Bomba electromagnética con sistema de control.

Una bomba de accionamiento electromagnético, como por ejemplo una bomba de membrana deaccionamiento electromagnético,

que comprende un sistema de control que incluye al menos unmicroprocesador (1) y al menos un sensor, en el que el microprocesador controla la alimentación de energíaa al menos un electroimán (15, 16), a la cual cambios en el campo magnético emitido provocan que al menosuna pieza móvil (12) realice un movimiento oscilante para conseguir un efecto de bombeo, y a la cual almenos un sensor de posición está situado para detectar la posición de la pieza móvil (12) en la bomba deaccionamiento electromagnético, caracterizada porque el sensor de posición incluye al menos un transmisoróptico (2) y al menos un receptor óptico (3), porque la pieza móvil (12) de la bomba ensombrece la luz entreel transmisor y receptor en un grado tal que el tamaño del área en sombra depende de la posición de la piezamóvil, y porque el microprocesador (1) está dispuesto para calcular continuamente, en relación con el tamañodel área en sombra, la posición de la pieza móvil a partir del tamaño de la sombra que corresponde con elvoltaje en el receptor óptico (3).

Bomba electromagnética con sistema de control

Campo técnico

La presente invención se refiere a una bomba de accionamiento electromagnético de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Antecedentes técnicos Las bombas electromagnéticas que aplican presión o presión negativa se encuentran en una gran variedad de variantes y tamaños y se utilizan en muchas aplicaciones diferentes, desde grandes bombas industriales a bombas muy pequeñas para propósitos médicos. La diversidad de áreas de utilización de bombas electromagnéticas tales como bombas de membrana da como resultado una plétora de requerimientos sobre el rendimiento de tales bombas. Un problema importante para los compradores de bombas de membrana es que el suministro de bombas por parte de los fabricantes está estandarizado en gran medida a tan sólo unos pocos modelos diferentes, principalmente porque los fabricantes de bombas buscan economías de escala en su producción. La diversidad limitada de bombas significa que existe una necesidad de sistemas de control más eficientes. Esto permitiría a los fabricantes satisfacer necesidades concretas de los usuarios de un modo mucho mejor, y reducir de este modo los costes, así como mejorar el rendimiento de los productos que contienen una bomba. A día de hoy existe una carencia de sistemas de control para bombas electromagnéticas de buena calidad, simples, estandarizados, de bajo mantenimiento y baratos.

Es bastante habitual que las bombas de membrana sean accionadas con la ayuda de uno o más electroimanes. Un electroimán produce un movimiento oscilante que provoca, por ejemplo, que la membrana produzca un movimiento de bombeo. Una ventaja de las bombas de membrana de accionamiento electromagnético es que se acoplan más estrechamente con la membrana, lo que hace posible, por ejemplo, variar la longitud de la carrera, lo que no se puede conseguir con bombas de membrana alimentadas por motores rotatorios con una excéntrica. Además, las bombas electromagnéticas están compuestas de muy pocos detalles, lo que las convierte en baratas de fabricar. Aun así, las bombas electromagnéticas son menos comunes a pesar de esto, debido a diversos problemas que dan como resultado el hecho de que un electroimán no sea obviamente mejor para alimentar una bomba de membrana en comparación con un motor rotatorio. Un problema importante con las bombas de accionamiento electromagnético es que son difíciles de adaptar para presiones más elevadas sin introducir una palanca, lo que conlleva más detalles y fricción adicional. Todavía otro problema es que es difícil optimizar las bombas electromagnéticas para que giren precisamente hasta su posición de cierre sin golpear el fondo de la bomba. Golpear el fondo da como resultado un tiempo de vida menor y volver a resultados anteriores de peor rendimiento de presión. Por lo tanto, las bombas electromagnéticas están preajustadas a menudo cierta presión que no puede ser variada, lo que a su vez es a menudo un problema ya que esto da como resultado limitaciones importantes. Todavía otro problema con las bombas electromagnéticas es que son más complicadas de controlar que bombas con un motor rotatorio y a menudo sólo pueden ser controladas por la cantidad de voltaje.

Los problemas adicionales que existen se originan de la implementación y uso real de las bombas. Durante el uso de bombas oscilantes tales como bombas electromagnéticas y bombas con motores rotatorios con excéntricas, se crean oscilaciones en presión y flujo. Estas son indeseadas en muchos casos y pueden perturbar, por ejemplo, sensores de medida que miden el medio bombeado. A menudo se utilizan los denominados condensadores de aire, una gran vasija o volumen, para homogeneizar el flujo con el fin de minimizar la oscilación perturbadora. Sin embargo, esto no es siempre una buena solución, ya que ocupan una gran cantidad de espacio y se corre el riesgo de que el medio bombeado se mezcle en las vasijas antes de que el medio alcance finalmente el sensor de gas. Esto reduce, por ejemplo, la sensibilidad y el tiempo de respuesta del sistema de medición. Otro problema con el uso de bombas es que el flujo se ve afectado por cómo de alta sea la presión en el sistema. A menudo se desea que el flujo y la presión sean constantes. El rendimiento de la bomba depende enormemente de si la presión circundante cambia por alguna razón. Esto significa que se debe medir presión o flujo o ambos con una buena precisión y en muchas aplicaciones esto es necesario con el fin de controlar la bomba. Eso aumenta el coste y complejidad del sistema. Todavía otro problema aparece cuando se deben coordinar varias bombas con el fin de obtener un resultado común, tal como la mezcla de gases. Esto crea sistemas muy complejos con varios caudalímetros, medidores de presión y válvulas. Asimismo es un problema adquirir un sistema de control que esté completamente libre de calibración y que no se vea afectado por el funcionamiento y envejecimiento.

Debido a los problemas anteriormente mencionados, los sistemas y productos que incluyen bombas dan lugar a menudo a diseños muy intrincados que comprenden muchos detalles, lo que hace su fabricación muy costosa.

Estado de la técnica anterior

En el documento US-A-4.015.912, que representa el estado de la técnica más próximo, se utilizan sensores ópticos para asegurar que la bomba no alcanza su posición de cierre mediante la lectura digital de un uno lógico o un cero lógico con el fin de detener o iniciar el electroimán, sin embargo esta solución difiere enormemente de la solución descrita aquí, ya que su solución carece de información sobre lo que ocurre durante el tiempo restante, que está compuesto del tiempo que la pieza móvil está en todas las otras posiciones, aparte de las dos posiciones de cierre que son leídas. Tampoco tiene un desmantelamiento incremental que es necesario para poder variar libremente los incrementos de carrera para la carrera durante el tiempo que la bomba bombea. Se sugería que un orificio que puede ser desplazado con la ayuda de una rosca fuera utilizado para incrementos variables. El documento de patente US 6.616.413 describe un sistema de control basado en sensores que ajusta automáticamente la frecuencia de resonancia de una bomba electromagnética por inducción.

El documento EP 0211474 A1 describe un circuito de control para controlar el suministro de corriente eléctrica al bobinado de un solenoide de una bomba de diafragma accionada por solenoide. Este circuito de control comprende un sensor de posición que incluye un primer receptor óptico, que está dispuesto para recibir luz de un primer transmisor óptico, y un segundo receptor óptico, que está dispuesto para recibir luz de un segundo transmisor óptico. Los conmutadores incluidos en el circuito de control se desconectan cuando las señales luminosas entre el primer transmisor y el primer receptor y entre segundo transmisor y el segundo receptor son interrumpidas por una pieza móvil de la bomba, lo que a su vez implica que el suministro de corriente al bobinado del solenoide se interrumpe. Esto define la posición final de la carrera hacia delante. Durante la carrera de retorno, la luz entre el segundo transmisor y el segundo receptor y entre el primer transmisor y el primer receptor es ininterrumpida progresivamente mediante un retorno progresivo de la pieza móvil. El suministro de corriente al bobinado del solenoide se conecta cuando la pieza móvil ha alcanzado una posición tal que una luz del segundo transmisor es recibida por el segundo receptor y una luz del primer transmisor es recibida por el primer receptor, lo que define la posición final de la carrera de retorno.

Incluso si las bombas de membrana de accionamiento electromagnético existentes consiguen en muchas ocasiones sus propósitos, ninguna de estas combina las ventajas tanto de las bombas de membrana accionadas por un motor rotatorio como de las bombas de membrana accionadas por electroimanes sin ninguna de las desventajas que conllevan ambos tipos. Por lo tanto, el propósito de la presente invención es lograr una bomba de membrana que abarque las ventajas de los tipos respectivos de bombas de membrana esencialmente sin ninguna de sus desventajas. Este sistema difiere enormemente de sistema descrito aquí, ya que su sistema carece de la precisión y exactitud necesarias para resolver todos los problemas descritos aquí y esencialmente se dirige a optimizar la eficiencia.

Todos los problemas anteriormente mencionados dan como resultado que exista un gran potencial para mejorar los sistemas de control para bombas electromagnéticas. Utilizando la amplia controlabilidad y el acoplamiento muy directo a la fuente de alimentación de bombas electromagnéticas, es posible resolver todos... [Seguir leyendo]

1. Una bomba de accionamiento electromagnético, como por ejemplo una bomba de membrana de accionamiento electromagnético, que comprende un sistema de control que incluye al menos un microprocesador (1) y al menos un sensor, en el que el microprocesador controla la alimentación de energía a al menos un electroimán (15, 16) , a la cual cambios en el campo magnético emitido provocan que al menos una pieza móvil (12) realice un movimiento oscilante para conseguir un efecto de bombeo, y a la cual al menos un sensor de posición está situado para detectar la posición de la pieza móvil (12) en la bomba de accionamiento electromagnético, caracterizada porque el sensor de posición incluye al menos un transmisor óptico (2) y al menos un receptor óptico (3) , porque la pieza móvil (12) de la bomba ensombrece la luz entre el transmisor y receptor en un grado tal que el tamaño del área en sombra depende de la posición de la pieza móvil, y porque el microprocesador (1) está dispuesto para calcular continuamente, en relación con el tamaño del área en sombra, la posición de la pieza móvil a partir del tamaño de la sombra que corresponde con el voltaje en el receptor óptico (3) .

2. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la pieza móvil ensombrece en todas las 15 posiciones la luz entre el transmisor y receptor.

3. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el microprocesador (1) , para la calibración automática de la función de sensor de posición, está diseñado para registrar el voltaje del receptor óptico (3) con la pieza móvil estirada por el electroimán (15, 16) hasta al menos una posición conocida.

4. Una bomba de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el transmisor óptico (2) está

diseñado para emitir flashes con una frecuencia al menos 20 veces superior a la frecuencia de carrera de la bomba.

5. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se disponen sensores para medir la presión emitida por la bomba midiendo la aceleración de la pieza móvil (12) durante la carrera de la bomba.

6. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el microprocesador (1) está conectado a al menos un sensor (9) que está diseñado para registrar la corriente que pasa a través de los electroimanes (15, 16) .

7. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el

microprocesador (1) está conectado a al menos un sensor de temperatura (4) con el fin de utilizar datos de 30 temperatura medidos para compensar la temperatura del sistema de control.

8. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se disponen sensores para medir el flujo con la ayuda del rendimiento de flujo conocido para cada carrera de bomba a diferentes presiones.

9. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el

microprocesador (1) está diseñado para ser controlado por el nivel de voltaje de entrada que es medido por un voltímetro (5) .

10. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de control está compuesto por una función en la que la bomba es accionada con una frecuencia constante y el flujo es variado con la longitud de carrera de la pieza móvil (12) .

11. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de control está sincronizado en tiempo con sistemas o sensores externos para controlar la bomba para que realice el movimiento de bombeo cuando es más ventajoso para los sistemas o sensores circundantes.

12. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de control comprende una función para controlar la bomba para producir carreras individuales de longitud 45 variable.

13. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el microprocesador (1) está compuesto por una función de red (6) que hace posible que se unan entre sí diversos sistemas de control.

14. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de control está diseñado 50 para utilizar mediciones de flujo y la función de red para controlar la bomba durante el mezclado de gases.

15. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de control está diseñado para utilizar la función de red para cooperar con diversos sistemas de control para accionar bombas mayores mediante el uso de varios electroimanes o más grandes.

16. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de control está diseñado

para utilizar su función de red para retrasar en el tiempo la carrera de la bomba entre diversas bombas conectadas para homogeneizar oscilaciones de flujo.

17. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de control está diseñado para usar su función de red para controlar diversas bombas acopladas en paralelo para aumentar el rendimiento de flujo.

18. Una bomba de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de control está diseñado para usar su función de red para controlar el acoplamiento en serie de bombas para aumentar el rendimiento de presión.

19. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de control está diseñado para utilizar mediciones de flujo para controlar la bomba con una función lineal para 15 flujo proporcional frente al voltaje de entrada.

20. Una bomba de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-17, caracterizada porque el sistema de control está diseñado para utilizar mediciones de presión para controlar la bomba con una función lineal para presión proporcional frente al voltaje de entrada.