CN103427539B - 线性促动器 - Google Patents

Abstract

线性促动器，包括心轴，心轴螺母，变速器，电机以及促动构件，其被布置为通过心轴和心轴螺母的相互作用线性地运动促动构件，其相互作用由电机通过变速器驱动。促动构件的位置，在心轴和心轴螺母之间的相对位置由绝对旋转位置传感器和计数器确定。在促动构件运动期间计数器保持绝对旋转位置传感器产生的下溢/溢出的数量的记录。从绝对旋转位置传感器的值和从计数器的计数的组合确定了位置。

Description

线性促动器

本申请是申请日为2010年7月30日、申请号为201080069294.3、发明名称为“线性促动器”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及线性促动器，特别地涉及由电机驱动的线性促动器，特别是确定线性促动器的促动元件的位置。

背景技术

当取代旋转运动，需要受控的线性运动时，通常使用线性促动器。线性促动器的其中一个使用是能够远程打开和关闭窗户。例如绿色房屋的通风窗。已经使用气动和液压促动器，因为它们天然是线性的。气动和液压促动器具有许多缺点，能量效率是一个，这就是为什么已经有一段时间向着由电机驱动的线性促动器转变。

为了确定线性促动器的促动元件的位置，线性促动器通常设置有位置传感器。使用之前旋转的电势计。由于电势计的机械特性，它们会磨损，因此降低了使用它们的线性促动器的可靠性。现代的线性促动器更可能使用疲劳抵抗技术，诸如：半导体霍尔传感器，其是无接触传感器。美国专利申请US2009/0091287记载了利用霍尔传感器的线性促动器。不幸地是，建议的系统需要传感器和微处理器总是需要激活。因此，在此看起来，在确定线性促动器的促动元件的位置方面，有改进的空间。

发明内容

本发明的目标是限定一种方法和装置以确定线性促动器的促动元件的位置。

前述目标根据本发明通过使用线性促动器实现，所述线性促动器包括心轴，心轴螺母，变速器，电机以及促动构件，其被布置为通过心轴和心轴螺母的相互作用线性地运动促动构件，所述相互作用由电机通过变速器驱动。促动构件在第一端部止挡部和第二端部止挡部之间运动，限定了完整的冲程。促动构件的位置，在心轴和心轴螺母之间的相对位置由绝对旋转位置传感器和计数器确定。绝对旋转位置传感器与线性促动器的旋转部分耦合且在完全冲程期间将会至少一次下溢/溢出(under-flow/over-flow)；也就是旋转角度，通过该旋转角度，绝对旋转位置传感器可以确定该角度小于在完整冲程期间旋转部分的完整旋转角度。因此，在完整冲程期间，绝对旋转位置传感器会下溢，也就是其从表示最小角度的输出值到表示最大角度的输出值至少一次，或者会溢出，也就是其从表示最大角度的输出值到表示最小角度的输出值至少一次。计数器保持在促动构件运动期间绝对旋转位置传感器产生的下溢和溢出的数量的记录。来自绝对旋转位置传感器的值和来自计数器的计数的组合确定了位置。

前述目标进一步根据本发明通过线性促动器获得，所述线性促动器包括：电机，变速器，心轴，心轴螺母，促动构件以及控制单元。电机通过变速器以及心轴和心轴螺母之间的相互作用驱动促动构件在第一端部止挡部和第二端部止挡部之间线性地运动。根据本发明，为了确定促动构件的位置，控制单元包括输出表示角度的值的绝对旋转位置传感器。该数值可以是角度或者正好表示角度的数值，例如10或者12比特数字。控制单元进一步包括保持计数的计数器。绝对旋转位置传感器与线性促动器以如下方式耦合，在促动构件在第一端部止挡部和第二端部止挡部之间运动期间，绝对旋转位置传感器会给出绝对值的旋转角度小于绝对旋转位置传感器承受的旋转角度。这引起了在端部止挡部之间的该运动期间，绝对旋转位置传感器的值的下溢或者溢出至少一次。计数器被布置为在计数中保持所述值的下溢和溢出的记录。因此，绝对旋转位置传感器的值和计数器的计数的组合决定了促动构件的位置。绝对旋转位置传感器可以是整圈或者部分圈的绝对旋转位置传感器。控制单元进一步包括永久性存储器。控制单元接着设置为当线性促动器关闭时或者作为一种保证保持计数的记录的方式，当由绝对旋转位置传感器指示的促动构件的运动速率落入预定限制以下时，在永久性存储器中存储计数器的计数。该关闭可以是通过命令或者通过从线性促动器移除电力。

控制单元可以在一些实施例中也适合地被设置成当关闭时，当计数器的计数被存储时，当由绝对旋转位置传感器指示的促动构件的运动速率落到预定限制以下时，在永久性存储器中也存储计数器的计数。这种情况下，系统的惯性保持了在电机关闭/移除电力之后促动构件的运动。

如果实施例包括了永久性存储器，那么除了存储计数，控制单元可以布置为同时在永久性存储器中存储绝对旋转位置传感器的值。这可以接着在一些实施例中允许控制单元布置为在线性促动器通电期间实施检查，从而确定在永久性存储器中的绝对旋转位置传感器的存储值与在通电时绝对旋转位置传感器的值是否存在差异，如果存在差异，接着确定是否所述差异在预定的限制内。在关闭期间，线性促动器的促动构件是否已经运动，如果运动，运动了多少。可检测的运动由绝对旋转位置传感器的范围限制，因为在关闭期间/当移除电力时，计数器不被更新。

在一些实施例中，控制单元可以包括电容器或者电池以提供能量用于存储计数器的计数以及可能地存储绝对旋转位置传感器的值到永久性存储器。额外的能量提供了至少存储计数器的计数的可能性以及能够测量和存储绝对旋转位置传感器的值的可能性，即使所有的外部电源被移除时。

也适合地布置控制单元以确定线性促动器的端部止挡部。这通过在两个方向驱动电机直至绝对旋转位置传感器指示促动构件不再运动得以实现。使用计数器的计数和绝对旋转位置传感器的值。适合地，在端部止挡部确定期间，控制单元布置为以限制的扭矩/电力水平驱动电机。控制单元优选地布置为在由绝对旋转位置传感器指示的位置之前的预定距离处确定端部止挡部。当绝对旋转位置传感器通过数值变化的缺失指示端部止挡部已经到达时，那么电机反转直到绝对旋转位置传感器开始输出变化的值，其指示促动构件已经开始运动。该位置可以被用作端部止挡部，或者用作甚至进一步返回预定数量的回拉位置。

通过绝对旋转位置传感器，控制单元可以布置为当促动器不由电机驱动时，确定是否有促动构件的运动。如果确定甚至促动器不被驱动时，存在运动，接着可以产生和通信警告信息和/或电机可以被促动以抵抗该运动且因此产生该运动的主动停止。

通过使用与在永久性存储器中存储计数相结合的绝对旋转位置传感器，根据本发明的线性促动器可以被校准和检查并且接着被存储/对于实际上无限量的时间来说，根据本发明的线性促动器可以是没有电力，因为它不是不得不依靠电池或者另一个电源以连续地保持传感器和微处理器活动从而不失去校准或者其它设定。

本发明的其它优点从下面的详细说明将变得明显。

附图说明

为了解释且没有限制的目的，本发明现在将参照附图说明更多的细节。

图1示出了根据本发明的线性促动器单元的视图；

图2示出了根据本发明的线性促动器单元的一部分的横截面；

图3示出了根据本发明的控制器和绝对位置传感器的功能框图；

图4A-4C示出了不同类型的绝对旋转位置传感器和它们在整圈上的输出；

图5示出了根据本发明的绝对位置传感器的基本功能的流程图；

图6示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选检查的流程图；

图7示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选实际端部止挡部确定的流程图。

具体实施方式

为了说明本发明，它使用的一些例子现在将在图1至7中说明。

图1示出了根据本发明的线性促动器100的视图。线性促动器100包括与变速器112耦合的电机114，变速器112接着耦合心轴以及心轴螺母装置从而因此线性地驱动促动杆/元件111。在该示例中，由心轴外管110覆盖的心轴和心轴螺母装置将电机114和变速器112的旋转运动转换为促动杆/元件111的线性运动。取决于线性促动器的类型，或者心轴或者心轴螺母由变速器驱动/与变速器耦合。

根据本发明的线性促动器100进一步包括绝对旋转位置传感器150，控制电子部件116以及电力/控制连接器118。电力/控制连接器118将给线性促动器100提供电力以及控制连接，该控制连接根据产业标准或者专有标准或者与分立控制开关，总线系统，串联或者并联，或者根据产业标准或者专有标准与网络连接，用于控制且也可能检测线性促动器。在一些实施例中，当这些线性促动器直接由电力连接和转换控制时，不需要控制连接。

在一些实施例中，控制电子部件116会包括用于转换绝对旋转位置传感器的数值输出为促动杆/元件111的线性位置的电路。通常不需要知道位置的数字值，但是例如仅在到达端部止挡部时。

图2示出了根据本发明的线性促动器单元的一部分，具有移除的控制电子部件的盖子，因此显示了电路板217，电路板217包括电路256以确定绝对旋转位置传感器252，254的旋转位置。绝对旋转位置传感器252，254适合地是整圈或者部分圈类型且优选地不是多圈类型的，因为这些是更昂贵的且根据本发明不是必需的。当绝对旋转位置传感器252，254耦合的旋转部分213会是多圈类型时，那么电路256进一步包括计数器以计数绝对旋转位置传感器252，254的溢出/下溢的数量。绝对旋转位置传感器252，254可以机械地耦合至旋转部分213，诸如电机的转子，变速器212的齿轮或者轴，或者直接耦合至线性促动器的心轴或者心轴螺母213。优选地是耦合绝对旋转位置传感器至心轴/螺钉，而不是电机或者变速器的另一个部分，因此测量没有经受在传动机构中的任何游隙。其甚至可以校正传动机构游隙。

绝对旋转位置传感器适合地包括两个部分252，254，一个旋转部分252和一个固定部分。绝对旋转位置传感器的旋转部分252适合地是磁铁或者磁环，其直接或者间接地安装在，即耦合至线性促动器的旋转部分，诸如心轴或者心轴螺母。绝对位置传感器的非旋转部分254，适合地是霍尔效应传感器，其安装在绝对位置传感器的旋转部分252附近，适合地在电路板上或者耦合至电路板。

电路256也适合地包括用于在电力断开时存储计数的永久存储器。为了使得存储计数以及在关闭时或者关闭期间可选的绝对旋转位置传感器的数值的功能，有些实施例包括电力存储器258，诸如电容/电池以确保当线性促动器关闭时，有足够的电力以存储计数和可能的值。

最后，设置装置以传送电力219通过电机。

图3示出了根据本发明的控制器360，绝对旋转位置传感器350，以及围绕电路的功能框图。在此将有电力供应线340，其在作为电源349被供应到电机(未示出)之前被调节和控制348。对于电机，来自于控制器360的控制信号364确定了控制电路348将会如何调节电力供应340。电机可以被控制以确定端部止挡部，在接近端部止挡部处给出低电力，确定操作的方向并且还被提供诸如过载保护的安全功能。根据本发明，端部止挡部确定以及过载保护结合绝对旋转位置传感器350进行。如果对于给定数量的电力根据绝对旋转位置传感器350的运动速率改变了，这可能是在端部止挡部校准期间到达端部止挡部的指示；或者在普通操作期间，如果线性促动器不靠近端部止挡部，这可能是增加负载的指示。还可能的是，当促动器不被驱动时，检测在机械系统中的任何偏差。如果检测到运动，或者可以产生并且发送警告/故障信息和/或电机可以被促动以计数该不期望的运动，即，用作主动停止。

电子电路通过电力供给调节器343被提供经过调节的电力。调节器343适合地具有备用电力358，其包括例如电容或者电池。备用电力358用于确保甚至在已经没有主电力340的情况下，控制器360，永久存储器370以及绝对旋转位置传感器350具有足够的电力以完成关闭程序。关闭程序通常地包括储存关闭计数以及可能的关闭数值到永久存储器370中。

优选地，控制器360，诸如微控制器或者ASIC，通过一个或者多个控制线路362被连接到控制总线或者网络。该控制网络可以接着适合地控制多于一个的线性促动器。

图4A，4B，4C示出了不同类型的绝对旋转位置传感器和它们在旋转元件的整圈上的输出，旋转元件与绝对旋转位置传感器连接。附图示出了与旋转角度407关联的绝对旋转位置传感器输出405，在那里指示了一整圈。图4A示出了具有整圈470明确输出的绝对旋转位置传感器。图4B示出了具有三分之一整圈473，474，475明确输出的绝对旋转位置传感器。最后图4C示出了具有少于整圈478，479明确输出的绝对旋转位置传感器。因为根据本发明的线性促动器也使用下溢/溢出计数，绝对旋转位置传感器是否具有整圈或者部分圈明确输出都是没有问题的。在图4B中，示出了当输出值405从最大角度代表到最小角度代表时的溢出481，并且也示出了当输出值从最小角度代表到最大角度代表时的下溢483。

理想的是使用多圈绝对旋转位置传感器，其在促动构件的整个冲程期间，具有比测量的旋转构件会旋转的圈数更多的圈数。然而，使用具有与溢出/下溢计数器结合的限制绝对旋转位置传感器的本发明，给出了便宜和可靠的解决方案。根据本发明的线性促动器能够确定在关闭期间，是否有促动构件的运动。绝对位置传感器的值得以保存且在关闭期间可允许的/可检测的运动通过绝对旋转位置传感器的范围受到限制。在关闭期间可检测，可检测的运动，因此可允许的运动是加/减绝对旋转位置传感器的范围的一半。当关闭线性促动器时，根据本发明的解决方案不依赖于所供给的任何电力。仅需要在关闭阶断期间能够获得当停止时促动构件实际所在的更高精确位置。

图5示出了根据本发明的绝对位置传感器的基本功能的流程图。在第一步骤510中，确定是否存在旋转。在第二步骤520中，如果有旋转的话，确定是否仍然在绝对旋转位置传感器的范围中，或者是否存在传感器输出的溢出/下溢。在第三步骤530中，如果确定存在溢出/下溢，则计数器被相应地调整，如果存在溢出，则计数加一，如果存在下溢，则计数减一。在第四步骤540中，确定是否存在电力损失/关闭。在第五步骤550中，如果存在电力损失/关闭，则计数被存储在永久性存储器中。可选择地，在第六步骤560中，如果存在电力损失/关闭，那么绝对旋转位置传感器值也被存储在永久性存储器中。

图6示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选检查的流程图。在第一步骤600中，确定是否存在供电，如果有，接着执行该程序/过程。在第二步骤610中，提取在永久存储器中存储的计数，计数器使用该计数更新。在第三步骤620中，提取在永久存储器中存储的绝对旋转位置传感器的值。在第四步骤630中，获得/确定绝对旋转位置传感器的当前值。在第五步骤640中，提取的存储值与绝对旋转位置传感器的确定的当前值进行比较，以确定在关闭或者没有关闭期间是否存在溢出/下溢。在第六步骤650中，如果确定存在溢出/下溢，接着计数器被相应地更新，即如果存在溢出，计数加1，如果存在下溢，计数减1。在第七步骤660中，提取的存储值与确定的当前值进行比较，如果该差异小于第一预定量，接着该程序/过程被终止，没有进一步的第十一步骤699的动作。如果该差异等于或者大于第一预定量，接着该过程继续第八步骤670，其中提取的存储值与关联于第二预定量的确定的当前值进行比较。如果确定差异小于第二预定量，接着在第九步骤680中，执行警告动作。如果确定差异等于或者大于第二预定量，接着在第十步骤690中，执行误差动作。该误差动作可以包括重新校正。在第十一步骤699中，在供电之后的进行进一步过程。

图7示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选实际端部止挡部确定的流程图。在第一步骤705中，确定是否有第一供电或者重新校正，如果存在，接着执行该程序/过程。在第二步骤710中，电机电力设定至低/校正值。在第三步骤715中，电机/线性促动器设定为沿着第一方向运转。在第四步骤720中，确定是否绝对旋转位置传感器记录了运动。在第五步骤725中，当确定运动已经停止时，则电机停止。在第六步骤730中，确定计数器的计数和绝对旋转位置传感器的值。在第七步骤735中，第一端部止挡部被设定到由绝对旋转位置传感器值和计数器的计数减去预定量所确定的位置。在第八步骤740中，电机/线性促动器设定为沿着第二方向运动。在第九步骤745中，确定是否绝对旋转位置传感器记录了运动。在第十步骤750中，如果确定运动已经停止，接着电机停止。在第十一步骤755中，计数器的计数被读取且绝对旋转位置传感器的值被读取。在第十二步骤760中，第二端部止挡部被设定到由绝对旋转位置传感器和计数器减去预定量所确定的位置。在第十三步骤765中，电机电力被设定为正常/额定值。第十四步骤770退出程序/过程。

本发明不限于上述的实施例，而是可以在附随的权利要求的范围中变化。

图1示出了根据本发明的线性促动器的视图；

100根据本发明的线性促动器

110心轴外管

111促动杆，内管

112变速器

114电机

116控制电子部件

118连接器，电力/控制

150绝对旋转位置传感器

图2示出了根据本发明的线性促动器单元的一部分的横截面；

212变速器

213耦合至绝对位置传感器

217电路板

218电力/控制连接器

219与电机的连接器

252绝对位置传感器的第一部分，适合地磁或者磁环，其直接安装或者间接安装至，即耦合至线性促动器的旋转部分，诸如心轴或者螺母

254绝对位置传感器的第二部分，适合地霍尔效应传感器，其安装在绝对位置传感器的第一部分附近，适合地在电路板上或者耦合至电路板

256确定旋转位置的电路，包括计数器以计数绝对旋转位置传感器的溢出/下溢的数目，以及用于存储在电源关闭时计数的存储器

258诸如电容器/电池的电力存储从而确保当线性促动器关闭时存在足够的电力以存储计数

图3示出了根据本发明的控制器和绝对旋转位置传感器的功能框图；

340电力供给线

343用于电路的电力供给调节器

345对于电子电路的调节的电力供给

348用于电机电力的控制电路

349到电机的电力

350绝对旋转位置传感器

358电源存储，诸如电容器或者电池，在线性促动器关闭期间，用于向电子电路供应电力

360控制器，诸如微控制器或者ASIC(应用专用集成电路)

362可选控制信号线

364来自于控制器的控制信号以控制用于电机的电路

370存储器，其用于在关闭期间存储绝对旋转位置传感器的溢出/下溢的计数

图4A，4B和4C示出了不同类型的绝对旋转位置传感器和它们在整圈上的输出。

405绝对旋转位置传感器输出

407在变速器中心轴/螺母/电机转子/齿轮的旋转位置

409在变速器中心轴/螺母/电机转子/齿轮的一整圈，变速器与绝对旋转位置传感器耦合

470一整圈绝对旋转位置传感器的整圈输出

473三分之一部分圈绝对旋转位置传感器的第一全范围输出

474三分之一部分圈绝对旋转位置传感器的第二全范围输出

475三分之一部分圈绝对旋转位置传感器的第三全范围输出

478部分圈绝对旋转位置传感器的第一全范围输出

479部分圈绝对旋转位置传感器的第二全范围输出开始

图5示出了根据本发明的绝对位置传感器的基本功能的流程图

510是否旋转？

520如果存在旋转，是否在绝对旋转位置传感器的范围内，或者存在溢出/下溢

530如果存在溢出/下溢，接着相应地调整计数器

540是否存在电力损失/关闭？

550如果存在电力损失/关闭，接着存储计数在永久性存储器中

560可选择地，如果存在电力损失/关闭，接着也存储绝对旋转位置传感器值

图6示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选择检查的流程图。

600如果存在供电，接着执行该程序/过程

610提取在永久存储器中存储的计数，且使用该计数更新计数器

620提取在永久存储器中存储的绝对旋转位置传感器的值

630获得/确定绝对旋转位置传感器的当前值

640将提取的存储值与当前值进行比较，如果差异显示出在关闭期间存在溢出/下溢，接着继续步骤650，否者继续步骤660

650如果在关闭期间确定存在溢出/下溢，相应地调整计数器

660将提取的值与当前值进行比较，如果该差异小于第一量，接着退出该程序/过程，没有进一步的动作，否则继续步骤670

670将提取的值与当前值关于第二量进行比较

680如果差异小于第二量，接着执行警告动作，可以是通过通信网络向控制器送回的信息

690如果差异等于或者大于第二预定量，接着执行误差动作。诸如重新校正

699在供电之后进一步处理

图7示出了具有根据本发明的绝对位置传感器的线性促动器的可选实际端部止挡部确定的流程图。

705如果有第一供电或者重新校正，接着执行该程序/过程

710设定电机电力至低/校正值

715设定电机/线性促动器沿着第一方向运转

720检查绝对旋转位置传感器记录运动

725当运动已经停止时，接着停止电机

730读取计数器的计数，读取绝对旋转位置传感器的值

735将第一端部止挡部设定到由绝对旋转位置传感器和计数器减去预定值所确定的位置

740设定电机/线性促动器沿着第二方向运动

745检查绝对旋转位置记录运动

750当运动已经停止，接着停止电机

755读取计数器的计数，读取绝对旋转位置传感器的值

760将第二端部止挡部设定到由绝对旋转位置传感器和计数器减去预定值所确定的位置

765设定电机电力为正常值

770退出程序/过程

Claims (10)

1.一种线性促动器，其包括电机，变速器，心轴，心轴螺母，促动构件以及控制单元，其中电机通过心轴和心轴螺母之间的相互作用以及变速器驱动促动构件在第一端部止挡部和第二端部止挡部之间线性地运动，其特征在于：为了确定促动构件的位置，控制单元包括输出表示角度的值的绝对旋转位置传感器且包括保持计数的计数器，绝对旋转位置传感器与线性促动器以如下方式耦合，在促动构件在第一端部止挡部和第二端部止挡部之间运动期间，绝对旋转位置传感器会给出绝对值的旋转角度小于绝对旋转位置传感器承受的旋转角度，引起了绝对旋转位置传感器的值在该运动期间下溢或溢出至少一次，且计数器被布置为在计数中保持所述值的下溢和溢出的记录，所述控制单元进一步包括永久性存储器且所述控制单元布置为当所述线性促动器关闭时，在永久性存储器中存储计数器的计数，所述控制单元布置为当由绝对旋转位置传感器指示的促动构件的运动速率落入预定的限制时，在永久性存储器中存储计数器的计数。

2.根据权利要求1所述的线性促动器，其特征在于：所述控制单元布置为同时在永久性存储器中存储绝对旋转位置传感器的值。

3.根据权利要求2所述的线性促动器，其特征在于：所述控制单元布置为在线性促动器供电期间实施检查，以确定在永久性存储器中的绝对旋转位置传感器的存储值与在供电时绝对旋转位置传感器的值是否存在差异，如果存在差异，接着确定是否该差异在预定的限制内。

4.根据权利要求1所述的线性促动器，其特征在于：所述控制单元包括电容器以提供能量用于存储计数器的计数到永久性存储器。

5.根据权利要求1所述的线性促动器，其特征在于：所述控制单元包括电池以提供能量用于存储计数器的计数到永久性存储器。

6.根据权利要求1所述的线性促动器，其特征在于：通过沿着两个方向驱动电机直到绝对旋转位置传感器指示促动构件没有运动，所述控制单元布置为确定线性促动器的端部止挡部。

7.根据权利要求6所述的线性促动器，其特征在于：在端部止挡部确定期间，所述控制单元布置为以限制的扭矩/功率水平驱动电机。

8.根据权利要求7所述的线性促动器，其特征在于：所述控制单元布置为在由绝对旋转位置传感器所指示的位置之前的预定距离处确定端部止挡部。

9.根据权利要求8所述的线性促动器，其特征在于：通过所述绝对旋转位置传感器所述控制单元布置为当所述促动器不由电机驱动时，确定是否有促动构件的运动，如果确定有，接着产生警告信息。

10.根据权利要求9所述的线性促动器，其特征在于：通过所述绝对旋转位置传感器所述控制单元布置为当所述促动器不由电机驱动时，确定是否有促动构件的运动，如果确定有，接着电机被促动以抵抗该运动且因此产生运动的主动停止。