ES2553380T3 - Actuador magnético permanente biestable - Google Patents

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ES2553380T3 ES11169064.0T ES11169064T ES2553380T3 ES 2553380 T3 ES2553380 T3 ES 2553380T3 ES 11169064 T ES11169064 T ES 11169064T ES 2553380 T3 ES2553380 T3 ES 2553380T3
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Abstract

Actuador magnético permanente que comprende: una unidad de inducción de flujo (110) que tiene un espacio hueco (112) en la misma y formada mediante el laminado de una pluralidad de placas; un elemento móvil (140) dispuesto en el espacio hueco de la unidad de inducción de flujo (110) para hacerse oscilar; imanes permanentes (120) instalados en paredes internas del espacio hueco; y elementos de guía (130), que están dispuestos en superficies de los imanes permanentes orientadas hacia el espacio hueco, estando ubicados los elementos de guía entre los imanes permanentes (120) y el elemento móvil (140) y estando configurados para guiar el movimiento oscilante del elemento móvil (140), en el que el elemento móvil (140) comprende: un par de placas móviles (142a, 142b) dispuestas en ambos lados de extremo del espacio hueco; y una bobina móvil (144) interpuesta entre las placas móviles, y en el que el elemento móvil (140) se mueve arriba o abajo según un sentido de aplicación de corriente a la bobina (144).

Description

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DESCRIPCION
Actuador magnetico permanente biestable Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
Esta memoria descriptiva se refiere a un actuador magnetico permanente biestable, y mas particularmente, a un actuador para hacer funcionar un disyuntor y un interruptor de equipos electricos usando la fuerza magnetica de un iman permanente.
2. Antecedentes de la invencion
En lo que respecta a un disyuntor de baja tension de aproximadamente varios cientos de voltios, y un disyuntor de alta tension de varios kilovoltios o mas o un disyuntor de super alta tension de varios cientos de kilovoltios o mas, los tipos de actuadores usados ampliamente para proporcionar una fuerza de impulsion para conectar o desconectar (abrir o cerrar) puntos de contacto incluyen generalmente un tipo resorte, que usa energfa elastica acumulada en un resorte para obtener una fuerza de impulsion de conmutacion, y un tipo hidroneumatico, que usa presion hidraulica y presion neumatica para obtener la fuerza de impulsion de conmutacion.
Sin embargo, el actuador de tipo resorte tiene una estructura que proporciona la fuerza de impulsion de conmutacion actuando conjuntamente con muchos componentes mecanicos, con la que puede resultar diffcil adquirir una fiabilidad de funcionamiento. Ademas, el actuador de tipo hidroneumatico proporciona una fuerza de impulsion de conmutacion sensible al cambio de temperatura, con la que tambien puede resultar diffcil adquirir una fiabilidad de funcionamiento.
Para superar tales problemas, en los ultimos tiempos, se esta usando un denominado actuador magnetico permanente que usa un iman permanente y energfa electrica en lugar de los actuadores existentes. El actuador magnetico permanente esta configurado para sujetar (fijar) un elemento movil en el mismo para que pueda moverse dentro de un recorrido predeterminado usando la fuerza magnetica del iman permanente y hacer que el elemento movil se mueva dentro del recorrido mediante la interaccion de una fuerza magnetica generada suministrando energfa electrica a una bobina. En respuesta al movimiento del elemento movil, se abre o cierra un disyuntor.
Los actuadores magneticos permanentes pueden clasificarse en tipo biestable y tipo monoestable segun el tipo de elemento movil que se sujeta en una determinada posicion. El tipo biestable tiene una estructura en la que el
elemento movil se fija mediante el iman permanente en ambos extremos de un determinado recorrido, y el tipo
monoestable tiene una estructura en la que el elemento movil se fija en uno de ambos extremos del recorrido.
De entre los dos tipos, el actuador magnetico permanente biestable es mas ventajoso que el tipo monoestable que requiere un elemento de suspension separado, en el aspecto de que el elemento movil se fija mediante la fuerza magnetica del iman permanente para asf permitir una operacion de cierre/apertura sin un elemento separado en los casos de realizar operaciones tanto de apertura como de cierre con respecto a equipos electricos, concretamente, moviendo de manera bidireccional el elemento movil.
La figura 1 es una vista en seccion que muestra una realizacion de un actuador magnetico permanente biestable. Tal como se muestra en la figura 1, el actuador incluye un cilindro superior 14 que tiene una bobina superior 12 enrollada en el mismo, un cilindro central 18 ubicado en un lado inferior del cilindro superior 14 y que fija un iman
permanente 16, y un cilindro inferior 22 que tiene una bobina inferior 20 enrollada en el mismo. Los cilindros
superior, central e inferior se montan para definir un orificio hueco, en el que se instala un elemento movil 24 para que pueda moverse arriba y abajo. Un resorte abierto 26 se instala en un extremo del elemento movil 24.
Haciendo referencia a la figura 1, el elemento movil 24 permanece sujeto por la fuerza magnetica del iman permanente 16 en un estado en contacto con una parte saliente del cilindro inferior 22. En este estado, cuando se aplica una corriente a la bobina superior 12, tal como se muestra en la figura 2, el cilindro superior 14 se magnetiza para aplicar una fuerza hacia arriba al elemento movil 24. Una vez que la fuerza se hace mas intensa que la fuerza magnetica del iman permanente 16, el elemento movil 24 se mueve hacia arriba hasta estar en un estado mostrado en la figura 3.
En este estado, el elemento movil 24 permanece en el estado mostrado en la figura 3 debido a la fuerza magnetica del iman permanente 16 incluso si se bloquea la corriente. Tras ello, cuando se aplica una corriente a la bobina inferior 20, el cilindro inferior 22 se magnetiza y de ese modo el elemento movil 24 se mueve hacia abajo hasta volver al estado mostrado en la figura 1. De este modo, el elemento movil puede hacerse oscilar arriba y abajo aplicando la corriente a las bobinas superior e inferior, respectivamente, y el movimiento oscilante del elemento movil permite desconectar/cerrar el disyuntor.
En este caso, el resorte abierto 26 esta comprimido cuando el elemento movil 24 esta ubicado en un lado inferior, y esta descomprimido cuando el elemento movil 24 esta ubicado en un lado superior. Ademas, el resorte abierto 26 se
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proporciona para facilitar mas la realizacion de una operacion de apertura cuando un punto de contacto se abre manualmente desde equipos electricos externos en un estado en el que el actuador magnetico permanente esta conectado a los equipos electricos (disyuntor o interruptor).
El actuador magnetico permanente de la tecnica relacionada que tiene la estructura tiene merito en cuanto a que tal estructura es mas sencilla que en otros actuadores existentes y funciona de manera estable incluso sin una reparacion y mantenimiento separados. Sin embargo, tal como se muestra en los dibujos, cada uno de los cilindros superior, central e inferior deber fabricarse a traves de un trabajo mecanico, lo que requiere un alto coste de mecanizacion. Ademas, tales cilindros deben montarse de manera precisa para garantizar un funcionamiento suave del elemento movil. Sin embargo, el montaje preciso resulta diffcil.
De manera adicional, el iman permanente debe procesarse para dar una forma anular, aumentandose tambien el coste de procesamiento para el iman. El uso de un unico iman permanente hace el montaje diffcil debido a la intensa fuerza magnetica del iman permanente. En vista de la estructura, el iman permanente y el elemento movil se encuentran en un estado en contacto, lo que puede provocar danos al iman permanente debido a una colision entre el iman permanente y el elemento movil durante el funcionamiento del elemento movil.
El documento EP 1 710 813 da a conocer un actuador electromagnetico biestable que comprende dos bobinas electromagneticas que rodean el embolo, de las cuales la primera es la responsable de cerrar el circuito y de las cuales la otra es la responsable de abrir el circuito.
Sumario de la invencion
Segun la presente invencion, se proporciona un actuador magnetico permanente que comprende: una unidad de induccion de flujo que tiene un espacio hueco en la misma y formada mediante el laminado de una pluralidad de placas; un elemento movil dispuesto en el espacio hueco de la unidad de induccion de flujo para que oscile, imanes permanentes instalados en paredes internas del espacio hueco; y elementos de grna, que estan dispuestos en superficies de los imanes permanentes orientadas hacia el espacio hueco, los elementos de grna estan ubicados entre los imanes permanentes y el elemento movil y configurados para guiar el movimiento oscilante del elemento movil, en el que el elemento movil comprende: un par de placas moviles dispuestas en ambos lados de extremo del espacio hueco; y una bobina movil interpuesta entre las placas moviles, y en el que el elemento movil se mueve arriba o abajo segun un sentido de aplicacion de corriente a la bobina.
Por tanto, para superar los inconvenientes de la tecnica relacionada, realizaciones de la presente invencion pueden proporcionar un actuador magnetico permanente biestable que puede fabricarse facilmente y reducir el coste de fabricacion del mismo.
Ademas, realizaciones de la presente invencion pueden proporcionar un actuador magnetico permanente que puede minimizar las preocupaciones acerca del dano a un iman permanente, que puede provocar un elemento movil durante el funcionamiento.
Los elementos de grna se proporcionan entre los imanes permanentes y el elemento movil y pueden evitar una colision directa entre los mismos, suprimiendo de ese modo los danos a los imanes permanentes. De manera adicional, la unidad de induccion de flujo, que constituye la apariencia externa del actuador y corresponde a los cilindros superior, inferior y central de la tecnica relacionada, puede fabricarse mas facilmente, ya que se forma laminando una pluralidad de placas. Es decir, los productos intermedios, que se producen presionando placas, pueden laminarse para fabricar la unidad de induccion de flujo, lo que puede permitir una fabricacion mas facil que la mecanizacion para dar una forma complicada y mejorar la eficiencia de usar tales materiales.
En este caso, una superficie lateral de cada elemento de grna puede entrar en contacto con el iman permanente, y otra superficie lateral del mismo puede estar en paralelo a una pared interna del espacio hueco.
Ademas, dos de los imanes permanentes pueden disponerse respectivamente en ambas paredes internas del espacio hueco con un angulo de inclinacion entre los mismos.
Pueden disponerse elementos de soporte en ambos extremos de cada iman permanente. Los elementos de soporte pueden ubicarse entre los correspondientes imanes permanentes para asf funcionar como un tipo de barrera de flujo. Por consiguiente, puede suprimirse la saturacion de flujo de la unidad de induccion de flujo y los elementos de grna y el flujo puede concentrarse en el elemento movil, aumentando de ese modo la fuerza de impulsion y una fuerza de fijacion para fijar el elemento movil.
En algunos casos, los imanes permanentes pueden estar separados unos de otros, de manera que un espacio entre el iman permanente puede funcionar como barrera de flujo.
En realizaciones que tienen la configuracion anterior, la unidad de induccion de flujo, que forma una apariencia externa del actuador e induce flujo para hacer funcionar el elemento movil, se configurada laminando placas, fabricandose de ese modo mas facilmente con menores costes.
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Ademas, los elementos de gma se disponen entre el elemento movil y los iimanes permanentes, y as^ pueden evitar danos a los imanes permanentes, que pueden provocarse debido a una colision contra el elemento movil durante el funcionamiento del elemento movil, prolongando de ese modo la vida util del dispositivo.
El alcance de aplicabilidad adicional de la presente invencion resultara mas evidente a partir de la descripcion detallada facilitada a continuacion en el presente documento. Sin embargo, ha de entenderse que la descripcion detallada y los ejemplos espedficos, aunque indican realizaciones preferidas de la invencion, se aportan unicamente a modo de ilustracion, ya que diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la invencion resultaran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de la descripcion detallada.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una mayor comprension de la invencion y se incorporan a, y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran realizaciones a modo de ejemplo y junto con la descripcion sirven para explicar los principios de la invencion.
En los dibujos:
la figura 1 es una vista en seccion que muestra esquematicamente una estructura de un actuador magnetico permanente biestable general segun la tecnica relacionada;
las figuras 2 y 3 son vistas en seccion que muestran cada una un estado de funcionamiento del actuador magnetico permanente mostrado en la figura 1;
la figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una realizacion a modo de ejemplo de un actuador magnetico permanente;
la figura 5 es una vista en perspectiva desmontada que muestra una estructura ensamblada de la realizacion a modo de ejemplo mostrada en la figura 4; y
la figura 6 es una vista en seccion que muestra un estado de funcionamiento de la realizacion a modo de ejemplo mostrada en la figura 4.
Descripcion detallada de la invencion
A continuacion se proporcionara una descripcion en detalle de las realizaciones a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos. Por motivos de una breve descripcion con referencia a los dibujos, los mismos componentes o componentes equivalentes estaran dotados de los mismos numeros de referencia, y no se repetira la descripcion de los mismos.
A continuacion en el presente documento, se proporcionara una descripcion en detalle de realizaciones a modo de ejemplo de un actuador magnetico permanente segun esta memoria descriptiva, con referencia al dibujo adjunto.
La figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una realizacion a modo de ejemplo de un actuador magnetico permanente, la figura 5 es una vista en perspectiva desmontada que muestra la estructura ensamblada del actuador magnetico permanente, y la figura 6 es una vista en seccion que muestra una estructura interna del actuador magnetico permanente.
Tal como se muestra en la figura 4, el actuador magnetico permanente 100 segun la realizacion a modo de ejemplo incluye una unidad de induccion de flujo 110 que tiene una forma de paralelepfpedo rectangular global. La unidad de induccion de flujo 110, tal como se muestra, tiene una estructura en la que una pluralidad de placas, que tienen cada una un espacio hueco 112 en el centro de las mismas, se laminan para tener un grosor predeterminado. El espacio hueco 112 puede tener superficies superior e inferior formadas en paralelo a superficies superior e inferior de la unidad de induccion de flujo 110, y tambien tienen ambas paredes laterales cuyas partes centrales sobresalen hacia el exterior de la unidad de induccion de flujo 110, respectivamente.
Dos imanes permanentes 120 pueden disponerse respectivamente en ambas paredes laterales de los espacios huecos 112. Por tanto, la realizacion a modo de ejemplo 100 puede incluir en total cuatro imanes permanentes 120. Los dos imanes permanentes 120 dispuestos en una pared lateral pueden estar inclinados entre sf debido a la forma de la pared lateral.
Pueden instalarse elementos de soporte primeros y segundos 122a y 122b en ambos extremos de cada iman permanente 120. Especialmente, el primer elemento de soporte 122a puede estar ubicado en los lados mas externos de dos imanes permanentes 120, respectivamente, y el segundo elemento de soporte 122b puede estar ubicado entre los dos imanes permanentes 120. Los elementos de soporte primeros y segundos 122a y 122b pueden estar compuestos por una sustancia no conductora para asf servir como barreras de flujo entre los dos imanes permanentes 120.
Se disponen placas de gma 130 en las superficies de los imanes permanentes 120, orientadas hacia el espacio
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hueco 112. Cada una de las placas de gma 130 puede estar formada mediante el laminado de una pluralidad de placas rectangulares, pero puede que no siempre tengan tal estructura laminada. Las placas de gma 130 son relativamente sencillas en cuanto a estructura, asf que pueden formarse integralmente a traves de un trabajo mecanico convencional.
Las placas de gma 130 pueden fijarse en un estado en contacto con los imanes permanentes 120, y sus lados de hipotenusa pueden estar expuestos dentro del espacio hueco 112. En este caso, los primeros elementos de soporte 122a, las placas de gma 130 y el espacio hueco 112, tal como se muestra en la figura 4, pueden tener una relacion de posicion en la que una superficie definida como en la que los componentes entran en contacto entre sf, puede ser una superficie lisa para asf permitir que un elemento movil 140, que se explicara mas adelante, oscile suavemente dentro del espacio hueco 112.
El elemento movil 140 se monta dentro de un espacio definido por el espacio hueco 112, las placas de gma 130 y los primeros elementos de soporte 122a que van a oscilar arriba y abajo basandose en la figura 4. En detalle, el elemento movil 140 incluye una placa movil superior 142a y una placa movil inferior 142b ubicadas en partes superior e inferior del mismo, respectivamente, y una bobina 144 enrollada entre las placas moviles superior e inferior 142a y 142b. De manera adicional, puede instalarse un arbol de elemento movil 146 a traves de las placas moviles superior e inferior 142a y 142b. En este caso, aunque no se muestra, las placas moviles superior e inferior 142a y 142b pueden conectarse mediante un elemento de conexion y por tanto tener sustancialmente una forma como la de la letra “H”. La bobina 144 puede enrollarse alrededor del elemento de conexion.
Ademas, las placas moviles superior e inferior 142a y 142b y el elemento de conexion tambien pueden formarse en una estructura laminada de una pluralidad de placas. Para soportar el elemento movil 140, pueden interponerse placas de soporte 148 entre las unidades de induccion de flujo 110. Las placas de soporte 148 pueden proporcionarse como un par, orientadas una hacia la otra, y fijar el arbol de elemento movil 146 entre las mismas.
A continuacion en el presente documento, se proporcionara una descripcion de un funcionamiento de la realizacion a modo de ejemplo con referencia a la figura 6.
La figura 6 muestra un estado fijado del elemento movil 140 que esta en contacto con la parte inferior del espacio hueco 112. En este estado, el flujo generado por los imanes permanentes 120 forma un circuito magnetico definido por las placas de gma 130, espacios de aire entre las placas de gma 130 y el elemento movil 140, la placa movil inferior 142b y la unidad de induccion de flujo 110. Por consiguiente, la fuerza magnetica de los imanes permanentes 120 se aplica a la placa movil inferior 142b. Por consiguiente, el elemento movil 140 permanece en el estado mostrado en la figura 6 a menos que se aplique al mismo una fuerza externa mas intensa que una fuerza predeterminada.
En este estado, cuando se aplica una corriente directa a la bobina 144, se aplica una fuerza hacia arriba al elemento movil 140 segun la regla de la mano izquierda de Fleming. Cuando la fuerza se hace mas intensa que la fuerza magnetica de los imanes permanentes 120, el elemento movil 140 se mueve hacia arriba hasta entrar en contacto con una pared superior del espacio hueco 112. En este caso, incluso si se detiene el suministro de corriente, la fuerza magnetica de los imanes permanentes 120 se aplica a la placa movil superior 142a de manera que el elemento movil 140 puede permanecer en contacto con la pared superior.
Tras ello, cuando se aplica una corriente inversa a la bobina 144, se aplica una fuerza hacia abajo al elemento movil 140. Cuando la fuerza se hace mas intensa que la fuerza magnetica de los imanes permanentes 120, el elemento movil 140 entra en contacto con una pared inferior del espacio hueco 112 para volver al estado mostrado en la figura 6.
De este modo, el elemento movil 140 puede moverse arriba o abajo segun un sentido de aplicacion de corriente a la bobina 144, y este mecanismo puede usarse para hacer funcionar un disyuntor o un interruptor. Durante esos procesos, el elemento movil 140 puede meramente entrar en contacto con las placas de gma 130 y la unidad de induccion de flujo 110 o los primeros elementos de soporte 122a sin entrar en contacto con el iman permanente 120, lo que da como resultado una minimizacion de los danos a los imanes permanentes 120 debido a la colision contra el elemento movil 140.
De manera adicional, los elementos de soporte primeros y segundos 122a y 122b pueden servir como barreras de flujo para asf minimizar (evitar) la saturacion de flujo de las placas de gma 130 y concentrar el flujo en el elemento movil 140, aumentando de ese modo una fuerza de impulsion y una fuerza de fijacion, mediante las cuales el elemento movil 140 puede fijarse a la pared superior o una pared inferior del espacio hueco 112.
Las realizaciones y ventajas anteriores son meramente a modo de ejemplo y no deben interpretarse como limitativas de la presente divulgacion. Las presentes ensenanzas pueden aplicarse facilmente a otros tipos de aparatos. Esta descripcion pretende ser ilustrativa, y no limitar el alcance de las reivindicaciones. Muchas alternativas, modificaciones, y variaciones resultaran evidentes para los expertos en la tecnica. Las propiedades, estructuras, metodos y otras caractensticas de las realizaciones a modo de ejemplo descritas en el presente documento pueden combinarse de diversas maneras para obtener realizaciones a modo de ejemplo adicionales y/o alternativas.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Actuador magnetico permanente que comprende:
    una unidad de induccion de flujo (110) que tiene un espacio hueco (112) en la misma y formada mediante el laminado de una pluralidad de placas;
    5 un elemento movil (140) dispuesto en el espacio hueco de la unidad de induccion de flujo (110) para
    hacerse oscilar;
    imanes permanentes (120) instalados en paredes internas del espacio hueco; y
    elementos de grna (130), que estan dispuestos en superficies de los imanes permanentes orientadas hacia el espacio hueco, estando ubicados los elementos de grna entre los imanes permanentes (120) y el 10 elemento movil (140) y estando configurados para guiar el movimiento oscilante del elemento movil (140),
    en el que el elemento movil (140) comprende:
    un par de placas moviles (142a, 142b) dispuestas en ambos lados de extremo del espacio hueco; y una bobina movil (144) interpuesta entre las placas moviles, y
    en el que el elemento movil (140) se mueve arriba o abajo segun un sentido de aplicacion de corriente a la 15 bobina (144).
  2. 2. Actuador segun la reivindicacion 1, en el que una superficie lateral de cada elemento de grna (130) entra en contacto con el iman permanente (120), y otra superficie lateral del mismo esta en paralelo a una pared interna del espacio hueco.
  3. 3. Actuador segun la reivindicacion 2, en el que dos de los imanes permanentes (120) estan dispuestos
    20 respectivamente en ambas paredes internas del espacio hueco con un angulo de inclinacion entre los
    mismos.
  4. 4. Actuador segun la reivindicacion 3, en el que elementos de soporte (122a) estan dispuestos en ambos extremos de cada iman permanente (120).
  5. 5. Actuador segun la reivindicacion 3, en el que los imanes permanentes (120) estan ubicados con un
    25 intervalo separado entre los mismos.
ES11169064.0T 2010-06-10 2011-06-08 Actuador magnético permanente biestable Active ES2553380T3 (es)

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