ES1295056U - Electroválvula bidireccional con tres vías de paso - Google Patents

Electroválvula bidireccional con tres vías de paso Download PDF

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Abstract

Electroválvula bidireccional con tres vías de paso, prevista para regular el paso de un caudal de un fluido entre una primera toma de entrada (1) en dirección hacia una segunda toma de salida y/o una tercera toma de salida, que comprende un núcleo fijo (4) alojado en el interior de una carcasa exterior (5) y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza generada por un campo magnético, en el que se proporciona además un eje accionador (10) vinculado con el núcleo móvil (6), cuyo eje accionador (10) presenta en un extremo unos medios de obturación que actúan sobre la primera toma de entrada y/o segunda y tercera tomas de salida para permitir su comunicación fluida, estando el campo magnético gobernado por una placa de control (11), caracterizada por el hecho de que incluye un sistema de compensación de presiones que vincula el valor de presión en la primera toma de entrada (1) y el valor de presión en la segunda y tercera tomas de salida (2) y (3), estando el sistema de compensación de presiones asociado al desplazamiento del eje accionador (10), tal que, en una condición desconectada del suministro de corriente para generar el campo magnético, el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida (3), siendo el valor de presión de la tercera toma de salida igual al valor de presión de la toma de entrada, mientras que en una condición encendida donde hay suministro de comente para generar el campo magnético para desplazar el núcleo móvil (6), el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida (3), siendo el valor de presión de la segunda toma de salida igual al valor de presión de la primera toma de entrada (1).

Description

DESCRIPCIÓN
Electroválvula bidireccional con tres vías de paso
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud tiene por objeto el registro de una electroválvula con tres vías de paso prevista para regular un caudal de fluido, preferentemente, agua.
Más concretamente, la invención propone el desarrollo de una electroválvula bidireccional con tres vías de paso prevista para canalizar un caudal de agua que forma parte de un circuito de refrigeración de un motor de combustión de un vehículo convencional a través de una de las dos vías de salida de la electroválvula, aporta unas mejoras en lo que se refiere a prestaciones hidráulicas y funcionales.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, es bien conocido el hecho de que los fabricantes de motores de combustión para vehículos buscan hoy en día reducir los consumos de combustible para ser más eficientes, pero sin implicar un incremento en los costes de fabricación. Uno de los elementos esenciales que intervienen en el funcionamiento son las válvulas que actúan sobre el circuito de refrigeración.
Un tipo de válvulas empleadas en sistemas refrigeración comprende un núcleo fijo alojado en el interior de una carcasa exterior y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza generada por un campo magnético de una bobina, donde se proporciona además un eje accionador vinculado con el núcleo móvil, cuyo eje accionador presenta en un extremo unos medios de obturación que actúan para permitir su comunicación fluida. Sin embargo, se ha observado que aún tienen un consumo eléctrico susceptible de poder reducirse, estando este aspecto vinculado con las emisiones contaminantes que generan los vehículos. Otro aspecto a mejorar detectado es aquel relacionado con la cantidad de material de bobina a utilizar, empleada para generar el campo magnético que actúa sobre el núcleo móvil, que implica un mayor coste de fabricación de la electroválvula, así como un mayor tamaño del conjunto, lo que puede dificultar la ubicación o el diseño de la misma.
Por lo tanto, existe aún una necesidad de una electroválvula adecuada para circuitos de refrigeración que forma parte de motores de combustión o completamente eléctricos que pueda soportar valores de presión elevados y permita trabajar de una forma bidireccional según las necesidades o requisitos de funcionamiento de la electroválvula.
Además, el solicitante no tiene conocimiento en la actualidad de una invención que disponga de todas las características que se describen en esta memoria.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar una electroválvula 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 una Electroválvula bidireccional con tres vías de paso, prevista para regular el paso de un caudal de un fluido entre una primera toma de entrada en dirección hacia una segunda toma de salida y/o una tercera toma de salida, que comprende un núcleo fijo alojado en el interior de una carcasa exterior y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza generada por un campo magnético, en el que se proporciona además un eje accionador vinculado con el núcleo móvil, cuyo eje accionador presenta en un extremo unos medios de obturación que actúan sobre la toma de entrada y/o tomas de salida para permitir su comunicación fluida, estando el campo magnético gobernado por una placa de control.
En particular, la invención se caracteriza por el hecho de que incluye un sistema de compensación de presiones que vincula el valor de presión en la toma de entrada y el valor de presión en la segunda y tercera tomas de salida, estando el sistema de compensación de presiones asociado al desplazamiento del eje accionador,
tal que, en una condición desconectada (OFF) del suministro de corriente para generar el campo magnético, el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida, siendo el valor de presión de la tercera toma de salida igual al valor de presión de la toma de entrada,
mientras que en una condición encendida (ON) donde hay suministro de corriente para generar el campo magnético, el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida, siendo el valor de presión de la segunda toma de salida igual al valor de presión de la toma de entrada.
Gracias a estas características, se obtiene una electroválvula que forma parte de un sistema de refrigeración de un vehículo de combustión interior o eléctrico, que proporciona unas mejoras vinculadas con las prestaciones hidráulicas y funcionales, así como una reducción de consumo eléctrico al requerir menos cantidad de material para la fabricación de la bobina, gracias al diseño interior de la electroválvula. Por consiguiente, esta reducción de consumo eléctrico permite reducir el consumo de combustible del motor de combustión.
Esta electroválvula permite por lo tanto una reducción de las emisiones en los vehículos con motores de combustión, siendo especialmente adecuada para vehículos que emplean motores de combustión combinados con motores eléctricos, comúnmente conocidos como vehículos híbridos, o vehículos con funcionamiento completamente eléctrico.
En una realización preferible, el sistema de compensación de presiones anteriormente mencionado comprende un primer paso que transcurre en sentido longitudinal que conecta la tercera toma de salida con una cámara estanca compensatoria, estando la cámara compensatoria en comunicación fluida con la segunda toma de salida a través de un orificio obturable mediante una junta de sellado.
En particular, la invención comprende un sistema de retorno elástico para el eje accionador que está comprendido por un elemento elástico principal y un elemento elástico secundario distanciados entre sí.
Ventajosamente, la electroválvula puede incluir unos medios de detección de posicionamiento del eje accionador, de modo que permite conocer en todo momento la posición real del eje y garantizar el correcto funcionamiento.
Preferiblemente, los medios de detección de posicionamiento del eje accionador comprenden un sensor hall ubicado en la placa de control que detecta la posición de un imán acoplado en un extremo del eje accionador.
Según otro aspecto de la invención, el eje accionador comprende tres piezas que están alineadas y acopladas entre sí, siendo:
una primera porción extrema acoplada al núcleo móvil;
una segunda porción intermedia acoplada con la primera porción, estando provista de una junta de sellado que actúa sobre la cámara compensatoria, y en la cual está acoplado el elemento elástico principal; y
una tercera porción extrema acoplada con la segunda porción intermedia, que está provista de los medios de obturación.
También de forma ventajosa, la segunda toma de salida y/o tercera toma de salida incluye un filtro de retención de partículas, de modo que evita que partículas no deseables circulen a través de los conductos acoplables a la toma de entrada y las dos tomas de salida, dado que hay que tener en cuenta que esta disposición permite trabajar bidireccionalmente y no únicamente en una sola dirección.
La electroválvula descrita representa, pues, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Otras características y ventajas de la electroválvula 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 una realización de la electroválvula bidireccional con tres vías de paso de acuerdo con la presente invención;
Figura 2.- Es una vista en alzado seccionado de la electroválvula bidireccional en una condición de funcionamiento apagada (OFF);
Figura 3.- Es una vista en alzado seccionado de la electroválvula bidireccional en una condición de funcionamiento encendida (ON);
Figura 4.- Es una vista en alzado seccionado de la electroválvula bidireccional en una condición transitoria, es decir, el instante de tiempo que tiene lugar cuando se impide el paso en la tercera toma de salida; y
Figura 5.- Es una vista de detalle en alzado seccionado de la zona de la electroválvula donde están presentes los medios de obturación.
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.
Además, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción y en las reivindicaciones se utilizan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronológico. Los términos pueden intercambiarse en circunstancias apropiadas y las realizaciones de la invención pueden operar en otras secuencias que las descritas o ilustradas en la presente memoria descriptiva.
Además, los términos superior, inferior, arriba, abajo y similares en la descripción y las reivindicaciones se utilizan con fines descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas.
De acuerdo con una realización de la electroválvula de la invención prevista para regular el paso de un caudal de un fluido entre una primera toma de entrada (1) en dirección hacia una segunda toma de salida (2) y/o una tercera toma de salida (3), comprende un núcleo fijo (4) alojado en el interior de una carcasa exterior (5) o también denominado en esta memoria cuerpo hidráulico, hecha de cualquier material adecuado, y un núcleo móvil (6) de material ferromagnético capaz de desplazarse axialmente con relación a dicho núcleo fijo (4) una carrera predeterminada a través de un agujero por la acción de una fuerza generada por un campo magnético. El núcleo móvil está fijado a un eje accionador, indicado de forma general con la referencia (10) provisto de los medios de obturación que se describen más adelante con detalle.
Mencionar que la primera toma de entrada (1), la segunda toma de salida (2) y la tercera toma de salida (3) están conformadas por extensiones interiormente huecas que sobresalen perpendicularmente con respecto a la carcasa exterior (5), tal como puede verse en la figura 1. Adicionalmente, la superficie exterior de la primera toma de entrada (1), la segunda toma de salida (2) y la tercera toma de salida (3) presentan una región (100, 200, 300) en relieve que ayuda a mantener los correspondientes conductos (no representados) a estar acoplados en tales primera toma de entrada (1), segunda toma de salida (2) y tercera toma de salida (3).
Este campo magnético es creado por una bobina (7) conectada a una fuente de suministro eléctrico externa por medio de un terminal de conexión (8) asociada a la placa de control (11) ubicada en la parte superior. Dicha bobina (7) está ubicada en un núcleo bobina (9). Resaltar que la placa de control o PCB (11) dispone de un sistema regulador mediante un programa de software configurado para regular la corriente aplicada a la bobina (7), de tal manera que aplica una corriente inicial alta (hasta completar la carrera magnética con la fuerza máxima), y posteriormente reduciendo la corriente a un valor más bajo para mantener el estado de encendido de la electroválvula. Este sistema regulador permite reducir el consumo de energía solicitada a una batería presente en el vehículo (no mostrada) y reducir también la temperatura generada por la bobina durante la condición encendida de la electroválvula. Del mismo modo también está previsto que el programa de software mantenga la corriente de activación independientemente de la temperatura ambiental existente alrededor de la electroválvula y la tensión recibida.
De forma más precisa, los medios de obturación comprenden un elemento obturador (12) conformado por una sección transversal sensiblemente en forma de I, de modo que tiene una primera región discoidal (121) con una superficie de cierre enfrentada a un asiento (13) asociado a la segunda toma de salida y una segunda región discoidal (122) con una superficie de cierre enfrentada a un asiento (14) asociado a la tercera toma de salida (3), estando la primera y segunda regiones discoidales unidas entre sí por un tramo intermedio (123) de menor diámetro que la primera y segunda superficies de cierre. Tal elemento obturador (12) está fijado en una porción del eje (10) mediante una pieza de sujeción (24) que se acopla a éste mediante una unión por clipaje.
Para reducir la energía necesaria para el desplazamiento del eje accionador, se proporciona un sistema de compensación de presiones que vincula el valor de presión en la toma de entrada (1) y el valor de presión en la segunda y tercera tomas de salida (2, 3), estando el sistema de compensación de presiones asociado al desplazamiento del eje accionador (10).
Haciendo particular referencia al sistema de compensación de presiones comprende un primer paso (15) (indicado mediante líneas discontinuas) que conecta la tercera toma de salida con una cámara estanca compensatoria (16), estando la cámara compensatoria (16) en comunicación fluida con la segunda toma de salida a través de un orificio obturable mediante una junta de sellado (17) fijada al eje accionador (10).
Adicionalmente, a fin de que el eje accionador (10) regrese a su posición de una forma sencilla y rápida, comprende un sistema de retorno elástico para el eje accionador que está comprendido por un elemento elástico principal (18) y un elemento elástico secundario (19) distanciados entre sí. Dichos dos elementos elástico principal (18) y secundario (19) consisten cada uno de ellos en resortes helicoidales.
Adicionalmente, la electroválvula está provista de unos medios de detección de posicionamiento del eje accionador (10). Tales medios de detección de posicionamiento del eje accionador (10) comprenden un sensor hall (20) ubicado en la placa de control o PCB (11) que detecta la posición de un imán (21) acoplado en un extremo del eje accionador (10).
Ahora, volviendo de nuevo al eje accionador (10) comprende tres piezas que están alineadas y acopladas entre sí, que se detallan tal como sigue:
Una primera porción extrema (101) acoplada al núcleo móvil y que aloja parcialmente el elemento elástico secundario (19); una segunda porción intermedia (102) acoplada con la primera porción extrema (101), estando provista de un par de juntas de sellado (17) que actúan sobre la cámara compensatoria (16), y en la cual está acoplado el elemento elástico principal (18); y una tercera porción extrema (103) acoplada con la segunda porción intermedia (102), que está provista del elemento obturador (12) anteriormente citado.
Tanto la segunda toma de salida (2) como la tercera toma de salida (3) incluyen un filtro de retención de partículas (22).
Por otro lado, a fin de que la bobina (7) esté completamente aislada de posibles fugas de líquido procedente de la zona de recorrido del caudal de fluido, se proporciona internamente un capuchón protector (23) que aísla no solamente la bobina (7) sino también la parte electrónica de la electroválvula, asegurando que no se produzca un contacto con líquido.
En funcionamiento de la electroválvula descrita anteriormente se expone seguidamente:
Cuando la electroválvula se encuentra en la posición apagada (OFF) (véase la figura 2), los elementos elásticos principal y secundario (18 y 19) están en una posición de reposo, estando la primera región discoidal (121) del elemento obturador (12) en contacto con el asiento (13), de modo que la toma de entrada (1) y la tercera toma de salida (3) en comunicación fluida. En esta posición apagada (OFF), el valor de presión de la segunda toma de salida (2) esté en equilibrio de presiones con la toma de entrada (1) y la toma de salida (3), siendo el valor de presión de la toma de entrada (1) el mismo que el valor de presión de la toma de salida (3), dado que la cámara compensatoria (16) está llena del líquido que ha pasado a través del primer paso (15).
Por otro lado, cuando la válvula está en la posición transitoria (véase la figura 3), es decir, en la posición intermedia para ir de la posición apagada (OFF) a la posición de funcionamiento (ON) que corresponde también con el instante de tiempo que tiene lugar cuando se bloquea el paso del caudal de agua a la tercera toma de salida, el núcleo móvil (6) se desplaza solidariamente con el eje accionador (10) una carrera sin hace tope aún con la parte superior del núcleo fijo (4). El elemento elástico principal (18) se comprime mientras que el elemento elástico secundario (19) se mantiene en reposo. A su vez la carrera que ha realizado el núcleo móvil (6) es tal que la segunda región discoidal (122) está haciendo tope con el asiento (14) asociado a la tercera toma de salida (3). Gracias a la configuración de esta etapa de transitoria se reduce la corriente de activación necesaria trascurridos 100 milisegundos.
Cuando la electroválvula en la posición de funcionamiento (ON) (véase la figura 4), la segunda región discoidal (122) se mantiene haciendo tope con el asiento (14) a la vez que el núcleo móvil (6) sigue avanzado hasta hacer tope con el núcleo fijo (4), llevándose a cabo la compresión del elemento elástico secundario (19). Cabe mencionar que el elemento elástico secundario (19) debe tener más fuerza elástica que el elemento elástico principal (18) para evitar que el elemento obturador (12) se mueva de forma no deseada. En esta posición de funcionamiento (ON), el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida (3), siendo el valor de presión de la segunda toma de salida igual al valor de presión de la primera toma de entrada (1).
Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, empleados en la fabricación de la electroválvula de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que no se aparten del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.
Listado de referencias principales
1. Toma de entrada
2. Segunda toma de salida
3. Tercera toma de salida
4. Núcleo fijo
5. Carca exterior
6. Núcleo móvil
7. bobina
8. terminal de conexión
9. núcleo bobina
10. eje accionador
11. placa de control PCB
12. elemento obturador
13. asiento
14. asiento
15. primer paso
16. cámara compensatoria
17. juntas de sellado
18. elemento elástico principal
19. elemento elástico secundario
20. sensor hall
21. imán
22. filtro de retención
23. Capuchón protector
24. pieza de sujeción

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Electroválvula bidireccional con tres vías de paso, prevista para regular el paso de un caudal de un fluido entre una primera toma de entrada (1) en dirección hacia una segunda toma de salida y/o una tercera toma de salida, que comprende un núcleo fijo (4) alojado en el interior de una carcasa exterior (5) y un núcleo móvil desplazable axialmente a través de un agujero con relación a dicho núcleo fijo por la acción de una fuerza generada por un campo magnético, en el que se proporciona además un eje accionador (10) vinculado con el núcleo móvil (6), cuyo eje accionador (10) presenta en un extremo unos medios de obturación que actúan sobre la primera toma de entrada y/o segunda y tercera tomas de salida para permitir su comunicación fluida, estando el campo magnético gobernado por una placa de control (11), caracterizada por el hecho de que incluye un sistema de compensación de presiones que vincula el valor de presión en la primera toma de entrada (1) y el valor de presión en la segunda y tercera tomas de salida (2) y (3), estando el sistema de compensación de presiones asociado al desplazamiento del eje accionador (10), tal que, en una condición desconectada del suministro de corriente para generar el campo magnético, el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida (3), siendo el valor de presión de la tercera toma de salida igual al valor de presión de la toma de entrada,
mientras que en una condición encendida donde hay suministro de corriente para generar el campo magnético para desplazar el núcleo móvil (6), el valor de presión de la segunda toma de salida está en equilibrio de fuerzas con el valor de presión de la tercera toma de salida (3), siendo el valor de presión de la segunda toma de salida igual al valor de presión de la primera toma de entrada (1).
2. Electroválvula según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el sistema de compensación de presiones comprende un primer paso que conecta la tercera toma de salida con una cámara estanca compensatoria, estando la cámara compensatoria en comunicación fluida con la segunda toma de salida a través de un orificio obturable mediante juntas de sellado.
3. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que comprende un sistema de retorno elástico para el eje accionador (10) que está comprendido por un elemento elástico principal (18) y un elemento elástico secundario (19) distanciados entre sí.
4. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que incluye medios de detección de posicionamiento del eje accionador.
5. Electroválvula según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que los medios de detección de posicionamiento del eje accionador (10) comprenden un sensor hall ubicado en la placa de control (11) que detecta la posición de un imán acoplado en un extremo del eje accionador (10).
6. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que el eje accionador (10) comprende tres piezas que están alineadas y acopladas entre sí, siendo:
una primera porción extrema acoplada al núcleo móvil (6);
una segunda porción intermedia acoplada con la primera porción extrema, estando provista de juntas de sellado (17) que actúa sobre la cámara compensatoria, y en la cual está acoplado el elemento elástico principal (18); y
una tercera porción extrema acoplada con la segunda porción intermedia, que está provista de los medios de obturación.
7. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que la segunda toma de salida y/o tercera toma de salida incluye un filtro de retención de partículas (22).
8. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que los medios de obturación comprenden un elemento obturador (12) conformado por una sección transversal sensiblemente en forma de I, de modo que tiene una primera región discoidal con una superficie de cierre enfrentada a un asiento asociado a la segunda toma de salida y una segunda región discoidal con una superficie de cierre enfrentada a un asiento asociado a la tercera toma de salida (3), estando la primera y segunda regiones discoidales unidas entre sí por un tramo intermedio de menor diámetro que la primera y segunda superficies de cierre.
9. Electroválvula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que placa de control (11) dispone de un programa de software configurado para regular la corriente aplicada a la bobina (7), de tal manera que el valor de corriente eléctrica es susceptible de variar en la condición encendida.
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