[发明专利]高能效的致动器系统

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种包括至少一个致动器和相关联控制链的致动器系统，其被设计用于至少两种操作模式，其中的至少一种操作模式可以被停用。

背景技术

通常并且在这里也同样，“致动器”被理解为具有相关的能量调整器(典型地为放大器)的能量变换器，其将典型地由控制或调控系统供应的命令变量变换为例如用于机械系统的控制变量。一般地，这同样要求要向该致动器供应的辅助能量。

“智能致动器”被理解为闭环系统，其预先确定考虑了任何干扰的具有所定义精度的所需控制信号。智能致动器使能受控制的或受调控的操作。除了致动任务之外，整合了用于自监控的诊断功能。

在各种技术范围中(例如，在制造或运输领域中)，使用致动器例如以施加力(物质运输或混合、结构支撑或定位等)或者进行振动阻尼(例如，作为涡轮机转子的振动降低中的传统挤压膜阻尼器的替代品)。

总体而言，致动器被用在诸如机械工程、加工工程或医药工程之类的实质上所有技术领域中。致动器可以例如根据操作原理被分类：如电磁致动器、压电致动器、电致或磁致伸缩致动器、气动致动器、液压致动器等。

图1为了图示说明而通过示例示意性地示出了在机电一体化系统1中嵌入的致动器2(然而，也可以提供几个致动器2)。经由连接3，致动器2向例如机械基础系统4提供控制变量，基于此，进一步在5处机械、电、和/或化学变量以及在6处外部干扰变量可以作用(act)。利用一个或几个传感器9在控制或调控链8中检测利用输出7所指示的反应(reaction)，所述传感器一般包括换能器或转换器(transformer)10、测量放大器11和信号处理单元12。对应的传感器或测量信号被经由连接13馈送到控制或调控系统14，该控制或调控系统14还包括用于设置值选择的输入15。该控制或调控系统14在16处将命令(参考)值递送到制动器2，该致动器2包括信号处理单元17、能量调整器18、以及能量变换器和/或能量转换器19，并且能量在20处被供应到致动器2。

电磁致动器的具体设计是例如主动磁轴承，其充当例如旋转轴的结构的无接触支撑。

从EP 1 460 293 A2已知例如如上面给出的磁轴承形式的致动器，其被用于电动机/泵系统，具体地用于半导体制造中的气体抽取。为了降低由于噪声引起的不利振动，为磁轴承提供两种操作模式，即高性能模式和低功率模式。具体地，为每个绕组分配切换系统，以便取决于功率需求将具有高电压的电压源或者具有低电压的电压源连接至磁轴承的绕组。取决于所检测的电流改变速度，而实现切换。

DE 10 2006 029 514 B3还描述了机动车辆中致动器的控制，其中，也提供了两种操作模式，即，用于正常操作的操作模式和第二操作模式，在诸如微控制器之类的其它组件不处于用于控制致动器的正常操作模式而例如实施自测试时，该第二工作模式具有重要性。

上面叙述的两种系统没有提及降低能量消耗。

用于旋转轴的径向支撑的主动磁轴承典型地包括控制器、用于确定要支撑的结构距参考位置的距离的传感器、功率放大器、电流传感器、以及轴承磁铁，所述轴承磁铁由轴承壳体中的带有被安装在磁极腿部上的线圈的铁磁定子元件、以及被安装在轴上的铁磁转子元件组成。与电动机的制造相似，该定子元件和该转子元件优选地每个由独立的薄铁磁金属片制成，每个薄铁磁金属片用于降低涡流。转子元件的金属片被圆形地设计为具有由期望的轴承负载预先确定的必要磁流量所需的板片厚度(web thickness)。轴承磁铁的定子元件同样主要由冲压的圆形独立金属片组成，所述金属片具有借助于夹钳设备被保持在一起的朝向内侧的突出(pronounced)磁极腿部。线圈位于独立的磁极腿部上，根据起重磁铁的原理通过所述线圈借助电流在转子部分上施加力。这在该示例中使能了转子结构的无接触支持。

取代传统轴承中存在的轴承部分，在磁轴承中，由于包括磁滞损耗和涡流损耗的周期性磁化损耗而出现了制动转矩。借助于开关放大器的电磁铁控制使得能够将在电感中存储的能量被重新供应到中间电流。因此在电磁铁、供电线和插头连接中仅出现与负载电流成比例的欧姆损耗。

通过所谓的混合磁轴承来使得能够降低支撑所需的能量量，所述混合磁轴承包括用于提供静态支承力的永磁轴承、和主动磁轴承。在该连接中通过在静态负载条件下相当低的线圈电流来节省能量。