BRPI0613788A2 - aparelho para prover um sinal relacionado à posição de uma peça e aparelho para determinar uma posição de peça de uma peça - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA PROVER UM SINAL RELACIONADO A POSIçAO DE UMA PEçA E APARELHO PARA DETERMINAR UMA POSIçAO DE PEçA DE UMA PEçA. Um aparelho para prover um sinal relacionado à posição de uma peça o qual compreende uma bobina excitatriz, e uma bobina de receptor dispostas próximas à bobina excitatriz. A bobina excitatriz gerando um fluxo magnético, quando a bobina excitatriz for energizada por uma fonte de energia elétrica. A bobina de receptor gera um sinal de receptor, quando a bobina excitatriz for energizada por um acoplamento indutivo entre a bobina de receptor e a bobina excitatriz. A bobina de receptor tem uma pluralidade de seções, e o acoplamento indutivo tende a induzir voltagens opostas em pelo menos duas seções. Configurações da presente invenção incluem sensores lineares, sensores rotacionais, e novas configurações para um sensoriamento relacional melhorado.

Description

"APARELHO PARA PROVER UM SINAL RELACIONADO À POSIÇÃO DEUMA PEÇA E APARELHO PARA DETERMINAR UMA POSIÇÃO DE PEÇADE UMA PEÇA".

Campo da Invenção

A presente invenção se relaciona, em particular,a sensores de posição lineares e rotacionais.

Histórico da Invenção

Sensores rotacionais indutivos estão descritos em nossaspatentes co-pendentes 11/399.150, 11/102.046 e 11/400.154,quais conteúdos estão incorporados nesta por referência.No entanto, sensores rotacionais inerentemente restringemo curso que podem ser medidos em certas aplicações,por exemplo, controle de acelerador de automóveis. 0 usode sensores lineares ou sensíveis a movimento, incluindocomponentes lineares, provê medições sensíveis ao longode um curso mais longo.

Sinais de bobinas de receptor de sensores indutivos sãopropensos a variações, devido a ruído e variações defabricação, por exemplo, variações na separação de peças.Sensores melhorados que forneçam sinais posicionaiscorrigidos para tais fatores comumente seriam de grandeinteresse comercial, particularmente em aplicações decontrole de acelerador, entre outras aplicaçõespossíveis.

Sumário da Invenção

Um aparelho para prover um sinal relacionado à posiçãode uma peça móvel (com referência a um movimento linear,um movimento de rotação, ou qualquer combinação de tiposde movimento) compreende uma bobina excitatriz, umabobina de receptor disposta próxima à bobina excitatriz.

A bobina excitatriz gerando um fluxo magnético, quandoa bobina excitatriz for energizada por uma fonte deenergia, tal como por uma fonte de corrente alternada.

A bobina de receptor gera um sinal de receptor, quandoa bobina excitatriz for energizada por um acoplamentoindutivo entre a bobina de receptor e a bobinaexcitatriz. A bobina de receptor inclui uma pluralidadede seções, e o acoplamento indutivo induz voltagensopostas em pelo menos duas seções. 0 conjunto de bobinainclui uma bobina excitatriz, uma ou mais bobinas dereceptor, e opcionalmente uma bobina de referência.

0 conjunto de bobina pode ser formado em um substrato,tal como trilhas metálicas formadas em uma placa decírculo impresso, e que pode ser usada para suportarum circuito eletrônico para processamento de sinal.

0 acoplamento indutivo é modificado pelo movimento dapeça, de modo que o sinal de receptor se relacione coma posição da peça. Por exemplo, um elemento acopladorpode ser mecanicamente acoplado à peça, de modo queo elemento acoplador modifique o acoplamento indutivoentre a bobina excitatriz e a bobina de receptor,à medida que esta última se desloca, de modo que o sinalde receptor se relacione à posição do acoplamento e,portanto, à posição da peça. 0 elemento acopladorpode compreender uma placa metálica, geralmente umaestrutura em forma de U, ou uma estrutura que modifiqueo acoplamento indutivo.

O acoplamento indutivo é modificado pelo movimento dapeça, de modo que o sinal de receptor se relacione coma posição da peça. Por exemplo, um elemento acopladorpode ser acoplado mecanicamente à peça, de modo que estemodifique o acoplamento indutivo entre a bobinaexcitatriz e a bobina de receptor, à medida que a peçase desloca, de modo que o sinal de receptor se relacionecom a posição do acoplador e, portanto da posiçãoda peça. O elemento acoplador pode compreender uma placametálica, geralmente uma estrutura em forma <ie U, ouuma estrutura que modifique o acoplamento indutivo.

Em algumas configurações da invenção, a bobina dereceptor é geralmente alongada tendo uma primeiraextremidade, uma segunda extremidades, uma primeira seçãoda bobina de receptor, que tem sua área principal próximada primeira extremidade, e uma segunda seção, que tem suaárea principal mais próxima da segunda extremidade queda primeira seção. A primeira seção e a segunda seçãotendo direções de enrolamento opostas, o acoplamentoindutivo entre a bobina excitatriz e a seção induz umaprimeira voltagem, enquanto o acoplamento indutivo entrea bobina excitatriz e a segunda seção induz uma segundavoltagem, o primeiro sinal e o segundo sinal tendo fasesopostas, o sinal de receptor sendo uma combinação queinclui a primeira voltagem e a segunda voltagem.

A bobina excitatriz pode ter um perímetro geralmentealongado, tal como retangular, geralmente plano para umsensor linear. As bobinas de receptor podem ser dispostasem um plano paralelo ao plano da bobina excitatriz, esubstancialmente coplanares com a bobina excitatriz, oudeslocadas, tal como da largura de uma placa de círculoimpresso ou de um outro substrato. A bobina excitatrizpode ter uma geometria cilíndrica para os novos sensoresrotacionais descritos nesta.

Em alguns exemplos da invenção, a bobina de receptorinclui pelo menos duas seções. As seções podem ter umaforma triangular, forma de diamante, ou outras formas,de acordo com a natureza do sinal sensível à posiçãorequerido. O movimento do elemento acoplador muda o graurelativo do acoplamento indutivo entre a bobinaexcitatriz e duas ou mais seções. Um sensor de posiçãolinear provê um sinal relacionado com a posição de umapeça ao longo de sua trajetória linear. Um sensorrotacional também pode ser configurado, de modo queo conjunto de bobina (bobina excitatriz, bobina dereceptor, e bobina de referência opcional) estejadisposto em uma superfície geralmente cilíndrica, eo aparelho pode ser um sensor rotacional para um eixoque se estende ao longo da superfície geralmentecilíndrica. Um sinal de referência, para correção dossinais receptores com respeito a fatores de modo comum,pode ser obtido de uma bobina de referência separada.

Em outros exemplos, uma pluralidade de bobinas dereceptor é usada, e o sinal de referência é obtidocombinando os sinais obtidos das bobinas de referência.Uma bobina de referência pode ser configurada, paraprover um sinal substancialmente independente da posiçãoda peça, quando a bobina excitatriz for energizada, eusada para processar um sinal relacionai (tal como,por divisão analógica) para corrigir sinais de posiçãocom respeito a fatores de modo comum. 0 sinal dereferência também pode ser usado para estimar a folga oudeslocamento entre o conjunto de bobina e um elementoacoplador, por exemplo para determinar o número derotações. Uma bobina de referência, se usada, pode teruma primeira seção dentro da bobina excitatriz e uma oumais outras seções fora da bobina excitatriz.

Um circuito eletrônico pode ser provido operável paragerar um sinal de posição substancialmente linear coma posição a ser medida, tal como voltagem versus posiçãolinear, voltagem versus posição angular, ao longo da umatrajetória em arco ou outras posições que combinemmovimentos linear e rotacional. A posição da peça podeser a posição de um pedal, mecanicamente acoplado àposição do elemento acoplador, tal como em aplicações deacelerador eletrônico. 0 aparelho pode compreender umcircuito eletrônico operável para prover um controle develocidade para um motor.

Assim, um aparelho, de acordo com uma configuração, paradeterminar uma posição de peça compreende: uma bobinaexcitatriz, qual bobina excitatriz gerando um fluxomagnético quando a mesma for excitada, ou seja energizadapor uma fonte de energia elétrica; uma pluralidade desinais de receptor, quando a bobina excitatriz forenergizada por um acoplamento indutivo entre as bobinasde receptor e a bobina excitatriz; um elemento acopladormóvel tendo uma posição relacionada com a posição dapeça, que modifica o acoplamento indutivo entre a bobinaexcitatriz e a bobinas de receptor, de modo que os sinaisde receptor se relacionem com a posição da peça, e umcircuito eletrônico que provê um sinal relacionai queresulte pelo menos de um dos sinais de receptor edo sinal de referência. 0 circuito eletrônico gerando umsinal de referência usando pelo menos duas bobinas dereferência, de modo que o sinal de referência não dependada posição do elemento acoplador. Alternativamente,pode ser usada uma bobina de referência separada.

0 sinal de referência obtido, no entanto, pode ser usadopara compensar variações no sinal de receptor não-relacionadas com a posição do acoplador, tal como, ruído,variações de voltagem, ou variações de fabricação.

O sinal de referência pode ser obtido usando retificaçãonão-sensível à fase pelo menos de dois sinais dereceptor, ou de uma bobina de referência separada.

Descrição Resumida dos Desenhos

As figuras IA a IC mostram um sensor indutivo linear emuma vista de planta e seção transversal, respectivamente;

as figuras 2A e 2B mostram um sensor indutivo linearno qual um modulador de distância tem uma seção externa;

as figuras 3A e 3B mostram duas configurações deuma bobina, que pode ser usada para um modulador linear;

a figura 4 mostra um modulador linear para compensarum movimento de inclinação;

a figura 5 ilustra como uma circuitagem eletrônicapode ser contida na seção externa de um modulador dedistância;

a figura 6 mostra um modulador de distância tendo umnúmero maior de espiras na seção externa;

a figura 7 mostra um sensor linear, no qual o moduladorde distância tem duas seções fora da bobina excitatriz;

as figuras 8A a 8C mostram uma configuração alternativade um sensor linear;

a figura 9 mostra um modulador de distância tendo umaconexão terra na seção externa;

a figura 10 mostra o modulador de distância tendo umaconexão terra na seção interna;

a figura 11 mostra um circuito ressonante incluindoo modulador de distância;a figura 12 mostra a função de transferência de uma saídade voltagem do modulador de distância para folga;as figuras 13A e 13B mostram a transformação de umaconfiguração de sensor linear para geometria cilíndricapara sensor rotacional;

as figuras 14A a 14C ilustram transformações de sensorde configuração linear para configuração parcialmente oucompletamente rotacional;

a figura 15 mostra uma configuração de sensoriamentolinear de longa distância;

a figura 16 mostra uma configuração alternativa desensoriamento linear de longa distância;

a figura 17 mostra sinais de uma configuração de bobinade sensor 4-LM, onde as duas curvas cheias de dois LMs7 eas duas curvas tracejadas são os sinais inversos;

as figuras 18, 19A e 19B ilustram configuraçõesadicionais para sensoriamento linear em distânciasmais longas;

a figura 20 ilustra uma retificação não-sensível à fasede sinais LM para prover um sinal de modo comum;

as figuras 21 a 23 ilustram configurações adicionais parasensoriamento linear, que dispensam uma bobina DMseparada;

a figura 24 mostra a transformação geométrica para umageometria cilíndrica de um sensor rotacional relacionaidispensando uma bobina DM separada;

as figuras 25 e 26 ilustram uma aplicação de sensoresrotacionais de geometria cilíndrica em ambientesferromagnéticos;

a figura 27 ilustra um sensor rotacional usando umconjunto de bobina de geometria cilíndrica;a figura 28 ilustra a ligação de um acoplador a uma luvarotativa para sensoriamento rotacional com uma geometriacilíndrica; e

a figura 29 ilustra um circuito de retificação paraobter um sinal de modo comum; e

a figura 3 0 mostra um arranjo de 3 bobinas de receptor.Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção se relaciona a um sensor indutivopara prover sinais elétricos relacionados com uma posiçãode uma peça mecânica, por exemplo, de uma peça móvelao longo de uma trajetória linear. Configurações dainvenção incluem um sensor linear de alta resolução paracontrole de aceleradores eletrônicos.

A peça sensoreada, por exemplo um pedal, é mecanicamenteacoplada a um elemento acoplador. 0 elemento acopladorpode ser um componente condutivo elétrico, tal como umaplaca metálica, ligada à peça. Por exemplo, uma bobinaenrolada em um plano ou em outro componente, capaz demodificar o acoplamento indutivo entre as bobinas.O elemento acoplador, para bloquear o fluxo magnéticoentre a bobina excitatriz e as bobinas de receptor,por exemplo uma placa eddy, em geral feito de materialcondutivo, tal como de cobre.

Quando se desloca a peça, o elemento acoplador tambémse desloca em relação a pelo menos duas bobinas. Umabobina excitatriz (bobina transmissora) é conectada a umafonte de corrente alternada senoidal (fonte de excitação,tal como oscilador Colpitts) e gera um fluxo magnético.Há também uma bobina de receptor que, em um sensorlinear, pode ser chamado "Modulador Linear" (LM) . Em umsensor rotacional, a bobina de receptor também pode serchamada "Bobina de Sensor". Em um exemplo abaixo, o termoLM (Modulador Linear) algumas vezes pode ser usado embobinas de receptor de um sensor rotacional, por exemplopara conjuntos de bobina com forma geralmente cilíndrica.

A bobina de receptor é preferivelmente formada no mesmoplano da bobina excitatriz. Em resposta ao movimento dapeça a ser sensoreada, o elemento acoplador se deslocaem um plano paralelo às duas bobinas, e espaçado próximodas bobinas, assim afetando o grau de acoplamentoindutivo entre a bobina excitatriz e a bobina dereceptor, e, portanto, a corrente elétrica induzida nabobina de receptor pelo campo CA da bobina excitatriz.Em algumas configurações da invenção, a bobina dereceptor é enrolada como um par de seções de bobina emsérie. Uma seção da bobina tem a maior área naextremidade do deslocamento do elemento acoplador e sereduzindo para uma área mínima na outra extremidade dedeslocamento do elemento acoplador. A segunda seção tem amenor área na extremidade na qual a primeira seção debobina tem a maior área e vice-versa. As seções de bobinasão enroladas, de modo que as voltagens induzidas em cadaseção sejam opostas. Por exemplo, as seções da bobina dereceptor podem ser enroladas em sentidos opostos.

Um_sinal é gerado pela combinação das duas seções debobina de receptor em série. Quando o elemento acopladorestá próximo de uma extremidade do curso, o acoplamentoindutivo aumenta com uma seção, e quando o elementoacoplador se move para a outra extremidade, diminuio acoplamento indutivo da primeira seção, e aumentao acoplamento da segunda seção. Por conseguinte, o sinalde receptor corresponde à posição do elemento acoplador.

Usando uma retificação sensível à fase, um sinal deposição é provido substancialmente linear com a posição.

Qualquer variação de folga entre o plano do elementoacoplador e o plano onde a bobina excitatriz e a bobinade receptor são enroladas, produz uma variação no sinalde receptor. Outras variações no sinal de receptorresultam de variações em voltagem da fonte de excitação,de variações de temperatura, de sinais eletromagnéticosestranhos (ruído) e similares, que são chamados em geralsinais de modo comum. Esta bobina também é chamada"Bobina de Referência". 0 modulador de distância pode seruma bobina enrolada, de um modo em que seu sinal de saídaseja substancialmente não afetado pela posição doelemento acoplador, e seu sinal de saída afetado porvariações de folga, e outros sinais de modo comum.

A função do modulador de distância (DM) também pode serprovida por uma combinação de bobinas de receptor,ou seções de um bobina de receptor.Um circuito eletrônico pode ser usado para obter um sinalde posição proporcional à posição de peça. Por exemplo,usando retificação sensível à fase de sinais obtidosa partir da bobina de receptor e do modulador dedistância, por divisão analógica, os efeitos de modocomum podem ser eliminados. Alternativamente, subtraindoa saída da bobina do modulador de distância da saída dabobina de receptor, o sinal da bobina de receptoré normalizada, removendo os sinais de modo comum.

Em uma configuração da invenção, a bobina excitatriz ea bobina de receptor são formadas em uma placa decircuito, e o elemento acoplador se deslocando próximodesta. O modulador de distância pode ser formadoutilizando a natureza do padrão de fluxo eletromagnéticogerado pela bobina excitatriz, e a bobina excitatriz podeser formada de modo que os lados opostos se estendam aolongo dos elementos longitudinais opostos da placa decircuito, e alongados na direção do movimento do elementoacoplador, permite que os campos gerados por estas seçõesde bobina se estendam além da área da excitatriz.

O modulador de distância pode ser formado essencialmentecomo duas ou mais seções em série, uma das seçõesdisposta na área definida pela bobina excitatriz, epelo menos uma outra das seções externa àquela área.

Esta configuração permite um ganho maior a partir dabobina do modulador de distância, e, por conseguinte,uma extensão maior de curso linear do elemento acoplador.Uma vez a densidade de fluxo na região interna da bobinaexcitatriz sendo maior que a densidade de fluxo na regiãoexterna, a seção do modulador de distância que se estendealém dos limites da bobina excitatriz pode requerer umnúmero maior de espiras que a seção na excitatrizpara prover amplitudes iguais a partir das duas.

Em uma configuração alternativa, o modulador de distânciatem três seções: uma seção interna da bobina excitatriz eduas seções externas aos limites da bobina excitatriz.Esta solução tende a desequilibrar o acoplamentocapacitivo entre a bobina excitatriz e as seções domodulador de distância, fora da bobina excitatriz.

Um circuito eletrônico para prover um sinal de posiçãoa partir dos vários sinais de bobina pode ser dispostona placa de circuito nos limites de uma seção externada bobina do modulador de distância, e fora dos limitesda bobina excitatriz.

Então, um sensor de posição linear indutivo paradeterminar a posição de peça, qual peça tem um elementoacoplador ligado a mesma que compreende: uma bobinaexcitatriz; uma fonte de excitação de corrente alternadapara energizar a bobina excitatriz; uma bobina dereceptor configurada de modo que o sinal induzido nabobina de receptor pelo campo da bobina excitatrizcorresponda à posição do elemento acoplador; e(opcionalmente) uma bobina do modulador de distânciaconfigurada de modo que o sinal seja substancialmenteindependente da posição do elemento acoplador, masrelacionado com a folga entre o elemento acopladore a bobina. 0 conjunto de bobina(s) excitatriz(es) juntocom bobina(s) receptora(s) é chamado "Conjunto de Bobina"e pode ser formado em uma única placa de circuito.

Um circuito eletrônico recebe os vários sinais doconjunto de bobina e provê um sinal de posiçãorelacionado à posição do elemento acoplador. A bobina dereceptor pode ser formada dentro dos limites da bobinaexcitatriz. 0 modulador de distância pode ser formadoparcialmente dentro dos limites da bobina excitatriz eparcialmente fora dos limites da bobina excitatriz econfigurado de modo que o fluxo induzido no modulador dedistância pela bobina excitatriz seja substancialmenteindependente da posição do elemento acoplador, ondea saída do modulador de distância pode ser usada paracorrigir a saída do receptor para eliminar sinais de modocomum, e o efeito de variação de folga.

A figura IA mostra um conjunto de bobina, de acordo comuma configuração da invenção, configurado como sensorindutivo linear. 0 conjunto de bobina inclui uma bobinaexcitatriz 10, uma fonte de excitação 12, e um moduladorde distância (bobina DM) 14, uma bobina de receptor,no caso de bobina moduladora linear (LM) 16, e umelemento acoplador 18. A bobina excitatriz 10é energizada pela fonte de excitação, havendo umacoplamento indutivo entre a bobina excitatriz e ambos,modulador de distância 14 e modulador linear 16, parainduzir sinais em ambas bobinas. 0 sinal do modulador dedistância se correlaciona com a folga entre o DM eo elemento acoplador, sendo substancialmente independenteda posição do elemento acoplador.

A figura IB mostra o LM isolado. 0 modulador linearinclui duas seções, A e B, quais formam um par deenrolamentos triangulares com direções de enrolamentoopostas. O LM produz um sinal de saída relacionado àposição do elemento acoplador. As voltagens induzidas nasseções tendem a ser opostas como neste caso, o LM estádentro da bobina excitatriz. O LM, ou qualquer bobina dereceptor em outros exemplos, não precisa estarinteiramente dentro da bobina excitatriz, mas pode estaraproximadamente ou substancialmente dentro da mesma.Quando o elemento acoplador se desloca de sua posição,indicada em 18, para uma posição mais adiante à esquerda,o sinal do LM se altera à medida que a contribuição dasseções A e B do modulador linear varia proporcionalmente,devido aos diferentes graus de bloqueio do acoplamentoindutivo pelo elemento acoplador.

O modulador linear de estrutura diferente, em virtude dafalta do elemento acoplador, a contribuição das seçõessubstancialmente triangulares AeB tende a se cancelar.Dai, o acoplamento indutivo entre a bobina excitatriz eo modulador linear varia em função da posição do elementoacoplador 18. Quando as seções têm direções deenrolamento opostas, e ambas se encontram na bobinaexcitatriz, as voltagens induzidas em cada seção sãoopostas. Uma seção (anterior) tende a produzir um sinalem fase com a excitatriz, e a outra seção (posterior)um sinal fora de fase. Assim, uma retificação sensívelà fase do sinal de saída global do LM permite determinara posição do acoplador.

Com o elemento acoplador na posição dada, o acoplamentoindutivo entre a bobina excitatriz e a seção A do LM estábloqueado em um grau maior que do acoplamento indutivoentre a bobina excitatriz e a seção B de LM. Quandoo elemento acoplador se desloca para uma posição maisa esquerda, o acoplamento indutivo relativo entre abobina excitatriz e as duas seções AeB mudamproporcionalmente. Se o elemento acoplador estivermais a esquerda, ainda nos limites da bobina excitatriz,o acoplamento indutivo de seção B será grandementediminuído. Neste último caso, a voltagem de saída de LMserá controlada a partir do sinal gerado na seção A.As linhas cheias nestas figuras representam elementoscondutores, tal como fios, cintas e outros condutoresalongados. Nos exemplos preferidos, as linhas representamtrilhas em uma placa de circuito que pode ser dupla-face,multicamada, ou configurada de forma apropriada paraa aplicação em vista. A mesma placa também pode conterum circuito eletrônico que recebe sinais da bobina epossivelmente inclui um oscilador da fonte de excitação.

O cruzamento de duas linhas geralmente não representa umainterconexão elétrica. As bobinas podem ser formadasem um substrato, tal como PCB, mas na maior partedos exemplos, o substrato não é mostrado.

A figura IC mostra uma seção A-A' da figura A em seçãotransversal, onde é mostrada uma placa de circuito 19suportando a bobina excitatriz 10, DM 14, e LM 16.O elemento acoplador 18 é mostrado com seção transversalsubstancialmente em forma U, no entanto outras formas,tal como em forma de placa, também podem ser usadas.

A figura IB ilustra o uso de duas bobinas excitatrizes(10, 10') e bobinas DM (14, 14'); acrescentandoconfiabilidade ao sensor linear provendo redundância, masque dependendo da aplicação não é preciso. Duas bobinasexcitatrizes, referenciadas pelo número 10, são mostradasem superfícies opostas da placa de circuito 19.

O elemento acoplador pode ser feito de uma chapa de cobredobrada ou alternativamente de um outro materialcondutivo qualquer. A estrutura em forma de U ajudaa compensar variações de folga, em particular inclinação(como ilustrado), assim, neste exemplo, onde o moduladorde distância é um simples loop, não tem uma estruturadiferencial. O elemento acoplador compensa ambos, folga einclinação nesta configuração. O conjunto de bobinaé localizado pelo menos parcialmente dentro do elementoacoplador, geralmente em forma de U.

A figura 2A mostra uma outra configuração de bobina, que,por exemplo, pode ser usada com um elemento acopladortendo uma estrutura geralmente em forma de placa.

A configuração da bobina compreende uma bobina excitatriz20, uma fonte de excitação 22, DM 22, DM 24, e LM 26.0 elemento acoplador sendo mostrado em 28. Neste exemplo,o DM tem uma seção interna substancialmente dentro dabobina excitatriz 24A, uma seção externa 24B forada mesma. A seções interna e externa têm seções"anterior" e "posterior". Aqui, os termos "anterior" e"posterior" se referem à direção da voltagem induzidaem cada seção, devido ao acoplamento indutivo com aexcitatriz, e as direções são opostas quando a direção defluxo da bobina excitatriz. está na direção oposta daquelade dentro da bobina excitatriz. A densidade de fluxo,a partir da bobina excitatriz é tipicamente mais intensadentro da bobina excitatriz, de modo que mais espirassejam requeridas para a seção externa do DM.

O DM pode ser suficientemente não sensível à distânciade folga e uma solução para este problema é prover umaestrutura diferencial não-equilibrada, tendo uma seçãoexterna maior que a seção interna e/ou mais espirasna seção interna. No entanto, outras soluções podem serusadas, como será descrito mais adiante.Os sinais da seção interna e da seção externa tendema se cancelar, como parte de uma estrutura diferencial, eprove um sinal correlacionado com a folga entre o DM ea bobina excitatriz na direção axial. No entanto, o sinaldo DM é geralmente substancialmente independente daposição do elemento acoplador.

A figura 2B mostra o DM 24 sozinho para clareza.As direções de enrolamento são iguais para as duas seçõesda estrutura diferencial, quando a direção do fluxo dabobina excitatriz é invertida, seguindo de dentro parafora da bobina excitatriz.

As figuras 3A a 3B mostram duas configurações possíveisde bobina LM. A primeira bobina 3 0 tem seções AeBea segunda bobina 32 seções CeD. A conexão das duasbobinas em série provê duas vezes a magnitude da voltagemde uma única bobina, os demais fatores sendo idênticos.

A figura 4 mostra a bobina LM formada por duas bobinas 3 0e 32 em série, como ilustrado nas figuras 3A e 3B. Estaconfiguração elimina os efeitos de inclinação do elementoacoplador em relação ao plano do LM. Exemplos da invençãopodem incluir tal compensação de inclinação LM,em particular se o elemento acoplador tiversubstancialmente uma forma de placa, e não geralmenteem forma de U, como mostrado na figura IB. No entanto,para simplicidade, a configuração de bobina mais simplestal como mostrada na figura 3, como bobina 30, pode sermostrada em vários exemplos.

A figura 5 mostra a bobina 50, fonte de excitação 52, eDM 54 em um conjunto de bobina similar ao mostradona figura 2. 0 elemento acoplador e LM não são mostradospara clareza. A figura ilustra uma circuitagem, tal comoASIC 56, dentro da seção externa da bobina DM 54.

A circuitagem exerce um pequeno efeito sobre o fluxomagnético e, portanto, sobre o acoplamento indutivo entrea bobina excitatriz e DM.

Os circuitos eletrônicos usados podem ser similaresàqueles descrito em nosso Pedido de Patente co-pendente.A figura 6 mostra um DM tendo mais espiras nas seçõesexternas. 0 conjunto de bobina compreende uma bobinaexcitatriz 60 energizada pela fonte 62 e DM 64.

0 elemento acoplador e LM não são mostrados nesta figurapara clareza, mas podem ser configurados com respeitoà bobina excitatriz, como mostrado na figura 2A 0 DM 64tem uma única espira na seção interna 64A e três espirasna seção externa 64B. Os termos "interno" e "externo'se referem respectivamente às seções internas e externasdo perímetro da bobina excitatriz 60.

A seção interna, por exemplo, tem a direção para frente ea seção externa a direção para trás. 0 uso dos termos"para frente" e "para trás" simplesmente indicam direçõesopostas de voltagem induzida dentro das seções.

A figura 7 mostra uma bobina excitatriz 70, uma fonte deexcitação 72, e uma bobina DM. A configuração DM temuma seção interna (74A) e duas seções externas (74B, 74C)acima e abaixo da seção interna. 0 DM tem uma estruturadiferencial tendo uma direção de seção para frente.

Novamente, neste contexto os termos "para frente" e "paratrás" são usados para indicar as direções relativas dasvoltagens induzidas. A bobina LM e o elemento acopladornão são mostrados para clareza.

Se o DM tem seções de uma direção na bobina excitatriz, euma ou mais seções fora da bobina excitatriz tendo umadireção oposta, o acoplamento capacitivo com a bobinaexcitatriz pode ser controlado. Um desenho de DM similaràquele da figura 7 provê que os efeitos de acoplamentocapacitivo sejam controlados, de modo que o acoplamentocapacitivo entre a bobina excitatriz e o DM sejamsimilares àquele entre a bobina excitatriz e o LM.

Mais particularmente, o acoplamento capacitivo entre abobina excitatriz e as seções para frente e para trás doLM se cancela. Novamente com respeito à figura 6,o acoplamento capacitivo entre a bobina excitatriz e asseções interna e externa de DM também pode sercontrolado, por exemplo, através de um espaçamento entreas espiras de seções de bobina adjacentes. Isto serádiscutido mais adiante com respeito à figura 9.As figuras 8a a 8c mostram uma outra configuraçãocompreendendo a bobina excitatriz 80, uma fonte deexcitação 82, DM 84, e LM 86. Uma posição possível doelemento acoplador está mostrada em 88, a partir de onde(como ilustrado) o elemento acoplador se desloca paraa esquerda ou direita. Este desenho provê um ganho menore também uma gama restrita de medições posicionaisem relação, por exemplo, ã configuração da figura 6.No entanto, o DM pode ser completamente confinadona bobina excitatriz.

A figura 8B mostra o DM 84 sozinho para clareza. Nestaestrutura diferencial há uma seção interna definida pelasespiras 84A tendo uma direção de enrolamento opostaàquela da seção externa definida pela espira 84B. Nesteexemplo, ambas seções estão dentro da bobina excitatrize, portanto, as direções de espira opostas são requeridaspara uma estrutura diferencial.

A figura 8C mostra o LM sozinho para clareza. A LM temseções esquerda e direita ("esquerda" e "direita" sendousados para conveniência com respeito à ilustração).Em outros exemplos, o LM pode ter outras estruturas,tal como em uma forma de arco ou em outras configurações,onde o acoplamento indutivo entre as seções é modificado,quando o acoplador se desloca, permitindo determinara posição do acoplador.

A figura 9 mostra uma configuração DM com uma conexãoterra para a seção externa. 0 acoplamento indutivo tambémé afetado pela localização da conexão terra para o DM.

A figura 9 mostra a bobina excitatriz 90, a fonte deexcitação 92, e o DM 94. 0 LM 96 é mostrado em linhastracejadas para clareza. 0 DM tem ambas, uma seçãointerna (dentro da bobina excitatriz) e uma seção externade direção oposta, fora da bobina excitatriz. Neste caso,a conexão terra é provida para a seção externa. Istotende a prover uma impedância mais alta para as correntesinduzidas do acoplamento capacitivo, quando as correntesgeradas próximas à bobina excitatriz têm uma extensãomais longa a seguir, antes de chegar na conexão terra.A seção interna da DM é a seção-para frente, enquantoseção externa é uma seção para trás. As duas seções do LMsão para frente para trás, como mostrado a esquerdaem cima e a direita em baixo. Neste exemplo, paraeqüalizar o acoplamento capacitivo com o DM e LM,a espira da seção para frente do DM é disposta dentroda espira da seção para trás do LM.

O oval tracejado mostra uma região onde há um acoplamentocapacitivo da excitatriz para a seção para trás do LM(dentro da bobina excitatriz) e para a seção para trásdo DM (fora da bobina excitatriz). Nesta região, a seçãopara frente do DM fica dentro do LM, assim o acoplamentocapacitivo com a excitatriz é menos importante. Assim,os efeitos do acoplamento capacitivo sobre LM e DMpodem ser controlados e eqüalizados, assim o acoplamentocapacitivo se torna outro fator tipo modo comum, quaisefeitos com respeito ao sensoriamento posicionai podemser grandemente eliminados por sensoriamento relacionai.A figura 10 mostra uma configuração similar àquela dafigura 9, mas com a conexão terra provida na seçãointerna. A figura mostra a bobina excitatriz 100, a fontede excitação 102, e DM 104, qual DM tendo seções internae externa de direções opostas, sendo que a conexão terraé feita para a seção interna. 0 LM não é mostrado,mas pode ser configurado similarmente à figura 9,por exemplo, com a porção de espira de seção 106 dispostaentre a seção interna do DM e a bobina excitatriz.

A configuração da figura 10 tem impedância mais baixa queda figura 9, e as correntes induzidas por acoplamentocapacitivo têm uma distância mais curta para terra.Para faixas maiores de sensoriamento a distância,o tamanho relativo do elemento acoplador em relaçãoà área da bobina de receptor tende a ser pequena,por exemplo, em relação a sensores rotacionais, ondeo elemento acoplador pode ter tipicamente aproximadamentemetade do tamanho do elemento acoplador (neste caso,um modulador rotacional). Devido ao pequeno tamanho doelemento acoplador, a variação do acoplamento indutivocom o DM pode não ser suficientemente grande paracompensar as variações de folga.

No entanto, a sensitividade à folga do sinal DM podeser melhorada com um circuito ressonante incluindoa bobina DM como indutor. Por exemplo, um capacitor podeser provido em série (ou paralelo) para formar ocircuito ressonante. Ademais, um resistor também pode serprovido em série para ajustar o fator de qualidade (Q).

A figura 11 mostra uma configuração possível, tendo umabobina excitatriz 110, uma fonte de excitação 112,DM 114, resistor 116, e capacitores 118 e 119. 0 par deresistores provê um divisor de voltagem para condicionara entrada, por exemplo, um circuito relacionai. Estecircuito permite usar um menor elemento acoplador.

Assim, uma configuração melhorada para prover uma bobinade referência de sinal de referência ou de modo comumcompreende uma bobina de referência geralmente co-planarcom a bobina de receptor, e pelo menos um capacitor paraformar um circuito ressonante, e opcionalmente umresistor para modificar o fator-Q do circuito ressonante.

A figura 12 mostra uma curva 12 0 representativa davoltagem induzida dentro de DM versus folga. A indutânciado DM varia com a folga (separação física) do elementoacoplador. Neste exemplo, a freqüência ressonante éajustada, de modo que a folga zero corresponda a um pontodiretamente sobre a curva descendente desta função detransferência de voltagem versus folga, i.e. ligeiramenteà direita do pico ressonante. Esta é a linha chamada"folga zero". A inclinação da curva descendente variaajustando o resistor. Assim, a dependência de folga dasaída de voltagem DM aumenta pela inclinação da função detransferência no valor efetivo da folga usada (pontochamado "função de transferência DM para folga").Exemplos descritos até aqui se ativeram geralmente aconjuntos de bobina lineares, no entanto configurações dapresente invenção também incluem sensores de posiçãoparcialmente ou totalmente rotacionais.

A figura 13A mostra transformações de conjuntos de bobinageralmente planos, por exemplo, aquele da figura IA,para forma cilíndrica. Neste caso, a forma plana é dadacomo retângulo 13 0 e a forma cilíndrica pode serprojetada sobre a superfície curvada 132. A separação 134tendo um efeito mínimo.

A geometria do sensor linear pode ser transformada paraaquela de um sensor rotacional, tolerante a variações defolga devido à simetria das folgas entre o enrolamento dosensor (conjunto de bobina) com forma geralmentecilíndrica, e elementos acopladores concêntricos.Por exemplo, como nas figuras 27 e 28.

O sensor atua de maneira similar após tal mudançageométrica. Preferivelmente, o acoplador tem agora doiselementos acopladores (ou placas eddy) deslocadossimetricamente, como mostrado em 138 e 140. Este tipo desensor pode ser usado como sensor parcialmente outotalmente rotacional, como será discutido mais adiante.A figura 13B mostra transformações associadas de umelemento acoplador 134 suportado no objeto 13 6 como elemento acoplador 138 geralmente cilíndrico.

As figuras 14A a 14C mostram transformações para sensoresrotacionais, a rotação ocorrendo no plano das figuras.Por exemplo, o retângulo 142 corresponde à forma geral doconjunto de bobina da figura IA e é levado para a formade arco plano 144. Este tipo de transformação é usadopara obter uma topologia adequada para um sensorparcialmente rotacional, i.e. um sensor sensitivo a ambosmovimentos, linear e rotacional.

As figuras 14B a 14C mostram transformações quecorrespondem a uma topologia adequada para sensoresrotacionais incluindo sensores de movimento completamentemovimento rotacional sem componente linear. Por exemplo,o retângulo 14 6 corresponde à forma geral de um conjuntode bobina similar àquele da figura IA, por exemplotransformado para forma circular 148. Similarmente,um elemento acoplador retangular 115 é transformado paraum ou mais segmentos, geralmente em forma de arco 152suportados por um objeto rotativo 154. Neste exemplo,a rotação do objeto 154 é detectada pelo conjunto debobina curvada 14 8.

Sensores lineares para cursos mais longos podem serobtidos usando uma bobina moduladora linear (LMs) tendomais que duas seções. 0 uso de dois LMs, prontamentepermite obter uma saída de sinal posicionai contínua.

A figura 15 mostra um conjunto de bobina que inclui umabobina excitatriz 60, uma fonte de excitação 162, e LMincluindo múltiplas seções 164, 166, 168, 170. Neste casoas seções adjacentes têm direções opostas, por exemploalternando seções horárias e anti-horárias. Neste caso,o LM é uma bobina tendo quatro pólos ou seções.

0 elemento acoplador pode ser uma placa ou uma estruturageralmente em forma de U, por exemplo, como na figura IB.

Uma posição possível para o acoplador está mostradaem linhas tracejadas em 174. Como mostrado, o elementoacoplador se desloca geralmente da direita para esquerda,modificando o acoplamento indutivo entre a bobinaexcitatriz e a as quatro seções.

A figura 16 mostra uma configuração alternativa tendo umabobina excitatriz 180, fonte de excitação 182, e bobinasLM de quatro pólos, em qual as correspondentes seçõessão sobrepostas em cerca de metade de cada seção.

0 segundo LM 184 é mostrado em linhas tracejadasmostrando mais claramente sua posição relativa como primeiro LM 182. 0 DM e o acoplador não são mostrados.

A figura 17 mostra quatro sinais obtidos de dois LMsda configuração da figura 16 que corresponde a sinais esinais invertidos de cada LM. Assim, um sinal linear podeser obtido perfurando em conjunto os segmentos linearesindicados respectivamente obtidos a partir de sinais,normais e invertidos. Um circuito eletrônico para estetipo de perfuração em conjunto de segmentos lineares seráadicionalmente descrito em nossos Pedidos co-pendentes.A curva LM#1 é obtida do primeiro LM 182, e a curva LM#2do segundo LM 184, sendo que LM#1' e LM#2' são suasversões inversas. Cada sinal é periódico, sendo que asseções substancialmente lineares são mostradas em linhasinclinadas mais grossas no nível de terra virtual (VG) .Sensores indutivos com sinal DM provido por bobinas LMUsando um circuito eletrônico, um sinal de distânciapode ser gerado a partir de bobinas LM, de modo a não sernecessária uma bobina DM separada. 0 sinal DM pode serprovido por qualquer uma ou mais bobinas DM dedicadas,ou combinação de bobinas DM. Neste último caso,o conjunto de bobina pode compreender uma bobinaexcitatriz e um número de bobinas do mesmo tipo, cujossinais podem ser usados para obter ambos, um sinal DM eum ou mais sinais LM. Um sinal de posição é gerado por umcircuito eletrônico, que é um sinal relacionai obtido dosinal DM e um sinal LM (que pode ser selecionado deum conjunto de sinais LM) . Os sinais de cada LM sofremuma retificação sensível à fase para prover um sinal dedeterminação de posição linear, e uma combinação desinais retificados não- sensíveis à fase é usada paraprover um sinal correlacionado com a folga, e não com aposição do acoplador.

A figura 18 mostra um conjunto de bobina compreendendouma bobina excitatriz 190, a fonte de excitação 192, e umLM de quatro pólos 194. A estrutura repetida do LMsignifica que um sinal único será obtido apenas em umafaixa limitada dada pela seta dupla - nUm Módulo".Com um dado número de pólos (seções) , um LM pode medira posição a uma certa distância - Módulo - fora da qual osinal se transforma em não-linear ou se repete no caso deo elemento acoplador se deslocar ao longo de mais seções.A medição de uma distância alongada pode ser tomadamantendo o registro do número de distâncias - módulo -usando a estrutura repetida da(s) bobina(s), ou usandooutras informações a partir das quais determina-se onúmero de distâncias modulares percorridas.

A figura 19A mostra uma combinação de quatro LMs, cada LMsendo uma bobina de quatro pólo. As quatro LMs são194, (como na figura 18) 196, 198, 200, e a bobinaexcitatriz 190 a mesma da figura 18.

Esta combinação de 4 LMs permite determinar o sinal demodo comum (sinal de distância ou folga), sem precisaruma bobina DM especializada.

A figura 19B mostra outro tipo de enrolamento de bobina,onde os fios de retorno são truncados em um lado doconjunto de bobina, para simplificar as conexões. Estasolução de simplificação de conexões sendo bem conhecida.

Esta configuração permite tantas bobinas LM quantonecessário para as diferentes fases dos sinais parao processamento de sinal. Todos os fios de retorno de LMssão conectados em uma extremidade do jogo de bobinas(extremidade esquerda).

As figuras 18 e 19A mostram bobinas diferenciais com queé fácil escolher sinais, para posição linear, mas hámuitos fios de retorno na configuração da figura 19A,simplificado na figura 19B. Um processamento de sinalrelacionai analógico pode ser usado para obter um sinalposicionai compensado para fatores de modo comum.

O sinal posicionai linear é obtido dos sinais providospor cada LM. 0 sinal de folga, em outros exemplosprovidos por uma bobina DM separada, neste caso é providopor retificação não-sensível à fase de dois ou maissinais de bobinas LM individuais, com a subseqüentecombinação de sinais retificados.

Neste exemplo, quatro bobinas LM, como aquelas mostradasna figura 18, são deslocadas 1/8 da distância modularentre si. Uma retificação sensível à fase é usada paragerar quatro sinais a partir das bobinas LM, ou sejaLMl, LM2, LM3, LM4. Estes quatro sinais são usados paraencontrar posição. Ao mesmo tempo, o sinal de cada LMé retificado sem sensitividade de fase (avaliação RMS)obtendo Vcl, Vc2, Vc3, Vc4, para corrigir os fatores demodo comum, tal como folga ou deslocamento. 0 sinalDM equivalente também pode ser chamado sinal de modocomum ou sinal de referência e é equivalente do sinal dereferência descrito em nosso Pedido co-pendente esimilarmente é usado para sensoriamento relacionai.

Assim, a função de bobina DM é dada por uma combinação debobinas LM que também são usadas para posicionamentolinear multi-modular. Uma bobina DM "especializada"separada não é requerida. Em vez disso, um circuito deretificação não-sensível a fase cria um sinal de modocomum. Tendo obtido o sinal de modo comum, este pode serusado para o sensoriamento relacionai. Conseqüentemente,não há fisicamente nenhuma bobina DM, simplificandoo corpo da bobina, e obtendo o sinal de modo comum realque pode ser usado para corrigir o modo comum.

A figura 2 0 é um gráfico mostrando uma retificaçãosensível à fase do sinal LMl (linha 210) substancialmentelinear em função da posição do acoplador (eixo-x).0 eixo-y sendo voltagem e VG terra virtual. Os sinaisobtidos por retificação não-sensível à fase de sinal LMle sinal LM2 são mostrados em linhas tracejadas 216, 218.

Combinando (neste caso somando) estes sinais, resultaum sinal de modo comum 214, substancialmente independenteda posição do acoplador. A visualização do sinal 210 pelosinal de modo comum 214 resulta um sinal relacionai 21que é a posição do sinal provido pelo sensor. A divisãopode ser quer analógica ou digital, como descrito emnosso Pedido co-pendente. A operação de divisão,não-necessariamente uma divisão analógica, pode serrealizada de maneira digital por microcomputador.

Os circuitos eletrônicos descritos em nosso Pedido co-pendente podem ser usados em configurações da invenção,tal como, adaptado pela adição de um retificador não-sensível à fase (opcionalmente um combinador de sinal,tal como um somador de voltagem) para produzir um sinalque pode ser chamado sinal de referência, em seguidaoperado como o sinal de referência descrito em nossoPedido co-pendente. Por exemplo, em nosso Pedido dePatente provisional co-pendente U.S. "Steering AngleSensor" do mesmo inventor, depositado em 2 6 de Junho de2 006, incorporado nesta por referência. Este Pedido,em parte, descreve um sensor de disco com detecção defolga para sensorear múltiplas rotações (além de ummódulo, onde o módulo se encontra em uma faixa na qualpode ser obtido um único sinal de bobina). Configuraçõesda invenção incluem um sensor cilíndrico com detecção dedeslocamento para múltiplas rotações (além de um módulo)como na figura 27. O deslocamento é substancialmenteparalelo ao eixo central de forma cilíndrica do conjuntode bobina - o eixo geométrico de rotação.

A figura 21 mostra outra configuração incluindo umabobina excitatriz 22 0, uma fonte de excitação 222,primeiro LM 224, segundo LM 226, terceiro LM 228, equarto LM 230. A figura mostra todo o conjunto de bobinaem 2 32, sendo que o elemento acoplador não é mostrado.

A figura também mostra as bobinas LM individualmentepara clareza, junto com a direção das seções (para frentee para trás) dos LMs. O primeiro LM 224 tem duas seções eas seções dos outros LMs são deslocados em relação aestas. Cada um dos demais LMs tem três seções, sendo queas primeira e última seções de cada LM são truncadasnas extremidades do conjunto de bobina, de modo quetenham o mesmo comprimento global da primeira LM.Estes enrolamentos LM provêem uma dependência senoidaldo sinal LM em relação à posição. Para um uso compacto daárea interna da bobina excitatriz, a bobina LM émodificada mantendo o equilíbrio de enrolamentos parafrente e para trás. Tal equilíbrio é a razão entre asáreas dianteira e traseira, de modo que a voltageminduzida da bobina seja zero sem o acoplador. A figuramostra um exemplo de enrolamento de sensor de 2 pólospara ondas senoidais. O esquema de aterramentoé modificado para reduzir cruzamentos (fios de retorno doLM cruzando a excitatriz) dos fios de retorno de LM.

A figura 22 mostra uma configuração similar àquelada figura 21, os LMs tendo seções de forma ligeiramentediferentes. Isto inclui a bobina excitatriz 240, a fontede excitação 242, o LM 244 (o diagrama superior mostrasomente o primeiro LM, e o inferior mostra todos LMs) eos outros LMs 246, 248, 350. Esta configuração de LMsde 2 pólos provê uma dependência de onda triangularde voltagem de saída versus posição.

A figura 23 mostra uma outra configuração similar àquelada figura 21. A figura mostra a configuração de bobinainteira em 262, compreendendo a bobina excitatriz 250(com a fonte de excitação 252), LMs 254, 256, 256, 260.

Para gerar um sinal DM para o sinal relacionai, todossinais LM (254, 256, 258, 260) são retificados de maneiranão-sensível à fase e combinados para obter o sinal de214 na figura 20. Qualquer um dos sinais LMs pode serretificado de maneira sensível à fase para obter o sinallinear como em 210 da figura 20.

Então, a razão (210 por 214) entre dois sinais é obtidacomo sinal de sensor, livre de sinais de modo comum,tal como ruído, folga, deslocamento (ortogonal à folga)ou interferência EMI. Esta solução pode ser usada paraqualquer exemplo de sensoriamento relacionai sem DM.

A figura 24 mostra uma transformação geométrica de umsensor linear para um sensor rotacional de geometriacilíndrica. 0 conjunto de bobina 280 é similar àqueleda figura 21 (conjunto de bobina 232). Se o substrato forflexível, por exemplo, um polímero flexível, o sensorpode tomar a forma cilíndrica 284. 0 elemento acopladornão é mostrado, mas pode ser uma placa curvada que giraem torno de um eixo geométrico central (X) dentro ou forado conjunto de bobina. Dois elementos acopladorespodem ser usados, como na figura 13B.

As configurações das figuras 21 a 24 são usadas sem usaruma bobina DM especializada, enquanto o sinal de modocomum é obtido usando uma retificação não-sensível à fasedos sinais LM. Os dados posicionais são obtidos usandouma retificação sensível à fase das figuras LM.

A geometria cilíndrica da figura 24 é menos sensitivaaos efeitos de materiais ferromagnéticos, dentro e forado conjunto de bobina. Com esta configuração de bobina desensoriamento, os efeitos de proximidade ou núcleo demateriais ferromagnéticos sobre as bobinas de receptorpodem ser significativamente reduzidos. Se a bobina DM eLM tiverem a mesma forma geométrica, as bobinasresponderão da mesma maneira. Assim, obtendo o sinal dereferência de bobinas LM, um sensoriamento relacionaimelhorado será possível.

Pode haver uma folga 286 entre duas borda. Se esta folgapuder ser eliminada, por exemplo por sobreposição,poderão ser providos sensores multi-espiras.A figura 25 mostra um material ferromagnético 286 fora doconjunto de bobina 284. Os conjuntos de bobina degeometria cilíndrica atuam bem nesta situação,particularmente sem uma bobina DM especializada.

A figura 26 mostra um núcleo ferromagnético 2 96 quese estende ao longo do centro de um acoplador 2 94compreendendo dois elementos acopladores 290, 292.No entanto, o número de acopladores (em transformaçãocilíndrica) deve ser arbitrário, de acordo com o númerode pares de enrolamento para frente e para trás.Por exemplo, no sensor da figura 21 que mostra um parde enrolamentos para frente e para trás somente umacoplador é bom, enquanto no caso dos sensores da figura18, que mostram duas pares de enrolamento para frente epara trás, dois acopladores são bons, e assim por diante.Este número de acopladores de transformação cilíndricaé muito diferente de sua contra-parte linear, na qualsomente um acoplador pode ser usado (com certezadois acopladores são usados para dois pares deenrolamento para frente e para trás). Um conjunto debobina, tal como 284 na figura 25, pode ser concêntricocom o acoplador ou fora dele. Novamente, conjuntos debobina de geometria cilíndrica atuam bem em taissituações, particularmente sem uma bobina DMespecializada.

A figura 2 7 mostra uma vista parcialmente explodida de umconjunto compreendendo um eixo rotativo 310 com umasuperfície externa roscada 308. 0 conjunto de bobina desensor 3 02 no PCB é suportado na luva roscada 3 00, cujasuperfície roscada interna engata a superfície roscada308. O acoplador 306 gira com o eixo 310. Um circuitoeletrônico 304 provê um sinal posicionai. A luva 312é usada para ligar o acoplador 306 ao eixo rotativo 310.

O deslocamento entre o acoplador 3 06 e o conjunto debobina se altera à medida que o eixo 310 gira. 0 sinal demodo comum pode ser usado para medir o deslocamento edeterminar o número de rotações com um LM selecionadopara prover um sinal linear com o ângulo de rotação.

Para determinar o deslocamento do acoplador com respeitoao conjunto de bobina de sensor PCB, o sinal DM ou sinalde modo comum a partir da bobina LM pode ser detectado,de modo que o ângulo além do módulo possa ser medido.

O deslocamento é gerado através da rotação da luvaroscada, com o eixo em rotação. O sinal DM será novamenterelacionai com respeito a CR e atingirá seu valor máximoquando o respectivo deslocamento for mínimo.

Então, o deslocamento do acoplador com respeito ao sensorPCB varia com a rotação e um sinal de referência pode serdeterminado (de uma retificação não-sensível à fase debobinas de receptor ou usando uma bobina de referênciaespecializa, não mostrada) de modo a poder medir o ânguloalém de um módulo. O deslocamento é gerado pela rotaçãodas superfícies roscadas, quando o eixo rotativo gira.

A figura 28 mostra o acoplador 320 na superfície internade uma luva 324 tendo uma única superfície roscadaque gira no conjunto de bobina de sensor 322 formado naluva roscada (cujos detalhes não são mostrados). Estearranjo pode ser usado para a configuração da figura 27.A figura 2 9 mostra a retificação de um sinal para umsinal de modo comum ou folga. 0 circuito mostra entradado sinal de excitação (CR) 340 e o sinal da bobina dereceptor (RM mostrado ou LM) 342. Os sinais entram em ummultiplicador analógico 344, e então são filtrados eretificados. 0 sinal de saída pode ser usado como sinalde modo comum. Circuitos similares podem usar sinais deuma ou mais bobinas de receptor.

Uma retificação não-sensível à fase pode ser aplicadapara eliminar a queda de diodo da retificação comum. Umaretificação de alta freqüência pode ser feita com umacélula Gilbert, e uma retificação de baixa freqüênciapode usar o circuito da figura 29. Super-diodos podem serusados para retificar um sinal lento.

A figura 3 0 mostra três bobinas de receptor (RM,modulador rotacional), tal como a bobina 350, arranjadascom diferença de fase de 12 0° uma da outra, em umaestrutura geralmente plana. Uma retificação direta dasbobinas é executada, como mostrado, usando um jogo dediodos que preferivelmente não apresenta queda de diodoque produza uma voltagem AM (referência) como na curvamostrada. A razão é dada como sinal retificado sensível àfase RM dividido pela voltagem AM, prontamente obtendo acurva de razão tendo funções lineares para sensoriamentomulti-espira. A diferença de ângulo de 12 0° pode sermapeado para um módulo por um ajuste de polaridade do RT,como módulo de ângulo físico que corresponde à faseelétrica de 360°, portanto não sendo necessáriolinearizar as curvas AM e RM para obter a curvarelacionai linear. Também não será necessário usarum circuito de inversão para obter curvas lineares parao sinal relacionai.

Assim, os pedidos de patente ou as publicações dadasforam incorporados à especificação por referência,na mesma extensão em que cada documento individualespecificamente e individualmente foi indicado para serincorporado por referência. Em particular, o pedido depatente provisional U.S. N0 60/816,448 de 26/Junho/2006,e os pedidos de patente U.S. Nos 11/399,150; 11/102,406;e 11/400,154, do mesmo inventor, estão incorporados nestapor referência.

A presente invenção não se restringe aos exemplosilustrativos descritos acima, que ademais não devem serentendidos como limitantes para o escopo da invenção.Conquanto modificações e outros usos da presente invençãopossam ser imaginados por aqueles habilitados na técnicaa luz desta especificação, o escopo da mesma serádefinido somente pelas reivindicações que se seguem.

Claims (21)

1.- Aparelho para prover um sinal relacionado à posiçãode uma peça, caracterizado pelo fato de incluir:uma bobina excitatriz, a bobina excitatriz gerandoum fluxo magnético, quando a bobina excitatrizfor energizada por uma fonte de energia elétrica;uma bobina de receptor disposta próxima à bobinaexcitatriz, qual bobina de receptor gerando um sinal dereceptor, quando a bobina excitatriz for energizadadevido a um acoplamento indutivo entre a bobina dereceptor e a bobina excitatriz;a bobina de receptor tendo uma pluralidade deseções, e o acoplamento indutivo tendendo a induzirvoltagens opostas em pelo menos duas das seções;- o acoplamento indutivo sendo modificado pelomovimento da peça, de modo que o sinal de receptorse relacione à posição da peça; euma bobina de referência, a bobina de referênciaprovendo um sinal substancialmente independente daposição da peça quando a bobina excitatriz forenergizada;- o aparelho tendo um sensor de posição linear provendoum sinal relacionado a posição da peça ao longo datragetória linear;- uma bobina de receptor sendo geralmente alongada aolongo da tragetória linear.

2.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderum elemento acoplador mecanicamente acoplado à peça,- o elemento acoplador modificando o acoplamentoindutivo entre a bobina excitatriz e a bobina dereceptor, de modo que o sinal de receptor se relacioneà posição de peça.

3.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o elemento acopladorcompreender uma placa metálica.

4.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de o elemento acopladorcompreender uma estrutura geralmente em forma de Ude um material eletricamente condutor, um conjunto debobina incluindo a bobina excitatriz, e a bobina dereceptor, sendo pelo menos parcialmente localizada dentrode uma porção interna da estrutura em forma U.

5.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a bobina de receptorser geralmente alongada, tendo uma primeira extremidade euma segunda extremidade,uma primeira seção da bobina de receptor tendosua maior área próxima à primeira extremidade,uma segunda seção da bobina de receptor tendosua maior área mais próxima da segunda extremidadeque da primeira seção.

6.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de a bobina de referência tendouma primeira seção localizada dentro da bobinaexcitatriz, e uma segunda seção localizada fora da bobinaexcitratriz.

7.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 1caracterizado pelo fato de a bobina de receptor terum perímetro geralmente retangular.

8.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 7caracterizado pelo fato de a bobina de receptor incluirduas seções geralmente triangulares.

9.- Aparelho para prover um sinal relacionado à posição deuma peça, caracterizado pelo fato de incluir:uma bobina excitatriz, a bobina excitatriz gerandoum fluxo magnético, quando a bobina excitatrizfor energizada por uma fonte de energia elétrica;uma bobina de receptor disposta próxima à bobinaexcitatriz, a bobina de receptor gerando um sinalreceptor, quando a bobina excitatriz for energizadadevido a um acoplamento indutivo entre a bobina dereceptor e a bobina excitatriz;a bobina de receptor tendo uma pluralidade deseções, o acoplamento indutivo tendendo a induzirvoltagens opostas em pelo menos duas das seções;o acoplamento indutivo sendo modificado pelomovimento da peça, de modo que o sinal receptorse relacione à posição da peça onde o aparelho é umsensor rotacional;- a bobina de receptor e a bobina excitatriz estandodispostas em um substrato geralmente cilíndrico.

10.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender umelemento acoplador se movendo ao longo de uma trajetóriageralmente circular, concêntrica com o substratogeralmente cilíndrico.

11.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de ser um sensor rotacionalde um eixo que se estende ao longo de uma substratogeralmente cilíndrica.

12.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderuma bobina de referência, qual bobina de referênciaprovendo um sinal de referência substancialmenteindependente da posição da peça, quando a bobinaexcitatriz for energizada;o sinal de referência sendo induzido por acoplamentoindutivo entre a bobina de referência e a bobinaexcitatriz.

13.- Aparelho para determinar uma posição de peçade uma peça, caracterizado pelo fato de:uma bobina excitatriz, qual bobina excitatrizgerando um fluxo magnético quando a bobina excitatrizfor energizada por uma fonte de energia elétrica;uma pluralidade de bobinas de receptor próxima dabobina excitatriz, as bobinas de receptor gerando umapluralidade de sinais de receptor, quando a bobinaexcitatriz for energizada, por um acoplamento indutivoentre as bobinas de receptor e a bobina excitatriz;um elemento acoplador, qual elemento acoplador sendomóvel e tendo um uma posição de elemento acopladorcorrelacionada com a posição da peça, qual elementoacoplador modifica o acoplamento indutivo entre a bobinaexcitatriz e as bobinas de receptor, de modo que cadasinal de receptor se correlacione com a posição de peça;um circuito eletrônico, qual circuito eletrônicogerando um sinal de referência a partir de um ou maissinais de receptor, o sinal de referência sendosubstancialmente independente da posição do elementoacoplador;a posição de peça sendo determinada a partir deum sinal relacionai a partir de pelo menos um dos sinaisde receptor e do sinal de referência.

14.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o sinal de referênciaser usado para compensar uma variação no sinal dereceptor não-correlacionado com a posição do acoplador.

15.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o sinal de referênciaser obtido a partir de uma combinação de sinais dereceptor retificados não sensíveis a fase.

16.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a pluralidade de bobinas dereceptor ser substancialmente coplanar com a bobinaexcitatriz.

17.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o aparelho ser um sensor deposição linear, e de a bobina excitatriz ser alongadaao longo de uma direção do curso linear da peça.

18.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o aparelho ser um sensorrotacional, e de a bobina excitatriz e as bobinas dereceptor serem suportadas em um substrato geralmentecilíndrico;

19.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de a peça ser rotacionável sobreum eixo geométrico passando através do substratogeralmente cilíndrico.

20.- Aparelho, de · acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de os sinais receptores seremadicionalmente usados para determinar um deslocamentoentre o elemento acoplador e as bobinas de receptor,o deslocamento sendo ao longo do eixo geométrico derotação, o deslocamento variando com a rotação da peça.

21.- Aparelho, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de o deslocamento ser usado paradeterminar o número de rotações da peça,o aparelho sendo um sensor de rotação multi-espira.