BR112018067887B1

BR112018067887B1 - Atuador de válvula

Info

Publication number: BR112018067887B1
Application number: BR112018067887-2A
Authority: BR
Inventors: Nils Obermöller; Dominic Marx; Benjamin Bös
Original assignee: Karl Dungs Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2022-11-22
Also published as: JP6711929B2; RU2721827C2; IL261109A; RU2018134790A3; CN108886334B; AU2016396354A1; ZA201806050B; EP3427378B1; SG11201807581SA; US20200300376A1; BR112018067887A2; PH12018550117A1; CA3012713A1; JP2019511195A; MX2018010826A; EP3427378A1; CN108886334A; CO2018010911A2; KR20180122386A; PL3427378T3

Abstract

O atuador de válvula (10), de acordo com a invenção, tem um circuito de amortecimento que compreende um circuito de amortecimento capacitivo (37), que é ativado com a operação de gerador do motor de passo (18). O circuito de amortecimento, juntamente com o enrolamento do motor (26), forma um conjunto de ressonância LCR, que tem o efeito de estabilizar e regular a velocidade de rotação. A velocidade de rotação do motor de passo (18), que funciona na operação de gerador, é mantida constante dentro dos limites, e mais especificamente, sem intervenção de controle do circuito de controle. Portanto, o circuito de amortecimento pode operar mesmo no estado sem corrente do sistema de controle e é seguro independentemente da fonte de alimentação externa. O fechamento rápido é assim alcançado e o pós-funcionamento excessivamente longo do motor (18) também é evitado de maneira segura.

Description

[001] A invenção refere-se a um atuador de válvula para válvulas, torneiras, válvulas de gaveta ou válvulas damper com função de fechamento automático.

[002] Para acionar válvulas de fluido, válvulas de gaveta, válvulas damper e afins, acionamentos elétricos são conhecidos, por exemplo, a partir do documento DE 102 48 616 A1, no qual o movimento de acionamento do elemento de fechamento da válvula é produzido por um motor elétrico. O mesmo possui uma mola de fechamento, que fecha a válvula no caso de falha de energia elétrica. A força de fechamento da mola de fechamento é dimensionada de modo que supera os torques de desaceleração produzidos por atrito e outras influências no motor e engrenagem e muda o elemento de fechamento da válvula para a posição fechada quando o motor está no estado sem corrente. No caso de aplicações de gás, esse processo geralmente deve ser concluído dentro de um período de tempo limitado, por exemplo, de aproximadamente 1 segundo. Por outro lado, a sobrecarga da sede da válvula e do elemento de fechamento da válvula durante o processo de fechamento deve ser prevenida de forma absoluta, porque essa sobrecarga pode levar a danos na válvula e, portanto, a uma falta de funcionalidade. A energia cinética que atua conforme o elemento de fechamento da válvula entra em contato com a sede da válvula deve, portanto, ser limitada.

[003] Para este fim, um atuador de válvula eletromotriz é conhecido a partir do documento EP 2 228 573 B1, no qual a engrenagem contém uma corrente, através da qual o elemento de fechamento da válvula é puxado para a posição aberta contra a força de uma mola de fechamento. A corrente transmite as forças de tração, mas não as forças de impulsão para o elemento de fechamento da válvula e, portanto, durante o processo de fechamento dinâmico, ela separa a unidade de engrenagem do motor, que está em processo de desaceleração a partir do membro de fechamento em contato com a sede da válvula. A funcionalidade deste princípio é transmitida, de qualquer modo, se o motor do atuador não for submetido a uma pós-operação excessivamente longa. Isso significa que a força da mola de fechamento e o comprimento da corrente devem ser coordenados um com o outro. Caso atuadores de válvula idênticos sejam usados em várias válvulas com diferentes forças de fechamento, este princípio apresenta limitações. Se houver excessiva pós- operação, há sempre uma tolerância que precisa ser compensada para estar pronta para o próximo processo de abertura. Se os requisitos forem colocados no tempo de disponibilidade, o uso exclusivo de uma sobrecarga não é conveniente.

[004] Além disso, um simples conjunto de curto-circuito para a frenagem de motores CC sem escova permanentemente excitados é conhecido a partir do documento DE 35 31 262 A1. O motor CC sem escova é conectado através de um relé de comutação a uma fonte de tensão direta ou a um ramo de curto-circuito. Se o circuito de amortecimento for ativado, o motor CC sem escova pós-operando em funcionamento de gerador sofre curto-circuito, de tal forma que sua energia cinética é convertida em calor no resistor ôhmico tecnicamente necessário do motor e no conjunto de curto- circuito. O motor para abruptamente.

[005] O objetivo da invenção é criar um atuador de válvula que possa ser usado em válvulas ou válvulas damper de tamanho variável e que proporcione autofechamento confiável.

[006] Este objetivo é alcançado com o atuador de válvula de acordo com a reivindicação 1:

[007] O atuador de válvula, de acordo com a invenção, compreende um motor de passo permanentemente excitado com tipicamente duas ou mais bobinagens, os quais têm, cada um, uma certa indutância e uma certa resistência ôhmica. O atuador de válvula também inclui uma engrenagem, através da qual o motor de passo pode ser conectado em termos de acionamento ao elemento de fechamento da válvula de modo a mover este membro de fechamento para longe de uma sede da válvula em uma direção de abertura e para a sede da válvula em uma direção de fechamento. De modo a implementar uma função de fechamento automático, um recurso de mola é previsto. Ele é conectado direta ou indiretamente à engrenagem para pré-carregar o elemento de fechamento da válvula conectado na direção de fechamento e movê-lo na direção de fechamento no caso de falha de energia.

[008] O enrolamento do motor é conectado a um circuito de alimentação, que pode mover o motor de maneira controlada na direção de abertura, superando a força da mola de fechamento, e pode manter o dito motor em posições predefinidas. Além disso, é previsto um circuito de amortecimento que compreende um circuito de amortecimento capacitivo. Este circuito de amortecimento capacitivo é projetado para desacelerar o motor em funcionamento de gerador (durante o movimento de fechamento), de maneira dependente da velocidade. Para poder alternar entre o acionamento e o amortecimento, é previsto um dispositivo de comutação. Ele conecta o circuito de alimentação ou o circuito de amortecimento à bobinagem. A comutação é preferencialmente realizada em um momento em que a bobinagem não está energizada. A comutação no estado sem corrente pode ser implementada pelo dispositivo de controle, que controla ou ajusta a corrente do motor.

[009] O circuito de amortecimento capacitivo, juntamente com a indutância do enrolamento do motor de passo durante a operação de amortecimento, forma um conjunto de ressonância, que é excitado pelo rotor giratório operando na operação de gerador. A corrente resultante atua amortecendo a rotação do rotor. O efeito de amortecimento depende não linearmente da velocidade do rotor e aumenta desproporcionalmente à medida que a referida velocidade aumenta. O circuito de amortecimento garante independentemente, sem intervenção de controle externo, que a velocidade do motor durante o processo de fechamento depende apenas de muito pouco da força da mola de fechamento, de tal forma que, por um lado, uma velocidade não muito alta é fornecida e, portanto, não é fornecida muita energia cinética no motor e engrenagem, e por outro lado, pode-se alcançar fechamento rápido com segurança.

[010] Cada uma das bobinagens do motor de passo é de preferência conectada da forma acima mencionada através de um dispositivo de comutação a um circuito de alimentação e, para amortecer, a um circuito de amortecimento com o circuito de amortecimento capacitivo. Todas as bobinagens do motor de passo são, portanto, preferencialmente utilizadas para fins de amortecimento. O amortecimento desejado pode ser ajustado com o número de fases carregadas.

[011] Os dispositivos de comutação são preferencialmente operados em sincronia, ou seja, ou todas as bobinagens são conectadas aos seus circuitos de alimentação ou todas as bobinagens são conectadas aos seus circuitos de amortecimento. Os dispositivos de comutação são, de preferência, aqueles com contato mecânico, por exemplo, um relé de comutação. O contato normalmente fechado do relé de comutação em questão, de preferência, conduz a um circuito de amortecimento, enquanto o contato normalmente aberto conduz ao circuito de alimentação. Assim que o relé de comutação fica sem corrente, ou seja, é desligado, o circuito de amortecimento é ativado. O circuito de amortecimento, portanto, está confiavelmente ativo no caso de uma falha de energia.

[012] O circuito de amortecimento capacitivo contém preferivelmente um capacitor, que através do dispositivo de comutação forma um loop com o enrolamento do motor de passo, cujo loop é um circuito de ressonância. A resistência ôhmica do enrolamento e as perdas de ferro do circuito de ferro do motor de passo constituem um amortecimento deste circuito de ressonância e determinam o seu fator de qualidade. O fator de qualidade é, de preferência, tal que seja pelo menos maior do que cinco, de preferência, maior do que dez, e mais preferencialmente, maior do que vinte. Uma curva de ressonância relativamente acentuada da disposição de ressonância é alcançada dessa forma, o que, por sua vez, resulta em uma curva característica torque-velocidade do motor com uma desaceleração fortemente não linear. Uma curva característica fortemente não linear deste tipo leva a uma velocidade do motor bem definida durante o processo de amortecimento. O dispositivo de amortecimento e o recurso de mola são de preferência dimensionados e coordenados um com o outro de tal maneira que a velocidade do motor durante o processo de fechamento é de cinco a quinze vezes, e preferivelmente dez vezes, a velocidade ao abrir a válvula. O dispositivo de amortecimento pode ser concebido com base na energia remanescente no sistema após a válvula ser fechada, com a dita energia sendo dependente da rápida velocidade de fechamento. Essa energia aciona o motor e a engrenagem na fase de desaceleração, após o elemento de fechamento da válvula ter sido colocado contra a sede da válvula. Se a desaceleração for limitada a fim de minimizar o tempo de disponibilidade para o processo de abertura seguinte, um batente fixo pode ser colocado na saída da engrenagem do lado da válvula. O impacto da saída de engrenagem contra o batente fixo tem um pulso, cuja altura é, de preferência, tal que a engrenagem não sofra qualquer carga que não ocorra em operação normal. Por outro lado, a velocidade de fechamento e, portanto, a velocidade do motor é pelo menos tão alta de modo que o tempo máximo de fechamento em vista do trajeto de fechamento é, em qualquer caso, não atingido.

[013] A coordenação refere-se aqui fundamentalmente à configuração do dispositivo de amortecimento. A escolha do recurso de mola e a magnitude de sua força da mola são relativamente não críticos. O atuador de válvula pode, portanto, ser usado prontamente para várias molas de fechamento, sem necessidade de adaptação ou modificação. A velocidade de fechamento é preferencialmente ajustada pelo tamanho do capacitor no circuito de amortecimento capacitivo.

[014] A fim de manter a energia cinética, presente no motor e na engrenagem, apesar do motor funcionar de maneira amortecida, longe do elemento de fechamento da válvula e da sede da válvula conforme o elemento de fechamento da válvula é colocado contra a sede, uma unidade sem engrenagens pode ser colocada entre a engrenagem e o membro de fechamento da válvula. Essa unidade sem engrenagem é, de preferência, formada por um meio de tensão flexível, por exemplo, por uma corrente. O circuito de amortecimento provoca apenas uma pequena desaceleração do motor e da engrenagem, que pode ser limitada a uma fração de uma revolução completa de uma roda de corrente para a corrente. Dessa forma, é possível trabalhar com correntes curtas e zonas de desaceleração curtas, em que o tamanho do atuador da válvula pode ser reduzido ao mínimo.

[015] De acordo com a invenção, é adicionalmente fornecido um método para operar um atuador de válvula. A característica particular do método reside, particularmente, no amortecimento do motor de passo do atuador de válvula por meio de um circuito de amortecimento com característica de ressonância. O arranjo de ressonância formado pelo enrolamento do motor e o circuito de amortecimento capacitivo opera durante o amortecimento, de preferência, em operação sub-ressonante, ou seja, a frequência da corrente gerada fica abaixo da frequência de ressonância do arranjo de ressonância. Desta forma, é obtida uma curva característica torque-velocidade de desaceleração altamente não linear, com a qual o torque de desaceleração aumenta significativamente de forma acima da proporcionalidade com o aumento da velocidade.

[016] Os detalhes das modalidades da invenção estão no assunto dos desenhos, da descrição ou das reivindicações dependentes. Nos desenhos:

[017] A figura 1 mostra um atuador de válvula com a válvula conectada, em uma visão geral altamente esquematizada;

[018] A figura 2 mostra o atuador de válvula, em um diagrama de circuito esquematizado e simplificado;

[019] A figura 3 mostra uma curva característica de mola da mola de fechamento da válvula de acordo com a figura 1;

[020] A figura 4 mostra um gráfico que ilustra a característica de ressonância do circuito de amortecimento; e

[021] A figura 5 mostra o torque de desaceleração produzido pelo circuito de ressonância na forma do gráfico.

[022] A figura 1 mostra um atuador de válvula 10, que é destinado à atuação de uma válvula 11, por meio da qual um fluxo de gás que entra na sua entrada 12 e que sai na sua saída 13 pode ser ativado, bloqueado ou também ajustada. Para este fim, uma sede da válvula 15 está disposta no suporte da válvula 14 e está emparelhada com um elemento de fechamento da válvula 16. O elemento de fechamento da válvula é disposto de modo móvel de modo a poder fechar ou liberar a sede da válvula 15, conforme necessário. Na modalidade exemplar de acordo com a figura 1, o elemento de fechamento da válvula move-se paralelo ao eixo de abertura da sede da válvula 15 - a válvula é uma válvula reguladora. O atuador de válvula 10, no entanto, pode ser usado igualmente em outros tipos de válvula, que são referidas como válvulas de gaveta, válvulas damper ou similares, e em que o elemento de fecho, por exemplo, é movido num ângulo reto para um eixo de abertura de uma abertura.

[023] O elemento de fechamento da válvula 16 está emparelhado com uma mola de fechamento 17, que pré-carrega o elemento de fechamento da válvula 16 na direção de fechamento, ou seja, em direção à sede da válvula 15.

[024] O atuador de válvula 10 inclui um motor de passo 18 permanentemente excitado, que é ligado através de uma engrenagem 19 ao elemento de fechamento da válvula 16. A engrenagem 19 é uma engrenagem de redução que tem pelo menos uma roda dentada 21 que engrena com um pinhão de motor 20. Outras rodas dentadas engrenando umas com as outras podem ser conectadas, com as ditas rodas dentadas formando uma trajetória de transmissão de força. Isso é indicado de maneira puramente esquemática na Figura 1 por uma linha tracejada. A trajetória de transmissão de força pode compreender elementos de engrenagem rotativos e, em particular, também elementos de engrenagem linearmente móveis, por exemplo, cremalheiras de engrenagem, fusos roscados ou, como mostrado a título de exemplo na Figura 1, um meio de tensão flexível, tal como uma corrente 22. Ele está conectado, em uma extremidade, a uma roda de corrente 23 e, em sua outra extremidade, ao elemento de fechamento da válvula 16. Em vez de uma corrente, outros elementos também podem ser usados, como fios, cabos, correias flexíveis ou similares.

[025] A corrente 22 forma uma conexão que tem alta resistência à tração, mas baixa resistência ao cisalhamento e permite o movimento da roda de corrente 23 em uma direção de empurrar, sem movimento do membro de fechamento da válvula 16. Assim, ela forma uma unidade sem engrenagens. Em vez de um meio de tensão flexível, a unidade sem engrenagens também pode ser formada por uma ligação, com folga, de dois elementos de engrenagem, tal como um arrastador assentado em uma ranhura.

[026] O motor de passo 18 está conectado a um circuito operacional 24 que é mostrado, em parte, na figura 2. Como pode ser observado, o motor de passo 18 tem tipicamente uma pluralidade de bobinagens, por exemplo, duas bobinagens 25, 26, que são usadas para construir um campo rotativo para rotação do rotor permanentemente excitado 27. Para este fim, um circuito de alimentação 28 é previsto para cada enrolamento 25, 26 e é mostrado na Figura 2 meramente a título de exemplo e representativamente para todos os circuitos de alimentação para o enrolamento 26. O circuito de alimentação 28 é utilizado para fornecer uma corrente variável controlada para o enrolamento 26 de modo a excitar o dito enrolamento em fase com os outros enrolamentos 25 e para estabelecer um campo que determina o movimento ou também a posição do rotor 27. Para este fim, o circuito de alimentação 28, por exemplo, compreende uma ponte de comutação 29 com quatro comutadores controlados eletronicamente, por exemplo, transistores MOSFET, IGBTs ou semelhantes, que são operados de maneira controlada por um circuito de controle 29. Esse circuito de controle também pode detectar e ajustar a corrente passante no enrolamento 26 através de um arranjo de sensor de corrente 30. O circuito de controle 29 também pode controlar as pontes do inversor (não mostradas em mais detalhes) para o outro enrolamento e pode controlar e/ou ajustar a corrente do dito enrolamento.

[027] A corrente fornecida pela ponte do inversor é alimentada ao motor de passo 18 através de um dispositivo de comutação 31 controlado, por exemplo, pelo dispositivo de controle 29. Esse dispositivo de comutação é formado, por exemplo, por um relé de comutação, cuja lingueta 32 no estado sem corrente (não excitado) do relé é conectada a um contato normalmente fechado 33 - e no estado energizado (excitado) é conectada a um contato normalmente aberto 34. A comutação do dispositivo de comutação é realizada, de preferência, no estado sem corrente. Por exemplo, o dispositivo de controle 29, por meio da resistência 30, monitora a corrente do motor e comuta o dispositivo de comutação 31 apenas quando a corrente que passa através dele fica abaixo de um valor limite. Este pode ser o caso com suficiente desenergização do motor 18. Além disso, pode ser previsto que o dispositivo de controle 29 continue a comutar o dispositivo de comutação 31 apesar de haver corrente; de outra forma, o tempo máximo de fechamento seria excedido.

[028] O enrolamento 26 está ligado por uma extremidade 35 à lingueta de contato e pela referida lingueta de contato à ponte do inversor. Pela sua outra extremidade 36, o enrolamento 26 está diretamente ligado à ponte do inversor. A extremidade 36 é adicionalmente ligada a um circuito de amortecimento capacitivo 37, cuja outra extremidade repousa contra o contato normalmente fechado 33. O circuito de amortecimento capacitivo 37 contém pelo menos um capacitor 38 e possivelmente outros componentes, tais como capacitores, resistores ou elementos indutivos ligados em paralelo ou em série, e possivelmente também componentes não lineares, tais como diodos ou diodos-Z.

[029] O circuito de amortecimento capacitivo 37 está ligado em paralelo ao enrolamento 26 quando o relé de comutação (dispositivo de comutação 31) é desarmado, de tal modo que um arranjo de ressonância LCR formado a partir da indutância L do enrolamento 26, a capacitância do capacitor 38 e a resistência interna R do enrolamento 26 seja formado. A resistência interna R possivelmente dependente da frequência também pode representar adicionalmente as perdas de ferro do motor e outras perdas. O arranjo de ressonância LCR tem, de preferência, um Q de alta qualidade, por exemplo, maior do que 20, uma vez que a frequência de ressonância é definida mais claramente com a qualidade crescente:

[030] A resistência R fica preferencialmente em uma região de poucos ohms, por exemplo, de 4 a 8 Q, a indutância L fica preferencialmente na região de poucos mH, por exemplo, de 10 a 20 mH, e a capacitância C fica preferencialmente na faixa de algumas centenas de nF, por exemplo, de 330 nF.

[031] O atuador de válvula 10, na extensão descrita, funciona na válvula 11 como a seguir:

[032] Primeiramente, assume-se que a válvula 11 deve ser aberta. Para este fim, o circuito de controle 29 é solicitado a ativar o inversor conectado de modo a fornecer impulsos de corrente aos enrolamentos 25, 26 através do dispositivo de comutação 31, tais impulsos de corrente giram o rotor 27 na direção desejada até a posição desejada do elemento de fechamento da válvula 16 ser alcançada após um número predefinido de passos. Nesse estado, os enrolamentos 25, 26 podem continuar a ser energizados desta maneira, de modo que um campo magnético que já não esteja em rotação seja mantido no motor de passo 18, de modo a manter o rotor 27 na posição predefinida.

[033] O ajustamento controlado ou também o fechamento da válvula 11 é normalmente realizado de igual modo por meio do circuito de controle sob a energização controlada dos enrolamentos 25, 26 através da ativação apropriada das pontes do inversor. Um campo magnético girando para trás é criado, o qual pode então girar o rotor 27 para trás e pará-lo também em outras posições. A mola de fechamento 17, com estas ações, tem sempre a função de manter esticada a corrente 22 ou outro meio de tensão, tal como um cabo, uma correia ou semelhante, e pré-carregá-la na direção do fechamento da válvula 11. Entretanto, ela não causa o fechamento, Isto deve ser distinguido do estado sem corrente com válvula fechada e fechamento rápido, de modo a transferir a válvula 11 no caso do atuador sem corrente 10 de maneira controlada para a posição fechada. Este último é realizado da seguinte forma:

[034] No estado sem corrente, a energia disponível para o circuito de controle 29 já não é suficiente para manter a operação controlada do motor. Um pulso de fechamento rápido pode ser acionado desligando a tensão de alimentação do atuador de válvula 10. Nesse caso, o relé de comutação é desativado, ou seja, o dispositivo de comutação 31 produz uma conexão entre a lingueta 32 e o contato normalmente fechado 33. Aqui, o circuito de controle 29 pode ainda estar em operação, de tal modo que incitar a desconexão do relé de comutação. Alternativamente, o desligamento, ou seja, a desenergização da válvula de comutação também pode ser implementada simplesmente pela omissão da tensão de operação. O dispositivo de comutação 31 é, de preferência, controlado de modo a que ocorra uma comutação para o estado sem corrente e, portanto, os contatos do dispositivo de comutação sejam protegidos. Deste modo, o circuito de amortecimento capacitivo 37 está, de qualquer modo, ligado ao enrolamento 26. Ao mesmo tempo, outros circuitos de amortecimento são conectados aos outros enrolamentos.

[035] A mola de fechamento 17 força então o elemento de fechamento da válvula 16 para a posição fechada e, ao fazê- lo, aciona o motor de passo 18 através da engrenagem 19. Esse motor opera a velocidade crescente e, ao fazê-lo, gera uma tensão nos enrolamentos 25, 26. O circuito de ressonância LCR produz uma corrente oscilante. Este processo se estende por todo o trajeto de fechamento da válvula 11. A frequência do circuito w desta oscilação fica, de preferência, abaixo da frequência de ressonância do circuito de ressonância LCR, cuja curva característica de ressonância é mostrada na figura 4. O ponto de trabalho I encontra-se à esquerda, na seção de baixa frequência da curva característica de ressonância. Uma corrente agindo de maneira desaceleradora é criada dessa forma, o que, de acordo com o gráfico da figura 5, causa um torque de desaceleração M.

[036] A correlação entre a tensão do gerador U e a frequência (do circuito) w é fortemente não-linear no ponto de trabalho I de acordo com a figura 4. Isso resulta em uma curva de torque de desaceleração não-linear ainda maior, de acordo com a figura 5. Como pode ser visto, o torque de desaceleração aumenta ou diminui acima da proporcionalidade com pequenas mudanças na velocidade, o que resulta em pequenas mudanças correspondentes à frequência do circuito w da tensão do gerador gerada pelo motor de passo 18. Isso tem um efeito de estabilização de velocidade muito significativo sobre várias forças que atuam sobre o elemento de fechamento da válvula 16.

[037] Deste modo, pode-se assegurar que o motor de passo 18 funciona com rapidez suficiente para fechar a válvula 11 dentro de um tempo máximo e, por outro lado, não muito rapidamente para limitar a energia cinética presente no sistema. Aqui, este processo é dificilmente dependente da curva característica da mola II mostrada na figura 3. Ela pode ser acentuada ou plana. Em qualquer caso, no entanto, ela não passa pelo ponto zero e, portanto, uma força de fechamento ainda está presente, mesmo se o membro de fechamento da válvula 16 estiver assentado na sede da válvula 15.

[038] O regime operacional da válvula 11 e o seu atuador 10 também podem ser limitados a uma simples abertura e fechamento. Para esta finalidade, o motor 18, quando o atuador 10 é energizado, pode se mover para a posição aberta e mantido na mesma. Para desconectar, ou seja, fechar a válvula, a energização é interrompida. A válvula é então fechada na medida em que o motor 18, acionado pela mola de fechamento 17, muda para a posição fechada na operação de gerador com controle de velocidade pelo arranjo de ressonância LCR.

[039] O atuador de válvula 10, de acordo com a invenção, tem um circuito de amortecimento com circuito de amortecimento capacitivo 37, que é ativado com a operação de gerador do motor de passo 18. O circuito de amortecimento, em conjunto com o enrolamento do motor 26, forma um arranjo de ressonância LCR, que atua regulando e estabilizando a velocidade. A velocidade do motor de passo 18 que funciona na operação do gerador é mantida constante dentro dos limites, e mais especificamente, sem intervenção de controle de um circuito de controle. O circuito de amortecimento é, dessa forma, também operável no estado sem corrente do controlador e é seguro, independentemente da fonte de alimentação externa. O fechamento rápido é assim alcançado e o pós-funcionamento excessivo do motor 18 também é evitado de maneira segura. Por um lado, o tempo máximo de fechamento não é superado com segurança, e, por outro lado, a trajetória pós-operação é limitada por uma batente, e a energia de contato na paragem é limitada de maneira segura a uma extensão permissível. Sinais de referência:

Claims

1. Atuador de válvula (10), em particular para válvulas (11) ou válvulas “damper” com função de fechamento automático compreendendo: um motor de passo permanentemente excitado (18), que compreende pelo menos dois enrolamentos (25, 26), que têm uma indutância (L) e uma resistência ôhmica (R), uma engrenagem (19), através da qual o motor de passo (18) pode ser conectado em termos de acionamento a um membro de fechamento de válvula (16) para afastá-lo de uma sede da válvula (15) em uma direção de abertura e em direção a uma sede da válvula (15) em uma direção de fechamento, um recurso de mola (17), que está ligado ao elemento de fechamento da válvula (16) de modo a pré-carregá-lo na direção de fechamento, um circuito de alimentação (28), que está conectado a um dos enrolamentos (25, 26) de modo a energizá-lo para acionar o motor de passo (18), pelo menos um circuito de amortecimento (37) com o circuito de amortecimento capacitivo (38), e pelo menos um dispositivo de comutação (31), que está ligado a um dos enrolamentos (25, 26) e através do qual o enrolamento (26) pode ser conectado ao circuito de alimentação (28) ou ao circuito de amortecimento (37), CARACTERIZADO pela conexão do motor de passo (18) com o circuito de amortecimento (37) pelo dispositivo de comutação (31), e pela operação do motor de passo (18) a uma velocidade tal que a tensão gerada na operação de gerador tem uma frequência (w) inferior da frequência de ressonância de uma estrutura de ressonância (LCR) que consiste no enrolamento (26) e no circuito de amortecimento (37).

2. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um outro circuito de amortecimento (37a) com circuito de amortecimento capacitivo e um outro dispositivo de comutação são previstos, em que o dispositivo de comutação adicional é conectado ao outro dos enrolamentos (25, 26) para conectar o outro enrolamento (25) ao circuito de alimentação (28a) ou ao circuito de amortecimento (37a).

3. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de comutação (31) e o outro dispositivo de comutação são controlados de maneira de comutação sincronizada.

4. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de comutação (31) é um relé de comutação com contato mecânico.

5. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que cada circuito de amortecimento capacitivo (37) contém um capacitor (C), que em conjunto com o enrolamento (26) forma um circuito de ressonância (LCR).

6. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de ressonância (LCR) tem um fator de qualidade (Q) superior a cinco, de preferência superior a dez e, mais preferencialmente, superior a vinte.

7. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o recurso de mola (17) tem uma curva característica de mola que, de acordo com a força (F) aplicada pelo recurso de mola (17), é maior em qualquer ponto da trajetória (x) do elemento de fechamento da válvula (16) do que a soma das forças do atuador de válvula (10) atuando de maneira inibidora.

8. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o recurso de mola (17) tem uma curva característica de mola que, de acordo com a força (F) aplicada pelo recurso de mola (17), é menor em qualquer ponto da trajetória do elemento de fechamento da válvula (16) do que o efeito de desaceleração máximo M que pode ser aplicado pelo circuito de amortecimento (37) no ponto de ressonância.

9. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o recurso de mola (17) tem uma curva característica de força- trajeto com gradiente positivo.

10. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de amortecimento (37) é uma curva característica de torque-velocidade de desaceleração progressivamente crescente.

11. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de amortecimento (37) e o recurso de mola (17) são dimensionados e coordenados entre si de tal modo que a velocidade do motor (w) durante o processo de fechamento é de cinco a quinze vezes, e preferivelmente dez vezes a velocidade de quando se abre a válvula (11).

12. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a engrenagem (19) compreende uma unidade sem engrenagens, por meio da qual a pós-operação torna-se possível, durante a qual a energia cinética restante no atuador após o elemento de fechamento da válvula ser colocado em posição pode ser eliminada.

13. Atuador de válvula, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a engrenagem compreende um meio de tensão flexível para mover o elemento de fechamento da válvula (16).

14. Método para operar um atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: o motor de passo (18) é energizado com corrente através do dispositivo de comutação (31) para abrir a válvula (11), o motor de passo (18) é energizado com corrente de retenção através do dispositivo de comutação (31) para manter a válvula (11), o motor de passo (18) é energizado com corrente através do dispositivo de comutação (31) para fechar a válvula (11), o motor de passo (18), com fechamento rápido da válvula (11), está conectado ao circuito de amortecimento (37) através do dispositivo de comutação (31) e é operado na operação de gerador, e o dispositivo de comutação (31) é preferencialmente controlado de tal modo que o enrolamento (26) é desenergizado no momento da comutação.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o motor de passo (18), com fechamento rápido no circuito de amortecimento (37), é operado a uma velocidade tal que a tensão gerada na operação de gerador tem uma frequência (w) inferior à frequência de ressonância de um arranjo de ressonância (LCR) que consiste no enrolamento (26) e no circuito de amortecimento (37).