ES2258876B1 - Accionamiento elevalunas mixto piezoelectrico y manual. - Google Patents

Abstract

Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual. Se presenta un mecanismo elevalunas para vehículos a motor que normalmente funciona mediante el accionamiento de un motor piezoeléctrico cuyo estator (1)-(2)-(3) se encuentra bloqueado por el accionamiento de la pieza móvil (14), y cuyo rotor (4) es solidario a la polea que tracciona la cadena, cable, correa u otro elemento unido a la luna. En caso de interrupción de la alimentación eléctrica la pieza móvil (14) es empujada por el resorte (16) hacia el exterior del disco (3), permitiendo el movimiento giratorio del estator, a cuyo eje (6) está permanentemente acoplada la manivela (7), permitiendo el accionamiento manual de la luna. Esta invención posibilita llevar permanentemente acoplada la manivela de actuación manual en un sistema elevalunas eléctrico, y todo ello mediante un mecanismo compacto de tamaño reducido.

Description

Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual.

Sector de la técnica

Sector del automóvil, accionamientos eléctricos

Estado de la técnica

Los elevalunas eléctricos de los vehículos de motor tanto industriales como de turismo que se comercializan actualmente están accionados mediante un motor electromagnético controlado por el usuario a través de interruptores eléctricos. En caso de choque o inmersión en agua (caídas a ríos, canales, pantanos o mar), el sistema eléctrico queda inutilizado, siendo imposible la apertura de las ventanas del vehículo. Si en esta situación la puerta del vehículo se bloquea (por deformación debida al golpe en caso de colisión, o por la presión del agua en caso de inmersión), los ocupantes del vehículo no pueden salir del mismo y pueden perecer, bien por incendio (colisión) o por falta de oxígeno (inmersión).

El motor eléctrico de un sistema elevalunas convencional, mediante un tornillo sinfín y una corona dentada acoplada a una polea, arrastra los cables, o cadena u otros elementos móviles sujetos a la luna, consiguiéndose de esta forma el movimiento de apertura y cierre de la misma. Si se corta el suministro eléctrico el motor queda inutilizado, por lo que la única posibilidad de apertura de la luna consistiría en la disponibilidad de un sistema manual a manivela clásica que permita una maniobra rápida y segura de la polea accionadora, desembragando, a su vez, el eje de la corona dentada, ya que este se encontraría bloqueado debido al alto par de rozamiento del tornillo
sinfin.

Las patentes ES 1 004 560 U y ES 512.099/3 muestran sistemas que permiten el accionamiento manual de elevalunas eléctricos mediante la inserción de una manivela en el caso de que el motor eléctrico deje de funcionar. Estas soluciones están orientadas a la mejora del confort de los usuarios en cuanto a la necesidad de seguir actuando sobre la luna aún y cuando el dispositivo automático se haya estropeado, y no permiten mantener insertada la manivela durante el funcionamiento automático ya que esta giraría solidariamente a la polea en un caso y no permitiría el funcionamiento automático en el otro. Por ello no son adecuadas para situaciones de emergencia, en el cual la secuencia de actuación debe ser rápida, sencilla y eficaz, lo que requiere una manivela permanentemente instalada y presente en todo momento.

Se pueden presentar invenciones que solucionan el problema del acoplamiento permanente con la reductora mediante el empleo de un embrague automático que en caso de alimentación eléctrica normal, y mediante el concurso de un electroimán, desembraga la manivela y embraga la polea con el eje de salida de la reductora clásica de elevalunas, mientras que si no hay alimentación eléctrica disponible un resorte asegura el acoplamiento manivela/polea y desembraga el eje de salida de la reductora. Las soluciones que tratan de aprovechar los componentes usuales de los elevalunas eléctricos actuales, logrando la doble funcionalidad automático manual mediante la adición de un embrague automático, ven incrementado el número de piezas y la complejidad del sistema, y por consecuencia, se disminuye la fiabilidad y aumenta el peso y el coste.

Explicación de la invención

La idea fundamental de la invención consiste en un dispositivo capaz de actuar como un elevalunas automático convencional en situación normal y como un elevalunas manual en situaciones de emergencia, de corte de suministro voluntario o de avería, sin que para ello haya que realizar ninguna manipulación y permitiendo la instalación permanente de la manivela. Para ello se utiliza una estructura de actuación de apertura/cierre de elevalunas totalmente novedosa, basada en un motor piezoeléctrico, por lo que se consigue una apreciable reducción de número de piezas, volumen y peso y un aumento de la fiabilidad, ya que el motor piezoeléctrico, caracterizado por su baja velocidad de giro y alto par permite eliminar la reductora. El motor piezoeléctrico se puede situar en un lateral de la polea de tracción, de forma compacta, eliminando el volumen ocupado por el motor de corriente continua tradicional. Asimismo, y gracias al alto par de fricción entre el estator y el rotor del motor piezoeléctrico aún y cuando este no está alimentado, se elimina la necesidad de un complicado embrague automático.

El funcionamiento del motor piezoeléctrico se corresponderá al de un motor ultrasónico a ondas progresivas. El estator del motor dispone de un anillo de material cerámico piezoeléctrico que se deforma ante la presencia de un campo eléctrico. Mediante el empleo de un juego de electrodos alimentados de forma adecuada, se pueden generar deformaciones variables que excitan los modos de flexión del anillo, creando una onda estacionaria en el mismo. Si se dispone de un segundo juego de electrodos desfasado un cuarto de longitud de onda, se creará una segunda onda estacionaria en el anillo. Con una alimentación adecuada de los dos juegos de electrodos, las dos ondas estacionarias se combinarán para dar lugar a una única onda progresiva, que avanzará a lo largo del anillo. En esta situación, las partículas de la superficie del estator describen un movimiento elíptico retrógrado. Si se apoya un objeto contra esta superficie, dicho objeto será arrastrado, por fricción, en el sentido inverso al de la propagación de la onda. Gracias al mecanizado de la superficie del anillo del estator en forma de dientes, se aumenta el desplazamiento horizontal de la elipse descrita por el punto de contacto.

El dispositivo elevalunas que se presenta dispone, en su parte central, de un motor rotativo piezoeléctrico, coaxial con la polea de elevalunas que traicionará los cables, cadena, correa u otro medio que vaya sujeto a la luna, y coaxial también a la manivela de actuación manual. El eje de la manivela estará acoplado, mediante chaveta o similar, al estator del motor piezoeléctrico, que es donde se producirán las ondas ultrasónicas progresivas características de este tipo de motores. El anillo que forma el rotor será solidario a una cara lateral de la polea de tracción, que girará libremente alrededor del eje de la manivela. Una tuerca y un resorte asegurarán la fuerza de fricción adecuada entre el rotor y el estator del motor piezoeléctrico.

El conjunto solidario estator/eje manivela podrá, a su vez, girar alrededor de una estructura o chasis envolvente que estará fijada a la puerta o estructura del vehículo. Para poder transmitir la energía eléctrica necesaria hasta el estator giratorio, se dispondrá de un sistema de tres anillos rozantes y tres escobillas. La actuación del motor piezoeléctrico supondrá el movimiento angular de la polea de tracción, o rotor, respecto al estator, acoplado al eje de la manivela. Para que el eje de la manivela y el estator no giren, se dispondrá de una pieza móvil electromagnéticamente actuada que impedirá el movimiento de los mismos mediante el enclavamiento del estator. Esta pieza móvil estará actuada de forma que en presencia de energía eléctrica bloquee el giro del estator y en ausencia de esta, mediante la ayuda de un resorte, permita el libre movimiento del estator y la consiguiente actuación manual. Para que esto sea posible el estator dispondrá de un disco con el perfil exterior dentado.

Como consecuencia de estos componentes, de su disposición y de lo explicado hasta aquí, en situación de alimentación eléctrica normal, el electroimán actuará sobre la pieza móvil, que bloqueara el movimiento de la manivela y del estator del motor piezoeléctrico. En esta situación, la alimentación adecuada del motor piezoeléctrico hará que el anillo piezoeléctrico solidario al estator vibre a una frecuencia ultrasónica correspondiente a los modos de flexión del mismo, transmitiendo esta oscilación a los dientes del estator, que mediante el movimiento elíptico retrógrado descrito por el punto de contacto con el anillo del rotor, arrastrará a este último, y en consecuencia a la polea, en sentido inverso al de la onda progresiva creada en el estator. Se conseguirá de esta forma una actuación eléctrica automática de la luna.

En ausencia de alimentación eléctrica, el electroimán dejará de actuar sobre la pieza móvil, que será retirada por un resorte dispuesto al efecto, por lo que el estator podrá girar libremente. Si en esta situación se actúa sobre la manivela, el movimiento se transmitirá al estator, que es solidario, y que por fricción directa hará que gire también el rotor, unido a la polea, lo que permitirá la actuación manual de la luna.

Mediante una adecuada elección de la constante del resorte se puede regular fácilmente el rozamiento entre el rotor y el estator del motor piezoeléctrico, lo que permite limitar la fuerza máxima de actuación sobre la luna, evitándose de esta forma una de las causas de estrés mecánico más habitual en este tipo de sistemas.

Para minimizar el consumo de energía eléctrica y el calentamiento producido por las pérdidas de Joule en el electroimán de la pieza móvil, la actuación de la misma podrá limitarse sólo a los intervalos de tiempo en los que se requiera un desplazamiento automático de la luna.

Gracias a esta estrategia el solenoide del electroimán podrá ser diseñado atendiendo a criterios termodinámicos que permitan obtener la misma fuerza atractora con un diámetro de hilo conductor más pequeño, lo que redundará en una bobina de volumen, peso y coste más reducido.

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se presenta en los planos una forma preferente de realización práctica, no limitativa, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.

La figura 1 la componen cinco instantáneas temporalmente equidistantes en las que se aprecia el movimiento elíptico retrógrado descrito por un punto P perteneciente a una superficie que es recorrida por una onda progresiva que se desplaza de derecha a izquierda. Se observa que el punto P realiza un movimiento de izquierda a derecha en las proximidades del máximo de la onda, zona de contacto con un eventual objeto apoyado en su cara superior.

La figura 2 muestra, esquemáticamente, el principio de funcionamiento del motor piezoeléctrico. Se muestra por una parte el movimiento A-B-C-D-A del punto P perteneciente a la superficie de la figura 1, también llamada estator. Se observa como el rotor R está presionando sobre el estator S, que sufre el efecto de una onda progresiva. La escala vertical está artificialmente amplificada. El contacto entre los dos elementos se da en la vecindad del máximo de la onda progresiva, donde el punto P exhibe un movimiento transversal de izquierda a derecha. El movimiento transversal de la zona de contacto del estator hará que el rotor sea arrastrado, debido a la fricción, de izquierda a derecha.

La figura 3 muestra una sección radial de una forma preferente de realización práctica, no limitativa, del dispositivo elevalunas objeto de la invención.

La figura 4 muestra, para una mejor comprensión del funcionamiento del accionamiento, el despiece del motor piezoeléctrico de la figura 3 en las partes más importantes que la componen, donde se puede observar: el anillo de material piezoeléctrico (1), solidario al estator dentado (2), el anillo que forma el rotor (4), solidario a la polea (5), y el resorte (8) encargado de mantener y regular la presión del anillo del rotor sobre el estator.

Se describe a continuación un ejemplo de realización práctica, no limitativa, del presente invento. No se descartan en absoluto otros modos de realización en los que se introduzcan cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento. Por el contrario, el presente invento abarca también todas sus variantes.

El estator del motor piezoeléctrico está compuesto por el anillo piezoeléctrico (1), solidario con el disco (2), que a su vez es solidario a la carcasa (3), acoplada con el eje (6) de la manivela (7) mediante chaveta. Los elementos (1)- (2)-(3)-(6)-(7) se encuentran unidos formando un único conjunto solidario. Como consecuencia, en caso de giro de la manivela, el movimiento será transmitido al conjunto completo.

El rotor del motor piezoeléctrico esta compuesto por el anillo (4), solidario a la polea (5), que es la encargada de traccionar el cable, cadena, correa u otro elemento ligado a la luna a accionar. Esta polea presentará, en su perfil externo, la forma adecuada para poder traccionar el elemento ligado a la luna. El rotor solidario a la polea gira libremente alrededor del eje (6) por intermediación de un rodamiento. Por medio de un resorte (8), una arandela y una tuerca atornillada al eje (6) se mantiene la presión adecuada del anillo (4) del rotor sobre la superficie vibratoria del estator (2).

El perfil externo de la carcasa del estator (3) está dentado de forma que la pieza de movimiento radial (14) puede introducirse entre dos dientes y bloquear el movimiento giratorio del estator. Esta pieza móvil (14) está insertada en un elemento de material ferromagnético (15) que es permanentemente empujado por un resorte (16) hacia abajo. Si se alimenta eléctricamente un electroimán formado por el solenoide (12) y el casquillo ferromagnético (13), la fuerza que éste ejerce es tal que vence a la fuerza del resorte, de la gravedad y a cualquier otra fuerza de origen dinámico debida al movimiento habitual de cualquier vehículo a motor, de forma que la pieza móvil sube y engarza con el perfil dentado.

Para poder alimentar correctamente los dos juegos de electrodos del anillo piezoeléctrico (1), se disponen tres anillos rozantes (10) en la cara externa de la carcasa del estator, de forma que hacen contacto permanente con tres escobillas, gracias a otros tantos resortes asociados (9), dispuestos en la carcasa del accionamiento (11), que se encuentra a su vez fijada a la estructura del vehículo en cuestión.

En un funcionamiento automático normal hay presencia de alimentación eléctrica general a bordo, por lo que el electroimán (12) se encuentra excitado, creando el campo magnético necesario para empujar la pieza (14) hacia arriba del dibujo, venciendo a la fuerza del resorte (16) y a otras fuerzas externas (gravedad, dinámica del vehículo, etc...). En esta situación, la pieza (14) bloquea el movimiento de giro de todos los elementos unidos al estator del motor piezoeléctrico, es decir, el movimiento de los elementos (1)-(2)-(3)-(6)-(7).

La alimentación electrónica adecuada de los electrodos del anillo piezoeléctrico del estator (1), genera la onda progresiva previamente explicada. Esta onda se transmite a la pieza (2), cuyos dientes amplifican el movimiento transversal en la zona de contacto con el anillo del rotor (4). Como consecuencia del movimiento transversal de los puntos de la superficie del estator descrito anteriormente, el rotor (4) se ve arrastrado, girando solidariamente a la polea (5), que es la que en última instancia actúa sobre el elemento de tracción fijado a la luna. Esta configuración permite el control automático de la luna manteniendo inmóvil la manivela.

En ausencia de alimentación eléctrica, desaparece la fuerza electromagnética ejercida por el electroimán, por lo que la pieza (14) es empujada hacia abajo por el resorte (16). En esta situación, la actuación sobre la manivela hace girar el disco dentado (2) del estator, que a su vez, por fricción, hace girar solidariamente al anillo (4) del rotor y como consecuencia a la polea (5). Esta configuración permite el control manual de la luna.

Una adecuada elección de la fuerza axial ejercida por el resorte (8) permitirá limitar el par máximo aplicado sobre la polea, de forma que en caso de sobrepasarse este valor el rotor (4) deslice sobre el estator (2), permitiendo una disminución del estrés mecánico sufrido por el conjunto en el momento del cierre o apertura completa de la misma.

Para la correcta actuación de la pieza móvil (14), los elementos (11), (13) y (15) deberán estar construidos en material ferromagnético, o en su defecto, la parte de los mismos que integren el camino del flujo magnético deberán de estar construidos en material ferromagnético, disponiéndose de la estructura y materiales de acoplamiento adecuados.

Podrán ser variables los materiales, dimensiones, proporciones y, en general, aquellos otros detalles accesorios o secundarios que no alteren, cambien o modifiquen la esencialidad propuesta.

Los términos en que queda redactara esta memoria son ciertos y fiel reflejo del objeto descrito, debiéndose tomar en su sentido más amplio y nunca en forma limitativa.

Claims (10)

1. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, que integra una polea que tracciona un cable, cadena u otro elemento unido a la luna, caracterizado por disponer de un motor piezoeléctrico rotativo a ondas progresivas para el accionamiento automático de la polea, que es solidaria al rotor del motor piezoeléctrico; de una manivela solidaria al estator de la misma, y de un sistema que en caso de presencia de alimentación eléctrica bloquea el giro del estator y manivela, permitiendo exclusivamente una maniobra eléctrica automática de la luna, y que en caso de ausencia de alimentación eléctrica, libera el giro del estator y de la manivela, permitiendo la maniobra manual de la luna, gracias al alto par de rozamiento estático entre el rotor y el estator del motor piezoeléctrico.

2. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según la reivindicación anterior y caracterizado porque el cambio de modo de funcionamiento automático a modo manual y viceversa se realiza sin ningún tipo de intervención operativa, permitiendo la presencia de la manivela aún en funcionamiento eléctrico convencional.

3. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado por un motor piezoeléctrico rotativo basado en los modos de flexión del estator, cuyo rotor es coaxial y solidario a la polea de tracción de la luna, y cuyo estator es solidario al eje de la manivela de actuación manual, y de un resorte tal que la fuerza axial de contacto entre el rotor y el estator del motor es la adecuada para un funcionamiento normal del mismo.

4. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado porque el estator del motor piezoeléctrico rotativo se fija a un disco cuyo perfil exterior es dentado, permitiendo el bloqueo del movimiento giratorio del estator mediante la inserción de una pieza móvil de bloqueo externa entre dos dientes del disco dentado.

5. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado por un sistema de bloqueo automático compuesto por un resorte que mantiene la pieza móvil de bloqueo alejada de los dientes del estator y de un electroimán alimentado con la tensión disponible a bordo, dispuesto de tal forma que gracias al circuito magnético asociado es capaz de generar un campo magnético tal que la fuerza ejercida sobre la pieza móvil de bloqueo supera a la fuerza del resorte y otras fuerzas de origen dinámico y es adecuada para desplazar la pieza móvil de bloqueo desde la posición de alejamiento hasta la de engarce con los dientes del estator y bloquear el movimiento giratorio del estator y de la manivela solidaria.

6. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado porque en un funcionamiento automático normal se alimenta el electroimán del sistema de bloqueo automático, inmovilizando el estator del motor y la manivela solidaria, de forma que el usuario puede, mediante la actuación de simples mandos-interruptores, ordenar la alimentación electrónica adecuada del motor piezoeléctrico para que este arrastre la polea solidaria al rotor, y que en caso de ausencia de energía eléctrica a bordo, se desbloquea el giro del estator y el usuario puede accionar manualmente la polea gracias a la cadena cinemática formada por la manivela-estator-rotor.

7. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado porque el electroimán sólo es alimentado durante las operaciones de mando automático de la luna, permitiendo una reducción importante del consumo y del calentamiento global del sistema.

8. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según las reivindicaciones anteriores y caracterizado porque la alimentación eléctrica del motor piezoeléctrico se transmite mediante tres escobillas montadas en la carcasa exterior que contactan con tres anillos rozantes montados en el estator, desde las cuales se hace llegar la alimentación eléctrica hasta los dos juegos de electrodos dispuestos en el estator.

9. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual, según la reivindicación 3 y caracterizado porque se puede limitar el par transmitido a la polea mediante un adecuado reglaje de la fuerza axial de contacto ejercida entre el rotor y el estator por el resorte dispuesto a tal efecto, de forma que en caso de exceder el par máximo se da un fenómeno de deslizamiento rotor/estator que protege el sistema ante problemas de estrés en el cierre y apertura completas de la luna.

10. Accionamiento elevalunas mixto piezoeléctrico y manual.