DE102019135209A1 - Method for determining the position of an armature within a solenoid as well as a solenoid actuator - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Position (x) eines Ankers (16) innerhalb einer Magnetspule (14) eines Hubmagnetaktors (10) beschrieben. Dabei wird die Magnetspule (14) mit zumindest einem ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls beaufschlagt und eine aus dem Spannungsimpuls resultierende Spannung über der Magnetspule (14) gemessen. Aus dieser wird die Position (x) des Ankers (16) innerhalb der Magnetspule (14) abgeleitet. Ferner wird ein Hubmagnetaktor (10) vorgestellt, wobei eine Positionserfassungseinheit (24) vorgesehen ist, mittels der eine Position (x) des Ankers (16) innerhalb der Magnetspule (14) erfassbar ist. Die Positionserfassungseinheit (24) umfasst eine Spannungsimpulsquelle zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses.A method for determining a position (x) of an armature (16) within a magnet coil (14) of a lifting magnet actuator (10) is described. At least one first pulse-width-modulated voltage pulse is applied to the magnetic coil (14) and a voltage resulting from the voltage pulse is measured across the magnetic coil (14). The position (x) of the armature (16) within the magnetic coil (14) is derived from this. A solenoid actuator (10) is also presented, a position detection unit (24) being provided, by means of which a position (x) of the armature (16) within the magnetic coil (14) can be detected. The position detection unit (24) comprises a voltage pulse source for generating a pulse-width-modulated voltage pulse.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Ankers innerhalb einer Magnetspule eines Hubmagnetaktors.The invention relates to a method for determining a position of an armature within a magnet coil of a lifting magnet actuator.
Zudem betrifft die Erfindung einen Hubmagnetaktor mit einer Magnetspule und einem Anker, der entlang einer Betätigungsachse beweglich innerhalb der Magnetspule gelagert ist, wobei eine Positionserfassungseinheit vorgesehen ist, mittels der eine Position des Ankers innerhalb der Magnetspule erfassbar ist.The invention also relates to a lifting magnet actuator with a magnet coil and an armature, which is movably supported along an actuation axis within the magnet coil, a position detection unit being provided by means of which a position of the armature within the magnet coil can be detected.
Solche Verfahren und Hubmagnetaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.Such methods and lifting magnet actuators are known from the prior art.
Positionserfassungseinheiten umfassen in diesem Zusammenhang üblicherweise Sensoren, die insbesondere eine erste End- oder Extremposition und eine zweite End- oder Extremposition des Ankers innerhalb der Magnetspule detektieren können. Es kann so beispielsweise ermittelt werden, ob der Anker in einer zurückgezogenen oder in einer ausgefahrenen Position ist. Insbesondere ist dies dann von Bedeutung, wenn der Hubmagnetaktor zum Sperren oder Festlegen eines Bauteils verwendet wird. Beispielsweise kann mittels des Hubmagnetaktors ein Ventilschieber oder ein Hydraulikzylinder in verschiedenen Positionen verriegelt werden. Dabei kann der Hydraulikzylinder ein Teil eines Gangstellers oder einer Parksperre sein. Mittels der Positionserfassungseinheit kann dann ein gesperrter Haltezustand von einem nicht gesperrten Freigabezustand unterschieden werden.In this context, position detection units usually include sensors that can detect, in particular, a first end or extreme position and a second end or extreme position of the armature within the magnet coil. It can thus be determined, for example, whether the anchor is in a retracted or in an extended position. This is particularly important when the solenoid actuator is used to lock or fix a component. For example, a valve slide or a hydraulic cylinder can be locked in different positions by means of the solenoid actuator. The hydraulic cylinder can be part of a gear selector or a parking lock. The position detection unit can then be used to distinguish a blocked hold state from an unlocked release state.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern und gleichzeitig einen Hubmagnetaktor anzugeben, der eine einfach und kostengünstig aufgebaute Positionserfassungseinheit aufweist.The object of the present invention is to further improve a method of the type mentioned at the beginning and at the same time to specify a lifting magnet actuator which has a position detection unit that is simple and inexpensive.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Magnetspule mit zumindest einem ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls beaufschlagt wird, eine aus dem Spannungsimpuls resultierende Spannung über der Magnetspule gemessen wird, und aus der resultierenden Spannung die Position des Ankers innerhalb der Magnetspule abgeleitet wird.The object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, wherein at least one first pulse-width-modulated voltage pulse is applied to the magnet coil, a voltage resulting from the voltage pulse is measured across the magnet coil, and the position of the armature within the magnet coil is derived from the resulting voltage .
Dabei wird unter einem pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls im Unterschied zu einem Wechselspannungsimpuls ein Spannungsimpuls ohne negative Anteile verstanden. Ein solches Verfahren benötigt keine Sensoren zur Positionserfassung des Ankers. Dementsprechend kann dieses Verfahren auch im Zusammenhang mit vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebauten Hubmagnetaktoren verwendet werden. Dabei nutzt das Verfahren den physikalischen Effekt aus, dass eine Induktivität der Magnetspule proportional zu einem Luftspalt ist, der mit der Position des Ankers innerhalb der Magnetspule variiert. Je kleiner der Luftspalt ist, umso höher ist die Induktivität. Zwischen der Induktivität und dem Luftspalt kann ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang bestehen, sodass von der Induktivität einfach auf die Position des Ankers zurückgeschlossen werden kann. Die Induktivität lässt sich explizit oder implizit über die resultierende Spannung ermitteln.In this case, a pulse-width-modulated voltage pulse, in contrast to an alternating voltage pulse, is understood to mean a voltage pulse without negative components. Such a method does not require any sensors to detect the position of the armature. Accordingly, this method can also be used in connection with lifting magnet actuators that are comparatively simple and inexpensive. The method uses the physical effect that an inductance of the magnet coil is proportional to an air gap that varies with the position of the armature within the magnet coil. The smaller the air gap, the higher the inductance. There can be an essentially linear relationship between the inductance and the air gap, so that the position of the armature can easily be deduced from the inductance. The inductance can be determined explicitly or implicitly via the resulting voltage.
Vorzugsweise wird zum Ausführen des Verfahrens, das heißt zum Aufbringen des pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses und zum Detektieren einer resultierenden Spannung, eine eigens dafür ausgebildete elektrische Schaltung verwendet. Die elektrische Schaltung zur Positionsermittlung ist insbesondere getrennt von einer elektrischen Schaltung zur Betätigung des Ankers ausgeführt.A specially designed electrical circuit is preferably used to carry out the method, that is to say to apply the pulse-width-modulated voltage pulse and to detect a resulting voltage. The electrical circuit for determining the position is designed in particular separately from an electrical circuit for actuating the armature.
Bevorzugt wird die Magnetspule innerhalb eines Messzyklus mit einer festen Anzahl an ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen beaufschlagt und für jeden Spannungsimpuls eine resultierende Spannung über der Magnetspule gemessen. Dabei wird zur Ableitung der Position des Ankers ein Mittelwert aller resultierenden Spannungen verwendet. Auf diese Weise kann die resultierende Spannung über der Magnetspule mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Somit kann die Position des Ankers ebenso genau ermittelt werden. Beispielsweise umfasst ein Messzyklus hierfür 3 bis 20 erste pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse. Dies stellt einen guten Kompromiss aus der Dauer des Messzyklus und der erreichbaren Genauigkeit der Messung dar.A fixed number of first pulse-width-modulated voltage pulses is preferably applied to the magnet coil within a measurement cycle and a resulting voltage across the magnet coil is measured for each voltage pulse. An average of all the resulting stresses is used to derive the position of the armature. In this way, the resulting voltage across the magnet coil can be detected with high accuracy. The position of the armature can thus be determined just as precisely. For example, a measurement cycle for this comprises 3 to 20 first pulse-width-modulated voltage pulses. This represents a good compromise between the duration of the measurement cycle and the achievable accuracy of the measurement.
Auch kann die resultierende Spannung über der Magnetspule mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz gemessen werden. Alternativ kann die resultierende Spannung aus einem resultierenden Spannungsverlauf über der Magnetspule ermittelt werden, indem ein Spannungswert an einer Stelle maximalen Spannungsabfalls als resultierende Spannung herangezogen wird. Dabei wird vorzugsweise die Abtastfrequenz so eingestellt, dass die resultierende Spannung möglichst in einem Bereich ihrer maximalen Änderung über der Zeit erfasst wird. Über diesen Spannungswert lässt sich die Position des Ankers mit hoher Genauigkeit ermitteln.The resulting voltage across the magnet coil can also be measured with a predetermined sampling frequency. Alternatively, the resulting voltage can be determined from a resulting voltage profile across the magnet coil by using a voltage value at a point of maximum voltage drop as the resulting voltage. The sampling frequency is preferably set in such a way that the resulting voltage is recorded as possible in a range of its maximum change over time. The position of the armature can be determined with high accuracy via this voltage value.
Gemäß einer Variante wird die Position des Ankers in Abhängigkeit einer Temperatur der Magnetspule ermittelt. Es wird somit der physikalische Effekt berücksichtigt, gemäß dem bei konstantem Luftspalt die Induktivität temperaturabhängig ist. Diese Abhängigkeit ist im Wesentlichen linear, wobei die Induktivität mit steigender Temperatur steigt. Nachdem das Verfahren innerhalb eines möglichst großen Temperaturbereichs zu genauen Resultaten hinsichtlich der Position des Ankers führen soll, muss der Temperatureinfluss kompensiert werden. Es lässt sich somit die Position des Ankers über einen breiten Temperaturbereich der Magnetspule mit hoher Genauigkeit bestimmen. In diesem Zusammenhang kann die elektrische Schaltung zum Ausführen des Verfahrens vom Anker und der Magnetspule, also vom Aktor, thermisch separiert sein, sodass die elektrische Schaltung im Vergleich zum Anker und zur Magnetspule nur geringen Temperaturschwankungen unterliegt.According to one variant, the position of the armature is determined as a function of a temperature of the magnet coil. The physical effect is thus taken into account, according to which the inductance is temperature-dependent with a constant air gap. This dependency is essentially linear, the inductance increasing with increasing temperature. Since the method is to lead to precise results with regard to the position of the armature within as large a temperature range as possible, the temperature influence must be compensated. The position of the armature can thus be determined with high accuracy over a wide temperature range of the magnet coil. In this context, the electrical circuit for carrying out the method can be thermally separated from the armature and the magnet coil, that is to say from the actuator, so that the electrical circuit is subject to only slight temperature fluctuations compared to the armature and the magnet coil.
In diesem Zusammenhang kann die Magnetspule mit zumindest einem zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls beaufschlagt werden, eine aus dem zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls resultierende Spannung über der Magnetspule gemessen werden, ein aus dem zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls resultierender Strom in der Magnetspule ermittelt werden, und aus der resultierenden Spannung und dem resultierenden Strom ein Widerstand und/oder eine Temperatur der Magnetspule abgeleitet werden. Alternativ kann sich die Ermittlung des Stroms auch auf das gemessene Spannungssignal und einen bekannten, temperaturabhängigen Widerstand der Magnetspule stützen. In beiden Varianten wird ein Widerstand der Magnetspule errechnet. Dieser ist temperaturabhängig. Somit kann anhand des Widerstands die Temperatur ermittelt werden. Bevorzugt wird dafür der errechnete Widerstand mit einem Korrekturfaktor multipliziert. Das resultierende Ergebnis wird mit einem Korrektursummanden korrigiert. Dabei ist im Korrekturfaktor vorzugsweise ein Temperaturkoeffizient des Materials der Magnetspule berücksichtigt. Somit lässt sich auf einfache Weise eine Temperatur der Magnetspule bestimmen.In this context, at least one second pulse width modulated voltage pulse can be applied to the magnet coil, a voltage resulting from the second pulse width modulated voltage pulse can be measured across the magnet coil, a current in the magnet coil resulting from the second pulse width modulated voltage pulse can be determined, and from the resulting voltage and the resulting current a resistance and / or a temperature of the magnet coil can be derived. Alternatively, the determination of the current can also be based on the measured voltage signal and a known, temperature-dependent resistance of the magnet coil. In both variants, a resistance of the magnet coil is calculated. This is temperature dependent. The temperature can thus be determined on the basis of the resistance. For this purpose, the calculated resistance is preferably multiplied by a correction factor. The resulting result is corrected with a correction addend. A temperature coefficient of the material of the magnet coil is preferably taken into account in the correction factor. A temperature of the magnet coil can thus be determined in a simple manner.
Im Zusammenhang mit der zuvor ermittelten Spannung, die aus dem ersten Spannungsimpuls resultiert, kann nun die Position des Ankers ermittelt werden, indem die resultierende Spannung mit dem Widerstand und einem weiteren Korrekturfaktor multipliziert wird. Davon wird das Produkt der resultierenden Spannung mit einem zusätzlichen Korrekturfaktor sowie das Produkt des Widerstands der Magnetspule mit einem ergänzenden Korrekturfaktor abgezogen. Das Resultat wird mit einem Korrektursummanden verrechnet.In connection with the previously determined voltage, which results from the first voltage pulse, the position of the armature can now be determined by multiplying the resulting voltage with the resistance and a further correction factor. The product of the resulting voltage with an additional correction factor and the product of the resistance of the magnet coil with an additional correction factor are subtracted from this. The result is offset against a correction sum.
Bevorzugt kann ein auf diese Weise erhaltener Positionswert um quadratische Temperatureinflüsse bereinigt werden. Dafür wird der erhaltene Positionswert um einen Korrektursummanden, in den die Temperatur quadratisch eingeht, einen Korrektursummanden, in den die Temperatur linear eingeht, und einen einheitslosen Korrektursummanden berichtigt. Hieraus resultiert ein korrigierter Positionswert.A position value obtained in this way can preferably be corrected for quadratic temperature influences. For this, the position value obtained is corrected by a correction summand in which the temperature is entered as a square, a correction summand in which the temperature is entered linearly, and a correction summand without a unit. This results in a corrected position value.
Bevorzugt ist eine Pulsdauer des ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses kleiner als eine Pulsdauer des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses. Die Pulsdauer des ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses beträgt beispielsweise 1 bis 20 Millisekunden. Die Pulsdauer des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses ist größer und beträgt vorzugsweise mindestens das Doppelte. Dabei kommt es bei der Pulsdauer des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses darauf an, dass durch die Induktivität der Magnetspule bedingte Effekte weitgehend abgeklungen sind, sodass resultierende Ströme und resultierende Spannungen gemessen werden können, die im Wesentlichen aus einem ohmschen Verhalten der Magnetspule resultieren. Es lassen sich somit die aus den beiden pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen resultierenden Spannungen separat voneinander erfassen.A pulse duration of the first pulse-width-modulated voltage pulse is preferably shorter than a pulse duration of the second pulse-width-modulated voltage pulse. The pulse duration of the first pulse-width-modulated voltage pulse is, for example, 1 to 20 milliseconds. The pulse duration of the second pulse-width-modulated voltage pulse is greater and is preferably at least twice that. When it comes to the pulse duration of the second pulse-width-modulated voltage pulse, it is important that effects caused by the inductance of the magnet coil have largely subsided, so that resulting currents and voltages can be measured that essentially result from an ohmic behavior of the magnet coil. The voltages resulting from the two pulse-width-modulated voltage pulses can thus be recorded separately from one another.
Die Magnetspule kann innerhalb eines Messzyklus mit einer festen Anzahl an zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen beaufschlagt werden. Für jeden Spannungsimpuls wird eine resultierende Spannung über der Magnetspule und/oder ein resultierender Strom in der Magnetspule gemessen, wobei zur Ableitung der Temperatur der Magnetspule ein Mittelwert aller resultierenden Spannungen und/oder aller resultierenden Ströme verwendet wird. Dabei kann der Mittelwert aus den resultierenden Spannungen oder Strömen innerhalb eines Messzyklus errechnet werden. Alternativ kann über mehrere Messzyklen hinweg ein gleitender Mittelwert errechnet werden. Auf diese Weise kann eine Temperatur mit hoher Genauigkeit abgeleitet werden.A fixed number of second pulse-width-modulated voltage pulses can be applied to the magnetic coil within a measurement cycle. For each voltage pulse, a resulting voltage across the magnetic coil and / or a resulting current in the magnetic coil is measured, an average of all resulting voltages and / or all resulting currents being used to derive the temperature of the magnetic coil. The mean value can be calculated from the resulting voltages or currents within a measuring cycle. Alternatively, a moving average can be calculated over several measuring cycles. In this way, a temperature can be derived with high accuracy.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Messzyklus
Vorteilhafterweise umfasst ein Messzyklus eine feste Anzahl an ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen und eine feste Anzahl an zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen. Beispielsweise sind acht zweite pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse und zehn erste zweite pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse vorgesehen. Somit kann schnell und einfach eine temperaturkompensierte Position des Ankers erfasst werden.A measurement cycle advantageously comprises a fixed number of first pulse-width-modulated voltage pulses and a fixed number of second pulse-width-modulated voltage pulses. For example, eight second pulse-width-modulated voltage pulses and ten first second pulse-width-modulated voltage pulses are provided. A temperature-compensated position of the armature can thus be recorded quickly and easily.
Vorzugsweise wird das Verfahren ausschließlich dann ausgeführt, wenn der Hubmagnetaktor unbetätigt ist. Die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Spannungen und Ströme treten also nicht gleichzeitig mit einer Bestromung der Magnetspule auf, die einer Positionsänderung des Ankers dient. Damit kann das Verfahren mit vergleichsweise kleinen Strömen und Spannungen arbeiten. Diese Ströme und Spannungen sind zu klein, um den Hubmagnetaktor zu betätigen. Somit wird ein unerwünschtes Betätigen des Hubmagnetaktors durch eine Messspannung oder einen Messstrom wirkungsvoll vermieden. Ferner wird die Betätigung des Hubmagnetaktors nicht durch das Verfahren gestört.The method is preferably carried out only when the solenoid actuator is not actuated. The voltages and currents necessary to carry out the process do not occur at the same time as current is applied to the magnet coil, which causes a change in position of the Anchor serves. This means that the method can work with comparatively small currents and voltages. These currents and voltages are too small to operate the solenoid actuator. In this way, undesired actuation of the solenoid actuator by a measuring voltage or a measuring current is effectively avoided. Furthermore, the actuation of the solenoid actuator is not disturbed by the method.
Die Aufgabe wird zusätzlich durch einen Hubmagnetaktor der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Positionserfassungseinheit eine Spannungsimpulsquelle zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Spannungsimpulses aufweist. Die Spannungsimpulsquelle ist elektrisch mit der Magnetspule gekoppelt, sodass die Magnetspule mit einem ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls beaufschlagbar ist. Bei einem derartigen Hubmagnetaktor kann mit hoher Genauigkeit eine Position eines zugehörigen Ankers erfasst werden. Zugleich ist der Hubmagnetaktor einfach und kostengünstig aufgebaut. Insbesondere kommt er ohne spezifische Sensoren zur Erfassung einer Ankerposition aus.The object is additionally achieved by a lifting magnet actuator of the type mentioned at the outset, in which the position detection unit has a voltage pulse source for generating a pulse-width-modulated voltage pulse. The voltage pulse source is electrically coupled to the magnet coil, so that the magnet coil can be acted upon with a first pulse-width-modulated voltage pulse. With such a solenoid actuator, a position of an associated armature can be detected with high accuracy. At the same time, the solenoid actuator has a simple and inexpensive design. In particular, it manages without specific sensors for detecting an anchor position.
Bevorzugt ist der Magnetspule und der Spannungsimpulsquelle eine Diode zwischengeschaltet, wobei eine Durchlassrichtung der Diode von der Spannungsimpulsquelle in Richtung Magnetspule orientiert ist. Auf diese Weise wird ein Rückwirken der elektrischen Schaltung, die der Betätigung des Hubmagnetaktors dient, auf die elektrische Schaltung zum Erfassen der Ankerposition verhindert. Anders gesagt ist so die elektrische Schaltung zur Positionserfassung vor vergleichsweise hohen Spannungen aus der elektrischen Schaltung zur Betätigung geschützt. Dadurch kann die elektrische Schaltung zur Positionserfassung vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut sein.A diode is preferably connected between the magnetic coil and the voltage pulse source, a forward direction of the diode being oriented from the voltage pulse source in the direction of the magnetic coil. In this way, the electrical circuit which is used to actuate the solenoid actuator is prevented from having an effect on the electrical circuit for detecting the armature position. In other words, the electrical circuit for position detection is protected from comparatively high voltages from the electrical circuit for actuation. As a result, the electrical circuit for position detection can be constructed in a comparatively simple and inexpensive manner.
Der Magnetspule und der Spannungsimpulsquelle kann auch ein Widerstand zwischengeschaltet sein. Durch den Widerstand wird der von der Positionserfassungseinheit auf die Magnetspule einwirkende Strom begrenzt.A resistor can also be interposed between the magnetic coil and the voltage pulse source. The current acting on the magnet coil by the position detection unit is limited by the resistance.
In einer Ausführungsform ist die Spannungsimpulsquelle dazu ausgebildet, zeitlich nacheinander mehrere pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse zu erzeugen, insbesondere wobei die Spannungsimpulsquelle dazu ausgebildet ist, Spannungsimpulse von unterschiedlicher Pulsdauer zu erzeugen. Mittels der Spannungsimpulsquelle können also erste pulsweitenmodulierte Spannungspulse und zweite pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse generiert werden, die sich in ihrer Pulsdauer unterscheiden. Damit kann, wie oben bereits beschrieben, die Position des Ankers unter Kompensation eines Temperatureinflusses erfasst werden.In one embodiment, the voltage pulse source is designed to generate a plurality of pulse-width-modulated voltage pulses one after the other, in particular wherein the voltage pulse source is designed to generate voltage pulses of different pulse duration. The voltage pulse source can therefore be used to generate first pulse-width-modulated voltage pulses and second pulse-width-modulated voltage pulses which differ in terms of their pulse duration. In this way, as already described above, the position of the armature can be detected while compensating for a temperature influence.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:
- -
1 einen erfindungsgemäßen Hubmagnetaktor, der an einem Hydraulikzylinder verbaut ist, wobei ein Anker eine erste Position einnimmt, - -
2 den Hubmagnetaktor aus1 , wobei der Anker eine zweite Position einnimmt, - -
3 den Hubmagnetaktor aus den1 und2 , wobei der Anker weiterhin die zweite Position einnimmt, - -
4 eine Positionserfassungseinheit des Hubmagnetaktors aus den1 bis3 in Form einer elektrischen Schaltung, - -
5 ein Diagramm mit einem resultierenden Spannungsverlauf u(t) über der Zeit und einem resultierenden Stromverlauf i(t) über der Zeit, die mittels der Positionserfassungseinheit detektiert werden, und - -
6 ein Detail VI der Darstellung aus5 .
- -
1 a solenoid actuator according to the invention, which is installed on a hydraulic cylinder, with an armature occupying a first position, - -
2 the solenoid actuator1 with the anchor in a second position, - -
3 the solenoid actuator from the1 and2 with the anchor still in the second position, - -
4th a position detection unit of the lifting magnet actuator from the1 to3 in the form of an electrical circuit, - -
5 a diagram with a resulting voltage curve u (t) over time and a resulting current curve i (t) over time, which are detected by means of the position detection unit, and - -
6th a detail VI of the illustration5 .
Die
Der Hubmagnetaktor
Der Anker
In diesem Zusammenhang nimmt der Anker
In der
In der
Um eine aktuelle Position des Ankers
Diese ist in
Sie umfasst eine Spannungsimpulsquelle
Dabei kann die Spannungsimpulsquelle
Hierfür ist die Spannungsimpulsquelle
Die Spannungsimpulsquelle
Dabei ist der Spannungsimpulsquelle
Ferner ist der Magnetspule
Darüber hinaus ist die Positionserfassungseinheit
Ferner ist eine Spannungserfassungseinheit
Außerdem ist ein Widerstand
Gemäß einer nicht dargestellten Alternative ist die Spannungserfassungseinheit
Eine weitere Diode
Die in
Eine elektrische Schnittstelle
Eine aktuelle Position des Ankers
Die Magnetspule
Hierfür wird die Spannungsimpulsquelle
Ein daraus resultierender Spannungsverlauf u(t) über der Magnetspule
Ein Ausschnitt eines solchen Spannungsverlaufs u(t) ist in
Es wird für jeden ersten Spannungsimpuls eine resultierende Spannung u_pos ermittelt, indem ein Spannungswert u_pos an einer Stelle maximalen Spannungsabfalls des resultierenden Spannungsverlaufs u(t) herangezogen wird.A resulting voltage u_pos is determined for each first voltage pulse by using a voltage value u_pos at a point of maximum voltage drop of the resulting voltage profile u (t).
Dies ist für die Spannungsspitze
Alternativ zum Ermitteln der Spannung u_pos an der Stelle des maximalen Spannungsabfalls kann die resultierende Spannung u_pos auch mit einer festen Abtastfrequenz erfasst werden.As an alternative to determining the voltage u_pos at the point of the maximum voltage drop, the resulting voltage u_pos can also be recorded with a fixed sampling frequency.
Die feste Anzahl an ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen bildet einen Messzyklus. Es wird nach Ablauf des Messzyklus ein Mittelwert aller resultierenden Spannungen u_pos ermittelt.The fixed number of first pulse-width-modulated voltage pulses forms a measurement cycle. After the end of the measuring cycle, an average value of all the resulting voltages u_pos is determined.
Um den Einfluss einer Temperatur T der Magnetspule
Dabei ist die Pulsdauer der zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse deutlich größer als die Pulsdauer der ersten pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse.The pulse duration of the second pulse-width-modulated voltage pulses is significantly greater than the pulse duration of the first pulse-width-modulated voltage pulses.
Für jeden zweiten Spannungsimpuls wird ein resultierender Spannungsverlauf u(t) über der Magnetspule
Die resultierende Spannung u_temp entspricht dem Spannungswert dieses Spannungsplateaus
Darüber hinaus wird ein aus den zweiten Spannungsimpulsen resultierender Stromverlauf i(t) mittels der Stromerfassungseinheit
Der beispielhaft in den Figuren dargestellte Messzyklus umfasst also einen einzigen zweiten pulsweitenmodulierten Spannungsimpuls und drei erste pulsweitenmodulierte Spannungsimpulse.The measurement cycle shown by way of example in the figures thus comprises a single second pulse-width-modulated voltage pulse and three first pulse-width-modulated voltage pulses.
Es wird nach Ablauf des Messzyklus sowohl ein Mittelwert aller resultierenden Spannungen u_temp als auch aller resultierenden Ströme i_temp errechnet.After the measurement cycle has expired, both an average value of all resulting voltages u_temp and all resulting currents i_temp are calculated.
Aus dem Quotienten des Mittelwerts der resultierenden Spannungen u_temp und des Mittelwerts der resultierenden Ströme i_temp lässt sich dann ein temperaturabhängiger Widerstand R berechnen.A temperature-dependent resistance R can then be calculated from the quotient of the mean value of the resulting voltages u_temp and the mean value of the resulting currents i_temp.
Aus diesem wird dann unter Nutzung eines Korrekturfaktors A, der insbesondere von einem Temperaturkoeffizienten des Materials der Magnetspule
Der Korrekturfaktor A hat die Einheit °C/Ω und liegt im Bereich von 30 bis 200, z. B. beträgt er 150. Der Korrekturfaktor A hängt insbesondere vom ohmschen Widerstand R der Magnetspule
Der Korrekturwert B hat die Einheit °C und liegt im Bereich von 200 bis 400, z. B. 300. Im Wesentlichen entspricht der Korrekturwert B derjenigen Temperatur, bei der die Magnetspule einen theoretischen Widerstand von 0 Ω hat.The correction value B has the unit ° C and is in the range from 200 to 400, e.g. B. 300. The correction value B essentially corresponds to the temperature at which the magnetic coil has a theoretical resistance of 0 Ω.
Der Korrekturfaktor A und der Korrekturwert B können aus Messungen experimentell ermittelt werden. Die oben angeführte Gleichung zum Berechnen der Temperatur T entspricht somit einer linearen Interpolation von Messwerten für die Temperatur T und den zugehörigen Widerstand R.The correction factor A and the correction value B can be determined experimentally from measurements. The above equation for calculating the temperature T thus corresponds to a linear interpolation of measured values for the temperature T and the associated resistance R.
Alternativ kann die Temperatur in Abhängigkeit des Widerstands anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:
Dabei ist Ro der Widerstand der Magnetspule
Die Position x des Ankers
Dabei stellen die Werte C, D und E Korrekturfaktoren dar.The values C, D and E represent correction factors.
Der Korrekturfaktor C liegt im Bereich von 5 bis 8 und beträgt z. B. 7.The correction factor C is in the range from 5 to 8 and is e.g. B. 7.
Der Korrekturfaktor D liegt im Bereich von 20 bis 40. Beispielsweise beträgt er 30.The correction factor D is in the range from 20 to 40. It is 30, for example.
Der Korrekturfaktor E liegt im Bereich von 2 bis 7 und beträgt beispielsweise 4.The correction factor E is in the range from 2 to 7 and is, for example, 4.
Der Wert F ist ein Korrektursummand und liegt im Bereich von 20 bis 40. Er kann 30 betragen.The value F is a correction summand and is in the range from 20 to 40. It can be 30.
Auch die Korrekturfaktoren C, D, E und der Wert F können experimentell ermittelt werden. Die oben angeführte Gleichung für die Position x ist dabei eine Ebenengleichung in einem Raum mit den Achsen R, u_pos und x.The correction factors C, D, E and the value F can also be determined experimentally. The above equation for the position x is a plane equation in a space with the axes R, u_pos and x.
Die Position des Ankers
Um nicht-lineare Temperatureinflüsse zu berücksichtigen, kann der Positionswert x anhand der folgenden Formel korrigiert werden:
Dabei sind die Werte G und H wieder Korrekturfaktoren. I ist ein Korrektursummand.The values G and H are again correction factors. I is a correction group.
Dabei liegt G im Bereich von 10-4 und H im Bereich von 10-3.G is in the range of 10 -4 and H in the range of 10 -3 .
I liegt im Bereich von 0,05 bis 0,2.I ranges from 0.05 to 0.2.
Das vorgenannte Verfahren zur Ermittlung der Position x des Ankers
Während des Betriebs des Hubmagnetaktors
Der Widerstand
Der vorstehend erläuterte Hubmagnetaktor
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5424637A (en) * | 1993-03-15 | 1995-06-13 | Caterpillar Inc. | Method and apparatus for determining the position of an armature in an electromagnetic actuator using observer theory |
US5442515A (en) * | 1991-12-10 | 1995-08-15 | Clark Equipment Company | Method and apparatus for controlling the current through a magnetic coil |
DE60024232T2 (en) * | 1999-01-27 | 2006-08-17 | Bergstrom, Gary, Moreland Hills | ELECTRONIC CONTROL SYSTEM FOR ELECTROMAGNETIC DETERGENT |
DE102005018012A1 (en) * | 2005-04-18 | 2006-10-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Sensorless position detection in an electromagnetic actuator |
US20090213519A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | Baxter International Inc. | Medical fluid machine having solenoid control system with temperature compensation |
DE102015213206A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Robert Bosch Gmbh | Method and circuit arrangement for determining a position of a movable armature of an electromagnetic actuator |
DE102016220690A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining a position of a movable armature of an electromagnetic actuator |
DE102016221477A1 (en) * | 2016-11-02 | 2018-05-03 | Zf Friedrichshafen Ag | Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train |
DE102018218800A1 (en) * | 2018-11-05 | 2020-05-07 | Festo Se & Co. Kg | Actuator device, valve device and method for detecting a position of an actuator |
-
2019
- 2019-12-19 DE DE102019135209.6A patent/DE102019135209A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5442515A (en) * | 1991-12-10 | 1995-08-15 | Clark Equipment Company | Method and apparatus for controlling the current through a magnetic coil |
US5424637A (en) * | 1993-03-15 | 1995-06-13 | Caterpillar Inc. | Method and apparatus for determining the position of an armature in an electromagnetic actuator using observer theory |
DE60024232T2 (en) * | 1999-01-27 | 2006-08-17 | Bergstrom, Gary, Moreland Hills | ELECTRONIC CONTROL SYSTEM FOR ELECTROMAGNETIC DETERGENT |
DE102005018012A1 (en) * | 2005-04-18 | 2006-10-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Sensorless position detection in an electromagnetic actuator |
US20090213519A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | Baxter International Inc. | Medical fluid machine having solenoid control system with temperature compensation |
DE102015213206A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Robert Bosch Gmbh | Method and circuit arrangement for determining a position of a movable armature of an electromagnetic actuator |
DE102016220690A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining a position of a movable armature of an electromagnetic actuator |
DE102016221477A1 (en) * | 2016-11-02 | 2018-05-03 | Zf Friedrichshafen Ag | Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train |
DE102018218800A1 (en) * | 2018-11-05 | 2020-05-07 | Festo Se & Co. Kg | Actuator device, valve device and method for detecting a position of an actuator |
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