador para essa finalidade, e não deveria tipicamente providos, a menos que fosse usado um mancal fluido correspondente.[0082] A greater detail of the inner bearing span 37 and the void space of the magnetic circuit 21 is shown in the views of Figures 8 and 9. Figure 8 also illustrates the location of an outer shaft 23 in the activator. This is the surface on which any external fluid bearing 22a acts. Also shown is an inner shaft surface 36, the surface upon which any inner fluid bearing 35 acts. The shaft surfaces are typically machined into the proper locations on the actuator and therefore do not require additional elements to be joined to the actuator for this purpose. purpose, and should typically not be provided unless a matching fluid bearing is used.
[0083] O ativador é mantido na posição coaxial pelo mancal fluido 35 que define o vão interior do mancal 37 entre a superfície externa do mancal fluido 35 e um ou mais eixos 36 na superfície interior do ativador. Se um ou mais mancais fluidos externos 22a também forem providos, o vão do mancal entre a superfície interna de qualquer mancal fluido externo 22a e a superfície externa do ativador e o espaço vazio do circuito magnético 21 pode ser contínuo. Os tamanhos relativos de qualquer vão do mancal e qualquer espaço vazio do circuito magnético são dependentes dos tamanhos do ativador, do estator e dos mancais fluidos. O vão do mancal é tipicamente menor que o espaço vazio do circuito magnético, de maneira que a espessura do vão de ar do circuito magnético é mais efetivamente controlada pela alta rigidez radial do mancal fluido.[0083] The activator is held in the coaxial position by the fluid bearing 35 which defines the inner gap of the bearing 37 between the outer surface of the fluid bearing 35 and one or more shafts 36 on the inner surface of the activator. If one or more outer fluid bearings 22a are also provided, the bearing gap between the inner surface of any outer fluid bearing 22a and the outer surface of the activator and the void space of the magnetic circuit 21 may be continuous. The relative sizes of any bearing span and any gaps in the magnetic circuit are dependent on the sizes of the activator, stator, and fluid bearings. The bearing gap is typically smaller than the magnetic circuit void space, so the magnetic circuit air gap thickness is more effectively controlled by the high radial stiffness of the fluid bearing.
[0084] Apesar de os mancais fluidos (sejam internos ou externos) serem geralmente elementos anulares, possuindo uma estrutura porosa, pela qual um gás ou outro fluido seja fornecido sob pressão para prover uma função carga- mancal no vão do mancal, qualquer dos mancais fluidos poderia ter a forma mostrada na Figura 10, na qual o mancal fluido é formado por uma pluralidade de sapatas de mancal fluido 44 espaçadas à volta (para mancais exteriores) ou dentro (para mancais interiores) da superfície do eixo na qual atua o mancal. Apesar de serem mostradas duas sapatas de mancal 44, poderiam ser possíveis três ou quarto sapatas de mancal, e na verdade, um maior número também seria possível, dependendo do tamanho do atuador e das cargas que suportam as sapatas do mancal. As sapatas do mancal são, preferencialmente igualmente espaçadas, de forma a prover um carregamento igual sobre o ativador e manter o posicionamento coaxial do ativador com relação ao estator. Os mancais fluidos poderiam ser formados a partir um material geralmente poroso, como carvão. Alternativamente, a porosidade do mancal fluido também poderia ser provida por meio de um conjunto de furos discretos usinados dentro de um ou mais componentes de mancal sólido ou de componentes da sapata do mancal.[0084] Although fluid bearings (whether internal or external) are generally annular elements, having a porous structure, through which a gas or other fluid is supplied under pressure to provide a load-bearing function in the bearing span, any of the bearings 10, in which the fluid bearing is formed by a plurality of fluid bearing shoes 44 spaced around (for outer bearings) or within (for inner bearings) the shaft surface on which the bearing acts . Although two bearing shoes 44 are shown, three or four bearing shoes could be possible, and in fact, a greater number would also be possible, depending on the size of the actuator and the loads that the bearing shoes support. The bearing shoes are preferably equally spaced in order to provide an equal load on the activator and maintain coaxial positioning of the activator with respect to the stator. Fluid bearings could be formed from a generally porous material such as coal. Alternatively, fluid bearing porosity could also be provided by means of a set of discrete holes machined into one or more solid bearing components or bearing shoe components.
[0085] A Figura 11 ilustra que o mancal fluido interior (seja com ou sem mancais fluidos exteriores), também poderia ser formado por dois ou mais mancais fluidos. Nesse exemplo, o mancal fluido interior é substituído por um mancal fluido interior superior 35a e um mancal fluido interior inferior 35b, e além disso, um exterior mancal fluido 22a é também mostrado na parte superior do estator.[0085] Figure 11 illustrates that the inner fluid bearing (whether with or without outer fluid bearings) could also be formed by two or more fluid bearings. In that example, the inner fluid bearing is replaced by an upper inner fluid bearing 35a and a lower inner fluid bearing 35b, and in addition, an outer fluid bearing 22a is also shown on top of the stator.
[0086] A divisão do mancal fluido interior permite que o espaço axial intermediário seja utilizado, nesse caso, pela inclusão de um estator interior 38 montado no núcleo central 34 para prover maior força para a máquina elétrica por unidade de massa móvel do ativador. Isso aumenta significativamente o desempenho dinâmico do atuador ou do dispositivo MEL que atua na câmara de trabalho. O estator interior 38 poderia ser usado em muitas montagens diferentes, por exemplo, com um mancal fluido interior superior e um mancal fluido exterior inferior (ou vice versa), e não se limitando à montagem específica mostrada na Figura 11.[0086] The division of the inner fluid bearing allows the intermediate axial space to be used, in this case, by the inclusion of an inner stator 38 mounted on the central core 34 to provide greater power to the electrical machine per unit of mobile mass of the activator. This significantly increases the dynamic performance of the actuator or MEL device acting in the working chamber. The inner stator 38 could be used in many different assemblies, for example with an upper inner fluid bearing and a lower outer fluid bearing (or vice versa), and not limited to the specific assembly shown in Figure 11.
[0087] A Figura 12 mostra que a câmara pré- carregada 29 não precisa ter uma forma uniforme, nem a própria câmara pré-carregada precisa ser coaxial com o resto do atuador. O deslocamento assimétrico da câmara pré-carregada 29 poderia ser usado em quaisquer montagens nas Figuras anteriores, podendo resultar em que a câmara pré-carregada tenha uma seção transversal não uniforme e/ou uma parede lateral não cilíndrica.[0087] Figure 12 shows that the preloaded chamber 29 need not have a uniform shape, nor does the preloaded chamber itself need to be coaxial with the rest of the actuator. The asymmetric displacement of the preloaded chamber 29 could be used in any of the assemblies in the previous Figures, which could result in the preloaded chamber having a non-uniform cross-section and/or a non-cylindrical sidewall.
[0088] A Figura 13 mostra outra configuração alternativa na qual outro mancal fluido interno 25 é provido no próprio ativador 18. O ativador mancal 25 é montado no ativador, sendo móvel com o ativador. Outra superfície do eixo do mancal 48 é formada na superfície interna da câmara de trabalho 42 e um vão do mancal é formado entre a superfície do eixo 48 e o ativador mancal 25.[0088] Figure 13 shows another alternative configuration in which another internal fluid bearing 25 is provided in the activator 18 itself. The activator bearing 25 is mounted on the activator, being movable with the activator. Another bearing shaft surface 48 is formed on the inner surface of the working chamber 42 and a bearing gap is formed between the shaft surface 48 and the bearing actuator 25.
[0089] A Figura 14 ilustra uma vedação do tipo labirinto 46, na qual o fluxo do fluido e a diferença de pressão entre a câmara de trabalho 42 e o mancal fluido 35 é controlada pela provisão de uma série de canais anulares 46a no ativador. Uma vedação do tipo labirinto é uma vedação de não contato que é comumente usada em aplicações de expansor de pistão e de compressor. O uso de uma vedação do tipo labirinto na presente invenção elimina o atrito que poderia estar associado à vedação de contato, e também remove a exigência de um respiro em separado entre o mancal fluido e a câmara de trabalho.[0089] Figure 14 illustrates a labyrinth-type seal 46, in which the fluid flow and pressure difference between the working chamber 42 and the fluid bearing 35 is controlled by the provision of a series of annular channels 46a in the activator. A labyrinth type seal is a non-contact seal that is commonly used in piston expander and compressor applications. The use of a labyrinth-type seal in the present invention eliminates the friction that could be associated with a contact seal, and also removes the requirement for a separate vent between the fluid bearing and working chamber.
[0090] A Figura 15 mostra outra variante, na qual o núcleo central 34 se prolonga até o ativador 18, de maneira que o ativador é um tubo oco, não sendo fechado em nenhuma das extremidades. O núcleo central é fixo por meio de pontos de fixação 40 em ambas as extremidades para o alojamento, para manter sua posição radial e axial dentro da MEL. O ativador, em uso, deslizará para cima e para baixo do núcleo central. Essa montagem prove uma fixação mais segura para o núcleo central, de maneira a reduzir a extensão da flexão em balanço do núcleo central, que possa de outra forma, resultar na concentricidade entre o ativador 19 e o estator 14. Essa montagem permite que a câmara de trabalho 42 e a câmara pré- carregada 29 sejam equivalentes em tamanho e na área da seção, de maneira que a câmara pré-carregada 29 possa servir alternativamente como uma segunda câmara de trabalho. Além disso, essa montagem reduz a área da câmara de trabalho 42 que atua no pistão, sendo, portanto, vantajoso para aplicações do fluido de trabalho em alta pressão. Nessas aplicações, a força que é aplicada pela pressão da câmara de trabalho na extremidade do ativador pode, por outro lado, ultrapassar a capacidade da máquina elétrica linear e da câmara pré-carregada em absorver o trabalho aplicado pela câmara de trabalho durante um único curso. Quaisquer das montagens anteriores do mancal poderiam ser utilizadas nessa variante.[0090] Figure 15 shows another variant, in which the central core 34 extends to the activator 18, so that the activator is a hollow tube, not being closed at either end. The central core is attached via attachment points 40 at both ends to the housing to maintain its radial and axial position within the MEL. The activator, in use, will slide up and down the central core. This assembly provides a more secure attachment for the central core in order to reduce the extent of cantilever bending of the central core which might otherwise result in concentricity between activator 19 and stator 14. This assembly allows the chamber to working chamber 42 and preloaded chamber 29 are equivalent in size and cross-sectional area, so that preloaded chamber 29 can alternatively serve as a second working chamber. Furthermore, this assembly reduces the area of the working chamber 42 acting on the piston and is therefore advantageous for high pressure working fluid applications. In these applications, the force that is applied by pressure from the working chamber to the end of the activator may, on the other hand, exceed the ability of the electric linear machine and the preloaded chamber to absorb the work applied by the working chamber during a single stroke. . Any of the previous bearing assemblies could be used in this variant.
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