ITBO960532A1

ITBO960532A1 - ELECTRIC ROTARY ACTUATOR

Info

Publication number: ITBO960532A1
Application number: IT96BO000532D
Authority: IT
Inventors: Domenico Cannone; Osso Carlo Dall
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-04-23
Also published as: IT1286733B1; ITBO960532A0

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention

La presente invenzione riguarda un attuatore elettrico rotativo, in particolare un attuatore elettrico rotativo atto ad essere montato su di un corpo farfallato servocomandato, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particolare, il citato corpo farfallato servocomandato è atto ad essere inserito lungo un collettore di aspirazione di un motore a scoppio The present invention relates to a rotary electric actuator, in particular a rotary electric actuator adapted to be mounted on a servo-controlled throttle body, to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality. In particular, the aforementioned servo-controlled throttle body is suitable for being inserted along an intake manifold of an internal combustion engine.

Attualmente sono noti corpi farfallati servocomanda ti comprendenti un condotto di adduzione, attraverso il quale un fluido comburente (aria) raggiunge il collettore di aspirazione del motore,· una valvola a farfalla alloggiata mobile all'interno del condotto di adduzione, ed atta a parzializzare la portata del fluido comburente in funzione della sua posizione; ed un dispositivo di azionamento atto a ruotare selettivamente la valvola a farfalla per controllare la portata del fluido comburente all'interno del condotto di adduzione. Currently, servo-controlled throttle bodies are known comprising an adduction duct, through which a combustive fluid (air) reaches the intake manifold of the engine, a throttle valve housed movable inside the adduction duct, and adapted to choke the flow rate of the combustive fluid as a function of its position; and an actuation device adapted to selectively rotate the butterfly valve to control the flow rate of the comburent fluid inside the supply duct.

Il dispositivo di azionamento è definito da un attuatore elettrico rotativo comprendente uno statore, solidale ad una parete del condotto di adduzione, il quale presenta un primo corpo ferromagnetico di forma toroidale, ed una bobina elettrica anulare avvolta in modo noto lungo il primo corpo ferromagnetico; ed un rotore, meccanicamente collegato alla valvola a farfalla, il quale presenta invece un secondo corpo ferromagnetico di forma cilindrica montato girevole al centro dello statore, ed una coppia di magneti permanenti montati solidali al secondo corpo ferromagnetico . The actuation device is defined by a rotary electric actuator comprising a stator, integral with a wall of the supply duct, which has a first ferromagnetic body of toroidal shape, and an annular electric coil wound in a known way along the first ferromagnetic body; and a rotor, mechanically connected to the butterfly valve, which instead has a second cylindrical ferromagnetic body mounted rotatably at the center of the stator, and a pair of permanent magnets mounted integral with the second ferromagnetic body.

Il principale inconveniente dell'attuatore elettrico sopra descritto è di richiedere la circolazione nella bobina anulare di correnti elettriche di valore elevato, per poter erogare coppie torcenti di valore adeguato. Inoltre, l'attuatore elettrico sopra descritto non presenta un efficace scambio termico con l'ambiente esterno, quindi la sua temperatura di esercizio risulta essere relativamente elevata, e questo comporta la necessità di impiegare magneti permanenti relativamente costosi perché adatti ad essere impiegati in presenza di alte temperature. The main drawback of the electric actuator described above is that it requires the circulation in the annular coil of high-value electric currents, in order to be able to supply twisting torques of adequate value. Furthermore, the electric actuator described above does not have an effective heat exchange with the external environment, therefore its operating temperature is relatively high, and this entails the need to use relatively expensive permanent magnets because they are suitable for use in the presence of high temperature.

Infine, la realizzazione della bobina elettrica di statore risulta essere economicamente onerosa, richiedendo l'impiego di macchine complesse con tempi di fabbricazione relativamente lunghi, e costi relativamente elevati. Finally, the realization of the stator electric coil is economically onerous, requiring the use of complex machines with relatively long manufacturing times, and relatively high costs.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare un attuatore elettrico, esente dagli inconvenienti sopra descritti. The aim of the present invention is therefore to provide an electric actuator, free from the drawbacks described above.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un attuatore elettrico rotativo comprendente una carcassa esterna, uno statore montato coassiale ad un asse principale all'interno della detta carcassa esterna, ed un rotore montato coassiale al detto asse principale all'interno del detto statore per ruotare attorno all'asse principale stesso; il detto statore comprendendo un primo corpo ferromagnetico ed almeno una bobina elettrica; il detto rotore comprendendo un albero coassiale all'asse principale, un secondo corpo ferromagnetico calettato a detto albero, ed almeno due magneti permanenti montati solidali al detto secondo corpo ferromagnetico; l 'attuatore elettrico essendo caratterizzato dal fatto che la detta bobina elettrica è disposta all'interno della carcassa esterna coassialmente al detto asse principale ed al detto rotore, ed il detto primo corpo ferromagnetico comprende una prima porzione tubolare interposta tra la detta bobina elettrica e la detta carcassa esterna, ed una seconda e terza porzione provviste entrambe di una rispettiva flangia di supporto, e di almeno una rispettiva espansione polare estendentesi dalla rispettiva flangia stessa tra il rotore stesso e la detta bobina elettrica; le flange essendo disposte da bande opposte della detta bobina elettrica, ed essendo fissate a rispettive estremità della detta prima porzione; ciascuna detta espansione polare essendo affacciata al detto rotore, e presentando una forma sostanzialmente di porzione di guscio cilindrico. According to the present invention, a rotary electric actuator is provided comprising an external casing, a stator mounted coaxial to a main axis inside said external casing, and a rotor mounted coaxial to said main axis inside said stator to rotate around the main axis itself; said stator comprising a first ferromagnetic body and at least one electric coil; said rotor comprising a shaft coaxial to the main axis, a second ferromagnetic body keyed to said shaft, and at least two permanent magnets mounted integral with said second ferromagnetic body; the electric actuator being characterized in that the said electric coil is arranged inside the external casing coaxially to the said main axis and to the said rotor, and the said first ferromagnetic body comprises a first tubular portion interposed between the said electric coil and the said outer casing, and a second and third portion both provided with a respective support flange, and with at least one respective pole expansion extending from the respective flange itself between the rotor itself and said electric coil; the flanges being arranged on opposite bands of said electric coil, and being fixed to respective ends of said first portion; each said pole piece facing the said rotor, and having a substantially shape of a cylindrical shell portion.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

la figura 1 è una vista in sezione di un corpo farfallato servocomandato provvisto di un attuatone elettrico rotativo realizzato secondo i dettami della presente invenzione; Figure 1 is a sectional view of a servo-controlled throttle body provided with a rotary electric actuator made according to the dictates of the present invention;

la figura 2 è una vista esplosa, in scala ingrandita e con parti asportate per chiarezza, dell 1attuatore elettrico rotativo illustrato nella figura 1; Figure 2 is an exploded view, on an enlarged scale and with parts removed for clarity, of the electric rotary actuator illustrated in Figure 1;

la figura 3 è una vista laterale, in scala ingrandita e con parti asportate per chiarezza, dell 'attuatore elettrico rotativo illustrato nella figura 2; Figure 3 is a side view, on an enlarged scale and with parts removed for clarity, of the electric rotary actuator illustrated in Figure 2;

la figura 4 è una vista laterale, in scala ingrandita e con parti asportate per chiarezza, di un particolare della figura 3; e Figure 4 is a side view, on an enlarged scale and with parts removed for clarity, of a detail of Figure 3; And

la figura 5 è una variante della figura 4. Figure 5 is a variant of Figure 4.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un attuatore elettrico rotativo atto ad essere montato preferibilmente, ma non necessariamente, su di un corpo farfallato 2, il quale è, a sua volta, atto ad essere inserito lungo un collettore di aspirazione (non illustrato) di un motore a scoppio (non illustrato) . With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a rotary electric actuator adapted to be mounted preferably, but not necessarily, on a throttle body 2, which is, in turn, adapted to be inserted along a manifold of intake (not shown) of an internal combustion engine (not shown).

Il corpo farfallato 2 comprende: The throttle body 2 includes:

- un condotto 3 di adduzione all'interno del quale fluisce, nell'esempio illustrato, un fluido comburente percorrendo il citato collettore di aspirazione (non illustrato) del motore a scoppio; - an adduction duct 3 inside which, in the illustrated example, a comburent fluid flows through the aforementioned intake manifold (not illustrated) of the internal combustion engine;

una valvola 4 a farfalla alloggiata mobile all'interno del condotto 3 di adduzione, ed atta a parzializzare la portata del fluido comburente in funzione della sua posizione all'interno del condotto 3 stesso; ed a butterfly valve 4 movable housed inside the adduction duct 3, and adapted to choke the flow rate of the comburent fluid according to its position inside the duct 3 itself; and

- un dispositivo 5 di azionamento atto a ruotare selettivamente la valvola 4 a farfalla per controllare la portata del fluido comburente. - an actuation device 5 adapted to selectively rotate the butterfly valve 4 to control the flow rate of the comburent fluid.

In particolare, il condotto 3 si estende coassiale ad un asse 6 principale parallelo al piano del foglio, e la valvola 4 a farfalla è calettata su di un mozzo 7 che si estende coassiale ad un asse 8 complanare e perpendicolare all'asse 6, ed è montato passante attraverso la parete laterale 9 del condotto 3 tramite l'interposizione di cuscinetti di rotolamento 10. Il mozzo 7 è montato girevole attorno all'asse 8 per ruotare la valvola 4 a farfalla attorno all'asse 8 stesso . In particular, the duct 3 extends coaxially to a main axis 6 parallel to the plane of the sheet, and the butterfly valve 4 is keyed onto a hub 7 which extends coaxially to an axis 8 that is coplanar and perpendicular to the axis 6, and it is mounted passing through the side wall 9 of the duct 3 through the interposition of rolling bearings 10. The hub 7 is rotatably mounted around the axis 8 to rotate the butterfly valve 4 around the axis 8 itself.

Il dispositivo 5 di azionamento comprende l'attuatore 1 elettrico ed una centralina elettronica 11 di comando, la quale è atta a comandare l 'attuatore 1 in funzione di determinati parametri rilevati da una pluralità di sensori (non illustrati) presenti nel citato motore a scoppio (non illustrato). The actuation device 5 comprises the electric actuator 1 and an electronic control unit 11, which is able to control the actuator 1 according to certain parameters detected by a plurality of sensors (not shown) present in the aforementioned internal combustion engine (not illustrated).

L'attuatore 1 elettrico è disposto all'esterno del condotto 3 allineato al mozzo 7, e presenta una carcassa 13 esterna comprendente un corpo a tazza 14, che si estende coassialmente all'asse 8 e presenta la propria parete di fondo 14a solidale alla parete laterale 9 del condotto 3, ed un coperchio 15, coassiale all'asse 8, per la chiusura del corpo a tazza 14 stesso. L'attuatore 1 elettrico presenta, inoltre, uno statore 16 ed un rotore 17, entrambi alloggiati all'interno della carcassa 13. The electric actuator 1 is arranged outside the duct 3 aligned with the hub 7, and has an external casing 13 comprising a cup-shaped body 14, which extends coaxially to the axis 8 and has its own bottom wall 14a integral with the wall side 9 of the duct 3, and a cover 15, coaxial to the axis 8, for closing the cup-shaped body 14 itself. The electric actuator 1 also has a stator 16 and a rotor 17, both housed inside the casing 13.

Con riferimento alle figure 1, 2 e 3, lo statore 16 comprende un bobina elettrica 20 montata coassiale all'asse 8 internamente al corpo a tazza 14, ed un corpo ferromagnetico 21 montato, a sua volta, coassiale all'asse 8 internamente al corpo a tazza 14, e conformato in modo tale da avvolgere la bobina elettrica 20 stessa. With reference to Figures 1, 2 and 3, the stator 16 comprises an electric coil 20 mounted coaxial to the axis 8 inside the cup-shaped body 14, and a ferromagnetic body 21 mounted, in turn, coaxial to the axis 8 inside the body. cup 14, and shaped in such a way as to wind the electric coil 20 itself.

In particolare, la bobina elettrica 20 presenta una forma sostanzialmente toroidale, e le sue spire sono costituite preferibilmente da piattine o nastri di materiale conduttore; mentre il corpo ferromagnetico 21 è invece suddiviso in tre elementi, indicati rispettivamente con i numeri 21a, 21b e 21c. In particular, the electric coil 20 has a substantially toroidal shape, and its turns are preferably constituted by strips or strips of conductive material; while the ferromagnetic body 21 is instead divided into three elements, indicated respectively with the numbers 21a, 21b and 21c.

Con riferimento alla figura 2, l'elemento 21a del corpo ferromagnetico 21 è definito da un mantello tubolare 22 di materiale ferromagnetico, il quale è montato coassiale all'asse 8 all'interno del corpo a tazza 14 a contatto della parete laterale del corpo a tazza 14, in modo tale da interporsi tra la bobina elettrica 20 e la parete laterale del corpo a tazza 14 stesso . With reference to Figure 2, the element 21a of the ferromagnetic body 21 is defined by a tubular jacket 22 of ferromagnetic material, which is mounted coaxial to the axis 8 inside the cup-shaped body 14 in contact with the side wall of the body a cup 14, so as to be interposed between the electric coil 20 and the side wall of the cup body 14 itself.

Gli elementi 21b e 21c del corpo ferromagnetico 21 sono sostanzialmente uguali tra loro, e comprendono entrambi una flangia 23 calettata ad una rispettiva estremità del mantello tubolare 22, ed una porzione di guscio cilindrico 24 estendentesi perpendicolarmente alla flangia 23 e parallelamente all'asse 8 all'interno della bobina elettrica 20. The elements 21b and 21c of the ferromagnetic body 21 are substantially identical to each other, and both comprise a flange 23 keyed to a respective end of the tubular shell 22, and a portion of a cylindrical shell 24 extending perpendicularly to the flange 23 and parallel to the axis 8 at the 'inside of the electric coil 20.

La flangia 23 presenta un foro passante 25 delimitato da una superficie laterale ottenuta raccordando tra loro rispettive porzioni di due superfici cilindriche di diametro differente, entrambe coassiali all'asse 8. Nell'esempio illustrato, la flangia 23 è provvista sulla propria superficie periferica esterna di una scanalatura 33 disposta dalla parte opposta della porzione di guscio cilindrico 24 rispetto all'asse 8. The flange 23 has a through hole 25 delimited by a lateral surface obtained by joining together respective portions of two cylindrical surfaces of different diameter, both coaxial to the axis 8. In the illustrated example, the flange 23 is provided on its outer peripheral surface with a groove 33 arranged on the opposite side of the cylindrical shell portion 24 with respect to axis 8.

Ciascuna porzione di guscio cilindrico 24 presenta, affacciata all'asse 8, una superficie interna 26 di forma cilindrica che è il prolungamento, parallelamente all'asse 8, della porzione di superficie cilindrica con diametro minore che delimita il foro passante 25. Inoltre, ciascuna porzione di guscio cilindrico 24 presenta affacciata alla bobina elettrica 20 una superfìcie esterna 27 presentante, nell'esempio illustrato, una forma sostanzialmente troncoconica convergente verso la superficie laterale interna 26 dalla parte opposta della flangia 23. Ciascuna porzione di guscio cilindrico 24 presenta due ulteriori superfici laterali 28 piane, complanari tra loro e parallele all'asse 8, le quali sono contigue alla superficie interna 26, e sono raccordate alla superficie esterna 27 tramite superfici 29 piane di raccordo parallele all'asse 8 ed inclinate rispetto alle superfici interna 26 ed esterna 27. Infine, ciascuna porzione di guscio cilindrico 24 presenta una superficie frontale 30 piana perpendicolare all'asse 8, la quale è collegata alla superficie esterna 27 tramite uno smusso 31, ed è collegata a ciascuna delle superfici laterali 28 piane tramite un rispettivo smusso 32 (figura 2). Each portion of cylindrical shell 24 has, facing the axis 8, an internal surface 26 of cylindrical shape which is the extension, parallel to the axis 8, of the portion of cylindrical surface with a smaller diameter that delimits the through hole 25. Furthermore, each portion of cylindrical shell 24 has an external surface 27 facing the electric coil 20 presenting, in the example illustrated, a substantially frusto-conical shape converging towards the internal lateral surface 26 on the opposite side of flange 23. Each portion of cylindrical shell 24 has two further surfaces lateral 28 flat, coplanar with each other and parallel to axis 8, which are contiguous to the internal surface 26, and are connected to the external surface 27 through flat connecting surfaces 29 parallel to the axis 8 and inclined with respect to the internal 26 and external surfaces 27. Finally, each portion of cylindrical shell 24 has a front surface 30 µl ana perpendicular to the axis 8, which is connected to the external surface 27 by means of a chamfer 31, and is connected to each of the flat side surfaces 28 by means of a respective chamfer 32 (Figure 2).

Con riferimento alla figura 1, le flange 23 degli elementi 21b e 2le del corpo ferromagnetico 21 sono calettate sull'elemento 21a del corpo ferromagnetico 21 stesso in modo tale che le due porzioni di guscio cilindrico 24 risultino affacciate tra loro e disposte da bande opposte dell'asse 8, e che le superfici interne 26 definiscano rispettive porzioni di una stessa superficie cilindrica coassiale all'asse 8. Inoltre, ciascuna porzione di guscio cilindrico 24 impegna parzialmente il foro passante 25 della flangia 23 corrispondente all'altra porzione di guscio cilindrico 24. Le due porzioni di guscio cilindrico 24 sono le espansioni polari 24 del corpo ferromagnetico 21. With reference to Figure 1, the flanges 23 of the elements 21b and 2le of the ferromagnetic body 21 are keyed onto the element 21a of the ferromagnetic body 21 itself in such a way that the two portions of the cylindrical shell 24 face each other and are arranged on opposite bands of the axis 8, and that the internal surfaces 26 define respective portions of a same cylindrical surface coaxial to the axis 8. Furthermore, each portion of cylindrical shell 24 partially engages the through hole 25 of the flange 23 corresponding to the other portion of cylindrical shell 24 The two portions of the cylindrical shell 24 are the pole pieces 24 of the ferromagnetic body 21.

Con riferimento alle figure 2, 3 e 4, il rotore 17 comprende un albero 35 montato all'interno del corpo a tazza 14 coassiale all'asse 8, con una propria estremità angolarmente solidale al mozzo 7; un corpo ferromagnetico 36 di forma sostanzialmente cilindrica calettato sull'albero 35, in modo tale da essere affacciato alle espansioni polari 24; ed una coppia di magneti 37 permanenti montati solidali al corpo ferromagnetico 36 da bande opposte dell'asse 8. Nell'esempio illustrato, entrambi i magneti 37 permanenti presentano una forma assimilabile ad una porzione di guscio cilindrico, e sono fissati sul corpo ferromagnetico 36 in modo tale che le proprie superfici laterali affacciate alle espansioni polari 24, definiscano rispettive porzioni di una stessa superficie cilindrica, coassiale all'asse 8, presentante un diametro inferiore al diametro della superficie laterale cilindrica definita dalle superfici interne 26 delle espansioni polari 24. With reference to Figures 2, 3 and 4, the rotor 17 comprises a shaft 35 mounted inside the cup-shaped body 14 coaxial to the axis 8, with its own end angularly integral with the hub 7; a ferromagnetic body 36 of substantially cylindrical shape keyed on the shaft 35, in such a way as to face the pole pieces 24; and a pair of permanent magnets 37 mounted integral with the ferromagnetic body 36 by opposite bands of the axis 8. In the illustrated example, both permanent magnets 37 have a shape similar to a portion of a cylindrical shell, and are fixed on the ferromagnetic body 36 in so that their lateral surfaces facing the pole pieces 24 define respective portions of the same cylindrical surface, coaxial to the axis 8, having a diameter smaller than the diameter of the cylindrical side surface defined by the internal surfaces 26 of the pole pieces 24.

Con riferimento alla figura 3, inoltre il corpo ferromagnetico 36 è provvisto, in prossimità dei magneti 37, di una pluralità di feritoie 38 radiali che si estendono parallelamente all'asse 8 all'interno del corpo ferromagnetico 36 per tutta la lunghezza del corpo ferromagnetico 36 stesso. With reference to Figure 3, furthermore the ferromagnetic body 36 is provided, near the magnets 37, with a plurality of radial slots 38 which extend parallel to the axis 8 inside the ferromagnetic body 36 for the entire length of the ferromagnetic body 36 same.

Con riferimento alla figura 1, il dispositivo 5 di azionamento comprende inoltre un dispositivo 40 di richiamo, il quale è fissato al condotto 3 di adduzione dalla parte opposta dell'attuatore 1, ed è atto a contrastare la rotazione dell'albero 35 e del mozzo 7 attorno all'asse 8. Il dispositivo 40 comprende un corpo a tazza 41, il quale si estende coassialmente all'asse 8 e presenta la propria parete di fondo 41a solidale alla parete laterale 9 del condotto 3; un coperchio 42, coassiale all'asse 8, per la chiusura del corpo a tazza 41 stesso; ed una molla 43 elicoidale, coassiale all'asse 8, la quale presenta due estremità opposte solidali rispettivamente al mozzo 7, ed al corpo a tazza 41. With reference to Figure 1, the actuation device 5 further comprises a return device 40, which is fixed to the supply duct 3 on the opposite side of the actuator 1, and is adapted to oppose the rotation of the shaft 35 and of the hub. 7 around the axis 8. The device 40 comprises a cup-shaped body 41, which extends coaxially to the axis 8 and has its own bottom wall 41a integral with the side wall 9 of the duct 3; a lid 42, coaxial with axis 8, for closing the cup-shaped body 41 itself; and a helical spring 43, coaxial to the axis 8, which has two opposite ends integral respectively to the hub 7 and to the cup-shaped body 41.

Il dispositivo 5 di azionamento comprende infine un sensore 45 di tipo noto collegato alla centralina elettronica 11, il quale è montato sul coperchio 14 allineato all'albero 35, ed è atto a rilevare la posizione angolare dell'albero 35 stesso, e quindi del mozzo 7. The actuation device 5 finally comprises a sensor 45 of a known type connected to the electronic control unit 11, which is mounted on the cover 14 aligned with the shaft 35, and is able to detect the angular position of the shaft 35 itself, and therefore of the hub. 7.

Con riferimento alla figura 1, la bobina elettrica 20 è atta a generare, se percorsa da una corrente elettrica, un campo magnetico che presenta una intensità proporzionale alla corrente elettrica, e produce sulle superfici interne 26 delle espansioni polari 24 due poli magnetici di segno opposto, noti come polo nord (N) e polo sud (S). Analogamente, in ciascun magnete 37 permanente è naturalmente presente un rispettivo campo magnetico che determina sul magnete 37 stesso un rispettivo polo nord (N) ed un rispettivo polo sud (S); ed i due magneti 37 permanenti sono disposti sul corpo ferromagnetico 36 in modo tale da presentare affacciato allo statore 16 un polo magnetico diverso. Nell'esempio illustrato, all'interno dei magneti 37 le linee di campo magnetico si estendono lungo una direzione sostanzialmente radiale. With reference to Figure 1, the electric coil 20 is able to generate, if an electric current passes through it, a magnetic field which has an intensity proportional to the electric current, and produces on the internal surfaces 26 of the pole pieces 24 two magnetic poles of opposite sign. , known as the north (N) and south (S) poles. Similarly, in each permanent magnet 37 there is naturally present a respective magnetic field which determines on the magnet 37 itself a respective north pole (N) and a respective south pole (S); and the two permanent magnets 37 are arranged on the ferromagnetic body 36 in such a way as to have a different magnetic pole facing the stator 16. In the illustrated example, inside the magnets 37 the magnetic field lines extend along a substantially radial direction.

L'interazione tra i due poli magnetici presenti dello statore 16 ed i due poli magnetici dei magneti 37 del rotore 17 produce una coppia torcente proporzionale alla corrente elettrica circolante nella bobina elettrica 20, e dipendente dalla posizione dei magneti 37 rispetto alle espansioni polari 24. La coppia torcente prodotta dall' attuatore 1 è atta a contrastare la coppia elastica di richiamo della molla 43 elicoidale che è funzione della posizione angolare del mozzo 7, determinando una rotazione del mozzo 7 attorno all'asse 8 fino al raggiungimento di un posizione di equilibrio in cui le due coppie si equivalgono. The interaction between the two magnetic poles present of the stator 16 and the two magnetic poles of the magnets 37 of the rotor 17 produces a torque proportional to the electric current circulating in the electric coil 20, and dependent on the position of the magnets 37 with respect to the pole pieces 24. The twisting torque produced by the actuator 1 is able to counteract the elastic return torque of the helical spring 43 which is a function of the angular position of the hub 7, causing a rotation of the hub 7 around the axis 8 until an equilibrium position is reached. in which the two pairs are equivalent.

Data la particolare struttura dell'attuatore 1, il campo magnetico relativo alla bobina elettrica 20 ed il campo magnetico relativo ai due magneti 37 permanenti seguono un percorso magnetico P chiuso che presenta un tratto PI con direzione radiale all'interno del corpo ferromagnetico 36, dei magneti 37, e delle espansioni polari 24; un tratto P2 rettilineo, sostanzialmente parallelo all'asse 8, all'interno delle espansioni polari 24; un tratto P3, sostanzialmente perpendicolare all'asse 8, all'interno delle flange 23; ed un tratto P4 , sostanzialmente parallelo all'asse 8, all'interno del mantello 22. La presenza degli smussi 31 e 32 incrementa il gioco che ciascuna espansione polare 24 presenta all 'interno del corrispondente foro passante 25, impedendo al campo magnetico relativo alla bobina elettrica 20 di passare, in corrispondenza del foro passante 25 stesso, direttamente da ciascuna espansione polare 24 alla flangia 23 adiacente, senza interessare il rotore 17. Given the particular structure of the actuator 1, the magnetic field relating to the electric coil 20 and the magnetic field relating to the two permanent magnets 37 follow a closed magnetic path P which has a section P1 with a radial direction inside the ferromagnetic body 36, of the magnets 37, and pole pieces 24; a straight section P2, substantially parallel to the axis 8, inside the pole pieces 24; a section P3, substantially perpendicular to the axis 8, inside the flanges 23; and a section P4, substantially parallel to the axis 8, inside the shell 22. The presence of the bevels 31 and 32 increases the clearance that each pole expansion 24 has inside the corresponding through hole 25, preventing the magnetic field relating to the electric coil 20 to pass, in correspondence with the through hole 25 itself, directly from each pole expansion 24 to the adjacent flange 23, without affecting the rotor 17.

Il funzionamento dell'attuatore 1 elettrico rotativo verrà ora descritto facendo riferimento alla sua applicazione nel corpo farfallato 2 servocomandato. The operation of the electric rotary actuator 1 will now be described with reference to its application in the servo-controlled throttle body 2.

In uso, a partire da una posizione di riposo in cui 1'attuatore 1 non genera coppia torcente e la molla 43 mantiene in modo noto la valvola 4 a farfalla a chiusura del condotto 3, la centralina elettronica 11 alimenta la bobina elettrica 20 con una corrente determinata in funzione dei valori rilevati dai citati sensori {non illustrati) . Tale corrente elettrica produce una coppia torcente che provoca una rotazione dell'albero 35, e quindi del mozzo 7 a cui è solidale la valvola 3 a farfalla, fino ad una nuova posizione di equilibrio determinata dall'eguaglianza tra coppia torcente e coppia elastica di richiamo della molla 43. In use, starting from a rest position in which the actuator 1 does not generate torque and the spring 43 maintains the butterfly valve 4 in a known way to close the duct 3, the electronic control unit 11 supplies the electric coil 20 with a current determined according to the values detected by the aforementioned sensors (not shown). This electric current produces a twisting torque which causes a rotation of the shaft 35, and therefore of the hub 7 to which the butterfly valve 3 is integral, up to a new equilibrium position determined by the equality between the twisting torque and the elastic return torque. spring 43.

Variando la corrente circolante nella bobina elettrica 20 è possibile quindi variare la posizione della valvola 3 a farfalla all'interno del condotto 2. By varying the current circulating in the electric coil 20 it is therefore possible to vary the position of the butterfly valve 3 inside the conduit 2.

Secondo una variante illustrata in figura 5, i magneti 37 anziché avere una forma di porzione di guscio cilindrico, sono costituiti ciascuno da una pluralità di magneti elementari 50 piani accostati tra di loro. According to a variant illustrated in Figure 5, the magnets 37 instead of having a cylindrical shell portion shape, are each made up of a plurality of elementary magnets 50 planes placed side by side.

Secondo una ulteriore variante non illustrata, lo statore 16 presenta una pluralità di coppie di espansioni polari 24 affacciate al rotore 17, il quale a sua volta presenta un numero di coppie di magneti 37 permanenti uguale al numero di coppie di espansioni polari 24. According to a further variant not shown, the stator 16 has a plurality of pairs of pole pieces 24 facing the rotor 17, which in turn has a number of pairs of permanent magnets 37 equal to the number of pairs of pole pieces 24.

Il principale vantaggio del attuatore 1- sopra descritto è che la sua struttura permette di erogare coppie torcenti elevate richiedendo correnti elettriche di valore relativamente ridotto, infatti sperimentalmente è stata riscontrata una notevole riduzione del campo magnetico disperso, ed un notevole incremento del campo magnetico utile per la generazione di coppia torcente. Inoltre, la struttura dell 'attuatore 1 presenta un efficace scambio termico con l'ambiente esterno e permette quindi di utilizzare correnti elettriche di valore elevato mantenendo la temperatura di esercizio a valori relativamente bassi, evitando pertanto di impiegare magneti permanenti sofisticati e costosi. La possibilità di impiegare correnti elettriche di valore elevato permette di generare coppie torcenti di valore elevato che migliorano la velocità di risposta dell'attuatore 1. Infine, la realizzazione della bobina elettrica 20 è estremamente semplice e rapida, permettendo un notevole risparmio economico. The main advantage of the actuator 1- described above is that its structure allows it to deliver high twisting torques requiring relatively low electric currents, in fact, experimentally a considerable reduction in the dispersed magnetic field was found, and a considerable increase in the magnetic field useful for the generation of torque. Furthermore, the structure of the actuator 1 has an effective heat exchange with the external environment and therefore allows the use of high value electric currents while maintaining the operating temperature at relatively low values, thus avoiding the use of sophisticated and expensive permanent magnets. The possibility of using high-value electric currents allows to generate high-value twisting torques which improve the response speed of the actuator 1. Finally, the construction of the electric coil 20 is extremely simple and rapid, allowing considerable economic savings.

Risulta infine chiaro che all'attuatore elettrico rotativo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the rotary electric actuator described and illustrated here without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Electric rotary actuator (1) comprising an external casing (13), a stator (16) mounted coaxially to a main axis (8) inside said external casing (13), and a rotor (17) mounted coaxially to the said main axis (8) inside said stator (16) to rotate around the main axis (8) itself; said stator (16) comprising a first ferromagnetic body (21) and at least one electric coil (20); said rotor (17) comprising a shaft (35) coaxial to the main axis (8), a second ferromagnetic body (36) keyed to said shaft (35), and at least two permanent magnets (37) mounted integral with said second body ferromagnetic (36); the electric actuator (1) being characterized in that the said electric coil (20) is arranged inside the external casing (20) coaxially to the said main axis (8) and to the said rotor (17), and the said first ferromagnetic body (21) comprises a first tubular portion (2a) interposed between said electric coil (20) and said external casing (13), and a second (21b) and third portion (21c) both provided with a respective flange ( 23) of support, and of at least one respective pole piece (24) extending from the respective flange (23) itself between the rotor (17) itself and the said electric coil (20); the flanges (23) being arranged on opposite bands of said electric coil (20), and being fixed to respective ends of said first portion (21a); each said polar expansion (24) facing the said rotor (17), and having the shape substantially of a cylindrical shell portion.

2. Electric actuator according to claim 1, characterized in that said second ferromagnetic body (36) has a substantially cylindrical shape, and said permanent magnets (37) have a shape substantially of cylindrical shell portions.

3. Electric actuator according to claim 1, characterized in that each said flange (23) has a through hole (25) adapted to be engaged by said rotor (17).

4. Electric actuator according to claim 1, characterized in that said pole pieces (24) are arranged facing each other on opposite bands of said main axis (8) inside said electric coil (20).

5. Electric actuator according to claims 3 and 4, characterized in that each said pole piece (24) partially engages the through hole (25) present on the flange (23) from which the other pole piece (24) extends.

6. Electric actuator according to claims 1 and 4, characterized in that said pole pieces (24) have respective internal surfaces (36) facing the rotor (17), which are defined by respective portions of the same cylindrical surface coaxial to said axis main (8).

7. Electric actuator according to claims 3 and 6, characterized in that the through hole (25) of each flange (23) is delimited by a lateral surface, a portion of which is the extension of the internal surface (26) of the corresponding pole piece ( 24).

8. Electric actuator according to claim 1, characterized in that each pole piece (24) is delimited by an internal surface (26) defined by a portion of cylindrical surface coaxial to the main axis (8); by an external surface (27) defined by a substantially frusto-conical surface portion coaxial to the main axis (8); from a front surface (30) perpendicular to the main axis (8) and contiguous to said internal surface (26); and by two lateral surfaces (28) parallel to the main axis (8), which are contiguous to said internal surface (26), and are connected to said external surface (27) by means of connecting surfaces (29) parallel to the axis main (8) and inclined with respect to the internal (26) and external (27) surfaces.

9. Electric actuator according to claim 8, characterized in that said front surface (30) is connected to said external surface (26) by means of a first chamfer (31), and to each of said lateral surfaces (28) by means of a respective second bevel (32).

10 Electric actuator according to claim 1, characterized in that said electric coil (20) has a toroidal shape, and its turns are made with strips of conductive material.

11. Electric actuator according to claim 1, characterized in that said electric coil (20) has a toroidal shape, and its turns are made with strips of conductive material.

12. Servo-controlled shaft (2) characterized in that it is provided with a rotary electric actuator (1) as claimed in claims 1 to 11.

13 Use of the rotary electric actuator (1) claimed in claims 1 to 11 for movement of a throttle valve (4) of a servo-controlled co-throttle (2).