EP1135781B1 - Bidirectional actuators - Google Patents
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- EP1135781B1 EP1135781B1 EP99972774A EP99972774A EP1135781B1 EP 1135781 B1 EP1135781 B1 EP 1135781B1 EP 99972774 A EP99972774 A EP 99972774A EP 99972774 A EP99972774 A EP 99972774A EP 1135781 B1 EP1135781 B1 EP 1135781B1
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- H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets
Definitions
- the present invention relates to the field of electromagnetic actuators.
- German patent DE3037648 describes a two-dimensional actuator which may comprise either moving coils or moving magnets.
- the solution comprising moving coils is not satisfactory because it induces high industrialization costs.
- the described solution comprising moving magnets requires the use of 8 moving magnets.
- Such an architecture requires multiple control signals and computer processing for controlling the XY position.
- patent US5062055 which relates to the electromagnetic actuators producing both a rotational movement and a translational movement.
- Such a prior art actuator comprises a cylindrical magnet having magnetization boundaries in the peripheral direction and in the axial direction, in which a multipole magnetization is established in the axial direction, and yokes carrying coils having Magnetic poles located opposite the magnetization boundaries.
- Such an actuator uses a magnet having several pairs of poles with directions of magnetization perpendicular to each other.
- the purpose of the present invention is to propose an actuator for controlling the positioning of a member according to two degrees of freedom, for example in a plane along two perpendicular axes XY, or according to a degree of freedom in translation and a degree of freedom in rotation, or in spherical rotation, with simple control signals.
- the invention relates in its most general sense to a bidirectional actuator comprising at least one stator structure excited by an electric coil, and a single movable magnet having a single polarity. This magnet is placed in a main air gap.
- the stator structure is composed of two stator parts. Each of the stator parts has at least one secondary air gap and is excited by at least one electric coil.
- the stator structure has at least one gap for moving the movable magnet relative to a first degree of freedom, and at least a second secondary gap for moving the movable magnet relative to a second degree of freedom.
- the movable magnet is integral with the cylinder head.
- the stator structure is composed of 4 poles made of a soft magnetic material defining between them two pairs of secondary air gaps intersecting at a midpoint and in that the main air gap is plane.
- stator poles are constituted by two pairs of rectangular pieces, each pair of parts being excited by at least one electrical coil and each defining a secondary air gap.
- the ratio L / E between the thickness L of the magnet and the thickness E of the gap is between 1 and 2.
- the dimensions of the secondary air gaps are C 1 + E and C 2 + E, where C 1 and C 2 denote the stroke of the moving magnet according to the two directions of the secondary air gaps and in that the dimensions of the magnet are C 1 + d 1 + E and C 2 + d 2 + E, d 1 and d 2 denoting the width of said secondary airships.
- the stator structure is composed of two stator pieces disposed on either side of the magnet, each of the stator pieces having a pair of stator poles, the pair of stator poles of one of the pieces being oriented perpendicular to the pair of stator poles of the other stator part.
- the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to a stator structure formed of 4 stator poles in the form of portions of cylinders having a first secondary air gap in the longitudinal median plane, in which a first electric coil is placed, and a second secondary air gap in the transverse plane, in which a second coil is placed.
- a stator structure formed of 4 stator poles in the form of portions of cylinders having a first secondary air gap in the longitudinal median plane, in which a first electric coil is placed, and a second secondary air gap in the transverse plane, in which a second coil is placed.
- Each of these coils is preferably wrapped around a ferromagnetic core.
- the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to an outer cylindrical stator structure formed of 4 stator poles having a concave surface defining the main air gap with the cylindrical yoke placed inside the magnet, each of the four stator poles being surrounded by an electric coil.
- the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to a cylindrical stator structure constituted by a first external stator piece for displacement according to a first degree of freedom, and a second internal stator piece for displacement according to a degree of freedom, each of the stator parts comprising at least one electric excitation coil.
- the magnet is of spherical shape and is rotatable in spherical rotation with respect to a spherical cap-like stator structure formed of 4 stator poles in the form of a cap sector, comprising two coils housed in grooves. peripherals whose median planes are perpendicular.
- the magnet is of spherical shape and is movable in spherical rotation with respect to a stator structure of tubular form formed of 4 quarter-tube-shaped stator poles, surrounded by an electric coil.
- the main air gap is of spherical shape.
- the magnet is spherical in shape and surrounds a spherical yoke, and is rotatable around a stator structure of semispherical shape formed of 4 quarter-sphere-shaped stator poles.
- the magnet is spherical in shape and surrounds a spherical yoke, and is movable in spherical rotation around a stator structure formed of two half-spherical stator parts.
- the invention relates to a new type of actuator for moving a moving part in two degrees of freedom.
- Figures 1 and 2 show views of a first embodiment of an XY linear actuator.
- the objective is to move a movable part in a 2-axis plane comprising at the base a structure composed of a 4-pole stator, a movable magnet and a yoke that can be fixed or movable with the magnet .
- the first version presented with reference to Figures 1 and 2 relates to an actuator with fixed yoke.
- this architecture only the magnet (14) is mobile.
- This actuator thus makes it possible to create an adjustable intensity and direction force in the plane (XY).
- L be the thickness of the magnet, E the air gap, C x and C y the sensor strokes in both dimensions and d x and d y the distances from pole to pole along the 2 axes.
- the coils are flat coils surrounding each of the stator poles.
- the stator X and the stator Y are arranged on both sides of the main air gap in which the magnet (14) is placed.
- the poles (21, 22) of the stator X are oriented perpendicularly to the poles (26, 27) of the stator Y, in order to drive the moving magnet in both perpendicular directions and to provide a bidirectional displacement of the member to which it is coupled.
- Figures 6 and 7 show schematic views respectively in a transverse view, and the stator portion of a first embodiment in the form of an XY linear actuator.
- This variant of the actuator has the advantage of requiring only one coil per axis.
- a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort or displacement provided to an external part.
- This variant can also be made symmetrical, that is to say by replacing the cylinder head with a stator + coils. We will then increase the amplitude of the created force.
- stator It is also possible to make the stator several distinct parts, for example by separating the poles. We can then obtain a kernel-free version of ferromagnetic coil or with independent coil cores, which would facilitate winding.
- This variant can also be made in symmetrical version.
- Figures 8 and 9 show a variant of a cylindrical actuator x- ⁇ , respectively without and with the magnet.
- the actuator has a cylindrical structure, thus comprising an area inside the magnet and an area outside the same magnet. This structure fulfills two functions to ensure: rotary actuator function and linear actuator. The solutions defined below will be defined by the situation ("inside” or "outside") of each of these functions.
- the actuator comprises a stator structure having four poles (51 to 54) in the form of half-cylinders and a tubular magnet (55).
- a first solution is described in Figures 10 to 12: it consists of the use of a cylindrical internal stator composed of four identical poles. Two coils are surrounded around each of these poles.
- This actuator makes it possible to create at the same time a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the X axis.
- Figures 13 to 16 show a second solution of a linear-rotary actuator.
- This second solution consists in replacing 2 of the 4 coils of the preceding solution by a coil mounted on the main axis of the mechanism. This one, named (4L), will assure the part "axial force” and the 2 others will create the moment.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- FIGs 17 to 19 show a third version of a linear-rotary actuator.
- the stator is formed by a cylindrical piece having 4 poles (62 to 65) in the form of half-cylinders.
- 4R the 2 previously noted coils
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- Another structure could also be obtained by splitting the coil (4L) into 3 or 4 coils coming to be mounted on either side of the axial poles.
- Figures 20 and 21 show an alternative embodiment of an actuator type "linear and rotary exterior”.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- Figures 22 and 23 show a second version of a "linear-rotary" type actuator.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- the coils (4L) and (4R) are shown here of rectangular shape to facilitate the reading of the drawing, but it goes without saying that they could also, for example, take a cylindrical shape.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- Another structure could also be obtained by splitting the coil (4L) into 3 or 4 coils coming to be mounted on either side of the axial poles, or by adding a second coil (4R), symmetrically to the first with respect to the 'axis.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- Another structure could also be obtained by multiplying the outer stator structure according to FIG. 27. This gives a structure with more external poles (110, 111, 112, 113), with several magnets (115, 116), which offers a lower angular stroke but a larger torque.
- This multiplication principle can also be applied to each cylindrical structure described in this text.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- Figures 30 and 31 describe an actuator of the type "Linear outside, rotating inside”.
- This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
- stator in the form of four quarters of cylinders (150 to 153) around which surround two coils (154, 155) (see Figure 32), we obtain a 4-pole rotary version, reduced stroke at less than 90 ° but providing a larger torque. We will then have 2 magnets of 90 ° angular width.
- Figures 33 and 34 show views of a spherical actuator ⁇ - ⁇ and its stator.
- a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
- composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
- This actuator thus makes it possible to create independent pairs along two orthogonal axes.
- a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
- composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
- Figure 36 corresponds to another arrangement of the same system, more easily achievable industrially but at a lower stroke.
- the stator parts are made in quarter-shaped spherical sector (220 to 223). They are surrounded by two coils (224, 225).
- FIGS. 37 and 38 show views of a spherical actuator of the "all exterior" type:
- a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
- this actuator is in all respects the same as that of the first spherical actuator presented in this text.
- Figures 39 and 40 show a second version of an "all-out" type spherical actuator.
- this actuator is in all respects the same as that of the spherical actuator shown in FIGS. 35 and 36.
- Figures 41 and 42 show views of three quarter face and partial section of a hybrid actuator (indoor & outdoor).
- a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
- composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
- Each of the above electromagnetic systems may be coupled with non-contact dimensional position sensors.
- An element sensitive to magnetic fields for example a Hall effect probe
- Figures 43 and 44 illustrate the application of this principle to a planar XY actuator.
- the position sensor makes it possible to measure the variations of flux created by a moving magnet in an air gap.
- the stator consists of four rectangular portions (300 to 303) surrounded by four coils (310 to 313).
- a thin magnet (305) transversely magnetized is placed in the main gap (307) formed between the stator and the yoke (306).
- Four Hall probes (320 to 323) are placed in the secondary air gaps between the stator parts (300 to 303).
- the probes will measure a variation of flux due to the displacement of the magnet and the current flowing in the coils. We must therefore “discard” this flow due to the current. This can be done in two ways:
- the intensity can be measured by any conceivable means (for example by measuring the voltage drop across a sampling resistor through which the current flows).
- the coils By alternating the "sensor" and “actuator” functions. During a given time interval, the coils will be energized to produce the desired force (or torque), and during the next interval the supply of the coils will be suppressed so that only the flux due to the magnet will be measured. We will have an intermittent force that can be used for joystick type functions.
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des actionneurs électromagnétiques.The present invention relates to the field of electromagnetic actuators.
On connaît des actionneurs unidirectionnels mettant en oeuvre une structure statorique excitée par une bobine électrique, produisant un flux magnétique variable assurant le positionnement d'un aimant mobile. A titre d'exemple, le brevet US4,918,987 décrit un tel actionneur comportant un stator présentant deux pôles entourés chacun par une bobine. L'aimant mobile est soumis à une force linéaire en fonction du flux généré par les bobines.Unidirectional actuators using a stator structure excited by an electric coil, producing a variable magnetic flux ensuring the positioning of a movable magnet, are known. By way of example, US Pat. No. 4,918,987 describes such an actuator comprising a stator having two poles each surrounded by a coil. The moving magnet is subjected to a linear force as a function of the flux generated by the coils.
On connaît également le brevet allemand DE3037648 décrivant un actionneur bidimensionnel qui peut comporter soit des bobines mobiles soit des aimants mobiles. La solution comportant des bobines mobiles n'est pas satisfaisante car elle induit des coûts d'industrialisation élevés. La solution décrite comportant des aimants mobiles nécessite l'utilisation de 8 aimants mobiles. Une telle architecture nécessite des signaux de commande multiples et des traitements informatiques pour le pilotage de la position en XY.German patent DE3037648 describes a two-dimensional actuator which may comprise either moving coils or moving magnets. The solution comprising moving coils is not satisfactory because it induces high industrialization costs. The described solution comprising moving magnets requires the use of 8 moving magnets. Such an architecture requires multiple control signals and computer processing for controlling the XY position.
On connaît également le brevet US5062055 qui concerne les actionneurs électromagnetiques produisant à la fois un mouvement de rotation et un mouvement de translation. Un tel actionneur de l'état de la technique comprend un aimant cylindrique ayant des frontières d'aimantation dans la direction périphérique et dans la direction axiale, dans lequel une aimantation multipolaire est établie dans la direction axiale, et des culasses portant des bobines comportant des pôles magnétiques situés face aux frontières d'aimantation. Un tel actionneur utilise un aimant possédant plusieurs paires de pôles avec des directions d'aimantation perpendiculaires les unes par rapport aux autres.Also known is patent US5062055 which relates to the electromagnetic actuators producing both a rotational movement and a translational movement. Such a prior art actuator comprises a cylindrical magnet having magnetization boundaries in the peripheral direction and in the axial direction, in which a multipole magnetization is established in the axial direction, and yokes carrying coils having Magnetic poles located opposite the magnetization boundaries. Such an actuator uses a magnet having several pairs of poles with directions of magnetization perpendicular to each other.
Le but de la présente invention est de proposer un actionneur permettant de commander le positionnement d'un organe selon deux degrés de liberté, par exemple dans un plan selon deux axes perpendiculaires XY, ou selon un degré de liberté en translation et un degré de liberté en rotation, ou encore en rotation sphérique, avec des signaux de commande simple.The purpose of the present invention is to propose an actuator for controlling the positioning of a member according to two degrees of freedom, for example in a plane along two perpendicular axes XY, or according to a degree of freedom in translation and a degree of freedom in rotation, or in spherical rotation, with simple control signals.
A cet effet, l'invention concerne dans son acception la plus générale un actionneur bidirectionnel comportant au moins une structure statorique excitée par une bobine électrique, et un aimant mobile unique ayant une polarité unique. Cet aimant est placé dans un entrefer principal. La structure statorique est composée de deux pièces statoriques. Chacune des pièces statoriques présente au moins un entrefer secondaire et est excitée par au moins une bobine électrique. La structure statorique présente au moins un entrefer pour le déplacement de l'aimant mobile par rapport à un premier degré de liberté, et au moins un deuxième entrefer secondaire pour le déplacement de l'aimant mobile par rapport à un deuxième degré de liberté.For this purpose, the invention relates in its most general sense to a bidirectional actuator comprising at least one stator structure excited by an electric coil, and a single movable magnet having a single polarity. This magnet is placed in a main air gap. The stator structure is composed of two stator parts. Each of the stator parts has at least one secondary air gap and is excited by at least one electric coil. The stator structure has at least one gap for moving the movable magnet relative to a first degree of freedom, and at least a second secondary gap for moving the movable magnet relative to a second degree of freedom.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier, l'aimant mobile est solidaire de la culasse.According to a particular mode of implementation, the movable magnet is integral with the cylinder head.
Selon une première variante, la structure statorique est composée de 4 pôles en un matériau magnétique doux définissant entre eux deux paires d'entrefers secondaires se croisant en un point médian et en ce que l'entrefer principal est plan.According to a first variant, the stator structure is composed of 4 poles made of a soft magnetic material defining between them two pairs of secondary air gaps intersecting at a midpoint and in that the main air gap is plane.
Avantageusement, les pôles statoriques sont constitués par deux paires de pièces rectangulaires, chaque paire de pièces étant excitée par une bobine électrique au moins et définissant chacune un entrefer secondaire.Advantageously, the stator poles are constituted by two pairs of rectangular pieces, each pair of parts being excited by at least one electrical coil and each defining a secondary air gap.
De préférence, le rapport L/E entre l'épaisseur L de l'aimant et l'épaisseur E de l'entrefer est comprise entre 1 et 2.Preferably, the ratio L / E between the thickness L of the magnet and the thickness E of the gap is between 1 and 2.
Avantageusement, les dimensions des entrefers secondaires sont C1+E et C2+E, où C1 et C2 désignent la course de l'aimant mobile selon les deux directions des entrefers secondaires et en ce que les dimensions de l'aimant sont C1+d1+E et C2+d2+E, d1 et d2 désignant les largeur des dits entrefers secondaires.Advantageously, the dimensions of the secondary air gaps are C 1 + E and C 2 + E, where C 1 and C 2 denote the stroke of the moving magnet according to the two directions of the secondary air gaps and in that the dimensions of the magnet are C 1 + d 1 + E and C 2 + d 2 + E, d 1 and d 2 denoting the width of said secondary airships.
Selon une variante particulière, la structure statorique est composée de deux pièces statoriques disposées de part et d'autre de l'aimant, chacune des pièces statoriques présentant une paire de pôles statoriques, la paire de pôles statoriques de l'une des pièces étant orientée perpendiculairement à la paire de pôles statoriques de l'autre pièce statorique.According to a particular variant, the stator structure is composed of two stator pieces disposed on either side of the magnet, each of the stator pieces having a pair of stator poles, the pair of stator poles of one of the pieces being oriented perpendicular to the pair of stator poles of the other stator part.
Selon une deuxième variante de réalisation, l'aimant est de forme tubulaire et est mobile selon un premier degré de liberté en translation axiale et selon un second degré de liberté en rotation axiale par rapport à une structure statorique formée de 4 pôles statoriques en forme de portions de cylindres, présentant un premier entrefer secondaire dans le plan médian longitudinal, dans lequel est placée une première.bobine électrique, et un deuxième entrefer secondaire dans le plan transversal, dans lequel est placée une deuxième bobine. Chacune de ces bobines est enroulée de préférence autour d'un noyau ferromagnétique.According to a second variant embodiment, the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to a stator structure formed of 4 stator poles in the form of portions of cylinders having a first secondary air gap in the longitudinal median plane, in which a first electric coil is placed, and a second secondary air gap in the transverse plane, in which a second coil is placed. Each of these coils is preferably wrapped around a ferromagnetic core.
Selon une variante, l'aimant est de forme tubulaire et est mobile selon un premier degré de liberté en translation axiale et selon un second degré de liberté en rotation axiale par rapport à une structure statorique cylindrique extérieure formée de 4 pôles statoriques présentant une surface concave définissant l'entrefer principal avec la culasse cylindrique placée à l'intérieur de l'aimant, chacun des quatre pôles statoriques étant entouré par une bobine électrique.According to one variant, the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to an outer cylindrical stator structure formed of 4 stator poles having a concave surface defining the main air gap with the cylindrical yoke placed inside the magnet, each of the four stator poles being surrounded by an electric coil.
Selon une autre variante, l'aimant est de forme tubulaire et est mobile selon un premier degré de liberté en translation axiale et selon un second degré de liberté en rotation axiale par rapport à une structure statorique cylindrique constituée par une première pièce statorique extérieure pour le déplacement selon un premier degré de liberté, et une deuxième pièce statorique intérieure pour le déplacement selon un degré de liberté, chacune des pièces statoriques comportant au moins une bobine électrique d'excitation.According to another variant, the magnet is of tubular shape and is movable in a first degree of freedom in axial translation and in a second degree of freedom in axial rotation with respect to a cylindrical stator structure constituted by a first external stator piece for displacement according to a first degree of freedom, and a second internal stator piece for displacement according to a degree of freedom, each of the stator parts comprising at least one electric excitation coil.
Selon un troisième mode de réalisation, l'aimant est de forme sphérique et est mobile en rotation sphérique par rapport à une structure statorique en forme de calotte sphérique formée de 4 pôles statoriques en forme de secteur de calotte, comportant deux bobines logées dans des rainures périphériques dont les plans médians sont perpendiculaires.According to a third embodiment, the magnet is of spherical shape and is rotatable in spherical rotation with respect to a spherical cap-like stator structure formed of 4 stator poles in the form of a cap sector, comprising two coils housed in grooves. peripherals whose median planes are perpendicular.
Avantageusement, l'aimant est de forme sphérique et est mobile en rotation sphérique par rapport à une structure statorique de forme tubulaire formée de 4 pôles statoriques en forme de quart de tube, entourés par une bobine électrique.Advantageously, the magnet is of spherical shape and is movable in spherical rotation with respect to a stator structure of tubular form formed of 4 quarter-tube-shaped stator poles, surrounded by an electric coil.
Selon une variante particulière d'un tel actionneur, l'entrefer principal est de forme sphérique.According to a particular variant of such an actuator, the main air gap is of spherical shape.
Selon une autre variante particulière, l'aimant est de forme sphérique et entoure une culasse sphérique, et est mobile en rotation sphérique autour d'une structure statorique de forme demi-sphérique formée de 4 pôles statoriques en forme de quart de sphère.According to another particular variant, the magnet is spherical in shape and surrounds a spherical yoke, and is rotatable around a stator structure of semispherical shape formed of 4 quarter-sphere-shaped stator poles.
Selon un mode de réalisation particulier, l'aimant est de forme sphérique et entoure une culasse sphérique, et est mobile en rotation sphérique autour d'une structure statorique formé de deux pièces statoriques demi-sphériques.According to a particular embodiment, the magnet is spherical in shape and surrounds a spherical yoke, and is movable in spherical rotation around a stator structure formed of two half-spherical stator parts.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à des exemples non limitatifs de réalisation, illustrés par les dessins annexés où :
- Les figures 1 et 2 représentent des vues schématiques respectivement en vue transversale, et de la partie statorique d'une première variante de réalisation sous la forme d'un actionneur linéaire XY ;
- les figures 3a et 3b illustrent le fonctionnement de l'actionneur ;
- les figures 4 et 5 représentent des vues d'une variante de réalisation d'un actionneur XY ;
- les figures 6 et 7 représentent des vues schématiques respectivement en vue transversale, et de la partie statorique d'une première variante de réalisation sous la forme d'un actionneur linéaire XY ;
- les figures 8 et 9 représentent une variante d'un actionneur cylindrique x-θ, respectivement sans et avec l'aimant ;
- les figures 10 à 12 représentent des vues en perspective, respectivement sans et avec aimant, et en coupe transversale, d'un actionneur linéaire-rotatif.;
- les figures 13 à 16 représentent des vues en perspective, respectivement sans et avec aimant, et en vue transversale, et en vue éclatée d'une deuxième version d'un actionneur linéaire-rotatif ;
- les figures 17 à 19 représentent des vues en perspective, respectivement sans et avec aimant, et de la partie statorique d'une troisième version d'un actionneur linéaire-rotatif ;
- les figures 20 et 21 représentent une variante de réalisation d'un actionneur de type « linéaire et rotatif extérieurs » ;
- les figures 22 et 23 représentent une deuxième version d'un actionneur de type « linéaire et rotatif extérieurs » ;
- les figures 24 et 25 représentent une troisième version d'un actionneur de type « linéaire et rotatif extérieurs » ;
- la figure 26 représente une première version d'une variante de type « Linéaire intérieur, rotatif extérieur » ;
- les figures 27 et 27b représentent une version modifiée d'une variante de type « Linéaire intérieur, rotatif extérieur » ;
- les figures 28 et 29 représentent, en vue de trois quart face et en vue transversale, une deuxième version d'une variante de type « Linéaire intérieur, rotatif extérieur » ;
- les figures 30 et 31 décrivent un actionneur de type « Linéaire extérieur, rotatif intérieur respectivement de trois quarts face et en vue partiellement coupée ;
- la figure 32 représente une vue de trois quarts face de l'ensemble stator d'une variante de type « Linéaire extérieur, rotatif intérieur » ;
- les figures 33 et 34 représentent des vues d'un actionneur sphérique et du stator d'un tel actionneur ;
- la figure 35 représente une vue d'une deuxième version d'actionneur sphérique ;
- la figure 36 représente une vue d'une troisième version d'actionneur sphérique ;
- les figures 37 et 38 représentent des vues de trois quart face et en coupe d'une quatrième version d'actionneur sphérique ;
- les figures 39 et 40 représentent des vues de trois quart face et en coupe d'une cinquième version d'actionneur sphérique ;
- les figures 41 et 42 représentent des vues de trois quart face et en coupe d'une sixième version d'actionneur sphérique :
- les figures 43 et 44 représentent des vues de trois quart face et en vue transversale d'un actionneur avec détecteur de position ;
- Figures 1 and 2 show schematic views respectively in a transverse view, and the stator portion of a first embodiment in the form of a linear actuator XY;
- Figures 3a and 3b illustrate the operation of the actuator;
- Figures 4 and 5 show views of an alternative embodiment of an XY actuator;
- Figures 6 and 7 show schematic views respectively in a transverse view, and the stator portion of a first embodiment in the form of a linear actuator XY;
- Figures 8 and 9 show a variant of a cylindrical actuator x-θ respectively without and with the magnet;
- Figures 10 to 12 show perspective views, respectively without and with magnet, and in cross section, of a linear-rotary actuator;
- Figures 13 to 16 show perspective views, respectively without and with magnet, and in cross-sectional view, and exploded view of a second version of a linear-rotary actuator;
- Figures 17 to 19 show perspective views, respectively without and with magnet, and the stator portion of a third version of a linear-rotary actuator;
- Figures 20 and 21 show an alternative embodiment of an actuator type "linear and rotary exterior";
- Figures 22 and 23 show a second version of an actuator type "linear and rotary exterior";
- Figures 24 and 25 show a third version of an "external linear and rotary" type actuator;
- FIG. 26 represents a first version of a variant of the type "Linear inside, rotating outside";
- Figures 27 and 27b show a modified version of a variant of the type "internal linear, external rotary";
- Figures 28 and 29 show, for three-quarter face and in cross-section, a second version of a variant of the type "internal linear, rotating external";
- FIGS. 30 and 31 describe an actuator of the "external linear, rotational internal type respectively of three quarters face and partially cut;
- Figure 32 shows a three-quarter front view of the stator assembly of a variant of the type "linear outer, rotating interior";
- Figures 33 and 34 show views of a spherical actuator and the stator of such an actuator;
- FIG. 35 represents a view of a second version of spherical actuator;
- Fig. 36 is a view of a third version of a spherical actuator;
- Figures 37 and 38 show three-quarter-sided and sectional views of a fourth version of spherical actuator;
- Figures 39 and 40 show views of three quarter face and section of a fifth version of spherical actuator;
- FIGS. 41 and 42 show three quarter-sided and sectional views of a sixth version of a spherical actuator:
- FIGS. 43 and 44 show three-quarter front and transverse views of an actuator with position detector;
L'invention concerne un nouveau type d'actionneur permettant de déplacer une partie mobile suivant deux degrés de liberté.The invention relates to a new type of actuator for moving a moving part in two degrees of freedom.
Les applications visées sont :
- Applications informatiques : souris, joystick
- Applications industrielles : pick and place
- Applications automobiles : assistance au passage des vitesses.
- Computer applications: mouse, joystick
- Industrial applications: pick and place
- Automotive applications: assistance with shifting.
Les figures 1 et 2 représentent des vues d'un premier exemple de réalisation d'un actionneur linéaire XY.Figures 1 and 2 show views of a first embodiment of an XY linear actuator.
L'objectif est de déplacer une partie mobile dans un plan suivant 2 axes comportant à la base une structure composée d'un stator à 4 pôles, d'un aimant mobile et d'une culasse qui pourra être fixe ou mobile avec l'aimant.The objective is to move a movable part in a 2-axis plane comprising at the base a structure composed of a 4-pole stator, a movable magnet and a yoke that can be fixed or movable with the magnet .
La première version présentée en référence aux figures 1 et 2 concerne un actionneur à culasse fixe. Dans cette architecture, seul l'aimant (14) est donc mobile.The first version presented with reference to Figures 1 and 2 relates to an actuator with fixed yoke. In this architecture, only the magnet (14) is mobile.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant plat (14) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou axialement anisotrope. Dans ce dernier cas, le sens de l'anisotropie devra être perpendiculaire à la surface des pôles. Il sera aimanté dans cette même direction.
- 1 culasse (5) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé d'une base plane (6) et de 4 pôles (1 à 4) de section rectangulaire. Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité
- 4 bobines (7 à 10), chacune entourant l'un des pôles du stator
- 1 flat magnet (14) composed of an isotropic magnet or axially anisotropic magnet. In the latter case, the direction of the anisotropy must be perpendicular to the surface of the poles. He will be magnetized in this same direction.
- 1 cylinder head (5) of high permeability magnetic material
- 1 stator composed of a flat base (6) and 4 poles (1 to 4) of rectangular section. It will also be made of magnetic material with high permeability
- 4 coils (7 to 10), each surrounding one of the stator poles
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support coming surround the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Pour ce dernier, toute forme peut être imaginée.For the latter, any form can be imagined.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante, en référence aux figures 3a et 3b :The operation of this actuator can be explained as follows, with reference to FIGS. 3a and 3b:
Si l'on impose le même courant il dans les bobines (7) et (8) et un courant i2 dans les bobines (9) et (10), on crée une différence de potentiel suivant l'axe X : on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes the same current il in the coils (7) and (8) and a current i2 in the coils (9) and (10), one creates a potential difference along the axis X: one thus creates a Fx force along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i3 dans les bobines (7) et (9) et un courant i4 dans les bobines (8) et (10), on crée une force Fy proportionnelle à la différence de potentiel magnétique, colinéaire à l'axe Y.In the same way, if a current i3 is imposed in the coils (7) and (9) and a current i4 in the coils (8) and (10), a force Fy is created proportional to the magnetic potential difference. , collinear with the Y axis.
Cela étant établi, il en découle que la composition des dits courants.nous permettra, par le principe de superposition, de créer toute force dont la direction sera comprise dans ce plan XY.That being established, it follows that the composition of the so-called currents will enable us, by the superposition principle, to create any force whose direction will be included in this XY plane.
En effet :
- si en alimentant (7) et (8) par un courant il et en alimentant (9) et (10) par un courant i2, on crée une force Fx
- si en alimentant (7) et (9) par un courant i3 et en alimentant (8) et (10) par un courant i4, on crée une force Fy
- if by feeding (7) and (8) by a current il and feeding (9) and (10) by a current i2, a force Fx is created
- if by feeding (7) and (9) by a current i3 and feeding (8) and (10) by a current i4, a force Fy is created
Alors, en alimentant (7) par i1+i3, (8) par i1+i4, (9) par i2+i3 et (10) par i2+i4, on crée une force Fx + Fy.Then, by feeding (7) by i1 + i3, (8) by i1 + i4, (9) by i2 + i3 and (10) by i2 + i4, we create a force Fx + Fy.
Cet actionneur permet donc de créer une force d'intensité et de direction réglables dans le plan (XY).This actuator thus makes it possible to create an adjustable intensity and direction force in the plane (XY).
Soit L l'épaisseur de l'aimant, E l'entrefer, Cx et Cy les courses du capteur dans les deux dimensions et dx et dy les distances de pôle à pôle suivant les 2 axes.Let L be the thickness of the magnet, E the air gap, C x and C y the sensor strokes in both dimensions and d x and d y the distances from pole to pole along the 2 axes.
On conseillera d'utiliser un rapport L/E compris entre 1 et 2.It is advisable to use an E / E ratio between 1 and 2.
Si l'on prend pour dimensions de l'aimant (Cx + E + dx) et (Cy + E + dy) et pour dimensions minimales des pôles statoriques (Cx + E) et (Cy + E) dans le plan de mesure, la linéarité de la force en fonction du courant sera effective sur les deux axes.If we take as dimensions of the magnet (C x + E + d x ) and (C y + E + d y ) and for minimum dimensions of the stator poles (C x + E) and (C y + E) in the measurement plane, the linearity of the force as a function of the current will be effective on both axes.
Une autre architecture de cet actionneur peut être imaginée selon la variante représentée en figures 4 et 5.Another architecture of this actuator can be imagined according to the variant shown in FIGS. 4 and 5.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant plat (14), de forme rectangulaire, composé d'une nuance d'aimant isotrope ou axialement anisotrope. Dans ce dernier cas, le sens de l'anisotropie devra être perpendiculaire à la surface des pôles. Il sera aimanté dans cette même direction.
- 1 stator X (20) en matériau magnétique à haute perméabilité composé d'une base plane (23) et de 2 pôles (21, 22) de section rectangulaire.
- 1 stator Y (28) composé d'une base plane (25) et de 2 pôles (26, 27) aux propriétés analogues au stator X. Ces deux pôles (26, 27) sont orientés perpendiculairement aux pôles (21, 22) du stator X
- 2 bobines X (31, 32), chacune entourant l'un des pôles (21, 22) du stator X
- 2 bobines Y (36, 37), chacune entourant l'un des pôles (26, 27) du stator Y.
- 1 flat magnet (14), of rectangular shape, composed of an isotropic magnet or axially anisotropic magnet. In the latter case, the direction of the anisotropy must be perpendicular to the surface of the poles. He will be magnetized in this same direction.
- 1 stator X (20) of high permeability magnetic material composed of a plane base (23) and 2 poles (21, 22) of rectangular section.
- 1 stator Y (28) composed of a plane base (25) and 2 poles (26, 27) with properties similar to the stator X. These two poles (26, 27) are oriented perpendicular to the poles (21, 22) of the stator X
- 2 X coils (31, 32), each surrounding one of the poles (21, 22) of the stator X
- 2 Y coils (36, 37), each surrounding one of the poles (26, 27) of the stator Y.
Les bobines sont des bobines plates entourant chacun des pôles statoriques.The coils are flat coils surrounding each of the stator poles.
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le stator X et le stator Y sont disposés de part et d'autre de l'entrefer principal dans lequel est placé l'aimant (14). Les pôles (21, 22) du stator X sont orientés perpendiculairement aux pôles (26, 27) du stator Y, afin d'entraîner l'aimant mobile dans les deux directions perpendiculaires et d'assurer un déplacement bidirectionnel de l'organe auquel il est accouplé.The stator X and the stator Y are arranged on both sides of the main air gap in which the magnet (14) is placed. The poles (21, 22) of the stator X are oriented perpendicularly to the poles (26, 27) of the stator Y, in order to drive the moving magnet in both perpendicular directions and to provide a bidirectional displacement of the member to which it is coupled.
Le fonctionnement de cette version peut être expliqué de la manière suivante :The operation of this version can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (31) et un courant i2 dans la bobine (32), on crée une différence de potentiel suivant l'axe X et on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If we impose a current il in the coil (31) and a current i2 in the coil (32), we create a potential difference along the X axis and thus creates a force Fx along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i3 dans la bobine (36) et un courant i4 dans la bobine (37), on crée une force Fy proportionnelle à la différence de potentiel magnétique, colinéaire à l'axe Y.In the same way, if a current i3 is imposed in the coil (36) and a current i4 in the coil (37), a force Fy is created proportional to the magnetic potential difference, collinear with the axis Y.
En conjuguant le pilotage des courants dans les bobines (X) et dans les bobines (Y) indépendamment les unes des autres, on pourra créer une force réglable en amplitude et en direction dans le plan XY.By combining the control of the currents in the coils (X) and in the coils (Y) independently of one another, it will be possible to create an adjustable force in amplitude and direction in the XY plane.
les figures 6 et 7 représentent des vues schématiques respectivement en vue transversale, et de la partie statorique d'une première variante de réalisation sous la forme d'un actionneur linéaire XY. Cette variante de l'actionneur présente l'avantage de ne nécessiter qu'une seule bobine par axe.Figures 6 and 7 show schematic views respectively in a transverse view, and the stator portion of a first embodiment in the form of an XY linear actuator. This variant of the actuator has the advantage of requiring only one coil per axis.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant plat (14) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou axialement anisotrope. Dans ce dernier cas, le sens de l'anisotropie devra être perpendiculaire à la surface des pôles. Il sera aimanté dans cette même direction.
- 1 culasse (40) constitué par une plaque en un matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator (41) composé de 4 pôles (42 à 45) de section rectangulaire reliés par des noyaux autour desquels seront enroulées les bobines (46, 47). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Il est constitué dans l'exemple décrit par un bloc parallélépipèdique, présentant des rainures médianes perpendiculaires pour le positionnement des bobines et délimitant les pôles statoriques (42 à 45)
- 2 bobines croisées (46, 47), entourant le stator (41) dans deux directions perpendiculaires.
- 1 flat magnet (14) composed of an isotropic magnet or axially anisotropic magnet. In the latter case, the direction of the anisotropy must be perpendicular to the surface of the poles. He will be magnetized in this same direction.
- 1 cylinder head (40) consisting of a plate made of a material high permeability magnetic
- 1 stator (41) composed of 4 poles (42 to 45) of rectangular section connected by cores around which the coils (46, 47) will be wound. It will also be made of magnetic material with high permeability. It is constituted in the example described by a parallelepiped block, having perpendicular median grooves for the positioning of the coils and delimiting the stator poles (42 to 45)
- 2 crossed coils (46, 47), surrounding the stator (41) in two perpendicular directions.
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort ou le déplacement fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort or displacement provided to an external part.
Le fonctionnement de cette version peut être expliqué de la manière suivante :The operation of this version can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (46), on crée une différence de potentiel suivant l'axe X et on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée, donc au courant il.If we impose a current il in the coil (46), we create a potential difference along the X axis and thus creates a force Fx along the X axis proportional to the magnetic potential difference created, so the current he.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (47), on crée une force Fy proportionnelle à la différence de potentiel magnétique et donc au courant i2, colinéaire à l'axe Y.In the same way, if a current i2 is imposed in the coil (47), a force Fy is created proportional to the magnetic potential difference and therefore to the current i2, collinear with the axis Y.
On comprend alors aisément qu'en conjuguant le pilotage des courants dans les bobines (46) et dans les bobines (47) indépendamment l'une de l'autre, on pourra créer une force réglable en amplitude et en direction dans le plan XY.It is then easily understood that by combining the steering currents in the coils (46) and in the coils (47) independently of one another, we can create a force adjustable in amplitude and direction in the XY plane.
Cette variante peut être également réalisée en symétrique, c'est-à-dire en remplaçant la culasse par un ensemble stator + bobines. On augmentera alors l'amplitude de la force créée.This variant can also be made symmetrical, that is to say by replacing the cylinder head with a stator + coils. We will then increase the amplitude of the created force.
On peut également réaliser le stator en plusieurs parties distinctes, par exemple en séparant les pôles. On peut alors obtenir une version sans noyau de bobine ferromagnétique ou dotée de noyaux de bobine indépendants, ce qui permettrait de faciliter le bobinage.It is also possible to make the stator several distinct parts, for example by separating the poles. We can then obtain a kernel-free version of ferromagnetic coil or with independent coil cores, which would facilitate winding.
Cette variante peut elle aussi être réalisée en version symétrique.This variant can also be made in symmetrical version.
Les figures 8 et 9 représentent une variante d'un actionneur cylindrique x-θ, respectivement sans et avec l'aimant. Plusieurs versions peuvent être imaginées. L'actionneur présente une structure cylindrique, comprenant donc une zone à l'intérieur de l'aimant et une zone à l'extérieur de ce même aimant. Cette structure remplit deux fonctions à assurer : fonction d'actionneur rotatif et d'actionneur linéaire. Les solutions définies ci-après seront définies par la situation (« intérieur » ou « extérieur ») de chacune de ces fonctions. De façon générale, l'actionneur comprend une structure statorique présentant quatre pôles (51 à 54) en forme de demi-cylindres et un aimant tubulaire (55).Figures 8 and 9 show a variant of a cylindrical actuator x-θ, respectively without and with the magnet. Several versions can be imagined. The actuator has a cylindrical structure, thus comprising an area inside the magnet and an area outside the same magnet. This structure fulfills two functions to ensure: rotary actuator function and linear actuator. The solutions defined below will be defined by the situation ("inside" or "outside") of each of these functions. In general, the actuator comprises a stator structure having four poles (51 to 54) in the form of half-cylinders and a tubular magnet (55).
La description qui suit présentera d'abord un actionneur de type « Linéaire et rotatif intérieurs ».The description which follows will firstly present an actuator of the "Linear and Rotary Inner" type.
Une première solution est décrite en figures 10 à 12 : elle consiste en l'utilisation d'un stator interne cylindrique composé de quatre pôles identiques. Deux bobines sont entourées autour de chacun de ces pôles.A first solution is described in Figures 10 to 12: it consists of the use of a cylindrical internal stator composed of four identical poles. Two coils are surrounded around each of these poles.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (60) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse (61)
- 1 culasse bague (61) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (62 à 65) de forme extérieure cylindrique reliés par des noyaux (70, 71) autour desquels seront enroulées les bobines (66 à 69). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques
- • 4 bobines (66 à 69), entourant le stator.
- 1 half-magnet ring (60) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, radially magnetized. It may be independent or glued to the breech (61)
- 1 ring yoke (61) made of magnetic material with high permeability
- 1 stator composed of 4 poles (62 to 65) of cylindrical outer shape connected by cores (70, 71) around which the coils (66 to 69) will be wound. It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts
- • 4 coils (66 to 69), surrounding the stator.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose le même courant il dans les bobines (66) et (67) et un courant i2 dans les bobines (68) et (69), on crée une différence de potentiel suivant l'axe X et on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes the same current il in the coils (66) and (67) and a current i2 in the coils (68) and (69), one creates a potential difference along the axis X and one thus creates a Fx force along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i3 dans les bobines (66) et (68) et un courant i4 dans les bobines (67) et (69), on crée cette fois un moment de rotation MX sur l'aimant colinéaire à l'axe x et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i3 is imposed in the coils (66) and (68) and a current i4 in the coils (67) and (69), this time a moment of rotation MX is generated on the collinear magnet to the x-axis and proportional to the magnetic potential difference created.
Cela étant établi, il en découle que la composition des dits courants nous permettra, par le principe de superposition, de créer tout ensemble « force - moment » de direction colinéaire à l'axe X.That being established, it follows that the composition of these currents will allow us, by the superposition principle, to create any set "force - moment" direction collinear to the X axis.
En effet :
- si en alimentant (66) et (67) par un courant il et en alimentant (68) et (69) par un courant i2 , on crée une force Fx
- si en alimentant (66) et (68) par un courant i3 et en alimentant (67) et (69) par un courant i4, on crée un moment Mx
- if by supplying (66) and (67) by a current I1 and feeding (68) and (69) by a current i2, a force Fx is created
- if by feeding (66) and (68) by a current i3 and feeding (67) and (69) by a current i4, a moment Mx is created
Alors, en alimentant (66) par il+i3, (67) par il+i4, (68) par i2+i3 et (69) par i2+i4 , on crée une force Fx et un moment MxThen, by feeding (66) by il + i3, (67) by it + i4, (68) by i2 + i3 and (69) by i2 + i4, one creates a force Fx and a moment Mx
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator makes it possible to create at the same time a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the X axis.
Les figures 13 à 16 représentent une deuxième solution d'un actionneur linéaire-rotatif.Figures 13 to 16 show a second solution of a linear-rotary actuator.
Cette deuxième solution consiste à remplacer 2 des 4 bobines de la solution précédente par une bobine montée sur l'axe principal du mécanisme. Celle-ci, nommée (4L), assurera la partie « force axiale » et les 2 autres créeront le moment.This second solution consists in replacing 2 of the 4 coils of the preceding solution by a coil mounted on the main axis of the mechanism. This one, named (4L), will assure the part "axial force" and the 2 others will create the moment.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (60) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse.
- 1 culasse bague (61) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (62 à 65) de forme extérieure cylindrique. Les demi-lunes situées en vis-à-vis radial sont reliés 2 à 2 par des noyaux (70, 71) autour desquels seront enroulées les bobines (4R). Les ensembles ainsi constitués seront reliés par un noyau axial (72) autour duquel sera enroulée la bobine (4L). Tous ces pôles seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques (cf. figure 16).
- 2 bobines longitudinales (4R)
- 1 bobine transversale (4L)
- 1 half-magnet ring (60) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, radially magnetized. It may be independent or stuck to the breech.
- 1 ring yoke (61) made of magnetic material with high permeability
- 1 stator composed of 4 poles (62 to 65) of cylindrical outer shape. The half-moons located opposite each other are connected 2 to 2 by cores (70, 71) around which the coils (4R) will be wound. The assemblies thus formed will be connected by an axial core (72) around which the coil (4L) will be wound. All these poles will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts (see Figure 16).
- 2 longitudinal coils (4R)
- 1 transverse coil (4L)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose le courant il dans la bobine (4L), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes the current il in the coil (4L), one creates a magnetic potential difference along the X axis: one thus creates a force Fx along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans les bobines (4R), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coils (4R), this time a moment of rotation Mx is created on the magnet collinear with the axis X and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Les figures 17 à 19 représentent une troisième version d'un actionneur linéaire-rotatif. Le stator est formé par une pièce cylindrique présentant 4 pôles (62 à 65) en forme de demi-cylindres. Dans cette solution, on remplace les 2 bobines précédemment notées (4R) par une seule et même bobine. On a alors en tout et pour tout 2 bobines croisées, comme l'illustrent les figures 17 à 19.Figures 17 to 19 show a third version of a linear-rotary actuator. The stator is formed by a cylindrical piece having 4 poles (62 to 65) in the form of half-cylinders. In this solution, the 2 previously noted coils (4R) are replaced by one and the same coil. We then have in all and for all 2 crossed coils, as illustrated in Figures 17 to 19.
Le fonctionnement de cet actionneur peut. être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can. be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (4L), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If a current il is imposed in the coil (4L), a magnetic potential difference is created along the X axis: a force Fx is thus created along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (4R), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coil (4R), this time a moment of rotation Mx is created on the magnet collinear with the axis X and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Une autre structure pourrait également être obtenue en scindant la bobine (4L) en 3 ou quatre bobines venant se monter de part et d'autre des pôles axiaux.Another structure could also be obtained by splitting the coil (4L) into 3 or 4 coils coming to be mounted on either side of the axial poles.
Les figures 20 et 21 représentent une variante de réalisation d'un actionneur de type « linéaire et rotatif extérieurs ».Figures 20 and 21 show an alternative embodiment of an actuator type "linear and rotary exterior".
Toutes les versions présentées dans cette partie sont en fait des versions homologues des versions présentées dans la partie précédente : on ne fait qu'inverser les parties intérieures et extérieures. Elles seront néanmoins présentées dans un souci de clarté.All the versions presented in this part are in fact homologous versions of the versions presented in the previous part: we only reverse the inner and outer parts. They will nevertheless be presented for the sake of clarity.
Dans la version représentée en figures 20 et 21, on dispose de quatre bobines extérieures, chacune d'elles entourant un pôle.In the version shown in Figures 20 and 21, there are four outer coils, each of them surrounding a pole.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (80) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse
- 1 culasse cylindrique (81) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (82 à 85) de forme intérieure cylindrique reliés par une base commune. Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 4 bobines (86 à 89), entourant les pôles statoriques respectivement (82 à 85)
- 1 half-magnet ring (80) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, radially magnetized. It can be independent or stuck to the breech
- 1 cylindrical cylinder head (81) of high permeability magnetic material
- 1 stator composed of 4 poles (82 to 85) of cylindrical inner shape connected by a common base. It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 4 coils (86 to 89), surrounding the stator poles respectively (82 to 85)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Cette version fonctionne de façon semblable à la version représentée en référence aux figures 10 à 12:This version works similarly to the version shown with reference to FIGS. 10 to 12:
En effet, en alimentant (86) par i1+i3, (87) par i1+i4, (88) par i2+i3 et (89) par i2+i4, on crée une force Fx et un moment MxIndeed, by feeding (86) by i1 + i3, (87) by i1 + i4, (88) by i2 + i3 and (89) by i2 + i4, we create a force Fx and a moment Mx
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Les figures 22 et 23 représentent une deuxième version d'un actionneur de type « linéaire-rotatif ».Figures 22 and 23 show a second version of a "linear-rotary" type actuator.
L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (90) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse.
- 1 culasse cylindrique (95) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (91 à 94) et d'une structure (96) commune. Autour des pôles (91, 92) seront enroulées les bobines (4R) (97, 98). La bobine (4L) sera située entre les pôles comme montré sur la figure 22. Tous ces pôles (91 à 94) seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, l'ensemble pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques
- 2 bobines (4R)
- 1 bobine (4L)
- 1 half-magnet ring (90) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. It may be independent or stuck to the breech.
- 1 cylinder head (95) of high permeability magnetic material
- 1 stator composed of 4 poles (91 to 94) and a common structure (96). Around the poles (91, 92) will be wound the coils (4R) (97, 98). The coil (4L) will be located between the poles as shown in Figure 22. All these poles (91 to 94) will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, the assembly can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts
- 2 coils (4R)
- 1 reel (4L)
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose le courant il dans la bobine (4L), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes the current il in the coil (4L), one creates a magnetic potential difference along the X axis: one thus creates a force Fx along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans les bobines (4R), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if we impose a current i2 in the coils (4R), this time creates a moment of rotation Mx on the magnet collinear with the X axis and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Les bobines (4L) et (4R) sont représentées ici de forme rectangulaire pour faciliter la lecture du dessin, mais il va de soi qu'elles pourraient également, par exemple, prendre une forme cylindrique.The coils (4L) and (4R) are shown here of rectangular shape to facilitate the reading of the drawing, but it goes without saying that they could also, for example, take a cylindrical shape.
On peut également, dans le souci d'augmenter le couple, disposer de 4 bobines (4R), en en disposant 2 sur les 2 pôles statoriques non utilisés.It is also possible, in order to increase the torque, to have 4 coils (4R), by placing 2 on the 2 unused stator poles.
Les figures 24 et 25 représentent une troisième version d'un actionneur de type « linéaire-rotatif », présentant 2 bobines croisées. L'actionneur selon cette troisième version est composé des parties fonctionnelles suivantes :
- 1 demi-aimant bague (90) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse.
- 1 culasse cylindrique (95) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (91 à 94) et d'une structure (96) commune. Autour de 2 d'entre eux sera enroulée la bobine (4R). La bobine (4L) sera située entre les pôles (91 à. 94). Tous ces pôles seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 1 bobine (4R)
- 1 bobine (4L)
- 1 half-magnet ring (90) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. It may be independent or stuck to the breech.
- 1 cylinder head (95) of high permeability magnetic material
- 1 stator composed of 4 poles (91 to 94) and a common structure (96). Around 2 of them will be wound the coil (4R). The coil (4L) will be located between the poles (91 to 94). All these poles will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 1 reel (4R)
- 1 reel (4L)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant i1 dans la bobine (4L), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If a current i1 is imposed on the coil (4L), a magnetic potential difference is created along the X axis: a force Fx is thus created along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (4R), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coil (4R), this time a moment of rotation Mx is created on the magnet collinear with the axis X and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Une autre structure pourrait également être obtenue en scindant la bobine (4L) en 3 ou quatre bobines venant se monter de part et d'autre des pôles axiaux, ou en ajoutant une deuxième bobine (4R), symétriquement à la première par rapport à l'axe.Another structure could also be obtained by splitting the coil (4L) into 3 or 4 coils coming to be mounted on either side of the axial poles, or by adding a second coil (4R), symmetrically to the first with respect to the 'axis.
Enfin, pour chacune de ces versions, une autre structure pourrait également être obtenue en multipliant la structure statorique par l'utilisation de plusieurs stators. On obtient ainsi une structure à plus de pôles extérieurs, avec plusieurs aimants, qui offre une course angulaire plus faible mais un couple plus important. On peut ainsi imaginer toute structure à (2N) pôles radiaux écartés angulairement de (360°/2N), à N aimants.Finally, for each of these versions, another structure could also be obtained by multiplying the stator structure by the use of several stators. This gives a structure with more external poles, with several magnets, which offers a lower angular stroke but a larger torque. One can thus imagine any structure with (2N) radial poles spaced angularly from (360 ° / 2N), with N magnets.
La figure 26 représente une première version d'une variante de type « Linéaire intérieur, rotatif extérieur ». L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (100) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci devra être indépendant des deux stators.
- 1 stator cylindrique en matériau magnétique à haute perméabilité, composé de deux pôles (101, 102) de même diamètre. La bobine (103) sera située entre ces deux pôles, autour d'un noyau ferromagnétique.
- 1 stator composé de 2 pôles (104, 105) et d'une structure commune (108). Autour d'eux seront enroulées les bobines (106, 107). Ces pôles (104, 105) seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, ce stator pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 1 bobine (106)
- bobine (107)
- 1 half-magnet ring (100) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. This one will have to be independent of the two stators.
- 1 cylindrical stator of magnetic material with high permeability, composed of two poles (101, 102) of the same diameter. The coil (103) will be located between these two poles, around a ferromagnetic core.
- 1 stator composed of 2 poles (104, 105) and a common structure (108). Around them will be rolled the coils (106, 107). These poles (104, 105) will also be made of magnetic material with high permeability. According to the manufacturing preferences, this stator can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 1 spool (106)
- coil (107)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (103), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If a current il is imposed in the coil (103), a magnetic potential difference is created along the X axis: a force Fx is thus created along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans les bobines (106, 107), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed in the coils (106, 107), this time a moment of rotation Mx is created on the magnet collinear with the axis X and proportional to the magnetic potential difference created. .
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Une autre structure pourrait également être obtenue en multipliant la structure statorique extérieure suivant la figure 27. On obtient ainsi une structure à plus de pôles extérieurs (110, 111, 112, 113), avec plusieurs aimants (115, 116), qui offre une course angulaire plus faible mais un couple plus important. On peut ainsi imaginer toute structure à (2N) pôles radiaux. Ce principe de multiplication pourra également être appliqué à chaque structure cylindrique décrite dans ce texte.Another structure could also be obtained by multiplying the outer stator structure according to FIG. 27. This gives a structure with more external poles (110, 111, 112, 113), with several magnets (115, 116), which offers a lower angular stroke but a larger torque. One can thus imagine any structure with (2N) radial poles. This multiplication principle can also be applied to each cylindrical structure described in this text.
Une autre structure pourrait également être obtenue en n'utilisant qu'une seule bobine pour la création d'un moment de rotation. Les figures 28 et 29 représentent des vues de trois quart face et en coupe d'une telle version. Celle-ci consiste en un nouvel arrangement de la partie extérieure de l'actionneur permettant de n'avoir que 2 bobines. L'actionneur est alors composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (120) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci devra être indépendant des deux stators.
- 1 stator cylindrique en matériau magnétique à haute perméabilité, composé de deux pôles (121, 122) de même diamètre. La bobine (125) sera située autour de ce stator, entre les 2 pôles (121, 122).
- 1 stator composé de 2 pôles (123, 124) et d'une structure commune. La bobine (126) entoure ce stator, entre les 2 pôles (123, 124). Ces pôles seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, ce stator pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 1 bobine (125)
- 1 bobine (126)
- 1 half-magnet ring (120) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. This one will have to be independent of the two stators.
- 1 cylindrical stator made of magnetic material with high permeability, composed of two poles (121, 122) of the same diameter. The coil (125) will be located around this stator, between the two poles (121, 122).
- 1 stator composed of 2 poles (123, 124) and a common structure. The coil (126) surrounds this stator, between the two poles (123, 124). These poles will also be made of magnetic material with high permeability. According to the manufacturing preferences, this stator can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 1 roll (125)
- 1 spool (126)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support coming surround the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant i1 dans la bobine (125), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe x proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If a current i1 is imposed on the coil (125), a magnetic potential difference is created along the X axis: a force Fx is thus created along the x axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (126), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe X et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coil (126), this time a moment of rotation Mx is created on the magnet collinear with the axis X and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Les figures 30 et 31 décrivent un actionneur de type « Linéaire extérieur, rotatif intérieur ».Figures 30 and 31 describe an actuator of the type "Linear outside, rotating inside".
L'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant bague (140) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci devra être indépendant des deux stators.
- 1 stator cylindrique en matériau magnétique à haute perméabilité, composé de deux pôles (141, 142) de même diamètre. La bobine (143) sera située entre les 2 pôles.
- 1 stator (2R) composé de 2 pôles (144, 145) et d'un noyau commun. La bobine (146) sera située entouré autour de ce noyau, entre les 2 pôles (144, 145). Ces pôles seront également réalisés en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 bobine (143)
- 1 bobine (146)
- 1 half-magnet ring (140) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. This one will have to be independent of the two stators.
- 1 cylindrical stator of magnetic material with high permeability, composed of two poles (141, 142) of the same diameter. The coil (143) will be located between the 2 poles.
- 1 stator (2R) composed of 2 poles (144, 145) and a common core. The coil (146) will be located around this core, between the two poles (144, 145). These poles will also be made of magnetic material with high permeability
- 1 roll (143)
- 1 spool (146)
Eventuellement un support d'aimant venant entourer l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support surrounding the magnet to transmit the effort - or displacement - provided to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (143), on crée une différence de potentiel magnétique suivant l'axe X: on crée donc une force Fx suivant l'axe X proportionnelle à la différence de potentiel magnétique créée.If a current il is imposed in the coil (143), a magnetic potential difference is created along the X axis: a force Fx is thus created along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (146), on crée cette fois un moment de rotation Mx sur l'aimant colinéaire à l'axe x et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed in the coil (146), this time a moment of rotation Mx is created on the collinear magnet at the x axis and proportional to the magnetic potential difference created.
Cet actionneur permet donc de créer à la fois une force et un moment d'intensités réglables, tous deux colinéaires à l'axe X.This actuator thus makes it possible to create both a force and a moment of adjustable intensities, both collinear with the axis X.
Notons qu'en réalisant le stator sous forme de quatre quarts de cylindres (150 à 153) autour desquels s'entourent 2 bobines (154, 155) (cf. Figure 32), on obtient une version 4 pôles en rotatif , de course réduite à moins de 90° mais fournissant un couple plus important. On aura alors 2 aimants de 90° de largeur angulaire.Note that by making the stator in the form of four quarters of cylinders (150 to 153) around which surround two coils (154, 155) (see Figure 32), we obtain a 4-pole rotary version, reduced stroke at less than 90 ° but providing a larger torque. We will then have 2 magnets of 90 ° angular width.
Les figures 33 et 34 représentent des vues d'un actionneur sphérique α-β et de son stator.Figures 33 and 34 show views of a spherical actuator α-β and its stator.
Plusieurs versions peuvent être imaginées. Les solutions définies ci-après seront définies par la situation (« intérieur » ou « extérieur ») des deux fonctions (rotation autour de 2 axes) assurées par L'actionneur.Several versions can be imagined. The solutions defined below will be defined by the situation ("inside" or "outside") of the two functions (rotation around 2 axes) provided by the actuator.
L'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi -aimant sphérique (200) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse, ainsi que montré sur la figure (33).
- 1 culasse sphérique creuse (201) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (202 à 205) de forme extérieure sphérique reliés par des noyaux autour desquels seront enroulées les quatre bobines (206 à 209). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 4 bobines (206 à 209), entourant le stator
- 1 spherical half-magnet (200) composed of a shade Isotropic magnet or radially anisotropic, magnetized radially. This may be independent or glued to the cylinder head, as shown in Figure (33).
- 1 hollow spherical yoke (201) made of magnetic material with high permeability
- 1 stator composed of 4 poles (202 to 205) of spherical outer shape connected by cores around which will be wound the four coils (206 to 209). It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 4 coils (206 to 209), surrounding the stator
Eventuellement un support d'aimant venant se fixer à l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose le même courant il dans les bobines (206) et (208), on crée une différence de potentiel suivant une rotation autour de l'axe X et l'on crée donc un moment Mx suivant l'axe X proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes the same current il in the coils (206) and (208), one creates a potential difference following a rotation around the axis X and one thus creates a moment Mx according to the proportional axis X unlike magnetic potential created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans les bobines (207) et (209), on crée cette fois un moment de rotation My sur l'aimant colinéaire à l'axe Y et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coils (207) and (209), this time a moment of rotation My is created on the magnet collinear with the axis Y and proportional to the potential difference. magnetic created.
La composition des dits courants nous permettra, par le principe de superposition, de créer tout moment dont l'axe sera compris dans ce plan XY.The composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
En effet :
- En alimentant (206) et (208) par un courant i1, on crée un moment Mx
- En alimentant (207) et (209) par un courant i2, on crée un moment My
- By feeding (206) and (208) by a current i1, we create a moment Mx
- By feeding (207) and (209) by a current i2, we create a moment My
Alors, en alimentant (206) et (208) par i1, (207) et (209) par i2 , on crée un moment Mx et un moment My.Then, by feeding (206) and (208) by i1, (207) and (209) by i2, we create a moment Mx and a moment My.
Cet actionneur permet donc de créer des couples indépendants suivant deux axes orthogonaux.This actuator thus makes it possible to create independent pairs along two orthogonal axes.
La figure 35 représente une deuxième version d'un actionneur sphérique. L'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 demi-aimant sphérique (210) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci pourra être indépendant ou collé à la culasse, ainsi que montré sur la figure (35).
- 1 culasse sphérique creuse (211) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (212 à 215) de forme extérieure sphérique reliés par des noyaux autour desquels seront enroulées les bobines (216, 217). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 2 bobines (216), et (217), croisées, entourant le stator
- 1 spherical half-magnet (210) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. This may be independent or glued to the cylinder head, as shown in Figure (35).
- 1 hollow spherical yoke (211) of high permeability magnetic material
- 1 stator composed of 4 poles (212 to 215) of spherical outer shape connected by cores around which the coils (216, 217) will be wound. It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 2 coils (216), and (217), crossed, surrounding the stator
Eventuellement un support d'aimant venant se fixer à l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (216), on crée une différence de potentiel suivant une rotation autour de l'axe X et l'on crée donc un moment Mx suivant l'axe X proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.If one imposes a current il in the coil (216), one creates a potential difference following a rotation around the axis X and one thus creates a moment Mx along the X axis proportional to the magnetic potential difference created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (217), on crée cette fois un moment de rotation My sur l'aimant colinéaire à l'axe Y et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed in the coil (217), this time a rotation moment My is created on the magnet collinear with the axis Y and proportional to the magnetic potential difference created.
La composition des dits courants nous permettra, par le principe de superposition, de créer tout moment dont l'axe sera compris dans ce plan XY.The composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
La figure 36 correspond à un autre arrangement de ce même système, plus facilement réalisable industriellement mais à plus faible course.Figure 36 corresponds to another arrangement of the same system, more easily achievable industrially but at a lower stroke.
Les parties statoriques sont réalisées en forme de quart de secteur sphérique (220 à 223). Ils sont entourés par deux bobines (224, 225).The stator parts are made in quarter-shaped spherical sector (220 to 223). They are surrounded by two coils (224, 225).
Les figures 37 et 38 représentent des vues d'un actionneur sphérique de type « Tout extérieur »:FIGS. 37 and 38 show views of a spherical actuator of the "all exterior" type:
Le principe de cette solution consiste à inverser l'architecture de l'actionneur précédent, en mettant la culasse et l'aimant à l'intérieur, les pôles statoriques à l'extérieur.The principle of this solution is to reverse the architecture of the previous actuator, putting the yoke and the magnet inside, the stator poles outside.
La première version de l'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant en forme de calotte sphérique (230) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement.
- 1 culasse sphérique (231) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (232 à 235) de forme extérieure en quart de cylindre et de forme intérieure sphérique reliés par des noyaux autour desquels seront enroulées les bobines (236 à 239). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 4 bobines (236 à 239), entourant le stator, 2 par axe de rotation
- 1 spherical cap-shaped magnet (230) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially.
- 1 spherical yoke (231) of magnetic material with high permeability
- 1 stator composed of 4 poles (232 to 235) of outer quarter-cylindrical shape and spherical inner shape connected by cores around which will be wound the coils (236 to 239). It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preferences, it may be made of a single piece or assembly of ferromagnetic parts.
- 4 coils (236 to 239), surrounding the stator, 2 per axis of rotation
Eventuellement un support d'aimant venant se fixer à l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur est en tout point le même que celui du premier actionneur sphérique présenté dans ce texte.The operation of this actuator is in all respects the same as that of the first spherical actuator presented in this text.
Les figures 39 et 40 représentent une deuxième version d'un actionneur sphérique de type « tout extérieur ».Figures 39 and 40 show a second version of an "all-out" type spherical actuator.
L'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant en forme de calotte sphérique (250) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement.
- 1 culasse sphérique (251) en matériau magnétique à haute perméabilité
- 1 stator composé de 4 pôles (252 à 255) de forme intérieure sphérique reliés par des noyaux autour desquels seront enroulées les bobines (256, 257). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité. Selon les préférences de fabrication, il pourra être fait d'une seule pièce ou d'un assemblage de pièces ferromagnétiques.
- 2 bobines (256, 257), entourant le stator, 1 par axe de rotation
- 1 spherical cap-shaped magnet (250) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially.
- 1 spherical yoke (251) of magnetic material with high permeability
- 1 stator composed of 4 poles (252 to 255) of spherical inner shape connected by cores around which the coils (256, 257) will be wound. It will also be made of magnetic material with high permeability. Depending on the manufacturing preference, it can be made of a single piece or an assembly of ferromagnetic parts.
- 2 coils (256, 257), surrounding the stator, 1 per axis of rotation
Le fonctionnement de cet actionneur est en tout point le même que celui de l'actionneur sphérique présenté en figures 35 et 36.The operation of this actuator is in all respects the same as that of the spherical actuator shown in FIGS. 35 and 36.
Les figures 41 et 42 représentent des vues de trois quart face et en coupe partielle d'un actionneur hybride (intérieur & extérieur).Figures 41 and 42 show views of three quarter face and partial section of a hybrid actuator (indoor & outdoor).
L'actionneur est composé des parties fonctionnelles suivantes:
- 1 aimant en forme de calotte sphérique (260) composé d'une nuance d'aimant isotrope ou radialement anisotrope, aimanté radialement. Celui-ci devra être indépendant des deux stators
- 1 stator intérieur, de formes extérieures sphériques, en matériau magnétique à haute perméabilité.
Il présente 2 pôles (261, 262) reliés par un noyau autour duquel est enroulée la bobine (265). - 1 stator extérieur composé de 2 pôles (263, 264) de forme intérieure sphérique reliés par un noyau autour duquel sera enroulée la bobine (266). Il sera également réalisé en matériau magnétique à haute perméabilité.
- 1 bobine (266), entourant le stator extérieur
- 1 bobine (265), entourant le stator intérieur
- 1 spherical cap-shaped magnet (260) composed of an isotropic magnet or radially anisotropic magnet, magnetized radially. This one must be independent of the two stators
- 1 inner stator, spherical outer shapes, made of magnetic material with high permeability. It has 2 poles (261, 262) connected by a core around which is wound the coil (265).
- 1 outer stator composed of 2 poles (263, 264) of spherical inner form connected by a core around which the coil (266) will be wound. It will also be made of magnetic material with high permeability.
- 1 coil (266), surrounding the outer stator
- 1 coil (265), surrounding the inner stator
Eventuellement un support d'aimant venant se fixer à l'aimant pour transmettre l'effort - ou le déplacement - fourni à une pièce externe.Possibly a magnet support being attached to the magnet for transmitting the effort - or displacement - supplied to an external part.
Le fonctionnement de cet actionneur peut être expliqué de la manière suivante:The operation of this actuator can be explained as follows:
Si l'on impose un courant il dans la bobine (266), on crée une différence de potentiel suivant une rotation autour de l'axe X et l'on crée donc un moment Mx suivant l'axe X proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.If a current il is imposed in the coil (266), a potential difference is created following a rotation around the axis X and thus a moment Mx is created along the X axis proportional to the potential difference. magnetic created.
De la même façon, si l'on impose un courant i2 dans la bobine (265), on crée cette fois un moment de rotation My sur l'aimant colinéaire à l'axe Y et proportionnel à la différence de potentiel magnétique créée.In the same way, if a current i2 is imposed on the coil (265), this time a moment of rotation My is created on the magnet collinear with the axis Y and proportional to the magnetic potential difference created.
La composition des dits courants nous permettra, par le principe de superposition, de créer tout moment dont l'axe sera compris dans ce plan XY.The composition of these currents will allow us, by the principle of superposition, to create any moment whose axis will be included in this plane XY.
Chacun des systèmes électromagnétiques ci-dessus pourra être couplé avec des capteurs de position dimensionnels sans contact.Each of the above electromagnetic systems may be coupled with non-contact dimensional position sensors.
On obtiendra alors un ensemble « capteur - actionneur » permettant d'assurer deux fonctions dans un même volume et ainsi de travailler en boucle fermée.We will then obtain a set "sensor - actuator" to ensure two functions in the same volume and thus work in closed loop.
Pour cela, on devra séparer les parties fer entre les pôles des stators (à savoir celles autour desquelles on vient entourer les bobines, généralement nommées « noyau » tout au long de ce brevet) au moyen d'une fente.For this, it will be necessary to separate the iron parts between the poles of the stators (namely those around which one comes to surround the coils, generally called "core" throughout this patent) by means of a slot.
On viendra alors positionner dans la dite fente un élément sensible aux champs magnétiques (par exemple une sonde à effet Hall).An element sensitive to magnetic fields (for example a Hall effect probe) will then be positioned in the said slot.
Les figures'43 et 44 illustrent l'application de ce principe sur un actionneur XY plan.Figures 43 and 44 illustrate the application of this principle to a planar XY actuator.
Le capteur de position permet de mesurer les variations de flux créées par un aimant mobile dans un entrefer.The position sensor makes it possible to measure the variations of flux created by a moving magnet in an air gap.
Le stator est constitué de quatre parties rectangulaires (300 à 303) entourées par quatre bobines (310 à 313). Un aimant mince (305) aimanté transversalement est placé dans l'entrefer principal (307) formé entre le stator et la culasse (306). Quatre sondes de Hall (320 à 323) sont placées dans les entrefers secondaires entre les parties statoriques (300 à 303).The stator consists of four rectangular portions (300 to 303) surrounded by four coils (310 to 313). A thin magnet (305) transversely magnetized is placed in the main gap (307) formed between the stator and the yoke (306). Four Hall probes (320 to 323) are placed in the secondary air gaps between the stator parts (300 to 303).
Dans l'architecture décrite, les sondes mesureront une variation de flux due et au déplacement de l'aimant et au courant circulant dans les bobines. Il nous faut donc « écarter » ce flux dû au courant. Cela pourra être fait de deux façons :In the architecture described, the probes will measure a variation of flux due to the displacement of the magnet and the current flowing in the coils. We must therefore "discard" this flow due to the current. This can be done in two ways:
En mesurant le courant dans les bobines et en calculant le flux induit par le courant pour le soustraire à la valeur mesurée. En effet, le flux total est la somme du flux dû au courant et du flux dû à l'aimant (Φt = Φni + Φa = A.ni + Φa). En connaissant l'impédance A du circuit magnétique et le courant dans les bobines, on peut aisément calculer Φa. L'intensité peut être mesurée par tout moyen imaginable (en relevant par exemple la chute de tension aux bornes d'une résistance d'échantillonnage traversée par le dit courant).By measuring the current in the coils and calculating the flow induced by the current to subtract it from the measured value. Indeed, the total flux is the sum of the flow due to the current and the flux due to the magnet (Φt = Φni + Φa = A.ni + Φa). By knowing the impedance A of the magnetic circuit and the current in the coils, it is easy to calculate Φa. The intensity can be measured by any conceivable means (for example by measuring the voltage drop across a sampling resistor through which the current flows).
En alternant les fonctions « capteur » et « actionneur ». Pendant un intervalle de temps donné, onalimentera les bobines afin de produire la force (ou le couple) désiré, et, pendant l'intervalle suivant, on supprimera l'alimentation des bobines pour ne plus mesurer que le flux dû à l'aimant. On aura ainsi une force intermittente qui pourra être utilisable pour des fonctions type joystick.By alternating the "sensor" and "actuator" functions. During a given time interval, the coils will be energized to produce the desired force (or torque), and during the next interval the supply of the coils will be suppressed so that only the flux due to the magnet will be measured. We will have an intermittent force that can be used for joystick type functions.
Claims (15)
- Two-directional actuator comprising at least one stator structure excited by at least one electrical coil, characterised in that it comprises a single mobile magnet placed in a main air gap and in that the stator structure comprises at least one electrical coil, and is composed of a first pair of stator poles (1, 2) defining a first secondary air gap between them, for displacement of the single mobile magnet (14) with respect to a first degree of freedom, and a second pair of the stator poles (3, 4) defining a second secondary air gap between them for displacement of the single mobile magnet (14) with respect to a second degree of freedom.
- Two-directional actuator according to claim 1, characterised in that the mobile magnet is fixed to a yoke (25).
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the stator structure is composed of four poles made of a soft magnetic material defining two pairs of secondary air gaps between them intersecting at a median point and in that the main air gap (10) is plane.
- Two-directional actuator according to claim 3, characterised in that the stator poles are composed of 4 rectangular parts each surrounded by an electrical coil and defining two pairs of perpendicular secondary air gaps between them.
- Two-directional actuator according to at least one of the previous claims, characterised in that the L/E ratio between the thickness L of the magnet and the thickness E of the air gap is between 1 and 2.
- Two-directional actuator according to at least one of the previous claims, characterised in that the dimensions of the secondary air gaps are C1 + E and C2 + E, where C1 and C2 denote the travel distance of the mobile magnet along the two directions of the secondary air gaps and in that the magnet dimensions are C1 + d1 + E and C2 + d2 + E, where d1 and d2 denote the widths of the secondary air gaps.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the stator structure is composed of two stator parts arranged on each side of the magnet, each of the stator parts having a pair of stator poles, the pair of stator poles of one of the parts being oriented perpendicular to the pair of stator poles of the other stator part.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is tubular in shape and is free to move along a first degree of freedom in axial translation and a second degree of freedom in axial rotation with respect to a stator structure formed by four static poles shaped like portions of cylinders, with a first secondary air gap in the median longitudinal plane, in which at least one first electrical coil is placed surrounding at least a ferromagnetic core, and a second secondary air gap is placed in the transverse plane in which a second electrical coil surrounding a ferromagnetic core is placed.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is tubular in shape and is free to move along a first degree of freedom in axial translation and a second degree of freedom in axial rotation with respect to an outer cylindrical stator structure formed by four static poles with a concave surface defining the main air gap with the cylindrical yoke placed inside the magnet, each of the four stator poles being surrounded by an electrical coil.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is tubular in shape and is free to move along a first degree of freedom in axial translation and along a second degree of freedom in axial rotation with respect to a cylindrical stator structure formed by a first outer stator part for displacement along a first degree of freedom, and a second inner stator part for displacement along a degree of freedom, each of the stator parts comprising at least one electrical excitation coil.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is spherical in shape and is free to move in spherical rotation about a stator structure shaped like a spherical cap formed from four stator poles shaped like a cap sector, comprising two coils housed in peripheral grooves, with perpendicular median planes.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is spherical in shape and is free to move in spherical rotation about a stator structure that is tubular in shape formed from four stator poles shaped like a quarter of a tube surrounded by an electrical coil.
- Two-directional actuator according to claim 11, characterised in that the main air gap is spherical in shape.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is spherical in shape and is surrounded by a spherical yoke, and is free to move in spherical rotation about a spherical or hemi-spherical shaped stator structure formed from four stator poles shaped like a quarter or eighth of a sphere.
- Two-directional actuator according to claim 1 or 2, characterised in that the magnet is spherical in shape and is surrounded by a yoke formed from two hemi-spherical or quarter spherical parts, and is free to move in spherical rotation about a stator structure formed from two hemi-spherical stator parts.
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