ES2246015T3 - Articulacion esferica con sensor angular integrado. - Google Patents

Articulacion esferica con sensor angular integrado.

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ES2246015T3
ES2246015T3 ES02754234T ES02754234T ES2246015T3 ES 2246015 T3 ES2246015 T3 ES 2246015T3 ES 02754234 T ES02754234 T ES 02754234T ES 02754234 T ES02754234 T ES 02754234T ES 2246015 T3 ES2246015 T3 ES 2246015T3
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Abstract

Articulación esférica para un vehículo, especialmente para el sistema de suspensión del vehículo, con una carcasa (6) de la articulación esférica dotada de una abertura (7) de la articulación, un gorrón(3) esférico que presenta una esfera (2) de la articulación y un gorrón (3), el cual está colocado con su esfera (2) de la articulación de forma giratoria y rotatoria en una superficie de colocación en forma de esfera hueca en la carcasa (6) de la articulación esférica, y con su gorrón (3) sobresale a través de la abertura (7) de la articulación hacia fuera de la carcasa (6) de la articulación esférica, y con un transmisor (5) de campo con dos polos previsto en el extremo de la esfera (2) de la articulación opuesto al gorrón (3), cuyos polos se disponen en la superficie de la esfera, caracterizada porque como mínimo dos sensores (13) de campo se disponen, en relación al plano (M) meridiano definido sobre la superficie de colocación en forma de esfera hueca mediante el círculo máximo que discurre perpendicular al eje (10) longitudinal de colocación, en la zona opuesta a la abertura (7) de la articulación dentro de o al lado de la carcasa (6) de la articulación esférica con una separación entre sí, e interaccionan con el campo generado por el transmisor (5) de campo.

Description

Articulación esférica con sensor angular integrado.
La invención se refiere a una articulación esférica para un vehículo, especialmente para el sistema de suspensión del vehículo, con una carcasa de articulación esférica provista de una abertura de la articulación y un gorrón esférico que presenta una esfera de la articulación y un gorrón, estando colocado dicho gorrón esférico dentro de la carcasa de la articulación esférica, con una esfera de la articulación, de forma giratoria y rotatoria en una superficie de cojinete con forma de esfera hueca y sobresale con su gorrón a través de la abertura de la articulación por fuera de la carcasa de la articulación esférica y con un transmisor de campo de dos polos previsto en el extremo de la esfera de la articulación opuesto al gorrón, cuyos polos están dispuestos en la superficie de la esfera.
Una articulación esférica de este tipo se conoce a partir del documento EP 0 617 260 B1, en el que como transmisor de campo está dispuesto un imán permanente en la esfera. En la zona de la carcasa que se dispone opuesta directamente al imán en el estado no articulado del gorrón esférico está dispuesto un sensor de resistencia magnética de tal manera que éste interacciona con el campo magnético creado por el imán permanente. Con ayuda del sensor de resistencia magnética puede registrarse un giro del gorrón esférico no articulado alrededor de su eje longitudinal, pudiéndose utilizar el ángulo registrado, por ejemplo, para la regulación de las luces en el vehículo.
Una articulación esférica de este tipo tiene la desventaja de que los movimientos giratorios del gorrón esférico sólo pueden registrarse con una exactitud insuficiente. En este caso, se entiende por "giro" un movimiento en el cual el gorrón esférico modifica la situación espacial de su eje de simetría o eje central respecto a la carcasa de la articulación esférica.
El objetivo de la invención es crear una articulación esférica para un vehículo en la cual el ángulo de giro en al menos una dirección de giro pueda registrarse con gran exactitud.
El objetivo se soluciona mediante una articulación esférica para un vehículo con las características según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen perfeccionamientos preferidos.
La articulación esférica según la invención para un vehículo, especialmente para el sistema de suspensión de un vehículo, presenta una carcasa de la articulación esférica provista de una abertura de la articulación, un gorrón esférico que presenta una esfera de la articulación y un gorrón que está colocado dentro de la carcasa de la articulación esférica, con su esfera de la articulación, de forma giratoria y rotatoria en una superficie de colocación con forma de esfera hueca, y sobresale con su gorrón a través de la abertura de la articulación fuera de la carcasa de la articulación esférica, y un transmisor de campo de dos polos previsto en el extremo de la esfera de la articulación opuesto al gorrón, cuyos polos están dispuestos al lado o dentro de la zona de la superficie de la esfera. En este caso se disponen como mínimo dos sensores de campo, con respecto al plano de meridiano definido mediante el círculo grande que discurre perpendicular al eje longitudinal de colocación sobre la superficie de colocación en forma de esfera hueca o sobre la esfera articulada, con una separación entre sí en la zona opuesta a la abertura de la articulación o al lado de la carcasa de la articulación esférica, e interaccionan con el campo creado por el transmisor de campo.
Mediante la disposición de los dos sensores de campo en o al lado de la carcasa de la articulación esférica puede ajustarse la zona espacial de giro del gorrón esférico que puede registrarse a través de los sensores de campo. Preferiblemente, en este caso, los dos sensores de campo se disponen diametralmente entre sí con respecto al eje longitudinal de la carcasa de la articulación esférica. Mediante esta disposición la exactitud del ángulo de giro que puede registrarse es especialmente grande con respecto al movimiento de giro alrededor de la línea de unión de los dos sensores de campo y respecto el eje de giro que discurre perpendicular al eje longitudinal de la carcasa de la articulación esférica.
Debido a que los dos polos diferentes del transmisor de campo se disponen en la zona de la superficie de la esfera o junto a ésta puede registrarse mediante los transmisores de campo no sólo una rotación sino también un giro del gorrón esférico alrededor de su eje central.
En caso de articulaciones esféricas cuyos gorrones esféricos pueden girarse particularmente sólo alrededor de un único eje de giro son suficientes dos sensores de campo para registrar el ángulo de giro. No obstante, si el gorrón esférico se gira adicionalmente alrededor de otro eje de giro diferente a este único eje de giro, la determinación de la posición espacial exacta del gorrón esférico con respecto a la carcasa de la articulación esférica puede estar asociada a imprecisiones no deseadas.
Preferiblemente, por esto está dispuesto un tercer sensor de campo en la articulación esférica según la invención, el cual se dispone, con respecto al plano de meridiano, en la zona opuesta a la abertura de la articulación dentro de la carcasa de la articulación esférica o junto a ésta, con una separación respecto a los otros dos sensores de campo, y con éstos no se dispone en una recta, e interacciona con el campo creado por el transmisor de campo. Según este perfeccionamiento es también posible registrar de manera exacta cualquier posición espacial del gorrón esférico con respecto a la carcasa de la articulación esférica.
La posición de cada sensor de campo en la carcasa de la articulación esférica puede depender del área de giro del gorrón esférico que va a registrarse. Sin embargo, preferiblemente los sensores de campo se disponen de tal manera que, con respecto al círculo definido por los tres sensores de campo, dos de los sensores contiguos definen en cada caso un sector circular con un ángulo central de 120º, de manera que el punto central de este círculo que discurre paralelo al plano de meridiano se dispone sobre el eje longitudinal de la carcasa de la articulación esférica. Según este perfeccionamiento, los sensores de campo se disponen distribuidos por igual alrededor de la esfera de la articulación de tal manera que los sensores de campo pueden controlar una zona espacial especialmente grande.
En función de los sensores de campo utilizados puede ocurrir que la posición espacial del gorrón esférico con respecto a la carcasa de la articulación esférica ya no pueda registrarse de manera inequívoca si el transmisor de campo se dispone en la zona entre el círculo definido por los sensores de campo y el plano del meridiano. Preferiblemente, por tanto, los sensores se disponen de tal manera que una recta que discurre a través de uno de los sensores y del punto central de la esfera hueca o de la esfera de la articulación forma con el eje longitudinal de la carcasa de la articulación esférica como mínimo el mismo ángulo que el eje central del gorrón esférico con el eje longitudinal de la carcasa de la articulación esférica en el caso de una desviación máxima del gorrón esférico limitada por la carcasa de la articulación esférica. Con una disposición de los sensores de este tipo es posible un registro angular por toda la zona de giro del gorrón esférico.
El transmisor de campo puede estar configurado en forma de un dipolo eléctrico, de modo que los sensores de campo están diseñados para registrar el campo que sale del dipolo. Una disposición de este tipo tiene la desventaja de que para mantener el campo eléctrico ha de garantizarse una alimentación de energía para el transmisor de campo. Preferiblemente, por tanto, el transmisor de campo está configurado como imán permanente y los sensores de campo como sensores de campo magnéticos que pueden emitir una señal eléctrica que caracteriza al campo magnético registrado del imán permanente a una dispositivo de valoración, pudiendo estar formados los sensores de campo magnético por sensores magnéticos tradicionales, como por ejemplo, por sensores de efecto Hall o por sensores de resistencia magnética. Para los imanes permanentes no se requiere ninguna alimentación de energía, de manera que no se necesita una conexión eléctrica del gorrón de la articulación o el empleo de una batería en el gorrón de la articulación para accionar la articulación esférica según la invención. Además, el campo magnético no se ve influenciado de ninguna manera por la grasa utilizada habitualmente en las articulaciones esféri-
cas.
El imán permanente puede estar hecho de los materiales conocidos generalmente de los imanes permanentes, tales como, por ejemplo, de alnico 500 o de ferrita de bario. Preferiblemente, no obstante, el imán permanente está hecho de materiales con un factor (B H)_{max} de calidad alto, tal como SmCo_{5}, Sm_{2}Co_{17}, Nd_{2}Fe_{14}B o materiales similares.
En el caso de que la carcasa de la articulación esférica y/o del gorrón esférico esté hecho de un material ferromagnético, la medición del campo magnético originado por el imán permanente mediante los sensores de campo magnético puede verse influenciada de forma desfavorable a causa de este material. Por esto, preferiblemente, la carcasa de la articulación esférica y/o del gorrón esférico están hechos de un material diamagnético o paramagnético.
La esfera articulada puede estar colocada directamente en la carcasa de la articulación esférica. Sin embargo, también es posible colocar la esfera articulada interponiendo un semicojinete hecho de un material no ferromagnético, tal como, por ejemplo, plástico o cerámica en la carcasa de la articulación esférica.
La invención se describe a continuación mediante una forma de realización preferida haciendo referencia al dibujo.
En el dibujo muestran:
la figura 1, una vista seccionada parcialmente de un gorrón esférico de una forma de realización de la articulación esférica según la invención y
la figura 2, la articulación esférica según la forma de realización según la figura 1 con una carcasa seccionada parcialmente.
A partir de la figura 1 puede observarse un gorrón 1 esférico según una forma de realización de la articulación esférica según la invención, el cual presenta una esfera 2 de la articulación y un gorrón 3. La esfera 2 de la articulación presenta en su extremo opuesto al gorrón 3 una zona 4 aplanada en cuyo centro está fijado un imán 5 permanente en una escotadura prevista en la esfera 2 de la articulación, de modo que en la figura se indica el polo norte del imán 5 permanente con la letra "N" y el polo sur del imán 5 permanente, con la letra "S". El imán 5 permanente está en este caso dispuesto con sus dos polos N y S en la superficie de la zona aplanada de tal manera que éstos presentan la misma separación respecto al punto central de la esfera 2 de la articulación.
A partir de la figura 2 puede observarse la forma de realización de la articulación esférica según la invención en estado ensamblado, de modo que el gorrón 3 esférico está colocado de manera giratoria en una carcasa 6 de la articulación esférica. El gorrón 1 esférico, en este caso, sobresale con su gorrón 3 fuera de una abertura 7 de la articulación prevista en la carcasa 6 de la articulación esférica, mostrada parcialmente seccionada, y está colocado con su esfera 2 articulada en la carcasa 6 de la articulación esférica interponiendo un semicojinete 8 hecho de plástico. En este caso, la superficie de colocación en forma de esfera hueca necesaria para colocar la esfera 2 de la articulación está formada por la superficie interior del semicojinete 8, coincidiendo el punto C central de la esfera 2 de la articulación con el punto central de la superficie de colocación en forma de esfera hueca.
Según la figura 2, el gorrón 1 esférico se muestra en una posición no desviada, de manera que el eje 9 central del gorrón 1 esférico coincide con el eje 10 longitudinal de la articulación esférica. La desviación del gorrón 1 esférico con respecto a la carcasa 6 de la articulación esférica está limitada mediante el borde de la abertura 7 de la articulación formado por la carcasa 6 de la articulación esférica, de modo que la máxima desviación posible del gorrón 1 esférico está indicada en la figura mediante la recta 11 y el ángulo \beta. La recta 11 caracteriza en este caso una posición del eje 9 central del gorrón 1 esférico en su desviación máxima.
En la carcasa 6 de la articulación esférica están previstas tres escotaduras 12 de las cuales sólo una puede observarse en la figura. En cada una de estas escotaduras está colocado un sensor 13 de campo magnético, que según la forma de realización está configurado como sensor de efecto Hall. Los sensores 13 están dispuestos sobre un círculo que discurre paralelo al plano M de meridiano, cuyo punto central se dispone en el eje 10 de colocación, de tal manera que dos de los sensores 13 contiguos forman junto con el punto central de este círculo en cada caso un segmento circular con un ángulo central de 120º. Además, los sensores 13 están orientados hacia el punto C central de la esfera 2 articulada, de manera que la dirección de registro indicada (dirección de registro principal) de cada uno de los sensores 13 forma con el eje 10 longitudinal de la articulación esférica un ángulo \alpha. Dado que según la forma de realización se cumple \alpha = \beta, donde \beta indica la máxima desviación del gorrón esférico, la dirección principal de registro para el sensor
13, mostrado en la figura, se dispone en la recta 11.
Si el gorrón esférico se gira, también se gira conjuntamente el imán 5 permanente, lo que provoca un cambio del campo magnético causado por los imanes 5 permanentes en la zona de registro de los sensores 13. Este cambio del campo magnético puede registrarse por los sensores 13, que mediante conductos 14 eléctricos emiten señales eléctricas que determinan el campo magnético registrado a un dispositivo de valoración (no mostrado),que entonces determina, valorando estas señales eléctricas, la posición espacial del gorrón 1 esférico en relación con la carcasa 6 de la articulación esférica. En la figura está prevista una punta de flecha en un extremo de los conductos 14 eléctricos, la cual simboliza la conexión de los conductos 14 eléctricos a la unidad de valoración.
La posición espacial del gorrón 1 esférico en relación con la carcasa 6 de la articulación esférica puede caracterizarse, por ejemplo, indicando dos ángulos de giro y un ángulo de rotación, de modo que el ángulo de rotación indica la rotación del gorrón 1 esférico alrededor del eje 9 longitudinal. Los dos ángulos de giro indican en cada caso un ángulo formado entre el eje 9 central del gorrón 1 esférico y el eje 1 longitudinal de la articulación esférica, de modo que estos dos ángulos de giro no se disponen en el mismo plano. No obstante, preferiblemente estos dos ángulos de giro se disponen en planos que intersecan entre sí formando un ángulo recto. Con esto, puede dividirse de forma fácil el ladeo del gorrón esférico en un giro en dirección transversal y en un giro en dirección longitudinal.
Dado que la posición del gorrón 1 esférico en el espacio puede determinarse de forma inequívoca, puede por tanto determinarse también una respecto a otra la posición de las piezas unidas directa o indirectamente mediante la articulación esférica. Si la articulación esférica se dispone en el sistema de suspensión de un vehículo, entonces pueden determinarse, por ejemplo, la posición de la rueda, la inclinación de la dirección o la compresión de un resorte. En este caso puede emplearse la articulación esférica, por ejemplo, como articulación de soporte o articulación de guiado. Además es posible utilizar las señales eléctricas emitidas por los sensores 13 para controlar una regulación del nivel.
Lista de números de referencia
1
gorrón esférico
2
esfera de la articulación
3
gorrón
4
zona aplanada
5
imán permanente
6
carcasa de la articulación esférica
7
abertura de la articulación
8
semicojinete
9
eje central del gorrón esférico
10
eje longitudinal de la articulación esférica
11
recta para la máxima desviación posible
12
escotaduras para los sensores
13
sensores
14
conductos eléctricos
M
plano meridiano
C
punto central de la esfera de la articulación
\alpha
ángulo entre la dirección principal de registro de los sensores y el eje longitudinal de la articulación esférica
\beta
ángulo entre las rectas para la máxima desviación y el eje longitudinal de la articulación esférica

Claims (7)

1. Articulación esférica para un vehículo, especialmente para el sistema de suspensión del vehículo, con una carcasa (6) de la articulación esférica dotada de una abertura (7) de la articulación, un gorrón(3) esférico que presenta una esfera (2) de la articulación y un gorrón (3), el cual está colocado con su esfera (2) de la articulación de forma giratoria y rotatoria en una superficie de colocación en forma de esfera hueca en la carcasa (6) de la articulación esférica, y con su gorrón (3) sobresale a través de la abertura (7) de la articulación hacia fuera de la carcasa (6) de la articulación esférica, y con un transmisor (5) de campo con dos polos previsto en el extremo de la esfera (2) de la articulación opuesto al gorrón (3), cuyos polos se disponen en la superficie de la esfera, caracterizada porque como mínimo dos sensores (13) de campo se disponen, en relación al plano (M) meridiano definido sobre la superficie de colocación en forma de esfera hueca mediante el círculo máximo que discurre perpendicular al eje (10) longitudinal de colocación, en la zona opuesta a la abertura (7) de la articulación dentro de o al lado de la carcasa (6) de la articulación esférica con una separación entre sí, e interaccionan con el campo generado por el transmisor (5) de campo.
2. Articulación esférica según la reivindicación 1, caracterizada porque un tercer sensor (13) de campo se dispone, en relación con el plano (M) meridiano, en la zona opuesta a la abertura (7) de la articulación dentro de o al lado de la carcasa (6) de la articulación esférica con una separación respecto a los otros dos sensores (13) de campo, y con éstos no se dispone sobre una recta, e interacciona con el campo generado por el transmisor (5) de campo.
3. Articulación esférica según la reivindicación 2, caracterizada porque, con respecto al círculo definido por los tres sensores (13) de campo, dos de los sensores (13) de campo contiguos forman, junto con el centro del círculo, en cada caso un sector circular con un ángulo central de 120º, de modo que el centro de este círculo que discurre paralelo al plano (M) meridiano se dispone sobre el eje (10) longitudinal de la carcasa (6) de la articulación esférica.
4. Articulación esférica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque una recta (11) que discurre a través de uno de los sensores (13) y del centro (C) de la esfera hueca forma con el eje (10) longitudinal de la carcasa (6) de la articulación esférica un ángulo (\alpha) que es mayor o igual al ángulo (\beta) formado por el eje (9) central del gorrón (1) esférico con el eje (10) longitudinal de la carcasa (6) de la articulación esférica, en el caso de desviación máxima del gorrón (1) esférico limitada por la carcasa (6) de la articulación esférica.
5. Articulación esférica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el transmisor de campo está configurado como imán (5) permanente y los sensores de campo están configurados como sensores (13) de campo magnéticos que emiten a un dispositivo de valoración una señal eléctrica que caracteriza al campo magnético del imán (5) permanente.
6. Articulación esférica según la reivindicación 5, caracterizada porque el imán (5) permanente está hecho de SmCo_{5}, Sm_{2}Co_{17} o Nd_{2}Fe_{14}B.
7. Articulación esférica según la reivindicación 6, caracterizada porque la carcasa (6) de la articulación esférica está hecha de un material paramagnético.
ES02754234T 2001-07-18 2002-06-19 Articulacion esferica con sensor angular integrado. Expired - Lifetime ES2246015T3 (es)

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