專利名稱：電磁促動(dòng)器上的無(wú)傳感器位置識(shí)別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求l前序部分所述的具有至少兩個(gè)線圈、 一個(gè)電樞和一個(gè)控制-或功率電子組件的電磁促動(dòng)器以及一種按權(quán)利要求9前序部分所述的用于控制這種促動(dòng)器的方法。
背景技術(shù)：
DE 103 10 448 Al公開(kāi)了一種具有兩個(gè)線圈和一個(gè)電樞的電磁促 動(dòng)器。電樞通過(guò)線圈的繞流在軸向上移動(dòng)。DE 199 10 497 Al介紹了一種方法，其中，電樞在促動(dòng)器內(nèi)的位 置利用一個(gè)線圈并通過(guò)確定該線圈的差分電感而得到識(shí)別。為此在電 流降期間確定作為兩個(gè)極限值之間時(shí)間差的電流降時(shí)間。電流降時(shí)間 在此方面很大程度上取決于線圈的電阻，并且該電阻與溫度有關(guān)。DE 100 33 923 Al此外公開(kāi)了一種方法，其中，電樞的位置依賴 于引起電樞在線圈中運(yùn)動(dòng)的互感確定?；ジ腥Q于電樞的速度。如果 這種促動(dòng)器在充滿液體的空間內(nèi)使用，那么電樞的速度很大程度上取 決于液體的粘度。液體的粘度也取決于溫度。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)在無(wú)附加傳感器的情況下確定執(zhí) 行元件在電磁促動(dòng)器內(nèi)的位置，其中，位置的確定應(yīng)該尤其無(wú)關(guān)于溫 度。該目的通過(guò)一種符合主權(quán)利要求所述特征的促動(dòng)器以及一種符合 權(quán)利要求9所述特征的用于控制促動(dòng)器的方法得以實(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明提出一種促動(dòng)器，其至少由兩個(gè)線圈、 一個(gè)電樞以及 一個(gè)控制或功率電子組件組成。功率電子組件與一個(gè)邏輯單元連接并 被其控制。功率電子組件至少包括接通或者斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)，由此可以使 電流流動(dòng)或者中斷電流。這兩個(gè)線圈可以通過(guò)幵關(guān)加載電流。依據(jù)本 發(fā)明，電樞可以通過(guò)調(diào)節(jié)線圈上的電流而移動(dòng)并且/或者可以測(cè)得電樞 的位置。電樞可移動(dòng)地支承在兩個(gè)線圈之間并可在兩個(gè)終端位置之間 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中，電樞也可以占據(jù)中間位置。兩個(gè)線圈上各自連接一 個(gè)測(cè)量放大器，其測(cè)量線圈上的經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電壓分布。測(cè)量放大 器的測(cè)量結(jié)果被進(jìn)一步傳送到一個(gè)差值器。利用減法器從測(cè)量信號(hào)中 計(jì)算出第三電壓分布，其包括一個(gè)取決于電樞位置的最大值。這一點(diǎn) 以下述內(nèi)容為基礎(chǔ)，即在電樞插入一個(gè)線圈內(nèi)時(shí)該線圈的電感提高。 因?yàn)榫€圈的電阻取決于其電感，所以電樞位置影響電壓分布。第三電 壓分布的最大值由邏輯單元識(shí)別并在取決于其的情況下計(jì)算電樞位 置。在一種構(gòu)成中，功率電子組件具有3或者4個(gè)開(kāi)關(guān)。邏輯單元例 如由一個(gè)p控制器或者一個(gè)/X處理器組成。至少兩個(gè)線圈的等效曲線圖為觀察交流電可以通過(guò)公知的L-C-R振蕩電路表示。這種振蕩電路由第一和第二并聯(lián)的交流電阻組成。第 一交流電阻由一個(gè)模擬線圈和一個(gè)歐姆電阻的串聯(lián)組成，第二交流電 阻由一個(gè)電容和另一個(gè)歐姆電阻的串聯(lián)組成。這兩個(gè)交流電阻取決于 勵(lì)磁的頻率。依據(jù)本發(fā)明，線圈通過(guò)突然繞流加載電壓躍變。這一瞬間即接通瞬間可以通過(guò)線圈加載無(wú)限高頻率(f— oo)的交流電得到說(shuō)明。模擬線圈的交流電阻取決于其電感。因?yàn)樵陔姌胁迦胍粋€(gè)線圈內(nèi) 的情況下該線圈的電感提高，所以模擬線圈的交流電阻在取決于電樞 位置的情況下變化。依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)測(cè)量放大器測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈上的電壓分布。如果
現(xiàn)在線圈突然加載跳躍式上升的電壓并且電樞不處于兩個(gè)線圈的中心，那么在兩個(gè)線圈上形成兩種不同的電壓分布。這些電壓分布在減法器中彼此相減，從中得出具有與電樞位置相應(yīng)最大值的曲線。該第三電壓分布被繼續(xù)傳送到識(shí)別最大值的邏輯單元。根據(jù)最大值可以由 邏輯單元例如通過(guò)與特性曲線族的比較而確定電樞位置。通過(guò)兩個(gè)電壓分布的差值的形成還排除了作用于兩個(gè)線圈的干擾 影響。在具有僅一個(gè)線圈的公知促動(dòng)器中，例如電磁干擾可以影響線圈上的電壓分布并因此影響位置的確定。在一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式 中使用兩個(gè)相同的線圈，從而產(chǎn)生一種電磁對(duì)稱的促動(dòng)器。由此干擾 始終以相同的方式作用于兩個(gè)線圈。因?yàn)閮蓚€(gè)線圈的兩個(gè)電壓分布彼 此相減，所以這些干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。此外，溫度的影響也通 過(guò)依據(jù)本發(fā)明的解決方案得以消除。通過(guò)給線圈加載電壓躍變，交流 電阻的歐姆部分與交流電阻的取決于頻率的部分相比非常小。因此， 電壓分布在加載的時(shí)間點(diǎn)上主要取決于交流電阻的與頻率有關(guān)的部 分，該部分取決于電樞的位置，但不取決于環(huán)境溫度。


為了對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行做進(jìn)一步說(shuō)明而附加了附圖。其中圖1示出一個(gè)促動(dòng)器的原理圖；圖2示出一個(gè)具有永磁電樞的促動(dòng)器的原理圖；圖3示出一個(gè)LCR振蕩電路的原理圖；圖4示出在兩個(gè)線圈上測(cè)得的電壓分布；以及圖5示出從兩個(gè)線圈中計(jì)算出的電壓分布。
具體實(shí)施方式
圖1示出一個(gè)電磁促動(dòng)器，其由兩個(gè)線圈1、2和一個(gè)電樞3組成。 電樞3可移動(dòng)地支承在兩個(gè)線圈1、 2之間。第一線圈l的輸入端與電 源6的第一極5連接。第一線圈1的輸出端7可以通過(guò)第一開(kāi)關(guān)8與 電源6的第二極9或者通過(guò)第三開(kāi)關(guān)10與第二線圈2的輸入端11連 接。第二線圈2的輸入端11可以通過(guò)第二開(kāi)關(guān)12與電源6的第一極5 或者通過(guò)第三開(kāi)關(guān)10與第一線圈1的輸出端7連接。三個(gè)開(kāi)關(guān)8、 10、 12形成促動(dòng)器的功率電子組件。第二線圈2的輸出端13也可與電源6 的第二極9連接。與第一線圈1的輸入和輸出端4、 7以及第二線圈2 的輸入和輸出端ll、 13各自連接一個(gè)測(cè)量放大器14、 15。測(cè)量放大器 14、 15與減法器16連接，該形成器再與一個(gè)也傳輸數(shù)據(jù)的邏輯單元 17連接。邏輯單元17控制三個(gè)開(kāi)關(guān)8、 10、 12。三個(gè)開(kāi)關(guān)8、 10、 12 在此方面可這樣控制，使得電樞3移動(dòng)，或者兩個(gè)線圈l、 2加載電壓 躍變。如果現(xiàn)在由邏輯單元'17這樣控制第一和第二開(kāi)關(guān)8、 12，使它 們打開(kāi)并同時(shí)使第三開(kāi)關(guān)10閉合，那么兩個(gè)線圈l、 2加載電壓躍變。 在接通瞬間可以從兩個(gè)線圈1、 2上的電壓分布中確定電樞3的位置。 通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的設(shè)置可以識(shí)別執(zhí)行元件的位置而無(wú)需使用額外的傳 感器。由此可以節(jié)省成本和結(jié)構(gòu)空間。圖2示出電磁促動(dòng)器的另一構(gòu)成，其由兩個(gè)線圈1、 2和一個(gè)電樞 3組成。其中涉及的是永磁電樞。為此兩個(gè)線圈1、 2反向繞組，第一 線圈1的繞組方向因此與第二線圈2的繞組方向相反。第一線圈1的 輸入端4可以通過(guò)第一開(kāi)關(guān)8與電源6的第一極5或者通過(guò)第二開(kāi)關(guān) 12與電源6的第二極9連接。第一線圈1的輸出端7與第二線圈2的 輸入端11連接。第二線圈2的輸出端13可以通過(guò)第三開(kāi)關(guān)10與電源 6的第一極5或者通過(guò)第四開(kāi)關(guān)18與電源6的第二極9連接。與第一 線圈1的輸入和輸出端4、 7以及第二線圈2的輸入和輸出端11、 13 各自連接一個(gè)測(cè)量放大器14、 15。測(cè)量放大器14、 15此外與減法器 16連接。減法器16向邏輯單元17傳送數(shù)據(jù)。邏輯單元17控制形成促 動(dòng)器功率電子組件的四個(gè)開(kāi)關(guān)8、 10、 12、 18。通過(guò)功率電子組件的控 制可以移動(dòng)電樞3并同時(shí)測(cè)量其位置。因此通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的設(shè)置可 以識(shí)別執(zhí)行元件的位置，而無(wú)需為此使用額外的傳感器。此外在開(kāi)關(guān) 過(guò)程期間也可以進(jìn)行位置測(cè)量。由此可以節(jié)省成本和結(jié)構(gòu)空間并也節(jié) 省了時(shí)間。電壓躍變?cè)谠搶?shí)施方式中通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)電路接通?；蛘唛]
合第一和第四開(kāi)關(guān)8、 18、或者閉合第二和第三開(kāi)關(guān)12、 10。在第一 種情況下，第一線圈1的輸入端4與電源6的第一極5連接，并且第 二線圈2的輸出端13與電源6的第二極9連接。在第二種情況下，第 一線圈1的輸入端4與電源6的第二極9連接，并且第二線圈2的輸 出端13與電源6的第一極5連接。因?yàn)閮蓚€(gè)線圈l、 2直接相互連接， 所以在這兩種情況下均產(chǎn)生電壓躍變。在一種具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成中，電 樞3為移動(dòng)而被加載脈寬調(diào)制信號(hào)。因?yàn)樵谶@樣一個(gè)信號(hào)情況下一再 地接通和斷開(kāi)電壓，所以線圈l、 2—再地加載電壓躍變。因此在電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)換的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上均可以確定電樞3的位置。圖3示出一種公知的LCR振蕩電路27的結(jié)構(gòu)，利用其可以說(shuō)明 接通交流電壓時(shí)的線圈1、 2。振蕩電路的輸入端相當(dāng)于線圈的輸入端 4、 11。振蕩電路的輸出端相當(dāng)于兩個(gè)線圈的輸出端7、 13。振蕩電路 具有兩個(gè)線路。第一線路通過(guò)模擬線圈19和第一歐姆電阻20得到描 述并形成第一交流電阻31。第二線路通過(guò)電容21和第二歐姆電阻22 得到描述并形成第二交流電阻32。圖4示出由測(cè)量放大器14、 15在兩個(gè)線圈1、 2上測(cè)量的電壓分 布。第一時(shí)間點(diǎn)28描述的是在兩個(gè)線圈1、 2上接通電壓躍變的接通 時(shí)間點(diǎn)。這一點(diǎn)依據(jù)模擬通過(guò)接通無(wú)限高頻率(f—oc)的交流電壓予 以說(shuō)明。由此線圈l、 2上的電壓分布取決于各自的交流電阻31、 32。 直至第二時(shí)間點(diǎn)29 (例如5 ms)，第一電壓分布23特征線上升到最大 值，并且第二電壓分布下降到最小值。在第一時(shí)間點(diǎn)28之前的分布基 于寄生電容22的影響。寄生電容22原則上由于繞組單個(gè)匝之間的交 替作用產(chǎn)生。電容的交流電阻在f—W寸趨向于零。電容充電期間其電 阻上升。從第二時(shí)間點(diǎn)29起振蕩過(guò)程開(kāi)始，并且電流通過(guò)模擬線圈19 一直流動(dòng)到第三時(shí)間點(diǎn)30 (例如50ms)。交流電阻31取決于模擬線 圈19的電感，后者也取決于電樞3的位置。在此方面，電樞3插入線 圈之內(nèi)越遠(yuǎn)，電感越高。在第三時(shí)間點(diǎn)30上振蕩過(guò)程結(jié)束。并且電壓 分布23、 24仍然只通過(guò)兩個(gè)線圈1、 2的兩個(gè)歐姆電阻20確定。振蕩
過(guò)程結(jié)束時(shí)，直流電狀態(tài)重占上風(fēng)。兩個(gè)線圈l、 2的直流電阻以具有優(yōu)點(diǎn)的方式同樣大小，由此兩個(gè)電壓分布23、 24之間不再存在差別。 在圖4中，第一電壓分布23示出了例如在電樞插入第一線圈1內(nèi)時(shí)該 線圈的電壓分布。第二電壓分布表示第二線圈2上的電壓分布。現(xiàn)在，在減法器16內(nèi)將兩個(gè)測(cè)得的分布23、 24彼此相減。由此 生成與圖5相應(yīng)的第三電壓分布25。在邏輯單元17內(nèi)例如通過(guò)與寄存 在那里的特性曲線的比較可以從第三電壓波形25的最大值26中確定 電樞位置。
附圖標(biāo)記1 線圈2 線圈3 電樞4 第一線圈的輸入端5 電源的第一極6 電源7 第一極的輸出端8 第一開(kāi)關(guān)9 電源的第二極 10第三開(kāi)關(guān)11第二線圈的輸入端12第二開(kāi)關(guān)13第二線圈的輸出端14第一測(cè)量放大器15第二測(cè)量放大器16減法器17邏輯單元18第四開(kāi)關(guān)19模擬線圈20電阻21 電容22電阻23第一電壓分布 24第二電壓分布 25第三電壓分布 26最大值27 LCR振蕩電路 28第一時(shí)間點(diǎn) 29第二時(shí)間點(diǎn)30第三時(shí)間點(diǎn) 31第一交流電阻 32第二交流電阻
權(quán)利要求
1.電磁促動(dòng)器，具有至少一個(gè)電樞(3)、兩個(gè)線圈(1、2)以及一個(gè)控制-或功率電子組件，其中，電樞(3)可移動(dòng)地支承在線圈(1、2)之間，其特征在于，第一線圈(1)的輸入和輸出端(4、7)以及第二線圈的輸入和輸出端(11、13)分別與測(cè)量放大器(14、15)連接，該測(cè)量放大器(14、15)與減法器(16)連接，該減法器(16)與邏輯單元(17)連接，該邏輯單元(17)與所述功率電子組件連接。
2. 按權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器，其中，功率電子組件包括至少3 或者4個(gè)開(kāi)關(guān)(8、 10、 12、 18)。
3. 按前述權(quán)利要求之一所述的促動(dòng)器，其中，邏輯單元(17)由 /x控制器或者M(jìn)處理器組成。
4. 按前述權(quán)利要求之一所述的促動(dòng)器，其中，第一線圈(1)的 輸入端(4)與電源(6)的第一極(5)連接，第一線圈(1)的輸出 端(7)可通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(8)與電源(6)的第二極(9)并且/或者通 過(guò)第三開(kāi)關(guān)(12)與第二線圈(2)的輸入端(11)連接，第二線圈(2) 的輸入端(11)可通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(12)與電源(6)的第一極(5)并 且或者通過(guò)第三開(kāi)關(guān)(10)與第一線圈(1)連接，并且第二線圈(2) 的輸出端(13)與電源(6)的第二極(9)連接。
5. 按權(quán)利要求l-3之一所述的促動(dòng)器，其中，第一線圈(1)的 輸入端(4)可通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(8)與電源(6)的第一極(5)并且/或 者通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(12)與電源(6)的第二極(9)連接，第一線圈(1) 的輸出端(7)與第二線圈(2)的輸入端(11)連接并且第二線圈(2) 的輸出端(13)可通過(guò)第三開(kāi)關(guān)(10)與電源(6)的第一極(5)并 且/或者通過(guò)第四開(kāi)關(guān)(18)與電源(6)的第二極(9)連接。
6. 按權(quán)利要求5所述的促動(dòng)器，其中，線圈(1、 2)之一的繞組 順時(shí)針?lè)较驑?gòu)成并且各另外的線圈(2、 1)的繞組逆時(shí)針?lè)较驑?gòu)成。
7. 按權(quán)利要求5或6所述的促動(dòng)器，其中，永磁電樞(3)可移 動(dòng)地支承在第一與第二線圈(1、 2)之間。
8. 按前述權(quán)利要求之一所述的促動(dòng)器，其中，使用兩個(gè)相同的線圈。
9. 用于控制按前述權(quán)利要求至少之一所述促動(dòng)器的方法，其特征 在于，兩個(gè)線圈(1、 2)突然被加載跳躍式上升的電壓，測(cè)量放大器(14、 15)測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈(1、 2)上在時(shí)間上的電壓分布(23、 24), 并且測(cè)量值被進(jìn)一步傳送到減法器(16)，其從中計(jì)算出第三電壓分 布(25)，第三電壓分布(25)在邏輯單元(17)內(nèi)得到估量。
10. 按權(quán)利要求9所述的方法，其中， -邏輯單元(17)控制功率電子組件，并且，-通過(guò)功率電子組件，兩個(gè)線圈(1、 2)被跳躍式加載電壓，并且 -測(cè)量放大器(14、 15)測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈(1、 2)上經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的 電壓分布(23、 24)并且測(cè)量信號(hào)(23、 24)被進(jìn)一步傳送到減法器 (16)，并且，-減法器(16)將兩個(gè)電壓波形(23、 24)彼此相減并從差值中計(jì) 算出第三電壓分布(25)，并且-邏輯單元(16)根據(jù)第三電壓分布(25)的最大值(26)的高度 而確定電樞(3)的位置。
11. 按權(quán)利要求IO所述的方法，其中，邏輯單元(17)這樣控制 功率電子組件，使第一和第二開(kāi)關(guān)(8、 12)打開(kāi)并且第三開(kāi)關(guān)(10) 閉合，由此使得兩個(gè)線圈(1、 2)串聯(lián)并使得第一線圈(1)的輸入端(4)與電源(6)的第一極(5)連接并且第二線圈(2)的輸出端(13)與電源(6)的第二極(9)連接，因此兩個(gè)線圈(1、 2)被突然加載 跳躍式上升的電壓。
12. 按權(quán)利要求IO所述的方法，其中，邏輯單元(16)按照下述 內(nèi)容控制第一和第四開(kāi)關(guān)(S、 18)，即讓兩個(gè)開(kāi)關(guān)(8、 18)都閉合 并因此使第一線圈(1)的輸入端(4)與電源(6)的第一極(5)連 接并且第二線圈(2)的輸出端(7)與電源(6)的第二極(9)連接。
13. 按權(quán)利要求IO所述的方法，其中，邏輯單元(16)按照下述 內(nèi)容控制第二和第三開(kāi)關(guān)(12、 10)，即讓兩個(gè)開(kāi)關(guān)(12、 10)都閉 合并因此使第一線圈(1)的輸入端(4)與電源(6)的第二極(9) 連接并且第二線圈(2)的輸出端(13)與電源(6)的第一極(5)連 接。
14. 按權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，電樞(3)被由邏輯 單元(16)通過(guò)功率電子組件加載脈寬調(diào)制信號(hào)。
15. 按權(quán)利要求1至7之一所述的促動(dòng)器在汽車變速器上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁促動(dòng)器以及一種用于控制該促動(dòng)器的方法，該促動(dòng)器至少由一個(gè)電樞(3)、兩個(gè)線圈(1、2)組成。在跳躍式上升的繞流期間，兩個(gè)線圈(1、2)上的電壓分布得到測(cè)量。利用減法器(16)從這些測(cè)量數(shù)據(jù)中計(jì)算出第三電壓分布(25)，邏輯單元(17)由此在不使用附加傳感器的情況下確定電樞(3)的位置。
文檔編號(hào)H01F7/18GK101164125SQ200680013026
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者卡伊·海因里希, 賴納·凱勒, 邁克爾·潘特克 申請(qǐng)人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司