ES2366433T3 - Accionador electromagnético. - Google Patents

Abstract

Accionador electromagnético para aparato eléctrico interruptor, que comprende un circuito de control compuesto por una bobina de excitación (20) dotada de una abertura central y un circuito magnético (10) compuesto por una parte fija (11) y por una paleta móvil (19) susceptible de desplazarse cuando una corriente eléctrica circula por la bobina de excitación (20), caracterizado porque la parte fija (11) del circuito magnético (10) atraviesa varias veces la abertura central de la bobina de excitación (20) formando al menos un bucle.

Description

La presente invención se refiere a un accionador electromagnético para aparato eléctrico interruptor, en particular para un relé, un contactor o un contactor disyuntor, cuyo circuito magnético está devanado alrededor de la bobina de excitación del accionador. La invención se refiere igualmente a un aparato interruptor provisto de un accionador de este tipo.

Los accionadores electromagnéticos o electroimanes, de los aparatos interruptores sirven para conmutar la alimentación de una carga eléctrica conectada río abajo del aparato. Comprenden habitualmente un circuito magnético de material ferromagnético, tal como hierro, que está constituido por una parte fija y una parte móvil. La parte móvil, conectada con contactos móviles, se desplaza entre una posición abierta y una posición cerrada bajo la acción de una corriente eléctrica que circula por una bobina de control, llamada bobina de excitación, constituida por ejemplo por un devanado de un hilo conductor, generalmente de cobre. Habitualmente, el circuito magnético atraviesa una vez el espacio situado en el interior de la bobina de excitación. Cuando una corriente eléctrica de control circula por la bobina, se crea de forma bien conocida un campo magnético en el circuito magnético que tiene por efecto aproximar la parte móvil hacia la parte fija tendente a anular el entrehierro del circuito magnético. Al desaparecer la corriente eléctrica, el campo magnético desaparece y la parte móvil puede volver a la posición abierta bajo la acción por ejemplo de un muelle de retroceso.

El documento US-A-2.381.080 describe un accionador electromagnético según el preámbulo de la reivindicación 1.

La potencia proporcionada por un accionador electromagnético debe evidentemente adaptarse a la corriente de potencia que circula en la carga eléctrica para controlar de forma que sea capaz de abrir y de cerrar el circuito de alimentación rápidamente y con toda seguridad, con un coste optimizado.

La fuerza de atracción de la parte móvil hacia la parte fija del circuito magnético es prácticamente función del cuadrado de la intensidad de la corriente eléctrica de control pero también del cuadrado del número de espiras de la bobina que rodea el circuito magnético. Ahora bien, esta fuerza de atracción debe ser lo suficientemente importante para poder conmutar rápida y eficazmente la carga, particularmente en aparatos interruptores de gran calibre. Esta necesidad puede entonces necesitar un aumento del número de espiras y/o de la corriente eléctrica de control y por consiguiente del tamaño de la bobina de excitación. Pero el cobre utilizado en la bobina es un material muy caro. Se busca por consiguiente de forma permanente minimizar la cantidad de cobre utilizado necesaria para obtener una fuerza de atracción dada.

Por el contrario, el material ferromagnético que sirve para realizar el circuito magnético, tal como por ejemplo hierro, es con mucho menos costoso que el cobre utilizado para formar las espiras de la bobina. Sería por consiguiente particularmente ventajoso y económico minimizar la cantidad de cobre necesaria compensándola mediante un aumento de la cantidad de hierro utilizado. Uno de los fines de la presente invención es responder a este objetivo de reducción de coste proponiendo una estructura simple de fabricar y fácil de montar en un aparato interruptor.

Por ello, la invención describe un accionador electromagnético para aparato eléctrico interruptor, que comprende un circuito de control compuesto por una bobina de excitación dotada de una abertura central y un circuito magnético compuesto por una parte fija y una paleta móvil susceptible de desplazarse cuando una corriente eléctrica pasa por la bobina de excitación, permitiendo así cerrar el circuito magnético. La parte fija del circuito magnético atraviesa varias veces la abertura central de la bobina de excitación formando al menos un bucle. Según un modo de realización, la parte fija del circuito magnético atraviesa dos veces la abertura central de la bobina de excitación formando con ello un bucle.

Así, en un accionador que comprende un circuito magnético que atraviesa dos veces la bobina de excitación formando con ello un bucle, el campo magnético creado durante el paso de una corriente eléctrica por la bobina se multiplica por un factor dos con relación a un accionador dotado de un circuito magnético clásico que solo atraviesa una vez esta bobina. Por este motivo, se obtiene ventajosamente una fuerza de atracción que se multiplica por un factor cuatro para un mismo número de espiras de la bobina y una misma intensidad de corriente eléctrica de control, modificando únicamente la estructura del circuito magnético. Gracias a esta ventaja, otro fin de la invención es poder aumentar la fuerza de atracción para un volumen y una ocupación de espacio dada del accionador o de poder disminuir esta ocupación de espacio manteniendo una misma fuerza de atracción.

Según una característica, la parte fija del circuito magnético comprende una base yuxtapuesta con dos brazos no contigüos que atraviesan la abertura central de la bobina de excitación.

Según otra característica, la invención describe un accionador que comprende un circuito de control compuesto por X bobinas de excitación montadas en serie y dotadas cada una de una abertura central, y un circuito magnético compuesto por una paleta móvil y de X partes fijas conectadas magnéticamente entre si, atravesando cada parte fija del circuito varias veces la abertura central de una bobina de excitación correspondiente formando al menos un bucle.

imagen1

Otras características y ventajas aparecerán en la descripción detallada que sigue haciendo referencia a un modo de realización dado a título de ejemplo y representado por los dibujos adjuntos en los cuales:

-

la figura 1 esquematiza un ejemplo de un accionador electromagnético según la invención,

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la figura 2 muestra una vista fragmentada del circuito magnético del accionador de la figura 1 con una circulación ficticia de un campo magnético,

- las figuras 3 y 4 representan otro ejemplo de un accionador electromagnético, mostrando la figura 3 el circuito magnético solo y la figura 4 el circuito magnético ensamblado con las bobinas de excitación.

Un accionador electromagnético se utiliza en un aparato eléctrico interruptor del tipo relé, contactor o contactor/disyuntor. El accionador tiene por objeto conmutar la alimentación de una carga eléctrica a controlar actuando sobre la apertura o el cierre de contactos móviles conectados con una parte móvil del accionador, en función de una corriente eléctrica de control. Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, un accionador electromagnético de este tipo comprende un circuito de control compuesto por una bobina de excitación 20 y un circuito magnético 10 deformable que comprende una parte fija 11 y una parte móvil 19. El circuito magnético 10 está hecho con un material de fuerte permeabilidad magnética tal como un material ferromagnético.

La bobina de excitación 20 comprende un armazón 21, realizado en un material amagnético, sobre el cual se devana un bobinado de N espiras de un hilo conductor atravesado por la corriente eléctrica de control I. El armazón 21 presenta una abertura central cuyas dimensiones están adaptadas para poder ser atravesada varias veces por el circuito magnético 10. En los modos de realización presentados, la parte fija 11 del circuito magnético 10 atraviesa dos veces la abertura central de la bobina de excitación 20 formando con ello un bucle.

La parte móvil 19 del circuito magnético 10 está constituida por una paleta móvil 19. La parte fija 11 del circuito magnético 10 comprende una base 12, en forma aproximada a una U montando la bobina 20. La base 12 comprende dos montantes verticales 121, 122 por cada lado de un zócalo central 123 y rodea parcialmente la bobina de excitación 20 sin atravesar la abertura central del armazón 21. En el ejemplo esquematizado, el armazón 21 de la bobina 20 está colocado sobre un zócalo central 123, de tal forma que los dos montantes verticales 121, 122 estén posicionados a uno y otro lado de la bobina 20.

La parte fija 11 comprende igualmente dos brazos transversales 13, 14 distintos y no contigüos que se yuxtaponen cada uno contra uno de los montantes verticales, respectivamente 121, 122, atravesando cada uno la abertura central del armazón 21. Preferentemente, por motivos de simplificación y de coste de fabricación, los brazos transversales 13 y 14 son de forma idéntica y atraviesan la abertura central según dos ejes sustancialmente paralelos. Simples medios de guiado apropiados, por ejemplo de materia plástica, pueden estar ventajosamente previstos en el interior de la abertura central del armazón 21, con el fin de guiar y de mantener los dos brazos transversales 13, 14 a una distancia suficiente uno del otro, para no perturbar la circulación del campo magnético y para evitar las fugas entre los brazos 13, 14.

Las figuras 1 y 2 muestran así que el brazo transversal 13 tiene un primer extremo 136 que se yuxtapone contra la pared interna del montante vertical 121 (en este caso contra la parte alta de la pared interna), y presenta una segunda superficie superior 135 enfrente de un extremo de la paleta móvil 19. De forma simétrica, el brazo transversal 14 tiene un primer extremo que se yuxtapone contra la pared interna del otro montante vertical 122 (en este caso contra la parte alta de la pared interna), y presenta una segunda superficie superior 145 enfrente del extremo opuesto de la paleta móvil 19. El entrehierro del circuito magnético 10 está entonces constituido por el espacio formado entre los extremos de la paleta móvil 19 y las segundas superficies superiores 135, 145 de los brazos transversales 13, 14. Por otro lado, los diferentes elementos de contacto 135, 145, 19, 136, 121, 122 están dispuestos para minimizar los eventuales entre-hierros residuales entre si, cuando están juntos. Así, en el modo de realización presentado, las superficies 135, 145 son planas para yuxtaponerse contra una superficie inferior plana de la paleta móvil 19. De igual modo, los primeros extremos son planos para yuxtaponerse contra las paredes internas planas de los montantes verticales. Se podrían también considerar otras formas complementarias entre elementos en contacto.

De forma conocida, cuando una corriente eléctrica de control circula por la bobina 20, eso crea un campo magnético en el circuito magnético 10 que genera una fuerza de atracción que tiene tendencia a reducir el entrehierro. Consecuentemente, la paleta móvil 19 se desplaza en dirección a las superficies superiores 135, 145 de los brazos 13, 14, contribuyendo así a cerrar el circuito magnético 10. Habitualmente, un entrehierro mínimo es mantenido incluso en posición atraída gracias a la adición de topes o de pastillas. Cuando la corriente de control desaparece, el retorno de la paleta 19 a la posición inicial puede asegurarse mediante medios diversos no representados, tales como un muelle de retroceso.

Al producirse la presencia de una corriente eléctrica de control en la bobina 20, el campo magnético B que circula por el interior del circuito magnético 10 recorre la trayectoria siguiente, materializada resumidamente por la flechas de la figura

2:

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la paleta móvil 19,

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la superficie superior 135 de uno de los dos brazos transversales, por ejemplo el brazo 13, y luego el extremo 136 del brazo 13,

imagen2

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el primer montante vertical 121 de la base 12,

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el zócalo 123 de la base 12,

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el segundo montante vertical 122 de la base 12,

-

el extremo del otro brazo transversal 14, y luego la superficie superior 145 del brazo 14,

-la paleta móvil 19.

Una corriente eléctrica que circule en sentido inverso en la bobina 20 conduciría evidentemente a una trayectoria inversa del campo magnético B. El bucle de la parte fija 11 que rodea una parte de la bobina 20 y que pasa por la abertura central de la bobina 20 se forma por consiguiente por: un brazo transversal 13, la base 12 y el otro brazo 14. Como la base 12 está dispuesta para que sus dos montantes verticales 121, 122 estén posicionados a uno y otro lado de la bobina 20, el campo magnético B que circula por los brazos 13, 14 atraviesa siempre la abertura central de la bobina 20 en el mismo sentido. Consecuentemente, el campo magnético B atraviesa ventajosamente dos veces en el mismo sentido la abertura central de la bobina de excitación 20.

Cuando un circuito magnético atraviesa una vez la bobina de excitación, el campo magnético B creado es proporcional a (N*I), representando N el número de espiras de la bobina e I la intensidad de la corriente de control. Cuando el circuito magnético atraviesa Y veces la bobina 20 en el mismo sentido, el campo magnético B es entonces proporcional a (Y*N*I). Por consiguiente, en el ejemplo de las figuras 1 y 2, el campo magnético B es proporcional a (2*N*I) hasta saturación de los materiales magnéticos, es decir que es dos veces más importante que en una solución clásica donde el circuito magnético solo atravesaría una vez la abertura central de la bobina de excitación. Con una solución clásica de este tipo, haría falta en consecuencia duplicar el número de espiras N de la bobina o duplicar la intensidad de la corriente I para disponer de un campo magnético equivalente, lo cual produciría inconvenientes relacionados con el precio del cobre a utilizar para la bobina, con el tamaño de la bobina y/o con el aumento del calor a disipar. Las secciones de los diferentes elementos en material magnético se determinan para que el circuito magnético 10 presente un mínimo de saturación magnética dentro de los márgenes de utilización del accionador.

Como la fuerza de atracción F de un accionador electromagnético es proporcional al cuadrado del campo magnético B, F es entonces proporcional a 4*(N*I)2, lo que hace que la solución descrita anteriormente permita multiplicar por 4 la fuerza de atracción F de un accionador electromagnético cuyo circuito magnético 10 atraviesa dos veces la bobina 20, lo cual proporciona una ventaja considerable con relación al bajo coste de la solución.

Según una variante, se hubiera podido también considerar un circuito magnético que atravesase más de dos veces, por ejemplo Y veces, la bobina de excitación con el fin de formar Y-1 bucles que pasan por la abertura central de la bobina

20. En este caso, la fuerza de atracción F habría sido aumentada por un factor igual al cuadrado del número de pasajes Y por la abertura de la bobina.

En otro modo de realización, el accionador electromagnético comprende un circuito de control compuesto por X bobinas de excitación montadas en serie y dotadas cada una de una abertura central, y un circuito magnético compuesto por una sola parte móvil, tal como una paleta móvil, y de X partes fijas conectadas magnéticamente entre si, atravesando cada parte fija del circuito magnético varias veces la abertura central de una bobina de excitación correspondiente formando al menos un bucle.

Así, las figuras 3 y 4 muestran un circuito de control compuesto por dos bobinas 20, 20’ conectadas eléctricamente en serie. Estas bobinas de excitación son por ejemplo cada una idénticas a la bobina 20 de la figura 2. El circuito magnético 10’ comprende una paleta móvil 19’ y dos partes fijas conectadas magnéticamente entre si por una pieza de conexión 18’, tal como una barra de material ferromagnético. Cada parte fija es por ejemplo idéntica a la parte fija 11 descrita en las figuras 1 y 2. Así, la primera parte fija y la segunda parte fija comprenden cada una una base, respectivamente 12 y 12’, yuxtapuesta a dos brazos transversales, respectivamente 13, 14 y 13’, 14’, que atraviesan la abertura central de la bobina de excitación correspondiente, respectivamente 20 y 20’.

El papel de la pieza de conexión 18’ es unir los dos brazos medianos del circuito magnético 10’, a saber un brazo 14 de la primera parte fija y un brazo 13’ de la segunda parte fija adyacente, con el fin de asegurar la continuidad del campo magnético que pasa por el conjunto del circuito magnético 10’. Preferentemente, con el fin de utilizar dos partes fijas idénticas y simplificar así la fabricación del accionador, la pieza de conexión 18’ está concebida de forma que una las partes fijas montando las bobinas 20, 20’.

Los dos extremos de la paleta móvil 19’ están provistos de dos salientes 191’, 192’ que comprenden cada uno una superficie polar, o superficie de retorno de hierro, que están situados frente a las superficies superiores de los brazos situados en los dos extremos de las partes fijas del circuito magnético 10’. En el ejemplo de las figuras 3 y 4, la superficie polar 191’ está enfrentada a la superficie superior 135 del brazo 13 de la primera parte fija y la superficie polar 192’ está situada frente a la superficie superior 145’ del brazo 14’ de la segunda parte fija. El entrehierro del circuito magnético 10’ está entonces constituido por el espacio formado entre las superficies polares 191’, 192’ de la paleta móvil y las superficies superiores 135, 145’ de los brazos correspondientes. Los abultamientos 191’, 192’ tienen una altura suficiente para permitir el posicionamiento de la paleta móvil 19’ por encima de la pieza de conexión 18’ a una distancia suficiente para no entorpecer la circulación del campo magnético en el circuito magnético 10’ ni generar demasiadas fugas entre la pieza de conexión 18’ y la paleta móvil 19’, incluso en posición atraída.

imagen3

Durante la presencia de una corriente eléctrica de control I en las bobinas 20, 20’ el campo magnético B’ que circula por el interior del circuito magnético 10’ recorre la trayectoria siguiente: paleta móvil 19’, el brazo 13, la base 12, el brazo 14, la pieza de conexión 18’, el brazo 13’, la base 12’, el brazo 14’, y por último la paleta móvil 19’. Así, el campo magnético B’ circula siempre en el mismo sentido en los cuatro brazos 13, 14, 13’, 14’ y por consiguiente atraviesa la abertura central de cada bobina de excitación 20, 20’ dos veces en el mismo sentido.

En un accionador de este tipo, el campo magnético B’, creado por la circulación de una corriente de control I en las 2*N espiras de las bobinas 20, 20’ en serie, es proporcional a (2*(2*N)*I) hasta saturación de los materiales magnéticos, lo cual hace que la fuerza de atracción F’ sea entonces proporcional a 16*(N*I)2 . La diferencia con relación a un accionador clásico es particularmente interesante ya que un accionador clásico, es decir cuyo circuito magnético solo atravesase una sola vez cada bobina 20, 20’, y que comprendiese 2*N espiras, solo proporcionaría una fuerza de atracción proporcional a 4*(N*I)2.

De forma equivalente, una extensión de este modo de realización permite utilizar X bobinas en serie, X partes fijas de circuito magnético en serie por medio de X-1 piezas de conexión y 1 paleta móvil, proporcionando así una fuerza de atracción proporcional a (X*(2*N)*I)2.

Las disposiciones descritas en la patente presentan igualmente la ventaja de proponer un accionador muy fácil de ensamblar en su fabricación. En efecto, debido a la presencia de los dos brazos transversales separados que componen la parte fija, el bucle del circuito magnético alrededor de la bobina puede ensamblarse del modo siguiente: el armazón 21 con la bobina 20 ya bobinada se coloca primeramente en el zócalo 123 de la base 12 entre los montantes verticales 121, 122, luego se introducen los brazos 13 y 14, eventualmente guiados en la abertura por medios de guiado simples, por cada lado en la abertura central de la bobina 20 para aplicarse contra los montantes 121, 122. El conjunto del accionador puede entonces ser introducido tal cual en una caja del aparato interruptor asegurando la sujeción de los brazos 13 y 14 en posición, sin necesitar otros medios de fijación de los brazos.

Otras diversas soluciones menos ventajosas son no obstante posibles, como la fabricación de la parte fija 11 del circuito magnético en una sola pieza realizada en hierro sinterizado, luego la colocación del armazón 21 en dos partes distintas ensambladas alrededor del circuito magnético 11 y por último la realización del devanado de la bobina 20 alrededor del armazón 21 así montado.

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REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante pretende únicamente ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha acordado el mayor cuidado en su concepción, los errores o las omisiones no pueden ser excluidas y la EPO declina toda responsabilidad con respecto a esto.

Documentos de patente citados en la descripción

• US 2381080 A [0003]

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Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

   1. Accionador electromagnético para aparato eléctrico interruptor, que comprende un circuito de control compuesto por una bobina de excitación (20) dotada de una abertura central y un circuito magnético (10) compuesto por una parte fija

   (11) y por una paleta móvil (19) susceptible de desplazarse cuando una corriente eléctrica circula por la bobina de excitación (20), caracterizado porque la parte fija (11) del circuito magnético (10) atraviesa varias veces la abertura central de la bobina de excitación (20) formando al menos un bucle.
2. 2. Accionador electromagnético según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte fija (11) del circuito magnético

   (10) atraviesa dos veces la abertura central de la bobina de excitación (20) formando un bucle.
3. 3. Accionador electromagnético según la reivindicación 2, caracterizado porque la parte fija (11) del circuito magnético

   (10) comprende una base (12) yuxtapuesta con dos brazos (13, 14) no contigüos que atraviesan la abertura central de la bobina de excitación (20).

4. 4.

   Accionador electromagnético según la reivindicación 3, caracterizado porque los dos brazos (13, 14) son de forma idéntica.

5. 5.

   Accionador electromagnético según la reivindicación 3, caracterizado porque el campo magnético que circula por el circuito magnético (10) recorre una trayectoria que pasa por la paleta móvil (19), un primero de los dos brazos (13), la base (12), y el segundo brazo (14) antes de volver a la paleta móvil (19), realizándose el paso del campo magnético en el mismo sentido en los dos brazos (13, 14).

6. 6.

   Accionador electromagnético según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un circuito de control compuesto por X bobinas de excitación (20, 20’) montadas en serie y dotadas cada una de una abertura central, y un circuito magnético (10’) compuesto por una paleta móvil (19’) y X partes fijas conectadas magnéticamente entre si, atravesando cada parte fija del circuito magnético varias veces la abertura central de una bobina de excitación (20, 20’) correspondiente formando al menos un bucle.

7. 7.

   Accionador electromagnético según la reivindicación 6, caracterizado porque el circuito de control está compuesto por dos bobinas de excitación (20, 20’) montadas en serie, y el circuito magnético (10’) está compuesto por una paleta móvil (19’) y dos partes fijas conectadas magnéticamente entre si.

8. 8.

   Accionador electromagnético según la reivindicación 6, caracterizado porque cada parte fija del circuito magnético (10’) comprende una base (12, 12’) yuxtapuesta con un primer brazo (13, 13’) y con un segundo brazo (14, 14’) que atraviesan cada uno la abertura central de la bobina de excitación correspondiente (20, 20’).

9. 9.

   Accionador electromagnético según la reivindicación 8, caracterizado porque el circuito magnético (10’) comprende una pieza de conexión (18’) entre un brazo (14) de una primera parte fija del circuito magnético y un brazo (13’) de una segunda parte fija adyacente del circuito magnético.

10. 10.

    Aparato eléctrico interruptor, caracterizado porque comprende un accionador electromagnético según una de las reivindicaciones anteriores.