KR101851816B1 - 전기적으로 제어된 밸브의 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전기적으로 제어된 밸브의 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시간적으로 변화하는 제어신호 (17) 에 의해 제어된 전기 장치 (4) 의 상태 특성값 (28) 을 검출하기 위한 (33) 방법 (3) 에 관한 것이다. 상기 적어도 하나의 상태 특성값 (28) 은 시간적으로 변화하는 상기 제어신호 (17) 의 주파수 및/또는 시간적으로 변화하는 상기 제어신호 (17) 의 스위칭 비율을 이용하여 검출된다.

Description

전기적으로 제어된 밸브의 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE STATE OF AN ELECTRICALLY CONTROLLED VALVE}
본 발명은 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값의 적어도 간헐적인 및/또는 적어도 부분적인 검출을 위한 전기적 제어장치에 관한 것이다.
오늘날 여러 가지 유형의 전기 장치들이 전류를 이용하여 제어된다.
전기 장치가 예컨대 특정한 측정값들에 따라 및/또는 서로 다른 시점들에서 서로 다른 상태를 차지해야 하면, 상기 전기 장치의 제어는 시간적으로 변화하는 제어신호를 이용하여 수행될 수 있다. 그러면, 인가된 제어신호의 유형에 따라 상기 전기 장치는 일반적으로 특정 상태를 차지한다. 이때, 상기 전기 장치의 특정 상태를 위해 필요한 또는 중요한 제어값의 인가와, 상응하는 상태의 최종적인 차지 사이에 일종의 기간이 있는 것이 (이른바 시간 지체) 가능하다. 상기 시간 지체의 크기는 상기 전기 장치의 유형 및 구조에 의해 좌우될 뿐만 아니라, 특히 상기 전기 장치의 상태의 변경의 필요한 크기에 의해서도 좌우된다.
전기 장치들의 이러한 제어에 있어서의 문제는 특히, 언제 상기 전기 장치가 원하는 상태를 차지하는 가를 (그리고 경우에 따라서는 원하는 상태를 차지하는 가의 여부를) 알고자 한다는 데에 있다. 즉, 예컨대 기술적 결함으로 인해 또는 전기 장치에 대한 매우 큰 저항력으로 인해, 상기 전기 장치가 원하는 상태를 전혀 차지할 수 없는 일이 생길 수 있다. 상기 전기 장치가 특정 시점에서 결국 원하는 상태를 차지한다 해도, 시간 지체는 크기가 서로 다를 수 있다. 하지만, 많은 적용에 있어서, 특정한 정의된 지체 시간을 갖는 것이 (또는 초과하지 않는 것이) 바람직하다.
그러므로, 시간적으로 변화하는 제어신호만을 이용한 전기 장치의 간단한 제어는 많은 경우에서 충분치 않다고 증명된다.
전기 장치의 현재의 상태에 관한 정보를 얻기 위한 가능성은 특별한 측정센서들이 제공되는 데에 있으며, 상기 측정센서들은 상기 전기 장치의 현재의 상태를 제어유닛에게 보고한다. 하지만 이러한 방식은 많은 경우에서 문제가 있는데, 왜냐하면 측정센서들은 흔히 부분적으로 상당한 비용을 요구하기 때문이다. 또한, 좁아진 설치공간 상태로 인해 측정센서의 장착이 자주 불가능하거나 또는 매우 어려울 수 있다.
그 밖의 원칙적인 가능성은 많은 경우에서, 전기 장치를 제어하기 위해 사용되는 시간적으로 가변적인 제어신호 자체를 상기 전기 장치의 상태의 적어도 근사적인 검출을 위해 사용하는 데에 (그리고 이로써 상기 전기 장치 자체를 거의 (quasi)“내재적 (intrinsic) 측정센서”로서 이용하는 데에) 있다. 여기서, 측정 장치 (또는 그의 부품들) 는 어느 정도는 특히 바람직하지 않은 (예컨대 특히 좁아진) 영역들로부터 설치 공간과 관련하여 덜 중요한 영역들로 이동될 수 있다. 부분적으로, 이러한 유형의 방식에 있어서, 이미 존재하는 또는 어쨌든 제공되어야 하는 구성요소들이 이용될 수 있고, 이는 비용을 줄일 수 있다.
이러한 유형의 많은 전기 장치들 중 한 예는 예컨대 모터 및 펌프, 특히 내연기관을 위해, 유압모터, 압축기, 유압펌프를 위해, 또는 서로 다른 유압 시스템들 또는 유체 안내 시스템들 안의 스위칭 과제를 위해 사용되는 밸브들을 위한 전기 액추에이터이다. 이러한 전기 장치들에 있어서, 액추에이터의 도움으로 제어된 밸브들의 서로 다른 스위칭 상태들을 제어하고자 할 뿐만 아니라, 특히 실제로 스위칭 과정이 수행되었는 지의 여부, 그리고 바람직하게는 언제 전환이 수행되었는 지의 (특히 본질적으로 폐쇄되어 있는 지의) 여부에 관한 답신을 얻고자 한다. 이러한 유형의 변수를 알아야 보다 나은 제어 알고리즘이 사용될 수 있고, 방해가 발생한 경우 적합한 조치가 실행될 수 있다.
위치가“내재적”센서들을 통해 측정될 수 있는 전기 액추에이터들을 위한 제안들이 이미 만들어졌다.
즉, 예컨대 M.F. Rahman, N.C. Cheung 및 K.W.Lim 의 IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 32, No.3, 1996년 5월/6월 안의 출판물“Position Estimation in Solenoid Actuators”에는 코일 안의 마그네틱 앵커의 위치를 추정하기 위한 방법이 제안되었다. 여기서, 저자들은 코일의 인덕턴스가 그 안에서 움직일 수 있게 배치된 마그네틱 앵커의 위치에 따라 변하고, 우선 증가한다는 것을 기술한다. 특정 점 (point) 부터 인덕턴스는 포화를 근거로 다시 떨어진다. 그러므로, 인가된 전류의 측정에 근거하여, 저자들은 코일 내부에서의 마그네틱 앵커의 위치를 추론한다. 하지만, 그곳에 기술되어 있는 방법에서 문제가 되는 것은, 상기 제안된 측정방법 자체가 저자들의 보고에 따르면 준정적 (quasi-stationary) 시스템들을 위해서만 쓸모있는 결과를 제공한다는 것이다. 하지만, 이러한 과실은 많은 기술적 시스템들에 있어 존재하지 않는다.
그 밖의 제안은 예컨대 미국 특허출원 US 2008/0143346 A1 안에 만들어졌다. 여기에서는, 전자기적 액추에이터에 인가된 전류의 상승 거동에 근거하여 액추에이터의 위치가 추론된다. 하지만, 그곳에 기술되어 있는 방법은 확실한 출발 위치들을 알고 있다는 것을 전제로 한다. 이 위치들로부터, 위치의 변경이 어느 정도는“통합된다”. 예컨대 더 이상 완전히 열리지 않는 또는 닫히지 않는 밸브 형태의 방해는 상기 제안된 방법에 의해 실제로 인식될 수 없다. 또한, 그곳에 기술되어 있는 방법은 마찬가지로 준정적 시스템들을 위해서만 적합하다.
그러므로, 특히 전기적으로 제어된 액추에이터의 위치와 관련하여, 시간적으로 변화하는 제어신호를 통해 제어된 전기 장치의 상태를 결정하기 위한 개선된 방법이 여전히 요구된다. 마찬가지로, 액추에이터를 위한 개선된 제어장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위한, 선행기술에 비해 개선된 방법을 제안하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값의 적어도 간헐적인 및/또는 적어도 부분적인 검출을 위한, 선행기술에 비해 개선된 전기적 제어장치를 제안하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성한다.
적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위한 방법으로서, 상기 적어도 하나의 상태 특성값이 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 상기 제어신호의 주파수 및/또는 시간적으로 변화하는 상기 제어신호의 스위칭 비율을 이용하여 검출되도록 상기 방법을 실행하는 것이 제안된다. 검출되어야 하는 상태 특성값은 임의의 상태 특성값, 보다 정확히 말하면 특히 직접적인 상태 특성값 (즉, 상기 전기 장치와 직접적으로 관계하는 상태 특성값) 일 수 있다. 예컨대, 이러한 유형의 직접적인 상태 특성값은 상기 전기 장치의 전기적 상태 (전류강도, 인덕턴스, 온도 등등) 일 수 있다. 하지만, 간접적인 상태 (즉, 상기 전기 장치와 간접적으로만 관계하는 상태 특성값), 예컨대 상기 전기 장치와 연결된 기계적 유닛 (예컨대 밸브) 의 위치, 속도, 유체 용량 등등일 수도 있다. 상기 전기 장치 자체는 마찬가지로 본질적으로 임의의 전기 장치일 수 있다. 상기 전기 장치는“홀로”작동될 수 있거나, 또는 (통합적으로) 다른, 예컨대 기계적 유닛들과 연결되어 있을 수도 있다. 이는 특히 상기 전기 장치가 특정한 기계적 부품들과 함께 통합적인 기능적 유닛, 예컨대 전기 코일의 자기장안에서 움직일 수 있게 배치된 마그네틱 앵커를 형성하는 경우들도 포함한다. 시간적으로 변화하는 상기 제어신호는 마찬가지로 본질적으로 임의의 전기적 신호일 수 있고, 상기 전기적 신호는 (영속적인) 전기적 직류전압이 아니다. 전형적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호는 주파수를 가지고, 그 주파수는, 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, > 0.1 Hz, > 0.5 Hz, > 1 Hz, > 2 Hz, > 5 Hz, > 10 Hz, > 20 Hz, > 50 Hz, > 100 Hz, > 200 Hz, > 500 Hz, > 1kHz, > 2kHz, > 3 kHz, > 4 kHz, > 6 kHz 및/또는 > 6 kHz 이다 (여기서, 언급된 모든 경우에서 값 자체도 함께 포함되어 있을 수 있다). 이때, 시간적으로 변화하는 제어신호란 명확히“순전한”교류전압을 의미할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 교류전압 부분에 의해 중첩되어 있는 (경우에 따라서는 높은) 직류전압 부분을 가진 전기적 전압 패턴을 의미할 수도 있다. 완벽을 기하기 위해, 교류전압 (또는 교류전압 부분) 이 전적으로 진폭마다 그의 높이, 그의 길이, 그의 주파수 및/또는 그의 신호 형태와 관련하여 변할 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 이때, 시간적으로 변화하는 제어신호는 임의의 방식으로 상기 전기 장치를 (적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로) 직접적으로 및/또는 (적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로) 간접적으로 제어할 수 있다. 즉, 제어신호가 예컨대 전기 코일 안에 흐르는 전류인 것이 가능하다. 하지만, 제어신호는, 예컨대 회로 로직을 위한 입력신호로서, (파워) 트랜지스터를 위한 (또는 유사한 전자적 스위칭 부품을 위한) 입력신호로서 사용되는 전류일 수도 있다. 발명가들은 이제 자신들도 놀랍게도, 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호의 주파수 및/또는 스위칭 비율이 이용되면 상태 특성값들 중 적어도 여러 개를 매우 높은 정확성을 갖고 검출할 수 있는 것이 특히 간단한 방식으로 가능하다는 것을 밝혀냈다. 시간적으로 변화하는 제어신호의 주파수란 본질적으로 주기적인 신호의 완전한 사이클 길이만을 의미할 수 있는 것이 아니다. 특히, 주파수란 2개의 (또는 그 이상의) 영점 통과부, 또는 제어신호 곡선의 특히 탁월한 점들 (points) 사이의 간격을 의미할 수도 있다. 또한, 제어신호가 예컨대 2개의 (경우에 따라서는 그 이상의) 특히 탁월한 스위칭 상태들을 구비하고, 그리고 탁월한 상기 두 (또는 그 이상의) 스위칭 상태의 비율 (예컨대 시간적 비율) 이 서로 상태 특성값의 검출을 위해 이용되는 것이 가능하다. 이때, 특히 펄스 폭 변조된 신호의 이른바“듀티 사이클”에 관한 것일 수 있다.
시간적으로 변화하는 상기 제어신호가 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 펄스 형태의 제어신호 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 주기적인 제어신호이면 바람직하다. 특히, 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 펄스 폭 변조 형태의 제어신호 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 직사각형 제어신호일 수 있다. 펄스 형태의 제어신호란 특히, 무엇보다도 스위칭 온 상태 및 스위칭 오프 상태만을 구비하는 신호 (즉, 말하자면 이진 신호) 를 의미할 수 있다. “중간 단계들”및/또는 음의 전압값들이 제공될 수 있는 것도 물론 가능하다. 또한, 제어신호를 (경우에 따라서는 다른 주파수를 갖고 변화하는) 직류전압 부분과 중첩시키는 것이 가능하다. “펄스 형태의”란 시간적으로 짧은 펄스들의 발생만을 의미할 수 있는 것이 아니다; 오히려, 비교적 길게 지속되는 펄스들도 (특히 제어신호의“오프 타임”에 비례하여) 제공되어 있을 수 있다. 주기적인 제어신호란 예컨대 기간 또는 일종의 시간의 경과 후 어느 정도 동일하게 반복되는 신호만을 의미할 수 있는 것이 아니다. 오히려,“질적 (qualitative) 관점”에서 반복되는 신호들을 의미할 수도 있다. 예컨대 제어신호가 서로 다른 주파수 및 서로 다른 폭의 직사각형 펄스들의 연속으로 구성되면, 상기 제어신호는 경우에 따라서는 이러한 설명의 의미에서의 주기적인 제어신호로 이해될 수 있다. 바람직하게는, 펄스 폭 변조 형태의 제어신호일 수 있다. 주파수가 일반적으로 변함이 없고,“온 위상들”및“오프 위상들”서로간의 스위칭 비율 (이른바“듀티 사이클”) 만 변경되는 엄격한 의미에서의 펄스 폭 변조 형태의 제어신호들만 의미할 수 있는 것이 아니다. 오히려, 이와 달리, 심지어 듀티 사이클의 이러한 유형의 변경에 추가하여 (경우에 따라서는 그 대신) 주파수의 변경이 발생할 수 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 추가적으로 또는 대안적으로 직사각형 제어신호이면 바람직하다. 상기 언급된 제어신호들이 반드시 엄격히 수학적인 형태로 존재해야 할 필요는 없다는 것이 언급되어야 한다. 오히려, 일반적으로 일종의 부품 영향을 근거로 일종의 신호 왜곡이 생길 것이다. 예컨대, 직사각형 제어신호의 스위칭 온 에지는 그의 인덕턴스를 근거로 일반적으로 점근적 (asymptotic) 스위칭 온 곡선이 되도록 변형된다. 이러한 또는 다른 효과들은 물론 스위칭 오프 에지 및 그 밖의 신호 특징에 있어서도 신호의 일종의 변형을 초래할 수 있다.
이 이외에, 상기 전기 장치가 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 유도 장치를 구비하는 전기 장치, 특히 전기모터 장치, 전기 코일 장치 및/또는 액추에이터 장치, 바람직하게는 밸브 장치를 위한 액추에이터 장치이면 바람직하다. 제 1 실험들은, 이러한 유형의 전기 장치들이 특히 상기 제안된 방법과 관련된 사용을 위해 적합하다는 것을 증명했다. 이 이외에, 이러한 유형의 전기 장치들에서는 공간 문제가 자주 존재하며, 따라서 이러한 전기 장치들에 있어서 추가적인 측정 센서 기술을 제공하는 것이 특히 어렵다 - 심지어 거의 불가능하다 -. 이 점에 있어서, 상기 제안된 방법의 사용이 특히 바람직하다고 증명된다.
특히 이 경우 (하지만 반드시 이 경우에 제한되어 있는 것이 아니다), 상기 전기 장치가 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 일부 영역에서 비-준정적으로 (non-quasi-stationary) 및/또는 비-정적으로 (non-stationary) 작동되면 바람직하다. 이미 도입부에서 언급한 바와 같이, 선행기술에 공지된 방법들은 일반적으로 준정적 (quasi-stationary) 시스템들에서의 사용에 제한되어 있다. 특히 빨리 움직이는 시스템들 (즉, 비-준정적으로 작동되는 시스템들) 에 있어서, 특정한 상태 특성값들의 부하를 받을 수 있는 (loadable) 측정값들을 얻고자 하는 특히 큰 요구가 자주 존재한다. 왜냐하면 특히 빨리 움직이는/빨리 변하는 기술적 장치가 제어되어야 하면, 예컨대 효율을 이유로 하여, 예컨대 특히 정확한 시간적 제어를 수행하는 것이 일반적으로 필요하기 때문이다. 하지만, 이러한 유형의 특히 정확한 시간적 제어를 위해서는, 일반적으로 상응하여 빠른 그리고 정확한 측정값들이 존재해야 한다.
이 이외에, 상기 제안된 방법에 있어서 상기 적어도 하나의 상태 특성값이 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 전기 장치의 적어도 부품들의 위치에 관한 척도, 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 전기 장치의 적어도 부품들의 특정한, 특히 탁월한 위치들에의 도달에 관한 척도, 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 전기 장치의 적어도 부품들의 속도에 관한 척도 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 적어도 하나의 오류사건 (error event) 의 발생에 관한 척도를 나타내면 유리하다. 특히 상기 언급된 측정값들은 기술적 장치들의 (특히 빨리 변하는 기술적 장치들의) 안전한, 효율적인 그리고 마모가 적은 작동을 위해 특히 중요하고 또는 도움이 된다. 밸브를 위한 액추에이터와 관련하여서는, 예컨대 (본질적으로) 완전히 개방된 상태, (본질적으로) 완전히 폐쇄된 상태, 그 사이에 놓여 있는 밸브 등등의 상태에 관한 것일 수 있다. 오류 사건은 예컨대 밸브가 완전히 개방될 수 없거나 또는 폐쇄될 수 없을 경우 존재한다.
이 이외에, 상기 제안된 방법과 관련하여 상기 전기 장치가 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로 최대 전류 제한 방법에 의해 제어되면 유리하다. 여기서, 개념“제어하다”는 이와 관련하여 반드시 상기 개념의 엄격한 정의 (즉, 장치가 피드백 등등 없이 제어된다라는 의미) 만을 포함하는 것이 아니고, 경우에 따라서는 피드백 방법, 측정값들 등등의 유입 허용을 포함한다 (이는 일반적으로 오히려“조절하다”라고 불리운다). 즉, 제어신호를 근거로 일종의 최대 전류가 초과되면 (또는 곧 초과될 것 같으면), 제어신호의 강도가 감소되며 또는 바람직하게는 일종의 기간 동안 스위칭 오프된다 (일반적으로 이른바 펄스 폭 변조를 초래한다). 이러한 유형의 제어 방법은 특히 일종의“시간 지체 효과들”을 나타내는 전기 장치들, 특히 인덕턴스를 가진 전기 장치들, 특히 보다 큰 인덕턴스를 가진 장치들, 예컨대 전기 코일 등등을 위해 적합하다. 유도적 전기 장치들의 제어를 위한 이러한 유형의 펄스 폭 변조 방법은 그 자체가 이미 선행기술에 공지되어 있다. 하지만, 이러한 최대 전류 제한에 근거하는 스위칭 거동이 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위해 이용되면 특히 바람직하다. 그 밖에, 최대 전류 제한은 어쨌든 자주 필요한데, 왜냐하면 특히 인덕턴스에 있어서 제어는 일반적으로 유도적 전기 장치의 낮은 옴저항을 근거로 결국 너무 높은 전류 (이는 예컨대 전기 장치의 손상을 초래할 수 있다) 를 초래하는 전압을 갖고 자주 수행되기 때문이다. 이러한 유형의“너무 높은”전압을 가진 제어는 유도적 전기 장치가 특히 빨리 "최대로 스위칭 온된 상태”가 되도록 하기 위해 수행된다. 이 이외에, 상기 제안된 방법의 그 밖의 장점은, 상기 방법이 일반적으로 특히 전기 장치의 온도에 대한 온도 의존도를 갖지 않는다는 데에 (또는 기껏해야 비교적 적은 온도 의존도를 갖는다는 데에) 있다. 예컨대 전기 코일이 전기 장치로서 사용되면, 이것은 작동 중 자주 현저히 가열된다. 이러한 유형의 가열은 전기 코일의 (예컨대) 전기적 저항 측정에 영향을 끼칠 수 없다. 이러한 유형의 영향은 상기 제안된 방법에 의해 제거 또는 감소될 수 있다.
특히, 최대 전류 제한 방법을 소프트웨어 제어형 콤퍼레이터 (comparator) 를 이용하여 실현시키는 것이 가능하다. 이러한 유형의 소프트웨어 제어형 콤퍼레이터는 아주 일반적으로 상기 방법의 범위에서 다른 과제들을 위해 사용될 수도 있다. 소프트웨어 제어형 콤퍼레이터에 있어서, 시간적으로 가변적인 제어신호의 시간적인 변경이 직접적으로 콤퍼레이터 안에서 (예컨대 마이크로컨트롤러 또는 단일 보드 컴퓨터 안에서) 수행되는 것이 가능하다. 이를 위해, 어쨌든 자주 마이크로컨트롤러 (또는 유사하게 닮은 장치) 안에 제공되어 있는 아날로그 디지털 변환기 (ADC) 가 사용될 수 있다. 이 때문에, 비용 및/또는 설치 공간과 관련된 장점만 발생할 수 있는 것이 아니다. 오히려, 제어유닛 자체 안으로의 측정의 이동을 통해 보다 많은 개수의 측정값들이 검출될 수 있고, 그러면 상기 측정값들은 진단 목적을 위해 제공된다. 이 때문에, 보다 정확한 출력신호들, 특히 보다 정확한 제어신호를 제공할 수 있는 것이 가능하다. 하지만, 정반대로, 콤퍼레이터를“종래의”하드웨어 유닛으로서 실현시키는 것도 부분적으로 유리할 수 있다. 이러한 유형의 하드웨어는 비용절감적으로 제공되며, 또한 높은 속도를 자주 갖는다. 이 이외에, 콤퍼레이터의 외부 실현의 경우 제어회로 및/또는 그 밖의 구성요소들의 계산 용량이 보다 적게 되도록 할 수 있는 것이 가능하며, 따라서 통틀어 볼 때 경우에 따라서는 비용이 절약되고, 어쩌면 계산 정확성도 향상될 수 있다.
이 이외에, 상기 방법에 있어서, 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 적어도 하나의 전기 장치가 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 일부 영역에서, 적어도 부분적으로 전기적으로 정류된 유압펌프를 위해 및/또는 적어도 부분적으로 전기적으로 정류된 유압모터를 위해 사용되면 바람직하다. 이러한 유형의 전기적으로 정류된 유압펌프/전기적으로 정류된 유압모터는 유압펌프 또는 유압모터의 비교적 새로운, 하지만 전도 유망한 구조를 제시한다. 전기적으로 정류된 이러한 유압펌프/유압모터는 영어 개념“디지털 변위 펌프 (Digital Displacement Pump)”및“합성적으로 정류된 유압펌프 (Synthetically Commutated Hydraulic Pump)”로도 알려져 있다. 이러한 유형의 펌프는 예컨대 GB 0 494 236 B1 및 WO 91/05163 A1 에 기술되어 있다. 특히 이러한 유형의 펌프/모터에 있어서, 그들의 작동 방식을 위해 전기적으로 제어 가능한, 한편으로는 매우 큰 유체 통과 횡단면을 가진, 그리고 다른 한편으로는 특히 빨리 그리고 시간적으로 정확히 스위칭될 수 있는 유체밸브 (유입밸브 및/또는 유출밸브) 가 제공되는 것이 실제로 꼭 필요하다. 이와 관련하여, 밸브들이 일종의 마모 또는 노후화 (경우에 따라서는 외부 상태로 인해) 를 겪는 것도 가능하다. 이에 상응하여, 전기적으로 제어된 밸브의 시간적인 폐쇄 거동은 시간이 흐름과 함께 특정 영역에서 변할 수 있다. 이제 스위칭 거동이 여기에 제안된 방법을 이용하여 측정될 수 있으면, 다음 제어 임펄스들에 있어서 밸브의 변경이 고려될 수 있다. 이러한 방식으로, 긴 기간에 걸쳐서도 특히 좋은 그리고 정확한 펌프 또는 구동 거동을 갖는 전기적으로 정류된 유압펌프/전기적으로 정류된 유압모터를 간단하면서도 비용이 적게 드는 방식으로 제공하는 것이 가능하다.
이 이외에, 상기 제안된 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 상태 특성값이 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 주파수의 절대값의 측정을 통해 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 주파수의 변경의 측정을 통해 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 비율의 절대값의 측정을 통해 및/또는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로, 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 비율의 변경의 측정을 통해 검출되면 바람직하다. 제 1 실험들은, 이러한 유형의 값들을 이용하여 특히 의미 있는 그리고 정확한 상태 특성값들이 검출될 수 있다는 것을 증명했다.
이 이외에, 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값의 적어도 간헐적인 및/또는 적어도 부분적인 검출을 위한 전기적 제어장치가 제안되며, 상기 전기적 제어장치는 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로 상기 제안된 유형의 방법을 실행하도록 형성 및 셋업되어 있다. 그러면, 상기 전기적 제어장치는 이미 기술된 상기 장점들 및 특징들을 유사한 방식으로 구비한다. 특히, 상기 전기적 제어장치를 상기 설명의 의미에서 적합하게 개선시키는 것도 가능하다.
특히, 상기 전기적 제어장치가 적어도 부분적으로 전자적 제어장치로서, 특히 적어도 부분적으로 프로그램 제어된 컴퓨터 장치로서 형성되어 있는 것이 가능하다. 이는,“종래의”컴퓨터, 특히 PC들, 워크스테이션들 등등일 수 있다. 하지만, 이것들이 적어도 부분적으로 이른바 전자적 마이크로컨트롤러 및/또는 단일 보드 컴퓨터로서 형성되어 있으면 가능하고 - 그리고 바람직하다 -. 하지만, 정반대로, 프로그램 기술적으로 제어된 장치들이 (대부분 또는 적어도 본질적으로 완전히) 생략되면 바람직하다고 증명될 수 있다. 즉, 제 1 실험들은, 이를 통해 적어도 많은 요구에 있어서 보다 나은, 보다 빠른 및/또는 보다 비용절감적인 구조가 발생될 수 있다는 것을 증명했다.
이 이외에, 전기적으로 정류된 유압펌프 및/또는 전기적으로 정류된 유압모터를 적어도 간헐적으로 및/또는 적어도 부분적으로 상기 기술된 방법을 이용하여 제어하는 것이 제안된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전기적으로 정류된 유압펌프 및/또는 전기적으로 정류된 유압모터가 적어도 상기 기술된 유형의 전기적 제어장치를 구비하도록, 상기 유압펌프 및/또는 상기 유압모터를 형성하는 것이 제안된다. 그러면, 결과로 초래된 전기적으로 정류된 유압펌프 또는 전기적으로 정류된 유압모터는 상기 기술된 장점들 및 특징들을 유사한 방식으로 구비한다. 또한, 유압펌프/유압모터를 상기 설명의 의미에서의 적합한 방식으로 개선시키는 것이 가능하다. 완벽을 기하기 위해, 전기적으로 정류된 유압펌프 또는 전기적으로 정류된 유압모터가 동시에 전기적으로 정류된 유압모터로서 또는 전기적으로 정류된 유압펌프로서 기능을 수행하도록 형성될 수 있다는 것이 전적으로 가능하다는 것이 언급된다. 이는 또한 상기 방법의 상기 설명과 관련하여 이미 언급되었던 전기적으로 정류된 유압펌프들 및/또는 전기적으로 정류된 유압모터들에게도 적용된다.
이하, 본 발명은 바람직한 실시예들을 근거로, 그리고 첨부된 도면과 관련하여 보다 상세히 설명된다.
도 1 은 방법의 실행을 위해 적합한 장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략적인 회로도이고;
도 2 는 방법의 실행을 위해 적합한 장치의 제 2 실시예를 나타내는 개략적인 회로도이고;
도 3 은 방법의 실행을 위해 적합한 장치의 제 3 실시예를 나타내는 개략적인 회로도이고;
도 4 는 전자기적으로 작동하는 액추에이터의 폐쇄 과정 동안의 측정 결과들이고;
도 5 는 전기적으로 정류된 유압펌프의 가능한 구조의 개략적인 도면이고;
도 6 은 밸브의 폐쇄 거동을 검출하기 위한 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 1 에는 밸브유닛 (4) 을 제어하기 위한 제어유닛 (2) 의 가능한 제 1 회로 배열체 (1) 가 개략적인 회로도로 도시되어 있다. 밸브유닛 (4) 은 여기에 도시되어 있는 실시예에서 밸브바디 (6) 를 가진 액추에이터 (5) (본 실시예에서 본질적으로 전기 코일 (8) 로 형성되어 있다) 를 구비한다. 여기에 도시되어 있는 실시예에서, 액추에이터 (5) 는 전기 코일 (8) 안으로의 전류의 도입시 밸브바디 (6) 의 상향 움직임을 초래한다 (따라서 예컨대 밸브헤드는 밸브시트와 접촉하게 되고, 그리고 밸브유닛 (4) 은 이에 상응하여 닫혀진다). 이에 반해, 전기 코일 (8) 에 전류가 흐르지 않으면, 본 실시예에서 제공된 복원 스프링 (7) 은 밸브바디 (6) 의 리턴 운동을 초래한다. 물론, 밸브바디 (6) 는 외부 힘들을 통해서도 (예컨대 밸브헤드에서의 압력차이를 통해) 또는 기타 등등을 통해서도 다시 열려질 수 있다.
액추에이터 (5) 의 본래의 스위칭 온 또는 스위칭 오프 (그리고 이로써 밸브유닛 (4) 또는 밸브바디 (6) 의 운동) 는 신호 입력부 (9) 에 입력신호를 인가함으로써 개시된다. 신호 입력부 (9) 에 인가된 입력신호는 - 인가된 전압에 따라 - 전기 코일 (8) 안의 상응하는 전류를 초래한다. 하지만, 적합한 회로 로직을 통해 전기 코일 (8) 의 과변조가 저지되며, 따라서 상기 전기 코일은 보통 조건하에서, 지나치게 강한 및/또는 비교적 긴 (경우에 따라서는 높은 듀티 사이클을 갖춘) 입력신호를 인가할시에도 손상될 수 없다. 도 1 에 도시되어 있는 회로 배열체 (1) 의 실시예에서, 밸브유닛 (4) 은 열려진 상태와 닫힌 상태 사이에서만 이리저리 스위칭되어야 한다. 이에 상응하여, 신호 입력부 (9) 에는 (스위칭 온 상태에서 적합한 전압을 가진) 이진 신호만 인가된다. 물론, 성질을 달리하는 전기 장치를 회로 배열체 (1) 와 관련해서 제공하고 및/또는 전기 장치 (반드시 밸브유닛 (4) 일 필요는 없다) 의 중간 위치들을 실현시키는 것도 가능하다.
신호 입력부 (9) 를 통하여 공급된 입력신호는 연산 증폭기 (10) 의 비반전 입력부에 인가된다. 연산 증폭기 (10) 의 반전 입력부에는, 션트 저항 (shunt resistance, 11) 에서 떨어지는 전압이 인가되며, 상기 전압은 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 관통하여 흐르는 전류에 관한 척도를 나타낸다 (션트 저항 (11) 과 전기 코일 (8) 은 분압기를 형성한다). 연산 증폭기 (10) 에서의 두 입력전압의 차이에 따라, 상기 차이의 크기에 대해 부합하는 전압높이의 크기를 가진 출력신호 (21) 가 발생된다. 연산 증폭기 (10) 의 출력전압 (21) 은 아날로그 디지털 변환기 (12) 에게 공급되고, 그리고 디지털화된다. 디지털 값은 비교 레지스터 (13) 안에 저장된다. 비교 레지스터 (13) 는 시간 타이밍 신호 (15) 의 신호들을 세는 카운트 레지스터 (14) 와 연결되어 있다. 비교 결과에 따라 (즉, 카운트 레지스터 (14) > 비교 레지스터 (13) 또는 카운트 레지스터 (14) < 비교 레지스터 (13)) 플립플롭 (flip-flop, 16) 이 상응하여 스위칭 온 또는 스위칭 오프된다. 카운트 레지스터 (14) 는 유한한 길이만을 갖고 있기 때문에, 카운트 레지스터 (14) 는 일종의 시점에서 넘치며, 따라서 이 때문에 그는 다시 0 으로 조절된다. 추가적으로 또는 선택적으로, 특별한 (입력)신호를 인가함으로써 카운트 레지스터 (14) 가 0 으로 조절될 수 있는 것도 가능하다. 이때, 예컨대 별도의 입력라인을 통하여 공급되는 (상기 입력라인은 도 1 에 도시되어 있지 않다) 및/또는 전용 리세트 신호를 나타내는 신호에 관한 것일 수 있다. 마찬가지로, (추가적으로 또는 대안적으로), 예컨대 전압 신호 (특히 신호 라인 (9) 을 통하여 공급된 전압 신호) 의 부호 변화점 (zero crossing) 이 카운트 레지스터 (14) 의 리셋팅을 초래하는 것도 가능하다 (물론, 전압 신호의 부호 변화점 대신 본질적으로 임의의 다른 값도 선택될 수 있다). 그러므로, 마침내 플립플롭 (16) 의 출력부에는, 클록된, 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 가 발생된다. 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 는 스위칭 트랜지스터 (18) 를 제어하고, 상기 스위칭 트랜지스터는 전기 회로를 액추에이터 (5) 를 통해 전압원 (19) 에 인가하며 또는 이것으로부터 분리시킨다. 그러므로, 전기 코일 (8) 의 인덕턴스를 근거로, 서프레서 다이오드 (suppressor diode, 20) 와 조합하여 액추에이터 (5) 안의 전류강도가 발생하며, 상기 전류강도는 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 펄스 폭 비율 (이른바 듀티 사이클) 에 대해 부합한다.
하지만, 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 는 스위칭 트랜지스터 (18) 에게 공급될 뿐만 아니라 전자적 평가유닛 (22) 에게도 공급된다. 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 펄스 폭 비율 및/또는 주파수에 근거하여, 상기 평가유닛은 밸브바디 (6) 의 위치를 산출한다. 특히, 평가회로 (22) 는 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 주파수 또는 펄스 폭 비율의 각각의 절대값을 기록할 뿐만 아니라 특히 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 주파수 및/또는 펄스 폭 비율의 갑작스런 변경도 기록한다. 연산 증폭기 (10) 의 출력신호 (21) 를 평가유닛 (22) 을 위한 입력신호로서 사용하는 것도 전적으로 가능하다는 것이 언급되어야 하는데, 왜냐하면 전기 코일 (8) 을 관통하는 전류도 아직 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 리플을 갖고 있기 때문이다 (훨씬 더 작은 강도를 갖고 있을 지라도 (이때, 추가적으로 직류 전압 성분도 중첩되어 있다)). 즉, 이 점에 있어서, 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 도“부분적으로”이용될 수 있다.
도 2 에는, 밸브유닛 (4) 을 제어하기 위한 접속도 (23) 를 위한 바람직한 제 2 실시 가능성이 도시되어 있다. 여기에 도시되어 있는 실시예에서 밸브유닛 (4) 은 도 1 에 도시되어 있는 밸브유닛 (4) 과 동일하다. 물론, 도 1 과 도 2 에 도시되어 있는 밸브유닛 (4) 들이 다른 구성을 구비하는 것이 가능하며 또는 밸브유닛 (4) 대신 완전히 성질을 달리하는 전기 장치가 사용되는 것이 가능하다.
도 1 에 도시되어 있는 접속도 (1) 의 실시예와 비슷하게, 여기에 도시되어 있는 접속도 (23) 의 예에 있어서도, 션트 저항 (11) 에서 떨어지는 전압은 전기 코일 (8) 을 관통하는 전류에 관한 척도로서 사용된다. 션트 저항 (11) 에서 떨어지는 전압은 우선 전치 증폭기 (preamplifier, 24) 안에서 전치 증폭된다. 그러므로, 전치 증폭기 (24) 의 출력신호는 콤퍼레이터 (comparator, 27) 를 위한 현재 신호 (25) 를 나타내며, 상기 콤퍼레이터는 본 명세서에서 소프트웨어에 의해 마이크로컨트롤러 내에 구현되어 있다. 상기 소프트웨어적 구현은, 콤퍼레이터 (27) 가 히스테리시스 (이는 도 2 에 콤퍼레이터 회로 기호 (27) 안의 상응하는 기호에 의해 도시되어 있다) 를 구비하도록 설계되어 있다. 이 이외에, 본 경우 소프트웨어에 의해 설계된 콤퍼레이터 (27) 에는 목표값 신호 (26) 가 인가된다. 목표값 신호 (26) 와 현재 신호 (25) 의 비교에 근거하여 (시간적 히스테리시스를 고려하면서), 펄스 폭 변조되어 있는 제어신호 (17) 가 발생된다. 이때, 펄스 폭 변조된 제어신호 (17) 의 변조는 펄스 폭 비율 (듀티 사이클) 과 관련하여서 뿐만 아니라 그의 주파수와 관련하여서도“종래 방식으로”변조된다.
입력신호들 (목표값 신호 (26) 와 현재 신호 (25)) 를 숫자상으로 프로그램 기술적으로 처리할 수 있기 위해, 콤퍼레이터 (27) 는 - 필요하다면 - 그의 입력부들에서 아날로그 디지털 변환기를 구비한다. 도 2 에 도시되어 있는 실시예에서, 목표값 신호 (26) 는 이미 디지털 형태로 존재한다. 이에 상응하여, 콤퍼레이터 (27) 의 상응하는 입력부는 아날로그 디지털 변환기를 구비하지 않는다. 그런 이유로, 전치 증폭기 (24) 로부터 유래하는 아날로그 신호만 디지털 형태로 전환되어야 한다. 경우에 따라서는, 아날로그 형태로부터 디지털 형태로의 전환이 전치 증폭기 (24) 안에서 또는 바로 그 뒤에서 수행되면 바람직하다고 증명될 수 있다. 그러면, 이에 상응하여 콤퍼레이터 (27) 안에 아날로그 디지털 변환기가 더 이상 필요하지 않다.
도 1 에 도시되어 있는 회로 배열체 (1) 의 실시예와 유사하게, 도 2 에 도시되어 있는 회로 배열체 (23) 도 평가유닛 (22) 을 구비하며, 상기 평가유닛은 제어신호 (17) 의 주파수 및/또는 펄스 폭 비율에 근거하여 밸브바디 (6) 의 현재의 위치를 추론한다. 동시에, 제어신호 (17) 는 스위칭 트랜지스터 (8) 의 입력부에 인가되고, 따라서 이로써 액추에이터 (5) 를 통해 흐르는 전류는 상응하여 조절된다. 전압원 (19) 및 서프레서 다이오드 (20) 도 도 1 에 도시되어 있는 실시예와 유사하게 제공되어 있다.
도 2 에 도시되어 있는 콤퍼레이터 (27) 의 소프트웨어적 설계의 장점은, 콤퍼레이터 (27) 안에 보다 많은 양의 정보가 존재한다는 데에 있다. 이 점에 있어서, 목표값 신호 (26) 와 현재 신호 (25) 의 다수의 특징이 처리될 수 있다. 또한, 예컨대 밸브유닛 (4) 의 연속운전시 드리프트 (drift) 현상을 보상하기 위해, 목표값 신호 (26) 의 높이의 변경이 매우 간단히 가능하다. 이를 위해, 상응하는 변수들의 값이 간단히 변경될 수 있다.
그 밖에, 콤퍼레이터 (27) 에 의해 검출된 목표값 신호 (26) 의 특정한 특성 및/또는 현재 신호 (25) 가 디지털 형태로 평가유닛 (22) 에게 공급되는 것도 가능하며, 따라서 경우에 따라서는 평가유닛 (22) 안에서 보다 정확한 결과가 검출될 수 있다. 이를 위해, 콤퍼레이터 (27) 와 평가유닛 (22) 사이의 데이터 라인이 제공될 수 있다 (여기에서는 도시되어 있지 않음). 또한, 평가유닛 (22) 과 콤퍼레이터 (27) 가 예컨대 개별적인 하드웨어 유닛 상의 (예컨대 단일 보드 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러 상의) 소프트웨어적 모듈로서 설계되는 것이 가능하다.
도 3 에는 밸브유닛 (4) 을 제어하기 위한 회로 배열체 (43) 를 위한 특히 바람직한 제 3 실시예가 도시되어 있다. 도 3 에 도시되어 있는 회로 배열체 (43) 는 도 1 및 도 2 에 도시되어 있는 회로 배열체들 (1, 23), 특히 도 1 에 도시되어 있는 회로 배열체 (1) 와 대부분 비슷하다. 동일한 기능 및/또는 동일한 구성을 갖는 부품들 또는 유닛들은 불필요한 반복을 피하기 위해 동일한 참조부호로 표시되고, 다시 상세히 설명되지 않는다.
전술된 회로 배열체들 (1, 23) 과 여기에 도시되어 있는 회로 배열체 (43) 사이의 본질적인 차이는, 특히 표준구성요소들 (18, 44, 46, 47, 48, 49) 이 이용된다는 데에 있고, 상기 표준 구성요소들은 하드웨어로 설계된 부품들 또는 유닛들로서 형성되어 있다. 즉, (평가유닛 (22) 은 제외하고) 소프트웨어 제어가 이용되지 않는다.
회로 배열체 (43) 는 2개의 제어 입력부 (9, 45), 즉 신호 입력부 (9) 및 논리 입력부 (45) (신호-플래그 입력부) 를 구비한다. 논리 입력부 (45) 를 통하여, 액추에이터 (5) 는 이진 신호의 도움으로 스위칭 온 또는 스위칭 오프될 수 있다. 추가적으로, 신호 입력부 (9) 를 통하여 기준전압이 인가될 수 있으며, 상기 기준전압을 가지고, 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 통해 흐르는 전류의 최대 목표값이 설정될 수 있다. 여기에 도시되어 있는 실시예에서 기준전압이 스위칭 온 및 스위칭 오프될 필요가 없음으로써, 기준전압을 발생시키기 위한 회로가 특히 간단히 생략될 수 있다. 논리 입력부 (45) 는 예컨대 전자적 제어회로 (이른바 컨트롤러; 여기에 도시되어 있지 않음) 에 의해 제어될 수 있다. 물론, 논리 입력부 (45) 를 위한 신호를 발생시키기 위한 상기 전자적 제어회로가 평가유닛 (22) 의 출력값들을 이용하는 것이 가능하다.
회로 배열체 (43) 에 있어서 신호가 논리 입력부 (45) 에 인가되면 (상기 신호는 이 경우 액추에이터 (5) 에 고정된 밸브유닛 (4) 이 닫히는 것을 초래한다), 한편으로는 제 2 스위칭 트랜지스터 (49) 는 제 2 증폭회로 (48) 를 통하여“투명하게”스위칭된다. 논리 입력부 (45) 에 신호가 인가되어 있는 동안은, 제 2 스위칭 트랜지스터 (48) 는 접속된 상태에 머물러 있다. 이에 상응하여, 본래의 조절과제, 즉 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 관통하여 흐르는 전류강도의 제어는 제 1 스위칭 트랜지스터 (18) 를 통해 실현된다 (하기에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이).
이 이외에, 논리 입력부 (45) 에서의 신호는, 연산 증폭기 (10) 의 출력신호 (21) 를 위한 AND 논리회로 (44) 가“접속되는 것을 (connected through)”초래한다. 그러므로, 연산 증폭기 (10) 의 출력신호 (21) 는 제 1 전치 증폭기 (47) 의 도움으로 제 1 스위칭 트랜지스터 (18) 의 스위칭 온 또는 스위칭 오프를 초래하고, 그리고 이로써 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 통해 흐르는 전류의 해방 또는 차단을 초래한다.
논리 입력부 (45) 에 신호를 인가한 후 바로 제 1 스위칭 트랜지스터 (18) 는 우선“투과적인”으로 스위칭된다 (제 2 스위칭 트랜지스터 (49) 도 마찬가지로“투과적인”으로 스위칭된다). 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 통한 전류강도는 끊임없이 증가한다. 이에 상응하여, 션트 저항 (11) 에서의 전압이 증가한다. 그곳에서 태핑된 전압은 연산 증폭기 (10) 의 반전 입력부에 공급된다. 일종의 전류강도에 있어서, 션트 저항 (11) 에서 태핑된 전압은, 신호 입력부 (9) 를 통하여 공급되고 연산 증폭기 (10) 의 비반전 입력부에게 공급되는 기준전압 을 초과한다. 이는 연산 증폭기 (10) 의 출력신호 (21) 가 감소되고, 그리고 이로써 제 1 스위칭 트랜지스터 (18) 가 차단되는 것을 초래한다. 전기 코일 (8) 의 인덕턴스를 근거로, 전기 코일 (8) 을 통한 전류는 우선 유지되고 (제 1 서프레서 다이오드 (20) 와 제 2 스위칭 트랜지스터 (49) 를 통한 전류흐름), 하지만 빨리 감소하는 전류강도를 갖고 유지된다. 이는 션트 저항 (11) 에서 떨어지는 전압의 하강을 초래하며, 따라서 연산 증폭기 (10) 는 새로이 전환되고, 그리고 출력신호 (21) 를 출력한다. 연산 증폭기 (10) 의 두 스위칭 상태들 사이의 전환의“속도”는 연산 증폭기 (10) 의 히스테리시스에 의해 결정되고, 상기 히스테리시스는 본질적으로 피드백 저항 (50) 의 크기에 의해 영향을 받는다. 이 이외에, 연산 증폭기 (10) 의 외부 배선은 이 경우 출력신호 (21) 가 본질적으로 이진 신호이도록 선택되어 있다. 그러므로, 출력신호 (21) 는 본질적으로 두 상태, 즉“온 (on)”과“오프 (off)”만을 알고 있다.
이러한 방식으로, 미리 정해져 있는 목표 전류강도를 가진 (전류강도의 크기는 신호 입력부 (9) 를 통해 미리 정해져 있다) 전류흐름이 액추에이터 (5) 에 의해 초래된다. 이때, 전류흐름은 본래의 목표 전류강도 만큼 일종의 변동을 갖는다.
이미 언급된 (그리고 하기에서 보다 상세히 설명되는) 바와 같이, 연산 증폭기 (10) 의 출력신호 (21) 의 주파수 및 듀티 사이클로부터, 밸브유닛 (4) 의 스위칭 상태가 추론될 수 있다. 이에 상응하여, 출력신호 (21) 는 피드백을 위해 사용될 뿐만 아니라 추가적으로 평가유닛 (22) 에게 공급된다. 그 밖에, 이 평가유닛 (23) 에 의해 얻어진 정보들은 피드백 목적을 위해서도 사용될 수 있다 (예컨대 마모에 의한 드리프트 또는 온도 드리프트를 보상하기 위한, 예컨대 제어신호의 시간적 변화를 위해).
추후 시점에 밸브유닛 (4) 이 다시 열려야 하면, 논리 입력부 (45) 에 인가되어 있는 신호가 스위칭 오프된다. 이는 제 1 스위칭 트랜지스터 (18) 뿐만 아니라 (AND 논리회로 (44) 를 통하여), 제 2 스위칭 트랜지스터 (49) 도 차단되는 것을 초래한다. 우선 전류 흐름을 유지시키고자 시도하는 전기 코일 (8) 의 인덕턴스는 이제 제 1 서프레서 다이오드 (20) 와 제 2 서프레서 다이오드 (46) 를 통하여 전류를 대지전위로부터 전압원 (19) 의 (비교적 높은) 전기전위로“펌프”한다. 이는 전류강도의 특히 빠른 감소, 그리고 이로써 밸브바디 (6) 의 특히 빠른 개방을 초래한다. 그러므로, 2개의 스위칭 트랜지스터 (19, 49) 를 가진 구조를 통해, 빠른 스위칭 오프 기능이 실현된다.
완벽을 위해, 회로 배열체 (43) 를 제 2 스위칭 트랜지스터 (49) 없이 (그리고 제 2 증폭회로 (48) 없이) 설계하는 것이 전적으로 가능하다는 것이 언급된다. 하지만 그러면 액추에이터 (5) 의 전기 코일 (8) 을 통한 전류 흐름은 보다 느리게 감퇴한다; 그러므로, 대등하게 좋은 빠른 스위칭 오프 기능이 실현되어 있지 않다.
도 4 에는 도 1 에 따른 회로 배열체 (1), 도 2 에 따른 회로 배열체 (23) 또는 도 3 에 따른 회로 배열체 (43) (그 밖의 회로 배열체들도 가능하다) 를 이용한 밸브유닛 (4) 의 제어에 있어서 서로 다른 신호들의 시간적 경과가 도시되어 있다. 시점 t0 에서, 상응하는 높이를 가진 입력신호 (9, 26) 가 인가된다. 밸브 (4) 는 이 시점에서 아직 예컨대 열린 상태에 있다 (도 4 에 밸브 위치 곡선 (28) 에 의해 도시되어 있다). 제어유닛 (2) 은 제어신호 (17) 를 우선“영속적으로”스위칭 온된 값으로 스위칭한다. 전류 (29) 가 코일 (8) 을 통해 올라가고 제어신호 (17) 를 따라갈 때까지, 전기 코일 (8) 의 인덕턴스를 근거로 일종의 시간이 지나간다.
시점 t1 에서, 전기 코일 (8) 을 통한 최대 허용 전류강도 (29) 가 달성되어 있다. 이에 상응하여, 제어유닛 (2) 은 제어신호 (17) 를 특정한 스위칭 주파수 및 특정한 스위칭 비율 (특정한“듀티 사이클”) 을 가진 펄스 폭 변조된 신호로 변경한다. 이는 전기 코일 (8) 을 통한 전류 (29) 가 (잔여 리플은 제외하고) 거의 변함없이 있는 것을 초래한다. 이 이외에, 도 4 에서 알 수 있는 바와 같이 (특히 밸브 위치 곡선 (28)), 밸브바디 (6) 는 움직이기 시작했다. 하지만 밸브유닛 (4) 은 아직 폐쇄되어 있지 않다; 밸브바디 (6) 는 이에 상응하여 아직 움직이고 있다.
시점 t2 에서, 밸브유닛 (4) 은 방금 완전히 폐쇄되어 있다. 밸브유닛 (4) 의“회로 로직”이 달리 형성되어 있는 것도 물론 가능하다. 예컨대 전류 임펄스에 의해 열리는 밸브유닛 (4) 에 관한 것이면, 밸브유닛 (4) 은 시점 t2 에서 방금 완전히 개방되어 있다. 다른 위치들은 여기에 기술되어 있는 실시예에 대해 상응하는 방식으로“교환되어 있다”. 이는 밸브 위치 곡선 (28) 의 구부러진 부분에서 잘 알아볼 수 있다. 발명가들은 이제 밸브바디 (4) 의 마지막 위치 (end position) 에의 이러한 도달이 제어유닛 (2) 에 의해 발생된 제어신호 (17) 의 분명한 변경을 초래한다는 것을 밝혀냈다. 제 1 측정들은 상기 제어신호의 주파수 뿐만 아니라 펄스 폭 비율도 현저히 변한다는 것을 밝혀냈다. 이는 도 4 에서 제어신호 (17) 자체의 변경된 형태에서 알아볼 수 있다. 이 이외에, 도 4 에서는, 전기 코일 (8) 을 통한 전류 (29) 의 시간적 진행도 변한다는 것을 (특히 잔여 리플의 주파수가 현저히 변한다) 잘 알아볼 수 있다. 이에 상응하여, 전류 신호 (29) 도 밸브바디 (6) 등등의 위치 평가를 위해 이용될 수 있다.
입력신호 (9, 26) 가 스위칭 온되어 있는 동안은, 상황에서 아무 것도 변하지 않는다. 밸브유닛 (4) 을 통한 전류강도 (29) 는 변함이 없고, 제어신호 (17) 는 변하지 않으며, 밸브바디 (6) 의 위치도 변함이 없다 (밸브 위치 곡선 (28) 참조). 입력신호 (9, 26) 가 다시 스위칭 오프되면 비로소 (시점 t3 에서), 제어신호 (17) 는 스위칭 트랜지스터 (18) 를 위해“영속적으로”스위칭 오프되고, 전기 코일 (8) 을 통한 전류 (29) 는 감소하며, 그리고 밸브유닛 (4) 의 밸브바디 (6) 는 원래대로 그의 출발위치로 움직인다 (밸브 위치 곡선 (28) 참조).
도 4 에 도시되어 있는 실험 구성에 있어서, 제 1 실험들에서는, 6.25 KHZ (밸브바디 (6) 는 아직 움직이고 있다) 로부터 주파수 4.517 KHZ 로의 (밸브바디 (6) 는 더 이상 움직이지 않는다; 밸브유닛 (4) 은 완전히 닫혀져 있다) 제어신호 (17) 의 주파수의 변경이 발생했다. 펄스 폭 비율 (듀티 사이클) 도 이 실험들에서 현저히 바뀌었다. 즉, 펄스 폭 비율은 매우 짧은 기간 이내에 우선 50% 에서 그 후 30% 로 갑자기 바뀌었다.
그러므로, 제어신호 (17) 뿐만 아니라 전기 코일 (8) 을 통한 본래의 전류 (29) 가 평가유닛 (22) 을 위한 매우 좋은 입력신호를 나타낸다는 것을 분명히 알 수 있다.
마침내 도 5 에는 전기적으로 정류된 유압펌프 (35) 가 개략적으로 매우 간략화된 도면으로 도시되어 있다. 전기적으로 정류된 유압펌프 (35) 는 피스톤 (36) 을 구비하며, 상기 피스톤은 편심적으로 배치된 구동 디스크 (38) 의 중개하에 실린더 (37) 안에서 위아래로 움직여진다 (하강 운동은 여기에 도시되어 있지 않은 예컨대 복원 스프링에 의해 수행될 수 있다). 이에 상응하여, 실린더 (37) 안에 있는 공동 (39) 은 주기적으로 확대 또는 축소된다.
공동 (39) 이 피스톤 (36) 의 하강 운동에 의해 확대되면, 유압유 (hydraulic oil) 는 전기적으로 제어된 입구밸브 (40) 를 관통하여 저장소 (41) 밖으로 흡출된다. 전기적으로 제어된 입구밸브 (40) 는 예컨대 도 1 또는 도 2 에 도시되어 있는 밸브유닛 (4) 일 수 있다.
피스톤 (36) 이 그의 사점에 도달하거나 또는 넘어서면, 그는 새로이 위로 (실린더 (37) 안으로) 움직이고, 그리고 이에 상응하여 공동 (39) 이 작아진다. 공동 (39) 안에 있는 유압유는 우선 여전히 열려 있는 입구밸브 (40) 를 통하여 원래대로 저장소 (41) 안으로 눌려진다. 그러므로, 유압유가 효과적으로 펌프로 퍼내지지 않는다.
하지만, 입구밸브 (40) 가 상응하는 제어 임펄스에 의해 닫혀지면 상황이 변한다. 유압유는 이제 더 이상 입구밸브 (40) 를 통하여 흘러내릴 수 없다. 그 결과, 유압유는 이제 (여기에 상세히 도시되어 있지 않은) 고압 저장소의 방향으로 원웨이 밸브 (42) 를 통하여 공동 (39) 을 떠나간다.
전기적으로 정류된 유압펌프 (35) 와, 수동 입구밸브 및 출구밸브를 가진 종래의 유압펌프 사이의 큰 차이는, 입구밸브 (40) 의 폐쇄가 액추에이터 (5) 의 도움으로 임의의 시점에서 야기될 수 있다는 데에 있다. 이를 통해, 한 펌프 사이클로부터 다음 펌프 사이클로, 효과적으로 펌프로 퍼내진 유압유의 양을 넓은 영역들에 있어서 변경시키는 것이 가능하다.
입구밸브 (40) (상기 입구밸브는, 이미 언급한 바와 같이, 예컨대 도 1 또는 도 2 에 도시되어 있는 밸브유닛 (4) 에 상응하여 형성되어 있을 수 있다) 는 액추에이터 (5) 를 통하여 닫히고, 그리고 경우에 따라서는 또한 열린다 (이때, 개방 과정은 입구밸브 (40) 의 양쪽에 있는 유압유의 압력차이에 의해 수행된다). 액추에이터 (5) (그리고 이로써 입구밸브 (40)) 의 제어는 도 1 또는 도 2 에 도시되어 있는 바와 같이 특히 제어유닛 (2) 을 이용하여 수행된다.
도 6 에는, 상기 제안된 방법의 방법흐름을 개략적으로 나타내는 흐름도 (3) 가 다시 개략적인 형태로 도시되어 있다. 제 1 단계 (30) 에서, 입력신호 (예컨대 입력신호 (9, 26); 도 1 및 도 2 참조) 가 판독된다.
판독된 이 입력신호 (9, 26) (목표값 신호 (26)) 는, 후속 단계 (31) 에서, 전기 장치에 의해 (예컨대 밸브유닛 (4) 에 의해) 배달되는 현재 신호 (25) 와 비교된다. 목표-현재 비교 (31) 에 근거하여 (예컨대 제어유닛 (2) 안에서), 상기 전기 장치를 제어해야 하는 적합한 제어신호 (예컨대 제어신호 (17)) 의 계산 (32) 이 수행된다.
계산시 (32) 검출된 제어신호는 전기 장치 (4) 를 제어하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 추가적으로 (예컨대 동시에) 상태신호를 계산하기 위해 (33) 사용된다. 예컨대, 이렇게 계산된 (33) 상태신호는, 전기 장치 (4) 가 특정 위치 (예컨대 마지막 위치) 를 차지했다라는 신호일 수 있다.
이 단계 (33) 에서 얻어진 상태신호들은 그 후 그 밖의 방법단계 (34) 에서 예컨대 재조정을 위해 사용될 수 있다. 즉, 예컨대 많은 기계적, 전기적 또는 그 밖의 기술적 구성요소들이 시간이 흐름에 따라 일종의 드리프트를 갖는 일이 발생한다. 하지만, 이러한 유형의 드리프트는 단계 (34) 에서의 재조정에 의해 효과적으로 저지될 수 있다. 이와 관련하여, 바람직한 일례로서는, 예컨대 다음 밸브운동 (다음“샷 (shot)”) 을 위한 리드 타임 (lead time) 의 변경이 언급될 수 있다.
1 : 회로 배열체 2 : 제어유닛
3 : 흐름도 4 : 밸브유닛
5 : 액추에이터 6 : 밸브바디
7 : 복원 스프링 8 : 전기 코일
9 : 신호 입력부 10 : 연산 증폭기
11 : 션트 저항 12 : 아날로그 디지털 변환기
13 : 비교 레지스터 14 : 카운트 레지스터
15 : 시간 타이밍 신호 16 : 플립플롭
17 : 제어신호 18 : 스위칭 트랜지스터
19 : 전압원 20 : 서프레서 다이오드
21 : 출력신호 22 : 평가유닛
23 : 회로 배열체 24 : 전치 증폭기
25 : 현재 신호 26 : 목표값 신호
27 : 콤퍼레이터 28 : 밸브 위치 곡선
29 : 전류 30 : 입력신호 수용
31 : 목표-현재 값의 비교 32 : 제어신호 계산
33 : 상태 결정 34 : 재조정 단계
35 : 전기적으로 정류된 유압펌프 36 : 피스톤
37 : 실린더 38 : 구동 디스크
39 : 공동 40 : 입구밸브
41 : 저장소 42 : 원웨이 밸브
43 : 회로 배열체 44 : AND 논리회로
45 : 논리 입력부 46 : 서프레서 다이오드
47 : 제 1 증폭회로 48 : 제 2 증폭회로
49 : 제 2 스위칭 트랜지스터 50 : 피드백 저항

Claims (14)

  1. 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 시간적으로 변화하는 제어신호는, 상기 전기 장치를 제어하기 위해 스위칭 트랜지스터에 공급되고 상기 전기 장치의 상기 적어도 하나의 상태 특성값을 검출하기 위해 평가 유닛에 공급되며,
    상기 시간적으로 변화하는 제어신호는, 상기 스위칭 트랜지스터 및 상기 평가 유닛에 동일한 주파수로 공급되고,
    상기 적어도 하나의 상태 특성값은, 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 주파수 및 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 비율 중 하나 이상을 이용하여 검출되는, 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간적으로 변화하는 제어신호는, 펄스 형태의 제어신호, 또는 주기적인 제어신호, 또는 펄스 형태의 주기적인 제어신호인 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 장치는, 유도 장치를 구비하는 전기 장치인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 장치는 비-준정적 (non-quasi-stationary) 모드 및 비-정적 (non-stationary) 모드 중 하나 이상으로 작동되는 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상태 특성값 중 하나는, 상기 전기 장치의 적어도 부품들의 위치에 관한 척도, 상기 전기 장치의 적어도 부품들의 특정한 위치들에의 도달에 관한 척도, 상기 전기 장치의 적어도 부품들의 속도에 관한 척도 및 적어도 하나의 오류사건 (error event) 의 발생에 관한 척도 중 하나를 나타내는 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 장치는 최대 전류 제한 방법에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 상기 적어도 하나의 전기 장치는, 전기적으로 정류된 유압펌프 및 전기적으로 정류된 유압모터 중 하나 이상을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상태 특성값은, 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 주파수의 절대값의 측정, 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 주파수의 변경의 측정, 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 비율의 절대값의 측정 및 상기 시간적으로 변화하는 제어신호의 스위칭 비율의 변경의 측정 중 하나 이상을 통해 검출되는 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  9. 시간적으로 변화하는 제어신호에 의해 제어된 전기 장치의 적어도 하나의 상태 특성값의 검출을 위한 전기적 제어장치로서,
    상기 전기적 제어장치는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하도록 형성 및 셋업되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기적 제어장치는 적어도 부분적으로 전자적 제어장치로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 제어장치.
  11. 전기적으로 정류된 유압펌프로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 제어되거나, 또는 적어도 하나의 전기적 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 정류된 유압펌프.
  12. 전기적으로 정류된 유압모터로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 제어되거나, 또는 적어도 하나의 전기적 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 정류된 유압모터.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 형태의 제어신호는 펄스 폭 변조 형태의 제어신호이고, 상기 주기적인 제어신호는 구형파 (square-wave) 제어신호인 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 유도 장치는 전기모터 장치, 전기 코일 장치 또는 액추에이터 장치인 것을 특징으로 하는 상태 특성값을 검출하기 위한 방법.
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