BRPI0300969B1

BRPI0300969B1 - sistema sensor de posição de cilindro

Info

Publication number: BRPI0300969B1
Application number: BRPI0300969A
Authority: BR
Inventors: H Killen Dale; Wayland Gray Keith; Craig Wright Walter
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2017-04-11
Also published as: CA2422673A1; EP1357365A2; US6690160B2; EP1357365A3; ES2402358T3; KR20030084639A; US20030197504A1; BR0300969A; EP1357365B1; MXPA03002896A

Abstract

"sistema sensor de posição". um sistema sensor de posição de cilindro inclui um alojamento do cilindro que recebe de forma deslizante uma haste ou elemento de eixo. o alojamento do cilindro possui uma peça que recebe de forma deslizante o elemento de eixo. uma primeira ranhura axial é formada no elemento de eixo, e um primeiro membro de magneto é montado na primeira ranhura. uma segunda ranhura helicoidal é formada no elemento de eixo e espaçada afastada da primeira ranhura. um segundo membro de magneto é montado na segunda ranhura. um sensor de campo magnético é montado no alojamento do cilindro, de tal modo que o sensor gera um sinal de saída como uma função de uma distância relativa entre o primeiro e segundo membros de magneto, à medida que o segundo elemento se move em relação ao primeiro elemento. preferivelmente, o elemento de eixo inclui um eixo cilíndrico central e uma luva cilíndrica oca montada sobre e recebendo o eixo. preferivelmente, a primeira e segunda ranhuras são formadas em uma superfície interna da luva, e a luva e a peça de extremidade são formadas de material não ferroso.

Description

“SISTEMA SENSOR DE POSIÇÃO DE CILINDRO” Campo da Invenção A presente invenção relaciona-se a um aparelho sensor de posição, e mais particularmente a uma montagem de pistão/cilindro sensor de posição.

Fundamentos da Invenção Dispositivos sensores de posição de cilindro são conhecidos usando várias tecnologias, por exemplo, um sensor integrado tal como um sensor do tipo magnetostritivo (fabricado e vendido por MTS Systems Corporation e outros) tem sido anexado a uma extremidade de um cilindro e inserido em uma cavidade na haste. Isto requer que um orifício realmente grande seja cavado na haste e alguns meios de fixar a eletrônica dos sensores na extremidade do cilindro, bem como meio para transmitir sinais para fora do cilindro. Tais sensores trabalham primariamente somente com hastes de terminação única. A Patente U.S. 5.1 15.195 descreve um projeto usando um sensor magnetostritivo MTS curto com magnetos múltiplos para medir a posição de um corpo móvel em relação a um corpo fixo. Entretanto, seria difícil e dispendioso incorporar tal sensor e magnetos em um cilindro hidráulico. A Patente U.S. 5.539.993 descreve um sistema onde um código de barra é colocado na superfície externa da haste e a posição é determinada com um leitor de código de barra apropriado. É também conhecido efetuar à máquina ranhuras na superfície externa de uma haste de cilindro, depositar cromo sobre as ranhuras e então “contar” o número de ranhuras para determinar a posição. Este método pode determinar o percurso, porém não a posição absoluta no caso de um deslocamento de cilindro em um estado não alimentado.

Certos dispositivos sensores de posição de cilindro incluem um sensor de Efeito Hall linear. Porém tipicamente, o sensor de Efeito Hall não é integrado ao cilindro. A Patente U.S. 5.201.838 descreve um dispositivo sensor de posição de cilindro usando um par de sensores de Efeito Hall e um magneto permanente único é montado sobre uma face da cabeça do pistão. Entretanto, tal projeto requer um magneto muito forte e é provável que funciona somente para um pequeno cilindro com um curso limitado. A patente UK GB 2108678 descreve um projeto com um sensor de Efeito Hall e um magneto montado fora de um alojamento de cilindro de pistão, que recebe um membro de diâmetro escalonado. Entretanto, este projeto requer um membro de diâmetro escalonado e pode somente detectar posições discretas correspondentes a porções de diâmetro diferentes do membro. A Patente U.S. 6.253.460 descreve um projeto de cilindro sensor de posição que inclui uma haste de pistão cônica que é revestida de um material não ferroso. O sensor detecta a distância do sensor à haste cônica através do revestimento não ferroso. Tal processo é difícil para fabricar, porque é difícil e gasta tempo aplicar tal revestimento não ferroso a uma haste cônica, e a superfície externa do revestimento precisa ser uniforme para assegurar uma boa selagem. Também, o material não ferroso precisa ser duro o bastante para satisfazer exigências de força e carregamento, e pode ser difícil obter um revestimento que seja forte, flexível ainda o bastante para confeccionar a haste. Finalmente, com este projeto, fragmentos ou contaminantes entre o revestimento e o sensor podem causar leituras imprecisas. A Patente U.S. 5.359.288 descreve um aparelho de detecção de posição com um meio magnético montado sobre um membro móvel, e um sensor de campo magnético, tal como uma célula de Hall, montado sobre um membro fixo. O meio magnético possui diferentes áreas com diferentes polaridades. Entretanto, parece que tal projeto produziría medições imprecisas, se o membro móvel se movesse transversalmente a sua dimensão axial e, portanto, tal projeto não funcionaria precisamente cm um cilindro hidráulico onde a haste pode girar ou mover perpendicularmente a sua direção normal de deslocamento.

Sumário da Invenção Consequentemente, um objetivo desta invenção é prover uma montagem de sensor de posição de cilindro robusta e precisa.

Um outro objetivo da invenção é prover uma montagem de sensor de posição de cilindro que determine precisamente a posição do pistão/haste do cilindro, apesar do movimento do pistão em direções múltiplas.

Um outro objetivo da invenção é prover uma montagem de sensor de posição de cilindro que determine precisamente a posição do pistão/haste do cilindro, apesar da rotação da haste do pistão em relação ao alojamento do cilindro.

Um objetivo adicional da invenção é prover tal montagem de sensor de posição de cilindro onde um orifício não precisa ser cavado na haste e onde o sensor está localizado fora da câmara pressurizada do cilindro.

Estes e outros objetivos são alcançados pela presente invenção, onde um sistema de sensor de posição de cilindro inclui um alojamento do cilindro que recebe de modo deslizante um pistão com um elemento de haste ou eixo. O alojamento do cilindro possui uma peça extrema anular que recebe de modo deslizante a haste. O primeiro e segundo membros de magneto são montados sobre ou dentro da haste. O segundo membro de magneto é espaçado afastado do primeiro membro de magneto, e o espaçamento entre eles varia como uma função da posição axial ao longo da haste.

Preferivelmente, uma primeira ranhura axial é formada no elemento de eixo, e o primeiro membro de magneto é montado na primeira ranhura. Uma segunda ranhura helicoidal é formada no elemento de eixo e é espaçada afastada da primeira ranhura. O segundo membro de magneto é montado na segunda ranhura. Um sensor de campo magnético c montado no alojamento do cilindro, dc tal modo que o sensor gera um sinal de saída como uma função de uma distância relativa entre o primeiro e segundo membros de magneto, à medida que o segundo elemento se move com relação ao primeiro elemento. Preferivelmente, a haste inclui um eixo cilíndrico central e uma luva cilíndrica oca, montada sobre e recebendo o eixo. Preferivelmente, a primeira e segunda ranhuras são formadas em uma superfície interna da luva, e a luva e a peça de extremidade são formadas de material não ferroso.

Breve Descrição dos Desenhos Fig. I é uma vista em perspectiva de uma realização alternativa da presente invenção, com porções removidas;

Fig. 2 é uma vista lateral em corte da montagem de sensor de posição de cilindro da Fig. 1;

Fig. 3 é uma vista tomada ao longo das linhas 3-3 da Fig. 2;

Fig. 4 é uma vista tomada ao longo das linhas 5-5 da Fig. 2.

Descrição Detalhada Referindo-se às Figs. I e 2, a montagem de sensor de posição de cilindro 10 inclui um alojamento do cilindro 12 que recebe de modo deslizante um pistão 14 fixado a uma extremidade de uma haste ou montagem de eixo 16. O alojamento 12 forma uma peça de extremidade 18 que possui uma cavidade central 20 que recebe de modo deslizante a montagem de haste 16. A montagem de haste 16 inclui uma haste base ou central 22 e uma luva cilíndrica oca não ferrosa 24, com uma cavidade central 26 que recebe a haste 22. A primeira e segunda ranhuras 28 e 30 são formadas na superfície da cavidade 26. de tal modo que a separação entre as ranhuras 28 e 30 varia como uma função da posição axial ao longo da haste 22. A primeira ranhura 28 pode se estender axialmente na superfície da cavidade 26 e ser paralela a um eixo central da haste 22. A segunda ranhura 30 pode possuir uma forma helicoidal.

Um primeiro membro de magneto 32 é montado na primeira ranhura 28 e preferivelmente tem os pólos norte e sul orientados em uma direção radial. Um segundo membro de magneto 34 é montado na segunda ranhura 30 e preferivelmente também possui pólos norte e sul orientados em uma direção radial. Alternativamente, as ranhuras poderíam ser formadas cm uma superfície externa a haste 22.

Ranhuras anulares 40, 42 e 44 são formadas na superfície da cavidade 20 e afastadas axialmente na peça de extremidade 18. Um selo de alta pressão 46 é montado na ranhura 40 e encaixa seladamente a superfície externa da luva 24. Um selo excêntrico 48 é montado na ranhura 44 e se encaixa seladamente na superfície externa da luva 24.

Um sensor 50, tal como um sensor magnetostritivo, é montado na ranhura 42. O sensor 50 pode ser um sensor de campo magnético de forma anular único, ou um conjunto de forma anular de diversos sensores de campo magnético, ou um sensor similar que é capaz de sentir a separação entre dois magnetos. Tais sensores são feitos por MTS Systems Corporation. Uma cavidade radial 52 é provida na peça de extremidade 18 para acomodas fios elétricos para comunicar sinais do sensor 50 para o exterior. Alternativamente, o sensor 50 pode ser montado em um anel separado (não mostrado) que é montado no conjunto de haste 16.

Conforme visto melhor na Fig. 3, em uma extremidade da luva 24. a ranhura 28 é espaçada angularmente no sentido horário da ranhura 30, de um ângulo de cerca de 90 graus. Como é melhor visto na Fig. 4, em um ponto médio das ranhuras, as ranhuras 28 e 30 são espaçadas angularmente de um ângulo de cerca de 180 graus. Conforme visto melhor na Fig. 5, na outra extremidade das ranhuras, a ranhura 28 é afastada angularmente no sentido anti-horário da ranhura 30, de um ângulo de cerca de 90 graus. À medida que a montagem de haste se move para dentro e para fora do alojamento 12, o espaçamento relativo entre a porção dos magnetos 32 c 34 que estão dentro do sensor 50 muda, e em resposta a esta mudança de separação, o sensor 50 gera um sinal de saída que é indicativo da posição da montagem de haste 16, dentro do alojamento 12.

Esta montagem de sensor de posição é relativamente insensível a rotação da montagem da haste 16, porque a rotação não muda o espaçamento relativo entre os magnetos 32 e 34. A ranhura 30 é preferivelmente uma ranhura uniformemente helicoidal a partir de uma montagem de haste 16 até a outra extremidade, com as extremidades das ranhuras sendo angularmente deslocadas uma da outra, por não mais do que um ângulo pré-determinado. A ranhura helicoidal 30 pode ser deslocada da ranhura em linha reta 28 de 45 graus em uma extremidade, e de 225 graus na outra extremidade, para prover uma separação angular mínima fixa entre as duas ranhuras, porém isto não é necessário.

Se as ranhuras são formadas na haste ao invés de na luva, então a haste precisa ser feita de material não ferroso, ou se for feita de material ferroso, o material magnético precisa ser isolado do material da haste. Alternativamente, o material magnético poderia ser depositado na superfície da haste ou sobre uma superfície da luva.

Com este projeto, o orifício necessita ser cavado na haste e o sensor é abrigado fora da câmara pressurizada do cilindro. Como resultado, o sensor não tem que suportas as pressões de um cilindro e a integridade da haste não tem que ser posta em risco por um orifício cavado abaixo da metade.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em conjunto com uma realização específica, é entendido que muitas alternativas, modificações e variações serão aparentes àqueles especialistas na técnica, à luz da descrição precedente. Consequentemente, esta invenção é destinada a abranger todas estas alternativas, modificações e variações que caem dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema sensor de posição de cilindro (10), que compreende: um primeiro elemento; um segundo elemento deslizante em relação ao primeiro elemento; caracterizado por compreender: uma primeira ranhura (28) no segundo elemento, a primeira ranhura (28) estendendo-se paralela a um eixo central (22) do segundo elemento; um primeiro membro de magneto (32) montado na primeira ranhura; uma segunda ranhura (30) no segundo elemento, a segunda ranhura (30) sendo helicoidal e sendo espaçada afastada da primeira ranhura; um segundo membro de magneto (34) montado na segunda ranhura (30); e um sensor de campo magnético (50) montado no primeiro elemento, o sensor (50) gerando um sinal de saída como uma função de uma distância relativa entre o primeiro e segundo membros de magneto (32, 34), â medida que o segundo elemento se move com relação ao primeiro elemento.

2. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo elemento compreende; um eixo cilíndrico (22); e uma luva (24) cilíndrica oca montada sobre e recebendo o eixo, a primeira e segunda ranhuras (28, 30) sendo formadas em uma superfície interna da luva (24).

3. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que: o segundo elemento compreende um eixo cilíndrico (22) e uma luva cilíndrica oca (24) montada sobre e recebendo o eixo (22); e o primeiro elemento compreende um alojamento cilíndrico oco (12) possuindo uma peça de extremidade (18) com uma cavidade de eixo (20) estendendo-se através dela (18), uma parede da cavidade encaixando de modo deslizante a luva (24).

4. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: a luva (24) e a peça de extremidade (18) são formadas de material não terroso.

5. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: uma ranhura de sensor anular (42) é formada em uma superfície da cavidade do eixo (20), o sensor de campo magnético (50) sendo montado na ranhura do sensor (42).

6. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: uma primeira e segunda ranhuras de selagem (40, 44) são formadas na superfície da cavidade do eixo (20), em lados opostos da ranhura do sensor (42); um elemento de selagem de alta pressão (46) é montado na primeira ranhura de selagem (40) e, de forma selada e deslizante, encaixa uma superfície externa da luva (24); e um elemento de selo excêntrico (48) é montado na segunda ranhura de selagem (44) e, de forma selada e deslizante, encaixa uma superfície externa da luva (24).

7. Sistema sensor de posição de cilindro (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a luva (24) é formada de material não ferroso.