CN111279450A - 带有快速模拟控制经济器的改进螺线管致动器 - Google Patents
带有快速模拟控制经济器的改进螺线管致动器 Download PDFInfo
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Abstract
一种调节电气系统(200)的操作的方法。该电气系统包括负载(208)；至少一个传感器，其耦接到该负载并被构造为测量负载的至少一个特性；螺线管，其具有至少一个线圈；至少一个传感器，其耦接到螺线管线圈并被构造成测量线圈的至少一个特性。控制电路(202)耦接到至少一个负载传感器和至少一个线圈传感器，并且包括存储器。该方法包括由控制电路(202)从至少一个负载传感器接收至少一个负载特性，由控制电路基于至少一个负载特性确定足以维持电接触的力，以及由控制电路基于该力和基于线圈的至少一个特性调节线圈电流。
Description
技术领域
本发明涉及螺线管。更具体地，本发明涉及在不利条件下具有改善的可操作性的螺线管。
背景技术
螺线管经常用于电子电路中以提供快速切换。常规螺线管使用接触弹簧和电枢弹簧二者。要解决的问题是由相对的弹簧产生的接触力限制了可用的接触力以及防止由于冲击和电流浪涌而引起的断路的能力。
发明内容
该技术方案通过一种调节电气系统的操作的方法来提供。该电气系统包括负载；至少一个传感器，其耦接到该负载并被构造为测量负载的至少一个特性；螺线管，其具有至少一个线圈；至少一个传感器，其耦接到螺线管线圈并被构造成测量线圈的至少一个特性；以及控制电路，其耦接到至少一个负载传感器和至少一个线圈传感器，并且包括存储器。该方法包括由控制电路从至少一个负载传感器接收至少一个负载特性。该方法还包括由控制电路基于负载特性确定足以维持电接触的力，由控制电路基于该力调节线圈电流。
附图说明
通过结合附图进行的以下更详细的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是根据一实施例的螺线管的透视图；
图2是根据一实施例的螺线管电枢上的力的图示；
图3是比较螺线管电枢上的力的图示；
图4是根据一实施例的电气系统的框图；
图5是根据一实施例的控制电气系统的操作的方法的流程图；
图6是根据一实施例的控制电气系统的操作的方法的流程图；
图7是根据一实施例的控制电气系统的操作的方法的流程图。
只要有可能，在所有附图中将使用相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
在一实施例中，一种调节电气系统的操作的方法。该电气系统包括负载；耦接到该负载并且被构造为测量负载的至少一个特性的至少一个传感器；具有至少一个线圈的螺线管；耦接到该螺线管线圈并且被构造为测量线圈的至少一个特性的至少一个传感器，以及控制电路，其耦接到至少一个负载传感器和至少一个线圈传感器，并且包括存储器。该方法包括通过控制电路从至少一个负载传感器接收至少一个负载特性。该方法还包括由控制电路基于负载特性确定足以维持电接触的力，由控制电路基于该力调节线圈电流。
在另一个实施例中，一种调节电气系统的操作的方法。该电气系统包括负载；至少一个传感器，其耦接到该负载并被构造为测量负载的至少一个特性；螺线管，其具有至少一个线圈；至少一个传感器，其耦接到该螺线管线圈并被构造为测量线圈的至少一个特性；构造为测量加速度的至少一个传感器；以及控制电路，其耦接到至少一个负载传感器、至少一个线圈传感器和至少一个加速度传感器，并包括存储器。该方法包括通过控制电路从至少一个加速度传感器接收至少一个加速度测量结果。该方法还包括通过控制电路基于加速度确定足以维持电接触的力，并且通过控制电路基于该力来调节线圈电流。
在另一实施例中，一种螺线管控制系统包括控制电路和存储指令的存储器，所述指令在由控制电路执行时使螺线管控制系统从至少一个传感器接收电路的至少一个测量的特性，其中，电路和至少一个传感器是螺线管系统的一部分。螺线管控制系统然后基于至少一个测量的特性来确定足以维持电接触的力，并基于该力来调节螺线管的操作。
提供了一种控制螺线管开关的操作的方法。例如，与未能包括本文公开的一个或多个特征的构思相比，本公开的实施例提供了在不利条件下的螺线管开关的控制。该方法提供了能够影响螺线管维持完整电路的能力的潜在影响的检测以及电流浪涌的检测。该方法还包括调节螺线管的操作以避免断路。
在图1中示出了螺线管组件100的实施例。螺线管组件100包括具有壳体壁104的壳体102，壳体壁104包括至少一个延伸穿过壳体壁104的孔口106。壳体壁104还限定出腔108。隔板110位于腔108中并且至少限定出腔108内的两个区域112，114。隔板110还包括隔板孔口116，该隔板孔口116定位成允许至少两个区域112，114之间的连通。
螺线管组件100还包括位于腔108内的电枢118。电枢118还包括中心孔120。电枢118经由轴承122可滑动地定位，从而允许中心孔120可滑动地延伸穿过隔板孔口116，沿着引导件123进入至少两个区域112，114中的两个。电触头124附接到中心孔120，并且构造成与固定电触头126选择性地连通，使得中心孔120可以被选择性地定位以允许电触124和固定电触头126之间的连通。固定电触头126可以进一步被构造为经由至少一个孔口106选择性地与外部电路(未示出)连通。
电枢118还包括定位在区域114中的电枢弹簧128。电枢弹簧128附接到隔板110和电枢118两者。电枢弹簧128被构造为向电枢128施加电枢弹簧力。电枢弹簧力直接作用在隔板110和电枢118上，以便在线圈电流较小时将电枢118移动到延伸位置。电枢弹簧力可导致电枢118可滑动地至少部分地缩回通过隔板孔口116，隔板孔口116可选择性地定位电枢118，使得电触头124和固定电触头126将不连通。保持夹130被添加到中心孔120的端部，以在电枢118的运动期间在电枢118和电触头124之间传递冲击，以便允许增加的分离力和速度。保持电枢118与隔板110之间的气隙131，从而使存在于电枢118上的磁力直接耦接到电触头124。
螺线管组件100还包括导电线圈132，该导电线圈132定位在壳体102内，并构造成响应于导电线圈132中的线圈电流而向电枢118施加磁力。磁力可以与作用在电枢118上的电枢弹簧力相反。磁力可以使电枢118可滑动地至少部分地延伸穿过隔板孔口116，隔板孔口116可以选择性地定位电枢118，使得电触头124和固定电触头126将连通。响应于磁力，电枢118的机械运动的快速性决定了螺线管组件100将如何快速地响应线圈电流的施加。螺线管的典型响应时间约为5x 10-2至2x 10-4秒。
图2示出了根据一实施例的作用在电枢上的力。在图2的示例中，作用在电枢上的力包括电枢弹簧力152和磁力154。由导电线圈132内的第一线圈电流产生的磁力154克服电枢弹簧力152，导致电枢118被选择性地定位使得电触头124和固定电触头126将连通。在电枢118的选择性定位之后，可以通过将导电线圈132内的线圈电流减小到第二线圈电流来经济磁力154。经济的磁通线圈力156足以维持电触头124与固定电触头126之间的连通。磁力154和电枢弹簧力152之间的差异可以视为最大保留力158，其可以通过重新施加第一线圈电流并因此施加磁力154被重新施加。经济的磁通线圈力156和电枢弹簧力152之间的差是经济的保留力159。电枢118上的经济的保留力159由于气隙131直接施加到电触头124。在一些实施例中，施加到电触头124的经济的保留力159比传统的两弹簧构造中所实现的大得多，例如下面图3中所示的。第二线圈电流通常小于第一线圈电流，这可以在操作期间经济能量并经济成本。
图3示出了使用电枢弹簧和接触弹簧两者的比较螺线管在电枢上的力。在图3的示例中，作用在电枢上的力包括电枢弹簧力162、由第一比较线圈电流产生的磁通线圈力164以及接触弹簧力166。由于电枢弹簧力162和接触弹簧力166而产生的组合弹簧力168代表作用在电枢上的净弹簧力。还示出了由第二比较线圈电流产生的、具有类似于节能磁通线圈力156的幅度的经济的磁通线圈力170。经济的磁通线圈力170和组合的弹簧力168之间的差是经济的保留力173。如图3中示出的，表示为保留力172的磁通线圈力164和经济的磁通线圈力170之间的差比图2中所示的保留力158小得多。这样，图3的比较构造就可以比图2的发明示例更小的净电枢力和更小的接触力，因此，导致降低的抗机械冲击性和降低的抗瞬变电流能力。
图4是根据一实施例的电气系统200的框图。电气系统200包括螺线管组件201。在一些实施例中，螺线管组件201可以包括螺线管组件100。控制电路202通过使主触头204闭合来调节螺线管组件201的操作，从而允许来自主负载源206流过负载208。在一些实施例中，控制电路202可以是模拟控制电路。在一些实施例中，控制电路202可以包括具有微处理器和存储器的微控制器。在一个实施例中，主触头204可包括电触头124和固定电触头126。在一些实施例中，控制电路202可至少部分地通过将来自线圈源210的线圈电流施加到接触器线圈212(即，致动器)来调节电气系统的操作。在一些实施例中，接触器线圈212可包括导电线圈132。在一个实施例中，控制电路202可将线圈电流施加到导电线圈132，其可选择性地定位电枢118，使得电触头124和固定电触头126将连通。在一些实施例中，螺线管组件201可包括接触器线圈电流传感器214、接触器线圈电压传感器216和环境温度传感器218中的一个或多个。在一些实施例中，螺线管组件201可包括构造成监视主触头204的位置的接触传感器220。在一个实施例中，接触传感器220可以监视电枢118的位置。
在一实施例中，用于施加线圈电流的合适方法可以包括脉宽调制电流源。在图4的示例中，控制电路202可以调节脉冲宽度调制的驱动器222，其对IC驱动器224进行调制以充当脉冲宽度调制的电流开关。在一些实施例中，IC驱动器224可以包括MOSFET。在一些实施例中，IC驱动器224可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在一些实施例中，螺线管组件201可以另外包括与接触器线圈212并联的续流二极管226，该接触器线圈被构造为在脉宽调制“关断时间”期间恢复存储在线圈中的能量。
控制电路202可以另外调节螺线管组件201的操作，以防止由于不利条件(例如，电涌、电流尖峰和/或冲击)而导致操作中断。在图4的示例中，控制电路202从负载传感器228接收至少一个负载特性(例如，电流和/或电压)。微分电路230确定至少一个负载特性的时间变化率。在一些实施例中，微分电路230确定至少负载电流的时间变化率。在一些实施例中，微分电路230可以在控制电路202的外部。在一些实施例中，微分电路230可以与控制电路202为一体的。
负载电流的快速增加(例如，电涌和/或电流尖峰)可能引起主触头204的动态悬浮，从而导致断路。为了快速响应负载电流的变化，可以对来自负载传感器228的数据进行快速采样。在一些实施例中，可以以至少3MHz、至少3.5MHz、至少4MHz、小于10MHz、小于8MHz、小于6MHz、小于5MHz及其组合的采样率对负载传感器228进行数字采样。在另一个实施例中，可以使用模拟电路对负载传感器228进行采样。如果检测到电涌或电流尖峰，则控制电路202可以调节流到接触器线圈212的线圈电流，从而将电枢118上的线圈力增加到足以防止电触头124与固定电触头126之间的连通损失的量。
在图4的示例中，控制电路202可以从加速度计232接收至少一个加速度测量结果。可以包括ABS电路234以确定加速度测量结果的大小。在一些实施例中，ABS电路234可以在控制电路202的外部。在一些实施例中，ABS电路234可以与控制电路202为一体的。为了快速响应快速加速度，来自加速度计232的数据可以快速取样。在一些实施例中，可以以至少50Hz、至少300Hz、至少600Hz、大约1kHz、小于1.4kHz、小于2kHz及其组合的采样率对加速度计232进行数字采样。在另一个实施例中，可以使用模拟电路对加速度计232进行采样。
快速的加速和/或减速(例如，掉落和/或撞击)可能引起电枢118的运动，从而导致断路。如果检测到快速加速和/或减速(例如，掉落和/或撞击)，则控制电路202可以调节流向接触器线圈212的线圈电流，从而将电枢118上的线圈力增加到足以防止电触头124和固定电触头126之间的通讯损失的量。
图5是调节电气系统300的方法的流程图。在框310处，控制电路从至少一个传感器接收至少一个负载特性。在框320处，控制电路基于至少一个特性来确定足以维持电接触的力。在框330处，控制电路基于维持电接触所需的力来调节线圈电流。
图6是调节电气系统400的方法的流程图。在框410处，控制电路从至少一个加速度传感器接收至少一个加速度测量结果。在框420处，控制电路基于加速度确定足以维持电接触的电枢力。在框430处，控制电路基于维持电接触所需的电枢力来调节线圈电流。
图7是调节电气系统500的方法的流程图。在框510处，控制电路从至少一个温度传感器接收至少一个温度测量结果。在框520处，控制电路基于至少一个温度测量结果确定足以维持电接触的力。在框530处，控制电路基于维持电接触所需的力来调节线圈电流。
Claims (20)
1.一种调节电气系统(200)的操作的方法，所述电气系统(200)包括负载；耦接到所述负载(208)并被构造为测量所述负载的至少一个特性的至少一个传感器；具有至少一个线圈的螺线管；耦接到螺线管线圈并被构造为测量所述线圈的至少一个特性的至少一个传感器；以及控制电路(202)，该控制电路耦接到所述至少一个负载传感器(228)和至少一个线圈传感器，并包括存储器，该方法包括：
由控制电路(202)从至少一个负载传感器(228)接收至少一个负载特性；
由控制电路(202)基于至少一个负载特性确定足以维持电连通的力；和
由控制电路(202)基于该力调节线圈电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个负载特性包括负载电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述力包括确定负载电流的时间变化率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，调节线圈电流包括脉冲宽度调制。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电气系统(200)还包括至少一个传感器，该至少一个传感器被构造为测量耦接至控制电路(202)的加速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述力还基于该加速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，足以维持电连通的力小于磁力(154)减去电枢(118)力。
8.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述电连通期间，电触头(124)和固定电触头(126)连通。
9.一种调节电气系统(200)的操作的方法，所述电气系统(200)包括负载(208)；耦接至所述负载(208)并被构造为测量所述负载(208)的至少一个特性的至少一个传感器；具有至少一个线圈的螺线管；耦接到螺线管线圈并构造为测量该线圈的至少一个特性的至少一个传感器；构造为测量加速度的至少一个传感器；以及控制电路(202)，该控制电路耦接到至少一个负载传感器(228)、至少一个线圈传感器和至少一个加速度传感器，并且包括存储器，该方法包括：
由控制电路(202)从至少一个加速度传感器接收至少一个加速度测量结果；
由控制电路(202)基于该加速度确定足以维持电连通的力；和
由控制电路(202)基于该力调节线圈电流。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括由所述控制电路(202)从所述至少一个负载传感器(228)接收至少一个负载特性。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述力包括确定从所述至少一个负载传感器(228)接收的负载电流的时间变化率。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述力还基于所述至少一个负载特性。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，调节线圈电流包括脉冲宽度调制。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，足以维持电连通的力小于磁力(154)减去电枢(118)力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述电连通期间，电触头(124)和固定电触头(126)连通。
16.一种螺线管控制系统，包括存储指令的存储器，该指令在被执行时使螺线管控制系统：
从至少一个传感器接收电路的至少一个测量的特性，其中，电路和至少一个传感器是螺线管系统的一部分；
基于至少一个测量的特性确定足以维持电连通的力；
基于该力调节螺线管的操作。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，调节螺线管的操作包括脉冲宽度调制的电流。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述螺线管系统还包括负载(208)；和
其中，至少一个测量的特性包括负载电流。
19.根据权利要求16所述的系统，还包括在电接触期间在电枢和隔板(110)之间的气隙(131)。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，足以维持电连通的力小于磁力(154)。
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