VIDAURRI OJEDA, Antonio (Lago de Michigan #6903, Col. Lagos del BosqueMonterre, N.L. ., 64890, MX)
RAMOS ELIZONDO, Rafael Guillermo (Lago Michigan #6904, Col. Lagos del BosqueMonterre, N.L: ., 64890, MX)
VIDAURRI OJEDA, Antonio (Lago de Michigan #6903, Col. Lagos del BosqueMonterre, N.L. ., 64890, MX)
| REIVINDICAIONES. 1. Un sistema para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnético comprendiendo: una fuente de poder; un circuito de carga de capacitor conectado a Ia fuente de poder; un circuito de control de polaridad conectado a circuito de carga de capacitor; y un circuito selector de solenoides conectado al circuito de control de polaridad. 2. Un sistema para controlar un conjunto de solenoides biestables de conformidad con Ia reivindicación 1, en donde el circuito de carga del capacitor comprende un capacitor localizado de forma paralela a Ia fuente de poder, teniendo un interruptor que conecta una terminal positiva del capacitor ya sea a Ia fuente de poder o a un circuito de control de polaridad por medio de una primera terminal de energía, mientras que una segunda terminal de energía conecta una terminal negativa del capacitor a Ia fuente de poder y está directamente conectada a dicho circuito de control de polaridad. 3. Un sistema para controlar un conjunto de solenoides biestables de conformidad con Ia reivindicación 1, en donde el circuito de control de polaridad de Ia presente invención comprende un primer y un segundo interruptor, cada uno teniendo una primera y segunda terminal conectados a unas terminales positivas y negativas del circuito de carga del capacitor respectivamente por medio de Ia primera y segunda terminal de energía y cada una teniendo una terminal central, cada una conectada al circuito selector de solenoides por medio de una tercera y una cuarta terminal de energía. 4. Un sistema para controlar un conjunto de solenoides biestables de conformidad con Ia reivindicación 1, en donde el circuito selector de solenoides comprende por Io menos un solenoide cada uno teniendo una primera y una segunda terminal, en donde Ia primera terminal de cada solenoide está conectada a un respectivo interruptor, dicho circuito selector de solenoides recibiendo una primera y segunda terminal de energía el circuito de control de polaridad, en donde Ia segunda terminal de energía está conectada a Ia segunda terminal de todos los solenoides y Ia primera terminal está conectada a cada interruptor de solenoide en el circuito de manera común para todos los interruptores. 5. Un método para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnéticos, comprendiendo: proveer una fuente de poder; proveer un circuito de carga de capacitor comprendiendo un capacitor colocado de manera paralela a Ia fuente de poder, teniendo un interruptor que conecta una terminal positiva del capacitor tanto a Ia fuente de poder como a un circuito de control de polaridad por medio de una primera terminal y una segunda terminal conecta una terminal negativa del capacitor a Ia fuente de poder y á dicho circuito de control de polaridad; proveer un circuito de control de polaridad comprendiendo un primer y un segundo interruptor, cada uno teniendo una primera y una segunda terminal de energía conectadas a terminales positivas y negativas del circuito de carga del capacitor respectivamente por medio de Ia primera y segunda terminal de energía, y cada una teniendo una terminal central, cada una conectada a un circuito selector de solenoides por medio de una tercera y una cuarta terminal de energía respectivamente; proveer un circuito selector de solenoides conectado al circuito de control de polaridad, dicho circuito selector de solenoides teniendo por Io menos un solenoide, cada uño teniendo una primera y una segunda terminal, en donde Ia primera terminal de cada solenoide está conectada a un respectivo interruptor, y dicho circuito selector de solenoides recibiendo Ia tercera y cuarta terminal de energía el circuito de control de polaridad, en donde Ia cuarta terminal de energía está conectada a Ia segunda terminal de todos los solenoides y Ia tercera terminal está conectada a cada interruptor de solenoide en el circuito de manera común para todos los interruptores; habilitar cada uno de los interruptores en el circuito de control de polaridad para generar una polaridad positiva o negativa; ajustar los interruptores del circuito selector de solenoides para habilitar el por Io menos un solenoide que requiere cambiar de estado; cambiar el interruptor de capacitor para conectar su terminal de energía al circuito de control de polaridad y a los solenoides; y regresar el capacitor a un estado predeterminado y liberar todos los interruptores. |
ELECTROMAGNÉTICOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A. CAMPO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención esta relacionada con sistemas electromagnéticos de cierre para bloquear y desbloquear el acceso a medios de acceso tales como puertas, cajones, etc. Y más particularmente a un sistema y método para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas electromagnéticos de cierre energizados por baterías u otra fuente de poder de bajo voltaje, comprendiendo el uso de un capacitor para proveer Ia amplitud de voltaje correcta par ala acción de liberación del solenoide y Ia separación de Ia batería del solenoide en los momentos de funcionamiento, de esta amanera eliminando los altos requerimientos instantáneos de energía a ka fuente de energía.
B. DESCRIPCIÓN DELARTE RELACIONADO.
Un solenoide biestable es un dispositivo que requiere energía para cambiar su estado pero no para mantenerlo. Lo anterior es ideal para aplicaciones con bajos requerimientos de energía ya que elimina Ia necesidad de proveer energía para mantener un estado particular (por ejemplo, el desbloqueo de un mecanismo). Esto es también muy importante debido a que algunas aplicaciones requieren que se mantenga un estatus particular durante periodos predeterminados de tiempo (por ejemplo, desbloquear una puerta durante un cierto periodo de tiempo). Un solenoide biestable requiere dos parámetros de control importantes: polaridad y amplitud de voltaje. Por ejemplo, si el solenoide biestable es usado en un mecanismo de cierre para retraer (Io cual comprende un estado "retraído" o desbloqueado) o liberar (Io cual comprende un estado "liberado" o bloqueado) un émbolo, es necesario que se provea una gran amplitud de voltaje de polaridad positiva (total) a los solenoides mediante un circuito energetizador con el fin de cambiar el estatus del sistema a "retraído". Con el fin de cambiar el estatus del sistema a "liberado", el circuito energetizador necesita proveer una menor amplitud de voltaje de polaridad negativa. La diferencia exacta entre las amplitudes de voltaje para "retraer" y "liberar" varían dependiendo del tipo de solenoide.
Un sistema de control típico para un solenoide biestable consiste de cuatro transistores configurados para proveer voltaje tanto en polaridad positiva como en negativa. Dicho circuito es conocido comúnmente como "puente-H", el cual requiere que el circuito de control conecte un primer y un cuarto transistor para obtener una polaridad y un segundo y tercer transistor para Ia polaridad invertida.
Se debe proveer un circuito de control para cada solenoide que el sistema debe controlar; esto requiere una gran cantidad de cables de energía desde el controlador, e introduce energía parásita de cada transistor.
Adicionalmente se necesita un circuito regular para cambiar Ia amplitud de voltaje a polaridad negativa con el fin de proveer al solenoide biestable con Ia cantidad adecuada de voltaje para liberar su émbolo. Además cuando Ia fuente principal de energía del sistema de cierre comprende una fuente de bajo voltaje tal como una batería o celdas solares, es posible que no cubran completamente los requerimientos de voltaje durante los picos instantáneos de requerimientos de voltaje requeridos por el sistema de cierre, o pudieran tener efectos adversos en Ia fuente de energía como por ejemplo una rápida degradación de Ia batería, ruido excesivo en las líneas de energía, etc.
En vista de los problemas anteriores, el solicitante desarrollo un sistema y un método para controlar un conjunto de solenoides biestables para aplicaciones de cierre de medios de acceso como puertas o cajones, en el cual se elimina Ia conexión directa de Ia fuente de energía con el solenoide mediante Ia introducción de un capacitor y un switch entre Ia fuente de poder y el solenoide. Adicionalmente, elimina Ia necesidad de un puente H dedicado para cada solenoide, de esta amanera reduciendo las líneas de energía y control requeridas para cada solenoide, de tal forma que después de las líneas de control iniciales, cada solenoide subsecuente requiere solamente una línea de control para seleccionar el solenoide apropiado. RESUMEN DE LA INVENCIÓN.
Es por Io tanto un objetivo principal de Ia presente invención el proveer un sistema y un método para controlar un conjunto de solenoide biestables para aplicaciones de cierre de medios de acceso como puertas o cajones. Es otro objetivo principal de Ia presente invención el proveer un sistema y un método de Ia naturaleza anteriormente descrita en el cual se elimina Ia conexión directa de Ia fuente de energía con el solenoide mediante Ia introducción de un capacitor y un switch entre Ia fuente de poder y el solenoide. Es un objetivo adicional de Ia presente invención el proveer un sistema y un método de Ia naturaleza anteriormente descrita en el cual se elimina Ia necesidad de contar con un puente H dedicado para cada solenoide, de esta amanera reduciendo las líneas de energía y control requeridas para cada solenoide, de tal forma que después de las líneas de control iniciales, cada solenoide subsecuente requiere solamente una línea de control para seleccionar el solenoide apropiado.
Es aun un objetivo adicional de Ia presente invención, el proveer un sistema y un método de Ia naturaleza anteriormente descrita en el cual se eliminan los requerimientos de voltaje durante los picos instantáneos de requerimientos de voltaje requeridos por el sistema de cierre a Ia fuente de poder gracias al uso de un capacitor que provee Ia amplitud de voltaje correcta para Ia acción de liberación del solenoide, y gracias a Ia separación de Ia batería del solenoide en los momentos de funcionamiento.
Estos y otros objetos y ventajas del sistema y método para controlar un conjunto de de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnéticos de Ia presente invención, se harán aparentes a aquellas personas que tienen habilidades ordinarias en el arte, de Ia siguiente descripción detallada de las modalidades de Ia invención, que se hace con referencia a los dibujos que se acompañan. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.
La figura 1 comprende un esquema de un circuito de control de solenoides biestables del arte previo. La figura 2 comprende un esquema del circuito de carga del capacitor del circuito de control de solenoides biestables de Ia presente invención.
La Figura 3 comprende un esquema del circuito de control de polaridad del circuito de control de solenoides biestables de Ia presente invención. La Figura 4 comprende un esquema de circuito de selección de solenoides del circuito de control de solenoides biestables de Ia presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.
El sistema y método para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnéticos de Ia presente invención será descrito haciendo referencia a los dibujos que se acompañan y a una modalidad preferida.
Para propósitos de comparación, Ia Figura 1 muestra un circuito de control de solenoides biestables del arte previo que comprende cuatro transistores (no mostrados) configurados de tal forma que pueden proveer poder tanto en polaridad negativa como en positiva, y cuatro interruptores (S1, S2, S3 y S4). Dicho circuito es comúnmente conocido como puente-H, el cual requiere que el circuito de control conecte los interruptores S1 y S4 para una polaridad y el interruptor S2 y S3 para Ia polaridad inversa. El sistema para controlar un conjunto de solenoides biestables de Ia presente invención comprende: una fuente de poder; un circuito de carga de capacitor conectado a Ia fuente de poder; un circuito de control de polaridad conectado al circuito de carga del capacitor; y un circuito selector de solenoides conectado al circuito de control de polaridad.
El circuito de carga de capacitor de Ia presente invención mostrado en Ia Figura 2, comprende un capacitor 1 localizado de forma paralela a Ia fuente de poder 2, teniendo un interruptor 3 que conecta Ia terminal positiva 4 del capacitor 2 ya sea a Ia fuente de poder 2 o a un circuito de control de polaridad mostrado en Ia figura 3 por medio de Ia terminal de energía A. Una terminal de energía B conecta Ia terminal negativa 4' del capacitor a Ia fuente de poder y está directamente conectada a dicho circuito de control de polaridad. Esto permite que el capacitor 1 se cargue por medio de Ia fuente de poder 2 (Ia cual puede comprender una batería) y esté listo para proveer los requerimientos de energía de los solenoides. La salida de voltaje de un capacitor sigue una curva descendente que es ideal para Ia acción liberadora del solenoide biestable, de esta manera eliminando Ia necesidad de un sistema de amplitud de voltaje dual y proporcionando un mejor control para dicha acción de liberación. Esto es importante ya que elimina varías complejidades e ineficiencias en Ia generación de un segundo voltaje que usualmente utiliza un resistor para disipar Ia diferencia de voltajes en Ia forma de calor. Esto no es eficiente y puede llevar a una esperanza de vida menor de los componentes. El introducir un circuito de regulación eficiente de energía incrementa el costo y complejidad del sistema. El circuito de control de polaridad de Ia presente invención mostrado en
Ia Figura 3, comprende un primer 5 y un segundo 6 interruptor, cada uno teniendo una primera y segunda terminal conectados a las terminales positivas y negativas del circuito de carga del capacitor 7 respectivamente por medio de las terminales A y B 1 y cada una teniendo una terminal central 8, 8', cada una conectada al circuito selector de solenoides mostrado en Ia Figura 4 por medio de las terminales de energía C y D, Este circuito de control de polaridad permite el lograr los siguientes estados: "positivo / positivo" (P/P), "negativo / negativo" (N/N), "positivo / negativo" (P/N), "negativo / positivo" (N/P). Dado que los estados N/N y P/P comparten Ia misma carga, no se usan para el circuito de solenoides. Sin embargo, dichos estados no representan ningún riesgo para Ia fuente de poder u otras partes del sistema, mientras que una selección incorrecta de interruptores en un circuito puente H regular, produciría un corto circuito (es decir, los interruptores 1 y 2 en el esquema de Ia Figura 1). El circuito selector de solenoides de Ia presente invención mostrado en
Ia figura 4, comprende cuatro solenoides 9, 10, 11, 12, cada uno teniendo una primera y un segunda terminal, en donde Ia primera terminal de cada solenoide está conectada a un interruptor respectivo (S1, S2, S3, S4). Dicho circuito selector de solenoides recibiendo las terminales de energía C y D del circuito de control de polaridad. La terminal de energía D está conectada a Ia segunda terminal de todos los solenoides y Ia terminal C esta conectada a cada interruptor de solenoide 10 en el circuito (de manera común para todos los interruptores). Cuando el circuito de control permite que uno o varios de los solenoides, el circuito de control de polaridad se encuentra en esencia conectado a todos estos solenoides.
El circuito de control de solenoides biestables de Ia presente invención es capaz de controlar cualquier número de solenoides simultáneamente, pero solamente puede aplicar el mismo cambio de estado a todos los solenoides seleccionados simultáneamente (solenoides 9 y 10 a Ia posición abierto). Si se requieren dos cambios de estado diferentes, el sistema de control debe generar el primero y los subsiguientes cambios de estado en secuencia (es decir solenoides 9 y 10 a Ia posición abierta, luego los solenoides 11 y 12 a Ia posición cerrada).
Determinación de Ia curva de determinación.
El valor del capacitor (y por Io tanto los parámetros de Ia curva de voltaje) es un factor que determina varios parámetros, incluyendo pero no limitado al voltaje de Ia fuente de poder, clasificación de voltaje del capacitor, resistencia, impedancia y requerimientos de sincronización para dicho solenoide.
Como fue previamente descrito Ia acción liberadora del solenoide requiere un voltaje mas bajo que Ia acción de retraer debido a Ia naturaleza mecánica del sistema. Usualmente el solenoide es provisto con un voltaje constante mas bajo durante Ia retracción (es decir 8 voltios para liberar en un solenoide clasificado como de 12v). El solicitante descubrió después de observaciones cuidadosas que el solenoide trabaja mejor (mas rápida y confiablemente) cuando se provee un voltaje completo (es decir 12v) en una etapa inicial de Ia acción de liberación, seguido de una curva descendente que cruza el voltaje de liberación después de una determinada cantidad de tiempo (dependiendo del tamaño del solenoide y de los parámetros magnéticos), y subsecuentemente retirando completamente el voltaje permitiendo de esta manera que el solenoide libere el resorte auxiliar para completar el movimiento. El capacitor es capaz de proveer dicha curva descendente de voltaje al solenoide.
El método para controlar un conjunto de solenoides biestables para aplicaciones de cierre será ahora descrito de conformidad con una modalidad preferida del mismo, dicho método comprendiendo: proveer una fuente de poder; proveer un circuito de carga de capacitor comprendiendo un capacitor localizado de manera paralela a Ia fuente de poder, teniendo un interruptor que conecta Ia terminal positiva del capacitor tanto a Ia fuente de poder como a un circuito de control de polaridad por medio de una primera terminal de energía. Una segunda terminal de energía conecta Ia terminal negativa del capacitor a Ia fuente de poder de de dicho circuito de control de polaridad; proveer un circuito de control de polaridad que comprende un primer y un segundo interruptor, cada uno teniendo una primera y un segunda terminal conectada a las terminales positiva y negativa del circuito de carga del capacitor respectivamente mediante Ia primera y segunda terminal de energía, y cada uno teniendo una terminal central cada una conectada a un circuito selector de solenoides mediante una cuarta y quinta terminal de energía respectivamente. Dicho circuito de control de polaridad permitiendo el alcanzar los siguientes estados: "positivo / positivo" (P/P), "negativo / negativo (N/N), "positivo / negativo" (P/N), "negativo / positivo" (WP); proveer un circuito selector de solenoides conectado al circuito de control de polaridad, dicho circuito selector de solenoides teniendo cuatro solenoides, cada uno teniendo una primera y una segunda terminal, en donde Ia primera terminal de cada solenoide se encuentra conectada a un respectivo interruptor. Dicho circuito selector de solenoides recibiendo una cuarta y una quinta terminal de energía del circuito de control de polaridad. La quinta terminal de poder es conectada a Ia segunda terminal de todos los solenoides y Ia cuarta terminal es conectada a cada interruptor de solenoide en el circuito (de manera común para todos los interruptores). Cuando el circuito de control habilita uno o varios de los solenoides, el circuito de control de polaridad es en esencia conectado a todos estos solenoides; habilitar uno de los interruptores en el sistema de control de polaridad para generar ya sea una polaridad positiva (interruptor 5), o una polaridad negativa (interruptor 6); ajustar los interruptores del circuito selector de solenoides para habilitar los solenoides que requieren cambiar de estado; cambiar el interruptor del capacitor para que conecte su terminal de energía a I circuito de control de polaridad y a los solenoides. Si se lleva a cabo una acción de liberación, el solenoide se beneficiará de Ia curva de voltaje generada por el capacitor conforme se descarga, permitiendo una correcta transición del estado retraído al estado liberado. Si se efectuó una operación de retracción , Ia curva de voltaje no afecta a Ia operación del solenoide debido a que Ia retracción ocurre antes de que Ia curva de voltaje baje significativamente Ia salida de voltaje del capacitor; y regresar el capacitor a su estado predeterminado y liberar todos los demás interruptores.
Aunque en Ia modalidad de Ia invención anteriormente descrita, el sistema y método para controlar un conjunto de solenoides biestables controla cuatro solenoides, deberá ser entendido que tiene Ia capacidad de controlar mas de cuatro solenoides o por Io menos un solenoide. Deberá finalmente entenderse que el sistema y método para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnéticos de Ia presente invención no se limita a Ia modalidad descrita anteriormente y que los expertos en el ramo quedarán capacitados, por las enseñanzas que aquí se establecen, para efectuar cambios en el sistema y método para controlar un conjunto de solenoides biestables para sistemas de cierre electromagnéticos de Ia presente invención, cuyo alcance quedará establecido exclusivamente por las siguientes reivindicaciones.