(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）単一の第１のスイッチを閉じ、それによりソース電流がインダクタを通って流れることができるようになるステップと、
（ｂ）単一の第１のスイッチを開き、それにより充電電流がインダクタのインダクタンスを利用するエネルギー蓄積デバイスを通って流れるようになるステップと、
（ｃ）エネルギー蓄積デバイスが十分に充電されるまで、ステップａおよびｂを繰り返すステップであって、ステップａおよびｂが、製造中に回路組立で行われる較正工程により決定される所定の回数実行されるステップと、
（ｄ）指令と同時に、第２のスイッチを閉じ、それにより放電電流がエネルギー蓄積デバイスからインダクタに流れ、駆動する磁場をインダクタに発生させ、それにより機械弁を駆動するステップとを含む、方法。
【請求項２】
ソース電流が弁を駆動するのに不十分である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ソース電流が電流検出素子により測定される第１の所定のレベルに到達するまで、ステップａが維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ソース電流が電流検出素子により測定される第２の所定のレベルに到達するまで、ステップｂが維持される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
較正工程が構成要素の公差と周囲温度の両方を考慮する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップａおよびｂが、第２のスイッチが開かれた状態で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ｅ）弁が駆動された後に、電流検出素子によりソース電流を監視するステップと、
（ｆ）ソース電流が所定のレベルに到達すると、ステップａおよびｂを繰り返して、エネルギー蓄積デバイスを再充電するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１のスイッチが、通常閉じられたデプリーション型ＭＯＳＦＥＴである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
（ａ）第１の単極単投接点（ＳＰＳＴ）スイッチを開き、第２のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それにより第１のダイオードを順バイアスし、ソース電流がコンデンサを通って流れることができるようになり、コンデンサを充電するステップと、
（ｂ）第２のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを逆バイアスし、コンデンサの充電を維持するステップと、
（ｃ）第１のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それによりソース電流がソレノイドコイルを通って流れることができるようになるステップと、
（ｄ）第１のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを順バイアスし、充電電流がソレノイドコイルのインダクタンスを利用するコンデンサを通って流れるステップと、
（ｅ）コンデンサが十分に充電されるまで、ステップｃおよびｄを繰り返すステップであって、ステップｃおよびｄが、製造中に回路組立で行われる較正工程により決定される所定の回数実行されるステップと、
（ｆ）指令と同時に、第１のＳＰＳＴスイッチも第２のＳＰＳＴスイッチも閉じ、それにより第１のダイオードも第２のダイオードも逆バイアスし、放電電流がコンデンサからソレノイドコイルに流れ、駆動する磁場をソレノイドコイルが発生させ、それにより機械弁を駆動するステップとを含み、
ソース電流が電流検出素子により測定される第１の所定のレベルに到達するまで、ステップｃが維持される、方法。
【請求項１０】
ソース電流が、弁を駆動するための駆動する磁場を発生させるのに不十分である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ソース電流が電流検出素子により測定される第２の所定のレベルに到達するまで、ステップｄが維持される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｃおよびｄが所定の回数実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
所定の回数が較正工程により決定され、構成要素の公差と周囲温度の両方を考慮する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップｃおよびｄが、第２のスイッチが開かれた状態で実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
（ｇ）弁が駆動された後に、電流検出素子によりソース電流を監視するステップと、
（ｈ）ソース電流が所定のレベルに到達すると、ステップａおよびｂを繰り返して、エネルギー蓄積デバイスを再充電するステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
第１のＳＰＳＴスイッチが、通常閉じられたデプリーション型ＭＯＳＦＥＴである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ステップａ、ｂおよびｃは、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるまで、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じたままにするステップと、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるとき、第１のＳＰＳＴスイッチを開くステップと、
ソース電流が第２の所定のレベルに下がると、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じるステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ステップａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるまで、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じたままにするステップと、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるとき、第１のＳＰＳＴスイッチを開くステップと、
ソース電流が第２の所定のレベルに下がると、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じるステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
（ａ）第１の単極単投接点（ＳＰＳＴ）スイッチを開き、第２のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それにより第１のダイオードを順バイアスし、ソース電流がコンデンサを通って流れることができるようになり、コンデンサを充電するステップと、
（ｂ）第２のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを逆バイアスし、コンデンサの充電を維持するステップと、
（ｃ）第１のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それによりソース電流がソレノイドコイルを通って流れることができるようになるステップと、
（ｄ）第１のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを順バイアスし、充電電流がソレノイドコイルのインダクタンスを利用するコンデンサを通って流れるステップと、
（ｅ）コンデンサが十分に充電されるまで、ステップｃおよびｄを繰り返すステップと、
（ｆ）指令と同時に、第１のＳＰＳＴスイッチも第２のＳＰＳＴスイッチも閉じ、それにより第１のダイオードも第２のダイオードも逆バイアスし、放電電流がコンデンサからソレノイドコイルに流れ、駆動する磁場をソレノイドコイルに発生させ、それにより機械弁を駆動するステップとを含み、
ステップｃおよびｄが較正工程により決定される所定の回数実行され、、構成要素の公差と周囲温度の両方を考慮する、方法。
【請求項２０】
ソース電流が、弁を駆動するための駆動する磁場を発生させるのに不十分である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ステップｃおよびｄが、第２のＳＰＳＴスイッチが開かれた状態で実行される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
（ｅ）弁が駆動された後に、電流検出素子によりソース電流を監視するステップと、
（ｆ）ソース電流が所定のレベルに到達すると、ステップａおよびｂを繰り返して、エネルギー蓄積デバイスを再充電するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ステップａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるまで、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じたままにするステップと、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるとき、第１のＳＰＳＴスイッチを開くステップと、
ソース電流が第２の所定のレベルに下がると、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じるステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
（ａ）第１の単極単投接点（ＳＰＳＴ）スイッチを開き、第２のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それにより第１のダイオードを順バイアスし、ソース電流がコンデンサを通って流れることができるようになり、コンデンサを充電するステップと、
（ｂ）第２のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを逆バイアスし、コンデンサの充電を維持するステップと、
（ｃ）第１のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それによりソース電流がソレノイドコイルを通って流れることができるようになるステップと、
（ｄ）第１のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを順バイアスし、充電電流がソレノイドコイルのインダクタンスを利用するコンデンサを通って流れるステップと、
（ｅ）コンデンサが十分に充電されるまで、ステップｃおよびｄを繰り返すステップであって、ステップｃおよびｄが、製造中に回路組立で行われる較正工程により決定される所定の回数実行されるステップと、
（ｆ）指令と同時に、第１のＳＰＳＴスイッチも第２のＳＰＳＴスイッチも閉じ、それにより第１のダイオードも第２のダイオードも逆バイアスし、放電電流がコンデンサからソレノイドコイルに流れ、駆動する磁場をソレノイドコイルに発生させ、それにより機械弁を駆動するステップと、
（ｇ）弁が駆動された後に、電流検出素子によりソース電流を監視するステップと、
（ｈ）ソース電流が所定のレベルに到達すると、ステップａおよびｂを繰り返して、エネルギー蓄積デバイスを再充電するステップとを含む、方法。
【請求項２５】
ソース電流が、弁を駆動するための駆動する磁場を発生させるのに不十分である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップｃおよびｄが所定の回数実行される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
ステップｃおよびｄが、第２のスイッチが開かれた状態で実行される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ステップａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるまで、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じたままにするステップと、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるとき、第１のＳＰＳＴスイッチを開くステップと、
ソース電流が第２の所定のレベルに下がると、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じるステップとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
（ａ）第１の単極単投接点（ＳＰＳＴ）スイッチを開き、第２のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それにより第１のダイオードを順バイアスし、ソース電流がコンデンサを通って流れることができるようになり、コンデンサを充電するステップと、
（ｂ）第２のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを逆バイアスし、コンデンサの充電を維持するステップと、
（ｃ）第１のＳＰＳＴスイッチを閉じ、それによりソース電流がソレノイドコイルを通って流れることができるようになるステップと、
（ｄ）第１のＳＰＳＴスイッチを開き、それにより第２のダイオードを順バイアスし、充電電流がソレノイドコイルのインダクタンスを利用するコンデンサを通って流れるステップと、
（ｅ）コンデンサが十分に充電されるまで、ステップｃおよびｄを繰り返すステップであって、ステップｃおよびｄが、製造中に回路組立で行われる較正工程により決定される所定の回数実行されるステップと、
（ｆ）指令と同時に、第１のＳＰＳＴスイッチも第２のＳＰＳＴスイッチも閉じ、それにより第１のダイオードも第２のダイオードも逆バイアスし、放電電流がコンデンサからソレノイドコイルに流れ、駆動する磁場をソレノイドコイルに発生させ、それにより機械弁を駆動するステップとを含み、
ステップａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるまで、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じたままにするステップと、
ソース電流が第１の所定のレベルに上がるとき、第１のＳＰＳＴスイッチを開くステップと、
ソース電流が第２の所定のレベルに下がると、第１のＳＰＳＴスイッチを閉じるステップとをさらに含む、方法。
【請求項３０】
ソース電流が、弁を駆動するための駆動する磁場を発生させるのに不十分である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ステップｃおよびｄが、第２のスイッチが開かれた状態で実行される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
ソース電流を予め記憶されたソース電流のパターンと比較するステップであって、予め記憶されたパターンがインダクタにおける電流スパイクを示し、ソース電流が予め記憶されたパターンと実質的に一致した場合に、自動的に補正動作を実施するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
インダクタを流れるソース電流が電源に過負荷をかけることを回避するため、駆動する磁場を生成した後、エネルギー蓄積デバイスに接続された第２のスイッチを保持するとともに、第１のスイッチを繰り返し動作させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示され教示される本発明は、一般に制御システムに関し、より詳細には低電力制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５，５３２，５２６号明細書が、「急な立ち上がり縁を伴う高振幅部分、およびより低い振幅部分を有する電流を負荷に供給するための制御回路。回路は、低電圧供給源に入力接続され、入力端子間を並列接続され、それぞれがコンデンサおよび負荷を含む複数のアクチュエータ回路を備える。各アクチュエータ回路はまた、個々の負荷によるエネルギー供給およびエネルギー蓄積を可能にするように個々の負荷と基準線の間に第１の制御されたスイッチを備える。第１のスイッチにより選択された負荷にコンデンサを急速放電し、かつ負荷電流を再び環流させるように、または再び環流された負荷電流を使ってコンデンサを充電するように、第２の制御されたスイッチがコンデンサ線と負荷線の間に提供される」ことを教示している。
【０００３】
米国特許第６，６４６，８５１号明細書が、「たとえばスイッチングされるリラクタンスモータの形で提供される電気モータといったソレノイドアクチュエータを動作させるための回路構成が、エネルギー供給の一部の誤動作または故障の事態においてモータの動作を可能にする。有利には、回路構成は主バッテリに加えて冗長性の役割を果たす補助バッテリを含む。補助バッテリは、主バッテリよりも小さく、低い公称電圧を有する。主バッテリの公称電圧に適合された公称動作電圧で、故障の事態における電気モータの連続した動作を可能にするために、オンとオフでスイッチングされることの可能なコンデンサがバッテリに直列に接続される。スイッチングレギュレータの方法で電気モータの励磁器巻線を介してスイッチングする電流をスイッチングすることにより、エネルギー量がコンデンサ内に蓄積されることができ、それによりコンデンサの公称電圧が最終的に補助バッテリの電圧を超える。十分な量のエネルギーが蓄積されたとき、電気モータはコンデンサ内に蓄積されたエネルギーを用いて短時間駆動されることができる。商用車における電気で駆動されるブレーキシステムが、本発明のための重要で好ましい応用分野を表す」ことを教示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，５３２，５２６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６４６，８５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書で開示され教示される本発明は、低電力応用でソレノイドを制御するための改良されたシステムおよび方法を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
検出素子および第１のダイオードと直列の電源、弁を駆動するためのインダクタ、エネルギーをインダクタに蓄積し放電するためのエネルギー蓄積デバイス、電流の流れを制御するためのダイオード、ならびに回路を制御するためのスイッチおよびコントローラを含む低電力ソレノイド制御回路。
【０００７】
第１のスイッチを閉じ、それによりソース電流がインダクタを通って流れることができるようになり、第１のスイッチを開き、それによりインダクタのインダクタンスを利用してエネルギー蓄積デバイスを通って充電電流が流れ、エネルギー蓄積デバイスが十分に充電されるまでこれらのステップを繰り返し、指令と同時に、第２のスイッチを閉じ、それによりインダクタに機械弁を駆動させる放電電流がエネルギー蓄積デバイスからインダクタに流れることにより回路は動かされることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のある種の態様を利用する低電力ソレノイド制御回路の具体的な実施形態を例示する。
【図２】本発明のある種の機能を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記で説明された図、および以下の具体的な構造および機能の書面による説明は、出願人が発明したことの範囲、または添付の特許請求の範囲を限定するために提示されるものではない。むしろ、図、および書面による説明は、特許保護が要求される発明を作りそれを使用するよう当業者に教示するために提供される。本発明の商用実施形態のすべてが、明快さおよび理解のために説明されるまたは示されるわけではないことを当業者は理解されよう。当業者はまた、本発明の態様を組み込む実際の商用実施形態の開発が、商用の実施形態のための開発者の最終目標を達成するために、数多くの実装特有の決定を必要とすることを理解されよう。そのような実装特有の決定は、システムに関連する制約、ビジネスに関連する制約、政府に関連する制約、または他の制約の遵守を含むことがあり、かつそれらの遵守に限定されないようであり、これらの制約は具体的な実装により、場所により、および時々刻々と変化することがある。開発者の努力が、絶対的な意味で複雑で多くの時間を必要とすることがあるが、それにもかかわらず、そのような努力は、この開示の恩恵を受ける当業者にとって日常的な仕事である。本明細書で開示され教示される発明は、数多くの様々な修正、および別の形態が可能であることが理解されなければならない。最後に、「１つの（ａ）」などの、しかしそれに限定されない単数用語の使用は、項目の数を限定するものではない。また、「上」、「下」、「左」、「右」、「上部」、「下部」、「下方」、「上方」、「側面」などの、しかしながらそれらに限定されない関係を示す用語の使用が、具体的に図に関連して明快さのために書面による説明で行われるが、本発明または添付の特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。
【００１０】
本発明の具体的な実施形態が、構成図、および／または方法の動作例示を参照して以下で説明されることができる。構成図および／または動作例示の各ブロック、ならびに構成図および／または動作例示のブロックの組合せが、アナログハードウェアおよび／またはデジタルハードウェア、ならびに／またはコンピュータプログラム命令により実装されることができることを理解されよう。そのようなコンピュータプログラム命令が、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ＡＳＣＩ、および／または別のプログラマブルデータ処理システムのプロセッサに提供されることがある。実行される命令が、構成図および／または動作例示で指定される動作を実装するための構成および機能を作り上げることがある。ある種の別の実装形態では、図で示される機能／動作／構成が、構成図および／または動作例示で示される順序を逸脱して行われることがある。たとえば、連続して行われるとして示される２つの動作が、実際には、実質的に同時に行われることがある、または関係する機能／動作／構成に応じて逆の順序で動作が実行されることがある。
【００１１】
本明細書で開示される実施形態と共に使用するためのコンピュータプログラム、およびその実施形態により使用されるコンピュータプログラムは、オブジェクト指向プログラミング言語、従来の手続き型プログラミング言語、またはアセンブリ言語および／もしくはマイクロコードなどの低レベルコードで書かれることがある。プログラムは、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、もしくは別のソフトウェアパッケージの一部として、もっぱら単一プロセッサ上で、および／または多数のプロセッサを介して実行されることがある。
【００１２】
出願人は、検出素子およびノード間の第１のダイオードと直列の電源、弁を駆動するためのインダクタ、エネルギーをインダクタに蓄積および放電するためのエネルギー蓄積デバイス、電流の流れを制御するためのダイオード、ならびに回路を制御するためのスイッチおよびコントローラを含む低電力ソレノイド制御回路を作り出した。
【００１３】
第１のスイッチを閉じ、それによりソース電流がインダクタを通って流れることができるようになり、第１のスイッチを開き、それによりインダクタのインダクタンスを利用してエネルギー蓄積デバイスを通って充電電流が流れ、エネルギー蓄積デバイスが十分に充電されるまでこれらのステップを繰り返し、指令と同時に、第２のスイッチを閉じ、それによりインダクタに機械弁を駆動させる放電電流をエネルギー蓄積デバイスからインダクタに流すことにより回路は動かされることができる。
【００１４】
図１は、本発明のある種の態様を示す低電力ソレノイド制御回路１０の第１の好ましい実施形態の例示である。回路１０は、一般に空気圧工業用制御システムまたは油圧工業用制御システムと共に使用されるタイプのソレノイド弁中に組み込まれることが好ましい。回路１０は、分散制御システム（ＤＣＳ）またはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などの外部の監視制御システムへの３線接続を組み込むことが好ましい。３線接続は、電源接続および制御接続を含むことが好ましく、いずれもアース接続または中立接続を基準にされる。電源接続は、ほぼ１２から２４ボルトの直流（ＤＣ）電圧であることが好ましい。実際の実装に応じて、別の電圧が推奨されることがある。制御接続は、電源接続に組み込まれることがあり、それにより監視制御システムへの２線接続しか必要としない。
【００１５】
回路１０は電源１２を含むことが好ましい。電源１２は２線または３線接続を介して提供されるようなＤＣであることが好ましい。電源１２は２線または３線接続と独立していても、単に２線または３線接続により具現化されてもよい。
【００１６】
回路１０はまた、電源１２と直列の検出素子１４を含むことが好ましい。一実施形態では、検出素子１４は、分流器の両端の電圧を測定することにより電流が計算されることができる精密分流抵抗器である。しかしながら、検出素子１４は、誘導電流検出器、ホール効果電流検出器、別の電流検出デバイス、電圧検出デバイス、または電力検出デバイスなどの別の形をとることがある。検出装置１４はまた、回路１０の別の構成要素中に組み込まれることがある。検出素子１４は、電源１２を介して加えられる電流もしくは電力を検出、または別の方法で測定するように実装される。
【００１７】
いずれの場合も、回路１０は検出素子１４を監視するコントローラ１６を含むことが好ましい。コントローラ１６は、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社のＰＩＣ１６Ｆ６３１などのプログラマブルマイクロコントローラを備えることが好ましい。しかしながら、コントローラ１６は、代わりにハードワイヤードロジックで実装されることがある。いずれの場合も、コントローラ１６は、検出素子１４に印加される電流、電圧、および／または電力を決定するために、検出素子１４を監視することが好ましい。次に、以下でより詳細に説明されるように、コントローラ１６は、少なくとも一部には検出素子１４からの入力に基づき回路１０の別の構成要素を操作する、または別の方法で動作させる。
【００１８】
回路１０はまた、電源１２および検出素子１４と直列に第１のダイオード１８を含むことが好ましい。第１のダイオード１８は、電源１２を許容し、かつ保護するような定格とされることが好ましい。たとえば、第１のダイオード１８は、順方向バイアスされたときに、電源１２が正常状態および許容できる異常状態の下で提供することを期待される電流を通すような定格とされることが好ましい。第１のダイオード１８は、逆バイアスされたときに、どんな予想される放電電流も阻止するような定格とされることが好ましく、このことは以下でより詳細に説明される。より多くの能力がコントローラ１６にある場合、第１のダイオード１８は、コントローラ１６により制御されるスイッチにより置き換えられることができる。たとえば、第１のダイオード１８が正常に逆バイアスされたとき、または別の方法で電流の流れを妨げるときに、コントローラ１６は、検出素子１４を通る電流の振幅と方向の両方を監視し、第１のダイオード１８の代わりに使用されるスイッチを開くことがある。
【００１９】
回路１０はまた、ソレノイドコイル２０または何らかの別のインダクタを含むことが好ましい。好ましい実施形態では、コイル２０は、空気圧制御弁および／または油圧制御弁などの機械弁を駆動するように動作可能である。次に、機械弁は、プロセス制御弁を操作する、または別の方法で制御することが好ましい。しかしながら、ある種の実施形態では、コイル２０は、直接プロセス制御弁を駆動するように構成されることがある。
【００２０】
インダクタまたはコイル２０は磁場を発生させ、磁場はコイル２０を通って流れる電流に比例する。磁場は、弁を駆動するために、プランジャまたは別の機械要素を線形に変位させるために使用される。磁場は、プランジャを動かし、それにより弁を駆動するために、十分な強さでなければならないことを理解されよう。所与の電流に対して磁場強度を増大させる方法がいくつかあることを当業者は理解されよう。たとえば、コイル２０を巻きつける密度を増大させることに決めることがある。しかしながら、特にある種の低電力応用では、利用できる電流が弁を駆動するだけの十分強い場を発生させるのに全く不十分であるような実際的な制約がしばしばある。
【００２１】
したがって、本発明の回路１０は、利用できる電流からエネルギーを蓄積し、その蓄積されたエネルギーをコイル２０に放電するコンデンサなどのエネルギー蓄積デバイス２２を含むことが好ましい。この放電電流は、放電電流が生成されたソース電流よりも相当大きいことがあり得るので、制御された放電が弁を駆動するのに十分な場を発生させることができる。コンデンサ２２は、電源１２により生成されたソース電流から直接充電されることができる。しかしながら、放電電流は、弁を駆動するためにソース電流より大きい必要があることが予想されるので、エネルギー蓄積デバイス２２はまた、以下でより詳細に説明されるように、インダクタ２０により誘導される充電電流により充電されるように動作可能であることが好ましい。
【００２２】
エネルギー蓄積デバイス２２の時期尚早の放電を防ぐために、回路１０は、コンデンサ２２の充電を保持するように構成される第２のダイオード２４を含むことが好ましい。第２のダイオード２４は、順バイアスされたときにソース電流を通し、逆バイアスされたときにエネルギー蓄積デバイス内２２に蓄積されたエネルギーを阻止するような定格とされることが好ましい。第１のダイオード１８と同様に、第２のダイオード２４はコントローラ１６により制御されるスイッチと置き換えられることがある。しかしながら、このことは、コンデンサ２２への充電を制御するために、コントローラ１６に追加の入力を有することを要求する、および／または動作がより予測的になるように要求することがある。
【００２３】
本発明の別の態様と同様に、ソース電流、充電電流、および放電電流を制御するために、回路１０はまた、第１のスイッチ２６および第２のスイッチ２８を含むことが好ましい。第１のスイッチ２６および第２のスイッチ２８は、単極単投接点（ＳＰＳＴ）スイッチであることが好ましい。第１のスイッチ２６および第２のスイッチ２８は、機械スイッチでも、トランジスタまたはより具体的にはＭＯＳＦＥＴなどの固体デバイスでもよい。たとえば、第１のスイッチ２６および／または第２のスイッチ２８は、通常閉じられたデプリーション型ＭＯＳＦＥＴでも、同様のデバイスでもよい。
【００２４】
第１のスイッチ２６および第２のスイッチ２８は、以下でより詳細に説明されるように、コントローラ１６により制御されることが好ましい。たとえば、第１のスイッチ２６は主に、インダクタ２０を使用して充電電流を誘導するような方法でソース電流を制御するために使用されることが好ましい。第２のスイッチ２８は主に、コイル２０への放電電流を制御するために使用されることが好ましく、それにより監視制御システムからの指令で弁を駆動する。
【００２５】
回路１０はまた、回路１０の構成要素をさらに保護するための、電源１２と直列の制限抵抗器などの限流器３０を含むことがある。あるいは、限流器３０は、回路１０の別の構成要素中に組み込まれることがある。たとえば、分流抵抗器１４は、検出素子１４としての役割も限流器３０としての役割も果たすような大きさに作られることがある。
【００２６】
上記で説明された本発明の１つ以上の態様を利用する別のより詳しい実施形態が、出願人の発明の精神を逸脱することなく考案されることができる。たとえば、上記で説明されたように、ダイオード１８、２４は、制御されたスイッチと置き換えられることがあり、これらのスイッチはＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタにより具現化されることがある。さらに、本発明の様々な方法および実施形態が、開示された方法および実施形態の変形例を作り出すために互いに組み合わせて含まれることができる。さらに、上記で説明された実施形態は、改良されおよび／またはさらに拡張されることがある。ある種の例では、単一要素の説明が複数の要素を含むことができ、逆の場合も同じである。しかしながら、上記で説明された実施形態は、説明された最小構成要素が一緒に機能して、サイズ、費用、および製造する複雑さを低減するという点で好ましい。
【００２７】
次に、さらに図２を参照すると、使用に際して、回路１０は、十分なエネルギーがエネルギー蓄積デバイス２２内に蓄積されるまで、エネルギー蓄積デバイス２２を連続して充電する。指令と同時に、エネルギー蓄積デバイス２２内に蓄積されたエネルギーは、インダクタ２０中に放電され、それにより弁を駆動するのに十分な磁場を発生させる。ソース電流は別の状況下では、本発明の教示がなければ、十分な磁場を発生させるのに不十分であることが理解され得る。
【００２８】
より詳細には、コンデンサ２２が完全に放電され、したがってもはや大きなエネルギーを蓄積していなかったこと、および両方のスイッチ２６、２８が図１に示されるように開いていると仮定することから始める。時間Ｔ１で第１のスイッチ２６が、閉じられ、それにより供給電流がコイル２０を通って流れることができるようになる。供給電流が第１の所定のレベルに到達すると、Ｔ２で第１のスイッチ２６が開かれる。したがって、インダクタ２０により、供給電流はコンデンサ２２を通る充電電流を誘導する第２のダイオード２４を順方向バイアスにする。供給電流が第２の所定のレベルまで低下すると、Ｔ３で第１のスイッチ２６が再び閉じられ、サイクルが繰り返される。第１のスイッチ２６が閉じられると、第２のダイオード２４が逆バイアスされ、それによりコンデンサ２２が放電するのを防ぐ。したがって、サイクルが繰り返されるたびに、コンデンサ２２内のエネルギーが増大する。
【００２９】
図２に示されるように、サイクルはコンデンサ２２が完全に放電されることで開始されることがある。あるいは、コンデンサ２２は、一時的に第２のスイッチ２８を閉じることによる直接供給電流からによるものとすることがある。このことにより、蓄積されたエネルギーレベルがＴ１に対してＴ３で示される時点で始まる。
【００３０】
ソレノイド弁の製造中、ソレノイド弁の回路１０が一部となっていることが好ましいが、必要とされる充電サイクル数が決定されることができる。より具体的には、回路１０の構成要素、および／または周囲の動作温度などの別の変数の変動により、エネルギー蓄積デバイス２２が弁を確実に駆動するのに十分なエネルギーを蓄積してしまう前に、異なる回路１０および／または異なる弁に対して異なるサイクル数が必要とされることがあることが予想される。したがって、回路１０が組み立てられると、所与の実装のために何回のサイクルが必要とされるか決定するために、較正工程が行われることができる。必要なサイクル数は、コントローラ１６中にプログラムされる、または別の方法で構成されることが好ましい。図２に示される例では、この所定のサイクル数は３である。したがって、Ｔ７でエネルギー蓄積デバイス２２は、弁を駆動するために、インダクタ２０内に十分な磁場を誘導するのに十分なエネルギーを蓄積している。
【００３１】
この時点で、エネルギー蓄積デバイス２２はフル充電され、放電電流をインダクタ２０に供給し、それにより弁を駆動する準備ができている。コントローラ１６は第１のスイッチ２６を開いた位置で維持することがある。この手法の１つの有利な点が、低電力応用におけるエネルギー節約であり、具体的には弁がめったに駆動されない場合に役立つ。あるいは、コントローラ１６は第１のスイッチ２６を閉じることがあり、それにより供給電流がインダクタ２０を通って流れることができるようになる。この手法の１つの有利な点が、エネルギー蓄積デバイス２２が放電するときに、インダクタ２０内に既に若干の場が存在することである。
【００３２】
Ｔ８でコントローラ１６は、外部の監視制御システムからの制御接続を介して制御入力を受け取る。コントローラ１６は即座に両方のスイッチ２６、２８を閉じ、それによりエネルギー蓄積デバイス２２内に蓄積されたエネルギーを解放する。コンデンサ２２からのこの放電電流が、両方のダイオード１８、２４を逆バイアスにし、インダクタ２０を通って流れる。エネルギーのサージにより、コイル２０が弁を駆動するのに十分な磁場を発生させる。
【００３３】
Ｔ９に近づくにつれて、コンデンサ２２内に蓄積されたエネルギーが損失されることが理解され得る。そのエネルギーに関連する電圧が電源１２の供給電圧未満に下がると、第１のダイオード１８は順バイアスとなり、それにより供給電流が再度高まり始める。コントローラ１６が、供給電流が上昇するのを検出し始めると、コントローラは第２のスイッチ２８を開くことが好ましい。
【００３４】
この時点で、コントローラ１６は上記で説明されたように、第１のスイッチ２６を開き閉じるサイクルを開始して、コンデンサ２２を再充電することができる。このことが、再駆動が必要とされる場合、エネルギー蓄積デバイス２２が弁を再駆動することができることを保証する。このことが特に有利となるのが、弁が頻繁に駆動される場合、および／または弁が偶然に一時停止しやすい場合である。
【００３５】
比較的高い放電電流がはるかに多くのエネルギーをインダクタ２０内に誘導することができるので、電源１２が過負荷となる可能性がある。そのような過負荷を防ぐために、コントローラ１６は第２のスイッチ２８を閉じたままとし、代わりに第１のスイッチ２６の繰り返しを始めることがある。より具体的には、両方のスイッチ２６、２８を閉じ、それによりコンデンサ２２を放電した後に、検出素子１４により検出された電流が電源１２の電流の限度に近づき始めるとき、コントローラ１６が第１のスイッチ２６を開くことがある。コントローラ１６は、所定の固定時間、待つことが好ましく、電流が低下できるようにし、その後、第１のスイッチ２６を再び閉じる。この固定時間は、回路１０の抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスに基づき計算されても、較正工程中に決定されてもよい。このサイクルは、インダクタ２０内のエネルギーが抜き取られるまで、および／またはコンデンサ２２が再充電されるまで繰り返されることができる。
【００３６】
これにより、コントローラ１６が検出素子１４からの入力に基づき第１のスイッチ２６のデューティサイクルを制御することにより電流調整器として機能することができるようになる。そのような機能が、コイル２０を通るより高い電流を可能にすることがあり、ある種の応用で望ましいことがある。
【００３７】
上記で説明されたコントローラ１６は、より高度になることがある。たとえば、コントローラ１６は図２に示されるソース電流波形を制御および／または測定することがある。このことから、コントローラ１６は、一部にはスイッチ２６、２８のスイッチング時間に基づき、電源１２により回路１０に印加される電圧を推測することがある。
【００３８】
さらに、ソレノイド弁のプランジャが機械的衝撃を受けやすいことがあることが理解され得る。弁が駆動されてしまい、かつ機械的衝撃を受けると、そのような衝撃が弁を一時停止させることがあり、弁の構造によっては偶然に弁を閉じるおよび／または開く。しかしながら、プランジャがコイル２０に対して動くにつれ、おそらくインダクタ２０内に電流スパイクを誘導する。このスパイクは、コントローラ１６により監視されるソース電流波形に反映されることがある。そのようなどんなパターンでも観測され、コントローラ１６内部に蓄積されることができる。このパターンは、上記で説明された較正工程の一部として記録されることができる。その後、ソレノイド弁がいつ一時停止または偶然に駆動されたか、およびそれらが起きたかどうかを検出するために、コントローラ１６は、連続してまたは周期的にこのあらかじめ観測されたパターンとソース電流を比較することがある。コントローラ１６が偶然の一時停止または駆動を検出した場合、コントローラ１６は外部の監視制御システムからの入力を待つことなく、即座に是正措置をとることがある。たとえば、コントローラ１６が弁を駆動してしまい、偶然の一時停止を検出した場合、コントローラ１６は即座に弁を再駆動することがある。
【００３９】
あるいは、またはさらに、コントローラ１６は、双方向通信リンクまたは操作者を介してアラームを鳴らすことにより監視制御システムに通知することがある。このことは、別の出力を使用して、または制御入力に優先することにより達成されることがある。このことにより監視制御システムまたは操作者が必要に応じて是正措置または予防措置をとることができるようになる。コントローラ１６または監視制御システムはまた、そのような出来事を記録し、それによりソレノイド弁が交換される必要があるかどうか、または電源１２に不備があるかどうかを決定することがある。
【００４０】
ある種の実装では、ステップの順序が、具体的に別の方法で制限されていなければ、様々な順序で行われることができる。本明細書で説明された様々なステップが、別のステップと組み合わされ、提示されたステップを挿入され、および／または多数のステップに分割されることができる。同様に、要素が機能的に説明されており、別の構成要素として具現化されることができる、または複数の機能を有する構成要素に結合されることができる。
【００４１】
好ましい実施形態または別の実施形態に関連して本発明が説明されており、本発明のあらゆる実施形態が説明されたわけではない。説明された実施形態に対する明白な修正形態および改変形態が当業者に利用可能である。開示された実施形態および開示されていない実施形態が、出願人により考え出される本発明の範囲または適用性を限定するまたは制約するものではないが、むしろ、特許法に従って、出願人は、以下の特許請求の範囲の均等物の範囲または領域の範囲内であるような変更形態および改良形態をすべて完全に保護するものである。
【図１】
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【図２】
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