CN1235239C

CN1235239C - 电磁操作装置

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Publication number: CN1235239C
Application number: CNB008201226A
Authority: CN
Inventors: 永野卓; 大场孝一; 新宫康之; 平野谦一
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: EP1343180A4; EP1343180A1; EP1343180B1; KR20030091939A; CN1479929A; KR100686448B1; WO2002041333A1

Abstract

本发明提供了不会使驱动回路及电源的功率负载过大、又可改善励磁开始时的高速化及响应性的、也可相应省电化的分割线圈结构的螺线管型电磁操作装置，该装置仅在励磁开始的限定的短时间内需要较大电流。使对抗弹簧力将机械输出力作用于阀体的该电磁操作装置中设有：由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；为形成各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管线圈上由固定铁芯、可动铁芯及轭铁构成的铁芯构体；选择地切换控制对各个分割线圈通电的励磁控制器；以及将基于任何一个或一个以上的分割线圈被励磁时被固定铁芯磁性吸引的可动铁芯的位移的机械输出力传递到阀体上的传递机构。

Description

电磁操作装置

技术领域

本发明涉及电磁操作装置，具体涉及用螺线管线圈的电磁铁装置构成的电气-机械变换器，就是用机械输出力抵抗弹簧力及驱动操作电磁阀和比例电磁控制阀的阀体的、功耗特别低或动作高速化或者响应性的改善方面均合适的电磁操作装置。

背景技术

作为切换阀和比例阀等各种电磁操作阀中的电磁操作装置，在使对抗弹簧力的机械输出作用于阀体上的电气-机械变换器中，已知有种种形式的装置。其中，在电磁操作阀上利用了螺线管线圈的电磁铁装置，通常广泛采用称为螺线管装置的电磁柱塞装置，其低功耗和小型轻量化方面已有种种的提案。

在这种螺线管装置中，在主要由固定铁芯和可动铁芯及轭铁构成的铁芯构体上装有螺线管线圈，通过由被励磁的螺线管线圈产生的磁通流经由铁芯构体形成的磁路中，在磁路中相对于固定铁芯形成空隙的可动铁芯被固定铁芯吸引，基于这时的可动铁芯的位移的机械输出力经由例如柱塞和螺旋弹簧传递到阀体上。

一直以来，人们致力于改善由这样的螺线管装置产生的电磁操作阀的动作的高速化与响应性的各种实验与研究，其中多半涉及选择电气时间常数(λ＝L/R)小的线圈规格，以及为对应于用较高的电源电压驱动的线圈的设计，由此看来，说现在的螺线管装置的规格在某种意义上已臻完善也并不过份。

在进行切换阀等的仅是开、关动作或比例阀那样的比例励磁动作的各种电磁操作阀中，为了减小以提高响应性为目的的螺线管装置的线圈的时间常数，可以用减少线圈匝数来实现，但是，为了使这个线圈产生与原来的线圈相同的磁性吸引力，按照安匝(AT)恒定的原则，必须增加励磁电流。例如，设想在线圈圈数为1000匝的螺线管线圈的情况下，如果用把它均分为1/2的圈数的两个500匝的分割的线圈来构成，并联连接这两个分割的线圈并使其并联地工作来改善响应性，但为了得到与原来的圈数1000匝的螺线管线圈时相同的吸引力，供给并联的组合线圈的电源流需要达到2倍，不仅螺线管装置的驱动电路及电源的电力负载增加，配线和线圈内的电力损失以及电磁感应噪声也增加。因而，圈数少的螺线管线圈的使用对动作的高速化和响应性的改善是有效的，但驱动电流过度增大的线圈在实用上是不现实的。

另外，特别是在切换阀等的开、关动作用的螺线管装置中，在励磁初始状态时，为了使在从固定铁芯背离的可动铁芯上作用充分的磁性吸引力，需要供给较大的励磁电流，但在阀切换之后，仅需要保持可动铁芯在吸着状态的比较低的电流值，若以同样的励磁电流继续励磁，则电力的浪费不可忽视。据知，为此在经过距原来的某个时限之后给线圈插入串连电阻来降低励磁电流的办法，但由于在电阻上消耗的电能以热的形式散发，从电源角度看省电的效果并不显著，另外，在利用晶体管等半导体元件进行这个时限动作时，需要功率容量大的元件也是难点。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供虽以分割的螺线管线圈的形式构成、驱动电路及电源的功率负担却并不过重的、可以完成励磁开始时的高速化及响应性改善的电磁操作装置，作为上述那样仅在励磁开始初期被限定的短时间内需要较大电流的螺线管型的电磁操作装置。本发明的另一个目的是，提供能以同样的结构有效适应于低功耗的电磁操作装置。另外，本发明的再一个目的是，提供设有作为阀体驱动用的电气-机械变换器的电磁操作装置的电磁操作阀。

本发明提供了一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；为形成由各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管线圈上组合固定铁芯、可动铁芯与轭铁构成的铁芯构体；选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；基于任意一个或一个以上分割线圈被励磁时被固定铁芯磁力吸引的可动铁芯的位移、将机械输出传递给阀体的传递机构；和产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路。

也就是说，在本发明的电磁操作装置中，即使多个分割线圈的任意一个线圈被励磁，磁通也在共同的铁芯构体上流动，可以把作用于可动铁芯上的磁性吸引力作为机械性质的输出传递到阀体上，所以，可以变更由励磁控制器同时励磁的分割线圈的个数或对不同时间常数的分割线圈切换励磁，通过恰当设定各个时候的励磁电流的大小可以完成励磁开始时的动作的高速化及响应性的改善或完成切换后的低功耗；这时，经过励磁开始初期的时间之后减小电源电流的操作，可以用减少励磁线圈的个数或切换应励磁线圈的方法来进行，所以，与插入串连电阻的情况相比较，可以减少消耗电力的浪费，另外，即使用半导体开关元件进行励磁线圈的切换，由于这个开关元件在短时间的导通之后即进行断开动作，因而不需要使用电力损失过分大的元件，因而，收纳它的电装盒也用可搭载在螺线管线圈盒上的通常的小型端子盒即足够。

本发明的电磁操作装置在开、关动作和比例动作的任何一个动作上都是可适用的，若用其理想的方式，则构成螺线管线圈的多个分割线圈形成在螺线管线圈的卷层的厚度方向上分割的多层分割线圈层。另外，若用其他适用方式的分割线圈，则构成螺线管线圈的多个分割线圈构成在螺线管线圈的轴向上相互重叠配置的多个短尺寸螺线管。再有，除此之外，也可用如二芯以上的多芯导线绕制线圈，按各芯线构成各个线圈。另外，本发明的分割线圈可以具有电气上相等的同一规格，也可以含有相互不同的电气规格的多个分割线圈。例如，在比例控制的场合，把各个分割线圈按时间分割顺序励磁，利用依据各分割线圈的切换动作产生的驱动能量，结果，如果做到维持分割线圈合计的驱动力即可；还有，在开、关控制的场合，在励磁开始，把为获得额定值推力的多个分割线圈同时并联励磁，由其后的保持电流产生的励磁作为仅相当于平衡应保持电力电平的很小安匝数的线圈个数的分割励磁，可以谋求节能化。

依据本发明的一个形态，励磁控制器包含把各分割线圈依次进行时间分隔励磁的切换电路。因此，特别是在额定动作时把各分割线圈作时间分隔励磁并以比较少的耗电获得额定推力，可以避免在额定推力发生时的电源的过重负担。这时，合乎理想的是可以用励磁控制器在励磁开始的限定时间内把多个分割线圈同时并联励磁，因此，就可以仅在励磁开始的短时间内以高的响应性获得高推力。

依据本发明的另一形态，励磁控制器包含在励磁开始初期的限定时间内，同时并联励磁多个分割线圈，其后断开其中至少一个分割线圈的励磁并保持剩余的分割线圈的励磁状态的时限电路。因此，在并联励磁时，实效地减少了螺线管线圈的时间常数，例如，在作为电磁阀的电磁操作装置利用时，在要求励磁初期的大作用力的期间，励磁时间常数较小的并联分割线圈并高速进行电磁阀的切换，切换完成后，以把分割线圈单独或以串联状态保持在切换状态的较小的电流励磁，可以实现低功耗。

特别是把比例控制作为对象的场合，励磁控制器包含产生其大小按照外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路。

依据本发明另一形态的一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；为形成由各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管线圈上组合固定铁芯、可动铁芯与轭铁构成的铁芯构体；选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；和基于任意一个或一个以上分割线圈被励磁时被固定铁芯磁力吸引的可动铁芯的位移、将机械输出传递给阀体的传递机构；其中励磁控制器包含：各自切换各分割线圈的励磁电流的多个半导体开关元件；根据同步信号以对应于分割线圈数的相位差、周期地以顺序脉冲转换控制来切换驱动各半导体开关元件的脉冲宽度调制电路；以及产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路；并且，用对应于指令电流值的电流放大电路的输出使脉冲宽度调制电路的输出脉冲宽度改变，按照所述输出脉冲宽度使各半导体开关元件的动作时间宽度改变。

因此，在励磁开始初期的限定的期间内，如果给与较比例控制用的稳定推力指令电流值大的最大推力指令电流值，则由于脉冲宽度调制电路的输出脉冲宽度变宽，各半导体开关元件的动作时间重叠，其结果，构成同时并联励磁各分割线圈，所以，可以得到与线圈电阻小和圈数少的螺线管线圈同样高的响应性，提高了对励磁开始时的电磁操作装置的响应性。

经过上述的限定期间之后，如果使指令电流降低至作为原来的比例控制的设定值的稳定推力指令电流值上，则脉冲宽度调制电路的输出脉冲宽度变短，因而，各半导体开关元件的动作时间的重叠减少或没有重叠，所以，通过把这时的各分割线圈的励磁定时，亦即把各半导体开关元件的动作周期和相位差预先适当加以设计，以从电源方面看使顺序流经各分割线圈的励磁电流跟流过“非分割线圈结构的等效螺线管线圈”的励磁电流为相同等级，这样就可以完成螺线管线圈整体的电流平均化和电源电流的平均化并可维持电流峰值与非分割时相同等级，不使驱动电路和电源负担过重，又可有效地提高响应性。

这种场合，励磁控制器中还可包含控制脉冲宽度调制电路的转换周期和相位差的同步电路，以在指令电流值对应于励磁开始初期的最大推力指令电流值时，使各半导体开关元件的动作时间的重叠为最大，并在指令电流值对应于比例控制用的稳定推力指令电流值时消除各半导体开关元件动作时间上的相互重叠。

依据本发明的又一形态的一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；为形成由各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管线圈上组合固定铁芯、可动铁芯与轭铁构成的铁芯构体；选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；和基于任意一个或一个以上分割线圈被励磁时被固定铁芯磁力吸引的可动铁芯的位移、将机械输出传递给阀体的传递机构；构成螺线管线圈的多个分割线圈包括第一分割线圈和第二分割线圈，第一分割线圈的线圈时间常数与第二分割线圈的线圈时间常数互不相同；励磁控制器中设有电流切换电路，该电路在励磁开始初期的限定期间内用第一电流值对第二分割线圈励磁，之后断开第二分割线圈的励磁，同时用比第一电流值低的第二电流值对第一分割线圈励磁。

在把第二分割线圈的线圈时间常数做得比第一分割线圈的线圈时间常数小的场合，螺线管线圈可具有第二分割线圈的线径比第一分割线圈的线径粗的特征，或第二分割线圈的圈数比第一分割线圈的圈数少的特征，或者同时具备这两个特征，无论哪种情况都可以把这些分割线圈的卷层作同心地层叠，特别理想的是，可以根据励磁条件，把发热量大的一个线圈层叠在另一个发热量小的线圈的外周。

在包含这样的电气规格不同的分割线圈的场合，励磁控制器可以包含在励磁开始初期的限定的期间，把第二分割线圈以第一电流值励磁，之后在实质性地断开第二分割线圈的励磁的同时，把第一分割线圈以比第一电流值更低的第二电流值励磁的电流切换电路；由此，在例如作为电磁阀的电磁操作装置利用时，在要求励磁初期大作用力的期间，把圈数较少、时间常数小的第二分割线圈以大电流励磁来高速进行电磁阀的切换，切换结果后，断开第二分割线圈的励磁并对第一分割线圈以切换状态保持用的较低的电流值励磁，这样就能不使用产生电力浪费的电阻地实现低功耗。

另外，在电流切换电路以外，还可以设置产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路，据此，在例如作为比例电磁控制阀的电磁操作装置利用的场合，能够在比例控制动作上同样实现响应性的改善。

在本发明中，特别在是比例控制用的电磁操作装置的场合，也可以再设置检测流过螺线管线圈的负载电流大小的电流检测部分和在所述电流放大电路上根据所述电流检测部分的检测电流加上反馈的电流反馈电路。

同样，在比例控制用的电磁操作装置的场合，也可以再设置检测从螺线管线圈产生的磁场强度的磁力传感器和在所述电流放大电路上根据磁力传感器的检测输出加上反馈的磁反馈电路。

还有，同样在比例控制用电磁操作的场合，也可以再设置检测可动铁芯的位移量的位移传感器和在所述电流放大电路上根据位移传感器的检测输出加上反馈的位置反馈电路。

本发明也提供设置了根据上述的本发明的电磁操作装置的电磁操作阀，这种场合，本发明的电磁操作阀对抗弹簧力，对控制流体压力或流量、流体流动方向的切换或者控制流体通路开闭的阀体施加电磁操作装置的机械输出力，提高该阀体动作的响应性与/或低功耗。

参照所示出的几个合适的实施例的附图所详述的实施方式的说明，可以对本发明的上述及上述以外的特征和优点有明确的了解。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的电磁操作装置的概略结构的说明图。

图2是表示励磁控制器的结构例的概略电路图。

图3是表示分割线圈的电流分级响应特性的曲线图，纵轴表示电流I[A]、横轴表示时间T[msec]。

图4是表示励磁控制器另一结构例的概略电路图。

图5是表示励磁控制器又一结构例的概略电路图。

图6是说明脉冲宽度调制电路动作的随时间变化的PWM脉冲波形图。

图7是示意说明流过用PWM输出脉冲所切换控制的分割线圈的电流的变化的示图，纵轴为电流I、横轴为时间T。

图8是表示本发明另一实施例的电磁操作装置的概略结构的说明图。

具体实施方式

以下参照附图就本发明的适用实施方式进行说明，图1是表示本发明一实施例的电磁操作装置的概略结构的说明图，本实施例说明对抗弹簧力驱动比例电磁控制阀的阀柱V的比例动作型的情况。

如图所示，该电磁操作装置构成由如下部分构成的比例螺线管装置：由电气上相互独立的多个分割线圈10a～10d构成的螺线管线圈10；为形成各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管10上由固定铁芯11、可动铁芯12及轭铁13构成的铁芯构体；选择地切换控制各分割线圈的通电的励磁控制器14；将基于任意的一个或一个以上的分割线圈被励磁时被固定铁芯11磁力吸引的可动铁芯12的位移的机械输出力传递到阀柱V的推杆15。

励磁控制器14可以采用各种电路构成，在图1所示的例中它被收容在搭载于螺线管线圈10的壳体上的电装盒16内。另外，连接于推杆15尾端的是，检测可动铁芯12的位移量或位置并把反馈信号供给励磁控制器的差动变压器式的位移传感器17。

螺线管线圈10在本例中是把由4个短尺寸的螺线管线圈构成的分割线圈10a～10d沿螺线管的轴方向重叠设置成的，由于各分割线圈都用同一个能源驱动，因而具有相同的电气规格。例如，在用额定电压24V、额定线圈电阻10Ω构成额定推力54N的螺线管线圈(下面，把这个非分割的等效螺线管线圈称为标准线圈)时，分割数为4时的各分割线圈10a～10d用每个线圈电阻为2.5Ω的短尺寸螺线管线圈构成，若把它们全部同时并联励磁，则从电源方面看组合线圈电阻成为0.625Ω。

当然，分割线圈也可以按卷层分割，另外，分割数也不限制于4。例如，进行均等分割时，把同一额定值的标准线圈作2分割时，各分割线圈的线圈电阻以5Ω并联，组合线圈电阻为2.5Ω，在6分割时，各分割线圈的线圈电阻以1.667Ω并联，组合线圈电阻为0.278Ω。

这样的分割线圈以额定值工作时，全部的分割线圈在励磁控制器14控制下在串联连接状态下被励磁。例如，把发生标准线圈的额定推力时的电流值作为基准电流的场合，在串联励磁状态流过各分割线圈的电流值等于该基准电流，电源电流也就是基准电流。

另一方面，在励磁开始的初期，各分割线圈在励磁控制器14的控制下，在励磁开始后的限定期间内以并联连接的状态被励磁。这时流过各个分割线圈的电流值也等于基准电流，因而，这时的电源电流为基准电流乘上线圈分割数。这样一来，在励磁开始的初期通过并联励磁分割线圈，暂时减小了螺线管线圈10的时间常数，从而实现驱动的高速化，获得高响应性。

如图2所示，该场合的励磁控制器14中包括在励磁开始初期的限定期间内把多个分割线圈同时并联励磁、然后把全部分割线圈进行串联励磁的并联-串联切换电路21。由此，额定值工作时把全部分割线圈串联励磁以获得额定值推力，仅在励磁开始初期的短时间把多个分割线圈进行并联励磁以高响应性获得高推力，从而可以避免在额定推力发生时电源的负担过重。

另外，图2所示的励磁控制器14中还包括：在接收来自位移传感器17的位置反馈信号Vf的同时，接受比例控制用的电流指令Is并产生对应大小的励磁电流的电流放大器22；以及检测流过各分割线圈的负载电流并向电流放大器22的输入端供给负反馈量的反馈电流检测电阻23。

一般的螺线管线圈的电流分级响应性可用下式(1)表示。

I = \frac{V}{R} (1 - ex p^{- t / τ}) . . . (1)

式中，I为线圈电流[A]，V为电源电压[V]，R为线圈电阻[Ω]，L为电感[H]，线圈的时间常数用τ＝L/R[sec]来表示。

表1把由分割线圈的并联励磁产生的响应性改善效果与各种圈数t的标准线圈对比，比较了每一种线圈分割数后的结果。另外，表中的[时间]用各种情况下从电源投入开始至达到产生额定值推力的电流值的上升时间与标准线圈中的上升时间之比来表示，例如，该比值表示在标准线圈中该电流值达到1A时，分割数为2的线圈达到2A时，分割数为4的线圈达到4A时的相对时间比。再有，[比率]表示由于上升时间的缩短所达成的响应速度高速化的比率。

表1

标准螺线管	1100t-10Ω		1500t-18Ω		1720t-23Ω
标准螺线管	1100t-10Ω		1500t-18Ω		1720t-23Ω		分割数	时间	比率	时间	比率	时间	比率
1	1	1	1	1	1	1	分割数	时间	比率	时间	比率	时间	比率
1	1	1	1	1	1	1	2	0.43	2.35	0.4	2.5	0.39	2.6
4	0.2	5.0	0.19	5.4	0.18	5.6	2	0.43	2.35	0.4	2.5	0.39	2.6
4	0.2	5.0	0.19	5.4	0.18	5.6	6	0.13	7.8	0.12	8.2	0.11	8.8

图3中示出加上电源电压24V时的分割线圈与标准线圈的电流等级响应特性的测量结果。纵轴是负载电流I[A]、横轴是从外加电压时刻开始的经过时间T[msec]。无论在哪个分割数下，由分割线圈并联形成的线圈与标准线圈的总圈数是相同的。在标准线圈Ls情况下，负载电流达到额定电流Ir(＝1A)的上升时间约为18msec，而在分割数为2的线圈L2(并联励磁)的情况下，负载电流达到对应于上述额定电流的基准电流值2A时的上升时间约为7.7msec，还有，在分割数为4的线圈L4(并联励磁)情况下，达到对应的基准电流值4A的上升时间缩短至3.6msec。

这样，在仅为不到10msec量级的限定时间内以同时并联励磁多个分割线圈完成高速的上升，改善了响应性。该期间后，用励磁控制器14切换至串联励磁，把全部的分割线圈以串联连接的状态进行励磁，而为了产生与标准线圈相同的额定推力的电流值可以在分割线圈上流过标准线圈的基准电流值，例如1A，因而不会使电源负担比使用标准线圈时更重。另外，由于在励磁开始初期的限定期间和额定值工作期间流过每个分割线圈的电流值是相同的，在比例控制时，用电流检测电阻23检测流过相同特性的各分割线圈中任一线圈的电流并加以反馈，就可以达到稳定的控制。

图4是表示励磁控制器的另一结构例，这时的线圈分割数是2，励磁控制器14a中包括时限电路41，该电路在励磁开始初期的限定期间把线圈10A和10B同时并联励磁，其后实质上断开其中一个分割线圈10B的励磁并保持剩下的分割线圈10A的励磁状态。当然，线圈分割数也可以是2以外的数目，可以适当选择并联励磁的分割线圈数和其后断开的分割线圈数。另外，时限电路也不限于图4所示把由电阻R和电容C构成的定时电路组合到开关晶体管Tr上的电路结构，可以是由各种模拟或数字电路技术产生的变形结构，这里就不再叙述。

图4中，晶体管Tr是接通/断开电源开关SW闭合后流过分割线圈10B的电流的开关晶体管，在刚刚接通电源时，由于电容器C上没有存储电荷，基极、发射极之间处于高电压，因而晶体管Tr处于导通状态并同时向分割线圈10A和10B并联励磁。由于晶体管Tr的导通使电容C充电，当经过由RC时间常数决定的时间之后，其充电电位上升至电源电压附近时，晶体管断开并实质性地断开分割线圈10B的通电。一旦电源被断开，则电容器C的充电电荷通过二极管D放电，定时电路返回初始状态。

于是，仅在励磁开始初期的短时间内并联地励磁二个分割线圈10A、10B并以高响应性获得高推力，之后，断开一个分割线圈10B的励磁并只用剩下的分割线圈10A的励磁可以获得需要的推力。这种情况下，如果选择在并联励磁状态下产生额定推力的各分割线圈的电气规格和电源特性，则在与励磁开始的同时用两个分割线圈以充分的推力和高速上升特性驱动可动铁芯，在可动铁芯移动完毕后，作为用以维持该状态的保持电流，可以用相当于仅是一个分割线圈的负载电流的低电流，从而实现高响应化与低功耗的目的。

另外，图4所示的励磁控制器14a的设想不仅可用于开、关动作，也可利用于比例动作，这时，与图2所示的情况一样，可以设置：接受比例控制用的电流指令并产生对应大小的励磁电流的电流放大器，以及必要时检测流过分割线圈10A的负载电流并作为负反馈量反馈到电流放大器输入端的的电流检测部分。这时要适当选择线圈的规格，以仅用一个分割线圈10A的励磁来产生额定推力；如果设置能适应励磁开始初期较大瞬时电流的电源容量，则也可以达成上升的高速化。

图5示出磁控制器的另一实施例。该例中，分割线圈是图1所示那样的4个均等分割的分割线圈10a～10d，励磁控制器14b是比例动作用的控制器。另外，在端子V+上供给来自驱动电源的直流电。

也就是说，图5所示的励磁控制器14b中包括：将每个分割线圈的各自的励磁电流加以通断的多个开关晶体管Tr1～Tr4；根据从同步电路(SYNC)54给出的同步信号以对应于分割线圈数的相位差把各开关晶体管周期性地进行顺序脉冲转换控制来切换驱动的脉冲宽度调制电路(PWM)51；接收来自位移传感器17的位置反馈信号Vf、同时产生对应于外部给与的电流指令Is的励磁电流的电流放大电路52；以及检测流过螺线管线圈的负载电流并作为负反馈量反馈到电流放大器52输入侧的电流检测电阻53。根据电流指令值用电流放大电路52的输出使脉冲宽度调制电路51的PWM输出脉冲宽度改变、从而使各开关晶体管的动作时间宽度按所述输出脉冲宽度改变。

另外，同步电路54控制脉冲宽度调制电路51的转换周期与相位差，以使在电流指令对应于励磁开始初期的最大推力指令电流值时把各开关晶体管动作时间的重叠为最大，并且在电流指令对应于比例控制用的稳定推力指令电流值时实质上没有各开关晶体管动作时间的相互重叠。

在由该励磁控制器14b产生的比例控制动作时，例如，由外部的可编程控制器供给所希望的励磁电流变化参数的电流指令。这时，由于分割线圈数N＝4，电流指令指示：在励磁开始初期的限定期间内供给稳定最大推力发生时的最大4倍的电流值；其后给出下降指令，使电流值下降至比例控制用的稳定推力发生用的电流值上。这种场合，励磁控制器14b在高推力高速动作时把分割线圈同时并联励磁并把组合的并联线圈的电阻设为分割数平方分之一来驱动，而用以维持吸引力的安匝数不变，从而遵守了流过一个分割线圈的电流保持不变的原则。

脉冲宽度调制电路51按照图6所示的分割线圈数N＝4以每90度的相位差产生同步的4相PWM输出脉冲，用这个输出脉冲切换控制各开关晶体管Tr1～Tr4。各相的PWM输出脉冲的单位周期在图6中用Ps表示。各相的输出脉冲宽度按电流指令调制，如图中用箭头B表示的那样，电流指令为大电流时脉冲宽度变宽，如电流指令为小电流，则脉冲宽度变窄。电流指令在最大电流时各相脉冲输出的脉冲宽度成为与周期相等的100％脉冲，因而，在该状态下，全部晶体管同时导通，分割线圈10a～10d同时并联励磁。在励磁开始初期的限定期间过渡地供给这种大电流的电流指令，因而从电源方面看负载电流为流过各分割线圈的电流的总和，而由于并联组合线圈的形成就实现了起动时的高响应化。

如果电流指令下降至发生稳定推力的电流值上，则各分割线圈根据脉冲宽度调制电路51的PWM输出脉冲以上述4相周期时间分隔励磁，平均电源电流被抑制在发生稳定推力的电流值上。图7模式地示出了这种情况。如图7所示，在M期间，装置以比较大的电流产生瞬时最大推力，在其后的持续期间N，装置以较低的电流产生稳定时所要求的额定推力。

另外，在上面叙述过的比例控制的各实施例中，为了进行更稳定的励磁控制，最好在固定铁芯11内设置霍尔元件那样的磁传感器，检测由螺线管线圈产生的磁场强度并把它反馈到励磁控制器内的电流放大器的输入端。

图8是表示本发明再一个实施例的电磁操作装置的概略结构的说明图，本实施例说明对抗弹簧力驱动电磁阀的阀柱V的开、关动作型的情况。

如图8所示，该电磁操作装置中设有：由电气上相互独立的第一分割线圈80a和第二分割线圈80b构成的螺线管线圈80；为形成各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而组装在螺线管线圈80中的固定铁芯81、可动铁芯82及轭铁83构成的铁芯构体；选择性地切换控制对各个分割线圈的通电的励磁控制器84；基于任意一个或一个以上的分割线圈被励磁时被固定铁芯81吸引的可动铁芯82的位移，把机械输出力传达给阀柱V的传递推杆85。

励磁控制器84可以采取各种电路结构，图8所示的例中是装在搭载于螺线管线圈80外壳上的电装盒86内。另外，在推杆85的尾端侧设有手动使可动铁芯82移动的销子88。

本例中，分割线圈80a和80b是在卷层的厚度方向上分割而形成的2层线圈层，与第一分割线圈80a相比，第二分割线圈80b的绕线线径粗且圈数也少，因而就线圈的时间常数而言，第二分割线圈80b的较小。亦即第二分割线圈80b是在励磁开始初期的限定期间内流过较大电流的线圈，考虑到由于大电流产生的发热，该卷层层叠在第一分割线圈80a的外周上。当然，如果不考虑散热，把哪一个分割线圈放到外侧都可以得到同样的功能。

作为这种场合的励磁控制器84的结构，可以采用与如图4所示的相同的时限电路41构成的励磁切换电路。亦即仅在励磁开始初期的短时间内把第一和第二分割线圈80a、80b并联励磁，以高的响应性获得高推力，然后，断开第二分割线圈8b的励磁并仅以剩下的第一分割线圈80b的励磁来获得需要的推力。第二分割线圈80b时间常数小，因而可以显著改善初期的响应性。

另外，本实施例表示了把第一分割线圈80a作为稳定工作用，把第二分割线圈8b作为高速起动用的线圈，以各自一个分割线圈构成的情况；当然也可以采用这样的结构：例如把高速起动用分割线圈用多个并联连接的分割线圈构成，或把稳定工作用分割线圈用电气规格相互不同的多个分割线圈，这里就不再叙述。

另外，以上的各实施例及变形例仅仅是表示本发明的典型实施方式的例子，例如，抽取各实施例中公开的本发明的种种技术思想而加以交叉组合，或加以本专业人员自明的变形，凡此种种都应理解为属于本发明的技术范畴。

如上所述，在由本发明的电磁操作装置中，多个分割线圈的任意一个被励磁均会使磁通流过共同的铁芯构体，把作用于可动铁芯上的磁性吸引力作为机械输出力传递给阀体，因此，可以用励磁控制器选择性地变更同时励磁的分割线圈数目或在不同时间常数的分割线圈上切换励磁，通过适当设定各时段励磁电流的大小可以完成励磁开始时的动作的高速化及响应性的改善，或实现切换以后的低功耗；这时，可以用减少励磁线圈数或切换线圈的办法来减小经过励磁开始初期后的电源电流，因此，比起插入串联电阻的做法可以降低电力的浪费。再者，用半导体开关元件进行励磁线圈的切换，由于该开关元件在短时间导通后即进行断开动作，故不需要使用电力损耗大的元件，且将它装入的电装盒用搭载于螺线管外壳的通常的小型端子盒即足够，如此等等，可以取得显著的效果。

Claims

1.一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：

由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；

为形成由各分割线圈产生的磁通共同流过的环形磁路而在螺线管线圈上组合固定铁芯、可动铁芯与轭铁构成的铁芯构体；

选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；

基于任意一个或一个以上分割线圈被励磁时被固定铁芯磁力吸引的可动铁芯的位移、将机械输出传递给阀体的传递机构；和

产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路。

2.如权利要求1所述的电磁操作装置，其特征在于：构成螺线管线圈的多个分割线圈形成在螺线管线圈的卷层的厚度方向上分割的多层分割线圈层。

3.如权利要求1所述的电磁操作装置，其特征在于：构成螺线管线圈的多个分割线圈构成在螺线管线圈的轴向上相互重叠配置的多个短尺寸螺线管。

4.如权利要求1所述的电磁操作装置，其特征在于：构成螺线管线圈的多个分割线圈具有电气上相等的同一规格。

5.如权利要求1所述的电磁操作装置，其特征在于：励磁控制器包含对各分割线圈依次进行时间分割励磁的切换电路。

6.如权利要求1所述的电磁操作装置，其特征在于：励磁控制器包含在励磁开始初期的限定期间内把多个分割线圈同时并联励磁，其后断开其中至少一个分割线圈的励磁并保持剩余分割线圈的励磁状态的时限电路。

7.一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：

由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；

选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；和

基于任意一个或一个以上分割线圈被励磁时被固定铁芯磁力吸引的可动铁芯的位移、将机械输出传递给阀体的传递机构；

其中励磁控制器包含：各自切换各分割线圈的励磁电流的多个半导体开关元件；根据同步信号以对应于分割线圈数的相位差、周期地以顺序脉冲转换控制来切换驱动各半导体开关元件的脉冲宽度调制电路；以及产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路；并且，

用对应于指令电流值的电流放大电路的输出使脉冲宽度调制电路的输出脉冲宽度改变，按照所述输出脉冲宽度使各半导体开关元件的动作时间宽度改变。

8.如权利要求7所述的电磁操作装置，其特征在于：励磁控制器中还包含控制脉冲宽度调制电路的转换周期和相位差的同步电路，以在指令电流值对应于励磁开始初期的最大推力指令电流值时使各半导体开关元件的动作时间的重叠为最大，并在指令电流值对应于比例控制用的稳定推力指令电流值时消除各半导体开关元件的动作时间上的相互重叠。

9.一种作为对抗弹簧力而使机械输出作用于阀体的电气-机械变换器的电磁操作装置，其特征在于设有：

由电气上相互独立的多个分割线圈构成的螺线管线圈；

选择地切换控制对各分割线圈的通电的励磁控制器；和

构成螺线管线圈的多个分割线圈包括第一分割线圈和第二分割线圈，第一分割线圈的线圈时间常数与第二分割线圈的线圈时间常数互不相同；

励磁控制器中设有电流切换电路，该电路在励磁开始初期的限定期间内用第一电流值对第二分割线圈励磁，之后断开第二分割线圈的励磁，同时用比第一电流值低的第二电流值对第一分割线圈励磁。

10.如权利要求9所述的电磁操作装置，其特征在于：第二分割线圈的线圈时间常数比第一分割线圈的时间常数小。

11.如权利要求10所述的电磁操作装置，其特征在于：第二分割线圈的线径比第一分割线圈的线径粗。

12.如权利要求9所述的电磁操作装置，其特征在于：在第二分割线圈的卷层的外周上同心地层叠第一分割线圈的卷层。

13.如权利要求9所述的电磁操作装置，其特征在于：还设有产生其大小对应于外部给与的指令电流值的励磁电流的电流放大电路。

14.如权利要求1、7、8、13中任一项所述的电磁操作装置，其特征在于：励磁控制器中还设有检测流过螺线管线圈的负载电流的大小的电流检测部分，以及根据所述电流检测部分的检测电流值将负反馈加到电流放大电路的电流反馈电路。

15.如权利要求1、7、8、13中任一项所述的电磁操作装置，其特征在于：还设有检测从螺线管线圈产生的磁场强度的磁传感器，以及根据磁传感器的检测输出将负反馈加到电流放大电路的磁反馈电路。

16.如权利要求1、7、8、13中任一项所述的电磁操作装置，其特征在于：还设有检测可动铁芯的位移量的位移传感器，以及根据位移传感器的检测输出将负反馈加到电流放大电路的位置反馈电路。

17.一种电磁操作阀，其特征在于：设有权利要求1～13中任一项所述的电磁操作装置作为将机械输出作用于阀体的电气-机械变换器，该阀体对流体压力、流量、流向或流体通路的开闭中的任一项加以控制。