[发明专利]包含位置控制部件的电磁致动器及使用这种致动器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有处理单元的电磁致动器，该处理单元设计成作用在生成PWM型的调幅控制电压的控制部件上。该致动器包含与控制部件连接的至少一个致动线圈、测量流入致动线圈中的电流的部件和计算电流的微分值的微分部件。

本发明还涉及确定如上所述的电磁致动器的操作位置的方法。

背景技术

知道电磁致动器的某些操作参数使所述致动器的最佳操作能够得到保证。电磁致动器的操作与它的使用条件有关。某些外部条件尤其取决于要致动的装备单元的性质和/或数量、和/或使用致动器的温度条件和/或所述致动器的供压范围。其他内部条件尤其取决于致动器的老化状态。当在使用过程中能够改变操作条件时，知道闭合和/或打开速度可能是有用的。然后，知道可动衔铁的位置和/或速度使励磁线圈中的电流的值能够得到调整，以便使可动部分对固定部分的冲击力最小，和/或优化在闭合阶段或保持阶段消耗的电流的数量。

某些解决方案的关键在于使用使致动器的操作参数的值能够被知道的附加传感器。例如，某些解决方案使用位置和/或速度传感器。但是，考虑到可用的空间很小以及与例如高温有关的或多或少恶劣环境，传感器的使用有时是复杂的。

文献FR2745913描述了一种不使用附加传感器地测量电磁铁的可动铁芯的位置的方法。位置测量是通过测量电压和流入这个电磁铁的励磁线圈中的电流进行的。但是，在这种方法中，假设了当磁路处在打开位置上和处在闭合位置上时磁路的电感是恒定的，即，尤其假设了磁路在闭合位置上是饱和的。但是，在接触器或接触器-电路断路器型的许多开关单元中，磁路在闭合位置上是不完全饱和的，以便充分利用磁路的性能。因此，闭合位置上的电感不是恒定的，而是随流入励磁线圈中的电流大幅度地变化。这就是为什么这样的方法那么不适用的原因。

如文献FR2835061、US5424637所述的其他解决方案也描述了不使用附加传感器地测量电磁铁的可动衔铁的位置的方法。这些解决方案使用电压和励磁线圈中的电流的测量值来确定可动衔铁的位置。

文献US5424637描述了通过充分使用电学、机械和磁学（力）方程估计位置的方法。那样必须知道系统的所有电学、机械和磁学参数。但是，未考虑到尤其与磨损有关的机械参数的修正，这降低了估计的精度。

文献US5481187使操作位置能够根据磁通关于电流的微分（D(flux)Di）计算出来。但是，由于磁通的变化也取决于饱和程度，因此只使用此公式难以精确确定位置。

文献EP1069284、FR2835061描述了通过电感值确定电磁铁的衔铁的位置的方法。关键在于按照如下公式进行电感的计算：

L=∫U-RII]]>

然后位置表能够提供一方面电流I和电感L的计算或测量值与另一方面衔铁的位置之间的相关性。这种方法尽管在理论上是令人满意的，但存在几方面缺点。事实上取决于积分运算的电感L的计算在每次程序循环时都使某种累积误差增大。例如，电感值的5%误差在计算位置时可以导致20到30%的误差。但是，当将像PWM型那样的调幅电压供应给线圈时，在这种情况下存在控制电压的生成与测量系统之间的失配。PWM型的传统调制在包含在20到40KHz之间的频率上进行。与这样的频率相对应的循环时间包含在50μs到25μs之间。那样1%的精度意味着小于1微秒的测量。常用于这种类型的应用的处理单元的工作频率是大约100μs。因此，考虑到处理单元的工作时间周期远大于PWM调制的循环时间的事实，那样难以在这些条件下对施加于线圈的电压进行精确测量。为了缓解后一个问题，必须使用包含更快微控制器的处理单元，但一般说来，对于这种类型的应用太昂贵了。在计算时使用线圈的电阻值使得可以定期地进行这个参数的测量。事实上温度对后者的影响很大。

发明内容

因此，本发明的目的是弥补现有技术的不足，并提出了包含精确位置控制部件的电磁致动器。