BR102016004841A2

BR102016004841A2 - ELECTROMAGNETIC, BIASTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND COST ACTUATOR

Info

Publication number: BR102016004841A2
Application number: BR102016004841-9A
Authority: BR
Inventors: Antonio Paes De Oliveira Ayres
Original assignee: Antonio Paes De Oliveira Ayres
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2018-03-13

Abstract

atuador eletromagnético, biestavel, de campo fechado, simples, leve e de baixo custo. refere-se a presente invenção a um atuador eletromagnético, biestável e de campo fechado, para ser usado em sistemas que necessitam de alta força, baixo peso e baixo custo. este atuador utiliza corpo de material polimérico, onde são alojados os imãs e os carretéis com suas bobinas, tornando-o muito leve. também, utiliza finas chapas de material ferromagnético que permitem a compensação das tolerâncias dimensionais dos imãs comercias, evitando usinagens de precisão.electromagnetic actuator, bistable, closed field, simple, light and low cost. The present invention relates to a bistable, closed-field electromagnetic actuator for use in systems requiring high strength, low weight and low cost. This actuator uses a body of polymeric material, where the magnets and reels with their coils are housed, making it very light. Also, it uses thin sheets of ferromagnetic material that allow the compensation of dimensional tolerances of commercial magnets, avoiding precision machining.

Description

(54) Título: ATUADOR ELETROMAGNÉTICO, BIESTÁVEL, DE CAMPO FECHADO, SIMPLES, LEVE E DE BAIXO CUSTO (51) Int. Cl.: H01H 51/27; H01H 45/04 (73) Titular(es): AYRES ANTONIO PAES DE OLIVEIRA (72) Inventor(es): AYRES ANTONIO PAES DE OLIVEIRA (57) Resumo: ATUADOR(54) Title: ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BIESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST (51) Int. Cl .: H01H 51/27; H01H 45/04 (73) Owner (s): AYRES ANTONIO PAES DE OLIVEIRA (72) Inventor (s): AYRES ANTONIO PAES DE OLIVEIRA (57) Summary: ACTUATOR

ELETROMAGNÉTICO, BIESTÁVEL, DE CAMPO FECHADO, SIMPLES, LEVE E DE BAIXO CUSTO. Refere-se a presente invenção a um atuador eletromagnético, biestável e de campo fechado, para ser usado em sistemas que necessitam de alta força, baixo peso e baixo custo. Este atuador utiliza corpo de material polimérico, onde são alojados os imãs e os carretéis com suas bobinas, tornando-o muito leve. Também, utiliza finas chapas de material ferromagnético que permitem a compensação das tolerâncias dimensionais dos imãs comercias, evitando usinagens de precisão.ELECTROMAGNETIC, BISTABLE, CLOSED, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST. The present invention refers to an electromagnetic actuator, bistable and closed field, to be used in systems that require high strength, low weight and low cost. This actuator uses a polymeric material body, where magnets and spools with their coils are housed, making it very light. Also, it uses thin sheets of ferromagnetic material that allow the compensation of the dimensional tolerances of commercial magnets, avoiding precision machining.

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RELATÓRIO DESCRITIVO DA PATENTE DE INVENÇÃO “ATUADOR ELETROMAGNÉTICO, BIESTÁVEL, DE CAMPO FECHADO, SIMPLES, LEVE E DE BAIXO CUSTO” [001] Refere-se a presente invenção a um atuador eletromagnético, biestável e de campo fechado, para ser usado em sistemas que necessitam de alta força, baixo peso e baixo custo. O sistema foi conseguido com a utilização de um embolo central, dividido em duas partes, que recebem, cada uma, um carretei onde são enroladas duas bobinas, uma em cada carretei, que serão percorridas por pulsos de corrente, convenientemente aplicados, para que se mude de estado. As duas metades do embolo são conectadas, mecanicamente, e entre elas são prensadas finas chapas de material ferromagnético, com diâmetro maior que os carretéis. Nas duas extremidades do atuador também são montadas finas chapas de material ferromagnético, com diâmetro maior que os carretéis, mais um disco ferromagnético, (guia de fluxo), que tem o mesmo diâmetro do embolo. A distância, total, entre estas chapas das extremidades, é maior que o comprimento total do embolo mais as chapas, montadas no centro, e mais os discos (guia de fluxo) formando um '‘gap”, ora de um lado ora do outro. Em volta dos carretéis são fixados imãs com comprimento igual a cada metade do embolo mais a espessura de um disco (guia de fluxo), fazendo com que do lado sem “gap” o fluxo magnético, gerado pelos imãs, seja fechado pelo circuito: imãs; chapas centrais ferromagnéticas; metade do embolo; discos (guia de fluxo); e chapas ferromagnéticas da extremidade. A invenção será melhor entendida com a apresentação detalhada de desenhos, maisDESCRIPTIVE REPORT OF THE PATENT OF THE INVENTION “ELECTROMAGNETIC, BISTABLE, CLOSED, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST ACTUATOR” [001] This invention refers to an electromagnetic, bistable and closed field actuator, to be used in systems that require high strength, low weight and low cost. The system was achieved with the use of a central plunger, divided into two parts, which each receive a reel where two coils are wound, one on each reel, which will be covered by pulses of current, conveniently applied, so that change state. The two halves of the piston are mechanically connected, and between them thin sheets of ferromagnetic material are pressed, with a larger diameter than the spools. Thin plates of ferromagnetic material are also mounted on the two ends of the actuator, with a larger diameter than the spools, plus a ferromagnetic disc (flow guide), which has the same diameter as the piston. The total distance between these end plates is greater than the total length of the plunger plus the plates, mounted in the center, plus the discs (flow guide) forming a gap, either on one side or on the other . Magnets with a length equal to each half of the plunger plus the thickness of a disc (flow guide) are fixed around the spools, causing the magnetic flow generated by the magnets to be closed by the circuit on the side without a gap: magnets ; ferromagnetic center plates; half of the plunger; discs (flow guide); and ferromagnetic end plates. The invention will be better understood with the detailed presentation of drawings, more

2/11 adiante.2/11 ahead.

[002] O estado da técnica, para atuadores eletromagnéticos, contempla na sua maioria atuadores monoestáveis, que quando acionados, por um pulso de corrente, geram um campo magnético forte o suficiente para atracar um embolo e também armazenar energia em uma mola. O embolo é retido por um fluxo magnético gerado por imãs. Quando da necessidade de abertura do atuador, deve ser aplicado um pulso de corrente que cancele o fluxo dos Ímãs, fazendo com que a mola faça a abertura do sistema. Estes dispositivos tem alguns inconvenientes: Podemos controlar a velocidade de fechamento, através do controle de corrente, mas não podemos controlar a velocidade de abertura, pois esta velocidade é dada pela energia armazenada na mola; Os imãs comerciais, utilizados, não tem precisão de medidas, o que faz com que as usinagens tenham que levar em consideração a maior tolerância dos ímãs e deixando “gaps” nos imãs de menor tolerância, fazendo com que sejam necessários imãs maiores, com mais força. A força de retenção dos imãs tem que ser muito grande, pois elas precisam segurar, comprimida, a mola que armazena energia, para fazer a abertura do atuador, resultando, também, da necessidade de imãs mais fortes (maiores). Também, é muito grande a quantidade de energia necessária para o funcionamento do atuador, uma vez que ela precisa atracar o embolo e armazenar energia na mola de abertura. Existem atuadores, biestáveis, mas que são pouco utilizados devido: a precisão de usinagem; as tolerância dos imãs; o peso alto e por fim o alto custo.[002] The state of the art, for electromagnetic actuators, mostly includes monostable actuators, which when activated by a current pulse, generate a magnetic field strong enough to anchor a plunger and also store energy in a spring. The plunger is retained by a magnetic flux generated by magnets. When it is necessary to open the actuator, a current pulse must be applied to cancel the flow of the magnets, causing the spring to open the system. These devices have some drawbacks: We can control the closing speed through current control, but we cannot control the opening speed, as this speed is given by the energy stored in the spring; The commercial magnets used do not have precision measurements, which means that machining operations have to take into account the greater tolerance of the magnets and leaving "gaps" in the magnets of lower tolerance, making larger magnets with more force. The holding force of the magnets has to be very large, as they need to hold, compressed, the spring that stores energy, to open the actuator, also resulting in the need for stronger (larger) magnets. Also, the amount of energy required for the actuator to operate is very large, since it needs to dock the plunger and store energy in the opening spring. There are actuators, bistable, but which are little used due to: machining precision; the tolerances of the magnets; the high weight and finally the high cost.

[003] Em fim, os atuadores, do estado da técnica, tem problemas de: tamanho de imãs; precisão de usinagem; peso[003] Finally, the state of the art actuators have problems with: size of magnets; machining precision; Weight

3/11 elevado e alto custo.High and high cost.

[004] A PI9202413-0 “DISPOSITIVO ELETRO-MECÂNICO ACIONADO POR PULSO ELÉTRICO POLARIZADO, PARA COMANDOS MECÂNICOS OU COMUTAÇÃO DE CONTATOS ELÉTRICOS” e a BR 10 2012 015021-2 A2 “CONTADOR ELÉTRICO, SIMPLES E BIESTÁVEL”, as duas do mesmo autor desta PI, nos mostra um atuador biestável simples, barato e leve, porém de campo aberto, o que limita sua aplicação em dispositivos que necessitem de pouca força. Para se construir este atuador, para aplicações onde a força necessária é muito grande necessitaríamos de imãs muito grandes, pesados, caros e de manuseio perigoso, além do que, por ser de campo aberto precisariam de carcaças muito grandes, para afastar os imãs do ambiente externo.[004] PI9202413-0 “ELECTROMECHANICAL DEVICE ACTIVATED BY POLARIZED ELECTRIC PULSE, FOR MECHANICAL CONTROLS OR SWITCHING OF ELECTRICAL CONTACTS” and BR 10 2012 015021-2 A2 “ELECTRICAL, SIMPLE AND BIESTABLE COUNTER”, both by the same author. this PI, shows us a simple, cheap and light bistable actuator, but in the open field, which limits its application in devices that require little force. In order to build this actuator, for applications where the required force is very large, we would need very large, heavy, expensive and dangerous handling magnets, in addition to being open field, they would need very large housings to keep the magnets away from the environment. external.

[005] A presente invenção será melhor entendida com a apresentação de figuras e suas explicações.[005] The present invention will be better understood with the presentation of figures and their explanations.

[006] A figura 1 apresenta o princípio de funcionamento do atuador da presente patente. Um embolo, cilíndrico, composto de duas partes (4), prensam algumas finas chapas, circulares, de material ferromagnético (5). Uma bobina (6) envolve a metade esquerda do embolo (4). Uma bobina (7) envolve parte do lado direito do embolo (4). As laterais do sistema são fechadas, cada, com algumas finas chapas, circulares, de material ferromagnético (2) e com extensões (3), guias de fluxo, do mesmo diâmetro do embolo, também compostas de material ferromagnético. Estas extensões (3), guias de fluxo, podem ser feitas de materiais maciços ou, também, de finas chapas e tem a função de centralizar as linhas do campo magnético, dos imãs (1), do lado do atuador onde se encontra o gap” de movimento, neste caso do lado direito,[006] Figure 1 shows the principle of operation of the actuator of this patent. A cylindrical plunger, composed of two parts (4), presses some thin circular sheets of ferromagnetic material (5). A coil (6) surrounds the left half of the plunger (4). A coil (7) surrounds part of the right side of the plunger (4). The sides of the system are closed, each one, with some thin, circular plates, of ferromagnetic material (2) and with extensions (3), flow guides, of the same diameter of the piston, also composed of ferromagnetic material. These extensions (3), flow guides, can be made of solid materials or, also, of thin plates and have the function of centralizing the lines of the magnetic field, of the magnets (1), on the side of the actuator where the gap is ”Of movement, in this case on the right side,

4/11 um dos princípios desta invenção. Os imãs (1) são montados em volta do carretei e tem seu comprimento igual a soma da metade do embolo (4) mais a espessura da extensão, guia de fluxo (3). Nesta figura as bobinas (6) e (7) não tem corrente, o embolo esta atracado ao lado esquerdo pela força dos imãs (1). Esta figura mostra os imãs (1) em contra fase entre os lados direito e esquerdo, ou seja, com os nortes orientados para o centro do atuador. Também, podem ser observadas, nesta figura, as setas de fluxo magnético, de norte para o sul. As finas chapas, centrais, (5) devem ser recortadas radialmente do embolo para a borda, abrigando em cada par de recorte apenas um imã (1). Este princípio, que será entendido melhor nas figuras em três D, faz com que as chapas (5) se acomodem a cada imã (1) independente das tolerâncias de seus comprimentos, evitando a seleção de imãs e precisão de usinagem, também, um dos princípios da presente invenção. As chapas laterais de fechamento, também, podem ter recortes radiais, iguais aos recortes das chapas centrais, caso se necessite de correções muito grandes, dos comprimentos dos imãs, ou até para correção da usinagem do embolo.4/11 one of the principles of this invention. The magnets (1) are mounted around the reel and their length is equal to the sum of half the piston (4) plus the thickness of the extension, flow guide (3). In this figure, the coils (6) and (7) have no current, the piston is attached to the left side by the force of the magnets (1). This figure shows the magnets (1) in counterphase between the right and left sides, that is, with the north facing the center of the actuator. Also, in this figure, the arrows of magnetic flux can be seen, from north to south. The thin, central plates (5) must be cut radially from the piston to the edge, housing only one magnet in each cutout pair (1). This principle, which will be better understood in the three D figures, makes the plates (5) accommodate each magnet (1) regardless of their length tolerances, avoiding the selection of magnets and machining precision, also, one of the principles of the present invention. The side closing plates, too, can have radial cutouts, just like the cutouts of the central plates, in case you need very large corrections, the lengths of the magnets, or even to correct the machining of the piston.

[007] Afigura 2 mostra os mesmos componentes da figura 1, porém foi aplicado um pulso de corrente nas bobinas (6) e (7). O sentido da corrente pode ser visto pelos sinais de + na parte de baixo e ponto na parte de cima. Isto significa que a corrente entra por baixo, passa por trás e sai por cima e de acordo com a regra da mão direita, forma um campo contrário ao campo dos imãs do lado esquerdo e favorável ao campo dos imãs do lado direito, fazendo com que o conjunto embolo (4), chapas centrais (5) e eixo (8) seja repelido pelos imãs (1) do lado esquerdo e atraído pelos imãs (1) do[007] Figure 2 shows the same components as in Figure 1, but a current pulse was applied to the coils (6) and (7). The current direction can be seen by the + signs at the bottom and the dot at the top. This means that the current enters from below, passes from behind and exits from above and, according to the right hand rule, forms a field contrary to the field of magnets on the left and favorable to the field of magnets on the right, making the piston assembly (4), central plates (5) and shaft (8) are repelled by the magnets (1) on the left side and attracted by the magnets (1) of the

5/11 lado direito. Podemos observar, então, o início do movimento do conjunto central, da esquerda para a direita.5/11 right side. We can observe, then, the beginning of the movement of the central group, from left to right.

[008] Afigura 3 mostra os mesmos componentes, das figuras 1 e 2 e as bobinas (6) e (7), ainda com corrente. Nesta figura podemos observar o conjunto móvel, embolo (4), chapas centrais (5) e eixo (8), terminando seu movimento da esquerda para a direita.[008] Figure 3 shows the same components, from figures 1 and 2 and the coils (6) and (7), still with current. In this figure, we can see the movable set, piston (4), central plates (5) and axis (8), ending its movement from left to right.

[009] A figura 4 mostra os mesmos componentes das figuras 1, 2 e 3, porém, as bobinas (6) e (7) sem corrente e o conjunto móvel, embolo (4), chapas centrais (5) e eixo (8), com seu curso terminado, atracado do lado direito.[009] Figure 4 shows the same components of figures 1, 2 and 3, however, the coils (6) and (7) without chain and the movable set, piston (4), central plates (5) and shaft (8 ), with its course finished, moored on the right side.

[010] Com a inversão das correntes nas bobinas (6) e (7), teremos o movimento contrário, ou seja, o curso é da direita para a esquerda.[010] With the inversion of the currents in the coils (6) and (7), we will have the opposite movement, that is, the course is from right to left.

[011] Com diferentes quantidades de imãs (1), de cada lado, teremos forças diferentes, de cada lado.[011] With different amounts of magnets (1) on each side, we will have different forces on each side.

[012] Também, com o controle das correntes de cada bobina (6) e (7), diferentes, podemos alterar as velocidades de movimento. Movimentos com velocidades diferentes da esquerda para a direita em relação ao movimento da direita para a esquerda. Também, com o controle das correntes das bobinas (6) e (7), podemos ter velocidades diferentes entre o início e o final de movimento.[012] Also, with the control of the currents of each coil (6) and (7), different, we can change the movement speeds. Movements with different speeds from left to right in relation to movement from right to left. Also, with the control of the currents of the coils (6) and (7), we can have different speeds between the beginning and the end of movement.

[013] A figura 5 mostra um dos princípios da presente invenção, o uso de imãs com comprimentos diferentes. Podemos observar que o imã (1), do lado esquerdo é inferior, tem comprimento menor que o imã (1), do lado esquerdo superior. Estes comprimentos diferentes ocorrem devido as tolerâncias de sua fabricação. A figura mostra as finas chapas centrais (5) fazendo a[013] Figure 5 shows one of the principles of the present invention, the use of magnets with different lengths. We can observe that the magnet (1), on the left side is inferior, has a shorter length than the magnet (1), on the upper left side. These different lengths occur due to their manufacturing tolerances. The figure shows the thin central plates (5) making the

6/11 compensação destes comprimentos. Quanto mais finas, estas chapas centrais, melhor será a compensação dos comprimentos diferentes.6/11 compensation of these lengths. The thinner these center plates, the better the compensation for different lengths.

[014] A figura 6 mostra uma destas finas chapas centrais (5). Podemos observar cada um dos 8 imãs (1) montados entre os rasgos radiais (12) e (14), facilitando a compensação dos diferentes comprimentos dos imãs. Para cada imã (1) devemos ter dois rasgos radiais, um de cada lado dos imãs (1), independentemente da quantidade de imãs utilizados. O rasgo radial (12) é mais largo, pois serve, também, de guia para o movimento do conjunto central.[014] Figure 6 shows one of these thin central plates (5). We can observe each of the 8 magnets (1) mounted between the radial slots (12) and (14), facilitating the compensation of the different lengths of the magnets. For each magnet (1) we must have two radial slots, one on each side of the magnets (1), regardless of the number of magnets used. The radial groove (12) is wider, as it also serves as a guide for the movement of the central assembly.

[015] As figuras, em 3D, a seguir, apresentam, passo a passo, uma implementação prática de um de um atuador biestável, objeto deste pedido de patente.[015] The figures, in 3D, below, present, step by step, a practical implementation of one of a bistable actuator, object of this patent application.

[016] Afigura 7 A apresenta uma perspectiva do eixo (8), que possui na sua extensão uma flange (9), no centro dos parafusos (13) e dos pinos guias (11). Estes parafusos (13) e Pinos (11) tem a função de guiar e prender as duas partes do embolo (4) com as chapas centrais (5).[016] Figure 7 A shows a perspective of the axis (8), which has a flange (9) in its extension, in the center of the screws (13) and the guide pins (11). These screws (13) and pins (11) have the function of guiding and securing the two parts of the piston (4) with the central plates (5).

[017] Afigura 7B apresenta a mesma perspectiva da figura 4, onde foi acrescentada ao eixo (8) uma mola (10). Esta mola (10) é que vai fazer a transferência do movimento do embolo (4) para o eixo (8). Mais à frente ficará mais clara a função desta mola, mais um dos princípios da presente invenção.[017] Figure 7B shows the same perspective of figure 4, where a spring (10) was added to the axis (8). This spring (10) will transfer the movement of the piston (4) to the shaft (8). Later on, the function of this spring will become clearer, one more of the principles of the present invention.

[018] Afigura 7C apresenta, em corte, a montagem das duas metades do embolo (4) e das chapas centrais (5). O eixo (8), que tem seu diâmetro menor do que o furo do embolo, ou seja, ele desliza longitudinalmente no embolo (4), fica preso ao embolo (4), somente pela mola (10), que está alojada entre as chapas centrais[018] Figure 7C shows, in cross-section, the assembly of the two piston halves (4) and the central plates (5). The shaft (8), which has a smaller diameter than the piston hole, that is, it slides longitudinally in the piston (4), is attached to the piston (4), only by the spring (10), which is housed between the center plates

7/11 (5) e a metade esquerda do embolo (4). A mola (10) já entra no conjunto comprimida, permitindo que conheçamos, através de seu coeficiente de elasticidade, K, a força que terá de ser aplicada ao eixo (8), da direita para a esquerda, para comprimir mais a mola. Com este artificio, poderemos controlar a força aplicada na ponta direita do eixo (8) quando este eixo (8) encontrar um obstáculo, como por exemplo um contato ou uma válvula hidráulica, no final do curso para a direita. Embora o desenho apresente somente uma mola (10), que controla somente a força de um lado do sistema, duas molas podem ser aplicadas, para controlar as forças dos dois lados do eixo (8). Para isto bastaria que o lado direito do embolo (4) tivesse, também uma cavidade para mola e que os furos das chapas centrais (5) tivessem um diâmetro maior que a flange (9). Esta figura, 7C, ainda, apresenta os cortes radiais (14) e (12), das chapas centrais e os furos (15) onde entram os parafusos (13) que fecham todo este sistema central. Os cortes (14) e (12) tem a função de deixar as chapas livres para se acomodarem às tolerâncias de medidas dos imãs (1), assim não precisaremos selecionar imãs e nem fazer usinagens de precisão. O corte radial (12) ainda tem a função de guia de movimento, na montagem final do atuador, conforme será demonstrado, mais adiante.7/11 (5) and the left half of the plunger (4). The spring (10) already enters the compressed set, allowing us to know, through its elasticity coefficient, K, the force that will have to be applied to the axis (8), from right to left, to further compress the spring. With this device, we will be able to control the force applied to the right end of the shaft (8) when this shaft (8) encounters an obstacle, such as a contact or a hydraulic valve, at the end of the stroke to the right. Although the drawing has only one spring (10), which controls only the force on one side of the system, two springs can be applied to control the forces on both sides of the shaft (8). For this, it would be enough that the right side of the piston (4) also had a spring cavity and that the holes in the central plates (5) had a larger diameter than the flange (9). This figure, 7C, also shows the radial cuts (14) and (12), of the central plates and the holes (15) where the screws (13) that close this entire central system enter. The cuts (14) and (12) have the function of leaving the plates free to accommodate the measurement tolerances of the magnets (1), so we will not need to select magnets or perform precision machining. The radial cut (12) still has the function of movement guide, in the final assembly of the actuator, as will be demonstrated, later on.

[019] Afigura 7D apresenta a montagem do embolo (4), com a utilização de duas molas (10).[019] Figure 7D shows the piston assembly (4), using two springs (10).

[020] A figura 7E mostra um conjunto central completo, montado.[020] Figure 7E shows a complete central assembly, assembled.

[021] A figura 8A mostra a colocação dos dois carretéis (16), um em cada lado do embolo, onde são enroladas as bobinas (6) e (7). Estes carretéis (16) são idênticos, somente são usados de[021] Figure 8A shows the placement of the two spools (16), one on each side of the piston, where the coils (6) and (7) are wound. These spools (16) are identical, they are only used in

8/11 maneira espelhada. Podemos observar que a bobina (6) está encostada nas chapas centrais (5), enquanto a bobina (7) está afastada, esta distância é o “gap” de movimento.8/11 mirrored way. We can see that the coil (6) is leaning against the central plates (5), while the coil (7) is apart, this distance is the movement gap.

[022] Afigura 8B mostra a colocação de 8 imãs (1), em cada lado do atuador. Estes imãs (1) estão em paralelo com as bobinas e seus polos estão em contra fase, ou seja, ou todos estão com o norte ou todos estão com o sul voltados para as chapas centrais (5), conforme o princípio de funcionamento apresentado nas figuras 1, 2, 3 e 4. Também, é possível observar que cada imã (1) está posicionado entre os cortes radiais (12) e (14), das chapas centrais.[022] Figure 8B shows the placement of 8 magnets (1) on each side of the actuator. These magnets (1) are in parallel with the coils and their poles are in counter phase, that is, either they are facing north or they are facing south towards the central plates (5), according to the operating principle presented in the figures 1, 2, 3 and 4. It is also possible to observe that each magnet (1) is positioned between the radial cuts (12) and (14), of the central plates.

[023] A figura 8C apresenta a montagem do suporte polimérico (17), somente no lado direito do atuador, que tem as funções de: Suporte dos imãs (1); suporte dos carretéis (16); guia das chapas centrais (5) e suporte dos prisioneiros (18) que são os responsáveis pelo fechamento do atuador. O seu comprimento, na parte que aloja os imãs (1), tem que ser menor que o comprimento do menor imã (1), ou seja, as pontas dos imãs (1) estarão sempre expostas, garantindo que as chapas centrais (5) encostem em todos os imãs (1).[023] Figure 8C shows the assembly of the polymeric support (17), only on the right side of the actuator, which has the functions of: Magnet support (1); reel support (16); guide of the central plates (5) and support of the prisoners (18) that are responsible for closing the actuator. Its length, in the part that houses the magnets (1), must be less than the length of the smallest magnet (1), that is, the tips of the magnets (1) will always be exposed, ensuring that the central plates (5) touch all magnets (1).

[024] A figura 8D mostra a montagem do suporte polimérico (17), no lado esquerdo do atuador. Este suporte é idêntico ao usado no lado direito, somente foi montado espelhado e rotacionado, 90 graus. Este suporte polimérico, (17), foi desenhado aberto para visualização do interior do atuador, mas o correto é que ele seja fechado, pois assim evita a entrada de materiais estranhos. O fato de usarmos o mesmo carretei (16) e o mesmo suporte polimérico (17), dos dois lados do atuador, diminui o custo do ferramental de injeção e, também, o custo de produção.[024] Figure 8D shows the assembly of the polymeric support (17), on the left side of the actuator. This support is identical to the one used on the right side, it was only mounted mirrored and rotated, 90 degrees. This polymeric support, (17), was designed open for viewing the interior of the actuator, but the correct thing is that it is closed, as this avoids the entry of foreign materials. The fact that we use the same reel (16) and the same polymeric support (17), on both sides of the actuator, reduces the cost of injection tooling and also the cost of production.

9/11 [025] A figura 8E mostra o conjunto mostrado na figura 8D, recebendo as chapas, ferromagnéticas, de fechamentos laterais (2) junto com as extensões ferromagnéticas (3). Podemos observar que as chapas de fechamento, do lado direito, tem formato retangular, com furos que recebem os parafusos (19), que permitem a fixação do atuador.9/11 [025] Figure 8E shows the set shown in figure 8D, receiving the ferromagnetic plates with side closures (2) together with the ferromagnetic extensions (3). We can see that the closing plates, on the right side, have a rectangular shape, with holes that receive the screws (19), which allow the fixation of the actuator.

[026] A figura 9A apresenta uma vista, em perspectiva, do sistema de montagem das bobinas. Nesta figura podemos visualizar que tanto os carreteis (16), quando os suportes dos imãs (17) são idênticos e somente são montados de forma diferente, permitindo que sejam executadas apenas uma ferramenta de injeção para cada peça, o que diminui, tanto o investimento inicial, quanto o custo de produção. Para o entendimento, explicamos com mais detalhes a montagem do lado esquerdo do atuador, pois o restante é autoexplicativo. Os carretéis (16) tem suas abas (16.1) e (16.2) com diâmetros diferentes. A aba (16.1) tem seu diâmetro maior e serve para que se encaixe perfeitamente ao rebaixo do suporte (17). Esta aba maior (16.1) tem quatro recortes quadrados (16.3), defasados de 90 graus cada, e servem para encaixar nas elevações do suporte (17), não permitindo que as bobinas (6) e (7) girem. Esta mesma aba (16.1), também, tem 4 recortes semicirculares (16.4), defasados de 90 graus cada, e defasados de 45 graus dos recortes quadrados (16.3). Estes recortes (16.4) permitem a passagem dos fios das bobinas (6) e (7) para qualquer tipo de montagem desejado, como por exemplo; os quatro fios saindo por qualquer um dos lados; 2 fios saindo por cada lado e outras combinações. Neste exemplo da figura 9A, os quatro fios saem pelo lado direito do atuador. Podemos observar que o início do enrolamento da bobina[026] Figure 9A shows a perspective view of the coil mounting system. In this figure we can see that both the reels (16), when the supports of the magnets (17) are identical and are only assembled differently, allowing only one injection tool to be executed for each part, which reduces both the investment the cost of production. For understanding, we explain in more detail the assembly on the left side of the actuator, as the rest is self-explanatory. The spools (16) have their flaps (16.1) and (16.2) with different diameters. The flap (16.1) has its largest diameter and serves to fit perfectly to the recess of the support (17). This larger flap (16.1) has four square cutouts (16.3), 90 degrees out of phase each, and serve to fit the support elevations (17), preventing the coils (6) and (7) from rotating. This same tab (16.1), also, has 4 semicircular cutouts (16.4), 90 degrees out of phase each, and 45 degrees out of square cutouts (16.3). These cutouts (16.4) allow the threads of the coils (6) and (7) to pass to any type of assembly desired, such as; the four wires protruding from either side; 2 wires coming out on each side and other combinations. In this example in figure 9A, the four wires run from the right side of the actuator. We can see that the beginning of the coil winding

10/11 (6) o fio (6.1) tem seu começo na parte de baixo do carretei, saindo pela esquerda e fazendo uma curva de 180 graus, passa por um dos recortes (16.4), passa por cima da bobina e segue em direção ao lado direito do atuador, através do recorte (17.1), dos suportes (17). Pelo fato desta bobina (6) ter o número de camadas ímpar, o final do enrolamento do fio (6.2), termina na parte oposta do início (6.1) e está defasado de 180 graus ao fio de início (6.1) e segue, também, através de outro recorte (17.1), do suporte (17), em direção ao lado direito. Já a bobina (7) tem seu início, fio (7.2), saída para o lado direito e seu final, fio (7.1) passando por cima da bobina (7), seguindo para a direita.10/11 (6) the wire (6.1) has its beginning at the bottom of the reel, coming out from the left and making a 180 degree curve, going through one of the cutouts (16.4), going over the coil and going in the direction to the right side of the actuator, through the cutout (17.1), of the supports (17). Because this coil (6) has the odd number of layers, the end of the winding of the wire (6.2) ends at the opposite end of the beginning (6.1) and is 180 degrees out of phase with the beginning wire (6.1) and also follows , through another cutout (17.1), of the support (17), towards the right side. The coil (7) has its beginning, thread (7.2), exit to the right side and its end, thread (7.1) passing over the coil (7), going to the right.

[027] A figura 9B mostra uma perspectiva da montagem das bobinas (6) e (7) nos suportes (17). Nesta figura é fácil observar o detalhe do início da bobina (6), fio (6.1), fazendo uma curva de 180 graus e atravessando os dois suportes 17, através dos recortes (17.1) . Esta curva, de 180 graus, vai se encaixar em um dos recortes (21) das chapas ferromagnéticas (2).[027] Figure 9B shows a perspective of the assembly of the coils (6) and (7) on the supports (17). In this figure it is easy to observe the detail of the beginning of the coil (6), thread (6.1), making a 180 degree curve and crossing the two supports 17, through the cutouts (17.1). This 180 degree curve will fit into one of the cutouts (21) of the ferromagnetic plates (2).

[028] A figura 9C mostra outra perspectiva da montagem das bobinas (6) e (7) e seus fios (6.1), (6.2), (7.1) e (7.2), saindo nos recortes (17.1) dos suportes (17).[028] Figure 9C shows another perspective of the assembly of the coils (6) and (7) and their wires (6.1), (6.2), (7.1) and (7.2), coming out in the cutouts (17.1) of the supports (17) .

[029] As figuras 10A e 10B apresentam duas vistas em perspectivas, diferentes, do atuador totalmente montado. Os furos (20) são usados para a colocação de parafusos que fixam as extensões ferromagnéticas (3), guias de fluxo, às chapas ferromagnéticas de fechamento (2). Os rasgos (21) são utilizados para a saída dos fios das bobinas (6) e (7).[029] Figures 10A and 10B show two views in different perspectives of the fully assembled actuator. The holes (20) are used for placing screws that secure the ferromagnetic extensions (3), flow guides, to the ferromagnetic closing plates (2). The slots (21) are used to exit the wire from the coils (6) and (7).

[030] As figuras 11 A, 11B, 11C e 11D apresentam uma vista, em perspectiva, de um corte que passa exatamente pelo centro de[030] Figures 11 A, 11B, 11C and 11D show a perspective view of a section that passes exactly through the center of

11/11 imãs (1). Estas figuras, 11 A, 11B, 11C e 11D podem ser estudadas, respectivamente com as figuras 1, 2, 3 e 4, do princípio de funcionamento deste atuador. Para facilitar o entendimento, as hachuras utilizadas nos cortes, destas figuras, 11 A, 11B, 11C e 11 D, são idênticas às hachuras utilizadas nas figuras 1, 2, 3 e 4.11/11 magnets (1). These figures, 11 A, 11B, 11C and 11D can be studied, respectively with figures 1, 2, 3 and 4, of the principle of operation of this actuator. To facilitate understanding, the hatches used in the cuts, of these figures, 11 A, 11B, 11C and 11 D, are identical to the hatches used in figures 1, 2, 3 and 4.

[031] Embora os desenhos e descrições apresentem componentes bem definidos e também uma forma bem definida, qualquer alteração de partes e peças ou formato geral, tais como: atuador de corpo retangular ou quadrado; imãs retangulares ou quadrados; uso de mola externa ou não e outras alterações de peças e formas quaisquer, não permite que se fuja dos princípios aqui ensinados.[031] Although the drawings and descriptions present well-defined components and also a well-defined shape, any alteration of parts and pieces or general shape, such as: rectangular or square body actuator; rectangular or square magnets; use of external spring or not and other changes to parts and shapes, does not allow you to escape the principles taught here.

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Claims

1 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST characterized by using, for its static state, either on the left or on the right side, a magnetic field, generated by magnets (1), and which has its closed magnetic flux, in each of its halves by a magnetic path formed by: Magnets (1); package of thin central plates (5), with radial slots (12) and (14), responsible for their placement in the magnets (1), of different lengths, pressed between two halves of a piston (4); half of the piston (4); flow guide disc (3) and package of thin closing side plates (2).

2 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using, fixed to its piston, thin ferromagnetic central plates (5), with radial slots (12) and (14), allowing them to accommodate the magnets (1), absorbing the variations in tolerance of their lengths, avoiding the selection of these magnets (1) and precision machining, allowing a cost reduction in relation to the state of the art.

3 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claims 1 and 2, characterized by allowing the side plates (2) to have radial slots (12) and (14), the same those of the central plates (5), further improving the compensation of the lengths of the magnets (1) and also small errors of parallelism of the piston in relation to the discs (3), flow guide.

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4 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BIESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using small (1) longitudinal magnets, compared to the state of the art, allowing the construction of a low weight and low cost actuator.

5 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using a ferromagnetic ring (3), flow guide, which allows the concentration of the magnetic flux, on the side actuator open towards the piston (4).

6 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by allowing the control of the piston speed (4) through the control of the currents applied to the coils (6) and (7).

7 _ ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by allowing the speed variation of the piston (4) during the journey, by controlling the applied currents on the coils (6) and (7).

8 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by allowing the control of its holding force with the variation of the amount of magnets used.

9 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BESTABLE, OF

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CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by allowing the use of different quantities of magnets than the magnets (1), on each side of the actuator, obtaining different holding forces on each side.

10 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using magnets (1) with equal poles facing the center, allowing with the proper application of chains, in coils (6) and (7), the plunger is attracted to one side, while it is repelled by the other.

11 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BIESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using a single type of reel (16) on both sides of the actuator, reducing investment in tools and, also, the cost of production.

12 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BESTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using a single type of support (17), on both sides of the actuator, reducing the cost of tools and , also, the cost of production.

13 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by using in the support (17), which fixes all elements of the actuator a polymeric material, making the actuator a light piece.

14 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR, BISTABLE, CLOSED FIELD, SIMPLE, LIGHT AND LOW COST, according to claim 1, characterized by allowing, through the

4/4 channels (17.1), in the polymeric support (17), of the cutouts (16.4), of the spools (16) and of the grooves (21) of the side plates (2), that the wires (6.1) and (6.2) of coil (6) and the threads (7.1) and (7.2) of the coil (7), come out from either side, with any combination.

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FIGURE 2

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FIGURE 3

FIGURE 4

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FIGURES

FIGURE 6

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FIGURE 7B

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FIGURE 7C s

FIGURE 7D

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FIGURE 7Ε

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FIGURE 8A

FIGURE 8B

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FIGURE 8D

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FIGURE 8Ε

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FIGURE 9C

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FIGURE 10A

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