Accionador electromagnético que incluye unos medios de control de funcionamiento autoadaptativos y procedimiento que utiliza dicho actuador.

Actuador (100) electromagnético que tiene una unidad (2) de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios (21) de mando en función de un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre dicho actuador,

actuador que comprende:

- una armadura (12) móvil montada en el interior de una culata (11) fija magnética, siendo móvil dicha armadura (12) móvil entre una posición (K1) abierta y una posición (K2) cerrada;

- al menos una bobina (3) de excitación conectada a los medios (21) de mando;

- dicha unidad (2) de tratamiento que tiene:

- unos medios para determinar una variación de flujo (Φ) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina; - unos medios para determinar una variación de inductancia (H) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de variación de flujo (Φ);

- unos medios para determinar la posición (x) de la armadura (12) móvil con respecto a la culata (11) fija, determinándose a partir de una correlación entre dicha posición (x), la inductancia (H) y la corriente (i) instantánea en la bobina (3) de excitación;

- unos medios de medición de una resistencia (R) total de la bobina (3) de excitación a partir de una corriente eléctrica (Iref) de referencia y/o de una de una tensión (Uref) de referencia, actuador caracterizado porque la unidad de tratamiento incluye unos medios de control autoadaptativos que tienen:

- unos medios para determinar una energía (R.i2.dt) térmica elemental en función de la resistencia (R) total de la bobina de excitación y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

- unos medios para determinar una energía (u.i.dt) eléctrica elemental en función de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

- unos medios para determinar una energía electromagnética elemental igual a la diferencia entre la energía (u.i.dt) eléctrica instantánea y la energía (R.i2.dt) térmica instantánea;

- unos medios para determinar una energía (φ Φ (i,x)/i.dx) mecánica elemental igual a la diferencia entre la energía ax electromagnética elemental y una energía magnética elemental;

- siendo la energía (φ Φ (i,x)/φi.i.di) magnética elemental una función de ai la derivada parcial del flujo con respecto a la corriente (i) instantánea;

- unos medios para determinar un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre el actuador en función de la diferencia entre la energía (φ Φ (i,x)/i.dx) mecánica elemental y la variación de energía (1/2 mv2) cinética con respecto al tiempo de la armadura (12) móvil, entre la posición abierta y la posición cerrada, la velocidad (v) obtenida como derivada de la posición (x) con respecto al tiempo; haciendo los medios (21) de mando conectados a los medios de control autoadaptativos variar la intensidad de la corriente (l) de mando para la bobina (3) en función de dicho esfuerzo (F) mecánico.

Accionador electromagnético que incluye unos medios de control de funcionamiento autoadaptativos y procedimiento que utiliza dicho actuador

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un actuador electromagnético que tiene una unidad de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios de mando en función de un esfuerzo mecánico que se aplica sobre dicho actuador. Dicho actuador comprende una armadura móvil montada en el interior de una culata fija magnética, siendo móvil dicha armadura entre una posición abierta y una posición cerrada. Al menos una bobina de excitación está conectada a los medios de mando. Dicha unidad de tratamiento consta de unos medios para determinar una variación de flujo en la bobina de excitación, a partir de una medición de la tensión y de la corriente que circula en dicha bobina. Dicha unidad de tratamiento consta, además, de unos medios para determinar la posición de la armadura móvil con respecto a la culata fija, determinándose a partir de una correlación entre dicha posición, el flujo y la corriente en la bobina de excitación.

La invención también se refiere a un procedimiento para determinar un esfuerzo mecánico que se aplica sobre un actuador de acuerdo con la invención.

Estado de la técnica anterior

El funcionamiento de un actuador electromagnético está relacionado con sus condiciones de utilización. Algunas condiciones externas dependen, en particular, del tipo y/o del número de aparatos que hay que accionar y/o de las condiciones de temperatura en las cuales se utiliza el actuador y/o del intervalo de tensión de alimentación de dicho actuador. Otras condiciones internas dependen en particular del estado de envejecimiento del actuador.

Al poder cambiar las condiciones de funcionamiento de los actuadores electromagnéticos durante su uso, la garantía de un funcionamiento óptimo exige un conocimiento de algunos parámetros de funcionamiento. Por ejemplo, puede resultar útil conocer las velocidades de cierre y/o de apertura. Un conocimiento de la posición y/o de la velocidad de la armadura móvil permite por tanto adaptar el valor de la corriente eléctrica en la bobina de excitación para minimizar las fuerzas de impacto de las partes móviles contra las partes fijas y/o para optimizar la cantidad de corriente eléctrica consumida durante la fase de cierre o la fase de mantenimiento.

Algunas soluciones consisten en utilizar unos sensores adicionales que permiten conocer los valores de los parámetros de funcionamiento del actuador. Por ejemplo, algunas soluciones utilizan unos sensores de posición y/o de velocidad. Sin embargo, la utilización de un sensor es a menudo compleja teniendo en cuenta el poco espacio disponible y un entorno más o menos hostil relacionado por ejemplo con unas temperaturas elevadas.

El documento FR 2745913 describe un método de medición de la posición de un núcleo móvil de un electroimán sin la utilización de un sensor adicional. La medición de la posición se realiza a partir de la medición de la tensión y de la corriente que circula por la bobina de excitación de este electroimán. Sin embargo, en este método, se parte de la hipótesis de que la inductancia del circuito magnético es constante cuando el circuito magnético está en la posición abierta y en la posición cerrada, es decir que se parte en particular de la hipótesis de que el circuito magnético está saturado en la posición cerrada. Ahora bien, en muchos aparatos interruptores de tipo contactor o contactor-disyuntor, el circuito magnético no está completamente saturado en la posición cerrada, de tal modo que utilice al máximo el rendimiento del circuito magnético. De este modo, la inductancia en la posición cerrada no es constante y varía ampliamente en función de la corriente que circula en la bobina de excitación. Esta es la razón por la que por tanto dicho método no es adecuado.

Otras soluciones como las descritas en los documentos FR 2835061, US 5424637, describen también unos procedimientos de medición de la posición de la armadura móvil de un electroimán sin la utilización de un sensor adicional. Estas soluciones utilizan la medición de la tensión y de la corriente eléctrica en la bobina de excitación para determinar la posición de la armadura móvil. Sin embargo, estas soluciones no permiten la medición o la evaluación de otros parámetros de funcionamiento tales como la naturaleza de la carga mecánica y las Interacciones de la dinámica aplicada al actuador.

El documento DE 103332595 describe un método para determinar la aceleración de una armadura móvil de un actuador electromagnético. Este método utiliza la medición de la tensión y de la corriente en la bobina de excitación y la medición de la resistencia total de la bobina de excitación para calcular la aceleración.

Descripción de la invención

La invención busca, por lo tanto, resolver los inconvenientes del estado de la técnica, de tal modo que propone un actuador electromagnético que consta de unos medios de control autoadaptativos que actúan sobre los medios de mando de dicho actuador en función de un esfuerzo mecánico que se aplica sobre el actuador.

La unidad de tratamiento de actuador electromagnético de acuerdo con la Invención consta de unos medios de

control autoadaptativos que tienen unos medios de medición de una resistencia total de la bobina de excitación a partir de una corriente eléctrica de referencia y/o de una tensión de referencia. Los medios de control autoadaptativos constan de unos medios para determinar una energía térmica elemental en función de la resistencia total de la bobina de excitación y de la corriente eléctrica instantánea. Unos medios determinan una energía eléctrica elemental en función de la tensión instantánea y de la corriente eléctrica instantánea. Unos medios determinan una energía electromagnética elemental Igual a la diferencia entre la energía eléctrica instantánea y la energía térmica instantánea. Unos medios determinan una energía mecánica elemental Igual a la diferencia entre la energía electromagnética elemental y una energía magnética elemental, siendo la energía magnética elemental una función de la derivada parcial del flujo con respecto a la corriente Instantánea. Unos medios determinan un esfuerzo mecánico que se aplica sobre el actuador en función de la diferencia entre la energía mecánica elemental y la variación de energía con respecto al tiempo de la armadura móvil entre la posición abierta y la posición cerrada. Al estar los medios de mando conectados a los medios de control autoadaptativos, hacen que varíe la Intensidad de la corriente de mando para la bobina en función de dicho esfuerzo mecánico.

De acuerdo con una forma de desarrollo de la Invención, la correlación entre dicha posición de la armadura móvil, el flujo o la inductancia de la bobina y la corriente que circula en dicha bobina se representa a partir de un planteamiento de ecuaciones especificas.

De acuerdo con una forma de desarrollo de la Invención, la correlación entre dicha posición de la armadura móvil, el flujo o la inductancia de la bobina y la corriente que circula en la bobina se representa a partir de una curva de superficie que da un entrehierro del actuador electromagnético en función del flujo o la Inductancia de la bobina de excitación y de la corriente que circula en dicha bobina.

De manera ventajosa, la unidad de tratamiento consta de unos medios de memorización que memorizan la curva de superficie en forma de una o varias ecuaciones.

De manera ventajosa, la unidad de tratamiento consta de unos medios de memorización que memorizan la curva de superficie en forma de una tabla de datos que contiene una multitud de valores del entrehierro del actuador, de la inductancia o del flujo de la bobina de excitación y de la corriente.

De preferencia, la culata fija consta de un eje longitudinal, estando la armadura móvil montada con deslizamiento axial a lo largo del eje longitudinal de dicha culata.

En una forma de realización, la unidad de tratamiento consta de unos medios de mando conectados y controlados por los medios de control autoadaptativos de la unidad de tratamiento para emitir y controlar la corriente eléctrica que circula en la bobina en función del esfuerzo mecánico.

De manera ventajosa, los medios de mando emiten y controlan la corriente eléctrica que circula en la bobina de excitación en función de la posición calculada de la armadura móvil con respecto a la culata fija.

El procedimiento de acuerdo con la invención para determinar un esfuerzo mecánico que se aplica sobre un actuador tal como se ha definido con anterioridad, consiste en medir una... [Seguir leyendo]

1. Actuador (100) electromagnético que tiene una unidad (2) de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios (21) de mando en función de un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre dicho actuador, actuador que comprende:

una armadura (12) móvil montada en el interior de una culata (11) fija magnética, siendo móvil dicha armadura (12) móvil entre una posición (K1) abierta y una posición (K2) cerrada; al menos una bobina (3) de excitación conectada a los medios (21) de mando; dicha unidad (2) de tratamiento que tiene:

unos medios para determinar una variación de flujo (O) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina;

unos medios para determinar una variación de inductancia (H) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de variación de flujo (cp);

unos medios para determinar la posición (x) de la armadura (12) móvil con respecto a la culata (11) fija, determinándose a partir de una correlación entre dicha posición (x), la inductancia (H) y la corriente (i) instantánea en la bobina (3) de excitación;

unos medios de medición de una resistencia (R) total de la bobina (3) de excitación a partir de una corriente eléctrica (Iref) de referencia y/o de una de una tensión (Uref) de referencia, actuador caracterizado porque la unidad de tratamiento incluye unos medios de control autoadaptativos que tienen:

unos medios para determinar una energía (R.i2.dt) térmica elemental en función de la resistencia (R) total de la bobina de excitación y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

unos medios para determinar una energía (u.i.dt) eléctrica elemental en función de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

unos medios para determinar una energía electromagnética elemental igual a la diferencia entre la energía (u.i.dt) eléctrica instantánea y la energía (R.i2.dt) térmica instantánea;

unos medios para determinar una energía (30 (i,x)/i.dx) mecánica elemental igual a la diferencia entre la energía ax electromagnética elemental y una energía magnética elemental;

siendo la energía (30 (i,x)/3i.i.di) magnética elemental una función de ai la derivada parcial del flujo con respecto a la corriente (i) instantánea;

unos medios para determinar un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre el actuador en función de la diferencia entre la energía (30 (i,x)/i.dx) mecánica elemental y la variación de energía (1/2 mv2) cinética con respecto al tiempo de la armadura (12) móvil, entre la posición abierta y la posición cerrada, la velocidad (v) obtenida como derivada de la posición (x) con respecto al tiempo; haciendo los medios (21) de mando conectados a los medios de control autoadaptativos variar la intensidad de la corriente (I) de mando para la bobina (3) en función de dicho esfuerzo (F) mecánico.

2. Actuador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la correlación entre dicha posición (x) de la armadura (12) móvil, la inductancia (H) de la bobina (3) y la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina se representa a partir de un planteamiento de ecuaciones específicas.

3. Actuador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la correlación entre dicha posición (x) de la armadura (12) móvil, la inductancia (H) de la bobina (3) y la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en la bobina se representa a partir de una curva (10) de superficie que da un entrehierro (E) del actuador electromagnético en función de la inductancia (H) de la bobina (3) de excitación y de la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina.

4. Actuador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad (2) de tratamiento incluye unos medios (22) de memorización que memorizan la curva (10) de superficie en forma de una o varias ecuaciones.

5. Actuador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad (2) de tratamiento incluye unos medios (22) de memorización que memorizan la curva (10) de superficie en forma de una tabla de datos que contiene una multitud de valores del entrehierro (E) del actuador, de la inductancia (H) o del flujo (0) de la bobina de excitación y de la corriente (i) eléctrica instantánea.

6. Actuador electromagnético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la culata (11) fija incluye un eje (X) longitudinal, estando la armadura (12) móvil montada con deslizamiento axial a lo largo del eje (X) longitudinal de dicha culata.

7. Actuador electromagnético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad (2) de tratamiento incluye unos medios (21) de mando conectados y controlados por los medios de control autoadaptativos de la unidad (2) de tratamiento para emitir y controlar la corriente (I) eléctrica de mando para la bobina (3) en función del esfuerzo (F) mecánico.

8. Actuador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad (2) de tratamiento incluye unos medios (21) de mando conectados y controlados por los medios de control autoadaptativos de la

unidad (2) de tratamiento para emitir y controlar la corriente (1) eléctrica de mando en función de la posición (x) calculada de la armadura (12) móvil con respecto a la culata (11) fija.

9. Procedimiento para determinar un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre un actuador de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, procedimiento caracterizado porque consiste en:

- medir una resistencia (R) total de la bobina (3) de excitación a partir de una corriente (Iref) eléctrica de

referencia y/o de una tensión (Uref) de referencia;

- determinar una variación de flujo (O) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina;

- determinar una variación de inductancia (H) en la bobina (3) de excitación, a partir de una medición de

variación de flujo (O);

- determinar la posición (x) de la armadura (12) móvil con respecto a la culata (11) fija, determinándose a partir de una correlación entre dicha posición (x), la inductancia (H) y la corriente (i) eléctrica instantánea en la bobina (3) de excitación;

- determinar una energía (R.i2.dt) térmica elemental en función de la resistencia (R) total de la bobina de

excitación y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

- determinar una energía (u.i.dt) eléctrica elemental en función de la tensión (u) instantánea y de la corriente (i) eléctrica instantánea;

- determinar una energía electromagnética elemental igual a la diferencia entre la energía (u.i.dt) eléctrica instantánea y la energía (R.i2.dt) térmica instantánea;

- determinar una energía mecánica elemental

` &

JJx)

igual a la diferencia entre la energía electromagnética elemental y una energía magnética elemental; - siendo la energía magnética elemental

di

una función di de la derivada parcial del flujo con respecto a la corriente (i) instantánea;

- determinar la velocidad (v) de la armadura (12) móvil como derivada de la posición (x) con respecto al tiempo;

- determinar un esfuerzo (F) mecánico que se aplica sobre el actuador en función de la diferencia entre la energía mecánica elemental

c

i.dx)

y la variación de energía (1/2 mv2) cinética con respecto al tiempo de la armadura (12) móvil entre la posición abierta y la posición cerrada;

- hacer variar la intensidad de la corriente (I) de mando para la bobina (3) de excitación en función de dicho esfuerzo (F) mecánico.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la correlación entre dicha posición (x)

de la armadura (12) móvil, el flujo (O) o la inductancia (H) de la bobina (3) y la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina se representa a partir de un planteamiento de ecuaciones específicas.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la correlación entre dicha posición (x) de la armadura (12) móvil, el flujo (O) o la inductancia (H) de la bobina (3) se representa a partir de una curva (10)

de superficie que da un entrehierro (E) del actuador electromagnético en función del flujo (O) o la inductancia (H) de la bobina (3) y de la corriente (i) eléctrica instantánea que circula en dicha bobina.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la curva (10) de superficie se memoriza en unos medios (22) de memorización en forma de una tabla de datos que contiene una multitud de valores del entrehierro (E) del actuador, de la inductancia (H) o del flujo de la bobina (3) y de la corriente (i) eléctrica

instantánea que circula en dicha bobina.