ES2318255T3 - Subconjunto magnetico con muelle de torsion. - Google Patents
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Abstract
Subconjunto magnético para aparato eléctrico del tipo disyuntor, compuesto por una bobina introductoria asociada a una culata magnética (8, 8'') y a un conjunto móvil núcleo (6)/percutor (5) móvil en traslación hacia el encuentro con un muelle (1), caracterizado porque dicho muelle es un muelle de torsión con una parte central (2) en forma de espiral y dos brazos de extremidades (3, 3'') que se despliegan en V apoyándose contra los topes (7, 7''), estando animados el muelle (1) y dichos topes (7, 7'') por un movimiento relativo tal que la distancia entre los topes (7, 7'') y la parte central (2) del muelle (1) en la dirección de la traslación aumenta a medida que se cierra el entrehierro (9) dispuesto entre el núcleo (6) y la culata (8, 8'').
Description
Subconjunto magnético con muelle de torsión.
La presente invención se refiere a un
subconjunto magnético para aparato eléctrico del tipo disyuntor,
compuesto clásicamente por una bobina introductoria asociada a una
culata magnética y a un núcleo magnético móvil en traslación hacia
el encuentro con un muelle, llevando consigo dicho núcleo un
percutor destinado a poner en funcionamiento una cerradura mecánica
que ordena la posición del contacto móvil respecto del contacto
fijo.
La función de los subconjuntos o activadores
magnéticos es separar los contactos móvil y fijo respectivamente en
caso de cortocircuito en el circuito en el que están conectados. La
brutal sobreintensidad que recorre la bobina satura el circuito
magnético, provocando el desplazamiento del núcleo móvil que llena
de hecho el entrehierro que lo separa del resto de la culata
magnética.
Un muelle de retorno se interpone entre un
elemento fijo respecto de la caja del aparato y el núcleo móvil,
con el fin de que este regrese a la posición de reposo
(restableciendo el entrehierro) cuando se corta el circuito. La
rigidez del muelle se elige en función de la categoría a la que
pertenece el disyuntor, manifestada sobre todo por la existencia de
curvas B, C y D de "sensibilidad" que definen el intervalo,
expresado en función de la intensidad nominal del disyuntor, en el
cual este debe ponerse en funcionamiento. Esta rigidez depende
evidentemente también del calibre del disyuntor.
Para un disyuntor de calibre elevado, por
ejemplo 125 amperios, y que depende de la curva D según la cual no
debe haber activación magnética para, por ejemplo, un valor de
corriente inferior a 10 I_{n} = 1250 amperios según la norma CEI
60-898, el muelle elegido está evidentemente dotado
de una rigidez que le hace capaz de oponerse a la fuerza magnética
generada por las corrientes de este orden en la bobina. El problema
es que este tipo de muelle, que conlleva necesariamente una rigidez
correlativamente elevada, presenta evidentemente un tiempo de
respuesta aún mayor que dicha importante rigidez.
Es sobre todo el caso en las configuraciones
clásicas de subconjuntos magnéticos con una bobina solenoidal que
rodea el núcleo móvil, en las que los muelles utilizados son muelles
de compresión con forma de espiral, para las que la energía que hay
que vencer aumenta a medida que se desplaza el núcleo móvil.
Ahora bien, para evitar la soldadura de los
contactos y para limitar lo mejor posible las corrientes de
cortocircuito, los subconjuntos magnéticos deben obligatoriamente
provocar su separación lo más rápido posible. Se debe constatar que
el aumento del tiempo de respuesta que resulta de la rigidez y de la
naturaleza de los muelles empleados, sobre todo para los disyuntores
de gran calibre y cuya sensibilidad corresponde a la curva D, no va
en este sentido.
El objeto de la presente invención es, por
consiguiente, proponer una configuración tal que la energía
resistiva opuesta por el muelle disminuya a medida que se desplaza
el conjunto móvil constituido por el núcleo y su percutor durante
un cortocircuito.
Con este fin, a título principal, el subconjunto
magnético de la invención se caracteriza porque dicho muelle es un
muelle de torsión con una parte central en forma de espiral y dos
brazos de extremidades que se despliegan en V apoyándose contra los
topes, estando animados el muelle y dichos topes por un movimiento
relativo tal, que la distancia entre los topes y la parte central
del muelle en la dirección de la traslación aumenta a medida que se
cierra el entrehierro dispuesto entre el núcleo y la culata.
El ángulo que forman los brazos de extremidad
respecto del eje del desplazamiento se modifica en efecto en el
transcurso del movimiento. La resultante de las fuerzas ejercidas
sobre el muelle a nivel de los topes cambia por consiguiente de
ángulo igualmente, como se verá más detalladamente a continuación y
la proyección de estas resultantes sobre el eje del desplazamiento
disminuye de intensidad a medida que se separan la parte central
del muelle y dichos topes.
Desde ese momento, la energía necesaria para
oponerse a la fuerza resistiva del muelle disminuye cuando el
conjunto núcleo/percutor se acerca a la cerradura mecánica de
activación.
Preferentemente, el muelle de torsión presenta
una simetría respecto del eje del desplazamiento del conjunto
móvil.
Esta simetría se explica por el desplazamiento
traslativo según este eje, cuyo funcionamiento óptimo se ve
favorecido por un equilibrio de configuración respecto de dicho
eje.
En la invención, el conjunto móvil se desplaza
por deslizamiento y se guía por al menos una corredera fija
respecto de la caja.
El muelle tiene en efecto una acción en el
conjunto móvil que podría perturbar la dirección del desplazamiento
y, por consiguiente, el trayecto del percutor, si el guiado
resultara del único efecto de las fuerzas magnéticas sobre el
desplazamiento del núcleo.
Más precisamente, el conjunto móvil está
constituido por una paleta magnética y por un percutor
superpuestos.
Estos dos elementos desempeñan funciones
diferentes, debiendo estar hecha obligatoriamente la paleta o núcleo
de un material magnético que no es necesariamente el más adaptado
para el percutor, por razones económicas incluso mecánicas según
las tareas que se le encarguen.
Según la invención, el deslizamiento del
conjunto móvil paleta/percutor se realiza por guiado de dicho
conjunto por las correderas practicadas simétricamente en los
paneles laterales dispuestos fijos en la caja por ambas partes del
subconjunto magnético.
La función de guiado está, por tanto, asegurada
por las piezas que forman dichos paneles, que pueden estar
realizadas en un material sintético por ejemplo moldeado, al que es
fácil y poco costoso darle una forma compleja para la realización
de diversas funciones.
Como se mostrará más detalladamente a
continuación, dichos paneles tienen en efecto por función sobre todo
igualmente alojar el subconjunto magnético.
Más precisamente, cada corredera puede estar
constituida por una pared paralela al eje de desplazamiento de
dicho conjunto móvil, por cuyas ambas partes se deslizan
respectivamente unas patas que sobrepasan lateralmente el percutor
y una cara de la paleta magnética orientada en función de dichas
patas.
Los dos componentes del conjunto móvil
participan, por tanto, en el guiado en translación.
El subconjunto magnético de la invención, además
de dicha bobina, consta preferentemente de una paleta magnética de
forma trapezoidal que coopera con un entrehierro de la culata con
forma igualmente de trapecio.
Según una configuración posible, los topes del
muelle están constituidos por patas que dan cada una un alojamiento
con una sección en C en una parte de un brazo de extremidad del
muelle, extendiéndose dicha sección en C perpendicularmente en el
sentido del desplazamiento del conjunto móvil.
Estos topes permiten colocar el muelle a la vez
que se ejerce un pretensado.
En una primera versión de la invención, el
conjunto móvil lleva la parte con forma de espiral del muelle y los
topes del muelle se fijan respecto de la caja del aparato.
En este caso, preferentemente, la parte central
del muelle se enrolla alrededor de la parte que está en la cumbre
de un cuerpo cilíndrico que constituye una protuberancia del
percutor que atraviesa y sobrepasa un orificio practicado en la
paleta magnética, dirigiéndose delante del canto frontal de dicha
paleta una parte de dicho percutor dotado de una superficie de
percusión orientada perpendicularmente al desplazamiento.
En esta hipótesis, el percutor se encarga de las
relaciones mecánicas, tanto con el muelle como con la cerradura
mecánica que ejecuta la activación. La paleta magnética tiene como
única función llevar dicho percutor, cuando soporta fuerzas de
Laplace suficientes para oponerse con éxito a la fuerza resistiva
del muelle.
Alternativamente, el muelle puede fijarse a la
caja del aparato y los topes del muelle son solidarios con el
conjunto móvil.
La configuración del subconjunto magnético de la
invención se basa en la que se explica detalladamente en la
solicitud de patente EP02360176.8 de la solicitante y publicada como
EP1376639A el 2 de enero de 2004.
A continuación, la invención se va a describir
más detalladamente, en referencia a las figuras presentadas como
anexos, en las que:
la fig. 1 es una representación esquemática de
la configuración de la invención, con un diagrama de las fuerzas en
presencia a nivel de los topes;
la fig. 2 representa una vista en perspectiva
del conjunto móvil con un muelle de torsión;
la fig. 3 representa el conjunto de la figura
anterior con el resto de la culata magnética;
la fig. 4 es una vista desde arriba del percutor
que coopera con un muelle de torsión;
la fig. 5 muestra la cooperación del conjunto
móvil con un panel lateral fijado a la caja del aparato
eléctrico;
la fig. 6 es una vista desde arriba de la
configuración que aparece en la figura anterior, con los dos paneles
laterales y sin la paleta magnética;
la fig. 7 es una vista desde abajo;
la fig. 8 muestra la pieza sobre la que se
premonta el muelle; y
la fig. 9 representa dicha pieza de premontaje
fijada a los paneles laterales.
\vskip1.000000\baselineskip
Las figuras anexas 2 a 9 representan una versión
de la invención en la que el muelle de torsión es solidario con el
equipamiento móvil.
Con referencia a las figuras 1 y 2, el muelle de
torsión (1) comprende una parte central bobinada (2) y unos brazos
de extremidad desplegados en V (3) y (3'). Este muelle (1) está
sostenido por el cuerpo cilíndrico (4) de un conjunto móvil que
comprende por una parte el percutor (5) y por otra el núcleo/la
paleta magnética (6). La resistencia opuesta por el muelle (1) al
desplazamiento del conjunto móvil y en particular del cuerpo
cilíndrico (4) sobre el eje \vec{x} puede calcularse de la
siguiente manera:
El muelle (1) ejerce, sobre el tope (7), una
fuerza \vec{F_{1}}. La fuerza vista por el tope es \vec{F_{2}}
según el esquema. \vec{F_{3}} es de hecho la reacción del tope
(7) sobre el brazo (3) del muelle (1), teniendo en cuenta los
rozamientos. Por lo tanto, está separada por un ángulo \varphi de
la reacción -\vec{F_{2}} del tope (7) sobre el brazo (3) del
muelle (1), en ausencia del rozamien-
to.
to.
De donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ahora bien, el par resistente opuesto por el
muelle se expresa por la relación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Siendo \alpha la variación angular del ángulo
existente entre la dirección del desplazamiento \vec{x} y la línea
que une el tope (7) con el centro del cuerpo cilíndrico (4) y k la
rigidez del muelle (1). El valor del par puede escribirse
igualmente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Al sustituir \vec{F_{1}} por su valor con la
ayuda de \vec{F_{3}} se obtiene:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
De donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El componente de esta fuerza resistiva en el eje
de los desplazamientos \vec{x} es entonces igual a:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Esta fórmula se refiere a un único tope (7).
Teniendo en cuenta la simetría entre el tope (7'), la fuerza
resistiva total ejercida por el muelle (1) es en realidad:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cuando un movimiento se inicia, el
desplazamiento angular \alpha aumenta y la parte de esta fórmula
debida al par del muelle, a saber \frac{k\alpha}{R}, aumenta
también.
El coeficiente \frac{1}{cos\theta} aumenta
también ligeramente, ya que el cos \theta disminuye un poco.
El coeficiente F_{r} es estable, ya que los
rozamientos se consideran constantes. Por el contrario, la variable
sen T, que constituye la proyección sobre el eje \vec{x},
disminuye.
Se verifica que existe una configuración
geométrica tal que los aumentos debidos a \alpha y a \theta no
compensan la disminución que resulta de sen T. En esta
configuración, la energía resistiva vista por la paleta se minimiza
respecto de un sistema tradicional.
Con referencia a la figura 3, la paleta móvil
(6) asociada al percutor (5) y al muelle (1) se muestra en el
contexto ampliado de su asociación con la culata magnética, formada
ella misma por dos partes simétricas (8, 8'). Esta culata consta de
un primer entrehierro (9) en el cual se desplaza la paleta (6) y un
segundo entrehierro (10) destinado a recibir el contacto móvil (no
representado).
La figura 4 muestra, más detalladamente, el
percutor (5) que se presenta bajo la forma de un carro de
deslizamiento dotado de un cuerpo cilíndrico (4) central, de patas
(11, 11') previstas para deslizarse por unas correderas (ver a
continuación), constando dicho carro, en la parte delantera en el
sentido del desplazamiento en caso de cortocircuito, de una
protuberancia dotada de una superficie frontal plana de percusión
(12).
La figura 5 muestra el equipamiento móvil
constituido por la paleta (6), el percutor (5) y el muelle (1),
dispuesto en situación, es decir, localizado respecto de otros
elementos ya sea del subconjunto magnético, bien sea para su
inmobilización en la caja. Así dicho equipamiento móvil montado
sobre la bobina (13) de dicho conjunto magnético, que forma de
hecho tres cuartos de espira realizada por una chapa magnética
replegada alrededor de un núcleo (14) constituida clásicamente por
un apilado de chapas. El conjunto bobina (13)/núcleo (14) se
inserta en un panel lateral (15) que participa de la colocación de
un cierto número de elementos del disyuntor. En principio, la
bobina (13) y el núcleo (14) están ocultos por una de las partes
(8') de la culata, que no está representada aquí. También existe un
segundo panel lateral simétrico al primero, que permite completar
el alojamiento del subconjunto magnético y que tampoco está
representado en la figura 5 con el fin de no perturbar la
legibilidad de la figura.
Este segundo panel lateral (15') aparece sin
embargo en la figura 6, en la cual casi la totalidad del subconjunto
magnético, salvo el muelle (1) y las partes superiores del
equipamiento móvil, a saber el cuerpo cilíndrico (4) y la
protuberancia delantera con la superficie de percusión (12), está
oculta. De hecho, cuando los dos paneles laterales (15) y (15') se
unen, su parte superior constituye una ventana (16) que permite el
desplazamiento del equipamiento móvil y contribuye, al menos
parcialmente, a su guiado en la dirección de la flecha (F).
Este guiado se realiza, como aparece en las
figuras 5 a 7, por unas paredes planas paralelas (17, 17') previstas
bajo la parte superior de los paneles laterales (15, 15'), con los
que las patas laterales (11, 11') del percutor móvil (5) pueden
cooperar durante el deslizamiento. Una pared de la paleta magnética
(6) frente a dichas patas (11, 11') se desliza por el otro lado de
cada pared (17, 17'), que puede además estar provista de molduras
(19, 19') de posición.
El muelle (1), cuyas extremidades (3, 3')
aparecen, está cubierto por un tipo de tapadera o tapa (18) que
cubre las partes superiores de los paneles laterales (15, 15'). Esta
tapadera (18), que permite un premontaje del muelle (1), aparece en
la figura 8. Contiene los topes (7, 7') que determinan sobre todo el
pretensado del muelle de torsión (1) y permiten, entonces,
adaptarlo al calibre y a la sensibilidad del disyuntor. Los topes
(7, 7') contienen un alojamiento con forma de C para las
extremidades (3, 3') del muelle (1).
Cuando la tapadera o tapa (18) se monta, por
encaje, sobre los dos paneles laterales (15, 15'), tal como aparece
en la figura 9, la parte superior del conjunto móvil no queda
totalmente cubierta, para preservar la función de la pared plana de
percusión (12) del percutor (5). Esa debe, en efecto, poder entrar
en contacto con la cerradura magnética de activación, al menos una
parte de la cual se inserta entre los dos paneles laterales (15,
15') para que se pueda llevar a cabo este contacto.
En la lista de documentos indicados por el
solicitante se ha recogido exclusivamente para información del
lector, y no es parte constituyente del documento de patente
europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la
EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- \bullet US 02360176 A [0029]
- \bullet US 1376639 A [0029]
Claims (11)
1. Subconjunto magnético para aparato eléctrico
del tipo disyuntor, compuesto por una bobina introductoria asociada
a una culata magnética (8, 8') y a un conjunto móvil núcleo
(6)/percutor (5) móvil en traslación hacia el encuentro con un
muelle (1), caracterizado porque dicho muelle es un muelle de
torsión con una parte central (2) en forma de espiral y dos brazos
de extremidades (3, 3') que se despliegan en V apoyándose contra
los topes (7, 7'), estando animados el muelle (1) y dichos topes (7,
7') por un movimiento relativo tal que la distancia entre los topes
(7, 7') y la parte central (2) del muelle (1) en la dirección de la
traslación aumenta a medida que se cierra el entrehierro (9)
dispuesto entre el núcleo (6) y la culata (8, 8').
2. Subconjunto magnético según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el muelle de torsión (1)
presenta una simetría respecto del eje del desplazamiento del
conjunto móvil (5, 6).
3. Subconjunto magnético según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto
móvil (5, 6) se desplaza por deslizamiento y se guía por al menos
una corredera fija respecto de la caja.
4. Subconjunto magnético según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
conjunto móvil (5, 6) está constituido por una paleta magnética (6)
y por un percutor (5) superpuestos.
5. Subconjunto magnético según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el deslizamiento del conjunto
móvil paleta magnética (6)/percutor (5) se realiza por guiado de
dicho conjunto por las correderas practicadas simétricamente en los
paneles laterales (15) dispuestos fijos en la caja por ambas partes
del subconjunto magnético.
6. Subconjunto magnético según la reivindicación
anterior, caracterizado porque cada corredera puede estar
constituida por una pared (17, 17') paralela al eje de
desplazamiento de dicho conjunto móvil (5, 6), por cuyas ambas
partes se deslizan respectivamente unas patas (11, 11') que
sobrepasan lateralmente del percutor (5) y una cara de la paleta
magnética (6) orientada en función de dichas patas (11, 11').
7. Subconjunto magnético según una cualquiera de
las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la paleta
(6) tiene forma trapezoidal que coopera con un entrehierro (9) de
la culata (8, 8') con forma igualmente trapezoidal.
8. Subconjunto magnético según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
topes (7, 7') del muelle están constituidos por patas que
proporcionan cada una un alojamiento con sección en C en una parte
de un brazo de extremidad (3, 3') del muelle (1), extendiéndose
dicha sección en C perpendicularmente en el sentido del
desplazamiento del conjunto móvil (5, 6).
9. Subconjunto magnético según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
conjunto móvil (5, 6) lleva la parte (2) con forma de espiral del
muelle (1), y los topes (7, 7') del muelle (1) se fijan respecto
de la caja del aparato.
10. Subconjunto magnético según la
reivindicación precedente, caracterizado porque la parte
central (2) del muelle (1) se enrolla alrededor de la parte que
está en la cumbre de un cuerpo cilíndrico (4) que constituye una
protuberancia del percutor (5) que atraviesa y sobrepasa un orificio
practicado en la paleta magnética (6), dirigiéndose delante del
canto frontal de dicha paleta (6) una parte de dicho percutor (5)
dotado de una superficie de percusión (12) orientada
perpendicularmente al desplazamiento.
11. Subconjunto magnético según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el muelle
(1) puede fijarse a la caja del aparato y los topes (7, 7') del
muelle (1) son solidarios con el conjunto móvil (5, 6).
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