ES1205862U - Actuador electromagnético - Google Patents

Abstract

1. Actuador electromagnético (1), que comprende unos medios electromagnéticos alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador (2) a través del interior de un alojamiento (3), presentando los medios electromagnéticos un primer y segundo bobinados anulares dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador (2), caracterizado por el hecho de que cada uno de los bobinados (4, 5) está vinculado a un respectivo núcleo fijo de material ferromagnético y un respectivo núcleo móvil de material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador (2), estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada, y estando el eje actuador (2) acoplado de forma solidaria a los núcleos móviles, tal que en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador (2) cada uno de los bobinados (4, 5) crea un campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea, actuando cada bobinado (4, 5) sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador (2).

Description

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Actuador electromagnético OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud tiene por objeto el registro de un actuador electromagnético.

Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un actuador electromagnético basado en el uso de dos bobinados que permite fuerzas constantes elevadas durante una larga carrera de un eje actuador de una forma eficiente y una configuración constructiva relativamente simple.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro del sector de la automoción, en aplicaciones de actuadores eléctricos se puede distinguir entre electroimanes y, por otro lado, actuadores basados en el uso de motores eléctricos, los cuales requieren habitualmente un mecanismo reductor mecánico y/o un conversor para convertir un movimiento rotativo en un movimiento lineal.

Los actuadores basados en electroimanes presentan ciertas ventajas respecto a los actuadores basados en motores eléctricos cuando un eje actuador debe realizar una carrera relativamente corta (por ejemplo, inferior a 10mm) y fuerzas media-bajas (por ejemplo, inferior a 50N), siendo tales ventajas una mayor velocidad de actuación, conjuntos constructivamente más simples y un menor coste de fabricación. Por el contrario, cuando se elevan las carreras o fuerzas, los factores vinculados con el volumen, peso, corriente y coste necesarios en los electroimanes se incrementan negativamente, por lo que no resultan eficientes frente a los actuadores motorizados.

Mencionar también que es conocido en el estado de la técnica sistemas basados en el uso de imanes permanentes presentes en el interior de un electroimán, no obstante, presentan el principal inconveniente de que su coste de fabricación se incrementa notablemente debido esencialmente al propio coste de los imanes permanentes.

Además, el solicitante no tiene conocimiento en la actualidad de una invención que disponga de todas las características que se describen en esta memoria.

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La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un actuador electromagnético que se configura como una novedad dentro del campo de aplicación y resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.

Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar un actuador electromagnético, que comprende unos medios electromagnéticos alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador a través del interior de un alojamiento. Más en particular, la invención se caracteriza por el hecho de que los medios electromagnéticos comprenden un primer y segundo bobinados anulares dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador, estando cada uno de los bobinados vinculado a un respectivo núcleo fijo de material ferromagnético y un respectivo núcleo móvil de material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador, estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada, y estando el eje actuador acoplado de forma solidaria a los núcleos móviles, tal que en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador cada uno de los bobinados crea un campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea, actuando cada bobinado sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador.

Gracias a estas características, se pueden obtener fuerzas constantes elevadas durante una larga carrera del eje actuador, por ejemplo, superior a los 15 milímetros, de modo que permite valores de fuerza-carrera difícilmente alcanzables con electroimanes convencionales manteniendo el mismo volumen o tamaño e intensidad de corriente con un coste de fabricación eficiente.

Este actuador puede ser aplicado para conjuntos actuadores previstos para pedales de automóviles, tal como el pedal del acelerador, sistemas de freno de mano, para el bloqueo/desbloqueo de embragues hidráulicos, para el pilotaje de válvulas reguladoras de fluidos (EGR), etc.

De forma preferente, cada uno de los bobinados puede encontrarse alojado en un porta- carretes independiente.

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Ventajosamente, el eje actuador está hecho de un material no ferromagnético.

Preferentemente, el núcleo fijo vinculado con el primer bobinado presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, un tramo de la cara interior del núcleo fijo vinculado con el segundo bobinado situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador presenta una superficie cónica que es complementaria con la forma cónica definida en un tramo de extremo de la cara exterior del núcleo móvil, tal que en una condición operativa en la que el eje actuador se encuentra en la posición más extendida sobresaliendo del alojamiento el tramo cónico del núcleo móvil está enfrentado a la superficie cónica del núcleo fijo.

Preferentemente, cada uno de los bobinados presenta un número distinto de espiras y, más preferentemente, el primer bobinado presenta un número de espiras mayor que el segundo bobinado.

Adicionalmente, el actuador electromagnético incluye un elemento de guía de forma tubular interiormente hueca situado en un orificio central del alojamiento, en el interior del cual se mueven los núcleos móviles vinculados a los dos bobinados.

Otras características y ventajas de la mesa objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Es una vista en perspectiva de un actuador electromagnético de acuerdo con la presente invención;

Figura 2.- Es una vista en planta del actuador electromagnético de la invención;

Figura 3.- Es una vista en sección del actuador electromagnético de la invención;

Figura 4.- Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por un actuador electromagnético comprendido por un solo bobinado vinculado un único núcleo fijo y móvil;

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Figura 5.- Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por el actuador electromagnético en una primera condición operativa;

Figura 6.- Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por el actuador electromagnético en una segunda condición operativa;

Figura 7.- Es un gráfico que representa la relación entre fuerza y la carrera que ejecuta el eje actuador en un electroimán convencional (A) formado por un solo núcleo móvil y fijo y un electroimán (B) de acuerdo con la invención: y

Figura 8.- Es un gráfico que representa la relación entre fuerza y la carrera que ejecuta el eje actuador, donde se observa la fuerza resultante (Fr) debido a los dos bobinados, la fuerza (Fs) ejercida por el bobinado superior y la fuerza (Fi) ejercida por el bobinado inferior sobre el eje actuador.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.

Este actuador electromagnético, indicado de forma general con la referencia (1), puede formar parte de un conjunto para un freno de mano, un pedal acelerador, un actuador para el control y gestión de válvulas para la circulación de líquidos (por ejemplo, el líquido anticongelante de un circuito de refrigeración de motor, circuito de aceite, etc.), estando comprendido por unos medios electromagnéticos (detallados más adelante) alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador (2), hecho de un material no ferromagnético, a través del interior de un alojamiento (3) de forma generalmente cilíndrica.

Mencionar que las referencias relacionadas con la orientación, tales como superior e inferior se basan en la posición representada en las figuras 1 a 3.

En concreto, los medios electromagnéticos comprenden un primer bobinado superior (4) anular y un segundo bobinado inferior (5) anular dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí a través de un hilo continuo conductor, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador (2). Cada uno de los bobinados superior e inferior (4, 5) respectivamente, se encuentra vinculado a un respectivo núcleo fijo de material

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ferromagnético superior e inferior (6, 7) respectivamente, y un respectivo núcleo móvil (8, 9) también hecho de un material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador, estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada. De esta manera, en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador cada uno de los bobinados crea un circuito o campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea (véase las figuras 5 y 6), actuando cada bobinado sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador (2). La fuerza total que realiza este actuador electroimán (1) es la suma de las fuerzas de los dos núcleos móviles ya que los dos núcleos móviles (8, 9) están solidarios al eje actuador (2).

A diferencia de un electroimán convencional, las líneas de flujo magnético son creadas por un bobinado (100) que generan una fuerza magnética de atracción entre un único núcleo móvil (200) y un único núcleo fijo (300).

Cada uno de los bobinados superior e inferior (4, 5) está ubicado en un porta-carretes independiente (10, 11).

El núcleo fijo vinculado con el primer bobinado presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado (4).

Por otro lado, un tramo de la cara interior del núcleo fijo vinculado con el segundo bobinado (5) situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador presenta una superficie cónica que es complementaria con la forma cónica definida en un tramo de extremo (90) de la cara exterior del núcleo móvil (9), tal que en una condición operativa en la que el eje actuador (2) se encuentra en la posición más extendida sobresaliendo del alojamiento el tramo cónico del núcleo móvil está enfrentado a la superficie cónica del núcleo fijo.

El actuador electromagnético incluye un elemento de guía (12) de material no ferromagnético de forma tubular interiormente hueca situado en un orificio central del alojamiento, en el interior del cual se mueven los núcleos móviles vinculados a los dos bobinados (4, 5).

Mencionar que el primer bobinado (4) presenta un número de espiras mayor que el segundo bobinado (5) y por consiguiente, tiene mayores dimensiones, por lo que el campo magnético

superior proporciona una mayor contribución de fuerza cuando el entrehierro (h) es máximo (carrera cero) dado que el entrehierro (h) entre el núcleo fijo (6) y el núcleo móvil (8) está minimizado utilizando las formas geométricas de atracción cilíndricas, estando este núcleo fijo (6) dimensionado de modo que para carreras medias o altas (tal como igual o superior a 5 15mm.) se encuentra saturando y proporcionando poca contribución de fuerza. Por el

contrario, el campo magnético generado por el bobinado inferior (5) proporciona poca contribución de fuerza cuando el entrehierro (h) es máximo pero una máxima contribución en carreras medio-altas, al presentar tramos del núcleo móvil (9) y núcleo fijo (7) formas geométricas de atracción cónicas con un ángulo de conicidad predeterminado, es decir, una 10 geometría que reduce su espesor de forma progresiva para forzar su saturación magnética cuando el tramo cónico del núcleo móvil (9) está introducido en el núcleo fijo (7).

Para evitar interferencias entre los dos campos magnéticos creados por los bobinados (4, 5) durante su funcionamiento, se proporcionan un núcleo centrador (13, 14) con una forma 15 sensiblemente anular y de material ferromagnético vinculado a un respectivo bobinado (4, 5), estando cada uno de ellos situado en la parte superior de cada uno de los bobinados (4, 5).

Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, empleados en la 20 fabricación del actuador electromagnético de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que no se aparten del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims (8)

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   1. Actuador electromagnético (1), que comprende unos medios electromagnéticos alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador (2) a través del interior de un alojamiento (3), presentando los medios electromagnéticos un primer y segundo bobinados anulares dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador (2), caracterizado por el hecho de que cada uno de los bobinados (4, 5) está vinculado a un respectivo núcleo fijo de material ferromagnético y un respectivo núcleo móvil de material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador (2), estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada, y estando el eje actuador (2) acoplado de forma solidaria a los núcleos móviles, tal que en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador (2) cada uno de los bobinados (4, 5) crea un campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea, actuando cada bobinado (4, 5) sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador (2).
2. 2. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada uno de los bobinados (4, 5) está alojada en un correspondiente porta-carretes independiente (10, 11).
3. 3. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el eje actuador (2) está hecho de un material no ferromagnético.
4. 4. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el núcleo fijo vinculado con el primer bobinado (4) presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado (4).
5. 5. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que un tramo de la cara interior del núcleo fijo (7) vinculado con el segundo bobinado (5) situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador (2) presenta una superficie cónica (70) que es complementaria con la forma cónica definida en un tramo de extremo (90) de la cara exterior del núcleo móvil (9), tal que en una condición operativa en la que el eje

   actuador se encuentra en la posición más extendida sobresaliendo del alojamiento el tramo cónico del núcleo móvil está enfrentado a la superficie cónica del núcleo fijo.
6. 6. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de 5 que cada uno de los bobinados (4, 5) presenta un número distinto de espiras.
7. 7. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el primer bobinado (4) presenta un número de espiras mayor que el segundo bobinado (5).

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8. 8. Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incluye un elemento de guía (12) de forma tubular interiormente hueco situado en un orificio central del alojamiento (3), en el interior del cual se mueven los núcleos móviles vinculados a los dos bobinados (4, 5).

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