DE102008040668A1 - Verfahren zur Regelung eines Elektromagneten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Magnetflusses durch einen Elektromagneten oder der Magnetkraft des Elektromagneten oder der Relativposition zwischen Joch und Anker des Elektromagneten, wobei aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom ein Ist-Wert des Magnetflusses oder der Magnetkraft oder der Relativposition errechnet wird, dass der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Inasst wird, dass sich der Ist-Wert des Magnetflusses oder der Magnetkraft oder der Relativposition dem Soll-Wert derselben annähert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 bzw. 9.
  • Ein im Sinne der hier vorliegenden Erfindung zu regelnder Elektromagnet umfasst ein Joch und einen Anker, wobei dem Joch eine Induktionsspule zugeordnet ist, um im Elektromagneten einen Magnetfluss zu induzieren. Über den Magnetfluss kann auf den Anker des Elektromagneten eine Magnetkraft ausgeübt werden, um so z. B. den Anker mehr oder weniger stark anzuziehen und so eine Relativposition zwischen dem Anker und dem Joch einzustellen. Nach der Praxis wird zur Regelung eines solchen Elektromagneten so vorgegangen, dass mit Hilfe eines separaten Sensors, z. B. mit Hilfe eines Hallsensors oder einer Messspule, ein Ist-Wert eines Magnetflusses durch den Elektromagneten gemessen wird. Der mit Hilfe eines separaten Sensors ermittelte Ist-Wert wird mit einem Soll-Wert verglichen, wobei dann, wenn eine Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert festgestellt wird, auf Grundlage der Abweichung der Elektromagnet so angesteuert wird, dass sich der Ist-Wert dem Soll-Wert annähert. Die Verwendung von separaten Sensoren ist aufwendig und teuer. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zur Regelung eines Elektromagneten, welches ohne zusätzliche Sensoren auskommt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Regelung eines Elektromagneten zu schaffen.
  • Dieses Problem wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Regelung des Magnetflusses durch einen Elektromagneten gemäß Anspruch 1 gelöst. Hiernach wird aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Span nung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom ein Ist-Wert des Magnetflusses errechnet, wobei der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und wobei abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert des Magnetflusses dem Soll-Wert derselben annähert.
  • Dieses Problem wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Regelung der Magnetkraft eines Elektromagneten gemäß Anspruch 7 gelöst. Hiernach wird aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom ein Ist-Wert der Magnetkraft errechnet, wobei der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird, und wobei abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Magnetkraft dem Soll-Wert derselben annähert.
  • Dieses Problem wird nach einem dritten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Regelung der Relativposition zwischen Joch und Anker des Elektromagneten gemäß Anspruch 9 gelöst. Hiernach wird aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten Strom ein Ist-Wert der Relativposition ermittelt, wobei der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und wobei abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Relativposition dem Soll-Wert derselben annähert.
  • Bei sämtlichen erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Regelung des Elektromagneten ohne zusätzlichen Sensor. Durch die Messung des die Induktionsspule durchfließenden Stroms sowie der an der Induktionsspule anliegenden Spannung kann ein Ist-Wert des Magnetflusses und/oder der Magnetkraft und/oder der Relativposition zwischen Joch und Anker des Elektromagneten ermittelt werden. Da die Ist-Wertermittlung ohne zusätzliche Sensoren auskommt, können Aufwand und Kosten reduziert werden. Des Weiteren wird die Anzahl möglicher Fehlerquellen reduziert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung erfinddungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Elektromagneten.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Elektromagneten, wobei gemäß 1 der zu regelnde Elektromagnet ein Joch 10 und einen Anker 11 umfasst. Dem Joch 10 ist eine Induktionsspule 12 zugeordnet, wobei an der Induktionsspule 12 eine elektrische Spannung U anliegt, und wobei die Induktionsspule 12 von einem elektrischen Strom I durchflossen ist. Die Induktionsspule 12 verfügt über eine Anzahl w Windungen.
  • Bedingt dadurch, dass die Induktionsspule 12 vom elektrischen Strom I durchströmt ist, wird im Elektromagneten, nämlich im Joch 10, ein Magnetfluss Φ induziert, über den auf den Anker 11 eine Magnetkraft F ausgeübt werden kann, um eine Relativposition zwischen dem Joch 10 und dem Anker 11 einzustellen.
  • Zur Regelung eines solchen Elektromagneten wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, aus der an der Induktionsspule 12 anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Spannung U und aus dem durch die Induktionsspule 12 fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom I einen Ist-Wert für den Magnetfluss des Elektromagneten zu errechnen. Die Errechnung des Ist-Werts des Magnetflusses erfolgt dabei nach folgender Gleichung: Φ = 1w ·∫(U – i·R)dtwobei Φ der Magnetfluss ist, wobei U die messtechnisch ermittelte, an der Induktionsspule des Elektromagneten anliegende elektrische Spannung ist, wobei I der durch die Induktionsspule fließende, messtechnisch ermittelte elektrische Strom ist, wobei R der vorgegebene elektrische Widerstand des Elektromagneten ist, und wobei w die vorgegebene Windungszahl der die Induktionsspule ist
  • Der mit der obigen Formel ermittelte Ist-Wert des Magnetflusses wird dann mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen, wobei abhängig von einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung U und damit der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom I so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert des Magnetflusses dem Soll-Wert desselben annähert.
  • Aus dem obigen rechnerisch ermittelten Ist-Wert des Magnetflusses kann unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung die auf den Anker 11 einwirkende Magnetkraft errechnet werden:
    Figure 00040001
    wobei F die Magnetkraft ist, wobei μ0 die vorgegebene Permeabilität des Vakuums ist, und wobei A die vorgegebene wirksame Zugkraftfläche des Elektromagneten ist.
  • Unter der obigen Formel kann demnach zusätzlich oder alternativ zum Ist-Wert für den Magnetfluss ein Ist-Wert für die Magnetkraft errechnet werden, um dann den so errechneten Ist-Wert für die Magnetkraft mit einem entsprechenden, vorgegebenen Soll-Wert zu vergleichen und abhängig von einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule 12 anliegende elektrische Spannung U und damit den durch die Induktionsspule fließenden elektrischen Strom I so anzupassen, dass sich der Ist-Wert der magnetischen Kraft dem Soll-Wert derselben annähert.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung kann aus dem Ist-Wert des Magnetflusses oder aus dem Ist-Wert der Magnetkraft ein Ist-Wert einer Relativposition zwischen Joch 11 und Anker 10 des Elektromagneten ermittelt werden. Der Ist-Wert der Relativposition wird dabei abhängig vom Ist-Wert des Magnetflusses oder der Magnetkraft aus einem Kennfeld des Elektromagneten ermittelt. Der so ermittelte Ist-Wert wird dann wiederum mit einem entsprechenden Soll-Wert verglichen, wobei abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende elektrische Spannung U und damit der durch die Induktionsspule 12 fließende elektrische Strom I so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Relativposition dem Soll-Wert derselben annähert.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können demnach unterschiedliche Regelgrößen eines Elektromagneten geregelt werden, nämlich der Magnetfluss und/oder die Magnetkraft und/oder die Relativposition zwischen dem Joch und dem Anker des Elektromagneten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne zusätzliche Sensoren aus, und ermittelt daher mit geringem Aufwand und kostengünstig die Regelung eines Elektromagneten.
    • 1
    Joch
    2
    Anker
    3
    Induktionsspule

Claims (10)

  1. Verfahren zur Regelung des Magnetflusses durch einen Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom ein Ist-Wert des Magnetflusses errechnet wird, dass der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert des Magnetflusses dem Soll-Wert derselben annähert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert des Magnetflusses unter Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt wird: Φ = 1w ·∫(U – I·R)dt,wobei Φ der Magnetfluss ist, wobei U die an der Induktionsspule anliegende elektrische Spannung ist, wobei I der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom ist, und wobei R und w vorgegebene Kenngrößen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Ist-Wert des Magnetflusses ein Ist-Wert einer Magnetkraft errechnet wird, und dass der Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Magnetkraft dem Soll-Wert derselben annähert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Magnetkraft unter Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt wird:
    Figure 00090001
    wobei F die Magnetkraft ist, wobei Φ der Magnetfluss ist, und wobei μ0 und A vorgegebene Kenngrößen sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Ist-Wert des Magnetflusses oder der Magnetkraft ein Ist-Wert einer Relativposition zwischen Joch und Anker des Elektromagneten ermittelt wird, und dass der Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Relativposition dem Soll-Wert derselben annähert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Relativposition aus einem Kennfeld des Elektromagneten ermittelt wird.
  7. Verfahren zur Regelung der Magnetkraft eines Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten elektrischen Strom ein Ist-Wert der Magnetkraft errechnet wird, dass der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Magnetkraft dem Soll-Wert derselben annähert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Magnetkraft unter Verwendung der folgenden Gleichungen ermittelt wird:
    Figure 00100001
    wobei F die Magnetkraft ist, wobei Φ der Magnetfluss ist, wobei U die an der Induktionsspule anliegende Spannung ist, wobei I der durch die Induktionsspule fließende Strom ist, wobei R der vorgegebene elektrische Widerstand des Elektromagneten ist, und wobei μ0 die vorgegebene Permeabilität des Vakuums ist, wobei A die vorgegebene wirksame Zugkraftfläche des Elektromagneten ist, und wobei w die vorgegebene Windungszahl der Induktionsspule ist.
  9. Verfahren zur Regelung der Relativposition zwischen Joch und Anker eines Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer an einer Induktionsspule des Elektromagneten anliegenden, messtechnisch ermittelten Spannung und aus einem durch die Induktionsspule fließenden, messtechnisch ermittelten Strom ein Ist-Wert der Relativposition ermittelt wird, dass der so ermittelte Ist-Wert mit einem vorgegebenem Soll-Wert verglichen wird, und dass abhängig von der Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert die an der Induktionsspule anliegende Spannung und/oder der durch die Induktionsspule fließende elektrische Strom so angepasst wird, dass sich der Ist-Wert der Relativposition dem Soll-Wert derselben annähert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der an der Induktionsspule anliegenden Spannung und aus dem durch die Induktionsspule fließenden Strom ein Ist-Wert des Magnetfluss und/oder der Magnetkraft errechnet wird, und dass hieraus kennfeldabhängig der Ist-Wert der Relativposition ermittelt wird.
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