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Patent Searching and Data


Title:
MAGNETIC-MECHANICAL SWITCHING KEY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/047624
Kind Code:
A1
Abstract:
The present patent application is a design for a switching key operated and actuated by means of magnetic forces, which pertains to the field of basic electrical components; known prior-art magnetic keys cannot be used at higher frequencies, especially in power circuits, owing to the limitation of their actual electromagnetic principle; with a view to resolving this drawback, the subject matter of the present patent application has been developed, and it comprises a rigid structure (2) of predominantly rectangular prismatic geometry, of the box type, which has a plurality of fixed electrical contacts (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) and (3G), preferably four contacts, although this number may vary depending on the particular project, which are counter-posed relative to movable electrical contacts (11), (11A), (11B) and (11C), the plurality of contacts being controlled by the interaction of external magnetic forces with the permanent magnets (9) and (9A).

Inventors:
CAMPOS CLAUBIO SEBASTIÃO (BR)
PINHEIRO LUCAS MOURTHÉ STARLING (BR)
Application Number:
PCT/BR2018/050324
Publication Date:
March 12, 2020
Filing Date:
September 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
GEMBRAP GERADORES DE ENERGIA E MOTORES BRASILEIROS DE ALTA PERFORMANCE SA (BR)
International Classes:
H01H36/02
Foreign References:
US6545576B12003-04-08
US20050007223A12005-01-13
US20070279165A12007-12-06
US20080003532A12008-01-03
US20090015358A12009-01-15
US20170236669A12017-08-17
Attorney, Agent or Firm:
POLLONIO, Perla Nathaly (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÃO:

1 - "CHAVE COMUTADORA MAGNETO MECÂNICA", compreende uma chave comutadora, cuja manobra é efetuada por intermédio de forças magnéticas, caracterizada por ser constituída a partir de uma estrutura (2) rígida de geometria predominantemente prismática retangular, do tipo caixa, que ostenta nas laterais menores contatos elétricos fixos (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) e (3G) na quantidade preferencial de quatro, mas pode variar conforme o projeto, os quais são constituídos por chapas metálicas em forma de uma letra "L" invertida, de forma que a porção horizontal planificada fique posicionada sobre ressaltos quadrangulares (4) e a porção vertical de menor largura se projete para fora da estrutura (2), sendo que nas regiões medianas das laterais maiores da estrutura (2) são previstos mancais (5), nos quais se encaixam as extremidades de um eixo transversal (6), que transpassa o túnel de uma estrutura móvel (7), o qual possui uma forma basicamente retangular, cuja porção mediana ostenta o túnel longitudinal (12) e nos cantos da face frontal são previstos alojamentos cilíndricos (8), nos quais são abrigados imãs permanentes cilíndricos (9) e (9A), e a face superior da referida estrutura móvel (7) é dividida em duas partes iguais, por uma nervura longitudinal (10), sendo que em cada lado são previstos contatos elétricos (1 1 ), (1 1 A), (1 1 B) e (1 1 C), constituídos por chapas metálicas conformadas em forma de uma letra "U", cujas extremidades se projetam além dos limites laterais estrutura móvel (7) e se posicionam sobre os respectivos contatos fixos (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) e (3G), dita estrutura móvel (7) possui uma movimentação rotacional oscilante em torno do eixo (6), similar a uma gangorra, comandada pela interação de forças magnéticas externas com os imãs permanentes (9) e (9A) e por fim a estrutura móvel (7) recebe um tampo (14) de geometria prismática retangular, o qual oclui todos os componentes.

Description:
CHAVE COMUTADORA MAGNETO

MECÂNICA

Campo da invenção

[001 ] A presente patente de privilégio de invenção tem por objeto uma inovadora chave comutadora magneto mecânica, pertencente ao campo dos componentes elétricos básicos, de uso mais precisamente para fazer a comutação elétrica, ou seja, para efetuar a mudança de direção da corrente elétrica, para bloquear ou permitir a passagem da corrente elétrica.

[002] Mais especificamente trata-se de uma chave elétrica de alta frequência comandada pela movimentação de um ou mais imãs permanentes. Dita chave compreende uma estrutura fixa que ostenta os contatos elétricos fixos e uma estrutura móvel que ostenta contatos elétricos móveis. A configuração do mecanismo quanto ao número de contatos pode variar dependendo do chaveamento que se necessite. Os contatos da parte fixa ficam distribuídos em dois conjuntos de contatos contrapostos. O elemento móvel contém igual número de conjunto de contatos elétricos e também elementos magnéticos, os quais sob ação de forças magnéticas ou eletromagnéticas externas à chave irão movimentar o elemento móvel e consequentemente movimentar o conjunto de contatos móveis, realizando então o chaveamento.

[003] Trata-se, portanto, de um produto desenvolvido com eficiência, no intuito de oferecer uma chave comutadora magneto mecânica, proporcionando grande confiabilidade ao que se presta, tanto por suas características funcionais, como pela durabilidade do produto.

[004] É ainda, objetivo do presente pedido, apresentar uma chave comutadora magneto mecânica com baixos custos para sua exequibilidade industrial, porém aliado aos requisitos de robustez, segurança e praticidade utilitária, oferecendo assim ao público consumidor, uma opção adicional no mercado de congéneres, que ao contrário dos modelos usuais, oferece inúmeras possibilidades e benefícios a seus usuários, tornando-se um produto de grande aceitação no mercado consumidor.

Estado da Técnica

[005] Como é sabido, notadamente por técnicos no assunto, as chaves elétricas hoje existentes como, por exemplo, interruptores manuais mecânicos, compõem o primeiro e mais básico tipo de elementos de circuitos capaz de mudar interconexões - portanto o estado de operação - de um circuito elétrico. Este tipo de operação é utilizado desde circuitos eletrónicos até circuitos de potência; a aplicação de um interruptor desse tipo parte da necessidade de chaveamento a baixas frequências e manuais. Circuitos que exigem comutações a maiores frequências inviabilizam o uso de chaves mecânicas comuns, exigindo acionamento rápido.

[006] Acionamentos mecânicos rápidos podem ser viabilizados por acoplamento eletromagnético como os apresentados em relés. Estes elementos podem comutar a taxas relativamente altas como, por exemplo, 60 e 50 Hz.

Pontos deficientes do estado da técnica

[007] Em frequências mais altas, especialmente em circuitos de potência, não há possibilidade da utilização de relés pela limitação do seu próprio princípio eletromagnético. Esse fato pode ser justificado pela saturação e limitação do processo de magnetização e desmagnetização do acoplamento eletromagnético. Em outras palavras, essas etapas intrínsecas ao seu funcionamento tem um tempo mínimo para acontecer limitando, portanto, a operação dos relés em frequências mais elevadas.

[008] Caso se necessite de frequências maiores do que as que um relê mecânico pode atingir, pode-se usar uma "ampola reed". A "ampola reed" funciona através do fenômeno de indução magnética em um elemento ferromagnético, assim como os relés. Porém, a indução pode ser realizada por um elemento magnético, não tendo que ser necessariamente realizada por um elemento eletromagnético e, com isso, consegue ser mais ágil que os relés. No entanto, seu acionamento é delicado devido a seu próprio princípio de funcionamento. As lâminas de comutação em balanço no interior da ampola podem sofrer torções e deformações permanentes a depender do campo magnético a que são submetidas.

Solução proposta

[009] Em face dessa realidade apresentada, verifica-se a necessidade de superação das limitações para aplicações diversas que exijam maiores frequências de comutação mecânica de uma forma mais confiável e robusta.

[010] Assim, a presente patente foi projetada visando obter um dispositivo elétrico com menor número de peças possível, convenientemente configuradas e arranjadas para permitir que a chave comutadora magneto mecânica desempenhe suas funções com eficiência e versatilidade, sem os inconvenientes já mencionados.

[01 1 ] O presente dispositivo desenvolve a possibilidade de chaveamento em altas frequências por acoplamentos exclusivamente magnéticos entre imãs permanentes. [012] Isso possibilita que a frequência de operação da chave seja regulada pela velocidade de interação entre polos magnéticos da chave e do que vier a acioná-la. Além disso, o sistema de mancai e a parte móvel livre de cabos ou de qualquer outro componente condutor que prenda a parte móvel na parte fixa de uma forma definitiva, garantem uma movimentação precisa, robusta e ágil.

[013] Idealizado com conceito inovador, resulta em um conjunto harmónico, de aspecto bastante peculiar e, sobretudo característico, sendo que, além do aspecto construtivo, o produto destaca-se pela sua versatilidade e comodidade de utilização.

Breve descrição dos desenhos da invenção

[014] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte:

[015] A FIG. 1 - Mostra uma vista em perspectiva superior da chave comutadora magneto mecânica.

[016] A FIG. 2 - Mostra uma vista em perspectiva inferior da chave comutadora magneto mecânica.

[017] A FIG. 3 - Mostra uma vista em perspectiva frontal da chave comutadora magneto mecânica sem a capa superior.

[018] A FIG. 4 - Mostra uma vista em perspectiva posterior da chave comutadora magneto mecânica sem a capa superior. [019] A FIG. 5 - Mostra uma vista em perspectiva frontal explodida da chave comutadora magneto mecânica.

[020] A FIG. 6 - Mostra o esquema elétrico da mesma configuração da FIG. 3 e FIG. 4.

[021 ] A FIG. 7 - Mostra uma vista em perspectiva frontal explodida da chave comutadora magneto mecânica.

[022] A FIG. 8 - Mostra uma vista em perspectiva frontal da chave comutadora magneto mecânica sem a capa superior, sendo atuada por um disco rotativo contento imãs permanentes em sua face superior.

[023] A FIG. 9 - Mostra uma vista em perspectiva frontal da chave comutadora magneto mecânica, onde se pode ver as suas condições de contato.

[024] A FIG. 10 - Mostra a dinâmica de acionamento da chave comutadora magneto mecânica.

[025] A FIG. 1 1 - Mostra uma vista em perspectiva posterior da chave comutadora magneto mecânica sem a capa superior com um arranjo alternativo da configuração dos contatos elétricos.

[026] A FIG. 12 - Mostra uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com duas entradas e uma saída para cada entrada.

[027] A FIG. 13 - Mostra o esquema elétrico da configuração de uma chave comutadora magneto mecânica com duas entradas e uma saída para cada entrada, mostrada na FIG. 12.

[028] A FIG. 14 - Mostra uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com duas entradas e duas saídas para cada entrada.

[029] A FIG. 15 - Mostra o esquema elétrico da configuração de uma chave comutadora magneto mecânica com duas entradas e duas saídas para cada entrada, mostrada na FIG.14.

[030] A FIG. 16 - Mostra uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com uma entrada e uma saída.

[031 ] A FIG. 17 - Mostra o esquema elétrico da configuração de uma chave comutadora magneto mecânica com uma entrada e uma saída, mostrada na FIG. 16.

[032] A FIG. 18 - Mostra uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com uma entrada e duas saídas.

[033] A FIG. 19 - Mostra o esquema elétrico da configuração de uma chave comutadora magneto mecânica com uma entrada e duas saídas, mostrada na FIG. 18.

[034] A FIG. 20 - Mostra o esquema elétrico de uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com múltiplas entradas e uma saída para cada entrada.

[035] A FIG. 21 - Mostra o esquema elétrico de uma configuração da chave comutadora magneto mecânica com múltiplas entradas e duas saídas para cada entrada.

Descrição detalhada da invenção

[036] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, a "CHAVE COMUTADORA MAGNETO MECÂNICA", objeto da presente patente, apresenta uma chave elétrica de acionamento magnético com capacidade para elevada frequência de manobras.

[037] Mais especificamente a chave comutadora (1 ), objeto do presente pedido de patente é constituído a partir de uma estrutura (2) rígida de geometria predominantemente prismática retangular, do tipo caixa, que ostenta nas laterais menores contatos elétricos fixos (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) e (3G) na quantidade preferencial de quatro, mas pode variar conforme o projeto, os quais são constituídos por chapas metálicas em forma de uma letra "L" invertida, de forma que a porção horizontal planificada fique posicionada sobre ressaltos quadrangulares (4) e a porção vertical de menor largura se projete para fora da estrutura (2).

[038] Nas regiões medianas das laterais maiores da estrutura (2) são previstos mancais (5), nos quais se encaixam as extremidades de um eixo transversal (6), que transpassa o túnel de uma estrutura móvel (7), o qual possui uma forma basicamente retangular, cuja porção mediana ostenta o túnel longitudinal (12) e nos cantos da face frontal são previstos alojamentos cilíndricos (8), nos quais são abrigados imãs permanentes cilíndricos (9) e (9A).

[039] A face superior da estrutura móvel (7) é dividida em duas partes iguais, por uma nervura longitudinal (10), sendo que em cada lado são previstos contatos elétricos (1 1 ), (1 1 A), (1 1 B) e (1 1 C), constituídos por chapas metálicas conformadas na forma de uma letra "U", cujas extremidades se projetam além dos limites laterais da estrutura móvel (7) e se posicionam sobre os respectivos contatos fixos (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) e (3G).

[040] Dita estrutura móvel (7) possui uma movimentação rotacional oscilante em torno do eixo (6), similar a uma gangorra, comandada pela interação de forças magnéticas externas com os imãs permanentes (9) e (9A).

[041 ] A estrutura móvel (7) recebe um tampo (14) de geometria prismática retangular, o qual oclui todos os componentes.

[042] Na FIG. 7 pode se ver a chave explodida em três partes: o tampo de fechamento (14), a parte móvel (15) e a parte fixa (16). A estrutura móvel (7) em conjunto com os contatos elétricos (1 1 ), (1 1 A), (1 1 B) e (1 1 C) e os imãs permanentes (9) e (9A), compõem a parte móvel (15) do dispositivo. A parte fixa (16) consiste na estrutura rígida (2) e nos contatos elétricos fixos (3), (3A), (3B), (3C), (3D), (3E), (3F) e (3G). O eixo (6) une a parte móvel (15) à parte fixa (16), como ilustrado pela FIG.3.

[043] A FIG. 6 apresenta o esquema elétrico de uma possível configuração da chave comutadora magneto mecânica, onde se tem duas entradas (E1 ) e (E2) e duas saídas para cada entrada (S1 ), (S2), (S3) e (S4).

[044] Fazendo a correlação com os componentes apresentados na FIG. 4, a Entrada (E1 ) corresponde aos contatos elétricos (3) e (3D), unidos eletricamente; a Entrada (E2), corresponde aos contatos elétricos (3B) e (BF), unidos eletricamente; a Saída (S1 ), corresponde ao contato elétrico (3A), a Saída (S2), corresponde ao contato elétrico (3E), a Saída (S3), corresponde ao contato elétrico (3C) e a Saída (S4) corresponde ao contato elétrico (3G).

[045] O acionamento da chave comutadora magneto mecânica, conforme a FIG. 10 ocorre devido a interação de um dos imãs permanentes (9) e (9A), ou ambos, com qualquer elemento magnético ou eletromagnético externo (20), (21 ), (22) e (23) que produza campo magnético suficiente para gerar uma força resultante e, consequentemente, um torque no eixo (6). Com isso, a dinâmica de atração magnética se distingue da repulsão magnética devido as diferentes distâncias entre os imãs permanentes (9) e (9A), na parte móvel do presente invento, e os elementos (20), (21 ), (22) e (23). Por isso, temos a utilização de dois imãs permanentes (9) e (9A) na parte móvel (15), para fazer com que se tenha atração e repulsão ao mesmo tempo, tanto na rotação em sentido horário quanto em sentido anti-horário da parte móvel (15) em torno do eixo

(6), equilibrando a dinâmica de movimentação da estrutura móvel

(7). Os imãs permanentes (9) e (9A) podem estar dispostos com campos em mesmo sentido ou sentidos opostos. Dessa forma o funcionamento da chave ocorre quando um dos magnetos ou ambos agem de forma a forçar a rotação da estrutura móvel (7) em torno do eixo (6).

[046] Na FIG. 9, que representa a dinâmica de funcionamento dos elementos descritos na FIG. 10, temos uma condição de contato (17) em que o contato elétrico (3D), está sendo conectado ao contato elétrico (3E) por meio do contato elétrico

(I I B) da parte móvel; e o contato elétrico (3F), está sendo conectado ao contato elétrico (3G) por meio do contato elétrico

(I I C) da parte móvel. Portanto as entradas (E1 ) e (E2) estão conectadas as saídas (S2) e (S4), respectivamente. No entanto com a ação dos imãs permanentes (9) e (9A) no sentido de movimentar a estrutura móvel (7) para o lado oposto, está passa pela condição de contato (18), onde não há nenhum contato elétrico estabelecido, e chega na condição de contato (19), onde as entradas (E1 ) e (E2) são conectadas as saídas (S1 ) e (S3), respectivamente. Na condição de contato (19), o contato elétrico (3), está sendo conectado ao contato elétrico (3A) por meio do contato elétrico (1 1 ) da parte móvel; e o contato elétrico (3B), está sendo conectado ao contato elétrico (3C) por meio do contato elétrico (1 1 A) da parte móvel.

[047] A FIG. 1 1 apresenta uma configuração da chave comutadora magneto mecânica, onde todos os contatos da parte fixa (16) se encontram do mesmo lado da chave comutadora magneto mecânica. Trata-se de uma outra opção de projeto.

[048] A chave magneto mecânica pode também atender com o mesmo desempenho de performance a outras necessidades de chaveamento como os apresentados pelas FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14, FIG.15, FIG.16, FIG.17, FIG.18, FIG.19, FIG. 20 e FIG. 21.

[049] A chave comutadora (1 ) pode ser ampliada de acordo com a necessidade de chaveamento, sendo para isso necessário aumentar sua dimensão física e a quantidade de contatos elétricos.

[050] É certo que quando o presente invento for colocado em prática, poderão ser introduzidas modificações no que se refere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso implique afastar-se dos princípios fundamentais que estão claramente substanciados no quadro reivindicatório, ficando assim entendido que a terminologia empregada teve a finalidade de descrição e não de limitação.