ES2882700T3 - Accionador electromagnético - Google Patents

Abstract

Accionador electromagnético que define un eje Z de simetría y una infinidad de planos radiales dispuestos en abanico alrededor del eje Z de simetría, el accionador electromagnético que comprende al menos un inductor (I) con un bobinado (lb), una armadura (A) móvil, un disco (D) de accionamiento y medios (R) elásticos, la armadura (A) que es empujada, en reposo, por los medios (R) elásticos contra o con separación del disco (D) de accionamiento y, cuando el bobinado (lb) es alimentado de corriente, la armadura (A) se desplaza axialmente hacia el inductor (I) contra los medios (R) elásticos con separación o contra el disco (D) de accionamiento, el accionador electromagnético que comprende del mismo modo al menos un módulo (H) de medida que comprende un sensor (3) de campo magnético, tal como un sensor de efecto Hall, dispuesto en un plano Prv radial y que define una dirección B de sensibilidad a los campos magnéticos, caracterizado por que el módulo (H) de medida comprende al menos un imán (42, 43; D42, D43) permanente que se desplaza con respecto al sensor (3) de campo magnético de manera que genera un campo magnético detectable por el sensor (3) de campo magnético, y por que la dirección (B) de sensibilidad del sensor (3) de campo magnético es perpendicular al plano Prv radial en el cual se sitúa el sensor (3) de campo magnético.

Description

DESCRIPCIÓN

Accionador electromagnético

La presente invención se refiere a un accionador electromagnético para bloquear un árbol rotativo (se habla por tanto de freno) o bien para acoplar dos árboles rotativos (se habla por tanto de embrague). El accionador comprende al menos un inductor (carcasa bobinado), una armadura y un disco de accionamiento unido en rotación al árbol rotativo.

En el caso de un freno, la armadura puede ser empujada, en reposo, por medios elásticos (por ejemplo muelles) contra el disco de accionamiento y, cuando el inductor se alimenta de corriente, la armadura se desplaza, por atracción electromagnética, hacia el inductor contra los medios elásticos, desbloqueando por tanto la conexión con el disco de accionamiento. Dichos accionadores electromagnéticos de frenado se utilizan en especial en los ascensores, las carretillas elevadoras y de forma más general en cualquier tipo de dispositivo que necesite paradas prolongadas aseguradas.

En el caso de un embrague, la armadura unida al árbol denominado de accionamiento puede ser empujada por un medio elástico, en reposo, en una posición que la aleja del disco de accionamiento unido al árbol rotativo denominado accionado. El árbol rotativo accionado es por tanto libre en rotación. Cuando el inductor es alimentado, la armadura se desplaza, por atracción electromagnética, hacia el disco de accionamiento, la armadura y el disco que están provistos o bien de zonas de fricción o bien de dentados, lo que acopla en rotación los árboles de accionamiento y accionado. Dichos accionadores electromagnéticos de embrague se utilizan en especial en los sistemas de elevación, de cinta transportadora, de transporte y de forma más general en cualquier tipo de dispositivo que necesite acoplar o desacoplar una transmisión de potencia rotativa.

Se conoce en la técnica anterior equipar dichos accionadores electromagnéticos con módulos de medida para medir el desplazamiento axial de la armadura con el fin de obtener una información fiable sobre el funcionamiento efectivo del accionador. Un tipo de módulo de medida clásico integra un sensor mecánico de contactos directos denominado “contactos dorados” que comprende contactos eléctricos directos accionados por el movimiento de la armadura. Estos contactos se denominan “dorados” porque están revestidos de una fina capa de oro para mejorar la calidad del contacto eléctrico. Sin embargo, este tipo de sensor sufre de un inconveniente importante relacionado con la contaminación de los contactos dorados. De hecho, los contactos dorados son excesivamente sensibles a cualquier tipo de contaminaciones que pueden depositarse sobre los contactos y que después los deterioran, conduciendo a una pérdida parcial o total de función.

Se ha intentado del mismo modo utilizar sensores de campo magnético, tal como los sensores de efecto Hall. Este tipo de sensor es sin contacto, de manera que no sufre de los inconvenientes (contaminaciones) de los sensores de contacto directo. Sin embargo, el campo magnético producido por el bobinado del inductor del accionador es tan potente que perturba de forma importante la capacidad de detección de estos sensores de campo magnético. Es por ello que su utilización no es ni privilegiada ni generalizada.

Los documentos WO 98/38656 A1, DE 10 2007 030391 A1 y US 4 331 263 A son los documentos de la técnica anterior.

La presente invención se define en la reivindicación independiente. La misma tiene por objetivo proporcionar un módulo de medida que integra un sensor de campo magnético y en especial un sensor de efecto Hall que se adapta al campo magnético potente del inductor para detectar magnitudes diversas relacionadas con la armadura, pero también otros elementos móviles del accionador, como el disco de accionamiento o el núcleo. En otras palabras, la capacidad de detección del sensor de la invención se debe conservar, a pesar de la presencia del campo magnético altamente perturbador del inductor.

Para hacer esto, la presente invención propone un accionador electromagnético que define un eje Z de simetría y una infinidad de planos Pr radiales dispuestos en abanico alrededor del eje Z de simetría, el accionador que comprende al menos un inductor con una carcasa que recibe al menos un bobinado, una armadura que presenta dos caras laterales paralelas opuestas, un disco de accionamiento y medios elásticos, la armadura que es empujada, en reposo, por los medios elásticos contra o con separación del disco de accionamiento y, cuando el bobinado se alimenta de corriente, la armadura se desplaza axialmente hacia el inductor contra los medios elásticos con separación o contra el disco de accionamiento, el accionador que comprende del mismo modo un módulo de medida que comprende un sensor de campo magnético, tal como un sensor de efecto Hall, dispuesto en un plano Pr radial y que define una dirección B de sensibilidad a los campos magnéticos, el módulo de medida que comprende al menos un imán permanente que se desplaza con respecto al sensor de campo magnético de manera que genera un campo magnético detectable por el sensor de campo magnético, caracterizado por que la dirección B de sensibilidad del sensor de campo magnético es perpendicular al plano Pr radial en el cual se sitúa el sensor de campo magnético.

Por tanto, el sensor de campo magnético no es, más que un poco o de forma moderada, perturbado por el campo magnético potente del inductor. De hecho, las líneas de campo del inductor se extienden principalmente, o incluso de forma única, en los planos Pr radiales, ya que el bobinado del inductor es anular, elíptico o rectangular con, como centro el eje Z de simetría. Al extenderse de forma ortogonal al plano Pr radial en el cual se sitúa el sensor, la dirección B de sensibilidad asegura un funcionamiento que es casi, incluso perfectamente, insensible al campo magnético del inductor.

Se ha de observar que el sensor de campo magnético puede montarse de forma fija con respecto al inductor y en este caso, el o los imanes permanentes son móviles, o al contrario, los imanes permanentes pueden montarse de forma fija con respecto al inductor y el sensor es por tanto móvil.

De forma ventajosa, el sensor de campo magnético presenta una configuración plana que define un plano Pc de sensor que es paralelo y con preferencia coincide con el plano Pr radial en el cual se sitúa el sensor de campo magnético, la dirección B de sensibilidad que es por tanto perpendicular al plano Pc del sensor.

De forma ventajosa, el sensor de campo magnético se sitúa en las proximidades inmediatas del bobinado, donde las líneas de campo magnéticas son máximas.

Según un modo de realización ventajoso, dos imanes permanentes se unen, uno con respecto al otro y se alinean axialmente a ambos lados del sensor de campo magnético, los imanes permanentes son empujados elásticamente contra la armadura y el sensor de campo magnético está conectado de forma rígida al inductor. Como variante, el sensor de campo magnético es empujado elásticamente contra la armadura y los imanes permanentes están conectados de forma rígida al inductor. Según un modo de realización adaptado a la detección del desplazamiento de la armadura, dos imanes permanentes se pueden montar sobre un empujador móvil que es empujado elásticamente contra la cara lateral del armadura de manera que sigue los desplazamientos axiales de la armadura, los dos imanes permanentes que están alineados axialmente, el sensor de campo magnético que se dispone de forma fija entre los dos imanes permanentes. Por tanto, el sensor fijo detecta el desplazamiento axial de los dos imanes. La disposición del sensor entre los dos imanes permite obtener una respuesta lineal. Se ha de observar que este módulo de medida con dos imanes entre los que se dispone un sensor de campo magnético se puede proteger en sí mismo, es decir de forma independiente de la orientación particular del sensor con respecto al bobinado del inductor. Este módulo de medida puede incluso ser utilizado en otros tipos de accionadores o de dispositivos que integran un miembro móvil.

Con preferencia, los imanes permanentes definen para uno, una orientación Norte/Sur y para el otro, una orientación sur/norte que son paralelas entre sí, así como a la dirección B de sensibilidad, de manera que el sensor de campo magnético se puede situar sensiblemente a nivel del punto cero del campo magnético. Con medios de ajuste simples (tornillos por ejemplo), es posible situar con precisión el sensor a nivel del punto cero del campo magnético producido por los dos imanes. Se obtiene por tanto una curva lineal que pasa por el origen de la referencia.

Con este sensor de desplazamiento de armadura, es posible medir el desplazamiento de la armadura, el alcance amplitud del desplazamiento de la armadura, la variación del alcance del desplazamiento de la armadura y/o incluso la velocidad de desplazamiento de la armadura. El sensor de campo magnético puede ser un sensor proporcional, o incluso un sensor de umbral, cuya posición relativa entre los imanes permanentes se puede ajustar de forma mecánica.

El disco de accionamiento está provisto de al menos una corona de imanes de polarizaciones alternadas que se une en rotación al disco de accionamiento, de manera que puede detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- la posición angular del disco de accionamiento,

- el sentido de rotación del disco de accionamiento,

- la velocidad de rotación del disco de accionamiento, y

- la variación de velocidad de rotación del disco de accionamiento.

De forma ventajosa, la corona de imanes se sitúa sobre la periferia externa del disco de accionamiento (pero se puede contemplar cualquier otra parte del disco).

Según un modo de realización ventajoso, el sensor de campo magnético se sitúa a la vez a nivel de la corona de imanes del disco de accionamiento y de manera adyacente a la cara lateral de la armadura, de manera que se puede detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- el desplazamiento de la armadura,

- el sentido de desplazamiento del armadura,

- el alcance del desplazamiento de la armadura,

- la variación del alcance del desplazamiento de la armadura,

- la velocidad de desplazamiento de la armadura,

- la posición angular del disco de accionamiento,

- el sentido de rotación del disco de accionamiento,

- la velocidad de rotación del disco de accionamiento, y

- la variación de velocidad de rotación del disco de accionamiento.

Según otro modo de realización práctico adaptado a la medida de par o de desviación angular, se sitúan varios sensores de campo magnético en las proximidades de varios discos de accionamiento provistos, cada uno, de al menos una corona de imanes de polarizaciones alternadas que se une en rotación a cada disco de accionamiento, los discos de accionamiento que están conectados de forma elástica entre sí en torsión, de manera que pueden detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- el par de torsión entre los dos discos de accionamiento,

- la desviación angular entre los dos discos de accionamiento.

A menudo, el accionador electromagnético puede comprender un cárter de soporte montado de forma fija sobre el inductor de manera que el disco de accionamiento se sitúe entre la armadura y el cárter de soporte, siendo montado el módulo de medida de forma fija sobre el cárter de soporte.

En el caso de un freno por ejemplo, la armadura puede ser presionada contra el disco de accionamiento por al menos un muelle de compresión montado precargado en un recinto de la unidad de accionamiento para frenar un árbol rotativo.

En el caso de un embrague por ejemplo, la armadura puede estar provista de dentados y presionada contra un disco con dentados por al menos un muelle de compresión montado precargado en un recinto de la unidad de accionamiento para embragar en rotación un árbol rotativo.

El espíritu de la invención reside en el hecho de orientar un sensor de campo magnético de manera óptima, es decir con su dirección de sensibilidad perpendicular u ortogonal a las líneas de campo magnético producidas por el inductor. La utilización de dos imanes móviles, de forma ventajosa con las polaridades dispuestas invertidas, permite tener una respuesta lineal centrada. La posibilidad de medir además la rotación del disco de accionamiento con un solo y mismo sensor es particularmente ventajosa.

La invención se describirá ahora con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, que dan a título de ejemplos no limitativos, varios modos de realización de la invención.

En las figuras:

La figura 1 es una vista muy esquemática en sección trasversal vertical a través de un freno electromagnético, respectivamente en posición desbloqueada (parte alta de la figura) y en posición bloqueada (parte baja de la figura), La figura 2 es una vista en perspectiva de un accionamiento electromagnético de tipo “freno” equipado de un módulo de medida según una primera forma de realización de la presente invención,

La figura 3a es una vista en sección trasversal vertical a través del módulo de medida de la figura 2,

La figura 3b es una vista en perspectiva que deja aparecer los componentes internos del módulo de medida de la figura 3a,

La figura 4 es una vista en perspectiva seccionada según dos planos ortogonales con el objetivo de explicar el funcionamiento del módulo de medida de las figuras 2, 3a y 3b.

Las figuras 5a y 5b son representaciones esquemáticas que explican el funcionamiento del módulo de las figuras 2 a 4.

La figura 6a es un gráfico que integra una representación esquemática destinada a ilustrar las líneas de campos producidas por el módulo de medida de las figuras 2 a 5b.

La figura 6b es un gráfico que muestra la linealidad de la respuesta del módulo de medida de las figuras 2 a 6a. La figura 7 es una vista en perspectiva seccionada según dos planos ortogonales con el objetivo de ilustrar un módulo de medida según un segundo modo de realización de la invención,

La figura 8 es una vista muy aumentada que representa un módulo de medida según un tercer modo de realización de la invención,

La figura 9 es una vista similar a la figura 1 para un embrague electromagnético, y

La figura 10 es una vista similar a la figura 7 para un sensor de par.

Nos referiremos en primer lugar a la figura 1 para explicar de manera muy general la estructura y el funcionamiento de un accionador electromagnético típico utilizado para frenar un árbol S rotativo. Otros tipos de accionadores electromagnéticos, tales como embragues (de fricción o de dentados u otros), accionadores de tracción o bien accionadores de presión son también afectados por esta patente pero no son representados. El mismo comprende en primer lugar una unidad de accionamiento (o inductor) I que se presenta en general (pero no de forma exclusiva) en forma de un recinto C anular (cilindro) o rectangular (paralelepipédico) que define al menos un alojamiento anular (o elíptico) en el cual se recibe al menos un bobinado (o bobina de inductor) Ib de hilo conductor. Este recinto C que a veces se designa bajo el término de “carcasa”, comprende del mismo modo una o varias perforaciones ciegas, que pueden recibir cada una uno o varios muelles R de compresión, que pueden ser muelles helicoidales clásicos o arandelas de muelle o cualquier otro sistema de empuje mecánico. Estos muelles se montan de forma ventajosa en el estado precargado. El accionador utilizado para frenar un eje rotativo comprende del mismo modo una armadura A móvil, que se dispone contra los muelles R en frente del bobinado Ib. Esta armadura A móvil que algunas veces se designa bajo el término de “armadura móvil”, se realiza de material magnético. El accionador electromagnético puede comprender del mismo modo un núcleo M que atraviesa la armadura A móvil e incluso una parte del recinto C. Este núcleo M está destinado a recibir un árbol S rotativo accionado por un motor (no representado). El accionador electromagnético comprende también un disco D de accionamiento que puede disponerse alrededor del núcleo M de manera adyacente a la armadura A móvil. El disco de accionamiento puede también disponerse directamente alrededor de un árbol accionado por un motor. El disco D de accionamiento puede presentar una superficie de fricción sobre sus dos caras. Finalmente, el accionador electromagnético comprende un cárter P de soporte que se extiende paralelamente a la armadura A móvil, con el disco D de accionamiento dispuesto entre los mismos. Este cárter P de soporte, que se designa algunas veces bajo el término de “cárter de soporte” se monta de forma fija con respecto al recinto C, por ejemplo con la ayuda de bulones. Esta es la estructura general de la accionador utilizado para frenar un árbol rotativo clásico, que puede equipar un ascensor, una carretilla elevadora, etc. Dicho accionador electromagnético presenta un sistema alrededor de un eje Z central.

Con referencia a la parte alta de la figura 1, se puede ver que la armadura A móvil está fijada contra el recinto C comprimiendo los muelles R, debido a la activación de la bobina lb con corriente. De hecho, de manera conocida, el bobinado lb va a crear un campo magnético que va a atraer a la armadura A móvil de material magnético. La separación entre la armadura A móvil y el cárter P de soporte es por tanto máxima y el disco de accionamiento está fuera de contacto a la vez de la armadura A y del cárter P de soporte. El accionador utilizado para frenar un árbol rotativo es por tanto in operativo y el núcleo M puede girar libremente.

Con referencia a la parte baja de la figura 1, se puede ver que la armadura A móvil se ha desplazado hacia el cárter P de soporte bajo la acción de los muelles R. De hecho, esta situación corresponde al corte de la activación eléctrica del bobinado lb, de manera que no hay más fuerzas electromagnéticas que atraigan a la armadura A contra este recinto C. Los resortes R actúan por tanto plenamente sobre la armadura A que es empujada hacia el cárter P de soporte intercalando entre los mismos el disco D de accionamiento. Se puede del mismo modo decir que el disco D de fricción es atrapado fuertemente entre la armadura A móvil y el cárter P de soporte. El núcleo M que está unido al disco D de accionamiento se bloquea por tanto en rotación. El accionador utilizado para frenar un árbol rotativo es por tanto plenamente activo, aunque se corte su activación de corriente. En otras palabras, este accionador utilizado para frenar un árbol rotativo es inactivo cuando está alimentado y activo en reposo.

La figura 1 representa un accionador utilizado para frenar un árbol rotativo simple, pero existen del mismo modo accionadores electromagnéticos dobles, que utilizan dos unidades I de accionamiento, dos placas A de presión es móviles y dos discos D de accionamiento. El principio de funcionamiento permanece sin embargo siendo el mismo con una armadura A móvil que es empujada en desplazamiento axial o bien por un bobinado lb o bien por muelles R para bloquear o desbloquear el disco D de accionamiento.

En la figura 2, se ve un accionador electromagnético que presenta una estructura global comparable a la de la figura 1, salvo que el cárter P de soporte ha sido retirado, con el fin de dejar aparecer el disco D de accionamiento y el núcleo M. Se puede señalar que la carcasa C está formada con un hueco Ch que está realizado en la periferia externa de la carcasa. Este hueco Ch atraviesa el grosor de la carcasa C de principio a fin de manera que se sitúa por debajo de la armadura A. Un módulo H de medida se dispone en esta escotadura Ch, de manera que puede detectar el desplazamiento axial de la armadura A lo largo del eje Z. En la figura 2, el módulo H de medida se presenta en forma de un recinto 1 constituido de dos semicarcasas 1a y 1b que contienen los componentes activos que permiten medir el desplazamiento de la armadura A. Aunque no es visible en la figura 2, el módulo H de medida se dispone radialmente en el exterior del bobinado D. El mismo puede por ejemplo disponerse entre dos muelles R. Se pueden contemplar numerosos otros posicionamientos sin por tanto salir del ámbito de la presente invención.

Nos referiremos ahora a las figuras 3a y 3b para describir la estructura y el funcionamiento del módulo H de medida de la figura 2. Como se mencionó anteriormente, el módulo H de medida comprende dos semicarcasas 1a y 1b que contienen una placa 2 de circuito impreso, un sensor 3 de campo magnético y un empujador 4 móvil. Las dos semicarcasas 1a y 1b comprenden del mismo modo patillas 11 de fijación que permiten fijar el módulo a la carcasa C. En su extremo superior, las dos semicarcasas 1a y 1b forman una abertura 16 de paso que puede ser sellada por ejemplo pero no de forma exclusiva por medio de una junta 15 tórica. Las dos semicarcasas 1a y 1b pueden estar equipadas del mismo modo de dos anillos 14 de deslizamiento axial para el empujador 4.

La placa 2 de circuito impreso se monta de manera fija en el interior de las 2 semicarcasas 1a y 1b. Esta placa 2 de circuito impreso soporta a los componentes necesarios para el tratamiento de la señal que proviene del sensor 3 de campo magnético. La placa 2 comprende un brazo 21 sobre el cual se monta el sensor 3 de campo magnético.

Este sensor 3 de campo magnético o sensor magnético es con preferencia un sensor magnético de efecto Hall. Sin embargo, se podría utilizar del mismo modo un sensor magnético de efecto Faraday, un flujómetro electrónico, un flujómetro o una magnetorresistencia o incluso una magnetoimpedancia, con las adaptaciones apropiadas. Sin embargo, se considera en el resto de la descripción que el sensor 3 de campo magnético es un sensor de efecto hall, sin limitación.

El empujador 4 puede ser una pieza que se monta de manera móvil en el interior del recinto 1 según el eje Z. De forma más precisa, el empujador 4 comprende un cuerpo 40 de empujador, que puede ser por ejemplo realizado por inyección/moldeo de material plástico. Este cuerpo 40 desliza de manera axial en el interior de anillos 14 de deslizamiento. El cuerpo 40 comprende en su extremo inferior un alojamiento 44 de muelle en el cual se aloja un muelle 45. En la figura 3a, el muelle 45 se representa en el estado comprimido. Se comprende por tanto fácilmente que el muelle 45 empuja al cuerpo 40 hacia arriba, es decir a través de la abertura 16 de paso. Por otro lado, el cuerpo 40 forma en este lugar un punzón 46 de apoyo que desliza de manera estanca en el interior de la junta 15 tórica. La superficie superior o borde superior del punzón 46 sobresale más allá de la abertura 16 de paso de manera que entra en contacto con apoyo con una cara de la armadura A. De esta manera, el empujador 4 se une en desplazamiento con la armadura 4, que a su vez se desplaza o bien bajo el efecto del campo magnético generado por el bobinado lb, o bien bajo el efecto de los muelles R.

El cuerpo 40 de empujador define dos alojamientos 41 que reciben cada uno un imán 42, 43 permanente. Estos imanes 42, 43 permanente se presentan en forma de pequeños tacos cilíndricos o cúbicos o paralelepipédicos. De forma ventajosa, los dos imanes 42, 43 se disponen invertidos en cuanto a su polarización. De hecho, se puede señalar en la figura 3b que la cara visible del imán 42 es su polo norte, mientras que la cara visible del imán 43 es su polo sur. Los dos imanes 42 y 43 permanentes se disponen separados entre sí de manera que definen entre sí un entrehierro en el cual se extiende el brazo 21 de la placa 2 de circuito impreso con su sensor 3 de campo magnético. Por tanto, cuando el empujador 4 se desplaza, siguiendo por tanto a la armadura A, se crea un desplazamiento relativo entre los dos imanes 42, 43 y el sensor 3 de campo magnético. Es precisamente esta variación del campo magnético creada por el desplazamiento de los dos imanes 42 y 43 la que va a detectar el sensor 3 de campo magnético.

Con referencia a la figura 4, se ve el accionador magnético que ha sido seccionado según dos planos Prv y Prh radiales ortogonales que se cortan a lo largo del eje Z. El sensor H de medida sólo se ha representado de manera simbólica o esquemática por su sensor 3 de campo magnético y sus dos imanes 42 y 43 permanentes. Hace falta comprender que los dos imanes 42 y 43 se desplazan según el eje Z con la armadura A, mientras que el sensor de campo magnético permanece estático con respecto a la carcasa C. El sensor 3 y los dos imanes 42 y 43 se disponen en el plano Prv radial vertical correspondiente a los ejes X y Z. El otro plano Prh radial corresponde a los ejes Y y Z: se extiende horizontalmente y debido a ello perpendicularmente al plano Pr radial. Se ven del mismo modo las líneas Lc de campo que se extienden alrededor del bobinado lb.

El sensor 3 de campo magnético, que es un sensor de efecto hall, se presenta en forma de una pequeña placa plana y delgada, de forma ventajosa de forma paralelepipédica. Esta pequeña placa está constituida de un conductor o de un semiconductor. A ambos lados según el eje Z, esta pequeña placa está provista de un par de electrodos 31 a los cuales se aplica una tensión Io de excitación. Se puede por tanto decir que la dirección de alimentación de la corriente Io de excitación es paralela al eje Z estando inscrita en el plano Pr vertical. Con dicha orientación del sensor, la dirección B de sensibilidad del sensor se extiende perpendicularmente u ortogonalmente al plano Prv radial en el cual se disponen el sensor 3 y los dos imanes 42 y 43. Esta dirección B de sensibilidad corresponde a la dirección del campo magnético que varía en función del desplazamiento de los dos imanes 42 y 43. Se puede por tanto medir una tensión Vh de salida o hall según el eje X.

Todo esto todavía está más claro a la vista de las figuras 5a y 5b que constituyen una abstracción de la accionador electromagnético.

En la figura 5a, el plano de la hoja corresponde al plano Prv vertical según los ejes X y Z. La dirección B de sensibilidad es perpendicular al plano de la hoja, la dirección de alimentación de la corriente Io de excitación es horizontal en el plano de la hoja, mientras que la tensión Vh de Hall es vertical en el plano de la hoja. En la figura 5b, se ven los dos imanes 42 y 43 permanentes con su polaridad invertida dispuesta invertida, la dirección de alimentación de la corriente Io de excitación dispuesta de manera horizontal en el plano de la hoja y la dirección B de sensibilidad vertical en el plano de la hoja. Esta vista es una vista en sección según el plano radial de la figura 4 que es ortogonal al plano radial vertical en el que se encuentra el módulo de medida. Se puede también decir que la placa que forma el sensor 3 se extiende en un plano Pc de sensor que coincide con el plano Prv radial vertical.

La figura 6a representa el sensor 3 dispuesto entre los dos imanes 42 y 43. Las líneas de campo se representan en un plano de corte situado en el centro de los dos imanes. La orientación invertida de las polaridades crea un gradiente de campo según la dirección del vector B. La variación de campo es lineal para un intervalo de medida limitado entre los dos imanes.

Debido a que el sensor 3 se dispone entre dos imanes permanentes de polaridades invertidas, es posible situarlo de manera muy precisa a nivel del punto cero del campo magnético, de manera que se obtiene una curva de respuesta lineal que pasa por el origen de la referencia, como se representa en la figura 6b. El sensor de efecto Hall reenvía por tanto una tensión que es proporcional a la posición.

Según un modo de realización ventajoso, la utilización de un sensor de efecto Hall específico de umbral puede reenviar una tensión constante pero que es diferente de un intervalo de posición al otro (en función de los umbrales del sensor).

El posicionamiento preciso del sensor 3 a nivel del punto cero del campo magnético se puede realizar con cualquier técnica de ajuste, utilizando por ejemplo un tornillo de ajuste que actúa sobre la placa 2 de circuito impreso.

Con dicho sensor H de medida, se puede no solamente medir un desplazamiento de la armadura A sino que se puede del mismo modo medir la amplitud de este desplazamiento, así como la velocidad de este desplazamiento. La simple detección del desplazamiento de la armadura A permite recoger la información como que la armadura A se desplaza, lo que significa que el accionador funciona. La amplitud del desplazamiento permite determinar si hay una variación de amplitud de desplazamiento, correspondiente a un desgaste de la armadura A y/o del disco D de accionamiento. La velocidad de desplazamiento de la armadura A permite dar un índice (o formular un diagnóstico) relativo al ruido generado por el accionador electromagnético durante su funcionamiento. Una velocidad de desplazamiento elevada corresponde muy a menudo a un ruido de la accionador bajo la forma de un chasquido. Debido a la respuesta lineal del sensor 3 de campo magnético es muy fácil analizar todos los parámetros relacionados con el desplazamiento de la armadura A.

Con referencia la figura 7, se ve una representación en sección similar a la de la figura 3 para un accionador electromagnético completo, es decir con el cárter P de soporte. En este modo de realización, el disco D de accionamiento, con sus dos superficies D1 de fricción, está además provisto en su periferia D2 externa de una corona D3 de imanes constituida de una fila de imanes D42 y D43 permanentes dispuestos con polaridades alternadas, como en el primer modo de realización de la invención. Esta corona D3 de imanes permanentes genera un campo magnético que va a ser detectado por el sensor 3 de campo magnético que puede estar en cualquier punto de acuerdo con el del primer modo de realización, salvo su orientación con respecto a la referencia X, Y y Z. De hecho, al permanecer todo dispuesto con su dirección B de sensibilidad según el eje Y, la placa que constituye el sensor se gira 90° en el plano Prv vertical en el cual se encuentra. Por tanto, la dirección de alimentación de la corriente Io de excitación se mantiene vertical y la dirección de la tensión Vh de Hall es horizontal según el eje Z.

Aunque no se ha representado, este sensor 3 se dispone en un recinto que se fija o bien a la carcasa C o al cárter P de soporte. Este sensor de medida permite medir la velocidad de rotación del disco D de accionamiento así como cualquier variación (aceleración o desaceleración de la velocidad de rotación del disco de accionamiento) analizando la señal alternativa así recogida.

Se ha de observar que el disco D de accionamiento puede estar provisto de dos coronas de imanes dispuestas una al lado de la otra. A título de ejemplo, una corona podría estar dedicada al recuento de vuelta de disco y la otra corona podría estar dedicada a la orientación del disco, de manera que lo detiene siempre con la misma orientación angular después de un cierto número de vueltas.

En la figura 8, se ve de manera muy aumentada el accionador electromagnético de la figura 7 con un módulo de medida que integra a la vez estos primer y segundo modos de realización. De hecho, este módulo de medida puede presentar una estructura idéntica o comparable a la de las figuras 3a y 3b con una orientación idéntica a la representada en la figura 4, pero su disposición es la del módulo de medida de la figura 7, es decir dispuesta en la periferia de la corona D3 de imanes. El punzón 46 de apoyo del módulo puede estar en contacto con la cara de la armadura A girada hacia el disco de accionamiento, de manera que este módulo de medida puede medir a la vez las magnitudes relacionadas con el desplazamiento de la armadura A y las magnitudes relacionadas con la rotación del disco D de accionamiento. Este módulo de medida se puede fijar o bien en la carcasa C, o con preferencia en el cárter P de soporte. Gracias a un tratamiento de la señal apropiado, es posible disociar las señales que provienen de los dos imanes 42 y 43 permanentes de las de la corona D3 de imanes. Se puede por tanto calificar este módulo de medida de “2 en 1” ya que integra en un mismo módulo los medios para detectar a la vez un desplazamiento axial (el de la armadura A) y un desplazamiento relativo (el del disco D).

La figura 9 muestra un embrague electromagnético en sus dos posiciones, es decir en posición desembragada en la parte alta de la figura 9 y en posición embragada en la parte baja de la figura 9. Es evidente la similitud de diseño con la de un freno electromagnético. El inductor está provisto de un núcleo Ma impulsado así como de un módulo H de medida, que es idéntico al de las figuras 2 a 5b. El núcleo Ma impulsado es realizado con una corona M1 dentada. Por otro lado, una armadura A' móvil, provista de una corona A1 dentada correspondiente, se monta en un núcleo Mb de impulsión. La armadura A' es empujada elásticamente contra el núcleo Mb de impulsión por una serie de muelles R' que actúan sobre tornillos V fijados a la armadura A'. Cuando el inductor está en reposo (no alimentado), los muelles R' realizan su efecto y se fijan a la armadura contra el núcleo Mb de impulsión, de manera que las coronas M1 y A1 dentadas se separan entre sí: el embrague está por tanto en posición desembragada. Por el contrario, cuando el inductor es alimentado, la armadura A' es empujada contra el núcleo Ma impulsado de manera que las coronas M1 y A1 dentadas se engranan entre sí: el embrague está por tanto en posición embragada.

El módulo H de medida se monta sobre el inductor con un empujador de imanes 42, 43 empujado elásticamente contra la armadura A', al igual que en el freno de las figuras 2 a 5b. Este módulo H de medida puede medir las magnitudes físicas siguientes de la armadura A': desplazamiento de la armadura, sentido de desplazamiento de la armadura, alcance del desplazamiento de la armadura, variación del alcance del desplazamiento de la armadura y velocidad de desplazamiento de la armadura.

La figura 10 es similar a la figura 7 y muestra un sensor de par. De forma más precisa, la figura 10 vuelve a tomar la figura 7 y la añade un disco Db de impulsión que está conectado al disco Da de fricción por un vástago T de torsión, que puede ser un vástago de acero de diámetro reducido que presenta características de torsión conocidas. El disco Db de impulsión está conectado a un árbol Sm motor y está equipado de una corona D3 de imanes, que puede ser idéntica a la del disco Da de fricción. Un sensor 3 se asocia a cada corona D3 de imanes de manera que forma dos módulos de medida, cuyas señales de salida son correlacionadas para determinar el par generado entre los dos discos Da y Db.

Sea cual sea el modo de realización, hace falta observar que el sensor 3 de campo magnético está siempre orientado de la misma manera con respecto a la referencia XYZ, es decir con su dirección B de sensibilidad orientada según el eje Y, es decir perpendicularmente u ortogonalmente al plano Prv radial vertical en el cual se dispone. Esta configuración permite una insensibilidad relativa o perfecta a las perturbaciones generadas por las líneas de campo que provienen del bobinado lb.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Accionador electromagnético que define un eje Z de simetría y una infinidad de planos radiales dispuestos en abanico alrededor del eje Z de simetría, el accionador electromagnético que comprende al menos un inductor (I) con un bobinado (lb), una armadura (A) móvil, un disco (D) de accionamiento y medios (R) elásticos, la armadura (A) que es empujada, en reposo, por los medios (R) elásticos contra o con separación del disco (D) de accionamiento y, cuando el bobinado (lb) es alimentado de corriente, la armadura (A) se desplaza axialmente hacia el inductor (I) contra los medios (R) elásticos con separación o contra el disco (D) de accionamiento, el accionador electromagnético que comprende del mismo modo al menos un módulo (H) de medida que comprende un sensor (3) de campo magnético, tal como un sensor de efecto Hall, dispuesto en un plano Prv radial y que define una dirección B de sensibilidad a los campos magnéticos, caracterizado por que el módulo (H) de medida comprende al menos un imán (42, 43; D42, D43) permanente que se desplaza con respecto al sensor (3) de campo magnético de manera que genera un campo magnético detectable por el sensor (3) de campo magnético, y por que la dirección (B) de sensibilidad del sensor (3) de campo magnético es perpendicular al plano Prv radial en el cual se sitúa el sensor (3) de campo magnético.

2. Accionador electromagnético según la reivindicación 1, en el cual el sensor (3) de campo magnético presenta una configuración plana que define un plano Pc de sensor que es paralelo, y con preferencia coincide, con el plano Prv radial en el cual se sitúa el sensor (3) de campo magnético, siendo la dirección B de sensibilidad perpendicular al plano Pc de sensor.

3. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el sensor (3) de campo magnético se sitúa en las proximidades inmediatas al bobinado, donde las líneas de campo magnético son máximas.

4. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dos imanes (42, 43) permanentes se unen entre sí y se alinean axialmente a ambos lados del sensor (3) de campo magnético, los imanes (42, 43) que son empujados elásticamente contra la armadura (A) y el sensor (3) de campo magnético que está conectado de forma rígida al inductor (I).

5. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dos imanes (42, 43) permanentes se unen entre sí y se alinean axialmente a ambos lados del sensor (3) de campo magnético, el sensor (3) de campo magnético que es empujado elásticamente contra la armadura (A) y los imanes (42, 43) permanentes que están conectados de forma rígida al inductor (I).

6. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los imanes (42, 43) permanentes definen para uno, una orientación norte/sur y para el otro, otra orientación sur/norte que son paralelas entre sí, así como a la dirección B de sensibilidad.

7. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el sensor (3) de campo magnético es un sensor proporcional.

8. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el sensor (3) de campo magnético es un sensor de umbral, cuya posición relativa entre los imanes (42, 43) permanentes se puede ajustar de forma mecánica.

9. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el disco (D) de accionamiento está provisto de al menos una corona (D3) de imanes de polarizaciones alternadas que se une en rotación al disco (D) de accionamiento, de manera que puede detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- la posición angular del disco (D) de accionamiento,

- el sentido de rotación del disco (D) de accionamiento,

- la velocidad de rotación del disco (D) de accionamiento, y

- la variación de velocidad de rotación del disco (D) de accionamiento.

10. Accionador electromagnético según la reivindicación 9, en el cual la corona (D3) de imanes se sitúa sobre la periferia externa del disco (D) de accionamiento.

11. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el sensor (3) de campo magnético se sitúa a la vez a nivel de la corona (D3) de imanes del disco (D) de accionamiento y de manera adyacente a una cara lateral de la armadura (A), de manera que puede detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- el desplazamiento de la armadura (A),

- el sentido de desplazamiento de la armadura (A)

- el alcance del desplazamiento de la armadura (A),

- la variación del alcance del desplazamiento de la armadura (A),

- la velocidad de desplazamiento de la armadura (A),

- la posición angular del disco (D) de accionamiento,

- el sentido de rotación del disco (D) de accionamiento,

- la velocidad de rotación del disco (D) de accionamiento, y

- la variación de velocidad de rotación del disco (D) de accionamiento.

12. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual varios sensores (3) de campo magnético se sitúan en las proximidades de varios discos (D) de accionamiento provistos cada uno de al menos una corona (D3) de imanes de polarizaciones alternadas que se une en rotación a cada disco (D) de accionamiento, los discos de accionamiento que están conectados elásticamente entre sí en torsión, de manera que pueden detectar uno o varios de los parámetros siguientes:

- el par de torsión entre los dos discos (D) de accionamiento,

- la desviación angular entre los dos discos (D) de accionamiento.

13. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un cárter (P) de soporte montado de forma fija sobre el inductor (I) de manera que el disco (D) de accionamiento esté situado entre la armadura (A) y el cárter (P) de soporte, el módulo (H) de medida que se monta de forma fija sobre el cárter (P) de soporte.

14. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la armadura (A) es presionada contra un disco (D) de accionamiento por al menos un muelle (R) de compresión montado precargado en un recinto (C) de la unidad de accionamiento para frenar un árbol (S) rotativo.

15. Accionador electromagnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la armadura está provista de dentados y presiona contra un disco con dentados por al menos un muelle de compresión montado precargado en un recinto de la unidad de accionamiento para embragar en rotación un árbol rotativo.