ES2292826T3 - Dispositivo electromagnetico de regulacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo electromagnético de regulación, con un elemento de regulación (42) móvil y que conforma por un extremo una zona de engrane (44) y con una disposición de bobina (34, 36) prevista de forma estacionaria respecto al elemento de regulación y conformada para ejercer una fuerza sobre éste, cuyo elemento de regulación (42) tiene medios de imán permanente (38), que están conformados como un disco (38) permanentemente magnético previsto en una zona extrema, opuesta a la zona de engrane (44), del elemento de regulación (42) y que cooperan con una zona de núcleo (32) estacionaria de la disposición de bobina (34, 36) y a través de los que el elemento de regulación (42) está sujeto a la disposición de bobina (34, 36) en el estado sin corriente de la disposición de bobina (34, 36), en que al solicitar por corriente la disposición de bobina (34, 36) el elemento de regulación (42) es separado de la disposición de bobina (34, 36) bajo superación de una fuerza de sujeción de los medios de imán permanente y es empujado hacia fuera de un alojamiento asociado del dispositivo de regulación con un segmento de alojamiento (30) que rodea la disposición de bobina (34, 36) y la zona de núcleo (32), caracterizado porque el elemento de regulación (42) conformado como pistón alargado está guiado en un segmento de manguito (46) tubular del alojamiento, cuyo segmento de manguito (46), como parte de alojamiento separada, está encajado en el segmento de alojamiento (30) que tiene una brida de fijación (54) conformada de una pieza, de forma que se produce un alojamiento en dos partes como cilindro doble, en que la zona de engrane (44) coopera con una parte complementaria de regulación correspondiente, conformada como ranura de engrane, de un árbol de levas de un motor de combustión interna con ajuste variable de levas de tal modo que un fondo de ranura de la ranura de engrane está conformado para generar una fuerza de retracción en una dirección de la fuerza de sujeción de los medios de imán permanente y con ello para provocar un movimiento de recorrido del elemento de regulación (42) según un recorrido longitudinal predeterminado, en que el recorrido longitudinal está ajustado de tal manera que un elemento de regulación así movido puede ser movido por los medios de imán permanente (38) en dirección a la zona de núcleo (32).
Description
Dispositivo electromagnético de regulación.
La presente invención se refiere a un
dispositivo electromagnético de regulación según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Un dispositivo de este tipo es suficientemente
conocido por ejemplo en forma de dispositivos de regulación con
electroimanes de retención y es utilizado para fines de aplicación
múltiples. El principio básico consiste en que un pistón como
elemento de regulación, que tiene por un extremo una zona de engrane
para la tarea de regulación prevista, está guiado en un alojamiento
y típicamente puede ser extraído del alojamiento mediante un
electroimán, previsto en el alojamiento, contra la fuerza de un
resorte de reposición. También los documentos de patente US
5546063, DE 19722013 y DE 3423469 dan a conocer dispositivos de
regulación así.
La figura 3 ilustra en la vista en corte lateral
un dispositivo de regulación conocido así: un elemento de pistón
10, guiado en un alojamiento 12 y pretensado contra la fuerza de un
resorte de reposición 14, tiene por un extremo una zona de engrane
16, que sobresale del alojamiento 12, y por el otro extremo un ancla
18 cilíndrica hueca apretada, que puede moverse según un recorrido
predeterminado a lo largo de una superficie de desplazamiento
cilíndrica en un elemento de culata 20 de un electroimán (realizado
con bobina 22 en el alojamiento de bobina 24), con lo cual la zona
de engrane 16 (la figura 3 muestra el estado de funcionamiento
retraído o introducido) sale del extremo, situado por el lado de
engrane, del alojamiento.
Como permite reconocer ya la figura 3, la
realización constructiva de un dispositivo de este tipo es costosa
y, en particular en lo referente a encajes y tolerancias, no deja de
ser crítica: así, durante la fabricación y el montaje, deben
conformarse de modo controlado las tolerancias de los apoyos
implicados (a saber también el apoyo 26) así como de las
superficies de desplazamiento, y tampoco deja de ser problemática la
estructura mecánica, a saber en lo referente a la zona cónica 28
adaptada a la curva característica de magnetización. Como además el
dispositivo mostrado en la figura 3 necesita para la regulación, es
decir para sacar del alojamiento la zona de engrane 16, una
solicitación permanente por señales del electroimán, se producen
otros problemas de control y electrotécnicos. Así deben controlarse
en particular corrientes de conexión y parada diferentes, y en
general resulta el problema de un consumo de corriente permanente (y
que según el caso de aplicación tampoco deja de ser considerable)
con el pistón extraído, ya que este debe ser sujetado en la posición
extraída permanentemente contra la fuerza del resorte de reposición
14. En particular para aplicaciones críticas en cuanto a energía,
en las cuales a saber sólo están a disposición medios de
alimentación de corriente portátiles, existe por ello también en
este sentido una necesidad de mejora.
Constituye por ello la tarea de la presente
invención, mejorar un dispositivo electromagnético de regulación,
característico del tipo en cuestión y mostrado simplemente a modo de
ejemplo en la figura 3, tanto en un sentido mecánico como también
en un sentido electrotécnico, simplificando aquí en particular las
características de montaje y encaje de las piezas móviles con
relación a las fijas y rebajando el consumo de corriente de un
dispositivo así, en particular también para un estado (de
regulación) extraído.
La tarea es resuelta mediante el dispositivo con
las características de la reivindicación principal;
perfeccionamientos ventajosos de la invención se describen en las
reivindicaciones subordinadas.
De modo ventajoso conforme a la invención, se
emplean medios de imán permanente, realizados típicamente como imán
permanente en forma de disco correspondientemente a una forma
exterior cilíndrica del dispositivo de regulación, y se aprovechan
en múltiples aspectos las propiedades de un imán permanente de este
tipo: por un lado, el imán permanente sirve para mantener de forma
segura en el alojamiento el elemento de regulación en un estado de
reposo (retraído) por cooperación con la zona del núcleo. Por otro
lado, el imán permanente provoca, cuando la disposición de bobina
conforme a la invención es excitada para la generación de un campo
electromagnético opuesto, un efecto de repulsión y con ello empuja
el elemento de regulación hacia fuera de un alojamiento asociado,
ya que conforme a la invención el campo opuesto generado
electromagnéticamente actúa con la fuerza opuesta en sentido de
repulsión sobre el imán permanente y provoca entonces el avance del
elemento de regulación. Finalmente, el imán permanente ofrece aún
la posibilidad de reconducir el elemento de regulación nuevamente a
su posición de reposo en la zona de núcleo cuando el campo
electromagnético opuesto está desactivado (es decir al desconectar
la corriente de bobina).
Como resultado se obtiene así de modo
extremadamente sencillo y no obstante efectivo un dispositivo de
regulación biestable, que para abandonar la posición de reposo y
extraer el elemento de regulación simplemente necesita solicitar
por corriente, de forma única y a modo de impulso, la disposición de
bobina y que, tan pronto como debido al efecto de repulsión
descrito el elemento de regulación está extraído y el imán
permanente está a una distancia suficientemente grande respecto a
la zona del núcleo, garantiza un estado extraído estable también
cuando el medio de bobina está sin corriente. Una introducción
renovada de los medios de regulación hacia el estado de reposo
puede producirse entonces o bien mediante una activación externa del
elemento de regulación (por la zona de engrane), o bien
complementaria o alternativamente mediante un control con polaridad
invertida de la disposición de bobina, correspondientemente apoyado
por una fuerza de atracción del imán permanente efectiva a partir de
una distancia predeterminada respecto a la zona del núcleo.
Más allá de ello se observa que una disposición
de este tipo puede fabricarse de modo relativamente sencillo en
cuanto a construcción y evitando ampliamente tolerancias y encajes
críticos, de forma que más allá de las ventajas energéticas y en
cuanto a técnica de control, el dispositivo de regulación conforme a
la presente invención también hace posibles simplificaciones y
ventajas de costes claras en la fabricación.
Es particularmente preferido realizar el
dispositivo de regulación conforme a la invención con un acumulador
de energía conformado como resorte, en que sin embargo, en
contraposición con el estado de la técnica, incorporado como
característico del tipo en cuestión, aquí la fuerza elástica actúa
preferentemente en la dirección de empujar hacia fuera el elemento
de regulación y con ello contra la fuerza magnética del imán
permanente. Más allá de la estabilización, alcanzada con ello, del
movimiento del elemento de regulación o respectivamente del pistón,
se puede conseguir con ello en particular también una conducción
rápida y fiable del pistón hacia fuera del alojamiento, tan pronto
como, conforme a la invención, mediante la disposición de bobina ha
sido superada la fuerza de sujeción del imán permanente. Según sea
la realización constructiva, este acumulador de energía puede estar
realizado o bien como resorte de compresión o bien como resorte de
tracción.
Es particularmente preferido en cuanto a
construcción además conformar de forma anular o respectivamente
cilíndrica los elementos estacionarios, es decir la zona del núcleo
y la disposición de bobina, y alojarlos en un alojamiento
cilíndrico, para una realización así los medios de imán permanente
pueden ser realizados como un cuerpo de imán permanente en forma de
disco y adaptado aproximadamente a una superficie activa de la zona
del núcleo.
Se ha manifestado como particularmente preferido
además asociar al imán permanente, para la mejora de su flujo
magnético, elementos magnéticamente conductores, de modo más
preferido en forma de dos discos contiguos por ambos lados a un
disco de imán permanente, en que una forma de realización preferida
(best mode) prevé que estos elementos de disco estén
adheridos mediante una película adhesiva, que está conformada sobre
el material (quebradizo) del imán permanente para la absorción de
impulsos mecánicos posiblemente perjudiciales. Para la protección
adicional, por el lado del borde, del imán permanente y de la
disposición en conjunto, en particular también contra un
astillamiento del material del imán, está previsto de forma
preferida por el lado del borde un anillo protector, que conforme a
un perfeccionamiento está hecho de un material no conductor, a
saber un material sintético, y tiene un efecto deseado de
encapsulamiento o engaste.
Se ha manifestado como particularmente apropiado
emplear el dispositivo de regulación conforme a la invención en el
ámbito de los vehículos automóviles, y ahí en particular para el
control del motor. Mediante engrane de la zona de engrane en un
segmento de regulación apropiado de un árbol de levas de un motor de
combustión interna puede realizarse así de modo conveniente en
cuanto a técnica de control a saber un control variable por árbol
de levas, en que la presente invención se caracteriza aquí por
propiedades de regulación mecánicas excelentes, inclusive tiempos
de regulación cortos y movimientos de regulación fiables, con unas
necesidades electrónicas de control simplificadas. En particular el
empleo en conexión con un control por árbol de levas ofrece además
de ello la solución, particularmente elegante en cuanto a
construcción, no sólo de limitar mediante un fondo de ranuras de
una parte complementaria de regulación en el árbol de levas (o en
otro elemento) un recorrido efectivo del elemento de regulación,
sino también de realizar un movimiento inicial de recorrido del
elemento de regulación de vuelta en dirección a la zona del núcleo,
para iniciar la operación de introducción.
Como resultado se tiene mediante la presente
invención la posibilidad de combinar un dispositivo electromagnético
de regulación para un funcionamiento de regulación o
respectivamente de conexión que precise poca potencia, en ningún
caso limitado al funcionamiento de regulación por traslación que si
bien es preferido no está previsto de forma exclusiva, con
propiedades mecánicas de funcionamiento fiables y con una estructura
sencilla y un ajuste sencillo. Aunque el funcionamiento en conexión
con un control por árbol de levas es un empleo preferido de la
presente invención, las posibilidades de aplicación parecen
prácticamente ilimitadas más allá de ello, en particular en lo
referente a la posibilidad de hacer posible que un funcionamiento de
regulación y de conexión biestable precise poca potencia.
Otras ventajas, características y detalles de la
invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de
realización preferidos así como con ayuda de los dibujos; éstos
muestran en
la figura 1: un corte longitudinal a través de
un dispositivo electromagnético de regulación conforme a una
primera forma de realización preferida de la presente invención;
la figura 2: una vista en perspectiva del
dispositivo en conjunto conforme a la figura 2 y
la figura 3: una vista en corte longitudinal,
análoga a la figura 1, de un dispositivo de regulación
característico del tipo en cuestión, conocido a partir del estado
de la técnica.
Como se muestra en la figura 1, un segmento de
alojamiento 30 cilíndrico aloja un núcleo 32 hecho de material
magnético, que está rodeado por una bobina 36 arrollada sobre un
cuerpo de bobina 34.
Por el lado interior, el núcleo 32 forma un lado
liso esencialmente plano para cooperar con un imán permanente 38 en
forma de disco, y de forma centrada dentro del núcleo 32 está sujeto
un resorte helicoidal 40 conformado como resorte de compresión.
Éste actúa contra un pistón 42 como elemento de
regulación, de forma que a través de la fuerza elástica una zona de
engrane 44, situada por un extremo, del pistón 42 es guiada hacia
fuera de un segmento de manguito 46 alargado, de diámetro reducido,
del alojamiento.
Como puede observarse además a partir de la
figura 1, a ambos lados del imán permanente en forma de disco
(hecho de un material magnético habitual, por ejemplo
Nd-Fe) están previstos discos 48, 50 hechos de
material magnéticamente conductor (por ejemplo hierro), en que la
estructura formada por el primer disco 48, el disco de imán
permanente 38 y el segundo disco 50 está unida mediante una película
adhesiva delgada y a través de ello tiene un cierto efecto
amortiguador de impulsos. Como puede observarse además en la figura
1, la disposición está rodeada por un anillo de material sintético
52, que tiene en particular la tarea de evitar que salte material
desde el disco de imán permanente (quebradizo) o respectivamente que
entren astillas o cuerpos que ensucian en la zona de desplazamiento
o movimiento del dispositivo de regulación mostrado; como puede
observarse a partir de la figura 1, los respectivos bordes del imán
permanente (o respectivamente del anillo de material sintético que
rodea dicho imán) así como de los discos 48, 50 forman una
superficie perimetral de pistón para una superficie de
desplazamiento conformada en el interior del segmento de alojamiento
30.
Del modo mostrado se produce así un alojamiento
en dos partes como cilindro doble, véase la figura 2, en que el
segmento de alojamiento 30 tiene una brida de fijación 54 conformada
de una pieza y el segmento de manguito 46, como parte de
alojamiento separada, está hecho preferentemente de un acero no
magnético y está encajado en el segmento de alojamiento 30. La
figura 2 ilustra adicionalmente de forma esquemática extremos de
cable 56 para una alimentación de corriente de la bobina 36.
Durante el funcionamiento de la disposición
conforme a la figura 1 y la figura 2, sin solicitación por corriente
de la bobina 36 la disposición formada por el pistón 42 junto con
los discos 48, 38, 50, añadidos fijamente, primeramente está sujeta
al núcleo 32 por la acción del imán permanente 38. Sólo una
solicitación por corriente de la bobina 36 genera un campo
magnético que se opone al campo del imán permanente 38, empuja o
conduce éste hacia los discos 48, 50 y lleva con ello a una
repulsión; a través de ello, apoyado por la fuerza del resorte
helicoidal 40 (que como tal no está en disposición de superar la
fuerza de retención del imán permanente 38), el pistón en la
representación de la figura 1 es empujado hacia la derecha, hacia
fuera del segmento de manguito 46 del alojamiento, y cumple con
ello con su función de conexión o de regulación para la que está
destinado. Tan pronto como la fuerza elástica del resorte 40 es
mayor que la fuerza de atracción o de sujeción del imán permanente
38, puede eliminarse además una solicitación por carga de la bobina
36 y la disposición es mantenida - de forma biestable - en el
estado extraído (sacado) de la zona de engrane 44, sin que sea
necesario un suministro de energía adicional a la disposición.
Una introducción del pistón o respectivamente
una inversión del proceso de regulación puede producirse entonces
mediante el recurso de que invirtiendo la polaridad de la corriente
de bobina a aplicar, actúa un campo atractivo sobre el imán
permanente 38 o respectivamente sobre los discos 48, 50 asociados, a
través de lo cual el pistón es llevado entonces - contra la fuerza
del resorte 40 - nuevamente a la posición de partida conforme a la
figura 1. Adicional o alternativamente a ello, este movimiento puede
ser desencadenado por una fuerza de empuje externa sobre el pistón
42 en dirección a la posición de reposo mostrada en la figura 1,
hasta el momento en que el imán permanente pueda provocar por sí
mismo entonces, mediante su fuerza magnética, la retracción
adicional. Un movimiento de este tipo puede producirse por ejemplo a
través de una parte complementaria de regulación que coopera con el
dispositivo de regulación, a saber una ranura de engrane conformada
correspondientemente.
Una aplicación práctica particularmente útil y
efectiva de la presente invención se produce en conexión con el
control de motores de combustión interna, en particular en conexión
con el ajuste (variable) de levas para un árbol de levas. Aquí, una
ranura adecuada para la zona de engrane 44 del pistón 42 no sólo
limitaría a través de su fondo de ranura, de dimensiones
correspondientes, un recorrido máximo del pistón 42 (de forma que
el disco 50 no avance hasta el tope formado por una superficie
interior del segmento de manguito 46), sino que este fondo de
ranura también podría generar de modo adecuado el impulso disparador
o de retorno para la retracción anteriormente descrita del pistón
hacia la posición de partida conforme a la figura 1.
La presente invención no está limitada a la
forma de realización descrita en concreto ni al ejemplo de
aplicación del control de motor de combustión interna. Así, la
presente invención comprende en particular realizar como
dispositivo de regulación movimientos diferentes a los de traslación
mostrados conforme a la figura 1 y la figura 2; así es imaginable
en particular que una forma de realización (no mostrada en las
figuras) de la invención realice un movimiento de rotación.
Además, la disposición constructiva de los
diferentes conjuntos dentro del dispositivo de regulación no está
tampoco fijada; no sólo puede estar conformado el resorte helicoidal
40, mostrado en la figura 1, en otra posición (por ejemplo también
como resorte de tracción), sino que la zona de bobina puede estar
dispuesta en posición opuesta, con relación al pistón.
Como resultado, mediante la presente invención
se obtienen múltiples posibilidades de combinar un dispositivo de
regulación, que actúa mecánicamente con el menor esfuerzo posible y
de forma extremadamente fiable, con un control electrotécnico
simplificado y en particular también con un funcionamiento biestable
que precisa poca potencia.
Claims (5)
1. Dispositivo electromagnético de regulación,
con un elemento de regulación (42) móvil y que conforma por un
extremo una zona de engrane (44) y con una disposición de bobina
(34, 36) prevista de forma estacionaria respecto al elemento de
regulación y conformada para ejercer una fuerza sobre éste, cuyo
elemento de regulación (42) tiene medios de imán permanente (38),
que están conformados como un disco (38) permanentemente magnético
previsto en una zona extrema, opuesta a la zona de engrane (44), del
elemento de regulación (42) y que cooperan con una zona de núcleo
(32) estacionaria de la disposición de bobina (34, 36) y a través de
los que el elemento de regulación (42) está sujeto a la disposición
de bobina (34, 36) en el estado sin corriente de la disposición de
bobina (34, 36), en que al solicitar por corriente la disposición de
bobina (34, 36) el elemento de regulación (42) es separado de la
disposición de bobina (34, 36) bajo superación de una fuerza de
sujeción de los medios de imán permanente y es empujado hacia fuera
de un alojamiento asociado del dispositivo de regulación con un
segmento de alojamiento (30) que rodea la disposición de bobina (34,
36) y la zona de núcleo (32), caracterizado porque el
elemento de regulación (42) conformado como pistón alargado está
guiado en un segmento de manguito (46) tubular del alojamiento,
cuyo segmento de manguito (46), como parte de alojamiento separada,
está encajado en el segmento de alojamiento (30) que tiene una
brida de fijación (54) conformada de una pieza, de forma que se
produce un alojamiento en dos partes como cilindro doble, en que la
zona de engrane (44) coopera con una parte complementaria de
regulación correspondiente, conformada como ranura de engrane, de un
árbol de levas de un motor de combustión interna con ajuste
variable de levas de tal modo que un fondo de ranura de la ranura
de engrane está conformado para generar una fuerza de retracción en
una dirección de la fuerza de sujeción de los medios de imán
permanente y con ello para provocar un movimiento de recorrido del
elemento de regulación (42) según un recorrido longitudinal
predeterminado, en que el recorrido longitudinal está ajustado de
tal manera que un elemento de regulación así movido puede ser movido
por los medios de imán permanente (38) en dirección a la zona de
núcleo (32).
2. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de
regulación tiene un elemento de disco (48) hecho de un material
magnéticamente conductor tal como hierro y previsto de forma
contigua, en dirección a la zona de núcleo (32), a los medios de
imán permanente (38) conformados en forma de disco.
3. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 2, caracterizado porque un segundo elemento de
disco (50) hecho de un material magnéticamente conductor tal como
hierro está previsto de forma contigua, por el otro extremo, a los
medios de imán permanente (38).
4. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque al menos un
elemento de disco está unido a los medios de imán permanente (38)
mediante una película adhesiva conformada preferentemente con una
elasticidad predeterminada.
5. Dispositivo de regulación según una de las
reivindicaciones 2 hasta 4, caracterizado porque los medios
de imán permanente (38) y preferentemente al menos un elemento de
disco están rodeados en la zona de borde por un elemento de
manguito o cápsula (52) hecho de material no magnético,
preferentemente por un anillo de material sintético.
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