PT1288098E

PT1288098E - Sensor de rodas

Info

Publication number: PT1288098E
Application number: PT02090264T
Authority: PT
Inventors: Harald Schmidt
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2009-02-02
Also published as: EP1288098A1; ES2316521T3; DK1288098T3; EP1288098B1; DE10137519A1; ATE419158T1; DE50213159D1

Description

1 DESCRIÇÃO "SENSOR DE RODAS" A invenção refere-se a um sensor de rodas, de acordo com o preâmbulo das reivindicações 1 e 3, bem como uma instalação de sensores de rodas de acordo com o preâmbulo das reivindicações 8 e 10. Os sensores de rodas, num contexto ferroviário, aplicadas na sinalização de vias únicas, mas também para tarefas de indicação e comutação. Para isso, é utilizado predominantemente o efeito de influência de campos magnéticos das rodas em ferro dos veiculos ferroviários. Através de sensores indutivos aplicados no corpo da via, os quais criam um campo magnético especifico, o efeito de retorno das rodas em ferro deixa ser detectado, em que cada detecção das rodas ou detecção dos eixos é restringido a um impulso de roda. A quantidade de impulsos das rodas dá, em interacção com um outro sensor de rodas, informação sobre o estado de ocupação da secção da via que se encontra entre eles. Esta sinalização de via única apresenta um critério de decisão essencial para o comando de comutações e sinais. Com base no estado de ocupação de secções da via, encontra-se a decisão, se um veiculo ferroviário pode ou não viajar nesta secção da via. Consequentemente, os sinais de indicação das taxas dos eixos têm de cumprir requisitos muito elevados de eficácia. Deve ser garantido que as rodas do veiculo ferroviário, que circulam sobre os sensores, sejam detectadas pelos sensores e que sejam ignorados campos magnéticos parasitários de outras fontes de informação. Isto diz respeito por exemplo a campos magnéticos que surgem numa tracção eléctrica através de correntes ferroviárias e através de componentes do veículo, como por exemplo transformadores, indutores ou 2 travões ferroviários electrónicos. Os últimos apresentam um problema particular, uma vez que os mesmos criam campos magnéticos muito fortes. Isto refere-se em particular aos travões férreos de corrente de Focault desenvolvidos para o IC (InterCidades), os quais em estado activado criam um campo magnético parasitário, o qual se sobrepõe bastante ao campo magnético de funcionamento do sensor indutivo.

Uma solução que assenta no facto de as frequências de trabalho dos sensores serem colocadas em disposições de dimensionamento livres da frequência de campos parasitários, não pode garantir qualquer sucesso duradouro, uma vez que através do desenvolvimento de novos componentes para veículos motorizados, surgem prontamente novos campos parasitários com frequências parcialmente muito elevadas. Através da selecção da frequência não se permite reduzir para além disso que os campos parasitários contenham partes de frequência no plano da frequência de funcionamento do sensor indutivo. De igual modo, as frequências de funcionamento encontram-se no plano de 30 kHz a 1 MHz, enquanto que os campos parasitários podem atingir frequências até 2 MHz.

Uma outra abordagem de solução baseia-se no empenho de compensação do tipo em que o campo magnético parasitário é quase neutralizado através da formação de campos opostos. De acordo com o documento DE-A1-197 09 844 é prevista uma instalação de bobinas com um núcleo magnético. Duas bobinas concentricamente dispostas, uma em relação à outra, são ligadas de tal modo que quando em alimentação eléctrica comum, criam campos magnéticos opostos. Um campo magnético parasitário induz pelo contrário nas bobinas tensões parasitárias, as quais se compensam devido à sua 3 disposição. A instalação de bobinas é uma parte de um sensor indutivo para a criação de um campo magnético de funcionamento. As massas de ferro de uma roda em circulação altera as caracteristicas do campo magnético de funcionamento, o qual é detectado pelo sensor. É no entanto problemático nesta abordagem de solução, o facto de um campo magnético parasitário muito forte, por exemplo causado por um travão a corrente de Foucault, pode magnetizar o núcleo das bobinas de tal modo, o que pode provocar uma reacção indesejada do sensor.

Uma instalação para bobinas semelhante mas sem núcleo, é conhecida a partir do documento DE-A1-199 15 597. A sensibilidade deste contador de eixos de formação do género, é no entanto reduzida, uma vez que o campo magnético obtido para detecção das rodas não se impõe de modo optimizado ao nivel do verdugo. Para além disso, a humidade no acondicionamento dos sensores, numa eventual elevada frequência de trabalho das instalações de bobinas, pode conduzir a uma redução adicional da sensibilidade dos sensores. A invenção tem como objectivo, ultrapassar estas desvantagens e fornecer um sensor de rodas com sensor indutivo, cujos parâmetros sejam optimizados face à sensibilidade e consequentemente face à eficácia de todo o sistema. 0 objectivo é alternativamente atingido através das caracteristicas das reivindicações 1 e 3. De acordo com a reivindicação 1, é obtida uma optimização, na qual a bobina interna apresenta uma taxa de viragem elevada correspondente à razão das áreas. Deste modo, em campos 4 parasitários homogéneos, é criada, não apenas uma compensação parcial dos mesmos, mas também uma compensação total. 0 dimensionamento especial das bobinas tem para além disso como resultado o facto de as induções opostamente exercidas aquando da circulação em ambas as bobinas não serem igualmente elevadas e por isso permanecer uma indução global suficientemente elevada para detecção de uma roda. Uma vez que os efeitos de perturbação são quase totalmente eliminados e o campo magnético de funcionamento apresenta uma intensidade de campo muito elevada que se impõe ao verdugo da roda a ser detectada, obtém-se contrariamente ao estado da técnica, uma melhoria significativa da sensibilidade dos sensores e assim um aumento da eficácia de todo o sistema. Se o campo magnético parasitário não for homogéneo, podem surgir diferenças entre as tensões parasitárias das bobinas parciais, como resultado das diferentes medições das bobinas. Neste caso, é previsto um efeito de compensação parcial, em que a tensão parasitária global efectiva remanescente deve ser extremamente reduzida e finalmente descurada. A segunda bobina é disposta de acordo com a reivindicação 2, de preferência centralmente no interior da primeira bobina. 0 efeito de compensação está no entanto também presente, quando a bobina interna estives excentricamente disposta. Também as formas das bobinas podem ser bastante diferentes. Por exemplo, a bobina interna pode apresentar viragens circulares e estar disposta excentricamente no interior de uma bobina externa com forma oval. A reivindicação 3 caracteriza uma outra forma de atingir o objectivo, em que contrariamente à solução de acordo com a reivindicação 1, é obtida uma simplificação adicional. As 5 bobinas de geometria diferente e com taxas de viragem diferentes são desnecessárias nesta alternativa. Em vez disso, é prevista uma instalação que se sobrepõe na projecção vertical de bobinas do mesmo tipo, em que os planos de viragem são dispostos quase uns por cima dos outros. Uma vez que as bobinas não são dispostas dentro uma da outra ou não se atravessam, o campo magnético obtido por uma bobina impõe ao da outra bobina em parte iguais com fluxos magnéticos internos e externos de direcções opostas, isto é, as bobinas são desacopladas magneticamente uma da outra.

As bobinas são formadas de acordo com a reivindicação 4, de preferência na forma de bobinas de disco planas com viragens em espiral. Deste modo, as bobinas permitem ser produzidas sem problemas dentro do acondicionamento de um sensor de rodas.

De acordo com a reivindicação 5, os planos de viragem, das bobinas podem decorrer paralelamente ao plano da via, em ambas as soluções alternativas.

Numa instalação para bobina especial caracterizada pela reivindicação 6, para a solução alternativa de acordo com a reivindicação 3, ambas as bobinas são mantidas com o mesmo ângulo de inclinação em relação a uma superfície horizontal no sentido da via. Os campos magnéticos parasitários atravessam então ambas as bobinas com a mesma intensidade e sentido e elevam-se também quando o campo não decorre paralelamente aos eixos longitudinais das bobinas.

Geometrias simples de bobinas ou ângulos, as quais tocam numa superfície de base redonda, são vantajosas de acordo 6 coma reivindicação 7. Também podem ser no entanto pensadas para ambas as alternativas, superfícies de base com arestas, nomeadamente quadráticas ou rectangulares.

Num aperfeiçoamento vantajoso descrito na reivindicação 8, dois sensores de rodas são dispostos, um por trás do outro. Desta forma, o sentido de trajecto de um veículo ferroviário que circula sobre ambos os sensores de rodas permite ser enviado com base na distância lateral do registo de impulso das rodas.

De modo a manter a distância de ambos os sensores de rodas, tão reduzida quanto possível, em particular quando de um acondicionamento comum, e assim manter os impulsos suficientes das rodas que transferidos lateralmente, são previstos de acordo com a reivindicação 9 planos de viragem dos pares de bobinas em forma de telhado. A reivindicação 10 caracteriza uma instalação dupla de sensores de rodas, na qual também as bobinas adjacentes de ambos os sensores de rodas se sobrepõem. Também neste plano, o acoplamento magnético tem efeito de acordo com a reivindicação 3. A vantagem desta instalação assenta no facto de, a sobreposição geométrica dos sensores de rodas apresentar uma fase de sobreposição mais longa da influência exercida pela roda em ambos os sensores.

Seguidamente, a invenção será descrita com referência às apresentações nas figuras. As figuras mostram:

Figura 1 uma apresentação esquemática do princípio de compensação, tal como conhecido a partir do estado da técnica, 7 7 Figura 2 Figura 3a Figura 3b Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7a Figura 7b Figura 8 Figura 9 Figura 10 uma primeira forma de realização de acordo com a invenção de uma instalação de bobinas, uma vista lateral e uma vista em planta de uma instalação de bobinas de acordo com a Figura 2, com admissão dos campos de funcionamento, uma vista lateral de acordo com a Figura 3a, com admissão de campos parasitários, uma mudança da primeira forma de realização em vista lateral e em vista em planta, uma segunda forma de realização de acordo com a invenção de uma instalação de bobinas, uma vista lateral e uma vista em planta da segunda forma de realização de acordo coma

Figura 5, uma vista lateral de acordo com a Figura 6 com admissão de campos de trabalho, uma vista lateral de acordo com a Figura 6 com admissão de campos parasitários, uma instalação dupla de sensores de rodas, uma instalação de bobinas e uma outra instalação dupla de sensores de rodas. A Figura 1 mostra de forma esquemática, as formas de funcionamento de um sensor indutivo com compensação de campos parasitários de acordo com o estado da técnica. O sensor é composto essencialmente por um oscilador 1 e um circuito oscilatório 2 com um condensador C e duas bobinas LI e L2. Com esta disposição, é possível compensar as tensões parasitárias UstõrLi e UStõrL2 de um campo magnético parasitário φ3 (Figura 2 e Figura 5) que actua simultaneamente em ambas as bobinas LI e L2. Para isso, ambas as bobinas LI e L2 são activadas no círculo de oscilação LC 2 de tal modo, que as tensões parasitárias 8

UstõrLi e UstõrL2 vão ao encontro do mesmo valor absoluto e elevam-se portanto dos lados opostos. Por outro lado, uma tensão de funcionamento Uoszli ou Uoszl2 aplicada através do oscilador 1, no circuito de oscilação LC 2, é influenciada para a criação de um campo magnético de funcionamento através desta instalação. A Figura 2 mostra um corpo da via 3, numa vista em perspectiva com uma primeira forma de realização de acordo com a invenção de uma instalação de bobina para a compensação de campos magnéticos parasitários. É visível que é criado um campo magnético parasitário φ3 de uma corrente ferroviária Is. De modo a quase neutralizar este campo magnético φ3, as bobinas Ll e L2 são neste caso activadas em fila, sendo formadas como bobinas interna Li e bobina externa La, em que as orientação de viragem de ambas as bobinas Li e La são opostas uma à outra, tal como as figura 3a e 4 mostram através dos símbolos de seta. Para além disso, a taxa de viragem nLi da bobina interna Li é maior que a taxa de viragem nLa da bobina externa La. A partir da fórmula

U μ n respectivamente U - μ * n ·

1A dBdt e Ulí ULa obtém-se para o dimensionamento das bobinas:

f *1.1 em que 9 μ significa a permeabilidade, φ significa o fluxo magnético, B significa a indução magnética e A as áreas das bobinas La ou Li. A bobina interna Li também tem uma razão de área com taxa de viragem correspondentemente mais elevada nLi do que a bobina externa La. Esta condição tem como resultado o facto de as induções BLí e BLa opostamente exercidas em ambas as bobinas Li e La, através da corrente circular de oscilação do oscilador 1 não serem igualmente grandes e permanecer no plano da bobina interna Li, de acordo com a Figura 3a, uma indução global suficientemente elevada BLi-BLa para a detecção de uma roda de um veiculo ferroviário, que circula sobre um sensor indutivo. Contrariamente, as partes interna e externa de um campo magnético parasitário compensam-se opostamente com a indução global Bstõr/ tal como a Figura 3b mostra na apresentação por símbolos. 0 efeito de compensação é também previsto, quando, tal como ilustrado na FIG. 4, a bobina interna Li não se encontra disposta centralmente na bobina externa La. Numa modificação adicional, as boinas Li e La podem ter formas proximamente desejadas, tais como as formas circulares, quadráticas, rectangulares ou ovais. Numa concretização exacta das regras de dimensionamento mencionadas em cima, nomeadamente a proporcionalidade contrária das taxas de viragem para s áreas das bobinas, pode ser obtida uma compensação quase total de campos magnéticos homogéneos parasitários. Em campos parasitários não homogéneos, podem surgir diferenças entre as tensões parasitárias das bobinas Li e La, resultantes das diferentes medições das bobinas. A tensão parasitária global efectivamente remanescente é no 10 entanto mais reduzida do que a de uma bobina individual, de modo que é pelo menos garantido um efeito de compensação parcial.

As Figuras 5 a 10 referem-se a uma outra forma de realização de acordo com a invenção de uma instalação de bobinas que compensam o campo parasitário. Ao contrário das variantes apresentadas nas Figuras 2 a 4, esta forma de realização diferencia-se e particular devido ao facto de as bobinas utilizadas LI e L2 apresentarem geometrias do mesmo tipo, contrariamente às bobinas Li e La. Desta forma, obtém-se uma redução nos custos dispendiosos. A Figura 5 mostra de modo análogo à apresentação da Figura 2, que duas bobinas LI e L2, que se sobrepõem parcialmente e que estão colocadas opostamente, são previstas com a mesma geometria e taxas de viragem. Uma vez que ambas as bobinas LI e L2 são de formação igual, o campo magnético parasitário φ3 em ambas as bobinas LI e L2 induz a mesma tensão parasitária Ust5rLi e Ust5rL2 (Figura 1). Para a compensação, as bobinas LI e L2, tal como realizado na Figura 1, são controladas opostamente. Na instalação de sobreposição, no entanto não de penetração, de ambas as bobinas LI e L2, estas são desacopladas magneticamente uma da outra, isto é, o campo magnético criado por uma bobina LI ou L2 atravessa a outra bobina L2 ou LI em parte iguais com os fluxos magnéticos φι e φΗ internos e externos de direcções diferentes, tal como a Figura 6 ilustra. Este efeito é obtido através da sobreposição parcial das bobinas LI e L2, em que a distância X entre os eixos longitudinais de ambas as bobinas LI e L2 é sempre mais pequeno que o seu diâmetro. Para o campo magnético de funcionamento BLi ou BL2 necessário para a detecção das rodas, surgem as razões 11 apresentadas na Figura 7a, enquanto que um campo magnético parasitário BStorr de acordo com a Figura 7b é compensado. Cada bobina LI e L2 cria um campo magnético tal como uma bobina individual, uma vez que através da desconexão magnética, não é exercida qualquer influência oposta. Para isso, também não tem qualquer influência o facto de os campos magnéticos BLi e BL2 de ambas as bobinas LI e L2 serem opostamente direccionados no funcionamento de oscilador. Ambas as bobinas LI e L2 contribuem em partes iguais para a detecção de uma roda, porque os seus campos magnéticos BLi e BL2 são influenciados de igual modo pelo verdugo 4 de uma roda (Figura 8) . Ao contrário de uma instalação com apenas uma boina de sensor, isto é, sem a integração desta bobina individual numa maioria de bobinas para a compensação de campos parasitários, o plano de efeito das rodas prolonga-se sensivelmente na variação lateral X de ambas as bobinas LI e L2. A Figura 8 mostra as bobinas Ll_l, L2_l e L2_2 de dois sensores de rodas, em relação a um corpo da via 3. Neste caso, as bobinas Ll_l, L2_l, bem como L2_2 e Ll_2 são de tal forma aplicadas, por exemplo, no interior de um acondicionamento de sensores, que os seus pontos médios apresentam uma altura constante em relação às áreas de base horizontais do corpo da via 3, em que os planos de viragem estão inclinados em relação aos planos da via. Os campos magnéticos parasitários atravessam então ambas as bobinas Ll_l e L2_l, respectivamente L2_2 e Ll_2, cada uma com intensidade e direccionamento igual, elevando-se desse modo, inclusivamente quando o campo parasitário não decorre paralelamente aos eixos longitudinais das bobinas. 0 sensor duplo apresentado na Figura 8 é circulado pelo verdugo 4 da roda numa sequência temporal especifica, de modo a que 12 possam ser incluídos no sentido do trajecto do veículo ferroviário, a partir da sequência de sinais.

Na Figura 9 é apresentada uma forma preferida de bobinas para sensores de rodas. As bobinas LI e L2 são concebidas com forma de discos e enroladas em espiral. A altura das bobinas de disco corresponde ao diâmetro do cabo de enrolamento e é por isso reduzido de tal modo que ambas as bobinas LI e L2, que se sobrepõem, podem ser formadas sem inclinação no acondicionamento de um sensor de rodas. A Figura 10 mostra um sensor duplo com bobinas de discos Ll_Sysl e L2_Sysl , bem como Ll_Sysl e L2_Sys2, em que as bobinas adjacentes L2_Sysl e Ll_Sys2 de ambos os sistemas de sensores Sysl e Sys2 também se sobrepõem.

Lisboa, 20 de Janeiro de 2009

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Sensor para rodas, em particular para uma instalação de sinalização de via única, com pelo menos um sensor indutivo de um lado da via para detectar uma alteração no campo magnético, como resultado de rodas metálicas de um veiculo ferroviário que circulam numa via férrea, e uma instalação que apresenta bobina sem núcleo (Ll, L2; La, Li) para a compensação do campos magnéticos parasitários (φ3, Bstõr ) f caracterizado por , ser prevista uma primeira bobina sem núcleo (La) e uma segunda bobina sem núcleo (Li), disposta por baixo daquela, e a qual cria um campo magnético oposto (BLi) aquando de uma alimentação eléctrica comum, em que os planos de viragem das bobinas (La, Li) estão essencialmente em concordância e as taxas de viragem (nL± e nLa) das bobinas (Li e La) são contrariamente proporcionais às superfícies das bobinas (ALa e ALi) .

2. Sensor de rodas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a segunda bobina (Li) estar disposta centralmente no interior da primeira bobina (La).

3. Sensor para rodas, em particular para uma instalação de sinalização de via única, com pelo menos um sensor indutivo de um lado da via para detectar uma alteração no campo magnético, como resultado de rodas metálicas de um veículo ferroviário que circulam numa via férrea, e uma instalação que 2 apresenta uma bobina sem núcleo (LI, L2) para a compensação do campos magnéticos parasitários (φ3, Bstõr) , caracterizado por , serem previstas duas bobinas sem núcleo (Ll, L2) com geometria essencialmente igual e taxas de viragem iguais, cujos planos de viragem decorrem uns em relação aos outros de modo essencialmente paralelo, em que as bobinas (Ll, L2) se sobrepõe em projecção vertical e criam campos magnéticos opostos aquando de alimentação eléctrica comum.

4. Sensor de rodas de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as bobinas (Ll, L2; LISysl, L2Sysl, Ll_Sys2, L2_Sys2) serem concebidas na forma de bobinas de disco, cuja altura corresponde ao diâmetro do condutor utilizado.

5. Sensor de rodas de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por , os planos de viragem das bobinas (Ll, L2; La, Li) decorrer de modo essencialmente paralelo ao plano da via.

6. Sensor de rodas de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por , os planos de viragem das bobinas (Ll_l, L2_l; L2_2, L2_l) em relação ao plano da via, apresentarem uma inclinação orientada essencialmente no sentido longitudinal da via e a linha de ligação dos pontos 3 médios das bobinas decorrerem paralelamente à via, num plano horizontal.

7. Sensor de rodas de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, As bobinas (Ll, L2; La, Li) apresentarem viragens redondas, em particular circulares e/ou ovais.

8. Instalação para sensores de rodas, dependente do direcção de trajecto, caracterizada pela utilização emparelhada de sensores para rodas distanciados no sentido da via, de acordo com uma das reivindicações anteriores,

9. Instalação para sensores de rodas, dependente da direcção de trajecto de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pela utilização de sensores de rodas de acordo com a reivindicação 5, em que os panos de viragem dos pares de bobinas (Ll_l e L2_l; L2_2 e Ll_2) apresentar inclinações orientadas em direcções opostas, na forma de tecto.

10.Instalação para sensores de rodas, dependente da direcção de trajecto, caracterizada pela utilização emparelhada de sensores para rodas, que se sobrepõem no sentido da via, de acordo com uma das reivindicações 1-7. Lisboa, 20 de Janeiro de 2009