DE112007001309T5 - System und Verfahren zum Detektieren einer Elektromagnet-Ankerbewegung - Google Patents

System und Verfahren zum Detektieren einer Elektromagnet-Ankerbewegung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Detektion der Betätigung eines Ankers (122), der mit dem Elektromagneten (120) assoziiert ist, welches Folgendes aufweist:
Liefern eines Spannungspotenzials an eine Elektromagnetspule (121), die mit dem Elektromagneten assoziiert ist;
Messen eines durch die Elektromagnetspule fließenden Stroms;
Ausschalten des Spannungspotenzials, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht;
Anschalten des Spannungspotenzials, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht;
Messen einer Zeitperiode zwischen Impulsen, die mit dem Anschalten und dem Ausschalten des Spannungspotenzials assoziiert sind;
Vergleichen der gemessenen Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten, die einen Induktivitätszunahmepegel anzeigen, der mit der Spule assoziiert ist; und
basierend auf dem Vergleich, Bestimmen einer Einzugszeit eines mit dem Elektromagnet assoziierten Ankers.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich Allgemein auf Ankerpositionsdetektoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Detektieren einer Elektromagnetankerbewegung.
  • Hintergrund
  • Elektromagneten sind typischerweise als irgendeine elektromagnetische Vorrichtung klassifiziert, die elektrische Energie in einen linearen Impuls bzw. eine lineare Bewegung umwandeln. Elektromagneten können einen Spulenleiter aufweisen, der um einen Metallkolben gewickelt ist, der als ein Anker dient. Wenn Spannung an die Spulenterminals angelegt wird, wird Strom durch den Spulenleiter geleitet, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches den Metallkolben zum Feld hin zieht. Eine elektromagnetische Steuervorrichtung kann mit dem Elektromagneten gekoppelt sein, um den Fluss des Stroms durch den Spulenleiter zu regeln, um das elektromagnetische Feld zu steuern.
  • Die Position des Kolbens kann durch Steuerung der Stärke des elektromagnetischen Feldes manipuliert werden. Um anfänglich den Elektromagnetanker zu betätigen, kann beispielsweise eine Spannung an den Spulenleiter angelegt werden, die die Spule erregt und das elektromagnetische Feld stärkt, welches mit der Spule assoziiert ist. Wenn die elektromagnetische Kraft stark genug wird, um die statischen kinetischen Kräfte zu überwinden, die mit dem Anker assoziiert sind, wird der Anker zum Feld hin "hereingezogen". Sobald der Anker sich zu der "hereingezogenen" Position bewegt hat, kann der Strom in der Spule auf ein minimales Niveau verringert werden, welches erforderlich ist, um den Anker am Platz zu halten (d. h. auf den "Haltestrom"). Um den Anker zu lösen, wodurch seine Rückkehr zum ursprünglichen Zustand (d. h. zum "Ruhezustand") gestattet wird, kann der Strom durch die Spule abgeschaltet werden, was gestattet, dass das elektromagnetische Feld dissipiert bzw. vergeht. Sobald der Strompegel in der Spule unter den "Haltestrom" fällt, reichen die elektromagnetischen Kräfte, die auf den Anker wirken, nicht länger, um den Anker am Platz zu halten, und der Anker wird auf seinen Ruhezustand zurückgebracht.
  • In gewissen Situationen kann es vorteilhaft sein, zu wissen, wann der Anker betätigt ist. Bei elektronischen Brennstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren kann beispielsweise ein brennstoffeffizienter Betrieb des Motors vom präzisen Betrieb von einem oder mehreren Elektromagnetventilen abhängen. Eine effektive Bestimmung des Betriebs der Elektromagnetventile kann nicht nur von der Zeit abhängen, in der die Steuersignale zum Elektromagneten gesendet werden, sondern von der Betätigungszeit der Elektromagnetanker, die die Ventile öffnen und schließen können. Somit können ein System und ein Verfahren zur genauen Bestimmung der Ankerbewegungszeit erforderlich sein.
  • Zumindest ein System ist entwickelt worden, um einen "Abfall-Zustand" (Drop-Off-Zustand) zu detektieren, der mit einer magnetisch betriebenen Vorrichtung assoziiert ist. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 6 118 562 ("das '562-Patent"), welches an Lutz und Andere am 13. Februar 2001 erteilt wurde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines zufälligen Schließens eines Elektromagnetventils. Das System des '562-Patentes ist konfiguriert, um die Frequenz eines gepulsten Haltestroms zu überwachen und basierend auf einer Steigerung der Frequenz zu bestimmen, dass ein mit dem Elektromagnetventil assoziierter Anker zufällig abgefallen ist, was bewirkt, dass das Ventil irrtümlicher Weise schließt.
  • Obwohl das System des '562-Patentes ein irrtümliches oder zufälliges Abfallen bzw. Lösen eines Elektromagnetankers bestimmen kann, kann es problematisch sein. Weil beispielsweise das System nur die Frequenz des gepulsten Signals überwachen kann, welches den Haltestrom liefert, um einen zufälligen Abfall bzw. Lösungsvorgang zu detektieren, kann es nicht bestimmen, wann der Anker in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, nachdem der Haltestrom ausgeschaltet worden ist. Als eine Folge können Systeme, die eine genaue Detektion einer An kerbewegung unter normalen Betriebsbedingungen fordern, ineffizient und ungenau werden.
  • Die vorliegenden offenbarten Systeme und Verfahren zum Detektieren einer Elektromagnetankerbewegung sind darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Detektieren der Betätigung eines Ankers gerichtet, der mit einem Elektromagneten assoziiert ist. Das Verfahren kann aufweisen, ein Spannungspotenzial an eine Elektromagnetspule zu liefern, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist. Das Verfahren kann auch aufweisen, einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt. Das Verfahren kann weiter aufweisen, das Spannungspotenzial auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Das Verfahren kann auch aufweisen, das Spannungspotential anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Das Verfahren kann weiter aufweisen, eine Zeitperiode zwischen den Pulsen zu messen, die mit dem Anschalten und Ausschalten des Spannungspotenzials assoziiert sind. Das Verfahren kann auch aufweisen, die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten zu vergleichen, die ein Induktivitätszunahmeniveau anzeigen, das mit der Spule assoziiert ist. Das Verfahren kann weiter aufweisen, basierend auf dem Vergleich eine Einzugszeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Detektieren des Abfallens bzw. Lösens eines Ankers gerichtet, der mit einem Elektromagneten assoziiert ist. Das Verfahren kann aufweisen, nachdem ein Haltestrom, der mit einer Elektromagnetspule assoziiert ist, ausgeschaltet worden ist, eine gepulste Testspannung an die Elektromagnetspule zu liefern. Das Verfahren kann auch aufweisen, einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt. Das Verfahren kann weiter aufweisen, die gepulste Testspannung abzu schalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Das Verfahren kann auch aufweisen, die gepulste Testspannung anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen minimalen Wert erreicht. Das Verfahren kann weiter aufweisen, eine Zeitperiode zwischen jedem Impuls zu messen, die mit der gepulsten Testspannung assoziiert ist. Das Verfahren kann auch aufweisen, die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen zu vergleichen. Das Verfahren kann weiter aufweisen, basierend auf dem Vergleich eine Abfallzeit bzw. Lösezeit (Drop-Off-Zeit) eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Ankerbetätigungsdetektionssystem gerichtet. Das System kann eine Leistungsversorgung aufweisen, die selektiv mit einer Elektromagnetspule über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe zu liefern. Das System kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder der Vielzahl von Schaltelementen gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um das eine Schaltelement oder die Vielzahl von Schaltelementen zu betätigen, um selektiv ein Spannungspotenzial an die Elektromagnetspule zu liefern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um das Spannungspotenzial auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um das Spannungspotenzial anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um eine Zeitperiode zwischen Impulsen des Spannungspotenzials zu messen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten zu vergleichen, die eine logarithmische Zunahmecharakteristik anzeigen, die mit der Elektromagnetspule assoziiert ist. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um basierend auf dem Vergleich eine Einzugszeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Ankerlösedetektionssystem bzw. Ankerabfalldetektionssystem gerichtet. Das System kann eine Leistungsversorgung aufweisen, die selektiv mit einer Elektromagnetspule über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe zu liefern. Das System kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder der Vielzahl von Schaltelementen gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um, nachdem ein mit einem Elektromagnet assoziierter Haltestrom abgeschaltet worden ist, das eine Schaltelement oder die Vielzahl von Schaltelementen zu betreiben, um selektiv eine gepulste Testspannung an die Elektromagnetspule zu liefern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um die gepulste Testspannung auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gepulste Testspannung anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um eine Zeitperiode zwischen jedem Puls zu messen, der mit der gepulsten Testspannung assoziiert ist. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen zu vergleichen. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um basierend auf dem Vergleich eine Abfall- bzw. Lösezeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Maschine mit einem Elektromagneten gerichtet, der einen Leiter und einen Anker aufweist, wobei der Leiter im Wesentlichen um den Anker in einer Längsrichtung spulenförmig gewickelt ist und von dem Anker über einen Luftspalt getrennt ist, wobei der Anker geeignet ist, um sich relativ zum Leiter in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches von dem Leiter erzeugt wird. Die Maschine kann weiter ein Ankerabfall- bzw. Ankerlösesystem aufweisen, welches betriebsmäßig mit dem Elektromagneten gekoppelt ist. Das Ankerlösesystem kann eine Leistungsversorgung aufweisen, die selektiv mit dem Elektromagnetleiter über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe vorzusehen. Das Ankerlösesystem kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder der Vielzahl von Schaltelementen gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um, nachdem ein mit einem Elektromagnetleiter assoziierter Erregungsstrom abgeschaltet worden ist, das eine Schaltelement oder die Vielzahl von Schaltelementen zu betreiben, um selektiv eine gepulste Testspannung an den Elektromagnetleiter zu liefern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um einen Strom zu messen, der durch den Elektromagnetleiter fließt. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um die gepulste Testspannung auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gepulste Testspannung anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um eine Zeitperiode zwischen jedem Impuls zu messen, der mit der gepulsten Testspannung assoziiert ist. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen zu vergleichen. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um basierend auf dem Vergleich eine Abfallzeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf eine Maschine mit einem Elektromagneten gerichtet sein, der einen Leiter und einen Anker aufweist, wobei der Leiter im Wesentlichen um den Anker in einer Längsrichtung in Spulenform gewickelt ist und von dem Anker durch einen Luftspalt getrennt ist, wobei der Anker geeignet ist, um sich relativ zum Leiter in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches von dem Leiter erzeugt wird. Die Maschine kann ein Ankerbetätigungsdetektionssystem aufweisen, welches betriebsmäßig mit dem Elektromagneten gekoppelt ist. Das Ankerbetätigungsdetektionssystem kann eine Leistungsversorgung aufweisen, die selektiv mit einem Elektromagnetleiter über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe vorzusehen. Das Ankerbetätigungsdetektionssystem kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder der Vielzahl von Schaltelementen gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um das eine Schaltelement oder die Vielzahl von Schaltelementen zu betätigen, um selektiv ein Spannungspotenzial an den Elektromagnetleiter zu liefern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um einen Strom zu messen, der durch den Elektromagnetleiter fließt. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um das Spannungspotenzial auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um das Spannungspotenzial anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um eine Zeitperiode zwischen Impulsen des Spannungspotenzials zu messen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten zu vergleichen, die eine logarithmische Zunahmecharakteristik zeigen, die mit dem Elektromagnetleiter assoziiert ist. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um basierend auf dem Vergleich eine Einzugszeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 sieht eine diagrammartige Darstellung vor, die eine beispielhafte Maschine gemäß gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen abbildet;
  • 2 sieht eine Blockdiagrammdarstellung eines beispielhaften Ankerbewegungsdetektionssystems gemäß den offenbarten Ausführungsbeispielen vor;
  • 3 sieht eine Kurvendarstellung vor, die eine Elektromagnetspulenspannung und einen Elektromagnetspulenstrom bezüglich der Zeit gemäß den offenbarten Ausführungsbeispielen veranschaulicht;
  • 4 sieht ein Flussdiagramm vor, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Detektion der Betätigung eines Elektromagnetankers in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen abbildet;
  • 5 sieht eine Kurvendarstellung vor, die eine gemessene Zeit zwischen Impulsen im Vergleich zu einer logarithmischen Zunahmekurve veranschaulicht, die mit einem Elektromagneten assoziiert ist;
  • 6 sieht ein Flussdiagramm vor, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren des Abfallens bzw. Lösens eines Elektromagnetankers in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen abbildet; und
  • 7 sieht eine Kurvendarstellung vor, die die gemessene Zeit zwischen Spannungsimpulsen bezüglich der Zeit veranschaulicht, die mit einem Lösevorgang eines Elektromagneten assoziiert ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 sieht eine diagrammartige Darstellung einer beispielhaften Maschine 100 gemäß gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen vor. Die Maschine 100 kann irgendeine feste oder mobile Maschine zur Ausführung einer Aufgabe aufweisen, die mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise mit Bergbau, Bau, Ackerbau, Transport, Leistungserzeugung, Produktion oder mit irgendeinem anderen Industriezweig. Nicht einschränkende Beispiele von festen Maschinen weisen Motorsysteme, Turbinen, Leistungsgeneratoren, stationäre Bohreinrichtungen (beispielsweise für eine Offshore- bzw. Hochseebohrplattform) und irgendwelche anderen Arten von festen Maschinen auf. Nicht einschränkende Beispiele von mobilen Maschinen weisen Kräne, Lieferfahrzeuge, Frontlader, Traktoren, Straßen- und Geländefahrzeuge, Automobile, Bagger, Kipplastwägen oder irgendeine andere geeignete mobile Maschine auf. Die Maschine 100 kann unter Anderem eine Leistungsquelle 101 aufweisen, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, eine elektronische Steuereinheit (ECU = electronic control unit) 102, einen oder mehrere Elektromagneten 120, die konfiguriert sind, um zumindest eine Aufgabe auszuführen, die mit der Maschine 100 assoziiert ist, und ein System 110 zum Detektieren der Bewegung eines Ankers, der mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist. Obwohl die Maschine 100 als eine Raupentraktormaschine veranschaulicht ist, wird in Betracht gezogen, dass die Maschine 100 irgendeine geeignete Bauart einer mobilen oder festen Maschine aufweisen kann, wie beispielsweise jene, die oben beschrieben wurden.
  • Die Leistungsquelle 101 kann irgendeine Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Energie zur Anwendung durch die Maschine 100 auszugeben. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 100 einen Verbrennungsmotor aufweisen, der konfiguriert ist, um mit Dieselbrennstoff, Benzin, Erdgas oder irgendeine anderen Art von Brennstoff zu arbeiten. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Leistungsquelle 101 irgendeine Art einer Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um elektrische und/oder mechanische Energie auszugeben, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, einen Generator, eine Batterie, eine Turbine, eine Wechselstromvorrichtung, einen Transformator oder irgendeine andere geeignete Leistungsausgabevorrichtung.
  • Die elektronische Steuereinheit 102 kann mit einer Vielzahl von Untersystemen und Komponenten gekoppelt sein, die mit der Maschine 100 assoziiert sind, und sie kann konfiguriert sein, um Betriebsvorgänge zu überwachen und zu steuern, die mit diesen Systemen und Komponenten assoziiert sind. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinheit 102 betriebsmäßig mit der Leistungsquelle 101 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um Betriebsvorgänge zu steuern, die mit Untersystemen und Komponenten assoziiert sind, die mit der Leistungsquelle 101 assoziiert sind. Alternativ und/oder zusätzlich kann die elektronische Steuereinheit 102 in kommunizierender Weise mit dem System 110 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um den Betrieb von einem oder mehreren Elektromagneten 120 der Maschine 100 zu steuern. Obwohl die elektronische Steuereinheit 102 als eine Steuereinheit für die Maschine 100 veranschaulicht ist, kann die elektronische Steuereinheit 102 irgendeine Art eines Steuersystems aufweisen, wie beispielsweise ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM = powertrain control module), das mit einem Automobil assoziiert ist, eine Steuervorrichtung, die mit einem Teil einer Herstellungseinrichtung assoziiert ist oder irgendein anderes geeignetes System, welches geeignet sein kann, um einen betrieblichen Aspekt zu überwachen und/oder zu steuern, der mit der Maschine 100 assoziiert ist.
  • Ein oder mehrere Elektromagneten 120 weisen jeweils einen elektromechanischen Wandler auf, der konfiguriert ist, um elektrische Energie in einen linearen Impuls bzw. eine lineare Bewegung zur Betätigung von mindestens einer mechanischen Vorrichtung umzuwandeln, die mit der Maschine 100 assoziiert ist. Beispielsweise kann der Elektromagnet 120 als ein elektromechanisches Ventil, als ein Relais, ein Schalter oder als irgendeine andere geeignete Vorrichtung konfigu riert sein, die konfiguriert sein kann, um mechanische Ausgangsleistung basierend auf einer elektrischen Leistungseingabe zu liefern. Beispielsweise kann der Elektromagnet 120 ein oder mehrere Ventile aufweisen, die konfiguriert sind, um den Brennstofffluss zu einer Brennkammer zu regeln. Alternativ kann der Elektromagnet 120 einen Startermotorschalter aufweisen, der konfiguriert ist, um einen Stromfluss zur Erregung eines Startermotors zu erleichtern, welcher mit der Maschine 100 assoziiert ist. Alternativ und/oder zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass ein oder mehrere Elektromagneten 120 in irgendeiner Anwendung vorgesehen sein können, die mit der Maschine 100 assoziiert sind, wo die elektronische Steuerung der mechanischen Betätigungsvorrichtungen erforderlich ist.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann der Elektromagnet 120 ein oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um eine elektrische Leistungseingabe aufzunehmen und mechanische Leistungsausgabe ansprechend auf die Leistungseingabe zu liefern. Beispielsweise kann der Elektromagnet 120 eine Elektromagnetspule 121 aufweisen, die selektiv mit einem Anker 122 gekoppelt ist und vom Anker 122 durch einen Luftspalt 123 getrennt ist. Der Elektromagnet 120 kann auch eine Positionierungsvorrichtung 124 aufweisen, um den Anker 122 in einem anfänglichen (oder ursprünglichen) Zustand zu positionieren (durch die Position "A" bezeichnet), wenn kein elektromagnetisches Feld im Luftspalt 123 vorhanden ist.
  • Die Elektromagnetspule 121 kann irgendeine Art eines metallischen Leiters aufweisen und kann in einer im Wesentlichen spulenartigen Anordnung konfiguriert sein. Diese spulenartige Anordnung kann die Induktion eines elektromagnetischen Feldes im Wesentlichen um die Spule herum erleichtern, wobei das stärkste Feld in dem Bereich enthalten ist, der mit einem Umfang assoziiert ist, der durch die Spule erzeugt wird. Die Elektromagnetspule 121 kann Kupfer, Aluminium, Stahl, Nickel, Eisen oder irgendeinen anderen geeigneten Metall- oder Metalllegierungsdraht aufweisen, der verwendet werden kann, um ein Magnetfeld zu induzieren, welches mit dem durch Durchgang von Strom durch den Draht assoziiert ist.
  • Der Anker 122 kann im Wesentlichen in Längsrichtung in dem gewickelten Leiter angeordnet sein und konfiguriert sein, um sich relativ zur Elektromagnetspule 121 in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Spule läuft. Beispielsweise kann der Anker 122 konfiguriert sein, um sich von einer ursprünglichen Position "A" zu einer "hereingezogenen" Position "B" in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches von der Elektromagnetspule 121 geliefert wird. Die Bewegung des Ankers 122 kann proportional zur Stärke des elektromagnetischen Feldes sein und kann im Wesentlichen in Richtung des Stromflusses durch die Elektromagnetspule 121 sein. Der Anker 122 kann aus irgendeinem Material mit hoher magnetischer Permeabilität aufgebaut sein, wie beispielsweise aus Eisen, Nickel, Kobalt oder irgendeinem anderen geeigneten Metall oder einer Metalllegierung mit hoher Permeabilität.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann der Elektromagnet 120 selektiv mit einem System 110 zur Detektion der Ankerbewegung gekoppelt sein. Das System 110 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um Betriebsvorgänge des Elektromagneten 120 zu steuern, um einen oder mehrere betriebliche Aspekte zu überwachen, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert sind, und um zu bestimmen, wann der Anker 122, der mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist, die Positionen verändert hat. Das System 110 kann unter Anderem eine Leistungsversorgung 140 aufweisen, die selektiv mit dem Elektromagneten 120 über ein oder mehrere Schaltelemente 130 gekoppelt ist und eine Steuervorrichtung 150 zur Überwachung und Steuerung von Betriebsvorgängen des Systems 110.
  • Die Leistungsversorgung 140 kann irgendeine Vorrichtung aufweisen, um eine elektrische Leistungsausgabe zur Anwendung durch den Elektromagneten 120 vorzusehen. Die Leistungsversorgung 140 kann beispielsweise einen Generator, eine Lichtmaschine, eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Transformator, einen Leistungswandler oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung zum Liefern von Wechselstrom- oder Gleichstromleistung zur Anwendung durch den Elektromagneten 120 aufweisen. Die Leistungsversorgung 140 kann eine alleinstehende Quelle für elektrische Leistung bilden, die konfiguriert ist, um Leistung zu einer Vielzahl von elektrischen Systemen oder Komponenten zu liefern, die mit der Maschine 100 assoziiert sind. Alternativ kann die Leistungsversorgung 140 in der Steuervorrichtung 150 als eine integrierte Einheit vorgesehen sein, die ausschließlich zur Anwendung durch die Steuervorrichtung 150 vorgesehen ist.
  • Die Schaltelemente 130 können eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um selektiv die Leistungsversorgung 140 mit dem Elektromagneten 120 zu koppeln. Die Schaltelemente 130 können irgendeine Bauart eines mechanischen oder elektrischen Schalters, wie beispielsweise einen Solid-State- bzw. Halbleitertransistorschalter (beispielsweise ein FET-Schalter, ein BJT-Schalter, ein CMOS-Schalter, ein IGBT-Schalter usw.), eine Relais-Vorrichtung, einen Schaltungsunterbrecher oder irgendeine andere Vorrichtung aufweisen, die geeignet ist, um selektiv die Leistungsversorgung 140 mit dem Elektromagneten 120 zu koppeln. Schaltelemente 130 können elektronisch durch eine Steuereinheit betrieben werden, wie beispielsweise durch die elektronische Steuereinheit 102 oder die Steuervorrichtung 150.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann irgendeine Art eines prozessorbasierten Systems aufweisen, auf dem Prozesse und Verfahren in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen vorgesehen sein können. Die Steuervorrichtung 150 kann eine oder mehrere Hardware-Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) 151, ein Arbeitsspeichermodul (RAM-Modul, RAM = random access memory) 152, ein Lesespeichermodul (ROM-Modul = read-only memory) 153, einen Speicher 154 und eine Datenbank 155. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Software-Komponenten aufweisen, wie beispielsweise ein computerlesbares Medium, welches vom Computer ausführbare Anweisungen aufweist, um Verfahren in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen auszuführen. Es wird in Betracht gezogen, dass eine oder mehrere der oben aufgelisteten Hardware-Komponenten unter Verwendung von Software bzw. Programmen eingerichtet werden können. Beispielsweise kann der Speicher 154 eine Software-Abteilung aufweisen, die mit einer oder mehreren an deren Hardware-Komponenten der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 150 kann zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten und/oder andere Komponenten aufweisen als jene, die oben aufgelistet sind. Es sei bemerkt, dass die oben aufgelisteten Komponenten nur beispielhaft sind und nicht einschränkend sein sollen.
  • Die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen, wobei jeder konfiguriert ist, um Anweisungen auszuführen und Daten zu verarbeiten, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert sind. Wie in 2 veranschaulicht, kann die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kommunizierend mit dem Arbeitsspeicher 152, dem Lesespeicher 153, dem Speicher 154 und der Datenbank 155 gekoppelt sein. Die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kann konfiguriert sein, um Sequenzen von Computerprogrammanweisungen auszuführen, um verschiedene Prozesse auszuführen, die unten im Detail beschrieben werden. Die Computerprogrammanweisungen können in den Arbeitsspeicher 152 zur Ausführung durch die zentrale Verarbeitungseinheit 151 geladen werden.
  • Der Arbeitsspeicher 152 und der Lesespeicher 153 können jeweils eine oder mehrere Vorrichtungen zur Speicherung von Informationen aufweisen, die mit einem Betrieb der Steuervorrichtung 150 und/oder der zentralen Verarbeitungseinheit 151 assoziiert sind. Beispielsweise kann der Lesespeicher 153 eine Speichervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um auf Informationen zuzugreifen, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert sind, und um diese Informationen zu speichern, was Informationen zum Identifizieren, Initialisieren und Überwachen des Betriebs von einer oder mehreren Komponenten und Untersystemen der Steuervorrichtung 150 mit einschließt. Der Arbeitsspeicher 152 kann eine Speichervorrichtung aufweisen, um Daten zu speichern, die mit einem oder mehreren Betriebsvorgängen der zentralen Verarbeitungseinheit 151 assoziiert sind. Beispielsweise kann der Lesespeicher 153 Anweisungen in den Arbeitsspeicher 152 zur Ausführung durch die CPU 151 laden.
  • Der Speicher 154 kann irgendeine Art einer Massenspeichervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Informationen zu speichern, die die zentrale Verarbeitungseinheit 151 benötigen kann, um Prozesse in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen auszuführen. Beispielsweise kann der Speicher 154 eine oder mehrere Magnetplattenvorrichtungen und/oder optische Diskettenvorrichtungen, wie beispielsweise Festplatten, CD-ROMs, DVD-ROMs oder irgendeine andere Art von Massenmedienvorrichtungen aufweisen.
  • Die Datenbank 155 kann eine oder mehrere Software- und/oder Hardware-Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um Daten zu speichern, zu organisieren, zu sortieren, zu filtern und/oder anzuordnen, die von der Steuervorrichtung 150 und/oder von der zentralen Verarbeitungseinheit 151 verwendet werden. Beispielsweise kann die Datenbank 155 einen oder mehrere vorbestimmte Schwellenpegel aufweisen, die mit gegenwärtigen Maxima und Minima assoziiert sind, die mit verschiedenen Betriebszuständen des Elektromagneten 120 assoziiert sind. Beispielsweise kann die Datenbank 155 einen Satz von gegenwärtigen maximalen und minimalen Schwellenpegeln aufweisen, die mit einem Einzugsbetriebszustand assoziiert sind. Zusätzlich kann die Datenbank 155 einen zweiten Satz von gegenwärtigen maximalen und minimalen Schwellenpegeln aufweisen, die mit einem Haltebetriebszustand assoziiert sind. Die Datenbank 155 kann auch einen dritten Satz oder gegenwärtige maximale und minimale Schwellenpegel aufweisen, die mit einem Abfall- bzw. Lösebetriebszustand (Drop-Off-Betriebszustand) assoziiert sind. Jeder dieser Betriebszustände wird genauer unten beschrieben. Die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kann auf die in der Datenbank 155 gespeicherten Informationen zugreifen, um einen gemessenen Elektromagnetspulenstrom mit einem oder mehreren der Schwellenpegel zu vergleichen, um zu bestimmen, ob/wann eines oder mehrere der Schaltelemente 130 zu betreiben sind, die mit dem System 110 assoziiert sind. Es wird in Betracht gezogen, dass die Datenbank 155 zusätzliche und/oder andere Informationen speichern kann, als jene, die oben aufgelistet sind.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann in kommunizierender Weise mit den Schaltelementen 130 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um jedes der Schaltelemente 130 zu betreiben. Die Steuervorrichtung 150 kann die Schaltelemente 130 basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 betreiben. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 die Schaltelemente 130 betreiben, um die Energie zu pulsen, die von der Leistungsquelle 140 zur Elektromagnetspule 121 geliefert wird, wodurch ein variabler Stromfluss durch die Elektromagnetspule vorgesehen wird, um ein Magnetfeld zur Betätigung des Ankers 122 zu erzeugen. Die Steuervorrichtung 150 kann konfiguriert sein, um diesen variablen Stromfluss durch sequentiellen Betrieb von einem oder mehreren Schaltelementen 130 zu manipulieren, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist, und zwar basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann auch in kommunizierender Weise mit der Leistungsversorgung 140 gekoppelt sein, um ein Leistungsniveau einer Leistungsausgabe zu steuern, die mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert ist. Beispielsweise stellt die Steuervorrichtung 150 für einen Einzugsstrom, der mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist, ein Leistungsniveau, welches mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert ist, auf ein erstes Leistungsniveau ein. Sobald der Einzugsvorgang erreicht worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 das Leistungsniveau basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 variieren. Zusätzlich zum Leistungsniveau kann die Steuervorrichtung 150 konfiguriert sein, um andere betriebliche Aspekte einzustellen, die mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert sind, wie beispielsweise die Frequenz, die Wellenform und so weiter.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere betriebliche Aspekte zu überwachen, die mit dem System 110 assoziiert sind. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere (nicht gezeigte) Überwachungsvorrichtungen aufweisen, die betriebsmäßig mit einem Teil des Systems 110 gekoppelt sind. Diese Überwachungsvorrichtungen können eine oder mehrere Strom- und/oder Spannungsaufnahmevorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um ein Strom- oder Spannungsniveau zu überwachen, welches mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, weiter einen Timer bzw. Zeitsteuerzähler, der konfiguriert ist um eine Zeit zwischen dem Betrieb des einen Schaltelementes oder der Vielzahl von Schaltelementen 130 zu überwachen, oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung zur Überwachung eines betrieblichen Aspektes, der mit dem System 110 assoziiert ist.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann konfiguriert sein, um ein oder mehrere Schaltelemente 130 und/oder die Leistungsversorgung 140 zu betreiben, um die Elektromagnetspule 121 basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 zu erregen. Bei einer Anfangszeit kann die Steuervorrichtung 150 beispielsweise ein oder mehrere Schaltelemente 130 in einen "Aus-Zustand" setzen, und zwar entsprechend einem Zustand, in dem das Schaltelement keinen Strom leitet. Als eine Folge kann die Schaltung, die den Stromflusspfad durch die Elektromagnetspule 121 vorsieht, offen sein, was einen Stromfluss verhindert, und was daher eine Einleitung eines Magnetfeldes verhindert, welches mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist. Ohne die Anwesenheit einer Magnetkraft kann der Elektromagnetanker 122 in einem Anfangszustand "A" durch eine Positionierungsvorrichtung 124 in Ruhe gehalten werden, die ein elektrisches oder mechanisches Element aufweisen kann, wie beispielsweise eine Feder, einen Magnet oder irgendeine andere Art eines Elementes zum Halten und/oder Zurückbringen des Ankers 122 in den Anfangszustand "A".
  • Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzlich dazu, das ein oder mehrere Schaltelemente 130 in einen "Aus-Zustand" gebracht werden, wodurch ein Stromfluss zwischen der Leistungsversorgung 140 und dem Elektromagneten 120 verhindert wird, die Steuervorrichtung 150 ein oder mehrere Schaltelemente in einen "reduzierten" Zustand bringen kann, wodurch der Stromfluss verringert wird und/oder auf ein vorbestimmtes Niveau minimiert wird. Somit wird in Betracht gezogen, dass das Anordnen von einem oder mehreren Schaltelementen 130 in einem "Aus-Zustand" sich auf irgendeine Aktivität bezieht, die im Wesentlichen den Stromfluss von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand verringert, wobei das elektromagnetische Feld, welches in der Elektromagnetspule induziert wird, dissipieren bzw. ablaufen kann.
  • 3 sieht Strom- und Spannungsflussveranschaulichungen vor, die mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert sind, und zwar während eines beispielhaften Betriebs des Elektromagneten 120. Wie in 3 veranschaulicht, kann die Steuervorrichtung 150 den Betrieb des Elektromagneten 120 dadurch initialisieren, dass sie jedes der Schaltelemente 130, die in der Elektromagnetschaltung liegen, in einen "An-Zustand" schaltet, was den Energiefluss zwischen der Leistungsversorgung 140 und dem Elektromagneten 120 durch die Elektromagnetspule 121 ermöglicht bzw. einschaltet. Zusätzlich dazu, dass sie die Schaltelemente 130 auf "An" setzt, kann die Steuervorrichtung 150 die maximalen und minimalen Spannungspegel der Leistungsversorgung basierend auf einer vorbestimmten Einzugsspannung einstellen, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist. Diese Einzugsspannung kann ein minimales Spannungsniveau sein, welches erforderlich ist, um die Elektromagnetspule 121 mit einem Strompegel zu versorgen, der groß genug ist, um ein Magnetfeld mit ausreichend Kraft zu induzieren, um den Anker 122 von seiner Anfangsposition "A" zu einer hereingezogenen Position "B" "zu ziehen".
  • Aufgrund der induktiven Natur der Elektromagnetspule 121 kann die Steuervorrichtung 150 konfiguriert sein, um sequentiell ein oder mehrere Schaltelemente 130 aus- und anzuschalten, und um den variablen Strom zu liefern, der erforderlich sein kann, um das Magnetfeld zu induzieren. Die Steuervorrichtung 150 kann diese Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz pulsen. Alternativ kann die Steuervorrichtung 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel anfänglich den Strom auf ein maximales Stromniveau erregen. Sobald der Elektromagnetspulenstrom dieses maximale Niveau erreicht, kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Schaltvorrichtungen 130 in einen Aus-Zustand setzen, was gestattet, dass ein Teil des Stroms, der in der Elektromagnetspule 121 gespeichert ist, dissipiert bzw. abläuft. Wenn der Strom auf ein minimales Schwellenniveau abläuft, kann die Steuervorrichtung 150 die Schalter in den An-Zustand setzen, wodurch ermöglicht wird, dass der Strom die Elektromagnetspule 121 erneut lädt.
  • Sobald der Strom in der Spule ein Magnetfeld induziert hat, welches stark genug ist, um die Anfangskraft zu überwinden, kann der Anker 122 durch eine Bewegung von der Position "A" zur Position "B" eine Betätigung erfahren. Es sei bemerkt, dass die Bewegung des Ankers 122 von der Position "A" zur Position "B" eine Veränderung der Induktivität zur Folge haben kann, die mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist. Als eine Folge dieser Veränderung kann die Ankerbewegung einen kleinen Strom induzieren, der in der entgegengesetzten Richtung des Stroms wirkt, der von dem Anlegen der Einzugsspannung induziert wird. Dieser negative Stromfluss kann eine Zunahme der Zeit bewirken, die erforderlich ist, damit der Elektromagnetspulenstrom seinen maximalen Schwellenwert erreicht.
  • Sobald der Anker 122 erfolgreich hereingezogen worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 die maximalen und minimalen Spannungsniveaus, die mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert sind, auf einen vorbestimmten Haltewert einstellen. Weil weniger Energie erforderlich sein kann, um den Anker 122 an der Position "B" zu halten, als erforderlich war, um den Anker 122 hereinzuziehen, kann der Haltewert ein minimales Spannungsniveau aufweisen, welches beträchtlich geringer ist als das Einzugsspannungsniveau. Dieser Haltewert kann einem minimalen Spannungsniveau entsprechen, welches erforderlich ist, um die Elektromagnetspule 121 mit einem Strom zu beliefern, der ein Magnetfeld mit genügend Kraft induziert, um den Anker an der Position "B" zu halten.
  • Um den Anker 122 zu lösen und zu gestatten, dass er an seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt (d. h. an die Position "A") kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Schaltvorrichtungen 130 in den "Aus-Zustand" setzen und kann gestatten, dass der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom unter den Haltewert fällt. Wenn der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom dissipiert bzw. abläuft, wird das von dem Strom induzierte Elektromagnetfeld schwächer, bis die anfängliche Kraft (wie sie von der Positionierungsvorrichtung 124 geliefert wird) die Kraft des Elektromagnetfeldes überwindet, welches den Anker 122 an der Halteposition "B" hält, was gestattet, dass der Anker 122"abfällt" bzw. sich löst (Drop-Off) und zur Position "A" zurückkehrt. Die Bewegung des Ankers 122 aus der Position "B" in seine ursprüngliche Position "A" kann eine Veränderung der Induktivität der Elektromagnetspule 121 zur Folge haben. Diese Veränderung kann einen zusätzlichen Strom in der Elektromagnetspule 121 induzieren, der in der gleichen Richtung fließen kann wie der von dem Anlegen des Einzugsstrom induzierte Strom. Dieser positive Stromfluss kann die Zeit vergrößern, die erforderlich sein kann, damit der Strom aus der Elektromagnetspule 121 dissipiert bzw. abläuft.
  • Prozesse und Verfahren in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen können Systeme einrichten, die auf einer präzisen Steuerung von Elektromagneten 120 beruhen, um genau zu bestimmen, wann der Anker 122 betätigt wird (d. h., wann der Anker 122 "einzieht" und "abfällt" bzw. sich löst). 4 sieht ein Flussdiagramm 400 vor, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Systems 110 veranschaulicht, welches mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist.
  • Wie in 4 veranschaulicht, weist das Verfahren auf, Spannung an die Elektromagnetspule 121 zu liefern, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist (Schritt 410). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 die maximalen und minimalen Spannungsschwellenpegel einstellen, um die geeignete Einzugsspannung an die Elektromagnetspule 121 zu liefern und die Schaltelemente 130 in den "An-Zustand" zu setzen. Als eine Folge kann die Einzugsspannung an der Elektromagnetspule 121 angelegt werden, was einen Stromfluss dort hindurch ermöglicht.
  • Sobald die Spannung zur Elektromagnetspule 121 geliefert worden ist, kann der durch die Elektromagnetspule 121 fließende Strom gemessen werden (Schritt 420). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Stromüberwachungsvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um automatisch den Stromfluss zu überwachen, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 150 kann konfiguriert sein, um kontinuierlich den Elektromagnetspulenstrom zu überwachen. Alternativ kann die Steuervorrichtung 150 den Elektromagnetspulenstrom periodisch basierend auf einer vorbestimmten Sampling- bzw. Tastrate sampeln bzw. abtasten.
  • Die Steuervorrichtung 150 kann den gemessenen Strom, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, mit einem maximalen Stromschwellenwert vergleichen (Schritt 430). Beispielsweise kann die zentrale Verarbeitungseinheit 151 der Steuervorrichtung 150 den gemessenen Strom mit einem vorbestimmten maximalen Stromschwellenwert vergleichen, der in der Datenbank 155 gespeichert ist. Wenn der Elektromagnetspulenstrom nicht diesen maximalen Schwellenwert erreicht hat, kann die Steuervorrichtung 150 die Überwachung des Spulenstroms fortsetzen (Schritt 430: Nein). Wenn der Elektromagnetspulenstrom den maximalen Schwellenwert erreicht hat, kann die Steuervorrichtung 150 alternativ eine oder mehrere Schaltvorrichtungen in den "Aus-Zustand" setzen, wodurch die Versorgungsspannung zur Elektromagnetspule 121 abgeschnitten wird und gestattet wird, dass der Elektromagnetspulenstrom dissipiert bzw. abläuft (Schritt 440).
  • Während der Elektromagnetspulenstrom dissipiert, kann die Steuervorrichtung 150 den Elektromagnetspulenstrom messen (Schritt 450), und kann den gemessenen Strom mit einem minimalen Schwellenwert vergleichen (Schritt 460). Beispielsweise kann die zentrale Verarbeitungseinheit 151, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist, den gemessenen Elektromagnetspulenstrom mit einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert vergleichen, der in der Datenbank 155 gespeichert ist. Wenn der Elektromagnetspulenstrom nicht auf ein minimales Schwellenniveau dissipiert bzw. abgelaufen ist, kann die Steuervorrichtung 150 fortfahren, den Stromfluss durch die Elektromagnetspule 121 zu messen (Schritt 460: Nein).
  • Wenn der Elektromagnetspulenstrom auf ein minimales Schwellenniveau dissipiert ist (Schritt 460: Ja), kann die Steuervorrichtung 150 alternativ die Schaltvorrichtungen 130 in den "An-Zustand" setzen und die Zeit zwischen dem Anschalten und dem Ausschalten der Schaltvorrichtungen 130 messen (Schritt 470). Beispielsweise kann die CPU 151, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist, Steuersignale liefern, um die Schaltvorrichtungen 130 anzuschalten. Die zentrale Verarbeitungseinheit 150 kann auch die Zeit messen, die zwischen dem Anschalten und dem Ausschalten der Schaltvorrichtungen 130 in aufeinander folgenden Betriebsvorgängen der Schaltvorrichtungen 130 vergangen ist. Die zentrale Ver arbeitungseinheit 151 kann die gemessene Zeit im Speicher 154 zur zukünftigen Analyse speichern.
  • Sobald die Zeit zwischen dem An- und Aus-Pulsen der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierten Spannung gemessen worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 diese Zeit mit einem Induktivitätszunahmewert vergleichen, der mit dem entsprechenden Impuls assoziiert ist (Schritt 480). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 eine Vielzahl von Zeitwerten zwischen Impulsen mit einer idealen Aufzeichnung der Induktivität der Elektromagnetspule 121 bezüglich der Zeit vergleichen. Weil die Zeitdauer zwischen den Impulsen direkt proportional zur Induktivität der Elektromagnetspule 121 ist, sollte die gemessene Zeit zwischen den Impulsen eng der Zunahme der Induktivität entsprechen. Beispielsweise veranschaulicht 5, die eine Aufzeichnung der Zeit zwischen den Spannungsimpulsen (d. h. der Zeit zwischen dem Anschalten und dem Ausschalten der Schaltvorrichtungen 130) gegenüber der Zeit vorsieht, dass die gemessene Zeit zwischen den Impulsen (durch die mit vier Ecken versehene Linie gezeigt) im Allgemeinen der Induktivität entspricht, die mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist. Zu jedem speziellen Zeitpunkt von dann an, wo der erste Impuls angelegt wurde, kann die Steuervorrichtung 150 den idealen Induktivitätswert mit der gemessenen Zeit zwischen den Impulsen vergleichen.
  • Sobald die gemessene Zeit zwischen den Impulsen mit dem Induktivitätszunahmewert (den Induktivitätszunahmewerten) verglichen worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 die Einzugszeit des Ankers 122 bestimmen, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist (Schritt 490). Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 150 eine Vielzahl von Zeiten zwischen Impulsen mit der idealen Induktivitätskurve, die mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, auf einer graphischen Darstellung vergleichen, wie sie in 5 veranschaulicht ist. Die Einzugszeit kann als die Zeit ausgewählt werden, in der eine Abweichung der gemessenen Zeit zwischen den Impulsen von der idealen Induktivitätskurve am größten ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 150 die gemessene Zeit zwischen Impulsen mit einer vorbestimmten Abweichungsschwelle vergleichen, die basierend auf einer Analyse von vorherigen Ergebnissen oder empirischen Daten ausgewählt werden kann, die aus experimentellen Ergebnissen gesammelt wurden. Wenn die gemessene Zeit zwischen den Impulsen im Vergleich zu einem entsprechenden Induktivitätswert die vorbestimmte Abweichungsschwelle überschreitet, kann die Steuervorrichtung 150 bestimmen, dass ein Ankereinzug bzw. eine Ankereinzugsbewegung während der gemessenen Zeitperiode aufgetreten ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt und zusätzlich zum Detektieren einer Einzugszeit, die mit dem Anker 122 assoziiert ist, kann das System 110 eine Abfall- bzw. Lösezeit eines Ankers detektieren, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist. Die Abfall- bzw. Lösezeit (Drop-Off-Zeit), kann bestimmt werden, nachdem der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom unter den Haltestrom dissipiert ist. 6 veranschaulicht ein Flussdiagramm 600, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Systems 110 abbildet, um eine Lösezeit für eine Betätigungsvorrichtung 122 zu bestimmen. Wie in 6 veranschaulicht, kann die Steuervorrichtung 150 die Spannung, die an die Elektromagnetspule 121 angelegt ist, durch Ausschalten von einer oder mehreren Schaltvorrichtungen 130 Aus-Pulsen, was gestattet, dass der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom dissipiert. Die Steuervorrichtung 150 kann einen mit der Elektromagnetspule 121 assoziierten Strom überwachen, wenn der Elektromagnetspulenstrom dissipiert (Schritt 601).
  • Die Steuervorrichtung 150 kann den überwachten Elektromagnetspulenstrom mit einem minimalen Stromschwellenpegel vergleichen (Schritt 602). Beispielsweise kann die mit der Steuervorrichtung 150 assoziierte zentrale Verarbeitungseinheit 151 den überwachten Strom mit einem vorbestimmten minimalen Schwellenniveau vergleichen, welches in der Datenbank 155 gespeichert ist. Dieses Schwellenniveau kann einen vorbestimmten Wert aufweisen, der auf ein gewisses geringeres Niveau als ein entsprechender maximaler Wert eingestellt ist, wobei beide davon auf ein Niveau eingestellt sind, welches geringer als das Haltestromniveau ist. Wenn der Elektromagnetspulenstrom nicht das minimale Schwellenniveau erreicht hat (Schritt 602: Nein), kann die Steuervorrichtung 150 weiter den Strom überwachen, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist.
  • Sobald der Elektromagnetspulenstrom ein minimales Schwellenniveau erreicht hat, kann die Steuervorrichtung 150 alternativ eine oder mehrere Schaltvorrichtungen 130 betreiben, um eine Testspannung an die Elektromagnetspule 121 zu liefern (Schritt 603). Die Steuervorrichtung 150 kann beispielsweise die Leistungsversorgung 40 auf ein Testspannungsniveau einstellen, wobei die maximale Amplitude des Testspannungsniveaus unter dem Haltespannungsniveau ist. Die Steuervorrichtung 150 kann dann die Schaltvorrichtungen in den "An-Zustand" setzen, wodurch die Leistungsversorgung 140 mit der Elektromagnetspule 121 gekoppelt wird.
  • Sobald die Testspannung an der Elektromagnetspule 121 angelegt worden ist, kann die Steuervorrichtung den Strom messen, der mit der angelegten Spannung assoziiert ist (Schritt 604). Der gemessene Strom kann mit einem maximalen Schwellenniveau verglichen werden, welches auf ein geringeres Niveau als ein Haltestromniveau eingestellt worden ist. Wenn der Strompegel nicht den maximalen Schwellenpegel erreicht hat (Schritt 605: Nein) kann die Steuervorrichtung 150 weiter den Elektromagnetspulenstrom messen.
  • Wenn der gemessene Elektromagnetspulenstrom den maximalen Schwellenpegel erreicht hat (Schritt 605: Ja), kann die Steuervorrichtung 150 alternativ eine oder mehrere Schaltvorrichtungen 130 ausschalten (Schritt 606), wodurch gestattet wird, dass der Elektromagnetspulenstrom dissipiert bzw. abläuft. Wenn der mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom dissipiert, kann die Steuervorrichtung 150 den Elektromagnetspulenstrom messen (Schritt 607), um zu bestimmen, ob der gemessene Strom den vorbestimmten minimalen Schwellenwert erreicht hat (Schritt 608). Wenn der Strom nicht den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat (Schritt 608: Nein), kann die Steuervorrichtung 150 fortfahren, den Elektromagnetspulenstrom zu überwachen.
  • Wenn jedoch der Elektromagnetspulenstrom den minimalen Schwellenwert erreicht hat (Schritt 608: Ja), kann die Spannung an-gepulst werden und die Zeit zwischen dem Aus- und An-Pulsen der Schaltvorrichtungen kann gemessen wer den (Schritt 609). Die Steuervorrichtung 150 kann beispielsweise einen Timer bzw. Zeitzähler aufweisen, der das Zeitintervall zwischen Betriebsvorgängen der Schaltelemente 130 aufzeichnet. Diese Zeitintervalle können im Speicher 154 zur zukünftigen Anwendung und/oder Analyse gespeichert werden.
  • Das Verfahren zum An- und Aus-Pulsen der Testspannung kann fortgesetzt werden bis im Wesentlichen der gesamte mit der Elektromagnetspule 121 assoziierte Strom dissipiert ist. Sobald der Strom dissipiert ist, kann die Steuervorrichtung 150 die gemessene Zeitperiode zwischen jedem der Testspannungsimpulse messen (Schritt 610). Die Steuervorrichtung 150 kann dann die Abfallzeit bzw. Lösezeit als die Zeit bestimmen, die der maximalen Zeit zwischen den Impulsen entspricht, wobei diese aus allen gemessenen Zeitperioden ausgewählt sind (Schritt 611). Wie beispielsweise in 7 veranschaulicht, die eine Kurvendarstellung vorsieht, welche die gemessene Zeit zwischen den Impulsen für eine Vielzahl von Betriebsvorgängen anzeigt, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert sind, tritt der Lösevorgang bzw. Drop-Off auf, wenn die gemessene Zeit zwischen den Impulsen ein Maximum erreicht. Wie oben angezeigt, entspricht diese Zeitspitze der vergrößerten Zeit, die erforderlich ist, um den zusätzlichen Strom zu dissipieren, der durch die Magnetfeldänderung aufgrund des Lösens des Ankers 122 induziert worden ist.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem kann auf irgendein System anwendbar sein, wo eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Ankerbewegung bei elektromagnetischen Wandlern vorteilhaft sein kann. Insbesondere kann das offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem ein Verfahren zur Bestimmung einer Einzugszeit und einer Abfall- bzw. Lösezeit einer Elektromagnetbetätigungsvorrichtung vorsehen, wobei beide davon in Systemen kritisch sein können, die auf der präzisen Steuerung von Elektromagnetbetätigungsvorgängen beruhen.
  • Das gegenwärtig offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem kann verschiedene Vorteile bieten. Beispielsweise kann das System 110 konfiguriert sein, um eine Lösezeit zu bestimmen, die mit einem Elektromagnetanker assoziiert ist, nachdem die Haltespannung abgeschaltet worden ist. Als eine Folge kann eine gepulste Testspannung an den Elektromagneten 120 angelegt werden, was ermöglicht, dass das System 110 die mit dem Anker 122 assoziierte Lösezeit genauer bestimmt als herkömmliche Systeme, die Stromvariationen in der Elektromagnetspule überwachen, die schwierig zu detektieren sein können.
  • Zusätzlich kann das gegenwärtig offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem die Steuerfähigkeiten von Systemen verbessern, die mit der Maschine 100 assoziiert sind. Beispielsweise kann die Fähigkeit, sowohl die Einzugszeit als auch die Lösezeit bzw. Abfallzeit zu bestimmen, ermöglichen, dass das System 110 genauer die Betätigung des Ankers 122 steuert, in dem dies gestattet, dass das System irgendeine Verzögerung der Ankerbewegung aufgrund des Aufbaus des magnetischen Feldes berücksichtigt. Als eine Folge können Systeme, die auf einer präzisen Steuerung der Ankerbetätigung beruhen (wie beispielsweise Brennstoffeinspritzsysteme) effizienter werden.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Elektromagnetankerbewegungsdetektionssystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
  • Zusammenfassung
  • SYSTEM UND VERFAHREN ZUM DETEKTIEREN EINER ELEKTROMAGNETANKERBEWEGUNG
  • Ein Verfahren zum Detektieren einer Betätigung eines Ankers, der mit einem Elektromagneten assoziiert ist, weist auf, ein Spannungspotenzial an eine Elektromagnetspule zu liefern, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist. Das Verfahren weist auch auf, einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt. Das Verfahren weist weiter auf, das Spannungspotenzial auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht. Das Verfahren weist auch auf, das Spannungspotenzial einzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Das Verfahren weist weiter auf, eine Zeitperiode zwischen Impulsen zu messen, die mit dem An- und Ausschalten des Spannungspotenzials assoziiert sind. Das Verfahren weist auch auf, die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten zu vergleichen, die ein mit der Spule assoziiertes Induktivitätszunahmeniveau anzeigen. Das Verfahren weist weiter auf, basierend auf dem Vergleich eine Einzugszeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Verfahren zur Detektion der Betätigung eines Ankers (122), der mit dem Elektromagneten (120) assoziiert ist, welches Folgendes aufweist: Liefern eines Spannungspotenzials an eine Elektromagnetspule (121), die mit dem Elektromagneten assoziiert ist; Messen eines durch die Elektromagnetspule fließenden Stroms; Ausschalten des Spannungspotenzials, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht; Anschalten des Spannungspotenzials, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht; Messen einer Zeitperiode zwischen Impulsen, die mit dem Anschalten und dem Ausschalten des Spannungspotenzials assoziiert sind; Vergleichen der gemessenen Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten, die einen Induktivitätszunahmepegel anzeigen, der mit der Spule assoziiert ist; und basierend auf dem Vergleich, Bestimmen einer Einzugszeit eines mit dem Elektromagnet assoziierten Ankers.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmten Daten eine logarithmische Zunahmecharakteristik aufweisen, die mit der Elektromagnetspule assoziiert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die logarithmische Zunahmecharakteristik eine Induktivität aufweist, die mit der Elektromagnetspule assoziiert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung weiter aufweist, die Einzugszeit als eine Zeit zu identifizieren, die eine maximale Abweichung der gemessenen Zeitperiode zwischen Impulsen bezüglich den vorbestimmten Daten anzeigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der Zeitperiode zwischen den Impulsen das Messen der Zeit zwischen dem Anschalten des Spannungspotenzials und dem Ausschalten des Spannungspotenzials aufweist.
  6. Ankerbetätigungsdetektionssystem (110), welches Folgendes aufweist: eine Leistungsversorgung (140), die selektiv mit einer Elektromagnetspule (121) über ein oder mehrere Schaltelemente (130) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe zu liefern; eine Steuervorrichtung (150), die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder der Vielzahl von Schaltelementen gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das eine Schaltelement oder die Vielzahl von Schaltelementen zu betätigten, um selektiv ein Spannungspotenzial an die Elektromagnetspule zu liefern; einen Strom zu messen, der durch die Elektromagnetspule fließt; das Spannungspotenzial auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht; das Spannungspotenzial anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht; eine Zeitperiode zwischen Impulsen des Spannungspotenzials zu messen; die gemessene Zeitperiode zwischen Impulsen mit vorbestimmten Daten zu vergleichen, die eine logarithmische Zunahmecharakteristik anzeigen, die mit der Elektromagnetspule assoziiert ist; und basierend auf dem Vergleich eine Einzugszeit eines Ankers zu bestimmen, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung eine elektronische Steuereinheit (102) aufweist, die mit der Maschine (100) assoziiert ist.
  8. System nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmten Daten Daten aufweisen, welche mit einer logarithmischen Zunahme assoziiert sind, die mit der Induktivität der Elektromagnetspule mit der Zeit assoziiert ist.
  9. System nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmten Daten Daten aufweisen, die mit einer logarithmischen Zunahme assoziiert sind, die mit dem Magnetfeld assoziiert ist, welches von der Elektromagnetspule mit der Zeit induziert wird.
  10. System nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um eine Einzugszeit als eine Zeit zu bestimmen, die mit einer maximalen Abweichung der gemessenen Zeitperiode zwischen Impulsen von den vorbestimmten Daten assoziiert ist.
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