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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektromagnetventilantriebsschaltung,
bei welcher nach dem Aufbringen einer ersten Spannung auf die Solenoidspule
(Magnetspule) eines Solenoidventils (Elektromagnetventils), um das
Elektromagnetventil anzutreiben, eine zweite Spannung auf die Magnetspule
aufgebracht wird und der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird, sowie auf ein Elektromagnetventil mit einer
solchen Elektromagnetventilantriebsschaltung.
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Herkömmlicherweise
ist es üblich, ein Elektromagnetventil in einem Fluiddurchgang
anzuordnen. Durch Aufbringen einer Spannung durch eine Elektromagnetantriebsschaltung
auf eine Magnetspule des Elektromagnetventils wird das Elektromagnetventil
eingeschaltet, um den Fluiddurchgang zu öffnen und zu schließen.
Nachdem das Elektromagnetventil von der Elektromagnetventilantriebsschaltung
durch Aufbringen einer ersten Spannung auf die Magnetspule des Elektromagnetventils
angetrieben wurde, wird in diesem Fall der angetriebene Zustand des
Elektromagnetventils dadurch aufrecht erhalten, dass von der Elektromagnetventilantriebsschaltung eine
zweite Spannung auf die Magnetspule aufgebracht wird.
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In
jüngerer Zeit wird angestrebt, dass der angetriebene Zustand
mit niedrigerem Stromverbrauch aufrecht erhalten werden kann. In
dem
japanischen Patent Nr. 377265 und
der
japanischen
Offenlegungsschrift JP 2006-308082 A wurde vorgeschlagen,
dass in einem Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand aufrecht
erhalten wird und als Folge der Steuerung der Leitung zwischen der
Stromquelle und der Magnetspule mit Hilfe eines Schalters das Ein- und
Ausschalten der Magnetspule wiederholt durchgeführt wird,
so dass der angetriebe ne Zustand des Elektromagnetventils mit einem
niedrigeren Niveau an Energieverbrauch aufrecht erhalten werden
kann.
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Hierbei
kann es dazu kommen, dass der Strom mit der Zeit als Folge verschiedener
Faktoren, beispielsweise einer Änderung des elektrischen
Widerstandswerts in der Magnetspule, die durch Temperaturänderungen
der Magnetspule hervorgerufen werden, zeitlicher Schwankungen der
Stromquellenspannung (erste Spannung und zweite Spannung), die von
der Gleichstromquelle durch die Elektromagnetventilantriebsschaltung
auf die Magnetspule aufgebracht wird, und durch Vibrationen oder
Stöße und dergleichen, die von außen
auf das Elektromagnetventil aufgebracht werden. Aus diesem Grund
wird in dem Zeitraum, in welchem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird, um ein Auftreten der oben beschriebenen
Faktoren und ein Anhalten des Elektromagnetventils zu verhindern,
ein Strom, der die oben genannten verschiedenen Faktoren berücksichtigt,
dem minimal erforderlichen Strom überlagert, um den angetriebenen
Zustand beizubehalten. Auch wenn die verschiedenen oben genannten
Faktoren nicht auftreten, fließt daher der Strom unter
Berücksichtigung dieser Faktoren durch die Magnetspule.
Dementsprechend kann die Einsparung elektrischer Energie in der
Elektromagnetventilantriebsschaltung und dem Elektromagnetventil
nicht gefördert werden.
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Wenn
der Antrieb des Elektromagnetventils angehalten wird, nachdem der
angetriebene Zustand aufrecht erhalten wurde, kann das Elektromagnetventil
außerdem nicht innerhalb eines kurzen Zeitraumes gestoppt
werden, da der Strom, der durch die Magnetspule fließt,
groß ist.
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In
dem Fall, dass eine Mehrzahl von Gleichstromquellen mit unterschiedlichen
Stromquellenspannungen von der Seite der Nutzer der Elektromagnetventile
vorbereitet und genutzt werden, steigen außerdem die Kosten
auf der Herstellerseite an, auch wenn es Elektromagnetventilantriebsschaltungen und
Elektro magnetventile mit etwa den gleichen Eigenschaften hinsichtlich
des Öffnens/Schließens des gleichen Fluiddurchgangs
gibt, weil es notwendig ist, die Elektromagnetventilantriebsschaltungen
und die Elektromagnetventile entsprechend den unterschiedlichen
verschiedenen Stromquellenspannungen separat herzustellen.
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Da
der elektrische Energieverbrauch eine Elektromagnetventilantriebsschaltung
und eines Elektromagnetventils, die bei dem Fall einer relativ hohen
Stromquellenspannung (beispielsweise 24 V) größer
ist als der elektrische Energieverbrauch einer Elektromagnetventilantriebsschaltung
und eines Elektromagnetventils, die für den Fall einer
relativ niedrigen Stromquellenspannung (beispielsweise 12 V) vorgesehen
sind, kann außerdem auf der Seite eines Nutzers, der einen
Gleichstromquelle mit einer relativ hohen Stromquellenspannung besitzt,
die Einsparung elektrischer Energie in der Elektromagnetventilantriebsschaltung
und dem Elektromagnetventil nicht erreicht werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektromagnetventilantriebsschaltung
und ein Elektromagnetventil vorzuschlagen, die es ermöglichen,
in einem Rutsch eine Verringerung des elektrischen Energieverbrauchs,
eine schnell ansprechende Antriebssteuerung für das Elektromagnetventil
und eine Reduzierung der Kosten zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen durch
die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist eine Elektromagnetantriebsschaltung vorgesehen,
in welcher nach dem Aufbringen einer ersten Spannung auf die Magnetspule
eines Elektromagnetventils zum Antreiben des Elektromagnetventils
eine zweite Spannung auf die Magnetspule aufgebracht wird und der
angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten
wird, wobei die Elektromagnetventilantriebsschaltung elektrisch
an eine Gleichstromquelle und an die Magnetspule angeschlossen ist und
außerdem eine Schaltersteuerung, einen Schalter und einen
Stromdetektor aufweist, wobei der Stromdetektor einen durch die
Magnetspule fließenden Strom erfasst und ein Detektionsergebnis
als einen Stromdetektionswert an die Schaltersteuerung ausgibt,
wobei die Schaltersteuerung ein erstes Pulssignal auf der Basis
eines Vergleichs zwischen einem festgelegten Aktivierungsstromwert
und dem Stromdetektionswert und ein zweites Pulssignal auf der Basis
eines Vergleichs zwischen einem festgelegten Haltestromwert und
dem Stromdetektionswert erzeugt und das erste Pulssignal und das
zweite Pulssignal den Schalter zuführt, und wobei der Schalter einen
Stromquellenspannung der Gleichstromquelle als die erste Spannung
auf die Magnetspule während eines Zeitraums aufbringt,
in dem ihm das erste Pulssignal zugeführt wird, und wobei
der Schalter die Stromquellenspannung als die zweite Spannung auf die
Magnetspule während eines Zeitraums aufbringt, in dem ihm
das zweite Pulssignal zugeführt wird.
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Innerhalb
des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird,
sind hierbei die notwendige Erregungskraft (Aktivierungskraft) zum
Antreiben eines beweglichen Kerns (Kolben) des Elektromagnetventils
und zum Antreiben eines Ventilstopfens, der an dem Ende des Kolbens
angebracht ist, und die notwendige Erregungskraft (Haltekraft), die
erforderlich ist, um den Kolben und den Ventilstopfen während
eines Zeitraums an einer festgelegten Position zu halten, an dem
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird,
Werte, die sich aus der Multiplikation der Zahl der Wicklungen (Windungen)
der Magnetspule und des Stromes, der durch die Magnetspule fließt,
ergeben (jeweilige Erregungskraft = Zahl der Wicklungen × Strom).
Unter der Annahme, dass die Aktivierungskraft, die zum Antreiben
des Elektromagnetventils erforderlich ist, die minimal notwendige
Haltekraft zum Beibehalten des angetriebenen Zustands und die Zahl
der Wicklungen jeweils vorab bekannt sind, kann daher ein optimaler
Strom (Aktivierungsstromwert) entsprechend der Aktivierungskraft
sowie ein optimaler Stromwert (Haltestrom) entsprechend der Haltekraft
einfach berechnet werden.
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Außerdem
wird zu der Zeit der Zufuhr des ersten Pulssignals oder des zweiten
Pulssignals von der Schaltersteuerung zu dem Schalter die Stromquellenspannung
als eine erste Spannung oder eine zweite Spannung auf die Magnetspule
aufgebracht, wodurch die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Magnetspule
von der Gleichstromquelle durchgeführt wird, so dass der
durch die Magnetspule fließende Strom vergrößert
wird. Andererseits wird zu Zeiten, an denen die Zufuhr des ersten
Pulssignals und des zweiten Pulssignals von der Schaltersteuerung
zu dem Schalter unterbrochen ist, die Zufuhr von elektrischem Strom
gestoppt, so dass der durch die Magnetspule fließende Strom
reduziert wird. Durch zeitliche Steuerung der Zufuhr des ersten
Pulssignals und des zweiten Pulssignals zu dem Schalter kann dementsprechend
der durch die Magnetspule fließende Strom auf gewünschten
Stromwerten gehalten werden (d. h. einem Aktivierungsstromwert,
der optimal für die Aktivierungskraft ist, und einem Haltestromwert,
der optimal für die Haltekraft ist).
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung erfasst der Stromdetektor den durch die Magnetspule
fließenden Strom, und der Stromdetektionswert wird zu der
Schaltersteuerung zurückgeführt. In der Schaltersteuerung
wird das erste Pulssignal auf der Basis eines Vergleichs zwischen
dem Aktivierungsstromwert als einem optimalen Strom entsprechend
der Aktivierungskraft und dem zurückgeführten
Stromdetektionswert generiert, während das zweite Pulssignal
auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Haltestromwert als einem
optimalen Strom entsprechend der Haltekraft und dem zurückgeführten
Stromdetektionswert generiert wird. Der Schalter bringt die erste Spannung
auf die Magnetspule lediglich während derjenigen Zeiten
auf, die einer Pulsweite des ersten Pulssignals entsprechen, oder
er bringt die zweite Spannung auf die Magnetspule lediglich während
der Zeiten auf, die einer Pulsweite des zweiten Pulssignals entsprechen.
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Das
bedeutet, dass während des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, die Schaltersteuerung das erste Pulssignal generiert,
so dass der Stromdetektionswert der Aktivierungsstromwert entsprechend
der Aktivierungskraft wird, und das erste Pulssignal dem Schalter
zuführt, wodurch der Schalter auf der Basis der Pulsweite
des ersten Pulssignals die Anwendungszeit der ersten Spannung auf
die Magnetspule steuert. Aus diesem Grunde wird der durch die Magnetspule
fließende Strom auf dem Aktivierungsstromwert entsprechend
der Aktivierungskraft gehalten, und die durch einen solchen Strom
induzierte Aktivierungskraft wird aufgebracht, um den Kolben und
den Ventilstopfen zu betätigen.
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Im
Einzelnen wird auf der Seite des Nutzers des Elektromagnetventils
in dem Fall, dass vorab eine Gleichstromquelle vorbereitet wurde,
die eine relativ hohe Stromquellenspannung aufweist (beispielsweise
24 V), und dass ein Elektromagnetventil, das eine relativ niedrige
Stromquellenspannung verwendet (beispielsweise 12 V), im Hinblick
auf eine solche Gleichstromquelle verwendet wird, der Aktivierungsstromwert
in der Schaltersteuerung auf oder unter einem Nennwert (Nennstrom)
des durch die Magnetspule fließenden Stromes eingestellt.
Wird dann die Pulsweite des ersten Pulssignals so eingestellt, dass
der Stromdetektionswert den so eingestellten Aktivierungsstromwert
annimmt, wird der Strom, der durch die Magnetspule während
des Zeitraumes fließt, in dem das Elektromagnetventil angetrieben
wird, auf dem Aktivierungsstromwert gehalten. Auch für
einen Nutzer, für welchen eine Gleichstromquelle mit einer
relativ hohen Stromquellenspannung vorbereitet wurde, können
somit Energieeinsparungen an der Elektromagnetventilantriebsschaltung
und dem Elektromagnetventil erreicht werden. Da die relativ hohe
Stromquellenspannung als die erste Spannung auf die Magnetspule
aufgebracht wird, ist es in diesem Falle möglich, das Elektromagnetventil
in einer kürzeren Zeit anzutreiben.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann durch Einstellen der Pulsweite des
ersten Pulssignals in der Schaltersteuerung der Strom, der durch
die Magnetspule fließt, auf dem Aktivierungsstromwert gehalten werden,
der bei oder unterhalb des Nennstromes liegt. Daher können
auf der Seite des Herstellers ohne Bedenken hinsichtlich Unterschieden
der Stromquellenspannung, die der Magnetspule von der auf Nutzerseite
vorgesehenen Gleichstromquelle zugeführt wird, die Elektromagnetventilantriebsschaltung
und das Elektromagnetventil mit einer relativ niedrigen Stromquellenspannung
allgemein verwendbar gemacht werden, wobei durch Bereitstellen einer
solchen allgemein einsetzbaren Elektromagnetventilantriebsschaltung
und eines Elektromagnetventils die Kosten reduziert werden können.
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Dementsprechend
können mit der vorliegenden Erfindung durch Generierung
des ersten Pulssignals auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Stromdetektionswert,
der von dem Stromdetektor zu der Schaltersteuerung zurückgeführt
wird, und dem Aktivierungsstromwert während eines Zeitraums,
in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, jeweils Energieeinsparungen
der Elektromagnetventilantriebsschaltung und des Elektromagnetventils, eine
allgemeine Verwendbarkeit und Kostenreduktion sowie eine schnell
ansprechende Antriebssteuerung für das Elektromagnetventil
realisiert werden.
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Andererseits
generiert die Schaltersteuerung während eines Zeitraums,
in welchem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht
erhalten wird, ein zweites Pulssignal, so dass der Stromdetektionswert
den Haltestromwert entsprechend der Haltekraft annimmt, woraufhin
dem Schalter das zweite Pulssignal zugeführt wird. Der
Schalter steuert hierdurch die Zeit, mit welcher die zweite Spannung
auf die Magnetspule aufgebracht wird. Aus diesem Grunde wird der
durch die Magnetspule fließende Strom auf dem Haltestromwert
entsprechend der Haltekraft gehalten, und die durch den Strom induzierte
Haltekraft wird aufgebracht, um den Kolben und den Ventilstopfen
zu betätigen.
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Dementsprechend
kann mit der vorliegenden Erfindung durch Generierung des zweiten
Pulssignals auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Stromdetektionswert,
der von dem Stromdetektor während eines Zeitraums, in welchem
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten
wird, zu der Schalterstellung zurückgeführt wird,
und dem Haltestromwert der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils
mit geringerem Stromverbrauch aufrecht erhalten werden. Außerdem
kann das Elektromagnetventil in kurzer Zeit angehalten werden.
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Außerdem
wird durch die Rückführung des Stromdetektionswertes
zu der Schaltersteuerung auch dann, wenn der Strom mit der Zeit
durch Änderungen des elektrischen Widerstandswertes innerhalb
der Magnetspule oder durch Schwankungen der Stromquellenspannung
als Folge von Temperaturänderungen in der Magnetspule variiert,
das zweite Pulssignal so generiert, dass es auf diese Änderungen
reagiert. Dadurch können eine Elektromagnetantriebsschaltung
und ein Elektromagnetventil realisiert werden, die in der Lage sind,
auf Änderungen in der Nutzungsumgebung, beispielsweise Änderungen des
elektrischen Widerstandswertes und der Stromquellenspannung oder
dergleichen, zu reagieren.
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Auf
diese Weise kann mit der vorliegenden Erfindung jeweils eine Verringerung
des elektrischen Stromverbrauchs der Elektromagnetantriebsschaltung
und des Elektromagnetventils, eine schnell ansprechende Antriebssteuerung
für das Elektromagnetventil und eine Verringerung der Kosten
für die Elektromagnetventilantriebsschaltung und das Elektromagnetventil
in einem Rutsch realisiert werden.
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Hierbei
umfasst die Schaltersteuerung vorzugsweise eine Einzelpulsgenerierungsschaltung
zur Erzeugung eines einzelnen Pulses,
eine Kurzpulsgenerierungsschaltung,
die während eines Zeitraums, in welchem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Aktivierungsstromwert
und dem Stromdetektionswert einen ersten kurzen Puls mit einer Pulsweite
generiert, die kürzer ist als eine Pulsweite des Einzelpulses,
während sie in dem Zeitraum, in dem ein angetriebener Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, auf der Basis eines
Vergleichs zwischen dem Haltestromwert und dem Stromdetektionswert
einen zweiten kurzen Puls mit einer Pulsweite generiert, die kürzer
ist als die Pulsweite des ersten kurzen Pulses, und
eine Pulszufuhreinheit,
die während des Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, den ersten kurzen Puls dem Schalter als das erste
Pulssignal zuführt, während sie in dem Zeitraum,
in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht
erhalten wird, dem Schalter den zweiten kurzen Puls als das zweite
Pulssignal zuführt.
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In
dem Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, nachdem
die Stromquellenspannung als die erste Spannung auf die Magnetspule
lediglich während einer Zeit entsprechend der Pulsweite
des ersten Pulses aufgebracht wurde, bringt in diesem Fall der Schalter
dann die erste Spannung auf die Mag netspule lediglich während
eines Zeitraums entsprechend der Pulsweite des ersten kurzen Pulses
auf. Als Folge hiervon wird in dem Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, nachdem der durch die Magnetspule fließende
Strom innerhalb einer Zeit entsprechend der Pulsweite des einzelnen
Pulses bis zu dem Aktivierungsstromwert angestiegen ist, der Aktivierungsstromwert
durch eine Schaltoperation des Schalters auf der Basis des ersten
kurzen Pulses aufrecht erhalten. Aus diesem Grunde können
die Elektromagnetventilantriebsschaltung und das Elektromagnetventil
allgemein einsetzbar gemacht werden, und die Kosten können
einfach reduziert werden. Insbesondere in dem Fall, dass eine Gleichstromquelle
mit einer relativ hohen Stromquellenspannung durch die Elektromagnetventilantriebsschaltung
elektrisch an die Magnetspule angeschlossen ist und das Elektromagnetventil
dadurch angetrieben wird, ist das Elektromagnetventil in der Lage,
innerhalb kurzer Zeit angetrieben zu werden. Durch Halten des durch
die Magnetspule fließenden Stromes auf dem Aktivierungsstromwert
können unbeabsichtigte oder fehlerhafte Betätigungen
der Elektromagnetventilantriebsschaltung und des Elektromagnetventils,
die durch Eingabe einer Überspannung (Stromstoß)
bewirkt werden, zuverlässig verhindert werden.
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Andererseits
kann während eines Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, durch Zuführen
des zweiten kurzen Pulses als zweitem Pulssignal zu dem Schalter
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils mit niedrigem
Energieverbrauch aufrecht erhalten werden. Außerdem kann
das Elektromagnetventil in kurzer Zeit angehalten werden.
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Hierbei
kann anstelle des oben beschriebenen Aufbaus die Schaltungssteuerung
vorzugsweise folgende Elemente aufweisen:
eine Einzelpulsgenerierungsschaltung
zur Erzeugung eines einzelnen Pulses, eine Wiederholungspulsgenerierungsschaltung,
die während eines Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Aktivierungsstromwert
und dem Stromdetektionswert einen ersten Wiederholungspuls mit einer
Pulsweite generiert, die kürzer ist als die Pulsweite des
einzelnen Pulses, während sie in dem Zeitraum, in dem ein angetriebener
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, auf der
Basis eines Vergleichs zwischen dem Haltestromwert und dem Stromdetektionswert
einen zweiten Wiederholungspuls mit einer Pulsweite generiert, die
kürzer ist als die Pulsweite des ersten Wiederholungspulses,
und
eine Pulszufuhreinheit, die während des Zeitraums, in
dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, den ersten Wiederholungspuls
dem Schalter als das erste Pulssignal zuführt, nachdem
der einzelne Puls dem Schalter als das erste Pulssignal zugeführt
wurde, während sie in dem Zeitraum, in dem der angetriebene
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, dem Schalter
dem zweiten Wiederholungspuls als das zweite Pulssignal zuführt.
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In
dem Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, nachdem
die Stromquellenspannung als die erste Spannung auf die Magnetspule
lediglich während eines Zeitraums entsprechend der Pulsweite
des einzelnen Pulses aufgebracht wurde, bringt in diesem Fall der
Schalter dann die erste Spannung lediglich während eines
Zeitraums entsprechend der Pulsweite des ersten Wiederholungspulses
auf die Magnetspule auf. Als Folge hiervon wird in dem Zeitraum,
in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, nachdem der durch
die Magnetspule fließende Strom innerhalb eines Zeitraums,
der der Pulsweite des Einzelpulses entspricht, bis zu dem Aktivierungsstromwert
angestiegen ist, der Aktivierungsstromwert durch eine Schaltoperation
des Schalters auf der Basis des ersten Wiederholungspulses aufrecht
erhalten. Auch in diesem Fall können die Elektromagnetventilantriebsschaltung
und das Elektromagnetventil allge mein einsetzbar gemacht werden.
Die Kosten können verringert werden, und außerdem
kann in dem Fall, dass eine Gleichstromquelle mit einer relativ
hohen Stromquellenspannung durch die Elektromagnetventilantriebsschaltung
elektrisch an die Magnetspule angeschlossen ist und das Elektromagnetventil
hierdurch angetrieben wird, das Elektromagnetventil in einer kurzen
Zeit angetrieben werden. Durch Halten des durch die Magnetspule fließenden
Stromes auf dem Aktivierungsstromwert können außerdem
unbeabsichtigte oder fehlerhafte Betätigungen der Elektromagnetventilantriebsschaltung
und des Elektromagnetventils, die durch Eingabe einer Überspannung
(Stromstoß) bewirkt werden, zuverlässig verhindert
werden.
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Andererseits
kann während eines Zeitraums, in dem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, durch die Zufuhr des
zweiten Wiederholungspulses als zweitem Pulssignal zu dem Schalter
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils mit niedrigerem
Energieverbrauch aufrecht erhalten werden. Außerdem kann das
Elektromagnetventil in kurzer Zeit angehalten werden.
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Durch
Vorsehen der oben beschriebenen Strukturen für die Schaltersteuerung
können dementsprechend die allgemeine Verwendbarkeit und
Kostenreduzierung der Elektromagnetventilantriebsschaltung und des
Elektromagnetventils, ein Antrieb des Elektromagnetventils in kurzer
Zeit, Stromeinsparungen der Elektromagnetventilantriebsschaltung und
des Elektromagnetventils und die Fähigkeit, das Elektromagnetventil
in kurzer Zeit anzuhalten, einfach realisiert werden.
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Während
eines Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird,
wird gemäß der oben beschriebenen Erfindung die
Zufuhr des ersten Pulssignals zeitlich auf der Basis eines Vergleichs zwischen
dem Aktivierungsstromwert und dem Stromdetektionswert gesteuert,
während in einem Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil
in dem angetriebenen Zustand gehalten wird, die Zufuhr des zweiten
Pulssignals zeitlich auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem
Haltestromwert und dem Stromdetektionswert gesteuert wird.
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Durch
eine solche zeitliche Steuerung auf der Basis des Stromdetektionswertes
kann die Steuerung lediglich während eines Zeitraums durchgeführt
werden, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird. Alternativ
kann die Steuerung lediglich während des Zeitraums durchgeführt
werden, in dem das Elektromagnetventil in dem angetriebenen Zustand
gehalten wird.
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Im
Einzelnen ist der Aufbau der Elektromagnetventilantriebsschaltung
zur Durchführung einer zeitlichen Steuerung auf der Basis
des Stromdetektionswertes lediglich während des Zeitraums,
in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, wie folgt:
eine
Elektromagnetventilantriebsschaltung ist vorgesehen, bei welcher
nach dem Aufbringen einer ersten Spannung auf eine Magnetspule eines
Elektromagnetventils zum Antreiben des Elektromagnetventils eine
zweite Spannung auf die Magnetspule aufgebracht wird und der angetriebene
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird,
wobei
die Elektromagnetventilantriebsschaltung elektrisch an eine Gleichstromquelle
und an die Magnetspule angeschlossen ist und außerdem eine Schaltersteuerung,
einen Schalter und einen Stromdetektor aufweist,
wobei der
Stromdetektor einen durch die Magnetspule fließenden Strom
erfasst und ein Detektionssignal als einen Stromdetektionswert an
die Schaltersteuerung ausgibt,
wobei die Schaltersteuerung
ein erstes Pulssignal auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem
festgelegten Aktivierungsstromwert und dem Stromdetektionswert und
ein festgelegtes zweites Pulssignal generiert und das erste Pulssignal
und das zweite Pulssignal dem Schalter zuführt, und
wobei
der Schalter die Stromquellenspannung der Gleichstromquelle während
eines Zeitraums auf die Magnetspule aufbringt, in welchem ihm das
erste Pulssignal zuführt, und die Stromquellenspannung der
Magnetspule während eines Zeitraums als die zweite Spannung
zuführt, in dem ihm das zweite Pulssignal zugeführt
wird.
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In
diesem Fall umfasst die Schaltersteuerung vorzugsweise:
eine
Einzelpulsgenerierungsschaltung zur Generierung eines einzelnen
Pulses,
eine Kurzpulsgenerierungsschaltung, die während eines
Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird, auf
der Basis eines Vergleichs zwischen dem Aktivierungsstromwert und
dem Stromdetektionswert einen ersten kurzen Puls mit einer Pulsweite
generiert, die kürzer ist als eine Pulsweite des Einzelpulses,
während sie in einem Zeitraum, in dem ein angetriebener
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, einen festgelegten
zweiten kurzen Puls mit einer Pulsweite generiert, die kürzer ist
als die Pulsweite des ersten kurzen Pulses, und
eine Pulszufuhreinheit,
die während des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, den ersten kurzen Puls dem Schalter als das erste Pulssignal
zuführt, nachdem dem Schalter der Einzelpuls als das erste
Pulssignal zugeführt wurde, während sie in dem
Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird, dem Schalter den zweiten kurzen Puls als das
zweite Pulssignal zuführt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform umfasst die Schaltungssteuerung
vorzugsweise:
eine Einzelpulsgenerierungsschaltung zur Generierung
eines einzelnen Pulses,
eine Wiederholungspulsgenerierungsschaltung,
die während eines Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Aktivierungsstromwert
und dem Stromdetektionswert einen ersten Wiederholungspuls mit einer Pulsweite
generiert, die kürzer ist als eine Pulsweite des Einzelpulses,
während sie in dem Zeitraum, in dem ein angetriebener Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, einen festgelegten zweiten
Wiederholungspuls mit einer Pulsweite generiert, die kürzer
ist als die Pulsweite des ersten Wiederholungspulses, und
einer
Pulszufuhreinheit, die während des Zeitraums, in dem das
Elektromagnetventil angetrieben wird, dem Schalter den ersten Wiederholungspuls
als das erste Pulssignal zuführt, nachdem dem Schalter
der Einzelpuls als das erste Pulssignal zugeführt wurde, während
sie in dem Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird, dem Schalter den zweiten Wiederholungspuls
als das zweite Pulssignal zuführt.
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In
dem Fall, dass eine zeitliche Steuerung der Zufuhr des ersten Pulssignals
zu dem Schalter auf der Basis des Stromdetektionswertes lediglich während
eines Zeitraums durchgeführt wird, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, können auf diese Weise die oben genannten
vorteilhaften Wirkungen der zeitlichen Steuerung einfach erreicht werden.
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Andererseits
ist zur Durchführung einer zeitlichen Steuerung der Zufuhr
des zweiten Pulssignals auf der Basis des Stromdetektionswertes
lediglich während des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
in dem angetriebenen Zustand gehalten wird, der Aufbau der Elektromagnetventilantriebsschaltung
wie folgt:
es ist eine Elektromagnetventilantriebsschaltung
vorgesehen, bei der nach dem Aufbringen einer ersten Spannung auf
eine Magnetspule eines Elektromagnetventils zum Antreiben des Elektromagnetventils eine
zweite Spannung auf die Magnetspule aufgebracht wird und der angetriebene
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird,
wobei
die Elektromagnetventilantriebsschaltung elektrisch an eine Gleichstromquelle
und an die Magnetspule angeschlossen ist und außerdem eine Schaltersteuerung,
einen Schalter und einen Stromdetektor aufweist,
wobei der
Stromdetektor einen durch die Magnetspule fließenden Strom
erfasst und ein Detektionssignal als einen Stromdetektionswert an
die Schaltersteuerung ausgibt,
wobei die Schaltersteuerung
ein festgelegtes erstes Pulssignal generiert und auf der Basis eines
Vergleichs zwischen einem festgelegten Haltestromwert und dem Stromdetektionswert
ein zweites Pulssignal generiert und das erste Pulssignal und das
zweite Pulssignal dem Schalter zuführt, und
wobei
der Schalter eine Stromquellenspannung der Gleichstromquelle als
die erste Spannung während eines Zeitraums auf die Magnetspule
aufbringt, in dem ihm das erste Pulssignal zugeführt wird,
und wobei der Schalter die Stromquellenspannung als die zweite Spannung
auf die Magnetspule während eines Zeitraums aufbringt,
in dem ihm das zweite Pulssignal zugeführt wird.
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In
diesem Fall weist die Schaltersteuerung vorzugsweise folgende Elemente
auf:
eine Einzelpulsgenerierungsschaltung zur Generierung eines
einzelnen Pulses,
eine Kurzpulsgenerierungsschaltung, die auf
der Basis eines Vergleichs zwischen dem Haltestromwert und dem Stromdetektionswert
einen kurzen Puls mit einer Pulsweite generiert, die kürzer
ist als eine Pulsweite des Einzelpulses, und
eine Pulszufuhreinheit,
die während des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, dem Schalter den Einzelpuls als das erste Pulssignal zuführt,
während sie in dem Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, dem Schalter den
kurzen Puls als das zweite Pulssignal zuführt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann die Schaltersteuerung vorzugsweise folgende Elemente aufweisen:
eine
Einzelpulsgenerierungsschaltung zur Generierung eines einzelnen
Pulses,
eine Wiederholungspulsgenerierungsschaltung, die auf
der Basis eines Vergleichs zwischen dem Haltestromwert und dem Stromdetektionswert
einen Wiederholungspuls mit einer Pulsweite generiert, die kürzer
ist als eine Pulsweite des Einzelpulses, und
eine Pulszufuhreinheit,
die während des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, dem Schalter den Einzelpuls als das erste Pulssignal zuführt,
während sie in dem Zeitraum, in dem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, dem Schalter den
Wiederholungspuls als das zweite Pulssignal zuführt.
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In
dem Fall, dass eine zeitliche Steuerung der Zufuhr des zweiten Pulssignals
zu dem Schalter auf der Basis des Stromdetektionswerts lediglich während
des Zeitraums durchgeführt wird, in dem der angetriebene
Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten wird, können
auf diese Weise die oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen hinsichtlich der
zeitlichen Steuerung einfach erreicht werden.
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Außerdem
stellt bei allen der oben beschriebenen Ausführungsformen
die Schaltersteuerung die Pulsweite des zweiten Pulssignals auf
der Basis eines Vibrationsdetektionswertes von einem Vibrationsdetektor
ein, der Vibrationen des Elektromagnetventils erfasst.
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Wenn
die Haltekraft reduziert wird, um Strom zu sparen, kann ins Auge
gefasst werden, dass Vibrationen des Elektromagnetventils erzeugt
werden könnten, die zu einem Anhalten des Elektromagnetventils
führen könnten. Durch Vorsehen der Schaltersteuerung
mit dem oben beschriebenen Aufbau können jedoch auch dann,
wenn der durch die Magnetspule fließende Strom über
die Zeit aufgrund von Vibrationen variiert, durch Einstellen der
Pulsweite in Reaktion auf solche Variationen eine Elektromagnetantriebsschaltung
und ein Elektromagnetventil realisiert werden, die in der Lage sind,
auf vibrationsbedingte Änderungen zu reagieren.
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Im
Einzelnen wird in dem Fall, dass Befürchtungen dahingehend
bestehen, dass das Elektromagnetventil aufgrund von Vibrationen
innerhalb des Elektromagnetventils, die durch Vibrationen oder Stöße
und dergleichen bewirkt werden, die von außen auf das Elektromagnetventil
während eines Zeitraums aufgebracht werden, in welchem
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils aufrecht erhalten
wird, durch Verlängern der Pulsweite und Vergrößern
des Stromes (des Haltestromwertes), der durch die Magnetspule fließt,
die Haltekraft auf den Kolben und den Ventilstopfen in dem Elektromagnetventil
vergrößert, wo durch zuverlässig verhindert wird,
dass das Elektromagnetventil in einen angehaltenen Zustand gerät.
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Mit
der vorliegenden Erfindung können auf diese Weise Stromeinsparungen
der Elektromagnetventilantriebsschaltung und des Elektromagnetventils
mit guter Effizienz durchgeführt werden, da die Pulsweite
länger eingestellt werden kann, um den Strom (Haltestromwert)
nur in solchen Fällen zu erhöhen, in denen eine
hohe Haltekraft benötigt wird.
-
Vorzugsweise
umfasst die Elektromagnetventilantriebsschaltung außerdem
folgende Elemente:
einen Erregungszeitrechner zur Berechnung
einer Erregungszeit der Magnetspule innerhalb einer Einmalbetätigungsdauer
des Elektromagnetventils auf der Basis des Stromdetektionswertes,
einen
Erregungszeitspeicher zum Speichern der Erregungszeit und
eine
Erregungszeitbestimmungseinheit zur Berechnung einer Gesamterregungszeit
der Magnetspule aus den jeweiligen Erregungszeiten, die in dem Erregungszeitspeicher
gespeichert sind, und zum Bestimmen, ob die Gesamterregungszeit
länger ist als eine festgelegte erste Erregungszeit oder
nicht,
wobei die Erregungszeitbestimmungseinheit ein Pulsweitenänderungssignal
an die Schaltersteuerung ausgibt, das den Befehl erteilt, dass die
Pulsweite des ersten Pulssignals geändert wird, wenn festgestellt
wird, dass die Gesamterregungszeit länger ist als die erste
Erregungszeit, und
wobei die Schaltersteuerung die Pulsweite
des ersten Pulssignals auf der Basis des Pulsweitenänderungssignals
verlängert.
-
Aus
diesem Grund kann die Antriebssteuerung des Elektromagnetventils
auch in Fällen effizient durchgeführt werden,
in denen die Antriebsleistung des Elektromagnetventils durch die
Verwendung des Elektromagnetventils über einen längeren
Zeitraum verringert wird, in dem die Pulsweite des ersten Pulssignals
länger eingestellt wird, wenn die Gesamterregungszeit des
Elektromagnetventils länger wird als die erste Erregungszeit,
da der Strom (Aktivierungsstromwert), der durch die Magnetspule
fließt, größer wird, und die Aktivierungskraft
kann erhöht werden.
-
In
diesem Fall kann die Erregungszeitbestimmungseinheit vorzugsweise
ein Nutzungsgrenzen-Benachrichtigungssignal nach außen
ausgeben, das darüber informiert, dass das Elektromagnetventil eine
Nutzungsgrenze erreicht hat, wenn festgestellt wird, dass die Gesamterregungszeit
länger ist als eine zweite Erregungszeit, die so gewählt
ist, dass sie länger ist als die erste Erregungszeit.
-
Aus
diesem Grund wird es möglich, das Elektromagnetventil schnell
auszutauschen, wann immer seine Nutzungsgrenze erreicht wird, so
dass die Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Nutzungsgrenze
(Lebensdauer) des Elektromagnetventils verbessert wird.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Elektromagnetventilantriebsschaltung vorzugsweise außerdem
folgende Elemente:
einen Elektromagnetventilbetätigungsdetektor
zur Erfassung, dass das Elektromagnetventil in Betrieb ist, auf
der Basis des Stromdetektionswertes,
einen Detektionsergebnisspeicher
zur Speicherung eines Detektionsergebnisses des Elektromagnetventilbetriebsdetektors
und
eine Bestimmungseinheit für die akkumulierte Zahl von
Betriebszeiten zur Berechnung einer akkumulierten Zahl von Betriebszeiten
des Elektromagnetventils aus den jeweiligen Detektionsergebnissen,
die in dem Detektionsergebnisspeicher gespeichert sind, und zum
Bestimmen, ob die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten eine festgelegte
erste Zahl von Betriebszeiten überschreitet oder nicht,
wobei
die Bestimmungseinheit für die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten
ein Pulsweitenänderungssignal an die Schaltersteuerung
ausgibt, das den Befehl erteilt, dass die Pulsweite des ersten Pulssignals
geändert werden soll, wenn festgestellt wird, dass die akkumulierte
Zahl von Betriebszeiten die erste Zahl von Betriebszeiten überschreitet,
und
wobei die Schaltersteuerung die Pulsweite des ersten Pulssignals
auf der Basis des Pulsweitenänderungssignals verlängert.
-
Wird
die Pulsweite des ersten Pulssignals zu Zeiten verlängert,
an denen die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten des Elektromagnetventils
die erste Zahl von Betriebszeiten überschreitet, kann die Steuerung
des Elektromagnetventils effizient durchgeführt werden,
da der Strom (Aktivierungsstromwert), der durch die Magnetspule
fließt, größer wird, und die Aktivierungskraft
kann erhöht werden.
-
In
diesem Fall wird bevorzugt, dass die Bestimmungseinheit für
die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten einen Nutzungsgrenzenbenachrichtigungssignal
nach außen ausgibt, das darüber informiert, dass
das Elektromagnetventil eine Nutzungsgrenze erreicht hat, wenn festgestellt
wird, dass die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten eine zweite Zahl
von Betriebszeiten überschreitet, die so gewählt ist,
dass sie größer ist als die erste Zahl von Betriebszeiten.
-
Aus
diesem Grunde wird es möglich, das Elektromagnetventil
schnell auszutauschen, wenn seine Nutzungsgrenze erreicht ist, so
dass die Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Nutzungsgrenze
(Lebensdauer) des Elektromagnetventils verbessert wird.
-
Außerdem
weist die Elektromagnetventilantriebsschaltung folgende Elemente
auf:
eine Stromdetektionswert-Überwachungseinheit
zur Überwachung einer Verringerung des Stromdetektionswertes
während eines Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird,
wobei die Stromdetektionswert-Überwachungseinheit
ein Zeitverzögerungs-Benachrichtigungssignal nach außen
ausgibt, um darüber zu informieren, dass eine Zeitverzögerung
in einem Zeitraum von einer Antriebsstartzeit des Elektromagnetventils
zu einer Zeit, an welcher der Stromdetektionswert abnimmt, erzeugt
wurde, wenn festgestellt wird, dass der Zeitraum länger
war als ein festgelegter eingestellter Zeitraum.
-
Aus
diesem Grunde wird es möglich, ein Elektromagnetventil
schnell auszutauschen, bei dem die Zeit, die erforderlich ist, damit
der Stromdetektionswert absinkt, größer wird und
daher die Antriebsleistung verschlechtert ist. Indem die Elektromagnetventilantriebsschaltung
den oben beschriebenen Aufbau aufweist, kann somit die Erfassung
der Nutzungsgrenze (Lebensdauer) des Elektromagnetventils auf der
Basis des Ansprechverhaltens des Elektromagnetventils während
des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird,
effizient durchgeführt werden.
-
Außerdem
umfasst die Elektromagnetventilantriebsschaltung vorzugsweise eine
Licht emittierende Diode, die in der Lage ist, Licht zu emittieren, wenn
der Strom durch die Magnetspule fließt, wobei eine Reihenschaltung,
die aus der Licht emittierende Diode und der Schaltersteuerung besteht,
und die Magnetspule elektrisch parallel zu der Gleichstromquelle
angeschlossen sind.
-
Obwohl
herkömmlicher Weise eine Reihenschaltung, die aus einer
Licht emittierenden Diode und einem Strombegrenzungswiderstand besteht, um
Licht von der Licht emittierenden Diode zu emittieren, elektrisch
parallel zu der Gleichstromquelle und der Magnetspule angeschlossen
war, wird gemäß der vorliegenden Erfindung anstelle
des Strombegrenzungswiderstands die Reihenschaltung, die aus der
Schaltersteuerung und der Licht emittierenden Diode besteht, elektrisch
parallel zu der Gleichstromquelle und der Magnetspule angeschlossen, wodurch
eine Elektromagnetventilantriebsschaltung, die eine hohe Energienutzungseffizienz
aufweist, realisiert werden kann, da die normalerweise durch den
Strombegrenzungswiderstand verbrauchte elektrische Energie dazu
verwendet wird, die Schaltersteuerung zu betreiben.
-
Außerdem
weist die Elektromagnetventilantriebsschaltung vorzugsweise zusätzlich
einen Widerstand auf, der in der Lage ist, einen Anlaufstrom, der
zu der Antriebsstartzeit des Elektromagnetventils zu der Schaltersteuerung
fließt, einzustellen, um diesen unter einem maximalen Wert
des durch die Magnetspule fließenden Stromes zu halten,
wobei eine Reihenschaltung, die aus dem Widerstand und der Schaltersteuerung
besteht, und die Magnetspule elektrisch parallel zu der Gleichstromquelle
angeschlossen sind.
-
Aus
diesem Grunde wird es möglich, die Schaltersteuerung zuverlässig
vor einem Anfahrstrom zu schützen, und das Elektromagnetventil kann
auch einfach mit einer Gleichstromquelle mit einer relativ hohen
Stromquellenspannung eingesetzt werden. Durch Durchführen
einer solchen Gegenmaßnahme im Hinblick auf den Anfahrstrom
können unbeabsichtigte oder fehlerhafte Betätigungen
der Elektromagnetventilantriebsschaltung oder des Elektromagnetventils,
die durch Spannungsstöße bewirkt würden,
die während der Start- und Stoppzeiten des Elektromagnetventils
kurzzeitig innerhalb der Elektromagnetventilantriebsschaltung generiert
werden, zuverlässig verhindert werden.
-
Außerdem
können die gleichen vorteilhaften Wirkungen der oben beschriebenen
Elektromagnetventilantriebsschaltungen in einfacher Weise auch bei
einem Elektromagnetventil erreicht werden, welches die oben beschriebenen
verschiedenen Elektromagnetventilantriebsschaltungen aufweist.
-
Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination
den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine Schaltung eines Elektromagnetventils gemäß einer
ersten Ausführungsform,
-
2A ist
ein Zeitdiagramm einer relativ niedrigen Stromquellenspannung bei
dem Elektromagnetventil gemäß 1,
-
2B ist
ein Zeitdiagramm eines Einzelpulssignals, das einer Pulszufuhreinheit
von einer Einzelpulsgenerierungsschaltung zugeführt wird,
-
2C ist
ein Zeitdiagramm eines Pulssignals, das der Pulszufuhreinheit von
einer PWM-Schaltung zugeführt wird,
-
2D ist
ein Zeitdiagramm eines Steuersignals, das einem Gate-Anschluss eines
MOSFET von der Pulszufuhreinheit zugeführt wird,
-
2E ist
ein Zeitdiagramm einer Spannung, die auf eine Magnetspule aufgebracht
wird,
-
2F ist
ein Zeitdiagramm eines Stroms, der durch die Magnetspule fließt,
-
3A ist
ein Zeitdiagramm einer relativ hohen Stromquellenspannung bei dem
Elektromagnetventil gemäß 1,
-
3B ist
ein Zeitdiagramm eines Einzelpulssignals, das von der Einzelpulsgenerierungsschaltung
einer Pulszufuhreinheit zugeführt wird,
-
3C ist
ein Zeitdiagramm eines Pulssignals, das der Pulszufuhreinheit von
einer PWM-Schaltung zugeführt wird,
-
3D ist
ein Zeitdiagramm, das einem Gate-Anschluss eines MOSFET von der
Pulszufuhreinheit zugeführt wird,
-
3E ist
ein Zeitdiagramm einer Spannung, die auf eine Magnetspule aufgebracht
wird,
-
3F ist
ein Zeitdiagramm eines Stromes, der durch die Magnetspule fließt,
-
4 zeigt
eine Schaltung für ein Elektromagnetventil gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
-
5 zeigt
eine Schaltung für ein Elektromagnetventil gemäß einer
dritten Ausführungsform und
-
6 zeigt
eine Schaltung für ein Elektromagnetventil gemäß einer
vierten Ausführungsform
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
Wie
in der Schaltung gemäß 1 gezeigt ist,
weist das Elektromagnetventil (Solenoidventil) 10A gemäß einer
ersten Ausführungsform eine Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 auf,
die elektrisch an eine Gleichstromquelle 16 angeschlossen ist,
und eine Magnetspule 12, die elektrisch an die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 angeschlossen
ist. In diesem Fall ist die positive Seite der Gleichstromquelle 16 elektrisch über
einen Schalter 18 und eine Diode 32 innerhalb
der Elektromagnetantriebsschaltung 14 an die Magnetspule 12 angeschlossen,
während die negative Seite der Gleichstromquelle 16 mit
der Masse (Erde) verbunden ist.
-
Die
Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 umfasst einen Stromstoßabsorber 30,
Dioden 32, 34, 36, 39, einen
MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 38,
der als ein Schalter dient, eine Schaltersteuerung 40,
Widerstände 42, 50, 52, 66, 70, 76,
Kondensatoren 44, 48, 56, eine Licht
emittierende Diode (LED) 54 und eine Stromdetektionsschaltung
(Stromdetektor) 72.
-
In
diesem Fall kann die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 zusammen
mit der Magnetspule 12 innerhalb des Elektromagnetventils 10A angeordnet
sein, oder sie kann alternativ außerhalb eines nicht dargestellten
Elektromagnetventilgrundkörper angeordnet sein, der die
Magnetspule 12 aufnimmt. Dementsprechend kann das Elektromagnetventil 10A einen
Aufbau aufweisen, bei welchem die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 elektrisch über ein
nicht dargestelltes Kabel mit der Magnetspule 12 innerhalb
eines kommerziell erhältlichen Elektromagnetventils verbunden
ist, einen Aufbau, bei welchem die Elektromag netventilantriebsschaltung 14 als
externe Einheit an einem solchen kommerziell erhältlichen
Elektromagnetventil angebracht ist, oder einen Aufbau, bei welchem
die als Einheit gestaltete Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 außen
an einem kommerziell erhältlichen Elektromagnetventilverteiler
angebracht ist.
-
Außerdem
umfasst die Schaltersteuerung 40 eine Konstantspannungsschaltung 58,
eine Niedrigspannung-Detektionsschaltung 59, eine PWM-Schaltung
(Kurzpulsgenerierungsschaltung, Wiederholungspulsgenerierungsschaltung) 60,
einen Oszillator 61, eine Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und eine
Pulszufuhreinheit 64. Die Schaltersteuerung 40, der
MOSFET 38, die Diode 39 und die Stromdetektionsschaltung 72,
wie sie oben beschrieben wurden, können beispielsweise
als ein kundenspezifischer IC (integrierte Schaltung) konfiguriert
sein.
-
Der
Stromstoßabsorber 30 ist elektrisch parallel zu
einer Reihenschaltung angeschlossen, die aus der Gleichstromquelle 16 und
dem Schalter 18 besteht. Außerdem ist eine Reihenschaltung,
die aus der Diode 34, der LED 54, dem Widerstand 52,
der Schaltersteuerung 40 und den Widerständen 50, 52, 76 besteht,
elektrisch parallel zu dem Stromstoßabsorber 30 angeschlossen.
Außerdem ist eine Reihenschaltung, die aus der Diode 32,
der Magnetspule 12, dem MOSFET 38 und dem Widerstand 70 besteht, elektrisch
parallel zu einer anderen Reihenschaltung, die aus der Diode 34,
der LED 54, dem Widerstand 42, der Schaltersteuerung 40 und
den Widerständen 50, 52, 56 besteht,
angeschlossen. Weiterhin ist der Kondensator 56 elektrisch
parallel zu der LED 54 angeschlossen. Der Kondensator 44 ist
elektrisch parallel zu einer Reihenschaltung angeschlossen, die aus
der Schaltersteuerung 40 und den Widerständen 50, 52, 76 besteht.
Außerdem ist der Kondensator 48 elektrisch parallel
zu einer Reihenschaltung angeschlossen, die aus den Widerständen 50, 52, 76 besteht.
Die Diode 36 ist elektrisch parallel zu der Magnetspule 12 angeschlossen,
und die Diode 39 ist elektrisch zwischen dem Drain-Anschluss
D und dem Source-Anschluss S des MOSFET 38 angeschlossen.
-
Der
oben genannte Stromstoßabsorber 30 dient als ein
schaltungsschützender spannungsabhängiger Widerstand,
der den Stromstoß, der in der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 aufgrund einer Überspannung
fließt, zu den Aktivierungs- oder Stoppzeiten (Zeiten T0 und T1 in den 2F und 3F)
des Elektromagnetventils 10A, wenn der Schalter 18 geöffnet
und geschlossen wird, als Folge davon, dass der Widerstandswert
des Stromstoßabsorbers 30 zeitweise in Reaktion
auf die Überspannung abnimmt, welche zeitweise in der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 generiert
wird, schnell zur Erde kanalisiert. Die Überspannung ist
definiert als eine Spannung, die größer ist als
eine Stromquellenspannung von V0, V0' der Gleichstromquelle 16 (V0 < V0').
-
Die
Diode 32 ist eine Schaltungsschutzdiode, die verhindern
soll, dass Strom von der Magnetspule 12 durch die Diode 32 in
Richtung der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 16 fließt.
Die Diode 34 ist eine Schaltungsschutzdiode, die verhindern soll,
dass Strom von der LED 54 durch die Diode 34 in
Richtung der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 16 fließt.
Außerdem ist die Diode 36 eine Diode, die einen
Strom zurück fließen lässt (zurück
kanalisiert), welcher durch eine elektromotorische Rückwärtskraft
bewirkt wird, die in der Magnetspule 12 zu einer Stoppzeit
(Zeit T1) des Elektromagnetventils 10A in
einer geschlossenen Schaltung der Magnetspule 12 und der
Diode 36 generiert wird, um den Strom schnell zu dämpfen.
Die Diode 32 kann durch eine nicht polarisierte Diodenbrücke
(nicht dargestellt) ersetzt werden, falls dies gewünscht
ist.
-
Der
MOSFET 38 ist ein Halbleiterschaltelement, das zwischen
dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S zu einer Zeit in
einen EIN-Zustand versetzt wird, wenn das Steuersignal Sc (erstes
Pulssignal S1 oder zweites Pulssignal S2) von der Schaltersteuerung 40 dem
Gate-Anschluss G zugeführt wird, wodurch die Magnetspule 12 an
der Seite des Drain-Anschlusses D und der Widerstand 70 an
der Seite des Source-Anschlusses S elektrisch miteinander verbunden
werden. Andererseits wird der MOSFET 38 zu einem Zeitpunkt
in einen AUS-Zustand zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss
S versetzt, wenn die Zufuhr des Steuersignals Sc zu dem Gate-Anschluss
G unterbrochen wird, wodurch die elektrische Verbindung zwischen
der Magnetspule 12 und dem Widerstand 70 unterbrochen
wird.
-
In
dem Schaltungsdiagramm gemäß 1 ist
als Beispiel des Halbleiterschaltelementes ein Fall dargestellt,
bei dem ein MOSFET 38 mit N-Kanal-Verarmung eingesetzt
wird. Das Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Anordnung
beschränkt. Es kann jede Art von Halbleiterschaltelement
eingesetzt werden, das in der Lage ist, die elektrische Verbindung zwischen
der Magnetspule 12 und dem Widerstand 70 schnell
zu schalten, in Abhängigkeit davon, ob das Steuersignal
Sc zugeführt wird oder nicht. Insbesondere kann anstelle
des oben beschriebenen MOSFET 38 ein MOSFET mit N-Kanalanreicherung,
mit P-Kanalverarmung oder mit P-Kanalanreicherung, ein bipolarer
Transistor oder ein Feldeffekttransistor selbstverständlich
ebenfalls eingesetzt werden.
-
Außerdem
ist die Diode 39 eine Schutzdiode für den MOSFET 38,
die dazu dient, den Strom durchzulassen, der von dem Widerstand 70 in
Richtung zu der Magnetspule 12 fließt.
-
Außerdem
ist das oben genannte erste Pulssignal S1 als ein Steuersignal Sc
definiert, dass dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 während
des Zeitraums zugeführt wird, in welchem das Elektromagnetventil 10A angetrieben
wird (d. h. den Zeiträumen T3,
T3' von der Zeit T0 bis
zu den Zeiten T2, T2'
in den 2F und 3F). Andererseits
ist das zweite Pulssignal S2 als ein Steuersignal Sc definiert,
das dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 während des
Zeitraums zugeführt wird, in welchem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils 10A aufrecht erhalten wird (d.
h. den Zeiträumen T4, T4' von den Zeiten T2,
T2' zu der Zeit T1 in
den 2F und 3F).
-
Die
LED 54 liefert während eines Zeitraums, in dem
der Schalter 18 in einem EIN-Zustand ist (d. h. dem Zeitraum
von der Zeit T0 bis T1 in
den 2F und 3F), eine
Benachrichtigung nach außen, dass das Elektromagnetventil 10A in
Betrieb ist, weil die LED 54 in Reaktion auf einen in Richtung
von der Diode 34 zu dem Widerstand 42 fließenden
Strom erleuchtet wird.
-
Der
Kondensator 56 ist ein Bypass-Kondensator zum Durchlassen
hochfrequenter Komponenten, die in dem Strom enthalten sind, der
in der Richtung von der Diode 34 zu dem Widerstand 42 fließt. Der
Kondensator 48 ist dagegen ein Bypass-Kondensator zum Durchlassen
hochfrequenter Komponenten, die in dem Strom enthalten sind, der
in der Richtung von der Konstantspannungsschaltung 58 zu
den Widerständen 50, 52, 76 fließt.
Außerdem ist der Kondensator 44 ein Kondensator,
der in der Lage ist, die zeitweise Unterbrechungszeit der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 einschließlich
der Schaltersteuerung 40 einzustellen, indem er eine Änderung
seiner Kapazität bewirkt. Außerdem dient er als
ein Bypass-Kondensator zum Abführen hochfrequenter Komponenten,
die in dem Strom enthalten sind, der von dem Widerstand 72 in
Richtung der Konstantspannungsschaltung 58 und der Niederspannungsdetektionsschaltung 59 fließt,
zur Erde.
-
Der
Widerstand 42 dient als ein Anlaufstrombegrenzungswiderstand,
um einen Anlaufstrom niedrig zu halten, der in die Schaltersteuerung 40 fließt, wenn
der Schalter 18 in einem EIN-Zustand ist, so dass er unter
einem Nennwert (Nennstrom) des Stroms I bleibt, der durch die Magnetspule
fließt. Durch Durchführen einer Gegenmaßnahme
gegen den Anlaufstrom dient der Widerstand 42 dementsprechend
als ein Widerstand zur Verhinderung eines Fehlbetriebs der Elekt romagnetventilantriebsschaltung 14 und
des Elektromagnetventils 10A, der durch die Überspannung
bewirkt würde, die zu den Start- und Stoppzeiten des Elektromagnetventils 10A in
der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 generiert wird.
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Wenn
der Strom I von der Magnetspule 12 durch den MOSFET 38 zu
dem Widerstand 70 fließt, wird eine Spannung Vd
entsprechend dem Strom I an dem Widerstand 70 generiert.
-
In
einem Zeitraum (vgl. 2F und 3F) von
der Zeit T0, wenn der Schalter 18 in
einen EIN-Zustand versetzt wird, bis zu der Zeit T1,
wenn der Schalter ein AUS-Zustand annimmt, wird hierbei von der
Gleichstromquelle 16 durch den Schalter 18, die
Diode 34, die LED 54 und den Widerstand 42 eine Gleichspannung
V auf die Konstantspannungsschaltung 58 aufgebracht. Die
Konstantspannungsschaltung 58 wandelt die Gleichspannung
V in eine Spannung V' mit einem festgelegten Niveau um und führt dann
die Spannung V' den Widerständen 50, 52, 76 zu.
Die Gleichspannung V steht für eine Gleichspannung, die
von der Stromquellenspannung V0, V0' durch entsprechende Spannungsabfälle
der Dioden 34, der LED 54 und des Widerstands 42 reduziert wurde.
-
Der
Oszillator 61 gibt ein Pulssignal Sp mit einer festgelegten
Wiederholungsfrequenz (d. h. einer Wiederholungsfrequenz entsprechend
der Periode des Zeitraums T5 in den 2C und 3C)
an die PWM-Schaltung 60, die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
die Stromdetektionsschaltung 72 während eines
Zeitraums aus, in dem der Schaltersteuerung 40 die Gleichspannung
V zugeführt wird, und insbesondere während eines
Zeitraums, in dem der oben genannte Schalter 18 in einem
EIN-Zustand ist.
-
Die
Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59 überwacht,
ob die Gleichspannung V, die auf die Konstantspannungsschaltung 58 aufgebracht
wird, auf oder unterhalb eines festgelegten Spannungsniveaus liegt
oder nicht. In dem Fall, dass eine Gleichspannung erfasst wurde,
die bei oder unterhalb des Spannungsniveaus liegt, wird ein Niedrigspannungsdetektionssignal
Sv, das anzeigt, dass die Gleichspannung V die eine Antriebsspannung
zur Betätigung der Schaltersteuerung 40 ist, eine
relative niedrige Spannung ist, zu der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
der Pulszufuhreinheit 64 ausgegeben.
-
Die
Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 generiert ein einzelnes
Pulssignal Ss mit einer festgelegten Pulsweite auf der Basis des
Pulssignals Sp von dem Oszillator 61 und liefert das einzelne
Pulssignal Ss zu der Pulszufuhreinheit 64. In diesem Fall
ist die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 im Wesentlichen
so voreingestellt, dass sie die Zahl der Pulse des Pulssignals Sp,
das von dem Oszillator 61 eingegeben wird, zählt
und ein einzelnes Pulssignal Ss (vgl. 2B) mit
einer Pulsweite (d. h. der Pulsweite des Zeitraums T3 gemäß 2F)
entsprechend einer festgelegten Zählzahl generiert. Es
ist jedoch auch möglich, dass ein einzelnes Pulssignal
Ss (vgl. 3B) generiert wird, das eine
festgelegte Pulsweite (d. h. die Pulsweite des Zeitraums T9 in 3F) entsprechend
dem Widerstandswert des Widerstandes 66 aufweist.
-
Somit
ist die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 eine Pulsgenerierungsschaltung,
die in der Lage ist, die Pulsweite des Einzelpulssignals Ss entsprechend
dem Widerstandswert des Widerstands 66 einzustellen. Außerdem
gibt die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 ein Benachrichtigungssignal
St an die PWM-Schaltung 60 aus, um über den Ablauf der
Zeitdauern T3, T3'
zu informieren.
-
Das
Benachrichtigungssignal St ist definiert als ein Signal zur Benachrichtigung
der PWM-Schaltung 60, dass eine Verschiebung von dem Zeitraum, während
dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird (die Zeiträume
T3, T3' gemäß den 2F und 3F)
zu einem Zeitraum erfolgt ist, in dem der angetrie bene Zustand aufrecht
erhalten wird (die Zeiträume T4,
T4' gemäß den 2F und 3F), und
wird von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 zu den
Zeiten T2 und T2'
an die PWM-Schaltung 60 ausgegeben. In diesem Fall werden
die Zeiten T2, T2' in
der Einzelpulsgenerierungsschaltung entsprechend eines Betriebes
des Elektromagnetventils 10A (erster Betrieb oder zweiter
Betrieb), der nachfolgend beschrieben wird, eingestellt. Außerdem
hält in dem Fall, dass das Niedrigspannungsdetektionssignal
Sv von der Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59 eingegeben
wird, die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 die Erzeugung
des Einzelpulssignals Ss an und gibt das Benachrichtigungssignal
St aus.
-
Die
Stromdetektionsschaltung 72 fragt die Spannung Vd des Widerstands 70 zu
der Zeit des Pulssignals Sp, das von dem Oszillator 61 eingegeben
wird, ab und die abgefragte Spannung Vd wird als ein Pulssignal
Sd an die PWM-Schaltung 60 ausgegeben. Da die Spannung
Vd für eine Spannung steht, die dem durch die Magnetspule 12 fließenden Strom
I entspricht, repräsentiert die Amplitude (Spannung Vd)
des Pulssignals St, wie oben beschrieben wurde, einen Spannungswert
(Stromdetektionswert), der den durch die Magnetspule 12 fließenden
Strom I indiziert.
-
Die
PWM-Schaltung 60 generiert ein Pulssignal Sr (erster kurzer
Puls, erster Wiederholungspuls, zweiter kurzer Puls oder zweiter
Wiederholungspuls) mit einer Wiederholungsperiode (d. h. dem Zeitraum
T5 in den 2C und 3C)
entsprechend der Wiederholfrequenz des Pulssignals Sp von dem Oszillator 61 und
mit einer festgelegten relativen Einschaltdauer (d. h. den Verhältnissen T6/T5, T7/T5 der Zeiträume T6,
T7 zu dem Zeitraum T5) entsprechend
dem Spannungswert und liefert das Pulssignal Sr zu der Pulszufuhreinheit 64 auf
der Basis eines Vergleichs zwischen einem Spannungswert entsprechend
einem gewünschten Stromwert (d. h. dem ersten Stromwert
(Aktivierungsstromwert) I1 und dem zweiten
Stromwert (Haltestromwert) I2 gemäß den 2F und 3F) relativ
zu dem Strom I, der durch die Magnetspule 12 fließt,
und der Amplitude (Spannung Vd) des Pulssignals Sd von der Stromdetektionsschaltung 72.
-
In
dem Elektromagnetventil 10A wird innerhalb der Zeiträume
T3, T3' (siehe 2F und 3F) eine
Erregungskraft (Aktivierungskraft), die durch den Strom I bewirkt
wird, der durch die Magnetspule 12 fließt, auf
einen nicht dargestellten beweglichen Kern (Kolben) des Elektromagnetventils 10A sowie auf
den Ventilstopfen, der an dem Ende des Kolbens angebracht ist, ausgeübt,
um dadurch das Elektromagnetventil 10A anzutreiben. Andererseits
wird während Zeiträumen T4 und
T4' eine andere Erregungskraft (Haltekraft),
die durch den durch die Magnetspule fließenden Strom I
bewirkt wird, auf den Kolben und den Ventilstopfen ausgeübt,
so dass der Kolben und der Ventilstopfen an einer festgelegten Position
gehalten werden, wodurch der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird.
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In
diesem Fall sind die Erregerkraft (Aktivierungskraft), die erforderlich
ist, um den Kolben und den Ventilstopfen in den Zeiträumen
T3, T3', welche Zeiträume
definieren, während denen das Elektromagnetventil angetrieben
wird, anzutreiben, oder die minimal notwendige Erregungskraft (Haltekraft)
zum Halten des Kolbens und des Ventilstopfens an einer festgelegten
Position in den Zeiträumen T4,
T4', die Zeiträume definieren,
in denen das Elektromagnetventil 10A in dem angetriebenen
Zustand gehalten wird, Werte, die durch Multiplikation der Zahl
der Wicklungen (Windungen) der Magnetspule 12 mit dem Strom
I, der durch die Magnetspule fließt, erhalten werden (jeweilige
Erregungskräfte = Zahl der Wicklungen × Strom
I). Angenommen, dass die Aktivierungskraft, die zum Antreiben des
Elektromagnetventils 10A benötigt wird, die minimal
notwendige Haltekraft zum Beibehalten des angetriebenen Zustands
und die Zahl der Wicklungen jeweils vorab bekannt sind, können
daher ein optimaler Stromwert (erster Stromwert I1 als
der Aktivierungsstromwert) entsprechend der Aktivierungs kraft sowie
ein optimaler Stromwert (zweiter Stromwert I2 als
der Haltestromwert) entsprechend der Haltekraft einfach berechnet
werden.
-
Außerdem
nimmt während den Zeiträumen, in denen das erste
Pulssignal S1 und das zweite Pulssignal S2 von der Schaltersteuerung 40 zu
dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 geliefert werden, der
durch die Magnetspule 12 fließende Strom I zu, weil
die Stromquellenspannungen V0, V0', die als die erste oder zweite Spannung
auf die Magnetspule 12 aufgebracht werden, und die Zufuhr
von elektrischem Strom von der Gleichstromquelle 16 zu
der Magnetspule 12 durch den Schalter 18 und die
Diode 32 durchgeführt wird. Andererseits wird
während der Zeiträume in denen die Zufuhr des
ersten Pulssignals S1 und des zweiten Pulssignals S2 von der Schaltersteuerung 40 zu
dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 unterbrochen wird, der
durch die Magnetspule 12 fließende Strom I verringert,
weil die Zufuhr des elektrischen Stromes unterbrochen wird.
-
Durch
zeitliche Steuerung der Zufuhr des ersten Pulssignals S1 und des
zweiten Pulssignals S2 zu dem Gate-Anschluss G kann dementsprechend
der durch die Magnetspule 12 fließende Strom I
auf dem gewünschten Stromwert (dem ersten Stromwert I1 und dem zweiten Stromwert I2)
gehalten werden.
-
Dementsprechend
wird in der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 die
Spannung Vd entsprechend dem durch die Magnetspule 12 fließenden Strom
I von dem Widerstand 70 zu der Stromdetektionsschaltung 72 ausgegeben,
und ein Pulssignal Sd mit der Amplitude der Spannung Vd, die durch
den Stromdetektionswert indiziert wird, wird von der Stromdetektionsschaltung 72 zu
der PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung zurückgeführt.
-
In
der PWM-Schaltung 60 wird auf der Basis eines Vergleichs
zwischen dem Spannungswert, der dem für die Aktivierungskraft
optimalen Stromwert (erster Stromwert I1)
und der Amplitude (Spannung Vd) des zurückgeführten
Pulssignals Sd entspricht, ein Pulssignal Sr (erster Wiederholungspuls
oder erster kurzer Puls) generiert mit einer Wiederholungsperiode
der Zeit T5 und einer relativen Einschaltdauer
von T6/T5. Andererseits
wird auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungswert entsprechend
dem für die Haltekraft optimalen Stromwert (zweiter Stromwert
I2) und der Amplitude des zurückgeführten
Pulssignals Sd ein Pulssignal Sr (zweiter Wiederholungspuls oder
zweiter kurzer Puls) generiert mit einer Wiederholungsperiode der Zeit
T5 und einer relativen Einschaltdauer von
T7/T5.
-
Wie
oben angegeben wurde, stehen die relativen Einschaltdauern (duty
ratios) T6/T5 und
T7/T5 für relative
Einschaltdauern entsprechend optimalen Stromwerten (d. h. dem ersten
Stromwert I1 und dem zweiten Stromwert I2), und diese relative Einschaltdauern werden
auf der Basis der Widerstandswerte der Widerstände 50, 72, 76 eingestellt.
Im Einzelnen ist die relative Einschaltdauer T6/T5 eine relative Einschaltdauer entsprechend
einer festgelegten Spannung, die generiert wird durch Division der
Gleichspannung V', die von der Konstantspannungsschaltung 58 zugeführt
wird, durch jeden der Widerstandswerte der Widerstände 52, 76,
während die Einschaltdauer T6/T5 eine relative Einschaltdauer entsprechend
einer festgelegten Spannung ist, welche generiert wird durch Division
der Gleichspannung V', die von der Konstantspannungsschaltung 58 zugeführt
wird, durch jeden der Widerstandswerte der Widerstände 50, 52, 76.
Dementsprechend sind in der PWM-Schaltung 60 die relativen
Einschaltdauern T6/T5 und
T7/T5 des Pulssignals
Sr durch geeignete Änderung der Widerstandswerte der Widerstände 50, 52, 76 entsprechend
den Größen des ersten Stromwerts I1 und
des zweiten Stromwerts I2 einstellbar.
-
In
diesem Fall wird die PWM-Schaltung 60, der zweite Wiederholungspuls
oder der zweite kurze Puls, die die relative Einschaltdauer von
T7/T5 aufweisen,
als das Pulssignal Sr generiert (vgl. 2C). Alternativ
wird der erste Wiederho lungspuls oder der erste kurze Puls mit der
relativen Einschaltdauer von T6/T5 als das Pulssignal Sr generiert bis das
Benachrichtigungssignal St von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 empfangen
wird. Nach Empfang des Benachrichtigungssignals St wird dagegen
der zweite Wiederholungspuls oder der zweite kurze Puls als das
Pulssignal Sr generiert (vgl. 3C).
-
Der
erste Wiederholungspuls und der erste kurze Puls sind Pulse mit
einer Pulsweite (Zeitdauer T6), die kürzer
ist als die Pulsweite des Einzelpulssignals Ss (vgl. 3C).
Das bedeutet, dass der erste Wiederholungspuls ein Puls mit einer
Pulsweite der Zeitdauer T6 ist, der generiert
wird, um sich in einer Periode der Zeit T5 zu
wiederholen, während der erste kurze Puls ein Puls mit
einer Pulsweite der Zeitdauer T6 ist.
-
Außerdem
sind der zweite Wiederholungspuls und der zweite kurze Puls Pulse
mit einer Pulsweite (Zeitdauer T7), die
kürzer ist als die Pulsweiten des ersten Wiederholungspulses
und des ersten kurzen Pulses (vgl. 2C und 3C).
Das bedeutet, dass der zweite Wiederholungspuls ein Puls mit einer Pulsweite
der Zeitdauer T7 ist, der generiert wird,
um sich in einer Periode der Zeit T5 zu
wiederholen. Dagegen ist der zweite kurze Puls ein Puls mit einer Pulsweite
der Zeitdauer T7.
-
Die
Pulszufuhreinheit 64 ist so aufgebaut, dass sie beispielsweise
eine ODER-Schaltung aufweist, und dient dazu, das Einzelpulssignal
Ss von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 als ein Steuersignal
Sc oder alternativ das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 dem
Gate-Anschluss G des MOSFET 38 zuzuführen. Im
Einzelnen liefert die Pulszufuhreinheit 64 in den oben
genannten Zeiträumen T3, T3' das Einzelpulssignal Ss oder das Pulssignal
Sr (der erste Wiederholungspuls oder der zweite kurze Puls) als
das erste Pulssignal S1 an dem Gate-Anschluss G, während
sie in den Zeiträumen T4, T4' das Pulssignal Sr, das aus dem zweiten
Wiederholungspuls oder dem zweiten kurzen Pulssig nal besteht, als
das zweite Pulssignal S2 an den Gate-Anschluss G liefert. In dem
Fall, dass von der Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59 ein Niedrigspannungsdetektionssignal
Sv eingegeben wird, unterbricht außerdem die Pulszufuhreinheit 64 die
Zufuhr des ersten Pulssignals S1 und des zweiten Pulssignals S2
zu dem Gate-Anschluss G.
-
Das
Elektromagnetventil 10A gemäß der ersten
Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nun wird mit Bezug auf die 1 bis 3F die
Betriebsweise des Elektromagnetventils 10A erläutert.
-
Nachfolgend
wird mit Bezug auf das Schaltdiagramm gemäß 1 und
die Zeitdiagramme gemäß den 2A bis 3F (1)
ein Betrieb des Elektromagnetventils 10A in dem Fall erläutert,
dass das erste Pulssignal S1 mit der Pulsweite der Zeitdauer T3 und das zweite Pulssignal S2 (zweiter Wiederholungspuls)
mit einer relativen Einschaltdauer von T7/T5 von der Schaltersteuerung 40 dem
Gate-Anschluss G des MOSFET 38 zugeführt wird
(nachfolgend erster Betrieb) und (2) ein Betrieb des Elektromagnetventils 10A in
dem Fall, dass das Einzelpulssignal Ss mit einer Pulsweite der Zeitdauer
T9 und das Pulssignal Sr (erster Wiederholungspuls)
mit einer relativen Einschaltdauer von T6/T5 als ein erstes Pulssignal S1 von der Schaltersteuerung 40 dem Gate-Anschluss
G zugeführt wird und anschließend ein Pulssignal
Sr (zweiter Wiederholungspuls) mit einer relativen Einschaltdauer
von T7/T5 als ein
zweites Pulssignal von der Schaltersteuerung 40 dem Gate-Anschluss
G zugeführt wird (nachfolgend zweite Betrieb).
-
Die
Erläuterungen erfolgen unter der Annahme, dass während
des ersten Betriebs die Stromquellenspannung der Gleichstromquelle
auf V0 eingestellt ist, während
in dem zweiten Betrieb die Stromquellenspannung der Gleichstromquelle
auf V0' eingestellt ist. Im Einzelnen ist
der erste Betrieb ein Betrieb des Elektromagnetventils 10A in
einem Fall, in dem auf der Seite des Nutzers des Elektromagnetventils 10A eine
Gleichstromquelle 16 mit einer relativ niedrigen Stromquellenspannung
(d. h. V0 = 12 V) vorbereitet ist. Andererseits
ist der zweite Betrieb ein Betrieb des Elektromagnetventils 10A in
einem Fall, in dem auf der Seite des Nutzers des Elektromagnetventils 10A eine
Gleichstromquelle 16 mit einer relativ hohen Stromquellenspannung
(beispielsweise V0' = 24 V) vorbereitet
ist. Außerdem erfolgen die Erläuterungen unter
der Annahme, dass während des ersten Betriebes und des
zweiten Betriebes die Amplitude des Einzelpulses Ss, welcher der
Pulszufuhreinheit 64 von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 zugeführt
wird, und die Amplitude des Pulssignals Sr, das der Pulszufuhreinheit 64 von
der PWM-Schaltung 60 zugeführt wird, im Wesentlichen
auf dem gleichen Niveau liegen.
-
Zunächst
erfolgt eine Erläuterung des ersten Betriebes mit Bezug
auf das Schaltungsdiagramm gemäß 1 und
die Zeitdiagramme gemäß den 2A bis 2F.
-
Zu
der Zeit T0, wenn der Schalter 16 geschlossen
und die Vorrichtung in einen EIN-Zustand versetzt ist (vgl. 2A),
wird durch die Konstantspannungsschaltung 58 eine Gleichspannung
V aufgebracht, die durch einen Spannungsabfall über die Diode 34,
die LED 54 und den Widerstand 52 gegenüber
der Spannung V0 der Gleichstromquelle verringert
ist. Zu dieser Zeit emittiert die LED 54 Licht in Reaktion
auf Strom, der von der Diode 34 zu dem Widerstand 42 fließt,
wodurch nach außen bekannt gegeben wird, dass das Elektromagnetventil 10A in
Betrieb ist.
-
Die
Konstantspannungsschaltung 58 wandelt die Gleichspannung
V in eine festgelegte Gleichspannung V' um und liefert die Gleichspannung
V' an eine Reihenschaltung, die aus den Widerständen 50, 52, 76 besteht.
Außerdem überwacht die Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59,
ob die Gleichspannung V auf oder unterhalb eines festgelegten Spannungsniveaus
ist oder nicht. Der Oszillator 61 generiert ein Pulssignal
Sp mit einer Frequenz, die mit einer Periode entsprechend der Periode
des Zeitraums T5 wiederholt wird, und liefert
das Pulssignal Sp an die PWM-Schaltung 60, die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
die Stromdetektionsschaltung 72.
-
Die
Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 generiert ein Einzelpulssignal
Ss mit einer Pulsweite der Zeitdauer T3 (vgl. 2B)
auf der Basis der Zufuhr des Pulssignals Sp und gibt das generierte
Einzelpulssignal Ss an die Pulszufuhreinheit 64 aus.
-
Die
Stromdetektionsschaltung 72 führt beim Timing
des Pulssignals Sp einen Abruf der Spannung Vd durch, die dem Strom
I in dem Widerstand 70 entspricht, und die abgerufene Spannung
Vd wird als ein Pulssignal Sd an die PWM-Schaltung 60 ausgegeben.
-
Die
PWM-Schaltung 60 generiert auf der Basis eines Vergleichs
zwischen der Spannung entsprechend dem zweiten Stromwert I2 und der Amplitude (Spannung Vd) des Pulssignals
Sd ein Pulssignal Sr des zweiten Wiederholungspulses mit einer relativen
Einschaltdauer von T7/T5 entsprechend
den jeweiligen Widerstandswerten 50, 52, 76 und
außerdem mit einer Wiederholungsperiode der Zeitdauer T5 und liefert das Pulssignal Sr an die Pulszufuhreinheit 64 (vgl. 2C).
-
In
dem Zeitraum T3 von der Zeit T0 bis
zur Zeit T2 wird ein einzelnes Pulssignal
Ss von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 in die Pulszufuhreinheit 64 eingegeben,
und zusammen hiermit wird das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 eingegeben.
Wie schon zuvor beschrieben wurde, liefert aber die Pulszufuhreinheit 64 das
Einzelpulssignal Ss als das erste Pulssignal S1 zu dem Gate-Anschluss
G des MOSFET 38 (vgl. 2D), weil
die Pulszufuhrein heit 64 eine ODER-Schaltung aufweist und
da die jeweiligen Amplituden des Einzelpulssignals Ss und des Pulssignals
Sr im Wesentlichen gleich groß sind.
-
Aus
diesem Grund wird auf der Basis des ersten Pulssignals S1, das dem
Basisanschluss G zugeführt wird, ein EIN-Zustand zwischen
dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S gebildet, wodurch
der MOSFET 38 elektrisch an die Magnetspule 12 und
den Widerstand 70 angeschlossen wird. Daher wird die Stromquellenspannung
V0 als die erste Spannung von der Gleichstromquelle 16 und
durch den Schalter 18 und die Diode 32 auf die Magnetspule 12 aufgebracht
(vgl. 2E). Andererseits nimmt der
Strom I, der von der Magnetspule 12 durch den MOSFET 38 in
Richtung des Widerstandes 70 fließt, mit der Zeit
schnell zu (vgl. 2F). Als Folge hiervon werden
der Kolben und der Ventilstopfen durch die durch den Strom I bewirkte
Erregungskraft (Aktivierungskraft) schnell angetrieben, und das Elektromagnetventil 10A schaltet
von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand um.
-
Außerdem
nimmt zur Zeit T10 der Strom I, der mit
der Zeit plötzlich zugenommen hat, auch etwas ab (vgl. 2F).
Dies liegt daran, dass der Kolben entsprechend der Aktivierungskraft
zu einem nicht dargestellten festen Eisenkern angezogen wird.
-
Als
nächstes stoppt zu der Zeit T2,
wenn der durch die Magnetspule 12 fließende Strom
I den festgelegten ersten Strom I1 erreicht,
die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 das Generieren des
einzelnen Pulssignals Ss, und dessen Zufuhr zu der Pulszufuhreinheit 64 wird
unterbrochen (vgl. 2B). Außerdem wird
ein Benachrichtigungssignal St an die PWM-Schaltung 60 ausgegeben,
das darüber informiert, dass die Zeit T3 abgelaufen
ist (d. h., dass das Einzelpulssignal Ss beendet wurde).
-
Andererseits
erzeugt die PWM-Schaltung 60 auch während des
Zeitraums T4 von der Zeit T2 zu der
Zeit T1 durch die gleiche Schaltungsoperation,
die zuvor bei der Zeit T3 angegeben wurde,
den zweiten Wiederholungspuls als das Pulssignal Sr und liefert dieses
zu der Pulszufuhreinheit 64 (vgl. 2C). Da in
diesem Fall lediglich das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 in
die Pulszufuhreinheit 64 eingegeben wird, liefert die Pulszufuhreinheit 64 das Pulssignal
Sr als das zweite Pulssignal S2 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38 (vgl. 2D).
-
Aus
diesem Grund wird auf der Basis des zweiten Pulssignals S2, das
dem Gate-Anschluss G zugeführt wird, zwischen dem Drain-Anschluss
D und dem Source-Anschluss S ein EIN-Zustand gebildet, wodurch der
MOSFET 38 elektrisch an die Magnetspule 12 und
den Widerstand 70 angeschlossen wird. Dadurch wird die
Stromquellenspannung V0, die auf die Magnetspule 12 aufgebracht
wird, von der Gleichstromquelle 16 und durch den Schalter 18 und die
Diode 32 als die zweite Spannung auf die Magnetspule 12 aufgebracht
(vgl. 2E). Andererseits nimmt der
Strom I, der von der Magnetspule 12 durch den MOSFET 38 in
Richtung des Widerstands 70 fließt, in einem kurzen
Zeitraum von der Zeit T2 von einem ersten
Strom I1 auf einen festgelegten zweiten Strom
I2 schnell ab. Anschließend wird
der zweite Strom I2 während des
Zeitraums bis zu der Zeit T1 aufrecht erhalten
(vgl. 2F). Als Folge hiervon werden
der Kolben und der Ventilstopfen durch die Erregerkraft (Haltekraft)
die durch den zweiten Strom I2 bewirkt wird,
an einer festgelegten Position gehalten, wodurch der angetriebene
Zustand (Ventil offen Zustand) des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird.
-
Außerdem
gibt die Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59 zur Zeit
T1, wenn der Schalter 18 geöffnet
und die Vorrichtung in einen AUS-Zustand versetzt ist (vgl. 2A),
ein Niedrigspannungsdetektionssignal Sv an die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
an die Pulszufuhreinheit 64 aus, da die Zufuhr der Gleichspannung
V zu der Schaltersteuerung 40 unterbrochen ist. Hierdurch
stoppt die Pulszufuhreinheit 64 auf der Basis des Inputs
des Niedrigspannungsdetektionssignals Sv die Zufuhr des zweiten
Pulssignals S2 zu dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38. Weil
der MOSFET 38 schnell von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand
zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S umgeschaltet
wird, wird aus diesem Grunde ein Zustand erreicht, in dem das Aufbringen
der Spannung V0 von der Gleichstromquelle 16 auf
die Magnetspule 12 angehalten wird. Obwohl eine elektromotorische Rückwärtskraft
in der Magnetspule 12 generiert wird, wird in diesem Fall
ein Strom, der durch die elektromotorische Rückwärtskraft
bewirkt wird, zurückgeführt (d. h. er fließt
rückwärts) in eine geschlossene Schaltung, die
aus der Magnetspule 12 und der Diode 36 besteht,
so dass der Strom schnell gedämpft wird.
-
Als
nächstes wird mit Bezug auf das Schaltungsdiagramm gemäß 1 und
die Zeitdiagramme gemäß den 3A bis 3F der
zweite Betrieb erläutert.
-
Zur
Zeit T0, wenn der Schalter 18 geschlossen
und die Vorrichtung in einen EIN-Zustand versetzt ist (vgl. 3A),
wird durch die Konstantspannungsschaltung 58 eine Gleichspannung
V, die durch den Spannungsabfall über die Diode 34,
die LED 54 und den Widerstand 42 gegenüber
der Spannung V0' der Gleichstromquelle verringert
ist, aufgebracht. Zu dieser Zeit sendet die LED 54 Licht
aus in Reaktion auf den von der Diode 34 in Richtung zu
dem Widerstand 42 fließenden Strom, wodurch nach
außen deutlich angezeigt wird, dass das Elektromagnetventil 10A in
Betrieb ist.
-
Die
Konstantspannungsschaltung 58 wandelt die Gleichspannung
V in eine festgelegte Gleichspannung V' um und liefert diese Gleichspannung
V' an eine Reihenschaltung, die aus den Widerständen 50, 52, 76 besteht.
Außerdem überwacht die Niedrigspannungsdetektionschaltung 59,
ob die Gleichspannung V auf oder unterhalb eines festgelegten Spannungsniveau
liegt oder nicht. Der Oszillator 61 generiert ein Pulssignal
Sp mit einer Frequenz, die mit einer Periode entsprechend der Periode
der Zeit T5 wiederholt wird, und liefert
das Pulssignal St an die PWM-Schaltung 60, die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
die Stromdetektionsschaltung 72.
-
Auf
der Basis der Zufuhr des Pulssignals Sp und des Widerstandswertes
des Widerstandes 66 generiert die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 ein einzelnes
Pulssignal Ss mit einer Pulsweite des Zeitraums T9 und
gibt dieses Pulssignal an die Pulszufuhreinheit 64 aus
(vgl. 3B).
-
Die
Stromdetektionsschaltung 72 führt beim Timing
des Pulssignals Sp den Abruf der Spannung Vd durch, die dem Strom
I in dem Widerstand 70 zugeordnet ist, und die abgerufene
Spannung Vd wird als ein Pulssignal Sd an die PWM-Schaltung 60 ausgegeben.
-
Auf
der Basis eines Vergleichs zwischen einem Spannungswert entsprechend
dem ersten Stromwert I1 und der Amplitude
(Spannung Vd) des Pulssignals Sd während eines Zeitraums
T3' bis zur Zeit T2',
an welcher das Benachrichtigungssignal St von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 eingegeben
wird, generiert die PWM-Schaltung 60 ein Pulssignal Sr
des ersten Wiederholungspulses mit einer relativen Einschaltdauer
von T6/T5 entsprechend den
jeweiligen Widerstandswerten der Widerstände 50 und 52 und
außerdem mit einer Wiederholungsperiode des Zeitraums T5 und führt das Pulssignal Sr der
Pulszufuhreinheit 64 zu (vgl. 3C).
-
Innerhalb
des Zeitraums T9 von der Zeit T0 bis
zur Zeit T8 wird ein einzelnes Pulssignal
Ss von der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 in die Pulszufuhreinheit 64 eingegeben,
und zusammen hiermit wird das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 eingegeben.
Da die Pulszufuhreinheit 64 eine ODER-Schaltung aufweist
und da die jeweiligen Amplituden des Einzelpulssignals Ss und des
Pulssignals Sr im Wesentlichen gleich sind, wie es oben beschrieben
wurde, liefert die Pulszufuhreinheit 64 aber den Einzelpuls
Ss als das erste Pulssignal S1 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38 (vgl. 3D).
-
Aus
diesem Grund wird auf der Basis des ersten Pulssignals S1, das dem
Gate-Anschluss G zugeführt wird, zwischen den Drain-Anschluss
D und dem Source-Anschluss S ein EIN-Zustand ausgebildet, wodurch
der MOSFET 38 elektrisch an die Magnetspule 12 und
den Widerstand 70 angeschlossen wird. Dadurch wird die
Stromquellenspannung V0' als die erste Spannung
von der Gleichstromquelle 16 und durch den Schalter 18 und
die Diode 32 auf die Magnetspule 12 aufgebracht
(vgl. 3E). Andererseits nimmt der
Strom I, der von der Magnetspule 12 durch den MOSFET 38 in
Richtung des Widerstands 70 fließt, mit der Zeit
innerhalb des Zeitraums T9 schnell zu, bis
er den ersten Stromwert I1 erreicht (vgl. 3F).
Durch die durch den Strom I bewirkte Erregungskraft (Aktivierungskraft)
werden der Kolben und der Ventilstopfen schnell angetrieben, wodurch
das Elektromagnetventil von einem geschlossenen Zustand in einen
offenen Zustand umschaltet.
-
Anschließend
stoppt zu der Zeit T8 unmittelbar nach Ablauf
des Zeitraums T9 die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 die
Generierung des Einzelpulssignals Ss, und dessen Zufuhr zu der Pulszufuhreinheit 64 wird
unterbrochen (vgl. 3B).
-
Andererseits
generiert die PWM-Schaltung 60 auch während des
Zeitraums von der Zeit T8 bis zur Zeit T2' durch die gleichen Schaltoperationen,
die zuvor in dem Zeitraum T9 angesprochen
wurden, den ersten Wiederholungspuls als das Pulssignal Sr und liefert
dieses zu der Pulszufuhreinheit 64 (vgl. 3C).
Da in diesem Fall lediglich das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 in
die Pulszufuhreinheit 64 eingegeben wird, liefert die Pulszufuhreinheit 64 das
Pulssignal Sr als das erste Pulssignal an den Gate-Anschluss G des
MOSFET 38 (vgl. 3D).
-
Aus
diesem Grund wird zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss
S auf der Basis des ersten Pulssignals S1, das dem Gate-Anschluss
G zugeführt wird, ein EIN-Zustand ausgebildet, wodurch
der MOSFET 38 elektrisch an die Magnetspule 12 und
den Widerstand 70 angeschlossen wird. Dadurch wird die
Stromquellenspannung V0' als eine erste
Spannung von der Gleichstromquelle 16 und durch den Schalter 18 und
die Diode 32 auf die Magnetspule 12 aufgebracht
(vgl. 3E). Andererseits wird der Strom
I, der von der Magnetspule 12 durch den MOSFET 38 in
Richtung des Widerstands 70 fließt, während
des Zeitraums von der Zeit T8 bis zur Zeit
T2' auf dem ersten Strom I1 gehalten
(vgl. 3F).
-
In 3F stellt
die durch die gestrichelte Linie dargestellte Wellenform eine Situation
dar, in welcher keine Regelung des Stromes I durch die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 durchgeführt
wird, und zeigt eine zeitliche Veränderung des Stromes
I in dem Fall, dass das Aufbringen der Stromquellenspannung V0' bis zur Zeit T2 weitergeht.
Andererseits zeigt die mit zwei Punkten und Strich dargestellte Welle
eine zeitliche Veränderung des Stroms I während
des Zeitraums T3 (d. h. des Zeitraums von
der Zeit T0 bis zur Zeit T2)
in 2F (d. h. eine zeitliche Änderung des
Stroms I bei der relativ niedrigen Stromquellenspannung V0).
-
Hierbei
zeigt eine Integration des Stromes I, der durch die Magnetspule 12 fließt, über
der Zeit, d. h. die Teilfläche (Strom I × Zeit),
die von der Zeitwelle des Stromes I, den Stromwerten an zwei Zeiten
und dem Nullniveau (d. h. die gestrichelte Linie, die sich in den 2F und 3F in
der horizontalen Richtung erstreckt) umgeben wird, die Menge der
Energie an, die der Magnetspule 12 von der Gleichstromquelle 16 zugeführt
wird. Dementsprechend stehen die Energiemengen (Strom I × Zeiten
T3, T3'), die der
Magnetspule 12 von der Gleichstromquelle 16 während den
Zeiträumen T3 und T3'
von der Zeit T0 zu den Zeiten T2 und
T2' zugeführt werden, für
die Energiemengen, die erforderlich sind, um das Elektromagnetventil 10A anzutreiben.
-
Da
das selbe Elektromagnetventil 10A sowohl für den
oben beschriebenen ersten Betrieb als auch für den zweiten
Betrieb eingesetzt wird, ist die Energiemenge, die zum Antreiben
des Elektromagnetventils 10A erforderlich ist, unabhängig
von den Unterschieden beim Betrieb die Gleiche. Als Folge hiervon
ist die zeitliche Integration des Stroms I während des
ersten Betriebs (die Fläche des Stromes I × die
Zeit T3) die Gleiche wie die zeitliche Integration des
Stromes I während des zweiten Betriebes (die Fläche
des Stromes I × die Zeit T3').
-
Angenommen,
dass die zeitlichen Integrationen des Stromes I (die Fläche
des Stromes I × die Zeiten T3,
T3') während des ersten Betriebes
und des zweiten Betriebs identisch eingestellt sind, steigt dementsprechend
während des zweiten Betriebes (die durchgezogene Linie
in 3F) der durch die Magnetspule 12 fließende
Strom I innerhalb eines kürzeren Zeitraumes auf das Stromniveau
an, als bei dem ersten Betrieb (die zwei Punkte-Strich-Linie in 3F).
Durch Zufuhr der Energiemenge von der Gleichstromquelle 16 zu
der Magnetspule 12 innerhalb des Zeitraumes T3',
der kürzer ist als der Zeitraum T3 (siehe 2F),
kann außerdem das Elektromagnetventil 10A in kurzer
Zeit angetrieben werden.
-
Als
nächstes gibt zu der Zeit T2' die
Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 (vgl. 1)
ein Benachrichtigungssignal St an die PWM-Schaltung 60 aus,
um über den Ablauf der Zeitdauer T3'
zu informieren. Auf der Basis des Benachrichtigungssignals St generiert
die PWM-Schaltung 60 dementsprechend während des
Zeitraums T4' von der Zeit T2'
zu der Zeit T1 anstelle des oben genannten
Pulssignals Sr mit der relativen Einschaltdauer T6/T5 ein Pulssignal Sr des zweiten Wiederholungspulses
mit einer relativen Einschaltdauer von T7/T5 auf der Basis der jeweiligen Widerstandswerte
der Widerstände 50 und 52 und außerdem
mit einer Wiederholungsperiode der Zeitdauer T5 aus
und führt das Pulssignal Sr der Pulszufuhreinheit 64 zu
(vgl. 3C). Da in diesem Fall lediglich
das Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 in die Pulszufuhreinheit
eingegeben wird, liefert die Pulszufuhreinheit 64 das Pulssignal
Sr als das zweite Pulssignal S2 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38 (vgl. 3D).
-
Aus
diesem Grunde wird auf der Basis des zweiten Pulssignal S2, das
dem Gate-Anschluss G zugeführt wird, ein EIN-Zustand zwischen
dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S ausgebildet, wodurch
der MOSFET 38 elektrisch an die Magnetspule 12 und
den Widerstand 70 angeschlossen wird. Daher wird die Stromquellenspannung
V0' als zweite Spannung von der Gleichstromquelle 16 und
durch den Schalter 18 und die Diode 32 auf die
Magnetspule 12 aufgegeben (vgl. 3E). Andererseits
wird der Strom I, der von der Magnetspule 12 in Richtung
des Widerstands 70 fließt, nachdem er in einem
kurzen Zeitraum von der Zeit T2' schnell
von dem ersten Stromwert I1 auf den zweiten Stromwert
I2 verringert wurde, während des
Zeitraums, bis die Zeit T1 erreicht ist,
auf dem zweiten Stromwert I2 gehalten (vgl. 3F).
Als Folge hiervon werden der Kolben und der Ventilstopfen durch die
Erregungskraft (Haltekraft), die durch den zweiten Strom I2 bewirkt
wird, an einer festgelegten Position gehalten, wodurch der angetriebene
Zustand (Ventil offen Zustand) des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird.
-
Wenn
zu der Zeit T1 der Schalter 18 geöffnet und
die Vorrichtung in einen AUS-Zustand versetzt wird (vgl. 3A),
da die Zufuhr der Gleichspannung V zu der Schaltersteuerung 40 unterbrochen
wird, gibt außerdem die Niedrigspannungsdetektionsschaltung 59 ein
Niedrigspannungsdetektionssignal Sv an die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und an
die Pulszufuhreinheit 64 aus, wodurch auf der Basis des
Inputs des Niedrigspannungsdetektionssignals Sv die Pulszufuhreinheit 64 die
Zufuhr des zweiten Pulssignals zu dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 stoppt.
Weil der MOSFET 38 schnell aus einem EIN-Zustand in einen
AUS-Zustand zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S
umgeschaltet wird, wird aus diesem Grunde ein Zustand erreicht,
in welchem das Aufbringen der Spannung V0'
von der Gleichstromquelle 16 auf die Magnetspule 12 angehalten
wird. In diesem Fall fließt ein Strom, der durch die elektromotorische
Rückwärtskraft bewirkt wird, innerhalb eines geschlossenen Kreises,
der durch die Magnetspule 12 und die Diode 36 gebildet
wird, zurück (d. h. er fließt rückwärts),
obwohl durch die Magnetspule 12 eine elektromotorische
Rückwärtskraft generiert wird. Dadurch wird der Strom
schnell gedämpft.
-
Auf
diese Weise wird bei dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform eine Spannung Vd entsprechend dem
Strom I, der durch die Magnetspule fließt, von dem Widerstand 70 zu
der Stromdetektionsschaltung 72 ausgegeben, und in der
Stromdetektionsschaltung 72 wird ein Pulssignal Sd mit
einer Amplitude der Spannung Vd, die als ein Stromdetektionswert
dient, zu der PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40 zurückgeführt.
-
In
der PWM-Schaltung 60 wird auf der Basis eines Vergleichs
zwischen dem Spannungswert entsprechend dem Stromwert entweder des
ersten Stromwertes I1 (Aktivierungsstromwert)
oder des zweiten Stromwertes I2 (Haltestromwert)
und der Amplitude (Spannung Vd) des rückgeführten
Pulssignals Sd ein Pulssignal Sr (erster Wiederholungspuls, erster
kurzer Puls, zweiter Wiederholungspuls oder zweiter kurzer Puls)
mit einer Pulsweite der Zeitdauer T5 und
einer festgelegten relativen Einschaltdauer von T6/T5 oder T7/T5 generiert, und das Pulssignal Sr wird der
Pulszufuhreinheit 64 zugeführt.
-
Die
Pulszufuhreinheit 64 liefert das Einzelpulssignal Ss von
der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 als das erste Pulssignal
S1 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38 und liefert anschließend das
Pulssignal Sr von der PWM-Schaltung 60 als das zweite Pulssignal
S2 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38. Alternativ liefert
die Pulszufuhreinheit 64 das Einzelpulssignal Ss und das
Pulssignal Sr als das erste Pulssignal S1 an den Gate-Anschluss
G des MOSFET 38 und liefert anschließend das Pulssignal
Sr als das zweite Pulssignal S2 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38.
-
Im
Einzelnen generiert in den Zeitraum (Zeitraum T3,
T3'), während dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben
wird, die PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40 das
Pulssignal Sr, das aus dem ersten Wiederholungspuls oder dem ersten
kurzen Puls besteht, und liefert dieses an die Pulszufuhreinheit 64,
so dass der Stromdetektionswert entsprechend der Amplitude (Spannung
Vd) des Pulssignals St den ersten Stromwert I1 entsprechend
der Aktivierungskraft des Elektromagnetventils 10A erreicht. Die
Pulszufuhreinheit 64 liefert das Pulssignal Sr als das
erste Pulssignal S1 an den Gate-Anschluss G des MOSFET 38.
Aus diesem Grunde steuert der MOSFET 38 die Aufbringungszeit
der ersten Spannung (Stromquellenspannung V0,
V0') auf die Magnetspule 12 auf
der Basis der Pulsweite des ersten Pulssignals S1. Als Folge hiervon
wird der Strom I, der durch die Magnetspule 12 fließt,
auf dem ersten Stromwert I1, der der Aktivierungskraft
entspricht, gehalten, während die durch den Strom I (erster
Stromwert I1) bewirkte Aktivierungskraft
zum Betätigen des Kolbens und des Ventilstopfens aufgebracht
wird.
-
Im
Detail wird in einem Fall, in dem auf der Seite des Nutzers des
Elektromagnetventils 10A vorab eine Gleichstromquelle 16 mit
einer relativ hohen Stromquellenspannung V0'
(beispielsweise V0' = 24 V) vorbereitet
wird, für eine solche Gleichstromquelle 16 ein
Elektromagnetventil 10A eingesetzt, das zur Verwendung
mit einer relativ niedrigen Stromquellenspannung V0 (beispielsweise
V0 = 12 V) gedacht ist. In einem solchen
Fall wird in der PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40 der
erste Stromwert I1 so eingestellt, dass
er bei oder unterhalb eines Nennwertes (Nennstrom) des Stroms I
liegt, der durch die Mag netspule 12 fließt. Unter
der Annahme, dass die Pulsweite (Zeitdauer T6)
des Pulssignals Sr so eingestellt wird, dass der Stromdetektionswert
gleich dem so eingestellten ersten Stromwert I1 wird,
kann dann auch auf der Seite eines Nutzers, der eine Gleichstromquelle 16 mit
der relativ hohen Stromquellenspannung V0'
vorbereitet hat, eine elektrische Energieeinsparung in dem Elektromagnetventil 10A und der
Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 erreicht werden,
da der durch die Magnetspule 12 während des Zeitraums
(Zeitdauer T3, T3'),
in welchem das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird,
fließende Strom auf dem ersten Stromwert I1 gehalten
wird. In diesem Fall kann das Elektromagnetventil 10A in
einer kürzeren Zeit angetrieben werden, da die relativ hohe
Stromquellenspannung V0' als die erste Spannung
auf die Magnetspule aufgebracht wird.
-
Da
durch Einstellen der Pulsweite (Zeitdauer T6)
des Pulssignals Sr in der PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40 der
durch die Magnetspule 12 fließende Strom I wie
oben beschrieben wurde auf dem ersten Stromwert I1 bei
oder unterhalb des Nennstroms gehalten werden kann, können
auf der Seite des Herstellers ohne Berücksichtigung von
Unterschieden der Stromquellenspannungen V0,
V0', die der auf der Seite des Nutzers bereitgestellten
Gleichstromquelle 16 der Magnetspule 12 zugeführt
werden, das Elektromagnetventil 10A und die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 allgemein
verwendbar entsprechend einer relativ niedrigen Stromquellenspannung
hergestellt werden. Indem dem Nutzer ein solches allgemein einsetzbares
Elektromagnetventil 10A und eine entsprechende Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 zur
Verfügung gestellt werden, können die Kosten reduziert
werden.
-
Dementsprechend
können mit dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform durch Generieren des Pulssignals
Sr des ersten Wiederholungspulses oder des kurzen Pulses auf der
Basis eines Vergleichs zwischen dem Pulssignal Sd mit der Spannung
Vd entsprechend dem Stromdetektions wert, der von der Stromdetektionsschaltung 72 zu
der Schaltersteuerung 40 zurückgeführt wird,
und dem Spannungswert entsprechend dem ersten Stromwert I1 während eines Zeitraums (Zeitdauer
T3, T3'), in welchem
das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird, Stromeinsparungen
an dem Elektromagnetventil und der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14,
eine allgemeine Verwendbarkeit und Kostenreduzierungen sowie eine
sehr schnell ansprechende Antriebssteuerung des Elektromagnetventils 10A realisiert
werden.
-
Andererseits
generiert die PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40 während
eines Zeitraums (Zeitdauer T4, T4'), in welchem der angetriebene Zustand
des Elektromagnetventils 10A aufrecht erhalten wird, ein
Pulssignal Sr des zweiten Wiederholungspulses oder des zweiten kurzen
Pulses, so dass der Stromdetektionswert entsprechend der Amplitude
(Spannung Vd) des Pulssignals Sd den zweiten Stromwert I2 entsprechend der Haltekraft für
das Elektromagnetventil 10A annimmt, woraufhin das Pulssignal
Sr der Pulszufuhreinheit 64 zugeführt wird und
die Pulszufuhreinheit 64 das Pulssignal Sr als das zweite
Pulssignal S2 dem Gate-Anschluss G des MOSFET 38 zuführt.
Aus diesem Grunde steuert der MOSFET 38 die Aufbringungszeit,
während welcher die zweite Spannung (Stromquellenspannung
V0, V0') auf die
Magnetspule 12 aufgebracht wird, auf der Basis der Pulsweite
des zweiten Pulssignals S2. Als Folge hiervon wird der Strom I,
der durch die Magnetspule 12 fließt, auf dem zweiten
Stromwert I2 entsprechend der Haltekraft
gehalten, und die durch den Strom I (zweiter Stromwert I2) induzierte Haltekraft wird aufgebracht,
um den Kolben und den Ventilstopfen zu betätigen.
-
Dementsprechend
kann bei dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform durch Generieren des Pulssignals
Sr des zweiten Wiederholungspulses oder des zweiten kurzen Pulses
auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Pulssignal Sd mit der
Spannung Vd entsprechend dem Stromdetektionswert, der von der Stromdetektionsschaltung 72 zu
der Schaltersteuerung 40 zurückgeführt
wird, und dem Spannungswert entsprechend dem zweiten Stromwert I2 während eines Zeitraums (Zeitdauer
T4, T4'), in welchem
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht erhalten
wird, der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A mit
geringerem Stromverbrauch aufrecht erhalten werden. Außerdem
kann das Elektromagnetventil 10A in kurzer Zeit angehalten
werden.
-
Durch
Rückführen des Pulssignals Sd mit der Spannung
Vd entsprechend dem Stromdetektionswert zu der PWM-Schaltung 60 der
Schaltersteuerung 40, auch wenn der Strom I über
die Zeit aufgrund von Änderungen des elektrischen Widerstandswertes
innerhalb der Magnetspule 12 oder von Änderungen
der Stromquellenspannung V0, V0'
als Folge von Temperaturänderungen in der Magnetspule 12 variiert,
wird außerdem das Pulssignal Sr unter Berücksichtigung
dieser Änderungen generiert, wodurch das Elektromagnetventil 10A und
die Elektromagnetventilantriebssteuerung 14, die auf Änderungen
in der Nutzungsumgebung reagieren können, beispielsweise Änderungen
des elektrischen Widerstandswertes der Stromquellenspannung V0, V0' oder dergleichen,
realisiert werden können.
-
Auf
diese Weise können mit dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform gleichzeitig in einem Rutsch eine
Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs des Elektromagnetventils 10A und
der Elektromagnetantriebsschaltung 14, eine schnell ansprechende
Antriebssteuerung des Elektromagnetventils 10A und eine
Verringerung der Kosten für das Elektromagnetventil 10A und
die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 realisiert werden.
-
Außerdem
wird in dem Zeitraum (Zeitdauer T3, T3'), während dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben
wird, nachdem die Stromquellenspannung V0'
als die erste Spannung auf die Magnetspule 12 lediglich
in dem Zeitraum T9 entsprechend der Pulsweite
des Einzelpulses Ss aufgebracht wurde, die erste Spannung lediglich
während des Zeitraums entsprechend der Pulsweite (Zeitdauer
T6) des Pulssignals Sr des ersten Wiederholungspulses
oder des ersten kurzen Pulses auf die Magnetspule 12 aufgebracht.
Als Folge hiervon wird in dem Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben
wird, nachdem der durch die Magnetspule 12 fließende Strom
I bis zu dem ersten Stromwert I1 angestiegen ist,
in dem Zeitraum T9 entsprechend der Pulsweite des
Einzelpulssignals Ss der erste Stromwert I1 durch eine
Schaltoperation des MOSFET 38 auf der Basis des ersten
Wiederholungspulses oder des ersten kurzen Pulses aufrecht erhalten.
Aus diesem Grunde können das Elektromagnetventil 10A und
die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 allgemein verwendbar
gemacht werden und die Kosten lassen sich in einfacher Weise reduzieren.
Insbesondere in dem Fall, dass eine Gleichstromquelle 16,
für welche die Stromquellenspannung V0'
relativ hoch ist, elektrisch über die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 an die
Magnetspule angeschlossen und das Elektromagnetventil 10A hierdurch
angetrieben wird, kann das Elektromagnetventil 10A in kürzerer
Zeit angetrieben werden. Außerdem kann durch Halten des
durch die Magnetspule 12 fließenden Stromes I
auf dem ersten Stromwert I1 eine unbeabsichtigte
oder fehlerhafte Betätigung des Elektromagnetventils 10A und
der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14, die durch den
Input einer Überspannung (Stromstoßenergie) bewirkt
würde, zuverlässig verhindert werden.
-
Andererseits
kann während eines Zeitraums (Zeitdauer T4,
T4'), in dem der angetriebene Zustand des
Elektromagnetventils 10A aufrecht erhalten wird, durch
Zufuhr des Pulssignals Sr des zweiten Wiederholungspulses oder des
zweiten kurzen Pulses als zweites Pulssignal S2 zu dem MOSFET 38 der
angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A mit niedrigem
Stromverbrauch aufrecht erhalten werden. Außerdem kann
das Elektromagnetventil 10A in kurzer Zeit angehalten werden.
-
Durch
Vorsehen eines Aufbaus mit der PWM-Schaltung 60, der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
der Pulszufuhreinheit 64 können bei der Schaltersteuerung 40 eine
allgemeine Verwendbarkeit und Kostenverringerung des Elektromagnetventils 10A und
der Elektromagnetantriebsschaltung 14, ein Antreiben des
Elektromagnetventils 10A in kurzer Zeit, Stromeinsparungen
bei dem Elektromagnetventil 10A und der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 sowie
die Möglichkeit, das Elektromagnetventil 10A in
kurzer Zeit anzuhalten, einfach realisiert werden.
-
Außerdem
sind in der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 eine
Reihenschaltung, die aus der Diode 34, der LED 54,
dem Widerstand 42, der Schaltersteuerung 40 und
den Widerständen 50, 52, 76 besteht,
und eine Reihenschaltung, die aus der Diode 32, der Magnetspule 12,
dem MOSFET 38 und dem Widerstand 70 besteht, elektrisch
parallel zu einer Reihenschaltung geschaltet, die aus der Gleichstromquelle 16 und
dem Schalter 18 besteht. Obwohl in herkömmlicher
Weise eine Reihenschaltung, die aus der LED 54 und einem
Strombegrenzungswiderstand besteht, um dafür zu sorgen,
dass Licht von der LED 54 emittiert wird, elektrisch parallel
zu der Gleichspannungsquelle 16 und der Magnetspule 12 angeschlossen
ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung anstelle
eines Strombegrenzungswiderstandes die Reihenschaltung mit der Schaltersteuerung 40 und
der LED 54 elektrisch parallel zu der Gleichstromquelle 16 und
der Magnetspule 12 angeschlossen, wodurch eine Elektromagnetventilantriebsschaltung 14,
die eine sehr hohe Energienutzungseffizienz aufweist, realisiert
werden kann, weil die ursprünglich durch den Strombegrenzungswiderstand
verbrauchte elektrische Energie zur Betätigung der Schaltersteuerung 40 genutzt
wird.
-
Außerdem
wird es dank der Anordnung des Widerstands 42 möglich,
dass die Schaltersteuerung 40 zuverlässig vor
einem Anlaufstrom geschützt wird. Außerdem kann
das Elektromagnetventil 10A einfach auch bei einer Gleichstromquel le 16 mit
einer relativ hohen Stromquellenspannung V0'
eingesetzt werden. Außerdem kann durch Durchführen
einer solchen Gegenmaßnahme gegen den Anlaufstrom eine
unbeabsichtigte oder fehlerhafte Betätigung des Elektromagnetventils
und der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14, die durch
eine Überspannung bewirkt würde, welche zeitweise
innerhalb der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 an
Start- und Stoppzeiten des Elektromagnetventils 10A generiert würde,
zuverlässig verhindert werden.
-
Außerdem
können in der PWM-Schaltung 60 die relativen Einschaltdauern
T6/T5 und T7/T5 des Pulssignals
Sr eingestellt werden, indem die Widerstandswerte der Widerstände 50, 52, 76 geändert werden,
während bei der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 die
Pulsweite des Einzelpulssignals Ss eingesteht werden kann, indem
der Widerstandswert des Widerstands 66 geändert
wird. Aus diesem Grunde können unabhängig von Änderungen
der Stromquellenspannung V0, V0'
die Schaltersteuerung 40 und der MOSFET 38 stabil
betätigt werden, und der Spannungsbereich (d. h. der Bereich
der Stromquellenspannung V0, V0'),
der mit der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 nutzbar
ist, kann sehr breit eingestellt werden.
-
Im
Hinblick auf die Einstellung der relativen Einschaltdauern T6/T5 und T7/T5 und der Pulsweite des
Einzelpulssignals Ss kann anstelle der oben genannten Widerstände 50, 52, 66, 76 ein
nicht dargestellter Speicher verwendet werden, um die relativen Einschaltdauern
T6/T5 und T7/T5 und die Pulsweite des
Einzelpulssignals Ss zu speichern. Je nach Bedarf können
dann die relativen Einschaltdauern T6/T5 und T7/T5 und die Pulsweite aus dem Speicher zu der PWM-Schaltung 60 und
der Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 ausgelesen werden.
Durch Änderung der in dem Speicher gespeicherten Daten
können dementsprechend die relativen Einschaltdauern T6/T5 und T7/T5 und die Pulsweite
in geeigneter Weise auf gewünschte Werte entsprechend den
Spezifikationen des Elektromagnetventils 10A eingestellt
werden.
-
Bei
der obigen Erläuterung des Elektromagnetventils 10A gemäß der
ersten Ausführungsform wird während des Zeitraums,
in dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird, die
Zufuhr des ersten Pulssignals S1 zeitlich auf der Basis eines Vergleichs
zwischen dem Spannungswert, der dem ersten Stromwert I1 entspricht,
und der Amplitude (der Spannung Vd entsprechend dem Stromdetektionswert)
des Pulssignals Sd gesteuert. Andererseits wird innerhalb des Zeitraums,
in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht erhalten
wird, die Zufuhr des zweiten Pulssignals S2 zeitlich auf der Basis
eines Vergleichs zwischen dem Stromwert, der dem zweiten Stromwert
I2 entspricht, und der Amplitude des Pulssignals
Sd gesteuert.
-
Bei
dem Elektromagnetventil 10A gemäß der ersten
Ausführungsform versteht sich, das eine solche zeitliche
Steuerung auf der Basis des Stromdetektionswertes lediglich während
eines Zeitraums durchgeführt werden kann, in dem das Elektromagnetventil
angetrieben wird, oder alternativ während eines Zeitraums,
in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird.
-
Im
Einzelnen wird zur Durchführung der zeitlichen Steuerung
auf der Basis des Stromdetektionswertes lediglich während
des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben
wird, in dem Zeitraum (Zeitdauer T3'), wenn
das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird, das Elektromagnetventil 10A auf
der Basis des oben genannten zweiten Betriebes angetrieben. Dagegen
wird in dem Zeitraum (Zeitdauer T4'), wenn
der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird, die PWM-Schaltung 60 entweder einen festgelegten zweiten
Wiederholungspuls mit einer relativen Einschaltdauer von T7/T5 und einer Wiederholungsperiode
der Zeitdauer T5 generieren oder einen festgelegten
zweiten kurzen Puls mit einer Pulsweite der Zeitdauer T7 und
solche Pulse an die Pulszufuhreinheit 64 ausgeben.
-
Auch
in diesem Fall können während des Zeitraums, in
dem das Elektromagnetventil 10A angetrieben wird, die oben
beschriebenen Effekte der zeitlichen Steuerung auf der Basis des
Stromdetektionswertes einfach erreicht werden.
-
Andererseits
wird der oben genannte erste Betrieb nur während des Zeitraumes
durchgeführt, in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird, um die zeitliche Steuerung auf der Basis des Stromdetektionswertes durchzuführen.
Auch in diesem Fall können während des Zeitraums,
in dem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10A aufrecht
erhalten wird, die oben beschriebenen Effekte der zeitlichen Steuerung auf
der Basis des Stromdetektionswertes einfach erreicht werden.
-
Außerdem
können bei dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform, bei dem die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 eine
LED 54 aufweist, die oben beschriebenen Wirkungen auch
dann selbstverständlich noch erreicht werden, wenn die
LED 54 weggelassen wird.
-
Als
nächstes wird mit Bezug auf 4 eine Erläuterung
eines Elektromagnetventils 10B gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
In den nachfolgenden Beschreibungen werden diejenigen Aufbauelemente,
die die gleichen sind wie bei dem Elektromagnetventil 10A (vgl. 1 bis 3F),
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die
obige Beschreibung der entsprechenden Merkmale verwiesen.
-
Das
Elektromagnetventil 10B gemäß der zweiten
Ausführungsform unterscheidet sich von dem Elektromagnetventil 10A gemäß der
ersten Ausführungsform dahingehend, dass es einen Vibrationssensor 98 aufweist.
-
Der
Vibrationssensor 98 erfasst Vibrationen, die in dem Elektromagnetventil 10B als
Folge von Vibrationen und/oder Stößen generiert
werden, die von außen auf das Elektromagnetventil 10B aufgebracht werden.
Die Erfassungsresultate werden als ein Vibrationsdetektionssignal
So (Vibrationsdetektionswert) an die PWM-Schaltung 60 der
Schaltersteuerung 40 ausgegeben. Auf der Basis des Vibrationsdetektionssignals
So von dem Vibrationssensor 98 erhöht die PWM-Schaltung 60 die
relative Einschaltdauer T7/T5 (d.
h. die Pulsweite des Zeitraumes T7) des
Pulssignals Sr, das der Pulszufuhreinheit 64 während
des Zeitraumes T4, T4'
zugeführt wird (vgl. 2F und 3F).
Aus diesem Grund kann auch dann, wenn Befürchtungen bestehen,
dass der Strom I (zweiter Stromwert I2),
der durch die Magnetspule fließt, sich mit der Zeit durch
Vibrationen innerhalb des Elektromagnetventils 10B ändern
könnte, was zu einem Anhalten des Elektromagnetventils 10B während
des Zeitraums (Zeitdauer T4, T4'),
in welchem der angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10B aufrecht
erhalten wird, der Strom I durch Erhöhen der relativen
Einschaltdauer T7/T5 erhöht
werden.
-
Wenn
die Haltekraft reduziert wird, um Strom zu sparen, kann ins Auge
gefasst werden, dass Vibrationen innerhalb des Elektromagnetventils
bewirkt werden könnten, die zu einem Anhalten des Elektromagnetventils 10B führen
könnten. Bei dem Elektromagnetventil 10B gemäß der
zweiten Ausführungsform können aber durch Vorsehen
der Schaltersteuerung 40 mit dem oben beschriebenen Aufbau
auch dann, wenn der Strom I (zweiter Stromwert I2),
der durch die Magnetspule 2 fließt, sich mit der Zeit durch Vibrationen
innerhalb des Elektromagnetventils 10B ändert,
durch Anpassen der Pulsweite des Pulssignals Sr (zweites Pulssignal
S2) entsprechend diesen Änderungen ein Elektromagnetventil 10B und
eine Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 realisiert werden,
die in der Lage sind, auf solche vibrationsinduzierte Änderungen
zu reagieren.
-
Das
bedeutet, dass während des Zeitraums (Zeitdauer T4, T4'), in dem der
angetriebene Zustand des Elektromagnetventils 10B aufrecht
erhalten wird, für den Fall, dass befürchtet wird,
dass das Elektromagnetventil 10B aufgrund von Vibrationen
einen gestoppten Zustand erreicht, die Pulsweite (Zeitdauer T7) des Pulssignals Sr (zweites Pulssignal
S2) verlängert und der Strom I (zweiter Stromwert I2), der durch die Magnetspule 12 fließt,
erhöht wird, wodurch die Haltekraft auf den Kolben und
den Ventilstopfen innerhalb des Elektromagnetventils 10B erhöht
wird, so dass das Elektromagnetventil 10B daran gehindert
werden kann, einen gestoppten Zustand zu erreichen.
-
Dementsprechend
können in dem Elektromagnetventil 10B gemäß der
zweiten Ausführungsform Stromeinsparungen in dem Elektromagnetventil 10B und
der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 effizient durchgeführt
werden, weil die Pulsweite des zweiten Pulssignals S2 länger
eingestellt werden kann, so dass das Niveau des Stroms I nur in
den Fällen größer wird, wenn eine große
Haltekraft notwendig ist.
-
Bei
existierenden Elektromagnetventilen kann durch Verwenden der Merkmale
des oben beschriebenen Elektromagnetventils 10B bei den
existierenden Elektromagnetventilen ein Stoppen des Elektromagnetventils
während eines Zeitraums (Zeitdauer T4),
in dem der angetriebene Zustand des existierenden Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird, zuverlässig verhindert werden,
obwohl es bekannt ist, Ventil-Offen- und Ventil-Geschlossen-Zustände
des Elektromagnetventils durch Erfassen des Druckes innerhalb des
Elektromagnetventils unter Verwendung eines internen Drucksensors
zu erfassen, wobei ein Neustart des Elektromagnetventils auf der
Basis eines solchen Detektionsergebnisses durchgeführt
wird.
-
Als
nächstes wird mit Bezug auf 5 ein Elektromagnetventil 10C gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
-
Das
Elektromagnetventil 10C gemäß der dritten
Ausführungsform unterscheidet sich von dem Elektromagnetventil 10B gemäß der
zweiten Ausführungsform (vgl. 4) dahingehend,
dass die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 außerdem
einen Betriebsdetektor (Einschaltzeitrechner und Elektromagnetventilbetriebsdetektor) 100,
einen Flash-Speicher (Einschaltzeitspeicher und Detektionsergebnisspeicher) 102 und
eine Bestimmungseinheit (Einschaltzeitbestimmungseinheit und Bestimmungseinheit
für die akkumulierte Zahl der Betätigungszeiten) 106 aufweist.
-
Der
Betriebsdetektor 100 umfasst einen Zähler, welcher
die Einschaltzeit der Magnetspule 12 (gesamte Zeit, während
der die Stromquellenspannung V0, V0' auf die Magnetspule 12 aufgebracht
wird) in einer Betriebsperiode (dem Zeitraum von der Zeit T0 bis zur Zeit T1 in
den 2F und 3F) des
Elektromagnetventils 10C auf der Basis des Pulssignals Sd
berechnet. Das Detektionsergebnis wird in dem Flash-Speicher 102 gespeichert.
Alternativ erfasst der Betriebsdetektor 100, dass das Elektromagnetventil 10C auf
der Basis des Pulssignals Sd operiert, und speichert dieses Detektionsergebnis
in dem Flash-Speicher 102 ab.
-
Die
Bestimmungseinheit 106 berechnet die gesamte Betriebszeit
der Magnetspule 12 auf der Basis der gesamten Einschaltzeit,
die in dem Flash-Speicher 102 gespeichert wurde, nach dem Ende
des Betriebes des Elektromagnetventils 10C und bestimmt,
ob die gesamte Einschaltzeit länger ist als eine festgelegte
erste Einschaltzeit oder nicht. Alternativ berechnet die Bestimmungseinheit 106 eine akkumulierte
Anzahl von Betriebszeiten des Elektromagnetventils 10C aus
jedem der entsprechenden Detektionsergebnisse, die in dem Flash-Speicher 102 gespeichert
sind, und bestimmt, ob die akkumulierte Zahl der Betriebszeiten
eine festgelegte erste Zahl von Betriebszeiten überschreitet
oder nicht.
-
Wenn
die Bestimmungseinheit 106 feststellt, dass die gesamte
Einschaltzeit länger ist als die festgelegte erste Einschaltzeit,
oder alternativ, dass die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten die
festgelegte erste Zahl von Betriebszeiten überschritten
hat, gibt die Bestimmungseinheit 106 in diesem Fall ein
Pulsweitenänderungssignal Sm an die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 und
die PWM-Schaltung 60 der Schaltersteuerung 40,
wodurch befohlen wird, dass die Pulsweite (Zeitdauer T3,
T9) des Einzelpulssignals Ss und die Pulsweite
(Zeitdauer T6) des Pulssignals Sr geändert
werden sollten. Auf der Basis des Pulsweitenänderungssignals
Sm stellt die Einzelpulsgenerierungsschaltung 62 die Pulsweite
des Einzelpulssignals Ss auf einen längeren Wert ein als
die bis dahin eingestellte Pulsweite. Andererseits stellt die PWM-Schaltung 60 auf
der Basis des Pulsweitenänderungssignals Sm die Pulsweite
des Pulssignals Sr so ein, dass sie länger ist als die
bis dahin eingestellte Pulsweite.
-
Wenn
die Bestimmungseinheit 106 feststellt, dass die gesamte
Einschaltzeit länger wurde als eine festgelegte zweite
Einschaltzeit, oder alternativ, wenn die Bestimmungseinheit 106 feststellt,
dass die akkumulierte Zahl von Betriebszeiten eine festgelegte zweite
Zahl von Betriebszeiten überschreitet, die so eingestellt
ist, dass sie größer ist als die erste festgelegte
Zahl von Betriebszeiten, gibt die Bestimmungseinheit 106 außerdem
ein Nutzungsgrenzenbenachrichtigungssignal Sf nach außen
aus, das darüber informiert, dass das Elektromagnetventil 10C ein
Nutzungslimit erreicht hat.
-
Auf
diese Weise wird mittels des Elektromagnetventils 10C gemäß der
dritten Ausführungsform auch in Fällen, in denen
die Antriebsleistung des Elektromagnetventils 10C durch
Verwenden des Elektromagnetventils über einen längeren
Zeitraum verringert wird, durch Einstellen der Pulsweiten des Einzelpulssignals
Ss und des Pulssignals Sr, so dass sie zu Zeiten, an welchen die
gesamte Einschaltzeit des Elektromagnetventils 10C länger
wird als die erste Einschaltzeit, oder wenn die akkumulierte Zahl
von Betriebszeiten die erste Zahl von Betriebszeiten überschreitet,
länger werden, der Strom I (erster Stromwert I1),
der durch die Magnetspule 12 fließt, größer,
und die Aktivierungskraft kann erhöht werden. Somit kann
die Antriebssteuerung des Elektromagnetventils 10C effizient
durchgeführt werden.
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Da
die Bestimmungseinheit 106 das Nutzungsgrenzenbenachrichtigungssignal
Sf nach außen ausgibt, wenn die gesamte Einschaltzeit des Elektromagnetventils 10C größer
wird als die zweite Einschaltzeit, oder wenn die akkumulierte Zahl
von Betriebszeiten die zweite Zahl von Betriebszeiten überschreitet,
wird es außerdem möglich, das Elektromagnetventil 10C schnell
auszutauschen, sobald sein Nutzungslimit erreicht ist, so dass die
Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Nutzungsgrenze (Lebensdauer)
des Elektromagnetventils 10C verbessert wird.
-
Als
nächstes wird mit Bezug auf 6 ein Elektromagnetventil 10D gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
-
Das
Elektromagnetventil 10D gemäß der vierten
Ausführungsform unterscheidet sich von dem Elektromagnetventil 10C gemäß der
dritten Ausführungsform (vgl. 5) dahingehend,
dass die Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 außerdem
eine Aktivierungsstromüberwachungseinheit (Stromdetektionswert-Überwachungseinheit) 104 aufweist.
-
Die
Stromdetektionswert-Überwachungseinheit 104 überwacht
einen Zeitraum T11 von der Zeit T0 bis zur Zeit T12,
in welchem der Strom I (und die diesem entsprechende Spannung Vd)
während eines Zeitraums (Zeitdauer T3,
T3'), zu welcher das Elektromagnetventil 10D angetrieben
wird, leicht abnimmt. Wenn festgestellt wird, dass der Zeitraum
T11 länger wird als eine festgelegte
eingestellte Zeit, wird ein Zeitverzögerungs-Benachrichtigungssignal
Se nach außen ausgegeben, um darüber zu informieren,
dass in dem Zeitraum T11 eine Zeitverzögerung
erzeugt wurde.
-
Auf
diese Weise wird es mit Hilfe des Elektromagnetventils 10D gemäß der
vierten Ausführungsform möglich, das Elektromagnetventil 10D,
bei welchem die Zeitdauer T11 lange geworden
ist und sich dadurch dessen Antriebsleistung verschlechtert hat, schnell
auszutauschen. Das bedeutet, dass durch Vorsehen der Elektromagnetventilantriebsschaltung 14 mit
dem oben beschriebenen Aufbau die Erfassung der Nutzungsgrenze (Lebensdauer)
des Elektromagnetventils 10D effizient durchgeführt
werden kann auf der Basis des Ansprechverhaltens des Elektromagnetventils 10D während
des Zeitraums, in dem das Elektromagnetventil angetrieben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 377265 [0003]
- - JP 2006-308082 A [0003]