ES2645191A1 - Electromagnetic actuator (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
MEMORIA DESCRIPTIVA DESCRIPTIVE MEMORY
La presente solicitud tiene por objeto el registro de un actuador electromagnético The purpose of this application is to register an electromagnetic actuator
Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un actuador electromagnético basado en el uso de dos bobinados que permite fuerzas constantes elevadas durante una larga carrera de un eje actuador de una forma eficiente y una configuración constructiva relativamente simple. More specifically, the invention proposes the development of an electromagnetic actuator based on the use of two windings that allows constant high forces during a long stroke of an actuator shaft in an efficient manner and a relatively simple construction configuration.
Dentro del sector de la automoción, en aplicaciones de actuadores eléctricos se puede distinguir entre electroimanes y, por otro lado, actuadores basados en el uso de motores eléctricos, los cuales requieren habitualmente un mecanismo reductor mecánico y/o un conversor para convertir un movimiento rotativo en un movimiento lineal. Within the automotive sector, in applications of electric actuators one can distinguish between electromagnets and, on the other hand, actuators based on the use of electric motors, which usually require a mechanical reduction mechanism and / or a converter to convert a rotary motion in a linear movement.
Los actuadores basados en electroimanes presentan ciertas ventajas respecto a los actuadores basados en motores eléctricos cuando un eje actuador debe realizar una carrera relativamente corta (por ejemplo, inferior a 10mm) y fuerzas media-bajas (por ejemplo, inferior a 50N), siendo tales ventajas una mayor velocidad de actuación, conjuntos constructivamente más simples y un menor coste de fabricación. Por el contrario, cuando se elevan las carreras o fuerzas, los factores vinculados con el volumen, peso, corriente y coste necesarios en los electroimanes se incrementan negativamente, por lo que no resultan eficientes frente a los actuadores motorizados. Electromagnets-based actuators have certain advantages over actuators based on electric motors when an actuator shaft must perform a relatively short stroke (for example, less than 10mm) and medium-low forces (for example, less than 50N), being such advantages a higher speed of action, constructively simpler assemblies and a lower manufacturing cost. On the contrary, when the races or forces rise, the factors related to the volume, weight, current and cost required in the electromagnets increase negatively, so they are not efficient against motorized actuators.
Mencionar también que es conocido en el estado de la técnica sistemas basados en el uso de imanes permanentes presentes en el interior de un electroimán, no obstante, presentan el principal inconveniente de que su coste de fabricación se incrementa notablemente debido esencialmente al propio coste de los imanes permanentes. Mention also that it is known in the state of the art systems based on the use of permanent magnets present inside an electromagnet, however, they have the main drawback that their manufacturing cost increases significantly due essentially to the cost of the permanent magnets
Además, el solicitante no tiene conocimiento en la actualidad de una invención que disponga de todas las características que se describen en esta memoria. In addition, the applicant is not currently aware of an invention that has all the features described herein.
5 La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un actuador electromagnético que se configura como una novedad dentro del campo de aplicación y resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación. The present invention has been developed in order to provide an electromagnetic actuator that is configured as a novelty within the field of application and resolves the aforementioned drawbacks, also providing other additional advantages that will be apparent from the description that is accompanies next.
10 Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar un actuador electromagnético, que comprende unos medios electromagnéticos alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador a través del interior de un alojamiento. Más en It is therefore an object of the present invention to provide an electromagnetic actuator, which comprises electromagnetic means electrically powered by an external supply source to activate the axial displacement of a guided form of an actuator shaft through the interior of a housing. More in
15 particular, la invención se caracteriza por el hecho de que los medios electromagnéticos comprenden un primer y segundo bobinados anulares dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador, estando cada uno de los bobinados vinculado a un respectivo núcleo fijo de material ferromagnético y un respectivo núcleo móvil de material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador, In particular, the invention is characterized in that the electromagnetic means comprise a first and second annular windings arranged in series and electrically connected to each other, between which the actuator shaft is axially displaced, each winding being linked to a respective fixed core of ferromagnetic material and a respective mobile core of ferromagnetic material in which the actuator shaft is coupled,
20 estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada, y estando el eje actuador acoplado de forma solidaria a los núcleos móviles, tal que en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador cada uno de los bobinados crea un campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea, actuando cada bobinado sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador. 20 the two moving cores being spaced apart from each other by a predetermined distance, and the actuator axis being integrally coupled to the moving cores, such that in an operative condition in which the actuating axis moves each of the windings creates a magnetic field simultaneously independent of each other, each winding acting on its respective mobile core as said actuator shaft moves.
25 Gracias a estas características, se pueden obtener fuerzas constantes elevadas durante una larga carrera del eje actuador, por ejemplo, superior a los 15 milímetros, de modo que permite valores de fuerza-carrera difícilmente alcanzables con electroimanes convencionales manteniendo el mismo volumen o tamaño e intensidad de corriente con un 25 Thanks to these characteristics, high constant forces can be obtained during a long stroke of the actuator shaft, for example, greater than 15 millimeters, so that it allows hard-to-reach values difficult to reach with conventional electromagnets while maintaining the same volume or size. current intensity with a
30 coste de fabricación eficiente. 30 efficient manufacturing cost.
Este actuador puede ser aplicado para conjuntos actuadores previstos para pedales de automóviles, tal como el pedal del acelerador, sistemas de freno de mano, para el bloqueo/desbloqueo de embragues hidráulicos, para el pilotaje de válvulas reguladoras de This actuator can be applied to actuator assemblies intended for car pedals, such as the accelerator pedal, handbrake systems, for hydraulic clutches locking / unlocking, for pilot control valves.
35 fluidos (EGR), etc. 35 fluids (EGR), etc.
De forma preferente, cada uno de los bobinados puede encontrarse alojado en un portacarretes independiente. Preferably, each of the windings can be housed in a separate reel holder.
5 Ventajosamente, el eje actuador está hecho de un material no ferromagnético. 5 Advantageously, the actuator shaft is made of a non-ferromagnetic material.
Preferentemente, el núcleo fijo vinculado con el primer bobinado presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado. Preferably, the fixed core linked to the first winding has a general annular shape that has a central section with a cylindrical inner wall that is complementary to the cylindrical shape of the mobile core linked to the first winding.
10 De acuerdo con otro aspecto de la invención, un tramo de la cara interior del núcleo fijo vinculado con el segundo bobinado situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador presenta una superficie cónica que es complementaria con la forma cónica definida en un tramo de extremo de la cara exterior del núcleo móvil, tal que en una condición In accordance with another aspect of the invention, a section of the inner face of the fixed core linked to the second winding located closer to an exit hole of the actuator shaft has a conical surface that is complementary to the conical shape defined in a section end of the outer face of the mobile core, such that in a condition
15 operativa en la que el eje actuador se encuentra en la posición más extendida sobresaliendo del alojamiento el tramo cónico del núcleo móvil está enfrentado a la superficie cónica del núcleo fijo. 15 in which the actuator shaft is in the most extended position, protruding from the housing, the conical section of the movable core faces the conical surface of the fixed core.
Preferentemente, cada uno de los bobinados presenta un número distinto de espiras y, más 20 preferentemente, el primer bobinado presenta un número de espiras mayor que el segundo bobinado. Preferably, each of the windings has a different number of turns and, more preferably, the first winding has a number of turns greater than the second winding.
Adicionalmente, el actuador electromagnético incluye un elemento de guía de forma tubular interiormente hueca situado en un orificio central del alojamiento, en el interior del cual se 25 mueven los núcleos móviles vinculados a los dos bobinados. Additionally, the electromagnetic actuator includes an internally hollow tubular guide element located in a central hole of the housing, inside which the mobile cores linked to the two windings are moved.
Otras características y ventajas de la mesa objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales: Other features and advantages of the table object of the present invention will be apparent from the description of a preferred but not exclusive embodiment, which is illustrated by way of non-limiting example in the accompanying drawings, in which:
Figura 1.-Es una vista en perspectiva de un actuador electromagnético de acuerdo con la presente invención; 35 Figura 2.-Es una vista en planta del actuador electromagnético de la invención; 4 Figure 1.- It is a perspective view of an electromagnetic actuator according to the present invention; Figure 2.- It is a plan view of the electromagnetic actuator of the invention; 4
Figura 3.-Es una vista en sección del actuador electromagnético de la invención; Figure 3.- It is a sectional view of the electromagnetic actuator of the invention;
Figura 4.-Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por un actuador electromagnético comprendido por un solo bobinado vinculado un único núcleo fijo y móvil; Figure 4.-It is a graphic representation that shows the magnetic field lines generated by an electromagnetic actuator comprised of a single winding linked to a single fixed and mobile core;
Figura 5.-Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por el actuador electromagnético en una primera condición operativa; Figure 5.-It is a graphic representation that shows the magnetic field lines generated by the electromagnetic actuator in a first operating condition;
Figura 6.-Es una representación gráfica que muestra las líneas del campo magnético generadas por el actuador electromagnético en una segunda condición operativa; Figure 6.- It is a graphic representation that shows the magnetic field lines generated by the electromagnetic actuator in a second operating condition;
Figura 7.-Es un gráfico que representa la relación entre fuerza y la carrera que ejecuta el eje actuador en un electroimán convencional (A) formado por un solo núcleo móvil y fijo y un electroimán (B) de acuerdo con la invención: y Figure 7.- It is a graph that represents the relationship between force and the stroke that runs the actuator shaft in a conventional electromagnet (A) formed by a single mobile and fixed core and an electromagnet (B) according to the invention: and
Figura 8.-Es un gráfico que representa la relación entre fuerza y la carrera que ejecuta el eje actuador, donde se observa la fuerza resultante (Fr) debido a los dos bobinados, la fuerza (Fs) ejercida por el bobinado superior y la fuerza (Fi) ejercida por el bobinado inferior sobre el eje actuador. Figure 8.-It is a graph that represents the relationship between force and the stroke that runs the actuator axis, where the resulting force (Fr) is observed due to the two windings, the force (Fs) exerted by the upper winding and the force (Fi) exerted by the lower winding on the actuator shaft.
A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación. In view of the aforementioned figures and, according to the numbering adopted, an example of a preferred embodiment of the invention can be observed therein, which comprises the parts and elements indicated and described in detail below.
Este actuador electromagnético, indicado de forma general con la referencia (1), puede formar parte de un conjunto para un freno de mano, un pedal acelerador, un actuador para el control y gestión de válvulas para la circulación de líquidos (por ejemplo, el líquido anticongelante de un circuito de refrigeración de motor, circuito de aceite, etc.), estando comprendido por unos medios electromagnéticos (detallados más adelante) alimentados eléctricamente por una fuente de suministro exterior para activar el desplazamiento axial de una forma guiada de un eje actuador (2), hecho de un material no ferromagnético, a través del interior de un alojamiento (3) de forma generalmente cilíndrica. This electromagnetic actuator, indicated in general with reference (1), can be part of a set for a handbrake, an accelerator pedal, an actuator for the control and management of valves for the circulation of liquids (for example, the antifreeze liquid from a motor cooling circuit, oil circuit, etc.), being comprised of electromagnetic means (detailed below) electrically powered by an external supply source to activate the axial displacement of a guided form of an actuator shaft (2), made of a non-ferromagnetic material, through the interior of a housing (3) generally cylindrical.
Mencionar que las referencias relacionadas con la orientación, tales como superior e inferior se basan en la posición representada en las figuras 1 a 3. Mention that references related to orientation, such as upper and lower, are based on the position represented in Figures 1 to 3.
En concreto, los medios electromagnéticos comprenden un primer bobinado superior (4) anular y un segundo bobinado inferior (5) anular dispuestos en serie y eléctricamente conectados entre sí a través de un hilo continuo conductor, entre los cuales se desplaza axialmente el eje actuador (2). Cada uno de los bobinados superior e inferior (4, 5) 5 respectivamente, se encuentra vinculado a un respectivo núcleo fijo de material ferromagnético superior e inferior (6, 7) respectivamente, y un respectivo núcleo móvil (8, 9) también hecho de un material ferromagnético en el que está acoplado el eje actuador, estando los dos núcleos móviles distanciados entre sí una distancia predeterminada. De esta manera, en una condición operativa en la que se desplaza el eje actuador cada uno de Specifically, the electromagnetic means comprise a first upper winding (4) annular and a second lower winding (5) annular arranged in series and electrically connected to each other through a continuous conductor wire, between which it travels axially the actuator shaft (2). Each of the upper and lower windings (4, 5) 5 respectively, is linked to a respective fixed core of material upper and lower ferromagnetic (6, 7) respectively, and a respective mobile core (8, 9) also made of a ferromagnetic material in which the actuator shaft is coupled, the two moving cores being distanced from each other a predetermined distance. From this way, in an operative condition in which the actuator shaft is moved each of
10 los bobinados crea un circuito o campo magnético independiente entre sí de una forma simultánea (véase las figuras 5 y 6), actuando cada bobinado sobre su respectivo núcleo móvil a medida que se desplaza dicho eje actuador (2). La fuerza total que realiza este actuador electroimán (1) es la suma de las fuerzas de los dos núcleos móviles ya que los dos núcleos móviles (8, 9) están solidarios al eje actuador (2). 10 the windings create a circuit or magnetic field independent of each other in a simultaneous way (see Figures 5 and 6), each winding acting on its respective moving core as said actuator shaft (2) moves. The total force made by this electromagnet actuator (1) is the sum of the forces of the two mobile cores since the two mobile cores (8, 9) are integral with the actuator shaft (2).
15 A diferencia de un electroimán convencional, las líneas de flujo magnético son creadas por un bobinado (100) que generan una fuerza magnética de atracción entre un único núcleo móvil (200) y un único núcleo fijo (300). 15 Unlike a conventional electromagnet, magnetic flux lines are created by a winding (100) that generate a magnetic force of attraction between a single moving core (200) and a single fixed core (300).
20 Cada uno de los bobinados superior e inferior (4, 5) está ubicado en un porta-carretes independiente (10, 11). 20 Each of the upper and lower windings (4, 5) is located in a separate reel holder (10, 11).
El núcleo fijo vinculado con el primer bobinado presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma 25 cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado (4). The fixed core linked to the first winding has a general annular shape that has a central section with a cylindrical inner wall that is complementary to the cylindrical shape 25 that has the mobile core linked to the first winding (4).
Por otro lado, un tramo de la cara interior del núcleo fijo vinculado con el segundo bobinado (5) situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador presenta una superficie cónica que es complementaria con la forma cónica definida en un tramo de extremo (90) de la cara On the other hand, a section of the inner face of the fixed core linked to the second winding (5) located closer to an exit hole of the actuator shaft has a conical surface that is complementary to the conical shape defined in an end section ( 90) of the face
30 exterior del núcleo móvil (9), tal que en una condición operativa en la que el eje actuador (2) se encuentra en la posición más extendida sobresaliendo del alojamiento el tramo cónico del núcleo móvil está enfrentado a la superficie cónica del núcleo fijo. 30 outside the movable core (9), such that in an operative condition in which the actuator shaft (2) is in the most extended position protruding from the housing, the conical section of the movable core faces the conical surface of the fixed core.
El actuador electromagnético incluye un elemento de guía (12) de material no 35 ferromagnético de forma tubular interiormente hueca situado en un orificio central del The electromagnetic actuator includes a guide element (12) of non-ferromagnetic material of internally hollow tubular shape located in a central hole of the
alojamiento, en el interior del cual se mueven los núcleos móviles vinculados a los dos bobinados (4, 5). accommodation, inside which the mobile cores linked to the two windings are moved (4, 5).
Mencionar que el primer bobinado (4) presenta un número de espiras mayor que el segundo Mention that the first winding (4) has a number of turns greater than the second
5 bobinado (5) y por consiguiente, tiene mayores dimensiones, por lo que el campo magnético superior proporciona una mayor contribución de fuerza cuando el entrehierro (h) es máximo (carrera cero) dado que el entrehierro (h) entre el núcleo fijo (6) y el núcleo móvil (8) está minimizado utilizando las formas geométricas de atracción cilíndricas, estando este núcleo fijo (6) dimensionado de modo que para carreras medias o altas (tal como igual o superior a 5 winding (5) and therefore has larger dimensions, whereby the upper magnetic field provides a greater contribution of force when the air gap (h) is maximum (zero stroke) since the air gap (h) between the fixed core ( 6) and the mobile core (8) is minimized using the cylindrical geometric attraction shapes, this fixed core (6) being sized so that for medium or high strokes (such as equal to or greater than
10 15mm.) se encuentra saturando y proporcionando poca contribución de fuerza. Por el contrario, el campo magnético generado por el bobinado inferior (5) proporciona poca contribución de fuerza cuando el entrehierro (h) es máximo pero una máxima contribución en carreras medio-altas, al presentar tramos del núcleo móvil (9) y núcleo fijo (7) formas geométricas de atracción cónicas con un ángulo de conicidad predeterminado, es decir, una 10 15mm.) Is saturating and providing little contribution of strength. On the contrary, the magnetic field generated by the lower winding (5) provides little contribution of force when the air gap (h) is maximum but a maximum contribution in medium-high strokes, when presenting sections of the mobile core (9) and fixed core (7) Conical geometric shapes of attraction with a predetermined taper angle, that is, a
15 geometría que reduce su espesor de forma progresiva para forzar su saturación magnética cuando el tramo cónico del núcleo móvil (9) está introducido en el núcleo fijo (7). Geometry that reduces its thickness progressively to force its magnetic saturation when the conical section of the mobile core (9) is inserted into the fixed core (7).
Para evitar interferencias entre los dos campos magnéticos creados por los bobinados (4, 5) durante su funcionamiento, se proporcionan un núcleo centrador (13, 14) con una forma To avoid interference between the two magnetic fields created by the windings (4, 5) during operation, a centering core (13, 14) with a shape is provided
20 sensiblemente anular y de material ferromagnético vinculado a un respectivo bobinado (4, 5), estando cada uno de ellos situado en la parte superior de cada uno de los bobinados (4, 5). 20 substantially annular and of ferromagnetic material linked to a respective winding (4, 5), each of which is located on the top of each of the windings (4, 5).
Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, empleados en la The details, shapes, dimensions and other accessory elements used in the
25 fabricación del actuador electromagnético de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que no se aparten del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación. The manufacture of the electromagnetic actuator of the invention may conveniently be replaced by others that do not depart from the scope defined by the claims set forth below.
Claims (8)
- 2. 2.
- Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada uno de los bobinados (4, 5) está alojada en un correspondiente porta-carretes independiente (10, 11). Electromagnetic actuator (1) according to claim 1, characterized in that each of the windings (4, 5) is housed in a corresponding independent reel holder (10, 11).
- 3. 3.
- Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el eje actuador (2) está hecho de un material no ferromagnético. Electromagnetic actuator (1) according to claim 1, characterized in that the actuator shaft (2) is made of a non-ferromagnetic material.
- 4. Four.
- Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el núcleo fijo vinculado con el primer bobinado (4) presenta una forma general anular que tiene un tramo central con una pared interior cilíndrica que es complementaria con la forma cilíndrica que tiene el núcleo móvil vinculado con el primer bobinado (4). Electromagnetic actuator (1) according to claim 1, characterized in that the fixed core linked to the first winding (4) has a general annular shape having a central section with a cylindrical inner wall that is complementary to the cylindrical shape that It has the mobile core linked to the first winding (4).
- 5. 5.
- Actuador electromagnético (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que un tramo de la cara interior del núcleo fijo (7) vinculado con el segundo bobinado (5) situado más cerca de un orificio de salida del eje actuador (2) presenta una superficie cónica Electromagnetic actuator (1) according to claim 1, characterized in that a section of the inner face of the fixed core (7) connected with the second winding (5) located closer to an outlet orifice of the actuator shaft (2) It has a conical surface
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