JP2000114037A - 電子制御装置 - Google Patents
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F2007/1894—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings minimizing impact energy on closure of magnetic circuit
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- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アーマチュアがステータに対して“ソフト”
にランディング（ほぼゼロ速度で）するようにすること
である。 【解決手段】 制御手段が前記磁束センサに接続されて
おり、該制御手段はタイミング発生器に応答して磁束を
変形し、当該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇
を、前記スプリングバイアス手段のばね係数を整合する
ために行い、これにより前記アーマチュアの前記ステー
タに対する衝突速度を制御する。
にランディング（ほぼゼロ速度で）するようにすること
である。 【解決手段】 制御手段が前記磁束センサに接続されて
おり、該制御手段はタイミング発生器に応答して磁束を
変形し、当該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇
を、前記スプリングバイアス手段のばね係数を整合する
ために行い、これにより前記アーマチュアの前記ステー
タに対する衝突速度を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁機械的アクチ
ュエータにおけるアーマチュアの運動を制御するための
電子制御装置に関する。
ュエータにおけるアーマチュアの運動を制御するための
電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＵＳ４５１５３４３にはコンタクトダン
パーが記載されており、アーマチュアの動程の一方の端
部は、アーマチュアがポールピースに接近すると減衰作
用を供給する。別のシステムでは、アーマチュアへの力
がアーマチュアをギャップを越えて移動するために供給
され、アーマチュアがステータに接近するとき、ステー
タコイルからの磁力がアーマチュアをスローダウンする
ために除去され、“ソフト”にゼロ速度に近づき、ラン
ディングする。ランディングの直前に、ステータコイル
に再び給電されアーマチュアをランディングのために吸
引する。アーマチュアは少なくとも２つの対向するスプ
リングを有しており、これらスプリングは連続してその
潜在エネルギーを解放してアーマチュアを一方のステー
タ極から他方の極へ移動させる。ステータコイル、すな
わちレシーブコイルに給電されると、圧縮され解放され
るスプリングに、アーマチュアを移動し、収容するため
の力が加えられる。
パーが記載されており、アーマチュアの動程の一方の端
部は、アーマチュアがポールピースに接近すると減衰作
用を供給する。別のシステムでは、アーマチュアへの力
がアーマチュアをギャップを越えて移動するために供給
され、アーマチュアがステータに接近するとき、ステー
タコイルからの磁力がアーマチュアをスローダウンする
ために除去され、“ソフト”にゼロ速度に近づき、ラン
ディングする。ランディングの直前に、ステータコイル
に再び給電されアーマチュアをランディングのために吸
引する。アーマチュアは少なくとも２つの対向するスプ
リングを有しており、これらスプリングは連続してその
潜在エネルギーを解放してアーマチュアを一方のステー
タ極から他方の極へ移動させる。ステータコイル、すな
わちレシーブコイルに給電されると、圧縮され解放され
るスプリングに、アーマチュアを移動し、収容するため
の力が加えられる。
【０００３】アクチュエータの目的は、内燃機関のエネ
ルギーバルブを開閉することである。
ルギーバルブを開閉することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ステ
ータコイルから十分な特別エネルギーを供給し、ストロ
ーク中のアーマチュア並進を常に完全なものとし、同時
にアーマチュアがステータに対して“ソフト”にランデ
ィング（ほぼゼロ速度で）するようにしてアーマチュア
とステータでの過度の衝撃疲労を回避し、このような衝
撃により形成されるノイズ量を低減することである。
ータコイルから十分な特別エネルギーを供給し、ストロ
ーク中のアーマチュア並進を常に完全なものとし、同時
にアーマチュアがステータに対して“ソフト”にランデ
ィング（ほぼゼロ速度で）するようにしてアーマチュア
とステータでの過度の衝撃疲労を回避し、このような衝
撃により形成されるノイズ量を低減することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、タイミング発生器が設けられており、該タイミング
発生器は複数のパルス電気信号を発生し、該電気信号と
当該信号間の時間はアクチュエータの動作タイミングを
表すものであり、アーマチュアが設けられており、該ア
ーマチュアは第１の位置を有し、第２の位置に前記パル
ス電気信号に応答して移動可能であり、スプリングバイ
アス手段が設けられており、該スプリングバイアス手段
は、前記アーマチュアに前記第１の位置でバイアスを与
え、当該スプリングバイアス手段は所定のばね係数を有
しており、前記第２の位置にステータが設けられてお
り、該ステータは、第１と第２の端子を備えた巻線を有
し、電子回路手段が設けられており、該電子回路手段は
前記巻線と電気的に接続されており、前記タイミング発
生器に応答して電圧を前記巻線に供給し、磁束を前記ス
テータに発生するよう制御され、前記磁束は前記アーマ
チュアを吸引するように制御され、磁束センサが前記ス
テータに配置されており、かつ前記磁束を検知し、制御
手段が前記磁束センサに接続されており、該制御手段は
前記タイミング発生器に応答して前記磁束を変形し、当
該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇を、前記ス
プリングバイアス手段のばね係数を整合するために行
い、これにより前記アーマチュアの前記ステータに対す
る衝突速度を制御することにより解決される。
り、タイミング発生器が設けられており、該タイミング
発生器は複数のパルス電気信号を発生し、該電気信号と
当該信号間の時間はアクチュエータの動作タイミングを
表すものであり、アーマチュアが設けられており、該ア
ーマチュアは第１の位置を有し、第２の位置に前記パル
ス電気信号に応答して移動可能であり、スプリングバイ
アス手段が設けられており、該スプリングバイアス手段
は、前記アーマチュアに前記第１の位置でバイアスを与
え、当該スプリングバイアス手段は所定のばね係数を有
しており、前記第２の位置にステータが設けられてお
り、該ステータは、第１と第２の端子を備えた巻線を有
し、電子回路手段が設けられており、該電子回路手段は
前記巻線と電気的に接続されており、前記タイミング発
生器に応答して電圧を前記巻線に供給し、磁束を前記ス
テータに発生するよう制御され、前記磁束は前記アーマ
チュアを吸引するように制御され、磁束センサが前記ス
テータに配置されており、かつ前記磁束を検知し、制御
手段が前記磁束センサに接続されており、該制御手段は
前記タイミング発生器に応答して前記磁束を変形し、当
該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇を、前記ス
プリングバイアス手段のばね係数を整合するために行
い、これにより前記アーマチュアの前記ステータに対す
る衝突速度を制御することにより解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】電磁機械的アクチュエータにおけ
るアーマチュアの運動を制御するための電子制御装置が
デュアルコイルを有し、一方がアーマチュアの動程の一
端に配置されている。アーマチュアはシャフトの端部を
介して取り付けられている。このシャフトは、液圧式バ
ルブ調整器によって一方の端部に結合されたエンジンバ
ルブと、他方の端部でアーマチュアから軸方向に伸長す
るシャフト伸長手段を有する。デュアルスプリング手段
はアーマチュアシャフトと結合されており、潜在エネル
ギーを蓄積する。この潜在エネルギーは解放されると運
動エネルギーをコイルの一方の磁気エネルギーと共に供
給し、アーマチュアを軸方向に配置されたコイルペア間
のギャップを越えて吸着する。各ステータは１つ以上の
磁束センサと接続されている。磁束センサはレシーブコ
イルにおける磁束の立ち上がりを検知し、この情報を電
子回路の供給する。タイミング手段は、両方のコイルに
対する電力供給を制御し、一方のコイルをターンオフし
てアーマチュアを発射し、短時間だけ第２のコイルまた
はレシーブコイルをターンオンしてアーマチュアを吸引
し、所定時間の後、再びレシーブコイルをオンしてアー
マチュアを捕獲する。レシーブコイルのターンオンによ
り“捕獲（キャッチ）電流”が発生され、この電流はシ
ステムタイミングと磁束センサにより制御される。磁束
センサは磁束の形成、すなわちアーマチュアの磁力を検
知する。いったんアーマチュアがレシーブステータに収
容されると、捕獲電流が保持電流に変化し、アーマチュ
アを次のバルブ動作時まで保持する。磁束の形成を制御
することによってアーマチュアはステータ面にソフトに
ランディングする。
るアーマチュアの運動を制御するための電子制御装置が
デュアルコイルを有し、一方がアーマチュアの動程の一
端に配置されている。アーマチュアはシャフトの端部を
介して取り付けられている。このシャフトは、液圧式バ
ルブ調整器によって一方の端部に結合されたエンジンバ
ルブと、他方の端部でアーマチュアから軸方向に伸長す
るシャフト伸長手段を有する。デュアルスプリング手段
はアーマチュアシャフトと結合されており、潜在エネル
ギーを蓄積する。この潜在エネルギーは解放されると運
動エネルギーをコイルの一方の磁気エネルギーと共に供
給し、アーマチュアを軸方向に配置されたコイルペア間
のギャップを越えて吸着する。各ステータは１つ以上の
磁束センサと接続されている。磁束センサはレシーブコ
イルにおける磁束の立ち上がりを検知し、この情報を電
子回路の供給する。タイミング手段は、両方のコイルに
対する電力供給を制御し、一方のコイルをターンオフし
てアーマチュアを発射し、短時間だけ第２のコイルまた
はレシーブコイルをターンオンしてアーマチュアを吸引
し、所定時間の後、再びレシーブコイルをオンしてアー
マチュアを捕獲する。レシーブコイルのターンオンによ
り“捕獲（キャッチ）電流”が発生され、この電流はシ
ステムタイミングと磁束センサにより制御される。磁束
センサは磁束の形成、すなわちアーマチュアの磁力を検
知する。いったんアーマチュアがレシーブステータに収
容されると、捕獲電流が保持電流に変化し、アーマチュ
アを次のバルブ動作時まで保持する。磁束の形成を制御
することによってアーマチュアはステータ面にソフトに
ランディングする。
【０００７】有利な実施例では、ホールセンサがステー
タに配置されており、磁束および時速変化を測定する。
センサの重要な特性は、電磁界により発生された磁束ま
たはアーマチュアの運動に応答して発生された磁束を正
確に測定することである。このようなセンサをステー
タ、アーマチュアに取り付けることができ、アーマチュ
ア、バルブステム、またはアーマチュアの運動を磁気的
に行う他の箇所、またはそのシャフトに結合される。
タに配置されており、磁束および時速変化を測定する。
センサの重要な特性は、電磁界により発生された磁束ま
たはアーマチュアの運動に応答して発生された磁束を正
確に測定することである。このようなセンサをステー
タ、アーマチュアに取り付けることができ、アーマチュ
ア、バルブステム、またはアーマチュアの運動を磁気的
に行う他の箇所、またはそのシャフトに結合される。
【０００８】
【実施例】図１には、システム電圧のタイミング波形１
０が示されている。システム動作の説明のために、図６
と図７の底部ステータ１２コイル１３はバルブオープン
または底部コイル、および軸方向に対向されたコイルと
同じであり、上部ステータ１４コイル１５はバルブクロ
ーズまたはレシーブコイルまたは上部コイルと同じであ
る。底部コイル１３に通電されると、アーマチュア１６
は上部ステータ１４に対して収容され、バルブ１８を閉
状態に保持する。図示のように、コイル１３，１５の一
方に通電され、アーマチュア１６が２つのステータ１
２，１４間のギャップを越えて移動するときもある。
０が示されている。システム動作の説明のために、図６
と図７の底部ステータ１２コイル１３はバルブオープン
または底部コイル、および軸方向に対向されたコイルと
同じであり、上部ステータ１４コイル１５はバルブクロ
ーズまたはレシーブコイルまたは上部コイルと同じであ
る。底部コイル１３に通電されると、アーマチュア１６
は上部ステータ１４に対して収容され、バルブ１８を閉
状態に保持する。図示のように、コイル１３，１５の一
方に通電され、アーマチュア１６が２つのステータ１
２，１４間のギャップを越えて移動するときもある。
【０００９】このようなアーマチュアおよびステータの
例は、本願で引用される６０／０６７９８４および６０
／０６９１４４に記載されている。
例は、本願で引用される６０／０６７９８４および６０
／０６９１４４に記載されている。
【００１０】図７に示したように閉鎖されたバルブ１８
から図６に示すように開放までの通常の動作では、全電
圧が上部コイル１５にアーマチュア行程の開始時に時間
Ｔ０で供給され、アーマチュア１６が移動される。同時
に電力は底部コイル１３から除去され、アーマチュアを
底部ステータ１２から解放する。アーマチュア１６がい
ったん運動すると、上部コイル１２５の電圧は時点Ｔ１
で除去され、アーマチュア１６はばね質量系としてそれ
がほぼ閉鎖するまで単純な調和運動で移動することがで
きる。反対側に対向するバイアススプリング２０，２２
の機能は、圧縮されたときに潜在エネルギーを蓄積し、
アーマチュア１６が解放されたときに運動エネルギーを
送出することである。次に時点Ｔ２で、全コイル電圧が
上部コイルまたはレシーブコイル１５に供給され、捕獲
電流フェーズが開始する。最終的に時点Ｔ３で、レシー
ブコイル１５のコイル電圧は、上部ステータ１４に対し
て、また反対に圧縮されたスプリング２０に対してアー
マチュア１６を保持するのに十分な値に低減される。こ
れが最適制御の一例である。
から図６に示すように開放までの通常の動作では、全電
圧が上部コイル１５にアーマチュア行程の開始時に時間
Ｔ０で供給され、アーマチュア１６が移動される。同時
に電力は底部コイル１３から除去され、アーマチュアを
底部ステータ１２から解放する。アーマチュア１６がい
ったん運動すると、上部コイル１２５の電圧は時点Ｔ１
で除去され、アーマチュア１６はばね質量系としてそれ
がほぼ閉鎖するまで単純な調和運動で移動することがで
きる。反対側に対向するバイアススプリング２０，２２
の機能は、圧縮されたときに潜在エネルギーを蓄積し、
アーマチュア１６が解放されたときに運動エネルギーを
送出することである。次に時点Ｔ２で、全コイル電圧が
上部コイルまたはレシーブコイル１５に供給され、捕獲
電流フェーズが開始する。最終的に時点Ｔ３で、レシー
ブコイル１５のコイル電圧は、上部ステータ１４に対し
て、また反対に圧縮されたスプリング２０に対してアー
マチュア１６を保持するのに十分な値に低減される。こ
れが最適制御の一例である。
【００１１】スプリング手段２０，２２の一方は、図６
と図７に示すように通常のバルブスプリングとして機能
し、電磁的アクチュエータではない。このスプリングは
通常はバルブ１８を閉鎖状態で保持する。第２のスプリ
ング手段２２は、シャフト手段２４の端部に配置された
別のスプリングである。シャフト手段はアーマチュア１
６から軸方向に伸長しており、バルブ１８を開放するよ
うに位置決めされている。スプリング２０，２２はバラ
ンスされており、それらの通常位置ではステータコイル
１３，１５のいずれにも通電されず、アーマチュア１６
はステータ間にバランスされ、バルブ１８は部分的に開
放される。
と図７に示すように通常のバルブスプリングとして機能
し、電磁的アクチュエータではない。このスプリングは
通常はバルブ１８を閉鎖状態で保持する。第２のスプリ
ング手段２２は、シャフト手段２４の端部に配置された
別のスプリングである。シャフト手段はアーマチュア１
６から軸方向に伸長しており、バルブ１８を開放するよ
うに位置決めされている。スプリング２０，２２はバラ
ンスされており、それらの通常位置ではステータコイル
１３，１５のいずれにも通電されず、アーマチュア１６
はステータ間にバランスされ、バルブ１８は部分的に開
放される。
【００１２】図２は、図１のシステムの単純な磁束波形
２４を示す。ここでは本発明は存在しない。初期電圧パ
ルス２６がコイル１３または１５に供給されると、磁束
はＴ１まで形成を開始する。時点Ｔ１で電圧が除去さ
れ、アーマチュア１６はギャップを越えて運動する。こ
のとき磁束は僅かに増大するだけである。時点Ｔ２で電
圧が再びコイルに供給され、磁束は急速に増大し、Ｔ３
で電圧は保持電流まで低減される。理論的には、アーマ
チュア１６をステータ１４に対して所望のようにソフト
ランディングさせるために時点Ｔ１，Ｔ２およびＴ３に
対して値を計算することができる。しかし実際には、ソ
フトランディングを達成することはほとんど不可能であ
る。なぜならシステムは常に現実の変化パラメータ、例
えば減衰、温度、たわみ、公差、振動、エンジンガス負
荷等によって変動を受けているからである。
２４を示す。ここでは本発明は存在しない。初期電圧パ
ルス２６がコイル１３または１５に供給されると、磁束
はＴ１まで形成を開始する。時点Ｔ１で電圧が除去さ
れ、アーマチュア１６はギャップを越えて運動する。こ
のとき磁束は僅かに増大するだけである。時点Ｔ２で電
圧が再びコイルに供給され、磁束は急速に増大し、Ｔ３
で電圧は保持電流まで低減される。理論的には、アーマ
チュア１６をステータ１４に対して所望のようにソフト
ランディングさせるために時点Ｔ１，Ｔ２およびＴ３に
対して値を計算することができる。しかし実際には、ソ
フトランディングを達成することはほとんど不可能であ
る。なぜならシステムは常に現実の変化パラメータ、例
えば減衰、温度、たわみ、公差、振動、エンジンガス負
荷等によって変動を受けているからである。
【００１３】捕獲電流を非常に注意深く調整した実験で
は、時点Ｔ２での電圧供給から生じる電流が粘性オイル
減衰と関連して単行程のソフトランディングを生むこと
がわかった。しかし典型的な動作ではランディングは、
近似的に１．０m/sの速度での非常に乱暴なものであ
る。０．７m/sの速度値が、すべてのアーマチュア行程
の完了を保証するためのオープンループアクチュエータ
制御モードでは実質的な達成限界であると思われる。
“静粛”なアクチュエータ動作のために計算されたアー
マチュア１６の所要速度値は、６００rpmでは０．０４m
/sであり、６０００rpmでは０．４m/s以下である。
は、時点Ｔ２での電圧供給から生じる電流が粘性オイル
減衰と関連して単行程のソフトランディングを生むこと
がわかった。しかし典型的な動作ではランディングは、
近似的に１．０m/sの速度での非常に乱暴なものであ
る。０．７m/sの速度値が、すべてのアーマチュア行程
の完了を保証するためのオープンループアクチュエータ
制御モードでは実質的な達成限界であると思われる。
“静粛”なアクチュエータ動作のために計算されたアー
マチュア１６の所要速度値は、６００rpmでは０．０４m
/sであり、６０００rpmでは０．４m/s以下である。
【００１４】このことから、フィードバックアルゴリズ
ムの形態が、アーマチュア制御の頑強性を向上させるた
めに必要であることが理解されよう。フィードバック問
題への有利なアプローチはシミュレーションで検証され
るが、そのため現実ではうまくいかないこともある。こ
れら技術に対する失敗の共通点は、所要のフィードバッ
ク問題を割り当てられた時間内で処理することが不可能
であることと、所要の状態変数を十分な精度と分解能で
検知できないことである。例えば分析検査で、位置セン
サは、８ｍｍアーマチュア行程距離を、現在の高性能エ
ンジンと電気ノイズにおいて１０μｍ以下で１つのエラ
ー（０．１２５％）で分解しなければならないことが示
された。現在のところこのことは、大量生産モデルでは
不可能である。典型的エンジンはシリンダごとに４バル
ブを有することを考えると、このような電子バルブタイ
ミング装置は、図６に示したようなアクチュエータを４
つ各シリンダごとに必要となる。このことはシリンダ数
とエンジン数が増えればまず増す複雑な問題となる。
ムの形態が、アーマチュア制御の頑強性を向上させるた
めに必要であることが理解されよう。フィードバック問
題への有利なアプローチはシミュレーションで検証され
るが、そのため現実ではうまくいかないこともある。こ
れら技術に対する失敗の共通点は、所要のフィードバッ
ク問題を割り当てられた時間内で処理することが不可能
であることと、所要の状態変数を十分な精度と分解能で
検知できないことである。例えば分析検査で、位置セン
サは、８ｍｍアーマチュア行程距離を、現在の高性能エ
ンジンと電気ノイズにおいて１０μｍ以下で１つのエラ
ー（０．１２５％）で分解しなければならないことが示
された。現在のところこのことは、大量生産モデルでは
不可能である。典型的エンジンはシリンダごとに４バル
ブを有することを考えると、このような電子バルブタイ
ミング装置は、図６に示したようなアクチュエータを４
つ各シリンダごとに必要となる。このことはシリンダ数
とエンジン数が増えればまず増す複雑な問題となる。
【００１５】図３は、本発明によるアーマチュア１６の
ゼロ速度ランディングを達成する動作装置のブロック図
である。説明のためにここでも、アーマチュア１６は底
部コイル１３およびステータ１２から上部コイル１５お
よびステータ１４へ移動し、またバルブ１８は開放から
閉鎖に移行するものとする。この装置は、ランディング
付近のアーマチュア速度を、アーマチュア／ステータコ
ア磁気回路における磁束の変化率制御によって制御する
ものである。磁束はセンサ手段２８により検知される。
ホールセンサ、ＧＭＲセンサ、渦電流センサなどの多数
の形式のセンサがあり、アクチュエータの非通電ステー
タコイルを磁束の時間導関数を検知するために使用する
ものもある。有利な実施例ではホールセンサ３０が使用
される。
ゼロ速度ランディングを達成する動作装置のブロック図
である。説明のためにここでも、アーマチュア１６は底
部コイル１３およびステータ１２から上部コイル１５お
よびステータ１４へ移動し、またバルブ１８は開放から
閉鎖に移行するものとする。この装置は、ランディング
付近のアーマチュア速度を、アーマチュア／ステータコ
ア磁気回路における磁束の変化率制御によって制御する
ものである。磁束はセンサ手段２８により検知される。
ホールセンサ、ＧＭＲセンサ、渦電流センサなどの多数
の形式のセンサがあり、アクチュエータの非通電ステー
タコイルを磁束の時間導関数を検知するために使用する
ものもある。有利な実施例ではホールセンサ３０が使用
される。
【００１６】図６と図７を参照するとそこでは、各ステ
ータコア１２，１４にホールセンサ３０が配置されてい
る。センサの別の配置個所はアーマチュア１６自体であ
る。磁束センサの選択には次の利点がある。
ータコア１２，１４にホールセンサ３０が配置されてい
る。センサの別の配置個所はアーマチュア１６自体であ
る。磁束センサの選択には次の利点がある。
【００１７】（１）磁束センサはランディング近傍領域
におけるアーマチュアの運動に対して非常にセンシティ
ブである（逆二乗則）。
におけるアーマチュアの運動に対して非常にセンシティ
ブである（逆二乗則）。
【００１８】（２）信号電圧はアーマチュアの転位が増
大すると（すなわちアーマチュアがランディングに接近
するにつれ）単調に増大する。
大すると（すなわちアーマチュアがランディングに接近
するにつれ）単調に増大する。
【００１９】理論波形が図２と図４、図５に示されてお
り、“Ｆ”と示された波形はオシロスコープ上の軌跡か
らのコピーである。図２および図５に非常に似た図５は
本発明による所望の波形を表す。
り、“Ｆ”と示された波形はオシロスコープ上の軌跡か
らのコピーである。図２および図５に非常に似た図５は
本発明による所望の波形を表す。
【００２０】図３の装置は磁束センサ２８，増幅器３０
および微分器３２を有し、微分器はコンパレータ３４の
一方の端子に接続されている。コンパレータ３４の他方
の端子には閾値レベルデバイス３８が接続されている。
コンパレータ３４の出力は論理タイミング素子４０と論
理的に加算され、アクチュエータ４４の駆動回路４２に
供給される。アクチュエータ駆動回路にいったん作動さ
れると、アクチュエータコイルに通電される。
および微分器３２を有し、微分器はコンパレータ３４の
一方の端子に接続されている。コンパレータ３４の他方
の端子には閾値レベルデバイス３８が接続されている。
コンパレータ３４の出力は論理タイミング素子４０と論
理的に加算され、アクチュエータ４４の駆動回路４２に
供給される。アクチュエータ駆動回路にいったん作動さ
れると、アクチュエータコイルに通電される。
【００２１】磁束センサ２８の出力波形は増幅され、微
分される。磁束センサの波形は図５に波形“Ｆ”として
示されている。Ｔ２とＴ３の間で磁束を制御するために
使用される閾値レベルが図５に示されている。この制御
は閉ループ制御であり、“Ｖ”で示された速度波形はＴ
３で、またはその近傍ではほぼゼロのランディング速度
を示している。図５で重要な特徴は、磁束形成（すなわ
ちアーマチュア１６に及ぼす力）の非線形性が衝突付近
の領域では線形であることが強いられている点である。
Ｔ２とＴ３の間のこの領域４５における磁束の形成は捕
獲電流によって設定される。この形成は傾斜線となり、
電子的にスプリング２０のばね率と等価である。従って
アーマチュア１６がランディングに近付くと、磁束は小
さくなりレシーブステータ１４およびコイル１５から磁
力を低減し、アーマチュア１６の速度を近似的にゼロに
する。Ｔ３で磁束はもはや抑止的ではなくなり、アーマ
チュア１６がステータ１４に対して保持される。
分される。磁束センサの波形は図５に波形“Ｆ”として
示されている。Ｔ２とＴ３の間で磁束を制御するために
使用される閾値レベルが図５に示されている。この制御
は閉ループ制御であり、“Ｖ”で示された速度波形はＴ
３で、またはその近傍ではほぼゼロのランディング速度
を示している。図５で重要な特徴は、磁束形成（すなわ
ちアーマチュア１６に及ぼす力）の非線形性が衝突付近
の領域では線形であることが強いられている点である。
Ｔ２とＴ３の間のこの領域４５における磁束の形成は捕
獲電流によって設定される。この形成は傾斜線となり、
電子的にスプリング２０のばね率と等価である。従って
アーマチュア１６がランディングに近付くと、磁束は小
さくなりレシーブステータ１４およびコイル１５から磁
力を低減し、アーマチュア１６の速度を近似的にゼロに
する。Ｔ３で磁束はもはや抑止的ではなくなり、アーマ
チュア１６がステータ１４に対して保持される。
【００２２】図４と図５を参照すると、“Ａ”により示
された波形は一方の位置、すなわち出発位置から他方の
位置、すなわち到達位置へのギャップを越えた運動を表
す。波形“Ｉ”は、ステータ１４のコイル１５巻線に形
成される電流を表し、アーマチュア１６はこの例では上
部コイル１５に接近する。これは電流が供給されるＴ２
から保持電流に変化するＴ３までの電流変化を表す。ア
ーマチュア１６が着座したときの電流の特徴的低下が示
されている。
された波形は一方の位置、すなわち出発位置から他方の
位置、すなわち到達位置へのギャップを越えた運動を表
す。波形“Ｉ”は、ステータ１４のコイル１５巻線に形
成される電流を表し、アーマチュア１６はこの例では上
部コイル１５に接近する。これは電流が供給されるＴ２
から保持電流に変化するＴ３までの電流変化を表す。ア
ーマチュア１６が着座したときの電流の特徴的低下が示
されている。
【００２３】アーマチュアへの力である磁束の最終値が
設定され、Ｔ３で保持電流はちょうど対抗するばね力、
上部スプリング２０の力を越える。これによりアーマチ
ュア１６は次の行程の開始時に迅速に解放され、バルブ
１８が開放する。付加的に保持電流は、アクチュエータ
を制御するのに必要な最小の電力によって定められる。
設定され、Ｔ３で保持電流はちょうど対抗するばね力、
上部スプリング２０の力を越える。これによりアーマチ
ュア１６は次の行程の開始時に迅速に解放され、バルブ
１８が開放する。付加的に保持電流は、アクチュエータ
を制御するのに必要な最小の電力によって定められる。
【００２４】図３を参照するに、論理タイミング４０は
図１に示されたシステム制御タイミング波形１０であ
る。これはシステムパラメータであり、アーマチュアが
ギャップを越えてＴ１とＴ２の間で移動する時間を定め
る。Ｔ２でアーマチュア１６はゼロ速度でランディング
するための所望のランディングゾーンに接近する。Ｔ３
で磁束は通常のように上昇することができる。
図１に示されたシステム制御タイミング波形１０であ
る。これはシステムパラメータであり、アーマチュアが
ギャップを越えてＴ１とＴ２の間で移動する時間を定め
る。Ｔ２でアーマチュア１６はゼロ速度でランディング
するための所望のランディングゾーンに接近する。Ｔ３
で磁束は通常のように上昇することができる。
【００２５】図６と図７はアクチュエータを示し、この
アクチュエータはノーマルバルブスプリング２２と対向
バルブスプリング２０を有する。ノーマルバルブスプリ
ングはバルブステム２４で動作し、対向バルブスプリン
グ２０はバルブステム２４の他端で機械的にバルブ、上
部および底部ステータ１２，１４およびステータコイル
１３，１５およびアーマチュア１６に対抗する。アーマ
チュア１６はバルブステム２４に液圧バルブ調整器４８
によって連結されている。
アクチュエータはノーマルバルブスプリング２２と対向
バルブスプリング２０を有する。ノーマルバルブスプリ
ングはバルブステム２４で動作し、対向バルブスプリン
グ２０はバルブステム２４の他端で機械的にバルブ、上
部および底部ステータ１２，１４およびステータコイル
１３，１５およびアーマチュア１６に対抗する。アーマ
チュア１６はバルブステム２４に液圧バルブ調整器４８
によって連結されている。
【００２６】ここでの説明はコイルの１つに限定されて
いたが、説明したことは他のコイルおよび反対方向のア
ーマチュアの運動にも当てはまる。重要な特質は、本発
明は磁束形成の大きな非線形性を除去し、従ってアーマ
チュアへの力、および磁束が図５に示した衝突近傍の領
域では線形になるようにすることである。磁束の最終値
は対抗するばね力をちょうど越えるように保持電流によ
って設定される。これによりアーマチュアを次の行程の
開始時に迅速に解放することができ、アクチュエータを
制御するのに最小の電力しか必要ない。
いたが、説明したことは他のコイルおよび反対方向のア
ーマチュアの運動にも当てはまる。重要な特質は、本発
明は磁束形成の大きな非線形性を除去し、従ってアーマ
チュアへの力、および磁束が図５に示した衝突近傍の領
域では線形になるようにすることである。磁束の最終値
は対抗するばね力をちょうど越えるように保持電流によ
って設定される。これによりアーマチュアを次の行程の
開始時に迅速に解放することができ、アクチュエータを
制御するのに最小の電力しか必要ない。
【図１】開ループ制御モードでアクチュエータに供給さ
れる電圧の波形図である。
れる電圧の波形図である。
【図２】図１に示した装置の動作で図６のアクチュエー
タで発生する磁束の波形図である。
タで発生する磁束の波形図である。
【図３】本発明による、アーマチュアのゼロ速度ランデ
ィングを達成するための動作装置のブロック回路図であ
る。
ィングを達成するための動作装置のブロック回路図であ
る。
【図４】ノーマル開ループ制御でのアクチュエータの動
作を示す線図である。
作を示す線図である。
【図５】本発明によるアクチュエータの動作を示す線図
である。
である。
【図６】バルブ開放位置でのアクチュエータの断面図で
ある。
ある。
【図７】バルブ閉鎖位置でのアクチュエータの断面図で
ある。
ある。
１２，１４ ステータ １３，１５ コイル １６ アーマチュア １８ バルブ ２０，２２ スプリング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月１３日（１９９９．４．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペリー ロバート チメック アメリカ合衆国 ヴァージニア ヨークタ ウン ウィンド フォレスト レーン 117 Ｆターム(参考） 5E048 AB10 AD07
Claims (16)
- 【請求項１】 電磁機械的アクチュエータにおけるアー
マチュアの運動を制御するための電子制御装置におい
て、 タイミング発生器が設けられており、 該タイミング発生器は複数のパルス電気信号を発生し、 該電気信号と当該信号間の時間はアクチュエータの動作
タイミングを表すものであり、 アーマチュアが設けられており、 該アーマチュアは第１の位置を有し、第２の位置に前記
パルス電気信号に応答して移動可能であり、 スプリングバイアス手段が設けられており、 該スプリングバイアス手段は、前記アーマチュアに前記
第１の位置でバイアスを与え、当該スプリングバイアス
手段は所定のばね係数を有しており、 前記第２の位置にステータが設けられており、 該ステータは、第１と第２の端子を備えた巻線を有し、 電子回路手段が設けられており、 該電子回路手段は前記巻線と電気的に接続されており、
前記タイミング発生器に応答して電圧を前記巻線に供給
し、磁束を前記ステータに発生するよう制御され、 前記磁束は前記アーマチュアを吸引するように制御さ
れ、 磁束センサが前記ステータに配置されており、かつ前記
磁束を検知し、 制御手段が前記磁束センサに接続されており、 該制御手段は前記タイミング発生器に応答して前記磁束
を変形し、 当該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇を、前記
スプリングバイアス手段のばね係数を整合するために行
い、 これにより前記アーマチュアの前記ステータに対する衝
突速度を制御する、ことを特徴とする電子制御装置。 - 【請求項２】 前記アーマチュアは、内燃機関のエンジ
ンバルブと作用接続している、請求項１記載の電子制御
装置。 - 【請求項３】 前記磁束センサはホール効果センサであ
る、請求項１記載の電子制御装置。 - 【請求項４】 前記ステータは複数の積層を有し、前記
磁束センサは前記積層に取り付けられており、前記ステ
ータに発生する磁束を検知する、請求項１記載の電子制
御装置。 - 【請求項５】 前記磁束センサは前記アーマチュアに取
り付けられており、前記アーマチュアに発生された磁束
を検知する、請求項１記載の電子制御装置。 - 【請求項６】 電磁機械的アクチュエータにおけるアー
マチュアの運動を制御する方法において、 複数のパルス電気信号を発生し、該電気信号と当該電気
信号間の時間はアクチュエータの動作タイミングを表す
ものであり、 アーマチュアをバイアスし、 当該アーマチュアは第１の位置を有し、ステータに対し
て第２の位置へ移動可能であり、 該ステータは巻線を有し、前記パルス電気信号に応答
し、 前記バイアスは所定のばね係数によって表され、 前記巻線を電子回路に電気的に接続し、パルス電気信号
に応答して電圧を当該巻線に供給し、磁束を前記ステー
タに発生させ、 前記磁束はアーマチュアを吸着し、 ステータに発生した磁束を検知し、 検知された磁束と前記パルス電気信号に応答して、ステ
ータにおける磁束の上昇を変形し、 当該変形は、バイアスのばね係数を整合してスタータに
対するアーマチュアの衝突速度を制御するようにして行
う、 ことを特徴とする制御方法。 - 【請求項７】 アーマチュアは内燃機関のエンジンバル
ブと作用接続している、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 磁束センサの検知ステップは、ホール効
果センサを用いて行う、請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 ステータは複数の積層を有し、前記検知
ステップを当該積層に取り付けられた磁束センサにより
行い、該磁束センサはステータに発生した磁束を検知す
る、請求項６記載の方法。 - 【請求項１０】 磁束の検知ステップをアーマチュアに
取り付けられたセンサによって行い、当該センサはアー
マチュアに発生した磁束を検知する、請求項６記載の方
法。 - 【請求項１１】 電磁機械的アクチュエータにおけるア
ーマチュアの運動を制御する電子制御装置において、 タイミング発生器が設けられており、 該タイミング発生器は複数のパルス電気信号を発生し、 前記信号と当該信号間の時間は制御装置の動作タイミン
グを表し、 デュアルステータが軸方向に相互に間隔をおいて共通の
軸に配置されており、 前記デュアルステータの各々は、実質的に同じ巻線を有
し、 アーマチュア要素が設けられており、該アーマチュア要
素は扁平要素を有し、 当該扁平要素は、前記デュアルステータの間に配置され
ており、対向して軸方向に前記扁平要素の回転中心か
ら、前記ステータの各々を通って伸長する要素ペアを有
し、 前記アーマチュアは、前記ステータの一方に対向する第
１の位置を有し、前記ステータの他方に対向する第２の
位置へ相互運動運動し、当該運動は前記パルス電気信号
に応答して行われ、 デュアルスプリングバイアス要素が設けられており、 当該要素の一方は前記扁平要素の各側に配置され、前記
対向する軸方向に伸長する要素に軸方向に配列され、 前記アーマチュアを前記第１および第２の位置へバイア
スし、 前記スプリングバイアス要素は等しく定義されたばね係
数を有し、 前記アーマチュアは外力が無いときには通常はバイアス
され、前記デュアルステータの各々から等距離にあり、 電子回路手段が前記巻線に電気的に接続されており、前
記タイミング発生器に応答して前記巻線に電圧を供給
し、磁束を前記ステータに発生し、該ステータは前記巻
線に結合されており、 前記磁束は前記アーマチュアを前記ステータの一方に吸
着し、前記スプリング要素の一方を圧縮し、潜在エネル
ギーを蓄積し、前記スプリング要素の他方を伸長させる
ために運動エネルギーを解放し、 磁束センサが設けられており、該磁束センサは前記デュ
アルステータのそれぞれ一方に取り付けられており、そ
こに発生する磁束を検知し、 制御手段が前記磁束センサに作用接続されており、 前記制御手段は前記タイミング発生器に応答して、前記
磁束を変形し、 当該変形は、前記ステータにおける磁束の上昇が、潜在
エネルギーを蓄積する前記スプリングバイアス要素のば
ね係数に整合するように行い、 前記アーマチュア扁平要素の、ステータに対するランデ
ィング速度を制御する、ことを特徴とする電子制御装
置。 - 【請求項１２】 前記アーマチュアは前記共通軸に沿っ
て、内燃機関のエンジンバルブに作用結合されている、
請求項１１記載の電子制御装置。 - 【請求項１３】 前記デュアル磁束センサはホール効果
センサである、請求項１１記載の電子制御装置。 - 【請求項１４】 前記デュアルステータは複数の積層を
有し、 前記磁束センサの１つは各ステータの前記積層の表面に
取り付けられており、前記それぞれのステータに発生す
る磁束を検知する、請求項１１記載の電子制御装置。 - 【請求項１５】 前記磁束センサは前記アーマチュアに
取り付けられており、当該アーマチュアに発生する磁束
を検知する、請求項１１記載の電子制御装置。 - 【請求項１６】 電磁機械的アクチュエータにおけるア
ーマチュアの運動を、送出位置と到達位置との間で制御
する方法において、 複数のパルス電気信号を発生し、該信号と当該信号間の
時間はアクチュエータの動作タイミングを表し、 デュアルステータを軸方向に相互に間隔をおいて共通軸
に沿って位置決めし、 ステータの一方は送出位置にあり、他方は到達位置にあ
り、 デュアルステータの各々は実施的に同じ巻線を有し、 扁平要素を有するアーマチュア要素をデュアルステータ
間に位置決めし、 該アーマチュア要素は、前記扁平要素の回転中心から各
ステータを通って、対向して軸方向に伸長する要素ペア
を有し、 スタータの一方に対向する送出位置と、ステータの他方
に対向する到達位置との間で、パルス電気信号に応答し
てアーマチュアを相互運動させ、 対向して伸長するデュアルスプリング要素に軸方向に前
記扁平要素の角側を配列し、 スプリングバイアス要素のばね係数を整合し、 アーマチュアは外力が無いとき通常はバイアスされ、デ
ュアルステータの各々から等間隔にあり、 巻線を電子回路に電気接続し、パルス電気信号に応答し
て電圧を巻線の一方に供給し、該巻線に結合されたレシ
ーブステータに磁束を発生し、 磁束に応答して到達箇所でスプリング要素を圧縮し、潜
在エネルギーを蓄積し、スプリング要素の他方を送出箇
所で伸長させ、運動エネルギーを解放し、 磁束をデュアルステータの各々において検知し、 検知された磁束とパルス電気信号に応答して、レシーブ
ステータにおける磁束の上昇を、潜在エネルギーを蓄積
する到達箇所スプリングバイアス要素のばね係数に整合
し、 アーマチュア扁平要素の、到達箇所スタータに対するラ
ンディング速度を制御する、ことを特徴とする制御方
法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US6787297P | 1997-12-08 | 1997-12-08 | |
| US60/067872 | 1998-02-19 | ||
| US09/025,986 US6176207B1 (en) | 1997-12-08 | 1998-02-19 | Electronically controlling the landing of an armature in an electromechanical actuator |
| US09/025986 | 1998-02-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114037A true JP2000114037A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=26700565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10348662A Pending JP2000114037A (ja) | 1997-12-08 | 1998-12-08 | 電子制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6176207B1 (ja) |
| EP (1) | EP0927817B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000114037A (ja) |
| DE (1) | DE69821900T2 (ja) |
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