CN102246113B

CN102246113B - 操作驱动器的设备及方法

Info

Publication number: CN102246113B
Application number: CN200980149290.3A
Authority: CN
Inventors: 凯·哈克; 扬·埃里克·伯特伦
Original assignee: Grohe AG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: US8800882B2; US20110233291A1; CN102246113A; EP2374047A1; WO2010075926A1; EP2374047B1; DE102008060672A1

Abstract

本发明涉及一种操作具有机械换向电机(110)的驱动器(100)的装置和方法，其中所述驱动器(100)的旋转位置根据所述电机(110)的电机电流纹波通过电路(300)来确定，其中至少一个校正值(K)被确定用于所述电机(110)的误差特性，将所述驱动器(100)移动到参考位置(s0)，该参考位置(s0)能够通过位置传感器(120)来检测，其中将所述驱动器(100)从参考位置(s0)开始移动到距所述参考位置(s0)不同距离的多个位置(XR0...XR5、XL0...XL5、X0...Xn)处，并且至少一个位置偏差(ΔXL0、EL1...EL5、ΔXR0、ER1...ER5)由所述电路(300)来确定，以及其中校正值(K)根据已被确定的位置偏差(ΔXL0、EL1...EL5、ΔXR0、ER1...ER5)来确定，并被存储。

Description

操作驱动器的设备及方法

本发明涉及一种操作驱动器的设备及方法，尤其是涉及用于冷热水混合阀的驱动器。

从DE 35 27 906 A1可知一种使用周期电流波动估算来对车辆座椅进行定位的电路装置。从DE 10 2005 037 471 A1、DE 197 29 238 C1和DE 102005 018 526 A1可知一种用于对机动车上可移动窗口进行定位或对其转速进行测量的方法。

从DE 10 2006 033 352 A1可知一种隐藏式卫生设备，其具有基座主体和电操作混合设备。从DE 600 06 928 T2可知一种用于输送和混合水的设备，其中输送主要由传感器装置自动控制，该传感器装置显示用户的存在。从EP 1 605 327 A2可知一种卫生恒温阀，其在外壳中具有用于将混合水设置到期望温度的恒温元件。该恒温元件通过电动线性致动器起作用，该致动器包括具有多个定子绕组和转子的步进电机。

本发明的目的在于最大可能地改进操作驱动器的方法。

该目的通过具有独立权利要求1的技术特征的方法来实现。有利的进一步改进是从属权利要求所保护的主题并且被包括在本说明书中。

相应地，提供了一种操作具有机械换向电机的驱动器的方法。一般来说，机械换向电机具有旋转地固定布置的两个电刷、并具有随着电机的转动而移动并电接触电刷的换向器片。

驱动器的旋转位置根据电机的电机电流纹波由电路来确定。该电流纹波也被称作纹波电流。对电流纹波的波进行计数也被称作纹波计数。

至少一个校正值被确定用于电机的误差特性。校正值为电机特定的并且可能依赖于附加的物理量。

为了确定该校正值，首先将驱动器移动到能够由位置传感器检测的参考位置。为此，优选的是电路驱动电机。优选地，电机以这样的方式控制，即参考位置由位置传感器的一个或多个信号来探测。

为了确定该校正值，将驱动器从参考位置开始移动到距参考位置不同距离的多个位置。优选地，到不同距离的位置的移动按顺序执行。

在移动到距参考位置不同距离的位置之后，至少一个位置偏差由电路来确定。文中的位置偏差为驱动器的实际驱动位置和由电流纹波估算所确定的位置之间的差值，其中实际驱动位置可以在参考位置处确定。

校正值通过已被确定的位置偏差来确定，尤其通过计算得到，并该校正值被存储在存储器中。优选地，校正值用于校正由纹波确定的位置。在经过由位置传感器检测到的参考位置的情况下，由纹波确定的位置优选被标准化、并为此有利地将该位置设置为预定的位置值。

本发明的目的还在于：详细说明被最大可能地改进的设备。

该目的通过具有独立权利要求8的技术特征的设备来实现。有利的改进是从属权利要求所保护的主题并包括在本说明书中。

从而，提供了一种具有驱动器的设备，该驱动器具有机械换向电机。与电子换向电机(例如同步电机)形成对照，在机械换向情况下，换向通过如下方式完成：在电机的换向器片上滑动的电刷，与换向器片组合构成机械驱动开关。

该设备具有电路，其有利地为可编程的，以控制电机。为了控制电机，将该电路连接到电机，例如经由电缆。为了控制，该电路优选地具有电源开关，例如继电器或半导体开关，例如用以接通电机电流。为了产生用于控制的控制信号，该电路优选地具有计算单元，例如微控制器。

该电路被设计为根据通过电机的电机电流的纹波来确定驱动器的旋转位置。为此，该电路具有测量装置，尤其是分流电阻器和模数转换器。为了确定旋转位置，根据位移方向，一定量的所探测的纹波的波优选地被增加到当前旋转位置或从当前旋转位置减去。电路优选地被设计为将电机电流纹波的计数波增加到当前位置值或从当前位置值中减去电机电流纹波的计数波。在该设计中，波计数代表旋转位置步进(渐进)增加或减少一固定(角度)值。

另外，驱动器具有连接到电路的位置传感器。位置传感器被设计来检测至少一个独立于电机电流的纹波的驱动位置。位置传感器也可以称作位移(测量)传感器。传送器与该位置传感器相关联。

该电路被设计来通过控制电机将驱动器移动到能够由位置传感器检测的参考位置。这也可以称作参考行程或定基准。利用参考行程，对通过估算纹波的波所确定的位置相对于参考位置进行标准化，例如该位置被设置为位置值“零”。

该电路被设计为将驱动器从参考位置开始移动到距参考位置不同距离的多个位置。该电路被设计为根据移动到距参考位置不同距离的位置来确定至少一个位置偏差。优选地，然后移回到参考位置。

该电路具有存储器。该电路被设计为根据所确定的位置偏差来确定(尤其是计算)至少一个用于电机误差特性的校正值，尤其通过计算单元。该校正值被存储在存储器中，优选以非易失方式。

以下所描述的改进涉及设备及其方法。这里的方法特征来自于设备的电路功能。设备的功能可以通过方法特征来推导出。

根据一个有利的改进，将驱动器从参考位置开始沿两个位移方向移动，以确定至少两个校正值。为此，提供了距参考位置不同距离的多个位置，优选地在参考位置的两侧。例如距参考位置不同距离的位置关于参考位置成镜像布置。

在一个特别有利的变型实施例中，电机由电路根据电机电流纹波的预定数量的波来驱动，以将驱动器移动到距参考位置一定距离的多个位置。一旦到达预定数量的波，电机优选停止并重启以移动到下一位置。一旦到达最后的预定位置，将驱动器移回到参考位置并由位置传感器确定总偏差。

根据一个有利的改进，几个距参考位置一定距离的位置彼此之间的距离相等。有利地，在第一位移方向上距参考位置一定距离的位置以第一固定间距布置，例如10个波。有利地，在第二位移方向上距参考位置一定距离的位置以第二固定间距布置，例如20个波。

优选地，电机在距参考位置一定距离的每一位置处停止并随后重启。

校正值优选地被计算出。在一个特别有利的实施例中，校正值通过平均位置偏差来获得。有利地，总偏差除以位置的数目。在该设计中，优选的是一个校正值被计算而用于彼此相互独立的每一位移方向。

优选地，该方法用于控制冷热水混合阀。根据优选实施例，冷热水混合阀的恒温器通过驱动器的电机来定位。优选地，混合水温度根据所确定的旋转位置来控制。

在一个有利的改进中，设备具有冷热水混合阀，该混合阀具有对混合水温度进行的恒温调节的功能。在该设计中，混合阀具有恒温器，该恒温器被或者可以被机械耦合到驱动器。这里的电路被设计为根据所确定的旋转位置来控制混合水温度。

根据一个特别优选的改进，传送器和位置传感器被设计来产生预定混合水温度的信号特征。优选地，传送器和位置传感器对于由校准所确定的恰好一个混合水温度产生恰好一个特征信号。

在一个有利的实施例中，将位置传感器设计为开关。该开关为双掷开关，例如常开开关或常闭开关。这里瞬时开关也可以理解为一个开关。优选地，传送器被设计为凸轮元件，该凸轮元件尤其在驱动器的输出侧移动。例如，凸轮元件为凸轮轴、凸轮盘或凸轮环。凸轮元件的凸轮被定位以驱动开关。可替代地，传送器有利地为磁铁，位置传感器为霍尔传感器。可替代地，位置传感器有利地为光学传感器，传送器为光盘(穿孔盘、带槽圆盘)。

根据一个有利的改进，驱动器和恒温器以可拆卸的方式进行机械耦合。优选地，混合阀具有用于机械耦合的耦合器。优选地，在驱动器和恒温器进行机械耦合之前，传送器通过驱动器在一个参考行程中移动到相对于位置传感器的参考位置。优选地，在该过程中，校正值随后立即被确定，并且驱动器移回到参考位置。而且，恒温器可以移动到预定混合水温度的位置。例如，混合水温度被测量并且恒温器的位置被手动移动，直到达到期望的混合水温度。这达到的结果是；在机械耦合之后恒温器的位置与传送器的参考位置相关联。

前述变型改进单独采用或组合采用都特别有利。在这点上，所有变型改进可以相互组合。一些可行的组合在典型实施例的描述中加以解释。然而，变型改进的组合的这些可行性并不是限制性的。

以下参考附图通过典型实施例详细解释本发明。

图1示出了驱动器和电路的示意图；

图2示出了方法的示意性时序图；

图3示出了原理图。

在图1中，示出了混合阀的驱动器100和电路300的示意图。驱动器100具有机械换向电机110，其通过传送外壳180中的传送装置作用于耦合器190。具有凸轮131和132的凸轮环130以旋转固定的方式连接到该耦合器上。凸轮环130的凸轮131、132通过传送元件140驱动开关120。在该设计中，开关120的推杆通过如下的方式致动：当经过弹性安装的隆起141时，凸轮环130的凸轮131、132沿轴向将传送元件的弹性安装的隆起141朝开关120挤压。开关120可以被设计为换向开关，例如常闭开关或常开开关。

凸轮环130具有窄凸轮131和宽凸轮132。凸轮131、132都具有适当的侧翼，侧翼与传送元件140的弹性安装的隆起141协同工作。传送元件140以旋转固定的方式连接到传送外壳180，从而相对于开关120固定在适当的位置。相反地，凸轮环130同输出侧一起旋转，使得凸轮131、132在径向上相对于传送元件140的隆起141产生位移。凸轮环130还具有带有外齿的轴，使得凸轮环130以旋转固定方式连接到耦合器190。

图1还示意性地示出了电路300，其通过电缆310连接到驱动器100的电机110。电路300被设计来控制电机110。为此，电路300具有电源开关360，例如继电器或半导体开关，使得电机110可以通过电缆310来供电。电路300具有测控装置350，例如微控制器，通过其控制电源开关360。

电路300还被设计来根据电机电流纹波来确定驱动器100的旋转位置。为此，电路300具有与电机110连接的分流器340，该分流器被连接到测控装置350的测量输入端。电路300被设计来通过已被确定的旋转位置来控制混合水温度。例如，提供一个输入设备(未示出)，通过该输入设备，混合水温度(例如35℃)能够被输入到测控装置350。例如，出于该目的而提供按钮或旋转控制器(未示出)。在该设计中，通过测控装置350将选定的混合水温度与旋转位置相关联。通过电源开关360为电机110提供电流，以沿所关联的旋转位置的方向作旋转运动。

在电机110作旋转运动期间，通过电机110的电机电流纹波被用于确定当前位置。在该过程中，每一个波均与旋转角相关联，该旋转角为电机110的换向器片数量的函数。在该过程中，当前位置值可以通过增加或减少电机电流纹波的计数波来确定。一旦到达与期望混合水温度相关联的旋转位置，测控装置350就将电机110停止，这是因为测控装置350相应地控制电源开关360。

在驱动器100经由耦合器190耦合到混合器的混合机构之前，凸轮环130优选自动移动到正常位置，凸轮131在正常位置驱动开关120。正常位置在文中也可以称作参考位置，这是由于该位置处所确定的位置值对应于实际位置。当开关120被驱动以确定偏差时，所确定位置值和参考位置之间的差被估算或被抹掉。在该过程中，根据凸轮的不同宽度可以将凸轮131与凸轮132区分开。为此，测控装置350基于开关130的驱动持续时间或纹波的波计数数量来控制凸轮通道并确定凸轮131、132的宽度。为此电路300通过电缆320连接到开关120。例如，在驱动开关120期间，将开关120的驱动持续时间或纹波的波计数数量与阈值相比较。随后，测控装置350将驱动器100移动到窄凸轮131的旋转位置(作为参考位置)。

现在通过将恒温器的位置设置为用于所关联的混合温度(例如38℃)来调节混合机构，通过测量混合温度来设置该位置。当凸轮再次经过该旋转位置时，其通过驱动开关120产生特征持续时间的开关脉冲，该开关脉冲与相应的混合温度相关联。

根据纹波确定的旋转位置的当前位置值通常存在误差，从而偏离实际旋转位置。这里的误差例如可能由于波产生两次或不产生而导致。另一个误差来源在电机110的起动和停止期间产生，在起动和停止期间许多纹波的波没有被计数。因而误差通常随位移数量而增加。

图1中的电路300被设计并被配置成：使用开关120的特征信号将根据电机电流纹波所确定的旋转位置与预定混合水温度相关联。一旦根据开关120的驱动探测到凸轮131，则获知实际旋转位置，使得当前位置值可以与实际旋转位置相关联。例如，当前位置值被永久存储的预定值覆盖。这也可以称作标准化。

当更宽的凸轮132经过开关120时，其同样产生开关120的特征信号，该信号导致限制了驱动距离。为此，测控装置350基于开关120的驱动持续时间来探测宽凸轮132的通过，并在该信号的作用下将电机110停止，该信号的特征是用于限制驱动距离。这获得以下优势，即混合阀的机构不需要被移动到机械限位(停止位)，而移动到机械限位会导致损坏机械换向电机110或传送装置。

图2示出了一种方法的时序图的典型实施例。在步骤1中，使用位置传感器信号确定参考位置s0。在步骤2中，将驱动器移动到位置X0，例如具有位置值100。在步骤3中，将驱动器移回到位置s0。在返回行程期间，电机电流纹波的波被计数。由于在位置X0处停止和后来沿反方向移位的起动而产生误差。因而，返回到参考位置s0的行程期间所计数的波数量偏离100。该差额被存储为偏差ΔX0。

在步骤4中，将驱动器再次移动到位置x0。

到方法的步骤5为止，已经在从位置X0到位置Xn的相同位移方向上将驱动器连续地移动n次。对于这些位移的每一个，机械换向电机110起动然后停止。在图2的典型实施例中，第n次位移的结束位置为：

Xn＝Xo+n*20 (1)

在步骤6中，驱动器从位置Xn移回到参考位置s0，而中间没有停歇。在该过程中，机械换向电机110纹波的波被计数。从所计数的波数量中减去位置Xn的位置值，从而获得总偏差ΔXn。从总偏差ΔXn中减去位置X0的偏差ΔX0，然后将该差额除以计数n。通过这种方式，校正值K计算如下：

K＝(ΔXn-ΔXo)/n (2)

校正值K为n次位移偏差的平均值。校正值K被存储，并且在正常操作中根据需要从存储器中读取该校正值K。例如当起动电机110时，校正值K作为补偿被增加到当前位置。

图3在一条线上示出了根据纹波所确定的位置值的示意图。例如，如果开关120被设计为常开开关，由开关产生信号SW120。在位移R方向上右旋期间，开关120产生处于位置值-20的开关边缘。在位移L方向上左旋期间，开关120产生处于位置值20的开关边缘。具有位置值0的参考位置s0被定义为开关边缘的两个位置值-20和20之间的中间位置。

在该方法中，电机误差特征的校正值将被确定。在上下文中，误差特征表示在电机停止和起动期间发生的在位置确定过程中产生的误差。在该过程中，右旋的校正值在位移R方向上确定、左旋的校正值在位移L方向上确定。首先，将驱动器移动到能够通过位置传感器120检测到的参考位置s0。此时，停止在参考位置s0处不是必要的，从而将驱动器100从任意负位置值开始移动到参考位置s0且向前移动到例如具有位置值100的位置XR0。

在从位置XR0回到参考位置s0的期间，许多纹波的波被计数。在来回往复到位置XR1期间，由于在位置XR1处停止和起动而产生偏差ΔXR0。

其后，从参考位置s0开始，将驱动器100再次移动到位置XR0，然后将驱动器100移动到距参考位置s0不同距离(120，140，160，180，200)的多个位置XR1、XR2、XR3、XR4、XR5。图3的典型实施例中等式(2)中的数量n为5。在每一位置XR1、XR2、XR3、XR4、XR5处，电机110停止。在该过程中，由于停止和起动，在位置XR0、XR1、XR2、XR3、XR4、XR5之间的每一情况下都产生偏差ER1、ER2、ER3、ER4、ER5。

在从位置XR5回到参考位置s0期间，许多电机电流纹波的波被计数。计数得到的波的数量相对于s0、XR0、XR1、XR2、XR3、XR4和XR5之间受控行程的总和存在偏差，因而不同于位置值200。

为了确定位置偏差，将从位置XR0返回到参考位置s0的波的数量从计数波数量中减去。此外，将位置XR0和位置XR5之间的位置差100从计数波数量中减去。剩余的位置偏差总和为ER1+ER2+ER3+ER4+ER5。

位移R方向上的右旋校正值根据位置偏差来确定，位置偏差已通过位置偏差总和ER1+ER2+ER3+ER4+ER5除以起动和停止的位移数量(在图3的典型实施例中，对应于五次位移，n＝5)来确定，以获得作为位移校正值的偏差平均值。该右旋计算校正值被存储在测控装置350的存储器中。在右旋位移R方向上的随后位移期间，起动处的当前位置通过增加或减去作为补偿值的校正值来修正。

位移L方向上的左旋附加校正值也相应地被确定。相应地，首先(将驱动器100)移动到具有位置值-100的驱动位置XL0，然后回到参考位置，从而确定了偏差ΔXL0。随后，按顺序移动到彼此等距离的位置XL1、XL2、XL3、XL4、XL5，在每一情况下都有一次停止和一次起动。在该过程期间，偏差EL1、EL2、EL3、EL4和EL5由于停止和起动而产生。通过用这些偏差总和EL1+EL2+EL3+EL4+EL5除以其总数量5，计算出偏差的平均值，作为左旋校正值。该左旋计算校正值被存储在测控装置350的存储器中。在左旋位移L方向上的随后位移期间，起动处的当前位置通过增加或减去作为补偿值的校正值来修正。

本发明不限于根据图1到图3的实施例的各种变体。例如，可能使用不同的传送器，例如磁(磁化或导磁)盘和磁传感器(霍尔传感器、电感式接近开关)。也可提供等位移长度的不同数量位移。同样可提供多个参考位置，其中通过测量两个参考位置之间的误差来确定校正值。在这种情况下，确定单个位置偏差也已足够。传送器也可以被设计为步进传送器，至少超过位移路径的一部分。

附图标记：

100 驱动器

110 电机

120 开关

130 凸轮环

131、132 凸轮

140 传送元件

141 隆起

180 传送外壳

190 耦合器

300 电路

310、320 电缆

340 分流器

350 测控装置

360 电源开关

L、R 位移方向

n 数量

s 旋转位置

s0 参考位置

X0、Xn、XR0、XR1、XR2、XR3、XR4、

XR5、XL1、XL2、XL3、XL4、XL5 位置

ΔXn、ΔX0、ΔXR0、ΔXL0、ER1、ER2、ER3、

ER4、ER5、EL1、EL2、EL3、EL4、EL5 偏差，误差

SW120 开关信号。

Claims

1.一种操作带有机械换向电机(110)的驱动器(100)的方法，

-其中所述驱动器(100)的旋转位置(s)根据所述电机(110)的电机电流纹波通过电路(300)来确定，

-其中至少一个校正值(K)被确定用于所述电机(110)的误差特征，

-将所述驱动器(100)移动到参考位置(s0)，该参考位置(s0)能够通过位置传感器(120)来检测，

-将所述驱动器(100)从参考位置(s0)开始移动到距所述参考位置(s0)不同距离的多个位置(XR0…XR5、XL0…XL5、X0…Xn)处，其中所述电机(110)由所述电路(300)根据多个电机电流纹波的波来驱动，并且至少一个位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)由所述电路(300)通过计算在回到所述参考位置(s0)期间所述电机电流的纹波的波的数量来确定，其中所述位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)被确定为返回到所述参考位置(s0)的波的数量与位置值的差值，以及

-所述校正值(K)根据已被确定的位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)来确定，并被存储。

2.根据权利要求1所述的方法，

-其中，将所述驱动器(100)从所述参考位置(s0)开始沿两个位移(L、R)方向移动，以确定至少两个校正值(K)。

3.根据权利要求1所述的方法，

-其中，将距所述参考位置(s0)不同距离的几个位置(XR0…XR5、XL0…XL5、X0…Xn)设置成彼此之间间隔恒定的距离。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

-其中，在距所述参考位置(s0)不同距离的位置(XR0…XR5、XL0…XL5、X0…Xn)中每一个处，所述电机(110)均由所述电路(300)停止，以确定校正值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，

-其中，校正值(K)通过将位置偏差(ER1…ER5、EL1…EL5)平均而计算得出。

6.使用根据权利要求1至5中任一项所述的方法控制恒温调节混合阀的混合水温度的应用，

-其中，用于冷热水混合阀的恒温器(200)通过所述驱动器(100)的所述电机(110)来定位，

-其中所述混合水温度根据已被确定的旋转位置来控制。

7.一种设备，

-具有驱动器(100)，其具有机械换向电机(110)，

-具有电路(300)，其用于控制所述电机(110)，

-其中，所述电路(300)被设计来根据电机电流的纹波来确定所述驱动器(100)的旋转位置，

-其中，所述驱动器(100)具有连接到所述电路(300)的位置传感器(120)，并且其中所述电路(300)被设计为通过控制所述电机(110)将所述驱动器(100)移动到参考位置(s0)，该参考位置(s0)能够通过所述位置传感器(120)来检测，

-其中，所述电机(110)由所述电路(300)根据多个电机电流纹波的波来驱动，以将所述驱动器(100)移动到距所述参考位置(s0)不同距离的多个位置(XR0…XR5、XL0…XL5、X0…Xn)处，

-其中，所述电路(300)被设计来将所述驱动器(100)从所述参考位置(s0)开始移动到距所述参考位置(s0)不同距离的多个位置(XR0…XR5、XL0…XL5、X0…Xn)处，

-并且计算在回到所述参考位置(s0)期间所述电机电流的纹波的波的数量以确定至少一个位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)，其中所述位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)被确定为返回到所述参考位置(s0)的波的数量与位置值的差值

-其中，所述电路(300)具有存储器并被设计来根据所确定的位置偏差(ΔXL0、EL1…EL5、ΔXR0、ER1…ER5)来确定至少一个用于所述电机(110)的误差特征的校正值(K)，并且将该校正值(K)存储在所述存储器中。

8.根据权利要求7所述的设备，具备冷热水混合阀，该冷热水混合阀具有对混合水温度进行恒温调节的功能，

-其中，所述混合阀具有恒温器(200)，该恒温器(200)被机械耦合到所述驱动器(100)，以及

-其中，所述电路(300)被设计来根据所确定的旋转位置来控制所述混合水温度。