Camcon binärt ställdon

Camcons binära ställdon är en elektroniskt styrd elektromagnetisk aktiveringsenhet som fysiskt rör sig mellan två stabila tillstånd . Till skillnad från en solenoid använder den binära ställdonteknologin (BAT) bara energi när man växlar mellan tillstånden. Det kräver inte en konstant ström som går genom den.

Design och drift

Det binära ställdonet består av en elektromagnet som polariserar en stav som vilar mellan 2 magnetiska poler som är belägna vid ena änden av staven. Laddningen på staven upplever då attraktion till en eller annan pol, vilket gör att änden av staven fäster vid en av de två polerna i den magnetiska kretsen. När ena änden av staven rör sig till en magnetisk pol, svänger staven på sin mittpunkt och den andra änden av staven rör sig i motsatt riktning. Denna rörelse kan användas för att styra en ventiltätning eller öppna en passage.

Denna design är bistabil, vilket innebär att den kommer att förbli i endera positionen tills den uppmanas att anta sitt andra stabila tillstånd via processen som beskrivs ovan. Änden av stången kommer alltid att vara i kontakt med den ena eller den andra polen, även när det inte finns någon ström som flyter genom systemet. En del av attraktionskraften lagras i fjädrar medan staven förblir i båda lägena för att hjälpa till att accelerera staven mot dess andra läge när det magnetiska flödet vänds. Detta sparar energi närhelst magnetfältet växlar, vilket i sin tur använder mindre energi för att växla till endera positionen. Detta gör det binära ställdonet energieffektivt

Inblandade krafter

Följande formel kan användas för att beräkna krafter och moment:

Fp= Φ2 P/4

Där Fp [N] = tryckkraft, Φ [mm] är mynningsdiameter och P[ bar] är tryckskillnaden vid inloppet

ΔF= Fh-Fp

Där Fh [N] är hållkraften och Fp [N] är tryckkraften

Fs= Fh/cos a

Där Fs [N] är fjäderkraften, Fh [N] är hållkraften och en [deg] =Fjäderdeklinationsvinkel

Fr= Fh tan(a)

Där Fr [N] är den roterande kraften, Fh [N] är hållkraften och en [grader] .= fjäderdeklinationsvinkel

Ms=Fr (rK)cos c

Där Ms [Nm] är omkastande momentum som orsakas av fjäderkraft, Fr [N] är rotationskraften, K [mm] = fjäderfästets förskjutning och c [grader] är vridkraftens projektionsvinkel

Mp=ΔF Φ/2

Där Mp [Nm]-vändande momentum orsakat av tryck och Φ [mm] är mynningsdiametern

Mr=Ms+Mp

Där Mr [Nm] = effektivt reverseringsmomentum, Ms [Nm] är reverseringsmomentum som orsakas av fjäderkraft, och Mp [Nm]-reverseringsmomentum orsakat av tryck och Φ [mm] är mynningsdiametern

Mh=Fm L

Där Mh [Nm] är hållmomentet, Fm [N]=magnetisk kraft och L [mm] är svängstångens effektiva längd

Och för att hålla ventilen i ett stängt tillstånd måste Fh vara större än Fp.

Historia

Camcons binära ställdon har utvecklats av Wladyslaw Wygnanski. Utvecklingsprincipen för BAT var ett internt energiåtervinningskoncept som först användes för att generera en snabbreagerande pneumatisk hornventil med hög energieffektivitet för en luftdriven ljudkällashögtalare. Därefter utvecklade Wygnanski en serie uppfinningar i patentklassen, "permanent eller konstant strömförande magnetaktuator". I slutet av 1990-talet tog han ett medvetet beslut att omfokusera utvecklingen av BAT och gick med Camcon i vidareutvecklingen av tekniken.

Tillämpning av Camcon binär aktivering

Medan tekniken ursprungligen föreslogs för användning för att reducera buller inom flygplansindustrin, eller för att kontrollera flytande kväve i rymdfarkoster från NASA , tog Camcon tekniken för det binära ställdonet som ett sätt att kontrollera flödet av vätska och gaser i olje- och gasindustrin , fordonsindustrin och på senare tid inom sjukvården .

Olje- och gasindustrin

Styrning av gaslyftteknik (sätt att flytta olja till ytan genom att pumpa gasbubblor i borrledningar) elektroniskt och effektivt snarare än manuell maskiningrepp.

Fordonsindustrin

Används i låsningsfria bromssystem för lastbilar, parkeringsbromsar och digitalt drivna motorventiler .

En serie patent som tilldelats Camcon, såsom 2005 års patent för "Elektromagnetisk vätskeflödeskontrollventil" som använder den binära ställdonteknologin, har använts inom bilindustrin.

Sjukvård

Nyligen har Camcom använt BAT inom hälso- och sjukvårdsindustrin för att tillhandahålla en exakt och korrekt metod för att leverera syre till en patient. Den skulle användas för att stänga av eller reglera syreflödet med hjälp av en serie ventiler. Ytterligare områden där Camcon har avslöjat BAT kan tillämpas inom hälso- och sjukvården inkluderar implanterbara anordningar i människokroppen, mekaniska hjälpmedel, såsom proteser och blodcirkulationsstöd och noggrann laboratorieutmatningsutrustning, som också kan tillämpas på läkemedelsdosering och leverans.

Alternativa tillämpningar av binär aktivering

En annan applikation är inom robotik. Utformningen av dessa system, även om de fortfarande använder samma princip (med 2 hemstater), är väldigt olika och är inte relaterade till Camcons binära manöverteknik. Binära robotenheter kan utföra praktiska uppgifter, såsom instrumentplacering för planetarisk utforskning. Robotik är tänkt att använda binära ställdon eftersom de är mindre och mindre komplexa än konventionella servon och bättre lämpade, till exempel för benrörelse i ojämn terräng. En sådan förlängning av det binära manöverdonet är den dielektriska elastomeraktiveringen (DEA). DEA är en tillämpning av binär aktivering som beskrivs av Jean-Sebastien Plante och Steven Dubowsky. En av deras applikationer använder den binära principen att växla mellan de två stabila tillstånden, men med en diamantformad ram istället för en gungstav. Elastiska band lagrar energi som liknar fjädrarna i BAT-designen.

En annan tillämpning av principerna som används av BAT är i artikulerade binära element (ABEs). En sådan design består av bistabila mekanismer inklämda av flexibla balkar. Manöverdonen kan monteras kring en led på ett liknande sätt som musklerna i den mänskliga armbågen eller knäet. Experimentella prototyper av binära enheter och element har designats och konstruerats. Den binära robotartikulerade intelligenta enheten (BRAID) och en design av en sexbent gårobot som kan gå i tuff terräng är exempel.

Patent

• Ljudtrycksaktiv transformator, (1983).
• Elektromagnetiska ställdon, (1989).
• Förbättrad elektromagnetiskt manövrerbar enhet, (2004).
• Förbättrat manöverdon som kräver låg effekt för manövrering för fjärrbelägen ventildrift och kombination av ventilställdon, (2007).
• Elektromagnetisk vätskeflödeskontrollventil, (2007).
• Roterande elektromagnetiskt ställdon, (2017).

Se även

Ledad robot

Kinetisk energiåtervinningssystem