ES2353276T3 - Sensor magnã‰tico de rueda. - Google Patents

Abstract

Sensor magnético de rueda, en especial para una instalación de notificación e vía libre, para detectar una modificación del campo magnético como consecuencia de ruedas de hierro (3) de un vehículo sobre raíles que circulen sobre la vía, con una primera bobina (1, 1A, 1B) que genera un campo magnético al ser alimentada con corriente y una segunda bobina (2, 2A, 2B) dispuesta axialmente respecto a la misma, en donde la segunda bobina (2, 2A, 2B) se compone al menos de dos bobinas parciales con sentido de devanado contrapuesto y en donde la superficie abarcada por la primera bobina (1, 1A, 1B) y la de la suma de las superficies abarcadas por las bobinas parciales de la segunda bobina (2, 2A, 2B) son fundamentalmente iguales, en donde se valora el desarrollo en el tiempo de las tensiones (U1, U2; U1A, U2A; U1B, U2B) inducidas en las dos bobinas (1, 2; 1A, 2A; 1B, 2B) durante la modificación del campo magnético, caracterizada porque la alimentación de corriente se realiza de forma pulsatoria.

Description

La invención se refiere a un sensor magnético de rueda según el preámbulo de la reivindicación 1. Los sensores de rueda se usan en el campo ferroviario para la notificación de vía libre, pero también para otras tareas de conexión y notificación. Con ello se aprovecha predominantemente la acción que influye en el campo magnético, de las ruedas de hierro de los vehículos sobre raíles. Mediante sensores inductivos aplicados al cuerpo de vía, que generan un campo magnético específico, puede detectarse la reacción de las ruedas de hierro, en donde con cada detección de rueda o de eje se registra un impulso de rueda. El número de impulsos de rueda entrega información, en cooperación con otro sensor de rueda, sobre el estado de ocupación del tramo de vía situado entremedio. A partir del desplazamiento en tiempo de dos sensores dispuestos separados en el espacio, el control prioritario puede establecer informaciones sobre el sentido y la velocidad, de tal modo que es posible sacar conclusiones sobre el número de ruedas que han pasado por los sensores en un sentido determinado. En el caso de fallar uno de los dos sensores, ya no puede obtenerse ninguna información sobre el sentido y la velocidad.

La notificación de vía libre representa un criterio de decisión fundamental para el control de cambios de vía y señales. Con base en el estado de ocupación de tramos de vía se toma la decisión de si un vehículo sobre raíles puede rodar sobre este tramo de vía o no. Como consecuencia de esto, las señales de aviso de los contadores de ejes deben cumplir unos requisitos de fiabilidad extremadamente elevados. Debe garantizarse que los sensores sólo detecten las ruedas de hierro de los vehículos sobre ruedas que circulen sobre los sensores y que se ignoren campos magnéticos parásitos de otra procedencia. Esto afecta en especial a campos magnéticos que, en el caso de tracción eléctrica, se producen a causa de corrientes de vía y de componentes de vehículo como transformadores, bobinas de reactancia y frenos de vía electrónicos. Estos últimos representan un problema especial, ya que los campos magnéticos generados son muy intensos. Esto es aplicable en especial al freno de corriente parásita, que se ha desarrollado para el ICE (Intercity-Express), ya que este freno de corriente parásita genera en estado de excitación un campo magnético parásito, que se superpone muy intensamente al campo magnético de funcionamiento del sensor inductivo.

Los sensores de rueda que funcionan con campos alternos magnéticos existen en dos ejecuciones. En uno de estos tipos se genera un campo magnético en un lado de la vía y se recibe en el otro lado. Una rueda sobre el raíl modifica el acoplamiento entre la bobina de emisor y la de receptor y, de este modo, puede detectarse. Mediante la disposición en ambos lados la complejidad es elevada con dos cajas y para el campo magnético que comprende el raíl se necesita una potencia elevada en un margen de 1 a 2 vatios

Los sensores que sólo se montan en un lado del raíl funcionan según el principio del conmutador de proximidad magnético, en el que el campo magnético es atenuado mediante corrientes parásitas en la masa de hierro de una rueda. Estos sensores reaccionan a la corona de rueda y para ellos es suficiente una potencia de funcionamiento menor en un margen de entre 10 y 50 mW. A causa de la menor potencia en el campo magnético, estos sensores son perturbados sin embargo fácilmente por campos magnéticos externos, como por ejemplo los campos citados anteriormente de corrientes de raíl o frenos de corriente parásita.

En ambas ejecuciones se producen a causa del principio de acción dificultades para descartar la influencia de la temperatura, que fundamentalmente actúa sobre la dependencia de la temperatura de la resistencia del devanado de la bobina de campo.

A causa de la complejidad del conexionado interior de los sensores, su fiabilidad es tan solo insuficiente. Para el intervalo de un control de funcionamiento de los sensores se producen de aquí unos espacios de tiempo relativamente cortos.

Si en un sistema de sensor doble la influencia causada por una rueda ya no es suficiente para influir en ambos sensores de forma casi solapada, por ejemplo, en el caso de ruedas con un diámetro muy pequeño, no puede generarse información sobre el sentido de movimiento.

Para reducir la influencia de campos magnéticos parásitos externos se han propuesto, conforme a los documentos DE 199 15 597 A y DE 36 32 316 A, disposiciones de bobina para generar campos magnéticos en contrasentido.

El principio de acción de un sensor de rueda del género expuesto se basa en la modificación del acoplamiento transformatorio entre ambas bobinas a causa de la influencia de la masa de hierro de la rueda. En función de la secuencia en la que la rueda pasa por los campos magnéticos en contrasentido, se producen modificaciones del campo magnético que pueden valorarse en ambas bobinas como modificaciones de tensión. De este modo los sensores aislados ya generan informaciones sobre el sentido y la velocidad. Las bobinas están dispuestas de forma preferida en un lado del raíl. Se reducen las influencias perturbadoras causadas por la corriente de raíl y el freno de corriente parásita. También las influencias de la temperatura desparecen casi por completo. Las tensiones sobre las partes de bobinas de la segunda bobina, que están asociadas a campos magnéticos en contrasentido, tienen sin la influencia de una rueda la misma amplitud, pero una posición de fase inversa. La tensión suma en toda la segunda bobina es con ello cero en estado de reposo. Si influye una rueda en el sensor se perturba el equilibrio entre las tensiones parciales y puede medirse una tensión de salida en toda la segunda bobina. La fase de esta tensión es función de por qué parte de la segunda bobina acaba de pasar la rueda. A partir de la correlación de la tensión de salida con la misma fase y con fase inversa con relación al desarrollo de tensión en la primera bobina puede establecerse el sentido de movimiento y, a partir del periodo de tiempo para la inversión de fase, la velocidad. De este modo, en una disposición de doble sensor se dispone de estas informaciones de forma redundante. Los dos sistemas de un sensor doble independientes en cuanto a técnica de seguridad pueden comprobarse mutuamente en cuanto a su funcionamiento, de forma continua, y notificarse el fallo del en cada caso otro sensor. Los márgenes de detección de ambos sensores pueden solaparse mecánicamente, de tal modo que siempre que se reconozca una rueda, exista un solape en el tiempo de la influencia y en todo caso pueda detectarse el sentido de movimiento.

La invención se ha impuesto la tarea de indicar un sensor magnético de rueda de la clase genérica, cuyos parámetros estén optimizados en cuanto a las fiabilidad de todo el sistema, en donde se mejore en especial la relación señal/ruido con respecto a los campos externos.

La tarea es resuelta con las particularidades características de la reivindicación 1.

Mediante alimentación de corriente pulsatoria se establece el campo magnético en las bobinas de forma pulsatoria, en donde sólo se requiere una duración de conexión efectiva pequeña. Por medio de esto, la potencia momentánea en el campo es correspondientemente mayor. Por último con esto se mejora la relación señal/ruido con respecto a campos externos. Debido a que el acoplamiento entre las bobinas es independiente de la temperatura, la influencia de la temperatura en la resistencia del devanado prácticamente no tiene importancia. En el caso de sensores dobles es posible, a causa del funcionamiento pulsatorio de cada sensor en las pausas de pulsación, una vigilancia del en cada caso otro sensor mediante un acoplamiento magnético, con una separación galvánica y funcional de los sensores segura.

Si la frecuencia de trabajo de las bobinas de sensor conforme a la reivindicación 2 se elige suficientemente elevada, por ejemplo 1 Mhz, el sensor puede hacerse funcionar con paquetes de ondas en trenes de impulsos. Si se usan por ejemplo periodos de oscilación de 1 mhz con una frecuencia de repetición de 10 khz, se obtiene una duración de conexión efectiva del 10%. Por medio de esto puede concentrarse la potencia admitida a una décima parte del tiempo, con lo que con la misma potencia absorbida puede conseguirse una potencia instantánea diez veces mayor en el campo magnético del sensor. En el mismo factor se mejora la relación señal/ruido con respecto a la influencia de campos parásitos externos. Mediante el entrelazamiento temporal en trenes de impulsos, ambos sistemas de sensor de un sensor doble pueden alojarse sin problemas en una caja, sin que haya que temer fallos

o limitaciones de funcionamiento a causa de acoplamientos magnéticos entre los sistemas.

Debido a que el sensor de rueda puede funcionar con frecuencias superiores a 1 Mhz, es posible una ejecución de las bobinas conforme a la reivindicación 3 en forma de circuitos impresos sobre una pletina. El hecho de que con esta técnica la calidad de las bobinas es claramente inferior a la de las bobinas devanadas usadas hasta ahora, no perturba

el principio de funcionamiento, ya que se valora el acoplamiento modulado mediante la rueda entre las bobinas. Tampoco la influencia de la temperatura en la calidad de la bobina juega ya ningún papel. Mediante la ejecución de circuitos impresos de las bobinas, los costes de producción del sensor magnético de rueda conforme a la invención son claramente inferiores a los de los sensores usuales. Aparte de esto se obtiene una precisión de repetición de los parámetros claramente mejorada.

A continuación se explica la invención con más detalle con base en la representación con figuras. Aquí muestran: la figura 1 una disposición de bobina para un sensor aislado, la figura 2 un esquema de conexiones electro-magnético de principio para la disposición conforme a la figura 1, la figura 3 una disposición de bobina para un sensor doble, la figura 4 desarrollos de tensión en el tiempo en el caso de un sensor aislado y la figura 5 desarrollos de tensión en el tiempo en el caso de un sensor doble en funcionamiento en trenes de impulsos.

La figura 1 muestra una posible disposición de principio de dos bobinas 1 y 2, que generan campos magnéticos al recibir corriente. A causa de la proximidad de una rueda de hierro se modifica el campo magnético, con lo que en la disposición de bobina se inducen tensiones mediante las cuales finalmente puede detectarse la circulación por encima de la rueda. Una primera bobina 1 se ha ejecutado aquí a modo de ejemplo como bastidor rectangular. Axialmente respecto a esta primera bobina 1 está dispuesta una segunda bobina 2 dividida en dos mitades en forma de ocho, en donde las dos mitades están dispuestas consecutivamente según se mira en el sentido de circulación y cubren la misma superficie que la primera bobina 1. A causa de la forma en ocho, las dos mitades de la segunda bobina 2 están conectadas en contrafase. Por medio de esto se producen campos magnéticos en contrasentido si se alimenta corriente en las dos mitades de la segunda bobina 2.

En la figura 2 puede verse cómo se modifica el acoplamiento transformatorio entre la primera y la segunda bobina 1 y 2 mediante la influencia de una rueda 3. Las tensiones U1 y U2 inducidas en las bobinas 1 y 2 por la rueda se valoran – como se explica con más detalle con base en la figura 4.

En la figura 3 se han combinado dos sistemas de bobina A y B según la figura 1 para formar un sensor doble. Mediante el solape de los dos sistemas de bobina A y B se acopla la tensión primaria del sistema A o B, en cada caso, también con el otro sistema B o A. la tensión inducida puede valorarse para llevar a cabo una vigilancia del funcionamiento del en cada caso otro sistema A y B. Los dos sistemas de bobina A y B sólo están acoplados inductivamente y es posible una estructura independiente de ambos sistemas A y B, de tal modo que puede materializarse una vigilancia continua del funcionamiento para usarse en cuanto a técnica de seguridad. Debido a que los márgenes en los que los dos sistemas de bobina A y B detectan una rueda se solapan mecánicamente, se garantiza que las señales de ambos sistemas de bobina A y B presenten también un solape temporal. De este modo se obtiene siempre el reconocimiento del sentido de movimiento si ambos sistemas de bobina A y B reaccionan a la rueda.

En la figura 4 se han representado las tensiones U1, U2 y U2a y U2b en las diferentes partes de las boninas de sensor 1 y 2 de un sensor aislado, conforme a las figuras 1 y 2. U1 es la tensión en la primera bobina 1 en forma de una oscilación senoidal continua. U2a y U2b caracterizan las tensiones en las dos mitades de la segunda bobina 2. Sin la influencia de una rueda 3 tienen la misma amplitud y posición de fase contrapuesta, con lo que la tensión suma U2 en estado de reposo es cero. Si se acerca una rueda 3 al sensor, se perturba el equilibrio entre las tensiones parciales U2a y U2b en las dos mitades de la segunda bobina 2 y puede medirse una tensión de salida U2 distinta a cero. La fase de esta tensión U2 depende de sobre qué mitad de la segunda bobina 2 se encuentra la rueda 3 en ese momento. A partir de la correlación de la misma o de la fase inversa de la tensión de salida U2 de la segunda bobina 2, con relación a la posición de fase de la tensión U1 en la primera bobina 1,

puede establecerse el sentido de movimiento de la rueda 3 y, a partir del periodo de tiempo para la inversión de fase, la velocidad. La figura 5 ilustra el entrelazamiento temporal de una alimentación de corriente pulsatoria de un sensor doble, conforme a la figura 3. Los dos sistemas de

5 bobina A y B del sensor doble se alimentan con corriente alternativamente durante un breve espacio de tiempo. Mediante este funcionamiento en trenes de impulsos se impide un acoplamiento magnético de los dos sistemas A y B. Se han representado las tensiones U1A y U1B en las primeras bobinas 1A y 1B de los sensores aislados A y

B. La valoración de las tensiones de salida U2A y U2B de las segundas bobinas A2 y 10 B2 para el reconocimiento de la rueda sólo se produce si la primera bobina 1A ó 1B correspondiente está activada.

La invención no está limitada a los ejemplos de ejecución presentes indicados. Más bien es imaginable un número de variantes, que hacen uso de las particularidades de la invención incluso en el caso de una ejecución de una clase

15 básicamente diferente.

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Claims (2)

1.-Sensor magnético de rueda, en especial para una instalación de notificación e vía libre, para detectar una modificación del campo magnético como consecuencia de ruedas de hierro (3) de un vehículo sobre raíles que circulen sobre la

5 vía, con una primera bobina (1, 1A, 1B) que genera un campo magnético al ser alimentada con corriente y una segunda bobina (2, 2A, 2B) dispuesta axialmente respecto a la misma, en donde la segunda bobina (2, 2A, 2B) se compone al menos de dos bobinas parciales con sentido de devanado contrapuesto y en donde la superficie abarcada por la primera bobina (1, 1A, 1B) y la de la suma de las superficies abarcadas

10 por las bobinas parciales de la segunda bobina (2, 2A, 2B) son fundamentalmente iguales, en donde se valora el desarrollo en el tiempo de las tensiones (U1, U2; U1A, U2A; U1B, U2B) inducidas en las dos bobinas (1, 2; 1A, 2A; 1B, 2B) durante la modificación del campo magnético, caracterizada porque la alimentación de corriente se realiza de forma pulsatoria.

15 2.-Sensor de rueda según la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia de trabajo de las bobinas (1, 2; 1A, 2A; 1B, 2B) es tan elevada, que pueden generarse paquetes de ondas en trenes de impulsos.

3.-Sensor de rueda según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las bobinas (1, 2; 1A, 2A; 1B, 2B) están configuradas como circuitos impresos 20 sobre una pletina. Siguen tres hojas de dibujos.