ES2273595A1 - Dispositivo con un sistema sensor para determinar la posicion de un objeto metalico. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo con un sistema sensor para
determinar la posición de un objeto metálico.
Dispositivo con un sistema sensor (10) para
determinar la posición (X, Y) de un objeto metálico (12), en
particular de una cacerola, sobre una superficie diamagnética (14),
donde el sistema sensor (10) comprende por lo menos una bobina
primaria (16) para generar un campo magnético (18).
Para ofrecer un dispositivo conforme a la
especie con un sistema sensor (10) que sea adecuado para determinar
con precisión la posición (X, Y) de un objeto metálico (12) en una
dirección rectilínea (20, 22) o coordenada, y para reducir la
influencia de la extensión del objeto metálico (12) respecto a la
precisión de la determinación de la posición, se propone que el
sistema sensor (10) comprenda por lo menos una pareja de bobinas
secundarias (24, 26; 36, 38) dispuestas en la zona de la bobina
primaria (16), desplazadas en una primera dirección (20) que
discurre paralela a la superficie (14), para detectar el campo
magnético (18).
Description
Dispositivo con un sistema sensor para
determinar la posición de un objeto metálico.
La invención parte de un dispositivo con un
sistema sensor para determinar la posición de un objeto metálico,
conforme al preámbulo de la reivindicación 1, de una cocina de
inducción según el preámbulo de la reivindicación 10 y de un
procedimiento para determinar la posición de un objeto metálico
conforme al preámbulo de la reivindicación 11.
Por la patente US 4.334.135 se conoce un
dispositivo con un sistema sensor para determinar el desplazamiento
radial de un objeto metálico fuera del centro sobre una superficie
diamagnética, concretamente sobre la superficie de una placa de
cocina. El sistema sensor comprende, además de una bobina primaria
prevista para el calentamiento inductivo del objeto, una bobina
secundaria a modo de bucle que rodea el centro de la bobina
primaria con dos radios diferentes.
El objetivo de la invención consiste
especialmente en presentar un dispositivo conforme a la especie con
un sistema sensor que esté previsto para la determinación exacta de
la posición de un objeto metálico sobre una dirección rectilínea o
coordenada. Otro objetivo de la invención consiste en reducir la
influencia del tamaño del objeto metálico con respecto a la
precisión en la determinación de la posición.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención por las características de las reivindicaciones 1, 10 y
11, mientras que otras realizaciones y perfeccionamientos
ventajosos de la invención se pueden deducir de las reivindicaciones
dependientes.
La invención parte de un dispositivo con un
sistema sensor para determinar la posición de un objeto metálico,
en particular una cacerola, sobre una superficie diamagnética, para
lo cual el sistema sensor comprende por lo menos una bobina
primaria para generar un campo magnético.
Se propone que el sistema sensor comprenda por
lo menos una pareja de bobinas secundarias dispuestas en la zona de
la bobina primaria, en una primera dirección desplazada paralela a
la superficie, para detectar el campo magnético. Las tensiones
inducidas en las bobinas secundarias dependen en distinto modo de la
posición del objeto metálico o de una proyección de esta posición
sobre la primera dirección. A partir de la comparación entre sí de
las tensiones inducidas y/o con una tensión de referencia, se puede
determinar con precisión la posición a lo largo de la dirección.
Formando una diferencia entre ambas tensiones inducidas se puede
eliminar ventajosamente la influencia que tenga el tamaño del objeto
metálico para la determinación de la posición.
El campo magnético oscilante deberá estar
modificado apreciablemente por el objeto metálico o su
emplazamiento para que resulte posible una correspondencia unívoca
reversible entre la posición y las tensiones inducidas. Las bobinas
secundarias tienen especial sensibilidad si están dispuestas lo más
cerca posible de la superficie. Una distancia pequeña entre la
superficie o una cara superior del elemento que constituye la
superficie, se puede conseguir que sea especialmente pequeña si las
bobinas secundarias están dispuestas paralelas a la superficie. Algo
análogo es aplicable también a la bobina primaria. Se puede
conseguir una disposición del sensor especialmente sensible,
disponiendo las bobinas secundarias entre la bobina primaria y la
superficie. Comparando ambas tensiones inducidas se puede obtener
una magnitud de medida continua, a partir de la cual resulta posible
determinar la posición, y que en comparación con sensores
palpadores o sensores ópticos se caracteriza por una precisión
notablemente superior.
El dispositivo objeto de la invención se puede
emplear en principio para determinar la posición de cualquier
objeto metálico. Pero debido al potencial de ahorro de energía, se
puede aprovechar el dispositivo con especial beneficio para
determinar la posición de una cacerola sobre una superficie
diamagnética, en particular sobre una placa de cocina.
En un perfeccionamiento de la invención se
propone que las bobinas secundarias tengan una orientación
antiparalela. De este modo se puede conseguir que las tensiones
inducidas en las bobinas secundarias se compensen entre sí al menos
parcialmente, en el caso de que el objeto metálico esté dispuesto
centrado. De este modo puede conseguirse una medición especialmente
sensible. La lectura independiente de las tensiones inducidas de
las dos bobinas secundarias se puede eliminar, ahorrando costes, si
las bobinas secundarias están conectadas en serie en circuito
antiparalelo. El concepto "antiparalelo" se refiere aquí al
vector de la superficie encerrada por las bobinas secundarias,
teniendo en cuenta el sentido de orientación de las bobinas
secundarias.
Puede conseguirse una compensación completa de
las tensiones inducidas a igualdad de campo magnético, si las dos
bobinas secundarias presentan la misma inductividad.
Si las dos bobinas secundarias encierran
respectivamente una superficie de igual extensión en direcciones
diferentes, se puede evitar un error de medida condicionado por la
diferente geometría entre las dos bobinas secundarias. La
influencia de la forma y de las dimensiones del objeto metálico
repercute especialmente en el caso de bobinas secundarias de igual
forma y extensión, sobre ambas bobinas secundarias, de manera que
esa influencia se puede eliminar de forma sencilla formando la
diferencia y/o el cociente.
Mediante otra pareja de bobinas secundarias
dispuestas en la zona de la bobina primaria, decaladas en una
segunda dirección que discurra paralela a la superficie, para
detectar el campo magnético, se puede determinar la posición en la
segunda dirección. Si la primera dirección y la segunda dirección
son linealmente independientes, se puede conseguir una
determinación bidimensional de la posición, precisa y sencilla.
Se puede evitar la influencia de las
contrainductividades, y se puede lograr una determinación
especialmente sencilla de la posición en un sistema de coordenadas
ortogonales, si la segunda dirección discurre esencialmente
perpendicular a la primera dirección. Se considera que dos
direcciones son "esencialmente perpendiculares entre sí", si
difieren entre sí en 80-100º.
Puede ahorrarse una bobina de calentamiento
independiente o una bobina primaria independiente si la bobina
primaria está prevista para el calentamiento por inducción del
objeto metálico.
Una posición indeseable y/o inconveniente del
objeto metálico se le puede señalizar al usuario de forma directa y
automáticamente por parte del dispositivo si el dispositivo
comprende una unidad de señalización para generar una señal de
advertencia que dependa de la posición detectada. La unidad de
señalización puede estar realizada, por ejemplo, como unidad de
señalización óptica o acústica, donde en el primer caso la unidad
de señalización puede comprender de forma económica un diodo
luminoso. Alternativamente cabe naturalmente imaginar que una unidad
de señalización esté activa mientras la posición del objeto
metálico esté dentro de la zona teórica.
La invención se refiere además a un
procedimiento para determinar la posición de un objeto metálico, en
particular de una cacerola, sobre una superficie diamagnética,
donde se genera un campo magnético por medio de por lo menos una
bobina primaria.
Se propone que el campo magnético sea detectado
por lo menos por una pareja de bobinas secundarias dispuestas en la
zona de la bobina primaria, desplazadas en una primera dirección
paralela a la superficie, y que para determinar la posición se
comparen las tensiones de las bobinas primarias inducidas por el
campo magnético. De este modo se puede conseguir una determinación
de la posición precisa, y en gran medida independiente de la
extensión y forma del objeto metálico.
Otras ventajas se deducen de la siguiente
descripción del dibujo. En el dibujo se han representado ejemplos
de realización de la invención. El dibujo, la descripción y las
reivindicaciones comprenden numerosas características combinadas. El
especialista contemplará las características convenientemente
también de forma individual, reuniéndolas para formar otras
combinaciones prácticas.
Las Figuras muestran:
Figura 1 una cocina de inducción con un sistema
sensor para determinar la posición de una cacerola,
Figura 2 una representación esquemática del
sistema sensor y de la cacerola, en una vista lateral,
Figura 3 el sistema sensor y la cacerola de la
Figura 2, en una vista en planta,
Figura 4 el sistema sensor de la Figura 2, con
la cacerola situada descentrada,
Figura 5 una tensión del sistema sensor y una
tensión de una bobina primaria, en una primera posición de la
cacerola,
Figura 6 la tensión del sistema sensor y la
tensión de una bobina primaria, en una segunda posición de la
cacerola, y
Figura 7 una disposición alternativa del sistema
sensor con dos parejas de bobinas secundarias, en una vista en
planta.
La Figura 1 muestra una cocina de inducción 42,
con cuatro fuegos 44 - 50. Debajo de cada uno de los fuegos 44 - 50
está situado un sistema sensor igual 10, donde en la Figura 1 se ha
indicado solamente un primer sistema sensor 10 dispuesto debajo de
un primer fuego 44. En cuanto a los restantes sistemas sensores se
remite a la descripción correspondiente al primer sistema sensor 10.
Una superficie 14 orientada horizontalmente, de la cecina de
inducción 42, está formada por una placa vitrocerámica 58, que por
una cara posterior lleva impresas marcas para visualizar los fuegos
44 - 50.
El sistema sensor 10 sirve para determina la
posición X de una cacerola u objeto metálico 12 dispuesto sobre el
fuego 44 (Figura 2). El sistema sensor comprende además de una
bobina primaria 16, realizada como inductor, y que puede
aprovecharse para calentar un objeto metálico 12 dispuesto sobre el
fuego 44, una pareja de bobinas secundarias 24, 26. Las bobinas
secundarias 24, 26 están dispuestas en la zona de la bobina
primaria 16, decaladas en una primera dirección 20, paralela a la
superficie 14 y paralela a un borde anterior 52 de la cocina de
inducción 42, y sirven para detectar un campo magnético generado por
la bobina primaria 16 y modificado por el objeto metálico 12, que
oscila a una determinada frecuencia. Para ello las bobinas
secundarias 24, 26 tienen un arrollamiento muy plano y en espiral,
de manera que caben en una capa intermedia lo más delgada posible
entre la bobina primaria 16 y la placa vitrocerámica 58.
Los arrollamientos de las bobinas secundarias
24, 26 tienen sentido opuesto entre sí, de manera que las bobinas
secundarias 24, 26 tienen una orientación antiparalela. Las bobinas
secundarias 24, 26 están además conectadas en serie en circuito
antiparalelo. Para ello, un extremo del arrollamiento de la primera
bobina primaria 24 está unido al principio del arrollamiento de la
segunda bobina secundaria 26, de manera que la corriente atraviesa
las dos bobinas secundarias 24, 26 en sentido opuesto. Ambas
bobinas secundarias 24, 26 tienen el mismo número de espiras, y la
espira encierra una superficie circular igual 28, 30, de modo que
las dos bobinas secundarias 24, 26 tienen una inductividad de igual
magnitud. Debido al sentido opuesto de los arrollamientos, las
espiras rodean las superficies circulares 28, 30 de las bobinas
secundarias 24, 26 en sentidos opuestos 32, 34.
Debido a la conexión en serie, se comparan
implícitamente las tensiones inducidas en las distintas bobinas
secundarias 24, 26, ya que debido al distinto signo se forma una
diferencia. En otra realización alternativa de la invención, pero
más costosa, cabría imaginar el captar las tensiones de las
distintas bobinas secundarias 24, 26 de forma independiente entre
sí, realizando una comparación numérica entre las tensiones.
Las bobinas secundarias 24, 26 están dispuestas
con relación al centro 54 de la bobina primaria 16, en posiciones
simétricas, de manera que el campo magnético oscilante 18 generado
por la bobina primaria 16 tiene igual magnitud en la superficie 28,
30 de las bobinas secundarias 24, 26, si no hay ningún objeto
metálico 12 sobre la superficie 14 que perturbe la simetría del
campo magnético oscilante 18. Debido al campo magnético 18 de igual
magnitud y a las inductividades en sentido opuesto, las tensiones
inducidas por el flujo magnético oscilante variable del campo
magnético 18 en las bobinas secundarias 24, 26 tienen igual
magnitud y sentido opuesto. La simetría del campo magnético 18
queda siempre perturbada si el objeto metálico 12 está colocado
descentrado sobre el fuego 44 (Figura 4). La simetría del campo
magnético 18 provoca una variación entre sí de las magnitudes de las
tensiones inducidas en las bobinas secundarias. Esta variación es
aprovechada por el dispositivo objeto de la invención para
determinar la posición X.
Una unidad de evaluación 56 capta la tensión V
inducida por el campo magnético 18 en las dos bobinas secundarias
24, 26, entre una entrada de la primera bobina secundaria 24 y una
salida de la segunda bobina secundaria 26, y determina la posición
X o la coordenada del objeto metálico 12 con respecto a la dirección
20, en función de la tensión inducida V que se ha captado.
Si las tensiones inducidas en las distintas
bobinas secundarias 24, 26 tienen igual magnitud y sentido opuesto,
entonces la tensión captada V es igual a cero, ya que las tensiones
inducidas en las distintas bobinas secundarias 24, 26 se anulan
entre sí (Figura 3).
La Figura 4 muestra una posición descentrada X
del objeto metálico 12, por lo cual se rompe la simetría del campo
magnético 18. El objeto metálico 12 está desplazado en la dirección
20 de una bobina secundaria 24, con la consecuencia de que la
amplitud del flujo magnético a través de la bobina secundaria
derecha 24 es mayor que la amplitud del flujo magnético a través de
la bobina secundaria izquierda 26. Lo mismo es aplicable para las
tensiones inducidas respectivamente en las bobinas secundarias 24,
26, de manera que la suma de éstos es distinta a cero. Por ese
motivo, la tensión V medida varía aproximadamente en relación lineal
con la posición X o la coordenada del objeto metálico 12.
Además de la amplitud de la tensión V medida, la
unidad de evaluación 56 determina también la fase de la tensión
captada. Si ésta está en fase con una tensión Vp aplicada a la
bobina primaria 16, indica que el objeto metálico 12 está desplazado
en el sentido 20 de la primera bobina secundaria 24. Esta situación
está representada en la Figura 5. Si la tensión captada V está en
contrafase con la tensión Vp de la bobina primaria 16, indica que el
objeto metálico 12 está desplazado en el sentido de la segunda
bobina secundaria 26. Esta situación está representada en la Figura
6.
La unidad de evaluación 56 está unida a una
unidad de señalización 24 realizada como diodo luminoso, que está
situado junto al fuego 44 debajo de la superficie 14. Si la tensión
captada V rebasa un valor umbral, entonces la unidad de evaluación
56 activa la unidad de señalización 40, para visualizarle al usuario
una desviación demasiado grande de la posición detectada X respecto
a la posición central
X = 0.
X = 0.
La Figura 7 muestra un sistema sensor 10
alternativo, con otra pareja de bobinas secundarias 36, 38
dispuestas en la zona de la bobina primaria 16 desplazadas en una
segunda dirección 22 que discurre paralela a la superficie 14, para
detectar el campo magnético 18. Salvo un giro de 90º, la segunda
pareja tiene la misma construcción que la primera pareja de bobinas
secundarias 24, 26. En cuanto a la realización constructiva de las
dos parejas de bobinas secundarias 24, 26, 36, 38 se remite a la
descripción relativa a las Figuras 1 - 4.
La segunda dirección 22 discurre perpendicular a
la primera dirección 20, y la unidad de evaluación 56 capta las
tensiones inducidas V1, V2 en las dos parejas de bobinas
secundarias 24, 26, con independencia entre sí. De acuerdo con el
procedimiento antes descrito, la unidad de evaluación puede
determinar a partir de la tensión V_{1} tomada desde la primera
pareja de bobinas secundarias 24, 26, un valor de la coordenada de
la posición X de un objeto metálico 12, en una primera dirección
20. A partir de la tensión V_{2} tomada de la segunda pareja de
bobinas secundarias 36, 38, la unidad de evaluación 56 puede
determinar de forma análoga el valor de la coordenada de la
posición Y de un objeto metálico 12, en la segunda dirección 22.
Los valores de las dos coordenadas describen la posición X, Y del
objeto metálico en las dos dimensiones de la superficie 14.
- 10
- Sistema sensor
- 12
- Objeto
- 14
- Superficie
- 16
- Bobina primaria
- 18
- Campo magnético
- 20
- Dirección
- 22
- Dirección
- 24
- Bobina secundaria
- 26
- Bobina secundaria
- 28
- Superficie
- 30
- Superficie
- 32
- Dirección
- 34
- Dirección
- 36
- Bobina secundaria
- 38
- Bobina secundaria
- 40
- Unidad de señalización
- 42
- Cocina de inducción
- 44
- Fuego
- 46
- Fuego
- 48
- Fuego
- 50
- Fuego
- 52
- Borde anterior
- 54
- Centro
- 56
- Unidad de evaluación
- 58
- Placa vitrocerámica
- X
- Posición
- Y
- Posición
- V
- Tensión
- V1
- Tensión
- V_{2}
- Tensión
- V_{p}
- Tensión
Claims (11)
1. Dispositivo con un sistema sensor (10) para
determinar la posición (X, Y) de un objeto metálico (12), en
particular de una cacerola, sobre una superficie diamagnética (14),
comprendiendo el sistema sensor (10) por lo menos una bobina
primaria (16) para generar un campo magnético (18),
caracterizado porque el sistema sensor (10) comprende por lo
menos una pareja de bobinas secundarias (24, 26; 36, 38) dispuestas
en la zona de la bobina primaria (16), desplazadas en una primera
dirección (20) que discurre paralela a la superficie (14), para
detectar el campo magnético (18).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque las bobinas secundarias (24, 26; 36,
38) tienen orientación antiparalela.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque las bobinas secundarias (24, 26; 36,
38) están conectadas en serie en circuito antiparalelo.
4. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las dos
bobinas secundarias (24, 26; 36, 38) presentan la misma
inductividad.
5. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las dos
bobinas secundarias (24, 26; 36, 38) encierran respectivamente una
superficie (28, 30) de igual extensión, en distintas direcciones
(32, 34).
6. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por otra pareja
de bobinas secundarias dispuestas en la zona de la bobina primaria
(16), desplazadas en una segunda dirección (22) que discurre
paralela a la superficie (14), para detectar el campo magnético
(18).
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque la segunda dirección (22) discurre al
menos esencialmente perpendicular a la primera dirección (20).
8. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bobina
primaria (16) está prevista para calentar por inducción el objeto
metálico (12).
9. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por una unidad de
señalización (40) para generar una señal de advertencia en función
de la posición detectada X, Y.
10. Cocina de inducción con una bobina primaria
(16) realizada como inductor para generar un campo magnético (18) y
con un sistema sensor (10) para determinar la posición (X, Y) de un
objeto metálico (12), en particular una cacerola, sobre una
superficie diamagnética (14), caracterizada porque el
sistema sensor (10) comprende por lo menos una pareja de bobinas
secundarias (24, 26), dispuestas desplazadas en una primera
dirección (20) que discurre paralela a la superficie (14), para
detectar el campo magnético (18).
11. Procedimiento para determinar la posición
(X, Y) de un objeto metálico (12), en particular de una cacerola,
sobre una superficie diamagnética (14), donde se genera mediante
por lo menos una bobina primaria (16) un campo magnético (18),
caracterizado porque el campo magnético (18) es detectado
por lo menos por una pareja de bobinas secundarias (24, 26; 36, 38)
dispuestas en la zona de la bobina primaria (16), desplazadas en una
primera dirección (20) que discurre paralela a la superficie (14),
y porque se comparan las tensiones de las bobinas secundarias (24,
26) inducidas por el campo magnético, para determinar la posición
(X, Y).
Priority Applications (2)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2273595B1 (es) | 2007-12-16 |
| DE102006043182A1 (de) | 2007-04-19 |
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