ES2273317T3 - Dispositivo de mando de una caja de velocidades, en particular para vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de mando de una caja de velocidades automática (2), en particular para un vehículo automóvil, que comprende unos medios de accionamiento de al menos un eje de selección (3) montado en rotación en la caja de velocidades (2), caracterizado porque los medios de accionamiento en rotación del eje de selección (3) están formados por un accionador eléctrico plano (5) que comprende una bobina plana (14) montada en rotación alrededor de un eje fijo (16) entre dos imanes permanentes planos (17, 18) soportados por una culata, unos medios de unión (15, 20 a 25) que unen la bobina (14) al eje de selección (3) de la caja de velocidades (2), y unos medios (9) de alimentación eléctrica de la bobina (14) apropiados para hacer pasar una corriente eléctrica en un sentido o en otro en la bobina (14) a fin de hacerla girar en un sentido o en otro alrededor de eje fijo (16) citado anteriormente.
Description
Dispositivo de mando de una caja de velocidades,
en particular para vehículo automóvil.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de mando de una caja de velocidades automática, en
particular para vehículos automóviles, que comprende unos medios de
accionamiento de al menos un eje de selección montado en rotación en
la caja de velocidades.
El documento
FR-A-2.839.216 muestra un
dispositivo de mando que comprende todas las características del
preámbulo de la reivindicación independiente 1.
En la técnica tradicional, la palanca de
selección está unida a la caja de velocidades por un sistema de
cables o por un varillaje cuyos inconvenientes son bien
conocidos.
Se ha propuesto ya sustituir este sistema de
cables o este varillaje por un motorreductor eléctrico asociado a
una palanca de selección que controla unos microconmutadores cuando
es llevada a sus diversas posiciones. No obstante, los
motorreductores eléctricos adolecen del inconveniente de tener un
tiempo de respuesta relativamente largo (típicamente, del orden de
400 a 700 ms) y de ser irreversibles, lo que impone una gran
precisión de su control, debiendo ser arrastrado el eje de selección
de la caja de velocidades por el motorreductor para ser situado
exactamente en sus posiciones predeterminadas de selección.
La presente invención tiene especialmente por
objeto un dispositivo de mando de una caja de velocidades que no
presenta los inconvenientes de los dispositivos conocidos.
A este efecto, la invención propone un
dispositivo de mando de una caja de velocidades automática, en
particular para un vehículo automóvil, que comprende unos medios de
accionamiento de al menos un eje de selección montado en rotación en
la caja de velocidades, caracterizado porque los medios de
accionamiento están formados por un accionador eléctrico plano que
comprende una bobina plana montada en rotación alrededor de un eje
fijo entre dos imanes permanentes planos soportados por una culata,
unos medios de unión que unen la bobina al eje de selección de la
caja de velocidades y unos medios de alimentación eléctrica de la
bobina, apropiados para hacer pasar una corriente eléctrica en la
bobina en un sentido o en otro a fin de hacerla girar en un sentido
o en otro alrededor del eje fijo citado anteriormente.
El dispositivo según la invención disminuye
considerablemente los rozamientos y los riesgos de bloqueo, ya que
no comprende ni engranajes, ni cables deslizantes ni varillajes.
Además, es reversible, lo que permite controlar el accionador con
una precisión relativa, ya que no es necesario llevar exactamente el
eje de selección a una posición predeterminada. Es suficiente llevar
este eje a la proximidad de su posición predeterminada, después de
lo cual unos medios de posicionamiento angular, tales como unos
medios de reglaje o análogos, asociados al eje de selección, actúan
sobre este eje y lo llevan a su posición exacta de selección,
autorizando la reversibilidad del arrastre por el accionador este
desplazamiento sin oponerse al mismo.
Además, el tiempo de respuesta de tal
dispositivo de mando es escaso, típicamente del orden de 70 ms.
Según otra característica de la invención, el
dispositivo comprende unos medios de control de alimentación
eléctrica de la bobina para hacer pasar en la bobina una corriente
eléctrica en un sentido determinado durante un periodo de tiempo
determinado en función de las señales eléctricas generadas por unos
medios de control pilotados por unos medios de conmutación asociados
a la palanca de selección de velocidades.
El control de los medios de alimentación
eléctrica de la bobina puede realizarse así de forma que sea
particularmente simple y fiable.
Según otra característica de la invención, el
dispositivo comprende un sensor de posición o de desplazamiento
asociado a la bobina y que proporciona una señal correspondiente al
desplazamiento angular de la bobina alrededor del eje fijo citado
anteriormente, estando este sensor montado en un bucle de reacción
de los medios de control de la alimentación eléctrica de la
bobina.
Se realiza así, de forma simple y precisa, una
subordinación del desplazamiento de la bobina entre las diferentes
posiciones de selección de velocidades.
Ventajosamente, el sensor es de tipo sin
contacto, tal como, por ejemplo, un sensor de
magnetorresistencias.
Dicho sensor es insensible a las variaciones de
temperaturas de los imanes permanentes y presenta una buena
resistencia a las vibraciones. Además, suministra una señal
proporcional al desplazamiento angular de la bobina alrededor de su
eje de rotación.
En un modo de realización de la invención, la
bobina está montada directamente sobre el eje de selección de la
caja de velocidades, que forma el eje de rotación de la bobina.
En una variante de realización de la invención,
la bobina está conectada al eje de selección de la caja de
velocidades por al menos una palanca que comprende unos medios de
ajuste de longitud.
Los medios de ajuste de longitud permiten
posicionar previamente la bobina plana en forma angular y con
precisión, compensando y absorbiendo las dispersiones de cotas y las
tolerancias dimensionales.
Estos dos modos de realización permiten utilizar
el dispositivo según la invención en cualquier tipo de vehículo
mediante una adaptación de la unión de la bobina al eje de selección
de la caja de velocidades.
Ventajosamente, los medios de alimentación
eléctrica de la bobina comprenden un convertidor de corriente
continua o convertidor CC-CC según la terminología
utilizada en general.
Esto permite reducir las intensidades de
funcionamiento, simplificar el control de la alimentación eléctrica
de la bobina, disminuir las pérdidas por efecto Joule y, por tanto,
mejorar el rendimiento del dispositivo y disminuir el campo
magnético de reacción de la bobina.
Según otra característica de la invención, el
eje de selección de la caja de velocidades está asociado a un medio
de posicionamiento angular, tal como una lámina elástica de reglaje
que asegura un posicionamiento preciso de este eje en cada una de
sus posiciones angulares predeterminadas de selección de
velocidad.
En un modo de realización de la invención, los
imanes permanentes de los medios de accionamiento son unos imanes de
neodimio-hierro-boro.
La utilización de imanes de
neodimio-hierro-boro garantiza el
funcionamiento en temperatura y la resistencia a la
desimantación.
En una variante de realización de la invención,
los imanes permanentes de los medios de accionamiento son unos
imanes de samario cobalto.
Otras ventajas y características de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la lectura de la
descripción siguiente realizada a título de ejemplo no limitativo y
con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente un
dispositivo de mando de una caja de velocidades según la
invención;
- la figura 2 representa esquemáticamente el
circuito de control del dispositivo de la figura 1;
- la figura 3 es una vista esquemática en
perspectiva explosionada del accionador;
- las figuras 4 y 5 representan dos variantes de
unión del accionador y del eje de selección de la caja de
velocidades; y
- la figura 6 es una vista esquemática de un
sensor de magnetorresistencia utilizado en el dispositivo según la
invención.
En la figura 1 la referencia 1 designa unos
medios de selección de velocidad tales como, en particular, una
palanca destinada a arrastrar en rotación a un eje de selección 3 de
una caja de velocidades automática 2 de un vehículo automóvil.
La palanca de selección 1 es accionada por el
conductor del vehículo y desplazada en una rejilla con varias
posiciones predeterminadas, por ejemplo, del tipo
P-R-N-D, accionando
la disposición de la palanca en una de estas posiciones un
conmutador cuya señal de salida es transmitida a un circuito de
control 4.
El circuito de control 4 genera una señal de
mando de un accionador 5 que arrastra en rotación al eje de
selección 3 en un sentido o en otro para llevarlo a una posición
predeterminada correspondiente a la de la palanca 1.
El circuito de control 4, representado más en
detalle en la figura 2, comprende un módulo de gestión 6 controlado
por el ordenador del vehículo y que genera una señal de consigna
aplicada por un corrector 7 y por un amplificador 8 a unos medios 9
de alimentación eléctrica del accionador 5.
Un sensor de posición o de desplazamiento 10
está asociado a la salida del accionador 5 y genera una señal
eléctrica 11 aplicada a una entrada de un comparador 12 cuya otra
entrada recibe la señal de consigna 13 proporcionada por el módulo
de gestión 6. La salida del comparador 12 representa la diferencia
de las señales 11 y 13 y es aplicada por el corrector 7 y el
amplificador 8 a los medios 9, que generan una corriente eléctrica
cuya intensidad, polaridad y duración están determinadas.
El accionador 5 es un motor eléctrico plano y,
en un modo de realización representado en la figura 3, comprende una
bobina plana 14 en forma de sector angular montado en rotación por
medio de un casquillo 15 alrededor de un eje fijo 16.
Los accionadores eléctricos planos de este tipo
son conocidos, en particular por la patente francesa nº 2.638.273,
que describe un motor eléctrico plano compuesto por una
yuxtaposición de bobinas planas montadas de forma deslizante sobre
correderas y separadas por imanes permanentes. La alimentación de
corriente eléctrica de las bobinas induce un campo magnético que se
opone a la polarización de los imanes permanentes y crea un
desplazamiento lateral de las bobinas a lo largo de sus
correderas.
La bobina plana 14 del accionador del
dispositivo según la invención es desplazable en rotación entre dos
imanes permanentes planos 17 y 18 fijos y soportados por una culata
(no representada) de cierre del campo magnético. Los imanes
permanentes planos 17 y 18 son de preferencia unos imanes de
neodimio-hierro-boro o unos imanes
de samario-cobalto.
En un ejemplo de realización, la bobina plana 14
se extiende angularmente unos 45º y comprende de 90 a 120 espiras de
hilo de cobre de un diámetro de aproximadamente 1 mm. La resistencia
eléctrica de esta bobina está comprendida entre 0,3 y 0,9 ohmios
aproximadamente a 25ºC. Su inductancia está comprendida entre 0,3 y
0,9 mH. El espesor de los devanados de hilo de cobre es de
aproximadamente 8 mm.
Los imanes planos 17, 18, se extienden
angularmente cada uno en alrededor de 90º. Generan un campo
magnético de alrededor de 1,1 a 1,2 T y tienen una consistencia al
campo coercitivo (desimantación) de aproximadamente 900 a 2.000
KA/m. Su espesor es del orden de 5 a 10 mm.
En la placa de cada imán 17, 18, que se extiende
sobre 90º, se pueden utilizar dos imanes sensiblemente yuxtapuestos
que se extienden cada uno sobre 45º.
En función de las señales eléctricas generadas
por los medios de selección de velocidad 1, los medios de
alimentación eléctrica 9 hacen pasar a la bobina 14 una corriente
eléctrica de duración determinada en un sentido determinado. Los
medios de alimentación eléctrica 9 del accionador 5 comprenden
preferiblemente un convertidor de corriente continua o convertidor
CC-CC a fin de disminuir, en particular, las
intensidades de funcionamiento, el tiempo de respuesta del
accionador y las pérdidas por efecto Joule.
Los desplazamientos angulares de la bobina 14
son detectados por un sensor 19 de posición o de desplazamiento
soportado por el casquillo 15 y que gira con respecto al imán
permanente 18 para proporcionar una señal correspondiente a un giro
de la bobina 14 alrededor del eje fijo 16. El sensor 19 es del tipo
sin contacto, tal como, por ejemplo, un sensor de
magnetorresistencias, cuya estructura se describe con más detalle en
lo que sigue haciendo referencia a la figura 6.
El casquillo 15 de la bobina 14 puede unirse al
eje de selección 3 de la caja de velocidades de diferentes
formas.
En la figura 3, el casquillo 15 de la bobina 12
está montado directamente sobre el eje de selección 3 de la caja de
velocidades 2. Esta realización tiene la ventaja de la
simplicidad.
En las figuras 4 y 5, los medios de unión
comprenden una palanca 20 ó 21 solidaria en rotación del casquillo
15 de la bobina y unida en su otro extremo por una bieleta 22 ó 23 a
otra palanca 24 ó 25 cuyo otro extremo es solidario en rotación con
el eje de selección de la caja de velocidades.
En la figura 4, la bieleta 22 comprende unos
medios de regulación 26 de longitud que permiten ajustar la posición
angular de la bobina 14 con respecto a una posición determinada del
eje de selección 3, compensando las dispersiones de cotas y las
tolerancias dimensionales. Los medios de regulación 26 son de un
tipo cualquiera apropiado y que comprenden, por ejemplo, una tuerca
atornillada sobre un vástago roscado y unos medios de bloqueo de la
tuerca en rotación. La compensación por los medios 26 es, por
ejemplo, del orden de 10 mm en longitud y corresponde a una
desviación angular de más o menos 0,7º al nivel del accionador.
El eje de selección 3 de la caja de velocidades
2 está asociado de preferencia a una lámina de reglaje que asegura
un posicionamiento preciso de este eje en una cualquiera de las
posiciones angulares
P-R-N-D
predeterminadas tan pronto como el eje 3 esté en la proximidad de
esta posición.
Así, en el caso de que, por una razón
cualquiera, el accionador no lleve el eje 3 a su posición
predeterminada, pero lo lleve a una posición próxima, la lámina de
ensayo de reglaje termina de posicionar el eje 3. Esto da como
resultado una gran seguridad del control.
El accionador de las figuras 4 y 5 está alojado
en una caja protectora formada por el ensamblaje de dos cárteres 27,
28 que pueden servir de culata de montaje de los imanes permanentes
17, 18 citado anteriormente.
En la figura 6 se ha representado
esquemáticamente un sensor de magnetorresistencias que comprende
cuatro elementos sensibles 29 a 32 de, por ejemplo, material férreo,
montados en puente de Wheastone, cuyos dos bornes opuestos 33, 34
están unidos a una fuente de alimentación eléctrica Vs y cuyos dos
otros bornes 35, 36 forman los bornes de salida del sensor, entre
los cuales se genera una tensión de salida \DeltaV. En la figura
2, esta tensión de salida \DeltaV se aplica a una entrada del
comparador 12. Las resistencias eléctricas R1, R2, R3, R4 de los
elementos sensibles 29 a 32 varían en función del ángulo entre, por
una parte, la imantación producida en los elementos sensibles 29 a
32 por una inducción magnética M generada por el imán permanente 18
de la figura 3 y, por otra parte, el sentido del paso de la
corriente eléctrica en los elementos sensibles 29 a 32. Cuando la
inducción magnética M es superior a un cierto valor, los elementos
sensibles 29 a 32 se saturan magnéticamente y sus resistencias R1,
R2, R3, R4 varían en función del cuadrado del coseno del ángulo
entre la inducción magnética M y el sentido del paso de la corriente
eléctrica en los elementos 29 a 32.
De forma general, la invención se aplica
asimismo al control de una caja de velocidades que comprende un eje
de selección y de acoplamiento, comprendiendo entonces el
dispositivo dos accionadores del tipo citado anteriormente para los
desplazamientos del eje en traslación y en rotación.
Claims (10)
1. Dispositivo de mando de una caja de
velocidades automática (2), en particular para un vehículo
automóvil, que comprende unos medios de accionamiento de al menos un
eje de selección (3) montado en rotación en la caja de velocidades
(2), caracterizado porque los medios de accionamiento en
rotación del eje de selección (3) están formados por un accionador
eléctrico plano (5) que comprende una bobina plana (14) montada en
rotación alrededor de un eje fijo (16) entre dos imanes permanentes
planos (17, 18) soportados por una culata, unos medios de unión (15,
20 a 25) que unen la bobina (14) al eje de selección (3) de la caja
de velocidades (2), y unos medios (9) de alimentación eléctrica de
la bobina (14) apropiados para hacer pasar una corriente eléctrica
en un sentido o en otro en la bobina (14) a fin de hacerla girar en
un sentido o en otro alrededor de eje fijo (16) citado
anteriormente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende unos medios (4) de control de
la alimentación eléctrica de la bobina (14) para hacer pasar en la
bobina (14) una corriente eléctrica en un sentido determinado
durante un periodo de tiempo determinado en función de señales
eléctricas generadas por unos medios (1) de selección de
velocidad.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque comprende un sensor (19) de posición o
de desplazamiento asociado a la bobina (14) y que proporciona una
señal correspondiente a un desplazamiento angular de la bobina (14)
alrededor del eje fijo (16) citado anteriormente, estando este
sensor (19) montado en un bucle de reacción de los medios (4) de
control de la alimentación eléctrica de la bobina (14).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el sensor (19) es del tipo sin contacto,
tal como, por ejemplo, un sensor de magnetorresistencias (29 a
32).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la bobina (14) está montada
sobre el eje de selección (3) de la caja de velocidades (2), que
forma el eje de rotación de la bobina (14).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque la bobina (14) está unida al eje
de selección (3) de la caja de velocidades (2) por al menos una
bieleta (22, 23) que comprende por ejemplo unos medios de regulación
(26) de longitud.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los medios de alimentación
eléctrica (9) de la bobina (14) comprenden un convertidor
CC-CC.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque es reversible y porque el
eje de selección (3) de la caja de velocidades (2) está asociado a
un medio de posicionamiento angular, tal como una lámina elástica de
reglaje que asegura un posicionamiento de este eje (3) en cualquiera
de varias posiciones angulares predeterminadas.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los imanes permanentes (17,
18) de los medios de accionamiento son unos imanes de
neodimio-hierro-boro.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los imanes
permanentes (17, 18) de los medios de accionamiento son unos imanes
de samario-cobalto.
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