BR9812231B1 - atuador eletromagnético. - Google Patents

Description

" ATUADOR ELETROMAGNÉTICO"

A invenção refere-se a um atuador eletromagnético paramover um contato para um estado ligado ou desligado, compreendendo umahaste de atuação de contato, deslocável na direção longitudinal entre umaprimeira posição, correspondente ao estado desligado, e uma segundaposição, correspondente ao estado ligado, um núcleo feito de materialmagnetizável e adaptado à haste de atuação de contato, uma bobina deligação que interage com o núcleo, uma peça de pólo feita de materialmagnetizável e da qual a face voltada em direção ao núcleo, na primeiraposição da haste de atuação de contato, é arranjada a uma distância deintervalo de ar daquela superfície do núcleo que corre perpendicularmente àdireção do deslocamento e, na segunda posição, fica tão próximo quantopossível da mencionada superfície de núcleo, um cabeçote, feito de materialmagnetizável o circuito de fluxo magnético da bobina de ligação através dapeça de pólo e do núcleo, um dispositivo de imã permanente para manter ahaste de atuação do contato na primeira posição, e uma mola que pré-carregaa haste de atuação do contato, em sua segunda posição, em direção à primeiraposição. Um atuador deste tipo é conhecido pelo pedido de patente britânicoGB-A-2.289.374.

Há um número de considerações iniciais que são importantespara atuadores eletromagnéticos e que tratam da segurança de comutação edo tempo de serviço de um comutador a vácuo empregado em redes dedistribuição de voltagem média:

1. A ligação deve ocorrer rapidamente, de modo que danoscausados pela queima das superfícies de contato como conseqüência defaiscamento sejam limitados.

2. Manutenção do estado ligado deve ser obtida com umapressão de contato suficientemente elevada, devido, ao contrário, a excessivaresistência de contato acarretar em dissipação entre os contatos, o que podecausar que eles se tornem soldados juntos. Isto ocorre primariamente sobaltas correntes de curto-circuito.

3. A abertura dos contatos deve ocorrer com um alto nível deimpulso, de modo a abrir quaisquer contatos que possam ter ficado soldadosjuntos.

4. A abertura dos contatos deve também ocorrer a altavelocidade, de modo a limitar a extensão pela qual as superfícies de contatoficam queimadas como resultado do arco produzido.

5. Em nome da confiabilidade operacional do mecanismoacionador, deve-se pensar em manter o número de componentes tão baixoquanto possível. A falha de um comutador pode, geralmente, ser atribuída auma falha do mecanismo de acionamento.

6. De modo a ser capaz de fazer uso máximo da capacidade decomutação disponível, é desejável, por vezes, desligar em um momentoespecífico da curva de corrente ou voltagem. Em um sistema trifásico, estemomento de comutação pode diferir para cada fase, e o padrão de comutaçãopode também variar a cada vez, dependendo das condições.

No passado, os primeiros cinco pontos da consideração foramsatisfeitos por sistemas mecânicos que atuavam com base na energiaarmazenada em molas. Estes sistemas também permitem que tempos deretardo constantes sejam obtidos. Todavia, por vezes estes acionadores aindafalham.

O pedido de patente britânico acima mencionado refere-se aum atuador bi-estável que opera com um conjunto de imãs permanentes, umabobina e uma mola. Tão logo uma corrente é suprida à bobina, o contato semove para o estado fechado ou ligado. O campo de bobina gerado pelacorrente é orientado na mesma direção do campo magnético do imãpermanente. A força magnética total causa a fácil excitação, apenas umapequena corrente sendo necessária para mover os contatos para o estadoligado. No estado ligado, a mola é comprimida e a haste de atuação é mantidano lugar pelos imãs permanentes. O campo dos imãs permanentes exerce umaforça sobre a haste de atuação maior do que a força da mola e dirigidaopostamente à força da mola. Assim que o estado ligado dos contatos éatingido, a corrente elétrica através da bobina pode ser interrompida.

De modo a mover os contatos para o estado aberto oudesligado, um pulso de corrente elétrica é suprido à bobina, gerando umcampo que é direcionado opostamente ao dos imãs permanentes. A força dahaste de atuação gerada pelo campo dos imãs permanentes é, desse modo,parcialmente eliminada, de modo que a haste de atuação é pressionada, porum lado, pela energia armazenada na mola para a posição correspondente aoestado desligado e, por outro lado, um tanto desacelerada pela força residualgerada pelos imãs permanentes. Por conseguinte, este conhecido atuador nãosatisfaz as demandas impostas pelo inventor de que o desligamento deva serrápido. Isto pode ser atribuído ao fato do fluxo magnético, quando movendoestes contatos para o estado desligado, ser reduzido muito lentamente noestado ligado dos contatos.

O tempo de ligação de um atuador é definido como o tempoentre o início da excitação da bobina de ligação e o ponto em que os contatosatuados pelo atuador entram em contato um com outro. No caso de atuadorespara atuar contatos que sejam adequados para a comutação de forçaselevadas, o tempo de ligação é muito grande e não pode ser reproduzido.

Devida à auto-indução elevada da bobina de ligação do atuador, a correnteaumenta lentamente até o nível máximo atingível. Se, durante este aumentoda corrente, a força de tração do atuador for suficientemente grande parasuperar a força oposta ocorrendo no estado desligado (como resultado de,inter alia, atrito, mola de desligamento, temperatura etc...), a parte móvel doatuador, ou seja, a haste de atuação do contato, começa a se mover. Omomento em que isto acontece depende, inter alia, de tolerâncias daintensidade de corrente e do atrito. O tempo de ligação, ou seja, o tempodecorrido da ligação da corrente até que os contatos sejam realmentefechados, é difícil de ser predito e o tempo de ligação é, desse modo, variávele não reproduzível.

O objetivo da invenção é prover um atuador do tipomencionado no preâmbulo, no qual os problemas acima mencionados sãoevitados e por meio do qual, inter alia, comutadores a vácuo podem serligados ou desligados em um tempo controlado, sendo possível desligar oscomutadores muito rapidamente, ligar os comutadores em um momentocontrolado e, se necessário, manter os comutadores a vácuo em dois estadosestáveis.

Este objetivo é atingido de acordo com um primeiro aspectoda invenção, pelo fato de uma bobina de desligar estar presente, a qual, para ofim de mover a haste de atuação do contato da segunda posição para aprimeira posição, é excitada de modo a eliminar o campo magnético dodispositivo de imã permanente pelo menos temporariamente, e pelo fato docircuito de fluxo magnético do dispositivo de imã permanente ser separadodaquele da bobina de ligação.

Devido ao fato do circuito magnético do imã permanente e oda bobina de ligação serem separados, o caminho do fluxo dos imãspermanentes pode ser mais curto, de modo que imãs menores sejamsuficientes, com o resultado do tamanho do atuador poder ser menor. Devidoao fato dos imãs permanentes serem menores, a influência deles dura menostempo no desligamento, de modo que uma alta velocidade de desligamento éatingida. Além disso, a mencionada separação de caminhos de fluxo permiteque a bobina de ligação seja utilizada otimamente. Além disso, no atuador deacordo com a invenção uma alta potência de manutenção é atingida no estadoligado.

Deve ser notado que o pedido de patente internacional WO95/07542 descreve um atuador eletromagnético bi-estável, no qual um imãpermanente, um núcleo móvel e duas bobinas são usados. Este atuador temtambém a desvantagem do fluxo magnético estar sempre fechado através imãpermanente que atua como um intervalo de ar dos campos das bobinas. Comoresultado, este atuador conhecido não é suficientemente eficaz.

Refinamentos e configurações adicionais do primeiro aspectoda invenção estão descritos nas sub-reivindicações.

Além disso, um segundo aspecto da invenção refere-se a umatuador eletromagnético para mover um contato para um estado de ligado oudesligado, compreendendo uma haste de atuação do contato deslocável madireção longitudinal entre uma primeira posição correspondendo ao estadodesligado, e uma segunda posição, correspondente ao estado ligado, umnúcleo feito de material magnetizável e adaptado à haste de atuação docontato, uma bobina de ligação que interage com o núcleo, uma peça de pólofeita de material magnetizável e da qual a face voltada para o núcleo, naprimeira posição da haste de atuação do contato, é arranjada a uma distânciade intervalo de ar daquela superfície do núcleo que corre perpendicularmenteà direção do deslocamento e, na segunda posição, fica tão próximo quantopossível da mencionada superfície de núcleo, e um cabeçote, feito de materialmagnetizável, para fechar o circuito de fluxo magnético da bobina de ligaçãoatravés da peça de pólo e o núcleo, e caracterizado pelo fato de umdispositivo de travamento estar presente, o qual atua sobre a haste de atuaçãodo contato, ser movido para o estado travado quando a haste de atuação docontato assume a primeira posição e ser travado após um períodopredeterminado após o instante no qual uma corrente é suprida à bobina deligação, cujo período é maior do que o tempo de instalação da força sobre ahaste de atuação do contato necessária para superar a força oposta ocorrendona primeira posição da haste de atuação do contato.

A invenção baseia-se no travamento da parte móvel, emparticular da haste de atuação do contato, do atuador na primeira posiçãoresultando em que uma corrente pode ser criada na bobina de ligaçãopresente até que a intensidade desta corrente seja suficiente para a partemóvel começar a se mover imediatamente quando o dispositivo detravamento for destravado. O instante no qual a movimentação se inicia édeterminada, então, não pela intensidade da corrente na bobina de ligação,mas, ao contrário, pelo destravamento do dispositivo de travamento.

Outros refinamentos de configurações da invenção estãodescritos nas sub-reivindicações.

A invenção será explicada abaixo em maior detalhe, comreferência aos desenhos, nos quais:

a fig. 1 mostra uma seção ao longo do eixo da haste de atuaçãodo atuador de acordo com a invenção, no estado desligado do contatoassociado;

a fig. 2 mostra uma vista lateral deste atuador no mencionadoestado;

a fig. 3 mostra uma seção transversal através do atuador noestado ligado; e

a fig. 4 mostra uma vista lateral do atuador mostrado na fig. 3;

a fig. 5 mostra uma seção ao longo do eixo da haste de atuaçãode uma configuração do atuador de acordo com a invenção no estadodesligado do contato associado e possuindo um dispositivo de travamentoeletromagnético;

a fig. 6 mostra uma vista lateral do atuador mostrado na fig. 5,no estado mencionado;

a fig. 7 mostra uma seção transversal através de outraconfiguração do atuador de acordo com a invenção, no estado ligado epossuindo um dispositivo de travamento mecânico;

a fig. 8 mostra uma vista lateral do atuador mostrado na fig. 7;a fig. 9 mostra gráficos da corrente ligada de um conhecidoatuador e de um atuador de acordo com a invenção como uma função dotempo.

A configuração do atuador de acordo com a invenção que estámostrada nas figuras compreende uma haste de atuação do contato 1 que écapaz de mover o contato 2 para um estado fechado ou ligado (ver fig. 4) eum estado aberto ou desligado (ver fig. 2). Para este fim, a haste de atuaçãodo contato é montada de modo a ser deslocável na direção longitudinal epoder, assim, mover-se entre uma primeira posição correspondente ao estadodesligado do contato 2, e uma segunda posição, correspondente ao estadoligado do contato 2. Nesta configuração, o contato 2 é acomodado em umaassim chamada "garrafa de vácuo".

Além disso, uma mola de compressão de contato 3 estápresente no atirador, cuja mola, no estado ligado do contato 2 (ver fig. 4), écomprimida, pressionando assim as peças de contato do contato 2 uma contraa outra, para obter a desejada pressão de controle.

Além disso, esta mola de compressão de contato 3, nesteestado de ligado do contato 2, pré-carrega a haste de atuação 1 na direção desua primeira posição.

Um núcleo 4, que interage com um conjunto de bobinas deligação 5, é adaptado à haste de atuação do contato 1. Estas bobinas 5circundam o núcleo e a peça de pólo 6. O núcleo e a peça de pólo são feitosde material magnetizável. Na primeira posição, ou seja, no estado desligadodo contato 2, a qual é mostrada na fig. 1, aquelas superfícies do núcleo 4 e dapeça de pólo 6 que ficam voltadas uma para a outra possuem uma distânciade intervalo de ar di entre elas. Quando o atuador estiver para ser movido doestado desligado, a primeira posição da haste de atuação do contato 1, queestá mostrada na fig. 1 no estado ligado, a segunda posição da haste deatuação do contato 1, que está mostrada na fig. 3, o conjunto de bobinas 5 éexcitado por um breve período, com o resultado do núcleo 4 ser movido emdireção à peça de pólo 6 até que as superfícies mutuamente faceadas destenúcleo e a peça de pólo 6 fiquem tão próximas uma da outra quanto possível.

Como resultado, a mola pré-carregada 3 é carregada ainda mais, comomostrado na fig. 4.

Uma vez que considerações de eficácia de energia conduzirama uma curta duração de excitação ser selecionada, a haste de atuação tem queser mantida na segunda posição contra a força de compressão de contato damola 3. Para este fim, um dispositivo de imã permanente é provido, o qual, naconfiguração mostrada, compreende os imãs permanentes 7. A direção Norte-Sul destes imãs permanentes fica na direção transversal ao eixo da haste eatuação 1. Estes imãs permanentes 7 interagem com uma armadura 8 que, naconfiguração mostrada, compreende dois elementos de armadura 9 quecorrem transversalmente ao eixo da haste de atuação e são feitos de materialmagnetizável. Como mostrado na fig. 3, a haste e atuação é mantida noestado ligado, a segunda posição da haste de atuação 1, que está mostrada nafig. 3, por meio da atração entre o imã 7 e os elementos da armadura 9, na fig.3, o circuito de fluxo magnético associado II está indicado diagramaticamentepor meio de uma linha contínua e, em defesa da clareza, está apenasdesenhado no imã permanente 7 da mão direita. O circuito de fluxomagnético das bobinas 5 está diagramaticamente indicado apenas sobre olado da mão direita pela linha I As partes do cabeçote, que serão descritasabaixo, asseguram que os circuitos de fluxo magnético I e II estejamfechados.

É claro que os circuitos de fluxo magnético I e II das bobinasde ligação 5 e o imã permanente 7, respectivamente, estão completamenteseparados um do outro.

Os imãs permanentes ficam dispostos de tal modo que suasforças de atração sejam negligíveis, mesmo com um intervalo de ar que sejamenor do que 0,5mm. Como resultado, eles não afetarão a movimentação dedesligamento do atuador.

Ao contrário dos atuadores conhecidos, o sistema demanutenção do atuador de acordo com a invenção que, na configuraçãopreferencialmente usada, compreende os imãs permanentes 7 e os elementosde armadura 9, é formado de tal modo que o fluxo dos imãs permanentesatravessa duas vezes um intervalo de ar eficaz (ver circuito de fluxo II).Como resultado, uma força de manutenção que é igualmente dobrada éatingida. Ao desligar, a força de manutenção, de per si, tem um efeito adversosobre a movimentação de desligamento. Entretanto, neste projeto, o intervaloduplo de ar significa que a força que os imãs permanentes exercei sobre aarmadura quando desligando diminui muito rapidamente à medida que ointervalo de ar se torna maior, de modo que o efeito adverso desaparecemuito rapidamente.

O circuito de fluxo magnético I das bobinas de ligação 5 passaatravés do núcleo 4, da peça de pólo 6 e dos cabeçotes 10.

O dispositivo de imã permanente é também provido comelementos guia de fluxo 11, 12 que guiam o fluxo magnético para e atravésdo elemento de armadura 9.

De preferência, os cabeçotes 10 e as peças de guia de fluxo 11,12 são produzidos como uma entidade única, de modo que não haja maisqualquer necessidade de ajustes entre os intervalos de ar dj e d2.

Além disso, o núcleo 4 e os elementos de armadura 9compreendem uma única unidade, núcleo e elemento de armadura sendoconectados por uma peça de conexão 13. Esta peça de conexão 13. Depreferência, possui uma dimensão transversal menor do que o núcleo 4 e oselementos de armadura 9.

O atuador é desligado pela bobina de desligamento 14, que édisposta de tal modo que, na excitação, o campo magnético que é geradocomo resultado opõe-se ao campo magnético dos imãs permanentes.Excitação em forma de pulso já é suficiente. A energia de desligamento éprovida pela liberação da mola 3 de compressão de contato e, se apropriado,por uma mola de desligamento adicional.

Na configuração mostrada, uma derivação 15 é provida, pormeio da qual a energia de manutenção do sistema de manutenção e asensibilidade da bobina deslocável de desligamento 14 pode ser afetada (vercaminho de fluxo III). Também deve ser notado que os atuadores existentespossuem uma ação de desligamento excessivamente lenta. Isto é um resultadode compromissos serem feitos entre o uso eficaz dos circuitos magnéticos,intervalos de ar e fluxo de dispersão, como apropriado, o uso de imãspermanentes e o número de bobinas de controle. Estas desvantagens sãoremediadas aqui. As vantagens do atuador eletromagnético bi-estável deacordo com a invenção são:

1. Alta força de manutenção no estado ligado.

2. Alta velocidade de desligamento.

3. Otima utilização do imã permanente devido aos circuitosmagnéticos separados e ao uso de duplo intervalo de ar para o circuitomagnético permanente.

O segundo aspecto da invenção é explicado com base em umatuador bi-estável mostrado nas figs. 5-8. Deve ser notado que a invençãopode ser empregada em qualquer tipo de atuador.

A configuração do atuador de acordo com a invenção que estámostrada nas figuras compreende uma haste de atuação do contato 1 que écapaz de mover o contato 2 para um estado fechado ou ligado (ver fig. 8) eum estado aberto ou desligado (ver fig. 6). Para este fim, a haste de atuaçãodo contato é montada de modo a ser deslocável na direção longitudinal epoder, assim, mover-se entre uma primeira posição, correspondente ao estadodesligado do contato 2, e uma segunda posição, correspondente ao estadoligado do contato 2. Nesta configuração, o contato 2 fica acomodado em umaassim chamada "garrafa de vácuo".

Além disso, uma mola de compressão de contato 3 está presente no atuador, cuja mola, no estado ligado do contato 2 (ver fig. 8), ficacomprimida, pressionando, desse modo, as peças de contato do contato 2uma contra a outra, de modo a obter a desejada pressão de contato. Alémdisso, esta mola de compressão de contato 3, neste estado ligado do contato2, pré-carrega a haste de atuação 1 na direção de sua primeira posição.

Um núcleo 4, que interage com um conjunto de bobinas deligação 5, é adaptado à haste de atuação do contato 1. Estas bobinas 5circundam o núcleo e a peça de pólo 6. O núcleo e a peça de pólo são feitosde material magnetizável. Na primeira posição, ou seja, no estado desligadodo contato 2, o qual está mostrado na fig. 5, estas superfícies do núcleo 4 e apeça de pólo 6 voltadas uma para outra possuem uma distância de intervalode ar d] entre elas. Quando o atuador for movido do estado desligado, aprimeira posição da haste de atuação do contato 1, mostrada na fig. 5 noestado ligado, a segunda posição da haste de atuação do contato 1, mostradana fig. 7, o conjunto de bobinas 5 é excitado por um curto período, com oresultado do núcleo 4 ser movido em direção à peça de pólo 6 até que assuperfícies faceadas mutuamente deste núcleo e peça de pólo 6 fiquem tãopróximas quanto possível uma da outra. Como resultado, a mola pré-carregada 3 é adicionalmente carregada, como mostrado na fig. 8.

Uma vez que as considerações de eficácia de energiaconduziram a uma curta duração de excitação ser selecionada, a haste deatuação tem que ser mantida na segunda posição contra a força da mola decompressão de contato 3. Para este fim, um dispositivo de imã permanente éprovido, o qual, na configuração mostrada, compreende os imãs permanentes7. A direção Norte-Sul destes imãs permanentes corre na direção transversalao eixo da haste de atuação 1. Estes imãs permanentes 7 interagem com umaarmadura 8 que, na configuração mostrada, compreende dois elementos dearmadura 9 que correm transversalmente ao eixo da haste de atuação e sãofeitos de material magnetizável. Como mostrado na fig. 7, a haste de atuaçãoé mantida no estado ligado, a segunda posição da haste de atuação 1, que estámostrada na fig. 7, por meio da atração entre o imã 7 e os elementos daarmadura 9. Na fig. 7, o circuito de fluxo magnético associado II estáindicado diagramaticamente por meio de uma linha contínua e, por clareza,está apenas desenhada para o imã permanente da mão direita. O circuito defluxo magnético das bobinas 5 está diagramaticamente ilustrado apenas dolado da mão direita pela linha I. As partes do cabeçote, que serão descritasabaixo, asseguram que os circuitos de fluxo magnético I e II estejamfechados.

É evidente que os circuitos de fluxo magnético I, II dasbobinas de ligação 5 e o imã permanente 7, respectivamente, sãocompletamente separados um do outro.

Os imãs permanentes ficam dispostos de tal modo que a forçade atração deles é negligenciável, mesmo com um intervalo de ar que sejamenor do que 0,5mm. Como resultado, eles não afetarão a movimentação dedesligamento do atuador.

Ao contrário dos atuadores conhecidos, o sistema demanutenção do atuador de acordo com a invenção que, na configuração usadapreferencialmente compreende os imãs permanentes 7 e os elementos dearmadura 9, é formado de tal modo que o fluxo dos imãs permanentes cruzaduas vezes um intervalo de ar eficaz (ver circuito de fluxo II). Comoresultado, uma força de manutenção de per si tem um efeito adverso sobre amovimentação de desligamento. Entretanto, neste projeto, o intervalodobrado de ar significa que a força que os imãs permanentes exercem sobre aarmadura quando desligando diminui muito rapidamente à medida que ointervalo de ar se torna maior, de modo que o efeito adverso desaparecemuito rapidamente.

O circuito de fluxo magnético I das bobinas de ligação passaatravés do núcleo 4, a peça de pólo 6 e dos grafos 10.

O dispositivo de imã permanente é provido também comelementos de guia de fluxo 11, 12 que guiam o fluxo magnético para eatravés do elemento de armadura 9.

De preferência, os cabeçotes 10 e as peças guias de fluxo 11,12 são produzidos como uma entidade única, de modo a não haver maisnecessidade de ajustamentos entre os intervalos de ar di e d2.

Além disso, o núcleo 4 e os elementos de armadura 9compreendem uma única unidade, núcleo e elemento de armadura sendoconectados por uma peça de conexão 13. Esta peça de conexão 13, depreferência, tem uma dimensão transversal menor do que o núcleo 4 e oselementos de armadura 9.

O atuador é desligado pela bobina de desligamento 14, a qualfica disposta de tal modo que na excitação, o campo magnético que é geradocom um resultado, opõe-se ao campo magnético dos imãs permanentes.Excitação em forma de pulso já é suficiente. A energia de desligamento éprovida pela liberação da mola de compressão de contato 3 e, se apropriado,por uma mola de desligamento adicional.

Na fig. 9, a corrente de ligação I de um atuador conhecido éplotada ao longo das ordenadas e o tempo t é plotado ao longo das abscissas.

No tempo to, uma voltagem é conectada aos terminais dabobina de ligação e a corrente de ligação através da bobina de ligaçãoaumenta lentamente, como mostrado pela linha contínua até que a corrente deligação 1, no momento ti, tenha atingido o nível I], cujo nível está associadoà força oposta que tem que ser superada, no estado desligado do atuador, demodo a mover este atuador para o estado ligado. No tempo tb amovimentação de ligação dos contatos atuados pelo atuador é iniciada, cujoscontatos ficam em contato um com o outro somente no tempo t2. Após otempo t2 a corrente de ligação I começa a crescer novamente até o nívelmáximo. A força oposta é dependente de fatores como, inter alia, o atrito noatuador, a sua mola de desligamento, cujos fatores são suscetíveis devariações, em particular sob a influência de temperatura.

As influências acima podem originar uma força oposta quecorresponde ao nível I2 da corrente de ligação. Se uma voltagem for suprida àbobina de ligação no tempo to, a corrente de comutação crescerá novamente,como mostrado pela linha contínua e crescerá, então, mais ainda, comomostrado pela linha tracejada-pontilhada. No tempo Í3, o nível I2 seráatingido, após o que a movimentação de ligação do atuador é iniciada. Notempo t5, os contatos que serão atuados pelo atuador ficam em contato umcom outro. O tempo e ligação que é associado à corrente Ii é, desse modo,igual a t2 - to, enquanto no caso do nível I2, o tempo de ligação é t5 -10, demodo que o tempo de ligação ode variar e não é reproduzível. Além disso, avoltagem associada á corrente de ligação pode variar, de modo que, a umavoltagem inferior, a corrente de ligação I segue, como exemplo, a curvaindicada por uma linha tracejada. Pode ser visto pelo gráfico que no nível elimiar I, o atuador começa sua movimentação de ligação no tempo U,enquanto no nível de limiar I2, a movimentação de ligação é iniciada notempo t6. Aparece, desse modo, que o tempo de ligação do atuador édependente também, por uma extensão considerável, da voltagem de ligação.

A variação relativamente alta no tempo de ligação sob pequenas variações no nível de limiar e/ou de voltagem de suprimento para aligação do atuador é reduzida de acordo com a invenção, pelo fato de umdispositivo de travamento 16 que atua sobra a haste de atuação do contato 1ser usado. Este dispositivo de travamento é movido para o estado travadoquando a haste de atuação assume a primeira posição, a qual corresponde aoestado de desligamento do atuador. Quando a voltagem ou corrente deligação é ligada, o dispositivo de travamento 16 permanece no estado travadoaté que um período predeterminado tenha decorrido desde o instante no quala corrente de ligação tenha sido ligada. Este período é maior do que o tempode estabelecimento da força sobre a haste de atuação do contato que énecessária para superar a força posta ocorrendo na primeira posição da hastede atuação do contato 1. Em outras palavras, o período é, por exemplo, maiordo que te -10, cujo tempo t6 é o tempo máximo que pode ser esperado sob oefeito cumulativo de influências mútuas de reforço.

O período pode ser ajustado como uma função da corrente deligação e, de preferência, expira quando a corrente através da bobina deligação tiver atingido um nível que seja maior do que o nível que é necessáriopara superar a força oposta ocorrendo na primeira posição da haste deatuação do contato 1. O início da movimentação de ligação é, desse modo,independente da força variável oposta do atuador no estado desligado. Emuma outra configuração, este período tem uma duração independente fixamaior do que te -10. Onde t>t6,1 é maior e, desse modo, também a força. Pelacomparação com a situação sem travamento, uma menor bobina de ligação ésuficiente, devido à bobina de ligação ser melhor utilizada.

O comportamento ligado quando destravado pode ser visto naparte da mão direita da curva na fig. 9, o pulso de destravamento sendoemitido em tlO, tll-tlO sendo o tempo de resposta do destravamento deligação.

Este tempo de resposta é muito mais curto e mais reproduzíveldo que o tempo de resposta no caso de um atuador sem destravamento. Osmomentos de comutação tl2 e tl2', associados com as correntes de bobina deligação que variam em decorrência das tolerâncias, ficam muito maispróximos juntos do que t2 e t5 que ilustram os momentos de comutação semtravamento.As figs. 5 e 6 mostram uma versão eletromagnética dodispositivo de travamento 16, enquanto as figs. 7 e 8 ilustram uma versãomecânica do dispositivo de travamento 16.

O dispositivo de travamento 16 mostrado nas figs. 5 e 6compreende um imã permanente 17 que é disposto em uma posição fixa,como indicado pela área sombreada. Na posição desligado mostrado nas figs.5 e 6, o elemento de armadura 9 apoia-se nas placas de pólo 18, de modo queno estado desligado o circuito magnético do imã permanente fique fechadosobre as placas de pólo 18 e o elemento de armadura 9. Como resultado, oelemento de armadura 9é mantido no lugar, como o núcleo associado 4 e ahaste de atuação do contato 1. O dispositivo de travamento 16 é aindaprovido de uma bobina 19 com enrolamento 20, o núcleo da bobina apoiadonas placas de pólo 18.

Quando uma corrente é suprida às bobinas de ligação 5, oatuador é mantido no estado desligado mostrado nas figs. 5 e 6 e, dessemodo, a haste de atuação do contato 1 é mantida em sua primeira posição, oscontatos 2 atuados pela mencionada haste 1 permanecendo separados um dooutro. Após a corrente ser ligada, a corrente nas bobinas de ligação 5 éestabelecida. O atuador, mesmo se a força oposta estivesse para serestabelecida, permanecerá no estado desligado até que, após um período pré-selecionado em seguida ao tempo de ligação da corrente de ligação, umacorrente seja suprida ao enrolamento 20 da bobina 19, cuja corrente possuiuma magnitude e direção tais que o campo do imã permanente 17 sejaeliminado. Depois, sob a influência da corrente de ligação das bobinas deligação 5, a haste de atuação do contato 1 pode ser movida para um estadoligado, no qual o contato 2 fica fechado. O estado ligado do atuador, com ocontato 2 fechado, está mostrado nas figs. 7 e 8. Entretanto, estas figurasmostram um atuador com um dispositivo de travamento mecânico.

O período de tempo é selecionado como sendo maior do que otempo de estabelecimento da força de tração do atuador no qual as partesmóveis do atuador começam a se mover. A duração do período pode serderivada da corrente de ligação ou pode ter um valor fixo.

O dispositivo de travamento mecânico 16 mostrado nas figs. 7e 8 compreende dois elementos de travamento que, na primeira posição dahaste de atuação do contato, encaixam-se um no outro e mantêm a haste deatuação do contato fixa nesta posição. Um elemento de trava é formado, naconfiguração mostrada pelas figs. 7 e 8, pelo prendedor 21 que é fixo aoelemento de armadura 9. O outro elemento de trava, neste caso, tem a formade um prendedor de garra 22 que pode pivotar ao redor do pino 23. Esteprendedor de garra 22 é pré-carregado, na posição mostrada, pela mola decompressão 24. A posição do prendedor de garra 22 pode ser mudada pormeio de um dispositivo de controle que, neste caso, é formado pelo atuadorauxiliar 25 diagramaticamente ilustrado, o qual pode ser um atuadoreletromagnético de baixa potência,

Quando o atuador é movido para o estado desligado pelosuprimento de uma corrente para a bobina de desligamento 14, o prendedor21 e o prendedor de garra 22 encaixam-se um no outro, especificamente pormeio das extremidades livres em forma de gancho dos mencionadosprendedores. Se uma corrente for suprida então às bobinas de ligação 5 demodo a ligar o atuador, o encaixe entre os prendedores 21 e 22 é mantido atéque uma voltagem ou corrente seja suprida ao atuador auxiliar 25 parapermitir o prendedor de garra 22 girar para a direita, de modo que oprendedor 21 seja liberado do prendedor de garra 22. Este projeto mecânicodo dispositivo de travamento 16 mantém também o estado desligado doatuador até que um período tenha decorrido, o qual é maior do que o tempode estabelecimento da força sobre a haste de atuação do contato 1 necessáriapara superar a força oposta ocorrendo na primeira posição da haste deatuação do contato 1.Aqui também, o período de tempo pode ser derivado dacorrente suprida à bobina de ligação ou pode ter um valor fixo independente.

A corrente de controle do atuador auxiliar 25 ou doenrolamento 20 da bobina 19 poderia ser derivada por meio de umcomparador (não mostrado), a corrente de ligação sendo suprida para umaentrada do comparador enquanto uma corrente de referência é suprida para asua outra entrada, cuja corrente de referência é maior do que o nívelnecessário para superar a força oposta na primeira posição da haste deatuação do contato. A corrente de controle do atuador auxiliar 25 ou doenrolamento 20 da bobina 19, opcionalmente após a amplificação ouprocessamento, pode então ser suprida à saída do comparador.

Na configuração com um período fixo de tempo, umcomutador de tempo (não mostrado) pode ser usado possuindo um períodopredeterminado de tempo fixo, cuja duração pode ser selecionada de acordocom as considerações descritas acima. O comutador de tempo é iniciadoquando a corrente de ligação da bobina de ligação do atuador é ligada e o fimdo período de tempo pode ainda ficar depois do momento no qual a correntede ligação tenha atingido seu nível máximo.

Claims (19)

1. Atuador eletromagnético para mover um contato (2) paraum estado de ligado ou desligado, compreendendo uma haste de atuação docontato (1) deslocável na direção longitudinal entre uma primeira posição,correspondendo ao estado desligado, e uma segunda posição, correspondendoao estado ligado, um núcleo (4) feito de material magnetizável e conectado àhaste de atuação do contato (1), uma bobina de ligação (5), que interage como núcleo (4), uma peça de pólo (6) feita de material magnetizável e da qual aface voltada para o núcleo (4), na primeira posição da haste de atuação docontato (1), é disposta a uma distância de intervalo de ar (di) daquelasuperfície do núcleo (4) que corre perpendicularmente à direção dedeslocamento e, na segunda posição, fica tão próximo quanto possível dasuperfície de núcleo, um cabeçote (10) feito de material magnetizável parafechar o circuito de fluxo magnético da bobina de ligação através da peça depólo (6) e o núcleo (4), um dispositivo de imã permanente (8) para manter ahaste de atuação do contato (1) na primeira posição, e uma mola (3) que pré-carrega a haste de atuação do contato, em sua segunda posição, em direção àprimeira posição, caracterizado pelo fato de uma bobina de desligamento (14)estar presente, a qual é excitada de modo a eliminar o campo magnético dodispositivo de imã permanente ao menos temporariamente, e pelo fato docircuito de fluxo magnético do dispositivo de imã permanente (8) serseparado daquele da bobina de ligação (5).

2. Atuador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de um elemento de armadura (9), que corre transversalmente ao eixoda haste de atuação (1) e é feito de material magnetizável, ser conectado àhaste de atuação do contato e o dispositivo de imã permanente ser provido deelementos de guia de fluxo (11, 12) que guiam o fluxo magnético em direçãoe através do elemento de armadura (9).

3. Atuador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato do dispositivo de imã permanente compreender pelomenos um imã permanente (7) que é disposto de tal modo que a sua direçãoNorte-Sul é transversal em relação ao eixo da haste de atuação do contato (1),pelo fato dos elementos de guia de fluxo (11, 12) serem dispostos sobre olado do Pólo Norte e sobre o lado do Pólo Sul do imã (7), cujos elementospossuem superfícies que correm perpendicularmente ao eixo da haste deatuação do contato (1), que, na sua primeira posição, fica a uma distância deintervalo de ar (d2) do elemento de armadura (9) e que, na segunda posição,apoia-se no último, e pelo fato da bobina de desligamento (14) serposicionada em um plano perpendicular ao eixo da haste de atuação docontato (1) e sobre aquele lado dos elementos de guia de fluxo (11, 12) quefica oposto ao elemento de armadura (9), a superfície interna da bobina dedesligamento (14) ficando alinhada com aquele lado do imã permanente (7)que fica direcionado para a haste de atuação do contato (1).

4. Atuador, de acordo com a reivindicação 2 ou 3,caracterizado pelo fato dos cabeçotes (10) das bobinas de ligação e oselementos de guia de fluxo (11, 12) do dispositivo de imã permanenteformarem uma única unidade.

5. Atuador, de acordo com a reivindicação 2, 3 ou 4,caracterizado pelo fato do núcleo (4) e do elemento de armadura (9)consistirem de uma única unidade, núcleo e elemento de armadura sendoconectados por uma peça de conexão (13).

6. Atuador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato da peça de conexão (13) ter uma dimensão transversal menor do queo núcleo (4) e o elemento de armadura (9).

7. Atuador, de acordo com a reivindicação 4, 5 ou 6,caracterizado pelo fato de, no estado ligado do contato (2), o intervalo de ar(di) entre o núcleo (4) e a peça de pólo (6) ser mínima, mas não zero.

8. Atuador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2a 7, caracterizado pelo fato de uma derivação magnética (15) ser acomodadano circuito de fluxo magnético (II) do imã permanente.

9. Atuador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato da mola ser, pelo menos parcialmente, formadapela mola de compressão de contato.

10. Atuador eletromagnético para mover um contato (2) paraum estado de ligado ou desligado, compreendendo uma haste de atuação docontato (1) deslocável na direção longitudinal entre uma primeira posição,correspondendo ao estado desligado, e uma segunda posição, correspondendoao estado ligado, um núcleo (4) feito de material magnetizável e conectado àhaste de atuação do contato (1), uma bobina de ligação (5) que interage como núcleo (4), uma peça de pólo (6) feita de material magnetizável e da qual aface voltada para o núcleo (4), na primeira posição da haste de atuação docontato (1), é disposta a uma distância de intervalo de ar (di) daquelasuperfície do núcleo (4) que corre perpendicularmente à direção dedeslocamento e, na segunda posição, fica tão próximo quanto possível dasuperfície de núcleo, e um cabeçote (10) feito de material magnetizável parafechar o circuito de fluxo magnético da bobina de ligação através da peça depólo (6) e o núcleo (4), um dispositivo de imã permanente (8) para manter ahaste de atuação do contato (1) na primeira posição, e uma mola (3) que pré-carrega a haste de atuação do contato, em sua segunda posição, em direção àprimeira posição, caracterizado pelo fato de um dispositivo de travamento(16) estar presente, o qual atua sobre a haste de atuação do contato (1), e sermovido para o estado travado quando a haste de atuação do contato (1)assume a primeira posição e que é destravado após um períodopredeterminado após o instante em que uma corrente é suprida à bobina deligação (5), cujo período é maior do que o tempo de estabelecimento da forçasobre a haste de atuação do contato (1) que é necessária para superar a forçaoposta ocorrendo na primeira posição da haste de atuação do contato.

11. Atuador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato do período expirar quando a corrente através da bobina de ligação(5) tiver atingido um nível que seja maior do que o nível que é necessáriopara superar a força oposta ocorrendo na primeira posição da haste deatuação do contato (1).

12. Atuador, de acordo com a reivindicação 10 ou 11,caracterizado pelo fato do período de tempo ter uma duração fixaindependente.

13. Atuador, de acordo com a reivindicação 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato do dispositivo de travamento (16) compreender umimã permanente (17), o qual mantém a haste de atuação do contato (1) na suaprimeira posição, e uma bobina (19) para eliminar o campo do imãpermanente (17).

14. Atuador, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de um comparador estar presente, a corrente de ligação da bobina deligação (5) sendo suprida para uma entrada do mesmo e um sinal dereferência sendo suprido à outra entrada, e a saída do mesmo sendo acopladaà bobina (19).

15. Atuador, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato da bobina (19) ser controlada por um comutador de tempopossuindo uma duração fixa predeterminada.

16. Atuador, de acordo com a reivindicação 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato do dispositivo de travamento (16) compreender doiselementos de travamento que, na primeira posição da haste de atuação docontato (1), encaixam-se um no outro e mantêm a haste de atuação do contatofixa nesta posição, e pelo fato de um dispositivo de controle estar presente, oqual, após o período de tempo, desencaixa os elementos de trava.

17. Atuador, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato do dispositivo de controle ser um atuador eletromagnético auxiliar.

18. Atuador, de acordo com a reivindicação 16 ou 17,caracterizado pelo fato de um comparador estar presente, a corrente deligação da bobina de ligação (5) ser suprida a uma entrada do mesmo e umsinal de referência ser suprido à outra entrada, e a saída do mesmo seracoplada ao dispositivo de controle.

19. Atuador, de acordo com a reivindicação 16 ou 17,caracterizado pelo fato do dispositivo de controle ser controlado por umcomutador de tempo possuindo uma duração fixa predeterminada.