ES2268608T3 - Dispositivo sensor de temperatura para piezas que se mueven de manera giratoria y procedimiento para la deteccion de temperatura para el mismo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo sensor magnético de temperatura para piezas que se mueven de manera giratoria, del tipo que comprende por lo menos un elemento de fuente de campo magnético (13) asociado a dicha pieza que se mueve de manera giratoria (11) y un elemento sensor de campo magnético (14) asociado a una parte fija (15) para medir los parámetros de un campo magnético (H) determinado por dicho elemento de fuente de campo magnético (13), siendo dichos parámetros del campo magnético (H) una función de la temperatura (T) de dicha pieza que se mueve de manera giratoria (11), caracterizado porque dicho elemento de fuente de campo magnético (13) comprende unos medios (22) destinados a hacer girar a lo largo de por lo menos un eje (25) la dirección de dicho campo magnético (H) como función de la tempertura (T) de dicha pieza que se mueve de manera giratoria (11).
Description
Dispositivo sensor de temperatura para piezas
que se mueven de manera giratoria y procedimiento para la detección
de temperatura para el mismo.
La presente invención se refiere a un
dispositivo sensor magnético de temperatura para piezas que se
mueven de manera giratoria, del tipo que comprende por lo menos un
elemento de fuente de campo electromagnético asociado a dicha pieza
que se mueve de manera giratoria y un elemento sensor de campo
magnético asociado a una pieza fija para medir los parámetros de un
campo magnético determinado por dicho elemento de fuente de campo
electromagnético, siendo dichos parámetros del campo magnético una
función de la temperatura de dicha pieza que se mueve de manera
giratoria.
La medición de la temperatura de las piezas
giratorias, tales como los elementos rodantes o los árboles, siempre
ha sido difícil debido a la imposibilidad de conectar mediante
cables un sensor dispuesto en la parte móvil.
De particular relevancia, por ejemplo, es la
supervisión de la temperatura de los neumáticos de los vehículos de
motor, incluso cuando dichos vehículos de motor se están
desplazando, tanto por fines generales de mantenimiento, como por
fines de seguridad cuando el vehículo de motor se desplaza a una
velocidad elevada. Por lo tanto es importante que, en cada momento,
el conductor conozca la temperatura de los neumáticos, lo que puede
influir notablemente en el comportamiento del vehículo de
motor.
Son conocidos varios procedimientos para
supervisar la presión y la temperatura de los neumáticos.
Típicamente, se emplea una técnica compleja de cableado, o
alternativamente unos transmisores y receptores de ondas
electromagnéticas que requieren unos suministros de potencia y unas
antenas. El documento DE 3.242.291 A1 describe un dispositivo
sensor de temperatura tal como se define en el preámbulo de la
reivindicación 1.
La patente US nº 4.570.152 da a conocer un
sistema para la medición de la temperatura de los neumáticos
mediante el cual se introduce una pluralidad de clavos metálicos en
la banda de rodadura de un neumático en unos puntos determinados. A
continuación se monta un sensor de campo magnético en una parte no
giratoria del vehículo en la proximidad del neumático, y se utiliza
para detectar los impulsos magnéticos generados por la pluralidad
de clavos magnéticos en rotación. En el caso de que aumente la
temperatura del neumático, el calor generado de este modo hace
reducir el campo magnético, producido por los clavos
magnéticos.
Sin embargo, un sistema de este tipo precisa la
introducción de unos cuerpos extraños en la banda de rodadura y una
proximidad considerable entre el elemento sensor y la banda de
rodadura, para poder detectar de forma precisa las variaciones en
la intensidad del campo magnético.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar una solución capaz de fabricar un dispositivo sensor
magnético de temperatura para neumáticos cuya precisión se ve
afectado en menor medida o en absoluto por la precisión en la
detección de la intensidad del campo magnético.
Según la presente invención, se consigue dicho
objetivo gracias al dispositivo sensor de temperatura, y a un
procedimiento correspondiente de medición de temperatura con las
características comprendidas en las siguientes
reivindicaciones.
A continuación se proporciona una descripción de
la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos,
proporcionados únicamente a título de ejemplo no limitativo, en los
que:
la Figura 1 representa un esquema del principio
de funcionamiento de un dispositivo magnético según la
invención;
las Figuras 2A y 2B representan en detalle unas
partes del dispositivo de la Figura 1;
la Figura 3 representa un diagrama que indica
una cantidad medida por el dispositivo de la Figura 1.
El sensor magnético de temperatura para piezas
que se mueven de manera giratoria y que se propone en la presente
memoria comprende por lo menos un elemento de fuente de campo
magnético asociado a dicha pieza que se mueve de manera giratoria,
en una versión preferida en una parte interior de un neumático tal
como la cámara interior, y un elemento sensor de campo magnético
asociado a una parte fija, preferentemente el chasis de un vehículo
de motor, para medir unos parámetros del campo magnético de dichos
elementos de fuente, comprendiendo dichos parámetros del campo
magnético particularmente la dirección de dicho campo magnético, que
viene a ser una función de la temperatura de dicha pieza que se
mueve de manera giratoria mediante la adopción de unos medios de
giro adecuados como una función de la temperatura.
La Figura 1 representa un esquema del principio
de funcionamiento de un dispositivo según la invención.
Un neumático 11 que gira alrededor de un eje de
giro 12 comprende una fuente de campo magnético 13, provista de su
propio magnetismo y capaz de determinar un campo magnético H.
Dicha fuente de campo magnético 13 está
dispuesta preferentemente en el interior del neumático 11, en la
cámara interior. En una parte fija, particularmente un parachoques
15 de un vehículo de motor, no representado en su totalidad en aras
de la sencillez, se prevé un sensor de campo magnético 14.
Al campo magnético H generado por la fuente de
campo magnético 13 en la zona entre el neumático 11 y la parte fija
15 están asociados una intensidad de campo y una dirección.
El campo magnético H de la fuente de campo
magnético 13 puede girar y posiblemente cambia su intensidad como
función de la temperatura que alcanza el neumático 11. El sensor de
campo magnético 14 mide de forma remota el campo magnético H,
midiendo así de forma indirecta la temperatura. La señal medida por
el sensor de campo magnético 14 se envía a continuación a una
unidad electrónica del vehículo de motor, tampoco representado en
la Figura 1, para su tratamiento y la generación de unos señales y
alarmas.
Las Figuras 2A y 2B representan con mayor
detalle la fuente de campo magnético 13 asociada al neumático
11.
La Figura 2A representa la fuente de campo
magnético 13 en una primera configuración de funcionamiento
relacionada con un valor de temperatura T equivalente a T1,
mientras que la Figura 2B representa la fuente de campo magnético
13 según una segunda configuración relacionada con un valor de
temperatura T equivalente a T2, siendo T2 mayor
que T1.
que T1.
Dicha fuente de campo magnético 13 según la
invención comprende un elemento magnético permanente 21, que genera
un campo magnético H con módulo y dirección constantes. Sin embargo,
dicho elemento magnético permanente 21 está asociado ventajosamente
a un elemento giratorio 22, que gira según un movimiento de
revolución a lo largo de un eje 25, radial en relación con la
circunferencia definida por el neumático 11. Dicho elemento
giratorio 22, según una forma de realización preferida, está
constituida por un elemento con memoria de forma, por ejemplo
realizada en unas aleaciones de níquel titanio u otras SMA
(aleaciones con memoria de forma), siendo dicho elemento con
memoria de forma capaz de torcer alrededor de su propio eje cuando
se produce una variación de temperatura. Como se puede apreciar en
la Figura 2, el elemento giratorio 22 comprende una barra 23 de
material con memoria de forma, dispuesta a lo largo del eje 25 en
el interior de un cilindro coaxial de contención 24, capaz de
limitar las vibraciones producidas por el desplazamiento del
neumático 11.
Preferentemente la barra 23 está sujetada al
fondo del cilindro 24 únicamente mediante su propio extremo distante
en relación con la superficie del neumático 11, y por lo tanto, de
otro modo, queda libre para torcer en el interior del cilindro 24.
En el extremo libre de dicha barra 23, y por lo tanto el extremo
próximo en relación con la superficie del neumático 11, se prevé el
imán permanente 21, que, tal como se ilustra en la Figura 2A,
presenta sus propios dos polos, y por lo tanto el campo magnético
asociado H, dispuesto según una dirección substancialmente
tangencial a la superficie del neumático 11. En la Figura 2A, en
particular, la posición del imán permanente 21 determina un campo
magnético H tangencial y alineado en la dirección de giro del
neumático 11.
En la Figura 2B, tal como se ha mencionado, la
fuente del campo magnético 13 está sometida a una temperatura T2
más elevada que la temperatura T1. La barra 23 de material con
memoria de forma, debido al aumento de temperatura, tiende a
torcerse, de modo que su extremo próximo, que lleva el imán
permanente 21, gira alrededor del eje 25. En la Figura 2B, se hace
girar el imán permanente 21 substancialmente 90º y se determina una
magnetización en una dirección substancialmente perpendicular a la
dirección de giro del neumático 11.
El sensor de campo magnético 14 mide
indirectamente la temperatura T del neumático 11, midiendo
directamente la dirección del campo magnético H determinado por la
magnetización del imán permanente 21 dispuesto en el elemento
giratorio 22.
El sensor de campo magnético 14, que puede ser,
por ejemplo, un sensor de válvula de espín sensible a unas
conmutaciones en la dirección del campo magnético, puede percibir la
variación de la dirección del campo magnético H, así que puede
detectar el aumento de temperatura. En particular, pueden utilizarse
unos circuitos y microcontroladores apropiados en el grupo
electrónico con el fin de medir el número de giros del imán
permanente 21 producidos en el curso del tiempo, por ejemplo con un
contador sencillo, y por lo tanto determinar la temperatura del
neumático 11.
Se puede obtener el imán permanente a partir de
unos materiales magnéticos voluminosos o unas películas delgadas
ferromagnéticas y resistentes depositadas utilizando las técnicas
correspondientes para la deposición de películas delgadas tal como
deposición al vacío o la electrodeposición. En este caso, el imán
permanente 21 puede comprender una película individual o una pila
de películas múltiples, así como unos materiales compuestos
constituidos por unas partículas ferromagnéticas, de tamaños (desde
nanómetros hasta milímetros) y formas variables, incorporadas a una
matriz polimérica y magnetizada en la misma. Las partículas pueden
ser sintetizadas en el polímero o bien in situ o bien fuera
de las instalaciones. En la forma de realización descrita en la
presente memoria, la magnetización del imán permanente 21 no cambia
como función de la temperatura.
De todas formas, es conocido que distintos
materiales magnéticos se comportan de una manera adecuada para la
aplicación descrita anteriormente, es decir, variándose de forma
considerable la respuesta magnética, no necesariamente de forma
lineal, en un intervalo de temperaturas comprendidas entre -40ºC y
300ºC. en este sentido, la Figura 3 representa, como función de la
temperatura T, el perfil del valor absoluto Abs (M) de la
magnetización de un material adecuado para constituir el imán
permanente 21. Resulta muy evidente que la magnetización asume un
valor absoluto mínimo a una temperatura de compensación Tcomp y a la
temperatura Curie Tcurie.
La solución descrita anteriormente permite
conseguir unas ventajas considerables con respecto a las soluciones
de la técnica anterior.
El dispositivo sensor de temperatura según la
invención permite ventajosamente correlacionar la temperatura con
los giros en la dirección del campo magnético, de modo que la
determinación correcta de la intensidad de dicho campo magnético al
sensor tiene menos influencia, porque se pueden medir las
transiciones determinadas por el elemento de giro.
En particular, ventajosamente, el dispositivo
sensor magnético de temperatura que se propone en la presente
memoria utiliza como elemento giratorio un material con memoria de
forma y que resulta sensible a las variaciones de temperatura.
Evidentemente, sin alterar el principio de la
invención, los detalles de construcción y las formas de realización
pueden variarse en gran medida con respecto a lo que se ha descrito
e ilustrado únicamente a título de ejemplo en la presente memoria,
sin apartarse de este modo del alcance de la presente invención.
Asimismo el elemento giratorio puede disponer de
un movimiento de avance tipo tornillo o hélice a lo largo del eje
25, por ejemplo proporcionando una rosca adecuada en el cilinidro y
la barra de material con memoria de forma. De esta manera, la
variación de temperatura transduce tanto en un giro del campo
magnético como en una modificación de su intensidad. Dichos
parámetros se pueden medir simultáneamente con el sensor del campo
magnético, lo que permite medir la temperatura con mayor
precisión.
Además, el elemento capaz de girar como función
de la temperatura puede estar constituido por unos medios
diferentes de la barra de material con memoria de forma que se ha
descrito como la forma de realización preferida. Por ejemplo, se
pueden explotar las variaciones de volumen de una célula que
contiene gas, para obtener un desplazamiento mecánico destinado a
convertirse en un desplazamiento de giro del elemento magnético.
El sensor de campo magnético se puede conseguir
mediante cualquier sensor digital o análogo de campo magnético, tal
como un sensor simple de solenoide, o un sensor AMR (Resistencia
Magnética Anisotrópica), Hall, GMR (Resistencia Magnética Grande) o
TMR (Magnetoresistencia de empalme de
túnel).
túnel).
Un dispositivo sensor de temperatura del tipo
descrito anteriormente se puede utilizar en una variedad de
aplicaciones que requieren la medición de una temperatura.
Con respecto a la medición de temperatura de un
neumático, el sensor de temperatura puede formar parte de una
unidad de medición apropiada, que comprende además unos sensores de
desgaste de neumáticos y/o unos sensores de presión y,
posiblemente, unos accionadores o válvulas para volver a establecer
la temperatura del neumático, estando dispuesta dicha unidad
directamente en el neumático y estando alimentada de forma
independiente mediante la conversión de la energía de vibración que
se deriva del desplazamiento del neumático.
En particular, se puede aprovechar el sensor
dispuesto en la parte fija para detectar unas variaciones del campo
magnético en términos de intensidad y/o la dirección de otras
fuentes de campo magnético bajo el control de otras cantidades, tal
como la presión.
Sin embargo, resulta evidente que el dispositivo
propuesto puede aplicarse en todas las mediciones de temperatura
compatibles con un dispositivo sensor magnético de temperatura, tal
como el que se ha descrito en la presente memoria, que comprende
por lo menos un elemento de fuente de campo magnético asociado a una
parte que se mueve de manera giratoria y un elemento sensor de
campo magnético asociado a una parte fija para medir los parámetros
de un campo magnético determinado por dicho elemento de fuente de
campo magnético, siendo dichos parámetros del campo magnético una
función de la temperatura de dicha parte que se mueve de manera
giratoria, donde el elemento de fuente de campo magnético comprende
unos medios para hacer girar la dirección del campo magnético que
se ha emitido por lo menos a lo largo de un eje.
Claims (12)
1. Dispositivo sensor magnético de temperatura
para piezas que se mueven de manera giratoria, del tipo que
comprende por lo menos un elemento de fuente de campo magnético (13)
asociado a dicha pieza que se mueve de manera giratoria (11) y un
elemento sensor de campo magnético (14) asociado a una parte fija
(15) para medir los parámetros de un campo magnético (H)
determinado por dicho elemento de fuente de campo magnético (13),
siendo dichos parámetros del campo magnético (H) una función de la
temperatura (T) de dicha pieza que se mueve de manera giratoria
(11), caracterizado porque dicho elemento de fuente de campo
magnético (13) comprende unos medios (22) destinados a hacer girar
a lo largo de por lo menos un eje (25) la dirección de dicho campo
magnético (H) como función de la tempertura (T) de dicha pieza que
se mueve de manera giratoria
(11).
(11).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios (22) destinados a hacer
girar a lo largo de por lo menos un eje (25) la dirección de dicho
campo magnético (H) comprenden un elemento (23) que gira como
función de la temperatura (T) y un imán permanente (21).
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho elemento giratorio (23) comprende
un elemento realizado en material con memoria de forma,
particularmente una aleación de níquel titanio.
4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque dichos medios (22) destinados a hacer
girar a lo largo de por lo menos un eje (25) la dirección de dicho
campo magnético (H) son capaces asimismo de desplazar dicho imán
permanente (21) a lo largo de dicho eje (25) como función de la
temperatura (T).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque dichos parámetros del campo magnético
(H) medidos por el sensor de campo magnético (14) comprenden la
dirección y/o la intensidad del campo magnético (H).
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho sensor de campo magnético (14)
puede medir los parámetros del campo magnético de unas fuentes
adicionales de campo magnético, variables según una cantidad física
y asociados a dicha pieza que se mueve de manera giratoria, siendo
particularmente dicha cantidad física una presión.
7. Dispositivo según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pieza
móvil (11) es un neumático de un vehículo de motor.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque está constituido por una unidad de
medición, que comprende además unos sensores de desgaste de
neumático y/o unos sensores de presión y, posiblemente unos
accionadores o unas válvulas para volver a establecer la temperatura
del neumático, estando dispuesta dicha unidad directamente en el
neumático (11).
9. Dispositivo según una o varias
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho imán
permanente (21) está conformado con unos materiales magnéticos
voluminosos o unas películas delgadas ferromagnéticas resistentes o
unos materiales compuestos constituidos por unas partículas
ferromagnéticas incorporadas y magnetizadas a una matriz
polimérica.
10. Dispositivo según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
sensor de campo magnético (14) es un dispositivo de válvula de
espín.
11. Procedimiento para medir la temperatura de
unas piezas que se mueven de manera giratoria utilizando el
dispositivo según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado
porque asocia las variaciones de temperatura (T) con las
variaciones en la dirección del campo magnético (H) generado por el
elemento de fuente de campo magnético (13) y medido por el sensor
de campo magnético (14).
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque asocia además las variaciones de
temperatura (T) con las variaciones en la intensidad del campo
magnético (H) generado por el elemento de fuente de campo magnético
(13) y medido por el sensor de campo magnético (14).
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