ES2306058T3 - Dispositivo de corte controlado electronicamente. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de corte (10) que comprende al menos una cuchilla móvil (12A) que se desplaza gracias a un motor eléctrico (13), bajo el control de un gatillo (14), caracterizado porque comprende: - un imán (17) unido al gatillo (14), - un sensor de efecto Hall (18) que mide el campo magnético del imán soportado por el gatillo y que emite una señal que representa la posición instantánea del gatillo y - un circuito de control (19) del motor eléctrico adaptado para controlar el funcionamiento de dicho motor (13) en función de dicha señal representativa de la posición instantánea del gatillo (14); provocando el motor (13) la separación de cada dicha cuchilla móvil (12A) cuando el gatillo (14) se desplaza en un primer sentido de desplazamiento y el cierre de cada dicha cuchilla móvil (12A) cuando el gatillo (14) se desplaza en un segundo sentido de desplazamiento opuesto al primer sentido de desplazamiento.
Description
Dispositivo de corte controlado
electrónicamente.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de corte controlado electrónicamente. La invención se
aplica, en particular, a podadoras, utilizables en agricultura,
arboricultura, viticultura u horticultura, para trabajos de poda
y/o de cosecha y a cizallas para chapa. La presente invención se
refiere a todas las herramientas cortantes o afiladas en las que la
puesta en funcionamiento y la parada se realizan electrónicamente,
pudiendo ser la fuente de energía que acciona los órganos de corte
diferente a una fuente eléctrica y, por ejemplo, neumática o
hidráulica.
Se conocen podadoras eléctricas, en las que la
cuchilla móvil de la podadora se desplaza de un lado a otro sin
posibilidad de parada en una posición dada ni de control del
desplazamiento de esta cuchilla móvil de amplitud limitada.
Estas podadoras presentan particularmente el
inconveniente de que no es posible controlar la velocidad ni la
amplitud de los movimientos de la cuchilla móvil con la velocidad y
la amplitud de los movimientos del gatillo, de modo que los
movimientos de este gatillo provocan el cierre o la apertura totales
y más o menos bruscos de las cuchillas.
Este inconveniente es una fuente de peligro para
el usuario ya que le es imposible controlar el movimiento de la
cuchilla fija cuando se acciona el gatillo.
Otro inconveniente se deriva del hecho de que
estas podadoras deben incorporar al menos un sistema eléctrico o
electrónico de fin de recorrido, esto complica su construcción e
impone al usuario sacudidas generadas por la presencia de dicho
sistema, al final del recorrido de apertura o de cierre.
Otro inconveniente se deriva del hecho de que es
muy difícil liberar la podadora cuando sus cuchillas están
atascadas en un pedazo de madera muy grueso.
El documento FR 2 614 568 (Pellenc) se refiere a
una realización particular de una podadora eléctrica de corte
progresivo, es decir que permite la parada del corte en una posición
de las mandíbulas dada y el control de los desplazamientos de la
cuchilla hasta una posición seleccionada por el usuario. En este
documento, el gatillo y un dispositivo de control eléctrico, están
controlados por una pieza móvil de tracción de la cuchilla móvil,
cuyos desplazamientos siguen. Más exactamente, se prevé una pieza
móvil montada sobre un riel que se desplaza por el gatillo y lleva
un imán cuya posición es detectada por una sonda. Este dispositivo
presenta los siguientes defectos: por un lado su construcción es
compleja y costosa y, por otro lado, el movimiento de la mano del
usuario está dificultado por la pieza móvil de tracción de la
cuchilla móvil, cuyo desplazamiento sigue el gatillo. Además, la
apreciación de la posición de la cuchilla móvil es difícil y la
velocidad de reacción del dispositivo es reducida.
La presente invención pretende remediar estos
inconvenientes.
Para ello, la presente invención se refiere, de
acuerdo con un primer aspecto, a un dispositivo de corte que
comprende al menos una cuchilla móvil desplazada por un motor
eléctrico, controlado por un gatillo, caracterizado porque
comprende:
- -
- un imán unido al gatillo
- -
- un sensor de efecto Hall que mide el campo magnético del imán soportado por el gatillo y que emite una señal que representa la posición instantánea del gatillo y
- -
- un circuito de control del motor eléctrico adaptado para controlar el funcionamiento de dicho motor en función de dicha señal representativa de la posición instantánea del gatillo,
provocando el motor la separación
de cada dicha cuchilla móvil cuando el gatillo se desplaza en un
primer sentido de desplazamiento y el cierre de cada dicha cuchilla
móvil cuando el gatillo se desplaza en un segundo sentido de
desplazamiento opuesto al primer sentido de
desplazamiento.
Gracias a estas disposiciones, el usuario puede
desplazar el gatillo sin resentirse de molestias por parte de la
podadora, la velocidad de desplazamiento de la cuchilla puede
controlarse en función de la velocidad de desplazamiento del
gatillo y la reacción del dispositivo al control manual puede ser
más rápida. Además, la podadora de acuerdo con la invención permite
controlar y modular con gran precisión, directamente con el
gatillo, la velocidad de cierre de las cuchillas, que es posible
mantener abiertas en cualquier posición intermedia entre su
apertura máxima y su cierre.
El dispositivo de corte controlado
electrónicamente de acuerdo con la presente invención presenta, por
lo tanto, a la vez la potencia de los materiales eléctricos y la
facilidad de utilización de las podadoras manuales sin motor, todo
siendo muy ligera y poco voluminosa.
Además, el sensor no presenta ningún desgaste,
ya que no hay pieza móvil en contacto con el sensor y el tiempo
medio entre fallos (MTBF) es superior a diez años.
Además, el dispositivo de corte controlado
electrónicamente objeto de la presente invención no necesita emplear
un sistema de fin de recorrido, lo que simplifica su construcción y
evita las sacudidas generadas por este sistema, al final del
recorrido.
Finalmente, el dispositivo de corte objeto de la
presente invención es muy compacto, presenta pocos componentes y es
ligero.
De acuerdo con características particulares, el
dispositivo de corte comprende un imán fijo con respecto al sensor
de efecto Hall, interfiriendo el campo magnético del imán fijo con
el campo magnético del imán soportado por el gatillo.
Gracias a estas disposiciones, el funcionamiento
del dispositivo es independiente de las dispersiones mecánicas de
la posición respectiva del gatillo, del imán soportado por el
gatillo y del sensor.
De acuerdo con características particulares, el
sensor se coloca entre los dos imanes y los dos imanes se montan en
oposición, es decir que sus polos enfrentados entre sí son
iguales.
Gracias a estas disposiciones, la curva de
respuesta del sensor con respecto a la posición del imán soportado
por el gatillo es más lineal. Además, como los imanes se repelen, la
posición deseada por el usuario no corre el riesgo de ser
perturbada por una atracción entre los imanes.
De acuerdo con características particulares, el
sensor y los imanes se colocan de tal modo que el campo magnético
que atraviesa el sensor varía en un factor al menos igual a cinco
cuando el gatillo se desplaza entre sus posiciones extremas.
De acuerdo con características particulares, el
motor eléctrico es de tipo de colector.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control, controla la corriente del motor eléctrico.
Gracias a estas disposiciones, se evitan los
riesgos de destrucción térmica del motor en caso de bloqueo,
particularmente bloqueo de la cuchilla, mientras se dispone de una
gran potencia de corte.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control es adecuado para controlar el motor eléctrico
por medio de un control por interruptor periódico (chopper).
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control emite una señal de alimentación del motor
eléctrico y es adecuado para realizar una medición de velocidad del
motor mediante el tratamiento de dicha señal de alimentación.
Gracias a estas disposiciones, no es necesario
prever un sensor de posición o de velocidad de la cuchilla o del
motor, lo que hace al dispositivo de corte aún más sencillo, fiable
y barato.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control es adecuado para realizar dicha medición de
velocidad durante intervalos de tiempo en los que la corriente es
nula, en periodos de interrupción periódica.
Gracias a estas disposiciones, la medición de la
velocidad no se realiza cuando el funcionamiento del interruptor
periódico impide disponer de forma inmediata de esta información.
Dicha medición se realiza de forma diferente en el motor en las
entradas del convertidor analógico-digital de un
microcontrolador.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control es adecuado para integrar dicha medición de
velocidad en el tiempo para determinar la posición instantánea del
motor.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control es adecuado para comparar dicha posición
instantánea con un valor consigna que depende de la señal emitida
por el sensor de efecto Hall.
De acuerdo con características particulares, el
circuito de control es adecuado para realizar una corrección de
tipo proporcional-integral-derivada
del resultado de dicha comparación.
Gracias a cada una de estas disposiciones, la
progresividad del corte, su parada o la separación de las cuchillas
de la herramienta de corte son controladas fácilmente y de forma
precisa por la mano del usuario.
Otras ventajas, objetivos y características de
la presente invención surgirán de la siguiente descripción,
realizada con fines explicativos y en absoluto limitantes en
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 representa, esquemáticamente y en
corte, un dispositivo de corte controlado electrónicamente objeto
de la presente invención,
- la figura 2 representa, esquemáticamente, un
circuito electrónico de control ilustrado en la figura 1 y
- la figura 3 representa, esquemáticamente, un
diagrama temporal de control del motor y de medición de la velocidad
del motor.
En la figura 1, se observa una herramienta de
corte 10, tal como, por ejemplo, una podadora a motor, que comprende
órganos de corte 12A y 12B en forma de cuchillas de corte
(abarcando la palabra "cuchilla" también la noción de gancho)
accionadas por un órgano motor 13, a partir del accionamiento de un
gatillo 14 previsto en la herramienta 10. La acción manual sobre el
gatillo 14, que puede girar, asegura el control del órgano motor 13,
por medio de un circuito electrónico 19 alimentado por una fuente
de energía 15.
Esta podadora 10 comprende un cuerpo hueco 11
cuya parte trasera 11a está conformada para servir como empuñadura
y en cuya parte anterior se fija el gancho o cuchilla fija 12B de la
cabeza de corte. Este cuerpo hueco 11 está, por ejemplo, realizado
en dos partes unidas mediante tornillos, siguiendo un plano
longitudinal. En el gancho 12B se articula, por medio de un eje (no
representado), la cuchilla móvil 12A de dicha cabeza de corte.
En la parte trasera 11a del cuerpo 11 se instala
el órgano motor 13, en este caso un motor eléctrico de colector y
de corriente continua, acoplado a un reductor 20 dispuesto en la
parte delantera de dicho motor eléctrico 13. La salida del reductor
20 está acoplada a la cuchilla móvil 12A.
La fuente de energía 15 se presenta en forma de
baterías eléctricas (no representadas, por ejemplo alojadas en una
funda en forma de cinto que el usuario lleva en la cintura) unidas
al circuito electrónico 19 mediante un cable eléctrico flexible
23.
Un muelle de retorno 21 hace volver al gatillo
14 a la posición abierta.
Para captar la posición del gatillo 14, el
gatillo 14 lleva un imán permanente 17 y se fija un sensor de efecto
Hall 18 al cuerpo 11 de la herramienta de corte 10.
Preferiblemente, un segundo imán permanente 16
se fija al cuerpo 11 de la herramienta de corte 10 y los dos imanes
permanentes 16 y 17 se orientan de forma inversa, es decir que sus
polos enfrentados presentan la misma polaridad. El sensor de efecto
Hall 18 se sitúa, de forma permanente, entre los dos imanes 16 y 17.
Por ejemplo, el sensor de efecto Hall 18 se coloca sobre la cara
del imán 16 que se encuentra frente al gatillo 14. El campo
magnético del imán fijo 16 interfiere con el campo magnético del
imán 17 soportado por el gatillo 14. De este modo, la señal que
sale del sensor con efecto Hall 18 es menos sensible a las
dispersiones mecánicas de colocación respectiva del gatillo 14, del
imán 17 soportado por el gatillo 14 y del sensor de efecto Hall
18.
De este modo, preferiblemente, esta nueva
herramienta de corte 10, objeto de la presente invención, permite
un corte progresivo, controlado electrónicamente, basado en el
principio de la utilización de un sensor de efecto Hall 18 que
emplea dos imanes permanentes 16 y 17, siendo fijo uno de los imanes
16 y siendo móvil el otro 17 con el gatillo 14 de la herramienta de
corte o podadora 10. Mediante el tratamiento de la señal que sale
de este sensor 18, la electrónica apropiada del circuito electrónico
19 supedita la posición de la cuchilla móvil 12A a la posición del
gatillo 14.
Debido a que los imanes se montan en oposición,
la curva de respuesta del sensor de efecto Hall 18 con respecto a
la posición del imán 17 soportado por el gatillo 14 es más lineal.
Además, como los imanes 16 y 17 se repelen, la posición deseada por
el usuario no corre el riesgo de ser perturbada por una atracción
entre los imanes.
Las posiciones respectivas del sensor de efecto
Hall 18 y los imanes 16 y 17 aseguran que el campo magnético que
atraviesa el sensor de efecto Hall 18 varíe en un factor al menos
igual a cinco cuando el gatillo 14 se desplaza entre sus posiciones
extremas.
El sensor de efecto Hall 18, conocido por sí
mismo, permite transformar un valor de campo magnético en una
tensión proporcional y esto sin contacto material, lo que evita
riesgos de desgaste. El sensor de efecto Hall 18 está unido al
circuito electrónico 19.
El circuito electrónico 19 se representa en la
figura 2, unido al motor eléctrico 13 de colector y de corriente
continua y al sensor de efecto Hall 18. El circuito comprende un
circuito interruptor periódico 34 y un microcontrolador 31 que
comprende un convertidor analógico-digital (no
representado) y entradas de convertidor
analógico-digital 31A, 31B y 31C, una memoria de
programa (no representada) y una memoria no volátil (no
representada).
El microcontrolador 31 recibe, a la entrada del
convertidor analógico-digital 31C, la señal emitida
por el sensor de efecto Hall 18.
El microcontrolador 31 controla la corriente del
motor eléctrico 13 por medio de un control del interruptor
periódico 34, en función de la señal que recibe del sensor de efecto
Hall 18.
Preferiblemente, el microcontrolador 31 es
adecuado para realizar una medición de la velocidad del motor
mediante el tratamiento de la señal de alimentación del motor 13,
durante intervalos de tiempo particulares en los periodos de
interrupción periódica (véase el diagrama temporal que se ilustra en
la figura 3). Para ello, un puente divisor de tensión formado por
cuatro resistencias 41 a 44, está unido por la entrada, a las
entradas del motor 13 y, por la salida, a las entradas del
convertidor analógico-digital digital 31A y 31B.
En la figura 3 se observa la tensión a la
entrada del motor en función del tiempo. En una primera fase, entre
los instantes t1 y t2, la tensión es interrumpida periódicamente por
el interruptor periódico 34. En una segunda fase, entre los
instantes t2 y t3, la corriente se anula. En una tercera fase, entre
los instantes t3 y t4, la tensión a la entrada del motor es
representativa de la fuerza contra-electromotriz
("FCEM") aplicada por el motor 13. Es durante esta fase que el
microcontrolador 31 realiza una medición de la velocidad del motor
13, mediante el tratamiento de la tensión en los bornes del motor
13. Después tiene lugar una nueva fase de interrupción periódica,
entre los instantes t4 y t5.
El microcontrolador 31 integra la medición de
velocidad en el tiempo para determinar la posición instantánea del
motor y compara dicha posición instantánea con un valor consigna que
depende de la señal emitida por el sensor de efecto Hall 18.
Después, el microcontrolador 31 realiza una corrección de tipo
proporcional-integral-derivada
sobre el resultado de dicha comparación.
La podadora descrita anteriormente funciona de
la siguiente manera: cuando no se utiliza, las cuchillas 12A y 12B
están cerradas. Un interruptor de seguridad 22 controla la conexión
a la corriente del circuito electrónico 19 y la apertura de las
cuchillas 12A y 12B; cuando el circuito electrónico 19 recibe
alimentación, el motor 13 se pone en marcha y arrastra la cuchilla
12A a la posición abierta. En esta situación, las cuchillas 12A y
12B de la podadora 10 se encuentran en posición completamente
abierta.
Para obtener un cierre de las cuchillas 12A y
12B y la acción de corte, el usuario pulsa el gatillo 14, lo que
conlleva una variación de la señal que sale del sensor de efecto
Hall 18. El motor 13, controlado por esta señal, y la tarjeta
electrónica 19, vuelven a ponerse en marcha, lo que conlleva el giro
de la cuchilla móvil 12A en dirección a su posición de cierre.
Cuando se suelta el gatillo 14, éste se
encuentra girado hacia delante, bajo la acción del muelle 20 y la
señal emitida por el sensor de efecto Hall 18 presenta una variación
opuesta, que permite la reapertura de las cuchillas 12A y 12B.
Se observa que los movimientos de la cuchilla
móvil 12A están totalmente supeditados a los movimientos del
gatillo 14, lo que asegura una total progresividad durante la
apertura y, sobre todo, durante el cierre y el corte. Además la
cuchilla móvil 12A puede inmovilizarse con precisión en una posición
intermedia cualquiera, tanto durante la fase de apertura como
durante la fase de cierre. Para ello, el usuario inmoviliza de forma
manual el gatillo 14 en una posición intermedia.
Se precisa que, aunque se ha ilustrado, como
ejemplo, una podadora 10 que comprende una única cuchilla móvil
12A, la invención también puede aplicarse a herramientas que
comprenden dos cuchillas de corte u otros órganos activos móviles,
a cambio de una simple adaptación de la cabeza de trabajo de estas
herramientas.
Además, el dispositivo de control de la posición
puede utilizarse en combinación con otros sistemas de transmisión o
de transformación de movimiento conocidos tales como: engranaje,
biela-manivela, leva, etc.
Como variante el motor 13 se sustituye por un
motor paso a paso.
Es evidente que la presente invención puede
abarcar todos los acondicionamientos y variantes del campo de las
equivalencias técnicas sin salir sin embargo del marco de la
presente patente.
Claims (12)
1. Dispositivo de corte (10) que comprende al
menos una cuchilla móvil (12A) que se desplaza gracias a un motor
eléctrico (13), bajo el control de un gatillo (14),
caracterizado porque comprende:
- -
- un imán (17) unido al gatillo (14),
- -
- un sensor de efecto Hall (18) que mide el campo magnético del imán soportado por el gatillo y que emite una señal que representa la posición instantánea del gatillo y
- -
- un circuito de control (19) del motor eléctrico adaptado para controlar el funcionamiento de dicho motor (13) en función de dicha señal representativa de la posición instantánea del gatillo (14);
provocando el motor (13) la
separación de cada dicha cuchilla móvil (12A) cuando el gatillo (14)
se desplaza en un primer sentido de desplazamiento y el cierre de
cada dicha cuchilla móvil (12A) cuando el gatillo (14) se desplaza
en un segundo sentido de desplazamiento opuesto al primer sentido de
desplazamiento.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque comprende un imán (16) fijo con
respecto al sensor de efecto Hall (18), interfiriendo al campo
magnético del imán fijo (16) con el campo magnético del imán (17)
soportado por el gatillo.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizado porque el sensor (18) se coloca entre los
dos imanes (16, 17) y los dos imanes se montan en oposición, es
decir que sus polos enfrentados entre sí son iguales.
4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sensor
(18) y los imanes (16, 17) se colocan de tal manera que el campo
magnético que atraviesa el sensor varía en un factor al menos igual
a cinco cuando el gatillo se desplaza entre sus posiciones
extremas.
5. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el motor
eléctrico (13) es de tipo de colector.
6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el circuito
de control (19) controla la corriente del motor eléctrico (13).
7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el circuito
de control (19) es adecuado para controlar el motor eléctrico (13)
por medio de un control por interruptor periódico (34).
8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el circuito
de control (19) emite una señal de alimentación del motor eléctrico
y es adecuado para realizar una medición de velocidad del motor
mediante tratamiento de dicha señal de alimentación.
9. Dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque el circuito de
control (19) es adecuado para realizar dicha medición de velocidad
durante los intervalos de tiempo en los que la corriente es nula,
en los periodos de interrupción periódica.
10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el circuito
de control (19) es adecuado para integrar dicha medición de
velocidad en el tiempo para determinar la posición instantánea del
motor.
11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
10, caracterizado porque el circuito de control (19) es
adecuado para comparar dicha posición instantánea con un valor
consigna que depende de la señal emitida por el sensor de efecto
Hall (18).
12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizado porque el circuito de control (19) es
adecuado para realizar una corrección de tipo
proporcional-integral-derivada del
resultado de dicha comparación.
Applications Claiming Priority (2)
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