ES2248545T3 - Sensor de posicion magnetico pasivo. - Google Patents

Abstract

Sensor de posición magnético pasivo, que está constituido por un substrato con una red de resistencia dispuesta sobre este substrato, a la que está asociada una estructura de muelle de contacto, que se puede desviar bajo la acción de un imán permanente, siendo realizada una unión eléctrica entre la red de resistencia y la estructura de muelle de contacto a través de contacto, que depende de la posición del imán remanente, estando incluidas la estructura de muelle de contacto y la estructura de resistencia en una carcasa hermética y siendo móvil el imán permanente fuera de la carcasa hermética, caracterizado porque el imán permanente (11) está polarizado en la dirección del movimiento de la estructura de muelle de contacto (8), estando dispuesta una instalación de conducción del flujo (14; 15a, 15b) para la elevación de la concentración de la fuerza de atracción del campo magnético en la proximidad del imán permanente (11).

Description

Sensor de posición magnético pasivo.

La invención se refiere a un sensor de posición magnético pasivo, que está constituido por un substrato con una red de resistencia dispuesta sobre este substrato, a la que está asociada una estructura de muelle de contacto, que se puede desviar bajo la acción de un imán permanente, siendo realizada una unión eléctrica entre la red de resistencia y la estructura de muelle de contacto a través de contacto, que depende de la posición del imán remanente, estando incluidas la estructura de muelle de contacto y la estructura de resistencia en una carcasa hermética y siendo móvil el imán permanente fuera de la carcasa hermética.

Se conoce a partir del documento DE 196 48 539 un sensor de posición de este tipo. La red de resistencia y la estructura de contacto están dispuestas en este caso sobre un substrato. A través de una instalación magnética, que está conectada con un objeto móvil, cuya posición debe determinarse, se desvía la red de resistencia de tal forma que entra en contacto con la red de resistencia y se puede tomar una señal de salida, que corresponde a la posición del objeto móvil, en el sensor de posición.

Un sensor de posición magnético del tipo descrito solamente tiene algunos centímetros de largo. Por lo tanto, para posibilitar una actuación fiable del sensor de posición, un imán no se puede incrementar de forma infinita, opuesto que esto tendría como consecuencia que muchas patas de resorte de la estructura de muelle de contacto serían atraídas al mismo tiempo por el imán, de manera que la señal de salida del sensor no proporcionaría ya señales unívocas y, por lo tanto, no sería ya utilizable.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar un sensor de posición magnético pasivo con fuerza magnética mejorada del imán permanente.

Según la invención, el cometido se soluciona porque el imán permanente está polarizado en la dirección del movimiento de la estructura de muelle de contacto, estando dispuesta una instalación de conducción del flujo para la elevación de la concentración de la fuerza de atracción del campo magnético en la proximidad del imán permanente.

La invención tiene la ventaja de que, en virtud del cuerpo de conducción del flujo, se modifica la circulación del campo magnético no perturbado, de tal manera que su gradiente se incrementa en dirección transversalmente a la carcasa. Como campo magnético no perturbado se considera el campo magnético configurado por el imán permanente, en el que no se incorpora ninguna carcasa con red de resistencia y estructura de muelle de contacto. En virtud de esta medida, se puede intensificar la fuerza del campo magnético, sin tener que modificar las dimensiones geométricas.

Un desarrollo sencillo de la invención consiste en que la instalación de conducción de flujo está configurada como tapa permeable magnéticamente, que se puede colocar sobre el imán permanente. Una tapa de este tipo tiene una sección transversal en forma de U, en cuyos extremos libres se forman polos magnéticos virtuales. De esta manera se concentra el campo magnético no perturbado (campo en el aire), de tal forma que se puede conseguir un aumento considerable del gradiente de campo transversalmente a la dirección de la carcasa del sensor en la posición de la carcasa.

En otra configuración, la instalación de conducción del flujo está constituida por dos imanes auxiliares adicionales, estando dispuesto el imán permanente entre los dos imanes auxiliares y estando la dirección de magnetización de los imanes auxiliares opuesta a la dirección de magnetización del imán permanente.

La fuerza magnética del imán permanente se puede aprovechar en este caso especialmente bien cuando la carcasa está configurada no magnética y, por lo tanto, las fuerzas actúan de forma no amortiguada en la estructura de muelle de contacto.

La invención admite numerosas formas de realización. Una de ellas se explica en detalle con la ayuda de las figuras representadas en el dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra un ejemplo de realización del sensor de posición como potenciómetro.

La figura 2 muestra una banda de resistencia con banda de conductores en una vista en planta superior.

La figura 3 muestra una banda de resistencia con banda de conductores en la sección.

La figura 4 muestra una señal de salida del sensor de posición.

La figura 5 muestra un primer ejemplo de realización del imán con instalación de conducción del flujo.

La figura 6 muestra una segunda forma de realización del imán con instalación de conducción del flujo.

Las mismas características están identificadas en todas las figuras con el mismo signo de referencia.

En la figura 1 se representa de forma esquemática la estructura de un sensor de posición magnético pasivo lineal sobre la base de una disposición de capa gruesa en forma de un potenciómetro. El substrato 1 no magnético lleva una red de resistencia en forma de una banda de resistencia 2 en forma de capa, que se extiende entre las conexiones eléctricas 5 y 6.

Como se deduce a partir de la figura 2, debajo de la banda de resistencia 2, a distancias uniformes sobre el substrato están dispuestas varias bandas de conductores 3 paralelas entre sí. Estas bandas de conductores 3 están aplicadas perpendicularmente a la banda de resistencia 2 directamente sobre el substrato 1. Las bandas de conductores 3 son cubiertas parcialmente por la banda de resistencia 2. En este caso, el extremo de cada banda de conductores 3 forma una superficie de contacto 4, que está recubierta con oro o plata.

La representación en sección en la figura 3 muestra que las bandas de conductores 3 en la zona de la banda de resistencia están rodeadas totalmente por esta banda, para garantizar un contacto eléctrico fiable. Según la figura 1, sobre el substrato, en paralelo con la banda de resistencia 2, está dispuesto un distanciador 7, sobre el que está aplicada una estructura de vigas de flexión 8 de una sola pieza en forma de peine, en forma de una lámina magnética blanda. De una manera alternativa a ello, la estructura de vigas de flexión está constituida por material no magnético, que está provista con una capa magnética. La estructura de vigas de flexión 8 magnética blanda en forma de peine está constituida por vigas de flexión 9 libremente móviles, apoyadas en un lado. Las vigas de flexión 9 están recubiertas galvánicamente con una capa de oro o de plata para la reducción de la resistencia de contacto.

El distanciador 7 retiene los extremos móviles libremente de la estructura de vigas de flexión 8 a una distancia definida de las superficies de contacto 4. Los extremos móviles libremente de las vigas de flexión 9 están dispuestas de manera que se solapan en las superficies de contacto 4. En este caso, la estructura de vigas de flexión 8 configurada como lámina magnética blanda es por sí misma conductora de electricidad y está en unión con la conexión eléctrica 10 dispuesta en el exterior.

La banda de resistencia 2 está conectada eléctricamente, como ya se ha explicado, a través de las conexiones 5 y 6 con masa y con la tensión de funcionamiento U_{B}. La tensión de la señal U_{AUS} del transmisor de la posición se puede tomar a través de la conexión eléctrica 10, que está conectada con la estructura de vigas de flexión 8. La tensión de la señal es variable en el intervalo entre 0 voltios y U_{B} y representa la posición de un imán permanente 11.

El imán permanente 11, que está dispuesto fuera de la carcasa 1, 12 de forma móvil con respecto al lado alejado del substrato 1 que lleva la banda de resistencia 2, se mueve en la zona de la superposición de las superficies de contacto 4 con los extremos móviles libremente de las vigas de flexión 9 apoyadas en un lado. Los extremos móviles libremente de las vigas de flexión 9 de la estructura de vigas de flexión 8 son atraídos a través del campo magnético del imán permanente 11 sobre las superficies de contacto 4 y puestos en contacto. De acuerdo con la posición del imán permanente 11, se genera una conexión eléctrica con las resistencias correspondientes de la red de resistencia y se toma una tensión de la señal U_{AUS} que corresponde a esta posición. En este caso, se genera una señal de salida escalonada, como se representa en la figura 4.

La anchura del imán permanente 11 está dimensionada de tal forma que varios extremos 9 móviles libremente, colocados adyacentes entre sí, de la estructura de vigas de flexión 8 entran en contacto al mismo tiempo con las superficies de contacto correspondientes y de esta manera actúan con efecto redundante, de modo que las eventuales interrupciones del conducto no conducen al fallo completo de la señal del sistema de medición.

El substrato aislante 1, que lleva la banda de resistencia 2 y la lámina magnética blanda 8, está constituido por una placa cerámica. Sirve al mismo tiempo como pared de la carcasa del sensor de posición, que se cierra con una cubierta de carcasa 12. El material de la cubierta de la carcasa 12 y el substrato 1 presentan en este caso el mismo coeficiente de dilatación de la temperatura o bien un coeficiente de dilatación de la temperatura similar y se pueden estañar, soldar o encolar.

De una manera más ventajosa, se utiliza una cubierta de carcasa 12 no magnética. Una capa metálica 17 como borde circundante sobre el substrato aislante 1 sirve para el encapsulado del sensor de posición. Para la mejora de la aptitud para el estañado, se galvaniza la capa metálica 17. Para la realización de las conexiones eléctricas 5, 6, 10 se conducen pasadores a través del substrato aislante 1 y se estañan o se sueldan allí herméticamente y, por lo tanto, de una manera resistente a la corrosión con la banda de resistencia 2 o bien con la estructura de vigas de flexión 8.

Para elevar la fuerza de atracción del imán 11 en la zona del sensor, se incrementa el gradiente del campo magnético no perturbado (el campo sin la presencia del sensor, que está indicado en las figuras 5 y 6 solamente por medio de la cubierta de la carcasa 12) en dirección transversal a la cubierta de la carcasa en esta posición. Esto se puede conseguir de diferentes maneras.

La figura 5 muestra una disposición, que concentra de una manera más favorable el campo magnético no perturbado con la finalidad de la elevación de la fuerza de atracción. Se coloca una tapa de acero 14 permeable magnéticamente con una sección transversal en forma de U sobre el imán permanente 11 original. El imán permanente 11 está polarizado en este caso de tal forma que su polo Sur está opuesto directamente al substrato 1. La dirección de magnetización del imán 11 corresponde en este caso a la dirección del movimiento de las vigas de flexión 9 de la estructura de vigas de flexión 8. En los extremos libres de la sección transversal en forma de U de la tapa de acero 14 se forman polos magnéticos virtuales. De esta manera, se concentra el campo no perturbado (campo en el aire) sin substrato 1 de tal manera que se consigue un incremento considerable del gradiente de campo en la posición del substrato 1.

Se puede provocar el mismo efecto, rodeando el imán permanente de base 11 lateralmente con dos imanes permanentes 15a, 15b, que están provistos con una magnetización en dirección opuesta al imán permanente 11.

Claims (4)

1. Sensor de posición magnético pasivo, que está constituido por un substrato con una red de resistencia dispuesta sobre este substrato, a la que está asociada una estructura de muelle de contacto, que se puede desviar bajo la acción de un imán permanente, siendo realizada una unión eléctrica entre la red de resistencia y la estructura de muelle de contacto a través de contacto, que depende de la posición del imán remanente, estando incluidas la estructura de muelle de contacto y la estructura de resistencia en una carcasa hermética y siendo móvil el imán permanente fuera de la carcasa hermética, caracterizado porque el imán permanente (11) está polarizado en la dirección del movimiento de la estructura de muelle de contacto (8), estando dispuesta una instalación de conducción del flujo (14; 15a, 15b) para la elevación de la concentración de la fuerza de atracción del campo magnético en la proximidad del imán permanente (11).

2. Sensor de posición pasivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de conducción del flujo (14; 15a, 15b) está configurada como tapa (14) permeable magnéticamente, que se puede colocar sobre el imán permanente (11).

3. Sensor de posición pasivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de conducción del flujo (14; 15a, 15b) está constituida por dos imanes auxiliares adicionales (15a, 15b), estando dispuesto el imán permanente (11) entre los dos imanes auxiliares (15a, 15b) y la dirección de magnetización de los imanes auxiliares (15a, 15b) está opuesta a la dirección de magnetización del imán permanente (11).

4. Sensor de posición pasivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (1, 12) está configurada no magnética.