Actuador magnético con imán permanente de volumen reducido.

Actuador magnético que comprende al menos una bobina (14) rodeada por un circuito magnético (10) quepresenta:



tres brazos (12.1, 12.2, 11) dos de los cuales son exteriores y laterales a la bobina (14) y uno intermedioatraviesa la bobina, encontrándose estos brazos sin contacto mecánico directo unos con los otros;así como dos placas (17, 18) enfrentadas que conectan magnéticamente a los tres brazos (12.1, 12.2, 11) entresí, descomponiéndose el circuito magnético en una armadura móvil (21) que comprende al menos una de lasplacas (18) y en una parte fija (200) que incluye una culata (22) que engloba al menos la otra de las placas (17) yal menos un imán permanente (13), estando situado el imán permanente (13) en un extremo del brazo intermedio(11) en el lado de la placa (17) de la culata (22), estableciéndose un flujo magnético entre la armadura (21) y laparte fija (200), caracterizado porque, los dos brazos exteriores (12.1, 12.2) son unos paralelepípedossustancialmente ortogonales a las placas (17, 18) de tal modo que el flujo magnético se dirige en la dirección dedesplazamiento de la armadura (21).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07100620.

Solicitante: Schneider Electric Energy France.

Inventor/es: LEROY, PIERRE, BONJEAN, MARC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01F7/08 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). › con armaduras.
  • H01F7/16 H01F 7/00 […] › Armaduras móviles rectilíneamente (H01F 7/17 tiene prioridad).
  • H01H33/66 H01 […] › H01H INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS DE PROTECCION DE EMERGENCIA (cables de contacto H01B 7/10; pararrayos resistivos H01G 9/18; circuitos de protección, de seguridad H02H; conmutación por medios electrónicos sin cierre de contactos H03K 17/00). › H01H 33/00 Interruptores para alta tensión o fuertes corrientes con medios de extinción o prevención de arcos. › Interruptores de vacío.

PDF original: ES-2447030_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Actuador magnético con imán permanente de volumen reducido

Campo técnico

La presente invención se refiere a un actuador magnético con imán permanente en particular para manipular ampollas de vacío de disyuntores de media y alta tensión. También se refiere a un mecanismo de control de contactos de una o varias ampollas de vacío de disyuntor que está provisto de dicho actuador.

Estado de la técnica anterior

Se conocen entre los actuadores magnéticos con imán permanente, los denominados « de geometría plana », por ejemplo el que se describe en la solicitud de patente WO 96/32734 que se ilustra en una vista en sección en la figura 1. La expresión « geometría plana » significa que diferentes cortes realizados en diferentes planos sustancialmente paralelos del circuito magnético del actuador dan unas secciones sustancialmente isométricas, se pueden superponer. Esta expresión « de geometría plana » se utiliza para diferenciarse de los actuadores con geometría axisimétrica. El inconveniente de los actuadores axisimétricos como el que se describe en la solicitud de patente EPA-1 225 609 y también en la solicitud de patente FR-A-2 504 718 que se refiere a un solenoide auto-mantenido es que son difíciles de modular de tal modo que se disponga de unas gamas de actuadores con diferentes capacidades de carga. Las principales piezas que son la culata, la armadura y los imanes permanentes no se pueden reutilizar. Los imanes son en forma de arco de círculo lo que no es fácil de fabricar. Por el contrario, en los actuadores llamados « de geometría plana », se puede disponer fácilmente de una gama de actuadores con diferentes capacidades de carga, reutilizando algunas piezas como la culata, la armadura y el imán permanente. Mantendrán la misma sección, solo variará su espesor y este espesor se podrá obtener uniendo varios elementos básicos.

El actuador de la solicitud de patente WO 96/32734 está adaptado para manipular una o varias ampollas de vacío de disyuntor. Este actuador comprende un circuito magnético 1 que coopera con dos bobinas 2 coaxiales separadas. Este circuito magnético adopta la forma de dos E 3 dispuestas cara a cara y de un brazo 4 entre las dos E. Cada E presenta un brazo lateral 3.4 y tres barras transversales 3.1, 3.2, 3.3 dos de las cuales son de extremo 3.1, 3.3 y una intermedia 3.2, siendo las barras transversales de extremo 3.1, 3.3 más largas que la barra transversal intermedia 3.2. El brazo 4 está alojado en parte en un espacio delimitado por las dos E y esta une magnéticamente las dos barras transversales de extremo 3.1, 3.3 de una misma E 3. Su desplazamiento se hace entre las dos barras transversales de extremo 3.1, 3.3 de una misma E 3.

El circuito magnético 1 se materializa en una culata fija 5 asociada a uno o varios pares de imanes permanentes 6 también fijos y una armadura móvil 7. La armadura 7 corresponde al brazo 4 del circuito magnético 1 y se extiende a lo largo de un eje x-x’. La culata 5 y los pares de imanes 6 corresponden a las E. Cada imán 6 está alojado en una barra transversal intermedia 3.2 de E entre dos tramos de culata 5.

En una vista en sección de un actuador magnético axisimétrico sería similar, pero de hecho, en esta arquitectura el circuito magnético comprendería dos cilindros concéntricos situados uno dentro del otro, estando el cilindro exterior cerrado en sus extremos por unas tapas.

Un inconveniente del actuador de la figura 1 es que un flujo magnético, que se establece en el circuito magnético a causa en particular de la presencia de los imanes 6, une la armadura 7 a la culata 5 transversalmente al eje x-x’. Una pequeña asimetría lateral de este flujo magnético provoca una desviación lateral y una rotación a lo largo del eje x-x’ de la armadura 7 hacia la barra intermedia 3.2 de una de las E, lo que refuerza la asimetría lateral de flujo y, por lo tanto, las fuerzas. Estas fuerzas parásitas transversales generan unos rozamientos que se deben vencer en el control del desplazamiento de la armadura para hacer que pase de una de sus posiciones estables a su otra posición estable. Es preciso prever unas piezas de guía de la armadura, en un material con un bajo coeficiente de rozamiento, insertándose esas piezas entre la armadura y el extremo libre de la barra transversal intermedia de las E. Estas piezas requieren en su montaje una colocación precisa, lo que resulta delicado.

Otro inconveniente de este actuador es que es voluminoso y utiliza mucho material para una capacidad de carga dada.

Otro inconveniente más de este actuador es que el recorrido de su armadura está limitado ya que se hace entre las barras transversales de extremo de una misma E.

En las otras dos solicitudes de patente mencionadas, en determinados momentos que dependen de la posición de la armadura, el actuador también está sujeto a fuerzas parásitas radiales y a rozamientos que es preciso tener en cuenta.

El documento Patent Abstract of Japan, vol. 2005, n°. 12, de 5 de diciembre de 2003, (2003-12-05) muestra el preámbulo de la reivindicación 1.

Descripción de la invención La presente invención tiene como objetivo ofrecer un actuador magnético con imán permanente « de geometría plana » que no presente las anteriores limitaciones y dificultades. Este objetivo se consigue ofreciendo un actuador en el cual la configuración del circuito magnético es tal que el flujo magnético que entra y el flujo magnético que sale de la armadura están orientados a lo largo del eje del brazo intermedio y se utilizan los dos flujos, lo que permite aumentar la capacidad de carga del actuador para una misma sección del brazo intermedio y de la armadura. Se recuerda que la capacidad de carga del actuador es la fuerza que se ejerce sobre la armadura en un movimiento de traslación, esta se expresa de manera aproximada por F = 40.B2.A siendo B inducción de la bobina de Tesla, y A la superficie de los entrehierros entre la armadura y el resto del circuito magnético en cm2. La fuerza F se expresa en Newtons.

De manera más precisa, el actuador de acuerdo con la invención es conforme con el objeto de la reivindicación 1. Comprende al menos una bobina rodeada por un circuito magnético que presenta:

tres brazos, dos de los cuales son exteriores y laterales a la bobina y uno intermedio atraviesa la bobina, encontrándose estos brazos sin contacto mecánico directo de unos con otros; así como dos placas enfrentadas que conectan magnéticamente a los tres brazos entre sí, caracterizado porque el circuito magnético se descompone en una armadura móvil que comprende al menos una de las placas y una parte fija que incluye una culata que engloba al menos la otra de las placas y al menos un imán permanente, estando situado el imán permanente en un extremo del brazo intermedio en el lado de la placa de la culata.

La armadura y la parte fija tienen unas formas sustancialmente complementarias en los tres brazos.

Se prefiere para una buena circulación del flujo magnético que la parte fija comprenda, además, una pieza guiadora de flujo insertada dentro del brazo intermedio entre el imán y la armadura.

La pieza guiadora de flujo se realizará, preferentemente, a base de hierro.

La pieza guiadora de flujo se puede descomponer en dos partes, una con una sección sustancialmente constante que se extiende por el interior de la bobina y la otra con una sección creciente que se extiende desde la bobina hasta el imán.

La armadura puede adoptar la forma de una placa, de una T, de una U o de una E.

La culata puede adoptar la forma de una placa, de una T, de una U o de una E.

La armadura y/o la culata pueden englobar, al menos de forma parcial, el brazo intermedio y/o los brazos laterales exteriores.

En una posición cerrada del actuador, la armadura entra en contacto mecánico contra la culata, al menos en los dos brazos laterales exteriores.

Es posible que la culata y/o la armadura sean laminadas, lo que facilita la modularidad de realización del actuador.

La culata y/o la armadura y/o el imán permanente están formados por varias piezas contiguas.

Cuando la culata tiene forma de U, puede estar formada por dos piezas en forma de L contiguas cara a cara.

Cuando la armadura tiene forma de T, puede estar formada por dos piezas en forma de L contiguas espalda con espalda.

Resulta ventajoso que la placa de la culata comprenda una ranura en el lado opuesto al imán, para facilitar la fijación del actuador sobre un soporte.

El actuador puede estar provisto de una o varias aletas de fijación solidarias con la culata.

La presente invención también se refiere a mecanismo de control... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Actuador magnético que comprende al menos una bobina (14) rodeada por un circuito magnético (10) que presenta:

tres brazos (12.1, 12.2, 11) dos de los cuales son exteriores y laterales a la bobina (14) y uno intermedio atraviesa la bobina, encontrándose estos brazos sin contacto mecánico directo unos con los otros; así como dos placas (17, 18) enfrentadas que conectan magnéticamente a los tres brazos (12.1, 12.2, 11) entre sí, descomponiéndose el circuito magnético en una armadura móvil (21) que comprende al menos una de las placas (18) y en una parte fija (200) que incluye una culata (22) que engloba al menos la otra de las placas (17) y al menos un imán permanente (13) , estando situado el imán permanente (13) en un extremo del brazo intermedio (11) en el lado de la placa (17) de la culata (22) , estableciéndose un flujo magnético entre la armadura (21) y la parte fija (200) , caracterizado porque, los dos brazos exteriores (12.1, 12.2) son unos paralelepípedos sustancialmente ortogonales a las placas (17, 18) de tal modo que el flujo magnético se dirige en la dirección de desplazamiento de la armadura (21) .

2. Actuador magnético según la reivindicación 1, caracterizado porque la armadura (21) y la parte fija (200) tienen unas formas sustancialmente complementarias en los tres brazos (12.1, 12.2, 11) .

3. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la parte fija (200) comprende, además, una pieza guiadora de flujo (15) insertada dentro del brazo intermedio (11) entre el imán (13) y la armadura (21) .

4. Actuador magnético según la reivindicación 3, caracterizado porque la pieza guiadora de flujo (15) está realizada a base de hierro.

5. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque la pieza guiadora de flujo (15) se descompone en dos partes (15.1, 15.2) , una (15.1) con una sección sustancialmente constante que se extiende por el interior de la bobina (14) y la otra (15.2) con una sección creciente que se extiende desde la bobina (14) hasta el imán (13) .

6. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la armadura (21) tiene forma de placa, de T, de U o de E.

7. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la culata (22) tiene forma de placa, de T, de U o de E.

8. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque la armadura (21) y/o la culata

(22) engloban, al menos de forma parcial, el brazo intermedio (11) y/o los brazos (12.1, 12.2) laterales exteriores.

9. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en una posición cerrada del actuador, la armadura (21) entra en contacto mecánico con la culata (22) , al menos al nivel de los dos brazos (12.1, 12.2) laterales exteriores.

10. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la culata (22) y/o la armadura (21) son laminadas.

11. Actuador magnético según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la culata (22) y/o la armadura (21) y/o el imán permanente (13) están formados por varias piezas contiguas.

12. Actuador magnético según la reivindicación 11, caracterizado porque la culata (22) , cuando tiene forma de U, está formada por dos piezas en forma de L contiguas cara a cara.

13. Actuador magnético según una de las reivindicaciones anteriores 11 o 12, caracterizado porque la armadura (21) , cuando tiene forma de T, está formada por dos piezas en forma de L contiguas espalda con espalda.

14. Actuador magnético según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 13, caracterizado porque la placa (17) de la culata (22) comprende una ranura (16) en el lado opuesto al imán (13) .

15. Actuador magnético según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está provisto de una o de varias aletas (42) de fijación solidarias con la culata (22) .

16. Mecanismo de control de contactos (32) de una o varias ampollas de vacío (35) de disyuntor, caracterizado porque comprende un actuador según una de las reivindicaciones anteriores.


 

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