-
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
-