-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Ankerpositionsdetektoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Detektieren einer Elektromagnetankerbewegung.
-
Hintergrund
-
Elektromagneten werden typischerweise als jegliche elektromagnetische Vorrichtung klassifiziert, welche elektrische Energie in eine lineare Bewegung umwandelt. Elektromagneten können einen Spulenleiter aufweisen, der um einen metallischen Kolben bzw. Stab gewickelt ist, der als ein Anker dient. Wenn eine Spannung an den Spulenanschlüssen angelegt wird, wird Strom durch den Spulenleiter geleitet, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches den metallischen Kolben zum Feld hin zieht. Eine elektronische Steuervorrichtung kann mit dem Elektromagneten gekoppelt sein, um den Stromfluss durch den Spulenleiter zu regeln, um das elektromagnetische Feld zu steuern.
-
Die Position des Kolbens kann durch Steuern der Stärke des elektromagnetischen Feldes manipuliert werden. Um beispielsweise anfänglich den Elektromagnetanker zu betätigen, kann die Spannung an den Spulenleiter angelegt werden, wodurch die Spule erregt wird und das elektromagnetische Feld gestärkt wird, 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 „eingezogen”. Sobald der Anker sich zur „eingezogenen” Position bzw. „Einzugsposition” bewegt hat, kann der Strom in der Spule auf ein minimales Niveau verringert werden, um den Anker am Platz zu halten (d. h. auf einem „Haltestrom”). Um den Anker zu lösen, wodurch gestattet wird, dass er zu seinem ursprünglichen Zustand (d. h. „Ruhezustand”) zurückkehrt, kann der Strom durch den Spulenleiter abgeschaltet werden, was gestattet, dass das elektromagnetische Feld dissipiert bzw. abnimmt. Sobald der Strompegel in der Spule unter den „Haltestrom” abfällt, reichen die elektromagnetischen Kräfte, die auf den Anker wirken, nicht länger aus, um den Anker am Platz zu halten, und der Anker wird zu seinem Ruhezustand zurückgebracht.
-
In gewissen Situationen kann es vorteilhaft sein, zu wissen, wann der Anker betätigt ist. In elektronischen Einspritzsystemen für Verbrennungsmotoren kann beispielsweise ein brennstoffeffizienter Betrieb des Motors vom präzisen Betrieb von einem oder mehreren Elektromagnetventilen abhängen. Das effektive Bestimmen des Betriebs der Elektromagnetventile kann nicht nur von dem Zeitpunkt abhängen, zu dem die Steuersignale zum Elektromagneten gesendet werden, sondern von der Betätigungszeit der Elektromagnetanker, die die Ventile öffnen und schließen. Somit kann ein System und ein Verfahren zum genauen Bestimmen der Ankerbewegungszeit erforderlich sein.
-
Zumindest ein System ist entwickelt worden, um einen „Abfallzustand” (Drop-Off) zu detektieren, der mit einer magnetisch betätigten Vorrichtung assoziiert ist. Beispielsweise beschreibt das
US-Patent 6,188,562 („die '562-Offenbarung”), die an Lutz u. a. am 13. Februar 2001 erteilt wurde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines zufälligen Schließens eines Elektromagnetventils. Das System der '562-Offenbarung ist konfiguriert, um die Frequenz eines gepulsten Haltestroms zu überwachen und basierend auf einer Steigerung der Frequenz zu bestimmen, dass ein Anker, der mit dem Elektromagnetventil assoziiert ist, zufällig abgefallen ist (dropped off), was bewirkt, dass das Ventil irrtümlicherweise schließt.
-
Obwohl das System der '562-Offenbarung ein irrtümliches oder zufälliges Abfallen eines Elektromagnetankers bestimmen kann, kann es Probleme haben. Weil das System nur die Frequenz des gepulsten Signals überwachen kann, welches den Haltestrom versorgt bzw. verursacht, um ein zufälliges Abfallen zu detektieren, kann es beispielsweise nicht bestimmen, wann der Anker in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, nachdem der Haltestrom abgeschaltet worden ist. Als eine Folge können Systeme, die das genaue Detektieren einer Ankerbewegung unter normalen Betriebsbedingungen erfordern, ineffizient und ungenau werden.
-
Weiterhin hat sich erwiesen, dass die Messung der „Einzugszeitsteuerung” bzw. des „Einzugszeitpunktes” problematisch ist. Komplexe Einspritzvorrichtungskonstruktionen haben das Studieren des Einzugszeitpunktes schwierig gemacht, und zwar wegen Rauschen, welches durch verschiedene andere Variablen eingeführt wird, wie beispielsweise Wirbelströme, Spulenwiderstand und Federkraft. Zusammen erzeugen diese und andere Variablen Kräfte, welche einer elektromagnetischen Kraft entgegenwirken und somit dazu tendieren, einen Anker am Platz zu halten, wenn der Strom ausgeschaltet ist. Weiterhin erzeugen diese Variablen elektromagnetische Kräfte, die Veränderungen der Induktivität verursachen können, und frühere Versuche zum Messen des Einzugszeitpunktes sind durch Rauschen gestört worden, wie beispielsweise falsche Detektionen des Aufsetzens oder überhaupt keine Detektion des Aufsetzens. Beispielsweise können starke Wirbelströme Veränderungen der Induktivität nahezu nicht detektierbar bei dem Signal machen, welches überwacht wird. Genauso können elektrische Charakteristiken eines Ventils auch Chop- bzw. Unterbrechungszeiten verursachen, die so schnell sind, dass Veränderungen der Induktivität schwierig zu detektieren sein können. Somit sind Detektionsverfahren, wie jene, die in der
US-Patent 6,188,562-Offenbarung beschrieben wurden, unzuverlässig, wenn sie angewendet werden, um den Einzugszeitpunkt zu messen, und zwar im Gegensatz dazu, wenn sie verwendet werden, um den Abfallzeitpunkt zu messen.
-
Die gegenwärtig 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 wird ein Verfahren offenbart, um die Betätigung eines Ankers zu detektieren, der mit einem Elektromagneten assoziiert ist, welches einen Schritt des Lieferns eines Spannungspotentials an eine Elektromagnetspule aufweist, die mit dem Elektromagneten assoziiert ist, und das im Wesentlichen gleichzeitige Starten des Beginns einer Stromzeitmessvorrichtung bzw. eines Stromtimers. Das Verfahren weist auch einen Schritt des Messens eines Stroms auf, der durch die Elektromagnetspule fließt. Das Verfahren weist weiter Schritte auf, das Spannungspotential abzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht, und das Spannungspotential anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Ebenso ist ein Schritt des Messens einer Chop- bzw. Unterbrechungsperiode zwischen Impulsen vorgesehen, die mit dem Anschalten und mit dem Ausschalten des Spannungspotentials assoziiert sind. Ein Schritt des Analysierens von aufeinanderfolgenden Chop- bzw. Unterbrechungsperioden, um eine Ankerbewegung und das Aufsetzen eines Ankers zu detektieren, sind ebenfalls vorgesehen. Das Verfahren weist weiter einen Schritt auf, eine Ankerbewegung und Ankeraufsetzzeiten basierend auf der Analyse zu bestimmen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Ankerbetätigungsdetektionssystem offenbart, welches eine Leistungsversorgung aufweist, die selektiv mit einer Elektromagnetspule über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe zu liefern. Ebenso ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder den mehreren Schaltelementen gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das eine Schaltelement oder die mehreren Schaltelemente zu betätigen, um selektiv ein Spannungspotential an die Elektromagnetspule zu liefern und im Wesentlichen gleichzeitig einen Beginn eines Stromtimers bzw. einer Stromzeitsteuervorrichtung zu starten. Die Steuervorrichtung misst weiter einen Strom, der durch die Elektromagnetspule fließt. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um das Spannungspotential auszuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht, und das Spannungspotential anzuschalten, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung misst eine Abschalt- bzw. Unterbrechungsperiode zwischen Impulsen des Spannungspotentials und analysiert aufeinanderfolge Unterbrechungsperioden, um eine Ankerbewegung und ein Aufsetzen des Ankers zu detektieren. Die Steuervorrichtung bestimmt weiter Zeitpunkte der Bewegung des Ankers und des Aufsetzens des Ankers basierend auf der Analyse.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Maschine offenbart, die einen Elektromagneten mit einem Leiter und einem Anker hat, wobei der Leiter spulenförmig im Wesentlichen um den Anker in einer Längsrichtung gewickelt ist und vom Anker über einen Luftspalt getrennt ist, wobei der Anker geeignet ist, um sich relativ zum Leiter in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches vom Leiter erzeugt wird. Die Maschine weist weiter ein Ankerbetätigungsdetektionssystem auf, welches betriebsmäßig mit dem Elektromagneten gekoppelt ist, wobei das Ankerbetätigungsdetektionssystem eine Leistungsversorgung aufweist, die selektiv mit einem Elektromagnetleiter über ein oder mehrere Schaltelemente gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe zu liefern. Das Ankerbetätigungsdetektionssystem weist weiter eine Steuervorrichtung auf, die betriebsmäßig mit dem einen Schaltelement oder den mehreren Schaltelementen gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das eine Schaltelement oder die mehreren Schaltelemente zu betätigten, um selektiv ein Spannungspotential zum Elektromagnetleiter zu liefern und im Wesentlichen gleichzeitig einen Anfang der Stromzeitsteuervorrichtung zu starten. Die Steuervorrichtung misst auch einen Strom, der durch den Elektromagnetleiter fließt. Die Steuervorrichtung schaltet auch das Spannungspotential ab, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht, und schaltet das Spannungspotential an, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Die Steuervorrichtung misst eine Abschalt- bzw. Unterbrechungsperiode zwischen Impulsen des Spannungspotentials. Die Steuervorrichtung analysiert aufeinanderfolgende Unterbrechungsperioden, um eine Ankerbewegung und ein Aufsetzen des Ankers zu detektieren. Die Steuervorrichtung bestimmt auch Zeiten der Ankerbewegung und des Aufsetzens des Ankers basierend auf der Analyse.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 sieht eine schematische Darstellung vor, welche eine beispielhafte Maschine gemäß gewisser offenbarter Ausführungsbeispiele abbildet;
-
2 sieht eine Blockdiagrammdarstellung eines beispielhaften Ankerbewegungsdetektionssystems gemäß den offenbarten Ausführungsbeispielen vor;
-
3 sieht eine Kurvendarstellung vor, welche eine Elektromagnetspulenspannung und einen Elektromagnetspulenstrom bezüglich der Zeit und gemäß den offenbarten Ausführungsbeispielen veranschaulicht;
-
4 sieht ein Flussdiagramm vor, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren einer Betätigung eines Elektromagnetankers in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen abbildet;
-
5 sieht eine Kurvendarstellung vor, welche eine gemessene Zeit zwischen Impulsen veranschaulicht; und
-
5a bildet eine Kreispufferalgorithmus- bzw. digitalen Ringspeicheralgorithmus entsprechend den Punkten in der Kurvendarstellung, die in 5 veranschaulicht.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 sieht eine schematische Veranschaulichung einer beispielhaften Maschine 100 gemäß gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen vor. Die Maschine 100 kann irgendeine feststehende oder mobile Maschine sein, um eine Aufgabe auszuführen, die mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise mit Bergbau, Bau, Ackerbau, Transport, Leistungserzeugung, Herstellung und mit irgendeiner anderen Art von Industriezweig. Nicht einschränkende Beispiele von festen Maschinen sind Motorsysteme, Turbinen, Leistungsgeneratoren, stationäre Bohreinrichtungen (beispielsweise für eine Offshore-Bohrplattform) und irgendwelche anderen Bauarten von feststehenden Maschinen. Nicht einschränkende Beispiele von mobilen Maschinen weisen Krane, Lieferfahrzeuge, Frontlader, Traktoren, Straßen- und Geländefahrzeuge, Automobile, Bagger, Kipplasterwagen oder irgendeine andere geeignete Maschine auf. Die Maschine 100 kann u. a. eine Leistungsquelle 101 aufweisen, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, weiter 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 Verwendung durch die Maschine 100 auszugeben. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 101 einen Verbrennungsmotor aufweisen, der konfiguriert ist, um mit Dieselbrennstoff, Benzin, Erdgas oder mit irgendeiner anderen Art von Brennstoff zu arbeiten. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Leistungsquelle 101 irgendeine Bauart einer Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um elektrische und/oder mechanische Energie auszugeben, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, einen Generator, eine Batterie, eine Turbine, einen Wechselstromgenerator, 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 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 überwachen und zu steuern. Obwohl die elektronische Steuereinheit 102 als eine Steuereinheit für die Maschine 100 veranschaulicht ist, kann die elektronische Steuereinheit 102 irgendeine Bauart eines Steuersystems aufweisen, wie beispielsweise ein Antriebsstrangsteuermodul ((PCM = powertrain control module), welches mit einem Automobil assoziiert ist, eine Steuervorrichtung, die mit 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 können jeweils einen elektromechanischen Wandler aufweisen, der konfiguriert ist, um elektrische Energie in eine lineare Bewegung umzuwandeln, um zumindest eine mechanische Vorrichtung zu betätigen, die mit der Maschine 100 assoziiert ist. Beispielsweise kann der Elektromagnet 120 als ein elektromechanisches Ventil, als ein Relais, als ein Schalter oder als eine andere geeignete Vorrichtung konfiguriert sein, die konfiguriert sein kann, um eine mechanische Ausgangsleistung basierend auf einer elektrischen Eingangsleistung 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 Starter- bzw. Anlassermotorschalter aufweisen, der konfiguriert ist, um einen Stromfluss zu ermöglichen, um einen Anlassermotor zu erregen, der mit der Maschine 100 assoziiert ist. Alternativ und/oder zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass ein oder mehrere Elektromagneten 120 in irgendeiner Anwendung eingebaut sein können, die mit der Maschine assoziiert ist, wo eine elektronische Steuerung von mechanischen Betätigungsvorrichtungen erforderlich sein kann.
-
Wie in 2 veranschaulicht, kann der Elektromagnet 120 eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um eine elektrische Leistungseingabe bzw. elektrische Eingangsleistung aufzunehmen und eine mechanische Leistungsausgabe ansprechend auf die Eingangsleistung zu liefern. Beispielsweise kann der Elektromagnet 120 eine Elektromagnetspule 121 aufweisen, die selektiv mit einem Anker 122 gekoppelt wird und über einen Luftspalt 123 vom Anker 122 getrennt wird. Der Elektromagnet 120 kann auch eine Positionierungsvorrichtung 124 aufweisen, um den Anker 122 in einem anfänglichen (oder ursprünglichen) Zustand zu positionieren (wie durch die Position „A” bezeichnet), wenn kein elektromagnetisches Feld im Luftspalt 123 vorhanden ist.
-
Die Elektromagnetspule 121 kann irgendeine Bauart eines metallischen Leiters aufweisen und kann in einer im Wesentlichen spulenartigen Anordnung konfiguriert sein. Diese spulenartige Anordnung bzw. gewickelte Anordnung kann das Induzieren eines elektromagnetischen Feldes im Wesentlichen um die Spule ermöglichen, wobei das stärkste Feld in dem Bereich vorhanden ist, der mit einem Umfang assoziiert ist, der von der Spule erzeugt wird. Die Elektromagnetspule 121 kann Kupfer-, Aluminium-, Stahl-, Nickel-, Eisendraht oder irgendeinen anderen geeigneten metallischen Draht oder einen Draht aus einer Metalllegierung aufweisen, der verwendet werden kann, um ein Magnetfeld zu induzieren, welches mit dem Durchleiten von Strom durch den Draht assoziiert ist.
-
Der Anker 122 kann im Wesentlichen in Längsrichtung innerhalb des gewickelten Leiters angeordnet sein und konfiguriert sein, um sich relativ zur Elektromagnetspule 121 in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches von einem Strom erzeugt wird, der durch die Spule läuft. Beispielsweise kann der Anker 122 konfiguriert sein, um sich von einer ursprünglichen Position „A” zu einer Einzugsposition „B” in Anwesenheit eines elektromagnetischen Feldes zu bewegen, welches von der Elektromagnetspule 121 erzeugt wird. Die Bewegung des Ankers 122 kann proportional zur Stärke des elektromagnetischen Feldes sein und kann im Wesentlichen in der Richtung des Stromflusses durch die Elektromagnetspule 121 sein. Der Anker 122 kann aus irgendeinem Material aufgebaut sein, welches hohe magnetische Permeabilität hat, wie beispielsweise Eisen, Nickel, Kobalt oder aus irgendeinem anderen geeignetem Metall oder einer Metalllegierung mit hoher Permeabilität.
-
Wie in 2 veranschaulicht, kann der Elektromagnet 120 selektiv mit einem System 110 zum Detektieren einer Ankerbewegung gekoppelt sein. Das System 110 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um den Elektromagnet 120 zu steuern, einen oder mehrere betriebliche Aspekte zu überwachen, die mit dem Elektromagneten 120 assoziiert sind, und zu bestimmen, wann der mit dem Elektromagnet 120 assoziierte Anker 122 die Position 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 zum Überwachen und Steuern von Betriebsvorgängen des Systems 110.
-
Die Leistungsversorgung 140 kann irgendeine Vorrichtung zum Liefern einer elektrischen Leistungsausgabe zur Verwendung durch den Elektromagneten 120 aufweisen. Die Leistungsversorgung 140 kann beispielsweise einen Generator, einen Wechselstromgenerator, eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Transformator, einen Leistungswandler oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung aufweisen, um eine Wechselstromleistung oder Gleichstromleistung zur Verwendung durch den Elektromagneten 120 zu liefern. Die Leistungsversorgung 140 kann eine alleinstehende Quelle für elektrische Leistung bilden, die konfiguriert ist, um Leistung zu mehreren elektrischen Systemen oder Komponenten zu liefern, die mit der Maschine 100 assoziiert sind. Alternativ kann die Leistungsversorgung 140 innerhalb der Steuervorrichtung 150 als eine integrierte Einheit vorgesehen sein, die extra exklusiv 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 Art von mechanischen oder elektrischen Schaltern aufweisen, wie beispielsweise einen Solid-State-Transistorschalter (beispielsweise einen FET-Schalter, einen BJT-Schalter, einen CMOS-Schalter, einen IGBT-Schalter usw.), eine Relaisvorrichtung, einen Schaltungsunterbrecher bzw. Schutz oder irgendeine andere Vorrichtung, die geeignet ist, um selektiv die Leistungsversorgung 140 mit dem Elektromagneten 120 zu koppeln. Die Schaltelemente 130 können elektronisch durch eine Steuereinheit betätigt 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 eingerichtet werden können. Die Steuervorrichtung 150 kann eine oder mehrere Hardware-Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) 151, ein Arbeitsspeichermodul (RAM = random access memory) 152, ein Leserspeichermodul (ROM = 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, beispielsweise ein computerlesbares Medium, welches von einem 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 eingerichtet werden können. Beispielsweise kann der Speicher 154 eine Software-Unterteilung aufweisen, die mit einer oder mehreren anderen Hardware-Komponenten der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 150 kann zusätzliche, weniger 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, die jeweils konfiguriert sind, um Anweisungen und Prozessdaten auszuführen, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert sind. Wie in 2 veranschaulicht, kann die zentrale Verarbeitungseinheit 151 in kommunizierender Weise mit dem Arbeitsspeicher 152, mit dem Lesespeicher 153, mit dem Speicher 154 und mit der Datenbank 155 gekoppelt sein. Die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kann konfiguriert sein, um Sequenzen von Computerprogrammanweisungen auszuführen, um verschiedene Prozesse auszuführen, die im Detail unten beschrieben werden. Die Computerprogrammanweisungen können in den Arbeitsspeicher 152 zur Ausführung durch die zentrale Verarbeitungseinheit 151 geladen werden.
-
Der Speicher 154 kann irgendeine Bauart einer Massenspeichervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Informationen zu speichern, welche die zentrale Verarbeitungseinheit 151 benötigen kann, um Prozesse in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen auszuführen. Beispielsweise kann der Speicher 154 eine oder mehrere Solid-State-Vorrichtungen, Magnetplattenvorrichtungen bzw. Festplattenvorrichtungen und/oder optische Speichervorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Festplatten, CD-ROMs, DVD-ROMs oder irgendeine andere Art einer Massenspeichervorrichtung.
-
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 zu ordnen, die von der Steuervorrichtung 150 und/oder von der zentralen Verarbeitungseinheit 151 verwendet werden. Beispielsweise kann die Datenbank 155 ein oder mehrere vorbestimmte Schwellenpegel aufweisen, die mit maximalen und minimalen Strömen assoziiert sind, die mit verschiedenen Betriebszuständen des Elektromagneten 120 assoziiert sind. Beispielsweise kann die Datenbank 155 einen Satz von maximalen und minimalen Stromschwellenpegeln aufweisen, die mit einem Einzugsbetriebszustand assoziiert sind. Zusätzlich kann die Datenbank 155 einen zweiten Satz von maximalen und minimalen Stromschwellenpegeln aufweisen, die mit einem Haltebetriebszustand assoziiert sind. Die Datenbank 155 kann auch einen dritten Satz von maximalen und minimalen Stromschwellenpegeln aufweisen, die mit einem Drop-Off- bzw. Abfallbetriebszustand 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 ein oder mehrere Schaltelemente 130 betätigt werden sollen, die mit dem System 110 assoziiert sind. Es wird in Betracht gezogen, dass die Datenbank 155 zusätzliche 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 betätigen. Die Steuervorrichtung 150 kann die Schaltelemente 130 basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 betätigen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 die Schaltelemente 130 betätigen, um die Energie, die von der Leistungsversorgung 140 geliefert wird, in Impulsen zur Elektromagnetspule 121 zu leiten, 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 zu manipulieren, und zwar indem sie sequentiell ein oder mehrere Schaltelemente 130 betätigt, um basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist.
-
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 Einzugszustand, der mit dem Elektromagneten 120 assoziiert ist, einen Leistungspegel, der mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert ist, auf einen ersten Leistungspegel. Sobald der Einzugszustand erreicht worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 den Leistungspegel basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 variieren. Zusätzlich zum Leistungspegel kann die Steuervorrichtung 150 konfiguriert sein, um andere betriebliche Aspekte einzustellen, die mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert sind, wie beispielsweise eine Frequenz, eine Wellenform usw.
-
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 bzw. Tastvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um einen Strom- oder Spannungspegel zu überwachen, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, weiter einen Zeitsteuerzähler, der konfiguriert ist, um eine Zeit zwischen der Betätigung von einem oder mehreren 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 betätigen, um die Elektromagnetspule 121 basierend auf einem erwünschten Betrieb des Elektromagneten 120 zu erregen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 zu einem Anfangszeitpunkt ein oder mehrere Schaltelemente 130 in einem „Aus-Zustand” entsprechend einem Zustand setzen, wo 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 das Induzieren eines Magnetfeldes verhindert, welches mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist. Ohne die Anwesenheit einer Magnetkraft kann der Elektromagnetanker 122 in Ruhe in einem Anfangszustand „A” durch eine Positionierungsvorrichtung 124 gehalten werden, die ein elektrisches oder mechanisches Element aufweisen kann, wie beispielsweise ein Feder, einen Magneten oder eine andere Art eines Elementes zum Halten und/oder zum Zurückstellen des Ankers 122 in seinen Anfangszustand „A”.
-
Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzlich dazu, dass ein oder mehrere Schaltelemente 130 in einen „Aus-Zustand” gesetzt werden, wodurch ein Stromfluss zwischen der Leistungsversorgung 140 und dem Elektromagneten 120 verhindert wird, die Steuervorrichtung 150 ein oder mehrere Schaltelemente in einem „reduzierten Zustand” setzen kann, wodurch der Stromfluss auf einen vorbestimmten Pegel reduziert und/oder minimiert wird. Somit wird in Betracht gezogen, dass das Setzen von einem oder mehreren Schaltelementen 130 in einen „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 durch die Elektromagnetspule induziert wird, abfließen kann.
-
3 sieht Veranschaulichungen von Strom- und Spannungsfluss vor, wie sie mit der Elektromagnetspule 121 w Elektromagnetspule 121 während eines beispielhaften Betriebs des Elektromagneten 120 assoziiert sind. Wie in 3 veranschaulicht kann die Steuervorrichtung 150 den Betrieb des Elektromagneten 120 dadurch initialisieren, dass sie jedes der Schaltelemente 130, welche in der Elektromagnetschaltung liegen, in einen „An-Zustand” setzt, was den Fluss von Energie zwischen der Leistungsversorgung 140 und dem Elektromagnet 120 durch die Elektromagnetspule 121 ermöglicht. 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 einen minimalen Spannungspegel aufweisen, der erforderlich ist, um die Elektromagnetspule 121 mit einem ausreichend großen Strompegel zu versorgen, um ein Magnetfeld mit ausreichend Kraft zu induzieren, um den Anker 122 aus seiner Anfangsposition „A” zu einer Einzugsposition „B” zu „ziehen”.
-
Aufgrund der induktiven Natur der Elektromagnetspule 121 kann die Steuervorrichtung 150 konfiguriert sein, um selektiv ein oder mehrere Schaltelemente 130 impulsartig aus- und anzuschalten, 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 impulsartig schalten. Alternativ kann die Steuervorrichtung 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel anfänglich den Strom auf einen maximalen Strompegel erregen. Sobald die Elektromagnetspule diesem maximalen Pegel erreicht, kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Schaltelemente 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 einen minimalen Schwellenpegel abläuft, kann die Steuervorrichtung 150 die Schalter in einen An-Zustand setzen, wodurch ermöglicht wird, dass der Strom die Elektromagnetspule 121 wieder auflädt.
-
Sobald der Strom in der Spule ein ausreichend starkes Magnetfeld induziert hat, um die Anfangskraft zu überwinden, kann der Anker 122 betätigt werden, indem er sich von der Position „A” zur Position „B” bewegt. 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 zu dem Strom wirkt, der von dem Anlegen der Einzugsspannung induziert wird. Dieser negative Stromfluss kann eine Vergrößerung der Zeitdauer bewirken, die erforderlich ist, damit der Elektromagnetspulenstrom seinen maximalen Schwellenwert erreicht.
-
Sobald der Anker 122 erfolgreich eingezogen worden ist (pulled-in) kann die Steuervorrichtung 150 die maximalen und minimalen Spannungspegel, die mit der Leistungsversorgung 140 assoziiert sind, auf einen vorbestimmten Haltewert setzen. Weil weniger Energie erforderlich sein kann, um den Anker 122 an der Position „B” zu halten, als erforderlich war, um den Anker 122 einzuziehen, kann der Haltewert eine minimalen Spannungspegel aufweisen, der beträchtlich geringer ist als der Einzugsspannungspegel. Der Haltewert kann einem minimalen Spannungspegel entsprechen, der erforderlich ist, um die Elektromagnetspule 121 mit einem Strom zu versorgen, der ein Magnetfeld mit ausreichender Kraft induziert, um den Anker an der Position „B” zu halten.
-
Um den Anker 122 freizugeben und zu gestatten, dass dieser in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt (d. h. in die Position „A”), kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Schaltvorrichtungen 130 in den „Aus-Zustand” setzen und gestatten, dass der Strom, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, unter den Haltewert fällt. Wenn der Strom, der mit der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, abläuft bzw. dissipiert, wird das elektromagnetische Feld, welches durch den Strom induziert wird, schwächer, bis die anfängliche Kraft (wie von der Positionierungsvorrichtung 124 vorgesehen) die Kraft des elektromagnetischen Feldes überwindet, die den Anker 122 an der Halteposition „B” hält, was gestattet, dass der Anker 122 „abfällt” (drop-off) und zur Position „A” zurückkehrt. Die Bewegung des Ankers 122 von der Position „B” zu seiner ursprünglichen 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 Strom, der durch das Anlegen des Einzugsstroms induziert wird. Dieser positive Stromfluss kann die Zeit verlängern, die erforderlich sein kann, damit der Strom aus der Elektromagnetspule 121 abfließt.
-
Prozesse und Verfahren in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen können Systeme ermöglichen, die auf einer präzisen Steuerung des Elektromagneten 120 beruhen, um genau zu bestimmen, ob der Anker 122 betätigt ist bzw. wird (d. h. wann der Anker 122 „einzieht” und „abfällt”). 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 eine geeignete Einzugsspannung an die Elektromagnetspule 121 zu liefern, und kann die Schaltelemente 130 in den „An-Zustand” setzen. Als eine Folge kann die Einzugsspannung an der Elektromagnetspule 121 angelegt werden, was einen Stromfluss dort hindurch ermöglicht.
-
Sobald die Spannung an die Elektromagnetspule 121 geliefert worden ist, kann der Strom, der durch die Elektromagnetspule 121 fließt, 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, tasten (sample).
-
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 alternativ der Elektromagnetspulenstrom den maximalen Schwellenwert erreicht hat, kann die Steuervorrichtung 150 eine oder mehrere Schaltvorrichtungen in den „Aus-Zustand” setzen, wodurch die Versorgungsspannung zur Elektromagnetspule 121 ab Elektromagnetspule 121 geschaltet wird und gestattet wird, dass der Elektromagnetspulenstrom dissipiert (Schritt 440).
-
Während der Elektromagnetspulenstrom dissipiert bzw. abfließt, kann die Steuervorrichtung 150 den Elektromagnetspulenstrom messen (Schritt 450) und 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 einen minimalen Schwellenpegel dissipiert bzw. abgeflossen ist, kann die Steuervorrichtung 150 das Messen des Stromflusses durch die Elektromagnetspule 121 fortsetzen (Schritt 460: nein).
-
Wenn alternativ der Elektromagnetspulenstrom auf einen minimalen Schwellenwertpegel abgeflossen ist (Schritt 460: ja), kann die Steuervorrichtung 150 die Schaltvorrichtungen 130 in den „An-Zustand” setzen und die Unterbrechungsperiode zwischen dem Anschalten und dem Ausschalten der Schaltvorrichtungen 130 messen (Schritt 470). Beispielsweise kann die zentrale Verarbeitungseinheit 151, die mit der Steuervorrichtung 150 assoziiert ist, Steuersignale liefern, um die Schaltvorrichtungen 130 anzuschalten. Die Unterbrechungsperiode kann auch als die Zeit gemessen werden, die zwischen dem Anschalten und dem Ausschalten der Schaltvorrichtungen 130 in aufeinanderfolgenden Betriebsvorgängen der Schaltvorrichtungen 130 verstrichen ist. Alternativ kann die Unterbrechungsperiode auch gemessen werden als die Zeit 1) vom Anschalten des Spannungspotentials, dann Ausschalten und dann wieder zum Anschalten; 2) vom Ausschalten des Spannungspotentials, dann zum Anschalten und dann wieder zurück zum Ausschalten; oder 3) vom Ausschalten des Spannungspotentials zum Anschalten. Die zentrale Verarbeitungseinheit 151 kann die gemessene Unterbrechungsperiode für eine zukünftige Analyse im Speicher 154 speichern.
-
Sobald die Unterbrechungsperiode, die mit den Spannungsimpulsen der Elektromagnetspule 121 assoziiert ist, gemessen worden ist, kann die Steuervorrichtung 150 aufeinanderfolgende Unterbrechungsperioden analysieren, um eine Ankerbewegung zu detektieren (Schritt 480). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Unterbrechungsperioden analysieren. Insbesondere kann die Steuervorrichtung einen Ringspeicheralgorithmus bzw. Kreispufferalgorithmus (circular buffer algorithm) verwenden, um die Unterbrechungsperiode einer Stromunterbrechung mit jener einer vorherigen Unterbrechung zu vergleichen. 5 zeigt eine beispielhafte Kurve, die gezogen werden kann, wenn die Unterbrechungsperiode gegenüber der Zeit vom Start des Stroms aufgezeichnet wird. Die Ankerbewegung kann bestimmt werden, indem lokale Maxima identifiziert werden. Ein Ringspeicheralgorithmus, wie beispielsweise jener, der in 5a gezeigt ist, kann verwendet werden, um solche Maxima zu identifizieren.
-
5a bildet eine Tabelle ab, die eine sichtbare Darstellung dessen zeigt, wie ein Ringspeicher arbeiten würde. Die Freiräume in der Tabelle entsprechen jedem Punkt, der in der 5 aufgezeichnet ist. Ein „Null-” oder ein „Eins-Wert” wird jedem Freiraum, abhängig von den folgenden Regeln, zugewiesen: 1) Wenn die Unterbrechungsperiode (y-Wert) eines speziellen Punktes größer ist als die Unterbrechungsperiode eines Punktes, der direkt vorher gemessen wurde, wird ein Wert von Null zugeordnet. 2) Wenn die Unterbrechungsperiode (y-Wert) eines speziellen Punktes kleiner oder gleich der Unterbrechungsperiode eines direkt vorher gemessenen Punktes ist, der wurde, wird ein Wert von Eins zugeordnet. Durch Analysieren von jedem aufeinander folgenden Punkt unter Verwendung eines Ringspeicheralgorithmus kann ein lokales Maximum bestimmt werden, wenn an einem Punkt dem Puffer eine Null zugeordnet wird und an dem direkt folgenden Punkt dem Puffer ein Wert von Eins zugeordnet wird. Beispielsweise stellen die Bezugszeichen 500–505 sechs Punkte auf der in 5 gezeigten Kurve dar.
-
Genauso, wie in 5a gezeigt, stellen die Bezugszeichen 500a–5005a entsprechende Werte dar, die in einem Ringspeicherpuffer gemäß den zuvor erwähnten Regeln aufgezeichnet wurden. Der mit 502 bezeichnete Punkt ist ein lokales Maximum. Dies ist in 5 zu sehen, da dieser Punkt einen größeren y-Wert hat als die Punkte direkt davor und darauf folgende. Wie in dem Ringspeicherpuffer abgebildet, sind in ähnlicher Weise die Freiräume, die mit den Punkten 502a und 503a assoziiert sind, dort, wo die Tabelle von einem Null-Wert auf einen Eins-Wert übergeht. Anders gesagt, der Unterbrechungswert an dem Punkt 502 ist höher als der am Punkt 501; und der Unterbrechungswert am Punkt 503 ist kleiner oder gleich dem bei 502. Somit ist der Punkt 502 ein lokales Maximum. In der in 5 gezeigten Kurve ist der Punkt 502 dort, wo der Anker beginnt sich zu bewegen.
-
Eine Steuervorrichtung kann wiederholt einen Ringspeicheralgorithmus bzw. Circular-Buffer-Algorithmus verwenden, wie er in 5a abgebildet ist, um kontinuierlich die Position des Ankers zu überwachen. Sobald beispielsweise das Ende der Tabelle erreicht ist, kann die Steuervorrichtung wieder beim Beginn anfangen und jeden Freiraum wieder verwenden, indem er mit einem neuen Null- oder Eins-Wert überschrieben wird. Der Fachmann wird erkennen, dass der Ringspeicher jegliche Anzahl von Freiräumen bzw. Tabellenplätzen enthalten kann, solange die zuvor erwähnten Regeln zum Auffüllen der Freiräume erfüllt werden.
-
Dadurch, dass man kontinuierlich die Ankerbewegung in einer Weise messen kann, wie sie oben beschrieben wurde, insbesondere die Einzugsbewegung, können beträchtliche Speicherresourcen der Steuervorrichtung eingespart werden. Frühere Verfahren zum Bestimmen der Einzugszeit erforderten einen Vergleich der in 5 aufgezeichneten Punkte mit einer Kurve gemäß einer idealen Induktivität für einen speziellen Elektromagneten 121. Der Vergleich bestimmte die Ankerbewegung durch Berechnen des Punktes, wo die Kurve der 5 auf ihrer maximalen Abweichung von der Kurve der idealen Induktivität war. Um dieses Verfahren zu verwenden, mussten die Daten für die ideale Induktivitätskurve in der Computerdatenbank 155 zu jedem Zeitpunkt gespeichert sein. Die vorliegende Offenbarung kann andererseits die Einzugszeit „on the fly” bzw. während des Betriebs berechnen, ohne diese mit beträchtlich großen Induktivitätskurvendaten zu vergleichen. Wenn dies so ausgeführt wird, können beträchtliche Datenbankressourcen eingespart werden.
-
Der Fachmann wird erkennen, dass alternative Wege zum Bestimmen von lokalen Maxima eingesetzt werden können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 150 konfiguriert sein, um eine Polynomformel für die Kurve zu berechnen, die von den in 5 aufgezeichneten Punkten dargestellt wird. Indem man eine Ableitung dieser Kurve ausführt, können lokale Maxima bestimmt werden. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 150 genauso wie hier mit dem hier beschriebenen Ringspeicheralgorithmus eine Bewegung des Ankers, oder insbesondere Einzugszeiten, bestimmen, ohne zusätzliche Speicherresourcen aufzuwenden, wie dies bei früheren Verfahren erforderlich war.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Das offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem kann auf jegliches System anwendbar sein, wo eine genaue und zuverlässige Bestimmung einer Ankerbewegung in elektromagnetischen Wandlern von Vorteil sein kann. Insbesondere kann das offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem ein Verfahren zum Bestimmen einer Pull-In-Zeit bzw. Einzugszeit und einer Drop-Off-Zeit bzw. Abfallzeit einer Elektromagnetbetätigungsvorrichtung vorsehen, wobei beide davon kritische Systeme sein können, die auf einer präzisen Steuerung von Elektromagnetbetätigungsvorgängen beruhen.
-
Das hier offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem kann verschiedene Vorteile bieten. Beispielsweise kann das System 110 konfiguriert sein, um eine Abfallzeit zu bestimmen, die mit einem Elektromagnetanker assoziiert ist, nachdem die Haltespannung abgeschaltet worden ist. Als eine Folge kann eine gepulste Testspannung an den Elektromagnet 120 angelegt werden, was ermöglicht, dass das System 110 genauer die Abfallzeit bestimmt, die mit dem Anker 122 assoziiert ist, als bei herkömmlichen Systemen, die Stromveränderungen in der Elektromagnetspule überwachen, die schwierig zu detektieren sein können.
-
Zusätzlich kann das hier offenbarte Ankerbewegungsdetektionssystem die Steuerfähigkeiten der Systeme verbessern, die mit der Maschine assoziiert sind. Beispielsweise kann die Fähigkeit zur Bestimmung der Einzugszeit und der Abfallzeit es dem System 110 ermöglichen, genauer die Betätigung des Ankers 122 zu steuern, indem gestattet wird, dass das System jegliche 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 bei 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.
-
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
-
