专利名称：用于调节可逆线性驱动单元中的电枢行程的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于调节可逆线性驱动单元中的电枢行程(armature stroke)的设备，该设备包括至少一个通过励磁线圈电流来起作用的励磁线圈以及由该励磁线圈的磁场以预定的电枢行程设定为轴向方向上线性振荡运动的磁枢。从JP 2002-031054 A中推导出相应的线性驱动单元。
背景技术：
特别将相应的线性设备用于将压缩机的泵活塞设定为处于线性振荡运动或振荡中。从而，将包含这种具有相关的线性驱动的压缩机的系统称为线性压缩机(见最初提到的JP-A说明书)。在相应的已知线性压缩机中，通过至少一个弹簧元件来可选择地悬挂的振动电枢形成弹簧质量系统，该弹簧质量系统被设计用于具有给定的压缩机力-距离特征的某个振荡频率。
已知了在相应线性压缩机中用于调节电枢位置或用于调节电枢行程的各种方法。然而，在已知的方法中，通常省去了对电枢位置的直接连续测量。
至今，为了检测当前电枢位置，可以非连续地确定，例如当电枢到达某个位置时通过关闭电接触来不连续地确定。连续的位置测量也是已知的，例如通过励磁线圈中感应的电压的方式。
这样，本发明的目标是构造能提供具有最初指定的特征的调节设备，使得可以完成对电枢行程的精确调节。
发明内容
通过权利要求1中指定的措施可以达到该目标。因此，该调节设备应包括
-用于检测实际电枢位置的器件。
-用于测量实际励磁线圈电流的器件以及-用于调节所述励磁线圈电流以使得在所述电枢处于稳定状态的电枢运动的每个半波期间，所述电枢被准确提供有能量以使其达到预定电枢行程的振幅的器件。
在根据本发明的措施中，从如下出发点考虑为了达到期望的、由两个振幅组成的电枢行程，每个半波期间必须将一定数量的能量电气地提供给该电枢，尤其是在预先拉紧至少一个可能存在的弹簧元件的拉伸半波期间和在对电枢以及可能连接到其上的任何压缩机部件进行机械操作的压缩半波期间。即使在稳定状态下，压缩和拉伸半波所需的能量数量通常是不同的，并且预先无法知道。而是必须根据实际确定的振幅估计出这两个值。
目前，对根据本发明的调节概念的基本考虑在于如下事实，对电枢位置的(准)连续测量不仅允许测量电枢行程，即，最大移位，而且允许对输入给该电枢的电能进行测量。这是可能的，因为输入的电能与线圈电流对电枢位置的积分成比例。当将足够的能量电气地输入该电枢时，每个半波切断线圈电流。每次电枢方向反向时，再次接通线圈电流，其符号是使得作用于电枢上的电磁力的方向与其运动方向相一致。接着对能量进行测量，然后再次切断电流。
除了位置测量之外，每个半波期间可以确定在至少一个固定位置(所谓触发位置)处的电枢速度，以及由此确定的电枢动能。优选地在电枢的最大速度区域内确定该触发位置。无需为速度测量使用单独的传感器，而是可以通过微分方法从准连续的位置测量推导出。而且，可以根据对速度的检测确定存储在电枢内的能量。
在拉伸半波期间，可以从至少一个触发位置处的位置和速度测量、拉伸半波结束处面向且远离压缩机的死中心点的位置测量以及电枢内电感应能量的测量中估计出例如诸如弹簧常数或电流-力传输常数的线性操作参数。在压缩半波期间，可以由相应的测量确定诸如每周期内用于压缩机的机械能、压缩机处的爆发和吸入压力之间的差和/或该压缩机的力-距离特征之类的压缩机参数。
这样，根据本发明的调节概念可以完成线性压缩机的可靠启动以及在波动的外部条件下(即压缩机特征发生波动的情况下)的可靠操作。在这种情况下，“可靠”意味着压缩机活塞在压缩阶段不会过度运动并撞击到活塞板或阀板。而且，用此调节概念可以对相关线性压缩机的压缩室的所谓死体积进行准确地调节；这是达到线性压缩机的诸如冷却能力的高的整体效率的基本先决条件。
从从属权利要求能够获得根据本发明的调节设备的其他有利实施例。在这种情况下，可以将根据权利要求1所述的实施例与从属权利要求之一的特征相结合，或优选地与几个从属权利要求的特征相结合。因此，可以为调节设备提供如下附加特征-这样，作为电流调节的控制元件的电流调节器件可以包括整流电路以及下述提供有所谓H排列的可调节桥接交叉链路的桥接电路。在这种情况下，可以优选地将MOSFETS提供为可调节的桥接交叉链路。
-将测量到的线圈电流作为实际电流输入量有利地提供给与所述桥接交叉链路相关联的电流调节模块，所述模块对所述桥接交叉链路进行切换以使得将所述实际电流信号调整为由位置调节器模块产生的并与所述实际电枢位置相关的期望电流信号，优选地跟随所述信号。可选择地，应该将实际电流信号提供给位置调节器模块。
-代替前面提到的使用至少一个触发位置来确定电枢速度和能量，也可以有利地提供连续检测电枢(8)的速度的器件。在这种情况下，可以根据使用适当装置的速度检测推出存储在所述电枢内的能量。
另外，还可以提供用于调节电枢的振荡频率的器件。这些器件可以使用来自位置的信号以及可选择地使用来自速度测量的信号。
从先前未讨论的从属权利要求获得根据本发明所述的调节设备的另一有利实施例。
在下文中，参考附图使用优选的示例性实施例进一步详细解释本发明。在图中图1是贯穿本身已知的线性驱动的部件的高示意性截面图，图2是根据本发明的调节设备的第一实施例的方框图，以及图3是这种调节设备的另一实施例的方框图。
在这些图中，为相应的部件提供了相同的参考数字。
具体实施例方式
在根据如图1所示的本发明的可逆线性驱动的情况下，假设本身已知的实施例为诸如提供给线性压缩机的那些实施例(见先前提到的JP-A说明书)。该图仅主要示意性地示出了贯穿这样的线性驱动2的截面的上面部分，即该图仅示出了位于沿着运动的轴向方向的对称轴或对称平面S一侧的细节。该线性驱动2包括至少一个励磁线圈4，至少一个携带磁通的轭体5被分配给该线圈。例如包括磁化方向用箭头线m1和m2来表示的两个永磁体的磁枢或电枢部件8位于该轭体的沟道形或狭缝形开口7中。该电枢也称为“电枢架(armaturecarriage)”，包括未详细描述的轴向侧面延伸部件。所述电枢可以在线圈4的可变磁场中沿着轴线方向例如在位置(标记)P附近进行振荡运动，在中心位置Mp附近振荡。用+L或-L来指定沿轴向方向x距离中心位置的最大移位，即振幅。相应地，电枢行程H为(L1+L2)。
如该图中所进一步表示的，在中心位置Mp的两侧上可选择的两个固定夹住的片弹簧9和9′可以对电枢8的延伸部分起作用，振荡作用点A或A′。自然，无弹簧的线性驱动的实施例也是可能的。而且，在电枢8的延伸部分的至少一侧上，可以将其有利地刚性连接到该图中未详细示出的压缩机V上或其泵活塞上。
在该图中所示的实施例中，进一步假设线性驱动2具有相对于平面S的对称结构，即轭体以及可选地还有励磁线圈部件位于该平面的两侧。自然，也可以将线性驱动提供给根据本发明所述的调节设备，其仅在一侧包括励磁线圈，在相对侧仅包括一个携带磁通的轭体部件(例如，见US 6 323 568 B1)。另外，对于所示的E形轭体，诸如M形的其它类型轭体也可以适用。
当线性驱动2的电枢8连接到压缩机7的泵活塞上时，拉伸和压缩半波的电枢能量门限Es通常是不同的；即两个电枢能量门限之间应该有区别，称为Es，exp和Es，comp。作为力-距离特性的时间变化结果，两个电枢能量门限随时间发生变化，其中这些变化相对于该线性驱动的振荡周期的持续时间来说是缓慢的。为此，对于添加在实际行程调节上的两个值的调整是适合的也是可能的。
把调节励磁线圈4中电流的调节设备用于调节电枢行程H或振幅+L1和-L2。图2是这种调节设备的第一实施例的方框图。在该图中，G是整流电路，例如以电桥电路的形式，-其中C是平滑电容，-B是所谓全桥形式的转换器电路，-b1到b4是这种转换器电路的所谓H排列的四个桥接链路元件，-10是位置调节器模块以及-11是电流调节器模块。
特别地，桥接链路元件b1到b4可能是具有保护二极管di的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。用g1到g4表示它们的控制电极或控制栅极。它们连接到电流调节器模块11的对应输出上。线性驱动2的励磁线圈的励磁电流取自桥接电路B的桥分接点(bridgetapping point)12a和12b。在这种情况下，通过测量下述电阻上的电压降来确定表示为Iact的线圈实际电流-与线圈串联的桥路中的分流电阻(shunt resistance)或者-位于桥接链路元件b2和b4与地之间的两个分流电阻。
然后将该电流的测量值提供给连接在励磁线圈的电源通路的连接点13上的电流调节器11。例如，电流调节器11可以包括已知的PWM(脉宽调制)模块。可替换地，可以将本身已知的、具有固定的时钟频率如20kHz的两点控制器用作电流调节器。
将本身已知的、未详细描述的测量设备14附在线性驱动2上，其可以用于检测该装置的电枢8的运动的精确实际位置x和方向。将其测量到的值x送给位置调节器模块10，该模块从位置x以及由此推出的、特别是诸如电枢速度的量来计算出期望电流Ides，并将其提供给电流调节器模块11。电流调节器模块通过对控制栅极g1到g4进行控制，确保了期望电流Ides和实际电流Iact之间获得很好的一致。
根据图3中复制的本发明的另一种调节设备的方框图与图2中的方框图相比，不同之处仅在于这里测量到的电流Iact还是修改的位置调节器模块10′的输入量。在此实施例中，在期望电流Ides和实际电流Iact之间可能出现更显著的差别。然而，电流调节器模块11能够以所期望的方式通过相应的调节装置切断电流。
将图2和图3中的方框图所示设备中用于进行位置调节的算法表示如下-作用于电枢8的电磁力F总是与实际线圈电流Iact成正比，即F＝K·Iact，其中F、K以及Iact取决于位置x。
-当改变电枢运动方向时，线圈电流反向，使得电磁力F＝K·Iact沿运动方向x起作用。
-然后根据连续地或使用至少一个特定触发信号所测量的瞬时位置和速度来确定该电枢的电势和动能，例如将该触发信号分配给电枢位置的零交叉并有利地位于靠近具有最大动能的电枢位置。
-用下面等式计算每个振荡半波提供给该电枢的能量∫F(x)dx＝∫K(x)I(x)dx。
-如果该电枢能量达到与期望振幅+L1或-L2相对应的门限值Es，comp或Es，exp，则切断电流I。
除了这种基本的算法以外，还可以有叠加调整算法，其中通过将测量到的振幅+L1或-L2与相应的期望幅度相比较来调整该电枢能量门限Es，comp或Es，exp。
这样，在各方框图中实现的调节概念具有如下主要要素1.测量量位置x、电枢8的运动方向以及由此推出的速度；电流Iact。
2.控制量
励磁线圈电流。在这种情况下，几个控制要素变量可以用于调节该电流，其中根据控制要素，实际电流和期望电流可以彼此不同。
3调节原则对励磁线圈电流进行切换使得作用在电枢上的电磁力(几乎)总是沿着该电枢的运动方向起作用；测量每个振荡半波电枢中的电感应能量；当达到能量门限时切断电流。
该调节原则的优点很大程度上避免了该电枢的电气制动；这就产生了很好的效率。电枢振荡的频率很大程度上由运动质量和可能出现的任何弹簧的弹簧常数以及相关的压缩机的力-距离特性确定，但是可以通过电流调节选择工作循环来修改该频率如果在运动反向以后在较短距离有较高电流起作用，则振荡频率升高，同时每个振荡半波内输入的电能保持相同。
参考列表2线性驱动4励磁线圈5轭体7间隙8电枢9、9′弹簧常数10、10′位置调节器模块11电流调节器模块12a、12b桥分接点13连接点S对称平面m1、m2磁化方向A、A′弹簧作用点H电枢行程x轴向位置
+L1、-L2振幅V压缩机Mp中心位置G整流电路C平滑电容B桥接电路b1到b4 MOSFET桥接链路元件g1到g4控制器di保护二极管Iact实际电流Ides期望电流
权利要求
1.一种用于在可逆线性驱动单元中调节电枢行程的设备，所述线性驱动单元包括由励磁线圈电流所作用的至少一个励磁线圈和由所述励磁线圈的磁场设定为以预定电枢行程沿着轴向方向进行线性振荡运动的磁枢，所述设备包括用于检测实际电枢位置(x)的器件、用于测量实际励磁线圈电流(Iact)的器件以及用于调节所述励磁线圈电流(Ides)的器件，通过调节所述励磁线圈电流使得在所述电枢(8)处于稳定状态的电枢运动的每个半波期间，所述电枢被提供有准确数量的能量以达到预定电枢行程(H)的振幅(+L1，-L2)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述电枢(8)通过至少一个弹簧元件(9，9′)保持以使其能够振荡。
3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于作为电流调节的控制元件的电流调节器件包括整流电路(G)以及下述提供有所谓H排列的可调节桥接交叉链路(b1到b4)的桥接电路(B)。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于所述可调节桥接交叉链路(b1到b4)是MOSFET。
5.如权利要求3或权利要求4所述的设备，其特征在于将测量到的励磁线圈电流作为实际电流输入量(Iact)有利地提供给与所述桥接交叉链路(b1到b4)相关联的电流调节模块(11)，所述电流调节模块对所述桥接交叉链路进行切换以便将所述实际电流信号(Iact)调整为由位置调节器模块(10，10′)产生的并与所述实际电枢位置(x)相关的期望电流信号(Ides)，优选地跟随所述信号。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述实际电流信号(Iact)应提供给所述位置调节器模块(10′)。
7.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于提供了用于连续检测所述电枢(8)的运动方向的器件。
8.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于提供了用于连续检测所述电枢(8)的速度的器件。
9.如权利要求1到8中任何一项所述的设备，其特征在于在所述电枢行程中的至少一个固定位置处提供了用于速度测量的触发位置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于在所述电枢(8)的最大速度的区域内提供了所述触发位置。
11.如权利要求8、9或10中的任何一项所述的设备，其特征在于提供了用于从速度确定推出存储在所述电枢内的能量的器件。
12.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于提供了用于调节所述电枢(8)的振荡频率的器件。
13.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于将所述电枢(8)刚性连接到压缩机(V)的泵活塞上。
全文摘要
本发明涉及一种用于在可逆线性驱动单元(2)中调节电枢行程(H)的设备，该可逆线性驱动单元包括励磁线圈以及根据预定电枢行程(H)处的线性振荡运动、在励磁线圈的磁场中可移动的电枢(8)。本发明设备包括用于检测当前电枢位置(x)的系统、用于测量实际励磁线圈电流(I
文档编号H02K41/03GK1930764SQ200580007111
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月7日 优先权日2004年3月5日
发明者约翰内斯·赖因施克 申请人:Bsh博世和西门子家用器具有限公司