(57)【要約】      （修正有）【課題】高い電力効率を有する電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】電磁アクチュエータは、ヨークと、コアと、少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２と、直列の位置から並列の位置への、及びその逆への、巻き線Ｌ１，Ｌ２のスイッチ手段１０と、巻き線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流の調整手段２２を有する制御手段２０を備える。制御手段２０は突入手段２３Ｂ，２４，２１，２２を備え、突入手段は、閉動作の間、巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電圧を制御し、且つ、スイッチ手段１０を制御して巻き線Ｌ１，Ｌ２を並列モードにする。制御手段２０は保持手段２３Ｂ，２４，２１，２２も備え、保持手段は、閉じた位置におけるアクチュエータの保持動作の間、巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電流を制御し、且つ、スイッチ手段１０を制御して巻き線Ｌ１，Ｌ２を直列モードにする。【選択図】図１
2009027178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
‐  縦軸（Ｙ）に沿って伸びる強磁性のヨーク（２）と、前記ヨークの前記縦軸（Ｙ）に沿ってスライドする軸に搭載されている可動強磁性コア（３）と、により形成されている磁気回路と、
‐  少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）と、
‐  直列の位置から並列の位置への、及びその逆への、前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）のスイッチ手段（１０）と、
を備える電磁アクチュエータであって、
制御手段（２０）を備え、
前記制御手段は、
‐  前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に流れる電流の調整手段（２２）と、
‐  突入手段（２３Ｂ，２４，２１，２２）であって、
‐  前記アクチュエータの閉動作の間、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に供給されている電圧を制御し、且つ、
‐  前記スイッチ手段（１０）を制御することにより、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を並列モードとして、第１突入磁束（φinrush）を生成し、前記アクチュエータを閉じる、
ように構成されている、突入手段と、
‐  保持手段（２３Ｂ，２４，２１，２２）であって、
‐  前記閉じた位置における前記アクチュエータの保持動作の間、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に供給されている前記電流を制御し、且つ、
‐  前記スイッチ手段（１０）を制御することにより、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を直列モードとして、第２保持磁束（φholding）を生成する、
ように構成されている、保持手段と、
を有する
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記調整手段（２２）は、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に流れる電流の前記値を設定値と比較する比較器（２２２）を備え、
前記比較器（２２２）は、スイッチ（２２６）を制御する増幅器（２２４）に接続されている、補正器（２２３）に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記調整手段（２２）は制御トランジスタ（ＴＣ）を備え、それにより前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）の前記電圧供給をパルス幅変調ＰＷＭで変調する
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
第１及び第２巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記スイッチ手段（１０）は、
‐  前記第１巻き線（Ｌ１）の第１端子（Ｌ１ａ）と第１電圧供給端子（Ａ）との間に直列に接続されている第１開手段（Ｔ１）を備え、前記第１巻き線（Ｌ１）の第２端子（Ｌ１ｂ）が第２電圧供給端子（Ｂ）に前記制御トランジスタ（ＴＣ）を介して接続されており、
‐  前記第１巻き線（Ｌ１）の前記第２端子（Ｌ１ｂ）と前記第２巻き線（Ｌ２）の第２端子（Ｌ２ｂ）との間に直列に接続されている第２開手段（Ｔ２）を備え、前記第２巻き線（Ｌ２）が、前記第１電圧供給端子（Ａ）に接続されている第１端子（Ｌ２ａ）と、前記制御トランジスタ（ＴＣ）を介して前記第２電圧供給端子（Ｂ）に接続されている前記第２端子（Ｌ２ｂ）と、を有し、
‐  前記第２巻き線（Ｌ２）の前記第２端子（Ｌ２ｂ）と、前記第１巻き線（Ｌ１）の前記第１端子（Ｌ１ａ）と、の間に直列に直接接続されている第３開手段（Ｔ３）と、
‐  前記第１巻き線（Ｌ１）の前記第２端子（Ｌ１ｂ）と前記第２巻き線（Ｌ２）の前記第１端子（Ｌ２ａ）の間に並列に逆接続されている少なくとも１つのフリー・ホイール  ダイオード（Ｄ２）と、
を備え、
前記３つの開手段（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）は、前記突入又は保持手段（２３Ｂ，２４，２１，２２）から命令を受け取るように構成されており、それによりそれら自身を各々開又は閉状態にして、
‐  前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）は、前記第１及び第２開手段（Ｔ１，Ｔ２）が開いており、且つ、前記第３開手段（Ｔ３）が閉じているとき、直列モードにあり、
‐  前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）は、前記第１及び第２開手段（Ｔ１，Ｔ２）が閉じており、且つ、前記第３開手段（Ｔ３）が開いているとき、並列モードにある、
ことを特徴とする請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記制御手段（２０）は、前記２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を通って流れる前記電流を検出するように設計されている測定手段（Ｒ１）を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記制御手段（２０）は、
ドロップ・アウト手段（２３Ａ，２４，３０）であって、
‐  前記２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に供給されている逆電圧を制御し、
‐  前記スイッチ手段（１０）を制御することにより、前記２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を並列モードにして、第３ドロップ・アウト磁束（φdrop-out）を生成する、
ように構成されている、ドロップ・アウト手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記ドロップ・アウト手段（２３Ａ，２４，３０）は、
‐  前記フリー・ホイール  ダイオード（Ｄ２）に直列に接続されている第４開手段（Ｔ４）と、
‐  前記フリー・ホイール  ダイオード（Ｄ２）の前記端子に並列に逆接続されているツェナーダイオード（Ｄｚ）と、を備え、
前記第４開手段（Ｔ４）は、前記制御サブ・ユニット（２４）により制御されるように構成され、それによりそれ自身を開状態にして、且つ、前記フリー・ホイール  ダイオード（Ｄ２）を切断して、
逆電圧が前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）の前記端子に印加されている
ことを特徴とする請求項７に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記制御手段（２０）は、
電圧測定手段（２５）であって、
‐  前記閉動作の前に、前記第１及び第２電圧供給端子（Ａ，Ｂ）の間の前記電圧（ＵＡＢ）を検出でき、
‐  前記閉動作の間に検出された前記供給電圧（ＵＡＢ）に応じて、前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）に供給されている前記電圧を制御できる、
電圧測定手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
同じオーム抵抗を有する第１及び第２巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）は等しく、且つ、同じインダクタンスと同じ巻き数を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）は、２つの分離したコイルの上に構成されている
ことを特徴とする請求項１０から請求項１１の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記巻き線（Ｌ１，Ｌ２）は円筒形であり、且つ、同じ縦軸（Ｙ）に沿って並べられている
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
保持段階の間、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）の構成の変化を周期的に制御するテスト手段を備え、
前記テスト手段は、前記スイッチ手段（１０）に命令を送り、前記少なくとも２つの巻き線（Ｌ１，Ｌ２）を一時的に並列にする、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦軸に沿って伸びる強磁性のヨークと、ヨークの縦軸に沿ってスライドする軸に搭載されている強磁性の可動コアと、により形成されている磁気回路を備える電磁アクチュエータに関する。アクチュエータは、少なくとも２つの巻き線と、巻き線を直列の位置から並列の位置に及びその逆に変更する手段と、を備える。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも２つの異なる巻き線のタイプを電磁アクチュエータの突入（inrush）及び保持（holding）段階に用いることが知られている。電磁アクチュエータのパワー動作（power operation）の最適化は、実際上、多くの場合それらの設計段階で考慮に入れられる。周知の原理は、突入段階用に巻き線の第１タイプを用いて、保持段階用に巻き線の第２タイプを用いることにある。いくつかの特定の巻き線の使用は、特に次の特許、ＦＲ２２９０００９、ＵＳ４２２７２３１、ＵＳ４６０９９６５、ＥＰ１００９００３に技術的に記述されている。一般に、突入段階用に用いられる巻き線は、突入電力の主要な部分に耐えるように寸法が決められ、保持段階用に用いられる巻き線は、閉じた位置（closed position）でコアを保持するのに必要なだけのアンペア・ターンを供給するように設計されている。各々の巻き線は、コアの位置に応じて作動させられる。
【０００３】
さらに、広い供給電圧の範囲で電磁アクチュエータを使用する要求も優先事項になっている。次の文献、ＦＲ２５６８７１５、ＥＰ１００９００３、ＥＰ１００９００４で述べられているいくつかの解決策は、巻き線又は複数の巻き線の供給電圧を調整する手段を用いている。巻き線に供給されている電圧は、従来、パルス幅変調ＰＷＭで変調されている。
【０００４】
最新技術の文献ＥＰ０９９８６２３に述べられているパルス電流の使用は、コイル又は複数のコイル中の電流の調整が行われるようにせず、電流が設定値（setpoint）の通りに維持されるようにする。さらに、パルス電流の使用は、十分な水準の調整が達成されるようにしない。パルス電流の使用は、実際上、固定のデューティーサイクルを意味し、電圧に応じて変調されるデューティーサイクルを意味しない。電流は、それゆえ直接的に電圧の関数であるか、又は固定の比で電圧に関連させられる。それゆえ、電圧と電流の分離はない。制御電圧と電流の独立は可能ではない。さらに、温度に対するコイルの抵抗値の増加の有害な影響が観測される。電力消費量に関して及び動作電圧範囲に関して両者で最善の動作を有する電磁アクチュエータを設計することは、とても困難なままである。２つの開発の方向性の内の１つでもたらされる進歩は、一般的に他の損失になる。さらに、ドロップ・アウト又は開段階の間の電磁アクチュエータの動作は、一般的に最適化されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従って、最新技術の欠点を除去して、それにより高い電力効率を有する電磁アクチュエータを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電磁アクチュエータは、制御手段を備え、前記制御手段は、前記少なくとも２つの巻き線に流れる電流の調整手段と、突入手段であって、前記アクチュエータの閉動作（closing operation）の間、前記少なくとも２つの巻き線に供給されている電圧を制御し、且つ、前記スイッチ手段を制御することにより、前記少なくとも２つの巻き線を並列モードとして、第１突入磁束を生成し、前記アクチュエータを閉じる、ように構成されている、突入手段と、保持手段であって、前記閉じた位置における前記アクチュエータの保持動作の間、前記少なくとも２つの巻き線に供給されている前記電流を制御し、且つ、前記スイッチ手段を制御することにより、前記少なくとも２つの巻き線を直列モードとして、第２保持磁束を生成する、ように構成されている、保持手段と、を有する。
【０００７】
好ましい実施形態によれば、前記調整手段は、前記少なくとも２つの巻き線に流れる電流の前記値を設定値と比較する比較器を備え、前記比較器は、スイッチを制御する増幅器に接続されている、補正器に接続されている。
【０００８】
好ましくは、前記調整手段は制御手段を備え、それにより前記少なくとも２つの巻き線の前記供給電圧をパルス幅変調ＰＷＭで変調する。
【０００９】
好ましくは、電磁アクチュエータは第１及び第２巻き線を備える。
【００１０】
更なる本発明によれば、前記スイッチ手段は、前記第１巻き線の第１端子と第１電圧供給端子との間に直列に接続されている第１開手段を備え、前記第１巻き線の第２端子が第２電圧供給端子に前記制御トランジスタを介して接続されており、前記第１巻き線の前記第２端子と前記第２巻き線の第２端子との間に直列に接続されている第２開手段を備え、前記第２巻き線が、前記第１電圧供給端子に接続されている第１端子と、前記制御トランジスタを介して前記第２電圧供給端子に接続されている前記第２端子と、を有し、前記第２巻き線の前記第２端子と前記第１巻き線の前記第１端子の間に直列に直接接続されている第３開手段と、前記第１巻き線の前記第２端子と前記第２巻き線の前記第１端子の間に並列に逆接続されている少なくとも１つのフリー・ホイール  ダイオードと、を備え、前記３つの開手段は、前記突入又は保持手段から命令を受け取るように構成されており、それによりそれら自身を各々開又は閉状態にして、前記巻き線は、前記第１及び第２開手段が開いており、且つ、前記第３開手段が閉じているとき、直列モードにあり、前記巻き線は、前記第１及び第２開手段が閉じており、且つ、前記第３開手段が開いているとき、並列モードにある。
【００１１】
前記制御手段は、好ましくは、前記２つの巻き線を通って流れる前記電流を検出するように設計されている測定手段を備える。
【００１２】
更なる本発明によれば、前記制御手段は、前記２つの巻き線に供給されている逆電圧を制御し、前記スイッチ手段を制御することにより、前記２つの巻き線を並列モードにして、第３ドロップ・アウト磁束を生成する、ように構成されているドロップ・アウト手段を備える。
【００１３】
前記ドロップ・アウト手段は、好ましくは、前記フリー・ホイール  ダイオードに直列に接続されている第４開手段と、前記フリー・ホイール  ダイオードの前記端子に並列に逆接続されているツェナーダイオードと、を備え、前記第４開手段は、前記制御サブ・ユニットにより制御されるように構成され、それ自身を開状態にして、且つ、前記フリー・ホイール  ダイオードを切断して、逆電圧が前記巻き線の前記端子に印加されている。
【００１４】
前記制御手段は、好ましくは、前記閉動作の前に、前記第１及び第２電圧供給端子の間の前記電圧を検出でき、前記閉動作の間に検出された前記供給電圧に応じて、前記巻き線に供給されている前記電圧を制御できる、電圧測定手段を備える。
【００１５】
電磁アクチュエータは、好ましくは同じオーム抵抗を有する第１及び第２巻き線を備える。
【００１６】
前記巻き線は好ましくは等しく、且つ、同じインダクタンスと同じ巻き数を備える。
【００１７】
好ましくは、前記巻き線は、２つの分離したコイルの上に構成されている。
【００１８】
好ましくは、前記巻き線は円筒形であり、且つ、同じ縦軸に沿って並べられている。
【００１９】
ある実施形態で、電磁アクチュエータは、保持段階の間、前記少なくとも２つの巻き線の構成の変化を周期的に制御するテスト手段を備え、前記テスト手段は、前記スイッチ手段に命令を送り、前記少なくとも２つの巻き線を一時的に並列にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
他の利点と特徴は、非限定的な例のみとして与えられ、添付の図面で表現される、以下の本発明のある実施形態の説明から、より明確になる。
【００２１】
第１の形態の好ましい実施形態によれば、電磁アクチュエータは強磁性材料から作られる固定の磁気回路を備える。磁気回路は、縦軸Ｙに沿って伸びる強磁性のヨーク２を備える。可動の強磁性コア３は、ヨークに面して置かれる。そのコアは、ヨークの縦軸Ｙに沿ってスライドする軸に搭載されている。電磁アクチュエータは、少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を備える。その少なくとも２つの巻き線は、好ましくは縦軸Ｙに沿って伸びる。
【００２２】
図６に例示されるように、アクチュエータはＥタイプである。Ｕタイプのアクチュエータのような、プランジャコア（plunger core）を備える他の形状のアクチュエータが予想され得る。アクチュエータは、磁極片（polar shoes）又は永久磁石を備えることがあり、または備えることはない。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態によれば、アクチュエータは第１及び第２巻き線Ｌ１，Ｌ２を備える。スイッチ手段１０は、アクチュエータの動作段階に応じて、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を直列に又は並列にする。
【００２４】
その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２は、アクチュエータが閉じる（close）間の突入段階の間、並列に接続されている。アクチュエータの閉動作の間、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２は、第１突入磁束φinrushを生成して可動コア３を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２へ動かす。
【００２５】
その少なくとも２つの巻き線は、アクチュエータが閉じた位置に保たれる間の保持段階の間、直列に接続されている。その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２は、第２保持磁束φholdingを生成して可動コア１６をその第２位置Ｐ２に保つ。
【００２６】
制御手段２０は、スイッチ手段１０を制御してその少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を並列モード又は直列モードにする。
【００２７】
制御手段２０は、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流の調整手段２２を備える。
【００２８】
突入及び／又は保持段階で、制御手段２０はアクチュエータの２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流Ｉを調整する。この時間ベース（time-based）の調整は、好ましくは、単独又は組み合わせで選ばれたいくつかの変数の関数であり得る設定値に依存する。
【００２９】
設定値は、それの経時的な変化に応じて定められる電流プロファイルに応じて、定められ得る。
【００３０】
設定値は時定数に応じて定められ得る。突入と保持段階の間の急な変化は、それゆえプリセット時間の後で観測される。
【００３１】
設定値は、可動鉄片（movable armature）の位置に応じて定められ得る。突入と保持段階の間の急な変化は、それゆえアクチュエータの可動鉄片が設定位置に着いた時に観測される。
【００３２】
設定値は、要求された閉じる時間（closing time）の関数として更に設定され得る。この閉じる時間は、突入でのソースパワーに依存する。この制約は、それゆえ保持段階での消費量に影響を有し得る。保持段階で消費量を限定することは、熱消費が限定されるようにする。
【００３３】
図１に表されるように、この調整は、例えばＰＩＤ（比例、積分、微分）コントローラであり得る補正器２２３により実行される。ＰＩＤコントローラは、アクチュエータの閉ループの調整が実行されるようにする制御装置であり、調整は、環境の条件が変化しても、特にアクチュエータの供給電圧の変化の場合に、動作しなければならない。コントローラは、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）タイプの増幅器であり得る増幅器２２４と接続されている。この増幅器はスイッチ２２６を制御する。この電圧に応じたパルス幅変調は、電流値が設定値にできるだけ近く調整されるようにする。その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２の実際の電流の流れは、電流センサ２２５により測定される。比較器２２２は、その実際の電流の値と設定値とを比較する。電流センサ２２５は、例えばその少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に直列に接続されている抵抗Ｒ１のような測定シャント（measuring shunt）であり得る。抵抗は、好ましくは小さい、周知の抵抗値を有する。
【００３４】
各々の動作サイクル（閉／保持）で、調整手段２２は、再現可能な方法で安定した電流が供給されるようにする。図７Ｂに表されるように、電流はそれゆえ電圧及び温度の変化から独立している。アクチュエータは、それゆえ、できるだけ広い調整された電流ウィンドウを有して広い電圧範囲で動作する。さらに、動作は使用の条件に比較的影響を受けないように行われる。唯一の制限は、ＰＷＭタイプの調整に固有の制限に関係する。調整は、実際上、最小値と最大値の間の一定の電圧範囲内に制限される。
【００３５】
２重の巻き線の原理は、電圧範囲、又は突入電流と保持電流の間の比が増加されるようにする。これらの量は、実際上、動作段階（突入又は保持）に応じて変更されるコイル抵抗により関連付けられる。
【００３６】
図２に示される実施形態として、調整手段２２は、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）で変調するための制御トランジスタＴＣを備える。コイルの電流の測定は、フィルタリング容量と接続されている抵抗Ｒ１を介して実行される。測定結果は比較器で比較され、パルス幅変調で変調して、且つ、電流調整が行われるようにする。
【００３７】
制御手段２０は、アクチュエータの閉動作の間、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電圧を制御するように構成されている突入手段２３Ｂ，２４，２１，２２を備える。
【００３８】
制御手段２０は、閉じた位置でのアクチュエータの保持動作の間、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電流を制御するように構成されている保持手段２３Ｂ，２４，２１，２２を備える。
【００３９】
図１に表される本発明の第１の好ましい実施形態によれば、スイッチ手段１０は、第１巻き線Ｌ１の第１端子Ｌ１ａと、第１電圧供給端子Ａとの間に直列に接続されている、第１開手段Ｔ１を備える。第１巻き線Ｌ１の第２端子Ｌ１ｂは、調整手段２２の制御トランジスタＴＣを介して第２電圧供給端子Ｂに接続されている。
【００４０】
スイッチ手段１０は、第１巻き線Ｌ１の第２端子Ｌ１ｂと第２巻き線Ｌ２の第２端子Ｌ２ｂとの間に直列に接続されている第２開手段Ｔ２を備える。その第２巻き線Ｌ２は、第１電圧供給端子Ａに接続されている第１端子Ｌ２ａと、制御トランジスタＴＣを介して第２電圧供給端子Ｂに接続されている第２端子Ｌ２ｂとを備える。
【００４１】
第３開手段Ｔ３は、第２巻き線Ｌ２の第２端子Ｌ２ｂと、第１巻き線Ｌ１の第１端子Ｌ１ａと、の間に直列に直接接続されている。
【００４２】
図１及び２に表されるように、少なくとも１つのフリー・ホイール（free-wheel）ダイオードＤ２は、第１巻き線Ｌ１の第２端子Ｌ１ｂと、第２巻き線Ｌ２の第１端子Ｌ２ａとの間に、並列に逆接続されている。ダイオードＤ２は、それゆえ、第１電圧供給端子Ａに正の電圧が供給されている時、導通していない。
【００４３】
３つの開手段Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は制御サブ・ユニット２４から命令を受け取るように構成されていて、それらを各々開状態及び閉状態、並びにその逆の状態にする。第１及び第２開手段Ｔ１，Ｔ２が開いており、且つ、第３開手段Ｔ３が閉じている時、巻き線Ｌ１，Ｌ２は直列モードにある。第１及び第２開手段Ｔ１，Ｔ２が閉じており、且つ、第３開手段Ｔ３が開いている時、巻き線Ｌ１，Ｌ２は並列モードにある。
【００４４】
第１及び第２開手段Ｔ１，Ｔ２は、好ましくは各々が制御手段２０の制御サブ・ユニット２４により制御され得るトランジスタを備える。第３開手段Ｔ３は、更に好ましくは、制御サブ・ユニット２４により制御されるトランジスタを備える。
【００４５】
制御手段２０は、２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を通って流れる電流を検出するように設計されている測定手段Ｒ１を備える。測定手段Ｒ１は、制御トランジスタＴＣと第２電圧供給端子Ｂとの間に直列に接続されている電流測定抵抗を備える。
【００４６】
図３に表されるように、第１の好ましい実施形態の代わりの実施形態によれば、第３開手段Ｔ３は、第２巻き線Ｌ２に並列に逆接続されているスイッチングダイオードＤ１を備える。スイッチングダイオードＤ１を追加することは、第１及び第２開手段の作動が同期されていない時に、満足な動作を保証する。
【００４７】
第１の好ましい実施形態のある実施形態によれば、電磁アクチュエータは第１及び第２コイルＬ１，Ｌ２を備える。２つのコイルＬ１，Ｌ２は、等しい巻き線を有し、それゆえ、実質的に等しいオーム抵抗、同じ巻き数及び同じインダクタンスを有す。コイルＬ１，Ｌ２は、好ましくは円筒形であり、同じ縦軸Ｙに沿って一列に並べられる。
【００４８】
この構成を用いて、突入段階と保持段階とで直面される相反するストレスは分離され得る。さらに、本発明によるアクチュエータは、それをとても多用途にする、広い供給電圧の範囲で用いられ得る。
【００４９】
使用される巻き線の最小及び最大の抵抗は、突入及び保持電流並びに調整制御デューティーサイクルに応じて、供給電圧範囲Umax/Uminの幅を固定する。突入及び保持の電流調整と共に単一の巻き線が使われる従来の構成で、最大サービス電圧と最小電圧との間の比は、次のように定義される。
【００５０】
Umax/Umin＝(τmax×Rcoilmin)/(τmin×Rcoilmax)×1/(Iinrush/Iholding)
【００５１】
τmaxは、最大のパルス期間とパルス送出周期との間の比と等しい最大デューティーサイクルに相当する。τminは、最小のパルス期間とパルス送出周期との間の比と等しい最小デューティーサイクルに相当する。Rcoilmaxは、突入段階での巻き線の最大抵抗に等しく、Rcoilminは、保持段階での巻き線の最小抵抗に等しい。
【００５２】
それゆえ、従来の構成で、巻き線抵抗の変化は基本的に温度に依存する。
【００５３】
本発明によれば、最大サービス電圧と最小電圧との間の比は、次のように定義される。
【００５４】
Umax/Umin＝k×(τmax×Rcoilmin)/(τmin×Rcoilmax)×1/(Iinrush/Iholding)
【００５５】
突入及び保持の巻き線の最大及び最小抵抗は調整可能であり、且つ、もはや単に温度に依存しないので、最大サービス電圧と最小電圧との間の比Umax/Uminは、係数ｋが乗じられる。例えば、２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２の抵抗が等しければ、直列モードと並列モードとの間のスイッチングは、４に等しい係数ｋを得られるようにする。供給電圧範囲及び／又は突入／保持電流比の幅は、それゆえ、要求に応じて増加させられ、従って制御回路により認識されるインピーダンスに関するストレスを取り除く。
【００５６】
更なる本発明によれば、最大突入電流は、最高動作温度及び最大デューティーサイクルについて、電圧範囲の最小電圧値Uminに応じて決定される。最大突入電流は、次の方程式によって表される。
【００５７】
Iinrush＝Umin×(τmax)×Rcoilmax
【００５８】
Rcoilmaxは最高動作温度での巻き線の抵抗に等しく、Uminは動作範囲の最小電圧に等しい。
【００５９】
更に、最小保持電流は、最低動作温度及び最大デューティーサイクルについて、電圧範囲の最大電圧値Umaxに応じて決定される。最小保持電流は、次の方程式によって表される。
【００６０】
Iholding＝Umax×(τmax)×Rcoilmin
【００６１】
Rcoilminは、最低動作温度での巻き線の抵抗に等しい。Umaxは、動作範囲の最大電圧に等しい。
【００６２】
図５の点線のプロット５０は、巻き線のインピーダンスが突入段階と保持段階の間で変化する時の、電圧の比Umax/Uminに対する突入と保持電流の比Iinrush／Iholdingを表す。実線のプロット５１は、巻き線のインピーダンスが変化しない時の、電圧の比Umax/Uminに対する突入と保持電流の比Iinrush／Iholdingを表す。
【００６３】
それゆえ、図５に示されるように、電圧範囲の幅Umax/Umin及び／又は突入と保持電流の間の比Iinrush／Iholdingの何れかは増加され得る。最大電圧範囲Umax/Umin及びより大きいIinrush／Iholdingの電流比を得るために、突入で最小抵抗、及び保持で最大抵抗を有する巻き線を備えることが望ましい。ある実施形態によれば、突入と保持の間で抵抗は容易に４（Ｋ＝４）で乗じられる。
【００６４】
図２に示される、第２の好ましい実施形態によれば、電磁アクチュエータの制御手段２０はドロップ・アウト手段２３Ａ，２４を備える。ドロップ・アウト手段２３Ａ，２４は以下のように構成される。即ち、その２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている逆電圧を制御し、且つ、スイッチ手段１０を制御することにより、その２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を並列モードにして、第３ドロップ・アウト磁束φdrop-outを生成して、そのアクチュエータを開く。
【００６５】
ドロップ・アウト手段２３Ａ，２４は、フリー・ホイール  ダイオードＤ２に直列に接続されている第４開手段Ｔ４を備える。それらは、フリー・ホイール  ダイオードＤ２の端子に並列に逆接続されているツェナーダイオードＤｚを備える。第４開手段Ｔ４、好ましくはトランジスタは、制御サブ・ユニット２４から命令を受けるように構成されていて、それによりそれらを開状態に置き、フリー・ホイール  ダイオードＤ２を切断して、逆電圧が次に巻き線Ｌ１，Ｌ２の端子に供給される。
【００６６】
ドロップ・アウト手段２３Ａ，２４は、ツェナーダイオードＤｚに直列に接続されている第５開手段Ｔ５を備える。第５開手段Ｔ５は、制御サブ・ユニット２４から命令を受けるように構成されていて、それによりドロップ・アウト動作の間にそれらを閉状態にして、アクチュエータの閉又は保持動作の間に第５開手段Ｔ５が開く。
【００６７】
ドロップ・アウト手段は、巻き線Ｌ１，Ｌ２が並列モードに切り替われるようにして、要求される逆電圧レベルを削減することにより、電磁石のドロップ・アウトを手助けする。より低い電圧で動作できる特定用途向け集積回路（Asics）の構成要素に関する限りでは、これは電気回路の単純化に帰着する。周知の解決策と比較して、同じ保持電流値及び逆電圧値については、並列モードへの巻き線のスイッチングは、それによってアクチュエータが消磁されることをより素早く、且つ、それゆえ開くことをより素早くできるようにする。さらに、同じ保持電流値については、同じ消磁時間については、巻き線を並列モードにすることは消磁をより低い逆電圧でできるようにする。例えば、その開く速度は２倍低い逆電圧値で得られる。
【００６８】
第２の好ましい実施形態の他の代わりの実施形態によれば、第３開手段Ｔ３はスイッチングダイオードＤ１に直列に接続されているトランジスタを備える。
【００６９】
図１及び２に表される実施形態によれば、制御手段２０は、閉動作の前に、第１及び第２電圧供給端子Ａ，Ｂの間の電圧ＵＡＢを検出するように、且つ、閉動作の間に、検出された供給電圧ＵＡＢに応じて巻き線Ｌ１，Ｌ２に供給されている電圧を制御するように、設計されている電圧測定手段２５を備える。
【００７０】
好ましい実施形態の代わりの実施形態によれば、各々の巻き線Ｌ１，Ｌ２は、これらの端子に並列に逆接続されているフリー・ホイール  ダイオードを備え得る。
【００７１】
アクチュエータに送られる制御命令が、特に保持段階の間、電線で長い距離を伝達されるとき、電線上の浮遊容量の存在はアクチュエータの端子に残留電圧を生成し得る。この残留電圧は、特にドロップ・アウト電圧の検出用に要求される時間を変更し得る。例示の目的では、ドロップ・アウト電圧の検出用に要求される時間は増加され得る。
【００７２】
それゆえ、低電力消費量のアクチュエータで、且つ、とても長い電力供給線の存在で、供給電圧をキャンセルすることは、アクチュエータの開くことをすぐにもたらさない。浮遊容量は充電され、フィルタ又はシールドのように振舞う。アクチュエータが低消費量を有し、高電圧が供給されているときは、この問題は解決できない。
【００７３】
アクチュエータの開く時間に関する浮遊容量の有害な効果は、電圧供給源から認識されるアクチュエータのインピーダンスを減らすことにより制限され得る。アクチュエータのインピーダンスを減らすことは、特に浮遊容量に含まれているエネルギーを吸収することにより、実際上、エネルギーのより大きな全体量が吸収されることを可能にする。
【００７４】
これらの条件下で吸収されるエネルギーの量は、しかしながら、熱ストレスに耐えるアクチュエータの能力により制限される。浮遊容量の存在下での供給源の電圧変動によるエネルギーは、アクチュエータの過度の熱上昇を引き起こすことなしに、検出及び吸収され得なければならない。
【００７５】
前述の形態のある実施形態によれば、電磁アクチュエータの制御手段２０は、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２の構成の変化を周期的に制御するテスト手段を備える。保持段階の間、テスト手段はスイッチ手段１０に命令を送り、その少なくとも２つの巻き線Ｌ１，Ｌ２を一時的に並列にする。アクチュエータのインピーダンス削減は、それゆえ、直列モードから並列モードへの巻き線の変化を通じて起こる。巻き線Ｌ１，Ｌ２を並列モードにすることは、アクチュエータのインピーダンスを係数ｋで削減する結果をもたらす。係数ｋは、直列モードでの巻き線Ｌ１，Ｌ２の抵抗と、並列モードでの巻き線の抵抗との比に等しい。
【００７６】
巻き線Ｌ１，Ｌ２と浮遊容量により形成されているＲＬＣ電気回路の時定数も、係数ｋで削減される。その容量の端子での電圧降下は、それゆえ、より素早く、ドロップ・アウト電圧の検出時間は、それゆえ、係数ｋで削減される。電圧降下の速度は、コイルの調整設定値の電流のレベルを増加することにより、さらに増加され得る。後者の場合、我々はアクチュエータの熱しすぎの危険により制限されるであろう。直列・並列の変化は、好ましくは周期的な方法で実行される。巻き線が並列モードにされている間の、このテスト段階によって費やされる時間は、ドロップ・アウト電圧の検出時間に組み入れられなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の好ましい実施形態による、少なくとも２つの巻き線を有する電磁アクチュエータの配線図を表す。
【図２】本発明の第２の好ましい実施形態による、少なくとも２つの巻き線を有する電磁アクチュエータの配線図を表す。
【図３】図１の第１の好ましい実施形態による、電磁アクチュエータのスイッチ手段の代わりの実施形態の配線図を表す。
【図４】図１及び２の実施形態による、電磁アクチュエータのスイッチ手段の代わりの実施形態の配線図を表す。
【図５】最大及び最小供給電圧の比に対する突入及び保持電流の比をプロットしている曲線を表す。
【図６】図１及び２の実施形態による、アクチュエータのある実施形態の斜視図である。
【図７Ａ】周知の実施形態による、突入段階の巻き線中の電流に対する供給電圧を表すプロットを表す。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、突入段階の巻き線中の電流に対する供給電圧を表すプロットを表す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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