BRPI0016137B1 - sensor de deslocamento e peça polar modeladora de fluxo - Google Patents

Abstract

"sensor de deslocamento e peça polar modeladora de fluxo". um sensor de deslocamento inclui um conjunto de ímã tendo um alojamento para montagem em um de primeiro e segundo elementos reciprocamente deslocáveis. um conjunto de magneto é montado em um elemento e define um espaço longitudinal tendo um eixo geométrico ao longo de sua extensão. o conjunto de ímã inclui pelo menos um ímã tendo um pólo norte e um pólo sul que fornece fluxo magnético de franja no espaço longitudinal e uma peça polar modeladora de fluxo sobre cada um dos pólos norte e sul. um conjunto de sensor de campo magnético tem um alojamento para montagem no outro dos primeiro e segundo elementos para deslocamento ao longo de um eixo geométrico no espaço paralelo ao conjunto de ímã. em uma concretização, cada uma das peças polares modeladoras de fluxo tem a forma de um pentágono em um plano de padrão de fluxo primário, formando uma primeira face confrontando o espaço longitudinal entre os primeiro e segundo ímãs. em outra concretização, o ímã e um ímã cilíndrico adjacente ao espaço longitudinal, e a primeira face de cada peça polar modeladora de fluxo é cilíndrica e coaxial com o ímã cilíndrico. de preferência, a peça polar tem uma face troncocônica confrontando o espaço longitudinal adjacente à face cilíndrica.

Description

“SENSOR DE DESLOCAMENTO E PEÇA POLAR MODELADORA DE FLUXO” REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS CORRELATOS

[0001] O presente pedido é uma continuação em parte do Pedido US n° 08/906.773 depositado em 6 de agosto de 1997 para “Flux Shaping Pole Pieces for a Magnetic Displacement Sensor” por John P. Dilger & Nile K. Dielschneider e cedido à mesma cessionária do presente pedido.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção é um sensor de deslocamento magnético dotado de uma relutância de circuito magnético que é constante com o deslocamento. Mais especificamente, a presente invenção e um sensor de deslocamento magnético dotado de peças polares modeladoras de fluxo aperfeiçoadas para desempenho aperfeiçoado.

[0003] Tipicamente, os sensores de deslocamento magnético incluem um gerador de fluxo que proporciona uma fonte constante de fluxo magnético e um dispositivo captor que mede o fluxo. Tipicamente, o gerador de fluxo é montado em um elemento e o dispositivo captor é montado em outro elemento para que a densidade de fluxo magnético detectada pelo dispositivo captor seja baseada sobre o deslocamento entre os elementos. Os sensores de deslocamento magnético tipicamente medem o deslocamento linear ou rotacional e proporcionam uma saída proporcional ao deslocamento de posição linear ou rotativo absoluto dos elementos. Os sensores de deslocamento magnético podem empregar quer eletroímãs quer imãs permanentes como uma fonte de fluxo magnético. Um dispositivo captor (p.ex., um ímã resistor, um ímã diodo, ou um sensor de efeito Hall) intersecta o fluxo magnético e detecta variações no campo magnético produzido pelos ímãs.

[0004] Os sensores de deslocamento magnético são comumente usados em cooperação com microprocessadores em sistemas de controle remoto com dispositivos de campo. Por exemplo, sensores de deslocamento magnético podem ser usados para monitorar a posição de válvula. Exemplos de sensores de deslocamento magnético da técnica anterior são encontrados na Patente U.S. 4.532.180 (Prinz & outros); Patente U.S. 5.497.081 (Wolf & outros) e Patente U.S. 5.358.277 (Riggs & outros).

[0005] O alcance útil de sensores de deslocamento magnético da técnica anterior é limitado pelo fluxo de franja dos ímãs. Quando dois ímãs permanentes estão alinhados em relação adjacente, as características mecânicas de cada imã e sua proximidade da face polar do outro ímã prescrevem a distribuição de fluxo magnético da face polar para a face polar oposta. O fluxo de franja se apresenta entre os polos magnéticos do conjunto de dois ímãs. Onde um único ímã é usado como o gerador de fluxo, o fluxo de franja que se estende entre os polos opostos é concentrado bastante próximo a e paralelo ao ímã. Em ambos os casos as variações do fluxo de franja ao longo da extensão dos ímãs são não-lineares. Por conseguinte, o campo magnético detectado pelo sensor de deslocamento magnético varia não linearmente com o deslocamento. Esta não linearidade resulta em leituras de sensor inexatas e errôneas, limitando o alcance útil e eficiência de sensores de deslocamento magnético.

[0006] O conjunto de dois ímãs e também suscetível a erros devido à rotação recíproca do conjunto de ímã e do sensor. É típico, por exemplo, montar o conjunto de ímã em uma parte móvel cuja posição linear está sendo monitorada, e montar o sensor no alojamento estacionário para conexão com os componentes de circuito de controle. Se a parte móvel gira durante operações de controle ou posicionamento, o conjunto de ímã poderia girar para uma posição onde o campo magnético do o conjunto de ímã não mais opera corretamente o sensor.

SUMÁRIO SUCINTO DA INVENÇÃO

[0007] A presente invenção é dirigida a peças polares modeladoras de fluxo para as faces polares de ímã de um sensor de deslocamento magnético.

[0008] Uma forma da invenção é um sensor de deslocamento que detecta o deslocamento relativo entre primeiro e segundo elementos. Um o conjunto de ímã é montado no primeiro elemento e define um espaço longitudinal tendo um eixo geométrico ao longo de sua extensão. O conjunto de ímã inclui pelo menos um imã tendo um polo norte e um polo sul que fornece o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal e uma peça polar modeladora de fluxo em cada um dos polos norte e sul. As peças polares modeladoras de fluxo têm configurações para modelar o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal para que a densidade de fluxo magnético no espaço longitudinal varie substancialmente linearmente ao longo do eixo geométrico do espaço. Um conjunto sensor de campo magnético tem um alojamento de sensor para montagem no segundo elemento e um sensor de fluxo magnético montado no alojamento de sensor no eixo geométrico do espaço longitudinal. Em uma forma preferencial da invenção cada uma das peças polares modeladoras de fluxo tem a forma de um pentágono em um plano de um padrão de fluxo primário no espaço longitudinal, a forma de pentágono formando uma primeira face confrontando o espaço longitudinal paralelo ao eixo geométrico do espaço longitudinal paralelo ao eixo geométrico do espaço longitudinal.

[0009] Em uma concretização da invenção, o imã é um ímã cilíndrico e o espaço longitudinal é adjacente a e se estende ao longo da extensão do imã cilíndrico. Nesta forma da invenção, a primeira face de cada peça polar modeladora de fluxo é cilíndrica, e a peça polar é orientada de forma que a primeira face cilíndrica é paralela a e coaxial com o ímã cilíndrico. De preferência, a peça polar tem uma face troncônica (“frusto-conical face”) entre a face cilíndrica e a segunda face e confrontando o espaço longitudinal.

[0010] Em uma aplicação da invenção, um dos primeiro e segundo elementos é um atuador de válvula e o corpo da haste de válvula e o outro dos primeiro e segundo elementos é um alojamento estacionário de forma que o sensor de deslocamento detecta o deslocamento linear entre a haste de válvula e o alojamento estacionário.

[0011] Outra forma da invenção é uma peça polar modeladora de fluxo para um polo de um ímã de um sensor de deslocamento magnético para detectar o deslocamento relativo entre primeiro e segundo elementos, em que o ímã forma um espaço longitudinal substancialmente paralelo a um comprimento do ímã. A peça polar compreende um material magnético tendo uma superfície de afixação para ser afixada ao polo do ímã. A peça polar é configurada de maneira que quando a peça polar está afixada aos polos do ímã, cada uma das peças polares perfile o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal de modo que a densidade de fluxo no espaço longitudinal varie substancialmente de forma linear ao longo do eixo geométrico do espaço longitudinal.

[0012] Em uma modalidade preferencial desta concretização da invenção, o ímã é um ímã cilíndrico tendo um eixo geométrico, e a peça polar tem uma forma pentagonal em um plano de padrão de fluxo primário através do espaço longitudinal, a peça polar tem uma face cilíndrica que confronta com o espaço longitudinal e coaxial com o eixo geométrico do ímã quando a peça polar é afixada ao polo de ímã. De preferência, a peça polar modeladora de fluxo inclui uma face troncônica confrontando o espaço longitudinal entre a face cilíndrica e a superfície de afixação. DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

[0013] A fig. 1 é uma vista em perspectiva de um sensor de deslocamento magnético com peças polares modeladoras de fluxo de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0014] A fig. 2 é uma vista em perspectiva ampliada, com partes removidas para maior clareza, do sensor de deslocamento magnético mostrado na fig. 1.

[0015] A fig. 3 é uma vista em perspectiva de um conjunto de bloco de ímã e um conjunto sensor de campo magnético do sensor de deslocamento magnético tomada genericamente na direção da seta 3 na fig. 2.

[0016] A fig. 4 é uma vista superior dos conjuntos mostrados na fig. 3.

[0017] A fig. 5 é uma vista explodida do conjunto de bloco de ímã mostrado nas figs. 3 e 4.

[0018] A fig. 6 é uma vista em perspectiva, com partes não mostradas para maior clareza, dos ímãs do conjunto de bloco de ímã das figs. 3 a 5 ilustrando um sensor de campo magnético entre os ímãs.

[0019] A fig. 7 é um diagrama ilustrando o conjunto de bloco de ímã mostrado nas figs. 3 a 5 e o padrão de fluxo associado.

[0020] A fig. 8 é uma vista em perspectiva, parcialmente em seção transversal rota, de um conjunto de bloco de ímã de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, ilustrando um sensor de campo magnético em relação ao conjunto de ímã.

[0021] A fig. 9 é um diagrama ilustrando o conjunto de ímã mostrado na fig. 8 e o padrão de fluxo associado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERENCIAIS

[0022] A fig. 1 é uma vista em perspectiva de um sensor de deslocamento magnético com peças polares modeladoras de fluxo de acordo com uma primeira concretização da presente invenção. O sensor de deslocamento magnético compreende um conjunto de ímã móvel 10 (mostrado em maior detalhe nas figs. 2 a 5) e um conjunto de sensor de campo magnético 20. O conjunto de sensor de campo magnético 20 é montado em um alojamento de instrumento estacionário 30 e uma culatra de atuador estacionária 32 pelo braço de montagem 34. Como mostrado na fig. 2, o conjunto de ímã 10 é previsto para deslocamento linear ou recíproco da haste de válvula 106 na direção da seta 38. O conector de haste 102 é conectado entre a haste de atuador 104 e a haste de válvula 106. A haste de atuador 104 transmite deslocamento linear de um atuador de válvula, tal como um diafragma responsivo á pressão (não mostrado) para a haste de válvula 106, que por sua vez opera um macho de válvula (não mostrado) de uma maneira bem conhecida da técnica para abrir e fechar a válvula sob controle.

[0023] Como mostrado mais especificamente nas figs. 2-5, o conjunto de ímã 10 compreende um corpo 50 suportando ímãs de barra permanentes 52 e 54 nas cavidades 64 e 66. Como mostrado particularmente na fig. 5, os ímãs 52 e 54 são dispostos de forma que um dos ímãs, tal como o ímã 52, tem seu polo norte 56 orientado no sentido do topo do alojamento 50 e seu polo sul 58 orientado no sentido do fundo do alojamento 50. O outro ímã, tal como o ímã 54, é orientado oposto ao ímã 52 com seu polo norte 62 no fundo do alojamento 50 e seu polo sul 60 no topo do alojamento 50. O alojamento 50 orienta os ímãs 52 e 54 de maneira que as superfícies confrontantes 57 são paralelas entre si e com a linha longitudinal 81 no espaço longitudinal entre os ímãs. Embora os ímãs 52 e 54 possam ser eletroímãs ou ímãs permanentes, um ímã permanente tem preferência porque pode ser facilmente incorporado ao sensor e não requer uma fonte de energia em separado. Os ímãs 52 e 54 de preferência são ímãs V Alnico. Será apreciado que os ímãs 52 e 54 são uma fonte de fluxo magnético constante.

[0024] Como mostrado mais especificamente na fig. 5, uma peça polar modeladora de fluxo 70 é apensa a cada um dos polos 56, 58, 60, e 62 dos ímãs 52 e 54. As peças polares 70 podem ser compostas de qualquer material magnético apropriado, tal como aço laminado a frio G10100. Devido às peças polares serem magnéticas, a força magnética exibida em torno dos ímãs 52 e 54 retém as peças polares 70 em contato com os polos de ímã, e resinas epoxídicas, adesivos, ou substâncias similares não são requeridas. Alternativamente, um adesivo pode ser empregado para afixar as peças polares 70 ao respectivo polo magnético.

[0025] Em uma concretização alternativa da presente invenção, as peças polares modeladoras de fluxo 70 não são componentes separados dos ímãs 52 e 54, porém constituem parte integrante dos ímãs propriamente ditos. Assim, os ímãs 52 e 54 podem ser fundidos com as peças polares 70 integradas como parte integrante dos ímãs. Em uma concretização deste tipo, cada ímã (com as peças polares) constitui um componente singular que é colocado em cavidades 64 e 66 do alojamento 50.

[0026] As peças polares 70 proporcionam desempenho de sensor de deslocamento magnético. Tipicamente, os ímãs exibem fluxo de franja nos polos, resultando em variações de fluxo não-lineares que ocasionam desempenho de sensor de deslocamento magnético inexato ou errôneo. As peças polares 70 “perfilem” o fluxo magnético para proporcionar uma alteração linear em densidade de fluxo. Modelando o fluxo de franja, as peças polares 70 imprimem uma forma linear às medições de fluxo através das extensões dos ímãs, desse modo aumentando dramaticamente o alcance útil dos ímãs e o sensor de deslocamento magnético.

[0027] Como mostrado mais especificamente nas figs. 5 e 7, as peças polares 70 têm uma forma de pentágono, quando visualizadas no plano do padrão de fluxo primário (fig. 7), tendo dois par3es de superfícies paralelas perpendiculares entre si. A superfície estreita 71 do pentágono forma uma face estreita que é significativamente mais larga através do padrão de fluxo primário (para o interior do papel da fig. 7 e ao longo da linha 83 na fig. 5) do que na direção ao longo da extensão de ímãs 52 e 54. Mais especificamente,, foi experimentalmente determinado que a forma de pentágono das peças polares 70 otimiza o desempenho linear através da inteira extensão dos ímãs do sensor de deslocamento magnético. A dimensão das peças polares em forma de pentágono 70 é baseada sobre a distância de separação entre os ímãs 52 e 54, o comprimento dos ímãs, e a área em seção transversal dos ímãs. Assim, diferentes dimensões e espaçamentos dos ímãs exigem diferentes dimensões de pentágono das peças polares.

[0028] É importante para a presente invenção que a face 71 das respectivas peças polares em pentágono 70 sejam paralelas à superfície 57 dos respectivos imãs de barra 52 e 54. Se uma face 53 de um polo de ímã não é perpendicular à superfície 57 do respectivo ímã, pode ser necessário inserir um calço magnético ou outro espaçador (ou mesmo um adesivo) entre a face 53 do ímã e a face 55 da respectiva peça polar 70 para assegurar que a face 71 seja paralela à superfície 57 do ímã. Assim, se a face polar 53 apresenta uma mossa ou é de outro modo danificada para oferecer uma face não perpendicular ao comprimento do imã, o reparo por calços pode tornar o ímã utilizável.

[0029] Como ilustrado particularmente nas figs. 3 e 4, o conjunto de sensor de campo magnético 20 inclui um cilindro de cerâmica 82 que se estende entre os ímãs 52 e 54 no alojamento 50. O cilindro 82 contém um sensor de campo magnético 80, tal como um sensor de efeito Hall, colocado em proximidade do o conjunto de ímã 10 entre os ímãs 52 e 54. O sensor de campo magnético 80 é montado no interior do cilindro 82 por uma bucha de plástico acetálico 85, chavetada para posicionar precisamente o sensor 80 no interior do cilindro 82 dentro de 0,051 mm. O cilindro 84 se encaixa no interior do alojamento de instrumento 30 (figs. 1 e 2) e permite a passagem da fiação para componentes eletrônicos. Em uma modalidade da invenção, o alojamento 30 é formado de um material não magnético apropriado tal como alumínio ou plástico rígido. O elemento fixador não magnético 86 monta o alojamento do conjunto de sensor 20 no alojamento 30, e o braço de montagem 34 monta o alojamento 30 na culatra do atuador estacionário 32.

[0030] Como mostrado na fig. 2, o alojamento 30 do conjunto de imãs 10 é afixado ao suporte 90 por cavilhas roscadas 92, arruelas 94 e porcas 96) fixadas através de respectivas fendas 98 e 100 no alojamento 50. Além disso, o suporte 90 é conectado com um conector de haste 102 que acopla uma haste atuadora roscado 104 com uma haste de válvula 106 de uma válvula. Assim, o conjunto de imãs 10 é rigidamente montado no conjunto de haste/atuador de válvula da válvula cuja posição está sendo monitorada pelo sensor de deslocamento da presente invenção. Quando a haste de válvula 106 se desloca na direção da seta 38, o conector de haste 102 e o suporte 90 deslocam o conjunto de ímã 10 em relação ao conjunto de sensor de campo magnético 20. O sensor de campo magnético 80 (fig. 6) permanece estacionário porque está acoplado com a culatra de atuador estacionário 32 e alojamento de instrumento 30. O deslocamento do conjunto de ímã 110 na direção da seta 38 ocasiona um deslocamento relativo entre o conjunto de ímã e o sensor de campo magnético 80 dentro do conjunto de sensor de campo magnético 20. Assim, a densidade de fluxo magnético através do sensor de campo magnético 80 varia com o deslocamento do atuador 104 e haste de válvula 106.

[0031] A fig. 6 ilustra uma vista em perspectiva do sensor de campo magnético 80 localizado entre os ímãs 52 e 54 guarnecidos com as peças polares modeladoras de fluxo 70, e a fig. 7 ilustra as linhas de fluxo magnético 110 entre os ímãs 52 e 54. De preferência, os imãs 52 e 54 são de igual força magnética, de modo que a linha 81 está centrada entre e paralela com as superfícies 57 dos ímãs 52 e 54, a linha 83 é ortogonal à linha 81 numa direção ao longo da largura das superfícies 57, e a linha intersecta a linha 81 no ponto intermédio 112 centrado entre as peças polares e centrado entre as bordas de ímãs 52 e 54 ao longo da largura das superfícies 57 (figs. 5 e 7). No ponto 112, a densidade de fluxo magnético está a zero. O sensor é calibrado dispondo o sensor 80 no ponto intermédio 112 onde a força do campo magnético é zero e calibrando o sensor.

[0032] Ao longo da linha longitudinal 81 entre os ímãs, a densidade de fluxo aumenta uniformemente do ponto intermediário do conjunto no sentido dos polos, para uma densidade de fluxo máxima diretamente entre as faces polares 71. Devido aos polos serem opostamente orientados, as direções de fluxo são opostos nas regiões ao longo da linha 81 de cada lado do ponto intermediário. Assim, a densidade de fluxo varia ao longo da linha 81 de um valor máximo numa direção entre um jogo de faces polares, através de zero no ponto intermediário 112, a um máximo na direção oposta entre o outro conjunto de faces polares. Em uso, o sensor de campo magnético 80 é orientado a meio caminho entre os imãs 52 e 54 na linha 81, de forma que quando o conjunto de ímã alterna na direção da seta 38 (fig. 2) paralela à linha 81, o sensor 80 atravessa o padrão de fluxo entre os ímãs e produz uma tensão proporcional à posição recíproca do sensor de campo magnético 80 em relação ao o conjunto de ímã 10. Modelando o fluxo de franja, as peças polares 70 determinam uma condição linear das medições de fluxo através da extensão dos ímãs. Assim, as peças polares 70 aumentam dramaticamente o alcance útil e precisão das leituras de tensão produzidas pelo sensor de campo magnético 80.

[0033] Uma dificuldade com o conjunto de ímã da concretização das figs. 3-7 se apresenta onde o sensor de deslocamento é usado em ambientes onde a rotação recíproca das partes poderia ocorrer em torno de um eixo geométrico paralelo à linha 81. Mais especificamente, se o conjunto de ímã 10 se desloca numa direção paralela à linha 83 (fig. 5) que é tangente a um arco de rotação em torno de um eixo geométrico paralelo à linha 81, o conjunto de ímã pode sair de associação operativa com o sensor 80 de tal maneira que o sensor 80 não está mais no padrão de densidade de fluxo linearmente variável do o conjunto de ímã. O conjunto de ímã das figs. 8 e 9 supera esta dificuldade proporcionando um sistema que é insensível à rotação recíproca dos elementos.

[0034] A fig. 8 ilustra um único imã de barra 120, de preferência dotado de uma forma cilíndrica, tendo um polo norte 122 e um polo sul 124. O imã 120 de preferência é um imã permanente construído de material magnético V Alnico que serve como uma fonte de fluxo magnético constante para a presente concretização do sensor de deslocamento linear. O ímã 120 é sustentado no interior de um alojamento não magnético 126 que de preferência é construído de alumínio ou cerâmica. O alojamento 126 pode convenientemente ser um alojamento em duas peças ou articulado conjugado por anéis não magnéticos 128 e 130 ou outro elemento de fixação apropriado.

[0035] Como o alojamento 126, os anéis 128 e 130 ou outro elemento de fixação pode ser construído de alumínio ou cerâmica. As peças polares modeladoras de fluxo 132 e 134 são aparafusadas às extremidades opostas do alojamento 126 e cada uma inclui uma face 136 prevista para confrontar e confinar com as faces polares extremas opostas 138 do ímã 120 (fig. 9). As peças polares 132 e 134, que são compostas de um material magnético apropriado tal como aço laminado a frio G10100, de preferência são cilindriformes tendo superfícies circulares paralelas opostas 136 e 140 e uma superfície cilíndrica 142 prevista para confrontar com um espaço longitudinal contendo o sensor 150. Uma superfície troncônica 144 forma uma transição entre as superfícies 136 e 142 e também confronta com o espaço longitudinal.

[0036] Em uma concretização preferencial da invenção, o ímã 120 tem um diâmetro de cerca de 9,525 mm e um comprimento de cerca de 63,5 mm. O diâmetro das faces circulares 136 sobre as peças polares 132 e 134 é de cerca de 9,525 mm e a superfície cilíndrica 142 tem um diâmetro de 20,64 mm e um comprimento ao longo do eixo geométrico 146 de cerca de 3,175 mm. A superfície troncônica 144 é disposta a um ângulo de cerca de 20° em relação à superfície 136. O sensor de campo magnético 150 é montado no corpo de válvula ou outro objeto estacionário como previamente descrito e é disposto para se deslocar ao longo do eixo geométrico 152 paralelo ao eixo geométrico 146 e passando através do sensor. Para um conjunto de sensor conforme descrito, o eixo geométrico 152 está a 15,88 mm do eixo geométrico 146.

[0037] É importante para a presente invenção que a superfície cilíndrica 142 seja paralela a e coaxial com o eixo geométrico 146 e a superfície 148 do imã 120. Esta relação é realiza pela face circular 136 sobre a peça polar confrontar com a face polar circular 138 do ímã e a relação coaxial das superfícies 136 e 142. Como um resultado desta condição, o fluxo de campo magnético é simetricamente configurado em torno do eixo geométrico 146 do ímã. Como mostrado na fig. 9, o comprimento do ímã 120 numa direção ao longo do eixo geométrico 146 e a configuração da superfície cilíndrica 142 e da superfície troncônica 144 configura o padrão de fluxo magnético de franja em uma região adjacente ao ímã 120 de modo que o fluxo magnético varia linearmente ao longo do eixo geométrico 152 paralelo ao eixo geométrico 146. Por conseguinte, o sensor de deslocamento magnético 150 detecta uma densidade de fluxo que varie linearmente ao longo da extensão de curso do sensor. Devido ao fluxo magnético ser uniforme em torno da periferia do ímã, o sensor é insensível à rotação recíproca dos elementos em torno do eixo geométrico 146. Assim, o sensor é insensível à rotação do ímã 120 em torno de seu eixo geométrico 146 que causaria relativo deslocamento do sensor 150 ao longo do arco 156.

[0038] A densidade de fluxo aumenta uniformemente ao longo da linha longitudinal 152 paralela ao ímã do ponto intermediário 158 do conjunto no sentido dos polos, para uma densidade de fluxo máxima diretamente oposta às faces polares 142. Devido aos polos 122 e 124 serem opostamente orientados, as direções de fluxo através do sensor 150 são em direções opostas nas regiões ao longo da linha 152 de cada lado do ponto intermediário 158. Assim, a densidade de fluxo varia ao longo da linha de um valor máximo numa direção adjacente a uma face polar 142 adjacente a um polo 122, através de zero no ponto intermediário 158, para um máximo na direção oposta adjacente à face polar 142 adjacente ao outro polo 124. No ponto intermediário 158 centrado entre as faces polares, a densidade de fluxo magnético está a zero. O sensor é calibrado colocando o sensor 150 no ponto intermediário 158 onde a intensidade do campo magnético é zero e calibrar o sensor.

[0039] Em uso, o sensor de campo magnético 150 alterna ao longo da linha 152 e atravessa o padrão de fluxo linearmente variável do ímã 120 para produzir uma tensão proporcional à posição recíproca do sensor de campo magnético 150 em relação ao conjunto de ímã 120. Modelando o fluxo de franja, as peças polares 132 e 134 conferem ao fluxo uma condição linear através da extensão do ímã. Assim, as peças polares 132 e 134 aumentam dramaticamente o alcance útil e precisão das leituras de tensão produzida pelo sensor de campo magnético 150.

[0040] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades de realização preferenciais, aqueles versados na técnica reconhecerão que variações podem ser introduzidas em forma e detalhe sem se afastar do espírito e âmbito da invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims (26)

1. Sensor de deslocamento para a detecção de deslocamento relativo entre primeiro e segundo elementos, compreendendo: um conjunto de ímãs (10) para montagem no primeiro elemento, o conjunto de imãs (10) definindo um espaço longitudinal possuindo um eixo geométrico (81) ao longo da extensão do espaço longitudinal, o conjunto de ímãs (10) incluindo pelo menos um ímã (52, 54) tendo um polo norte (56, 62) e um polo sul (58, 60) que fornecem fluxo magnético de franja no espaço longitudinal, e uma peça polar modeladora de fluxo (70) sobre cada um dos polos norte (56, 62) e sul (58, 60), cada um dos polos norte e sul tendo uma face polar (53) substancialmente perpendicular à extensão do pelo menos um ímã (52, 54), em que o pelo menos um ímã (52, 54) possui uma extensão com os polos em extremidades opostas, e em que o eixo geométrico (81) do espaço longitudinal é substancial mente paralelo ao comprimento do pelo menos um ímã (52, 54); e um conjunto sensor de campo magnético (20) tendo um alojamento de sensor (50) para montagem no dito segundo elemento, e um sensor de fluxo magnético (80) montado no alojamento de sensor (50) sobre o eixo geométrico (81) do espaço longitudinal, caracterizado pelo fato de que: as peças polares modeladoras de fluxo possuem configurações para modelar o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal de modo que a densidade de fluxo magnético no espaço longitudinal varie substancial mente de forma linear ao longo do eixo geométrico (81) do espaço longitudinal, em que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (70) apresenta a forma de um pentágono em um plano de um padrão de fluxo primário no espaço longitudinal, a forma em pentágono definida por uma primeira face (71) confrontando o espaço longitudinal e paralela ao eixo geométrico (81) do espaço longitudinal, uma segunda face (55) adjacente a uma respectiva face polar (53) e perpendicular à primeira face (71), e uma terceira face obliquamente disposta entre as primeira (71) e segunda faces (55).

2. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as peças polares (70) são afixadas ao respectivo polo por uma força magnética exibida pelo pelo menos um ímã (52, 54).

3. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (70) é solidária com o pelo menos um ímã (52, 54).

4. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (70) é uma peça polar metálica tendo a primeira face (71) confrontando com o espaço longitudinal e a segunda face (55) afixada à respectiva face polar (53), e a peça polar (70) sendo orientada sobre o respectivo polo de modo que a primeira face (71) seja paralela à extensão do pelo menos um ímã (52, 54).

5. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um ímã (52, 54) é um imã de barra, em que o espaço longitudinal é adjacente e se estende pela extensão do ímã de barra (52, 54).

6. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pelo fato de que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo é uma peça polar metálica (70) afixada a um respectivo polo do ímã de barra (52, 54).

7. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que um dos primeiro e segundo elementos é um alojamento de atuador de válvula e de haste de válvula (106) e o outro dentre os primeiro e segundo elementos é um alojamento estacionário (30), pelo que o sensor de deslocamento detecta deslocamento linear entre a haste de válvula (106) e o alojamento estacionário (30).

8. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de ímãs inclui um alojamento de conjunto de ímãs e o pelo menos um ímã é montado no alojamento de conjunto de ímãs.

9. Peça polar modeladora de fluxo (70) para um polo de um ímã (52, 54) de um sensor de deslocamento magnético para detectar deslocamento relativo entre primeiro e segundo elementos, em que o ímã (52, 54) deve ser disposto para formar um espaço longitudinal que possui um eixo geométrico (81) substancialmente paralelo a uma extensão do ímã (52, 54), a peça polar (70) compreendendo: um material magnético que tem uma superfície de afixação (55) disposta para afixar ao polo do ímã, caracterizada pelo fato de que: a peça polar (70) tem uma configuração de tal maneira prevista e disposta, tal que quando uma peça polar (70) é afixada aos polos do ímã (52, 54), cada uma das peças polares (70) modela o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal, de modo que a densidade de fluxo magnético no espaço longitudinal varie substancialmente de forma linear ao longo do eixo geométrico (81) do espaço longitudinal, em que a peça polar (70) apresenta a forma de um pentágono em um plano de padrão de fluxo primário através do espaço longitudinal, a forma de pentágono definida por uma primeira face (71) confrontando o espaço longitudinal e paralela ao eixo geométrico (81) do espaço longitudinal, uma segunda face (55) disposta perpendicular à primeira face (71) e disposta para entrar em contato com a superfície de afixação (55), e uma terceira face obliquamente disposta entre as primeira (71) e segunda (53) faces quando a peça polar (70) é afixada ao polo de ímã.

10. Peça polar modeladora de fluxo (70), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a peça polar modeladora de fluxo (70) é uma peça polar metálica para afixação a um polo do ímã (52, 54).

11. Peça polar modeladora de fluxo (70), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a peça polar (70) é projetada para ser retida em contato com o polo de ímã por uma força magnética exibida pelo ímã (52, 54).

12. Peça polar modeladora de fluxo (70), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a primeira face (71) é disposta paralela à extensão do ímã quando a peça polar (70) é afixada ao polo de ímã.

13. Peça polar modeladora de fluxo (70), de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a superfície de afixação (55) é perpendicular à primeira face (71), a superfície de afixação (55) orientando a peça polar (70) sobre o polo, de modo que a primeira face (71) seja paralela à extensão do ímã.

14. Sensor de deslocamento magnético para a detecção de deslocamento relativo ao longo de um eixo geométrico (152) paralelo a um eixo geométrico longitudinal (146) de um ímã (120) entre primeiro e segundo elementos, compreendendo: um conjunto de ímãs (10) para montagem no primeiro elemento, o conjunto de imãs incluindo o ímã (120) produzindo um campo magnético que é coaxial com o eixo geométrico longitudinal (146) do ímã (120), o ímã (120) possuindo um polo norte (122) e um polo sul (124) que fornecem um fluxo magnético de franja por todo um espaço longitudinal, em que o ímã (120) é um ímã de barra cilíndrico (120) tendo uma extensão com os polos (122, 124) em extremidades opostas do mesmo, em que o espaço longitudinal é adjacente a e se estende ao longo da extensão do ímã de barra cilíndrico (120); e uma peça polar modeladora de fluxo (132, 134) sobre cada um dos polos norte (122) e sul (124); e um conjunto sensor de campo magnético tendo um alojamento de sensor (50) para montagem no segundo elemento, e um sensor de fluxo magnético (150) montado no alojamento de sensor (50) sobre o eixo geométrico (152) do espaço longitudinal, o sensor de fluxo magnético (150) para detectar variações em fluxo magnético indicativo do deslocamento relativo entre os primeiro e segundo elementos, caracterizado pelo fato de que: o ímã (120) produz um campo magnético radialmente simétrico que é coaxial com o eixo geométrico longitudinal (146) do ímã, e as peças polares modeladoras de fluxo (132, 134) apresentam configurações para modelar o fluxo magnético de franja no espaço longitudinal de modo que a densidade de fluxo magnético no espaço longitudinal varie substancialmente de forma linear ao longo do eixo geométrico (152), em que cada peça polar modeladora de fluxo (132, 134) tem uma superfície cilíndrica (142) disposta para confrontar o espaço longitudinal, em que a superfície cilíndrica (142) é paralela a e coaxial ao eixo geométrico longitudinal (146) do ímã de barra cilíndrico (120).

15. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as peças polares (132, 134) são afixadas ao respectivo polo (122, 124) por uma força magnética exibida pelo ímã (120).

16. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (132, 134) é solidária com o ímã (120).

17. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada um dos polos (122, 124) apresenta uma face polar circular (138) substancialmente perpendicular à extensão do ímã cilíndrico (120), cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (132, 134) sendo uma peça polar metálica possuindo uma face circular (136) afixada a uma respectiva face polar circular (138), a superfície cilíndrica (142) de cada peça polar modeladora de fluxo (132, 134) sendo perpendicular à face circular (136).

18. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que inclui uma face troncônica (144) confrontando o espaço longitudinal entre a superfície cilíndrica (142) e a face circular (136).

19. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14 ou 17, caracterizado pelo fato de que cada uma das peças polares modeladoras de fluxo (132, 134) é uma peça polar metálica afixada a um respectivo polo (122, 124) do ímã cilíndrico (120).

20. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14 ou 17, caracterizado pelo fato de que um dos primeiro e segundo elementos é um alojamento de atuador de válvula e de haste de válvula (106) e o outro dentre os primeiro e segundo elementos é um alojamento estacionário (30), pelo que o sensor de deslocamento detecta deslocamento linear entre a haste de válvula (106) e o alojamento estacionário (30).

21. Sensor de deslocamento, de acordo com a reivindicação 14 ou 17, caracterizado pelo fato de que o conjunto de ímãs inclui um alojamento de conjunto de ímãs (126) e o ímã (120) é montado no alojamento de conjunto de ímãs (126), o eixo geométrico (152) do dito espaço longitudinal ao longo do qual a densidade de fluxo magnético varia de forma substancialmente linear é substancialmente paralelo ao dito eixo geométrico longitudinal (146) do ímã (120).

22. Peça polar modeladora de fluxo (132, 134) para um polo de um ímã (120) de um sensor de deslocamento magnético para a detecção de deslocamento relativo entre primeiro e segundo elementos, em que o ímã (120) é um ímã de barra cilíndrico (120) tendo um polo norte (122), um polo sul (124), e uma extensão com os polos (122, 124) em extremidades opostas do mesmo, em que os polos norte e sul (122, 124) fornecem fluxo magnético de franja por todo um espaço longitudinal, em que o ímã (120) produz um campo magnético radialmente simétrico que é coaxial com um eixo geométrico longitudinal (146) do ímã, e em que o ímã (120) deve ser disposto para formar o espaço longitudinal que possui um eixo geométrico (152) substancialmente paralelo a uma extensão do ímã, a peça polar (132, 134) compreendendo: um material magnético tendo uma superfície de afixação (138) disposta para afixar ao polo (122,124) do ímã (120), caracterizada pelo fato de que: a peça polar (132, 134) possuindo uma configuração de tal maneira prevista e disposta tal que, quando uma peça polar (132, 134) é afixada aos polos (122, 124) do ímã (120), cada uma das peças polares modela um fluxo magnético de franja no espaço longitudinal de modo que a densidade de fluxo magnético no espaço longitudinal varie substancialmente de forma linear ao longo do eixo geométrico (152) do espaço longitudinal, em que a peça polar (132, 134) tem uma superfície cilíndrica (142) que é disposta para confrontar o espaço longitudinal, e em que a superfície cilíndrica é paralela e coaxial ao eixo geométrico longitudinal (146) do ímã de barra cilíndrico (120).

23. Peça polar modeladora de fluxo (132, 134), de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que a peça polar modeladora de fluxo (132, 134) é uma peça polar metálica para afixação a um polo (122, 124) do ímã (120), e em que a peça polar (132, 134) é projetada para ser mantida em contato com o polo de ímã (122, 124) por uma força magnética exibida pelo ímã (120).

24. Peça polar modeladora de fluxo (132, 134), de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que a superfície cilíndrica (142) da peça polar (132, 134) confronta com o espaço longitudinal em um plano de padrão de fluxo primário através do espaço longitudinal quando a peça polar (132, 134) é afixada ao polo de ímã (122,124).

25. Peça polar modeladora de fluxo (132, 134), de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que a peça polar modeladora de fluxo (132, 134) é uma peça polar metálica, a peça polar (132, 134) tendo uma face circular (136) perpendicular à superfície cilíndrica (142) para afixação a uma face polar (138) do ímã (120) para orientar a peça polar de tal modo que a superfície cilíndrica (142) esteja coaxial com o eixo geométrico longitudinal (146) do ímã (120).

26. Peça polar modeladora de fluxo (132, 134), de acordo com a reivindicação 25, caracterizada pelo fato de que inclui uma face troncônica que confronta com o espaço longitudinal entre a superfície cilíndrica (142) e a face circular (136).