ES2904281T3 - Actuador electromagnético para un contactor eléctrico - Google Patents

Abstract

Actuador electromagnético (4) para un contactor eléctrico (2), comprendiendo el actuador electromagnético una parte fija (6) y una parte móvil (8) que puede desplazarse con respecto a la parte fija a lo largo de un eje de desplazamiento (X10), comprendiendo la parte fija dos núcleos (61) que se extienden paralelamente al eje de desplazamiento (X10) y dos bobinas (62), una de las cuales está enrollada alrededor de uno de los núcleos mientras que la otra bobina está enrollada alrededor del otro núcleo, estando la parte móvil (8) constituida por una pieza plana (8), por ejemplo cortada a partir de una chapa laminada, siendo la pieza plana una paleta rectangular, que delimita dos bordes largos (B3, B4) y dos bordes cortos (B1, B2), y que comprende: - un primer nivel (80), que está hecho de material ferromagnético, en particular de chapa ferromagnética, y que se enfrenta a la parte fija (6) a lo largo del eje de desplazamiento (X10), estando dispuesta frente a los núcleos (61) a lo largo del eje de desplazamiento, y - un segundo nivel (82), que está hecho de material ferromagnético, en particular de chapa ferromagnética, y que es adyacente al primer nivel a lo largo del eje de desplazamiento (X10), estando orientada en sentido contrario a los núcleos (61), siendo el área definida por el contorno de una sección del segundo nivel (82) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento (X10) menor que el área definida por el contorno de una sección del primer nivel (80) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento, y teniendo el segundo nivel (82) una longitud, medida paralelamente a los bordes largos (B3, B4), que es menor que la longitud del primer nivel (80).

Description

DESCRIPCIÓN

Actuador electromagnético para un contactor eléctrico

La presente invención se refiere a un actuador electromagnético para un contactor eléctrico.

El documento FR-A-2 792 108 divulga un actuador electromagnético para su integración con un contactor de corriente continua. Este actuador consta de una parte fija y otra móvil. La parte fija comprende una bobina, que está dispuesta en una carcasa aislante y genera un campo magnético cuando se le aplica corriente. La parte móvil está diseñada para desplazarse en traslación bajo el efecto del campo magnético generado por la bobina. Se compone de un núcleo magnético generalmente de forma cilíndrica y de armaduras en forma de paletas. Las paletas están dispuestas en ambos extremos del núcleo y son parte integrante del mismo. Un porta-contactos está conectado a la parte móvil de forma trasnacional. Los contactos de este porta-contactos se conectan con los contactos fijos del contactor cuando la parte móvil se desplaza, cerrando así el circuito del contactor. Uno o varios resortes sirven para devolver la parte móvil a la posición de apertura cuando la bobina deja de recibir energía.

Una primera desventaja de este actuador es que la parte móvil es pesada porque comprende un núcleo y dos paletas. Por lo tanto, el tiempo de apertura y cierre es relativamente largo. Además, la parte móvil consta de mucho cobre, por lo que la fabricación de este actuador es relativamente cara.

Por otra parte, el recorrido de la parte móvil depende de varias dimensiones y, en particular, de la distancia entre las dos paletas. Sin embargo, esta distancia varía significativamente en un lote de productos. Por lo tanto, una segunda desventaja de este producto es que el recorrido de la parte móvil entre su posición de apertura y cierre está mal controlada. Por tanto, los tiempos de apertura y cierre correspondientes varían de un producto a otro.

El documento FR 3026222 A1 divulga un actuador electromagnético cuya parte móvil, puede desplazarse a lo largo de un eje con respecto a dos núcleos fijos por estar dispuesta axialmente frente a estos últimos, consiste en una paleta rectangular plana.

El documento US 2010/0245002 A1 divulga un actuador electromagnético que, en su parte móvil, es similar al del documento FR 3026222 A1.

En este contexto, la invención propone un actuador electromagnético con una parte móvil que, siendo económico de fabricar, permite un mejor control de los tiempos de apertura y cierre.

Para ello, es un objeto de la invención proporcionar un actuador electromagnético para un contactor eléctrico como se define en la reivindicación 1.

Gracias a la invención, la parte móvil es mucho más ligera que la del actuador electromagnético según el documento FR-A-2792 108. Por lo tanto, el esfuerzo mecánico necesario para devolver la parte móvil a la posición de apertura es menor. Además, se utiliza menos materia prima en la fabricación de la parte móvil. Esto significa que tiene un menor coste de fabricación. Además, el hecho de que la parte móvil sea una pieza plana cortada a partir de una chapa laminada permite obtener pequeños márgenes de tolerancia en lo que se refiere al espesor de la pieza plana. De este modo, se controla mejor el recorrido de la parte móvil entre la posición de apertura y la de cierre. Cuando el contactor está cerrado, el flujo magnético fluye a través de las partes periféricas de la pieza plana al comienzo del desplazamiento (aumento del área de entrada). El nivel de inducción en esta zona sigue siendo bajo (por debajo de 1 Tesla). A medida que el entrehierro (la distancia entre la parte fija y la móvil) disminuye, las líneas de campo se canalizan hacia el centro de la paleta. Las fuertes inducciones se concentran en el centro de la paleta. El exterior de la paleta está muy poco estresado. Por lo tanto, no es necesario tener tanto espesor en los bordes de la pieza plana como en el centro. El hecho de que el segundo nivel tenga una sección transversal sólida más pequeña que la del primer nivel significa que la pieza es más ligera en al menos uno de sus bordes. La idea es eliminar el material que no conduce el flujo magnético cuando el contactor está cerrado para aligerar al máximo la pieza plana, pero sin alterar la capacidad de cierre del actuador.

El documento FR 2 586 324 A1 divulga un electroimán en el que la parte móvil está formada por dos armaduras magnéticas dispuestas simétricamente a ambos lados de un eje de bobina. El documento US 5 235 303 da a conocer un actuador electromagnético en el que la parte móvil comprende una varilla guía, un polo móvil, una cuña de desmagnetización y una armadura superior en forma de disco. Por lo tanto, se entiende que en ambos documentos la parte móvil no es una sola pieza plana.

La invención también tiene por objeto un contactor eléctrico como se define en la reivindicación 7.

Los aspectos ventajosos pero no obligatorios de la invención se especifican en las otras reivindicaciones.

La invención y otras ventajas de la misma quedarán más claras a la luz de la siguiente descripción de una realización de un actuador electromagnético de acuerdo con su principio, dada sólo a modo de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

- la figura 1 es una sección transversal de un contactor eléctrico según la invención, mostrado en posición abierta y que comprende un actuador electromagnético con una parte fija y una parte móvil, según la invención, - la figura 2 es una sección transversal similar a la de la figura 1, en la que el contactor se muestra en posición cerrada, y

- las figuras 3 y 4 son vistas en perspectiva que muestran una parte móvil del actuador de las figuras 1 y 2.

Las figuras 1 y 2 muestran un contactor eléctrico 2 para interrumpir selectivamente el flujo de corriente en un circuito de potencia, por ejemplo entre una fuente de alimentación y una carga eléctrica. En la figura 1, el contactor 2 se muestra en posición abierta, en la que bloquea el flujo de corriente. El contactor 2 comprende un número de contactos móviles 12 y un número correspondiente de contactos fijos 14. En el ejemplo, este número es dos, pero este número puede variar según el tipo de dispositivo.

Los contactos móviles 12 pertenecen a un porta-contactos 10 que es móvil a lo largo de un eje X10 entre la posición abierta mostrada en la figura 1, en la que los contactos móviles 12 y los contactos fijos 14 están separados por una distancia de aislamiento y una posición cerrada mostrada en la figura 2 , en la que los contactos móviles 12 y los contactos fijos 14 están en contacto y conectados. El porta-contactos 10 se desplaza en traslación a lo largo del eje X10 mediante un actuador electromagnético 4.

El actuador electromagnético 4 comprende una parte fija 6 y una parte 8 móvil a lo largo del eje X10 entre la posición abierta mostrada en la figura 1 y la posición cerrada mostrada en la figura 2. El recorrido de la parte móvil 8 está representado por la distancia c en la figura 1.

El porta-contactos 10 y la parte móvil 8 del actuador 4 están unidos en traslación a lo largo del eje X10. En el ejemplo, la parte 8 del actuador está montada en el porta-contactos 10 de tal manera que es integral con el portacontactos.

La parte fija 6 comprende una armadura 60 que tiene una arquitectura en forma de U. La armadura 60 comprende, pues, una base y dos núcleos 61 que se extienden, desde la base, paralelamente al eje X10. Una bobina 62 se enrolla alrededor de cada uno de los núcleos 61. Al recibir corriente eléctrica, las bobinas 62 generan un campo magnético que atrae la parte móvil 8 del actuador 4 hacia la parte fija 6.

El actuador electromagnético 4 comprende medios para devolver la parte móvil 8 a la posición de apertura. En el ejemplo, estos medios de retorno están formados por dos resortes helicoidales 24, que se extienden entre la parte fija 6 y la parte móvil 8. Los resortes 24 son de compresión. Para mayor claridad de los dibujos, los resortes 24 no se muestran en la figura 2.

El contactor 2 comprende una base 16 y una caja de arco 18 unida a la base 16. La base 16 rodea la parte fija 6 del actuador 4. En la posición abierta, una parte del porta-contactos 10 se apoya en la caja de arco 18, mientras que en la posición cerrada, la parte móvil 8 está en contacto con la parte fija 6 del actuador 4.

El contactor 2 también incluye medios de sujeción para mantener la parte fija 6 del actuador 4 en contacto con la caja de arco 18. Más concretamente, la parte fija 6 del actuador se mantiene en contacto con las piezas salientes 180 pertenecientes a la caja de arco 18. Las piezas salientes 180 se distribuyen alrededor del eje X10. En el ejemplo, son cuatro.

Los medios de sujeción mencionados comprenden al menos un elemento elástico 22, preferiblemente dos elementos elásticos 22. En el ejemplo, los elementos elásticos 22 son tapones de elastómero. Cada tapón 22 se extiende desde la base 16 y pasa a través de una placa electrónica 20 a través de orificios pasantes previstos en la placa 20 para este propósito. Por lo tanto, la placa electrónica 20 está situada entre la base 16 y la parte fija 6 del actuador 4. Incluye un soporte de bifenilo policlorado (PCB).

Los medios de sujeción 22 permiten "referenciar" o "polarizar" la parte fija 6 del actuador 4. Esto significa que, en un lote de productos, la parte fija 6 del actuador 4 tiene la misma posición independientemente del contactor del lote considerado. Así, el punto final del recorrido c de la parte móvil 8 entre la posición de apertura y la de cierre está bien definido. Esto ayuda a mejorar el control de la amplitud del recorrido c de la parte móvil 8 entre la posición de apertura y la de cierre y, por tanto, a mejorar el control del aplastamiento del contacto, así como la posibilidad de repetición de los tiempos de apertura y cierre.

Como puede verse en las figuras 3 y 4, la parte móvil 8 del actuador electromagnético 4 consiste en una pieza plana de chapa. Con el uso del verbo "consistir", se quiere decir aquí que la parte móvil consiste en una sola pieza, que es la pieza de chapa plana. Por pieza plana se entiende una pieza obtenida a partir de una chapa laminada.

La pieza plana 8 es escalonada: comprende un primer nivel 80 destinado a estar enfrentado a la parte fija 6 del actuador electromagnético 4 y un segundo nivel 82 destinado a estar enfrentado, del lado opuesto, a la caja de arco 18. El segundo nivel 82 es adyacente al primer nivel 80 a lo largo del eje X10. Esto significa que el primer nivel 80 y el segundo nivel 82 son perpendiculares al eje X10 y que no hay espacio entre el primer nivel 80 y el segundo nivel 82. Una sección transversal completa del segundo nivel 82, medida en un plano perpendicular al eje de desplazamiento X10 de la parte móvil 8, es menor que una sección transversal completa del primer nivel 80. La sección sólida es el área delimitada por los contornos en el plano de la sección. Así, los posibles agujeros en el primer nivel 80 o en el segundo 82 no se tienen en cuenta en el cálculo de la superficie. Esto significa que el área delimitada por el contorno de una sección del segundo nivel 82 en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento X10 de la parte móvil 8 es menor que el área delimitada por el contorno de una sección del primer nivel 80 en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento X10 de la parte móvil 8.

Típicamente, los dos niveles 80 y 82 de la pieza plana 8 están hechos de material ferromagnético, en particular de chapa ferromagnética.

La relación entre la sección transversal completa del segundo nivel 82 y la sección transversal completa del primer nivel 80 se dimensiona por simulación en función del flujo a pasar y del material ferromagnético utilizado. Está entre el 25% y el 75%, preferiblemente el 50%. Esto significa que la relación entre el área delimitada por el contorno de una sección del segundo nivel 82 en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento de la parte móvil y el área delimitada por el contorno de una sección del primer nivel 80 en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento de la parte móvil está comprendida entre el 25% y el 75%, preferentemente igual al 50%.

En el ejemplo, la pieza plana 8 comprende sólo dos niveles. Como alternativa, no mostrada, la pieza plana puede tener un número de niveles estrictamente superior a dos. Un nivel corresponde a una parte de la pieza plana 8 que tiene una sección transversal sólida diferente de al menos otra parte de la pieza plana.

El primer nivel 80 define una superficie S80 destinada a orientarse hacia la parte fija 6 del actuador electromagnético 4. En el ejemplo, la superficie S80 está destinada a entrar en contacto con la parte fija 6 del actuador 4. Sin embargo, alternativamente, se podría insertar una pieza entre las piezas 6 y 8 en la posición cerrada. El segundo nivel 82 define una superficie S82 opuesta a la superficie S80. La superficie S82 está orientada hacia la caja de de arco 18 del contactor 2 en la configuración montada. Las superficies S80 y S82 son sustancialmente planas.

El segundo nivel 82 está dispuesto sustancialmente en el centro. En otras palabras, el segundo nivel 82 sólo cubre una parte central del primer nivel 80, manteniendo así una sección transversal suficiente en el centro de la paleta. Por otra parte, al menos uno de los bordes de la pieza 8 está delimitado exclusivamente por el primer nivel 80 y tiene un espesor inferior a un espesor máximo de la pieza.

Por lo tanto, el espesor de la pieza plana 8 no es uniforme. En el ejemplo, el ahorro en términos de masa en comparación con un palé de espesor homogéneo es del orden del 15%. Esto tiene poco o ningún efecto sobre el rendimiento magnético porque, cuando el contactor 2 está cerrado, la mayor parte del flujo magnético generado por las bobinas 62 pasa por la parte central de la pieza plana 8. Por lo tanto, el nivel de inducción en los bordes de la pieza plana 8 no es muy alto. De este modo, se puede reducir el espesor de los bordes sin provocar una saturación magnética que podría alterar el comportamiento magnético de la pieza plana 8 al cerrarse. En otras palabras, sólo se elimina el material que no conduce el flujo magnético o lo conduce sólo ligeramente cuando el contactor está cerrado. El resultado es una pieza móvil más ligera.

Ventajosamente, la pieza plana es una paleta rectangular que comprende dos lados cortos y dos lados largos. Los dos lados cortos forman dos bordes opuestos B1 y B2 de la paleta móvil 8. Los dos lados largos forman dos aristas opuestas B3 y B4. Los bordes B1 y B2 tienen un espesor reducido en comparación con la zona central de la paleta 8, donde el espesor es máximo. Los bordes B1 y B2 están delimitados exclusivamente por el primer nivel 80 de la paleta 8, mientras que los bordes B3 y B4 están delimitados conjuntamente por los dos niveles 80 y 82. La superficie S80 tiene una longitud, medida en paralelo a los bordes largos B3 y B4, que es mayor que la longitud de la superficie S82.

Debido a la reducción del material, el tiempo de apertura del contactor 2 es más corto que cuando se utiliza una parte móvil no reducida. Además, el tiempo de cierre es esencialmente el mismo, ya que el comportamiento magnético de la paleta ligera 8 no se ve afectado, o sólo ligeramente.

En el ejemplo, el espesor del primer nivel 80 es idéntico al espesor del segundo nivel 82. El espesor de los bordes B1 y B2 es, por tanto, igual a la mitad del espesor máximo de la pieza 8. De forma más general, el espesor de la primera capa 80 debe estar dimensionado en función de la saturación admisible en los bordes con respecto al espesor máximo de la paleta 8. En la práctica, el espesor de la primera capa 80 está comprendido entre el 25% y el 75% del espesor máximo de la paleta 8, en particular entre el 35% y el 55%.

Ventajosamente, los dos niveles de la pieza plana 8 están formados por dos piezas de chapa superpuestas 80 y 82. La pieza de chapa 82 es más corta que la pieza de chapa 80, midiéndose la longitud en paralelo a los lados largos B3 y B4 de la paleta 8. En el ejemplo, las dos piezas de chapa 80 y 82 se sueldan entre sí, en particular mediante un proceso de soldadura por láser.

Ventajosamente, el segundo nivel 82 tiene una longitud L82 al menos igual a la longitud L61 de la parte fija 6, siendo esta longitud medida en los núcleos 61. Las longitudes L82 y L61 se miden en una dirección perpendicular al eje X10 y en el plano mostrado en la figura 1. Así, el segundo nivel 82 comprende partes que están axialmente opuestas a los núcleos 61 de la parte fija 6.

En la configuración ensamblada dentro del contactor eléctrico, la parte de chapa 80 está orientada en el lado de la parte fija 6 del actuador 4, mientras que la parte de chapa 82 está orientada en el lado de la caja de arco 18, es decir, en el lado opuesto a la parte fija 6 del actuador 4.

Ventajosamente, la pieza plana 8 comprende al menos un concentrador de flujo magnético, preferiblemente al menos tres concentradores de flujo magnético.

En el ejemplo, la pieza plana comprende cuatro concentradores de flujo magnético. Estos cuatro concentradores de flujo están dispuestos en las cuatro esquinas de la paleta 8.

Cada concentrador de flujo es un relieve 80.2 formado en una cara S80 de la paleta 8 orientada hacia la parte fija 6 del actuador 4. Los relieves 80.2 forman superficies de apoyo de la parte móvil 8 sobre la parte fija 6. Ventajosamente, cada relieve 80.2 se forma por estampación de chapa. Los relieves 80.2 del lado del borde ^b3 son de forma oblonga y redonda: corren paralelos a los bordes B1 y B2 de la paleta 8. Los relieves 80.2 del lado de la arista B4 tienen forma circular.

Los relieves 80.2 canalizan el flujo magnético generado por las bobinas 62. En efecto, cerca del 95% del flujo magnético pasa por el relieve 80,2. Esto permite, por una parte, optimizar la fuerza magnética que mantiene la parte móvil 8 en posición cerrada y limitar así el consumo de las bobinas 62 y, por otra parte, limitar potencialmente los efectos remanentes, es decir, la capacidad de la aleta 8 de retener su magnetización.

Ventajosamente, cada concentrador de flujo magnético 80.2 está dispuesto de manera que esté axialmente opuesto a uno de los núcleos 61 de la parte fija 6. Esto favorece el paso del flujo magnético a través de los concentradores de flujo 80.2.

Como alternativa, no mostrada, se puede conseguir un efecto similar utilizando una pieza de material no magnético interpuesta entre las partes fija y móvil, 6 y 8 respectivamente, del actuador 4.

La pieza de chapa 80 define dos agujeros pasantes 80.1 para el paso de un extremo de los resortes de retorno 24. Los resortes 24 se apoyan en los salientes 82.1 de la segunda pieza de chapa 82, que está dispuesta por encima de la pieza de chapa 80.

En otra realización no mostrada, el primer nivel 80 y el segundo nivel 82 son de una sola pieza. La parte móvil del actuador está formada por una pieza plana de una sola pieza.

La paleta rectangular 8 se fabrica como sigue. Las dos piezas de chapa 80 y 82 se cortan por separado de chapa laminada. A continuación, la pieza de chapa 80 se estampa para formar los relieves 80.2 y se perfora para formar los agujeros 80.1. A continuación, las dos piezas de chapa 80 y 82 se sueldan entre sí, por ejemplo, mediante un proceso de soldadura por láser. Ventajosamente, los cordones de soldadura se realizan a nivel de los agujeros 80.1 y en una parte del borde B3.

Alternativamente, también se puede utilizar un proceso de soldadura eléctrica por puntos para unir las dos piezas de chapa 80 y 82. En este caso, los puntos de soldadura se forman en la superficie de la pieza de chapa 82 que está en contacto con la pieza de chapa 80. Así, cuatro puntos de soldadura son suficientes.

Las dos piezas de chapa 80 y 82 también pueden estar pegadas, remachadas o atornilladas.

Las características de las realizaciones y variantes anteriores pueden combinarse entre sí para generar nuevas realizaciones de la invención, en la medida en que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Actuador electromagnético (4) para un contactor eléctrico (2), comprendiendo el actuador electromagnético una parte fija (6) y una parte móvil (8) que puede desplazarse con respecto a la parte fija a lo largo de un eje de desplazamiento (X10), comprendiendo la parte fija dos núcleos (61) que se extienden paralelamente al eje de desplazamiento (X10) y dos bobinas (62), una de las cuales está enrollada alrededor de uno de los núcleos mientras que la otra bobina está enrollada alrededor del otro núcleo, estando la parte móvil (8) constituida por una pieza plana (8), por ejemplo cortada a partir de una chapa laminada, siendo la pieza plana una paleta rectangular, que delimita dos bordes largos (B3, B4) y dos bordes cortos (B1, B2), y que comprende:

- un primer nivel (80), que está hecho de material ferromagnético, en particular de chapa ferromagnética, y que se enfrenta a la parte fija (6) a lo largo del eje de desplazamiento (X10), estando dispuesta frente a los núcleos (61) a lo largo del eje de desplazamiento, y

- un segundo nivel (82), que está hecho de material ferromagnético, en particular de chapa ferromagnética, y que es adyacente al primer nivel a lo largo del eje de desplazamiento (X10), estando orientada en sentido contrario a los núcleos (61), siendo el área definida por el contorno de una sección del segundo nivel (82) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento (X10) menor que el área definida por el contorno de una sección del primer nivel (80) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento, y teniendo el segundo nivel (82) una longitud, medida paralelamente a los bordes largos (B3, B4), que es menor que la longitud del primer nivel (80).

2. Actuador según la reivindicación 1, caracterizado porque la relación entre el área delimitada por el contorno de una sección del segundo nivel (82) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento (X10) y el área delimitada por el contorno de una sección del primer nivel (80) en un plano de sección perpendicular al eje de desplazamiento está comprendida entre el 25% y el 75%.

3. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los niveles primero y segundo de la pieza plana (8) están formados por dos piezas de chapa superpuestas (80, 82).

4. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza plana (8) comprende al menos un concentrador de flujo magnético (80.2) que está dispuesto para enfrentarse a uno de los núcleos (61).

5. Actuador según la reivindicación anterior, caracterizado porque cada concentrador de flujo es un relieve (80.2) formado en una superficie (S80) de la pieza plana (8) orientada hacia la parte fija (6).

6. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo nivel (82) tiene una longitud (L82) al menos igual a la longitud (L61) de la parte fija, medida en los núcleos (61).

7. Contactor eléctrico (2) que comprende un actuador según la reivindicación anterior.

8. Contactor eléctrico (2) según la reivindicación anterior, que comprende una caja de arco (18) y medios (22) para mantener la parte fija (6) del actuador (4) en contacto con la caja de arco, comprendiendo dichos medios, por ejemplo, al menos un elemento elástico (22).

9. Contactor según la reivindicación anterior, caracterizado porque estos medios comprenden al menos un elemento elástico (22) y cada elemento elástico (22) se extiende desde una base (16) del contactor y pasa a través de una placa electrónica (20) dispuesta entre la base (16) y la parte fija (6) del actuador.