ES2651479T3 - Interruptor de solenoide eléctrico biestable - Google Patents
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Abstract
Un interruptor eléctrico de solenoide biestable (100) que comprende: una bobina de solenoide (116) que forma un solenoide (150) al ser enrollada con arrollamientos de bobina (102), teniendo la bobina de solenoide (116) una abertura central (175) definida en el mismo, y los arrollamientos de bobina (102) que, cuando se acoplan con una fuente de energía, generan un campo magnético; un miembro de acoplamiento magnético (106) montado en el solenoide (150) que rodea al menos una parte de la abertura central (175); un émbolo (104) dispuesto al menos parcialmente en la abertura central (175) para rotación y desplazamiento alternativo axial entre al menos dos posiciones dentro y fuera de la abertura central (175) con relación al solenoide (150) y al miembro de acoplamiento magnético (106) ); y una placa conductora (110) acoplada al émbolo (104) y provista de contactos (114A) en cada extremo de la placa conductora (110), estando la placa conductora (110) configurada para acoplar y desacoplar eléctricamente el solenoide (150) con la aplicación respectiva de potencia al solenoide (150), de manera que el campo magnético se engancha con, y desbloquea, el émbolo (104) entre las al menos dos posiciones; caracterizado porque el interruptor eléctrico de solenoide biestable (100) comprende además un primer muelle (142) configurado para recibir el émbolo (104) y dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnético (106) y la placa conductora (110), estando el primer resorte (142) configurado para superar la fuerza del elemento de acoplamiento magnético (106) necesaria para retener el solenoide (150) en la posición cerrada y desplazar nuevamente el émbolo (104) a una alternativa de las al menos dos posiciones cuando la fuente de energía se desacopla del solenoide (150); en el que el miembro de acoplamiento magnético (106) está configurado para reducir la fuerza necesaria por el campo magnético para permitir que el solenoide (150) permanezca en una posición cerrada cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tensión de funcionamiento y reducida potencia operativa, de manera que el miembro de acoplamiento magnético (106) retiene el émbolo (104) en una de las al menos dos posiciones.
Description
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DESCRIPCION
Interruptor de solenoide electrico biestable Campo de la divulgacion
La descripcion se refiere generalmente al campo de los dispositivos de proteccion de circuitos y mas particularmente a un interruptor de solenoide biestable con una amplia tension de funcionamiento.
Antecedentes de la divulgacion
Un rele electrico es un dispositivo que permite establecer una conexion entre dos electrodos para transmitir una corriente. Un rele tipicamente comprende una bobina y un interruptor magnetico. Cuando la corriente fluye a traves de la bobina, se crea un campo magnetico proporcional al flujo de corriente. En un punto predeterminado, el campo magnetico es lo suficientemente fuerte como para tirar del contacto movil del interruptor de su posicion de reposo o desenergizado, a su posicion accionada o activada presionada contra el contacto estacionario del interruptor. Cuando la potencia electrica aplicada a la bobina cae, la fuerza del campo magnetico disminuye, liberando el contacto movil y permitiendo que regrese a su posicion original desenergizada. A medida que los contactos de un rele se abren o cierran, hay una descarga electrica llamada arqueo, que puede causar el calentamiento y la quema de los contactos y, tfpicamente, da como resultado la degradacion y la eventual destruccion de los contactos a lo largo del tiempo.
Un solenoide es un tipo espedfico de rele electromagnetico de alta corriente. Los interruptores accionados por solenoide se usan ampliamente para suministrar energfa a un dispositivo de carga en respuesta a una corriente de control de nivel relativamente bajo suministrada al solenoide. Los solenoides se pueden usar en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, los solenoides pueden usarse en arrancadores electricos para la facilidad y conveniencia de arrancar diversos vehfculos, incluyendo automoviles convencionales, camiones, tractores de cesped, cortadoras de cesped mas grandes, y similares.
Un rele normalmente abierto es un interruptor que mantiene sus contactos cerrados mientras se le suministra energfa electrica y que abre sus contactos cuando se corta la fuente de alimentacion. Actualmente, los reles normalmente abiertos tienen rangos limitados de voltaje de operacion. Por ejemplo, los reles normalmente abiertos estan limitados para operar en rangos de 12 o 24 voltios. Sin embargo, los reles que funcionan en una amplia gama de voltajes son biestables. El rele biestable se usa para rangos de alta corriente, pero, adversamente, da como resultado un aumento de temperatura elevado.
El documento US2919324 describe un interruptor biestable de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1. Por lo tanto, existe la necesidad de un interruptor de solenoide electrico biestable mejorado que tenga una fuente de corriente constante capaz de funcionar en un modo de corriente constante que permita un amplio rango de voltaje operativo y una menor potencia operativa. Es con respecto a estas y otras consideraciones que se han necesitado las presentes mejoras.
El interruptor electrico de solenoide biestable de acuerdo con la reivindicacion 1 y el metodo de formar un interruptor de solenoide electrico de acuerdo con la reivindicacion 7, logran las mejoras mencionadas anteriormente.
Compendio
Este resumen se proporciona para introducir una seleccion de conceptos en una forma simplificada que se describe mas adelante en la descripcion detallada. Este Resumen no pretende identificar caractensticas clave o caractensticas esenciales de la materia objeto reivindicada, ni pretende ser una ayuda para determinar el alcance de la materia objeto reivindicada.
Diversas realizaciones se dirigen generalmente a un interruptor electrico de solenoide biestable quetiene una bobina de solenoide que forma un solenoide enrollando con arrollamientos de la bobina. La bobina de solenoide tiene una abertura central definida en la misma, y los arrollamientos de la bobina, que cuando se acoplan con una fuente de energfa, generan un campo magnetico. Un miembro de acoplamiento magnetico esta montado en el solenoide rodeando al menos una parte de la abertura central. Un embolo se ha dispuesto al menos parcialmente en la abertura central para la rotacion y el movimiento alternativo axial entre al menos dos posiciones dentro y fuera de la abertura central con relacion al solenoide y el miembro de acoplamiento magnetico. Una placa conductora esta acoplada al embolo y provista de contactos en cada extremo de la placa conductora. La placa conductora esta configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide tras la aplicacion respectiva de potencia al solenoide. El campo magnetico se engancha con, y desbloquea, el embolo entre las al menos dos posiciones. El miembro de acoplamiento magnetico esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el solenoide permanezca en una posicion abierta cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida. El miembro de acoplamiento magnetico retiene el embolo en una de las al menos dos posiciones. Otras realizaciones del interruptor electrico de solenoide biestable se describen y reivindican aqrn.
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Diversas realizaciones se dirigen generalmente a un interruptor de solenoide electrico biestable que comprende un solenoide que se enrolla con arrollamientos de la bobina. El solenoide tiene una abertura central definida en el mismo, y los arrollamientos de la bobina, que cuando se acoplan con una fuente de energfa, generan un campo magnetico. Un miembro de acoplamiento magnetico esta montado en el solenoide. Un embolo esta parcialmente dispuesto en la abertura central para el movimiento hacia dentro y hacia fuera de la abertura central. Una placa conductora esta acoplada al embolo y provista de contactos en cada extremo de la placa conductora. La placa conductora esta configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide tras la aplicacion respectiva de potencia al solenoide. El miembro de acoplamiento magnetico esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el solenoide para permanecer en una posicion abierta cuando se excita selectivamente para mover y retener la placa conductora del embolo contra el solenoide para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia de funcionamiento reducida.
Diversas realizaciones se dirigen generalmente a un metodo para formar un interruptor electrico de solenoide de acuerdo con la presente invencion, el cual puede incluir las etapas de proporcionar un solenoide que se enrolla con arrollamientos de bobina, de manera que el solenoide tiene una abertura central definida en el mismo y los arrollamientos de bobina, que cuando se acoplan con una fuente de energfa, generan un campo magnetico, proporcionar un miembro de acoplamiento magnetico montado en el solenoide, proporcionar un embolo dispuesto al menos parcialmente en la abertura central para el movimiento hacia dentro y hacia fuera de la abertura central, proporcionar una placa conductora acoplada al embolo y provista de contactos en cada extremo de la placa conductora, estando la placa conductora configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide con la aplicacion respectiva de potencia al solenoide. El miembro de acoplamiento magnetico esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el solenoide para permanecer en una posicion abierta cuando se excita selectivamente para mover y retener la placa conductora del embolo contra el solenoide para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia de funcionamiento reducida.
Breve descripcion de los dibujos
A modo de ejemplo, ahora se describiran realizaciones espedficas del dispositivo descrito, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1A ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico ejemplar de acuerdo con la presente invencion.
La figura 1B ilustra una vista en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico a modo de ejemplo de acuerdo con la presente invencion.
La figura 2 ilustra una vista en perspectiva del interruptor de solenoide electrico a modo de ejemplo de la Fig. 1, conectado a un circuito de acuerdo con la presente invencion.
La figura 3A ilustra una vista en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico ejemplar en una posicion abierta/sin potencia de acuerdo con la presente invencion.
La figura 3B ilustra una vista en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico ejemplar en una posicion cerrada/con potencia de acuerdo con la presente invencion.
La figura 3C ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico ejemplar en una posicion abierta/sin potencia de acuerdo con la presente invencion.
La figura 3D ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor de solenoide electrico ejemplar en una posicion cerrada/con potencia de acuerdo con la presente invencion.
La figura 4 ilustra una vista en perspectiva del interruptor de solenoide electrico a modo de ejemplo de la Fig. 3, conectado a un circuito de acuerdo con la presente invencion.
La figura 5 ilustra un diagrama de flujo logico en conexion con el interruptor de solenoide electrico.
Descripcion detallada
La presente invencion se describira ahora mas completamente en lo que sigue con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales se muestran realizaciones preferidas de la presente invencion. La presente invencion puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones establecidas aqrn. Mas bien, estas realizaciones se proporcionan para que esta divulgacion sea exhaustiva y completa, y transmitiran completamente el alcance de la presente divulgacion a los expertos en la materia. En los dibujos, los mismos numeros se refieren a elementos similares en todas sus partes.
FIG. 1A ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor 100 de solenoide electrico ejemplar de acuerdo con la presente invencion y FIG. 1B ilustra una vista en perspectiva del interruptor 100 de solenoide electrico ejemplar. El interruptor de solenoide electrico 100, tal como, por ejemplo, un interruptor de solenoide electrico biestable, incluye una bobina de solenoide 116 (por ejemplo, una carcasa de bobina de solenoide). La
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bobina de solenoide 116 esta formada dentro de un cuerpo de solenoide 150 con arrollamientos de bobina 102 enrollados alrededor de la bobina de solenoide 116. La bobina de solenoide 116 tiene un cuerpo o pieza de conexion 116C con una seccion superior 116A (por ejemplo, un primer extremo) conectada a una seccion inferior 116B (por ejemplo, un segundo extremo) a traves de la pieza de conexion 116C. Una cubierta de solenoide 122 rodea y protege los arrollamientos de la bobina 102. La cubierta de solenoide 122 se representa mas claramente en la Fig. 1B. La pieza de conexion 116C se puede definir en una de multiples configuraciones geometricas. Por ejemplo, la pieza de conexion 116C puede ser una forma de tubo circular que tiene un espesor predeterminado y un diametro predeterminado. El cuerpo de solenoide 150, o mas espedficamente la bobina de solenoide 116, incluye una abertura central 175 definida en ella, y los arrollamientos de bobina 102, que cuando se acoplan con una fuente de energfa, generan un campo magnetico. Mas espedficamente, la abertura central 175 se puede formar dentro de la pieza de conexion 116C, tal como dentro de la pieza de conexion 116C. El cuerpo de solenoide 150 tambien incluye un bastidor de solenoide 118 dispuesto debajo de la bobina de solenoide 116 para soporte adicional y proteccion del cuerpo de solenoide 150. El cuerpo de solenoide 150 puede incluir un nucleo de hierro 160 posicionado dentro de la abertura central 175. Un resorte de compresion 180 puede estar dispuesto sobre el nucleo de hierro 160 para crear un amortiguador y un absorbedor de choques entre el embolo 104 y el nucleo de hierro 160. El muelle de compresion 180 tambien puede estar compuesto por un material conductor.
En una realizacion, la seccion superior 116A de la bobina de solenoide 116 incluye un contacto electrico 114B, que puede ser uno o mas contactos electricos que se extienden verticalmente, separados una distancia uno de otro para definir una zanja 160A. La zanja se extiende desde al menos dos contactos electricos que se extienden verticalmente 114B y la pieza de conexion 116C, 116B. En una realizacion, los contactos electricos 114B son contactos de aleacion de plata. Un miembro de acoplamiento magnetico 106, tal como un iman, se puede montar en el cuerpo de solenoide 150 y se extiende horizontal y/o verticalmente dentro de la zanja definida 160a y cerca de los contactos electricos 114B. El miembro de acoplamiento magnetico 106 puede rodear al menos una parte de la abertura central 175 y la pieza de conexion 116C, 116B.
Un embolo 104 esta dispuesto al menos parcialmente en la abertura central 175 para rotacion y desplazamiento alternativo axial entre al menos dos posiciones dentro y fuera de la abertura central 175 con respecto al cuerpo de solenoide 150 y el miembro de acoplamiento magnetico 106. El embolo 104 ilustrado colectivamente en la Fig. 1A muestra una parte superior 104A del embolo 104, una parte media 104B y una parte inferior 104C del embolo 104. La porcion inferior 104c esta dispuesta al menos parcialmente en la abertura central 175 y la parte media 104B esta acoplada a una placa conductora 110 (por ejemplo, una placa conductora de entrada), tal como una barra de bus movil. El embolo 104 se atrae magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106.
La placa conductora 110 esta acoplada al embolo 104 y esta provista de uno o mas contactos electricos 114A en cada extremo de la placa conductora 110. En una realizacion, los contactos electricos 114A (por ejemplo, contactos electricos) son contactos de aleacion de plata. La placa conductora 110 puede configurarse para acoplar y desenganchar electricamente el cuerpo de solenoide 150 tras la aplicacion respectiva de potencia al cuerpo de solenoide 150. En una realizacion, los contactos electricos 114B estan configurados para acoplar y desconectar electricamente los contactos electricos 114A para abrir (apagar) y cerrar (alimentar) el interruptor de solenoide electrico 100.
El campo magnetico enclava y desbloquea el embolo 104 entre las al menos dos posiciones, tal como una posicion abierta (apagado) y una posicion cerrada (alimentada) del interruptor de solenoide electrico 100. El miembro de acoplamiento magnetico 106 esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el cuerpo de solenoide 150 permanezca en una posicion abierta cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida. El miembro de acoplamiento magnetico 106 retiene el embolo 104 en una de las al menos dos posiciones. El modo de corriente constante permite una corriente con picos y sostenida de multiples escalones. La amplia tension de funcionamiento esta dentro de un rango de 5 a 32 voltios.
La placa conductora 110, los arrollamientos de bobina 102, los contactos electricos 114A y 114B, y el embolo 104 pueden estar formados de cualquier material adecuado conductor de electricidad, tal como cobre o estano, y pueden formarse como un alambre, una cinta, un vinculo de metal, un alambre enrollado en espiral, una pelfcula, un nucleo electricamente conductor depositado sobre un sustrato, o cualquier otra estructura o configuracion adecuada para proporcionar una interrupcion del circuito. Los materiales conductores pueden decidirse en funcion de la caractenstica de fusion y la durabilidad. En una realizacion, el embolo es un material de acero y puede incluir tapas de acero inoxidable que cubren los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114b y/o pueden estar situados en cada extremo de la placa conductora 110. Los contactos electricos 114Ay los contactos electricos 114B tambien pueden ser de acero inoxidable.
Como se representa mas claramente en la FIG. 1B, los contactos electricos 114B (por ejemplo, contactos conductivos de solenoide) se acoplan electricamente a contactos electricos 114A (por ejemplo, contactos de placa conductora) cuando se proporciona potencia al interruptor de solenoide electrico 100 y la placa conductora 110 se mueve como resultado del campo magnetico generado en los arrollamientos de la bobina 102 y el miembro de acoplamiento magnetico 106.
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El conmutador de solenoide electrico a modo de ejemplo 100 tambien incluye el primer muelle 142, tal como un muelle de retorno, dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnetico 106 y la placa conductora 110. Un dispositivo de retencion 124, tal como una arandela, esta remachado sobre el solenoide, o mas espedficamente, esta dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnetico 106 y el primer muelle 142. El primer resorte 142 crea un efecto de martillo para romper los contactos entre los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B cuando se quita la potencia al interruptor de solenoide electrico 100. El primer resorte 142 puede estar configurado para superar la fuerza del miembro de acoplamiento magnetico 106 necesaria para retener la placa conductora 110, que esta activada, en la posicion acoplada con el cuerpo de solenoide 150 de modo que el interruptor de solenoide electrico 100 pueda estar en la posicion abierta. El primer resorte 142 desplaza el embolo 104 de nuevo a una alternativa de las al menos dos posiciones cuando la fuente de energfa se desacopla del cuerpo de solenoide 150. Al desplazar el piston 104 nuevamente a una alternativa de las al menos dos posiciones, el primer resorte 142 supera la fuerza del miembro de acoplamiento magnetico 106 y la placa conductora 110 desacopla el cuerpo de solenoide 150.
El conmutador de solenoide electrico a modo de ejemplo 100 tambien incluye un segundo muelle 112, tal como un muelle de recorrido superior, dispuesto entre la placa conductora 110 y la parte superior 104A del embolo 104. El segundo resorte 112 impide que la placa conductora 110 se desplace a una distancia que hace que la placa conductora 110 golpee o haga contacto con la parte superior 104A del embolo 104. En una realizacion, el primer resorte 142, junto con el segundo resorte 112, ayuda a asegurar la placa conductora 110 (por ejemplo, una placa de contacto) al embolo 104 en una posicion fija y/o ajustable. Por ejemplo, el primer resorte 142, junto con el segundo resorte 112, se colocan de manera tal que la fuerza del primer resorte 142 que empuja hacia arriba desde debajo de la placa de contacto y la fuerza del segundo resorte 112 que empuja hacia abajo desde arriba la placa conductora 110 son tales, que ayudan a la placa conductora 110 a doblarse o moverse de manera que permanezca paralela al miembro de acoplamiento magnetico 106.
FIG. 2 ilustra una vista en perspectiva del interruptor 100 de solenoide electrico a modo de ejemplo de la Fig. 1 conectado a un circuito de acuerdo con la presente invencion. Un controlador 200, tal como un controlador de conjunto de placa de circuito impreso (PCBA), esta configurado para recibir el interruptor de solenoide electrico 100 para proporcionar una conexion electrica entre el interruptor de solenoide electrico 100, una fuente de energfa y otros circuitos. Se proporciona una conexion electrica 202 para proporcionar potencia al interruptor de solenoide electrico 100. Mas espedficamente, los arrollamientos de bobina 102 estan conectados al controlador 200.
Un par de contactos electricos, tales como, por ejemplo, los contactos electricos 114A y 114B, estan montados de manera inamovible en cada extremo de la placa conductora 110. Cuando se activan selectivamente, los contactos electricos 114A tocan mutuamente los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en una primera posicion (cerrada). Cuando se desactivan selectivamente por perdida de potencia, los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B se separan mutuamente en una segunda posicion (abierta), siendo el miembro de acoplamiento magnetico 106 un medio para mantener los contactos en la primera y en la segunda posiciones. Por lo tanto, el miembro de acoplamiento magnetico 106 ayuda al embolo 104 a reducir la fuerza necesaria por los arrollamientos de bobina 102 para mantener abierto el conmutador de solenoide electrico 100 y operar los arrollamientos de bobina en un modo de corriente constante para permitir la corriente con picos y sostenida de multiples escalones que permite una amplia tension de funcionamiento y una menor potencia de funcionamiento.
Por ejemplo, el comportamiento del interruptor de solenoide electrico 100 se puede explicar de la siguiente manera. Como los arrollamientos de bobina electromagnetica 102 estan conectados al controlador 200, el embolo 104, que se ha mantenido en una posicion mas alta (una primera posicion) por las acciones del primer muelle 142, que puede ser un resorte enrollado, se vera forzado a moverse hacia abajo dentro de la abertura central 175, mientras que se comprime el primer resorte 142 contra la fuerza elastica de este el primer resorte 142. El movimiento hacia abajo es el resultado de una fuerza magnetica generada dentro de los arrollamientos de la bobina 102, que se han energizado desde una operacion de modo de corriente constante. Debido a que el embolo 104 esta atrafdo magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106, el miembro de acoplamiento magnetico 106 reduce la cantidad global de la fuerza magnetica necesaria para crear el movimiento hacia abajo del embolo 104 y retener el embolo 104 en esta posicion cerrada. En la posicion cerrada, los contactos electricos 114A se tocan mutuamente con los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la primera posicion, tal como una posicion cerrada o "encendida".
Entonces, a medida que el suministro de la corriente constante a los arrollamientos 102 de la bobina se suspende, el embolo 104 se vera obligado a volver a su posicion inicial (una primera posicion) por las fuerzas restauradoras del primer muelle 142 aplicado al empujador 104 mientras simultaneamente supera la atraccion magnetica del embolo 104 hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106. Los contactos electricos 114A se desacoplan de los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la segunda posicion, tal como una posicion abierta o "apagada" cuando el embolo 104 se obliga a volver a su posicion inicial (una primera posicion) por las fuerzas restauradoras del primer resorte 142 aplicado al embolo 104.
FIG. 3A ilustra una vista en perspectiva de un interruptor 300 de solenoide electrico a modo de ejemplo en una posicion abierta/sin potencia de acuerdo con la presente invencion. FIG. 3B ilustra una vista en perspectiva de un
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interruptor 300 de solenoide electrico a modo de ejemplo en una posicion cerrada/con potencia de acuerdo con la presente invencion. FIG. 3C ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor 300 de solenoide electrico a modo de ejemplo en una posicion abierta/sin potencia de acuerdo con la presente invencion. FIG. 3D ilustra una vista en seccion transversal en perspectiva de un interruptor 300 de solenoide electrico a modo de ejemplo en una posicion cerrada/con potencia de acuerdo con la presente invencion.
El interruptor de solenoide electrico 300, tal como, por ejemplo, un interruptor de solenoide electrico biestable, incluye la bobina de solenoide 116 como se describe en la FIG. 1. La bobina de solenoide 116 esta formada dentro de un cuerpo de solenoide 150 (por ejemplo, un cuerpo de solenoide) con arrollamientos de bobina 102 enrollados alrededor de la bobina de solenoide 116. El cuerpo del solenoide 150 incluye una abertura central 175 definida en el mismo, y los arrollamientos de la bobina 102, que cuando se acoplan con una fuente de alimentacion, generan un campo magnetico. El cuerpo de solenoide 150 tambien incluye un bastidor de solenoide 118 dispuesto debajo de la bobina de solenoide 116 para soporte adicional y proteccion del cuerpo de solenoide 150.
Un miembro de acoplamiento magnetico 106, tal como un iman, se puede montar sobre, alrededor de, o en una de una variedad de posiciones del cuerpo de solenoide 150. Por ejemplo, el miembro de acoplamiento magnetico encierra todo o parte del cuerpo de solenoide 150. En una realizacion, una parte definida del cuerpo de solenoide 150 incluye el miembro de acoplamiento magnetico 106. En una realizacion, el cuerpo de solenoide 150 es el miembro de acoplamiento magnetico 106. El miembro de acoplamiento magnetico 106 puede rodear al menos una parte de la abertura central 175.
El embolo 104, como se describe en la Fig. 1, se usa para el interruptor de solenoide electrico 300. El embolo 104 esta dispuesto al menos parcialmente en la abertura central 175 para rotacion y desplazamiento alternativo axial entre al menos dos posiciones dentro y fuera de la abertura central 175 con respecto al cuerpo de solenoide 150 y al miembro de acoplamiento magnetico 106. El embolo 104 se atrae magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106.
En una realizacion, una placa 110 conductora (por ejemplo, una barra de bus de entrada o placa conductora de entrada) y una placa conductora de salida 120 (por ejemplo, una barra de bus de salida) incluyen uno o mas contactos electricos 114A. El uno o mas contactos electricos 114A pueden estar separados una distancia uno del otro. En una realizacion, la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120 pueden acoplarse al embolo 104 con uno o mas contactos electricos 114A provistos en cada extremo de la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. En una realizacion, los contactos electricos 114A son contactos de aleacion de plata. La placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120 pueden configurarse para acoplar y desacoplar electricamente el cuerpo de solenoide 150 con la aplicacion respectiva de potencia al cuerpo de solenoide 150.
En una realizacion, la placa conductora 110 es coplanaria con la placa conductora de salida 120. En una realizacion, una placa conductora movil 140 (por ejemplo, una barra de bus movil) esta conectada al embolo 104 por debajo de la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. La placa conductora movil 140 puede ser no coplanaria con la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. La placa conductora movil 140, la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120 son moviles unas con respecto a las otras a lo largo de una direccion paralela o perpendicular a un eje, tal como el eje Y o el eje Z, ya que el embolo es atrafdo magneticamente hacia y/o lejos del miembro de acoplamiento magnetico 106.
La placa conductora movil 140 incluye contactos electricos 114B separados a una distancia uno del otro y que estan configurados para acoplar y desacoplar electricamente los contactos electricos 114A desde una posicion abierta (desconectada) y/o una posicion cerrada (conectada) del interruptor de solenoide electrico 100. La placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y la placa conductora de salida 120 pueden estar formadas de cualquier material adecuado conductor de electricidad, tal como cobre o estano, y se pueden formar como un alambre, una cinta, un vinculo de metal, un alambre devanado en espiral, una pelfcula, un nucleo electricamente conductor depositado sobre un sustrato, o cualquier otra estructura o configuracion adecuada para proporcionar una interrupcion del circuito. Los materiales conductores pueden decidirse en funcion de la caractenstica de fusion y la durabilidad. En una realizacion, el embolo 104 es de un material de acero y puede incluirtapas de acero inoxidable que cubren los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B. Las tapas de acero pueden colocarse en cada extremo de la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y la placa conductora de salida 120. Los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B tambien pueden ser de acero inoxidable.
Un campo magnetico enclava y desbloquea el embolo 104 entre las al menos dos posiciones, tales como la posicion abierta (apagado) y la posicion cerrada (encendido) del interruptor de solenoide electrico 100. El miembro de acoplamiento magnetico 106 esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el cuerpo de solenoide 150 permanezca en una posicion abierta cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida. El miembro de acoplamiento magnetico 106 retiene el embolo 104 en una de las al menos dos posiciones. El modo de corriente constante permite una corriente con picos y sostenida de multiples escalones. La amplia tension de funcionamiento esta dentro de un rango de 5 a 32 voltios.
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El conmutador de solenoide electrico a modo de ejemplo 300 tambien incluye el primer muelle 142, tal como un muelle de retorno, dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnetico 106 y la placa conductora movil 140. En otras palabras, el primer resorte 142 se coloca debajo de la placa conductora movil 140 y por encima del miembro de acoplamiento magnetico 106. El primer resorte 142 recibe el embolo. El primer resorte 142 crea un efecto de martillo para romper los contactos entre los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B cuando se quita la potencia al interruptor de solenoide electrico 300. El primer resorte 142 puede configurarse para superar la fuerza del miembro de acoplamiento magnetico 106 necesaria para retener la placa conductora 110, que esta activada, la placa conductora movil 140 y la placa conductora de salida 120 en una posicion acoplada con el cuerpo de solenoide 150, de modo que el interruptor de solenoide electrico 300 pueda volver a la posicion abierta. El primer resorte 142 desplaza el embolo 104 de vuelta a la posicion cerrada cuando la fuente de energfa se desacopla del cuerpo de solenoide 150. Al desplazar el embolo 104 nuevamente a la posicion cerrada, el primer resorte 142 supera la fuerza del elemento de acoplamiento magnetico 106 y la placa conductora 110 desacopla el cuerpo de solenoide 150.
El interruptor de solenoide electrico ejemplar 100 tambien incluye un segundo muelle 112, tal como un muelle de recorrido superior, dispuesto por encima del embolo 104 (por ejemplo, en una porcion superior del embolo 104) y entre la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. El segundo resorte 112 impide que la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y/o la placa conductora de salida 120 se desplacen a una distancia que provoque que la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y/o la placa conductora de salida 120 golpeen o hagan contacto con una porcion superior definida del embolo 104. En una realizacion, el primer resorte 142, junto con el segundo resorte 112, ayuda a asegurar la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y/o la placa conductora de salida 120 al embolo 104 en una posicion fija y/o ajustable. Por ejemplo, el primer resorte 142, junto con el segundo resorte 112, se colocan de tal manera que la fuerza del primer resorte 142 que empuja hacia arriba desde debajo de la placa de contacto, y la fuerza del segundo resorte 112 que empuja hacia abajo desde el embolo 104, son tales como para ayudar a la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y/o la placa conductora de salida 120 a doblarse o moverse de manera que permanezcan paralelas al miembro de acoplamiento magnetico 106.
Al desplazar el piston 104 nuevamente a la posicion cerrada, el primer resorte 142 supera la fuerza del elemento de acoplamiento magnetico 106, y la placa conductora 110, la placa conductora movil 140 y/o la placa conductora de salida 120 desacoplan el cuerpo de solenoide 150.
Como se ilustra en la FIG. 3A y 3B, los contactos electricos 114B de la placa conductora movil 140 se desacoplan electricamente de los contactos electricos 114A situados en la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. Por lo tanto, el interruptor de solenoide electrico 300 esta en la posicion abierta (apagado). El campo magnetico se desbloquea del embolo 104 entre y el interruptor de solenoide electrico 300. El miembro de acoplamiento magnetico 106 reduce la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el cuerpo de solenoide 150 permanezca en la posicion abierta cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida. El miembro de acoplamiento magnetico 106 retiene el embolo 104 en posicion abierta (apagado).
El primer muelle 142 rompe los contactos entre los contactos electricos 114Ay los contactos electricos 114B cuando se quita la potencia al interruptor de solenoide electrico 300. Se muestra que el primer muelle 142 supera la fuerza del miembro de acoplamiento magnetico 106 necesaria o requerida para retener la placa conductora 110, que esta activada, la placa conductora movil 140 y la placa conductora de salida 120 en una posicion acoplada con el cuerpo de solenoide 150, de modo que el interruptor de solenoide electrico 300 puede volver a la posicion abierta. El primer muelle 142 desplaza el embolo 104 de vuelta a la posicion cerrada cuando la fuente de energfa se desacopla del cuerpo de solenoide 150. Al desplazar el embolo 104 nuevamente a la posicion cerrada, el primer muelle 142 supera la fuerza del elemento de acoplamiento magnetico 106 y la placa conductora 110 desacopla el cuerpo de solenoide 150.
En otras palabras, a medida que se suspende el suministro de la corriente constante a los arrollamientos de bobina 102, el embolo 104 se vera forzado a volver a una posicion inicial (por ejemplo, posicion abierta o "apagado", o una primera posicion) mediante las fuerzas de restauracion del primer muelle 142 aplicadas al embolo 104, mientras que simultaneamente supera la atraccion magnetica del embolo 104 hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106. Los contactos electricos 114A se desacoplan de los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la segunda posicion, y regresan a la posicion abierta o "apagada" cuando el embolo 104 se obliga a volver a su posicion inicial (una primer posicion) por las fuerzas restauradoras del primer muelle 142 aplicado al embolo 104.
Como se ilustra en las Figs. 3C y 3D, los contactos electricos 114B de la placa conductora movil 140 se acoplan electricamente con los contactos electricos 114A en la placa conductora 110 y la placa conductora de salida 120. Por lo tanto, el interruptor de solenoide electrico 300 esta en la posicion cerrada (encendido).
A medida que se suministra energfa al interruptor de solenoide electrico 300, los arrollamientos de bobina electromagnetica 102 se energizan y se genera el campo magnetico. Los contactos electricos 114B (por ejemplo, contactos conductivos de solenoide) se conectan electricamente a contactos electricos 114A (por ejemplo, contactos
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El embolo 104, que se ha mantenido en una posicion mas alta (una primera posicion) por las acciones del primer muelle 142, se ha forzado a moverse hacia abajo dentro de la abertura central 175, mientras se comprime el primer muelle 142 contra la fuerza elastica de este primer muelle 142. El movimiento hacia abajo es el resultado de una fuerza magnetica generada dentro de los arrollamientos de la bobina 102, que se han energizado como consecuencia de un funcionamiento de modo de corriente constante. Debido a que el embolo 104 esta atrafdo magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106, el miembro de acoplamiento magnetico 106 reduce la cantidad global de la fuerza magnetica requerida para crear el movimiento hacia abajo del embolo 104 y retener el embolo 104 en esta posicion cerrada. En la posicion cerrada, los contactos electricos 114A se tocan mutuamente con los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la primera posicion, tal como una posicion cerrada o "encendida".
El miembro de acoplamiento magnetico 106 reduce la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el cuerpo de solenoide 150 permanezca en la posicion cerrada cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida. El miembro de acoplamiento magnetico 106 retiene el embolo 104 en la posicion cerrada (apagado).
FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva del interruptor de solenoide electrico a modo de ejemplo de la Fig. 3 conectado a un circuito de acuerdo con la presente invencion. Un controlador 200, tal como el controlador del conjunto de placa de circuito impreso (PCBA), esta configurado para recibir el interruptor de solenoide electrico 300 para proporcionar una conexion electrica entre el conmutador de solenoide electrico 300, una fuente de energfa y otros circuitos. Se proporciona una conexion electrica 202 para proporcionar energfa al interruptor de solenoide electrico 300. Mas espedficamente, los arrollamientos de bobina 102 estan conectados al controlador 200.
A medida que se suministra energfa a traves del controlador a traves de la conexion a los arrollamientos de bobina 102 (por ejemplo, arrollamientos de bobina electromagnetica), el embolo 104, que se ha mantenido en una posicion mas alta (por ejemplo, una posicion cerrada o desconectada o una primera posicion) por las acciones del primer resorte 142 se vera forzado a moverse hacia abajo dentro de la abertura central 175, mientras se comprime el primer muelle 142 contra la fuerza elastica de este el primer muelle 142. El movimiento descendente es el resultado de una fuerza magnetica generada dentro de los arrollamientos de la bobina 102, que han sido energizados como consecuencia del funcionamiento en modo de corriente constante. Debido a que el embolo 104 esta atrafdo magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106, el miembro de acoplamiento magnetico 106 reduce la cantidad global de la fuerza magnetica requerida para crear el movimiento hacia abajo del embolo 104 y retener el embolo 104 en esta posicion cerrada. En la posicion cerrada, los contactos electricos 114A se tocan mutuamente con los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la primera posicion, tal como una posicion cerrada o "encendida".
Cuando se excita selectivamente, el embolo 104 se atrae al interior de abertura central 175. La placa conductora 110, la placa conductora de salida 120 y/o la placa conductora movil 140 que estan unidas al embolo 104 se mueven en la direccion del embolo haciendo que los contactos electricos 114A se acoplen mutuamente a los contactos electricos 114B en la primera posicion ( cerrado) cuando la alimentacion es suministrada por el controlador 200.
Cuando se desactivan selectivamente por perdida de potencia, los contactos electricos 114A y los contactos electricos 114B se separan mutuamente hasta la segunda posicion (abierta), siendo el miembro de acoplamiento magnetico 106 un medio para mantener los contactos en la primera o en la segunda posiciones. Por lo tanto, el miembro de acoplamiento magnetico 106 ayuda al embolo 104 a reducir la fuerza necesaria por los arrollamientos de bobina 102 para mantener abierto el interruptor de solenoide electrico 100 y operar los arrollamientos de bobina en un modo de corriente constante para permitir la corriente con picos y sostenida de multiples escalones que permite una amplia tension de funcionamiento y una menor potencia de funcionamiento.
Entonces, a medida que el suministro de la corriente constante a los arrollamientos 102 de la bobina se suspende, el embolo 104 se vera forzado a volver a una posicion inicial (por ejemplo, posicion cerrada o desconectada o una primera posicion) por las fuerzas restauradoras del primer muelle 142 aplicadas al embolo 104 mientras que superaba simultaneamente la atraccion magnetica del embolo 104 hacia el miembro de acoplamiento magnetico 106. Los contactos electricos 114A se desacoplan de los contactos conductivos del solenoide, tales como los contactos electricos 114B, en la segunda posicion, tal como una posicion abierta o "apagada", cuando el embolo 104 se obliga a volver a una posicion inicial (una primera posicion) por las fuerzas restauradoras del primer muelle 142 aplicado al embolo 104.
FIG. 5 ilustra un diagrama de flujo logico en conexion con el fusible que se muestra en la FIG. 1. FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo 500 para proporcionar un interruptor de solenoide electrico biestable, dispuesto de acuerdo con al menos algunas realizaciones de la presente invencion. En general, el metodo 500 se describe con referencia a las Figs. 1-2. Debe apreciarse que el metodo 500 tambien puede usarse para fabricar el
interruptor de solenoide electrico 100 descrito u otros fusibles consistentes con la presente descripcion. El metodo 500 puede comenzar en el bloque 502. En el bloque 504, un metodo proporciona un solenoide que es enrollado con arrollamientos de bobina, de tal manera que el solenoide tiene una abertura central definida en el mismo, y los arrollamientos de bobina, que cuando se acoplan con una fuente de alimentacion, generan un campo magnetico. En 5 el bloque 506, el metodo 500 proporciona un miembro de acoplamiento magnetico montado en el solenoide. En el bloque 508, el metodo 500 proporciona un embolo dispuesto al menos parcialmente en la abertura central para el movimiento hacia dentro y hacia fuera de la abertura central del interruptor de solenoide. El metodo proporciona una placa conductora acoplada al embolo y provista de contactos en cada extremo de la placa conductora, de tal modo que la placa conductora se ha configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide tras la aplicacion 10 respectiva de potencia al solenoide y al miembro de acoplamiento magnetico para reducir la fuerza que necesita el solenoide para permanecer en una posicion abierta cuando se excita selectivamente para mover y retener la placa conductora del embolo contra el solenoide para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida en el bloque 510. El metodo 500 termina en el bloque 512.
Tal como se utiliza en este documento, un elemento o etapa recitado en singular y precedido por la palabra "un" o 15 "una" debe entenderse como no excluir elementos o etapas en plural, a menos que dicha exclusion se recite explfcitamente. Ademas, las referencias a "una realizacion" de la presente invencion no pretenden ser interpretadas como excluyentes de la existencia de realizaciones adicionales que tambien incorporan las caractensticas recitadas.
Aunque la presente divulgacion se ha descrito con referencia a ciertas realizaciones, son posibles numerosas modificaciones, alteraciones y cambios a las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la presente 20 invencion, tal como se define en la (s) reivindicacion (s) adjunta (s). Por consiguiente, se pretende que la presente invencion no se limite a las realizaciones descritas, sino que tenga el alcance completo definido por el lenguaje de las siguientes reivindicaciones, y sus equivalentes.
Claims (10)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Un interruptor electrico de solenoide biestable (100) que comprende:una bobina de solenoide (116) que forma un solenoide (150) al ser enrollada con arrollamientos de bobina (102), teniendo la bobina de solenoide (116) una abertura central (175) definida en el mismo, y los arrollamientos de bobina (102) que, cuando se acoplan con una fuente de energfa, generan un campo magnetico;un miembro de acoplamiento magnetico (106) montado en el solenoide (150) que rodea al menos una parte de la abertura central (175);un embolo (104) dispuesto al menos parcialmente en la abertura central (175) para rotacion y desplazamiento alternativo axial entre al menos dos posiciones dentro y fuera de la abertura central (175) con relacion al solenoide (150) y al miembro de acoplamiento magnetico (106)); yuna placa conductora (110) acoplada al embolo (104) y provista de contactos (114A) en cada extremo de la placa conductora (110), estando la placa conductora (110) configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide (150) con la aplicacion respectiva de potencia al solenoide (150), de manera que el campo magnetico se engancha con, y desbloquea, el embolo (104) entre las al menos dos posiciones; caracterizado porque el interruptor electrico de solenoide biestable (100) comprende ademasun primer muelle (142) configurado para recibir el embolo (104) y dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnetico (106) y la placa conductora (110), estando el primer resorte (142) configurado para superar la fuerza del elemento de acoplamiento magnetico (106) necesaria para retener el solenoide (150) en la posicion cerrada y desplazar nuevamente el embolo (104) a una alternativa de las al menos dos posiciones cuando la fuente de energfa se desacopla del solenoide (150);en el que el miembro de acoplamiento magnetico (106) esta configurado para reducir la fuerza necesaria por el campo magnetico para permitir que el solenoide (150) permanezca en una posicion cerrada cuando se energiza selectivamente para funcionar en un modo de corriente constante para permitir una amplia tension de funcionamiento y reducida potencia operativa, de manera que el miembro de acoplamiento magnetico (106) retiene el embolo (104) en una de las al menos dos posiciones.
- 2. El interruptor electrico de solenoide biestable (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el embolo (104) se atrae magneticamente hacia el miembro de acoplamiento magnetico (106).
- 3. Interruptor electrico de solenoide biestable (100) segun la reivindicacion 1, en el que el embolo (104) incluye una porcion superior (104A), una porcion media (104B) y una porcion inferior (104C), estando la parte inferior (104C) dispuesta al menos parcialmente en la abertura central (175) y estando la parte media (104B) acoplada a la placa conductora (110).
- 4. El interruptor electrico de solenoide biestable (100) segun la reivindicacion 3, que comprende ademas un segundo resorte (112) dispuesto entre la placa conductora (110) y la parte superior (104A) del embolo (104).
- 5. El interruptor electrico de solenoide biestable (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el modo de corriente constante permite una corriente con picos y sostenida de multiples escalones.
- 6. El interruptor electrico de solenoide biestable (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la amplia tension de funcionamiento esta dentro de un intervalo de 5 a 32 voltios.
- 7. Un metodo para formar un interruptor de solenoide electrico (100) que comprende:proporcionar un solenoide (150) enrollandolo con arrollamientos de bobina (102), teniendo el solenoide (150) una abertura central (175) definida en el mismo, y los arrollamientos de bobina (102), que cuando se acoplan con una fuente de potencia, generan un campo magnetico;proporcionar un miembro de acoplamiento magnetico (106) montado en el solenoide (150);proporcionar un embolo (104) dispuesto al menos parcialmente en la abertura central (175) para el movimiento hacia dentro y hacia fuera de la abertura central (175);proporcionar una placa conductora (110) acoplada al embolo (104) y provista de contactos (114A) en cada extremo de la placa conductora (110), estando la placa conductora (110) configurada para acoplar y desacoplar electricamente el solenoide (150) despues de aplicacion respectiva de potencia al solenoide (150);caracterizado porque el metodo comprende ademasproporcionar un primer resorte (142) dispuesto entre el miembro de acoplamiento magnetico (106) y la placa conductora (110), estando el primer resorte (142) configurado para superar la fuerza necesaria para retener el solenoide (150) en la posicion cerrada y desplazar el el embolo (104) de vuelta a una alternativa de las al menos dos posiciones cuando la fuente de energfa se desacopla del solenoide (150);5 en el que el miembro de acoplamiento magnetico (106) esta configurado para reducir la fuerza necesariapor el solenoide (150) para permanecer en una posicion cerrada cuando se excita selectivamente para mover y retener la placa conductora (110) del embolo (104) contra el solenoide (150) para permitir una amplia tension de funcionamiento y una potencia operativa reducida.
- 8. El metodo para formar el interruptor de solenoide electrico (100) de la reivindicacion 7, en el que el embolo (104)10 incluye una porcion superior (104A), una porcion intermedia (104B) y una porcion inferior (104C), estando la parteinferior (104C) dispuesta al menos parcialmente en la abertura central (175) y estando la parte media (104B) acoplada a la placa conductora (110).
- 9. El metodo para formar el interruptor de solenoide electrico (100) de la reivindicacion 8, que proporciona ademas un segundo resorte (112) dispuesto entre la placa conductora (110) y la parte superior (104A) del embolo (104).15 10. El metodo para formar el interruptor de solenoide electrico (100) de la reivindicacion 7, en el que el solenoide(150) en la posicion abierta funciona en un modo de corriente constante que permite una corriente con picos y sostenida de multiples escalones.
- 11. El metodo de formar el interruptor de solenoide electrico (100) de la reivindicacion 7, en el que la amplia tension de funcionamiento esta dentro de un intervalo de 5 a 32 voltios.20
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