用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定直线电机的动子(3)的绝对位置(xist)的方法，该动子可相对于位置固定的部件沿运动方向(x)移动，根据本发明专利技术规定，确定所述驱动磁铁(4)组件的至少一个边缘区域(8)并且由其导出动子(3)的粗略位置，借助该粗略位置基于已知的动子(3)几何形状(3)确定是所述驱动磁铁(4)组件的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场被驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器检测到，所述至少一个位置传感器确定所测量的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器的相对位置(xi)并且由所述至少一个位置传感器的已知的安装位置以及所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。

【技术实现步骤摘要】
用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法
本专利技术涉及一种用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法，该动子可相对于一个位置固定的部件沿运动方向运动，在动子上设有多个沿动子运动方向并排设置的驱动磁铁形式的驱动磁铁组件，并且在所述位置固定的部件上沿动子运动方向设有多个位置固定的并且彼此间隔开的位置传感器，借助一个位置传感器检测在该位置传感器区域中驱动磁铁组件的一个驱动磁铁的磁场。本专利技术还涉及一种直线电机，在该直线电机中根据本专利技术确定所述绝对位置。
技术介绍
直线电机的特点在于，可动部件(动子)相对于固定部件(定子)基于相互作用的磁场运动。为此在两个部件之一上设置有驱动磁铁(电磁铁或永磁铁)，其为了产生线性驱动力与由另一部件上的通电的驱动线圈产生的磁场共同作用。当在驱动线圈上施加电压时，产生磁场，该磁场与驱动磁铁的磁场共同作用，由此产生作用于可动部件上的力，该力使可动部件运动。为了使动子运动，通过相应控制驱动线圈来产生运动的磁场。该电机基本原理当然已充分公开，因而在此无需对此赘述。在此原则上驱动线圈是设置在可动部件(动子)还是固定部件(定子)上也并不重要。为了控制直线电机动子的运动必须要知道其相对于定子的当前位置，以便正确地为驱动线圈通电来产生运动的磁场。确定动子位置因此具有特殊意义。在此特别困难的是，在接通直线电机时确定动子的当前位置，因为事先并不知道动子在接通时所处的位置。为了在接通直线电机时确定位置，已经提出了各种方法。例如US7,932,684B2描述了一种直线电机，其为了位置确定附加地包括设置在动子上的定位磁铁和位置固定的(例如设置在定子上的)位置传感器。当动子运动时，定位磁铁相对于位置传感器运动并且可确定动子相对于定子的当前位置。定位磁铁包括与增量传感器共同作用的第一排并列设置的多个永磁铁以及与绝对传感器共同作用的第二排并列设置的多个永磁铁。绝对传感器、如霍尔传感器这样设计，使得其仅提供两种状态，该状态在动子的一个定义位置上改变。增量传感器、如磁阻传感器这样设计，使得提供许多重复的传感器周期，在一个传感器周期内可非常精确地确定位置。在接通时必须首先执行“归位”，即校准(Referenzierung)预规定的已知零位。为此使动子运动直至绝对传感器检测到状态改变，由此确定零位。从零位开始随后可增量地确定动子的当前位置，其方式是，对传感器周期的数量进行计数并且在传感器周期内精确确定位置。因此在US7,932,684B2中为了在接通时确定动子的位置需要校准行程。但这种方式的位置检测仅在动子相对有限的运动范围内才能有意义地实现。对于许多应用、特别是对于具有较大运动范围的直线电机或具有多个动子的长定子直线电机，这种方式的位置确定当然是绝对不适合的。绝对位置的确定、也包括在接通直线电机时绝对位置的确定由US7,994,742B2公开。在此在可能的运动范围上在动子上设置一个细长的定位磁铁，该定位磁铁这样设置，使得在横向方向上产生与位置有关的偏移。在位置固定的结构上、例如在定子上设置一个位置传感器，其检测定位磁铁的磁场。基于所述偏移在动子的每个位置上产生一个单义的磁场，该磁场由位置传感器检测。因此，也可在接通直线电机时立即并且在动子未运动时推断出动子的当前位置。但运动范围在此当然仅局限于定位磁铁的长度，因而非常有限。对于许多应用、特别是对于具有较大运动范围的直线电机或具有多个动子的长定子直线电机，这种方式的位置确定当然是绝对不适合的。US6,876,107B2描述了一种已知的长定子直线电机作为直线电机。这种长定子直线电机包括大量位置固定、并排设置的驱动线圈并且构成长定子直线电机的定子。沿着定子可设置大量动子，它们可沿定子运动。每个动子具有一个驱动磁铁。为了使动子运动，分别将正好与动子共同作用的驱动线圈通电。以这种方式各个动子可相互独立地沿定子运动。这种长定子直线电机经常用于柔性运输系统中、如生产过程或输送技术中。另外，US6,876,107B2还描述了真实绝对位置(“trueabsoluteposition”)的确定，这允许在接通长定子直线电机时立即确定动子的精确位置，且无需为此进行校准(如通过动子的校准运行)。这当然是非常有利的，特别是在想到长定子直线电机中通常会有几百个动子同时存在时。为此在每个动子上正好设置一个附加定位磁铁并且沿定子设置大量位置传感器、如磁阻传感器，它们用于检测定位磁铁的磁场。但在此位置传感器必须设置得如此紧密，以确保在任何时候至少有一个位置传感器能够检测到定位磁铁的磁场。因此，在接通长定子直线电机时对于每个动子至少有一个位置传感器响应，因此也可无需在校准动子的情况下确定位置。在此不利的是，需要附加的定位磁铁并且位置传感器必须设置得非常紧密，因此需要大量的这种位置传感器。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种用于确定直线电机的动子的绝对位置的方法，在此既不需要动子的运动也不需要附加的永磁铁或紧密设置的位置传感器，并且还允许动子的大幅运动。该任务通过如下方式解决：确定驱动磁铁组件的至少一个边缘区域并且由此导出动子的粗略位置，借助该粗略位置利用动子的已知几何形状确定是驱动磁铁组件的具体哪个驱动磁铁的磁场被在驱动磁铁组件区域中的至少一个位置传感器检测到，所述至少一个位置传感器确定所测量的驱动磁铁相对于所述至少一个位置传感器的相对位置并且由所述至少一个位置传感器的已知的安装位置以及由所确定的相对位置确定动子的绝对位置。借助该方法可简单地确定绝对位置，且无需校准和使用附加的定位磁铁，并且尽管如此位置传感器的间距可选择得比驱动磁铁的极距更大。本专利技术利用驱动磁铁组件的磁场特性来检测组件的边缘区域以便粗略定位。因此，可基于已知的几何条件确定是哪个驱动磁铁的磁场被在组件区域中的一个位置传感器检测到，这对于粗略定位来说是足够的。然后基于位置传感器的传感器信号进行精确定位。借助本方法各位置传感器因此可设置得相距较远，无论如何比驱动磁铁的极距更远，因此也可节省位置传感器。在相距较远的位置传感器的情况下尤为有利的是，为了确定动子的绝对位置，将借助所述至少一个位置传感器依次测量的驱动磁铁的数量作为增量加以考虑。以这种方式可使用一个位置传感器来确定位置，只要驱动磁铁组件位于其区域中。在此有利的是，根据预规定的标准转换到沿动子运动方向的下一个位置传感器来确定动子的绝对位置。由此可实现，始终在磁场的有利场力线区域内进行测量，这提高了精度。为了确定所述至少一个边缘区域，有利的是，确定并且分析与驱动磁铁的磁场相关的物理参数。因此，利用了这样的事实，即远离驱动磁铁或远离驱动磁铁组件的磁场、即正好是所寻找的边缘区域中的磁场迅速并且剧烈下降或者不再垂直于驱动磁铁延伸，由此能够可靠确定边缘区域。为此，可确定在驱动磁铁组件区域中的一个位置传感器的传感器信号的绝对值作为物理参数，并且优选当所述绝对值低于预规定的阈值时，由此推断出边缘区域。作为替代方案，可确定在驱动磁铁组件区域中的一个驱动线圈的电感并且优选当所述电感低于预规定的阈值时，由此推断出边缘区域。作为另一种替代方案，可使用一个位置传感器的基于驱动磁铁组件的磁场非线性失真的传感器信号周期来确定驱动磁铁组件的一个驱动磁铁相对于该位置传感器的相对位置并且由此确定与驱动磁铁组件区域中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于确定直线电机(1)的动子(3)的绝对位置(xist)的方法，该动子能沿运动方向(x)相对于位置固定的部件运动，在动子(3)上设有以多个沿动子(3)运动方向(x)并排设置的驱动磁铁(4)形式的驱动磁铁(4)组件，并且在所述位置固定的部件上沿动子(3)运动方向(x)设有多个位置固定的并且彼此间隔开的位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)，借助一个位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)检测在该位置传感器区域中驱动磁铁(4)组件中的一个驱动磁铁(4)的磁场，其特征在于，确定所述驱动磁铁(4)组件的至少一个边缘区域(8)并且由其导出动子(3)的粗略位置，借助该粗略位置利用动子(3)的已知几何形状(3)确定是所述驱动磁铁(4)组件中的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场被在驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)检测到，所述至少一个位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)确定所测得的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)的相对位置(xi)并且由所述至少一个位置传感器(Sn‑1、Sn、Sn+1)的已知的安装位置(ESn‑1、ESn、ESn+1)以及由所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。...

【技术特征摘要】
2017.03.13 AT A50198/20171.用于确定直线电机(1)的动子(3)的绝对位置(xist)的方法，该动子能沿运动方向(x)相对于位置固定的部件运动，在动子(3)上设有以多个沿动子(3)运动方向(x)并排设置的驱动磁铁(4)形式的驱动磁铁(4)组件，并且在所述位置固定的部件上沿动子(3)运动方向(x)设有多个位置固定的并且彼此间隔开的位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)，借助一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测在该位置传感器区域中驱动磁铁(4)组件中的一个驱动磁铁(4)的磁场，其特征在于，确定所述驱动磁铁(4)组件的至少一个边缘区域(8)并且由其导出动子(3)的粗略位置，借助该粗略位置利用动子(3)的已知几何形状(3)确定是所述驱动磁铁(4)组件中的具体哪个驱动磁铁(4)的磁场被在驱动磁铁(4)组件区域中的至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)检测到，所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)确定所测得的驱动磁铁(4)相对于所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的相对位置(xi)并且由所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的已知的安装位置(ESn-1、ESn、ESn+1)以及由所确定的相对位置(xi)确定动子(3)的绝对位置(xist)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定动子(3)的绝对位置(xist)，将借助所述至少一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)依次测量的驱动磁铁(4)的数量作为增量(I)加以考虑。3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据预规定的标准转换到沿动子(3)运动方向(x)的下一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)来确定动子(3)的绝对位置(xist)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述至少一个边缘区域(8)，确定并且分析与驱动磁铁(4)的磁场相关的物理参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在所述驱动磁铁(4)组件区域中的一个位置传感器(Sn-1、Sn、Sn+1)的传感器信号的绝对值(A)并且由此推断出边缘区域(8)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述绝对值(A)低于预规定的阈值(AS)时，推断出边缘区域(8)。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在所述驱动磁铁(4)组件区域中的一个驱动线圈(5)的电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·韦伯，M·普莱纳，
申请(专利权)人：B和R工业自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT