EP2340544A1 - Verfahren zur positionserfassung des magnetankers eines elektromagnetischen aktuators - Google Patents

Verfahren zur positionserfassung des magnetankers eines elektromagnetischen aktuators

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EP2340544A1 EP09782836A EP09782836A EP2340544A1 EP 2340544 A1 EP2340544 A1 EP 2340544A1 EP 09782836 A EP09782836 A EP 09782836A EP 09782836 A EP09782836 A EP 09782836A EP 2340544 A1 EP2340544 A1 EP 2340544A1
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coil
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Definitions

  • both spurs are connected in series and there is a voltage jump on the arrangement, whereby the two coils form a voltage divider according to the known from the measurement Drosselspulenpri ⁇ zip.
  • the anchor determines the anchor. For example, if the armature is in the first coil, the voltage in the first coil at the beginning of the step response will be greater than the voltage in the second coil; from the ratio of the voltages to the magnet stroke, it is easy to handle
  • the actuator consists of an armature and two coils.
  • a third voltage waveform is calculated from these IVfess data in a differential former, from which a logic unit determines the position of the armature slidably mounted between the coils without
  • the Wegsig ⁇ a generated in this way depends! strongly depends on the height and on the course of the jump in the jump, which is neither constant nor has the same value in practice due to conduction losses or deviations of the on-board voltage.
  • the measured value increases with the value for the time of the measured value acquisition after the voltage jump of temperature effects due to the Qhms component and in a disadvantageous manner.
  • C2 is an electromagnetic drive system with iung
  • each subsystem forms the stator or the movable barrel, a drive circuit is provided which serves to generate a pulse-width-modulated control voltage with a constant pulse frequency and a constant switching voltage in the coil system.
  • the known system comprises a
  • Drive windings account for separate measuring systems for determining the position of the moving relative to the fixed subsystem of the drive system
  • the present invention is based on the object, starting from the known prior art according to DE 10 2005018012 A1 of the Applicant, a method for detecting the position of the position between two coils.
  • a method for detecting the position of the position between two coils Bar arranged Mag ⁇ etankers an electromagnetic actuator specify by its implementation, a voltage independence of the measurement signal for the position of Mag ⁇ etankers is achieved.
  • Actuator proposed in the context of which the arrangement by means of a voltage jump is energized suddenly and thematsveriank is measured at the two coils, which is calculated from these measured data for the voltage verungs on both coils a normalized to the height of the voltage jump voltage profile, regardless of voltage
  • the quotient of the difference between the two voltage values and the voltage jump normalized to the magnitude of the voltage jump is calculated.
  • Each value of the quotient formed according to the invention is assigned an iker stroke, wherein this unambiguous assignment can be determined by calculation, by means of a simulation or by means of tests.
  • the assignment of the armature stroke to the quotients formed is in the control as a characteristic or in propose to carry out the measurement of the voltages on both coils at the moment after energization of the actuator, at which the gradient of the voltage curve of the voltages at both coils assumes the value zero, ie at which the courses of the voltages reach the vertex; due to the characteristics of the system, the peak of the voltage transients on both coils is reached at the same time.
  • FIG. 1 a simplified schematic diagram of an electronic
  • FIG. 1 shows a simplified schematic diagram of an electromagnetic actuator comprising a magnet armature displaceably arranged between two coils.
  • the first coil of the actuator with 1 the second coil with 2 and the armature is denoted by 3.
  • the ohmic resistances assigned to the spurs are denoted by 4 or 5
  • a voltage step U B is applied to the series-connected coils 1, 2 of the actuator for position detection of the magnet armature 3 displaceably arranged between the coils 1, 2, whereby the two coils 1, 2 form a voltage divider according to the Drosselsputenroz known from measurement technology.
  • the voltage Ui at the first coil 1 and the voltage U 2 at the second coil 2 are measured according to the invention preferably at a predetermined time t__Mess, from these measured data of the height of the voltage jump Ü B normalized quotient of the difference .DELTA.U between the two Voltage values and the voltage jump U 8 .
  • a specific armature stroke is assigned to each value of the quotient formed according to the invention t__Mess at each time t__Mess, wherein these
  • Coils assumes the value zero; this time corresponds to the time tJVtess shown in the upper part of FIG. 2; In this figure, the vertex of the voltage drops on both coils 1, 2 is denoted by A. In the lower part of FIG. 2 shows the behavior of the current after the application of the voltage jump UB as a function of the time t.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Positionserfassung des zwischen zwei Spulen (1, 2) verschiebbar angeordneten Magnetankers (3) eines elektromagnetischen Aktuators vorgeschlagen, im Rahmen dessen ein Spannungssprung UB auf die in Reihe geschalteten Spulen (1, 2) des Aktuators gegeben wird, wodurch die beiden Spulen (1, 2) einen Spannungsteiler nach dem Drosselspulenprinzip bilden und wobei die Spannung U1 an der ersten Spule (1) und die Spannung U2 an der zweiten Spule (2) gemessen werden, wobei aus den Messdaten für die Spannungen an den Spulen (1, 2) der auf die Höhe des Spannungssprungs UB normierte Quotient aus der Differenz ?U zwischen beiden Spannungswerten und dem Spannungssprung UB berechnet wird und wobei jedem Wert des Quotienten ein bestimmter Ankerhub eineindeutig zugeordnet wird.

Description

auf em fassung des zwischen zwei Spulen verschiebbar angeordneten Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators gemäß dem Oberbegriff des Patentan-
Bei derartigen Aktuatoren mit zwei Sputen Ist bekannt, die Position des zwischen den Sputen verschiebbar angeordneten Magnetankers ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Sensors zu erfassen. Zu diesem Zweck werden beide Sputen in Reihe geschaltet und es wird ein Spannungssprung auf die Anordnung gegeben, wodurch die beiden Spulen einen Spannungsteiler nach dem aus der Messtechnik bekannten Drosselspulenpriπzip bilden. Aus der
des Ankers bestimmen. Wenn sich beispielsweise der Magnetanker in der ersten Spule befindet wird die Spannung in der ersten Spule zu Beginn der Sprungantwort größer sein als die Spannung in der zweiten Spule; aus dem Verhältnis der Spannungen zum Magnethub auf, iässt sich auf einfache Weise
Beispielsweise ist aus der DE 10 2005018012 A1 der Anmelderin ein e-
tors bekannt, wobei der Aktuator aus einem Anker und zwei Spulen besteht. Im Rahmen der DE 10 2005018012 A1 wird vorgeschlagen, während einer sprunghaft ansteigenden Bestromung den Spannungsverlauf an den beiden Spulen zu messen, wobei aus diesen IVfessdaten in einem Differenzbildner ein dritter Spannuπgsverlauf berechnet wird, aus weichem eine Logikeiπheit die Position des zwischen den Spulen verschiebbar gelagerten Ankers ohne Ver- Jedoch hängt das auf diese Weise generierte Wegsigπa! stark von der Höhe und vom Verlauf des Spaπnungssprungs ab, der aufgrund von Leituπgs- verlusten oder Abweichungen der Bordπetzspannung in der Praxis weder konstant ist noch den denselben Wert aufweist. Des weiteren wird der Messwert mit steigendem Wert für den Zeitpunkt der Messwerterfassung nach dem Spannungssprung von Temperatureffekten aufgrund des Qhmschen Anteils und von in nachteiliger '
C2 ist ein elektromagnetisches Antriebssystem mit iung
einem zweiten Teilsystem mit einem Spulensystem, umfassend mindestens zwei identische, hintereinander angeordnete Teilspulen. Bei dem bekannten System bildet jedes Teilsystem den Stator oder den beweglichen Laufes ist eine Ansteuerschaltung vorgesehen, die der Erzeugung einer pulsweiten- modulierten Stellspannung mit konstanter Pulsfrequenz und einer konstanter Schaltspannung im Spulensystem dient. Das bekannte System umfasst eine
nungsverläufe über den Teϊispulen und anschließendes Subtrahieren oder Dividieren der dabei entstehenden neuen differenzierten Teiispannungen zu einem jeweils konstanten Zeitpunkt nach dem Flankenwechse! im pulsweiten- modulierten Stellsignal einen weg- oder winkelproportionalen Spannungswert für die Relativposition zwischen dem ersten Teilsystem des Motors und dem
Antriebswicklungen entfallen separate Meßsysteme für die Positionsbestimmung des bewegten gegenüber dem ortsfesten Teilsystem des Antriebssys-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom bekannten Stand der Technik gemäß der DE 10 2005018012 A1 der Anmelderin ein Verfahren zur Positionserfassung des zwischen zwei Spulen verschieb- bar angeordneten Magπetankers eines elektromagnetischen Aktuators anzugeben, durch dessen Durchführung eine Spannungsunabhängigkeit des Messsignals für die Position des Magπetankers erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Positioπserfassung des zwischen zwei
Aktuators vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Anordnung mittels eines Spannungssprungs sprunghaft bestromt wird und der Spannungsveriauf an den beiden Spulen gemessen wird, wobei aus diesen Messdaten für den Span- nungsveriauf an beiden Spulen ein auf die Höhe des Spannungssprungs normierter Spannungsverlauf berechnet wird, der unabhängig von Spannungs-
nern bestimmten Zeitpunkt an beiden Spulen des elektromagnetischen Aktuators der auf die Höhe des Spannungssprungs normierte Quotient aus der Diffc renz zwischen beiden Spannungswerten und dem Spannuπgssprung berech-
wird jedem Wert des erfindungsgemäß gebildeten Quotienten ein ikerhub zugeordnet, wobei diese eineindeutige Zuordnung rechnerisch, mittels einer Simulation oder mittels Versuchen ermittelt werden kann.
Die Zuordnung des Ankerhubes zu den gebildeten Quotienten wird in der Steuerung als Kennlinie bzw. in schlagen, die Messung der Spannungen an beiden Spulen zu dem Zeitpunkt nach der Bestromung des Aktuators durchzuführen, an dem der Gradient des Spannungsverlaufs der Spannungen an beiden Spulen den Wert Null annimmt, d.h. an dem die Verläufe der Spannungen den Scheitelpunkt erreichen; aufgrund der Eigenschaften des Systems wird der Scheitelpunkt der Spannungs- vβriäufe an beiden Spulen zum gleichen Zeitpunkt erreicht.
Dadurch werden unerwünschte Temperatureffekte sowie magnetische Sättigungseffekte vermieden, die auftreten, wenn der Messzeitpunkt der Spannungen an beiden Spuien größer ist als der Zeitpunkt des Erreichens des Scheitelpunktes.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Ein vereinfacht dargestelltes Prinzipschaubild eines elektro-
2: Eh den beiden Sputen des elektromagnetischen Aktuators nach dem Anlegen eines Spannungssprunges und den Verlauf des Stromes nach dem Anlegen eines Spannungssprunges als Funktion der Zeit darstellt.
In Figur 1 ist ein vereinfacht dargestelltes Prinzipschaubild eines elektromagnetischen Aktuators umfassend einen zwischen zwei Spulen verschiebbar angeordneten Magnetanker gezeigt. Hierbei ist die erste Spule des Aktuators mit 1 , die zweite Spule mit 2 und der Magnetanker mit 3 bezeichnet. Die den Sputen zugeordneten ohmschen Widerstände sind mit 4 bzw. 5 bezelch-
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf den oberen Teil der Figur 2 wird zur Positionserfassuπg des zwischen den Spulen 1 , 2 verschiebbar angeordneten Magnetankers 3 ein Spannungssprung UB auf die in Reihe geschalteten Spulen 1 , 2 des Aktuators gegeben, wodurch die beiden Spulen 1 , 2 einen Spannungsteiler nach dem aus der Messtechnik bekannten Drosselsputenprinzip bilden. Die Spannung Ui an der ersten Spule 1 und die Spannung U2 an der zweiten Spule 2 werden gemäß der Erfindung vorzugsweise zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t__Mess gemessen, wobei aus diesen Messdaten der auf die Höhe des Spannungssprungs ÜB normierte Quotient aus der Differenz ΔU zwischen beiden Spannungswerten und dem Spannungssprung U8 berech-
ΔI/ /CΛ
Hierbei wird zu jedem Zeitpunkt t__Mess jedem Wert des erfindungsgemäß gebildeten Quotienten ein bestimmter Ankerhub zugeordnet, wobei diese
Versuchen ermittelt werden kann und In der Steuerung als Kennlinie abgelegt
die Messung der U2 nach dem Anlegen des Spannungssprungs zu dem Zeitpunkt durchgeführt
Spulen den Wert Null annimmt; dieser Zeitpunkt entspricht dem im oberen Teil der Figur 2 gezeigten Zeitpunk tJVtess; in dieser Figur ist der Scheitelpunkt der Spannungsverfäufe an beiden Spulen 1 , 2 mit A bezeichnet, Im unteren Teil der Figur 2 ist der Veriauf des Stroms nach dem Anlegen des Spannuπgsspruπgs UB als Funktion der Zeit t dargestellt.
. mag iguπg
2
ohrnscher Widerstand
Ü1 Spannung an der Spule 1
U2 Spannung aι tJVIess Messzeitpunkt
! Strom

Claims

P a t e π t a π s p r ü c h e
ators, wobei ein Spaππuπgssprung ÜB auf die in Reihe geschalteten Spulen (1, 2} des Aktuators gegeben wird, wodurch die beiden Spulen (1 , 2) einen Spannungsteiler nach dem Drosselspuienprinzip bilden und wobei die Spannung Ui an der ersten Spule (1 ) und die Spannung U2 an der zweiten Spule (2) gemessen werden, dadurch geken nzeichnet, dass aus den Messdaten für die Spannungen an den Spuien (1 , 2) der auf die Höhe des Spannungssprungs ÜB normierte Quotient aus der Differenz ΔU zwischen beiden Spannungswerten unύ dem Spannungssprung UB berechnet wird, wobei Jedem Wert des Quotien-
2. Verfahren zur Positioπserfassuπg des zwischen zwei Spulen (1 , 2) verschiebbar angeordneten Magnetankers (3) eines elektromagnetischen Aktu- ators, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die eineindeutige Zuordnung der Werte des Quotienten zum Ankerhub rechnerisch, mittels einer Simulation oder mittels Versuchen ermittelt wird.
gekennzeichnet, zum Ankerhub in der Steuerunc
4. Verfahren zur Positionserfassung des zwischen zwei Spulen (1 , 2) verschiebbar angeordneten Magπetaπkers (3) eines elektromagnetischen Aktuators, nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch geken nzeichnet, dass die Messung der Spannungen an beiden Spulen (1, 2) zu dem Zeitpunkt tJVless nach dem Anlegen des Spaπnungssprungs UB durchgeführt wird, an dem der Gradient des Spaππungsverlaufs der Spannungen an beiden Sputen (1 , 2) den
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