PT736882E - Dispositivo de controlo para electroiman com nucleo sem atrito e aplicacao as valvulas com controlo continuo - Google Patents

Description

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Descrição ‘‘‘Dispositivo de controlo para electroíman com núcleo sem atrito e aplicação às válvulas com controlo contínuo*’ A presente invenção diz respeito às válvulas para dispositivos de controlo de tipo transdutor electromecânico, nos quais um electroíman transforma um sinal eléctnco de controlo num deslocamento ou numa força que se aplica num núcleo deslizante.

Conhece-se dispositivos de controlo para electroíman com núcleo deslizante, tais como os descritos nos documentos US-A-4 954 799, FR-A-1 053 825, US-A-4 463 332. Num tal dispositivo, o electroíman compreende uma armadura fixa, solidária da armação do aparelho na qual se encontra inserido o electroíman. A armadura, de material sensível ao campo magnético, compreende um canal axial no qual desliza axialmente um núcleo geralmente cilíndrico de material sensível ao campo magnético. O núcleo desliza num primeiro polo magnético com um entreferro radial, obturando o segundo polo o canal axial e definindo com o núcleo um entreferro axial variável. Um bombínado eléctnco, susceptível de ser ligado a uma fonte exterior de energia eléctrica, gera na armadura, e em particular no canal axial entre os dois polos da armadura, um campo magnético que tende a arrastar o núcleo em deslizamento axial no canal axial ao longo do eixo longitudinal.

No seu deslizamento, o núcleo é guiado por dois elementos com lâminas radiais flexíveis que comportam uma parte periférica montada fixa na armadura fixa e ligada pelas referidas lâminas radiais flexíveis a uma parte central solidária com o núcleo deslizante, para manter o núcleo desviado das paredes do canal axial ao mesmo tempo que autoriza o seu deslocamento axial segundo um curso apropriado -7¾ entre uma primeira e uma segunda posições axiais extremas. Nesses documentos anteriores, devido ao facto de o segundo polo obturar o canal axial, os dois elementos com lâminas radiais flexíveis encontram-se dispostos de um mesmo lado do canal axial, ou no interior do canal axial. Daí resulta uma construção relativamente complexa, assim como um curso relativamente reduzido do núcleo deslizante entre as posições axiais extremas, que não permite uma boa progressividade de controlo. O documento US 4 954 799 A descreve uma válvula com controlo contínuo para electroíman com núcleo deslizante de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, com em especial uma mola de chamada e com o objec-tivo de realizar um movimento linear proporcional do núcleo deslizante no electroíman em função da corrente de controlo. Para isso, o documento combina vários meios complexos: peças polares de formas particulares, uma mola de compressão com um parafuso de regulação que obtura o canal axial, lâminas flexíveis planas colocadas muito no interior da bobina, um casquilho de regulação do fluxo magnético.

Conhece-se igualmente do documento US 2 858 487 A um solenoide cujo núcleo se encontra em deslocamento vertical solicitado pela acção da gravidade e que compreende meios para assegurar a estanqueidade à poeira. O problema proposto pela presente invenção é conceber uma nova estrutura de válvula com electroíman e núcleo deslizante, que seja de construção mais simples e que assegure uma boa progressividade do dispositivo de controlo em função da corrente eléctrica que atravessa o bobinado eléctrico.

Para atingir esses objectivos assim como outros, uma válvula para controlo continuo por electroíman com núcleo deslizante de acordo com a invenção

J </ yy compreende as características da reivindicação 1.

De acordo com um modo de realização vantajoso, em segunda posição axial extrema, as lâminas flexíveis de um pelo menos dos elementos com lâminas flexíveis são sensivelmente planas. Esta disposição permite assegurar uma melhor rigidez radial, para garantir uma manutenção mais eficaz do núcleo na posição na qual o campo magnético é máximo, evitando que as forças magnéticas venham aplicar o núcleo radialmente contra um dos polos magnéticos.

Outros modos de realização particulares são definidos pelas reivindicações dependentes.

Outros objectos, características e vantagens da presente invenção ressaltarão da descrição seguinte de modos de realização particulares, feita em associação com as figuras anexas, entre as quais: - a figura 1 ilustra, numa vista de lado em corte longitudinal, uma estrutura de dispositivo de controlo com electroíman de acordo com um modo de realização da presente invenção, em primeira posição axial extrema; - a figura 2 ilustra, numa vista de lado em corte longitudinal, o dispositivo da figura I em segunda posição axial extrema; - a figura 3 ilustra, numa vista de lado, o dispositivo das figuras 1 e 2 associado a um elemento de obturação; - as figuras 4 a 6 ilustram três modos de realização dos elementos com lâminas radiais elasticamente flexíveis de acordo com a invenção; - a figura 7 ilustra, numa vista de lado em corte longitudinal, um dispositivo de controlo de acordo com um segundo modo de realização da presente invenção, numa primeira posição axial extrema; 4 - a figura 8 ilustra, numa vista de lado em corte longitudinal, o dispositivo da figura 7 numa segunda posição axial extrema; e - a figura 9 ilustra, numa vista de frente, um outro modo de realização do elemento com lâminas radiais elasticamente flexíveis de acordo com a invenção.

Nos modos de realização ilustrados nas figuras 1 a 3, 7 e 8, um dispositivo de controlo com electroiman e núcleo deslizante de acordo com a invenção compreende uma armadura fixa 1, munida de um bobinado eléctrico 7 e de um canal axial 3 que atravessa de um lado ao outro o bobinado eléctrico 7. A armadura fixa I é solidária da estrutura 2 do aparelho no qual ela se encontra disposta. Um núcleo 4 encontra-se montado com deslizamento no canal axial 3. A armadura 1, constimída por um material sensível ao campo magnético, é formada por um estribo periférico 9 cujas extremidades são dobradas radialmente para dentro para formar flanges de extremidades 10 e 11 que se ligam, cada um, respectivamente, a um primeiro elemento tubular coaxial 5 e a um segundo elemento tubular coaxial 6, que formam respectivamente um primeiro polo 5 e um segundo polo 6 da armadura 1. A armadura 1 pode ser constituída por uma ou mais peças acopladas, que compreendem por exemplo duas longarinas opostas formando um duplo estribo 9 encontrando-se ligadas por flanges de extremidades 10 e 11. Os polos 5 e 6 são conformados de modo que as suas faces interiores respectivas 12 e 13 fiquem em frente do núcleo 4 e separadas deste último por um entreferro geralmente radial de pequena espessura. O bobinado 7 é adaptado de modo que, quando uma corrente eléctrica o percorre, produz um campo magnético no canal axial 3 entre os polos 5 e 6. Sob a acção do campo magnético, o núcleo 4 tende a deslocar-se axialmente deslizando no 3 canal axial 3 no sentido que produz a redução dos entreferros. Para isso. o núcleo 4 é realizado de um material sensível ao campo magnético, e é guiado em deslizamento no canal axial 3 por meios de guiamento aptos para permitir o seu deslizamento sem introduzir atrito que se oponha a este deslizamento.

Os meios de guiamento de acordo com a invenção compreendem um primeiro elemento 14 com lâminas radiais flexíveis, e um segundo elemento 15 com lâminas radiais flexíveis, dispostos respectivamente de um lado e do outro das extremidades do canal axial 3, a uma distância suficiente da armadura 1 para permitir a livre flexão das lâminas radiais flexíveis quando do deslizamento axial do núcleo 4.

Cada elemento com lâminas radiais flexíveis tal como o elemento 14 comporta uma parte periférica 16 montada fixa em relação à armadura fixa 1, ou seja solidária quer com a armadura fixa 1 ou directamente com a estrutura 2 do aparelho. O elemento 14 com lâminas radiais flexíveis comporta uma parte central 17 solidária do núcleo 4 deslizante. A parte periférica 16 encontra-se ligada à parte central .17 por lâminas radiais flexíveis 18.

As lâminas radiais flexíveis 18 encontram-se dispostas de modo a apresentar uma grande flexibilidade no sentido do deslizamento axial do núcleo tal como representado pela seta 19, e para apresentar simultaneamente uma grande rigidez no sentido dos deslocamentos radiais do núcleo 4, de modo a manter o núcleo 4 afastado das paredes do canal axial 3, e em especial dos polos 5 e 6, ao mesmo tempo que autoriza o seu deslocamento axial ao longo do eixo I-I segundo uma curva apropriada. A flexibilidade das lâminas 18 é escolhida de modo que o curso apropriado possa ser conveniente para um deslocamento possível do núcleo 4 entre 6 duas posições axiais extremas de controlo ilustradas respectivamente nas figuras 1 ou 7 e 2 ou 8.

Assim, nos modos de realização representados, o núcleo 4 é sustido pelos dois elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis afastadas axialmente no núcleo 4, com a exclusão de qualquer guiamento deslizante no canal axial 3.

Outras realizações são, no entanto, possíveis, prevendo-se que o núcleo é guiado além disso por um ou mais mancais deslizantes.

Pode-se imaginar numerosas formas possíveis para os elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis.

Para assegurar uma repartição igual da resistência à flexão radial, assegurando assim uma boa manutenção do núcleo em alinhamento com o eixo longitudinal I-I da armadura 1, prevê-se pelo menos três lâminas flexíveis regularmente repartidas na periferia da parte central 17 do elemento 14. As lâminas flexíveis 18 são lâminas planas, alargadas no plano transversal, e com uma espessura reduzida na direcção axial do núcleo 4.

Podem dar-se diversas formas às lâminas flexíveis 18, permitindo em especial alongar o seu comprimento para aumentar as possibilidades de flexão autorizando o deslizamento axial do núcleo 4.

Por exemplo, nos modos de realização das figuras 4 e 9, as lâminas flexíveis compreendem três lâminas, respectivamente 180, 181 e 182, tendo uma forma geral em espiral em tomo do eixo longitudinal do núcleo.

No modo de realização da figura 5, as lâminas flexíveis comportam três lâminas 180, 181 e 182 que comportam, cada uma, pelo menos uma porção 184 sensivelmente em arco de círculo centrado no eixo longitudinal do núcleo, e uma ou 7 / mais porções geralmente radiais de ligação: no exemplo representado, a lâmina 180 compreende duas porções em arco de círculo 184 e 185, que se ligam respectivamente à coroa periférica 16 por uma porção geralmente radial 186 de ligação, e à coroa central 17 por uma porção geralmente radial 187 de ligação, e que se ligam uma à outra por uma terceira porção geralmente radial 188 de ligação.

No modo de realização ilustrado na figura 6, cada uma das três lâminas flexíveis tais como a lâmina 180 comporta igualmente duas porções em arco de círculo respectivamente 184 e 185, que se ligam uma à outra pela porção geralmente radial 188, e que se ligam respectivamente à coroa periférica 16 pela porção geralmente radial 186 e à coroa central 17 pela porção geralmente radial 187.

De preferência, as lâminas flexíveis 18 respectivas dos elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis enrolam-se no mesmo sentido em tomo do eixo longitudinal I-I do dispositivo. Assim, quando do movimento axial do núcleo 4, as lâminas flexíveis dos elementos 14 e 15 imprimem ao núcleo 4, simultaneamente com a sua translação axial, uma ligeira rotação em tomo do eixo longitudinal I-I, favorecendo uma deformação harmoniosa das lâminas flexíveis 18.

Compreende-se que os elementos com lâminas flexíveis tais como o elemento 14 podem ser constituídos a partir de um disco plano de aço ou de outro material, no qual são recortadas janelas para formar as lâminas flexíveis tais como representadas.

Graças à sua posição no exterior do canal axial 3, os elementos 14 e 15 com lâminas radiais flexíveis 18 podem, vantajosamente, ter um diâmetro nitidamente superior ao do canal axial 3. Por exemplo, tal como se ilustra nas figuras, a coroa periférica 16 dos elementos 14 e 15 pode ser fixada directamente na estrutura 2, 8 tendo assim um diâmetro pelo menos igual ao diâmetro exterior da armadura 1. Favorece-se assim as possibilidades de flexão das lâminas flexíveis, para aumentar o curso axial admissível do núcleo 4.

As figuras 1 e 7 ilustram um dispositivo de acordo com a invenção numa primeira posição axial extrema De preferência, nesta primeira posição, na ausência de campo magnético produzido pela armadura fixa 1, as lâminas flexíveis 18 apresentam uma deformação permanente em flexão segundo a direcçào I-I de deslocamento axial do núcleo 4 num pnmeiro sentido 20. Nessa posição, o núcleo 4 encontra-se relativamente afastado do segundo polo 6 da armadura 1.

Segundo uma primeira possibilidade, ilustrada pela figura l, a deformação permanente em flexão das lâminas flexíveis 18 em primeira posição acial extrema pode resultar de uma pré-formação das lâminas flexíveis 18.

De acordo com uma segunda possibilidade, ilustrada pelas figuras 3, 7 e 8, a deformação permanente em flexão das lâminas flexíveis 18 na primeira posição axial extrema pode resultar da impulsão de uma mola axial 31 que solicita o núcleo 4 para a sua primeira posição axial extrema.

Sob a acção de um campo magnético cnado pela passagem de uma corrente eléctnca no bobinado 7, o núcleo 4 desloca-se axialmente no sentido 19 oposto ao referido primeiro sentido 20 até numa segunda posição axial extrema tal como ilustrada nas figuras 2 e 8, posição na qual o núcleo 4 se aproxima do segundo polo 6 da armadura 1. Quando deste deslocamento, os elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis deformam-se como ilustrado na figura 2, por flexão das lâminas flexíveis 18 de cada elemento. De salientar que, entre as duas posições extremas ilustradas nas figuras 1 ou 7 e 2 ou 8, o núcleo 4 pode deslocar-se ao mesmo tempo que se 9 9

mantém permanentemente afastado dos polos 5 e 6 da armadura 1, de modo que nenhum atrito vem perturbar o deslocamento axial do núcleo 4.

De preferência, conforme ilustrado na figura 8, na segunda posição axial extrema, as lâminas flexíveis 18 de um pelo menos dos elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis, são sensivelmente planas, ou seja num plano geralmente perpendicularmente ao eixo I-l do dispositivo. Na figura 2, os dois elementos 14 e 15 são sensivelmente planos. Melhora-se assim a rigidez radial das lâminas nesta segunda posição axial extrema em que o núcleo sofre o constrangimento mecânico máximo sob a acção do campo magnético máximo gerado pela bobina 7.

No modo de realização ilustrado nas figuras 1 a 3, a primeira extremidade do núcleo 4 é cilíndrica e desliza no primeiro polo 5 cuja a superfície interior respectiva 12 é cilíndrica. Assim, o primeiro polo 5 define com o núcleo 4 um primeiro entreferro radial constante, independente da posição axial do núcleo 4 no canal axial 3.

Neste mesmo modo de realização, a segunda extremidade do núcleo 4 é conformada em cone 22, para vir cooperar com uma parte correspondente cónica 23 do segundo polo 6 no qual ela se vem ligar. O segundo polo 6 define assim, com o núcleo 4, um segundo entreferro radial que decresce em função do deslocamento axial do núcleo 4 da primeira para a segunda posição axial extrema. O deslocamento axial do núcleo 4 modifica progressivamente o entreferro 21 entre o cone 22 do núcleo 4 e a parte cónica 23 do polo 6. Pode-se assim realizar uma progressividade de deslocamento do núcleo na presença do campo magnético gerado pelo bobinado 7.

No modo de realização das figuras 7 e ·8, o primeiro polo 5 apresenta 10 igualmente uma superfície interior cilíndrica que define um primeiro entreferro constante, como nos modos de realização anteriores. Pelo contrário, o segundo polo 6 apresenta uma superfície interior cilíndrica e coopera com uma porção de núcleo 4 de diâmetro variável, que define um segundo entreferro radial variável.

Uma outra alternativa pode consistir na presença de dois polos 5 e 6 com superfícies interiores cilíndricas em frente de partes cilíndricas de núcleo 4, que definem dois entreferros radiais constantes independentes da posição axial do núcleo 4. O dispositivo de controlo de acordo com a invenção pode encontrar-se associado a meios de obturação, para constituir uma válvula de controlo eléctnco em contínuo. Para isso, o núcleo 4 suporta ou constitui por si mesmo um elemento de obturação que permite modificar a secção aberta de um canal de condução de fluido em função da posição axial do núcleo 4 na armadura 1.

Assim, a figura 3 representa um modo de realização de uma tal válvula com controlo eléctrico contínuo, que compreende um dispositivo de controlo para electroíman idêntico ao das figuras 1 e 3, no qual os mesmos elementos foram indicados pelas mesmas referências numéricas. O mesmo se passa com as figuras 7 e 8, que representam um outro modo de realização de uma tal válvula com controlo eléctrico em continuo. O núcleo 4 suporta um elemento de obturação 24 coaxial de revolução que vem alojar-se na abertura 25 de uma sede 26 axial de uma conduta de condução de fluido. O elemento de obturação 24 apresenta, vantajosamente uma forma de revolução que se estreita progressivamente para a sua extremidade 27, de modo que o elemento de obturação 24 produz uma variação contínua da secção aberta da condução de condução de fluido em função da posição axial do núcleo 4 e do elemento de obturação 24 na sede 26.

Uma junta de elastómero 28 pode encontrar-se interposta entre uma faceta 29 frontal da sede 26 e uma faceta 30 frontal do elemento de obturação 24, para assegurar uma obturação estanque quando o dispositivo se encontra na primeira posição extrema ilustrada nas figuras 1, 3 e 7. O núcleo 4 é solicitado em translação axial por meios elásticos tais como uma mola de compressão 31, que o faz recuar para a sua primeira posição axial extrema representada nas figuras 1, 3 e 7, contra a solicitação exercida pelo campo magnético gerado pelo bobinado 7. A mola 31 deve ter uma força de chamada superior à força axial eventualmente exercida pelos elementos 14 e 15 com lâminas flexíveis, e inferior à solicitação axial produzida no núcleo pelo campo magnético gerado pelo bobinado 7.

Na realização ilustrada nas figuras 7 e 8, o núcleo 4 de material magnético ocupa apenas uma parte do comprimento do canal axial 3. A sua primeira extremidade, fixada ao primeiro elemento 14 com lâminas flexíveis, comporta um prolongamento axial 40 encaixado à força num furo axial correspondente da peça que forma o elemento de obturação 24. A segunda extremidade do núcleo axial 4 apresenta um diâmetro que se reduz ligeiramente e comporta um furo axial roscado 41 no qual se aparafusa um tirante 42 de ligação com um segundo elemento 15 com lâminas flexíveis. Um cano 43 encontra-se engatado no o tirante 42 entre a segunda extremidade do núcleo axial 4 e uma primeira face da parte central do segundo elemento 15 com lâminas flexíveis. Uma porca 44 enrosca-se na extremidade do tirante 42 e vai apoiar-se na outra face da parte central do segundo elemento 15 com 12 lâminas elásticas. A mola 31 é uma mola de compressão ligada entre a porca 44 e um flange de extremidade 45 da estrutura 2. A invenção encontra em particular aplicações no controlo de caudal dos gases. A presente invenção não fica limitada aos modos de realização que foram explicitamente descritos, mas inclui ainda as diversas variantes e generalizações contidas no domínio das reivindicações a seguir.

Lisboa, 15 de Novembro de 2000

Claims (8)

1. Reivindicações I. Válvula com controlo contínuo para electroíman com núcleo deslizante (4), na qual: - uma armadura fixa (1), munida com um bobinado eléctrico (7) e com um canal axial (3), gera no referido canal axial (3), entre um primeiro polo (5) e um segundo polo (6), um campo magnético quando da passagem de uma corrente eléctrica no seu bobinado (7), - um núcleo (4) móvel sensível ao campo magnético é arrastado em deslizamento axial no referido canal axial (3) pelo referido campo magnético e é guiado por pelo menos dois elementos (14, 15) com lâminas radiais flexíveis (18) que comportam uma parte periférica (16) montada fixa em relação à armadura fixa (1) e ligada pelas referidas lâminas radiais (18) flexíveis a uma parte central (17) solidária do núcleo (4) deslizante, para manter o núcleo (4) afastado das paredes do canal axial (3) ao mesmo tempo que autoriza o seu deslocamento axial segundo um curso apropriado entre uma primeira e uma segunda posições axiais extremas, - o núcleo (4) é solicitado em translação axial por uma mola (31), caracterizada pelo facto de: - as lâminas flexíveis (18) apresentarem, em primeira posição axial extrema na ausência de campo magnético produzido pela armadura fixa (1), uma deformação em flexão segundo a direcção de deslocamento axial (I-I) do núcleo (4) num primeiro sentido (20), provocando o campo magnético o deslocamento do núcleo (4) no sentido oposto (19) ao referido primeiro sentido (20), - o canal axial (3) atravessar o bobinado eléctrico (7) de um lado ao outro, - os elementos (14, 15) com lâminas radiais flexíveis (18) se encontrarem dispostos de um lado e do outro das extremidades do canal axial (3), - a mola (31) fazer recuar o núcleo (4) para primeira posição axial extrema contra a solicitação exercida pelo campo magnético gerado pelo bobinado (7), - a mola (31) ter uma força de chamada superior à força axial exercida pelos elementos (14, 15) com lâminas flexíveis e inferior à solicitação axial produzida no núcleo pelo campo magnético gerado quando da passagem da corrente eléctrica.
2. 2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de, na segunda posição axial extrema, as lâminas flexíveis (18) de um pelo menos dos elementos (14, 15) com lâminas flexíveis serem sensivelmente planas, para apresentar uma melhor rigidez radial.
3. 3. Válvula de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo facto de as lâminas radiais flexíveis (18) se encontraram dispostas por forma a apresentar uma grande flexibilidade no sentido do deslizamento axial do núcleo (4), e para apresentar simultaneamente uma grande rigidez no sentido dos deslocamentos radiais do núcleo (4).
4. 4. Válvula de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo facto de: - o primeiro polo (5) definir com o núcleo (4) um primeiro entreferro radial constante independente da posição axial do núcleo (4) no referido canal axial (3), - o segundo polo (6) definir com o núcleo (4) um segundo entreferro radial constante independente da posição axial do núcleo (4) no referido canal axial (3).
5. 5. Válvula de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo facto de: - o primeiro polo (5) definir com o núcleo (4) um primeiro entreferro radial constante independente da posição axial do núcleo (4) no referido canal axial (3), - o segundo polo (6) definir com o núcleo (4) um segundo entreferro radial que diminui em função do deslocamento axial do núcleo (4) da primeira posição axial extrema para a segunda posição axial extrema.
6. 6. Válvula de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo facto de o núcleo (4) suportar um elemento de obturação (24) alojado numa abertura (25) de uma sede (26) de uma conduta de condução do fluido para modificar a secção aberta da referida conduta de condução de fluido em função da posição axial do elemento de obturação (24) na referida sede (26).
7. 7. Válvula de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo facto de as lâminas flexíveis (18) respectivas dos elementos (14, 15) com lâminas flexíveis se enrolarem num mesmo sentido em tomo do eixo longitudinal (I-I) do dispositivo.
8. 8. Válvula de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo facto de a parte periférica (16) dos elementos (14, 15) com lâminas radiais flexíveis (18) se encontrar solidária dírectamente com a estrutura (2). Lisboa, 15 de Novembro de 2000 fjCP OAg&úà Cl,

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