电磁致动液压阀的切换方法和液压阀与流程

本发明涉及电磁致动液压阀的切换方法和液压阀。液压阀具有切换元件、控制单元和电磁铁。

背景技术：

1、这种液压阀中使用的电磁铁具有线圈和电枢。电枢与切换元件连接以进行共同运动，例如通过闭合连杆、外形配合或材料封闭。要执行切换操作，就要向线圈施加电流，以使电枢与切换元件一起从初始位置移动到终止位置。切换元件可以是例如靠在阀座上的阀芯或阀塞。根据液压阀的使用情况，切换操作阻断或释放入口与出口之间的连接。通常，这些液压阀被配置成使得当电磁铁断电时，切换元件例如通过作用在切换元件上的偏置力或弹簧力保持在或返回到初始位置。

2、当电磁铁通电，切换元件因此移动到终止位置时，必须确保切换元件保持在终止位置，以保持所需的切换位置。为此，首先向电磁铁施加切换电压。电流因此增大到饱和电流，液压阀在达到饱和电流之前切换。然后，将电磁铁上施加的饱和电流减小到保持电流。通常，保持电流是在预定义的时间段之后施加的，该预定义的时间段足够长，以确保切换元件处于终止位置。通常，该保持电流是饱和电流的一个固定比例，例如饱和电流的60％。在其他情况下，不对保持电流进行调节，而是例如通过脉冲宽度调制将施加的电压平均降低到一个固定的百分比。因此，保持电流也减小，其大小取决于磁铁的欧姆电阻，而欧姆电阻又受到例如温度的影响。因此，温度升高会导致保持电流不可接受地急剧下降。

3、这些方案的缺点是，必须将保持电流设置到足够高的水平，以补偿诸如温度等外部影响。换句话说，采用这种方案，这样施加的保持电流定期地显著高于实际需要的(最小)保持电流。这会导致电磁铁不必要地发热，进而对使用寿命产生负面影响。这还增加了能源消耗。另一个缺点是，在许多情况下，致动控制单元必须适应于阀。换句话说，通常需要手动设置保持电流的高低。其替代方案是例如通过预设参数进行自动化设置。这样做的缺点是产生变量，并对阀产生相关联的约束。

4、替代地，也可以通过电位器手动设置保持电流。手动调节既费时，又不够准确，使得该方案从电磁铁的使用寿命和能源效率来看也是不利的。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种更高效、更简便的电磁致动液压阀切换方法。本发明的另一个目的是提供一种相应的液压阀。

2、利用根据权利要求1所述的方法来实现解决问题。从属权利要求中描述了优选的实施例。

3、根据本发明，可电磁操作的液压阀包括切换元件、控制单元以及具有线圈和电枢的电磁铁，电枢与切换元件连接以进行共同运动。线圈被配置成当对其分别施加电流或电压时，与切换元件一起从初始位置移动到终止位置，以进行切换操作。根据本发明用于切换这种电磁致动液压阀的方法由控制单元执行，包括以下步骤：向电磁铁的所述线圈施加切换电压以启动切换操作；捕获随时间变化的电流曲线；进行切换元件的终止位置的到达检测；根据切换元件的终止位置的到达检测以及所捕获的电流曲线来确定保持电流；以及将线圈上施加的电流或线圈上施加的电压分别减小到所确定的保持电流。

4、因此，在线圈上最初施加切换电压。由此产生的饱和电流定期地高于使电枢移动所需的电流。施加切换电压后，电流最初大致呈线性增长，直到电枢移动并启动切换过程。由于电枢的电感变化，电流曲线随着电枢的移动而变化。一旦电枢到达其终止位置，例如当电枢或切换元件与止动件相接时，电流曲线就再次变化，电流再次大致呈线性上升。在到达终止位置的点后由控制单元捕获或监测电流曲线，并且检测终止位置的到达。基于电流曲线和检测到达终止位置，可以在电枢或切换元件最初到达终止位置的时间确定低电流。根据该低电流来确定该切换操作的保持电流，例如通过低电流加上安全系数。当然，也可以将低电流直接定义为或用作保持电流。然后，将线圈上施加的电流减小到所确定的保持电流。

5、根据本发明的方法使得可以在每次切换操作过程中确定必要的保持电流，而无需事先调整控制单元以适于阀。这简化了阀的起动。此外，根据本发明的方法还能显著降低能源消耗。因此，还可以避免电磁铁过热。由于每次切换操作都可以确定保持电流，因此还可以考虑到诸如温度变化等外部影响。

6、优选地，终止位置的到达检测包括以下步骤：检测所检测的电流曲线的特征轮廓，其中特征轮廓优选是所检测的电流曲线的拐点。如上所述，在施加切换电压时，电流最初大致呈线性增长。一旦电枢移动，切换过程开始，电枢中的电感就随着移动速度的增加而最初增加。由于能量守恒，线圈中的电流随着电枢电感的增加而减小。一旦电枢或切换元件处于终止位置，在机械上不再可能进一步运动，电枢中的电感就会因电枢当时的静态位置而大致保持恒定。因此，线圈中的电流再次增加。在这个时间点，电流曲线中出现拐点，这是特征性的，因此被识别出来。拐点时的电流与最初到达终止位置时的可用来确定保持电流的低电流相对应。

7、在这种情境下，应该注意的是，就本发明而言，术语“特征轮廓”应从广义上理解。特征轮廓可以是电流曲线的曲率行为发生变化的点，即拐点。然而，在某些情况下，某些电磁铁或液压阀的电流曲线的曲率行为不发生变化，只是在到达终止位置时，电流曲线的斜率才发生突然的显著的变化。就本发明而言，这种显著的斜率变化也是特征轮廓。另外，该拐点不必是电流曲线的第一个拐点。可以想到，由于在运动过程中和到达终止位置之前电枢的电感变化，获得电流轮的第一个拐点，从而到达终止位置时的拐点就是电流轮廓的第二个拐点。特别地，还可以根据电流曲线上两个拐点之间的最大可能差值得出特征轮廓。

8、替代地，液压阀可以包括终止位置检测装置，其中基于来自终止位置检测装置的信号来检测切换元件的终止位置。终止位置检测装置可以是例如限位开关。因此，从所捕获的电流曲线中读出在被终止位置检测装置指示为终止位置到达时间的时间处施加到线圈上的电流，作为切换过程的保持电流。

9、切换过程的保持电流可直接用作所确定的保持电流。然而，还可以想到，在确定保持电流时，由来自至少两次切换操作的保持电流形成保持电流指导值，并将其用作保持电流，例如作为保持电流平均值。特别地，如果对来自多次切换操作的保持电流求平均值，则可以防止例如由于切换操作的保持电流异常值而导致阀的错误切换。平均值可以是一定次数的切换操作的固定平均值，或者是浮动平均值。还可以想到，使用预定义次数的切换操作的最高值作为所确定的保持电流，以确保可靠运行。

10、还可以想到，对切换操作的保持电流进行缓冲。因此，可以例如基于四分位距或基于常见的异常值测试，通过控制单元进行异常值分析。因此，还优选的是，液压阀或控制单元包括存储器。

11、优选地，从可预定义的时间点开始执行将线圈上施加的电流减小到所确定的保持电流。该时间点可以例如手动定义，或由控制单元基于电流曲线来确定。

12、优选地，在执行将线圈上施加的电流减小到所确定的保持电流之前，线圈上施加的电流达到饱和电流。通过这样的方式，在任何情况下都能确保切换操作完成，并且电枢和切换元件分别处于终止位置。

13、另外，通过液压阀来解决问题。该液压阀是电磁致动液压阀，其包括切换元件、电磁铁和控制单元，电磁铁包括线圈和与切换元件连接的电枢。控制单元被配置为执行根据本发明的上述方法。特别地，该液压阀是双向动作液压阀。这种双向动作液压阀也称为液压黑白阀或液压切换阀。

14、液压阀的切换元件可以是例如阀芯、阀锥或以某种方式形成的液压阀关闭元件。液压阀还可包括将切换元件偏置到初始位置的偏置元件。这可以确保切换元件在磁铁断电时始终处于初始位置或返回到初始位置。