ES2635424T3 - Actuador electromagnético - Google Patents

Abstract

Actuador electromagnético, en el que un elemento móvil (8; 108) está adaptado para deslizarse por el interior de un bastidor ferromagnético (4) según un eje de desplazamiento (X-X') determinado entre dos posiciones extremas bajo el efecto de un flujo magnético (10) que circula por dicho bastidor, formando dicho bastidor un circuito magnético en bucle simple interrumpido por dos entrehierros (14, 16) dispuestos cada uno sobre dicho eje de desplazamiento del elemento móvil, de modo que el flujo circula en un único bucle simple por el bastidor y de forma que genera al nivel de los entrehierros dos campos magnéticos (B1, B2) de sentidos opuestos, extendiéndose cada campo magnético transversalmente con respecto a dicho eje de desplazamiento determinado, comprendiendo el elemento móvil un imán permanente (24; 124) polarizado en un sentido determinado, caracterizado por que el imán permanente tiene una dimensión axial, según el eje de desplazamiento, esencialmente igual a la distancia entre el centro de cada uno de los dos entrehierros, siendo la dimensión axial tal que, en cada posición extrema, un extremo del imán (34) se extiende dentro de uno de los entrehierros (14), mientras que el extremo opuesto del imán (36) se extiende dentro del otro entrehierro (16).

Description

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DESCRIPCION

Actuador electromagnetico

La invencion esta relacionada con el campo de los actuadores. Mas concretamente se refiere a un actuador electromagnetico.

Son conocidos actuadores electromagneticos donde un elemento movil esta adaptado para deslizarse por el interior de un bastidor ferromagnetico. Generando un campo electromagnetico en el bastidor mediante la introduccion de corriente en bobinas dispuestas en cada modulo del bastidor se generan fuerzas de Laplace sobre un iman solidario a dicho elemento movil y se controla asf su desplazamiento lineal. El documento US 4195277A describe un accionador electromagnetico segun el preambulo de la reivindicacion 1. La presente invencion tiene el objetivo de proporcionar una alternativa a las construcciones conocidas de los actuadores electromagneticos, proponiendo un actuador segun la reivindicacion 1.

De este modo, el actuador segun la invencion permite a la vez un bastidor simple y un iman unico adaptado para desplazarse por completo en el interior del bastidor, sin pasar mas alla de los dos entrehierros formados por interrupciones del circuito realizadas en el eje de desplazamiento en un solo bucle simple del circuito magnetico. De esta forma se obtiene un actuador con un rendimiento energetico optimo debido a la simplicidad y la compactabilidad del trayecto del flujo, de modo que el flujo magnetico que circula en el bastidor pierde poca energfa antes de llegar a los entrehierros y debido a la utilizacion de un solo iman polarizado movido por dos campos magneticos en sentidos opuestos resultantes de un mismo flujo magnetico.

En una forma de realizacion preferente de la invencion, el bastidor incluye dos modulos en U dispuestos uno frente al otro alrededor del elemento movil. Cada modulo incluye una pared longitudinal prolongada en sus extremos mediante dos paredes transversales, donde las superficies extremas de las paredes transversales estan situadas en un mismo extremo longitudinal del bastidor orientadas frente a frente dos a dos, conformandose asf un paso de entrehierro entre dos paredes transversales. Asf se realiza de forma simple un bastidor que permite disponer los entrehierros a lo largo del eje de desplazamiento tal como se ha descrito mas arriba, de forma que rodean al iman permanente y permiten su desplazamiento lineal y al mismo tiempo se asegura que este se mantiene

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constantemente acoplado a los entrehierros. Ademas, se dispone de un bastidor abierto que permite su facil montaje con respecto al elemento movil y que permite conectar facilmente elementos funcionales al elemento movil.

De acuerdo con una caractenstica preferente de la invencion, un sensor de posicion es solidario al bastidor para detectar el desplazamiento del elemento movil. Ventajosamente, esta deteccion podra emplearse para ajustar el flujo magnetico generado en el bastidor. La disposicion de este sensor se puede prever bien en un extremo del elemento movil, a la salida del actuador, bien dentro del modulo. Una vez mas, la forma abierta del bastidor permite posicionar facilmente el sensor en el interior del modulo en una posicion que permite la medida del desplazamiento.

Segun la invencion, el flujo magnetico es generado por varias bobinas dispuestas en cada caso alrededor de una pared del bastidor y alimentadas electricamente, de modo que cada bobina genera un flujo magnetico similar que circula en un bucle simple en el bastidor.

Asf, se puede seleccionar el numero de bobinas que se desea alimentar, sin que por ello se modifique el trayecto del flujo magnetico creado por esta alimentacion. Es posible sumar los flujos y concentrarlos en un mismo recorrido, en bucle simple, lo que aumenta el rendimiento del actuador.

Segun una caractenstica preferente de la invencion, las posiciones extremas del elemento movil estan determinadas por medios de tope axial mecanicos, con el fin de definir posiciones estables de reposo del elemento movil cuando las bobinas no estan alimentadas electricamente. Dado que los campos magneticos creados en los entrehierros, entre los que esta dispuesto el iman, tienen sentidos opuestos, las fuerzas de repulsion de uno de los campos sobre el iman y las fuerzas de atraccion del otro campo sobre este mismo iman se suman para empujar el iman movil hacia dicha posicion extrema del elemento movil, contra los medios de tope axial. De este modo, el iman se bloquea en una posicion determinada, en la que los extremos del iman quedan alojados respectivamente en su entrehierro asociado con el fin de dejar el iman listo para desplazarse en el otro sentido si se invierte la corriente en las bobinas.

Segun caractensticas particularmente ventajosas de la invencion, el elemento movil puede incluir una pieza magnetica anadida sobre el mismo a cierta distancia del iman permanente, con el fin de que esta pieza magnetica se extienda fuera del bastidor sea cual sea la posicion del elemento movil, de una posicion extrema a la otra. En una forma de realizacion particular, la pieza magnetica anadida tiene una

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dimension transversal superior a la de los entrehierros, con el fin de conformar ademas un medio de tope axial mecanico del elemento movil.

Segun una caractenstica ventajosa de la invencion, el actuador comprende medios para que las posiciones de reposo sean asimetricas y dar mas prioridad a una posicion de reposo que a otra. Se pueden prever medios mecanicos, por ejemplo con muelles, para posicionar el elemento movil, o de nuevo medios magneticos que pueden estar formados ventajosamente por una pieza magnetica tal como la arriba mencionada. Se ha de entender que, evidentemente, estos medios se pueden asociar, en particular para asegurar la seguridad de operacion del actuador.

En el marco de una aplicacion espedfica del accionador a un motor de combustion, el elemento movil se conecta a un vastago de valvula. Ventajosamente, la posicion de reposo prioritaria del actuador tal como se ha descrito mas arriba se asigna a la posicion cerrada de la valvula. Asf, en caso de un fallo de la alimentacion electrica se puede evitar que la valvula quede en posicion abierta, con el riesgo de que, por ejemplo, el piston la golpee.

Otras caractensticas y ventajas de la invencion se desprenderan de un modo mas preciso de la descripcion dada mas abajo, descripcion que esta ilustrada por las siguientes figuras:

Figura 1:

Figuras 2 y 3:

Figuras 4 y 5:

Figuras 6 y 7:

es una representacion despiezada en perspectiva de un actuador electromagnetico segun una primera forma de realizacion de la invencion, con cuatro bobinas montadas sobre dos modulos de un bastidor ferromagnetico entre los que se desliza un elemento movil que porta un iman unico en una jaula;

vistas en seccion en plano horizontal del accionador de la figura 1, donde no se muestra la jaula para mayor claridad de la figura y donde que se puede ver tanto la circulacion en el armazon del flujo magnetico creado por las bobinas cuando estas son alimentadas electricamente, en un sentido o en el otro, como las fuerzas de atraccion y de repulsion ejercidas sobre el iman; representaciones del actuador en una vista similar a la de las figuras 2 y 3, en una posicion de reposo respectivamente proximal y distal, cuando las bobinas ya no estan alimentadas electricamente; y

representaciones de un actuador segun una segunda forma de realizacion de la invencion, en una vista similar a la de las figuras 2

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y 3, con uno y dos elementos magneticos, respectivamente, anadidos sobre la pieza movil.

A continuacion se describe un actuador lineal electromagnetico 1 de la invencion en su aplicacion en el arrastre de un vastago de valvula 2 en un motor de combustion. Se debe entender que, sin salir del contexto de la invencion, el actuador se podra conectar a un elemento diferente de una valvula presentando las mismas ventajas de funcionamiento.

La valvula y el elemento movil estan adaptados para desplazarse aqu siguiendo un eje X-X', visible en las figuras.

Aquf, el desplazamiento del elemento movil gobierna el desplazamiento de la valvula entre una posicion cerrada, en la que la cabeza de valvula hermetiza la camara de combustion del motor, y una posicion abierta, en la que se libera la cabeza de valvula para permitir la comunicacion maxima entre un conducto de admision o de escape y la camara de combustion.

Como se ilustra en la figura 1, un accionador 1 comprende un bastidor 4 que porta bobinas electromagneticas 6, asf como un elemento movil 8 adaptado para desplazarse linealmente por el interior del bastidor siguiendo el eje de desplazamiento X-X' por el efecto de un flujo magnetico 10 generado en el bastidor.

El bastidor esta formado por dos modulos 12 en forma de U que estan dispuestos uno frente a otro con el fin de formar un circuito magnetico que comprende dos entrehierros 14, 16. En adelante se designara como entrehierro proximal 14 el entrehierro que esta orientado hacia la valvula o cualquier otro elemento a accionar y se designara como entrehierro distal 16 el entrehierro que esta en direccion opuesta a dicha valvula.

Cada modulo en forma de U incluye una pared longitudinal 18 que se extiende siguiendo el eje X-X' y que se prolonga transversalmente en cada uno de sus extremos mediante una pared transversal 20.

El bastidor se monta poniendo los modulos uno frente a otro alrededor del elemento movil. Dado que el bastidor esta abierto, tambien es posible montar el bastidor fijando los modulos en su posicion y despues insertar el elemento movil en el interior entre los modulos. Una vez en posicion, el bastidor comprende dos paredes longitudinales paralelas y los dos modulos estan orientados uno hacia el otro, de modo que las paredes transversales estan enfrentadas dos a dos, dejando un paso que forma un entrehierro en cada extremo longitudinal del bastidor.

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Ventajosamente se preve una cubierta (no mostrada en las figuras) que recubre el actuador para proteger las partes de las bobinas situadas en el exterior del bastidor e impedir as^ la dispersion del flujo electromagnetico en el exterior del bastidor cuando las bobinas son alimentadas electricamente.

El bastidor 4 esta hecho de un material ferromagnetico. Soporta cuatro bobinas electromagneticas 6 montadas respectivamente alrededor de una parte del circuito magnetico para crear un flujo magnetico en el bastidor. Las bobinas estan formadas por un arrollamiento de espiras electromagneticas 22. Tal como se ilustra, las bobinas estan dispuestas en cada caso alrededor de una pared transversal y cada una de las bobinas se apoya en parte contra una de las paredes longitudinales del bastidor, lo que permite al mismo tiempo asegurar la colocacion por tope de las bobinas y facilitar su refrigeracion.

El eje de las bobinas es esencialmente paralelo a las paredes transversales y perpendicular al eje de desplazamiento X-X'. La disposicion de las bobinas alrededor de las paredes transversales permite proporcionar un actuador de control afinado en la direccion transversal.

Las bobinas comprenden medios de alimentacion electrica (no mostrados) que estan conectados a un circuito de control (no mostrado). Se entendera que, para el control electrico de las bobinas, se pueden utilizar uno o varios circuitos de control. Ventajosamente, o bien se puede prever un circuito de control propio para cada bobina, o bien se puede prever un solo circuito de control para controlar el conjunto de las bobinas en serie y/o en paralelo en un actuador de menor coste, por ejemplo. En este ultimo caso se observa que son posibles diversas disposiciones de conexion sin salir del contexto de la invencion y que el montaje de las bobinas en paralelo y/o en serie no modifica el principio de funcionamiento del actuador de bucle simple de flujo, sino que permite dimensionar la cantidad de corriente suministrada.

La forma del bastidor, es decir, en este caso la forma de los modulos que lo constituyen, hace que, cuando las bobinas son alimentadas electricamente, el flujo magnetico 10 (visible en las figuras 2 y 3) se genera de modo que sigue un recorrido en bucle simple que pasa sucesivamente por todas las paredes de un modulo 12, del entrehierro proximal 14 al entrehierro distal 16, despues sucesivamente por todas las paredes del otro modulo, esta vez del entrehierro distal al entrehierro proximal, para volver a continuacion a su punto de partida, generando campos magneticos en los entrehierros cuando pasa de un modulo al otro, siendo estos campos magneticos transversales al eje de desplazamiento X-X'. Tal como se

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ilustra en las figuras 2 y 3, se observa un campo magnetico Bi establecido en el entrehierro distal 16 y un campo magnetico B2 establecido en el entrehierro proximal 14.

Ventajosamente, sea cual sea la posicion de partida del flujo, es dedr, sea cual sea la posicion de la bobina alimentada electricamente, el recorrido en bucle simple del flujo sigue siendo igual y la direccion transversal de los campos magneticos tambien sigue siendo igual. El sentido del flujo y de los campos magneticos en los entrehierros depende del signo de la corriente de alimentacion de las bobinas. Con un mismo signo de corriente se puede constatar que el recorrido de flujo es el mismo, independientemente de que se parta de una u otra de las bobinas. Como resultado, con un mismo signo de corriente de alimentacion el recorrido de este flujo se mantiene igual, independientemente de que se trate de cuatro bobinas alimentadas simultaneamente o de que se trate de una unica bobina alimentada.

Por consiguiente, se puede elegir alimentar unicamente una sola bobina en un modo de menor intensidad y alimentar mas o menos bobinas, segun la rapidez de respuesta deseada del actuador.

El hecho de tener un recorrido de flujo identico sea cual sea la bobina alimentada permite proporcionar una seguridad operativa para que el dispositivo pueda funcionar con una unica bobina, dimensionando cada bobina con este fin. Asf, se puede funcionar con una bobina durante un fallo eventual de las otras bobinas y hasta la sustitucion de estas.

El elemento movil esta adaptado para desplazarse linealmente por el efecto de los campos magneticos arriba descritos entre una posicion extrema distal (visible en la figura 5), que corresponde a la posicion de valvula cerrada en la presente aplicacion del actuador, y una posicion extrema proximal (visible en la figura 4), que corresponde a la posicion de valvula abierta. El desplazamiento del elemento movil y del vastago de valvula asociado puede estar guiado por medios gufa axiales no mostrados aqur

El elemento movil 8 incluye un iman permanente 24 alojado en una jaula 26 que rodea el iman y en un extremo de la cual se atornilla el vastago de valvula 2 para hacer que la valvula sea solidaria en el desplazamiento axial del elemento movil. En el extremo opuesto se preve (tal como se puede ver en la figura 4) el montaje de un sensor de posicion 28, por ejemplo por efecto Hall, adaptado para cooperar con un carter, no mostrado aquf, que cubre el extremo del elemento movil que sobresale del bastidor. Alternativamente, el sensor de posicion se podra integrar en los modulos entre las bobinas para evitar ocupar un espacio con un carter

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suplementario. En este caso se debera encontrar en una zona neutra donde solo se ve la variacion del campo del iman. La disposicion del actuador la invencion, en el que el flujo magnetico circula en bucle simple, unicamente sobre la periferia del bastidor, permite generar esta zona neutra entre las bobinas, en los huecos de los modulos en U.

La jaula, visible en la figura 1, tiene la forma general de un paralelepfpedo, cuya dimension transversal es ligeramente inferior al espesor transversal del entrehierro, es decir, a la distancia entre las paredes transversales enfrentadas de los modulos del bastidor, con el fin de permitir el desplazamiento lineal del elemento movil sin rozamiento contra las paredes transversales. Se podra prever la realizacion de la jaula por sobremoldeo sobre el iman permanente, entendiendose que es conveniente, tal como se describira mas abajo, que el iman permanente 24 termine sobre los flancos transversales de la jaula 30. La jaula esta hecha de un material no conductor magnetico, por ejemplo de aluminio.

El iman permanente esta polarizado siguiendo una direccion transversal esencialmente paralela a los campos magneticos Bi y B2 existentes respectivamente en los entrehierros. Este iman tiene un espesor igual al espesor de la jaula para que, en esta direccion transversal, no este cubierto por la jaula y para que termine por los dos lados frente a cada una de las paredes transversales que forman el entrehierro.

El iman permanente tiene una dimension longitudinal, segun el eje de desplazamiento X-X', esencialmente igual a la distancia entre el centro del entrehierro distal 16 y el centro del entrehierro proximal 14. Asf, cuando el iman permanente esta colocado en el bastidor, se puede asegurar, en concreto a traves de los medios de tope axial, que cada uno de los extremos del iman esta siempre en su lugar dentro del entrehierro asociado y que los campos magneticos generan a la vez una fuerza de repulsion Fr y una fuerza de atraccion Fa sobre el iman.

Por tanto, en la posicion extrema distal, ilustrada en la figura 5, se asegura a traves de los medios de tope axial que el extremo distal del iman 36 no llega mas alla del entrehierro distal 16 en el exterior del bastidor y que el extremo proximal del iman 34 no llega mas alla del entrehierro proximal 14 en el interior de los modulos en U. Incluso se podra prever en un montaje asegurado donde, en la posicion extrema, los extremos de los imanes no estan a nivel con las paredes de los modulos, sino ligeramente retirados, en los entrehierros. Y se entiende que se preven medios equivalentes para asegurar una buena disposicion del iman en la posicion extrema proximal.

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El iman permanente, y a continuacion el vastago de valvula, es apto para desplazarse linealmente segun el eje de desplazamiento X-X' por el efecto de los campos magneticos Bi y B2. Se entiende que el iman permanente esta sometido a una fuerza electromagnetica de Laplace en una direccion que es transversal al eje X-X' y que conviene elegir el sentido que se desea dar a esta fuerza electromagnetica para determinar el sentido de desplazamiento del iman permanente, teniendo en cuenta a la vez el sentido del campo magnetico generado por el iman y el sentido de los campos magneticos creados por las bobinas en los entrehierros. Aquf, el sentido del iman permanente es fijo y es el sentido de la corriente circulante en las bobinas el que es variable. Tal como se ilustra en las figuras 2 a 6, en esta forma de realizacion se elige un iman permanente que esta polarizado de izquierda a derecha. Los circuitos de control asociados a las bobinas son los que permiten cambiar el sentido de las corrientes en las bobinas y, por consiguiente, el sentido de los campos magneticos en los entrehierros, y los que asf permiten cambiar la orientacion de las fuerzas de repulsion y de las fuerzas de atraccion ejercidas sobre el iman permanente.

A continuacion se describira la utilizacion del actuador.

Cuando se alimentan las bobinas con corriente electrica, en el entrehierro distal se crea un campo magnetico Bi y en el entrehierro proximal un campo magnetico B2. Tal como se ha descrito anteriormente, dado que segun la invencion se forma un unico bucle simple de flujo, los dos campos magneticos tienen sentidos opuestos. De acuerdo con la descripcion y tal como se ilustra en la figura 2, los circuitos de control generan un sentido de corriente tal que el campo magnetico Bi en el entrehierro distal tiene el mismo sentido que el del iman permanente y el campo magnetico B2 en el entrehierro proximal tiene el sentido opuesto al del iman permanente. Entonces, el iman permanente es atrafdo hacia el campo del mismo sentido, tal como esta esquematizado en la figura mediante la representacion de las fuerzas de atraccion Fa, mientras que el campo magnetico de sentido opuesto a la polarizacion del iman repele el iman, tal como esta esquematizado en la figura mediante la representacion de las fuerzas de repulsion Fr.

De este modo, el elemento movil 8 y el vastago de valvula 2 son desplazados linealmente a lo largo del eje X-X' siguiendo el movimiento del iman permanente 24. Se entiende que aqu el desplazamiento axial del elemento movil hacia el entrehierro proximal 14 provoca la abertura de la valvula, mientras que su desplazamiento hacia el entrehierro distal 16 provoca su cierre.

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La forma del actuador, donde el elemento movil esta adaptado para desplazarse entre los dos entrehierros atravesados por un mismo flujo magnetico en sentido contrario, asegura que esta fuerza de repulsion con respecto a un campo magnetico y esta fuerza de atraccion con respecto al otro campo magnetico se sumen en un mismo sentido para participar en el desplazamiento rapido y reactivo del elemento movil, lo que asegura un buen rendimiento del actuador.

El sentido del desplazamiento lineal del elemento movil se controla en funcion del sentido de la corriente. Se entiende que invirtiendo la corriente en las bobinas se invierte el esfuerzo y, por tanto, el sentido de desplazamiento del elemento movil. En caso de que cada bobina tenga su propio circuito de control, se podra jugar con el sentido de la corriente enviada a cada una de las bobinas con el fin de jugar con la intensidad del flujo magnetico y, con ello, con la rapidez de desplazamiento del elemento movil.

En funcion de la intensidad de la corriente electrica en las bobinas, las fuerzas de repulsion y de atraccion son mas o menos grandes y el desplazamiento axial del elemento movil segun el eje de desplazamiento X-X', en un sentido o en otro, tiene mayor o menor magnitud.

Se genera asf el desplazamiento en traslacion del elemento movil desde la introduccion de la corriente en las bobinas. Mas concretamente, se gestiona por una parte el sentido de desplazamiento del iman permanente y por otra parte la velocidad de este desplazamiento, controlando por una parte el sentido y por otra parte la intensidad de la corriente introducida en las bobinas.

Para un valor determinado de la intensidad de la corriente que alimenta las bobinas, el elemento movil alcanza una posicion axial de equilibrio determinada entre la posicion extrema distal y la posicion extrema proximal. Por tanto, el actuador segun la invencion permite un levantamiento variable de la valvula regulando la intensidad de alimentacion de las bobinas con el fin de controlar el desplazamiento variable del iman permanente entre dos posiciones extremas.

Segun la invencion existen dos posiciones extremas, respectivamente al nivel del entrehierro distal y del entrehierro proximal, a las que se llega dependiendo del sentido que se le de a la corriente de alimentacion de las bobinas.

Resulta particularmente ventajoso poder mantener estas posiciones extremas en reposo, es decir, cuando se corta la corriente electronica y esta ya no circula por las bobinas.

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En las figuras 4 y 5 se muestran estas posiciones en reposo del elemento movil. En ausencia de corriente electrica en las bobinas, por consiguiente en ausencia de campo magnetico en los entrehierros, el iman permanente tiende a desplazarse a lo largo del eje X-X' para centrarse en direccion axial en el entrehierro distal o proximal, dependiendo de la posicion que ocupaba el iman en el momento de eliminar la corriente. Si el iman estaba cerca del entrehierro distal, tiende a alojarse en el entrehierro distal, mientras que si el iman estaba cerca del entrehierro proximal, tiende a alojarse en el entrehierro proximal.

En efecto, el flujo magnetico creado por el iman tiende a formar un bucle cerrado. El circuito formado por el bastidor electromagnetico permite que este flujo magnetico, cuando el iman esta alojado en uno de los entrehierros, forme un bucle que circula por el bastidor electromagnetico mas que por el aire con el fin de minimizar la dispersion del flujo magnetico.

La posicion de reposo del elemento movil esta determinada magneticamente por la atraccion del iman en el entrehierro y mecanicamente por los elementos de tope axial, por ejemplo por el tope de la valvula que reposa en su posicion cerrada contra su asiento en la culata. Se entendera que los diferentes elementos de tope axial previstos, ya sea en contacto con el vastago de culata, ya sea en contacto con la jaula del elemento movil, no se han representado.

En esta posicion de reposo, el iman permanente tiende a centrarse en el entrehierro mas cercano y los medios de tope axial permiten que no llegue a dicha posicion axial, sino que permanezca en la posicion extrema, sin ir mas alla del este entrehierro, con el fin de que este extremo opuesto del iman permanezca al mismo tiempo acoplado en el otro entrehierro.

La posicion se vuelve estable por el campo magnetico adicional B3 (visible en las figuras 4 y 5) que se crea en el entrehierro en el que no esta alojado el iman. Se entiende que este campo adicional es de sentido inverso al de la polarizacion del iman debido a la forma en U de los modulos que forman el bastidor y a la circulacion en bucle cerrado del campo creado por el iman, y que asf genera una fuerza de repulsion que se suma al esfuerzo del iman por centrarse en el entrehierro, de manera que esta suma de fuerzas empuja el iman movil contra los medios de tope axial.

De este modo, segun la invencion se pueden obtener dos posiciones de reposo simetricas particularmente estables.

A continuacion se describe una segunda forma de realizacion, mostrada en la figura 6, donde el bastidor y las bobinas no cambian con respecto a la forma de realizacion

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anteriormente descrita y donde el elemento movil 108 comprende, como anteriormente, un iman permanente 124 alojado preferiblemente en una jaula (no mostrada aqw, pero de forma esencialmente similar a la de la jaula de la figura 1).

Ademas, en esta segunda forma de realizacion, estan previstas piezas magneticas anadidas 40 dispuestas sobre el elemento movil, a un lado y otro, a cierta distancia del iman permanente. Las piezas anadidas pueden estar fijadas sobre la jaula o a distancia de esta, o tambien pueden estar introducidas en la jaula, siempre que se mantengan a una distancia determinada del iman en el eje de desplazamiento.

Sea cual sea su posicion en este eje con respecto al iman, es conveniente que cada una de las piezas magneticas este posicionada fuera del bastidor, con una pieza magnetica proximal y una pieza magnetica distal asociadas respectivamente con el entrehierro proximal y el entrehierro distal, mientras que el iman esta en el interior de dicho bastidor, entre los entrehierros.

Asf, cuando las bobinas son alimentadas electricamente, tal como se describe en la primera forma de realizacion, el iman tiende a posicionarse en uno o el otro de los entrehierros, dependiendo del sentido de la corriente y, por tanto, del flujo magnetico. Este desplazamiento lineal del iman tiende a alejar una pieza magnetica del entrehierro asociado y tiende a acercar la otra pieza magnetica del entre hierro asociado. Uno de los imanes se acerca entonces a las paredes transversales del bastidor, tal como se puede ver en la figura 6, con la pieza magnetica proximal cerca de las paredes del bastidor, mientras que el iman se posiciona en el entrehierro distal.

Asf, estas piezas magneticas son particularmente utiles por turnos cuando las bobinas son alimentadas con corriente en un sentido y despues en el otro, por un lado porque la atraccion alterna de las piezas magneticas sobre el bastidor anade un esfuerzo suplementario para mantener las posiciones extremas alternas del iman en el entrehierro correspondiente y, por otro lado, porque pueden permitir disminuir la corriente que a suministrar para obtener dicha posicion extrema, acompanando el movimiento del elemento movil.

Por otra parte, estas piezas magneticas son igualmente utiles cuando las bobinas ya no estan alimentadas con corriente, ya que favorecen, por un lado, el desplazamiento del iman hacia una de las posiciones de reposo, es decir, la posicion en la que el iman estaba mas cerca en el momento de interrumpir la alimentacion, tal como se ha descrito anteriormente, y porque, por otro lado, crean un esfuerzo que tiende a empujar el iman permanente a tope cuando este esta en su posicion extrema, lo que permite asegurar una posicion estable en reposo.

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Se entendera que las piezas magneticas estan dimensionadas para asegurar que seran a^das por el bastidor, sin por ello perturbar la atraccion y la repulsion del iman con respecto a los entrehierros tal como se ha descrito anteriormente en la primera forma de realizacion.

Las piezas anadidas permiten ademas atenuar la dispersion en el aire de la radiacion de las bobinas, formando un blindaje del campo magnetico del lado del bastidor en el que se extienden. Asf, el campo magnetico se puede concentrar mas intensamente en el circuito magnetico y, por extension, sobre el iman.

En el caso (mostrado en la figura 6) en que las piezas anadidas no estan montadas en la jaula, sino directamente sobre vastagos unidos de forma solidaria al iman, por ejemplo, las piezas anadidas pueden servir igualmente de tope axial siempre que tengan una dimension transversal superior a la del entrehierro correspondiente para apoyarse contra las paredes transversales 120 del bastidor.

En el marco de la aplicacion descrita a una valvula de un motor de combustion, resulta particularmente ventajoso dar prioridad a una de las posiciones de reposo con respecto a la otra, de modo que la posicion de reposo unica corresponda por ejemplo a una posicion cerrada de la valvula, con el fin de evitar que uno de los pistones del motor llegue a chocar en su ciclo contra la valvula correspondiente que ha permanecido abierta y sobresaliendo dentro de la camara de combustion. Tal como se ha descrito anteriormente, es la posicion extrema distal la que corresponde aqu a la posicion cerrada de la valvula y, en esta forma de realizacion particular de la invencion mostrada en la figura 7, se busca por tanto una posicion de reposo prioritaria en la que el iman se aloje siempre en el entrehierro distal, sea cual sea la posicion del iman en el momento de interrumpir la alimentacion. Se entendera que la busqueda de una posicion de reposo prioritaria tambien podra ser interesante en otras aplicaciones del actuador segun la invencion.

Por tanto, se preven medios para que las posiciones de reposo sean asimetricas y dar prioridad a una de ellas con respecto a la otra. Estos medios pueden ser mecanicos o magneticos y posteriormente se describiran medios magneticos formados por una pieza magnetica anadida tal como se ha mostrado mas arriba en la segunda forma de realizacion. Estos pueden ser sustituidos o complementados con medios mecanicos, anadiendo la presencia de un muelle de recuperacion, por ejemplo.

Tal como se ha visto anteriormente, la pieza anadida esta situada de modo que se mantiene a una distancia determinada del iman, de forma que, cuando el iman esta

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en la posicion extrema, atrafdo por el entrehierro distal, la pieza anadida esta mas alia del actuador, al otro lado segun el eje X-X' del entrehierro proximal.

Sea cual sea la posicion del elemento movil, el hecho de interrumpir la corriente electrica de alimentacion de las bobinas hace volver automaticamente al elemento movil a su posicion de reposo prioritaria, tendiendo el iman permanente a colocarse de nuevo en el entrehierro distal donde ya no hay campo magnetico, empujado hacia este entrehierro distal y no hacia el entrehierro proximal por la atraccion de la pieza anadida hacia las paredes transversales que delimitan el entrehierro proximal del bastidor.

La utilizacion de esta pieza magnetica tambien tiene ah ventajas relativas al esfuerzo suplementario que permite asegurar una posicion extrema estable, a la disminucion de la corriente a suministrar para obtener dicha posicion extrema, a la formacion de un blindaje del campo magnetico o a la realizacion de un tope axial.

Se entiende que aqu se da prioridad a una posicion de reposo que corresponde a una posicion cerrada de la valvula, pero que la simplicidad de diseno del actuador segun la invencion permite dar prioridad a una posicion de reposo con respecto a la otra a voluntad. Bastara con colocar la pieza magnetica sobre el elemento movil mas alla del entrehierro distal para favorecer el posicionamiento en reposo del iman permanente en el entrehierro proximal.

En el caso en que se anade una sola pieza magnetica, se entendera que esta podra estar dispuesta tal como se muestra en la figura 7, entre el iman y el elemento a accionar, aqu una valvula, de manera que el entrehierro proximal separe el iman y la pieza anadida, o, en un funcionamiento en espejo, podra estar dispuesta de tal modo que sea el entrehierro distal el que separa el iman y la pieza anadida, estando esta situada siempre fuera del bastidor. Mas abajo se describe el funcionamiento de la disposicion mostrada en la figura 7 y se entendera que es igual si la pieza magnetica esta dispuesta al otro lado del bastidor.

La descripcion anterior explica claramente como la invencion permite alcanzar los objetivos fijados para la misma. En particular, el actuador segun la invencion tiene un diseno simple y ligero, con modulos en forma de U dispuestos uno frente a otro. Este ofrece posibilidades multiples para el montaje: se pueden preparar paralelamente el montaje de las bobinas sobre el bastidor ferromagnetico y el montaje de la jaula con el vastago de valvula. El bastidor se monta facilmente alrededor de la jaula, sin que sea necesario perforar agujeros en las paredes del bastidor para permitir el paso del vastago. De este modo se crea con facilidad la disposicion ventajosa de la invencion, en la que un iman permanente esta adaptado

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para desplazarse entre dos entrehierros formados por el bastidor y en los que existen campos de sentidos opuestos, gracias a la forma en bucle del recorrido del flujo por las formas en U de los modulos.

El hecho de que el actuador presente un unico bucle de flujo magnetico que se mantiene igual sea cual sea la bobina alimentada permite conservar mismo recorrido de flujo sean cuales sean las bobinas alimentadas. Se facilitan operaciones de sustitucion de una bobina sin modificar el funcionamiento del actuador. Jugando con el numero de bobinas alimentadas se obtiene un campo magnetico de intensidad deseada, sin que este numero modifique el recorrido del flujo generado. Ventajosamente, este recorrido es simple, formando un bucle, y corto. No hay ninguna perdida de energfa significativa durante el recorrido, de modo que los campos magneticos existentes en el entrehierro son fuertes. El rendimiento del actuador es muy bueno y practicamente la totalidad de la energfa electrica utilizada para la alimentacion de las bobinas sirve para desplazar el iman movil por la repulsion y la atraccion de los campos magneticos.

Ademas, el hecho de disponer de un solo iman permite limitar los riesgos de montaje de una orientacion erronea de las polarizaciones, lo que es particularmente importante en la programacion de los actuadores, en concreto en el caso de la aplicacion a desplazamientos de valvula, tal como se ha descrito anteriormente, donde se desea dar prioridad a una posicion de reposo con respecto a la otra.

Se podran prever un numero y una disposicion diferente de las bobinas, por ejemplo con dos bobinas dispuestas en direccion axial alrededor de las paredes longitudinales, si hay mas espacio para alojar el actuador, entendiendose que en esta variante tambien se forma un bucle simple de flujo con dos entrehierros entre los que se puede desplazar linealmente un iman permanente adaptado para ello.

En una variante no representada, se podra prever que el actuador presente una forma cilmdrica obtenida a partir del bastidor y el elemento movil mostrados en la figura 1. El perfil de los dos modulos y del iman permanente se hace girar alrededor de un eje paralelo al eje de desplazamiento y dispuesto en el exterior del bastidor. De este modo se obtiene un actuador cilmdrico con, desde su centro hasta su periferia, un modulo cilmdrico interior, un iman cilmdrico de seccion anular y un modulo cilmdrico exterior. En el centro del actuador se puede alojar una bobina, que puede generar un flujo magnetico en bucle simple entre los dos modulos coaxiales. El iman permanente permanece situado, conforme a la ensenanza de la invencion, en direccion axial entre los dos entrehierros.

En una variante no representada, se podra prever que el accionador permita un desplazamiento del elemento movil a lo largo de un eje de desplazamiento curvo. Para ello, el actuador incluye un elemento movil que tiene un radio de curvatura equivalente a la curvatura del eje de desplazamiento. El bastidor podra presentar 5 en caso necesario, segun el plano en el que esta comprendido dicho eje curvo, entrehierros curvados para que el iman en su desplazamiento no choque con las paredes que delimitan estos entrehierros. Como anteriormente, esta variante presenta tambien aqu la ventaja de un flujo magnetico que circula en un unico bucle simple y un iman permanente dispuesto en el interior del bastidor entre dos 10 entrehierros dispuestos sobre el circuito magnetico que recibe este flujo.

No obstante, la invencion no se limita a las formas de realizacion espedficamente descritas aqu y se extiende en particular a todos los medios equivalentes y a cualquier combination tecnicamente operativa de estos medios. En concreto, el actuador se podra realizar para su integration en un sistema existente utilizando 15 piezas existentes para realizar las funciones de bastidor magnetico y de elemento movil imantado. Por ejemplo, el bastidor se podra realizar mediante formas apropiadas de la culata de un motor y prever una parte imantada para integrarla en el vastago de valvula con el fin de conformar el elemento movil.

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Claims (1)

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   Reivindicaciones

   Actuador electromagnetico, en el que un elemento movil (8; 108) esta adaptado para deslizarse por el interior de un bastidor ferromagnetico (4) segun un eje de desplazamiento (X-X') determinado entre dos posiciones extremas bajo el efecto de un flujo magnetico (10) que circula por dicho bastidor,

   formando dicho bastidor un circuito magnetico en bucle simple interrumpido por dos entrehierros (14, 16) dispuestos cada uno sobre dicho eje de desplazamiento del elemento movil, de modo que el flujo circula en un unico bucle simple por el bastidor y de forma que genera al nivel de los entrehierros dos campos magneticos (B1, B2) de sentidos opuestos, extendiendose cada campo magnetico transversalmente con respecto a dicho eje de desplazamiento determinado,

   comprendiendo el elemento movil un iman permanente (24; 124) polarizado en un sentido determinado,

   caracterizado por que el iman permanente tiene una dimension axial, segun el eje de desplazamiento, esencialmente igual a la distancia entre el centro de cada uno de los dos entrehierros, siendo la dimension axial tal que, en cada posicion extrema, un extremo del iman (34) se extiende dentro de uno de los entrehierros (14), mientras que el extremo opuesto del iman (36) se extiende dentro del otro entrehierro (16).

   Actuador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el bastidor (4) comprende dos modulos en U (12) dispuestos uno frente al otro alrededor del elemento movil (8; 108), comprendiendo cada modulo una pared longitudinal (18) prolongada en sus extremos por dos paredes transversales (20; 120), con las superficies de extremo de las paredes transversales situadas en un mismo extremo longitudinal del bastidor, orientadas frente a frente dos a dos, a distancia una de la otra, para formar los entrehierros (14, 16).

   Actuador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que un sensor de posicion (28) es solidario con el bastidor (4) para detectar el desplazamiento del elemento movil (8; 108).

   Actuador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el flujo magnetico (10) es generado por varias bobinas (6) situadas respectivamente alrededor de una pared del bastidor (4) y alimentadas

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   electricamente para que cada bobina genere un flujo magnetico similar, que circula en bucle simple por el bastidor.

   Actuador segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque dichas posiciones extremas del elemento movil (8; 108) estan determinadas por medios de tope axial mecanicos con el fin de formar posiciones estables de reposo del elemento movil cuando las bobinas (6) ya no estan alimentadas electricamente, sumandose fuerzas de repulsion (Fr) de uno de los campos (Bi, B2) sobre el iman (24; 124) y fuerzas de atraccion (Fa) del otro campo sobre este mismo iman para empujar el iman permanente y el elemento movil contra dichos medios de tope axial.

   Actuador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento movil comprende una pieza magnetica (40) anadida sobre el elemento movil (108) a distancia del iman permanente (124), de tal modo que dicha pieza magnetica se extiende fuera del bastidor (4) sea cual sea la posicion del elemento movil de una posicion extrema a la otra.

   Actuador segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque dicha pieza magnetica (40) anadida tiene una dimension transversal superior a la de los entrehierros (14, 16), con el fin de formar un medio de tope axial mecanico del elemento movil (108).

   Actuador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios para que las posiciones de reposo sean asimetricas y dar mas prioridad a una posicion de reposo que a otra.

   Actuador segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el elemento movil (8; 108) esta unido a un vastago de valvula (2) de un motor de combustion, correspondiendo la posicion de reposo prioritaria a la posicion cerrada de la valvula.