[发明专利]用于控制电磁致动器的电源的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制电磁致动器电源的方法和设备。

具体而言，本发明可有益且不唯一地应用在用于比例阀的电磁致动器，比例阀也称为调节电磁阀，下面的描述明确涉及比例阀，但是并不失其普遍性。

背景技术

比例电磁阀或调节电磁阀包括阀门和电磁致动器，电磁致动器用于根据致动器的给定电源沿精确的运动轨迹移动该阀。

比例电磁阀的电磁致动器包括：固定铁磁芯，也称为定子或包层；可移动铁磁芯；以及激励绕组或线圈，其和固定芯形成一体，为之供电时，用于产生电磁感应场，电磁感应场产生电磁力，其倾向于将可移动芯相对于固定芯来移动。可移动芯如果进行平动移动，传统上被称为平移件或者滑动件，而如果进行旋转运动，传统上被称为转子。电磁阀通常包括阀门的制动机构，其将阀门运动地连接到可移动芯。

电磁致动器通常包括弹性元件，用于移动可移动芯从而移动阀门，并且通常将可移动芯保持在行程终点位置，因而也把阀门保持在行程终点位置。这种情况下，电磁力倾向于反作用于弹性元件的偏压力，以把平移件移动到第一行程终点位置和第二行程终点位置之间的一个或多个期望的位置。

电磁致动器还包括固定到定子的一个或多个导引元件，用于限定可移动芯可沿其移动的轨迹。导引元件由与可移动芯表面具有低摩擦系数的材料制成。

在进行平动移动的典型电磁致动器中，即，包括可沿其纵轴移动的平移件类型的电磁致动器中，弹性元件例如包括和平移件同轴的螺旋状弹簧，平移件在固定到定子并设置在激励线圈内的管状导引元件内滑动。导引元件由与平移件的壁具有低摩擦系数的材料制成。

电磁致动器的动力学特性遵守动力学第二定律，在电磁致动器进行平动移动的情况下，这可以如下表示：

Fem=m·d2xdt2+β·dxdt+k·x+Fr+Fa]]>

其中，F_em是激励线圈产生的电磁力，x是平移件的线性位置，m是平移件的质量，β是平移件在其中移动的介质的粘性系数，k是弹性元件的弹性系数，F_r是阻力，F_a是摩擦力。阻力F_r包括例如由作用于阀门因而也作用于平移件的流体的压力产生的力。在电磁致动器进行旋转运动的情况下，其动力学遵循类似的等式，但是参考平移件的角度位置用扭矩表示。

通过施加电压(外加电压)或电流(外加电流)为激励线圈供电。通常通过放大控制信号获得电源，控制信号的时间模式如此来限定平移件的期望运动。

激励线圈的电源在平移件和定子之间产生吸引力，该力既沿平移件的移动方向又沿垂直于该移动方向的方向。垂直于移动方向的吸引力增加由于导引元件的表面和平移件表面之间的接触而产生的吸引力。

具体而言，由两个表面之间的接触而产生的摩擦力是限制反作用力，其小于或等于垂直力N和两个表面的摩擦系数之积(F_a＜＝μ·N)。摩擦系数μ以非线性方式随接触表面之间的相对速度而强烈改变。如图1所示，随着接触的两个部件之间的相对速度Vre1增加，摩擦系数μ快速减小，很快地从速度接近零(静态摩擦，也称为粘滑运动)的高值变到较低速度(动态摩擦)的低值。