专利名称：电磁促动器上的无传感器位置识别的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求l前序部分所述的具有至少两个线圈、 一个电枢和一个控制-或功率电子组件的电磁促动器以及一种按权利要求9前序部分所述的用于控制这种促动器的方法。
背景技术：
DE 103 10 448 Al公开了一种具有两个线圈和一个电枢的电磁促 动器。电枢通过线圈的绕流在轴向上移动。DE 199 10 497 Al介绍了一种方法，其中，电枢在促动器内的位 置利用一个线圈并通过确定该线圈的差分电感而得到识别。为此在电 流降期间确定作为两个极限值之间时间差的电流降时间。电流降时间 在此方面很大程度上取决于线圈的电阻，并且该电阻与温度有关。DE 100 33 923 Al此外公开了一种方法，其中，电枢的位置依赖 于引起电枢在线圈中运动的互感确定。互感取决于电枢的速度。如果 这种促动器在充满液体的空间内使用，那么电枢的速度很大程度上取 决于液体的粘度。液体的粘度也取决于温度。发明内容因此，本发明的目的在于，实现在无附加传感器的情况下确定执 行元件在电磁促动器内的位置，其中，位置的确定应该尤其无关于温 度。该目的通过一种符合主权利要求所述特征的促动器以及一种符合 权利要求9所述特征的用于控制促动器的方法得以实现。
依据本发明提出一种促动器，其至少由两个线圈、 一个电枢以及 一个控制或功率电子组件组成。功率电子组件与一个逻辑单元连接并 被其控制。功率电子组件至少包括接通或者断开的开关，由此可以使 电流流动或者中断电流。这两个线圈可以通过幵关加载电流。依据本 发明，电枢可以通过调节线圈上的电流而移动并且/或者可以测得电枢 的位置。电枢可移动地支承在两个线圈之间并可在两个终端位置之间 往复运动，其中，电枢也可以占据中间位置。两个线圈上各自连接一 个测量放大器，其测量线圈上的经过一段时间的电压分布。测量放大 器的测量结果被进一步传送到一个差值器。利用减法器从测量信号中 计算出第三电压分布，其包括一个取决于电枢位置的最大值。这一点 以下述内容为基础，即在电枢插入一个线圈内时该线圈的电感提高。 因为线圈的电阻取决于其电感，所以电枢位置影响电压分布。第三电 压分布的最大值由逻辑单元识别并在取决于其的情况下计算电枢位 置。在一种构成中，功率电子组件具有3或者4个开关。逻辑单元例 如由一个p控制器或者一个/X处理器组成。至少两个线圈的等效曲线图为观察交流电可以通过公知的L-C-R振荡电路表示。这种振荡电路由第一和第二并联的交流电阻组成。第 一交流电阻由一个模拟线圈和一个欧姆电阻的串联组成，第二交流电 阻由一个电容和另一个欧姆电阻的串联组成。这两个交流电阻取决于 励磁的频率。依据本发明，线圈通过突然绕流加载电压跃变。这一瞬间即接通瞬间可以通过线圈加载无限高频率(f— oo)的交流电得到说明。模拟线圈的交流电阻取决于其电感。因为在电枢插入一个线圈内 的情况下该线圈的电感提高，所以模拟线圈的交流电阻在取决于电枢 位置的情况下变化。依据本发明，通过测量放大器测量两个线圈上的电压分布。如果
现在线圈突然加载跳跃式上升的电压并且电枢不处于两个线圈的中心，那么在两个线圈上形成两种不同的电压分布。这些电压分布在减法器中彼此相减，从中得出具有与电枢位置相应最大值的曲线。该第三电压分布被继续传送到识别最大值的逻辑单元。根据最大值可以由 逻辑单元例如通过与特性曲线族的比较而确定电枢位置。通过两个电压分布的差值的形成还排除了作用于两个线圈的干扰 影响。在具有仅一个线圈的公知促动器中，例如电磁干扰可以影响线圈上的电压分布并因此影响位置的确定。在一种具有优点的实施方式 中使用两个相同的线圈，从而产生一种电磁对称的促动器。由此干扰 始终以相同的方式作用于两个线圈。因为两个线圈的两个电压分布彼 此相减，所以这些干扰对测量结果没有影响。此外，温度的影响也通 过依据本发明的解决方案得以消除。通过给线圈加载电压跃变，交流 电阻的欧姆部分与交流电阻的取决于频率的部分相比非常小。因此， 电压分布在加载的时间点上主要取决于交流电阻的与频率有关的部 分，该部分取决于电枢的位置，但不取决于环境温度。
为了对本发明及其实施方式进行做进一步说明而附加了附图。其中图1示出一个促动器的原理图；图2示出一个具有永磁电枢的促动器的原理图；图3示出一个LCR振荡电路的原理图；图4示出在两个线圈上测得的电压分布；以及图5示出从两个线圈中计算出的电压分布。
具体实施方式
图1示出一个电磁促动器，其由两个线圈1、2和一个电枢3组成。 电枢3可移动地支承在两个线圈1、 2之间。第一线圈l的输入端与电 源6的第一极5连接。第一线圈1的输出端7可以通过第一开关8与 电源6的第二极9或者通过第三开关10与第二线圈2的输入端11连 接。第二线圈2的输入端11可以通过第二开关12与电源6的第一极5 或者通过第三开关10与第一线圈1的输出端7连接。三个开关8、 10、 12形成促动器的功率电子组件。第二线圈2的输出端13也可与电源6 的第二极9连接。与第一线圈1的输入和输出端4、 7以及第二线圈2 的输入和输出端ll、 13各自连接一个测量放大器14、 15。测量放大器 14、 15与减法器16连接，该形成器再与一个也传输数据的逻辑单元 17连接。逻辑单元17控制三个开关8、 10、 12。三个开关8、 10、 12 在此方面可这样控制，使得电枢3移动，或者两个线圈l、 2加载电压 跃变。如果现在由逻辑单元'17这样控制第一和第二开关8、 12，使它 们打开并同时使第三开关10闭合，那么两个线圈l、 2加载电压跃变。 在接通瞬间可以从两个线圈1、 2上的电压分布中确定电枢3的位置。 通过依据本发明的设置可以识别执行元件的位置而无需使用额外的传 感器。由此可以节省成本和结构空间。图2示出电磁促动器的另一构成，其由两个线圈1、 2和一个电枢 3组成。其中涉及的是永磁电枢。为此两个线圈1、 2反向绕组，第一 线圈1的绕组方向因此与第二线圈2的绕组方向相反。第一线圈1的 输入端4可以通过第一开关8与电源6的第一极5或者通过第二开关 12与电源6的第二极9连接。第一线圈1的输出端7与第二线圈2的 输入端11连接。第二线圈2的输出端13可以通过第三开关10与电源 6的第一极5或者通过第四开关18与电源6的第二极9连接。与第一 线圈1的输入和输出端4、 7以及第二线圈2的输入和输出端11、 13 各自连接一个测量放大器14、 15。测量放大器14、 15此外与减法器 16连接。减法器16向逻辑单元17传送数据。逻辑单元17控制形成促 动器功率电子组件的四个开关8、 10、 12、 18。通过功率电子组件的控 制可以移动电枢3并同时测量其位置。因此通过依据本发明的设置可 以识别执行元件的位置，而无需为此使用额外的传感器。此外在开关 过程期间也可以进行位置测量。由此可以节省成本和结构空间并也节 省了时间。电压跃变在该实施方式中通过两个开关电路接通。或者闭
合第一和第四开关8、 18、或者闭合第二和第三开关12、 10。在第一 种情况下，第一线圈1的输入端4与电源6的第一极5连接，并且第 二线圈2的输出端13与电源6的第二极9连接。在第二种情况下，第 一线圈1的输入端4与电源6的第二极9连接，并且第二线圈2的输 出端13与电源6的第一极5连接。因为两个线圈l、 2直接相互连接， 所以在这两种情况下均产生电压跃变。在一种具有优点的构成中，电 枢3为移动而被加载脉宽调制信号。因为在这样一个信号情况下一再 地接通和断开电压，所以线圈l、 2—再地加载电压跃变。因此在电压 信号转换的每个时间点上均可以确定电枢3的位置。图3示出一种公知的LCR振荡电路27的结构，利用其可以说明 接通交流电压时的线圈1、 2。振荡电路的输入端相当于线圈的输入端 4、 11。振荡电路的输出端相当于两个线圈的输出端7、 13。振荡电路 具有两个线路。第一线路通过模拟线圈19和第一欧姆电阻20得到描 述并形成第一交流电阻31。第二线路通过电容21和第二欧姆电阻22 得到描述并形成第二交流电阻32。图4示出由测量放大器14、 15在两个线圈1、 2上测量的电压分 布。第一时间点28描述的是在两个线圈1、 2上接通电压跃变的接通 时间点。这一点依据模拟通过接通无限高频率(f—oc)的交流电压予 以说明。由此线圈l、 2上的电压分布取决于各自的交流电阻31、 32。 直至第二时间点29 (例如5 ms)，第一电压分布23特征线上升到最大 值，并且第二电压分布下降到最小值。在第一时间点28之前的分布基 于寄生电容22的影响。寄生电容22原则上由于绕组单个匝之间的交 替作用产生。电容的交流电阻在f—W寸趋向于零。电容充电期间其电 阻上升。从第二时间点29起振荡过程开始，并且电流通过模拟线圈19 一直流动到第三时间点30 (例如50ms)。交流电阻31取决于模拟线 圈19的电感，后者也取决于电枢3的位置。在此方面，电枢3插入线 圈之内越远，电感越高。在第三时间点30上振荡过程结束。并且电压 分布23、 24仍然只通过两个线圈1、 2的两个欧姆电阻20确定。振荡
过程结束时，直流电状态重占上风。两个线圈l、 2的直流电阻以具有优点的方式同样大小，由此两个电压分布23、 24之间不再存在差别。 在图4中，第一电压分布23示出了例如在电枢插入第一线圈1内时该 线圈的电压分布。第二电压分布表示第二线圈2上的电压分布。现在，在减法器16内将两个测得的分布23、 24彼此相减。由此 生成与图5相应的第三电压分布25。在逻辑单元17内例如通过与寄存 在那里的特性曲线的比较可以从第三电压波形25的最大值26中确定 电枢位置。
附图标记1 线圈2 线圈3 电枢4 第一线圈的输入端5 电源的第一极6 电源7 第一极的输出端8 第一开关9 电源的第二极 10第三开关11第二线圈的输入端12第二开关13第二线圈的输出端14第一测量放大器15第二测量放大器16减法器17逻辑单元18第四开关19模拟线圈20电阻21 电容22电阻23第一电压分布 24第二电压分布 25第三电压分布 26最大值27 LCR振荡电路 28第一时间点 29第二时间点30第三时间点 31第一交流电阻 32第二交流电阻
权利要求
1.电磁促动器，具有至少一个电枢(3)、两个线圈(1、2)以及一个控制-或功率电子组件，其中，电枢(3)可移动地支承在线圈(1、2)之间，其特征在于，第一线圈(1)的输入和输出端(4、7)以及第二线圈的输入和输出端(11、13)分别与测量放大器(14、15)连接，该测量放大器(14、15)与减法器(16)连接，该减法器(16)与逻辑单元(17)连接，该逻辑单元(17)与所述功率电子组件连接。
2. 按权利要求1所述的促动器，其中，功率电子组件包括至少3 或者4个开关(8、 10、 12、 18)。
3. 按前述权利要求之一所述的促动器，其中，逻辑单元(17)由 /x控制器或者M处理器组成。
4. 按前述权利要求之一所述的促动器，其中，第一线圈(1)的 输入端(4)与电源(6)的第一极(5)连接，第一线圈(1)的输出 端(7)可通过第一开关(8)与电源(6)的第二极(9)并且/或者通 过第三开关(12)与第二线圈(2)的输入端(11)连接，第二线圈(2) 的输入端(11)可通过第二开关(12)与电源(6)的第一极(5)并 且或者通过第三开关(10)与第一线圈(1)连接，并且第二线圈(2) 的输出端(13)与电源(6)的第二极(9)连接。
5. 按权利要求l-3之一所述的促动器，其中，第一线圈(1)的 输入端(4)可通过第一开关(8)与电源(6)的第一极(5)并且/或 者通过第二开关(12)与电源(6)的第二极(9)连接，第一线圈(1) 的输出端(7)与第二线圈(2)的输入端(11)连接并且第二线圈(2) 的输出端(13)可通过第三开关(10)与电源(6)的第一极(5)并 且/或者通过第四开关(18)与电源(6)的第二极(9)连接。
6. 按权利要求5所述的促动器，其中，线圈(1、 2)之一的绕组 顺时针方向构成并且各另外的线圈(2、 1)的绕组逆时针方向构成。
7. 按权利要求5或6所述的促动器，其中，永磁电枢(3)可移 动地支承在第一与第二线圈(1、 2)之间。
8. 按前述权利要求之一所述的促动器，其中，使用两个相同的线圈。
9. 用于控制按前述权利要求至少之一所述促动器的方法，其特征 在于，两个线圈(1、 2)突然被加载跳跃式上升的电压，测量放大器(14、 15)测量两个线圈(1、 2)上在时间上的电压分布(23、 24), 并且测量值被进一步传送到减法器(16)，其从中计算出第三电压分 布(25)，第三电压分布(25)在逻辑单元(17)内得到估量。
10. 按权利要求9所述的方法，其中， -逻辑单元(17)控制功率电子组件，并且，-通过功率电子组件，两个线圈(1、 2)被跳跃式加载电压，并且 -测量放大器(14、 15)测量两个线圈(1、 2)上经过一段时间的 电压分布(23、 24)并且测量信号(23、 24)被进一步传送到减法器 (16)，并且，-减法器(16)将两个电压波形(23、 24)彼此相减并从差值中计 算出第三电压分布(25)，并且-逻辑单元(16)根据第三电压分布(25)的最大值(26)的高度 而确定电枢(3)的位置。
11. 按权利要求IO所述的方法，其中，逻辑单元(17)这样控制 功率电子组件，使第一和第二开关(8、 12)打开并且第三开关(10) 闭合，由此使得两个线圈(1、 2)串联并使得第一线圈(1)的输入端(4)与电源(6)的第一极(5)连接并且第二线圈(2)的输出端(13)与电源(6)的第二极(9)连接，因此两个线圈(1、 2)被突然加载 跳跃式上升的电压。
12. 按权利要求IO所述的方法，其中，逻辑单元(16)按照下述 内容控制第一和第四开关(S、 18)，即让两个开关(8、 18)都闭合 并因此使第一线圈(1)的输入端(4)与电源(6)的第一极(5)连 接并且第二线圈(2)的输出端(7)与电源(6)的第二极(9)连接。
13. 按权利要求IO所述的方法，其中，逻辑单元(16)按照下述 内容控制第二和第三开关(12、 10)，即让两个开关(12、 10)都闭 合并因此使第一线圈(1)的输入端(4)与电源(6)的第二极(9) 连接并且第二线圈(2)的输出端(13)与电源(6)的第一极(5)连 接。
14. 按权利要求12或13所述的方法，其中，电枢(3)被由逻辑 单元(16)通过功率电子组件加载脉宽调制信号。
15. 按权利要求1至7之一所述的促动器在汽车变速器上的应用。
全文摘要
本发明涉及一种电磁促动器以及一种用于控制该促动器的方法，该促动器至少由一个电枢(3)、两个线圈(1、2)组成。在跳跃式上升的绕流期间，两个线圈(1、2)上的电压分布得到测量。利用减法器(16)从这些测量数据中计算出第三电压分布(25)，逻辑单元(17)由此在不使用附加传感器的情况下确定电枢(3)的位置。
文档编号H01F7/18GK101164125SQ200680013026
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月18日
发明者卡伊·海因里希, 赖纳·凯勒, 迈克尔·潘特克 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司