ES2287265T3 - Sensores de impacto con un interruptor de lamina. - Google Patents
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Abstract
Un sensor de impacto (20) que consta de: un primer conductor ferromagnético (22); un segundo conductor ferromagnético (26); una cápsula de vidrio hueca (30) sellada herméticamente alrededor del primer conductor ferromagnético (22) y del segundo conductor ferromagnético (26); una primera lámina ferromagnética (24) colocada dentro de la cápsula de vidrio (30) y que se extiende desde el primer conductor (22), teniendo la primera lámina una primera zona de contacto eléctrico; una segunda lámina ferromagnética (28) colocada dentro de la cápsula de vidrio (30) y que se extiende desde el segundo conductor (26), teniendo la segunda lámina ferromagnética una segunda zona de contacto eléctrico, colocada la segunda zona de contacto eléctrico para estar sobre la primera zona de contacto eléctrico; caracterizado porque consta de: una masa magnética de detección de impacto (34) colocada dentro de la cápsula de vidrio (30), en la que la masa magnética de detección de impacto está montada para un movimiento entre una primera posición, donde la producción del campo magnético por medio de la masa magnética de detección de impacto es insuficiente para hacer que la primera zona de contacto eléctrico se mueva contra la segunda zona de contacto, y una segunda posición, donde la masa magnética de detección de impacto (34) impone suficiente campo magnético para hacer que la primera zona de contacto eléctrico accione la segunda zona de contacto eléctrico para producir un circuito cerrado entre el primer conductor (22) y el segundo conductor (26); y un muelle (36) que desvía la masa magnética de detección de impacto (34) alejándola de la segunda posición.
Description
Sensores de impacto con un interruptor de
lámina.
La presente invención versa acerca de sensores
de impacto que emplean un interruptor de lámina.
Los sensores de impacto son ampliamente
utilizados en automóviles para detectar el comienzo de un choque.
Típicamente, la magnitud y la dirección del choque son captadas por
dispositivos micromecánicos que están fabricados como parte de un
chip electrónico. Sin embargo, los chips de circuito
integrado y los dispositivos micromecánicos están sujetos a
interferencias electromagnéticas, con el resultado de que a veces se
indica un choque cuando no se está en ningún choque. Se emplean
sensores de impactos mecánicos de gran magnitud como dispositivos
de seguridad para proporcionar una indicación positiva de que está
teniendo lugar un choque de una magnitud dada. Con la garantía de
que el choque está teniendo lugar, la electrónica asociada a los
sensores micromecánicos de impacto puede determinar la magnitud y
dirección del choque y desplegar diversos sistemas de seguridad de
acuerdo con una lógica predeterminada o adaptativa.
Los interruptores de lámina se emplean a menudo
en la construcción de los sensores de impacto mecánicos debido a su
extrema fiabilidad, bajo coste y relativamente altas capacidades de
conmutación de corriente. Los interruptores de lámina también están
herméticamente sellados de la atmósfera, lo que contribuye a su
fiabilidad y los hace adecuados para un uso en entornos hostiles.
Normalmente, los sensores de impacto existentes emplean un segundo
cierre hermético en torno a una masa y muelle sensibles a impactos
para así formar un sensor de impacto protegido del entorno. El
documento "US. A-6142007" presenta otro sensor
de impacto.
Lo que se necesita es un sensor de impacto que
tenga la fiabilidad de un interruptor de lámina y que suponga una
mejora en costes y tamaño de embalaje.
El sensor de impacto de esta invención emplea
una masa magnética de detección de impacto que va dentro de un tubo
de vidrio que se encuentra sellado en torno a un interruptor de
lámina. El interruptor de lámina está formado por dos láminas,
formadas en los extremos de conductores eléctricos que pasan a
través de los extremos sellados de la cápsula de vidrio. Cada
conductor tiene una parte dentro de la cápsula de vidrio que forma
un tope. Los topes están ubicados entre los conductores y las
láminas que forman el interruptor de lámina. Un primer tope en un
primer conductor soporta una masa magnética de detección. Un segundo
tope, en un segundo conductor, se encuentra en frente del primer
tope y separado del mismo y soporta un muelle que desvía la masa
magnética de detección contra el primer tope. El primer tope está
colocado de tal forma que cuando la masa magnética de detección de
impacto descansa contra el primer tope no hace que las láminas del
interruptor de lámina se atraigan y se cierre. La aceleración que
está suficientemente alineada con la cápsula de vidrio que forma el
interruptor de lámina hace que la masa de detección acelere hacia el
segundo tope, mientras que el movimiento de la masa magnética de
detección hace que las láminas del interruptor de lámina se atraigan
y se cierre el interruptor de lámina. El mecanismo sensor de
impacto en su conjunto está herméticamente sellado dentro de la
cápsula de vidrio del interruptor de lámina. El interruptor de
lámina dentro de la cápsula de vidrio detecta el movimiento de la
masa de detección de impacto, y proporciona un circuito cerrado que
es utilizado por el sistema de seguridad del automóvil para
determinar que el sensor de impacto ha detectado un choque.
La Fig. 1 es una vista isométrica ampliada del
sensor de impacto de esta invención.
La Fig. 2 es una vista elevada lateral del
sensor de impacto de la Fig. 1 mostrado en su posición no
activada.
La Fig. 3 es una vista elevada lateral del
sensor de impacto de la Fig. 1 mostrado en su posición activada.
Haciendo referencia más en particular a las
Figuras 1-3, en las que los números equivalentes se
refieren a partes similares, se muestra un sensor de impacto 20 en
las Figuras 2 y 3. El sensor de impacto 20 tiene todos los
componentes necesarios para formar un interruptor de lámina 21: un
primer conductor ferromagnético 22 con una primera lámina flexible
formada de una pieza 24 con aquel; y un segundo conductor
ferromagnético 26 con una segunda lámina flexible formada de una
pieza 28 con aquel, extendiéndose los conductores ferromagnéticos
primero y segundo 22, 26 hasta dentro de una cápsula de vidrio hueca
30. Los conductores 22, 26 están sellados herméticamente en la
cápsula de vidrio 30, a donde pasan a través de la pared 32 de la
cápsula 30. Para evitar problemas asociados a la histéresis, los
conductores ferromagnéticos 22 y las láminas flexibles 24 están
recocidos típicamente para que tengan una condición extradulce.
Un sensor de impacto convencional basado en un
interruptor de lámina tiene una masa magnética externa de detección
que se mueve contra un muelle hasta que el campo magnético generado
por la masa de detección haga que el interruptor de lámina se
cierre. El sensor de impacto 20 incorpora una masa magnética de
detección de impacto 34 y un muelle 36 ubicados dentro de la
cápsula de vidrio hueca 30 herméticamente sellada. Como se muestra
en la Fig. 2, la masa magnética de detección de impacto 34 está
colocada contra un primer tope 38 que está formado de una pieza con
el primer conductor 22. Un muelle 36 se extiende entre la masa
magnética de detección de impacto 34 y un segundo tope 40 formado
de una pieza con el segundo conductor 26.
Cuando se monta la masa magnética de detección
de impacto 34 interna a la cápsula de vidrio 30, los componentes
que forman el interruptor de lámina 21 deben estar diseñados para
acomodar la nueva función. El imán sensor de impacto 34 tiene la
forma de un cilindro con una abertura cilíndrica central 42 que está
alineada con el imán cilíndrico 34. Debido a que el imán es de
pequeño tamaño, puede ser fabricado de álnico, ya sea fundido o
sinterizado, de aleaciones que empleen tierras raras, como el
cerio-cobalto-cobre u otro material
con propiedades adecuadas. La masa magnética de detección de
impacto 34 está recubierta con un nilón que da como resultado un
recubrimiento de baja fricción. La superficie exterior 44 del imán
cilíndrico sensor de impacto 34 va dentro del interior de la
superficie de vidrio 46 que hace de guía.
En un interruptor de lámina típico, la cápsula
de vidrio hueca es una parte de tolerancia relativamente baja sin
dimensiones críticas. Sin embargo, debido a la nueva función que
realiza la cápsula de vidrio en el sensor de impacto 20, la
superficie interior debe estar especificada para garantizar un
movimiento uniforme y fiable de la masa magnética de detección de
impacto 34 a lo largo de la superficie interna 46 de la cápsula de
vidrio. Además, la cápsula de vidrio dentro de la superficie
cilíndrica 46 debe estar alineada axialmente de manera precisa con
las láminas 24, 28 que forman el interruptor de lámina.
En un interruptor de lámina convencional ambas
láminas son de la misma longitud y tamaño, o solo se emplea una
única lámina como en el conmutador de lámina de tipo unipolar de
doble contacto de Forma AC®. Sin embargo, el sensor de impacto 20
debe permitir al imán posicionarse lo suficientemente lejos de la
segunda lámina 28 para que el interruptor de lámina permanezca
abierto. Por esta razón la segunda lámina flexible 28 es más corta
que la primera lámina flexible 24.
En todos los interruptores de lámina los
conductores y las láminas están fabricados a partir de material
ferromagnético, típicamente hierro-níquel, y las
láminas y conductores están alineados y se solapan. La zona de
solapamiento o de contacto está chapada con un metal precioso o
semiprecioso. Las láminas actúan como conductores de flujo
magnético cuando se exponen a un campo magnético externo de un imán
permanente. Se crean los polos de la polaridad opuesta en láminas
opuestas y los contactos se cierran cuando la fuerza magnética de
atracción excede el grado de rigidez de las láminas. Según se
reduce el campo magnético externo, para que la fuerza entre las
láminas sea menor que la fuerza restauradora elástica, las láminas
o lengüetas se abren de golpe.
En el sensor de impacto 20 los conductores 22,
26 deben incorporar topes 38, 40 para controlar la posición de la
masa magnética de detección de impacto 34 y la ubicación del muelle
36. La fuerza y tamaño del imán sensor de impacto 34 debe ser lo
suficientemente grande para inducir polos de polaridad opuesta en
las láminas 24, 28 y así cerrar el interruptor de lámina 21. Al
mismo tiempo, la disposición de las partes debe permitir que el
imán esté colocado en una posición no activada, como se muestra en
la Fig. 2, para que el imán esté lo suficientemente alejado del
segundo interruptor de lámina para no hacer que las láminas del
interruptor de lámina se atraigan y se cierre el interruptor de
lámina 21. Como se muestra en las Figuras 1-3, la
primera lámina flexible 24 es más del doble de la longitud de la
segunda lámina 28.
El sensor de impacto 20 puede estar montado en
una placa de circuitos, ya sea a través de conectores de placa (no
mostrados) o por extremos del conductor para el montaje en
superficie 48, como se muestra en las Figuras 1-3.
Típicamente se monta una placa de circuitos dentro del vehículo en
una posición o en un elemento estructural que se halla mediante
análisis o experimentación para proporcionar una indicación
representativa del entorno de un impacto de cuándo el vehículo está
involucrado en un choque. Los sensores de aceleración
microelectrónicos a bordo del vehículo en combinación con la lógica
del sistema de seguridad utilizan la salida del sensor de impacto
20 para determinar que las aceleraciones detectadas por los sensores
de aceleración microelectrónicos no se deben a falsas señales
inducidas por interferencia electromagnética. En conformidad con la
lógica preprogramada, la lógica del sistema de seguridad determina
entonces si hay que desplegar diversos dispositivos de seguridad y
cómo hacerlo, tales como airbags y tensores de cinturones de
seguridad.
La fabricación de los interruptores de lámina
está ampliamente automatizada y es un proceso preciso. Mediante la
incorporación de elementos sensores de impacto dentro de la cápsula
de vidrio del interruptor de lámina se pueden conseguir muchas
ventajas.
Debería entenderse que la masa magnética de
detección podría ir montada en la primera lámina flexible y que
además podría tener partes del imán que accionasen solo los lados
cortos de la lámina con forma rectangular. También podría ser
posible incrementar el intervalo de reposo mínimo dándole forma al
imán como se expone en el documento US 5 212 357.
Claims (11)
1. Un sensor de impacto (20) que consta de: un
primer conductor ferromagnético (22);
un segundo conductor ferromagnético (26);
una cápsula de vidrio hueca (30) sellada
herméticamente alrededor del primer conductor ferromagnético (22) y
del segundo conductor ferromagnético (26);
una primera lámina ferromagnética (24) colocada
dentro de la cápsula de vidrio (30) y que se extiende desde el
primer conductor (22), teniendo la primera lámina una primera zona
de contacto eléctrico;
una segunda lámina ferromagnética (28) colocada
dentro de la cápsula de vidrio (30) y que se extiende desde el
segundo conductor (26), teniendo la segunda lámina ferromagnética
una segunda zona de contacto eléctrico, colocada la segunda zona de
contacto eléctrico para estar sobre la primera zona de contacto
eléctrico; caracterizado porque consta de:
una masa magnética de detección de impacto (34)
colocada dentro de la cápsula de vidrio (30), en la que la masa
magnética de detección de impacto está montada para un movimiento
entre una primera posición, donde la producción del campo magnético
por medio de la masa magnética de detección de impacto es
insuficiente para hacer que la primera zona de contacto eléctrico
se mueva contra la segunda zona de contacto, y una segunda
posición, donde la masa magnética de detección de impacto (34)
impone suficiente campo magnético para hacer que la primera zona de
contacto eléctrico accione la segunda zona de contacto eléctrico
para producir un circuito cerrado entre el primer conductor (22) y
el segundo conductor (26); y
un muelle (36) que desvía la masa magnética de
detección de impacto (34) alejándola de la segunda posición.
2. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 1 en el que la masa magnética de detección de impacto
(34) está recubierta con un revestimiento de baja fricción y en el
que la masa magnética de detección de impacto está enclavada de
forma deslizante con una superficie interior de la cápsula de
vidrio.
3. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 1 en el que la masa magnética de detección de impacto
(34) es sustancialmente cilíndrica y tiene partes que forman una
abertura cilíndrica central a través de la cual pasa la primera
lámina ferromagnética (24).
4. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 1, en el que el primer conductor (22) y la primera
lámina ferromagnética (24) están formados de una pieza, y en el que
una parte del primer conductor forma un primer tope (38), contra el
que se desvía la masa magnética de detección de impacto (34)
mediante un muelle (36), definiendo el primer tope, por lo tanto,
la primera posición, y en el que el segundo conductor (26) y la
segunda lámina ferromagnética (28) están formados de una pieza, y
en el que una parte del segundo conductor forma un segundo tope
(40), extendiéndose el muelle (36) entre el segundo tope y la masa
magnética de detección de impacto (34) para desviar el imán contra
el primer tope en la primera posición.
5. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 4 en el que la primera lámina ferromagnética (24) es
sustancialmente más larga que la segunda lámina ferromagnética
(28).
6. Un sensor de impacto (20) que consta de:
un primer elemento magnético dulce que tiene
partes que forman un primer conductor para el montaje, partes que
forman una primera lámina flexible (24) y partes que forman un
primer tope (38);
un segundo elemento magnético dulce que tiene
partes que forman un segundo conductor para el montaje, partes que
forman una segunda lámina (28) y partes que forman un segundo tope
(40), en el que el primer elemento magnético dulce y el segundo
elemento magnético dulce están montados en extremos opuestos de una
cápsula hueca de vidrio sustancialmente cilíndrica (30), de tal
forma que la primera lámina (24) y la segunda lámina (28) se
solapan separadas entre sí, formando partes solapadas, y en el que
la cápsula de vidrio cilíndrica está sellada herméticamente
alrededor del primer conductor para el montaje y del segundo
conductor para el montaje, definiendo la cápsula de vidrio
cilíndrica un interior sellado herméticamente, estando la primera
lámina flexible (24), el primer tope (38), la segunda lámina
flexible (28) y el segundo tope (40) todos dentro de la cápsula de
vidrio sellada herméticamente; caracterizado porque consta
de:
una masa magnética de detección de impacto (34)
montada en un primer elemento magnético dulce para un movimiento
entre una primera posición que limita con el primer tope (38) con
una segunda posición distal del primer tope y suficientemente cerca
de las partes solapadas para hacer que la primera lámina (24) y la
segunda lámina (28) se atraigan, para cerrar un circuito eléctrico;
y
un muelle (36), que se extiende entre el segundo
tope (40) y la masa magnética de detección de impacto (34) para
desviar la masa magnética de detección de impacto contra el primer
tope (38), de tal modo que el movimiento de la masa magnética de
detección de impacto se oponga al muelle, en el que el muelle y la
masa magnética de detección de impacto están dentro de la cápsula
de vidrio sellada herméticamente
(30).
(30).
7. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 6 en el que la masa magnética de detección de impacto
(34) está recubierta con un revestimiento de baja fricción y en el
que la cápsula de vidrio (30) tiene una superficie interior y la
masa magnética de detección de impacto está enclavada de forma
deslizante con dicha superficie interior.
8. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 7 en el que la primera lámina (24) es sustancialmente
más larga que la segunda lámina (28).
9. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 7 en el que la masa magnética de detección de
impacto (34) es sustancialmente cilíndrica y tiene partes que forman
una abertura cilíndrica central a través de la cual pasa la primera
lámina magnética.
10. Un sensor de impacto (20) que consta de:
una cápsula de vidrio hueca (30) que tiene un
primer extremo y un segundo extremo;
un primer conductor ferromagnético (22) que se
extiende hasta el primer extremo de la cápsula de vidrio (30) y
está sellado herméticamente con el mismo;
un segundo conductor ferromagnético (26) que se
extiende hasta el segundo extremo de la cápsula de vidrio (30) y
está sellado herméticamente con el mismo;
una primera lámina ferromagnética (24) en
contacto eléctrico con el primer conductor (22) y que se extiende
hasta dentro de la cápsula de vidrio hacia el segundo extremo de la
cápsula de vidrio (30), definiendo las partes de la primera lámina
una primera zona de contacto eléctrico que está mirando hacia
arriba;
una segunda lámina ferromagnética (28) en
contacto eléctrico con el segundo conductor (26) y que se extiende
hasta dentro de la cápsula de vidrio hacia el segundo extremo de la
cápsula de vidrio (30), definiendo las partes de la segunda lámina
una primera zona de contacto eléctrico que está mirando hacia abajo
colocada y que está separada con respecto a la primera zona de
contacto eléctrico de la primera lámina magnética;
caracterizado porque consta de:
un imán (34) ubicado dentro de la cápsula de
vidrio, teniendo el imán una abertura central a través de la cual
se extiende la primera lámina (24);
un primer tope (38) adyacente al primer extremo
de la cápsula de vidrio;
un segundo tope adyacente (40) al segundo
extremo de la cápsula de vidrio; y
un muelle (36) ubicado dentro de la cápsula de
vidrio que desvía al imán contra el primer tope (38), de tal manera
que bajo aceleración el imán es dirigido contra el muelle hacia el
segundo tope (40) para hacer que la primera zona de contacto
eléctrico se cierre sobre la segunda zona de contacto eléctrico.
11. El sensor de impacto (20) de la
reivindicación 10 en el que la longitud del primer conductor (22) es
mayor que el doble de la longitud del segundo conductor (26).
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