專利名稱：用于調(diào)節(jié)可逆線性驅(qū)動單元中的電樞行程的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)可逆線性驅(qū)動單元中的電樞行程(armature stroke)的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個通過勵磁線圈電流來起作用的勵磁線圈以及由該勵磁線圈的磁場以預(yù)定的電樞行程設(shè)定為軸向方向上線性振蕩運動的磁樞。從JP 2002-031054 A中推導(dǎo)出相應(yīng)的線性驅(qū)動單元。
背景技術(shù)：
特別將相應(yīng)的線性設(shè)備用于將壓縮機的泵活塞設(shè)定為處于線性振蕩運動或振蕩中。從而，將包含這種具有相關(guān)的線性驅(qū)動的壓縮機的系統(tǒng)稱為線性壓縮機(見最初提到的JP-A說明書)。在相應(yīng)的已知線性壓縮機中，通過至少一個彈簧元件來可選擇地懸掛的振動電樞形成彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，該彈簧質(zhì)量系統(tǒng)被設(shè)計用于具有給定的壓縮機力-距離特征的某個振蕩頻率。
已知了在相應(yīng)線性壓縮機中用于調(diào)節(jié)電樞位置或用于調(diào)節(jié)電樞行程的各種方法。然而，在已知的方法中，通常省去了對電樞位置的直接連續(xù)測量。
至今，為了檢測當(dāng)前電樞位置，可以非連續(xù)地確定，例如當(dāng)電樞到達(dá)某個位置時通過關(guān)閉電接觸來不連續(xù)地確定。連續(xù)的位置測量也是已知的，例如通過勵磁線圈中感應(yīng)的電壓的方式。
這樣，本發(fā)明的目標(biāo)是構(gòu)造能提供具有最初指定的特征的調(diào)節(jié)設(shè)備，使得可以完成對電樞行程的精確調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
通過權(quán)利要求1中指定的措施可以達(dá)到該目標(biāo)。因此，該調(diào)節(jié)設(shè)備應(yīng)包括
-用于檢測實際電樞位置的器件。
-用于測量實際勵磁線圈電流的器件以及-用于調(diào)節(jié)所述勵磁線圈電流以使得在所述電樞處于穩(wěn)定狀態(tài)的電樞運動的每個半波期間，所述電樞被準(zhǔn)確提供有能量以使其達(dá)到預(yù)定電樞行程的振幅的器件。
在根據(jù)本發(fā)明的措施中，從如下出發(fā)點考慮為了達(dá)到期望的、由兩個振幅組成的電樞行程，每個半波期間必須將一定數(shù)量的能量電氣地提供給該電樞，尤其是在預(yù)先拉緊至少一個可能存在的彈簧元件的拉伸半波期間和在對電樞以及可能連接到其上的任何壓縮機部件進(jìn)行機械操作的壓縮半波期間。即使在穩(wěn)定狀態(tài)下，壓縮和拉伸半波所需的能量數(shù)量通常是不同的，并且預(yù)先無法知道。而是必須根據(jù)實際確定的振幅估計出這兩個值。
目前，對根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)概念的基本考慮在于如下事實，對電樞位置的(準(zhǔn))連續(xù)測量不僅允許測量電樞行程，即，最大移位，而且允許對輸入給該電樞的電能進(jìn)行測量。這是可能的，因為輸入的電能與線圈電流對電樞位置的積分成比例。當(dāng)將足夠的能量電氣地輸入該電樞時，每個半波切斷線圈電流。每次電樞方向反向時，再次接通線圈電流，其符號是使得作用于電樞上的電磁力的方向與其運動方向相一致。接著對能量進(jìn)行測量，然后再次切斷電流。
除了位置測量之外，每個半波期間可以確定在至少一個固定位置(所謂觸發(fā)位置)處的電樞速度，以及由此確定的電樞動能。優(yōu)選地在電樞的最大速度區(qū)域內(nèi)確定該觸發(fā)位置。無需為速度測量使用單獨的傳感器，而是可以通過微分方法從準(zhǔn)連續(xù)的位置測量推導(dǎo)出。而且，可以根據(jù)對速度的檢測確定存儲在電樞內(nèi)的能量。
在拉伸半波期間，可以從至少一個觸發(fā)位置處的位置和速度測量、拉伸半波結(jié)束處面向且遠(yuǎn)離壓縮機的死中心點的位置測量以及電樞內(nèi)電感應(yīng)能量的測量中估計出例如諸如彈簧常數(shù)或電流-力傳輸常數(shù)的線性操作參數(shù)。在壓縮半波期間，可以由相應(yīng)的測量確定諸如每周期內(nèi)用于壓縮機的機械能、壓縮機處的爆發(fā)和吸入壓力之間的差和/或該壓縮機的力-距離特征之類的壓縮機參數(shù)。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)概念可以完成線性壓縮機的可靠啟動以及在波動的外部條件下(即壓縮機特征發(fā)生波動的情況下)的可靠操作。在這種情況下，“可靠”意味著壓縮機活塞在壓縮階段不會過度運動并撞擊到活塞板或閥板。而且，用此調(diào)節(jié)概念可以對相關(guān)線性壓縮機的壓縮室的所謂死體積進(jìn)行準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)；這是達(dá)到線性壓縮機的諸如冷卻能力的高的整體效率的基本先決條件。
從從屬權(quán)利要求能夠獲得根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)設(shè)備的其他有利實施例。在這種情況下，可以將根據(jù)權(quán)利要求1所述的實施例與從屬權(quán)利要求之一的特征相結(jié)合，或優(yōu)選地與幾個從屬權(quán)利要求的特征相結(jié)合。因此，可以為調(diào)節(jié)設(shè)備提供如下附加特征-這樣，作為電流調(diào)節(jié)的控制元件的電流調(diào)節(jié)器件可以包括整流電路以及下述提供有所謂H排列的可調(diào)節(jié)橋接交叉鏈路的橋接電路。在這種情況下，可以優(yōu)選地將MOSFETS提供為可調(diào)節(jié)的橋接交叉鏈路。
-將測量到的線圈電流作為實際電流輸入量有利地提供給與所述橋接交叉鏈路相關(guān)聯(lián)的電流調(diào)節(jié)模塊，所述模塊對所述橋接交叉鏈路進(jìn)行切換以使得將所述實際電流信號調(diào)整為由位置調(diào)節(jié)器模塊產(chǎn)生的并與所述實際電樞位置相關(guān)的期望電流信號，優(yōu)選地跟隨所述信號?？蛇x擇地，應(yīng)該將實際電流信號提供給位置調(diào)節(jié)器模塊。
-代替前面提到的使用至少一個觸發(fā)位置來確定電樞速度和能量，也可以有利地提供連續(xù)檢測電樞(8)的速度的器件。在這種情況下，可以根據(jù)使用適當(dāng)裝置的速度檢測推出存儲在所述電樞內(nèi)的能量。
另外，還可以提供用于調(diào)節(jié)電樞的振蕩頻率的器件。這些器件可以使用來自位置的信號以及可選擇地使用來自速度測量的信號。
從先前未討論的從屬權(quán)利要求獲得根據(jù)本發(fā)明所述的調(diào)節(jié)設(shè)備的另一有利實施例。


在下文中，參考附圖使用優(yōu)選的示例性實施例進(jìn)一步詳細(xì)解釋本發(fā)明。在圖中圖1是貫穿本身已知的線性驅(qū)動的部件的高示意性截面圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)設(shè)備的第一實施例的方框圖，以及圖3是這種調(diào)節(jié)設(shè)備的另一實施例的方框圖。
在這些圖中，為相應(yīng)的部件提供了相同的參考數(shù)字。
具體實施例方式
在根據(jù)如圖1所示的本發(fā)明的可逆線性驅(qū)動的情況下，假設(shè)本身已知的實施例為諸如提供給線性壓縮機的那些實施例(見先前提到的JP-A說明書)。該圖僅主要示意性地示出了貫穿這樣的線性驅(qū)動2的截面的上面部分，即該圖僅示出了位于沿著運動的軸向方向的對稱軸或?qū)ΨQ平面S一側(cè)的細(xì)節(jié)。該線性驅(qū)動2包括至少一個勵磁線圈4，至少一個攜帶磁通的軛體5被分配給該線圈。例如包括磁化方向用箭頭線m1和m2來表示的兩個永磁體的磁樞或電樞部件8位于該軛體的溝道形或狹縫形開口7中。該電樞也稱為“電樞架(armaturecarriage)”，包括未詳細(xì)描述的軸向側(cè)面延伸部件。所述電樞可以在線圈4的可變磁場中沿著軸線方向例如在位置(標(biāo)記)P附近進(jìn)行振蕩運動，在中心位置Mp附近振蕩。用+L或-L來指定沿軸向方向x距離中心位置的最大移位，即振幅。相應(yīng)地，電樞行程H為(L1+L2)。
如該圖中所進(jìn)一步表示的，在中心位置Mp的兩側(cè)上可選擇的兩個固定夾住的片彈簧9和9′可以對電樞8的延伸部分起作用，振蕩作用點A或A′。自然，無彈簧的線性驅(qū)動的實施例也是可能的。而且，在電樞8的延伸部分的至少一側(cè)上，可以將其有利地剛性連接到該圖中未詳細(xì)示出的壓縮機V上或其泵活塞上。
在該圖中所示的實施例中，進(jìn)一步假設(shè)線性驅(qū)動2具有相對于平面S的對稱結(jié)構(gòu)，即軛體以及可選地還有勵磁線圈部件位于該平面的兩側(cè)。自然，也可以將線性驅(qū)動提供給根據(jù)本發(fā)明所述的調(diào)節(jié)設(shè)備，其僅在一側(cè)包括勵磁線圈，在相對側(cè)僅包括一個攜帶磁通的軛體部件(例如，見US 6 323 568 B1)。另外，對于所示的E形軛體，諸如M形的其它類型軛體也可以適用。
當(dāng)線性驅(qū)動2的電樞8連接到壓縮機7的泵活塞上時，拉伸和壓縮半波的電樞能量門限Es通常是不同的；即兩個電樞能量門限之間應(yīng)該有區(qū)別，稱為Es，exp和Es，comp。作為力-距離特性的時間變化結(jié)果，兩個電樞能量門限隨時間發(fā)生變化，其中這些變化相對于該線性驅(qū)動的振蕩周期的持續(xù)時間來說是緩慢的。為此，對于添加在實際行程調(diào)節(jié)上的兩個值的調(diào)整是適合的也是可能的。
把調(diào)節(jié)勵磁線圈4中電流的調(diào)節(jié)設(shè)備用于調(diào)節(jié)電樞行程H或振幅+L1和-L2。圖2是這種調(diào)節(jié)設(shè)備的第一實施例的方框圖。在該圖中，G是整流電路，例如以電橋電路的形式，-其中C是平滑電容，-B是所謂全橋形式的轉(zhuǎn)換器電路，-b1到b4是這種轉(zhuǎn)換器電路的所謂H排列的四個橋接鏈路元件，-10是位置調(diào)節(jié)器模塊以及-11是電流調(diào)節(jié)器模塊。
特別地，橋接鏈路元件b1到b4可能是具有保護二極管di的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。用g1到g4表示它們的控制電極或控制柵極。它們連接到電流調(diào)節(jié)器模塊11的對應(yīng)輸出上。線性驅(qū)動2的勵磁線圈的勵磁電流取自橋接電路B的橋分接點(bridgetapping point)12a和12b。在這種情況下，通過測量下述電阻上的電壓降來確定表示為Iact的線圈實際電流-與線圈串聯(lián)的橋路中的分流電阻(shunt resistance)或者-位于橋接鏈路元件b2和b4與地之間的兩個分流電阻。
然后將該電流的測量值提供給連接在勵磁線圈的電源通路的連接點13上的電流調(diào)節(jié)器11。例如，電流調(diào)節(jié)器11可以包括已知的PWM(脈寬調(diào)制)模塊。可替換地，可以將本身已知的、具有固定的時鐘頻率如20kHz的兩點控制器用作電流調(diào)節(jié)器。
將本身已知的、未詳細(xì)描述的測量設(shè)備14附在線性驅(qū)動2上，其可以用于檢測該裝置的電樞8的運動的精確實際位置x和方向。將其測量到的值x送給位置調(diào)節(jié)器模塊10，該模塊從位置x以及由此推出的、特別是諸如電樞速度的量來計算出期望電流Ides，并將其提供給電流調(diào)節(jié)器模塊11。電流調(diào)節(jié)器模塊通過對控制柵極g1到g4進(jìn)行控制，確保了期望電流Ides和實際電流Iact之間獲得很好的一致。
根據(jù)圖3中復(fù)制的本發(fā)明的另一種調(diào)節(jié)設(shè)備的方框圖與圖2中的方框圖相比，不同之處僅在于這里測量到的電流Iact還是修改的位置調(diào)節(jié)器模塊10′的輸入量。在此實施例中，在期望電流Ides和實際電流Iact之間可能出現(xiàn)更顯著的差別。然而，電流調(diào)節(jié)器模塊11能夠以所期望的方式通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置切斷電流。
將圖2和圖3中的方框圖所示設(shè)備中用于進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的算法表示如下-作用于電樞8的電磁力F總是與實際線圈電流Iact成正比，即F＝K·Iact，其中F、K以及Iact取決于位置x。
-當(dāng)改變電樞運動方向時，線圈電流反向，使得電磁力F＝K·Iact沿運動方向x起作用。
-然后根據(jù)連續(xù)地或使用至少一個特定觸發(fā)信號所測量的瞬時位置和速度來確定該電樞的電勢和動能，例如將該觸發(fā)信號分配給電樞位置的零交叉并有利地位于靠近具有最大動能的電樞位置。
-用下面等式計算每個振蕩半波提供給該電樞的能量∫F(x)dx＝∫K(x)I(x)dx。
-如果該電樞能量達(dá)到與期望振幅+L1或-L2相對應(yīng)的門限值Es，comp或Es，exp，則切斷電流I。
除了這種基本的算法以外，還可以有疊加調(diào)整算法，其中通過將測量到的振幅+L1或-L2與相應(yīng)的期望幅度相比較來調(diào)整該電樞能量門限Es，comp或Es，exp。
這樣，在各方框圖中實現(xiàn)的調(diào)節(jié)概念具有如下主要要素1.測量量位置x、電樞8的運動方向以及由此推出的速度；電流Iact。
2.控制量
勵磁線圈電流。在這種情況下，幾個控制要素變量可以用于調(diào)節(jié)該電流，其中根據(jù)控制要素，實際電流和期望電流可以彼此不同。
3調(diào)節(jié)原則對勵磁線圈電流進(jìn)行切換使得作用在電樞上的電磁力(幾乎)總是沿著該電樞的運動方向起作用；測量每個振蕩半波電樞中的電感應(yīng)能量；當(dāng)達(dá)到能量門限時切斷電流。
該調(diào)節(jié)原則的優(yōu)點很大程度上避免了該電樞的電氣制動；這就產(chǎn)生了很好的效率。電樞振蕩的頻率很大程度上由運動質(zhì)量和可能出現(xiàn)的任何彈簧的彈簧常數(shù)以及相關(guān)的壓縮機的力-距離特性確定，但是可以通過電流調(diào)節(jié)選擇工作循環(huán)來修改該頻率如果在運動反向以后在較短距離有較高電流起作用，則振蕩頻率升高，同時每個振蕩半波內(nèi)輸入的電能保持相同。
參考列表2線性驅(qū)動4勵磁線圈5軛體7間隙8電樞9、9′彈簧常數(shù)10、10′位置調(diào)節(jié)器模塊11電流調(diào)節(jié)器模塊12a、12b橋分接點13連接點S對稱平面m1、m2磁化方向A、A′彈簧作用點H電樞行程x軸向位置
+L1、-L2振幅V壓縮機Mp中心位置G整流電路C平滑電容B橋接電路b1到b4 MOSFET橋接鏈路元件g1到g4控制器di保護二極管Iact實際電流Ides期望電流
權(quán)利要求
1.一種用于在可逆線性驅(qū)動單元中調(diào)節(jié)電樞行程的設(shè)備，所述線性驅(qū)動單元包括由勵磁線圈電流所作用的至少一個勵磁線圈和由所述勵磁線圈的磁場設(shè)定為以預(yù)定電樞行程沿著軸向方向進(jìn)行線性振蕩運動的磁樞，所述設(shè)備包括用于檢測實際電樞位置(x)的器件、用于測量實際勵磁線圈電流(Iact)的器件以及用于調(diào)節(jié)所述勵磁線圈電流(Ides)的器件，通過調(diào)節(jié)所述勵磁線圈電流使得在所述電樞(8)處于穩(wěn)定狀態(tài)的電樞運動的每個半波期間，所述電樞被提供有準(zhǔn)確數(shù)量的能量以達(dá)到預(yù)定電樞行程(H)的振幅(+L1，-L2)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電樞(8)通過至少一個彈簧元件(9，9′)保持以使其能夠振蕩。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于作為電流調(diào)節(jié)的控制元件的電流調(diào)節(jié)器件包括整流電路(G)以及下述提供有所謂H排列的可調(diào)節(jié)橋接交叉鏈路(b1到b4)的橋接電路(B)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述可調(diào)節(jié)橋接交叉鏈路(b1到b4)是MOSFET。
5.如權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于將測量到的勵磁線圈電流作為實際電流輸入量(Iact)有利地提供給與所述橋接交叉鏈路(b1到b4)相關(guān)聯(lián)的電流調(diào)節(jié)模塊(11)，所述電流調(diào)節(jié)模塊對所述橋接交叉鏈路進(jìn)行切換以便將所述實際電流信號(Iact)調(diào)整為由位置調(diào)節(jié)器模塊(10，10′)產(chǎn)生的并與所述實際電樞位置(x)相關(guān)的期望電流信號(Ides)，優(yōu)選地跟隨所述信號。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述實際電流信號(Iact)應(yīng)提供給所述位置調(diào)節(jié)器模塊(10′)。
7.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于提供了用于連續(xù)檢測所述電樞(8)的運動方向的器件。
8.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于提供了用于連續(xù)檢測所述電樞(8)的速度的器件。
9.如權(quán)利要求1到8中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于在所述電樞行程中的至少一個固定位置處提供了用于速度測量的觸發(fā)位置。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于在所述電樞(8)的最大速度的區(qū)域內(nèi)提供了所述觸發(fā)位置。
11.如權(quán)利要求8、9或10中的任何一項所述的設(shè)備，其特征在于提供了用于從速度確定推出存儲在所述電樞內(nèi)的能量的器件。
12.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于提供了用于調(diào)節(jié)所述電樞(8)的振蕩頻率的器件。
13.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于將所述電樞(8)剛性連接到壓縮機(V)的泵活塞上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在可逆線性驅(qū)動單元(2)中調(diào)節(jié)電樞行程(H)的設(shè)備，該可逆線性驅(qū)動單元包括勵磁線圈以及根據(jù)預(yù)定電樞行程(H)處的線性振蕩運動、在勵磁線圈的磁場中可移動的電樞(8)。本發(fā)明設(shè)備包括用于檢測當(dāng)前電樞位置(x)的系統(tǒng)、用于測量實際勵磁線圈電流(I
文檔編號H02K41/03GK1930764SQ200580007111
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者約翰內(nèi)斯·賴因施克 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司