Accionador electromagnético de reluctancia variable.

Accionador electromagnético de reluctancia variable, que comprende:



- un cuerpo (1) de accionador,

- una armadura ferromagnética fijada a dicho cuerpo de accionador, comprendiendo dicha armadura (3) fija porlo menos dos cilindros de revolución concéntricos, denominados respectivamente cilindro (6) interior y cilindro(5) exterior, espaciados radialmente uno con respecto a otro y que se extienden a lo largo de un eje,denominado eje (7) de accionador, estando conectados dichos cilindros (5, 6) interior y exterior por unacorona (9) de unión que se extiende en un plano ortogonal a dicho eje (7) de accionador,

- por lo menos un bobinado (2) de imantación dispuesto entre dichos cilindros (5, 6) interior y exterior,

- por lo menos una armadura (4) móvil ferromagnética dispuesta frente a una extremidad axial de dichaarmadura (3) fija, denominada extremidad (11) de entrehierro, siendo guiada dicha armadura (4) móvil entraslaciones alternativas con respecto a dicha armadura (3) fija a lo largo de dicho eje (7) de accionador, conla cual define un circuito magnético con un entrehierro (20) cuya dimensión varía en el transcurso de lastraslaciones alternativas de esta armadura (4) móvil con respecto a la armadura (3) fija,

comprendiendo dicha armadura (3) fija por lo menos dos series de ranuras, una primera serie de ranuras (12)que desemboca en la pared (18) interior y en la pared (16) exterior del cilindro (5) exterior y que se extiendepor toda la altura de dicho cilindro (5) exterior, y una segunda serie de ranuras (13), estando intercalada cadaranura (13) de la segunda serie de ranuras (13) entre dos ranuras (12) de dicha primera serie de ranuras (12)y extendiéndose radialmente las ranuras (13) de la segunda serie de ranuras (13) desde la pared (15) interiordel cilindro (6) interior a la pared (16) exterior del cilindro (5) exterior, únicamente sobre una parte de la alturade dichos cilindros (5, 6) a partir de cada extremidad (11) de entrehierro de tal manera que porciones nodivididas de la armadura (3) fija estén alejadas del entrehierro (20).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2008/000642.

Solicitante: CENTRE NATIONAL D'ETUDES SPATIALES (C.N.E.S.).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 2, PLACE MAURICE QUENTIN 75039 PARIS CEDEX 01 FRANCIA.

Inventor/es: GIBEK, ISABELLE, VANNIER, JEAN-CLAUDE, DUGUE, FRANCOIS, ROUX,FRANCOIS, SCHWANDER,DENIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01F7/16 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS.H01F 7/00 Imanes (imanes superconductores H01F 6/00). › Armaduras móviles rectilíneamente (H01F 7/17 tiene prioridad).
  • H02K33/04 H […] › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › H02K 33/00 Motores con imán, inducido o sistema de bobinas de movimiento alternativo, oscilante o vibratorio (dispositivos de manipulación de la energía mecánica estructuralmente asociados a los motores H02K 7/00, p. ej. H02K 7/06). › en donde la frecuencia de funcionamiento está determinada por la frecuencia de una AC aplicada ininterrumpidamente.

PDF original: ES-2395887_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Accionador electromagnético de reluctancia variable [0001] La invención se refiere a un accionador electromagnético de reluctancia variable con desplazamiento lineal.

El documento EP 1 250 526 describe una electrobomba que comprende un accionador alternativo de reluctancia variable adaptado para accionar una bomba de hidracina para la alimentación con carburante de un sistema de propulsión de un satélite. El documento EP 1 250 526 indica que un accionador de este tipo está adaptado para ser controlado a una frecuencia superior a 100 Hz, particularmente próxima a 200 Hz.

El accionador descrito en el documento EP 1 250 526 acepta de manera totalmente satisfactoria caudales medianos de la bomba. Sin embargo, para los caudales más elevados de la bomba, es necesario hacer pasar un flujo de inducción magnética a una frecuencia elevada, del orden de entre 100 y 300 Hz y con un buen nivel de inducción para producir la fuerza necesaria para la creación de la fuerza de accionamiento de la bomba. Al ser los materiales ferromagnéticos eléctricamente conductores, las corrientes de Foucault inducidas por estas variaciones de inducción conducen a pérdidas de potencia y de limitación de las amplitudes de las variaciones de flujo. El accionador descrito en el documento EP 1 250 526 propone, para aumentar la resistencia eléctrica del circuito magnético, recurrir a una laminación del circuito magnético (apilamiento de chapas aisladas unas con respecto a otras por capas de barniz o por oxidación) . Esta solución presenta diferentes inconvenientes.

Un primer inconveniente reside en el hecho de que la laminación se presta mal a una realización mecánica precisa. Además, en numerosas aplicaciones, en particular a bordo de un vehículo, especialmente a bordo de sistemas espaciales tales como satélites, se está permanentemente en busca de un volumen ocupado mínimo. Por tanto, conviene optimizar el volumen del accionador, lo cual implica una realización mecánica muy precisa.

Otro inconveniente de la laminación es que presenta una vida útil limitada, y puede verse sujeta a fenómenos de envejecimiento anticipado o mal control, teniendo en cuenta la presencia de barniz. Esto es así en particular cuando el accionador experimenta vibraciones y/o se coloca en un entorno agresivo, por ejemplo en el vacío espacial. En consecuencia, la presencia de una laminación limita la vida útil de un accionador de este tipo y no permite garantizar una vida útil significativa.

Además, una laminación debilita la estructura mecánica del accionador y no permite una mecanización de precisión, lo cual impide particularmente la realización de entrehierros muy reducidos. Por tanto, un accionador de este tipo no se puede utilizar a plena potencia, en particular con entrehierro reducido, tanto por los riesgos de aparición de fisuras como por las irregularidades de la superficie.

Se ha propuesto, por ejemplo en los documentos EP 1 250 526 y US 4 673 163, recurrir a un accionador que comprende armaduras macizas dotadas de por lo menos una ranura que se extiende radialmente de manera que se opone a la propagación de la corrientes de Foucault.

Esta solución permite paliar los inconvenientes de la laminación. En cambio, las pérdidas energéticas en las armaduras, particularmente aquellas inducidas por la propagación de las corrientes de Foucault, son entonces demasiado importantes para permitir el desarrollo de fuerzas suficientes, y en ese sentido convierten un accionador de este tipo en incompatible con numerosas aplicaciones, especialmente a bordo de vehículos, en particular vehículos espaciales.

Los accionadores de la técnica anterior ponen de manifiesto que una laminación produce dos fenómenos a priori contradictorios. En efecto, por una parte una laminación permite limitar las pérdidas energéticas, lo cual contribuye a garantizar el desarrollo de una fuerza suficiente; aunque por otra parte reduce la resistencia mecánica del accionador. El documento WO 91/06 109 da a conocer un electroimán utilizado en inyectores de carburante.

Por tanto, hasta el momento, era necesario elegir entre un accionador resistente aunque de rendimiento y de densidad de potencia limitados por pérdidas por corrientes de Foucault relativamente importantes, y un accionador que presentaba pocas pérdidas por corrientes de Foucault, aunque de densidad de potencia limitada por la resistencia mecánica reducida de las armaduras.

El objetivo de la invención es proporcionar un accionador electromagnético que permita paliar estos inconvenientes.

En ese sentido, la invención prevé un accionador electromagnético de reluctancia variable, con capacidad de desarrollar esfuerzos importantes por unidad de volumen o de masa del accionador – especialmente más importantes que los accionadores conocidos – y en el cual las pérdidas por corrientes de Foucault son reducidas.

La invención también pretender proponer un accionador electromagnético adaptado para su utilización en aplicaciones embarcadas a bordo de dispositivos de desplazamiento terrestre y/o acuático y/o aéreo y/o espacial.

La invención también pretende proponer un accionador electromagnético del tipo mencionado que sea compacto 5 y ligero.

La invención también pretende proponer un accionador electromagnético adaptado para desarrollar esfuerzos importantes, especialmente fuerzas del orden de entre 150 y 250 N para una carrera de aproximadamente 1 mm y que puede presentar un volumen inferior a 150 cm3, en el cual las pérdidas por histéresis son reducidas -en concreto no significativas.

Para ello, la invención se refiere a un accionador electromagnético de reluctancia variable, que comprende:

-un cuerpo de accionador, 15

-una armadura ferromagnética fijada a dicho cuerpo de accionador, comprendiendo dicha armadura fija por lo menos dos cilindros de revolución concéntricos, denominados respectivamente cilindro interior y cilindro exterior, espaciados radialmente uno con respecto a otro y que se extienden a lo largo de un eje, denominado eje de accionador, estando conectados dichos cilindros interior y exterior por una corona de unión que se extiende en un

plano ortogonal a dicho eje de accionador,

-por lo menos un bobinado de imantación dispuesto entre dichos cilindros interior y exterior,

-por lo menos una armadura móvil ferromagnética dispuesta frente a una extremidad axial de dicha armadura fija, 25 denominada extremidad de entrehierro, siendo guiada cada armadura móvil en traslaciones alternativas

con respecto a dicha armadura fija a lo largo de dicho eje de accionador, con la cual define un circuito magnético con un entrehierro cuya dimensión varía en el transcurso de las traslaciones alternativas de esta armadura móvil con respecto a la armadura fija,

caracterizado porque dicha armadura fija comprende por lo menos dos series de ranuras, una primera serie de ranuras dispuestas radialmente en dicho cilindro exterior y que se extienden por toda la altura de dicho cilindro exterior y una segunda serie de ranuras dispuestas radialmente en dichos cilindros exterior e interior y que se extienden únicamente por una parte de la altura de dichos cilindros a partir de cada extremidad de entrehierro, de tal manera que porciones no divididas de la armadura fija estén alejadas de cada entrehierro, estando intercalada cada ranura de dicha segunda serie de ranuras entre dos ranuras de dicha primera serie de ranuras.

Los inventores han determinado que un accionador que presenta una estructura de este tipo, aunque puede parecer en primera instancia extremadamente frágil, es en realidad muy resistente, y, en cualquier caso, suficientemente 40 resistente para resistir esfuerzos repetidos con el fin de poder aprovechar toda la potencia eléctrica disponible. La doble serie de ranuras permite aumentar, igual que una laminación, la resistencia eléctrica del circuito magnético atravesado por las corrientes inducidas por las variaciones de inducción, lo cual permite impedir la propagación de las corrientes de Foucault. En cambio, por contraposición a la laminación, estas ranuras se realizan directamente en la masa, por ejemplo por electroerosión, lo cual permite una mecánica de precisión y sobre todo preserva la integridad mecánica de la 45 armadura fija. La arquitectura con doble serie de ranuras, una de cuyas series se extiende integralmente por toda la altura del cilindro exterior, implica que las ranuras se extienden prácticamente por todas las zonas recorridas por el flujo magnético y que las porciones no divididas, muy poco numerosas, sensiblemente no son recorridas por el flujo magnético. Por lo menos una serie de ranuras no se extiende... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Accionador electromagnético de reluctancia variable, que comprende:

- un cuerpo (1) de accionador,

-una armadura ferromagnética fijada a dicho cuerpo de accionador, comprendiendo dicha armadura (3) fija por lo menos dos cilindros de revolución concéntricos, denominados respectivamente cilindro (6) interior y cilindro

(5) exterior, espaciados radialmente uno con respecto a otro y que se extienden a lo largo de un eje,

denominado eje (7) de accionador, estando conectados dichos cilindros (5, 6) interior y exterior por una corona (9) de unión que se extiende en un plano ortogonal a dicho eje (7) de accionador,

-por lo menos un bobinado (2) de imantación dispuesto entre dichos cilindros (5, 6) interior y exterior,

- por lo menos una armadura (4) móvil ferromagnética dispuesta frente a una extremidad axial de dicha armadura (3) fija, denominada extremidad (11) de entrehierro, siendo guiada dicha armadura (4) móvil en traslaciones alternativas con respecto a dicha armadura (3) fija a lo largo de dicho eje (7) de accionador, con la cual define un circuito magnético con un entrehierro (20) cuya dimensión varía en el transcurso de las traslaciones alternativas de esta armadura (4) móvil con respecto a la armadura (3) fija,

comprendiendo dicha armadura (3) fija por lo menos dos series de ranuras, una primera serie de ranuras (12) que desemboca en la pared (18) interior y en la pared (16) exterior del cilindro (5) exterior y que se extiende por toda la altura de dicho cilindro (5) exterior, y una segunda serie de ranuras (13) , estando intercalada cada ranura (13) de la segunda serie de ranuras (13) entre dos ranuras (12) de dicha primera serie de ranuras (12)

y extendiéndose radialmente las ranuras (13) de la segunda serie de ranuras (13) desde la pared (15) interior del cilindro (6) interior a la pared (16) exterior del cilindro (5) exterior, únicamente sobre una parte de la altura de dichos cilindros (5, 6) a partir de cada extremidad (11) de entrehierro de tal manera que porciones no divididas de la armadura (3) fija estén alejadas del entrehierro (20) .

2. Accionador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha primera serie de ranuras (12) de dicha armadura (3) fija se extiende igualmente por una porción radial de dicha corona (9) de unión, por toda su altura.

3. Accionador según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicha segunda serie de ranuras (13) de dicha armadura (3) fija se extiende también de forma radial únicamente sobre una parte de la altura de dicha 35 corona (9) de unión.

4. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una sola armadura (4) móvil dispuesta en frente de una extremidad axial de dicha armadura (3) fija, denominada extremidad (11) de entrehierro, con la cual define un circuito magnético con un solo entrehierro (20) , caracterizado porque dichos cilindros (6) interior y (5)

exterior de dicha armadura (3) fija están conectados por dicha corona (10) de unión, en el nivel de la extremidad axial de dicha armadura (3) fija opuesta a dicha extremidad (11) de entrehierro, denominada extremidad (10) de unión.

5. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada ranura de cada serie de ranuras se 45 extiende en un plano radial en paralelo a dicho eje (7) de accionador.

6. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada ranura (13) de dicha segunda serie de ranuras de dicha armadura (3) fija se extiende sobre más del 80 % de la altura de los cilindros (6) interior y (5) exterior.

7. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque por lo menos una armadura (4) móvil es discoidal, presenta un diámetro sensiblemente igual al diámetro de dicho cilindro (5) exterior de dicha armadura (3) fija, y comprende por lo menos una primera serie de ranuras (21) dispuestas sobre una mayor parte radial de esta armadura (4) móvil, por toda la altura de esta armadura (4) móvil, y porque cada ranura (21) de dicha primera serie 55 de ranuras de por lo menos una armadura (4) móvil se extiende radialmente sobre más del 30 % del radio de esta armadura (4) móvil.

8. Accionador según la reivindicación 7, caracterizado porque por lo menos una armadura (4) móvil comprende por lo menos una segunda serie de ranuras (24) dispuestas únicamente sobre una parte radial de esta armadura (4)

móvil por toda la altura de esta armadura (4) móvil, extendiéndose radialmente cada ranura (24) de dicha segunda serie de ranuras de esta armadura (4) móvil sobre más del 60 % del radio de esta armadura (4) móvil.

9. Accionador según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque por lo menos una armadura (4) móvil comprende por lo menos una tercera serie de ranuras (25) dispuestas únicamente sobre una parte radial de esta armadura (4) móvil por toda la altura de esta armadura (4) móvil, extendiéndose radialmente cada ranura (25) de dicha tercera serie de ranuras de esta armadura (4) móvil sobre más del 75 % del radio de esta armadura (4) móvil.

10. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicha armadura (3) fija está realizada con una aleación de hierro-níquel que comprende hierro y níquel en proporciones sensiblemente idénticas, y porque por lo menos una armadura (4) móvil está realizada con una aleación de hierro-níquel que comprende hierro y níquel en proporciones sensiblemente idénticas.

11. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque cada armadura (4) móvil presenta un grosor sensiblemente igual al grosor de dicha corona (9) de unión que conecta dicho cilindro (6) interior y dicho cilindro (5) exterior.

12. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque, para cada una de las armaduras (3)

fija y (4) móvil, las ranuras (12, 13, 21, 24, 25) están realizadas de tal manera que cada porción de armadura entre dos ranuras adyacentes, denominada lámina de armadura, presenta dimensiones adaptadas para que el primer modo propio de flexión de esta lámina sea de frecuencia superior a la frecuencia de funcionamiento del accionador.

13. Accionador según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque, para cada una de las armaduras (4) fija y (3) móvil, dichas ranuras (12, 13, 21, 24, 25) están distribuidas uniformemente por toda la periferia de esta armadura.

14. Accionador según la reivindicación 13, caracterizado porque dos ranuras adyacentes de dicho cilindro (5) exterior 25 están separadas angularmente por al menos 3º, especialmente 3, 75º.

15. Accionador según las reivindicaciones 7 y 14 consideradas en conjunto, caracterizado porque, para cada armadura (4) móvil, dos ranuras adyacentes están separadas angularmente por al menos 3º, especialmente 3, 75º.


 

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