KR101120978B1 - 전자기적으로 제어가능한 액츄에이터를 제조 및/또는조절하는 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

전자기적으로 제어가능한 액츄에이터의 제조 및/또는 조절을 위한 장치로서 유체 흐름을 제어하기 적합하며, 액츄에이터는 여진기 코일(9)에 의해 구동되는 하나 이상의 가동 전기자(6)를 포함한 전자 기계 장치를 포함하고, 전자 기계 장치는 액츄에이터를 개폐하기 위해 밸브 작동 장치를 기계적으로 작동하며, 밸브 작동 장치는 하나 이상의 폐쇄 요소(5), 여진기 코일이 여진되었을때 폐쇄 요소를 개폐하기 위한 리셋팅 요소(27), 그리고 액츄에이터를 개폐하는 폐쇄 요소가 결합하는 밸브 시트(4)를 포함하며, 그래서 하나 이상의 액츄에이터의 전자기적 특성은 측정되고 측정된 전자기적 특성은 그 자체 혹은 그것으로부터 유도된 양은 보정변수를 제어하기 위한 실제 값으로 사용되며, 이 보정변수는 액츄에이터를 제조하거나 조절하기 위해 직접적으로 적용된다.

Description

전자기적으로 제어가능한 액츄에이터를 제조 및/또는 조절하는 방법과 장치{Method and Device for Producing and/or Adjusting an Electromagnetically Controllable Actuator}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 있는 방법뿐만 아니라 청구항 12 의 전제부에 있는 조절장치에 관한 것이다.

자동차의 브레이크 시스템에 사용되는 ABS 제어장치(ABS control units) 및/또는 ESP 나 기타 등등과 같은 부수적 기능과 같이 장착된 소위 말하는 구동력 제어기(drive dynamics controllers)의 향상된 제어나 소음 감소를 위해 전자기적으로 수행가능한 아날로그 벨브(electromagnetically operable analogized valve)를 적용가능하다는 것이 기존 기술이었다.

소위 말하는 아날로그 파일럿 밸브(analogized pilot valve)는 과거에 유압 제어장치에서 사용되어 졌다. 아날로그화된 파일럿 밸브는 원래 완전한 개폐를 위해 전류로 구동되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)로 특정하게 전류를 조절함에 의해 작동되어 져서 아날로그 제어 특성을 가지고 있다.

EP 0 813 481 B1 (P 7565)는 파일럿 밸브의 아날로그 작동시 전환점을 탐지하는 방법 특히 밸브 작동 전류의 전류변화로부터 압력상태를 정하는 방법을 밝히 고 있다.

중요하게도 밸브의 자기 코일을 통과하는 전류의 변화에 의해 압력차(differential pressure)에 의존하는 아날로그 파일럿 밸브의 유동 G(flow G)이나 압력변화를 조절하는 것이 결과적으로 가능하다. 제어가능한 범위에서 체적유량 Q(the volume flow Q)는 매우 높은 정밀도로 조절되어 져야 한다. 영향을 미치는 요인으로 압력차 Δp, 밸브의 자기 코일을 흐르는 전류 I, 다양한 밸브 파라메타(parameter)들이 있다. 요구되는 유동을 규정하기 위해 특성 필드(characteristic fields)를 사용하는 것도 가능하지만, 일단 규정된 특성 필드에 위의 양들의 의존성을 저장하기는 쉽게 가능하지 않다. 그 이유는 제조로 인해 발생하는 밸브 부품의 공차가 요구되는 구동전류에 상대적으로 많은 영향을 미치기 때문이다. 따라서 밸브 제조시에 각각의 밸브의 특성 필드를 결정하고 제어장치의 전자부품에 그것을 기억시키는 것이 필요하다. 각각의 특성필드를 확립하기 위해서는 공급자의 장소와 자동차 제조 공장의 조립라인의 끝에서 규정에 따라 제어장치를 가압하는 복잡한 측정 방법이 필요하다. 정교한 측정방법에 의해 정해진 특성필드는 예를 들어 WO 01/98124 A1(P 9896) 에 설명되었듯이 요구되는 압력 구배를 조절하는데 사용되어 질 수도 있다.

특성곡선의 잔류 편차나 특히 그들의 구배의 원인은, 기계적 공차, 예를 들면 스프링력의 변화나 자기장 회로(예를 들면 공기 틈의 자기적 저항, 기타 등등)에 주로 있다. 그러므로 일련의 생산에서 전자기적 및 기계적인 특성에 있어 가능한 작은 편차를 갖는 밸브에 대한 필요가 있다.

본 발명에 의하면, 이 목적은 청구항 1의 방법과 청구항 12의 조절장치에 의해서 달성된다.

본 발명의 방법에 의하면, 액츄에이터의 하나 이상의 전자기적 특성이 측정 되고, 측정된 전자기적 특성 자체나 그것으로부터 유도된 양은 보정 변수의 제어를 위한 실제 값으로 사용된다. 더구나 이 보정변수는 액츄에이터의 제조나 조절에 직접 고려된다.

용어 "제어(controlling)"와 "제어하다(control)"는 변수, 즉 제어될 변수(피제어변수, 실제값)를, 계속적으로 검출하고, 다른변수들, 즉 지령변수(공칭변수)와 비교하며 지령변수에 맞도록 영향을 주는 작업을 말한다. 제어의 특성은 일련의 폐쇄 동작을 말하고, 제어회로의 작동시의 피제어변수는 계속적으로 스스로에게 영향을 준다.

제어는 프로그램된 전자 제어기에 의해 바람직하게 수행된다. 보정변수는 액츄에이터의 하나 이상의 기계적 특성인 것이 바람직하고, 특히 이하에서 설명하는 태핏 스트로크(tappet stroke)(l) 및/또는 자기적 장치에서의 공기 틈이다.

액츄에이터는 유체 흐름의 조절을 위한 밸브들과 슬라이드들과 관련된다. 바람직하게는 사용되는 액츄에이터는 밸브이다. 바람직한 유체는 공기 혹은 특히 브레이크에 전형적으로 사용되는 브레이크 유체 같은 임의의 적절한 유압유체이다. 액츄에이터는 전자기계적 장치와 폐쇄 요소(closing element)를 가진 밸브 작동장치를 포함한다. 전자기계적 장치는 전기자에 기계적으로 연결된 폐쇄 요소를 포함한다. 바람직한 폐쇄 요소는 태핏(tappet)이다. 폐쇄 요소는 여진기 코일(exciter coil)의 전류가 없을 때는 리셋팅 요소(resetting element)에 의해 뒤로 이동된다. 리셋팅 요소는 리셋팅 요소에 작용하는 리셋팅 스프링(resetting spring)이 바람직하다.

유도된 양은 자기력이 바람직하다.

전자기적 특성으로부터 유도된 양은 폐쇄 요소에서 작용하는 자기력 F_mag가 바람직하다. 이 힘은 특히 리셋팅 요소의 힘 F_spring 와 관련이 있다고 고려된다.

더욱 바람직한 방법으로 유도된 양은 이하에서 설명할 개방 거리 l(opening travel l) 및/또는 이하에서 설명할 액츄에이터의 스프링 력 F_spring 이다.

바람직하게는 액츄에이터는 완전 개방위치 및 완전 폐쇄위치를 갖는다. 액츄에이터의 종류는 정상 개방형(normally open(NO-V))이나 정상 폐쇄형(normally closed(NC-V))에 따라 리셋팅 요소의 작용에 응답하여 액츄에이터는 상기 두 위치 중 하나에 있게된다. 적절한 리셋팅 요소로 바람직한 것은 특히 선형방정식에 의해 근사화되는 규정된 힘/거리 특성곡선(force/travel characteristic curve)을 가지는 스프링이다.

본 발명의 방법은 ABS/ESP 브레이크 제어장치 같은 자동차의 브레이크 제어에 쓰는 전자유압 장치를 위한 밸브를 생산하는데 유리하게 이용되어 진다.

앞서 언급했듯이, 액츄에이터의 특성곡선의 바람직하지 못한 편차나 특히 그들의 구배는 전적으로 기계적 공차, 예를 들면 스프링 력 F_spring 의 변화와 액츄에이터의 자기장 회로(예를 들면 공기 틈의 자기 저항등) 에 기인한다.

측정된 전자기계적 특성은 바람직하게는 다음 그룹의 액츄에이터의 특성 중 하나 이상에 해당한다.

- 전자기 장치의 자기적 저항 R_M

- 전자기 장치의 인덕턴스(inductance) L

- 밸브 작동 장치에서 작동하는 전자적으로 측정된 자기력 F_magn

- 열거나 닫을때 필요한 홀딩(holding)전류 I_hold 혹은

- 열거나 닫을때 필요한 개방(opening)전류 I_open

본 발명의 방법에 의하면, 바람직하게는 개방 전류, 홀딩 전류, 자기 저항, 또는 인덕턴스는 제어기에 의해 조절된다. 이것은 예를 들면 액츄에이터가 완전히 닫혔을 때 혹은 또한 액츄에이터가 규정된 방법으로 작동되어 질 때 이루어진다. 특히 밸브의 경우, 자기 장치에서 전기자와 태핏 가이드(tappet guide) 사이에 있는 공기 틈, 예를 들어 잔류 공기 틈은 총 자기 저항이 요구되는 값이 될 때까지 밸브 시트(valve seat)를 옮겨놓으면 줄어든다.

본 발명에 따라 제어를 수행하려면 미리 결정된 패턴으로 여진기 코일내의 여진 전류(exciting current)의 공칭값을 계속적으로 변화시키는 것이 바람직한데, 예를 들면 톱니형 패턴이나 경사면(ramp)형태 같은 것이다. 이 경우 밸브 홀딩 전류(vlve holding current)의 시점은 여진 전류의 일시적인 실제값 및/또는 유도전압으로부터 결정된다. 자기회로내의 여진기 코일 및/또는 측정 코일(measuring coil)의 유도전압은 피제어 변수를 규정하기 위해 측정된다. 밸브의 홀딩 전류 대신에, 밸브의 개방 지점을 나타내는 밸브 개방 전류(valve opening current)를 결정하는 것도 가능하다. 가령 예를 들어 여진 전류의 공칭값이 경사면 형태로 계속해서 감소하면, 사용되는 전류원이 이상적이 아닌 조건에서 여진기 코일의 전기적 거동의 불규칙성이 전기자가 움직일때 밸브의 개방 시점에 나타날 것이다. 이런 불규칙성은 여진기 전류, 여진기 코일의 전압 혹은 특히 자기회로에 부가적으로 장착된 측정코일의 유도전압을 관찰하면 확인된다. 밸브 홀딩 전류는 이런 불규칙성의 시점을 결정하면 정할 수 있다.

여진기 전류의 경사면형 감소(혹은 증가) 대신에, 다른 바람직한 실시형태에 따라 경사면 형태 혹은 정해진 패턴으로 여진 전압을 변화시킬 수 있다.

전자기적 특성을 측정하기 위해, 하나 이상의 추가적인 유도 부품이 액츄에이터의 자기 회로에서 여진기 코일의 옆에 유리하게 배치되며 그 부품의 유도전압은 전자기적 변수를 계산할때 고려된다. 추가적인 유도부품은 특히 측정 코일로 되어있다.

전자기적 특성은 특히 측정 코일에 적용되는 경우 측정 코일의 적분된 전압이 된다.

이런 방식 혹은 다른 어떤 방법에 의해 측정된 유도전압과 결과적으로 얻어진 적분값으로부터 자속이 그 방법에 따라 적절하게 결정되고, 그로부터 자기력 및/또는 태핏 스트로크(tappet stroke)가 결정된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 액츄에이터의 홀딩 전류 및/또는 개방 전류는 액츄에이터 관련 파라메타로부터 결정된다.

본 발명의 목적은 제조과정에서 조절되어야할 압력과 관련된 전기적 특성 곡선에서 가능한 최소의 편차나 균일한 거동을 획득하는 데 있다. 바람직하게는 이는 개방 전류와 압력차 간의 상호관계를 규정하는 특성곡선이다. 따라서 본 방법의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 액츄에이터는 제조 또는 조정 중에, 정확하게 미리 규정된 압력차 및/또는 정확하게 미리 규정된 흐름에 노출된다.

브레이크 제어의 정밀성의 추가적 증가가 요구될 때, 특히 장시간의 마모작용에 대한 보상을 위해서, 발명의 또다른 바람직한 실시형태에 따르면 처음에 물체(예를들면 자동차)의 외부에서 추가적인 조절을 수행하고 이어서 물체에 액츄에이터를 설치한 후에 밸브가 사용되는 그 물체의 내부에서 조절을 수행하는 것이 적절하며, 이 조절은 역시 전자 기계적 특성의 측정에 기초한다.

청구항 1 에 따른 제조 및/또는 조절 후에, 액츄에이터에 가압을 하지 않은 상태에서 본 방법의 바람직한 실시형태에 따라, 또 다른 보정이 수행되는데, 이 보정은 특히 브레이크 시스템의 전자적 제어를 독립적으로 수행되는 것이 특징이다. 앞서 말했듯이 이렇게 하면, 본 발명에 의해 제조된 액츄에이터에 의해 액츄에이터의 아날로그 제어의 정확성이 더욱 향상된다. 액츄에이터 관련 파라메타가 액츄에이터의 가압(압력차 ΔP = 0)을 사용하지 않고 자동적으로 정해지는 본 발명의 방법에 따르면 액츄에이터의 코일에 누적된 전기적 유도전압을 피제어 변수로 하여 태핏 력 또는 자기 저항을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명을 이해하기 위해서 기술적인 상호관계의 단순화를 위해 예를 들어 파라메타 KG_ind 로 나타낼 수 있는 개별적인 자기적 및 기계적인 특성들과 예를 들어 파라메타 KG_gen 으로 나타낼 수 있는 일반적인 자기적 및 기계적인 특성들로 액츄에이터의 특성을 분류하는 것이 편리하다. 각각의 밸브에 의존하는 공차에 의해 파라메타 KG_ind 는 특히 넓은 편차의 양들을 포함한다. 파라메타 KG_gen 는 편차에 영향을 덜 받고 제작의 종류나 제조 라인에 대해 일단 고정될 수 있는 파라메타이다. 따라서 일반 파라메타 KG_gen 는 물체 내의 전자 제어 장치에 적절하게도 영구적으로 저장된다. 각각의 액츄에이터에 있어 압력차에 응답하는 액츄에이터의 특성 곡선과 따라서 필요한 구동전류는 쉽게 구해진다. 물론 특성 양들(characteristic quantities) 대신에 특성 필드나 보정 곡선 등을 기억시키는 것도 가능하다.

본 방법의 바람직한 실시형태에 따르면 자기 회로의 총 자기 저항(total magnetic resistance) R_m 은 전자기적 장치에서 측정된다. 자기 저항 대신에 본 발명의 방법의 실시를 위한 상응하는 등가적인 물리량으로서 코일의 감은수 N 과 관련된 대응하는 자기회로의 인덕턴스 L 을 사용하는 것도 가능하다.

하나 이상의 추가적인 측정요소, 특히 하나 이상의 측정 코일이 바람직하게 자기회로에 제공되는데, 이 측정코일은 인덕턴스, 자속, 혹은 저기저항 각각을 측정하는데 사용된다. 코일과 별개로, 만약 유효 자속을 감지하는데 적절하다면, 홀센서(Hall sensors), MR센서, 기타 등등의 원래 공지된 자기장 응답 센서를 측정 부품 요소로서 사용하는 것도 원리적으로 가능하다. 그러나 코일의 사용이 특히 저비용 생산의 가능성 때문에 바람직하다.

상기에서 언급한 측정코일은 구동코일과 전기적으로 독립적이다. 그러나 바람직한 실시형태에 따르면 구동코일과 측정코일을 직렬로 전기적으로 연결하는 것이 가능하다. 이러한 경우 단지 세개의 작동라인만 요구되기 때문에 유리하다.

압력차 및 기하학적 유동특성 외에, 액츄에이터나 밸브를 통한 유동 G(flow G) 는 주로 각각의 액츄에이터의 태핏에 작동하는 힘(태핏 력)에 의해 규정된다. 자기력 F_magn, 유체에 의해 야기된 압력응답힘 F_hydr (예를 들어 공압이나 유압), 그리고 리셋팅 요소의 힘 F_spring 은 밸브의 태핏에 동시에 작동하게 된다. 이렇게 할때 작용하는 힘들은 힘의 평형상태(태핏은 정지)를 보장한다. 이 상태에서 여진기 코일에 의해 자기력이 생성되는 경우에 흐르는 것은 소위 홀딩 전류(holding current) I_hold 이다.

본 발명의 방법을 따르면 스프링 력, 그리고 만약 가능하다면 최대 태핏 스트로크(the maximum tappet stroke) 는 일련의 연산 루틴에 의해 바람직하게 정해진다. 그리고 이들 양들은 예컨데 힘의 계산시에 포함된다.

다른 것들 중에서 본 발명의 방법의 특별한 특징은 바람직하게는 자속이 측정되고 이에따라 특히 제어가 수행된다. 이것은 자기력이 자속에 직접 의존하기 때문에 적절하다.

본 발명은 또한 바람직하게는 상기 방법의 실시를 가능하게 하는 전자기 구동식 액츄에이터의 제조 및/또는 기계적 조절을 위한 조절장치에 대한 것이다. 이 장치는 전자기적 여진기 코일을 포함하며, 엑츄에이터(이 경우에 일반적으로 여진기 코일을 가지지 않는다)는 코일의 상응하는 수용부에 끼워진다. 본 조절장치의 특징은 조절장치에 삽입될 수 있는 액츄에이터의 전자기적 특성을 실제 값으로 사용하는 제어회로에 있다. 제어의 보정 변수는 조절장치를 통해 액츄에이터의 기계적 특성에 작용하고, 예를 들어 태핏 스트로크인 이 기계적인 특성은 장치에 의해 조절될 수 있다..

조절장치는 제어 회로의 실제 값을 형성하기 위해 전자신호를 제공하는 특히 측정 코일로 이루어진 추가적인 유도 부품을 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 제어의 보정변수가 프레스인(press-in)작업을 위해 액츄에이터를 수용할 수 있는 프레스장치 가압물질을 위한 고정장치의 거리를 변경한다. 이 목적을 위해 특히 프레스 홀더 암(press holder arm)의 거리는 제어기에 의해 제어된다. 그 거리는 특히 속력(홀더(holder)의 닫힘 속력)신호나 거리신호를 미리 설정함에 의해 제어된다. 또한 제어기가 가압력을 제어하는 것도 가능하다.

위에 언급된 조절방법에서 밸브의 밸브 시트(seat)는 바람직하게는 프레스인작업에 의해 조절된다. 삽입치수는 바람직하게는 약 0.2㎛～500㎛ 의 범위에 있다.

다른 바람직한 실시형태는 종속항 및 도면을 참고로 한 이하의 실시형태에 대한 설명에서 알 수 있다.

도 1 은 밸브 보정 과정의 개략도

도 2 는 본 발명에 따라 적용될 수 있는 밸브의 도면

도 3 은 밸브를 조절하는 조절장치의 개략도

도 4 는 조절 제어회로를 설명하는 개략도

도 1 은 ABS/ESP 기능을 가진 자동차(1)의 전자유압 브레이크 시스템(electrohydraulic brake system)(2)의 솔레노이드 밸브(15)의 제조과정을 나타낸다. 초기에 솔레노이드 밸브는 본 발명의 방법에 따라 제조 후에 생산 공장(3)에서 균일한 개방 전류(uniform opening current)거동에 있어 기계적으로 조절되고, 그 후 브레이크 제어장치(2)에 장착된다. 시간이 경과 함에 따라 잔류공차가 나타나는 경우 만약 브레이크 제어에 특히 높은 정밀도가 요구된다면, 브레이크 제어 장치(2)가 자동차(1)에 탑재된 후 전자 제어기(21)에 의해 자동차에 다음에 설명될 추가적인 보정의 수행이 가능하다.

도 2 는 전형적인 솔레노이드 밸브(15)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 전기자(armature)(6), 하우징(7), 슬리브(8), 코일(9)은 실제 밸브에 기계적으로 작용하는 전자기 장치의 구성 부품들이다. 좀더 자세히 설명하면 전기자(6)는 밸브 코일(9)의 자기장에 의해 움직여지고, 따라서 태핏(5)에 기계적으로 작용한다. 정상 개방형 밸브(NO valve)의 경우에, 자기장이 없을 때 리셋팅 스프링(27)이 태핏(5)을 눌러 열린 위치에 있게 한다. 도 2(c) 는 닫힌 위치에 있는 밸브를 보여주며, 밸브 코일에는 전류가 흐르고 있다. 그때 태핏(5)은 밸브 시트(4)의 개구를 닫는다. 밸브의 닫힘 작용시에는 도시된 밸브의 전기자(6)는 하우징(7)에 접근하지만 아직 완전히 접촉하지는 않는다. 전기자와 하우징 사이의 공간을 잔류 공기 틈(d)이라고 한다. 본 방법에 따르면 잔류 공기 틈(d)은 밸브 시트(4)의 화살표(11) 방향으로의 변위에 의해 조절된다. 이 조절은 이하에서 설명하는 바와 같이 닫힌 밸브 위치에서의 자기저항 또는 여진기 코일(9)의 규정된 여진(excitation)으로 발생될 수 있는 개방 전류를 고려하여 행해진다.

두번째 조절은 밸브의 열린 위치에서 행해진다. 밸브가 완전히 열렸을때 전기자(6)는 슬리브(8)에 접하게 된다. 완전히 닫힌 위치와 완전히 열린 위치 사이의 거리가 태핏 스트로크 거리가 되고, 열린 위치와 닫힌 위치에서의 자기저항을 고려 및 비교하여 정해질 수 있다. 태핏 스트로크 거리는 슬리브(8)의 변위에 의해 조절될 수 있다.

자동차에서의 보정 과정

위에서 언급된 자동차(1)에서의 보정과정은 브레이크 제어 장치의 전자제어장치(21)에서 자동적으로 이루어지고, 밸브 흐름 제어를 위해 요구되는 개별적인 밸브의 개방 전류의 특성곡선을 계산하는 데 사용된다. 이 보정작업의 한 특별한 점은 실제 보정작업이 밸브의 가압 없이 수행된다는 것이다. 따라서 보정작업은 언제나 스스로 유지되고 작업장에 가지 않고도 독립적으로 행해질 수 있다. 이 예에서 스프링력은 개별적으로 정해진다. 우선 정상 개방형 솔레노이드 밸브(15)의 코일 전류 (I) 가 점진적으로 증가한다.(밸브전류를 흐르게 하거나 차단하는 각각의 경우) 정해진 전류에서 밸브는 닫힐 것이고, 전기자(6)는 화살표(22)방향으로 움직일 것이다(도 2c). 전기자의 이동으로 전기자(6)와 하우징(7) 사이의 공기 틈이 감소되고 이에 따라서 총자기 저항 R_m 과 또한 인덕턴스 L 가 측정가능하게 변하게 된다.

,

위 식이 적용될 것이다.(N=코일의 감은수,Φ=자속)

전기자(6)의 이동이 시작될 때는 자기력 F_magn 과 전기자에 작용하는 스프링 력 F_spring 사이에 평형이 이루어지고 압력차 ΔP=0 이다.

,

(μ₀ =공기의 투자율, A_armature=전기자의 면적) 그러므로, 스프링 력 F_spring 은 전기자의 면적 A_armature 을 고려하여 자속 Φ 으로부터 계산된다. 이렇게 측정된 스프링 력의 공차 유도 편차는 제어기(21)의 메모리에 저장될 수 있다.

도 3 의 개략도는 밸브(15)의 밸브시트(4)를 조절하는데 쓰이는 프레스(12)를 보여준다. 상부에서 프레스(12)는 밸브(15)가 넣어지는 프레스 수용부(13)를 포함한다. 밸브(15)를 작동시키는 여진기 코일(9)이 밸브 수용부(13)안에 들어있다. 게다가 밸브 수용부(13)는 추가적인 측정코일(23)이 감겨있는 외부철심(14)을 포함한다. 자기 회로의 자속은 특별히 간단한 방법으로 측정코일(23)을 이용하여 정할 수 있다.

프레스 태핏(16)은 화살표(19)의 방향으로 변위 가능하게 프레스의 하부에서 축방향으로 안내된다. 프레스 태핏(16)의 위치는 스핀들(spindle)(18)을 이용하여 구동기(17)로 조절할 수 있다. 태핏(16)의 절대 위치는 전기적 입력부(20)를 통한 전기 신호로 미리 정해질 수 있다. 하우징(7)의 밸브시트(4)를 누르기 위해 프레스 태핏은 화살표(19) 방향으로 속력

으로 연속적으로 움직인다. 여진기 코일(9)에는 미리 정해진 패턴(예컨데, 톱니형 패턴)의 전류가 흐르고, 전류는 밸브가 초기에 열렸는지 닫혔는지에 따라 벨브가 작동하도록 변하는 값을 갖는다. 상기 패턴은 밸브가 규칙적인 간격으로 반복적으로 작동 (시계방향 작동) 되도록 설계되는 것이 바람직하다.

전자기적 특성을 조절하기 위한 폐쇄 제어회로가 도 4 에 나타나 있다. 프레스 제어 전자장치(24)는, 프레스(12)의 프레스인(press-in) 속력을 미리 정하고 입력부(20)에 보내지는 보정변수

를 생성한다. 밸브(15)는 이 신호에 응답하여 가압된다. 라인(25)을 통한 밸브의 전자기적 양(26)의 피드백에 의해 프레스와 관련된 제어 루프가 형성되는데, 이러한 제어루프를 이용하여 밸브의 요구되는 전자기적 양을 프레스 전자장치(24)로 정확하게 제어 할 수 있다. 도 4 의 박스에 나타낸 바와 같이 피드백되는 전자기적 양(26)은 여진기 코일(9)이나 별도의 측정코일(23)에서 측정된 유도전압 U_ind 혹은 전자적으로 결정된 이 양의 적분값

이다. 적분값

은 자속에 비례하여 자속제어가 여기에서 실현된다. 유도전압이 라인(25)를 통해 전달되는 경우, 실제 제어 작동전에 전자장치(24)에서 적분이 계산되어야 한다. 다른 방법으로는, 현재의 밸브 홀딩 전류 I_hold 혹은 밸브 개방 전류 I_open 를 피제어 변수로 하여 라인(25)을 통해 전자장치(24)에 전달할 수 있다.

밸브 태핏 스트로크 (l) 를 정하기 위한 한 예를 이하 설명한다. 아래의 물리적인 관계식이 다음의 태핏 스트로크 계산에 기초가 된다.

및

밸브 전류 (I) 가 흐르지 않으면 밸브(15)에서 자속(Φ)의 변화가 생겨 여진기 코일(9) 혹은 측정코일(23)에 유도전압 U_ind 이 발생한다. 총 자기 저항 (R_M) 은 밸브의 열리거나 닫힌 상태에서 측정가능하다. 이 자기저항은 전기자의 공기틈의 자기저항

이고 전기자의 위치에 따라 변한다. A_armature 는 자기적으로 유효한 전기자(6)의 면적이고 이는 밸브의 생산 라인의 특성이며 또한 참조 부호 (l) 은 태핏 스트로크를 나타낸다. 실제 측정 방법은 R_M ^air 의 값을 직접적으로 구하지는 않고 밸브가 완전히 열렸을 때의 자기 저항을 측정하고 닫힌 밸브의 자기저항을 뺀다. 결과적으로 이렇게 해서 태핏 스트로크 (l) 는 전자기적인 특성의 측정으로만 정해 질 수도 있다.

상기에서 설명된 예에서 밸브는 자기저항의 측정시에 항상 완전히 닫히거나 열려있다. 클록(clock) 제어 밸브 열림으로 조절하는 방법의 한 예를 이하에 설명한다. 우선, 밸브가 닫혀있을 때 공기틈 (d) 을 조절하기 위해 밸브 시트(4)를 하우징(7) 안으로 이동시키면 닫힌 밸브의 자기 저항이 계속적으로 증가하게 된다. 여진기 코일의 전류는 처음에 밸브의 폐쇄 전류보다 높다. 프레스가 일정한 속도로 가압되면 밸브는 여진기 코일(9)의 전류에 의해 반복적으로 즉, 시계방향으로 열릴 것이고, 이때 밸브 개방 전류가 정해진다. 유도전압 및/또는 여진기 코일 전압 및/또는 코일 전류의 시간 변화를 고려하여 밸브 개방전류를 결정하는 것이 가능한데, 왜냐하면 이 경우에 일어나는 밸브 전기자(6)의 운동중에 자속 회로에 있는 코일의 전압 및 전류 변화에 측정가능한 피크가 나타나기 때문이다. 정해진 현재의 공기 틈의 조절시에 밸브 개방 전류는 피크시에 흐르는 전류의 범위로부터 정해질 수 있다. 결정된 개방 전류는 정확한 시간에 제어장치(24)에 전달된다. 정확한 시간 또는 클록 결정은 프레스의 조절에 이용될 수 있는 준 연속 제어 신호가 얻어질 정도로 높은 측정 빈도로 일어난다.

상기에서 설명된 것은 정상 개방형 밸브(NO valve)에 대한 것이다. 설명된 방법은 정상 폐쇄형 밸브(NC valve)에도 유사하게 적용될 수 있다.

Claims (14)

1. 유압이나 공압 아날로그 밸브 혹은 아날로그 온오프 밸브(on-off valve)에서 유체의 흐름제어에 이용되는 전자기적으로 제어가능한 액츄에이터를 제조, 조절, 또는 제조 및 조절하는 방법으로서,

   상기 액츄에이터는 하나 이상의 가동 전기자(6)를 포함하는 여진기 코일(9)에 의해 구동되는 전자기장치를 포함하며, 이 전자기장치는 액츄에이터를 개폐시키는 밸브 작동 장치에 기계적으로 작용하며, 상기 밸브 작동 장치는 하나 이상의 폐쇄 요소(5)와 여진기 코일이 여진되지 않았을때 상기 폐쇄 요소를 열거나 닫기 위한 리셋팅 요소(27) 및 액츄에이터를 열거나 닫기 위해 상기 폐쇄 요소가 결합하는 밸브시트(4)를 포함하는 상기 방법에 있어서,

   엑츄에이터의 하나 이상의 전자기적 특성을 측정하고, 측정된 전자기적 특성 그 자체 또는 그로부터 유도된 양을 보정변수의 제어를 위한 실제 값으로 사용하며 엑츄에이터를 제조하거나 조절하는데 이 보정변수를 활용하는 것을 특징으로 하는 전자기적으로 제어 가능한 액츄에이터를 제조, 조절, 또는 제조 및 조절하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기적 특성은

   -전자기 장치의 자기저항 R_M

   -전자기 장치의 인덕턴스 L

   -밸브 작동 장치에 작용하는 전기적으로 측정된 자기력 F_magn

   -열거나 닫을때 필요한 홀딩 전류 I_hold , 혹은

   -열거나 닫는데 필요한 액츄에이터의 개방 전류 I_open

   중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 여진기 코일은 결합품의 일부이거나 액츄에이터가 장착되는 어셈블리 또는 조절 장치의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 개방 전류, 자기 저항, 혹은 인덕턴스인 전자기적 특성은 액츄에이터가 완전히 닫혔을 때 제어기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 자기적 특성은 액츄에이터가 완전히 열렸을 때 태핏 스트로크, 자기 장치, 또는 태핏 스트로크 및 자기 장치에서 공기 틈의 기계적 조절에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 자기 장치에서 전류변화에 의해 여진기 코일, 측정 코일, 또는 여진기 코일 및 측정 코일에서 유도된 전압을 측정하고 적분하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 여진기 코일에서 여진 전류의 공칭값이 미리 정해진 패턴에 따라 연속적으로 변하고, 또한 여진 전류의 일시적인 실제값, 밸브 개방 전류의 유도전압, 밸브 홀딩 전류 중 하나 이상으로부터 정해지고, 유도전압이 여진기 코일, 측정코일, 또는 여진기 코일 및 측정 코일에서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 전류패턴은 톱니형인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 조절은 밸브의 제조과정 동안에 행해지는 기계적인 조절인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 최초에 조절은 자동차 (1) 또는 브레이크 시스템 (2) 의 외부에서 이루어지고, 물체에 액츄에이터가 장착된 후에는, 액츄에이터가 사용되는 물체의 내부에서 조절이 이루어지며, 상기 조절은 마찬가지로 전자 기계적 특성의 측정에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 2 항에 있어서, 물체의 외부에서 이루어지는 조절은 개방 전류 특성들에 대한 공차의 영향을 보상하는데 사용되고, 이는 리셋팅 요소의 상이한 힘/거리 변동에 기초한 것을 특징으로 하는 방법.
12. 전자기적으로 조절가능한 액츄에이터를 제조하거나 기계적으로 조절하는 조절 장치로서,

    상기 조절장치의 일 구성요소인 전자기적 여진기 코일(6) 및 이 여진기 코일에 의해 전자기적으로 구동가능한 액츄에이터가 삽입되는 수용부를 포함하며, 상기 액츄에이터는 하나 이상의 전기자(7), 가동 태핏(8), 그리고 밸브 작동 장치(4,5,6)를 포함하며, 상기 전기자는 액츄에이터를 개폐시키기 위하여 여진기 코일 전류에 의해 움직이는 상기 조절 장치에 있어서,

    조절장치는 실제 값이 조절장치에 장착될 수 있는 액츄에이터의 전자기적 특성이고 액츄에이터의 하나 이상의 기계적 특성이 보정변수에 의해 조절되는 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 보정 변수가 가압되는 재료가 삽입되는 프레스 장치의 홀딩 장치의 거리 (X,ΔX) 를 결정하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 제 1 항 또는 제 2 항의 방법을 실시하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 조절 장치.

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