CN114935717A - 用于估计电气开关装置的操作状态的方法及电气开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于估计电气开关装置的状态的方法，该开关装置包括被配置为耦合到电气导体的可分离的电气触点，以及由控制电路控制的电磁致动器，该电磁致动器包括耦合到可分离的触点的可移动芯和由线圈电流流过的线圈。根据本发明，该方法包括以下步骤：在电磁致动器保持在稳定且特别是闭合位置时，通过与线圈相关联的传感器在时间间隔内测量(110)线圈电流值；通过开关装置的电子控制设备，从测量的线圈电流值并使用预先已知的线圈电压值和线圈电阻值，来计算(120)线圈的一个或多个磁通量值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于估计电气开关装置的操作状态的方法和用于实现这种方法的电气开关装置。
本发明更具体地涉及电气接触器。
背景技术
这种电气开关装置包括电磁致动器，该电磁致动器包括固定线圈和可移动芯，并且被设置成在断开和闭合状态之间切换，例如，以控制电气负载的电力供应。通常，电气触点包括固定触点和可移动触点，其中可移动触点连接到可移动芯，该可移动芯当线圈被合适的电气电流流过时在线圈创建的磁场的作用下移动。
在每个开关循环中，接触器都会由于各种因素而损耗。例如，电气触点由于当电气触点断开时产生的电弧而损耗，并且由于与损耗部件相关联的灰尘和/或颗粒的积累而增加机构内的摩擦，这会降低致动器的性能能力。
期望能够在接触器操作时自动估计该接触器的状态，以便在接触器的寿命期间安排适当的维护和/或检测故障的发生。
为了直接测量致动器的可移动部件的位移或位置且为了推导接触器的状态而将位置传感器集成到电磁致动器中通常不是合适的解决方案，因为传感器的使用使得致动器制造起来更加昂贵和复杂，并且并不总是能够将传感器集成到接触器中。
文档WO-03/054895-A1描述了基于在闭合阶段期间的电磁致动器的可移动芯的行进时间的测量的诊断方法。这种诊断方法仅在芯移动时适用，因此不能在致动器的其他操作阶段期间使用。
发明内容
本发明更具体地旨在通过提出更精确的诊断方法来解决这些问题。
为此，本发明涉及一种用于估计电气开关装置的状态的方法，开关装置包括被设置成耦合到电气导体的可分离的电气触点以及由控制电路控制的电磁致动器，并且该电磁致动器包括耦合到可分离的触点的可移动芯和由线圈电流流过的线圈。根据本发明，该方法包括以下步骤：
在电磁致动器保持在稳定位置，特别是闭合位置时，通过与线圈相关联的传感器在时间间隔期间测量线圈电流值；
通过开关装置的电子控制设备，从所测量的线圈电流值并且使用先前已知的线圈电压和线圈电阻值，来计算线圈的一个或多个磁通量值。
借助于本发明，即使当该芯静止时，也能评估磁通量变化。由于磁通量值取决于电磁致动器的可移动芯是处于断开位置还是闭合位置而不同，因此磁通量测量允许要评估的致动器的状态，而不必增加附加的传感器，这允许更精确地诊段开关装置的状态。
根据本发明的有利但非强制性的方面，该方法可以结合单独或根据任何技术上允许的组合获取的以下特征中的一个或多个：
通过对以下公式进行积分来计算一个或多个磁通量值：
其中NBOB是线圈的匝数。
第一磁通量值是从在开关装置处于续流(freewheeling)模式时获取的线圈电流的测量结果来计算的，在该续流模式中线圈电压由控制电路无源地限制，而线圈电流自由地减小，其中电能主要由线圈电阻耗散。
第二磁通量值是从紧接在续流阶段之前的递增部分期间获取的线圈电流的测量结果来计算的，在该续流阶段期间获取用于计算第一磁通量值的线圈电流的测量结果，其中线圈电压由控制电路施加。
第一磁通量值和第二磁通量值是从开关装置的闭合阶段期间获取的线圈电流的测量结果来计算的。
在开关装置的保持阶段中包括的测试阶段期间，使用电子控制设备施加线圈电流尖峰，在测试阶段期间，线圈电流具有严格高于线圈电流的失速值的保持电流值，低于失速值时电磁致动器在闭合位置不会保持通电，其中线圈电流的趋势具有递增部分和递减部分，在该递增部分期间获取用于计算第二磁通量值的线圈电流的测量结果，在该递减部分期间获取用于计算第一磁通量值的线圈电流的测量结果。
保持阶段在测试阶段之前的稳定部分期间测量线圈电阻，然后在所述测试阶段期间计算第二磁通量值和第一磁通量值的步骤中使用线圈电阻的测量值。
磁通量的一个或多个计算的值被归一化并与电气开关装置的至少一个其他测量的和/或计算的电学量相组合，其中每个其他电学量测量结果也被归一化，从而得出电磁致动器的状态的中间指示符。
开关装置的闭合阶段包括动态阶段，在动态阶段期间线圈电压由电子控制设备控制，随后是过渡阶段，在过渡阶段期间开关装置处于续流模式，然而在动态阶段期间，线圈电流的趋势首次增加超过第一阈值，第一阈值与开关装置的开断电流关联，超过第一阈值，可移动芯开始从其断开位置移动到其闭合位置，然后线圈电流的趋势降低到第一阈值以下，达到最小值，并且然后第二次上升到第一阈值以上；
定义线圈电流的第二阈值，其中第二阈值在第一阈值和最小值之间，
所测量的线圈电流低于第二阈值，并且如果线圈电流的趋势第二次超过第一阈值，则在当线圈电流的趋势降低到第二阈值以下时的第一时刻与当线圈电流再次上升到第二阈值以上时的第二时刻之间定义的时间间隔内计算线圈电流与第二阈值之间的差的积分，
并且所述积分是组合以形成中间指示符的其他电学量中的一个。
在电磁致动器保持在稳定位置，特别是闭合位置中时，通过与线圈相关联的传感器在时间间隔内测量线圈电流值，并且开关装置处于续流模式，在该续流模式中线圈电压由控制电路无源地限制，而线圈电流自由地减小，其中电能主要由线圈电阻耗散，
而线圈的线圈电感值通过开关装置的电子控制设备从所测量的线圈电流值并使用先前已知的线圈电压和线圈电阻值来计算；
并且线圈电感是用于形成中间指示符的其他电学量中的一个。
电磁致动器包括由材料制成的磁电路，其中线圈电感是从线圈电流的区域获取的线圈电流的测量结果来计算的，该区域中磁电路的材料的磁饱和小于该材料的最大磁饱和的80％，优选小于50％。
测量线圈电流和计算线圈电感的步骤在几个时间间隔内重复，其中平均电感值从每个时间间隔期间所计算的线圈电感值中推导出来，其中每个时间间隔的持续时间的范围在0.01ms和10ms之间，优选在0.1ms和1ms之间，更优选地等于0.2ms，
并且线圈电感的值在至少十个时间间隔内平均，优选地在至少二十个时间间隔内平均。
电学量的其他测量结果中的一个是电子控制设备的控制状态和/或流过电气导体的极的极电流的测量结果。
根据另一方面，本发明涉及一种用于实现如上所述的估计方法的电气开关装置，其中开关装置被设置为耦合到电气导体并且包括：
可分离的触点，将其通过电磁致动器在断开位置和闭合位置之间移动，该电磁致动器包括线圈和连接到可分离的触点的可移动芯；
电路，用于控制线圈的端子处的电气电压(称为“线圈电压”)，控制电路包括称为“回退(fallback)”设备的设备，设备可以通过线圈电压被选择性地激活以减少流过线圈的电流(称为“线圈电流”)，其中根据控制电路的状态激活或去激活回退设备；
与线圈相关联的传感器，用于测量线圈电流；
电子控制设备，被设置成从开关装置接收断开和闭合命令，以接收线圈电流测量结果的值并控制控制电路的状态；
其中，在电磁致动器保持在稳定位置，特别是闭合位置时，开关装置被设置成实现包括以下步骤的诊断方法：
通过与线圈相关联的传感器在时间间隔内测量线圈电流值；
通过电子控制设备从所测量的线圈电流值并使用先前已知的线圈电压和线圈电阻值，来计算线圈的磁通量值。
附图说明
按照根据本发明原理的方法和用于实现这些方法的电气开关装置的两个实施例的以下描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，该描述仅通过示例并参考附图来提供，在该参考附图中：
图1是包括根据本发明实施例的电磁致动器的电气开关装置的示意图；
图2是图1的开关装置的电磁致动器的控制电路的示例的示意图；
图3是示出在几个操作阶段期间图2的电磁致动器的电气控制电流的趋势的图；
图4是示出根据致动器是断开还是闭合的电磁致动器的电学量的趋势的图；
图5是示出在电磁致动器的保持阶段期间图3中的细节V的图；
图6在两个插图a)和b)中示出了根据致动器是断开还是闭合来归一化图2的电磁致动器的电学量的方法的示例；
图7是示出在电磁致动器的闭合阶段期间，图3中的细节VII的图；
图8是示出电磁致动器的状态的指示符的示例的图，其中该指示符使用图6的归一化方法；以及
图9是示出根据本发明实施例的用于估计图1的开关装置的状态的方法的步骤的图。
具体实施方式
接触器1如图1所示。接触器1是电气开关装置的示例，旨在控制从电能来源到电气负载23的电能供应。为了简化附图，没有画出电能的来源。能量来源例如是电力供应网络，而电气负载23例如是电动机，其旨在通过接触器1来控制。接触器1通常容纳在外壳中，这里示出为虚线矩形。接触器1被设置成一方面耦合到连接到电能的来源的上游电气导体20，并且另一方面耦合到连接到电气负载23的下游线路22。当接触器1允许电气电流流过并且电气负载23被供给能量时，接触器1处于被称为“闭合”状态的状态，然而当接触器1阻止电能传递到电气负载时，接触器1处于被称为“断开”状态的状态。
电气导体20和下游线路22包括相同数量的相。当电能的来源是多相的时，电气导体20和下游线路22各自包括彼此隔离的导电构件，彼此具有相同数量的导电构件，其中下游线路22的每个导电构件与上游电气导体20的相应构件相关联。与相的数量无关，接触器1被设置成在每个相中一起中断或允许电气电流通过。
在图示的例子中，上游电气导体20是三相的。在这种情况下，导电构件是导线。图1中仅示出了电气导体20的导线中的一个，标记为201。仅示出了与导体201相关联的电力线22的导线，其中电力线22的该导线被标记为221。在非限制性替代实施例中，导电构件是刚性总线。
参考导线201和221提供描述的剩余部分，导线201和221与电源电流的相同相位相关联，其中应当理解，所提供的描述适用于电源电流的其他相位。
对于每一相，接触器1包括布置在可移动杆26上的可移动触点24以及分别连接到上游导体20和下游导体22的固定触点28。可移动触点24和固定触点28中的每一个触点都包括接触垫29，在这种情况下，接触垫29由金属制成，优选由银合金或任何等同材料制成。
可移动杆26可在闭合位置与断开位置之间移动，在该闭合位置中可移动触点24电气连接到固定触点28并且电能可以通过可移动杆26从上游电气导体20流通到下游线路22，在该断开位置中可移动触点24远离固定触点28。
当可移动杆26处于闭合位置时，接触器1处于闭合状态，然而当杆26处于断开位置时，接触器1处于断开状态。从断开状态到闭合状态的过渡是接触器1的闭合阶段，而从闭合状态到断开状态的过渡是接触器1的断开阶段。
实际上，在包括闭合和断开阶段的每个循环期间，接触垫29例如在断开期间的电弧作用下损耗，或者甚至由于微焊接导致的材料撕裂而损耗。材料的这种损失导致接触垫29的厚度在接触器1的使用寿命内逐渐减小，这增加了杆26在断开或闭合阶段期间的运动范围。为了解决这个问题，接触器1包括机构290，在图1中由弹簧示意性地示出，该机构290连接到杆26，并允许固定触点28和可移动触点24以足够的接触压力保持电气接触。
可移动杆26由电磁致动器30控制，电磁致动器30包括具有线圈32的控制电磁体、连接到可移动杆26的芯34和返回组件36(例如弹簧或等同物)。线圈32被设置成当被供给控制电气电流时生成磁场，以便移动芯34，从而移动可移动杆26。在这种情况下，电磁致动器30是线性致动器，其具有可变磁阻Rel，特别是取决于芯34的位置。
芯34在断开位置和闭合位置之间的运动由双头箭头F34示出。换句话说，可移动触点24和相关联的固定触点28一起形成可分离的触点，可分离的触点与电气导体20相关联并且可分离的触点通过电磁致动器30在断开位置和闭合位置之间移动，电磁致动器30包括线圈32和连接到可分离的触点的可移动芯34。
在图1中，接触器1示出为处于接触器1的稳定断开状态和闭合状态之间的中间配置，在该中间配置中固定触点28和可移动触点24电气连接，但是芯34在闭合位置中不邻接。机构290允许芯34在固定触点28与可移动触点24接触的时间与电磁致动器30处于稳定闭合位置中的时间之间超行程E。
电磁致动器30通过电源电路38控制，电源电路38本身由电子控制设备40控制。线圈32因此连接到电子控制设备40。
根据一些实施例，电子控制设备40包括逻辑计算单元(也称为CPU，诸如可编程微控制器或微处理器或等同物)以及形成用于存储计算机可读数据的介质的计算机存储器。
根据示例，存储器是ROM、或RAM、或是EPROM或闪速存储器或等同类型的非易失性存储器。存储器包括可执行指令和/或计算机代码，可执行指令和/或计算机代码用于当由逻辑计算单元执行时，根据下面描述的一个或多个实施例操作控制设备40。
根据替代实施例，电子控制设备40可以包括信号处理处理器(DSP)、或可重复编程逻辑组件(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)、或任何等同元件。
电子控制设备40本身连接到电源轨42并且包括接口44，接口44被设置成从用户接收断开或闭合接触器1的命令。电子控制设备40在此示出为集成到接触器1中。作为替代实施例，控制设备40是远程的，即，它没有集成到与电磁致动器30相同的外壳中。
电源轨42旨在向电子控制设备40和电源电路38供应能量。取决于情况，电源轨42具有DC或AC电压。这里描述的方法适用于具有AC或DC电压的电源轨42，AC或DC电压的幅度的范围通常在24V和500V之间。在所示的示例中，电源轨42的电压是230V的50Hz AC电压。
接口44在这里由控制电极示出。例如，可以在控制电极之间施加控制电气电压。可选地，接口44包括无线通信部件。
在一些实施例中，接触器1还包括电流传感器46，电流传感器46被设置成测量在上游线路20的每个相中流通的电流，换句话说，测量在上游线路20的每个导线201中流通的电流。在其他实施例中，电流传感器46和电子控制设备40集成在接触器1的单独外壳中。
当从电源轨42向线圈32供应电能时，励磁电流流过线圈32，这生成了倾向于将芯34和杆26从断开位置拉到闭合位置的电磁力。这里由弹簧示出的返回组件36施加与电磁体的吸引力相反的返回力。
线圈电流IBOB被定义为在线圈32流通的励磁电流。
开断(drop-out)电流ID被定义为以下线圈电流IBOB的阈值：当致动器30处于断开状态时，一旦线圈电流IBOB增加超过开断电流ID，该阈值就允许致动器30移动到闭合状态。
失速(stall)电流IS被定义为以下线圈电流IBOB的阈值：当致动器30处于闭合状态时，一旦线圈电流IBOB降低到失速电流IS以下，该阈值就允许致动器30移动到断开状态。
因此，当致动器30处于断开状态时，只要线圈电流IBOB保持低于开断电流ID，可移动芯34就被致动器30的返回组件36推回到断开位置，并且接触器1保持处于断开状态。如果线圈电流IBOB增加到超过开断电流ID，线圈32的电磁力变得大于组件36的返回力，并且芯34然后从其断开位置移动到其闭合位置。这种情况对应于接触器1的闭合阶段。
相反，当致动器30处于闭合状态时，只要线圈电流IBOB保持高于失速电流IS，接触器1就保持在闭合状态。如果在接触器1处于闭合状态时，线圈电流IBOB减小到失速电流IS以下，则线圈32的电磁力变得小于组件36和机构290的返回力，则芯34在返回部件36和机构290的作用下从其闭合位置推回到其断开位置。这种情况对应于接触器1的断开阶段。
通常，作为绝对值，开断电流ID大于失速电流IS。当设计致动器30时，特别是通过调节线圈32的特性或组件36和机构290的返回力，来调节开断电流ID和失速电流IS的值。
图2中示意性地示出了电源电路38的实施例。电源电路38的架构不是限制性的，并且电源电路38的各种组件的其他实现方式是可能的，或者甚至可以使用其他电气或电子组件来实现相同的功能。
优选地，电源电路38包括由虚线轮廓限定的测量电路50，其被设置成测量电源轨42和电源电路38的电气接地GND之间的电气电压的值。
例如，测量电路50包括在电源轨42和电气接地GND之间与二极管Dt串联的两个电阻器R1和R2。在这种情况下，位于电阻器R1和R2之间的第一测量点允许收集表示电源轨42和电气接地GND之间存在的电压的第一测量电压V1。在电源轨42和电气接地GND之间存在的电压与线圈电压UBOB关联的情况下，进而测量电路50是被设置成测量线圈电压UBOB的传感器的示例。
电源电路38包括控制电路51，控制电路51包括线圈32。二极管D1可以放置在控制电路51和测量电路50之间的电源轨42上，以防止任何电流流回测量电路50。二极管D1和Dt优选为相同类型。
控制电路51在本文中以称为“回退”配置的配置示出，该配置随后在本说明书中描述。
控制电路51包括连接到电源轨42的电源端子52。线圈32包括两个端子54和56。因此，端子54和56之间的电气电压测量允许测量线圈电压，表示为UBOB。
端子54通过称为“回退”开关T1的开关连接到接地GND。在许多实施例中，称为“分流电阻器”Rsh的电阻器与回退开关T1串联连接，以便收集表示流过线圈32的电气电流(换句话说，表示线圈电流IBOB)的第二测量电压V2。在图示的示例中，分流电阻器Rsh连接在回退开关T1和接地GND之间。电阻器Rsh是被设置成测量在线圈32中流通的线圈电流IBOB的强度的传感器的示例。
端子56一方面通过电源开关T2连接到端子52，并且另一方面通过“续流”二极管Dr1连接到接地GND。续流二极管Drl具有朝向端子56的阻断方向。
开关T1和T2是由来自电子控制设备40的控制信号所控制的开关。换句话说，电子控制设备40被设置成控制控制电路51的状态。
根据实施例，开关T1和T2是半导体功率开关，例如Mosfet晶体管、或晶闸管、或绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或任何其他等效器件。
控制电路51包括“回退”装置Dz，在这种情况下，该设备通过齐纳二极管制造，并与回退开关T1并联连接。因此，当回退开关T1断开时，线圈电流IBOB流过回退设备Dz，而当回退开关T1闭合时，回退设备Dz短路并且没有电流流过回退设备Dz。这允许回退设备Dz被选择性地激活以降低线圈电流IBOB。
线圈32具有表示为RBOB的线圈电阻和表示为LBOB的线圈电感。电阻RBOB和电感LBOB特别取决于线圈32的几何形状、使用的材料、温度等。在该方法的两个实施例中，测量电感LBOB，如随后将在本说明书中解释的。在该方法的第一实施例中，测量线圈电阻RBOB，然而在本发明的第二实施例中，线圈电阻RBOB被认为是已知的，如下文所解释的。
图3示出了图示了在接触器从断开状态切换到闭合状态的情况下，在接触器1的不同连续操作阶段(表示为P1、P2和P3)期间在线圈32中流通的线圈电流IBOB随时间t的趋势的图58。
阶段P1为初始阶段，在此期间接触器1处于稳定断开状态，即线圈电流IBOB不超过开断电流ID。在图3的示例中，线圈电流IBOB在初始阶段P1期间保持为零。
阶段P2对应于在接触器1已经接收到闭合命令后的闭合阶段。当电子控制设备40在时刻t0从接口44接收到闭合命令时，阶段P2开始。
电子控制设备40被设置成将控制线圈电压UBOB施加到线圈32的端子。例如，控制设备40然后命令回退开关T1和电源开关T2，以便调节作为电源轨42的电压的函数的线圈电压UBOB。
在图示的示例中，轨42的电压是可选的：应当理解，当线圈32直接连接到电源轨42时，线圈32可能不工作。实际上，在回退开关T1闭合的情况下，控制设备40控制电源开关T2的闭合和断开，换句话说，它控制电源开关T2的切换，以便斩波电源轨42的电压，使得线圈电压UBOB和线圈电流IBOB稳定并适于操作线圈32。
存在许多控制方法，特别是通过电压斩波。专利EP-2984671B1提供了这些方法的示例。在图示的示例中，使用了电压斩波方法。
引导(pilot)控制设备40将电源开关T2的切换调节到斩波频率，该斩波频率被选择为不生成人类可听见的噪声，例如低于100Hz或高于20kHz的斩波频率。另一方面，斩波频率越高，就越容易调节线圈电流IBOB。斩波频率通常在20kHz和100kHz之间。在图示的例子中，斩波频率稳定并等于20kHz。
在每个斩波周期中，电源开关T2在该斩波周期的一部分内是闭合的，该部分周期定义了占空比α。占空比α是在0和1之间连续变化的参数，包括极限0和1。换句话说，在相同的斩波周期期间，电源开关T2在等于1-α的一部分周期内是断开的。因此，控制设备40确定作为设定点与线圈电流IBOB的测量结果之间的差的函数的占空比α。
闭合阶段P2包括动态阶段P21，在此期间线圈电压UBOB由电子控制设备40控制。换句话说，占空比α不总是为零，并且向线圈32供应源自电源轨42的电能。最初为零的线圈电流IBOB然后增加到超过开断电流ID：从这一点开始，芯34开始从其断开位置移动到其闭合位置。芯34然后到达机械止挡件。在动态阶段P21期间，线圈电流IBOB表现出显著的变化，特别是与线圈32的自感现象有关，然而可移动芯34在线圈32内移动。在动态阶段P21结束时，接触器1处于稳定闭合状态。
动态阶段P21在时刻t1结束，随后是过渡阶段P22，在过渡阶段P22期间，线圈电流IBOB降低到保持电流IMN，其中保持电流IMN严格大于失速电流IS，使得接触器1总是保持在闭合状态。过渡阶段P22在时刻t2结束。举例来说，在图3的示例中，过渡阶段P22持续大约40ms。
在过渡阶段P22期间，电源开关T2断开，换句话说，占空比α为零，然而回退开关T1保持闭合：控制电路51处于称为“续流”模式的模式。通常，在续流模式下，线圈32不由电源轨42供应电能，而是线圈电压UBOB由控制电路51被动施加。特别地，线圈电压UBOB由控制电路51的电子组件施加。线圈电流IBOB自由减小，其中电能主要由线圈电阻RBOB耗散。
特别是在续流模式下，在无需测量的情况下也可以评估线圈电压UBOB。在所示的示例中，在续流模式中，线圈电压UBOB由续流二极管Drl的阈值电压施加。
在过渡阶段P22结束时，线圈电流IBOB等于保持电流IMN。为了防止线圈电流IBOB降低到保持电流IMN以下，控制设备40将占空比α调节到非零值：然后阶段P3开始。阶段P3对应于保持阶段，在此期间线圈电流IBOB保持在失速电流IS以上。
在这种情况下，保持阶段P3包括第一稳定部分P31，其在时刻t2开始，并且在该时刻期间，线圈电流IBOB借助于控制设备40的调节而稳定。在第一部分P31期间占空比α实质上恒定。第一部分P31之后是第二部分P32，在第二部分P32期间线圈电流IBOB具有含有递增部分随后是递减部分的电流尖峰，在递减部分期间控制电路51处于续流模式。第二部分P32对应于下文描述的测试阶段。测试阶段P32在时刻t3开始，在时刻t4结束，随后是类似于第一稳定部分P31的第三部分P33，在第三部分P31期间线圈电流IBOB稳定。
现在考虑开关装置1的续流模式中的线圈32的电学量和电磁量。在续流阶段期间，控制线圈电流和线圈电压之间的关系的等式为：
在足够短的时间间隔Δt内，线圈电流IBOB被认为是恒定的，等式“公式1”可以在近似误差可接受的情况下简化为简单地评估线圈电感LBOB：
其中UBOB取决于控制电路51并且在不进行测量的情况下被评估，而RBOB是预先获得的，并且优选地被记录在电子控制设备40中。因此，在续流模式下，因为线圈电压UBOB值和线圈电阻RBOB值是预先已知的，所以只有线圈电流IBOB的测量结果足以评估线圈电感LBOB。线圈电阻RBOB特别取决于线圈温度32。因此，建议为了计算的精度而评估线圈电阻RBOB。当不可能简单地估计线圈电阻RBOB时，为线圈电阻RBOB选择标称值，该标称值对应于在环境温度下(例如25℃下)的线圈电阻RBOB值。线圈电阻RBOB的标称值例如是在制造致动器30时测量的，或者甚至是线圈32制造商的规范中提供的值。
实际上，时间间隔Δt的持续时间的范围在0.01ms和10ms之间，优选地在0.1ms和1ms之间，特别是等于0.2ms。
为了降低与测量不确定性和/或噪声相关的误差，在相同的续流阶段期间，线圈电感LBOB的计算在几个连续的时间间隔Δt内重复几次。例如，时间间隔Δt是连续的。然后计算在该续流阶段期间线圈电感LBOB的平均值，表示为
为了计算平均值
线圈电感LBOB值在至少十个时间间隔Δt上平均，优选地在至少二十个时间间隔Δt上平均。
电磁致动器30包括由材料制成的磁电路。特别地，可移动芯34特别地形成电磁致动器30的磁电路的部分。当可移动芯34的材料的磁饱和接近该材料的最大饱和时，该材料的磁导率接近空气的磁导率。因此，如从线圈电感LBOB的测量所评估的关于电磁致动器30的断开状态或闭合状态之间的区别的确定度降低。
材料的磁饱和是线圈32生成的磁场的函数，换句话说，作为固定设计参数的函数(例如线圈32的几何形状、所用材料、匝数N等)，并且作为线圈电流IBOB的函数。
线圈电感LBOB有利地是根据在线圈电流IBOB的区域中获取的线圈电流IBOB的测量结果来计算，该区域中磁电路的材料的磁饱和小于该材料的最大磁饱和的80％，优选小于50％。
在图示的示例中，磁芯34由铁制成并且具有2T——特斯拉——量级的磁饱和。因此，对于小于1.6T，优选小于1T的磁饱和，获取线圈电感LBOB的测量。
图4示出了图示特定线圈32的这种饱和现象的图60。图60图示了在续流模式下线圈32的线圈电感LBOB的趋势，线圈电感LBOB作为安培匝数N×IBOB的函数，等于线圈电流IBOB乘以线圈32的匝数N的乘积。安培匝数N×IBOB的最大值表示线圈32的磁饱和。图4图示了根据本发明的估计方法的实现方式的优选区域的定义；此外，在这种情况下，电感测量LBOB通过特定的传感器获取，这对于本发明的实现方式不是必需的。
第一曲线602示出了当电磁致动器30断开时(换句话说，当芯34处于稳定断开位置时)线圈电感LBOB的趋势。曲线602对于范围在0和100之间的安培匝数N×IBOB具有最大值604，随后是在100到250之间具有陡峭斜率的递减部分606，然后是在超过250的范围具有较浅斜率的递减部分608。
第二曲线610示出了当电磁致动器30闭合时(换句话说，当芯34处于稳定闭合位置时)线圈电感LBOB的测量结果。曲线610实质上是恒定的，与安培匝数N×IBOB无关。
当安培匝数N×IBOB增加到超过500时，曲线602和610彼此相对接近并趋向于相同的值。鉴于测量不准确性，对线圈电感LBOB的评估不能以足够的置信度区分电磁致动器30是处于断开状态还是闭合状态。换句话说，致动器30的磁电路的过度饱和不利于区分电磁致动器30的断开状态和闭合状态。
在具有可变磁阻的线性结构的电磁致动器30的当前情况下，当磁电路仅略微饱和时，在磁芯34的断开位置和闭合位置之间注意到线圈电感LBOB的显著差异。实际上，线圈电感LBOB是根据测量的线圈电流值计算的，为此安培匝数N×IBOB值——等于线圈电流乘以线圈32的匝数N的乘积——小于500。
当安培匝数N×IBOB小于500时，曲线602和604很好地分开，换句话说，线圈电感LBOB的评估可以有足够的置信度区分电磁致动器30是处于断开状态还是闭合状态。当安培匝数N×IBOB小于250甚至小于100时，置信度更高。
图5示出了图示上述方法在保持阶段P3期间(更具体地说，在测试阶段P32期间)的实现方式的图70。在图5中，曲线72表示线圈电流IBOB随时间的趋势。
在保持阶段P31期间，控制设备40调节占空比α，使得线圈电流IBOB等于保持电流IMN。占空比α通常是恒定的，并且等于保持值αMN。线圈电流UBOB就其本身而言也是恒定的。
在时刻t3，控制设备40调节占空比α，使得线圈电流IBOB增加到最大值，表示为IMAX，该最大值在时刻t5达到。因此，时刻t3和t5限定了线圈电流IBOB的递增部分P321。占空比α越接近1，线圈电流IBOB在时刻t3和t5之间从IMN到IMAX增加得越快。占空比α越接近αMN，同时严格大于αMN，线圈电流IBOB在递增部分P321上增加得越慢。
从时刻t5开始，控制设备40将控制设备30置于续流模式，即电源开关T2保持断开，其中占空比α等于零。线圈电流IBOB自由减小，直到线圈电流IBOB在时刻t4达到保持电流IMN：时刻t5和t4因此界定测试阶段P32的递减部分P322，在递减部分P322期间致动器30处于续流模式。
第三部分P33从时刻t4开始，其中控制设备40再次将占空比α调节到保持值αMN，使得线圈电流IBOB保持稳定并等于保持电流IMN。换句话说，在接触器1的保持阶段P3期间，使用电子控制设备40施加测试阶段P32的线圈电流IBOB的尖峰。
在递减部分P322期间，线圈电感LBOB在线圈电流IBOB的第一极限I1和第二极限I2之间测量，严格低于第一极限I1，其中第一极限I1和第二极限I2在最大电流IMAX和保持电流IMN之间的范围内。选择第一极限I1和第二极限I2以尽可能减少瞬态效应，但也确保芯34的磁饱和保持在该芯34的最大磁饱和的80％以下。在图示的示例中，在这种情况下，第一极限I1具有保持电流IMN和测试阶段P32的最大电流IMAX之间的中值，而在这种情况下，第二极限I2具有保持电流IMN和线圈电流IBOB的第一极限I1之间的中值。换句话说，在图示的示例中，I1＝1.5×IMN，并且I2＝1.25×IMN。
有利地选择最大值IMAX，使得递减部分P322持续足够长的时间，以根据基于等式“公式2”的前述方法来计算线圈电感LBOB。如前所述，获取线圈电流IBOB的几次连续测量结果，以便计算线圈电感LBOB的平均值
在这种情况下，递减部分P322的持续时间的范围在35ms和40ms之间，并且在这种情况下，线圈电流IBOB的最大值IMAX被选择为保持电流IMN的两倍，换句话说，IMAX＝2×IMN。在递增阶段P321期间，选择占空比α使得递增阶段P321的持续时间的范围在3ms和10ms之间，例如等于5ms。当然，可以根据需要选择IMAX和占空比α的其他值，以调整递增部分P321或递减部分P322的持续时间。
在计算线圈电感LBOB时，线圈电阻RBOB是先前已知的。默认情况下，线圈电阻RBOB值等于线圈电阻RBOB的标称值。
当在测试阶段P32期间计算线圈电感LBOB时，该测试阶段P32之前是稳定阶段P31，在稳定阶段P31期间线圈电流IBOB是恒定的并且等于保持电流IMN。由于从等式”公式1”推导出的项为零，线圈电阻RBOB有利地由以下简单的欧姆定律关系推导出:
为了最小化与线圈电流IBOB和线圈电压UBOB的测量噪声相关联的误差，在包括在稳定部分P31中的时间间隔内多次计算线圈电阻RBOB，并且对这些线圈电阻RBOB的计算结果进行平均，以便获得线圈电阻RBOB的精确值。例如，为了计算线圈电阻RBOB的平均值，在10ms的间隔内连续进行十次线圈电阻RBOB的计算。
该平均值使得能够更精确地计算线圈电感LBOB，并且间接地允许提供对致动器30的芯34的位置的更好的估计。线圈电阻RBOB的精确知识也可以用于估计线圈32的温度。
图6在插图a)中示出了图示取决于致动器30是断开还是闭合的致动器30的线圈电感LBOB值的统计分布的图76。在这种情况下，通过对致动器30的数值模拟来计算线圈电感LBOB。
存在许多数值模拟方法。有利地，模拟系统的关键参数通过实验设计来识别，其中这些关键参数的相应变化范围被识别和组合。作为非限制性示例，关键参数可以包括来自铁磁元件和电磁致动器1的绕组的几何参数、所用材料的物理参数、控制或测量中涉及的电子组件的公差等中的一个或多个参数。
第一直方图760对应于从当致动器30处于断开状态时获取的线圈电流IBOB的测量结果中计算出的线圈电感值LBOB。从第一直方图760推导出第一分布函数762。在所示示例中，第一分布函数762具有高斯形状并且位于图76的右侧。
第二直方图764对应于从当致动器30处于闭合状态时获取的线圈电流IBOB的测量结果中计算出的线圈电感值LBOB。从第二直方图764推导出第二分布函数766。在该示例中，第二分布函数766也具有高斯形状并且位于图76的左侧。
应该注意的是，两个分布函数762和766是完全不同的，特别是因为芯34的材料的磁饱和保持在该材料的最大磁饱和的80％以下。实际上，在图示的示例中，安培匝数N×IBOB小于500。因此，可以根据对线圈电感LBOB的计算来高概率地确定电磁致动器30是处于断开状态还是处于闭合状态。换句话说，线圈电感LBOB是电磁致动器30的状态的可靠指示符。
线圈电感LBOB的阈值被称为Ls，这允许区分两个分布函数762和766。因此，第一函数762对在阈值Ls和最大值LMAX之间延伸的值进行分组，而第二函数766对在最小值LMIN和阈值Ls之间延伸的值进行分组。
线圈电感值LBOB有利地被归一化，使得指示符更容易使用，使得作为归一化的结果是，当线圈电感LBOB值等于最小值LMIN时，接触器状态的指示符等于-1，当线圈电感LBOB值等于最大值LMAX时，指示符等于+1，并且当线圈电感LBOB值等于阈值LS时，指示符等于0。
存在几个归一化函数；在这种情况下，选择仿射函数的归一化，因为它特别容易使用并产生良好的结果。
图6在插图b)中示出了图示在这种情况下应用于线圈电感LBOB的两个仿射归一化函数的图78。
当线圈电感LBOB等于阈值LS时，第一部分782产生值0，并且当线圈电感LBOB等于最大值LMAX时，第一部分782产生值+1。
当线圈电感LBOB等于最小值LMIN时，第二部分786产生值-1，并且当线圈电感LBOB等于阈值LS时，第二部分786产生值0。
因此，对于线圈电感LBOB的每个计算的值，作为归一化函数的输入，获得归一化线圈电感LBOB的单个输出值。
通常，当电磁致动器30的状态的几个指示符可用时，这些指示符有利地组合在一起，以得出电磁致动器30的状态的甚至更可靠的总体指示符。当然，当接触器1处于给定状态时，组合在一起的指示符被归一化以指示相同的值。
在当前情况下，除了产生第一指示符的线圈电感LBOB值之外，接触器1的一个或多个其他电学量被测量，其中每个其他电学量测量结果也被归一化，以得出开关装置的状态的总体指示符。
示意性地，每次对电学量的进一步测量，确定接触器1的各种操作状态下该电学量的最小值和最大值以及用于区分接触器1的状态的阈值。这会产生两个仿射函数，这允许每个电学量的计算的值在-1和+1之间进行归一化。
取决于需求，操作者可以自由地考虑将两个、三个甚至更多个归一化的电学量组合起来，以形成可靠的总体指示符。
因此，由两个标准化电学量形成的总体指示符在-2和+2之间变化。接近-2或+2的值允许以高确定度识别接触器1的状态，而接近0的值指示两个归一化的电学量提供冲突的结果，潜在地指示接触器1的操作异常。
因此，由三个归一化的电学量形成的总体指示符在-3和+3之间变化。例如，范围在-3和-1之间的值，或者甚至在+1和+3之间的值允许以高确定度识别接触器1的状态，而范围在-1和+1之间的值指示操作异常。
电学量的第二个示例是线圈32的磁通量φ，它是从测试阶段P32期间的获取的测量结果中计算出的。通常，当线圈电流IBOB在线圈32流通时，生成磁通量φ。磁通量φ值特别地取决于线圈电流IBOB值和可移动芯34的位置。
例如，根据下面的等式，磁通量φ值与线圈电压UBOB值和线圈电流IBOB值关联，在下文中表示为“公式3”：
其中N是线圈32的匝数，并且φ是由线圈32中产生的磁场得出的磁通量。
位置x被定义为芯34相对于线圈32的位置。在许多实施例中，芯34可以沿着运动的轴线相对于线圈32平移。然后沿着这个运动的轴线定义位置x。按照惯例，当接触器1处于断开状态时，位置x为零。对于接触器1的每个电气相位，可移动触点24的位置因此与位置x相关联。进而，位置x也表示电磁致动器30或接触器1的位置。
通过推导等式“公式3”中的φ，获得了控制致动器30中的电磁量的一般等式“公式4”：
其中最后一项
涉及感应电流，也称为涡流，表示为if，其中n表示线圈34的匝数。
在忽略感应电流的情况下，磁电路具有磁阻Rel，该磁阻Rel一方面是可移动芯34的位置x和线圈电流IBOB的函数，并且另一方面通过以下关系(称为霍普金森关系)与磁通量φ和线圈电流IBOB相关联：Rel(x,IBOB)·φ＝N·IBOB
由于磁阻Rel随着致动器30的位置x而变化，所以可以通过比率ΔIBOB(t)/Δφ(t)来确定该位置x的图像，其中N是常数。
在测试阶段P32期间，位置x稳定，而IBOB以及因此磁通量φ发生变化。因此，可以表示如下：Rel(x,IBOB)·Δφ(t)＝N·ΔIBOB(t)。
因此，在恒定和预定的间隔ΔIBOB内，磁通量的变化Δφ是芯34的位置x的图像。换句话说，计算磁通量φ允许在线圈电流IBOB的递增或递减阶段期间确定位置x的图像。通过测试阶段P32期间的时间积分，等式“公式3”变为：
其中线圈电流IBOB被测量，线圈电阻RBOB和匝数NBOB是先前已知的，并且评估线圈电压UBOB。具体而言，线圈电压UBOB由电子控制设备40控制，电子控制设备40作用于占空比α。线圈电压UBOB由以下关系式提供：
UBOB＝α·(Vrect-VlossON)+(1-α)·(VlossOFF)
其中，Vrect是电源轨42的电压，并且VlossON和VlossOFF分别是当电源开关T2分别闭合或断开时，放置在电源轨42和线圈32之间的线圈32的所有串联组件的累积电压降。电压降VlossON和VlossOFF特别取决于电子组件和控制电路51的架构。因此，在不直接进行测量的情况下，而是简单地根据占空比α(这是已知的，因为它由电子控制设备40控制)以及根据控制电路51的组件和电源轨42的电压Vrect来评估线圈电压UBOB。
在递增部分P321期间，占空比α非零，并且线圈电流IBOB递增。通过时刻t3和t5之间的等式“公式4”的时间积分，获得表示为ΔφUP-Delta Phi Up-的第一磁通量值。线圈电流IBOB从保持电流IMN增加到最大电流IMAX。
在递减部分P322期间，占空比α为零，并且线圈电流IBOB递减。通过时刻t5和t4之间的等式“公式4”的时间积分，获得表示为ΔφDOWN-Delta Phi Down-的第二磁通量值。线圈电流IBOB从最大电流IMAX减小到保持电流IMN。
然后将磁通量ΔφUP和ΔφDOWN的两个计算的值与归一化的间隔进行比较，从而允许获得致动器30的状态的可信赖且可靠的指示符。取决于各情况，两个磁通量值ΔφUP和ΔφDOWN可以分开使用，甚至可以组合使用。由于电压UBOB在递增阶段P321或递减阶段P322期间是不同的，因此可以减轻与线圈电压UBOB的估计相关联的可能误差。
参考图7描述了电学量测量的第三个示例，图7表示具有曲线82的图80，曲线82图示接触器1的闭合阶段P2期间线圈电流IBOB的趋势。
在具有可变磁阻的致动器结构30中，与磁通量φ的变化相关联的电动势(其本身与芯34的位置x的变化相关联)引起线圈电压IBOB随着致动器30的可移动部分移动而变化。这种现象对应于等式“公式4”的项
在闭合阶段，这被表示为由电动势的出现引起的线圈电压UBOB的下降，该电动势是磁通量φ的变化速度的函数，因此是运动速度的函数。线圈电流IBOB也下降，并且在线圈电流IBOB的这种下降与致动器30的可移动部分的位置(换句话说，芯34的位置x)之间存在关联。
换句话说，芯34的运动由线圈电流IBOB的下降来表示，这对应于曲线82的递减部分84。当芯34在闭合位置形成邻接时，在由电子控制设备40控制的线圈电压UBOB的影响下，线圈电流IBOB再次上升。线圈电流IBOB的上升对应于曲线82的递增部分86，其跟随递减部分84。线圈电流IBOB在递减阶段84和递增阶段86之间达到最小值IMIN。
在闭合阶段期间，当线圈电流IBOB在图7中的时刻t88超过第一电流阈值ID1时，芯34开始移动。在该示例中，第一阈值ID1与开断电流ID相关联，例如，等于开断电流ID的90％。当芯34移动时，线圈电感LBOB增加，在芯上生成增加的电磁力：线圈电流IBOB的下降因此不会导致芯34返回其断开位置。在上述现象的影响下，线圈电流IBOB在时刻t90降低到第一电流阈值ID1以下，达到最小值IMIN，然后再次增加，并且第二次超过第一阈值ID1。
第二阈值ICUSP被定义为严格介于第一阈值ID1和最小电流IMIN之间的线圈电流IBOB值。例如，第二阈值ICUSP等于第一阈值ID1的80％。在递减部分84期间，线圈电流IBOB的趋势在时刻t6降低到第二阈值ICUSP以下，而在递增部分86期间，线圈电流IBOB的趋势在时刻t7返回到第二阈值ICUSP以上。
在第二阈值ICUSP处，递减部分84和递增部分86限定了区域92，该区域92在图7中用阴影表示。因此，当线圈电流IBOB低于电流阈值ICUSP时，区域92的表面积等于在时刻t6和t7之间定义的时间间隔内对线圈电流IBOB和电流阈值ICUSP之间的差的积分。
如上所述，闭合越快(这表明致动器30的良好操作)，线圈电流IBOB的减小越直接(这导致更大的区域92)。换句话说，假设线圈电流IBOB的趋势第二次超过第一阈值ID1，则区域92的表面是致动器30的正确操作的指示符：然后根据前述方法对区域92的表面积的计算结果进行归一化，以便获得在闭合阶段P2期间致动器30的正确闭合的可靠指示符。
电学量的测量的第四个示例是在过渡阶段P22期间使用等式“公式2”计算线圈电感LBOB，该过渡阶段P22也是续流阶段，在续流阶段期间，芯34是稳定的。
更一般地，应当理解，来自电学量的测量和/或计算的归一化的指示符的许多组合是可能的，因为在致动器30的各种操作阶段期间可以测量不同的电学量。这些电学量的测量可以是同时的，或者甚至是随时间交错的并且被记录在电子控制设备40中。
有利的是，总体指示符由它的归一化指示符的总和形成，即每个归一化的指示符具有与其他指示符相同的权重。作为替代实施例，归一化的指示符具有不同的权重。
图8示出了图示由三个电学量的测量结果形成的总体指示符的两百次计算的结果的图94，这些测量结果然后被归一化和求和。因此，在这种情况下，总体指示符在-3和+3之间变化。在这个示例中，三个考虑的电学量是线圈电感LBOB以及磁通量值ΔφUP和ΔφDOWN。通过实验设计来限定影响这三个电学量的关键参数，以及这些参数的相应变化范围。这三个电学量的计算是通过在它们相应变化的全部范围内改变所有的关键参数来进行的。
结果以散点图的形式呈现。图94左侧的第一散点图96对应于当致动器30处于闭合位置时的计算结果，而图94右侧的第二散点图98对应于致动器30处于断开位置的情况。散点图96基本上在2和2.5之间变化，这表明，虽然每个关键参数在其相应变化范围内变化，但是总的指示符产生相对稳定的、因此是可靠的值。换句话说，尽管所有考虑的关键参数都发生变化，但是三个归一化电学量的测量结果以一致的方式表明开关装置1是闭合的。如果其中一个归一化的指示符不一致，例如等于-0.5，那么总体指示符最多等于2-0.5＝1.5。这样的中间值将指示开关装置1的潜在故障。
类似地，散点图98在-2和-2.5之间显著变化。这里，三个归一化的电学量一致地指示开关装置1是断开的。
分别对应于致动器30的闭合和断开状态的两个散点图96和98之间的明显区别指示在该示例中描述的总体指示符的可靠性。
一旦可靠地定义了致动器30的状态的总体指示符，仍然可以将该指示符的结果与表示开关装置1的操作的其他补充值组合，以便继续诊断开关装置1的操作。
补充量的第一个示例是检测在接触器1的上游线路20的每个相中流通的极电流。这种检测例如在电流传感器46的帮助下进行：极电流流过电气导体的极指示接触器1的闭合状态。举例来说，如果在致动器30的状态的总体指示符指示致动器30是断开的同时检测到极电流，则两个结果的不一致指示开关装置1的操作异常。
可选地，与极电流的检测相关的量被归一化，以便被集成在先前描述的总体指示符中。例如，当电流传感器46检测到极电流时，相关联的归一化的指示符等于+1，而当传感器46没有检测到任何极电流时，相关联的归一化的指示符等于-1。
补充量的测量的第二个示例是电子控制设备40的控制状态。
再次，可选地，该第二补充量可以被归一化，以便被整合到先前描述的总体指示符中。例如，当控制设备40发送闭合状态命令时，相关联的归一化的指示符等于+1，而当控制设备40发送断开状态命令时，相关联的归一化的指示符等于-1。
现在将参照图9描述根据优选实施例的用于估计接触器1的特性的方法的操作示例。然而，作为替代实施例，该方法的步骤可以以不同的顺序执行。有些步骤可以省略。所描述的示例不排除在其他实施例中，其他步骤与所描述的步骤结合和/或顺序地实现。
在预备步骤100期间，在电磁致动器30处于稳定位置，例如稳定闭合位置中时，该方法初始化。
然后，在步骤110期间，在将致动器30保持在稳定位置中时，通过与线圈32相关联的传感器测量线圈电流值IBOB。
然后，在步骤120中，通过接触器1的电子控制设备40，从测量的线圈电流值IBOB并使用先前已知的线圈电压值UBOB和线圈电阻值RBOB来计算线圈32的一个或多个磁通量值φ。
然后，在步骤130期间，一个或多个磁通量值φ被归一化。
在步骤140期间(如果适用，步骤140可以在步骤130之前、之后或与步骤130一起)，测量接触器1的至少一个另外的电学量。可选地，在步骤140中测量的这些电学量中的一个或多个被用于在步骤150中计算其他电学量。
另一个电学量的第一个示例是线圈电感LBOB，在步骤150中，通过与线圈32相关联的传感器Rsh，从步骤140中获得的线圈电流测量结果IBOB计算线圈电感LBOB。
另一个电学量的第二个示例是对线圈电流IBOB和第二电流阈值ICUSP之间的差的积分92，在步骤150中，根据如前定义的闭合阶段P2的动态阶段P21期间获取的测量结果来计算该积分92。
然后，在步骤160期间，在步骤140中测量的或在步骤150中计算的电学量中的至少一个被归一化。
然后，在步骤130和160之后的步骤170期间，将在步骤130中获得的归一化磁通量值φ与在步骤160中获得的接触器1的至少一个其他归一化的电学量组合，以便得出接触器1的状态的总体指示符。
有利的是，在步骤100期间，续流阶段对应于测试阶段P32的递减部分P322，在该递减部分P322之前是保持阶段P3的稳定部分P31，在该稳定部分P31期间致动器30在稳定闭合位置被通电并且线圈电流IBOB稳定，然后在步骤120之前是步骤180，在该步骤180期间，在稳定部分P31期间通过线圈电压UBOB除以线圈电流IBOB的比率(换句话说，根据欧姆定律
)来计算线圈电阻RBOB。因此，在步骤180结束时，获得线圈电阻RBOB的精确测量结果，特别是考虑到线圈32的温度。在步骤120中，使用线圈电阻RBOB的测量值而不是先前记录在电子控制设备40中的值来进行磁通量φ的计算，因此该计算更加精确。当然，当线圈电阻RBOB的测量值可用时，该测量值也用于计算其他电学量，特别是在步骤150中计算的线圈电感LBOB。
然后，在步骤230期间，有利地将在步骤170中获得的总指示符与一个或多个其他补充电学量组合，这些补充电学量被测量并且然后可选地被归一化。
补充电学量的第一个示例是极电流，极电流在步骤190中被测量，然后在步骤200中可选地被归一化。补充电学量的第二个示例是电子控制设备40的控制状态，该控制状态在步骤210中被测量，然后在步骤220中可选地被归一化。
在图示的示例中，在开关装置1处于稳定闭合状态或者甚至处于闭合阶段时，测量电学量。所描述的原理适用于开关装置1处于稳定断开状态的情况。作为未示出的替代实施例，当线圈电流IBOB为零时，电子控制设备40调节占空比α，以便生成严格低于开断电流ID的线圈电流IBOB的尖峰。占空比α然后被取消：开关装置1然后处于续流模式。然后，在这个续流阶段期间，可以根据上述原理测量几个电学量，例如线圈电感LBOB，或者甚至磁通量ΔφDOWN等。这些电学量然后被归一化并组合在一起，以便形成电磁致动器30的状态的总体指示符。
前述实施例和替代实施例可以组合在一起以生成本发明的新实施例。
Claims (14)
1.一种用于估计电气开关装置(1)的状态的方法，所述开关装置包括被设置为耦合到电气导体(20)的可分离的电气触点(24，28)，以及由控制电路(51)控制的电磁致动器(30)，并且所述电磁致动器(30)包括耦合到所述可分离的触点的可移动芯(34)和由线圈电流(IBOB)流过的线圈(32)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在所述电磁致动器(30)保持在稳定位置，特别是闭合位置时，通过与所述线圈(32)相关联的传感器(Rsh)在时间间隔(Δt)期间测量(110)所述线圈电流(IBOB)的值；
通过所述开关装置(1)的电子控制设备(40)，从所测量的线圈电流值(IBOB)并且使用先前已知的线圈电压(UBOB)和线圈电阻(RBOB)值，来计算(120)所述线圈(32)的一个或多个磁通量值(φ)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对以下公式“公式5”进行积分来计算一个或多个磁通量值(φ)：
其中NBOB是所述线圈(32)的匝数。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，第一磁通量值(ΔφDOWN)是从在所述开关装置(1)处于续流模式(P22，P322)时获取的所述线圈电流(IBOB)的测量结果来计算的，在所述续流模式(P22，P322)中，所述线圈电压(UBOB)由所述控制电路(51)无源地限制，而所述线圈电流(IBOB)自由地减小，其中电能主要由所述线圈电阻(RBOB)耗散。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，第二磁通量值(ΔφUP)是从紧接在续流阶段之前的递增部分(P21，P321)期间获取的所述线圈电流(IBOB)的测量结果来计算的，在所述续流阶段期间获取用于计算所述第一磁通量值(ΔφDOWN)的所述线圈电流(IBOB)的测量结果，其中所述线圈电压(UBOB)由所述控制电路(51)施加。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一磁通量值(ΔφDOWN)和所述第二磁通量值(ΔφUP)是从所述开关装置(1)的闭合阶段(P2)期间获取的所述线圈电流(IBOB)的测量结果来计算的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述开关装置(1)的保持阶段(P3)中包括的测试阶段(P32)期间，使用所述电子控制设备(40)施加线圈电流(IBOB)尖峰，在所述测试阶段(P32)期间，所述线圈电流(IBOB)具有严格大于所述线圈电流的失速值(IS)的保持电流值(IMN)，低于所述失速值(IS)时所述电磁致动器(30)在闭合位置不能保持通电，其中所述线圈电流(IBOB)的趋势具有递增部分(P321)和递减部分(P322)，在所述递增部分期间获取用于计算所述第二磁通量值(ΔφUP)的所述线圈电流(IBOB)的测量结果，在所述递减部分期间获取用于计算所述第一磁通量值(ΔφDOWN)的所述线圈电流(IBOB)的测量结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述保持阶段(P3)的所述测试阶段(P32)之前的稳定部分(P31)期间测量(180)所述线圈电阻(RBOB)，然后在所述测试阶段期间计算所述第二磁通量值(ΔφUP)和所述第一磁通量值(ΔφDOWn)的步骤(120)中使用所述线圈电阻(RBOB)的测量值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，一个或多个计算的磁通量值(φ)被归一化(130)并与所述开关装置(1)的至少一个其他测量的(140)和/或计算的(150)电学量相组合(170)，其中每个其他电学量测量结果也被归一化(160)，从而得出所述电磁致动器(30)的状态的中间指示符。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述开关装置(1)的闭合阶段(P2)包括动态阶段(P21)，在所述动态阶段(P21)期间所述线圈电压(UBOB)由所述电子控制设备(40)控制，随后是过渡阶段(P22)，在所述过渡阶段(P22)期间所述开关装置(1)处于续流模式；
在所述动态阶段(P21)期间，所述线圈电流(IBOB)的趋势第一次增加超过第一阈值(ID1)，所述第一阈值与所述开关装置(1)的开断电流(ID)关联，超过所述第一阈值(ID1)时所述可移动芯(34)开始从其开断位置移动到其闭合位置，然后所述线圈电流(IBOB)的趋势降低到所述第一阈值(ID1)以下，达到最小值(IMIN)，并且然后第二次上升到所述第一阈值(ID1)以上；
定义所述线圈电流(IBOB)的第二阈值(ICUSP)，其中所述第二阈值(ICUSP)在所述第一阈值(ID1)和所述最小值(IMIN)之间；
在所测量(140)的线圈电流(IBOB)小于所述第二阈值(ICUSP)时，并且如果所述线圈电流的趋势第二次超过所述第一阈值(ID1)，则在当所述线圈电流(IBOB)的趋势降低到所述第二阈值(ICUSP)以下时的第一时刻(t6)与当所述线圈电流再次上升到所述第二阈值以上时的第二时刻(t7)之间定义的时间间隔内计算(150)所述线圈电流(IBOB)与所述第二阈值(ICUSP)之间的差的积分(92)，
并且其中所述积分(92)是组合(170)以形成所述中间指示符的所述其他电学量中的一个。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
在所述电磁致动器(30)保持在稳定位置，特别是闭合位置中时，通过与所述线圈(32)相关联的传感器(Rsh)在时间间隔(Δt)内测量(140)所述线圈电流值(IBOB)，并且所述开关装置(1)处于续流模式，在所述续流模式中所述线圈电压(UBOB)由所述控制电路(51)无源地限制，同时所述线圈电流(IBOB)自由地减小，其中所述电能主要由所述线圈电阻(RBOB)耗散；
所述线圈(32)的线圈电感(LBOB)值通过所述开关装置(1)的电子控制设备(40)从所测量的线圈电流(IBOB)值并使用先前已知的线圈电压(UBOB)和线圈电阻(RBOB)值来计算(150)；
并且其中所述线圈电感(LBOB)是用于形成所述中间指示符的所述其他电学量中的一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电磁致动器(30)包括由材料制成的磁电路，其中所述线圈电感(LBOB)是从所述线圈电流(IBOB)的区域获取的所述线圈电流(IBOB)的测量结果(140)来计算(150)的，该区域中所述磁电路的所述材料的磁饱和小于该材料的最大磁饱和的80％，优选小于50％。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其中，测量(140)所述线圈电流(IBOB)和计算(150)所述线圈电感(LBOB)的步骤在几个时间间隔(Δt)内重复，其中平均电感值
从每个时间间隔期间计算的线圈电感值中推导出来，其中每个时间间隔(Δt)的持续时间的范围在0.01ms和10ms之间，优选地在0.1ms和1ms之间，更优选地等于0.2ms，并且其中所述线圈电感(LBOB)的值在至少十(10)个时间间隔内平均，优选地在至少二十(20)个时间间隔内平均。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，电学量的其他测量结果(180)中的一个是所述电子控制设备(40)的控制状态和/或流过所述电气导体(20)的极的极电流的测量结果。
14.用于实现根据权利要求1至11中任一项所述的估计方法的电气开关装置(1)，其中所述开关装置被设置为耦合到电气导体(20)并且包括：
可分离的触点(24，28)，通过电磁致动器(30)在断开位置和闭合位置之间移动所述可分离的触点(24，28)，所述电磁致动器(30)包括线圈(32)和连接到所述可分离的触点的可移动芯(34)；
电路(51)，用于控制所述线圈(32)的端子处的电气电压，称为“线圈电压”(UBOB)，所述控制电路包括称为“回退”设备(Dz)的设备，所述设备可以通过所述线圈电压被选择性地激活以减少流过所述线圈的电气电流，称为“线圈电流”(IBOB)，并且根据所述控制电路(51)的状态激活或去激活所述回退设备；
与所述线圈相关联的传感器(Rsh)，所述传感器(Rsh)用于测量所述线圈电流；
电子控制设备(40)，被设置为从所述开关装置(1)接收断开和闭合命令，以接收所述线圈电流测量结果的值并控制所述控制电路的状态；
其特征在于，在所述电磁致动器(30)保持在稳定位置，特别是闭合位置时，所述开关装置(1)被设置成实现包括以下步骤的诊断方法：
通过与所述线圈(32)相关联的所述传感器(Rsh)在时间间隔(Δt)期间测量(110)线圈电流(IBOB)值；
通过所述电子控制设备(40)从所测量的线圈电流值并使用先前已知的线圈电压(UBOB)和线圈电阻(RBOB)值，来计算(120)所述线圈(32)的磁通量值(φ)。
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