ES2201968T3 - Sensor lineal inductivo y sensor angular inductivo. - Google Patents

Abstract

Sensor lineal para un vehículo de motor con un circuito oscilante que produce una señal de tensión alterna periódica y excita a una bobina de excitación, con varias bobinas de recepción y un circuito de evaluación para la evaluación de las señales inducidas en las bobinas de recepción y un elemento de acoplamiento inductivo móvil que influye en la intensidad del acoplamiento inductivo entre la bobina de excitación y la bobina de recepción, caracterizado porque, partiendo de un elemento de acoplamiento inductivo en forma de lazo conductor móvil y limitado rectangularmente, la conformación se ha realizado, al menos en una de las líneas de limitación del elemento de acoplamiento, divergiendo de la forma geométrica de una recta.

Description

Sensor lineal inductivo y sensor angular inductivo.

La presente invención se refiere a un sensor lineal inductivo según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un sensor angular inductivo según el preámbulo de la reivindicación 3.

El problema que sirve de base a la invención y su solución conforme a la invención se explican a continuación con el ejemplo de un sensor lineal con un elemento de acoplamiento inductivo de forma rectangular. El planteamiento del problema y la solución, sin embargo, son completamente análogos para el sensor angular inductivo.

El principio de medida representado mediante un sensor angular se conoce por el documento DE19738836 A1. Además, este documento muestra en la figura 6, elementos de acoplamiento inductivos con una estructura de meandro.

Las señales de salida de semejantes sensores lineales y angulares muestran un cierto error residual sobre la posición del sensor. Para un sensor lineal, éste se representa, por ejemplo, en la figura 1. Aquí se expone el error porcentual del sensor en comparación con la posición normalizada del elemento de acoplamiento inductivo.

Un análisis muestra que este error es causado por el curso no-lineal de un campo magnético del elemento de acoplamiento inductivo. El curso del campo magnético de un lazo conductor rectangular se representa en la figura 2 con una distancia definida d.

La mayor parte del error es causado, por lo tanto, por la depresión superficial de la plataforma en sentido de la medición. La sexta repetición del error a través de la trayectoria de medida se debe a que la trayectoria total del procesado de señales en un sensor con tres bobinas de recepción se divide en 6 intervalos parciales. El principio de medida de un sensor con varias bobinas de recepción se describe en el documento DE19738839A1.

La dimensión de este error representa la limitación esencial para la exactitud alcanzable con un sensor genérico.

Por lo tanto, el objetivo de esta invención es la creación de un sensor inductivo, en el que el error, que se origina por la falta de homogeneidad del campo magnético provocado por el elemento de acoplamiento inductivo, se disminuya claramente.

Este objetivo se consigue conforme a la invención por la parte caracterizadora de las reivindicaciones
1 y 3.

Partiendo de una geometría sencilla del elemento de acoplamiento inductivo móvil con un lazo conductor rectangular en un sensor lineal, lo que en un sensor angular correspondería a una estructura de meandro cerrada, y una geometría dada de los lazos conductores de recepción, la geometría del elemento de acoplamiento inductivo móvil se varía de manera selectiva para alcanzar el resultado deseado.

Por medio de esta adaptación de la geometría del elemento de acoplamiento inductivo el error se minimiza, de tal modo que, en total, se puede realizar un sensor con una exactitud mayor.

Las consideraciones que sirven de base a la invención se describen en las figuras 3 y 4:

La figura 3 muestra una simplificación esquemática de un sensor lineal inductivo, o sea, una parte de una bobina de recepción, así como un elemento de acoplamiento inductivo móvil con geometría rectangular. Por razones de claridad, se renunció a la descripción de más detalles. Así, en particular, la bobina de emisión no dibujada se puede imaginar guiada alrededor de la disposición representada.

La tensión inducida en una bobina de recepción por el elemento de acoplamiento inductivo móvil resulta como desviación temporal del flujo magnético U_{l} = - ^{d\varphi}/_{dt}. El flujo magnético resulta con un curso del campo magnético dado en el plano de los lazos conductores de recepción, es decir, con una geometría dada del elemento de acoplamiento móvil así como con una distancia constante y una posición constante Y entre el elemento de acoplamiento inductivo móvil y el estator b_{s}(t, x, x0, y) a \varphi_{(t)} = \int_{A}b_{s}(t, x-x_{0}, y)dA, en el que A es la superficie de la bobina de recepción y x_{0} la posición del elemento de acoplamiento inductivo móvil a las bobinas de recepción en sentido de medida. El comportamiento deseado es una correlación lineal entre U_{l} y x_{0}: U_{l} = k\cdotx_{0}. Esto se puede también expresar de tal modo que la desviación de U_{l} a x_{0} tiene que ser una constante ^{U_{l}}/_{d_{x0}} = const. Ya que en una evaluación de la señal se realiza una media temporal, la función del tiempo no es importante en esta consideración, de tal modo que, para el comportamiento deseado, se exige directamente: ^{d\varphi}/_{d_{x0}} = const.

Suponiendo una geometría cualquiera del elemento de acoplamiento inductivo móvil, el cálculo ^{d\varphi}/_{d_{x0}} \intb_{s}(t, x-x_{0}, y)dA en la disposición mostrada con un elemento de acoplamiento inductivo rectangular no consta en ningún resultado.

La geometría del elemento de acoplamiento inductivo móvil, entretanto, se varía conforme a la invención, de tal modo que esta exigencia se consigue, al menos, aproximadamente. No obstante, la configuración necesaria del elemento de acoplamiento inductivo, no, o solamente con un esfuerzo notable se puede determinar matemáticamente, ya que esta depende sensiblemente de una configuración exacta de las bobinas de emisión/recepción que pueden presentar una estructura relativamente compleja. Por eso, es ventajoso determinar la conformación del elemento de acoplamiento inductivo de modo empírico, partiendo de un elemento de acoplamiento de forma rectangular en un sensor lineal o de un elemento de acoplamiento en forma de meandro en un sensor angular, la conformación varía de tal modo que la señal de error diminuye y en caso ideal hasta un mínimo.

En este caso, ha dado buen resultado en el sensor lineal, ya que al menos una de las líneas de limitación del elemento de acoplamiento inductivo (originalmente rectangular) se forma de manera arqueada. En el sensor angular se puede conseguir una minimización de la señal de error, porque las secciones de forma arqueada divergen, al menos en parte, de la forma de arco circular y/o las secciones (originalmente) radiales se forman, al menos en parte, divergentes del sentido radial. La configuración exacta del elemento de acoplamiento inductivo depende, por tanto, siempre de la geometría total del sensor y se tiene que determinar para cada caso individual.

Claims (4)

1. Sensor lineal para un vehículo de motor con un circuito oscilante que produce una señal de tensión alterna periódica y excita a una bobina de excitación, con varias bobinas de recepción y un circuito de evaluación para la evaluación de las señales inducidas en las bobinas de recepción y un elemento de acoplamiento inductivo móvil que influye en la intensidad del acoplamiento inductivo entre la bobina de excitación y la bobina de recepción, caracterizado porque, partiendo de un elemento de acoplamiento inductivo en forma de lazo conductor móvil y limitado rectangularmente, la conformación se ha realizado, al menos en una de las líneas de limitación del elemento de acoplamiento, divergiendo de la forma geométrica de una recta.

2. Sensor inductivo según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una línea de limitación está curvada en forma de arco circular.

3. Sensor angular inductivo para un vehículo de motor con un circuito oscilante que produce una señal de tensión alterna periódica y excita a una bobina de excitación, con varias bobinas de recepción y un circuito de evaluación para la evaluación de las señales inducidas en las bobinas de recepción y un elemento de acoplamiento inductivo móvil que influye en la intensidad del acoplamiento inductivo entre la bobina de excitación y la bobina de recepción, y cuya conformación geométrica corresponde a un meandro cerrado dispuesto en forma de arco circular, caracterizado porque, partiendo de un elemento de acoplamiento en forma de lazo conductor móvil y limitado en forma de meandro, cuya estructura de meandro se compone por secciones de arco circular dispuestas desplazadas mutuamente y líneas de conexión entre las secciones de arco circular, la dirección de al menos una línea de conexión diverge de la dirección radial.

4. Sensor inductivo según la reivindicación 3, caracterizado porque las líneas de limitación de la estructura de meandro que forman normalmente secciones de arco circular divergen de la forma de arco circular ideal.