ES2353476T3 - Controlador de amortiguador electromagnético. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de control de amortiguador electromagnético (6) para un amortiguador electromagnético, comprendiendo el amortiguador un primer elemento que contiene un imán, y un segundo elemento que contiene un solenoide, en el que un giro relativo del primer elemento y el segundo elemento genera una fuerza electromagnética en el solenoide que actúa como fuerza de amortiguación al giro relativo, caracterizado por un elemento limitador de corriente que funciona en base a la tensión eléctrica generada en el solenoide debido al giro relativo del primer elemento y el segundo elemento, el elemento limitador de corriente limitando la corriente que pasa por el solenoide a una corriente predeterminada dependiendo de una tensión generada en el solenoide.
Description
Controlador de amortiguador
electromagnético.
Esta invención se refiere a un dispositivo de
control de amortiguador electromagnético, de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación independiente 1, tal como es
conocido, por ejemplo, de WO 02/087909, utilizado en vehículos y
edificios y en particular se refiere a un dispositivo de control de
amortiguador electromagnético para regular la fuerza de
amortiguación de suspensiones electromagnéticas sin aplicar energía
eléctrica externa.
Un amortiguador electromagnético convencional
incluye un cilindro y un cuerpo exterior configurados para
extenderse y contraerse entre sí. El desplazamiento del cilindro
hace que una tuerca fija en el cilindro haga girar un eje de rótula
dotado de hilos de rosca de manera que el giro de un motor conectado
al eje de rótula genera una fuerza electromotriz inducida. Regulando
la corriente eléctrica que pasa por el motor se obtiene una fuerza
de amortiguación adecuada.
Un amortiguador y un accionador según el
documento WO 02/087909 citado anteriormente son accionados
eléctricamente, de manera que el comportamiento operativo de un
sistema de suspensión está adaptado de manera óptima a diferentes
tipos de vehículos.
Un dispositivo de control de amortiguador
electromagnético para regular la corriente eléctrica citada
anteriormente tal como se propone en JP 2001-311452
A, aumenta la tensión de inducción en el amortiguador
electromagnético variando la velocidad de trabajo para conmutar un
transistor que conmuta la salida de corriente eléctrica del motor,
de manera que puede obtenerse la fuerza de amortiguación deseada en
el amortiguador electromagnético.
Sin embargo, para accionar un circuito de
regulación para este tipo de control se requiere un suministro de
energía eléctrica externo al circuito de regulación en el
dispositivo de control de amortiguador electromagnético convencional
descrito anteriormente. En otras palabras, el amortiguador
electromagnético convencional presenta el problema de que el efecto
de amortiguación no podría obtenerse en un estado en el que el
suministro de energía esté desconectado. Además, como que la
velocidad de trabajo del transistor de conmutación viene establecida
por un programa de control basado en la tensión generada en el
motor, no resulta fácil modificar las características de la fuerza
de amortiguación del amortiguador electromagnético.
Un objetivo de la invención es, por lo tanto,
presentar un dispositivo de control de amortiguador electromagnético
capaz de modificar arbitrariamente las características de la fuerza
de amortiguación del amortiguador electromagnético sin requerir un
suministro de energía eléctrica externo.
Para conseguir el objeto anterior, esta
invención, que está definida por las características de la
reivindicación 1, presenta un dispositivo de control de amortiguador
electromagnético para dicho amortiguador electromagnético que
comprende un primer elemento que contiene un imán, y un segundo
elemento que contiene un solenoide, en el que un giro relativo del
primer elemento y el segundo elemento genera una fuerza
electromagnética en el solenoide que actúa como fuerza de
amortiguación al giro relativo. El dispositivo comprende un elemento
limitador de corriente que funciona en base a la tensión eléctrica
generado en el solenoide debido al giro relativo del primer elemento
y el segundo elemento. El elemento limitador de corriente limita la
corriente que pasa por el solenoide a una corriente predeterminada
determinada en función de la tensión generada en el solenoide.
Además, el dispositivo de control de
amortiguador electromagnético comprende una pluralidad de circuitos
limitadores de corriente cada uno de los cuales comprende el
elemento limitador de corriente, y los circuitos limitadores están
conectados en paralelo y configurados para funcionar a diferentes
tensiones para limitar la corriente que pasa por el solenoide a la
corriente predeterminada.
Todavía además, el dispositivo de control de
amortiguador electromagnético comprende además un circuito limitador
de corriente que comprende un elemento de tensión fija que genera
una tensión fija y el elemento limitador de corriente que limita la
corriente eléctrica que pasa por el solenoide a la corriente
predeterminada, en el que la tensión fija generada por el elemento
de tensión fija se aplica al elemento limitador de corriente para
así limitar la corriente que pasa por el solenoide a la corriente
predeterminada, cuando la tensión eléctrica generada en el solenoide
ha alcanzado a una tensión predeterminada.
Todavía adicionalmente, el elemento de tensión
fija comprende un regulador de derivación y el elemento limitador de
corriente comprende un transistor de efecto de campo, en el que el
regulador de derivación está configurado para generar la tensión
fija cuando la tensión eléctrica generada en el solenoide ha
alcanzado la tensión predeterminada, y el transistor de efecto de
campo está configurado para controlar la corriente eléctrica que
pasa entre una fuente y un drenaje a una corriente fija cuando la
tensión fija se aplica a una compuerta del transistor de efecto de
campo.
Todavía además, el circuito limitador de
corriente comprende además un circuito de ajuste que regula la
tensión fija generada por el elemento de tensión fija.
Todavía además, el regulador de derivación
comprende por lo menos un primer terminal conectado a un lado de
alto potencial y un segundo terminal conectado a un lado de bajo
potencial y un terminal de tensión de referencia al cual se aplica
una tensión de referencia para el funcionamiento del regulador de
derivación, y el circuito limitador de corriente comprende además un
elemento de resistencia variable que queda interpuesto entre el
terminal de tensión de referencia y el primer terminal o entre el
terminal de tensión de referencia y el segundo terminal y un
circuito de ajuste que establece la tensión fija generada por el
elemento de tensión fija.
Todavía además, el amortiguador electromagnético
comprende un motor que incluye un estator como primer elemento y un
rotor como segundo elemento, un cilindro que realiza un movimiento
lineal, y un elemento convertidor de movimiento que comprende un
elemento giratorio roscado en el cilindro para convertir el
movimiento lineal en un movimiento giratorio. El elemento giratorio
va fijado al rotor o al estator, y está configurado para generar una
fuerza de amortiguación utilizando una fuerza electromagnética que
actúa entre el rotor y el estator. De acuerdo con la octava
invención, el amortiguador electromagnético comprende un estator
como primer elemento y un rotor como segundo elemento, un brazo
conectado al rotor o al estator, un elemento fijo conectado al rotor
o al estator, y un amortiguador auxiliar interpuesto entre el brazo
y el elemento fijo, y el amortiguador electromagnético está
configurado para provocar que el rotor o el estator gire según un
movimiento oscilante del brazo y genere una fuerza de amortiguación
utilizando una fuerza electromagnética que actúa sobre el motor.
Esta invención es, por lo tanto, capaz de
regular la fuerza de amortiguación del amortiguador electromagnético
por medio de un simple circuito sin el suministro de energía
eléctrica externa al dispositivo de control de amortiguador
electromagnético.
Por otra parte, la fuerza de amortiguación del
amortiguador electromagnético puede regularse en etapas múltiples
mediante un simple circuito.
También, el movimiento oscilante del brazo hace
girar el rotor o bien el estator y se genera una fuerza de
amortiguación utilizando la fuerza electromagnética que actúa en el
motor de manera que puede aplicarse una fuerza de amortiguación
adecuada al amortiguador electromagnético independientemente de la
estructura del amortiguador electromagnético.
La figura 1 es una vista en sección transversal
de un amortiguador electromagnético para el cual se dispone un
dispositivo de control de amortiguador electromagnético de acuerdo
con esta invención;
La figura 2 es un diagrama de circuito del
dispositivo de control de amortiguador electromagnético de acuerdo
con una primera realización de esta invención;
La figura 3 es un diagrama de circuito de un
circuito limitador de corriente de acuerdo con la primera
realización de esta invención;
La figura 4 es un diagrama que muestra la
relación entre una tensión de salida Vm y el número de revoluciones
de un motor de acuerdo con la primera realización de esta
invención;
La figura 5 es un diagrama que muestra la
relación entre una tensión dividida V1 y una tensión de salida Vm
del motor de acuerdo con la primera realización de esta
invención;
La figura 6 es un diagrama que muestra la
relación entre una tensión de compuerta V2 y la tensión de la
tensión-dividida V1 de acuerdo con la primera
realización de esta invención;
La figura 7 es un diagrama que muestra las
características de un FET de acuerdo con la primera realización de
esta invención;
La figura 8 es un diagrama que muestra las
características del dispositivo de control de amortiguador
electromagnético de acuerdo con la primera realización de esta
invención;
La figura 9 es un diagrama de circuito de un
módulo de circuito limitador de corriente de acuerdo con una segunda
realización de esta invención; y
La figura 10 es un esquema de otro amortiguador
electromagnético al cual se aplica el dispositivo de control de
amortiguador electromagnético de acuerdo con esta invención.
Haciendo referencia a los dibujos, se
describirán ahora realizaciones preferidas de esta invención.
La figura 1 es una vista en sección transversal
que muestra la estructura de un amortiguador electromagnético al
cual se aplica un dispositivo de control de amortiguador
electromagnético de acuerdo con esta invención.
El amortiguador comprende un cilindro 1 y un
tubo cilíndrico exterior 2 que queda alojado en el cilindro 1 para
poder deslizar axialmente a lo largo de la circunferencia interior
del tubo exterior 2. Una tuerca 3 que tiene hilos de rosca (ranuras)
en su circunferencia interior queda fija en el cilindro 1 para, de
este modo, no girar respecto al cilindro 1.
Un eje (tornillo de bolas) 4 que tiene hilos de
rosca (resaltes) en su circunferencia exterior queda encajado dentro
del tubo exterior 2 de modo que puede girar libremente. Los hilos de
rosca (ranuras y resaltes) de esta tuerca 3 y del tornillo de bolas
4 se acoplan entre sí, y cuando el cilindro 1 desliza dentro del
tubo cilíndrico exterior 2, la tuerca 3 hace girar el tornillo de
bolas 4. El tornillo de bolas 4 queda alineado con el eje de giro de
un motor de corriente continua 5. El motor 5 contiene solenoides e
imanes. Los solenoides van unidos al eje giratorio y al moverse
cerca de los imanes se genera una fuerza electromotriz inducida
según el número de revoluciones del motor.
En el amortiguador electromagnético configurado
de este modo, el cilindro 1 puede deslizar axialmente en el interior
del tubo exterior 2. Cuando el cilindro 1 se desplaza en el tubo
exterior 2, la tuerca 3 acoplada al tornillo de bolas 4 provoca que
el tornillo de bolas 4 gire. El motor 5 gira entonces debido al giro
del tornillo de bolas 4 y se genera una fuerza electromotriz
inducida en el motor 5.
A continuación se describirá la aplicación de
este amortiguador electromagnético a un vehículo.
El amortiguador electromagnético se instala en
un vehículo de manera que el tubo exterior 2 queda unido al chasis
del vehículo, mientras que el cilindro 1 queda unido al lado de la
suspensión. El movimiento hacia arriba y hacia abajo del chasis se
convierte en un movimiento de estiramiento/contracción del cilindro
1 y el tubo exterior 2, y finalmente se convierte en giros del
tornillo de bolas 4. El eje giratorio del motor 5 gira por lo tanto
según el movimiento hacia arriba y hacia abajo del chasis, y se
genera una fuerza electromotriz inducida en el motor 5 que
corresponde al número de revoluciones del eje giratorio (tornillo de
bolas 4) del motor 5. Consecuentemente, la corriente eléctrica fluye
por lo tanto en el motor 5.
Aplicando una limitación a la corriente
eléctrica que circula en el motor 5 que se genera por la fuerza
electromotriz inducida, es posible generar un par de giro en sentido
opuesto a la del eje giratorio (tornillo de bolas 4) del motor
5.
Este par en sentido opuesto corresponde a una
fuerza (carga) de amortiguación que genera el amortiguador
electromagnético, y la fuerza de amortiguación del amortiguador
electromagnético puede regularse variando la cantidad de corriente
que circula en el motor 5.
En particular, si se deja pasar mucha corriente
en el motor 5, entonces el par generado en el motor 5 en sentido
opuesto al del eje giratorio es grande.
Si sólo se deja pasar poca corriente en el motor
5, entonces el par generado en el motor 5 en sentido opuesto al eje
giratorio es pequeño.
El amortiguador electromagnético ejerce así una
fuerza sobre el cilindro 1 de manera opuesta respecto a la fuerza
ejercida en el cilindro 1 cuando el motor 5 actúa como
accionador.
En comparación con los amortiguadores de aceite,
este tipo de amortiguador electromagnético tiene la ventaja de que a
través del movimiento del cilindro puede recuperarse energía.
Además, el desplazamiento del cilindro 1 puede detectarse
directamente sin instalar un sensor especial en el amortiguador. En
particular, la dirección y la cantidad de estiramiento/contracción
puede detectarse a partir del número de revoluciones y el sentido de
giro del motor 5.
Todavía además, puede obtenerse un amortiguador
sin aceite dado que no existen fugas de aceite al no utilizar aceite
el amortiguador. También en comparación con los amortiguadores de
aceite convencionales, este amortiguador electromagnético presenta
buenas características de control y puede aplicarse fácilmente a
suspensiones semi-activas, etc. La fuerza de
amortiguación del amortiguador puede variarse fácilmente dando lugar
a posibles aplicaciones como útil para poner a punto el
amortiguador.
La figura 2 es un diagrama de circuito del
dispositivo de control de amortiguador electromagnético según una
primera realización de esta invención.
La salida de tensión del motor 5 va al
dispositivo de control de amortiguador electromagnético 6. El
dispositivo de control de amortiguador electromagnético 6 controla
entonces el paso de corriente en el motor 5 para regular la fuerza
de amortiguación del amortiguador electromagnético.
El circuito de control de amortiguador
electromagnético 6 comprende un circuito rectificador de media onda
7 para corregir la dirección de la salida de corriente eléctrica del
motor 5, circuitos de protección de conexión inversa 8, 9 para
proteger los circuitos limitadores de corriente 10, 11 de una
tensión inversa, y circuitos limitadores de corriente 10, 11 para
controlar el tamaño de la salida de corriente desde el motor 5.
Cuando el motor 5 gira en sentido horario (CW)
se genera una fuerza electromotriz inducida en el motor 5 con el
terminal A como positivo y el terminal B como negativo, y la salida
de corriente eléctrica ICW del motor 5 fluye en la dirección
indicada por la flecha en la figura. Esta corriente eléctrica ICW
fluye a través del circuito rectificador 7 a un circuito limitador
de corriente 10 del lado CW (I7).
Una parte de la salida de la corriente eléctrica
ICW del motor 5 pasa por el circuito de protección de conexión
inversa 9 al circuito limitador de corriente 10 del lado CW (I9) sin
pasar a través del circuito rectificador 7. La salida de corriente
eléctrica desde el motor 5 durante el giro en sentido horario (CW)
o, en otras palabras, la corriente eléctrica ICW que pasa en el lado
CW del circuito limitador de corriente 10 se vuelve, por lo
tanto:
ICW = I7 +
I9
La cantidad de corriente eléctrica ICW se regula
por medio del circuito limitador de corriente del lado CW 10. Un
circuito de protección de conexión inversa 9 evita en este momento
que la corriente pase a un circuito limitador de corriente 11 de
lado en sentido antihorario (CCW) de manera que el circuito
limitador de corriente 11 del lado CCW no actúa.
En cambio, cuando el motor 5 gira en sentido
antihorario (CCW) se genera una fuerza electromotriz inducida en el
motor 5 con el terminal B como positivo y el terminal A como
negativo, y la salida de corriente eléctrica desde el motor 5 fluye
en la dirección indicada por la flecha de la figura. Esta corriente
eléctrica Iccw fluye a través del circuito rectificador 7 al
circuito limitador de corriente 11 del lado CCW (I7). Una parte de
la corriente eléctrica Iccw que sale del motor 5 pasa por el
circuito de protección de conexión inversa 8 al circuito limitador
de corriente 11 del lado CCW (I8) sin pasar a través del circuito
rectificador 7. Por lo tanto, la corriente eléctrica que sale del
motor 5 durante el giro de avance (CCW) o, en otras palabras, la
corriente eléctrica Iccw que pasa al circuito limitador de corriente
11 del lado CCW se vuelve, por lo tanto:
ICW = I7 +
I8
El circuito limitador de corriente 11 CCW regula
la cantidad de corriente eléctrica Iccw. El circuito de protección
de conexión inversa 8 en este momento impide que la corriente
eléctrica pase al circuito limitador de corriente 10 del lado CW de
modo que el circuito limitador de corriente 10 del lado CW no
actúa.
La figura 3 es un diagrama de circuito de los
circuitos limitadores de corriente 10, 11 de acuerdo con la primera
realización de esta invención.
Los circuitos limitadores de corriente 10, 11
comprenden cada uno tres módulos de circuitos limitadores de
corriente 21, 22, 23 (encerrados por una línea de trazos en la
figura) conectados en paralelo. El funcionamiento de cada uno de
estos módulos de circuitos limitadores de corriente es el mismo, y
por lo tanto se describe el funcionamiento del primer módulo de
circuito limitador de corriente 21 y se omite la descripción del
funcionamiento de los otros módulos de circuito limitador de
corriente 22 y 23.
La fuerza electromotriz inducida por el giro del
motor 5 en sentido horario (CWC) o antihorario (CCW) se aplica como
tensión Vm a los circuitos limitadores de corriente 10 y 11. A
través del terminal positivo y negativo del módulo de circuito
limitador de corriente 21 se conecta una resistencia VR1 para
dividir la tensión Vm.
De acuerdo con la primera realización de esta
invención, la resistencia VR1 es una resistencia variable, y la
resistencia VR1 puede variar la relación de la división de tensión
para hacer que la tensión dividida V1 sea variable. Un regulador de
derivación RG1 se conecta a través del punto de contacto variable de
la resistencia VR1 y el terminal del lado negativo. La tensión a
través del ánodo y el cátodo del regulador de derivación se regula
para no aumentar por encima de una tensión de referencia
especificada (tensión del regulador) Vg1. Puede utilizarse
preferiblemente un TL431 de Texas Instruments Incorporated como
regulador de derivación.
Una resistencia VR2 se conecta paralelamente a
este regulador de derivación RG1. Esta resistencia VR2 divide la
tensión a través del cátodo y el ánodo del regulador de derivación y
genera una tensión de compuerta V2 para un transistor de efecto de
campo FET1. El transistor de efecto de campo FET1 se conecta a
través del terminal positivo y negativo del módulo de circuito
limitador de corriente 21. La tensión de compuerta V2 regula la
corriente que pasa a través de la fuente y el drenaje del FET1, para
regular la corriente que pasa a través del módulo de circuito
limitador de corriente 21. Se utiliza preferiblemente un MOSFET de
potencia como FET1 ya que este transistor de efecto de campo posee
una alta velocidad de respuesta y una baja resistencia.
Puede utilizarse un diodo Zener en lugar del
regulador de derivación RG1. Sin embargo, es necesario tener
precaución ya que presenta grandes fluctuaciones en la tensión del
regulador (tensión de Zener) y la tensión de Zener es susceptible de
variaciones en temperatura.
La figura 4 es un diagrama que muestra la
relación entre la tensión de salida Vm y el número de revoluciones
del motor de acuerdo con la primera realización de esta invención.
En el diagrama, las abscisas representan el número de revoluciones
del motor 5, y las ordenadas representan la tensión de salida Vm
generada por el motor 5. Tal como puede apreciarse en la figura,
cuando el motor 5 gira se genera una tensión de salida Vm debido a
una fuerza electromotriz inducida proporcional al número de
revoluciones del motor 5. Éste es el efecto de generación de energía
eléctrica del motor 5.
La figura 5 es un diagrama que muestra la
relación entre la tensión de tensión dividida V1 y la tensión de
salida Vm del motor de acuerdo con la primera realización de esta
invención. En el diagrama, las abscisas representan la tensión de
salida Vm generada por el motor 5, y las ordenadas representan la
tensión dividida V1 dividida por VR1. En este diagrama, cuando la
tensión de salida Vm del motor 5 aumenta gradualmente debido al giro
del motor 5, V1 aumenta según una relación del divisor de tensión
establecida por VR1. Cuando la tensión de salida Vm del motor 5
aumenta más, tal como puede entenderse a partir del diagrama, V1
alcanza la tensión del regulador Vg1 del regulador de derivación
RG1. Después de ello, V1 se mantiene en una tensión fija (tensión
del regulador) Vg1 debido al efecto del regulador de derivación
RG1.
Las múltiples líneas en el diagrama indican
cambios en las características de V1- Vm debidos a los cambios en la
relación del divisor de tensión establecida por VR1. Contra más a la
derecha se encuentran las líneas en el diagrama menor es la relación
del divisor de tensión (V1/Vm) establecida por el VR1. En otras
palabras, cuanto más pequeña es la relación del divisor de tensión,
menor es la tensión dividida V1 generada por VR1, incluso si la
tensión de salida VM del motor 5 es la misma.
La figura 6 es un diagrama que muestra la
relación entre la tensión de compuerta V2 y la tensión dividida V1
de acuerdo con la primera realización de esta invención.
En este diagrama, las abscisas representan la
tensión dividida V1 por VR1, y las ordenadas representan la tensión
de compuerta V2 que se obtiene por la división de tensión por VR2.
En este diagrama, cuando la tensión de salida Vm del motor 5 aumenta
debido al giro del motor 5 y, por consiguiente, V1 se vuelve
gradualmente alta, V2 también llega a ser alta según la relación del
divisor de tensión establecida por VR2. Puede apreciarse también
que, cuando la tensión de salida Vm del motor 5 aumenta más, y V1 se
limita a la tensión del regulador Vg1 por el efecto del regulador de
derivación RG1, V2 también se limita a la tensión determinada por la
relación del divisor de tensión establecida por el VR2.
Las múltiples líneas en el diagrama indican los
cambios en las características V2 - V1 debidos a variaciones en la
relación del divisor de tensión establecida por el VR2. Contra más
se encuentran las líneas hacia la parte inferior derecha en el
diagrama, menor es la relación V2/V1 del divisor de tensión
establecida por VR2. Es decir, cuanto menor es la relación del
divisor de tensión, menor es la tensión dividida V2 generada por
VR2, siempre que la tensión dividida V1 sea constante. También,
cuando la relación V2/V1 del divisor de tensión se vuelve pequeña,
la tensión V2 se vuelve baja cuando se satura la tensión dividida V1
(cuando V1= Vg1).
La figura 7 es un diagrama que muestra las
características del FET de acuerdo con la primera realización de
esta invención. En este diagrama, las abscisas representan la
tensión a través del drenaje - fuente del FET (tensión de salida VM
del motor), y las ordenadas representan un drenaje de corriente I1.
Las múltiples líneas en el diagrama muestran los cambios en la
corriente del drenaje I1 debidos a la tensión de compuerta V2. Aquí,
cuanto más alta es la línea dibujada, mayor es el tamaño de la
tensión de compuerta V2.
Tal como se muestra en este diagrama, en el FET
de acuerdo con esta realización, la corriente de drenaje I1 en la
zona de saturación aumenta a medida que la tensión de compuerta V2
se vuelve mayor, y puede apreciarse que la corriente de drenaje I1
es fija en la zona de saturación independientemente de la tensión Vm
de drenaje-fuente. En otras palabras, la corriente
de drenaje I1 se regula solamente por medio de la tensión de
compuerta V2 independientemente de la tensión Vm de
drenaje-fuente.
Se describirá ahora el funcionamiento del módulo
limitador de corriente 21 que se ha descrito anteriormente.
Cuando el motor gira 5, ese efecto de generación
de energía crea una fuerza electromotriz, y la tensión de salida Vm
se aplica a los circuitos limitadores de corriente 10, 11 (módulo de
circuito limitador de corriente 21). La tensión Vm aplicada a estos
circuitos limitadores de corriente 10, 11 es proporcional al número
de revoluciones del motor 5 (figura 4). Cuando el cilindro 1 se
mueve dentro del tubo exterior 2 a una velocidad que aumenta
gradualmente, el número de revoluciones del motor 5 también aumenta,
y cuando Vm aumenta, la tensión dividida V1 por la resistencia VR1
aumenta en proporción con la tensión Vn, según la relación del
divisor de tensión establecida en la resistencia VR1 (figura 5). Por
consiguiente, la tensión de compuerta V2 del FET1 también aumenta en
proporción con la tensión dividida V1 por la resistencia VR1 según
la relación del divisor de tensión establecida en la resistencia VR2
(figura 6).
También, incluso si aumenta el número de
revoluciones del motor 5, e incluso también aumenta la tensión de
salida Vm aplicada a los circuitos limitadores de corriente 10, 11,
después de que la tensión dividida V1 por la resistencia VR1 alcance
la tensión del regulador Vg1, el regulador de derivación RG1 aumenta
la tensión dividida V1 por la resistencia VR1 a la tensión del
regulador VGg1 y se alcanza un estado saturado. La tensión dividida
V2 por la resistencia VR2 queda limitada a un límite superior
determinado por la tensión del regulador Vg1 y la relación del
divisor de tensión establecida por VR2 y alcanza un estado saturado
de la misma manera.
La tensión dividida V2 es la tensión de
compuerta del FET1 de modo que una corriente de drenaje I1 fluye
según la tensión de compuerta V2 en un estado en el que la tensión
de compuerta V2 no se satura (figura 7). Es decir, la corriente de
drenaje del FET1 I1 aumenta al aumentar la tensión de compuerta V2,
y la corriente eléctrica Icw que pasa por el motor 5 aumenta. El
FET1 no funciona en un estado en el que la tensión de compuerta V2
es extremadamente baja, y la corriente de drenaje I1 no pasa hasta
que la tensión de compuerta sobrepasa excede el punto de
funcionamiento del FET1. En un estado saturado, la tensión de
compuerta V2 es una tensión fija, y la corriente de drenaje I1 es
una corriente fija.
En otras palabras, la corriente de drenaje I1 no
fluye cuando la tensión de salida Vm del motor 5 aplicada a los
circuitos limitadores de corriente 10, 11 es baja (cuando la tensión
de compuerta V2 generada por la división de tensión del Vm es
extremadamente baja). Sin embargo, cuando aumenta la tensión de
salida Vm (tensión de compuerta V2) del motor, la corriente de
drenaje I1 del FET 1 aumenta y aumenta la corriente Icw que pasa por
el motor 5. Cuando la tensión de salida Vm del motor 5 aumenta más,
la tensión de compuerta V2 se satura a una tensión fija, y la
corriente de drenaje I1 del FET1 se vuelve fija.
La figura 8 es un diagrama que muestra las
características de los circuitos limitadores de corriente 10, 11. En
este diagrama, las abscisas representan la tensión (tensión de
salida Vm del motor 5) aplicada al circuito limitador de corriente,
y las ordenadas representan la corriente Iccw que pasa por el
circuito limitador de corriente 10.
Los puntos en los que cualquiera de las
corrientes de drenaje I1, I2, I3 se saturan corresponden a los
puntos de inflexión de la corriente Icw. La posición de cada punto
de inflexión puede variarse hacia arriba, hacia abajo, o izquierda,
derecha en el diagrama por medio de las resistencias VR1 a VR6. El
número de puntos de inflexión puede variarse por medio del número de
módulos de circuito limitador de corriente conectados en paralelo
dentro del circuito limitador de corriente.
En otras palabras, el número de puntos de
inflexión puede variarse tal como se desee regulando el número de
módulos del circuito limitador de corriente según sea necesario. El
punto de inflexión puede variarse a una posición deseada regulando
los valores de resistencia VR1 a VR6 dentro del módulo del circuito
limitador de corriente según se desee. El par generado en sentido
opuesto al sentido de giro del motor 5 puede regularse, por lo
tanto, arbitrariamente controlando la corriente Icw que pasa por el
motor 5.
Cuando el número de revoluciones del motor 5
aumenta, la tensión de compuerta V2 también aumenta FET1, y la
corriente de drenaje I1 aumenta. Cuando el número de revoluciones
del motor 5 aumentos incluso más, la tensión de compuerta V2 del
FET1 queda limitada a la tensión del regulador Vg1, y la corriente
de drenaje I1 se satura a una corriente fija. Cuando la tensión de
salida Vm del motor 5 ha alcanzado la tensión de saturación (primer
punto de inflexión) determinada por el valor de la saturación de la
corriente de drenaje I1, la resistencia variable VR3 se regula
entonces para exceder el punto de funcionamiento de la tensión de
compuerta del FET2.
Para resumir lo anterior, después de que la
corriente (corriente de drenaje I1) que pasa por el módulo del
circuito limitador de corriente 21 se haya saturado, el módulo del
circuito limitador de corriente 22 se regula para comenzar un flujo
de corriente (corriente de drenaje 12) en el módulo del circuito
limitador de corriente 22.
Por lo tanto, solamente el primer módulo del
circuito limitador de corriente funciona en el período hasta el
primer punto de inflexión, y la corriente de drenaje I1 del FET1
fluye en el motor 5 de modo que la corriente en el motor Icw se
vuelve:
Icw =
I1
La corriente que pasa por el primer módulo del
circuito limitador de corriente se satura en el período del primer
punto de inflexión al segundo punto de inflexión, sin embargo el
segundo módulo del circuito limitador de corriente aquí es
operativo, y la corriente de drenaje I2 del FET2 pasa al motor 5 de
modo que la corriente del motor Icw se vuelve:
Icw = I2 + I1
(saturada)
La circulación de corriente en el primer módulo
del circuito limitador de corriente y el segundo módulo del circuito
limitador de corriente se satura en el período del segundo punto de
inflexión al tercer punto de inflexión. Sin embargo, el tercer
módulo del circuito limitador de corriente aquí es operativo y la
corriente de drenaje 13 del FET3 también fluye al motor 5 de modo
que la corriente del motor Icw se vuelve:
Icw = I3 + I2
(saturada) + I1
(saturada)
Después de pasar el tercer punto de inflexión,
la corriente que pasa al primer módulo del circuito limitador de
corriente, el segundo módulo del circuito limitador de corriente, y
el tercer módulo del circuito limitador de corriente se satura de
modo que la corriente del motor Icw se vuelve:
Icw = I3
(saturada) + I2 (saturada) + I1
(saturada)
Se describirá ahora el desplazamiento del punto
de inflexión en el diagrama (figura 8) para el circuito limitador de
corriente 10, 11.
Se describe aquí el desplazamiento del primer
punto de inflexión. Como que los otros puntos de inflexión pueden
desplazarse de la misma manera, se omite la descripción del
desplazamiento de los otros puntos de inflexión.
Tal como se ha descrito anteriormente, al variar
la relación del divisor de tensión V1/Vm establecida por VR1 se
varían las características V1-Vm (figura 5). En
particular, cuanto menor es la relación del divisor de tensión
establecida por VR1 mayor es la tensión de salida Vm del motor 5
cuando la tensión dividida V1 está saturada. Por otra parte, cuanto
mayor es la relación del divisor de tensión establecida por VR1
menor es la tensión de salida Vm del motor 5 cuando la tensión
dividida V1 está saturada. En otras palabras, a medida que se reduce
la relación del divisor de tensión establecida por VR1, el punto de
inflexión se desplaza hacia al lado derecho en el diagrama, y a
medida que aumenta la relación del divisor de tensión, el punto de
inflexión se desplaza hacia el lado izquierdo en el
diagrama.
diagrama.
Al variar la relación del divisor de tensión
V2/V1 establecida por VR2 se varía la característica
V2-V1 (figura 6). En particular, cuanto menor es la
relación del divisor de tensión establecida en VR2 menor es la
tensión de saturación V2. Por otra parte, cuanto mayor es la
relación del divisor de tensión establecida en VR2 mayor es la
tensión de saturación V2. En otras palabras, a medida que se reduce
la relación del divisor de tensión establecida en VR2, el punto de
inflexión se desplaza hacia abajo en el diagrama, y a medida que
aumenta la relación del divisor de tensión, el punto de inflexión se
desplaza hacia arriba en el diagrama.
El dispositivo de control de amortiguador
electromagnético de acuerdo con la primera realización de esta
invención es, por lo tanto, capaz de regular la corriente de drenaje
I1 que pasa en el FET1 realizando una división de tensión de la
tensión generada por el motor 5 de modo que la fuerza de
amortiguación del amortiguador electromagnético puede controlarse
sin suministro de energía externa.
Según este dispositivo, la fuerza de
amortiguación del amortiguador electromagnético puede regularse
fácilmente ya que las características de corriente y tensión del
módulo del circuito limitador de corriente pueden variarse regulando
la resistencia dentro del módulo del circuito limitador de
corriente.
Como que este dispositivo de control de
amortiguador electromagnético comprende múltiples módulos de
circuito limitador de corriente conectados en paralelo, la fuerza de
amortiguación deseada puede obtenerse según la velocidad operativa
de amortiguación electromagnética, es decir, el número de
revoluciones del motor 5.
La figura 9 es un diagrama de circuito de un
módulo de circuito limitador de corriente 24 dentro de los circuitos
limitadores de corriente 10, 11 de acuerdo con una segunda
realización de esta invención.
Esta segunda realización se diferencia de la
primera realización (figura 3) descrita anteriormente en que la
tensión del regulador del regulador de derivación se modifica
variando la tensión de referencia aplicada al regulador de
derivación. Los componentes aparte del módulo de circuito limitador
de corriente 24 dentro de estos circuitos limitadores de corriente
10, 11 son los mismos que los descritos con relación a la primera
realización y por lo tanto se omite aquí la descripción de estos
componentes.
La fuerza electromotriz inducida generada por el
motor 5 que gira en el sentido de avance (CW) o en sentido contrario
(CCW) se aplica como la tensión Vm al módulo de circuito limitador
de corriente 24 dentro del circuito limitador de corriente. A través
del terminal positivo y negativo del módulo de circuito limitador de
corriente 24 se conecta una resistencia VR7 para la división de
tensión de la tensión Vm. De acuerdo con esta segunda realización,
la resistencia VR7 comprende una resistencia variable capaz de
variar la relación del divisor de tensión. La tensión dividida V7
puede variarse mediante la resistencia VR7. A través del terminal
negativo y el punto de contacto variable de la resistencia VR7 se
conecta un regulador de derivación RG4, y la tensión a través del
ánodo y el cátodo del regulador de derivación se regula para que no
aumente por encima de una tensión del regulador Vo específica
determinada por una tensión de referencia.
A través del terminal negativo del módulo del
circuito limitador de corriente 24 y el terminal de tensión de
referencia del regulador de derivación RG4 se conecta una
resistencia R. A través del punto de contacto variable de la
resistencia VR7 y el terminal de tensión de referencia del regulador
de derivación 24 se conecta una resistencia variable VR9. Esta
resistencia R y la resistencia variable VR9 generan una tensión de
referencia Vg4 para aplicarla al regulador de derivación dividiendo
más la tensión dividida V7 que está dividida de VM. Es decir, al
variar la resistencia variable VR9 se modifica la relación del
divisor de tensión de la tensión dividida V7, y se varía la tensión
de referencia Vg4 aplicada al regulador de derivación.
Una resistencia variable VR8 se conecta en
paralelo con el regulador de derivación RG4, y se genera una tensión
de compuerta V9 para un transistor de efecto de campo FET4
dividiendo (subdividiendo) en tensión la tensión del
ánodo-cátodo del regulador de derivación. Este
transistor de efecto de campo FET4 se conecta a través de los
terminales positivo-negativo del módulo del circuito
limitador de corriente 24, y se regula la corriente que pasa por el
módulo del circuito limitador de corriente 24 controlando la
corriente de drenaje 14 por medio de la tensión de compuerta V9.
A continuación se describe el funcionamiento del
módulo del circuito limitador de corriente 24 de acuerdo con la
segunda realización.
Cuando el motor 5 gira, el efecto de generación
eléctrica induce una fuerza electromotriz inducida y la tensión de
salida Vm se aplica a los circuitos limitadores de corriente 10, 11
(módulo del circuito limitador de corriente 24). La tensión Vm
aplicada a este módulo del circuito limitador de corriente 24
aumenta en proporción con el número de revoluciones del motor 5. El
número de revoluciones del motor 5 aumenta a medida que el cilindro
1 se mueve más rápido dentro del tubo exterior 2, y cuando Vm se
vuelve alta, la tensión dividida V7 por la resistencia VR7 aumenta
en proporción con la tensión Vm de acuerdo con la relación del
divisor de tensión establecida en la resistencia VR7. La tensión de
compuerta V9 del FET4 también aumenta junto con esto, en proporción
con la tensión dividida V7 por el resistencia VR7, de acuerdo con la
relación del divisor de tensión establecida en el resistencia
VR8.
Cuando el número de revoluciones del motor 5
aumenta más y la tensión dividida V7 por la resistencia VR7 alcanza
la tensión del regulador Vo, la tensión dividida V7 por la
resistencia VR7 entra en un estado de saturación en el que la
tensión dividida V7 queda limitada a la tensión del regulador Vo, y
después la tensión dividida V7 se mantiene a Vo, incluso si la
tensión Vm aplicada al módulo del circuito limitador de corriente 24
aumenta incluso más. De la misma manera, la tensión de compuerta V9
dividida por la resistencia VR8, entra en un estado saturado en el
que la tensión de compuerta V9 queda limitada a un valor límite
superior determinado por la tensión del regulador Vo y la relación
del divisor de tensión establecida en la resistencia VR8.
La tensión del regulador Vo del regulador de
derivación RG4 viene determinada por la tensión VG4 aplicada al
terminal de tensión de referencia del regulador de derivación RG4 y
la relación de resistencia VR9/R de las resistencias conectadas al
terminal de tensión de referencia. Se dispone un regulador de
derivación, por ejemplo, TL431 de Texas Instruments Incorporada,
para generar una tensión del regulador determinada, por ejemplo, por
Vo = (1 + VR9/R) Vg4, y variando el valor de resistencia de la
resistencia variable VR9 puede variarse la tensión del regulador Vo
del regulador de derivación RG4.
La tensión de compuerta del FET4 es V9 y por lo
tanto una corriente de drenaje I4 fluye según la tensión de
compuerta V9 en un estado en el que la tensión de compuerta V9 no
está saturada. En otras palabras, cuando la tensión de compuerta V9
aumenta, la corriente de drenaje I4 del FET4 aumenta, y se hace que
la corriente Icw en el motor 5 aumente.
Por lo tanto, de acuerdo con la segunda
realización, variando la tensión de referencia del regulador de
derivación RG4 de este modo, la tensión del regulador V0 puede
modificarse para ampliar el intervalo de regulación de la tensión de
compuerta del FET4. El intervalo para regular la corriente de
drenaje puede por lo tanto ampliarse y, consecuentemente, el
intervalo de regulación de los puntos de inflexión de la tensión Icw
(o Iccw) puede ampliarse tal como se muestra en la figura 8. De este
modo se amplía el intervalo de ajuste de la fuerza de amortiguación
del amortiguador electromagnético.
La figura 10 es una vista estructural de otro
amortiguador electromagnético al cual puede aplicarse el dispositivo
de control de amortiguador electromagnético de acuerdo con la
invención.
A diferencia del amortiguador electromagnético
de la figura 1 descrito anteriormente en el que el movimiento del
cilindro es lineal, el amortiguador electromagnético de la figura 10
es aplicable a secciones con un movimiento oscilante similar al de
una bisagra.
En el amortiguador electromagnético mostrado en
la figura 10, una sección fija 31 y una sección móvil 32 quedan
conectadas para permitir el movimiento respecto a un motor 33. El
motor 33 contiene imanes y solenoides internos. Estos solenoides
instalados en el eje giratorio se mueven cerca de los imanes para
generar una fuerza electromotriz inducida proporcional a la
velocidad de giro del motor en los solenoides. En otras palabras, la
carcasa de la unidad del motor, es decir, el estator, está instalada
en la sección fija 31, y el eje giratorio, es decir, el rotor del
motor, está conectado a la sección móvil 32. Cuando la sección móvil
32 se mueve respecto a la sección fija 31, se genera una fuerza
electromotriz inducida en el motor 33. El dispositivo de control de
amortiguador electromagnético de esta invención regula la corriente
eléctrica que pasa por el motor 33 para controlar el par en sentido
opuesto al sentido de giro del motor 33 para permitir regular la
fuerza de amortiguación en la sección móvil 32.
El motor 33 en este amortiguador
electromagnético debe generar un gran par de modo que puede
instalarse un amortiguador auxiliar 34 entre la sección fija 31 y el
cuerpo o sección móvil 32. También, puede instalarse un muelle 35 en
paralelo con el amortiguador para mantener la sección fija 31, y una
sección móvil 32 en sus posiciones especificadas. Puede instalarse
un engranaje o transmisión de reducción en el motor para amplificar
el par generado por el motor y aplicarlo a la sección móvil y la
sección fija.
En la realización mostrada en la figura 10, no
es necesario instalar un mecanismo convertidor para convertir el
movimiento lineal en un movimiento giratorio por lo que puede
obtenerse un amortiguador electromagnético con una estructura
sencilla.
Esta invención no queda limitada a las
realizaciones descritas anteriormente. El alcance de esta invención
viene especificado por las reivindicaciones y no por la descripción
anterior de la invención, y pretende incluir todas las variaciones
dentro del alcance de las reivindicaciones.
Esta invención es capaz de regular la fuerza de
amortiguación de un amortiguador electromagnético sin energía
externa y, por lo tanto, resulta adecuada como dispositivo de
control de amortiguador electromagnético para vehículos, edificios,
etc. Esta invención es particularmente efectiva cuando se utiliza en
lugares en los que el suministro de energía eléctrica es
difícil.
Claims (8)
1. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético (6) para un amortiguador electromagnético,
comprendiendo el amortiguador un primer elemento que contiene un
imán, y un segundo elemento que contiene un solenoide, en el que un
giro relativo del primer elemento y el segundo elemento genera una
fuerza electromagnética en el solenoide que actúa como fuerza de
amortiguación al giro relativo,
caracterizado por
un elemento limitador de corriente que funciona
en base a la tensión eléctrica generada en el solenoide debido al
giro relativo del primer elemento y el segundo elemento, el elemento
limitador de corriente limitando la corriente que pasa por el
solenoide a una corriente predeterminada dependiendo de una tensión
generada en el solenoide.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético (6) según la reivindicación 1, caracterizado
por el hecho de que el dispositivo (6) comprende una pluralidad de
circuitos limitadores de corriente (21, 22, 23) cada uno de los
cuales comprende el elemento limitador de corriente, y los circuitos
limitadores de corriente (21, 22, 23) están conectados en paralelo y
configurados para funcionar a diferentes tensiones para limitar la
corriente que pasa por el solenoide a la corriente
predeterminada.
3. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético (6) según la reivindicación 1, caracterizado
por un circuito limitador de corriente (21, 22, 23) que comprende un
elemento de tensión fija que genera una tensión fija y el elemento
limitador de corriente que limita la corriente eléctrica que pasa
por el solenoide a la corriente predeterminada, en el que la tensión
fija generada por el elemento de tensión fija se aplica al elemento
limitador de corriente para así limitar la corriente que pasa por el
solenoide a la corriente predeterminada, cuando la tensión eléctrica
generada en el solenoide ha alcanzado a una tensión
predeterminada.
4. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético según la reivindicación 3, caracterizado por
el hecho de que el circuito limitador de corriente (21, 22, 23)
comprende, además, un circuito de ajuste que regula la tensión fija
generada por el elemento de tensión fija.
5. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético según la reivindicación 3, caracterizado por
el hecho de que el elemento de tensión fija comprende un regulador
de derivación (RG1, RG2, RG3) y el elemento limitador de corriente
comprende un transistor de efecto de campo (FET1, FET2, FET3), en el
que el regulador de derivación (RG1, RG2, RG3) está configurado para
generar la tensión fija cuando la tensión eléctrica generada en el
solenoide ha alcanzado a la tensión predeterminada, y el transistor
de efecto de campo (FET1, FET2, FET3) está configurado para
controlar la corriente eléctrica que pasa entre una fuente y un
drenaje a una corriente fijada cuando la tensión fija se aplica a
una compuerta del transistor de efecto de campo (FET1, FET2,
FET3).
6. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético según la reivindicación 5, caracterizado por
el hecho de que el regulador de derivación (RG1, RG2, RG3) comprende
por lo menos un primer terminal conectado a un lado de alto
potencial y un segundo terminal conectado a un lado de bajo
potencial y un terminal de tensión de referencia al cual se aplica
una tensión de referencia para el funcionamiento del regulador de
derivación (RG1, RG2, RG3), y el circuito limitador de corriente
comprende, además, un elemento de resistencia variable (VR1, VR2,
VR3) que queda interpuesto entre el terminal del tensión de
referencia y el primer terminal o entre el terminal de tensión de
referencia y el segundo terminal y un circuito de ajuste que regula
la tensión fija generada por el elemento de tensión fija.
7. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético según la reivindicación 1, caracterizado por
el hecho de que comprende un motor (5) que comprende un estator como
primer elemento y un rotor como segundo elemento, un cilindro (1)
que realiza un movimiento lineal, y un elemento convertidor de
movimiento (3, 4) que comprende un elemento giratorio (4) roscado en
el cilindro para convertir el movimiento lineal en un movimiento
giratorio, el elemento giratorio (4) fijado al rotor o al estator, y
configurado para generar una fuerza de amortiguación utilizando una
fuerza electromagnética que actúa entre el rotor y el estator.
8. Dispositivo de control de amortiguador
electromagnético según la reivindicación 1, caracterizado por
el hecho de que comprende un motor (5) que comprende un estator como
primer elemento y un rotor como segundo elemento, un brazo (32)
conectado al rotor o al estator, un elemento fijo (31) conectado al
rotor o al estator, y un amortiguador auxiliar (34) interpuesto
entre el brazo (32) y el elemento fijo (31), y configurado para
provocar que el rotor y el estator giren según un movimiento
oscilante del brazo (32) y se genere una fuerza de amortiguación
utilizando una fuerza electromagnética que actúa sobre el motor
(5).
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