BE1025915B1 - Improvements to the operation of electromagnet actuators - Google Patents
Improvements to the operation of electromagnet actuators Download PDFInfo
- Publication number
- BE1025915B1 BE1025915B1 BE20185745A BE201805745A BE1025915B1 BE 1025915 B1 BE1025915 B1 BE 1025915B1 BE 20185745 A BE20185745 A BE 20185745A BE 201805745 A BE201805745 A BE 201805745A BE 1025915 B1 BE1025915 B1 BE 1025915B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- coil
- plunger
- actuator
- actuator according
- movement
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
- H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F7/1607—Armatures entering the winding
- H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
- H01F7/1811—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current demagnetising upon switching off, removing residual magnetism
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/035—DC motors; Unipolar motors
- H02K41/0352—Unipolar motors
- H02K41/0354—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors
- H02K41/0356—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors moving along a straight path
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F2007/1676—Means for avoiding or reducing eddy currents in the magnetic circuit, e.g. radial slots
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
Een actuator omvattende een spoel en een permanente magneetplunjer gekenmerkt door een middel voor het verhinderen, of het tot een gewenste omvang verminderen, van de circulatie van stromen veroorzaakt door beweging van de plunjer binnenin de spoel, van zodra aan de spoel geleverd vermogen is uitgeschakeld.An actuator comprising a coil and a permanent magnet plunger characterized by means for preventing, or reducing to a desired extent, the circulation of currents caused by movement of the plunger within the coil as soon as power supplied to the coil is switched off.
Description
Verbeteringen aan de werking van elektromagneet actuatorenImprovements to the operation of electromagnet actuators
De volgende uitvinding heeft betrekking op verbeteringen aan de manier van werking van elektromagnetische actuatoren met permanente magneten. In het bijzonder, heeft het betrekking op dergelijke verbeteringen zoals toegepast op de types actuatoren beschreven in mijn verleend octrooi nr. EP 1,305,807 en mijn gelijktijdig ingediende octrooiaanvrage, aanvraagnr.The following invention relates to improvements to the mode of operation of electromagnetic actuators with permanent magnets. In particular, it relates to such improvements as applied to the types of actuators described in my granted patent no. EP 1,305,807 and my co-pending patent application, application no.
GB1708753.7.GB1708753.7.
Alle elektromagnetische actuatoren met permanente magneten bevatten voor hun werking een spoel, die in één of meerdere wikkelingen kan zijn, en een magnetische plunjer. De spoel voorziet, bij bekrachtiging, een magnetisch veld voor wisselwerking tegen dat van de magnetische plunjer wat resulteert in stuwkracht en beweging in de gewenste bewegingsrichting. Zodra de spoel bekrachtigingsvrij is, wordt de plunjer vrijgesteld van de invloed van het daarop werkende magnetische veld en kan deze terugkeren naar zijn oorspronkelijke startpositie, onder de invloed van bijvoorbeeld zwaartekracht of een veer.All permanent magnet electromagnetic actuators contain a coil for their operation, which can be in one or more windings, and a magnetic plunger. The coil, upon energization, provides a magnetic field for interaction with that of the magnetic plunger, resulting in thrust and movement in the desired direction of movement. Once the coil is excitation-free, the plunger is released from the influence of the magnetic field acting thereon and can return to its original starting position, under the influence of, for example, gravity or a spring.
Het is gebruikelijk om de stroom naar de spoel van een actuator aan- en uit te schakelen, of het nu gaat om een plunjer van het permanente magneettype of een conventionele mild-stalen plunjersolenoïde, gebruikmakende van een aandrijfschakeling die een transistor of een soortgelijk elektronische inrichting bevat. In beide gevallen treedt echter een back emf ' (teruggaande elektromagnetische kracht) piek op bij het stoppen van de stroom naar de spoel. (De piek ontstaat op bekende wijze - vanaf het verval, bij het uitschakelen, van het elektromagnetische veld ontwikkeld door en omgevende de spoel.)It is common to switch the current to the coil of an actuator on and off, whether it is a plunger of the permanent magnet type or a conventional mild steel plunger solenoid, using a drive circuit comprising a transistor or similar electronic device. contains. In both cases, however, a back emf '(return electromagnetic force) peak occurs when the current to the coil is stopped. (The peak occurs in a known manner - from the decay, on switching off, of the electromagnetic field developed by and surrounding the coil.)
De schakelaansluitingen van elektronische apparaten zijn echter kwetsbaar voor dergelijke backemf ' pieken die aanzienlijk kunnen zijn, bijvoorbeeld vele tientallen volt, of zelfs duizenden volts voor actuatoren met wezenlijke afmetingen. Om dit probleem aan te pakken, is het gebruikelijk om in omgekeerde polariteit een vrijloopdiode over de spoel aan te sluiten om de hiervoor genoemde back-emf te laten circuleren binnenin de wikkeling van de spoel van de actuator en aldus zelfdissiperend te zijn. Op deze manier wordt schade aan de aandrijfschakeling vermeden.The switching connections of electronic devices are, however, vulnerable to such back-peak peaks that can be significant, for example many tens of volts, or even thousands of volts for actuators with substantial dimensions. To address this problem, it is common to connect a freewheeling diode across the coil in reverse polarity to circulate the aforementioned back-emf within the winding of the coil of the actuator and thus be self-dissipating. In this way damage to the drive circuit is avoided.
Echter, in termen van de vrije beweging naar hun startpositie van permanente magneetplunjers wordt de situatie ingewikkelder wanneer het aangelegde vermogen is uitgeschakeld. (Permanente magneten worden in dergelijke plunjers gebruikt om de prestatie te verbeteren. Interactie van de magnetische velden verschaft door de plunjermagneten met de velden verschaft door de spoel van de actuator resulteert in verhoogde stuwkracht.) Een nadeel doet zich in dit geval voor wanneer eenHowever, in terms of the free movement to their starting position of permanent magnet plungers, the situation becomes more complicated when the applied power is switched off. (Permanent magnets are used in such plungers to improve performance. Interaction of the magnetic fields provided by the plunger magnets with the fields provided by the coil of the actuator results in increased thrust.) A disadvantage occurs in this case when a
BE2018/5745 vrijloopdiode wordt gebruikt in dit geval, zoals hierboven vermeld, om de back-emf piek te doen afnemen.BE2018 / 5745 freewheel diode is used in this case, as mentioned above, to decrease the back-emf peak.
Het is bekend dat eender welke permanente magneetconfiguratie (bv. een plunjer die permanente magneten omvat) die magnetische velden heeft die daaruit ontstaan en die zich naast en ten opzichte van een spoel beweegt, bij het aanbieden van een volledig elektrisch pad, een stroom in de spoel zal opwekken. In het geval van de bovengenoemde vrijloopdiode, voorziet dit juist een dergelijk volledig elektrisch pad. Dit laat toe dat deze gegenereerde stromen binnenin de spoel van de actuator stromen. In overeenstemming met elektrische theorie zal het magnetische veld dat ontstaat door deze gegenereerde stromen in een richting zijn om de bewegingsrichting van de magnetische configuratie (de plunjer) die ze in de eerste plaats veroorzaakt, tegen te werken. Het resultaat kan een trage en/of terughoudende beweging van de configuratie naar de startpositie zijn. Voor bepaalde toepassingen, wanneer een vlotte (i.e. snelle) terugkeer wenselijk is, is dit nadelig.It is known that any permanent magnet configuration (e.g., a plunger comprising permanent magnets) that has magnetic fields arising therefrom and that moves next to and with respect to a coil, when offering a fully electrical path, a current in the inductor. In the case of the above-mentioned free-running diode, this provides precisely such a fully electric path. This allows these generated currents to flow within the coil of the actuator. In accordance with electrical theory, the magnetic field created by these generated currents will be in one direction to counteract the direction of movement of the magnetic configuration (the plunger) that causes them primarily. The result can be a slow and / or restrained movement from the configuration to the starting position. For certain applications, when a smooth (i.e. rapid) return is desired, this is disadvantageous.
Volgens een eerste aspect van de uitvinding is een actuator omvattende een spoel en een permanente magneetplunjer voorzien met een middel voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen veroorzaakt door beweging van de plunjer binnenin de spoel, van zodra aan de spoel geleverd vermogen is uitgeschakeld.According to a first aspect of the invention, an actuator comprising a coil and a permanent magnet plunger is provided with a means for preventing, or reducing to a desired extent, the circulation of currents caused by movement of the plunger within the coil as soon as power supplied to the coil is switched off.
Op deze wijze wordt het genereren van magnetische velden die tegen de vrije beweging van de plunjer in werken onmogelijk gemaakt, en kan de plunjer bijvoorbeeld onder invloed van zwaartekracht of veerwerking terugkeren naar zijn startpositie.In this way, the generation of magnetic fields that work against the free movement of the plunger is made impossible, and the plunger can, for example, return to its starting position under the influence of gravity or spring action.
In de praktijk blijft het wenselijk om nog steeds een vrijloopdiode of dergelijke te gebruiken om de initiële “back emf” piek op te vangen, die optreedt op het moment dat het aangelegde vermogen onderbroken wordt. Dergelijke pieken treden ogenblikkelijk op, en typisch kunnen hun stijgtijden een duur hebben van slechts een fractie van of enkele milliseconden. Dit is in tegenstelling tot de typische duur van de stroom, die geïnduceerd wordt in de spoel van de actuator, gedurende de tijd die de magnetische plunjer nodig heeft om terug te keren naar zijn startpositie, welke kan worden gemeten in tientallen milliseconden.In practice, it remains desirable to still use a freewheel diode or the like to compensate for the initial "back emf" peak that occurs when the applied power is interrupted. Such peaks occur instantaneously, and typically their rise times can have a duration of only a fraction of or a few milliseconds. This is in contrast to the typical duration of the current induced in the coil of the actuator during the time it takes the magnetic plunger to return to its starting position, which can be measured in tens of milliseconds.
Volgens een tweede aspect van de uitvinding is het middel voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, een zenerdiode die een voldoende lage geleidingsspanning heeft die toelaat om hogere, potentieel schadelijke spanningen geassocieerd met een “back emf” piek daar doorheen te geleiden, maar die ook voldoende hoog is voor het verhinderen, ofAccording to a second aspect of the invention, the means for preventing, or reducing to a desired extent, a zener diode having a sufficiently low conductive voltage that allows it to conduct higher, potentially harmful voltages associated with a "back emf" peak therethrough , but which is also high enough to prevent it, or
BE2018/5745 verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen veroorzaakt door de beweging van de plunjer binnenin de spoel.BE2018 / 5745 to a desired extent, reduce the circulation of currents caused by the movement of the plunger within the coil.
Bij wijze van toelichting kunnen de hoge “back emf” piek spanningen die optreden bij het uitschakelen van vermogen naar de spoel van de actuator, die het spanningsbegrenzingspunt van de zenerdiode hebben overschreden, op gewenste wijze binnenin de spoel dissiperen en wordt daardoor schade voorkomen aan de stuurtransistorkring, terwijl de verhoudingsgewijs lagere spanningen die worden gegenereerd door de slomere beweging van de magnetische plunjer naar zijn startpositie onder, of in het grootste deel onder, het afsnijdpunt van de zenerdiode vallen en geleiding daardoorheen voorkomen. Op deze wijze wordt een trage beweging van de plunjer naar zijn startpositie vermeden.By way of explanation, the high "back emf" peak voltages which occur when switching off power to the coil of the actuator, which have exceeded the voltage limiting point of the zener diode, can dissipate desirably within the coil and thereby prevent damage to the control transistor circuit, while the relatively lower voltages generated by the slower movement of the magnetic plunger to its starting position fall below, or in the main part below, the cut-off point of the zener diode and prevent conduction therethrough. In this way, a slow movement of the plunger to its starting position is avoided.
Voor veel toepassingen is een snelle herinschakeling van een actuator niet nodig, meerdere seconden liggen tussen de ene activering en de volgende.For many applications, a rapid re-activation of an actuator is not necessary, several seconds lie between one activation and the next.
Volgens een derde aspect van de uitvinding is het middel voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, een capaciteit die een voldoende hoge geleiding heeft die toelaat hogere, potentieel schadelijke spanningen geassocieerd met een “back emf” piek daardoorheen te geleiden, maar die ook voldoende laag is voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen veroorzaakt door de beweging van de plunjer binnenin de spoel.According to a third aspect of the invention, the means for preventing or reducing to a desired size is a capacitance having a sufficiently high conductivity that allows to conduct higher, potentially harmful voltages associated with a "back emf" peak therethrough, but which is also sufficiently low to prevent, or reduce to a desired extent, the circulation of currents caused by the movement of the plunger within the coil.
Aldus worden stromen die voortkomen uit de zeer hoge snelheid van spanningsverandering die geassocieerd is met de “back emf” piek op onschadelijke wijze weggeleid, maar stromen die voortkomen uit de lagere snelheid van spanningsverandering die geassocieerd is met de beweging van de magnetische plunjer na uitschakeling kunnen in geen enkele mate daardoorheen worden geleid. De selectie van de werkelijke capaciteitswaarde wordt zorgvuldig berekend om ervoor te zorgen dat er weinig demping optreedt in termen van de snelheid van het stijgen van de stuurspanning naar de spoel van de actuator bij het leveren van het initiële vermogen.Thus, currents resulting from the very high rate of voltage change associated with the "back emf" peak are deflected away harmlessly, but currents resulting from the lower rate of voltage change associated with the movement of the magnetic plunger after shutdown are not guided through it to any extent. The selection of the actual capacitance value is carefully calculated to ensure that little damping occurs in terms of the speed of the rise of the control voltage to the coil of the actuator when supplying the initial power.
In mijn gelijktijdig ingediende octrooiaanvrage, aanvraagnr. GB1708753.7 wordt een actuator geopenbaard met een spoel en een coaxiale permanente magneetplunjer, waarbij de spoel is ondergebracht in een metalen behuizing voor het op voordelige wijze dissiperen van warmte. Spleten in de behuizing zijn aangebracht om de circulatie van ongewenste wervelstromen daarin te voorkomen, die anders de beweging van de magnetische staaf daardoor zou verhinderen.In my simultaneously filed patent application, application no. GB1708753.7, an actuator with a coil and a coaxial permanent magnet plunger is disclosed, the coil being housed in a metal housing for advantageously dissipating heat. Slits are provided in the housing to prevent the circulation of unwanted eddy currents therein, which would otherwise prevent the movement of the magnetic rod thereby.
BE2018/5745BE2018 / 5745
Volgens een vijfde aspect van de uitvinding wordt de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding gebruikt in combinatie met de actuator van de gelijktijdig ingediende aanvraag, waarbij de actuator een middel omvat om de circulatie van wervelstromen binnenin de behuizing van de actuator tijdens beweging van de plunjer te voorkomen of in hoofdzaak te beperken.According to a fifth aspect of the invention, the embodiment of the present invention is used in combination with the actuator of the simultaneously filed application, wherein the actuator comprises a means to prevent the circulation of eddy currents within the housing of the actuator during movement of the plunger or essentially.
De uitvinding zal nu worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin: Fig. 1 een permanente magneetactuator toont die is verbonden met een aandrijfschakeling volgens de uitvindingThe invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which: 1 shows a permanent magnet actuator connected to a drive circuit according to the invention
Figuren 2a tot 2e verschillende schakelopties tonen voor aansluiting op de actuatorFigures 2a to 2e show different switching options for connection to the actuator
Figuur 3 een actuator toont met een sleuf behuizing en aangedreven door de schakeling van de uitvindingFigure 3 shows an actuator with a slot housing and driven by the circuit of the invention
Verwijzend naar figuur 1, is een elektromagnetische actuator met een permanente magneet getoond bij 10. De actuator omvat een behuizing 11, een spoel 12, en een permanente magneetplunjer 12a. De lagers 13 en 14 geleiden de plunjer concentrisch doorheen de spoel. De plunjer omvat de magneten M1 en M2 om een permanent magnetisch veld te verschaffen, zoals getoond bij de inzet bij 15. In dit voorbeeld tilt bekrachtiging van de spoel de plunjer op vanuit de rustpositie 16 en brengt deze naar een stoppositie bij 17. De plunjer valt onder invloed de zwaartekracht van zodra de stroom naar de spoel is afgesneden.Referring to Figure 1, an electromagnetic actuator with a permanent magnet is shown at 10. The actuator comprises a housing 11, a coil 12, and a permanent magnet plunger 12a. The bearings 13 and 14 guide the plunger concentrically through the coil. The plunger includes the magnets M1 and M2 to provide a permanent magnetic field, as shown at the insert at 15. In this example, excitation of the coil lifts the plunger from the rest position 16 and brings it to a stop position at 17. The plunger falls under the influence of gravity as soon as the current to the coil is cut off.
Een aandrijfschakeling 18 is verbonden met de spoel. Dit omvat een aandrijftransistor 19 en andere componenten (niet getoond) voor het leveren van vermogen aan de spoel van de actuator. Een inrichting 20 is verschaft die verder het vermogen naar en van de spoel regelt.A driving circuit 18 is connected to the coil. This includes a drive transistor 19 and other components (not shown) for supplying power to the coil of the actuator. A device 20 is provided which further controls the power to and from the coil.
De werking van het circuit is als volgt. Om de spoel van de actuator te bekrachtigen, en daardoor de plunjer van zijn rustpositie naar zijn bovenste stoppositie te tillen, wordt een activerende signaalstroom gevoed aan de basis 21 van de transistor. Dit staat vermogen toe om naar de spoel te stromen. Op dit punt staat de inrichting 20 deze vermogensstroom toe. Zodra het nodig is om de spoel te ontkrachten, wordt de transistor uitgeschakeld en op hetzelfde moment deactiveert de inrichting 20 eender welke mogelijkheid van een omgekeerde vermogensstroom van de spoel van de actuator naar de aandrijfschakeling. Aldus is de inrichting 20 een middel voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen veroorzaakt door beweging van de plunjer binnenin de spoel, van zodra aan de spoel geleverd vermogen is uitgeschakeld.The operation of the circuit is as follows. To energize the coil of the actuator, and thereby lift the plunger from its rest position to its upper stop position, an activating signal current is supplied to the base 21 of the transistor. This allows power to flow to the coil. At this point the device 20 allows this power flow. As soon as it is necessary to de-energize the coil, the transistor is switched off and at the same time the device 20 deactivates any possibility of a reverse power flow from the coil of the actuator to the driving circuit. Thus, the device 20 is a means for preventing, or reducing to a desired extent, the circulation of currents caused by movement of the plunger within the coil as soon as power supplied to the coil is switched off.
BE2018/5745BE2018 / 5745
Bij wijze van verklaring, resulteert eender welke plunjer van het permanente magneettype die op een zodanige wijze dat door een spoel passeert, zodat de krachtlijnen die daarvan uitgaan de windingen van de spoel snijden, in het genereren binnenin de spoel van een emf (elektromagnetische kracht). In het geval van deze uitvoeringsvorm is het wenselijk dat een dergelijke emf niet binnenin de spoel kan circuleren nadat het vermogen is afgesneden, en de plunjer begint te vallen. Zo niet, dan zal het veld dat gecreëerd wordt door de stromen die in de spoel circuleren - zoals gegenereerd door de vallende staaf - in een richting zijn, in overeenstemming met elektrische theorie, zodat aan de beweging van de vallende staaf weerstand geboden wordt en aldus in een trage/terughoudende beweging resulteert. Dit is in het bijzonder relevant wanneer een vlugge (dat wil zeggen snelle of in hoofdzaak instantane) beweging vereist is onder invloed van de zwaartekracht om de staaf terug te brengen naar zijn startpositie. De voorziening binnenin de aandrijfschakeling van de inrichting 20 zorgt er dus voor dat een dergelijke stroomstroming niet kan plaatsvinden binnenin de spoel na het uitschakelen, waardoor de staaf vrij naar zijn startpositie kan vallen.By way of explanation, any plunger of the permanent magnet type that passes through a coil in such a way that the lines of force therefrom intersect the windings of the coil results in the generation of an emf (electromagnetic force) within the coil. . In the case of this embodiment, it is desirable that such an emf cannot circulate within the coil after the power has been cut off, and the plunger begins to fall. If not, the field created by the currents circulating in the coil - as generated by the falling rod - will be in one direction, in accordance with electrical theory, so that the movement of the falling rod is resisted and thus results in a slow / restrained movement. This is particularly relevant when a rapid (i.e., rapid or substantially instantaneous) movement is required under the influence of gravity to return the rod to its starting position. The provision within the driving circuit of the device 20 thus ensures that such a current flow cannot occur within the coil after switching off, whereby the rod can fall freely to its starting position.
Hoewel de uitvoeringsvorm van de schakeling van figuur 1 en het gebruik van de inrichting 20 voldoet aan de doelstellingen van de onderhavige uitvinding, is het in de praktijk wenselijk om elke back emf' piek die ontstaat op het moment dat de spoel wordt uitgeschakeld, op onschadelijke wijze te dissiperen. Het is gebruikelijk om dit aan te pakken door een vrijloopdiode omgekeerd over de spoelaansluitingen te verbinden, zoals getoond bij 22 in figuur 2a. De toegevoerde stroom voor het bedienen van de actuator kan niet door de diode stromen, maar zodra de stroom wordt uitgeschakeld, kan de “back emf' piek vrij circuleren door de diode, zoals getoond door de pijl, en zelfdissiperen binnenin de spoel. Dit beschermt daardoor de aandrijftransistor tegen ongewenst hoge “back emf' spanningspieken. Deze uitvoeringsvorm kan echter niet worden gebruikt in het geval dat hierin wordt beschreven. De aanwezigheid van de diode laat, na het uitschakelen, de vrije circulatie toe van de stromen met een tegengestelde richting die zouden worden opgewekt in de spoel tijdens de neerwaartse beweging van de plunjer.Although the embodiment of the circuit of Figure 1 and the use of the device 20 meets the objectives of the present invention, it is desirable in practice to ensure that any back emf 'peak that occurs at the time the coil is turned off is harmless dissipate. It is common to address this by inverting a freewheel diode across the coil terminals, as shown at 22 in Figure 2a. The current supplied to operate the actuator cannot flow through the diode, but as soon as the power is turned off, the "back emf" peak can circulate freely through the diode, as shown by the arrow, and self-dissipate within the coil. This thereby protects the drive transistor against undesirably high "back emf" voltage peaks. However, this embodiment cannot be used in the case described herein. The presence of the diode allows, after switching off, the free circulation of the currents in the opposite direction that would be generated in the coil during the downward movement of the plunger.
Een compromis wordt geïllustreerd met verwijzing naar figuur 2b. Hierin is het middel voor het verhinderen, of het verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen binnenin de ringvormige veldspoel, van zodra aan de spoel geleverd vermogen is uitgeschakeld, een zener (of lawine) diode 23 die wordt gebruikt in plaats van de conventionele diode 22 van figuur 2a. De geleidingsspanning van de zenerdiode wordt zodanig gekozen dat deze zich boven of dicht bij de maximale spanning bevindt die binnenin de spoel zou worden gegenereerd als gevolg van de vrije val van de plunjer. Op deze manier kan er geen stroom vloeien bij uitschakeling van het vermogen en kan de plunjer vrij vallen. De geleidingsspanning wordt echter ook gekozen met inachtnemingA compromise is illustrated with reference to Figure 2b. Herein, the means for preventing, or reducing to a desired extent, the circulation of currents within the annular field coil, once power supplied to the coil is turned off, is a zener (or avalanche) diode 23 that is used instead of the conventional diode 22 of Figure 2a. The conductor voltage of the zener diode is selected to be above or close to the maximum voltage that would be generated inside the coil due to the free fall of the plunger. In this way no current can flow when the power is switched off and the plunger can fall freely. However, the conductive voltage is also selected with due consideration
BE2018/5745 van de maximaal toelaatbare inverse spanning (PIV) van de aandrijftransistor. Door ervoor te zorgen dat de geleidingsspanning ver onder het PIV-cijfer ligt, wordt de aandrijftransistor beschermd. Aldus heeft de diode een voldoende lage geleidingsspanning die toelaat om hogere, potentieel schadelijke spanningen geassocieerd met een “back emf” piek daar doorheen te geleiden, maar die ook voldoende hoog is voor het blokkeren, of in hoofdzaak blokkeren van de doorgang van stromen geassocieerd met lagere spanningsgeneratie. (Merk op dat de bovengenoemde diode 22 overblijft, die verbonden is zoals getoond in serie met de zenerdiode, om voorwaartse geleiding van de Zenerdiode te voorkomen de tijdens de bekrachtigingsfase van de spoel 12.) Voorbeelden van spanningen en hun periodiciteit gegenereerd door de vallende plunjer, en een kenmerkende “back emf” piek, worden getoond bij 24 & 25 in figuur 2c.BE2018 / 5745 of the maximum allowable inverse voltage (PIV) of the drive transistor. The drive transistor is protected by ensuring that the conduction voltage is far below the PIV figure. Thus, the diode has a sufficiently low conductive voltage that allows higher, potentially harmful voltages associated with a "back emf" peak to pass therethrough, but is also sufficiently high to block, or substantially block, the passage of currents associated with lower voltage generation. (Note that the aforementioned diode 22 remains connected, as shown in series with the zener diode, to prevent forward conduction of the zener diode during the energizing phase of the coil 12.) Examples of voltages and their periodicity generated by the falling plunger , and a characteristic "back emf" peak, are shown at 24 & 25 in Figure 2c.
Om de stroming van eender welke stroom die voortkomt uit de emf die wordt gegenereerd tijdens de beweging van de plunjer nadat het vermogen naar de spoel is afgesneden te verhelpen, kan een optionele diode 22a worden aangesloten in de voedingsrail die het samenstel voedt, zoals getoond. Dit voorkomt dat eender welk mogelijk vermogen terugstroomt naar de voeding. Het is niet noodzakelijk om een pad te hebben om de luie emf die ontstaat na het uitschakelen van de vermogenstoevoer weg te laten vloeien. Experimenten tonen dat, in het geval dat er geen stroompad aanwezig is, de emf eenvoudigweg stijgt en op onschadelijk wijze wegvalt.To remedy the flow of any current arising from the emf generated during the movement of the plunger after the power to the coil has been cut off, an optional diode 22a may be connected in the power rail supplying the assembly, as shown. This prevents any possible power from flowing back to the power supply. It is not necessary to have a path to drain the lazy emf that arises after the power supply has been switched off. Experiments show that, in the absence of a current path, the emf simply rises and is harmlessly lost.
Typisch ligt de eerste in het gebied van 10 tot 20 volt, terwijl de laatste, de piek-spanning, 40 tot 100 volt kan bereiken. Het gebruik van een Zener-diode van 20 volt zal dus de hoge back emf-piek vangen terwijl de tragere en langzamere stroomstromen die tijdens vrije val worden gegenereerd, worden geblokkeerd. Een zodanige geleidingsspanning van 20 volt bevindt zich typisch ruim binnenin de veilige PIV van de types bipolaire of veldeffecttransistoren die zouden worden gebruikt voor het leveren van vermogen aan een 24 volt rail aangevoerde actuator. De geleidingsspanning is dus passend in het bereik van 25-40V. Een bijkomend aspect betreft de timing van de back emf-piek en de gegenereerde spanningen. Een back emf-piek voor actuatoren van kleine tot middelmatige grootte kan een duur hebben van minder dan een milliseconde, of tot enkele milliseconden, terwijl gegenereerde stromen, als gevolg van de bewegingssnelheid van een mechanische plunjer, typisch een orde van grootte, of meer, van deze periodes zijn. Het gebruik van een zenerdiode laat dus toe om beide eventualiteiten te verwerken, de onmiddellijke geleiding van hoge emf piek-spanningen maar het blokkeren van de daaropvolgende gegenereerde emfstromen.Typically, the former is in the range of 10 to 20 volts, while the latter, the peak voltage, can reach 40 to 100 volts. The use of a 20 volt Zener diode will thus capture the high back emf peak while blocking the slower and slower currents generated during free fall. Such a 20-volt conducting voltage is typically well within the safe PIV of the types of bipolar or field-effect transistors that would be used to supply power to a 24-volt rail supplied actuator. The conductive voltage is therefore in the range of 25-40V. An additional aspect concerns the timing of the back emf peak and the generated voltages. A back emf peak for actuators of small to medium size can have a duration of less than a millisecond, or up to a few milliseconds, while generated currents, due to the speed of movement of a mechanical plunger, typically an order of magnitude, or more, of these periods. The use of a zener diode thus allows to process both eventualities, the immediate conduction of high emf peak voltages, but blocking the subsequent generated emf currents.
De aandrijftransistor van figuur 2a is getoond als een standaard bipolaire transistor. In het geval dat een FET-transistor wordt gebruikt, zoals getoond bij 26 in figuur 2d, kan een extra diode 27 in hetThe drive transistor of Figure 2a is shown as a standard bipolar transistor. In the case that a FET transistor is used, as shown at 26 in Fig. 2d, an additional diode 27 may be
BE2018/5745 geleidingspad worden geplaatst zoals getoond. Ter verduidelijking, vele FET-veldeffecttransistoren belichamen vaak voor de veiligheid hun eigen omgekeerd verbonden diodes. De aanwezigheid van de extra diode 27 verijdelt de mogelijkheid dat de genoemde belichaamde diode een geleidingsbaan verschaft voor de pack emf-pieken.BE2018 / 5745 guide path are placed as shown. For clarification, many FET field effect transistors often embody their own reverse-connected diodes for safety. The presence of the additional diode 27 obviates the possibility that said embodied diode provides a conduction path for the pack of peaks.
Als alternatief voor het gebruik van zenerdioden kan een eenvoudige condensator worden gebruikt, zoals getoond bij 28 in figuur 2e. Rechtstreeks verbonden over de spoel, of met de optie van een serieweerstand zoals getoond bij 29, kan de condensator dienen voor het verschaffen van een geleidingsbaan voor een hoge stijgtijd spanning back emf-piek, maar een ontoereikend geleidingstraject voor de veel lagere spanningssnelheid die binnenin de spoel wordt gegenereerd door de vallende plunjer. Dat wil zeggen dat de condensator een conductantie heeft die voldoende hoog is om mogelijk hogere, potentieel schadelijke spanningen geassocieerd met een “back emf” piek daar doorheen te geleiden, maar die ook voldoende hoog is voor het verhinderen, of verminderen tot een gewenste omvang, van de circulatie van stromen veroorzaakt door de beweging van de plunjer binnenin de spoel. De aanwezigheid van de serieweerstand kan in specifieke gevallen ook helpen bij het beperken van de geleiding van de gegenereerde spanningen. Een extra diode 27 zoals geïllustreerd in en beschreven met verwijzing naar figuur 2d kan eventueel worden verschaft.As an alternative to the use of zener diodes, a simple capacitor can be used, as shown at 28 in Figure 2e. Connected directly across the coil, or with the option of a series resistor as shown at 29, the capacitor can serve to provide a conductor path for a high rise time voltage back emf peak, but an insufficient conduction path for the much lower voltage speed that is inside the coil is generated by the falling plunger. That is, the capacitor has a conductance that is high enough to conduct potentially higher, potentially harmful voltages associated with a "back emf" peak through it, but that is also high enough to prevent, or reduce to a desired magnitude, of the circulation of currents caused by the movement of the plunger within the coil. The presence of the series resistance can also help in specific cases to limit the conduction of the generated voltages. An additional diode 27 as illustrated in and described with reference to Figure 2d may optionally be provided.
Vele andere schakelconfiguraties zijn mogelijk voor het isoleren van een geleidingspad voor de spoel na het stoppen van het daaraan toegevoerde vermogen, bijvoorbeeld analoge poorten.Many other switching configurations are possible for isolating a conductor path for the coil after stopping the power supplied thereto, e.g. analog ports.
Met verwijzing naar figuur 3 is een bovenaanzicht van de actuator 10 van figuur 1 getoond bij 30. De behuizing 30 is longitudinaal ingesneden zoals getoond bij 31 en 32. Het doel is om de circulatie van wervelstromen rond de behuizing te voorkomen, die anders zouden zijn veroorzaakt doordat de magnetische plunjer 33 daardoorheen beweegt, wat een verdere demping van de vrije beweging zou zijn.With reference to Figure 3, a top view of the actuator 10 of Figure 1 is shown at 30. The housing 30 is longitudinally cut as shown at 31 and 32. The purpose is to prevent the circulation of eddy currents around the housing that would otherwise be caused by the magnetic plunger 33 moving through it, which would be a further damping of the free movement.
De spoel 34 van de actuator is op de bovengenoemde wijze verbonden met de aandrijfschakeling 35. De combinatie van de spleetbehuizing en de werkwijze van de aandrijfschakeling zoals hierin beschreven, verschaft de actuator een in hoofdzaak vrij bewegende plunjer van zodra de voeding daar naartoe is uitgeschakeld.The coil 34 of the actuator is connected to the drive circuit 35 in the above-mentioned manner. The combination of the slit housing and the drive circuit method as described herein provides the actuator with a substantially free-moving plunger as soon as the power supply thereto is switched off.
Talrijke variaties zullen voor de vakman duidelijk zijn.Numerous variations will be apparent to those skilled in the art.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1717983.9A GB2567894A (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Improvements to the operation of electromagnetic actuators |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1025915A1 BE1025915A1 (en) | 2019-08-07 |
| BE1025915B1 true BE1025915B1 (en) | 2020-02-12 |
Family
ID=60580020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20185745A BE1025915B1 (en) | 2017-10-31 | 2018-10-26 | Improvements to the operation of electromagnet actuators |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1025915B1 (en) |
| GB (1) | GB2567894A (en) |
| WO (1) | WO2019086356A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4224654A (en) * | 1978-12-29 | 1980-09-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Relay driver circuit |
| DE3110867A1 (en) * | 1981-03-20 | 1982-09-30 | Eks Elektromagnetik Dr. Scheuerer Kg, 7143 Vaihingen | DC magnet |
| EP1322389A1 (en) * | 2000-10-04 | 2003-07-02 | ELAUT Naamloze Vennootschap | Gripping device with electromagnetic actuating means |
| US20040201943A1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Operation circuit and power switching device employing the operation circuit |
| EP1651879A1 (en) * | 2003-03-27 | 2006-05-03 | Woory Industry Company Ltd. | Structure and method of mounting built-in type of discharge element part |
| US20100097043A1 (en) * | 2008-10-22 | 2010-04-22 | Mitsubishi Heavy Industries,Ltd. | Inductor driving circuit |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1594578A (en) * | 1977-10-21 | 1981-07-30 | Hart J C H | Electromagnetic actuator circuits |
| GB2305560B (en) * | 1995-09-19 | 2000-01-19 | Gec Alsthom Ltd | Switch circuit for a bistable magnetic actuator |
| JPH10270243A (en) * | 1997-03-26 | 1998-10-09 | Haruyuki Yamada | Bistable self-holding noiseless solenoid |
| ES2335388T3 (en) * | 2000-08-03 | 2010-03-26 | Direct Thrust Designs Limited | SHORT RACE ELECTRICAL LINEAR ACTUATOR. |
| WO2010107655A1 (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-23 | Eaton Corporation | Electrical switching apparatus |
-
2017
- 2017-10-31 GB GB1717983.9A patent/GB2567894A/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-10-26 WO PCT/EP2018/079501 patent/WO2019086356A1/en active Application Filing
- 2018-10-26 BE BE20185745A patent/BE1025915B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4224654A (en) * | 1978-12-29 | 1980-09-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Relay driver circuit |
| DE3110867A1 (en) * | 1981-03-20 | 1982-09-30 | Eks Elektromagnetik Dr. Scheuerer Kg, 7143 Vaihingen | DC magnet |
| EP1322389A1 (en) * | 2000-10-04 | 2003-07-02 | ELAUT Naamloze Vennootschap | Gripping device with electromagnetic actuating means |
| US20040201943A1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Operation circuit and power switching device employing the operation circuit |
| EP1651879A1 (en) * | 2003-03-27 | 2006-05-03 | Woory Industry Company Ltd. | Structure and method of mounting built-in type of discharge element part |
| US20100097043A1 (en) * | 2008-10-22 | 2010-04-22 | Mitsubishi Heavy Industries,Ltd. | Inductor driving circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1025915A1 (en) | 2019-08-07 |
| WO2019086356A1 (en) | 2019-05-09 |
| GB201717983D0 (en) | 2017-12-13 |
| GB2567894A (en) | 2019-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7385791B2 (en) | Apparatus and method for relay contact arc suppression | |
| JP6169262B2 (en) | Power switchgear and system using the same | |
| US3629674A (en) | Transient resistant transistorized blocking oscillator for switching inductive loads | |
| EP3443629B1 (en) | Paralleling mechanical relays for increased current carrying and switching capacity | |
| IL182571A (en) | System and method of generating a ringing magnetic pulse for the treatment of flowing liquids | |
| JP2007053087A (en) | Circuit for surface activation relay contact, and surface activation method of relay contact | |
| BE1025915B1 (en) | Improvements to the operation of electromagnet actuators | |
| JP3619959B2 (en) | Solenoid drive circuit | |
| US10320187B2 (en) | Apparatus to provide reverse polarity protection | |
| JP5148452B2 (en) | Inductor drive circuit | |
| EP3527524B1 (en) | Elevator safety actuator | |
| DK1904745T3 (en) | Device for operating an electromagnetic pump and associated electromagnetic metering pump | |
| JP2010092746A (en) | Driving circuit for solenoid operation mechanism | |
| US8351177B2 (en) | Method and apparatus for discharging a lifting magnet | |
| GB2095065A (en) | Solenoid control circuit | |
| EP2606502B1 (en) | Circuit for an electromagnetic switching device | |
| RU2761070C1 (en) | Resetting medium voltage circuit breaker with vacuum interrupters and drive and method for its operation | |
| CN110024060B (en) | Circuit arrangement and method for energizing and discharging a coil | |
| US11527982B2 (en) | Linear motor system | |
| CN110178196B (en) | Control circuit for switching device and switching device | |
| EP3624165A1 (en) | Relay control device | |
| KR102659922B1 (en) | INTRINSICALLY SAFE CIRCUITRY | |
| KR20070072696A (en) | Solenoid valve driving circuit | |
| CA2844200C (en) | Solenoid operated circuit | |
| JP2016535443A (en) | Circuit device, light emitting diode assembly, and optoelectronic component operating method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20200212 |
|
| MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20201031 |