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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung und
auf ein Verfahren zum Antreiben eines Elektromagnetventils, wobei
eine Antriebsspule des Elektromagnetventils erregt und das Elektromagnetventil dadurch
angetrieben wird.
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Es
ist bekannt, eine Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung vorzusehen,
die die Erregung der Antriebsspule unterbricht und den Antrieb des Elektromagnetventils
anhält einige Zeit nachdem die Antriebsspule erregt und
das Elektromagnetventil in einen angetriebenen Zustand versetzt
wurde. Bei einer solchen Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
wird, dann, wenn die Erregung der Antriebsspule unterbrochen wird,
eine vergleichsweise große gegenelektromotorische Kraft
(Gegen-EMK) generiert, weil die Antriebsspule parallel zu einer
Diode (Flywheel- oder Schwungrad-Diode) angeschlossen ist. Ein durch
die Gegen-EMK bewirkter Strom (Schwungrad-Strom) fließt
innerhalb eines geschlossenen Kreises, der durch die Antriebsspule
und die Diode gebildet wird. In diesem Fall wird die elektromagnetische
Energie (eine elektromagnetische Energie entsprechend der Gegen-EMK)
des Elektromagnetventils durch die Diode als Wärmeenergie
verbraucht und der Antrieb des Elektromagnetventils wird durch die
Verringerung des Stromes auf Nullniveau angehalten. Aufgrund der
Präsenz der Diode wird aber beim Anhalten des Antriebszustandes
des Elektromagnetventils eine Antwortverzögerung generiert,
weil der Strom über eine verhältnismäßig
lange Zeitdauer weiterhin durch den geschlossenen Kreis fließt.
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Dementsprechend
wird in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 63-297881 A1 ein Vorschlag
gemacht, in dem eine Reihenschaltung, die aus der Schwungrad-Diode
und einem Transistor besteht, parallel zu der Antriebsspule angeschlossen wird,
wobei durch Ausschalten des Transistors und Unterbrechen des Schwungrad-Stromes
die Zeit, während welcher der Schwungrad-Strom fließt,
verkürzt wird. Außerdem wird in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift
JP
04-354106 A ein Vorschlag gemacht, bei dem ein Transistor,
der als die Schwungrad-Diode fungiert, parallel zu der Antriebsspule
angeschlossen ist, wobei die Zeit, während welcher der
Schwungrad-Strom fließt, durch Ausschalten des Transistors
verkürzt wird.
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Um
bei den in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 63-297881 A und der
japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 04-354106 A den parallel
zu der Antriebsspule angeschlossenen Transistor EIN und AUS zu schalten,
muss aber die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung eine Schalt-Schaltung
einschließlich des Transistors und einer Steuerschaltung
aufweisen, welche ein Steuersignal zum Ein- und Ausschalten des
Transistors generiert. Dadurch wird der Aufbau der Schaltung der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
komplex, was das Schaltungsdesign schwierig macht und zu einer Erhöhung
der Kosten führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Ermöglichung von Verbesserungen
der Antwortcharakteristiken im Hinblick auf das Anhalten des angetriebenen
Zustands eines Elektromagnetventils bei einfachem Schaltungsaufbau.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
Einzelnen ist gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen, dass in dem Fall, dass eine Elektromagnetventilsantriebssteuervorrichtung
einen Schalter, der in Reihe mit einer Antriebsspule eines Elektromagnetventils
angeschlossen ist, einen parallel zu der Antriebsspule angeschlossenen
Varistor und eine parallel zu der Antriebsspule und dem Schalter
angeschlossene Diode aufweist, der Schalter ausgeschaltet wird,
nachdem die Antriebsspule erregt wurde und das Elektromagnetventil
in einem Zustand angetrieben wurde, in welchem der Schalter eingeschaltet
war.
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Da
der Varistor einen spannungsabhängigen Widerstand bildet,
dessen Widerstandswert sich entsprechend dem Wert der auf den Varistor
aufgebrachten Spannung ändert, wird in diesem Fall, wenn eine
AUS-Zustand des Schalters bewirkt wird und in der Antriebsspule
eine vergleichsweise große Gegen-EMK generiert wird, der
Widerstandwert durch die Gegen-EMK unmittelbar verringert, woraufhin
der Varistor in einen leitfähigen Zustand versetzt wird. Aus
diesem Grunde fließt ein durch die Gegen-EMK bewirkter
Strom innerhalb eines geschlossenen Kreises, der durch die Antriebsspule
und den Varistor gebildet wird.
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Da
der Strom innerhalb eines geschlossenen Kreises fließt,
der durch die Antriebsspule und den Varistor gebildet wird, und
nicht innerhalb eines geschlossenen Kreises, der durch die Antriebsspule und
die Diode gebildet wird, wie es beim Stand der Technik der Fall
ist, wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung
elektromagnetische Energie, die in dem Elektromagnetventil gespeichert
ist (d. h. elektromagnetische Energie entsprechend der Gegen-EMK)
als Wärmeenergie in dem Varistor verbraucht. Als Folge
hiervon kann im Vergleich zu dem Stand der Technik der Strom in
einem kurzen Zeitraum auf ein Nullniveau verringert werden.
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Indem
gemäß der vorliegenden Erfindung der Schalter
in einen AUS-Zustand versetzt wird und gleichzeitig der Varistor
entsprechend der Gegen-EMK in einen leitfähigen Zustand
versetzt wird, fließt der durch die Gegen-EMK bewirkte
Strom während der Antriebsstoppzeit des Elektromagnetventils nicht
durch die Diode, so dass die Antwortgeschwindigkeit im Hinblick
auf das Stoppen des Antriebs des Elektromagnetventils mit Hilfe
eines einfachen Schaltungsaufbaus verbessert werden kann.
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Die
Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung kann außerdem
einen Stromquellenanschluss aufweisen, durch welchen eine Stromquellenspannung über
den Schalter der Antriebsspule zugeführt wird, und eine
Schaltsteuereinrichtung, die mit dem Stromquellenanschluss verbunden
ist, um die EIN- und AUS-Zustände des Schalter auf der
Basis der Stromquellenspannung zu steuern.
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Während
der EIN-Zustände des Schalters wird aus diesem Grunde die
Stromquellenspannung der Antriebsspule von dem Stromquellenanschluss über
den Schalter zugeführt (d. h. sie wird elektrisch erregt),
woraufhin der Antrieb des Elektromagnetventils ermöglicht
wird. Der Stromzufuhranschluss kann gleichzeitig als Anschluss für
die Zufuhr von Spannung zu den Schaltsteuereinrichtungen und als
Anschluss zum Erregen der Antriebsspule verwendet werden.
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In
diesem Fall kann der Schalter ein Halbleiterelement aufweisen mit
einem an die Schaltsteuereinrichtung angeschlossenen Steueranschluss,
wobei die Schaltsteuereinrichtung ein Steuersignal auf der Basis
der Stromquellenspannung generiert. Das Halbleiterelement wird durch
das Steuersignal ein- und ausgeschaltet, welches dem Steueranschluss von
der Schaltsteuereinrichtung zugeführt wird.
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Aus
diesem Grunde kann die Steuerung der EIN- und AUS-Zustände
des Schalters einfach durchgeführt werden. Da es ausreicht,
dass das Halbleiterelement ein einfaches Halbleiterelement ist,
welches in der Lage ist, durch das Steuersignal ein- und ausgeschaltet
zu werden, und das in der Lage ist, der Antriebsspule die Stromquellenspannung
von dem Stromquellenanschluss zuzuführen, kann die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
außerdem zu geringen Kosten hergestellt werden.
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Vorzugsweise
weist die Schaltsteuereinrichtung außerdem eine Reihenschaltung
auf, die aus einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand
besteht, wobei die Reihenschaltung mit dem Stromzufuhranschluss
verbunden ist, wobei der Steueranschluss mit einem Verbindungspunkt
zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand verbunden
ist, und wobei das Halbleiterelement eine Spannung an dem Verbindungspunkt
auf der Basis der Stromquellenspannung als das Steuersignal ansieht
und dadurch EIN und AUS geschaltet wird.
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Da
die Schaltsteuereinrichtung durch den ersten Widerstand und den
zweiten Widerstand gebildet wird, kann die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
zu geringen Kosten und mittels eines einfachen Schaltungsaufbaus
realisiert werden. Da die Spannung an dem Verbindungspunkt als das Steuersignal
betrachtet wird, kann außerdem das Steuersignal einfach
generiert werden. Da die Spannung als das Steuersignal behandelt
wird, kann außerdem ein Halbleiterelement eines spannungsgesteuerten
Typs, wie ein FET oder eine MOSFET, zur Verwendung eines Halbleiterelementes
eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
wird der Varistor außerdem in einen leitfähigen
Zustand versetzt, wenn eine Spannung in einer Parallelschaltung,
die aus der Antriebsspule und dem Varistor besteht, größer
wird als die Stromquellenspannung.
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Während
die Stromquellenspannung von dem Stromquellenanschluss und durch
den Schalter zu der Antriebsspule zugeführt wird, um das
Elektromagnetventil anzutreiben, wird als Folge hiervon der Varistor
in einen leitfähigen Zustand versetzt und das Fließen
von Strom innerhalb des geschlossenen Kreises, der durch die Antriebsspule
und den Varistor gebildet wird, kann zuverlässig verhindert
werden. Gleichzeitig wird durch Ausschalten des Schalters dann,
wenn die Gegen-EMK, die größer ist als die Stromquellenspannung,
in der Antriebsspule generiert wird, der Varistor unmittelbar in
einen leitfähigen Zustand versetzt und der Strom fließt
zuverlässig innerhalb des geschlossenen Kreises.
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Vorzugsweise
ist der Varistor ein Zinkoxid-Varistor.
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Ein
solcher Zinkoxid-Varistor ist ein elektronisches Element, das im
Markt allgemein erhältlich ist und einfach erworben werden
kann. Dadurch kann die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
zu geringen Kosten hergestellt werden.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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2.
ist ein Zeitdiagramm, das eine Antriebssteuerung des Elektromagnetventils
zeigt, die mittels der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
gemäß 1 durchgeführt wird,
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3 ist
ein Schaltdiagramm einer Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung
gemäß eines Vergleichsbeispiels und
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das die Antriebssteuerung des Elektromagnetventils
zeigt, die mittels der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung gemäß 3 durchgeführt
wird.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Wie
in 1 gezeigt ist, bildet eine Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform eine Vorrichtung zum Erregen
(Antreiben) einer Antriebsspule 12 des Elektromagnetventils,
wodurch das Elektromagnetventil angetrieben wird, mit einem N-Kanal
MOSFET 14, einen P-Kanal MOSFET (Schalter, Halbleiterelement) 16,
einer Steuerschaltung 18, die durch einen Mikroprozessor
oder dgl. gebildet wird, einer Diode 20, die als eine Schwungrad-Diode
dient, einem Varistor 22, welcher einen Zinkoxid-Varistor nutzt,
einem ersten Widerstand 24 und einem zweiten Widerstand 26.
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In
diesem Fall sind der MOSFET 16, die Antriebsspule 12 und
der MOSFET 14 in Reihe zwischen einem Stromquellenanschluss 28,
dem eine Stromquellenspannung V von außen zugeführt
wird, und einem Steuereingangsanschluss 30, dem ein Antriebsbefehlsignal
Sa mit einem niedrigen Potential (bspw. einem Erdungspotential)
zugeführt wird, angeschlossen. Außerdem ist der
Varistor 22 parallel zu der Antriebsspule 12 angeschlossen
und die Diode 20 ist parallel zu der Reihenschaltung, die
aus dem MOSFET 16 und der Antriebsspule 12 besteht,
angeschlossen.
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Außerdem
sind der erste Widerstand 24 und der zweite Widerstand 26 in
einer Reihenschaltung zwischen dem Stromquellenanschluss 28 und
dem Steuereingangsanschluss 30 angeschlossen. Des weiteren
ist ein Stromquelleneingangsanschluss Vdd der Steuerschaltung 18 mit
dem Stromquellenanschluss 28 verbunden. Ein Steuereingangsanschluss Vss
ist mit dem Steuereingangsanschluss 30 verbunden. Ein Steuerausgangsanschluss
G ist mit einem Gate-Anschluss G1 des MOSFET 14 verbunden.
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Dementsprechend
sind die Reihenschaltung, die aus dem MOSFET 16, der Antriebsspule 12 und
dem MOSFET 14 besteht, die Reihenschaltung, die aus dem
ersten Widerstand 24 und dem zweiten Widerstand 26 besteht,
und die Steuerschaltung 18 parallel zwischen dem Stromquellenanschluss 28 und
dem Steuereingangsanschluss 30 angeschlossen. Außerdem
ist ein Verbindungs- oder Anschlusspunkt 32 des ersten
Widerstands 24 und des zweiten Widerstands 26,
die eine Schaltsteuereinrichtung 34 bilden, an einem Gate-Anschluss
G2 des MOSFET 16 angeschlossen.
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Als
nächstes wird mit Bezug auf 1 und das
Zeitdiagramm gemäß 2 eine Erläuterung
der Betriebsweise (in einem Verfahren zum Antreiben des Elektromagnetventils)
der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform gegeben.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird bei der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 zum
Antreiben des Elektromagnetventils die Erregung in einem Nennerregungsmodus
der Antriebsspule 12 (vgl. 1) für
eine festgelegte erste Zeitdauer T1 innerhalb eines festgelegten
Antriebsbefehlsintervalls T durchgeführt.
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Ein
Stromsparerregungsmodus der Antriebsspule 12 wird während
einer verbleibenden zweiten Zeitdauer T2 durchgeführt.
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Tatsächlich
werden bei der Elektromagnetventilsantriebssteuervorrichtung 10 das
Antriebsbefehlsintervall T und eine festgelegte AUS-Periode (ein
Zeitraum, in dem das Elektromagnetventil angehalten ist) nach dem
Antriebsbefehlsintervall T so betrachtet, dass sie einen Zykluszeitraum bilden.
Das Antreiben des Elektromagnetventils wird wiederholt über
eine Mehrzahl solcher Zykluszeiträume durchgeführt.
Bei den nachfolgenden Erläuterungen wird aber der Betrieb
der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 lediglich über
einen solchen Zykluszeitraum beschrieben.
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Außerdem
ist der oben erwähnte Nennerregungsmodus definiert als
ein Erregungsverfahren, bei welchem innerhalb des ersten Zeitraums
T1 eine Stromquellenspannung V, die eine Nennspannung der Antriebsspule 12 ist,
zum Antreiben (zum Initiieren der Bewegung) des Elektromagnetventils
aufgebracht wird, wobei die Stromquellenspannung V von dem Stromquellenanschluss 28 über
den MOSFET 16 unter einer Bedingung auf die Antriebsspule 12 aufgebracht
wird, bei welcher der MOSFET 14 (der erste MOSFET in 2)
und der MOSFET 16 (der zweite MOSFET in 2)
jeweils in einem EIN-Zustand sind (d. h., wobei das Leistungsverhältnis
eines EIN-Zustandes des MOSFETS 14 und des MOSFETS 16 gleich
100% ist).
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Außerdem
ist der oben erwähnte Stromsparerregungsmodus definiert
als ein Erregungsverfahren, bei dem während des zweiten
Zeitraumes T2 nach dem ersten Zeitraum T1 der MOSFET 14 wiederholt
ein- und ausgeschaltet wird (bei einer Aus-Periode T3 und einer
Ein-Periode T4), wobei der MOSFET 16 in einem EIN-Zustand
verbleibt. Dadurch wird das Elektromagnetventil mit verringerter Leistung
angetrieben (d. h., der angetriebene Zustand des Elektromagnet ventils
wird aufrecht erhalten), die niedriger ist als die Nennerregungsleistung, die
auf die Erregerspule 12 aufgebracht wird.
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Zunächst
wird zu einem Zeitpunkt t0, wenn die Stromquellenspannung V von
außen auf den Stromquellenanschluss 28 aufgebracht
wird und das Potential des Steuereingangsanschlusses 30 ein
Antriebsbefehlssignals Sa mit einem niedrigen Potential (bspw. Erdungspotential)
ist, ein Antriebsbefehlsintervall T initiiert.
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Bei
Initiierung des Antriebsbefehlsintervalls T wird die Stromquellenspannung
V von dem Stromquellenanschluss 28 an der Seite des Stromeingangsanschlusses
Vdd der Steuerschaltung 18 und des ersten Widerstandes 24 der
Schaltsteuereinrichtung 34 aufgebracht (aufgegeben), während
andererseits das Antriebssteuersignal Sa von dem Steuereingangsanschluss 30 an
der Seite des Steuereingangsanschlusses Vss und des zweiten Widerstands 26 der
Schaltsteuereinrichtung 34 aufgebracht wird. Als Folge
hiervon wird innerhalb des ersten Zeitraumes T1 von dem Zeitpunkt
t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 in der Steuerschaltung 18 ein
Steuersignal (ein Pulssignal mit einer Pulsweite T1) bei einem 100%
Antriebsleistungsverhältnis generiert und dem Gate-Anschluss
G1 des MOSFET 14 zugeführt. Außerdem wird
in der Schaltsteuereinrichtung 34 die Spannung an dem Verbindungspunkt 32,
die eine geteilte Spannung ist, welche durch Aufteilen der Stromquellenspannung
V auf der Basis des Widerstandswertes des ersten Widerstandes 24 und
des zweiten Widerstandes 26 ist, als das Steuersignal betrachtet
und dem Gate-Anschluss G2 des MOSFET 16 zugeführt (aufgegeben).
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Dementsprechend
wird während des ersten Zeitraumes T1 der MOSFET 14 durch
ein Steuersignal, welches dem Gate-Anschluss G1 von der Steuerschaltung 18 zugeführt
wird, in einen leitfähigen Zustand versetzt (eingeschaltet),
der den Drain-Anschluss D1 mit dem Source-Anschluss S1 verbindet. Andererseits wird
der MOSFET 16 durch ein Steuersignal, das dem Gate-Anschluss
G2 von dem Verbindungspunkt 32 zugeführt wird,
in einen leitfähigen Zustand versetzt (eingeschaltet),
der den Drain-Anschluss D2 mit dem Source-Anschluss S2 verbindet. Als
Folge hiervon wird die Stromquellenspannung V von dem Stromquellenanschluss 28 durch
den MOSFET 16 auf die Antriebsspule 12 aufgebracht,
woraufhin der Nennerregungsmodus hinsichtlich der Antriebsspule 12 durchgeführt
wird, um eine Bewegung des Elektromagnetventils zu initiieren.
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Wie
in 1 dargestellt ist, zeigt der Weg I1 von dem Stromquellenanschluss 28 durch
den MOSFET 16, die Antriebsspule 12 und den MOSFET 14 zu
dem Steuereingangsanschluss 30 den Weg des Stroms an, der
während des ersten Zeitraumes T1 in der Antriebsspule 12 fließt.
Außerdem ist der erste Zeitraum T1 auf ein ausreichendes
Zeitintervall eingestellt, so dass er die Initiierung der Bewegung
des Elektromagnetventils durch Aufbringung der Stromquellenspannung
V auf die Antriebsspule 12 ermöglicht, wodurch
das bewegliche Element innerhalb des Elektromagnetventils bewegt
und zu dem festen Eisenkern angezogen wird.
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Als
nächstes stoppt nach Abschluss des ersten Zeitraumes T1
in dem zweiten Zeitraum T2 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt
t4 die Steuerschaltung 18 die Zufuhr des Steuersignals
zu dem Gate-Anschluss G1 in dem Aus-Zeitraum T3 und liefert das
Steuersignal in dem EIN-Zeitraum T4 wiederholt an den Gate-Anschluss
G1. Dadurch wird ein Stromsparerregungsmodus unter einer PWM (pulsweitenmodulierten)
Steuerung durchgeführt. In diesem Fall wird der AUS-Zeitraum
T3 durch ein Zeitintervall von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt
t2 definiert, während der EIN-Zeitraum T4 durch ein Zeitintervall
von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 definiert wird. Dementsprechend
wird das Steuersignal durch ein wiederholtes Pulssignal mit einem Leistungsverhältnis
von T4/(T3 + T3) gebildet.
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In
dem AUS-Zeitraum T3 wird der MOSFET 14 aus einem EIN-Zustand
in einen AUS-Zustand zwischen dem Drain-Anschluss D1 und dem Source-Anschluss
S1 geschaltet, weil das Steuersignal dem Gate-Anschluss G1 von der
Steuerschaltung 18 nicht zugeführt wird, woraufhin
die Erregung der Antriebsspule 12 unterbrochen wird. Als
Folge hiervon kann in dem geschlossenen Schaltkreis (der geschlossene
Kreis, der durch den Weg 12 in 2 angedeutet
wird), welcher durch die Antriebsspule 12, den MOSFET 16 und
die Diode 20 gebildet wird, ein Strom, der durch die elektromagnetische
Energie des Elektromagnetventils bewirkt wird, die in der Antriebsspule 12 gespeichert
war, fließen und seine elektromagnetische Energie wird
durch die Diode 20 verbraucht. Da der AUS-Zeitraum T3 vergleichsweise
klein eingestellt ist, wird außerdem der Anziehungszustand
des beweglichen Elementes zu dem festen Eisenkern beibehalten, oder
das bewegliche Element wird nur leicht von dem festen Eisenkern
getrennt.
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Andererseits
wird in dem EIN-Zeitraum T4 der MOSFET 14 aus einem AUS-Zustand
in einen EIN-Zustand zwischen dem Drain-Anschluss D1 und dem Source-Anschluss
S1 umgeschaltet, weil das Steuersignal von der Steuerschaltung 18 dem Gate-Anschluss
G1 zugeführt wird, woraufhin die Erregung der Antriebsspule 12 erneut
initiiert wird und der Strom, der in der Antriebsspule 12 fließt,
entlang des Weges 11 in 1 fließt.
In diesem Fall wird die Anziehung des beweglichen Elementes zu dem
festen Eisenkern aufrecht erhalten, oder das bewegliche Element,
das nur geringfügig von dem festen Eisenkern entfernt war
oder das kurz davor steht, sich von dem festen Eisenkern zu trennen,
wird erneut fest durch den festen Eisenkern angezogen.
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Durch
wiederholtes Durchführen sequentieller Operationen des
AUS-Zeitraums T3 und des EIN-Zeitraums T4 von dem Zeitpunkt t1 bis
zu dem Zeitpunkt t4 (bis das Antriebsbefehlsintervall T abgeschlossen
ist) wird der Stromsparerregungsmodus hinsichtlich der Antriebsspule 12 durchgeführt,
während der ange triebene Zustand des Elektromagnetventils
aufrecht erhalten wird. Außerdem kann der zweite Zeitraum
T2 optional entsprechend einer gewünschten Antriebszeit
des gesteuerten Objekts (Fluidvorrichtung) des Elektromagnetventils
eingestellt werden. Auch während des zweiten Zeitraums T2
wird außerdem der MOSFET 16 in einem EIN-Zustand
gehalten, da die Stromquellenspannung V durchgehend von dem Stromquellenanschluss 28 der
Schaltsteuereinrichtung 34 zugeführt wird (vgl. 2).
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Da
die Zufuhr der Stromquellenspannung V von außen zu dem
Stromquellenanschluss 28 beendet wird und die Zufuhr der
Stromquellenspannung V zu dem Stromquelleneingangsanschluss Vdd
der Steuerschaltung 18 und zu der Seite des ersten Widerstands 24 der
Schaltsteuereinrichtung 34 ebenfalls gestoppt wird, wird
außerdem zu dem Zeitpunkt t4 die Erzeugung der entsprechenden
Steuersignale von der Steuerschaltung 18 und der Schaltsteuereinrichtung 34 und
die Zufuhr solcher Steuersignale zu den Gate-Anschlüssen
G1, G2 ebenfalls angehalten. Als Folge hiervon werden die MOSFETs 14 und 16 aus
dem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand umgeschaltet, woraufhin die
Erregung der Antriebsspule 12 gestoppt wird. Durch Beenden
der elektrischen Erregung der Antriebsspule 12 wird eine
Gegen-EMK, die durch die elektromagnetische Energie bewirkt wird,
in der Antriebsspule 12 generiert, die größer
ist als die Stromquellenspannung V.
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Zu
dieser Zeit wird in dem Varistor 22 ein Zinkoxid-Varistor
eingesetzt, wobei der Widerstandswert des Varistors, dem eine Spannung
aufgegeben wird, die größer ist als die Stromquellenspannung
V, unmittelbar abgesenkt wird, um den Varistor in einen leitfähigen
Zustand zu versetzen. Wenn die Spannung, die durch das Ausschalten
des MOSFET 16 in dem parallelen Schaltkreis, der aus der
Antriebsspule 12 und dem Varistor 22 besteht,
generiert wird, die Gegen-EMK ist, die größer
ist als die Stromquellenspannung V, wird daher der Widerstandswert
des Varistors 22 zu dem Zeitpunkt t4 unmittelbar abgesenkt. Als Folge
hiervon nimmt der Varistor 22 einen leitfähigen
Zustand an, und ein durch die Gegen-EMK bewirkter Strom fließt
innerhalb des geschlossenen Kreises, der durch die Antriebsspule 12 und
den Varistor 22 gebildet wird (der geschlossene Kreis,
der durch den Weg 13 in 1 angedeutet
wird). Dementsprechend wird die elektromagnetische Energie in dem
Varistor 22 als Wärmeenergie verbraucht, was dazu
führt, dass der Strom während der Übergangsperiode
T5 von dem Zeitpunkt t4 zu dem Zeitpunkt t5 (der Zeitraum, der durch
die schräge Linie in 2 angedeutet
ist) in kurzer Zeit auf ein Nullniveau verringert wird. Als Folge
hiervon trennt sich das bewegliche Element unmittelbar von dem festen
Eisenkern, und das Elektromagnetventil nimmt schnell einen angehaltenen
Zustand ein.
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Der
Aufbau und die Betriebsweise des Elektromagnetventils und der Steuerschaltung
18 sind gut
bekannt (vgl. bspw. die japanischen Patentoffenlegungsschriften
JP 2007-024281 A und
JP 2007-177818 A ),
so dass auf die Details dieser Merkmale in der vorliegenden Beschreibung
nicht näher eingegangen werden muss und insoweit auf die
Beschreibung in diesen Veröffentlichungen verwiesen wird.
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Als
nächstes werden die Vorteile und Wirkungsweisen der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 und
das Verfahren zum Antreiben eines Elektromagnetventils gemäß der
vorliegenden Ausführungsform erläutert.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 40 gemäß dem
Stand der Technik (Vergleichsbeispiel). 4 ist ein
Zeitdiagramm, das eine Antriebssteuerung des Elektromagnetventils
zeigt, die durch die Elektromagnetventilantriebssteuerungsvorrichtung 40 durchgeführt
wird. In den 3 und 4 werden diejenigen
Aufbauelemente, die denen in den 1 und 2 entsprechen,
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die obige
Beschreibung verwiesen.
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Bei
der Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 40 gemäß dem
Vergleichsbeispiel fließt zu dem Zeitpunkt t4, wenn der
MOSFET 14 eingeschaltet und die Erregung der Antriebsspule 12 angehalten
ist, ein Strom, der durch die in der Antriebsspule 12 generierte
Gegen-EMK bewirkt wird, innerhalb eines geschlossenen Kreises (des
geschlossenen Kreises, der durch den Weg 12 in 3 angedeutet
ist), welcher durch die Antriebsspule 12 und die Diode 20 gebildet
wird. Da in diesem Fall der Strom durch die Diode 20 fließt
und die elektromagnetische Energie des Elektromagnetventils innerhalb des
geschlossenen Kreises verbraucht wird, fließt der Strom über
einen vergleichsweise langen Zeitraum (die Übergangsperiode
T6 von dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t6 wie es durch die
schräge Linie in 4 angedeutet
ist) innerhalb des geschlossenen Kreises weiter, und eine Antwortverzögerung
im Hinblick auf das Stoppen des angetriebenen Zustandes des Elektromagnetventils
wird generiert.
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Im
Gegensatz dazu umfasst bei der Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 (vgl. 1)
den MOSFET 16, der in Reihe mit der Antriebsspule 12 des
Elektromagnetventils angeschlossen ist, den Varistor 22,
der parallel zu der Antriebsspule 12 angeschlossen ist,
und die Diode 20, die parallel zu der Antriebsspule 12 und
dem MOSFET 16 angeschlossen ist. Nachdem die Antriebsspule 12 erregt
und das Elektromagnetventil angetrieben wurde, wobei der MOSFET 16 in
einem EIN-Zustand ist (während des Antriebsbefehlsintervalls
T), wird der MOSFET 16 ausgeschaltet.
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Da
der Varistor 22 ein spannungsabhängiger Widerstand
ist, dessen Widerstandwert sich entsprechend dem Wert der auf den
Varistor 22 aufgebrachten Spannung ändert, wird
in diesem Fall der Widerstandswert durch die Gegen-EMK unmittelbar
verringert, wenn der MOSFET 16 ausgeschaltet und in der Antriebsspule 12 eine
vergleichsweise große Gegen-EMK generiert wird, und der
Varistor 22 wird in einen leitfähigen Zustand
versetzt. Dadurch fließt der Strom, der durch Gegen-EMK
bewirkt wird, innerhalb eines geschlossenen Kreises (des geschlossenen Kreises,
der durch den Weg 13 in 1 angedeutet wird),
welcher durch die Antriebsspule 12 und den Varistor 22 gebildet
wird.
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Im
Einzelnen fließt bei der vorliegenden Ausführungsform
der Strom nicht in dem geschlossenen Kreis (dem geschlossenen Kreis,
der durch den Weg 12 in 3 angedeutet
wird), welcher durch die Antriebsspule 12 und die Diode 20 in
dem Vergleichsbeispiel gebildet wird, sondern vielmehr in dem geschlossenen
Kreis (dem geschlossenen Kreis, der durch den Weg 13 in 1 angedeutet
wird), welcher durch die Antriebsspule 12 und den Varistor 22 gebildet
wird. Dadurch wird die elektromagnetische Energie (elektromagnetische
Energie entsprechend der Gegen-EMK), die in dem Elektromagnetventil
gespeichert ist, als Wärmeenergie in dem Varistor 22 verbraucht.
Als Folge hiervon kann im Gegensatz zu dem Vergleichsbeispiel der
Strom in einem kürzeren Zeitraum (T5 < T6) auf ein Nullniveau reduziert werden.
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Indem
bei der vorliegenden Ausführungsform verhindert wird, dass
der Strom, der durch die Gegen-EMK bewirkt wird, wenn der angetriebene
Zustand des Elektromagnetventils gestoppt wird, durch die Diode 20 fließt,
kann die Antwortgeschwindigkeit des Elektromagnetventils hinsichtlich
des Anhaltens seines Antriebs gemäß dem AUS-Zustand
des MOSFET 16 und der Leitfähigkeit des Varistors 22 entsprechend
der Gegen-EMK mit Hilfe eines einfachen Schaltungsaufbaus verbessert
werden.
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Außerdem
umfasst die Elektromagnetventilssteuervorrichtung 10 den
Stromquellenanschluss 28 für die Zufuhr der Stromquellenspannung
V zu der Antriebsspule 12 durch den MOSFET 16 und
die Schaltsteuereinrichtung 34, die mit dem Stromquellenanschluss 28 verbunden
ist, um die AN- und AUS- Zustände des MOSFET 16 auf
der Basis der Stromquellenspannung V zu steuern. Während
des Zeitraumes (des Antriebsbefehlsintervalls T), in dem der MOSFET 16 eingeschaltet
ist, wird daher die Stromquellenspannung der Antriebsspule 12 von dem
Stromquellenanschluss 28 durch den MOSFET 16 zugeführt
(d. h. erregt die Antriebsspule 12), wodurch das Elektromagnetventil
angetrieben werden kann. Der Stromquellenanschluss 28 kann
gleichzeitig als Anschluss für die Zufuhr von Spannung
zu der Schaltsteuereinrichtung 34 wie auch als Anschluss zum
Erregen der Antriebsspule 12 verwendet werden.
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Da
der MOSFET 16 zwischen dem Stromquellenanschluss 28 und
der Antriebsspule 12 auf der Basis eines Steuersignals
von der Schaltsteuereinrichtung 34 ein- und ausgeschaltet
wird, kann außerdem die Steuerung der EIN- und AUS-Zustände einfach
durchgeführt werden, und die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 kann
preiswert hergestellt werden.
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Da
die Schaltsteuereinrichtung 34 durch den ersten Widerstand 24 und
den zweiten Widerstand 26 gebildet wird, kann außerdem
die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 mit
Hilfe eines einfachen Schaltungsaufbaus und zu geringen Kosten realisiert
werden. Da die Spannung des Anschlusspunktes 32 als das
Steuersignal betrachtet wird, das dem Gate-Anschluss G2 zugeführt
wird, kann das Steuersignal außerdem einfach generiert
werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform wurden die durch den MOSFET 16 angenommenen
EIN- und AUS-Zustände erläutert. Da die Spannung
aber als das Steuersignal angenommen wird, können auch
dann, wenn der MOSFET 16 durch andere Arten von spannungsgesteuerten
Halbleiterelementen (bspw. einen FET) ersetzt wurde, die gleichen
Vorteile und Wirkungsweisen der vorliegenden Ausführungsfrom
einfach erreicht werden.
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Da
der Varistor 22 leitfähig wird, wenn die Spannung
in der Parallelschaltung, die aus der Antriebsspule 12 und
dem Varistor 22 besteht, größer wird
als die Stromquellenspannung V während die Stromquellenspannung
V der Antriebsspule 12 von dem Stromquellenanschluss 28 durch
den MOSFET 16 zugeführt wird, um das Elektromagnetventil
anzutreiben, kann außerdem zuverlässig verhindert
werden, dass der Varistor 22 leitfähig wird und
Strom in dem geschlossenen Kreis fließt, der durch die
Antriebsspule 12 und den Varistor 22 gebildet
wird. Da der MOSFET 16 ausgeschaltet wird, wird gleichzeitig dann,
wenn die in der Antriebsspule 12 generierte Gegen-EMK (gegenelektromotorische
Kraft) größer wird als die Stromquellenspannung
V, der Varistor 22 unmittelbar leitfähig und der
Strom kann zuverlässig innerhalb des geschlossenen Kreises
fließen.
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Außerdem
wird vorzugsweise ein Zinkoxid-Varistor als Varistor 22 verwendet.
Ein solcher Zinkoxid-Varistor ist ein elektronisches Element, das im
Markt allgemein erhältlich ist und einfach erworben werden
kann. Dadurch kann die Elektromagnetventilantriebssteuervorrichtung 10 zu
geringen Kosten hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 63-297881
A1 [0003]
- - JP 04-354106 A [0003, 0004]
- - JP 63-297881 A [0004]
- - JP 2007-024281 A [0047]
- - JP 2007-177818 A [0047]