NL9100373A - Van solenoide voorzien aandrijforgaan met een sensor voor magnetische flux. - Google Patents

Description

UITTREKSEL

Van solenoïde voorzien aandrijforgaan omvattende een winding of windingen (20, 21), een schroefstop (24) en een beweegbare kern (29) binnen de spoel(en). Een magnetisch juk (35, 36, 37) omgeeft de spoel(en), waarvan de as (A) zich uitstrekt over de door het juk bepaalde magnetische keten. Een relatief grote en een relatief kleine permanente magneet (41, 43) wekken flux op in tegengestelde richtingen. Een fluxsensor (50) neemt fluxrichtingsveranderingen waar. Wanneer de kern en schroefstop van elkaar gescheiden zijn, overheerst de flux van de gorte magneet door het juk. Wanneer de kern in contact is met de schroefstop, overheerst de flux van de kleine magneet in het jukgedeelte daarvan. De fluxrichtingsverandering wordt gedetecteerd door de sensor. Aldus kan de sensor gebruikt worden voor het aangeven van de stand van de kern ten opzichte van de schroefstop.

Korte aanduiding: Van solenoïde voorzien aandrijforgaan met een sensor voor magnetische flux.

Bij bepaalde soorten van een solenoïde voorziene aandrijf organen, of in bepaalde soorten installaties waarin dergelijke aandrijforganen zijn opgenomen, is de toestand van het aandrijforgaan niet gemakkelijk te bepalen, dit wil zeggen dat het niet duidelijk is of het beweegbare anker, of kern, in contact is met of op afstand is gelegen van het stationaire anker, of schroefstop.

Eén soort van een solenoïde voorzien aandrijforgaan dat dit probleem vertoont is een aandrijforgaan met een magnetische vergrendelingsvoorziening. In een dergelijk aandrijforgaan wordt de solenoïdein&Hi?tstondig bekrachtigd om de kern tegen de schroef stop aan te trekken. Na het stroomloos maken van de spoel, wordt de kern in contact met de schroefstop gehouden door een permanente magneet welke een flux in de magnetische keten opwekt in dezelfde richting als die welke werd opgewekt door de oorspronkelijke bekrachtiging van de spoel. De kern is aldus "vergrendeld" tegen de schroefstop door de flux van de permanente magneet.

Wanneer het wenselijk is de kern te "ontgrendelen", wordt de solenoïdewinding bekrachtigd met een electrische stroom met een tegengestelde polariteit ten opzichte van die van de oorspronkelijk aan de spoel toegevoerde stroom, of wordt een tweede winding bekrachtigd die is gewonden in een richting tegengesteld aan die van de eerste spoel. In beide gevallen wekt de spoel een magnetische flux op die tegengesteld is aan de flux die wordt opgewekt door de permanente magneet, en neutraliseert deze flux derhalve, hetgeen het mogelijk maakt dat een terugstelveer de schroefstop en de kern scheidt en dat de laatstgenoemde beweegt naar een stand die op afstand van de schroefstop is gelegen.

In deze soort van een solenoïde voorzien aandrijforgaan is de winding nooit voortdurend bekrachtigd om de kern in de ene of andere stand te houden. In plaats daarvan worden uitsluitend kortstondige impulsen toegevoerd aan de spoel of spoelen om de kern te verschuiven tussen de standen daarvan waarin deze in contact is met of op afstand ligt van de schroefstop. Aldus vertoont een van een solenoïde voorzien aandrijforgaan met een magnetische vergrendeling het probleem dat dit niet direkt de status of toestand daarvan aangeeft. In het verleden werden verschillende soorten eindschakelaars gebruikt om dit probleem op te lossen, maar deze vertonen zelf het probleem dat zij ingewikkelde mechanische verbindingen en instellingen vereisen.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een van een solenoïde voorzien aandrijforgaan, zoals een aandrijforgaan waarin een magnetische vergrendeling is opgenomen, met een eenvoudige voorziening voor het voortdurend aangeven van de toestand van het aandrijforgaan.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijk van een solenoïde voorzien aandrijfor-gaan, waarin de richting van magnetische flux in tenminste een gedeelte van de magnetische keten die de solenoïde LSfii$Seft elke keer dat de toestand van het aandrijf orgaan verandert, omdraait, omvattende een sensor voor het detecteren van elke fluxrichtingsomkering.

Deze doeleinden worden gerealiseerd door toepassing van de maatregelen volgens de hoofdconclusie, waarbij voorkeursuitvoeringen zijn beschreven in de volgconclu-sies.

Andere doelen en kenmerken van de uitvinding worden toegelicht in de volgende beschrijving, waarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin:

Fig. 1 een axiale dwarsdoorsnede is van een van een solenoïde voorzien aandrijforgaan met een magnetische vergrendeling, samengebouwd met een klep, waarbij het aandrijforgaan niet vergrendeld is en de klep is gesloten?

Fig. 2 een gelijksoortig aanzicht is als dat van fig. 1, waarbij het aandrijforgaan vergrendeld is en de klep open is;

Fig. 3 een schematisch aanzicht is van de magnetische keten van het aandrijf orgaan, waarbij de loop van magnetische flux wordt getoond wanneer het aandrijforgaan niet vergrendeld is; en

Fig. 4 een gelijksoortig aanzicht is als dat van fig. 3, waarin de loop van magnetische flux wordt getoond wanneer het aandrijforgaan vergrendeld is.

Het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan dat is gekozen voor het toelichten van de onderhavige uitvinding is een solenoïde met een magnetische vergrendeling, maar de uitvinding kan ook toegepast worden bij andere soorten van een solenoïde voorziene aandrijforganen. Tevens zou het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan, hoewel dit wordt weergegeven en beschreven voor het bedienen van een klep, gebruikt kunnen worden voor het bedienen van een willekeurig soort inrichting waar een dergelijk aandrijf-orgaan een toepassing vindt, zoals op afstand bestuurde deursloten.

De electromagnetisch bediende klep van het onderhavige voorbeeld (zie fig. 1 en 2) omvat een kleplichaam 10 met een inlaatpoort 11, een uitlaatpoort 12 en een opening 13 tussen de poorten omgeven door een klepzitting 14. Wanneer de klep open is (fig. 2) stroomt fluïdum van inlaatpoort 11 via een inwendige doorgang 15 in het kleplichaam en opening 13 naar uitlaatpoort 12. Wanneer de klep gesloten is (fig. 1), is opening 13 afgesloten, waarmee een stroming van poort 11 naar poort 12 wordt verhinderd. De klep omvat verder een beschermkap 16 die op een fluïdumdichte wijze in kleplichaam 10 is geschroefd, waarbij gewoonlijk geschikte afdichtingen (niet getoond) worden gebruikt. Op beschermkap 16 is een van een soleno-ide voorzien aandrijforgaan 17 volgens de uitvinding bevestigd.

Het aandrijforgaan omvat twee concentrische windingen 20 en 21 van een electrisch geleidende draad gewonden op een klos 22, waarbij de spoelen in tegengestelde richting zijn gewikkeld rond een as A. De spoelen kunnen bekrachtigd worden via draden 23 die zijn verbonden met een willekeurige geschikte bestuurde electrische stroombron (niet getoond). Binnen het boveneinde van klos 22 en uit de klos stekend, bevindt zich een stationair anker of schroefstop 24 van magnetisch materiaal. Binnen het ondereinde van de klos en op afstand van schroef stop 24 gelegen, bevindt zich een kernbus 25 van magnetische materiaal. De kernbus kan een uitsteeksel van beschermkap 16 vormen of zou een afzonderlijk element kunnen zijn dat aan het ondereinde daarvan met de beschermkap is verbonden op een willekeurige geschikte wijze. Het is gewenst schroefstop 24 en kernbus 25 integraal met elkaar te verbinden door middel van een dunwandige huls 26 van niet-magnetisch materiaal.

Een beweegbaar anker of kern 29 van magnetisch materiaal is axiaal schuifbaar binnen kernbus 25. Kern 29 draagt aan het ondereinde daarvan een klepelement 25 van veerkrachtig materiaal, zoals rubber. Kern 29 is beweegbaar tussen een onderste stand (fig.l), waarin de kern op afstand van schroefstop 24 is gelegen en klepelement 28 in contact is met klepzitting 14 voor het sluiten van de klep, en een bovenste stand (fig. 2), waarin de kern in contact is met schroefstop 24 en klepelement 28 op afstand van klepzitting is gelegen voor het openen van de klep. Het bovenste gede.elte van kern 29 is voorzien van een axiale boring 30 tegenover een ondiepe boring 31 in het ondervlak van schroefstop 24. Een drukveer 32 is in deze boringen aangebracht en oefent voortdurend een kracht uit op kern 29 om deze neerwaarts weg te duwen van schroefstop 24 voor het sluiten van de klep, d.w.z. dat klepelement 28 tegen klepzitting 14 wordt gedrukt.

Een juk van magnetisch materiaal dat een magnetische keten rond windingen 20 en 21 bepaalt, omvat drie segmenten 35, 36 en 37. Segment 35 is in hoofdzaak L-vormig en omvat een horizontaal been 35a, dat zich uitstrekt over de bovenzijde van- klos 22, en een vertikaal been 35b dat zich in neerwaartse richting uitstrekt vanaf één einde van been 35a. Een gat in been 35a neemt schroefstop 24 op. Het vrije einde 35c van been 35a is gebogen over 90° en is gericht naar juksegment 37, dat een vertikale plaat is. Segment 37 is door middel van een spleet 38 gescheiden van einde 35c. Juksegment 36 is in het algemeen U-vormig en omvat een horizontaal centraal gedeelte 36a, dat, zich over de onderzijde van klos 22 uitstrekt, en twee vertikale benen 36b en 36c. Een gat in gedeelte 36a neemt kernbus 25 op. Been 36b is aan de binnenzijde op afstand van been 35b gelegen, en been 36c is aan de buitenzijde op afstand van juksegment 37 gelegen.

Tussen benen 35b en 36b bevindt zich een relatief grote en sterke permanente magneet 41, waarbij de twee benen en de magneet onderling verbonden zijn door middel van een klinknagel 42 die zich uitstrekt door op één lijn liggende gaten in de benen en de magneet. Tussen been 36c en segment 37 bevindt zich een relatief kleine en zwakke magneet 43. Op het van magneet. 43 afgekeerde oppervlak van segment 37 bevindt zich een niet-magnetische plaat 44 die op afstand ligt van het segment door middel van een vulring 45. Een bout 46 die gaat door op één lijn liggende gaten in been 36c, magneet 43, segment 37, vulring 45 en plaat 44, werkt samen met een moer 47 om al deze onderdelen met elkaar te verbinden.

Plaat 44 draagt een sensor 50 voor magnetische flux die is geplaatst in spleet 38 tussen juksegmenteinde 35c en juksegment 37. De sensor voor magnetische flux kan een inrichting op basis van het Hall-effekt zijn, en is bij voorkeur een bipolaire schakelaar op basis van het Hall-effekt zoals de schakelaar die wordt vervaardigd door Sprague Electric Company onder catalogusnummer UGN-3131T/U of UGS-3131T/U. Zoals het geval is bij de meeste inrichtingen op basis van het Hall-effekt heeft sensor 50 het vermogen veranderingen in magnetische flux te detecteren. Aldus schakelt sensor 50 elke maal dat de magnetische flux nabij sensor 50 van richting verandert, op een detecteerbare wijze in een andere toestand. Draden 51 die elec-trisch verbonden zijn met sensor 50 strekken zich uit vanaf plaat 44 en kunnen verbonden worden met een geschikte indikator, bijvoorbeeld een neonlamp. Indien de indika-tor een lamp is, wordt deze zo ingericht dat deze brandt wanneer de magnetische flux die door sensor 50 gaat een bepaalde gekozen richting heeft, en wordt deze ingericht om niet te branden wanneer de magnetische flux in de tegengestelde richting gericht is.

Juk 35, 36, 37 is zodanig opgebouwd dat de magnetische keten die het bepaalt zich uitstrekt rond de windingen 20 en 21, en de as A zich uitstrekt over de magnetische keten. Magneten 41 en 43 zijn aan tegenover elkaar liggende zijden van de as A aangebracht. In het onderhavige voorbeeld heeft juk 35, 36, 37 een in hoofdzaak rechthoekige vorm, waarbij de spoelen zich uitstrekken tussen tegenover elkaar liggende zijden 35a en 36a van de rechthoek en op afstand liggen van de beide andere zijden 36b en 37. Een huis 53 omsluit het juk en de delen die zijn omgeven en worden gedragen door het juk, waarbij het huis aan de rechterzijde open is zoals wordt getoond in fig. 1 en 2, teneinde electrische verbindingen met draden 23 en 51 mogelijk te maken.

De veranderingen in magnetische flux die gaat door het juk 35, 36, 37 zullen verder beschreven worden onder verwijzing naar fig. 3 en 4. Wanneer kern 29 zich in de stand op afstand van schroef stop 24 bevindt en de klep gesloten is (fig. 3), wekt de relatief grote magneet 41 een magnetische flux op die wordt aangeduid met punt-streep-pijlen 55 en gaat door het juk, d.w.z. vanaf magneet 41 via been 35b en been 35a over spleet 38 door segment 37, magneet 43, been 36c, gedeelte 36a en been 36b terug naar magneet 41. De relatief kleine magneet 43 wekt eveneens een magnetische flux op die wordt aangeduid door streep-pijlen 56 en veel kleiner is dan de flux 55 die wordt opgewekt door de magneet 41. Bovendien zijn de polariteiten van de twee magneten zodanig gekozen, dat de fluxen die daardoor opgewekt worden tegengesteld aan elkaar zijn. De flux 55 die wordt opgewekt door magneet 41 heeft in de toestand van fig. 3 echter de overhand over de flux 56 die wordt opgewekt . door de magneet 43, en de sensor 50 neemt de flux 55 waar. Er dient tevens opgemerkt te worden dat de flux die wordt opgewekt door magneet 41 niet sterk genoeg is om tot gevolg te hebben dat kern 29 omhoog beweegt naar schroefstop 24 tegen de kracht van veer 32 in.

Indien het gewenst is de toestand van het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan te veranderen, d.w.z. kern 29 van de stand van fig. 1 en 3 naar de stand van fig. 2 en 4 te bewegen, en de klep te openen, wordt één van de windingen, bijvoorbeeld winding 20, kortstondig bekrachtigd. Spoel 20 is zodanig gewonden dat deze bij bekrachtiging een magnetische flux in het juk opwekt welke de flux 55 die wordt opgewekt door magneet 41, versterkt. Deze flux is voldoende om kern 29 te doen bewegen en deze in contact te brengen met schroefstop 24. De sterkte van magneet 41 is zodanig dat de flux daarvan in staat is het contact van kern 29 met schroef stop 24 te handhaven, d.w.z. dat de kern is "vergrendeld" met de schroefstop door middel van magneet 41, en de klep is open. Nu de tussenruimte tussen de schroefstop en de kern verdwenen is, wordt de flux 55 die wordt opgewekt door magneet 41 afgeleid door de schroefstop 24 en kern 29, zoals wordt getoond in fig. 4, en weinig of niets van deze flux gaat door het gedeelte van juk 35, 36, 37 aan de zijde van as A welke de magneet 43 draagt. Resulterend overheerst de flux 56 die wordt opgewekt door magneet 43 nu in dat gedeelte van het juk, en gaat vanaf magneet 43 via segment 37 over spleet 38, door been 35a, schroefstop 24, kern 29, gedeelte 36a en been 36c terug naar magneet 43. Aangezien flux 56 in een richting tegengesteld aan die van flux 55 gaat, detecteert sensor 50 deze fluxrichtingsverandering en wekt een signaal op voor het in werking stellen van een indikator.

Wanneer de toestand van het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan opnieuw veranderd moet worden, wordt de andere winding 21 kortstondig bekrachtigd. Deze winding is gewonden in een richting tegengesteld aan die van winding 20 en wekt derhalve een flux op in een richting die tegengesteld is aan de richting van flux 55. Indien gewenst zou uitsluitend een enkele winding 20 gebruikt kunnen worden en zou winding 21 geëlimineerd kunnen worden. In een dergelijk geval zou winding 20 bekrachtigd worden door een stroom met een tegengestelde polariteit ten opzichte van de oorspronkelijk aan de spoel toegevoerde stroom, en dit zou de magnetische flux in de tegengestelde richting doen gaan. De opbouw is zodanig dat de flux die wordt opgewekt door winding 21 ongeveer gelijk is aan de sterkte van flux 55 en derhalve kortstondig de flux die wordt opgewekt door magneet 41 neutraliseert. Dientengevolge kan veer 32 kern 29 van schroef stop 24 scheiden en de kern terugbrengen naar de stand waarin deze op afstand van de schroefstop (fig. 1 en 3) is gelegen en de klep opnieuw is gesloten. Aangezien flux 55 niet langer wordt afgeleid door schroefstop 24 en kern 29 is deze flux opnieuw overheersend in de magnetische keten die wordt bepaald door het juk (fig. 3), en sensor 50 detecteert opnieuw een fluxrichtingsomkering, en wekt een signaal op dat daarvoor een ihdikatie vormt.

Aldus zal duidelijk zijn dat de richting van de flux door de sensor 50 afhangt van de toestand van het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan (fig. 1 of fig. 2), en dientengevolge vormt het signaal dat wordt afgegeven door sensor 50 een indikatie voor de toestand van het van een solenoïde voorziene aandrijforgaan.

Claims (14)

1. Van solenoïde vooraien aandrijforgaan, gekenmerkt door: windingsmiddelen van electrisch geleidende draad, met een as, een schroefstop aangebracht binnen de windingsmiddelen, een kern aangêbracht binnen de windingsmiddelen en beweegbaar langs de as daarvan tussen een stand waarin de kern in contact is met de schroefstop en een stand waarin de kern op afstand van de schroefstop is gelegen, een juk dat een magnetische keten bepaalt rond de windingsmiddelen, waarbij de as van de windingsmiddelen zich uitstrekt langs de magnetische keten, een relatief grote permanente magneet en een relatief kleine permanente magneet die behoren bij het juk aan tegenover elkaar liggende zijden van de as van de windingsmiddelen, waarbij de permanente magneten zijn ingericht voor het opwekken van flux in het juk in tegengestelde richtingen, en een fluxsensor die is ingericht voor het waarnemen van de richting van de magnetische flux in het jukdeel dat aan dezelfde zijde van de as van de windingsmiddelen is gelegen als de relatief kleine magneet.

2. Aandrijforgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de relatieve sterkte van de grote en de kleine magneet zodanig is dat wanneer de kern zich in de stand op afstand van de schroefstop bevindt, de magnetische flux die wordt opgewekt door de grote magneet overheerst in het gebied van het juk waar de fluxsensor zich bevindt, en wanneer de kern zich in de stand in contact met de schroefstop bevindt, de magnetische flux die wordt opgewekt door de kleine magneet overheerst in het gebied van het juk waar de fluxsensor zich bevindt.

3. Aandrijforgaan volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat wanneer de kern zich in de stand in contact met de schroefstop bevindt, de magnetische flux die wordt opgewekt door de grote magneet wordt afgeleid door de schroef stop en de kern, waardoor de flux die wordt opgewekt door de kleine magneet overheerst in het gebied van het juk waar de fluxsensor zich bevindt.

4. Aandrijforgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het juk een aantal juksegmenten omvat, welke segmenten zich op afstand van elkaar bevinden op twee plaatsen aan tegenover elkaar liggende zijden van de as van de windingsmiddelen, waarbij één van de magneten is geplaatst in elk van deze ruimten teneinde delen van de magnetische keten te vormen die worden bepaald door het juk.

5. Aandrijf orgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het juk een in hoofdzaak rechthoekige vorm heeft, waarbij de as van de windingsmiddelen zich uitstrekt tussen twee tegenover elkaar liggende zijden van de rechthoek en op afstand ligt van de twee andere zijden van de rechthoek.

6. Aandrijforgaan volgens conclusie 1, gekenmerkt door een spleet in het juk welke een luchtspleet in de magnetische keten bepaalt, waarbij de fluxsensor zich in de spleet bevindt.

7. Aandrijforgaan volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de spleet en de fluxsensor zich dichterbij de kleine magneet dan bij de grote magneet bevinden.

8. Aandrijforgaan volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor het kortstondig bekrachtigen van de windingsmiddelen voor het doen aantrekken van de kern naar de schroef stop, waarbij de magnetische flux die door de grote magneet wordt opgewekt in het juk dient om de kern in contact met de schroef stop te houden nadat de spoel stroomloos is gemaakt.

9. Aandrijforgaan volgens conclusie 8, gekenmerkt door een veer welke de kern naar de stand op afstand vanaf de schroefstop drijft, en middelen voor het kortstondig bekrachtigen van de windingsmiddelen voor het opwekken van een magnetische flux in het juk welke de flux die wordt opgewekt door de grote magneet neutraliseert, waardoor het mogelijk is dat de veer de kern van de schroefstop weg beweegt naar de stand daarvan die op afstand van de schroefstop is gelegen.

10. Aandrijforgaan volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de windingsmiddelen twee coaxiale spoelen van electrisch geleidende draad omvatten, waarbij de windingen in tegengestelde richtingen zijn gewonden.

11. Aandrijforgaan volgens conclusie 10, gekenmerkt door middelen voor het bekrachtigen van één van de spoelen voor het opwekken van een magnetische flux in het juk in een richting welke de flux die wordt opgewekt door de grote magneet versterkt, en middelen voor het bekrachtigen van de andere spoel voor het opwekken van een magnetische flux in het juk welke de flux die wordt opgewekt door de grote magneet, neutraliseert.

12. Aandrijforgaan volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de fluxsensor een inrichting op basis van het Hall-effekt is.

13. Aandrijforgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit is samengebouwd met een kleplichaam met een inlaatpoort, een uitlaatpoort en een klepzitting tussen de poorten, waarbij de kern een klepelement draagt dat al dan niet in contact met de klepzitting gebracht kan worden en daartoe beweegbaar is in reaktie op een beweging van de kern tussen de standen daarvan op afstand van en in contact met de schroefstop.

14. Van solenoïde voorziene klep met een magnetische vergrendeling, gekenmerkt door: een kleplichaam met een inlaatpoort, een uitlaatpoort en een opening tussen de poorten die is omgeven door een klepzitting, een van een solenoïde voorzien aandrijforgaan dat is bevestigd op het kleplichaam, welk aandrijforgaan omvat: windingsmiddelen van een electrisch geleidende draad, met een as, een schroef stop aangebracht binnen de windingsmiddelen, een kern aangebracht binnen de windingsmiddelen en beweegbaar langs de as daarvan tussen een stand waarin de kern in contact is met de schroefstop en een stand waarin de kern op afstand van de schroefstop is gelegen, een klepelement dat beweegbaar is in reaktie op een beweging van de kern, tussen een stand waarin het klepelement in contact is met de klepzitting voor het sluiten van de klep, en een stand waarin het klepelement op afstand van de klepzitting gelegen is voor het openen van de klep, een juk dat een magnetische keten bepaalt rond de windingsmiddelen, waarbij de as van de windingsmiddelen zich uitstrekt over de magnetische keten, een relatief grote permanente magneet en een relatief kleine permanente magneet die behoren bij het juk, aan tegenover elkaar liggende zijden van de as van de windingsmiddelen, waarbij de permanente magneten zijn ingericht voor het opwekken van een flux in het juk in tegengestelde richtingen, waarbij de flux door het juk gelijkgericht is met de flux die wordt opgewekt door de grote magneet wanneer de kern zich bevindt in de stand op afstand van de schroef-stop, en de flux in een gedeelte van het juk meer nabij de kleine magneet gelijkgericht is aan de flux die wordt opgewekt door de kleine magneet wanneer de kern zich bevindt in de stand waarin deze contact maakt met de schroefstop, en een fluxsensor voor het waarnemen van de richting van magnetische flux in het gedeelte van het juk meer nabij de kleine magneet, waarbij de verandering van de richting van de flux die wordt waargenomen door. de fluxsensor een aanwijzing is voor de gesloten of open toestand van de klep.