CONMUTADOR INDUCTIVO.

Dispositivo inductivo de conmutación de posición con una palanca de selección (AW),

un carro portamanipuladores (BS), una unidad sensora (L1, L2, y) y un circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R), en donde la unidad sensora está provista de al menos dos bobinas de sensor (L1, L2; SE1, SE2, SE3, SE4, SE5, SEO, SEN, SER, SEP) que están aplicadas una junto a otra sobre una placa de circuito impreso (LP), y con al menos un elemento de manipulación conductivo (BF1, BF2) en el carro portamanipuladores (BS), cuya cobertura de cada dos de las bobinas de sensor (L1, L2, etc.) para variar sus inductividades es variable por desplazamiento del carro portamanipuladores (BS), en donde las variaciones de inductividad de las bobinas de sensor (L1, L2; SE1, SE2, SE3, SE4, SE5, SEO, SEN, SER, SEP) aplicadas una junto a otra desencadenan funciones de conmutación en el circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R), y en donde, para formar un criterio de conmutación exacto y estable frente a la temperatura, se conecta alternativamente cada vez una sola de las bobinas de sensor (L1 o L2, etc.) del circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R)

Conmutador inductivo.

La invención se refiere a una unidad sensora inductiva para conmutadores que puede utilizarse especialmente para un dispositivo de conmutación de posición que se utiliza en transmisiones automáticas de vehículos.

En el estado de la técnica se conoce un sensor de recorrido-ángulo, especialmente para determinar una marcha metida en el sector de vehículos automóviles, según el documento DE 198 06 529. El sensor de recorrido-ángulo conocido presenta cuatro bobinas de medida que están dispuestas en una superficie X-Y sobre un portabobinas formando un ángulo de 90º entre ellas y que están conectadas a una electrónica de evaluación. El sensor presenta también una llamada diana que puede moverse en dirección sustancialmente paralela a la superficie X-Y con relación a las bobinas de medida y que induce así tensiones en estas bobinas de medida. A partir de las tensiones inducidas, la electrónica de evaluación puede obtener el camino recorrido en la dirección Y y el ángulo a de la diana en una superficie Z-X. El sensor de recorrido-ángulo conocido se caracteriza porque las respectivas bobinas de medida opuestas están colocadas a cierta distancia entre ellas y las bobinas de medida contiguas se superponen en cada caso al menos parcialmente.

El documento US 5 532 529 revela un conmutador pulsador inductivo con un mecanismo de enclavamiento.

En la solicitud anterior según el documento DE 101 25 278 se emplea también la tensión de inducción como señal de sensor. Las construcciones conocidas adolecen del inconveniente de que hay que aplicar varios bucles sensores de acción inductiva sobre el portabobinas, tal como puede apreciarse por la información que sigue sobre antecedentes.

Se conoce por el sector del automóvil el frecuente empleo de conmutadores mecánicos, entre otros sitios, en sistemas de cierre, elementos de mando de los instrumentos, regulaciones de asientos, regulaciones de espejos, etc. Los conmutadores mecánicos adolecen del inconveniente de que no trabajan sin desgaste. Su vida útil es limitada, por un lado, por la erosión del material de contacto, por variaciones del material (oxidación) o por deposiciones sobre los contactos de conmutación a consecuencia de rozamiento magnético o de sobrecarga eléctrica o de un arco voltaico durante el proceso de desconexión.

Una forma especial de conmutadores mecánicos son los conmutadores rozantes mecánicos. Un contacto desplazable corre sobre una pista de rozamiento y establece así, según la posición, un contacto con terminales cambiantes (los llamados conmutadores codificadores). Las vibraciones que se presentan en el vehículo conducen en una unidad de cursor de conmutación de esta clase a un elevado desgaste de los contactos rozantes y de las pistas de rozamiento.

En vehículos modernos los motores de regulación se conmutan hoy en día casi siempre a través de semiconductores de potencia exentos de desgaste que, no obstante, son activados entonces nuevamente por conmutadores no exentos de desgaste. Para hacer que el sistema esté completamente exento de desgaste es necesario el desarrollo de nuevos conmutadores que trabajen sin contactos de conmutación mecánicos (es decir, con sensores).

En el estado de la técnica se conocen sensores de Hall que reaccionan a la aproximación de imanes permanentes y ponen así en marcha una función de conmutación. Asimismo, es conocido el empleo de sensores GMR que se basan en el efecto de una variación de resistencia que es provocada por un campo magnético exterior. El campo magnético exterior puede provenir de un imán permanente o de un plástico magnetizable y puede inducir funciones de conmutación correspondientes.

Asimismo, es conocida la utilización de barreras ópticas y barreras de luz refleja que adolecen del inconveniente de que son sensibles a luz perturbadora y que pueden envejecer y ensuciar fácilmente los componentes ópticos. La utilización de tales sensores tiene también el inconveniente de que son caros en comparación con conmutadores mecánicos y conmutadores inductivos.

En los elementos de conmutación se emplea frecuentemente una barata placa de circuito impreso como soporte para iluminaciones, indicaciones o conmutadores mecánicos. La presencia de esta placa de circuito impreso favorece la utilización de la presente invención. Como posibilidad barata se ha anunciado anteriormente el principio de acción - empleado en la solicitud anterior según DE 101 25 278 - del acoplamiento inductivo de dos bobinas de sensor aplicadas sobre la placa de circuito impreso y su amortiguación por medio de un manipulador conductivo. La intensidad de amortiguación se correlaciona aquí con la posición del manipulador con respecto a los sensores. En esta tecnología puede repercutir desventajosamente el hecho de que los sensores en la versión práctica han de tener un tamaño mínimo de aproximadamente 10 mm x 10 mm sobre la placa de circuito impreso para que pueda conseguirse un acoplamiento aceptable y, por tanto, la electrónica de procesamiento pueda ser de construcción sencilla y barata. En las placas de circuito impreso actualmente producibles a bajo coste se consigue una resolución local de 0,12 mm, es decir que la anchura de los conductores de los bobinados sensores puede ascender como máximo a 0,12 mm, y lo mismo ocurre con la anchura de aislamiento entre los bobinados. Debido a esto, la bobina de emisión, al igual que también la bobina de recepción de los sensores, puede presentar solamente alrededor de 5 espiras.

El problema de la invención consiste en influir sobre la inductividad de una bobina de sensor por medio de un manipulador colocado sobre la bobina y evaluar esta inductividad de una manera sencilla. La inductividad de una bobina varía considerablemente por efecto de un elemento de manipulación conductivo que, según la reivindicación 1 independiente, presenta una cobertura variable de la bobina del sensor. El problema se resuelve por medio de una unidad sensora inductiva con las características según la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se definen perfeccionamientos convenientes.

Una bobina de sensor no amortiguada con la medida exterior de 10 mm x 10 mm, que esté bobinada de dentro a fuera como una espiral rectangular sobre la placa de circuito impreso, presenta, a la resolución que puede lograrse en la placa de circuito impreso, 10 espiras y una inductividad de aproximadamente 1 µH.

Se conoce ciertamente por el documento GB 1 415 644 el recurso de emplear como sensor la impedancia de una estructura en espiral, pero la estructura en espiral conocida está bobinada en forma bifilar para aprovechar la componente óhmica de la impedancia de la espiral y para excluir la componente inductiva de la impedancia de la espiral. A diferencia de esto, la bobina de sensor según la invención está bobinada en forma monofilar, tal como se desprende de la descripción detallada siguiente con ayuda de las figuras.

La figura 1 muestra la realización planar de un bucle de sensor sobre una placa de circuito impreso junto con el símbolo electrotécnicamente equivalente.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques funcional de un sensor según la invención con un circuito oscilante LC como circuito de evaluación.

La figura 3 muestra un diagrama de bloques funcional con un circuito oscilante LC y con dos sensores para detectar un recorrido de desplazamiento y.

La figura 4 muestra una curva característica típica para la frecuencia de oscilación con un primer sensor L1 según la figura 3 y un segundo sensor L2 según la figura 3 en función del recorrido de desplazamiento y.

La figura 5 muestra un cursor de conmutación para un vehículo automóvil con una palanca de selección automática que está conectada a una unidad sensora según la figura 3.

La figura 6 muestra el esquema de una placa de circuito impreso con varias unidades sensoras para la unidad de cursor de conmutación según la figura 5.

La figura 7 muestra el diagrama de bloques de una unidad electrónica cuando se combinan varios sensores inductivos.

La figura 8 muestra la frecuencia de circuito oscilante de las señales de sensor de las diferentes unidades de conmutación de la figura 7 en procesos de conmutación de la palanca de selección automática desde la posición 1 hasta la posición 4.

La figura 9 muestra un esquema de una placa de circuito impreso semejante al de la figura 6, pero con una unidad de conmutación redundante.

La figura 10 muestra el diagrama...

1. Dispositivo inductivo de conmutación de posición con una palanca de selección (AW), un carro portamanipuladores (BS), una unidad sensora (L1, L2, y) y un circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R), en donde la unidad sensora está provista de al menos dos bobinas de sensor (L1, L2; SE1, SE2, SE3, SE4, SE5, SEO, SEN, SER, SEP) que están aplicadas una junto a otra sobre una placa de circuito impreso (LP), y con al menos un elemento de manipulación conductivo (BF1, BF2) en el carro portamanipuladores (BS), cuya cobertura de cada dos de las bobinas de sensor (L1, L2, etc.) para variar sus inductividades es variable por desplazamiento del carro portamanipuladores (BS), en donde las variaciones de inductividad de las bobinas de sensor (L1, L2; SE1, SE2, SE3, SE4, SE5, SEO, SEN, SER, SEP) aplicadas una junto a otra desencadenan funciones de conmutación en el circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R), y en donde, para formar un criterio de conmutación exacto y estable frente a la temperatura, se conecta alternativamente cada vez una sola de las bobinas de sensor (L1 o L2, etc.) del circuito de evaluación (C, A, FC, µC, AMUX, R).

2. Conmutador inductivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la evaluación de las señales de las bobinas de sensor se efectúa por medio de un multiplexor.

3. Conmutador inductivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por una incorporación de la bobina de sensor inductiva en un circuito oscilante LC.

4. Conmutador inductivo según la reivindicación 3, caracterizado por una evaluación de la frecuencia de resonancia del circuito oscilante LC en la que interviene la inductividad variable.

5. Conmutador inductivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por la impartición de una tensión alterna de amplitud constante y de frecuencia constante (f) a la bobina de sensor con evaluación subsiguiente de la amplitud de corriente de la inductividad variable.