DE102009042777A1

DE102009042777A1 - Elektromagnetischer Aktor

Info

Publication number: DE102009042777A1
Application number: DE200910042777
Authority: DE
Inventors: Markus Rekla; Volker Schütz
Original assignee: Kendrion Magnettechnik GmbH
Current assignee: Kendrion (donaueschingen/engelswies) De GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: DE102009042777B4

Abstract

Elektromagnetischer Aktor (1) mit - einer Spule (3), die an einem Stator (5) angeordnet ist, - einem durch Bestromung der Spule (3) bewegbaren Anker (7), - einem mit dem Anker (7) verbundenen Stößel und - einer Messvorrichtung (10) zur Bestimmung einer Ankerposition, wobei die Messvorrichtung (10) wenigstens einen Stromsensor (12) und einen Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer vorbestimmten Ankerposition in einem elektromagnetischen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Aktoren, beispielsweise für Hubmagneten oder Betätigungsmagneten, bekannt. Diese elektromagnetischen Aktoren weisen eine Spule, die an einem Stator angeordnet ist, einen durch Bestromung der Spule bewegbaren Anker sowie einen mit dem Anker verbundenen Stößel auf. Der Stößel dient dabei als Betätigungsvorrichtung und kann beispielsweise einen Schalter betätigen oder den Durchfluss eines Ventils freigeben oder sperren. Um die fehlerfreie Funktion eines solchen elektromagnetischen Aktors zu kontrollieren und um beispielsweise das Regelverhalten eines Durchflussventils zu beeinflussen, kann es notwendig sein, die tatsächliche Position des Ankers zu kennen und gegebenenfalls zu korrigieren.
Aus dem Stand der Technik ist es dafür bekannt, mittels eines an dem elektromagnetischen Aktor angebrachten Sensors und einer an dem Stößel angeordneten Skala die Position des Ankers zu bestimmen. Ein derartiger elektromagnetischer Aktor mit einem zusätzlich vorgesehenen optischen Sensor ist in 3 dargestellt.
3 zeigt einen elektromagnetischen Aktor 1 mit einer Spule 3, die an einem Stator 5 angeordnet ist. Die Spule 3 ist zylindrisch geformt und kann dabei auf einem Spulträger angeordnet sein. Der Stator 5 weist ebenfalls eine hohlzylindrische Form auf und ist rückseitig, mit einer sogenannten Rückschlussplatte 5a zur Führung eines durch die Spule 3 erzeugten magnetischen Feldes abgeschlossen. Innerhalb der Spule 3 ist ein magnetischer Anker 7 angeordnet und entlang seiner Längsachse beweglich gelagert. An dem Anker 7 ist vorderseitig, d. h. an dem der Rückschlussplatte 5a gegenüberliegenden Ende des elektromagnetischen Aktors 1, ein Stößel 9 angeordnet, der eine Bewegung des Ankers 7 auf dem elektromagnetischen Aktor 1 heraus überträgt.
Eine Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 1 erfolgt durch Bestromung der Spule 3. Die elektrischen Kontakte der Spule 3 sind über ein elektrisches Anschlussgehäuse 11, das außenseitig an dem elektromagnetischen Aktor 1 angeordnet ist, nach Außen geführt, wodurch beispielsweise ein genormter Steckkontakt zur Verfügung gestellt wird.
Zur Überwachung der Position des Ankers 7 innerhalb des elektromagnetischen Aktors 1 ist vorderseitig an dem elektromagnetischen Aktor 1 ein Sensor 70 angeordnet, über den mit Hilfe einer Skala 72, die an dem Stößel 9 angeordnet ist, die Position des Ankers 7 innerhalb des elektromagnetischen Aktors 1 ermittelbar ist. Nach dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt auf dem Stößel 9 eine Strichskala anzuordnen, die mit Hilfe eines optischen Sensors abgetastet wird. Durch eine Auswertung des ermittelten Sensorsignals kann dann die Position des Ankers 7 innerhalb des elektromagnetischen Aktors 1 ermittelt werden. Die Positionsangabe für den Anker 7 erfolgt dabei unter Zuhilfenahme des sogenannten Hubs h, d. h. einer Wegstrecke, die der Anker 7 aus einer vorbestimmten Endposition zurückgelegt hat. Der Anker 7 des in 3 gezeigten elektromagnetischen Aktors 1 kann beispielsweise durch eine Druckfeder, die hier nicht dargestellt ist, derart vorgespannt sein, dass der Anker 7 in unbestromtem Zustand der Spule 3 am vorderen Ende des elektromagnetischen Aktors 1 sitzt. Durch eine Bestromung der Spule 3 wird der Anker 7 durch das induzierte Magnetfeld in Richtung der Rückschlussplatte und des Luftspalts 8 gezogen, so dass der Hub h dem in Richtung der Rückschlussplatte 5a zurückgelegten Weg des Ankers 7 entspricht.
Mit Hilfe des optischen Sensors 70 sowie der auf dem Stößel 9 angebrachten Skala 72 kann so, ausgehend von einer Nullposition, die Position des Ankers 7 bestimmt werden.
An diesen aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen ist es jedoch nachteilig, dass zusätzliche Sensoreinrichtungen an den elektromagnetischen Aktoren vorgesehen sein müssen. Dadurch, dass eine zusätzliche Skala, beispielsweise eine optisch abtastbare Skale, vorgesehen sein muss, besteht auch der Nachteil, dass diese, beispielsweise durch Verschmutzung, schlecht ablesbar sein kann. Es ist außerdem möglich, dass die Skala durch mechanische Einwirkungen von dem Stößel entfernt wird und dadurch keine Positionsbestimmung mehr möglich ist. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Messvorrichtungen ist außerdem, dass diese nur mit unzureichender Genauigkeit arbeiten, so dann eine genau Bestimmung der Ankerposition bisher nicht vorgenommen werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektromagnetischen Aktor mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Ankerposition sowie ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen, so dass bei gleichen oder geringeren Kosten eine zuverlässigere und genauere Messung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektromagnetischen Aktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Ankerposition in einem elektromagnetischen Aktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Gegenstand der Erfindung ist damit ein elektromagnetischer Aktor mit einer Spule, die an einem Stator angeordnet ist, einem durch Bestromung der Spule bewegbaren Anker, einem mit dem Anker verbundenen Stößel und mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Ankerposition, wobei die Messvorrichtung wenigstens einen Stromsensor und einen Magnetfeldsensor aufweist.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Messvorrichtung und des elektromagnetischen Aktors ist es möglich, nach einer einmaligen Kalibrierungsmessung und einer daraus ermittelten Kennlinie die Position des Ankers innerhalb des elektromagnetischen Aktors anhand des durch die Spule fließenden Stroms sowie des Magnetfeldes des Aktors zu bestimmen. Es wird dazu beispielsweise der magnetische Fluss innerhalb des Aktors ermittelt. Zur derartigen Positionsbestimmung ist es im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch nicht notwendig, eine auslesbare Skala vorzusehen.
Eine besonders einfache Ermittlung der Ankerposition ist möglich, wenn die Messvorrichtung zur Bestimmung der Ankerposition zusätzlich einen Speicher aufweist, in dem eine oder mehrere werksseitig mit den vorgesehenen Sensoren ermittelte, jeweils einem Hub zugeordnete, Strom-Magnetfeld-Kennlinien abgelegt sind. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, durch einen Vergleich des gemessenen Stroms und des gemessenen Magnetfelds mit den abgelegten Werten einen zugeordneten Hub zu bestimmen.
Der wenigstens eine Magnetfeldsensor kann beispielsweise als Hall-Sensor oder als Messspule realisiert sein. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, zwei in Brückenschaltung angeordnete Hall-Sensoren zu verwenden. Sowohl Hallsensoren als auch Messspulen sind kommerziell erhältlich und weitgehend erprobt, so dass eine Magnetfeldmessung mit diesen Magnetfeldsensoren unproblematisch ist. Als Stromsensor kann beispielsweise ein Widerstand, vorzugsweise mit einem nachgeschalteten Messverstärker zum Einsatz kommen.
In einer die Anordnung vereinfachenden Weiterbildung ist der Stator des elektromagnetischen Aktors gleichzeitig als Gehäuse des Aktors ausgebildet, womit eine Reduzierung der Einzelkomponenten und eine Vereinfachung der Montage des Aktors einhergehen.
Der wenigstens eine Magnetfeldsensor ist bevorzugt an dem Stator bzw. an dem Gehäuse des elektromagnetischen Aktors angeordnet und befindet sich dabei außerhalb des Gehäuses im Bereich eines magnetischen Streufelds des Aktors.
Durch die Messung einer Strom-Streufeld-Kennlinie ist es möglich, den wenigstens einen Magnetfeldsensor außerhalb des Gehäuses des elektromagnetischen Aktors anzuordnen. Das magnetische Streufeld des Aktors entsteht beispielsweise an Kanten oder Materialübergängen und verändert sich, wie das Magnetfeld des Aktors abhängig von der Position des Ankers. Eine bevorzugte Messgröße ist der magnetische Fluss.
Wenn zur Erzeugung des magnetischen Streufelds in den Stator des elektromagnetischen Aktors eine zusätzliche Nut eingebracht wird, ist es möglich, den oder die Magnetfeldsensoren annähernd beliebig am Gehäuse des elektromagnetischen Aktors anzuordnen und an der entsprechenden Stelle die Nut zur Erzeugung des magnetischen Streufelds anzubringen. Eine vorteilhafte Anordnung des wenigstens einen Magnetfeldsensors kann beispielsweise innerhalb eines ohnehin zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktor vorgesehenen Anschlussgehäuses sein, so dass dadurch weitere Anbauteile vermieden werden können.
Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messvorrichtung kann es sinnvoll sein, zwei, vorzugsweise gleichartige, Magnetfeldsensoren vorzusehen.
Zur Kompensation von Temperaturabhängigkeit ist es außerdem vorteilhaft, wenn die zwei Magnetfeldsensoren in einer Brückenschaltung verschaltet sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer vorbestimmten Ankerposition in einem elektromagnetischen Aktor mit einer an einem Stator angeordneten Spule, einem durch Bestromung der Spule bewegbaren Anker und einem mit dem Anker verbundenen Stößel weist wenigstens die nachfolgenden Schritte auf:

a) Ermitteln wenigstens einer Strom-Magnetfeld-Kennlinie zu der wenigstens einen bestimmten Ankerposition;
b) Abspeichern der ermittelten Kennlinie;
c) Messen eines Stroms sowie eines Magnetfelds des Aktors im Betrieb; und
d) Ermitteln der Ankerposition aus einem Vergleich der gemessenen Werte mit der gespeicherten Kennlinie.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, nach einer einmaligen Kalibrierungsmessung, bei der die Ankerpositionen von Außen, beispielsweise durch eine externe Messvorrichtung vorgegeben sind, lediglich in Kenntnis eines durch die Spule fließenden Stroms und eines dabei gemessenen Magnetfelds sowie der ermittelten Kennlinie die Position des Ankers derart zu bestimmen, dass aus dem Vergleich erkennbar ist, ob der Luftspalt zwischen dem Anker und der Rückschlussplatte größer oder kleiner als der Luftspalt zu der gespeicherten Kennlinie ist.
Zur genaueren Ermittlung der Ankerposition ist es vorteilhaft, wenn bei der Kalibrierungsmessung eine Kennlinienschar zu mehreren vorbestimmten Ankerpositionen ermittelt und diese im Speicher hinterlegt wird.
Vorteilhafterweise wird als Magnetfeld ein magnetisches Streufeld des Aktors gemessen.
Zur Vereinfachung des Verfahrens ist es außerdem möglich, die Kennlinie lediglich an einer begrenzten Zahl von Stützstellen zu ermitteln und anschließend entweder die ermittelten Stützstellen oder eine interpolierte Kennlinie abzuspeichern.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert.
Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem Magnetfeldsensor,
1b eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Magnetfeldsensoren,
2 beispielhafte Strom-Magnetfeld-Kennlinien für verschiedenen Luftspalte, und
3 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Aktors gemäß dem Stand der Technik (schon behandelt).
1a zeigt eine vereinfachte Darstellung eines elektromagnetischen Aktors 1, bei dem innerhalb einer als Hohlzylinder gewickelten Spule 3 ein entlang der Zylinderachse beweglich gelagerter Anker 7 angeordnet ist. Die Spule 3 mit dem darin angeordneten Anker 7 ist innerhalb eines Stators 5 zur Leitung eines durch die Spule 3 erzeugbaren magnetischen Flusses angeordnet. Die Spule 3 ist in üblichen Anwendungen außerdem auf einem Spulträger, aus Kunststoff angeordnet. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine Darstellung dieses Spulenträgers in der vorliegenden Abbildung jedoch verzichtet. Der Stator 5 ist im vorliegenden Beispiel zweiteilig mit einem topfförmig ausgebildeten Vorderteil sowie einer rückseitig angeordneten sogenannten Rückschlussplatte 5a zum Verschießen des topfförmigen Vorderteils aufgebaut. Derartige Statoren 5 können gleichzeitig auch als Gehäuse des elektromagnetischen Aktors 1 ausgebildet sein. Der Stator 5 weist vorderseitig eine zentrisch angeordnete Durchgangsöffnung auf, durch die ein Stößel 9, der an dem innerhalb des Stators 5 angeordneten Anker 7 befestigt ist, aus dem elektromagnetischen Aktor 1 herausragt. Zwischen einer Stützfläche 9a des Stößels 9 und dem Stator 5 kann eine Druckfeder 6 angeordnet sein, wodurch der Anker 7 in unbestromtem Zustand der Spule 3 in eine Ruhelage am vorderen Ende des Stators 5 gezogen wird. Ausgehend von dieser Ruhelage wird der sogenannte Hub h des Ankers 7 bestimmt. Der Hub h bezeichnet dabei die Strecke, die der Anker 7 aus der Ruhelage in Richtung der Rückseite des Stators 5 zurückgelegt hat, und ermöglicht damit die Position des Ankers 7 innerhalb des elektromagnetischen Aktors 1 eindeutig zu bestimmen. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Ankerposition ist durch die Angabe des Luftspalts l zwischen der Rückseite des Ankers 7 und der Innenfläche der Rückschlussplatte 5a gegeben. Der Luftspalt l entspricht dabei immer der Differenz eines maximalen Luftspalts l_max, der in der Ruheposition des Ankers besteht, und des Hubs h gemäß der Formel l = l_max – h.
Zur Bestimmung der Ankerposition innerhalb des Stators 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Messvorrichtung 10 vorgesehen, die in einem Anschlussgehäuse 11 des elektromagnetischen Aktors 1 untergebracht ist. Eine derartige Anordnung der Messvorrichtung 10 hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Anbauteile benötigt werden und so eine kompaktere Bauweise des elektromagnetischen Aktors 1 ermöglicht wird. Die Messvorrichtung 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Stromsensor 12, einen Magnetfeldsensor 14 sowie einen Speicher 15 auf. Die Bestimmung der Ankerposition innerhalb des elektromagnetischen Aktors 1 erfolgt über eine Messung des in die Spule 3 fließenden Stroms I mittels des Stromsensors 12 sowie eine Messung der magnetischen Flussdichte B eines magnetischen Streufelds mittels des Magnetfeldsensors 14. In dem Speicher 15 sind eine oder mehrere I-B-Kennlinien zu unterschiedlichen Ankerpositionen hinterlegt, so dass durch einen Vergleich der gemessenen Werte mit den im Speicher hinterlegten Kennlinien eine eindeutige Bestimmung der Ankerposition ermöglichlicht wird.
Durch eine unterschiedliche Positionierung des Ankers 7 innerhalb des Stators 5 ändert sich das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors 1 in signifikanter Weise, so dass auch ein aus dem Stator 5 austretendes magnetisches Streufeld eine signifikante Änderung erfährt.
Der Magnetfeldsensor 14 kann beispielsweise als Hall-Sensor ausgeführt sein. Für eine zuverlässige Messung ist es notwendig, dass der Magnetfeldsensor 14 im Bereich eines magnetischen Streufelds des elektromagnetischen Aktors 1 angeordnet ist. Solche magnetischen Streufelder entstehen an sämtlichen Kanten sowie Materialübergängen des Stators 5, so dass eine Anbringung des Magnetfeldsensors 14 beispielsweise auch an einem Übergang zwischen der Rückschlussplatte 5a und dem Stator 5 oder an einer Vorderkante des Stators 5 möglich wäre.
Die notwendigen Anschlussleitungen sowie ein gegebenenfalls vorhandener Mikroprozessor zur direkten Auswertung der Ankerposition innerhalb der Messvorrichtung 10 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellt, können jedoch ohne Weiteres durch den Fachmann vorgesehen werden.
1b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors 1, der im Wesentlichen wie der elektromagnetische Aktor 1 aus 1a aufgebaut ist. Es werden daher lediglich die unterscheidenden Merkmale näher erläutert.
In dem in 1b dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Messvorrichtung 10 im Bereich einer künstlich in den Stator 5 eingebrachten Nut 17 angeordnet. Die Nut 17 dient zur künstlichen Erzeugung eines magnetischen Streufelds, so dass die Anordnung der Messeinrichtung 10 unabhängig von Kanten oder Materialübergängen des Stators 5 möglich ist.
Durch die Bestromung der Spule 3 entsteht ein Magnetfeld, dessen Feldlinien parallel zur Oberfläche des metallischen Stators 5, der das Magnetfeld führt, verlaufen. An Fehlstellen, Materialübergangsstellen oder der Nut 17 treten die Feldlinien auf der einen Seite aus dem ferromagnetischen Material des Stators 5 aus und auf der anderen Seite ein, d. h. dass in diesem Bereich Magnetpole entstehen und dass aus dem Material austretende magnetische Feld durch Magnetfeldsensoren 14a, 14b detektiert werden.
Die Messeinrichtung 10 ist in diesem Beispiel aus einem ersten Magnetfeldsensor 14a und einem zweiten Magnetfeldsensor 14b aufgebaut, die in einer Brückenschaltung zur Temperaturkompensation verschaltet sind. Die Magnetfeldsensoren 14a, 14b können beispielsweise symmetrisch zu der Nut 17 angeordnet sein, so dass sie im Wesentlichen einem identischen jedoch in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Magnetfeld ausgesetzt sind und somit in eine Brückenschaltung die Kompensation von thermischen Effekten sowie von homogenen magnetischen Störfeldern bzw. magnetischen Fremdfeldern ermöglicht wird.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier ein Widerstand als Stromsensor 12 vorgesehen, so dass ein entsprechendes Wertepaar vermittelt werden kann. Der ermittelte Wert für den durch die Spule fließenden Strom I sowie das an der Nut 17 erzeugte magnetische Streufeld, das durch die Magnetfeldsensoren 14a, 14b aufgenommen wird, können mit einer im Speicher 15 hinterlegten Strom-Magnetfeld-Kennlinie verglichen werden, wodurch eine Bestimmung der Ankerposition innerhalb des Stators 5 möglich ist.
2 zeigt in einem Diagramm beispielhafte Kennlinien für verschiedene Luftspalte l, bei denen der durch die Spule 3 fließende Strom I sowie die magnetische Flussdichte B des an der Nut 17 entstehenden magnetischen Streufelds gegeneinander aufgetragen sind.
Wie 2 entnommen werden kann, sind die magnetische Flussdichte B und der durch die Spule 3 fließende Strom I weitgehend direkt proportional, so dass bei Ermittlung einiger repräsentativer Stützstellen eine Interpolation der Kennlinie vorgenommen werden kann. Das an der Nut 17 auftretende magnetische Streufeld nimmt bei geringer werdendem Luftspalt l signifikant zu, so dass bei einem bekannten Messwertpaar aus Stromstärke I und magnetischer Flussdichte B eine eindeutige Zuordnung zu einem Luftspalt l erfolgen kann.
Es wird nachfolgend ein beispielhafter Ablauf für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Ankerposition in einem elektromagnetischen Aktor 1 beschrieben.
In einem ersten Schritt wird wenigstens eine Strom-Magnetfeld-Kennlinie zu wenigstens einer vorbestimmten Ankerposition ermittelt. Dazu wird der Anker in der vorbestimmten Position, beispielsweise bei einem Luftspalt von 0,5 mm durch eine externe Einrichtung festgesetzt und in die Spule 3 ein steigender Strom, beispielsweise im Bereich von 0 bis 250 mA, eingespeist. Der durch die Spule 3 fließende Strom I wird durch einen Messwiderstand, der als Stromsensor 12 dient, geleitet, so dass anhand der am Messwiderstand abfallenden Spannung der fließende Strom I ermittelt werden kann. Gleichzeitig zur Messung der Stromstärke I wird durch die in der Messvorrichtung 10 angeordneten Magnetfeldsensoren 14, 14a, 14b beispielsweise Hall-Sensoren, die magnetische Flussdichte B des an der Nut 17 aus dem Stator 5 austretenden magnetischen Streufelds ermittelt. Im vorliegenden Beispiel liegt die magnetische Flussdichte B bei Strömen I im Bereich von 0 bis 250 mA in einem Bereich von 0 bis 7 mT. Alternativ zur magnetischen Flussdichte B kann auch der zur magnetischen Flussdichte B direkt proportionale magnetische Fluss Φ ermittelt werden. Der magnetische Fluss Φ ist mit der magnetischen Flussdichte B durch die Größe der durchfluteten Fläche A verbunden, so dass gilt Φ = B·A. die I-B-Kennlinie kann entweder kontinuierlich oder an einer ausreichenden Zahl von Stützstellen ermittelt und anschließend interpoliert werden. Die so ermittelte Kennlinie wird anschließend in dem Speicher 15 abgelegt.
Im Betrieb des elektromagnetischen Aktors 1 ist es sodann möglich aus einem gemessenen Messwertpaar aus Stromstärke I und magnetischer Flussdichte B die Größe des Luftspalts l und damit die Position des Ankers 7 innerhalb des Stators 5 zu ermitteln.
Zusätzlich zur Ermittlung der aktuellen Position des Ankers 7 kann außerdem eine Regelung der Ankerposition derart vorgesehen sein, dass über einen Mikroprozessor die Stromstärke des durch die Spule 3 fließenden Stroms I derart geregelt wird, dass sich der magnetische Fluss B entsprechend einer gewünschten Ankerposition, d. h. entsprechend einem gewünschten Luftspalt l, einstellt. Es kann derart eine Regelung auf einen gewünschten Luftspalt l erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: elektromagnetischer Aktor
3: Spule
5: Stator
5a: Rückschlussplatte
6: Druckfeder
7: Anker
8: Luftspalt
9: Stößel
9a: Stützfläche
10: Messvorrichtung
11: Anschlussgehäuse
12: Stromsensor
13: Platine
14: Magnetfeldsensor
14a: erster Magnetfeldsensor
14b: zweiter Magnetfeldsensor
15: Speicher
17: Nut
70: Sensor
72: Maßstab
h: Hub
l: Luftspalt
lmax: maximaler Luftspalt
I: Strom
B: magnetische Flussdichte
Φ: magnetischer Fluss
A: durchflutete Fläche

Claims

Elektromagnetischer Aktor (1) mit – einer Spule (3), die an einem Stator (5) angeordnet ist, einem durch Bestromung der Spule (3) bewegbaren Anker (7), – einem mit dem Anker (7) verbundenen Stößel (9) und – einer Messvorrichtung (10) zur Bestimmung einer Ankerposition, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) wenigstens einen Stromsensor (12) und einen Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) aufweist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) einen Speicher (15) aufweist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) ein Hallsensor ist oder zwei in Brückenschaltung angeordnete Hallsensoren aufweist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) eine Messspule ist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) als Gehäuse des Aktors (1) ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) an dem Stator (5) angeordnet ist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnetfeldsensor (14; 14a, 14b) im Bereich eines magnetischen Streufelds des Aktors (1) angeordnet ist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) zur Erzeugung des magnetischen Streufelds eine Nut (17) aufweist.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleichartige Magnetfeldsensoren (14a, 14b) vorgesehen sind.
Elektromagnetischer Aktor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Magnetfeldsensoren (14a, 14b) in einer Brückenschaltung zur Kompensation von homogenen magnetischen Störfeldern verschaltet sind.
Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer vorbestimmten Ankerposition in einem elektromagnetischen Aktor (1) mit einer an einem Stator (5) angeordneten Spule (3), einem durch Bestromung der Spule (3) bewegbaren Anker (7) und einem mit dem Anker (7) verbundenen Stößel (9), wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweist: – Ermitteln wenigstens einer Strom-Magnetfeld-Kenn-linie zu der wenigstens einen bestimmten Ankerposition, – Abspeichern der ermittelten Kennlinie – Messen des Stroms (I) sowie des Magnetfels (B) des Aktors (1) im Betrieb und – Ermitteln der Ankerposition aus einem Vergleich der gemessenen Werte mit der gespeicherten Kennlinie.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinienschar zu mehreren vorbestimmten Ankerpositionen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeld ein Streumagnetfeld des Aktors (1) ermittelt und gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie an einer begrenzten Zahl von Stützstellen ermittelt und interpoliert wird.