Accionador electromagnético giratorio.

Accionador electromagnético para accionar una válvula, en el que el accionador comprende:

un rotor (10);

un estator (16), estando el rotor dispuesto para rotar en el estator;

una disposición de empuje (20, 100, 104, 106) para aplicar un par al rotor durante al menos parte de su rotación, en el que una pluralidad de posiciones de reposo estables (200, 400) para el rotor están definidas por fuerzas que actúan sobre el rotor, y el accionador se puede controlar para mover el rotor de una posición de reposo estable a otra, y

un mecanismo de conexión (110, 114, 118, 122, 128) dispuesto para acoplar el rotor (10) del accionador a una válvula de manera que una primera posición de reposo del rotor corresponda a una posición de cierre de válvula y una segunda posición de reposo del rotor corresponda a una posición de apertura de válvula,

caracterizado por que

el par aplicado por la disposición de empuje varía con la posición de rotación del rotor de tal manera que está en o cerca de su valor mínimo cuando el rotor se encuentra en la primera posición de reposo, en la segunda posición de reposo y entre las mismas, de modo que es suficientemente bajo como para permitir una selección de esas posiciones, y luego aumenta más allá de la segunda posición de reposo.

Accionador electromagnético giratorio Campo de la invención La presente invención se refiere a accionadores electromagnéticos giratorios. Más en concreto, se refiere a un accionador electromagnético adecuado para abrir y cerrar una válvula.

Antecedentes de la invención Una configuración de accionador electromagnético al que se refiere la presente invención se describe en la Publicación Internacional WO2004/097184 (presentada por el presente solicitante) , cuyos contenidos se incorporan aquí como referencia. La presente invención tiene por objeto proporcionar mejoras en este dispositivo accionador.

Una configuración de accionador que se describe en esta publicación se muestra en las presentes figuras 1A y 1B. Éstas muestran vistas en perspectiva frontal y posterior, respectivamente. Un rotor 10 está montado de maneragiratoria en una carcasa 12 para girar alrededor de un eje 14. Éste está rodeado por un estator 16 que comprende ocho polos. Un devanado correspondiente 18 está enrollado alrededor de cada polo.

Una palanca 20 es empujada hacia la superficie de leva 24 de una leva 22 mediante un resorte de láminas 26. La superficie de leva 24 es cilíndrica y está montada excéntricamente sobre el rotor con respecto al eje de rotor 14. El accionador está acoplado a un vástago de válvula 30. Está dispuesto de manera que la flexión máxima del resorte de láminas 26 se produce cuando el vástago de válvula 30 está en el extremo superior de su carrera vertical, es decir, en la posición de válvula cerrada.

El acoplamiento entre el accionador y el vástago de válvula 30 se puede ver en la figura 1B. Un pasador de manivela 40 se extiende desde la parte posterior del rotor, a través de una palanca 42. La palanca 42 se monta de manera que pueda pivotar alrededor de un eje 44. El pasador de manivela 40 pasa a través de una abertura definida por la palanca 42, cuya pared define una superficie de leva 46. La etapa siguiente es el movimiento del pasador de manivela a medida que gira, convirtiendo este movimiento giratorio en una oscilación sustancialmente vertical del vástago de válvula 30 a través de un acoplamiento pivotante 48, proporcionando un control de válvula desmodrómico.

Las fuerzas magnéticas pasivas entre el rotor y el estator sirven para definir ocho posiciones de reposo estables para el rotor. En cada posición de reposo, el rotor se mantiene firmemente en posición mediante estas fuerzas magnéticas pasivas sin requerir la entrada de energía (tal como una corriente eléctrica a través de devanados de estator) .

El rotor puede ser girado de una posición de reposo a otra mediante la aplicación de un impulso de corriente adecuado a uno o más devanados de estator. Los ocho devanados (o bobinas) están conectados entre sí en cuatro pares, consistiendo cada par en dos devanados en lados opuestos del eje de rotación 14. Los devanados de cada par pueden estar conectados entre sí en serie o en paralelo.

El accionador se puede controlar para energizar un par, o dos pares, o todos los cuatro pares de devanados en función de la magnitud del impulso requerido. Esto puede variar sustancialmente dependiendo de una serie de factores tales como, por ejemplo, la velocidad del motor, la rigidez de válvula, la viscosidad del aceite y la temperatura.

El resorte de láminas almacena energía a medida que el vástago de válvula se mueve a su posición cerrada. Esta energía se utiliza después para acelerar el rotor cuando se aleja de esta primera posición de reposo debido a la acción del resorte 26 en el rotor a través de la palanca 20 y la leva 22. Esto puede reducir sustancialmente la corriente eléctrica máxima requerida para desplazar el rotor en la dirección opuesta a su posición de reposo. Como se ha señalado anteriormente, la rotación del rotor se transforma en el movimiento del vástago de válvula a través del mecanismo de conexión que se muestra en la figura 1B.

A medida que el vástago de válvula vuelve hacia su posición cerrada, el resorte de láminas sirve para controlar y reducir su velocidad a medida que se aproxima a su asiento. Esto ayuda a reducir el ruido del motor y aumenta la vida del motor. Al mismo tiempo, la energía cinética se almacena en el resorte para su reutilización durante la fase de apertura de válvula.

El documento WO-A-03/016683 se refiere a un dispositivo de accionamiento giratorio para controlar la carrera de una válvula solenoide de lanzadera de gas en la culata de un motor de combustión interna. Se proporciona un resorte de apertura que se utiliza para ejercer un par en un rotor de un accionador, con el fin de ayudar a abrir la válvula.

Los documentos US-A-2006/0016408 y EP-A-1457645 describen dispositivos de accionamiento giratorios similares para el control de la carrera de una válvula de intercambio de gases en la culata de un motor de combustión interna. Un elemento de resorte aplica un par a un árbol conectado al rotor del accionador para soportar el proceso de apertura de válvula.

Resumen de la invención La presente invención se refiere a un accionador electromagnético para accionar una válvula, en el que el accionador comprende:

un rotor;

un estator, con el rotor dispuesto para girar en el estator;

una disposición de empuje para aplicar un par al rotor durante al menos parte de su rotación, en el que una pluralidad de posiciones de reposo estables para el rotor son definidas por fuerzas que actúan sobre el rotor, y el accionador se puede controlar para mover el rotor de una posición de reposo estable a otra, y un mecanismo de conexión dispuesto para acoplar el rotor del accionador a una válvula de manera que una primera posición de reposo del rotor corresponda a una posición de válvula cerrada y una segunda posición de reposo del rotor corresponda a una posición de válvula abierta.

De acuerdo con la invención, el par aplicado por la disposición de empuje varía dependiendo de la posición de rotación del rotor de tal manera que está en su mínimo o cerca del mismo en y entre una primera posición de reposo y una segunda posición de reposo por lo que es suficientemente bajo para permitir una selección de esas posiciones, y después aumenta sobrepasando la segunda posición de reposo.

En algunas configuraciones de acuerdo con las disposiciones mostradas en las figuras 1A y 1B, se encontró que la aceleración inicial del rotor en dirección opuesta a su primera posición de reposo que resulta de la fuerza ejercida por el resorte de láminas era demasiado grande para permitir que el rotor fuera movido de manera fiable de su primera posición de reposo a la siguiente posición de reposo inmediatamente adyacente en cada lado.

Este problema se resuelve mediante la presente invención configurando la disposición de empuje de manera que el par que se aplica en una primera posición de reposo y al menos en una segunda posición de reposo sea suficientemente bajo para permitir la selección de esas posiciones. Esas posiciones de reposo pueden permanecer definidas suficientemente bien por las fuerzas magnéticas pasivas que actúan entre el rotor y el estator a pesar del par (si lo hay) aplicado por la disposición de empuje sobre la parte asociada de una revolución del rotor.

En realizaciones de la presente invención, la disposición de empuje es una disposición de empuje mecánico, que incluye, por ejemplo, un elemento elástico. De manera preferible, comprende una leva de empuje que define una superficie de leva de empuje y un seguidor de leva de empuje, con el seguidor de leva de empuje y la superficie de leva de empuje empujados juntos, y pudiendo girar uno de la leva de empuje y el seguidor de leva de empuje con o mediante el rotor.

La superficie de leva de empuje puede ser perfilada de manera que no haya sustancialmente movimiento del seguidor de leva de empuje entre una primera posición de reposo y la segunda posición de reposo.

Por tanto, durante este movimiento, la fuerza de empuje aplicada al rotor por la disposición de empuje no cambia sustancialmente con respecto a la primera posición de reposo.

Además, la disposición de empuje está configurada de manera que sustancialmente ningún par de aceleración es aplicado al rotor por la disposición de empuje durante este movimiento. La fuerza aplicada por la disposición puede ser dirigida hacia el eje de rotación del rotor durante esta parte de la rotación del rotor con el fin de reducir al mínimo cualquier par asociado.

El resto de la superficie de leva de empuje puede ser perfilada según sea necesario, de manera que la disposición de empuje proporciona el par deseado durante partes adecuadas de la rotación del rotor.

La disponibilidad... [Seguir leyendo]

1. Accionador electromagnético para accionar una válvula, en el que el accionador comprende:

un rotor (10) ;

un estator (16) , estando el rotor dispuesto para rotar en el estator;

una disposición de empuje (20, 100, 104, 106) para aplicar un par al rotor durante al menos parte de su rotación, en el que una pluralidad de posiciones de reposo estables (200, 400) para el rotor están definidas por fuerzas que actúan sobre el rotor, y el accionador se puede controlar para mover el rotor de una posición de reposo estable a otra, y un mecanismo de conexión (110, 114, 118, 122, 128) dispuesto para acoplar el rotor (10) del accionador a una válvula de manera que una primera posición de reposo del rotor corresponda a una posición de cierre de válvula y una segunda posición de reposo del rotor corresponda a una posición de apertura de válvula, caracterizado por que el par aplicado por la disposición de empuje varía con la posición de rotación del rotor de tal manera que está en o cerca de su valor mínimo cuando el rotor se encuentra en la primera posición de reposo, en la segunda posición de reposo y entre las mismas, de modo que es suficientemente bajo como para permitir una selección de esas posiciones, y luego aumenta más allá de la segunda posición de reposo.

2. Accionador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el par aplicado por la disposición de empuje (20, 100, 104, 106) en la primera posición de reposo y en la segunda posición de reposo es sustancialmente igual a cero.

3. Accionador de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la segunda posición de reposo es adyacente a la primera posición de reposo.

4. Accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de empuje comprende:

una leva de empuje (100) que define una superficie de leva de empuje (102) ; y un seguidor de leva de empuje (104) , siendo empujados el seguidor de leva de empuje y la superficie de leva de empuje uno hacia la otra, y pudiendo girar uno de la leva de empuje y el seguidor de leva de empuje con o mediante el rotor, en el que la superficie de leva de empuje está perfilada de manera que el desplazamiento del seguidor de leva de empuje es sustancialmente constante entre la primera posición de reposo y la segunda posición de reposo.

5. Accionador de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la disposición de empuje (20, 100, 104, 106) está configurada para almacenar energía durante una parte del recorrido del rotor (10) más allá de la segunda posición de reposo, y luego utiliza la energía almacenada para acelerar el rotor en la misma dirección para volver a su primera posición de reposo.

6. Accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un impulsor (114) se acopla al rotor mediante el mecanismo de conexión (110) .

7. Accionador de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el mecanismo de conexión (110) está dispuesto de manera que el impulsor (114) está en una primera posición de impulsor cuando el rotor (10) está en su primera posición de reposo, y efectúa sustancialmente su desplazamiento máximo desde la primera posición de impulsor cuando el rotor está en su segunda posición de reposo.

8. Accionador de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que el mecanismo de conexión (110) está dispuesto de manera que el impulsor (114) vuelve a la primera posición de impulsor durante la rotación del rotor más allá de la segunda posición de reposo

9. Accionador de acuerdo con la reivindicación 8 cuando depende de la reivindicación 7, en el que el mecanismo de conexión (110) está dispuesto de manera que el impulsor (114) vuelve a la primera posición de impulsor durante la rotación del rotor más allá de la segunda posición de reposo, antes de que el rotor alcance la parte de su recorrido durante la cual la disposición de empuje (20, 100, 104, 106) almacena energía.

10. Accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una tercera posición de reposo para el rotor (10) está definida en un emplazamiento al que se llega haciendo girar el rotor en la dirección opuesta a la segunda posición de reposo, y el par aplicado por la disposición de empuje (20, 100, 104, 106) es sustancialmente igual en las posiciones de reposo segunda y tercera.

11. Accionador de acuerdo con la reivindicación 4 o con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10 cuando dependen de la reivindicación 4, en el que el seguidor de leva de empuje (104) y la superficie de leva de empuje (102) son empujados uno hacia la otra por un elemento de empuje (106) , estando dicho elemento dispuesto para almacenar energía durante una parte del recorrido del rotor (10) hacia la primera posición de reposo y para acelerar el rotor durante una parte de su recorrido en dirección opuesta a la primera posición de reposo.

12. Accionador de acuerdo con la reivindicación 4, la reivindicación 11 o cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, cuando dependen de la reivindicación 4, en el que la primera posición de reposo corresponde a un extremo del recorrido del seguidor de leva de empuje (104) .

13. Accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un impulsor (114) acoplado al rotor (10) para su desplazamiento cuando gira el rotor;

en el que el desplazamiento del impulsor que resulta del movimiento del rotor de una primera posición de reposo a una segunda posición de reposo es mayor que el desplazamiento que resulta del movimiento del rotor de la primera posición de reposo a una tercera posición de reposo, siendo la rotación del rotor de la primera posición de reposo a la segunda posición de reposo y de la primera posición de reposo a la tercera posición de reposo sustancialmente idéntica y en direcciones opuestas.

14. Accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende:

una leva de accionamiento (110) que define una superficie de leva de accionamiento (112) ; y un seguidor de leva de accionamiento (114) asociado a la superficie de leva de accionamiento, pudiendo girar uno de la leva de accionamiento y el seguidor de leva de accionamiento con o mediante el rotor (10) , y estando dispuesto el accionador de manera que el desplazamiento del seguidor de leva de accionamiento da lugar a un desplazamiento del impulsor (114) .

15. Accionador de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el impulsor (114) forma parte integrante del seguidor de leva de accionamiento.

16. Motor de combustión interna que comprende un accionador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores dispuesto para accionar una válvula.