CN108574378A - 用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定直线电机的动子(3)的绝对位置(xist)的方法，该动子可相对于位置固定的部件沿运动方向(x)移动，根据本发明规定，确定所述驱动磁铁(4)组件的至少一个边缘区域(8)并且由其导出动子(3)的粗略位置，借助该粗略位置基于已知的动子(3)几何形状(3)确定是所述驱动磁铁(4)组件的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场被驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器检测到，所述至少一个位置传感器确定所测量的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器的相对位置(xi)并且由所述至少一个位置传感器的已知的安装位置以及所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。

Description

用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法，该动子可相对于一个位置固定的部件沿运动方向运动，在动子上设有多个沿动子运动方向并排设置的驱动磁铁形式的驱动磁铁组件，并且在所述位置固定的部件上沿动子运动方向设有多个位置固定的并且彼此间隔开的位置传感器，借助一个位置传感器检测在该位置传感器区域中驱动磁铁组件的一个驱动磁铁的磁场。本发明还涉及一种直线电机，在该直线电机中根据本发明确定所述绝对位置。
背景技术
直线电机的特点在于，可动部件(动子)相对于固定部件(定子)基于相互作用的磁场运动。为此在两个部件之一上设置有驱动磁铁(电磁铁或永磁铁)，其为了产生线性驱动力与由另一部件上的通电的驱动线圈产生的磁场共同作用。当在驱动线圈上施加电压时，产生磁场，该磁场与驱动磁铁的磁场共同作用，由此产生作用于可动部件上的力，该力使可动部件运动。为了使动子运动，通过相应控制驱动线圈来产生运动的磁场。该电机基本原理当然已充分公开，因而在此无需对此赘述。在此原则上驱动线圈是设置在可动部件(动子)还是固定部件(定子)上也并不重要。
为了控制直线电机动子的运动必须要知道其相对于定子的当前位置，以便正确地为驱动线圈通电来产生运动的磁场。确定动子位置因此具有特殊意义。在此特别困难的是，在接通直线电机时确定动子的当前位置，因为事先并不知道动子在接通时所处的位置。为了在接通直线电机时确定位置，已经提出了各种方法。
例如US 7,932,684 B2描述了一种直线电机，其为了位置确定附加地包括设置在动子上的定位磁铁和位置固定的(例如设置在定子上的)位置传感器。当动子运动时，定位磁铁相对于位置传感器运动并且可确定动子相对于定子的当前位置。定位磁铁包括与增量传感器共同作用的第一排并列设置的多个永磁铁以及与绝对传感器共同作用的第二排并列设置的多个永磁铁。绝对传感器、如霍尔传感器这样设计，使得其仅提供两种状态，该状态在动子的一个定义位置上改变。增量传感器、如磁阻传感器这样设计，使得提供许多重复的传感器周期，在一个传感器周期内可非常精确地确定位置。在接通时必须首先执行“归位”，即校准(Referenzierung)预规定的已知零位。为此使动子运动直至绝对传感器检测到状态改变，由此确定零位。从零位开始随后可增量地确定动子的当前位置，其方式是，对传感器周期的数量进行计数并且在传感器周期内精确确定位置。因此在US 7,932,684 B2中为了在接通时确定动子的位置需要校准行程。但这种方式的位置检测仅在动子相对有限的运动范围内才能有意义地实现。对于许多应用、特别是对于具有较大运动范围的直线电机或具有多个动子的长定子直线电机，这种方式的位置确定当然是绝对不适合的。
绝对位置的确定、也包括在接通直线电机时绝对位置的确定由US 7,994,742 B2公开。在此在可能的运动范围上在动子上设置一个细长的定位磁铁，该定位磁铁这样设置，使得在横向方向上产生与位置有关的偏移。在位置固定的结构上、例如在定子上设置一个位置传感器，其检测定位磁铁的磁场。基于所述偏移在动子的每个位置上产生一个单义的磁场，该磁场由位置传感器检测。因此，也可在接通直线电机时立即并且在动子未运动时推断出动子的当前位置。但运动范围在此当然仅局限于定位磁铁的长度，因而非常有限。对于许多应用、特别是对于具有较大运动范围的直线电机或具有多个动子的长定子直线电机，这种方式的位置确定当然是绝对不适合的。
US 6,876,107 B2描述了一种已知的长定子直线电机作为直线电机。这种长定子直线电机包括大量位置固定、并排设置的驱动线圈并且构成长定子直线电机的定子。沿着定子可设置大量动子，它们可沿定子运动。每个动子具有一个驱动磁铁。为了使动子运动，分别将正好与动子共同作用的驱动线圈通电。以这种方式各个动子可相互独立地沿定子运动。这种长定子直线电机经常用于柔性运输系统中、如生产过程或输送技术中。另外，US 6,876,107 B2还描述了真实绝对位置(“true absolute position”)的确定，这允许在接通长定子直线电机时立即确定动子的精确位置，且无需为此进行校准(如通过动子的校准运行)。这当然是非常有利的，特别是在想到长定子直线电机中通常会有几百个动子同时存在时。为此在每个动子上正好设置一个附加定位磁铁并且沿定子设置大量位置传感器、如磁阻传感器，它们用于检测定位磁铁的磁场。但在此位置传感器必须设置得如此紧密，以确保在任何时候至少有一个位置传感器能够检测到定位磁铁的磁场。因此，在接通长定子直线电机时对于每个动子至少有一个位置传感器响应，因此也可无需在校准动子的情况下确定位置。在此不利的是，需要附加的定位磁铁并且位置传感器必须设置得非常紧密，因此需要大量的这种位置传感器。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法，在此既不需要动子的运动也不需要附加的永磁铁或紧密设置的位置传感器，并且还允许动子的大幅运动。
该任务通过如下方式解决：确定驱动磁铁组件的至少一个边缘区域并且由此导出动子的粗略位置，借助该粗略位置利用动子的已知几何形状确定是驱动磁铁组件的具体哪个驱动磁铁的磁场被在驱动磁铁组件区域中的至少一个位置传感器检测到，所述至少一个位置传感器确定所测量的驱动磁铁相对于所述至少一个位置传感器的相对位置并且由所述至少一个位置传感器的已知的安装位置以及由所确定的相对位置确定动子的绝对位置。借助该方法可简单地确定绝对位置，且无需校准和使用附加的定位磁铁，并且尽管如此位置传感器的间距可选择得比驱动磁铁的极距更大。本发明利用驱动磁铁组件的磁场特性来检测组件的边缘区域以便粗略定位。因此，可基于已知的几何条件确定是哪个驱动磁铁的磁场被在组件区域中的一个位置传感器检测到，这对于粗略定位来说是足够的。然后基于位置传感器的传感器信号进行精确定位。借助本方法各位置传感器因此可设置得相距较远，无论如何比驱动磁铁的极距更远，因此也可节省位置传感器。
在相距较远的位置传感器的情况下尤为有利的是，为了确定动子的绝对位置，将借助所述至少一个位置传感器依次测量的驱动磁铁的数量作为增量加以考虑。以这种方式可使用一个位置传感器来确定位置，只要驱动磁铁组件位于其区域中。在此有利的是，根据预规定的标准转换到沿动子运动方向的下一个位置传感器来确定动子的绝对位置。由此可实现，始终在磁场的有利场力线区域内进行测量，这提高了精度。
为了确定所述至少一个边缘区域，有利的是，确定并且分析与驱动磁铁的磁场相关的物理参数。因此，利用了这样的事实，即远离驱动磁铁或远离驱动磁铁组件的磁场、即正好是所寻找的边缘区域中的磁场迅速并且剧烈下降或者不再垂直于驱动磁铁延伸，由此能够可靠确定边缘区域。
为此，可确定在驱动磁铁组件区域中的一个位置传感器的传感器信号的绝对值作为物理参数，并且优选当所述绝对值低于预规定的阈值时，由此推断出边缘区域。
作为替代方案，可确定在驱动磁铁组件区域中的一个驱动线圈的电感并且优选当所述电感低于预规定的阈值时，由此推断出边缘区域。
作为另一种替代方案，可使用一个位置传感器的基于驱动磁铁组件的磁场非线性失真的传感器信号周期来确定驱动磁铁组件的一个驱动磁铁相对于该位置传感器的相对位置并且由此确定与驱动磁铁组件区域中的下一个位置传感器的传感器间距并且优选当借助失真传感器信号周期确定的传感器间距低于预规定的阈值时，由此推断出边缘区域。
由于上述方法具有不同的可靠性——例如根据动子的位置，因此也可有利地将用于确定边缘区域的方法组合，以改善绝对位置确定的可靠性。
附图说明
下面参照图1至7详细说明本发明，附图示例性、示意性并且非限制性地示出本发明的有利实施方式。在附图中：
图1示出直线电机的结构；
图2和3示出借助位置传感器检测驱动磁铁的磁场；
图4示出用于确定在动子上的驱动磁铁组件的边缘区域的一种可能方法；
图5示出根据本发明确定动子的绝对位置；
图6示出用于确定在动子上的驱动磁铁组件的边缘区域的另一种可能方法；并且
图7示出用于确定在动子上的驱动磁铁组件的边缘区域的又一种可能方法。
具体实施方式
下面非限制性地参照直线电机1来描述本发明，该直线电机如图1所示在动子3上具有驱动磁铁4并且在定子2上具有位置固定的驱动线圈5。这种配置通常出现在长定子直线电机中。作为驱动磁铁4使用永磁铁或电磁铁。在所示实施例中，定子2构造为具有齿6的铁芯(通常为叠片铁芯)并且在每隔一个齿上设置有一个驱动线圈5。当然，定子2也可构造成无芯的或者也可在芯的每个齿6上设置一个驱动线圈5。
本发明的出发点在于，在直线电机1的动子3上通常设置有多个驱动磁铁4(即多于一个驱动磁铁)。为了能省却在动子3上的自身的附加定位磁铁，现在这些驱动磁铁4同时也用于确定位置。已知在两个驱动磁铁4之间的距离(从极中心到极中心)被称为极距(Polteilung)τp并且在两个驱动线圈5之间的距离(从极中心到极中心)被称为槽距(Nutteilung)τn。本发明的出发点在于，各位置传感器Sn(n是表示所有位置传感器的指数、即S1、S2...)位置固定地并且以大于极距τp的传感器间距IS设置。通过这种设置可减少所需的位置传感器的数量。在所示的实施例中，在定子2的每隔一个齿6上、优选在未设置有驱动线圈5的齿上设置一个位置传感器Sn，因此，传感器间距Is相应于槽距τn，但并非必须如此。
驱动磁铁4可直接相继设置或也可如图1所示那样彼此间隔开地设置。在第一种情况下，驱动磁铁4的宽度b相应于极距τp。由于驱动磁铁4的各个磁场重叠，因此在驱动磁铁4之间的间距区域中的磁场仅不可察觉地下降。对此，所述间距当然不应太大，允许的或合理的距离当然取决于驱动磁铁4的强度。
在动子3的图1所示的位置中，位置传感器Sn提供特定的传感器信号USn。作为位置传感器使用众所周知的传感器，所述传感器测量驱动磁铁4的磁场或磁场特性、如磁场强度(如霍尔传感器)或磁场方向(如磁阻传感器)。磁致伸缩传感器也是可能的。这种传感器在驱动磁铁4在传感器前方运动时产生一个传感器信号USn、如正弦/余弦曲线形式的电压。由该曲线通常计算出传感器信号周期11、如重复的锯齿形电压，在该传感器信号周期内可确定驱动磁铁相对于传感器的位置xi。这在图2和3中以磁阻传感器作为位置传感器Sn的示例示出。位置传感器Sn检测磁场(通过图2中的场力线表示)的磁场角度α，由其获得sin(α)/cos(α)电信号形式的传感器信号USn。由此可通过atan或atan2角函数(atan2相当于以适当的代数符号考虑函数的各个参数时的atan)确定锯齿形电压作为传感器信号周期11。每个锯齿形电压都关联有驱动磁铁4相对于位置传感器Sn的一个单义的位置xi。根据传感器信号周期11在分析单元10中的分辨率可或多或少精确地分辨所述位置xi。由于位置传感器Sn的安装位置和动子的结构的和几何的构型是已知的，因此如果已知利用该位置传感器Sn测量到的磁场源于哪个驱动磁铁4，则可确定动子3的绝对位置。
当现在在图1中动子3在运动方向x上移动极距τp，则相同的位置传感器Sn会提供相同的、但是却由另一驱动磁铁4发出的信号，因为传感器信号周期11重复。因此产生多义性，这导致在直线电机1接通时不能确定动子3的单义的位置，因为不知道传感器Sn检测到哪个磁场。
为了解决这个问题，根据本发明在接通直线电机1时分析动子3的优选所有驱动磁铁4的磁场效应。因此尤其是应检测驱动磁铁4组件的边缘区域8(沿运动方向x观察)。边缘区域8位于沿运动方向x观察第一和最后一个驱动磁铁的区域中，因为众所周知由驱动磁铁4产生远离驱动磁铁的磁场迅速并且剧烈下降。因此，在驱动磁铁4组件边缘上(即第一和最后一个驱动磁铁4旁边)、即在边缘区域8中的磁场也迅速并且剧烈下降，而在驱动磁铁4组件的中间基于磁场重叠所述磁场不会下降或仅略微下降。本发明利用这一点来检测驱动磁铁4组件的边缘区域8。当识别到驱动磁铁4组件的各边缘区域8或至少一个边缘区域8时，可由此(也基于动子3的结构和几何构型信息)确定借助位置传感器Sn测量到的磁场源于哪个驱动磁铁4，因为驱动磁铁4组件必须位于两个边缘区域8之间。但为了确定该关联性只需确定一个边缘区域8就足够了。也存在多个动子3沿运动方向x观察直接相继设置的情况，因此在两个检测到的边缘区域8之间出现一个距离，该距离大于动子3的已知长度。在此情况下例如也只需检测到一个边缘区域8来对一个动子3粗略定位并且甚至可基于较大距离推断出多个动子3的存在。在驱动磁铁4和位置传感器Sn之间的关联性当然也可针对在驱动磁铁4组件区域中的所有位置传感器Sn。因此，可基于已知的几何关系为在驱动磁铁4组件区域中的每个位置传感器Sn关联具体的驱动磁铁，其磁场由相应的位置传感器Sn检测。由此避免了上述多义性。通过驱动磁铁4与位置传感器Sn的关联信息，可关于精确位置xi读取在驱动磁铁4组件区域中的至少一个任意的位置传感器Sn。
在此原则上不重要的是，在边缘区域8之间的驱动磁铁4组件区域中哪个位置传感器Sn用于位置确定。为了确定动子3位置只需使用驱动磁铁4区域中的一个位置传感器Sn就足够了。这原则上可以是任一位置传感器Sn。但优选使用最靠近驱动磁铁4组件中心的位置传感器Sn，因为在该区域中驱动磁铁4磁场的场力线更有利地延伸，因为所述场力线大致成直角投射到位置传感器Sn上(参见图2)。当然，也可使用多个位置传感器Sn来确定位置并且动子3的绝对位置xist例如可作为所有使用的位置传感器Sn的所确定的位置的平均值，或者可冗余地确定绝对位置xist以便验证。
但驱动磁铁4与位置传感器Sn的关联只能以有限的精度进行，因此也被称为粗略定位。但基于不准确性可出现下述情况，即不能可靠确定，借助位置传感器Sn测量到的磁场源于哪个驱动磁铁4。在此情况下，可使用另一可单义关联的位置传感器Sn来确定绝对位置xist。但位置传感器Sn的传感器信号周期11也可用作粗略定位的附加信息源。关联性不明确的情况出现在一个传感器信号周期11结束和下一传感器信号周期11开始的区域中。根据位置传感器Sn输出的值，可推断出是哪个驱动磁铁4。
由于所选择的位置传感器Sn的安装位置ESn是位置固定的并且是已知的，随后通过该位置传感器Sn的已知的安装位置Esn得知，并且可经由驱动磁铁4相对于该位置传感器Sn的确定的相对位置xi以及当然也可基于动子3的已知几何构型(这当然也包括驱动磁铁4组件的几何构型(驱动磁铁4的极距τp、数量和/或宽度等)确定直线电机1的动子3的当前的、精确(在预规定的传感器分辨率内)的绝对位置xist。
随后在动子3运动时例如增量地进一步确定位置。位置传感器Sn为此以当前由此测得的驱动磁铁4的指数N作为起始增量SI进行初始化。之后只要所选择的位置传感器Sn位于驱动磁铁4的区域中，则其例如可一直用于位置检测。在此，传感器信号周期11作为增量I被计数并且在一个传感器信号周期11内确定所测量的驱动磁铁4的精确位置xi。然后转换到沿运动方向x观察下一个位置传感器Sn+1并且该位置传感器Sn+1以当前由此测得的驱动磁铁4的指数N作为起始增量SI进行初始化。之后再次增量地确定绝对位置xist。借助位置传感器Sn测得的传感器信号周期11的数量、即借助新的位置传感器Sn+1测得的驱动磁铁4的数量在此当然作为增量I一同被计数直到下一次转换到位置传感器Sn+2并且用于增量地确定绝对位置xist。转换到下一位置传感器Sn+1根据预定的规则进行并且例如当下一位置传感器Sn+1比前述的位置传感器Sn更靠近驱动磁铁4组件中心时才进行。
当然，动子3的绝对位置xist当然相对于一个已知的、通常位置固定的参考位置来确定。直线电机1的动子3例如在两个极值点之间运动，这两个极值点确定动子3的最大运动范围。一个极值点可用作参考位置。在通常为动子3的运动定义闭合轨迹的长定子直线电机作为直线电机1时，例如将位置固定的轨迹的一个点定义为参考位置。在此，位置传感器Sn相对于该参考位置的安装位置ESn也是已知的。
为了确定在动子3上驱动磁铁4组件的至少一个边缘区域8，确定和分析与驱动磁铁4的磁场有关的物理参数，如下面借助两种具体实施方式所描述的。
不失一般性地，仍借助磁阻传感器作为位置传感器Sn来描述第一种实施例。众所周知，这种磁阻传感器的传感器信号与投射到传感器上的磁场的磁场角度α有关。磁阻传感器输出该磁场角度α的正弦和余弦、如UA＝Usin(α)和UB＝Ucos(α)，并且测量到的驱动磁铁4相对于位置传感器Sn的相对位置xi以下述公式与该磁场角度α成正比：
其中，K是由位置传感器Sn预定的常数。
为了确定边缘区域8，现在分析正弦和余弦轨迹的幅值A作为与驱动磁铁4的磁场有关的物理参数，在此，幅值A被定义为在位置传感器Sn的饱和区域中、即当驱动磁铁4与位置传感器Sn相对时，幅值Amax最大。当驱动磁铁4不完全与位置传感器Sn相对时，则离开饱和区域并且幅值A下降。这在图4中针对一个驱动磁铁4并且以相对于位置传感器Sn的不同相对位置示出。在驱动磁铁4组件中饱和区域相应延长，如图4中虚线所示。因此通过分析幅值A可检测驱动磁铁4组件的边缘区域8。可为幅值A确定阈值AS、如Amax的80％，在低于该阈值AS时识别边缘区域。
在图5中例如借助位置传感器Sn-1检测边缘区域，因为该传感器的幅值A小于确定的阈值AS。位置传感器Sn-1因此处于不饱和状态，由此不能再那么精确地确定相对位置xi。但足够用于确定动子3的粗略位置，因为为此仅需绝对值。因此可基于已知的几何关系通过确定边缘区域8的位置作为粗略位置来确定是哪个驱动磁铁4'的磁场正好被位置传感器Sn检测到。由于距离IS和极距τP已知，因此可简单地确定相配的驱动磁铁4'。因此也知道所确定的驱动磁铁4'在动子3上的驱动磁铁4组件中的指数N。在图5的示例中，第三个驱动磁铁4'关联给位置传感器Sn，因此指数＝3。在以这种方式将驱动磁铁4关联给在动子3上的驱动磁铁4组件区域中的相应的位置传感器Sn之后，现在可根据预定的选择标准来选择一个位置传感器Sn，其用于精确确定绝对位置xist。例如选择最靠近驱动磁铁4组件的中心的位置传感器Sn。所述中心简单地通过(k·τp)/2已知，其中，k为在组件中驱动磁铁4的数量。基于动子3和驱动磁铁4组件的已知几何形状以及位置传感器Sn组件的信息，因此可知驱动磁铁4组件的具体哪个驱动磁铁4'，其磁场被所选择的位置传感器Sn测量。该关联给位置传感器Sn的驱动磁铁4'的指数N用作起始增量SI、即SI＝N并且在根据图5的示例中SI＝3，因为第三个驱动磁铁的磁场被所选择的位置传感器Sn检测。借助所选择的、处于饱和状态的位置传感器Sn可确定精确的相对位置xi。当动子3现在沿运动方向x进一步运动时，位置传感器Sn在某一时刻检测下一个驱动磁铁4”的磁场。因此，只要借助该位置传感器Sn确定动子的绝对位置xist并且在此测量不同的驱动磁铁4'、4”，则必须也对传感器信号周期11数量的增量I计数。然后例如由xist＝[(ESn-xi)-(SI-I)·τp]获得动子3的绝对位置xist。在根据图5的示例中，只要测得驱动磁铁4'，则起始增量SI在开始时为3并且增量I＝1。当测得驱动磁铁4”时，增量I增加到2。当然，必须根据运动方向x对增量I计数。当在根据图5的示例中动子3沿相反方向运动时，则增量I当然必须在下一个驱动磁铁时减小1。
当然，根据具体实施方式可设想计算动子3的精确的绝对位置xist的许多其它可能性。尤其是在根据图5的示例中也可将在位置传感器Sn+1区域中的边缘区域用于粗略定位。但基本原理在此始终相同。首先，通过确定所述至少一个边缘区域8并将一个驱动磁铁4'关联给一个位置传感器Sn时来确定动子3的粗略位置，随后由此借助动子3的已知几何形状、位置传感器Sn的已知的安装位置ESn和由此确定的相对位置xi可确定绝对位置xist。这例如在分析单元10中进行。
当然在动子3沿运动方向x运动时在某一时候也必须转换到下一个位置传感器Sn+1来检测位置，例如当下一个位置传感器Sn+1比位置传感器Sn更靠近驱动磁铁组件中心时。为了进一步转换，可预定适合的标准。在此重复上述操作过程。当转换到下一个位置传感器Sn+1时驱动磁铁4——其磁场被该位置传感器Sn+1检测——的指数N用作起始增量SI。增量I例如设置为1并且如上所述再次计算绝对位置xist。
如果驱动磁铁4组件的一个端部不能被确定为边缘区域8，例如因为在该区域中的位置传感器Sn没有提供可用的信号，则可使用另一端部。当然也可使用驱动磁铁4组件的两个端部上的两个边缘区域8来粗略定位。
一种用于确定边缘区域8的替代可能性利用在动子3静止时、即例如在直线电机1又接通时驱动线圈5的电感值。所基于的思想在于驱动线圈5的电感L具有特定值。但当在驱动线圈5区域中存在驱动磁铁4时，电感L——作为与驱动磁铁的磁场有关的物理参数——受到驱动磁铁4的附加磁场影响。驱动线圈5可被建模为欧姆电阻R和电感L的串联电路。由因此产生的微分方程可计算电流i，其中，
当现在在驱动线圈5上施加电压跳变u＝u0并且作为响应测量产生的电流i时，例如可计算时刻t0＝0时的电流上升di/dt。从上述方程式通过di/dt＝Δi/Δt可得到电感L，其中，Δt在此被预规定并且测量该时刻的电流Δi或由测得的作为对电压跳变的响应的电流i确定。这例如在分析单元10中进行。
作为替代方案，驱动线圈5的电感L也可通过施加谐波信号(正弦、余弦)到驱动线圈5中(如电压u)并且通过计算响应(如电流i)的值和相移来确定。
结果例如在图6中示出。根据动子3的位置xist对于各驱动线圈5产生不同电感L。驱动线圈5的电感L受驱动磁铁4的磁场的影响在此清晰可见。在不受影响的情况下、即在驱动线圈5区域中没有驱动磁铁4时，电感Lmax最大。与此相反，在驱动磁铁4组件区域中电感Lmin最小。在驱动磁铁4组件的边缘区域8中，电感L位于这之间。该区域中的电感的值在此取决于动子3相对于在边缘区域8中的驱动线圈5的位置。该关系例如可凭经验或通过模拟来确定并可假设为已知的。因此，借助所确定的驱动线圈5的电感L值可再次确定动子3的至少一个边缘区域8，例如通过检验驱动线圈的电感L是否小于预规定的阈值LS(例如<Lmax的80％)。根据该信息可与上面所述类似地在直线电机1接通时确定动子3的绝对位置xist。
对于该方法可确定所有驱动线圈Sn的电感L或至少是估计位于动子3附近的驱动线圈Sn的电感L。例如可在断开直线电机1之前存储最后的位置。因此可假设动子3仍大致处于该位置上并且可仅检测和分析在周围的驱动线圈Sn的电感L。
另一种用于确定边缘区域8和因此动子3的粗略位置的可能性利用了以下事实，即基于驱动磁铁4所产生的磁场(如图2所示)的场力线变化，借助位置传感器Sn记录的锯齿形状的传感器信号周期11预计仅出现在动子3中心区域中，即在那里场力线近似垂直于驱动磁铁4延伸。在远离中心的地方，传感器信号周期11则非线性失真并且亦出现极点加宽，即传感器信号周期11的宽度不再与驱动磁铁4的极距τp一致。这在图7中以具有五个驱动磁铁4的动子3为例被示出。在动子3中心区域中的位置传感器Sn将在运动时提供接近理想的锯齿形，而偏离中心的位置传感器Sn-1、Sn+1在没有适当校正的情况下将提供失真的锯齿形(以实线示出)。这种非线性失真和极点加宽在运行中通常被校正，因而尽管如此仍可借助远离中心的位置传感器Sn-1、Sn+1精确确定位置。但这种非线性失真现在也可用于确定边缘区域8。
显而易见的是，在传感器信号周期11中的理想锯齿形情况下(由图7中虚线所示)，可由借助位置传感器Sn-1、Sn、Sn+1测得的相对位置xin-1、xin、xin+1和已知的动子3几何形状确定在两个位置传感器Sn-1、Sn或Sn、Sn+1或Sn-1、Sn+2之间的距离，该距离必须相应于已知的传感器间距IS或其倍数。但如果使用非线性失真信号，则由测得的相对位置xin-1*、xin*、xin+1*确定在两个位置传感器Sn-1、Sn或Sn、Sn+1或Sn-1、Sn+2之间的传感器间距IS*作为与驱动磁铁的磁场有关的物理参数，该传感器间距偏离于已知的传感器间距IS。该偏离可用于确定边缘区域8。例如当与相邻的位置传感器Sn的间距IS*(优选作为绝对值)低于某个预规定的极限值时，可假设边缘区域8位于位置传感器Sn-1的区域中。借助该信息随后可与上面所述类似地确定动子3的精确的绝对位置xist。
所描述的、用于确定动子3的边缘区域8和因此确定粗略位置的方法也可替代地或以任何组合使用。所述组合可实现更高的精度(通过控制可能性或通过结果组合、例如通过求平均值)并且可通过冗余实现更高的可靠性。两种所述的方法也提供不同的可靠性。借助确定幅值A的方法在位置传感器Sn区域中精度最高，即当边缘区域8位于该区域中时，而借助确定电感L的方法则在驱动线圈5的中心区域中精度最高。所述组合也可补偿所述不同的精度，或根据动子3的位置一个结果可优于另一结果。
虽然用于确定动子3的绝对位置xist的方法以接通直线电机1为例被说明，但很明显该方法也可用于其它情况。例如在长定子直线电机作为直线电机1时，也可在运行中在某个位置上增加一个动子3。增加动子的精确的绝对位置xist随后可借助按本发明的方法来确定。还可设想干扰，在消除其之后应在连续运行中重新确定动子3的绝对位置xist。
也可设想，将根据本发明的用于确定动子3的绝对位置xist的方法用于直线电机以外的应用中。在一般情况下，动子3相对于一个位置固定的部件沿运动方向x可运动地设置。该位置固定的部件可以是定子2或直线电机的长定子，但也可以是其它部件。在位置固定的部件上如上所述设置所述位置传感器Sn并且随后可如上所述相对于位置固定的参考位置确定动子3的绝对位置xist。

Claims (12)

1.用于确定直线电机(1)的动子(3)的绝对位置(xist)的方法，该动子能沿运动方向(x)相对于位置固定的部件运动，在动子(3)上设有以多个沿动子(3)运动方向(x)并排设置的驱动磁铁(4)形式的驱动磁铁(4)组件，并且在所述位置固定的部件上沿动子(3)运动方向(x)设有多个位置固定的并且彼此间隔开的位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)，借助一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测在该位置传感器区域中驱动磁铁(4)组件中的一个驱动磁铁(4)的磁场，其特征在于，确定所述驱动磁铁(4)组件的至少一个边缘区域(8)并且由其导出动子(3)的粗略位置，借助该粗略位置利用动子(3)的已知几何形状(3)确定是所述驱动磁铁(4)组件中的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场被在驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测到，所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)确定所测得的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的相对位置(xi)并且由所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的已知的安装位置(ESn-1、ESn、ESn+1)以及由所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定动子(3)的绝对位置(xist)，将借助所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)依次测量的驱动磁铁(4)的数量作为增量(I)加以考虑。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据预规定的标准转换到沿动子(3)运动方向(x)的下一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)来确定动子(3)的绝对位置(xist)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述至少一个边缘区域(8)，确定并且分析与驱动磁铁(4)的磁场相关的物理参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在所述驱动磁铁(4)组件区域中的一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的传感器信号的绝对值(A)并且由此推断出边缘区域(8)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述绝对值(A)低于预规定的阈值(AS)时，推断出边缘区域(8)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在所述驱动磁铁(4)组件区域中的一个驱动线圈(5)的电感(L)并且由此推断出边缘区域(8)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述电感(L)低于预规定的阈值(LS)时，推断出边缘区域(8)。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的基于驱动磁铁(4)组件的磁场非线性失真的传感器信号周期(11)来确定驱动磁铁(4)组件中的一个驱动磁铁(4)相对于该位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的相对位置(xi)并由此确定与在驱动磁铁(4)组件区域中的下一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的传感器间距(IS*)并且由此推断出边缘区域(8)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当借助失真传感器信号周期(11)确定的传感器间距(IS*)与已知的实际传感器间距(IS)之间的偏差低于预规定的阈值时，推断出边缘区域(8)。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述至少一个边缘区域(8)，分析至少两个物理参数。
12.具有定子(2)和动子(3)的直线电机，所述动子能沿定子(2)运动，在动子(3)上设有多个沿动子(3)运动方向(x)并排设置的并且具有极距(τP)的驱动磁铁(4)形式的驱动磁铁(4)组件，并且在直线电机(1)中沿动子(3)运动方向(x)设有多个位置固定的并且以传感器间距(IS)彼此间隔开的位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)，所述位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测在该位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)区域中驱动磁铁(4)组件的一个驱动磁铁(4)的磁场，其特征在于，位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的传感器间距(IS)大于驱动磁铁(4)的极距(τP)，设有分析单元(10)，该分析单元确定所述驱动磁铁(4)组件的边缘区域(8)并且由此导出动子(3)的粗略位置，并且借助该粗略位置利用动子(3)的已知几何形状(3)确定是驱动磁铁(4)组件中的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场(4)被在驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测到，所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)确定所测量的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的相对位置(xi)，并且所述分析单元(10)由所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的已知的安装位置(ESn-1、ESn、ESn+1)以及由所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。
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