ES2274834T3 - Metodo y dispositivo para estimular la posicion del cuerpo impulsor en un impulsor electromagnetico para controlar una valvula de un motor. - Google Patents
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Abstract
Método para estimar la posición (x) de un cuerpo impulsor (4) hecho al menos parcialmente de material ferromagnético en un impulsor electromagnético (1) para controlar una válvula (2) de un motor; comprendiendo el método las etapas de: desplazar hacia al menos un electroimán (8) el cuerpo impulsor (4) por efecto de la fuerza de atracción electromagnética generada por el propio electroimán (8). determinar el valor asumido por la reluctancia total (R) de un circuito electromagnético (18) constituido por el electroimán (8) y su cuerpo impulsor (4); y determinar la posición (x) del cuerpo impulsor (4) en relación con el electroimán (8) sobre la base del valor asumido por la reluctancia total (R) del circuito magnético (18) constituido por el electroimán (8) y por el cuerpo impulsor (4); el método está caracterizado porque la reluctancia total (R) se asume que consiste en la suma de una primera reluctancia (R0) causada por el entrehierro (19) en el circuito magnético (18), y una segunda reluctancia (Rfe) causada por la parte hecha de material ferromagnético (16, 4) del circuito magnético; dependiendo la primera reluctancia (R0) de las características estructurales del circuito magnético (18) y del valor de la posición (x), y dependiendo la segunda reluctancia (Rfe) de las características estructurales del circuito magnético (18), y del valor del flujo magnético (Psi) que pasa a través del circuito magnético (18); y determinándose la posición (x) sobre la base del valor asumido por la primera reluctancia (R0).
Description
Método y dispositivo para estimar la posición
del cuerpo impulsor en un impulsor electromagnético para controlar
una válvula de un motor.
La presente invención se refiere a un método y
un dispositivo para estimar la posición del cuerpo impulsor en un
impulsor electromagnético para controlar una válvula de un
motor.
Como se sabe, en el momento presente hay motores
de combustión interna que están en estado experimental, del tipo
descrito en la solicitud de patente italiana B099A000443, presentada
el 4 de agosto de 1999, en la que el movimiento de las válvulas
admisión y escape se realizan por impulsores electromagnéticos.
Estos impulsores electromagnéticos tienen
ventajas indudables, ya que hace posible controlar cada válvula de
acuerdo con una ley optimizada para cualquier condición operativa
del motor, mientras que los impulsores mecánicos convencionales
(típicamente un eje de levas) requiere la definición de un perfil de
elevación de las válvulas, que representa un compromiso aceptable
para todas las posibles condiciones de operación del motor.
Un impulsor electromagnético para un motor de
combustión interna del tipo descrito anteriormente normalmente
comprende al menos un electroimán, que puede desplazar un cuerpo
impulsor, que está hecho de material ferromagnético, y está
conectado mecánicamente al vástago de la válvula respectiva. Para
aplicar a la válvula una ley particular de movimiento, una unidad
de control pilota el electroimán con una corriente que es variable
sobre un periodo de tiempo, para desplazar el cuerpo impulsor de
una manera adecuada.
Pruebas experimentales han mostrado que para
obtener una precisión relativamente alta en el control de la
válvula, es necesario controlar la posición del cuerpo impulsor con
realimentación; de este modo es necesario tener una lectura
precisa, sustancialmente en tiempo real, de la posición del propio
cuerpo impulsor.
En los impulsores electromagnéticos del tipo
descrito anteriormente, la posición del cuerpo impulsor se lee por
medio de un sensor láser, que, no obstante es costoso, delicado y
difícil de calibrar, y es por lo tanto inadecuado para su uso en
una producción en masa.
El documento FR2784712A1 describe un impulsor
electromagnético para una válvula de un motor de combustión interna
y comprende una armadura fijada al pie de la válvula, que se
estabiliza mediante resortes y se desplaza magnéticamente entre las
posiciones totalmente abierta y totalmente cerrada. Los resortes y
la válvula están dimensionados de modo que, con el electroimán
des-energizado, la esta en una posición intermedia
entre totalmente abierta y totalmente cerrada. La bobina del
electroimán se energiza desde un controlador integrado en la unidad
de gestión del motor que recibe una entrada desde un sensor de
posición montado sobre la válvula.
El objeto de esta invención es proporcionar un
método y un dispositivo para estimar la posición del cuerpo
impulsor en un impulsor electromagnético para controlar una válvula
de un motor, que están libres de los inconvenientes descritos, y
que son particularmente fáciles y económicos de implementar.
De acuerdo con la presente invención, se
proporcionan un método y un dispositivo para estimar la posición
del cuerpo impulsor en un impulsor electromagnético para controlar
una válvula de un motor como se relata en las reivindicaciones
adjuntas.
La presente invención se describirá ahora con
referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una realización no
limitante de la misma, en la que:
- la figura 1 es una vista esquemática del
alzado lateral, parcialmente en sección, de una válvula de un motor,
y del impulsor electromagnético correspondiente que actúa de
acuerdo al método que es el asunto de esta invención;
- la figura 2 es una vista esquemática de la
unidad de control del impulsor de la figura 1;
- la figura 3 ilustra esquemáticamente una parte
de la unidad de control de la figura 2; y
- la figura 4 ilustra un diagrama del circuito
de un detalle de la figura 3.
En la figura 1, 1 indica el impulsor
electromagnético completo (del tipo descrito en la solicitud de
patente italiana B099A000443, presentada el 4 de agosto de 1999),
conectado a una válvula de admisión o escape 2 de un motor de
combustión interna de un tipo conocido, para desplazar la propia
válvula 2 a lo largo del eje longitudinal 3 de la válvula, entre la
posición de cierre (que es conocida y no ilustrada), y la posición
de máxima apertura (que es conocida y no ilustrada).
El impulsor electromagnético comprende un
pequeño brazo oscilante 4, hecho al menos parcialmente de material
ferromagnético, que tiene un primer extremo pivotado sobre un
soporte 5, de modo que es capaz de oscilar alrededor del eje de
rotación 6, perpendicular al eje longitudinal 3 de la válvula 2, y
un segundo extremo conectado por medio de una bisagra 7, al extremo
superior de la válvula 2. El impulsor electromagnético 1 también
comprende dos electroimanes 8, que se soportan en una posición fija
por el soporte 5, de modo que están dispuestos sobre las caras
opuestas del pequeño brazo oscilante 4, y un resorte 9, que está
conectado a la válvula 2, y puede mantener el pequeño brazo
oscilante 4 en una posición intermedia (ilustrada en la figura 1),
en la cual el pequeño brazo oscilante 4 está equidistante entre los
polos 10 de los dos electroimanes 8.
En funcionamiento, los electroimanes 8 se
controlan por medio de la unidad de control 11, de modo que ejercen
alternativamente o simultáneamente una fuerza de atracción de origen
magnético sobre el pequeño brazo oscilante 4, para hacerlo girar
alrededor del eje de rotación 6, desplazando consecuentemente la
válvula 2 a lo largo del eje longitudinal respectivo 3 entre dichas
posiciones de apertura máxima y cierre (no ilustradas). En
particular, la válvula 2 está en dicha posición de cierre (no
ilustrada) cuando el pequeño brazo de oscilación 4 linda con el
electroimán inferior 8, y está en dicha posición de máxima apertura
(no ilustrada) cuando el pequeño brazo oscilante linda con el
electroimán superior 8, y está en una posición de apertura parcial
cuando los dos electroimanes 6 están ambos desactivados, y el
pequeño brazo oscilante 4 está en dicha posición intermedia
(ilustrada en la figura 1), debido al efecto de la fuerza ejercida
por el resorte 9.
La unidad de control 11 controla la posición del
pequeño brazo oscilante 4 con realimentación, y de un modo
sustancialmente conocido, es decir controla la posición de la
válvula 2, sobre la base de las condiciones de operación del
motor.
En particular, como se ilustra en la figura 2,
la unidad de control 11 comprende un bloque de generación de
referencia 12, un bloque de cálculo 13, un bloque de pilotaje 14 que
puede alimentar a los electroimanes 8 con una corriente que es
variable sobre un periodo de tiempo, y un bloque estimador 15, que
estima sustancialmente en tiempo real la posición x(t) y la
velocidad v(t) del pequeño brazo oscilante 4.
En funcionamiento, el bloque de generación de
referencia 12 recibe como entradas una pluralidad de parámetros que
son indicativos de las condiciones de operación del motor (por
ejemplo la carga, el número de revoluciones, la posición del cuerpo
flotante, la posición angular del eje del motor, y la temperatura
del líquido de refrigeración), y suministra al bloque de cálculo 13
un valor objetivo x_{R}(t) (es decir, el valor requerido)
de la posición del pequeño brazo oscilante 4 (y por tanto de la
válvula 2).
Sobre la base del valor objetivo
x_{R}(t) de la posición del pequeño brazo oscilante 4, y
sobre la base del valor estimado x(t) de la posición del
pequeño brazo oscilante 4 recibida desde el bloque estimador 15, el
bloque de cálculo 13 procesa y transmite al bloque de pilotaje 14
una señal de control z(t), para pilotar el electroimán 8. De
acuerdo con una realización preferida, el bloque de cálculo 13
procesa la señal de control z(t) también sobre la base de un
valor estimado v(t) de la velocidad del pequeño brazo
oscilante 4, recibida desde el bloque estimador 15.
De acuerdo con una realización diferente, no
ilustrada, el bloque de generación de referencia 12 suministra al
bloque de cálculo, bien un valor objetivo x_{R}(t) de la
posición del pequeño brazo oscilante 4, o un valor objetivo
v_{R}(t) de la velocidad del pequeño brazo oscilante 4.
Como se ilustra en la figura 3, el bloque de
pilotaje 14 suministra alimentación a los dos electroimanes 8, cada
uno de los cuales comprende un núcleo magnético respectivo 16
conectado a la correspondiente bobina 17, para desplazar el pequeño
brazo oscilante 4 sobre la base de comandos recibidos desde el
bloque de cálculo 13. El bloque estimador 15 lee los valores, que
se describen en detalle más adelante en este documento, tanto del
bloque de pilotaje 14 como de los dos electroimanes 8, para calcular
un valor estimado x(t) de la posición, y un valor estimado
v(t) de la velocidad del pequeño brazo oscilante 4.
El pequeño brazo oscilante 4 se dispone entre
los polos 10 de los dos electroimanes 8, que se soportan mediante
el soporte 5 en una posición fija, y a una distancia fija D relativa
entre ellos, y de modo que el valor estimado x(t) de la
posición del pequeño brazo oscilante 4 puede determinarse
directamente por medio de una simple operación de suma algebraica
del valor estimado d(t) de la distancia que existe entre un
punto específico del pequeño brazo oscilante 4, y el punto
correspondiente de uno de los dos electroimanes 8. De forma similar,
el valor estimado v(t) de la velocidad del brazo oscilante 4
puede determinarse directamente a partir del valor estimado de la
velocidad que existe entre un punto específico del pequeño brazo
oscilante 4, y el punto correspondiente de uno de los dos
electroimanes 8.
Para calcular el valor x(t), el bloque
estimador 15 calcula los dos valores d_{1}(t),
d_{2}(t) de la distancia que existe entre un punto
específico del pequeño brazo oscilante 4, y el punto correspondiente
de cada uno de los dos electroimanes 8; a partir de los dos valores
estimados d_{1}(t), d_{2}(t), el bloque estimador
15 determina los dos valores x_{1}(t), x_{2}(t),
que son generalmente diferentes entre sí, debido al ruido y los
errores de medida. De acuerdo con una realización preferida, el
bloque estimador 15 produce una media de los dos valores
x_{1}(t), x_{2}(t), opcionalmente ponderados sobre
la base de la precisión atribuida a cada valor x(t). De
forma similar, para calcular el valor v(t), el bloque
estimador 15 calcula los dos valores estimados de la velocidad que
existe entre un punto específico del pequeño brazo oscilante 4, y el
punto correspondiente de cada uno de los dos electroimanes 8; a
partir de los dos valores estimados de la velocidad, el bloque
estimador 15 determina los dos valores v_{1}(t),
v_{2}(t), que son generalmente diferentes entre sí, debido
al ruido y a los errores de medida.
De acuerdo con la realización preferida, el
bloque estimador 15 produce una media de los dos valores
v_{1}(t), v_{2}(t), que se ponderan opcionalmente
sobre la base de la precisión atribuida a cada uno de los valores
v(t).
Con particular referencia a la figura 4, que
ilustra un electroimán simple 8, se proporciona una descripción en
este documento más delante de los métodos usados por el bloque
estimador 15 para calcular un valor estimado d(t) de la
distancia que existe entre un punto específico del pequeño brazo
oscilante 4, y el punto correspondiente del electroimán 8, y
calcular un valor estimado de la velocidad que existe entre un punto
específico del pequeño brazo oscilante 4, y el punto
correspondiente del electroimán 8.
En funcionamiento, cuando el bloque de pilotaje
14 aplica un voltaje v(t), que es variable sobre un periodo
de tiempo, a los terminales de la bobina 17 del electroimán 8, pasa
una corriente i(t) a través de la bobina 17, generando
consecuentemente un flujo \varphi (t) a través del circuito
magnético 18 conectado a la bobina 17. En particular, el circuito
magnético 18 que está conectado a la bobina 17 consiste del núcleo
16 del electroimán 8 hecho de material ferromagnético, el pequeño
brazo oscilante 4 hecho de material ferromagnético, y el entre
hierro 19 que existe entre el núcleo 16 y el brazo oscilante 4.
El circuito magnético 18 tiene una reluctancia
total R que se define por la suma de la reluctancia del hierro
R_{fe} y la reluctancia del entre hierro R_{0}; el valor del
flujo \varphi (t) que circula en el circuito magnético 18 está
asociado con el valor de la corriente i(t) que circula en la
bobina 17, por la siguiente relación (en la cual N es el número de
vueltas de la bobina 17):
N *
i(t) = R * \varphi
(t)
R = R_{fe} +
R_{0}
En general, el valor de la reluctancia total R
depende tanto de la posición x(t) del pequeño brazo oscilante
4 (es decir del tamaño del entre hierro 19, el cual, salvo una
constante, es equivalente a la posición x(t) del pequeño
brazo oscilante), y del valor asumido por el flujo \varphi (t).
Salvo errores insignificantes (es decir, en primera aproximación),
puede considerarse que el valor de la reluctancia del entre hierro
R_{fe} depende sólo del valor asumido por el flujo \varphi (t),
mientras que el valor de la reluctancia del entre hierro R_{0}
depende sólo de la posición x(t), es decir:
R
(x(t), \varphi (t)) = R_{fe} (\varphi (t)) +
R_{0}(x(t))
N *
i(t) = R(x(t), \varphi (t)) * \varphi
(t)
N *
i(t) = R_{fe} (\varphi (t)) * \varphi (t) +
R_{0}(x(t)) * \varphi
(t)
Resolviendo la última ecuación dada
anteriormente, respecto a R_{0}(x(t)), es posible
determinar el valor de la reluctancia del entre hierro R_{0}, si
el valor de la corriente i(t) es conocido, cuyo valor puede
medirse fácilmente por medio de un amperímetro 20, si el valor de N
es conocido (que es fijo y dependiente de las características
estructurales de la bobina 17), si se conoce el valor del flujo
\varphi (t), y si se conoce la relación que existe entre la
reluctancia del hierro R_{fe} y el flujo \varphi (que se conoce
a partir de las características estructurales del circuito magnético
18, y a partir de las características magnéticas del material
utilizado, o puede determinarse por medio de pruebas
experimentales).
La relación que existe entre la reluctancia en
el entre hierro R_{0} y la posición x puede determinarse de forma
relativamente simple analizando las características del circuito
magnético 19 (un ejemplo de un modelo del comportamiento del entre
hierro 19 se representa por la ecuación que se da en este documento
más adelante). Como la relación entre la reluctancia del entre
hierro R_{0} y la posición x es conocida, puede determinarse la
posición x a partir de la reluctancia en el entre hierro R_{0},
aplicando la relación inversa (lo cual es aplicable tanto mediante
el uso de la ecuación exacta, como mediante la aplicación de una
metodología para el cálculo numérico aproximado). Lo anterior puede
resumirse en las siguientes relaciones (en las cuales H_{fe}
(\varphi (t)) = R_{fe} (\varphi (t)) * \varphi (t)):
Las constantes K_{0}, K_{1}, K_{2},
K_{3} son constantes que pueden determinarse experimentalmente
por medio de una serie de medidas sobre el circuito magnético
18.
A partir de lo anterior, es evidente que si es
posible medir el flujo \varphi (t), es posible calcular la
posición x(t) del pequeño brazo oscilante 4 de forma
relativamente simple. Además, partiendo del valor de la posición
x(t) del pequeño brazo oscilante 4, es posible calcular el
valor de la velocidad v(t) del pequeño brazo oscilante 4,
por medio de una simple operación de desplazamiento de la posición
x(t) a lo largo de un periodo de tiempo.
De acuerdo con la primera realización, el flujo
\varphi (t) puede calcularse mediante la medida de la corriente
i(t) que circula a través de la bobina 17, por medio del
amperímetro 20 de un tipo conocido, mediante la medida del voltaje
v(t) aplicado a los terminales de la bobina 17 por medio de
un voltímetro 21 de un tipo conocido, y conociendo el valor de la
resistencia RES de la bobina 17 (un valor que puede medirse
fácilmente). Este método de medida del flujo \varphi (t) está
basado en las siguientes relaciones (en las cuales N es el número
de vueltas de la bobina 17):
\vskip1.000000\baselineskip
El instante convencional 0 se selecciona de modo
que determina con precisión el valor del flujo \varphi (0) en el
propio instante 0; en particular, el instante 0 se selecciona
normalmente dentro del intervalo de tiempo en el que no pasa
corriente a través de la bobina 17, y por tanto el flujo \varphi
es sustancialmente 0 (el efecto de cualquier magnetización residual
es insignificante), o el instante 0 se selecciona en una posición
predeterminada del pequeño brazo oscilante 4 (típicamente cuando el
pequeño brazo oscilante 4 linda con los polos 10 del electroimán
8), en el cual es conocido el valor de la posición x, y de este modo
es conocido el valor del flujo \varphi.
El método que se ha descrito anteriormente para
el cálculo del flujo \varphi es bastante preciso y rápido (es
decir, está libre de retardos); no obstante, este método presenta
algunos problemas causados por el hecho de que el voltaje
v(t) aplicado a los terminales de la bobina 17 está
normalmente generado por un amplificador de conmutación que está
integrado en el bloque de pilotaje 14, y de este modo varía
continuamente entre tres valores (+V_{alimentación}, 0,
- V_{alimentación}), de los cuales dos (+V_{alimentación}, y - V_{alimentación}) tienen un valor que es relativamente alto, y por lo tanto difícil de medir con precisión sin la ayuda de circuitos de medida relativamente complejos y costosos. Además, el método anteriormente descrito para el cálculo del flujo \varphi (t) requiere una lectura continua de la corriente i(t) que circula a través de la bobina 17, y el conocimiento continuo del valor de la resistencia RES de la bobina 17, cuyo valor, como es conocido, varía con la temperatura de la bobina 17.
- V_{alimentación}), de los cuales dos (+V_{alimentación}, y - V_{alimentación}) tienen un valor que es relativamente alto, y por lo tanto difícil de medir con precisión sin la ayuda de circuitos de medida relativamente complejos y costosos. Además, el método anteriormente descrito para el cálculo del flujo \varphi (t) requiere una lectura continua de la corriente i(t) que circula a través de la bobina 17, y el conocimiento continuo del valor de la resistencia RES de la bobina 17, cuyo valor, como es conocido, varía con la temperatura de la bobina 17.
De acuerdo con una realización diferente, hay un
devanado auxiliar 22 conectado al núcleo magnético 16 (que consiste
de al menos una vuelta, y que está provisto en general con un número
de vueltas Na), a los terminales del cual se conecta un voltímetro
adicional 23; como los terminales de la bobina 22 están
sustancialmente abiertos (la resistencia interna del voltímetro 23
es suficientemente elevada para que se pueda considerar infinita,
sin introducir por tanto errores significativos), no pasa ninguna
corriente a través de la bobina 22, y el voltaje v_{a} en sus
terminales depende sólo de la variación del flujo \varphi (t)
sobre un periodo de tiempo, de modo que es posible determinar el
flujo por medio de una operación de integración (en lo que
concierne al valor \varphi (0), se aplican las consideraciones que
se han descrito anteriormente):
El funcionamiento de la lectura del voltaje
v_{a}(t) de la bobina auxiliar 22 hace posible evitar
cualquier tipo de medidas y/o estimación de la corriente eléctrica
y la resistencia eléctrica, para calcular el flujo \varphi (t),
además, el valor del voltaje v_{a}(t) está asociado con el
valor del voltaje v(t) (salvo dispersiones) por la
relación:
de modo que, suministrando un
número adecuado de vueltas Na del devanado auxiliar 22, es posible
mantener el valor del voltaje va(t) dentro de un intervalo
que puede medirse de forma precisa, y relativamente
fácil.
A partir de lo anterior, es aparente que
mediante el uso de la lectura del voltaje v_{a}(t) de la
bobina auxiliar 22, el cálculo del valor del flujo \varphi es más
preciso, más rápido y más sencillo que el uso de la lectura del
voltaje v(t) en los extremos de la bobina 17.
En la descripción anterior, se han proporcionado
dos métodos para estimar la variación del flujo \varphi (t) sobre
un periodo de tiempo. De acuerdo con una realización, se elige usar
sólo un método para el cálculo de la variación del flujo \varphi
(t). De acuerdo con una realización diferente, se elige usar ambos
métodos para el cálculo de la variación del flujo \varphi (t)
sobre un periodo de tiempo, y usar una media (que opcionalmente se
pondera en relación con la precisión estimada) de los resultados de
los dos métodos aplicados, o usar un resultado para comprobar el
otro (si hay una discrepancia significativa entre los dos
resultados, es probable que se haya producido un error en las
estimaciones).
Además de para estimar la posición del pequeño
brazo oscilante 4, la medida del flujo \varphi (t) puede usarse
por la unidad de control 11, para verificar el valor de la fuerza
f(t) de atracción ejercida por el electroimán 8 sobre el
brazo oscilante, en donde:
Además, de acuerdo con una realización diferente
no ilustrada, la unidad de control 11 controla con realimentación
el valor del flujo \varphi (t) de modo que la medida del flujo
\varphi (t) es esencial para que sea posible realizar este tipo
de control del flujo \varphi (t) (normalmente, el control con
realimentación del valor del flujo \varphi (t) se aplica como una
alternativa para el control con la realimentación del valor de la
corriente i(t) que circula en la bobina 17).
Finalmente, deberá observarse que los métodos
que se han descrito anteriormente para estimar la posición
x(t) pueden usarse sólo cuando pasa corriente a través de la
bobina 17 del electroimán 8. Por esta razón, como previamente se ha
explicado, el bloque estimador 15 opera con ambos electroimanes 8,
de modo que se usa la estimación realizada con un electroimán 8,
cuando el otro se desactiva. Cuando ambos electroimanes 8 están
activos, el bloque estimador 15 produce la media de los dos valores
x(t) calculados con los dos electroimanes 8, que
opcionalmente se ponderan sobre la base de la precisión atribuida a
cada valor x(t) (generalmente la estimación de la posición x
realizada en relación con el electroimán 8 es más precisa cuando el
pequeño brazo de oscilación 4 está relativamente próximo de los
polos 10 del electroimán 8).
Claims (10)
1. Método para estimar la posición (x) de un
cuerpo impulsor (4) hecho al menos parcialmente de material
ferromagnético en un impulsor electromagnético (1) para controlar
una válvula (2) de un motor; comprendiendo el método las etapas
de:
desplazar hacia al menos un electroimán (8) el
cuerpo impulsor (4) por efecto de la fuerza de atracción
electromagnética generada por el propio electroimán (8).
determinar el valor asumido por la reluctancia
total (R) de un circuito electromagnético (18) constituido por el
electroimán (8) y su cuerpo impulsor (4); y determinar la posición
(x) del cuerpo impulsor (4) en relación con el electroimán (8)
sobre la base del valor asumido por la reluctancia total (R) del
circuito magnético (18) constituido por el electroimán (8) y por el
cuerpo impulsor (4);
el método está caracterizado porque la
reluctancia total (R) se asume que consiste en la suma de una
primera reluctancia (R_{0}) causada por el entre hierro (19) en
el circuito magnético (18), y una segunda reluctancia (R_{fe})
causada por la parte hecha de material ferromagnético (16, 4) del
circuito magnético; dependiendo la primera reluctancia (R_{0}) de
las características estructurales del circuito magnético (18) y del
valor de la posición (x), y dependiendo la segunda reluctancia
(R_{fe}) de las características estructurales del circuito
magnético (18), y del valor del flujo magnético (\varphi) que pasa
a través del circuito magnético (18); y determinándose la posición
(x) sobre la base del valor asumido por la primera reluctancia
(R_{0}).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que el valor de dicha reluctancia total (R) del circuito
magnético (18) se calcula como la relación entre el valor de una
corriente (i) que circula a través de la bobina (17) de dicho
electroimán (8), y el valor del flujo magnético (\varphi) que pasa
a través del circuito magnético (18); calculándose el valor de
dicha segunda reluctancia (R_{fe}) de acuerdo con el valor del
flujo magnético (\varphi); y calculándose el valor de la primera
reluctancia (R_{0}) como la diferencia entre el valor de la
reluctancia global (R) y el valor de la segunda reluctancia
(R_{fe}).
3. Método de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2,
en el que se define una primera relación matemática que expresa el
valor de la primera reluctancia (R_{0}) de acuerdo con el valor de
dicha posición (x); determinándose dicha posición (x) por
estimación del valor de la primera reluctancia (R_{0}), y
aplicando al valor de la primera reluctancia (R_{0}) la operación
de inversión de dicha relación matemática primera.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en
el que dicha relación matemática primera se define por la
ecuación:
en la que R_{o} es dicha
reluctancia primera (R_{0}), x(t) es dicha posición (x), y
K_{0}, K_{1}, K_{2}, K_{3} son cuatro
constantes.
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el valor del flujo magnético
(\varphi) se estima mediante la medida del valor asumido por
algunas variables eléctricas (i, v, v_{a}) del circuito eléctrico
(17, 22), que está conectado al circuito magnético (18), mediante el
cálculo de la variación durante un periodo de tiempo del flujo
magnético (\varphi) como una combinación lineal de los valores de
las variables eléctricas (i, v, v_{a}), y mediante integración de
la variación del flujo magnético (\varphi) sobre un periodo de
tiempo.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en
el que se miden la corriente (i) que circula a través de la bobina
(17) del electroimán (8) y el voltaje (v) aplicado a los terminales
de la bobina (17); calculándose la variación del flujo magnético
(\varphi) sobre un periodo de tiempo y el propio campo magnético
(\varphi) por la aplicación de las siguientes fórmulas:
en las
que:
- \bullet
- \varphi (t) es el flujo magnético
- \bullet
- N es el número de vueltas de la bobina (17)
- \bullet
- v es el voltaje (v) aplicado a los terminales de la bobina (17)
- \bullet
- RES es la resistencia de la bobina (17)
- \bullet
- i es la corriente que circula a través de la bobina (17).
7. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en
el que hay un medida del voltaje (v_{a}) presente en los
terminales de una bobina auxiliar (22), que se conecta al circuito
magnético (18), que concatena el flujo magnético (\varphi);
estando la bobina auxiliar (22) sustancialmente abierta
eléctricamente; y calculándose la variación sobre un periodo de
tiempo del flujo magnético por las siguientes fórmulas:
en las
que:
- \bullet
- \varphi es el flujo magnético.
- \bullet
- Na es el número de vueltas de la bobina auxiliar (22).
- \bullet
- v_{a} es el voltaje (v_{a}) presente en los terminales de la bobina auxiliar (22).
8. Dispositivo para estimar la posición (x) de
un cuerpo impulsor (4) hecho al menos parcialmente de material
ferromagnético en un impulsor electromagnético (1) para controlar
una válvula (2) de un motor; comprendiendo el impulsor
electromagnético (1):
al menos un electroimán (8) que puede
desplazarse por efecto de la fuerza de atracción magnética generada
por el propio electroimán (8);
el cuerpo impulsor (4);
el medio estimador (15), que puede determinar la
posición (x) del cuerpo impulsor (4) en relación con el electroimán
(8), sobre la base del valor asumido por la reluctancia total (R)
del circuito magnético (18) que comprende el electroimán (8) y el
cuerpo impulsor (4);
el dispositivo está caracterizado porque
la reluctancia total (R) se asume que consiste en la suma de una
primera reluctancia (R_{0}) causada por el entre hierro (19) en el
circuito magnético (18), y una segunda reluctancia (Rfe) causada
por la parte hecha de material ferromagnético (16, 4) del circuito
magnético; dependiendo la primera reluctancia (R_{0}) de las
características estructurales del circuito magnético (18) y del
valor de la posición (x), y dependiendo la segunda reluctancia
(R_{fe}) de las características estructurales del circuito
magnético (18), y del valor del flujo magnético (\varphi) que pasa
a través del circuito magnético (18); y determinándose la posición
(x) en base al valor asumido para la primera reluctancia
(R_{0}).
9. Un dispositivo de acuerdo a la reivindicación
8, en el que dicho medio estimador (15) puede determinar el valor
del flujo magnético (\varphi) que pasa a través del circuito
magnético (18); comprendiendo dicho electroimán (8) una bobina
(17), y comprendiendo dicho medio de estimación un amperímetro (20)
para medir la corriente (i) que circula a través de la bobina (17),
y un voltímetro para medir el voltaje (v) aplicado a los terminales
de dicha bobina (17).
10. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que dicho medio estimador (15) puede
determinar el valor del flujo magnético (\varphi) que pasa a
través del circuito magnético (18); comprendiendo dicho medio
estimador una bobina auxiliar (22) que se conecta al circuito
magnético (18); concatena el flujo magnético (\varphi), y está
sustancialmente abierta eléctricamente, y un voltímetro (23) para
medir el voltaje (v_{a}) presente en los terminales de la bobina
auxiliar (22).
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