JP2006093410A - Solenoid driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a solenoid driving device that drives an electromagnetic solenoid.
従来、コイルの発生する磁力によりプランジャ(可動鉄片)を移動させる構成の電磁ソレノイドが知られている。
こうした電磁ソレノイドにおいて、プランジャの位置をセンサやスイッチを用いて検出するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照。)。
Among such electromagnetic solenoids, there is one in which the position of the plunger is detected using a sensor or a switch (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けると、部品点数の増加や装置の大型化を招いてしまうという問題がある。
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、電磁ソレノイドのプランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなくプランジャの位置を判断可能とすることを目的としている。
However, if a sensor or the like for detecting the position of the plunger is separately provided, there is a problem that the number of parts increases and the apparatus becomes large.
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to make it possible to determine the position of the plunger without separately providing a sensor or the like for detecting the position of the plunger of the electromagnetic solenoid.
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載のソレノイド駆動装置は、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a solenoid driving apparatus according to claim 1 is for driving an electromagnetic solenoid configured to move a plunger by a magnetic force generated by a coil. And this solenoid drive device is provided with the inductance detection means which detects the inductance of the coil which changes according to the position of a plunger.
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなくプランジャの位置が判断可能となる。すなわち、コイルのインダクタンスがプランジャの位置に応じて変化することから、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置を判断することができるのである。 For this reason, according to this solenoid drive device, it becomes possible to determine the position of the plunger without separately providing a sensor or the like for detecting the position of the plunger. In other words, since the inductance of the coil changes according to the position of the plunger, the position of the plunger can be determined based on the inductance of the coil.
なお、コイルのインダクタンスを検出する方法としては、コイルにステップ状の電圧(例えばパルス電圧)を印加した際に、コイルに流れる電流の応答時間の遅れに基づいて検出する方法や、コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づいて検出する方法などが考えられる。 In addition, as a method of detecting the inductance of the coil, a method of detecting when a stepped voltage (for example, a pulse voltage) is applied to the coil based on a delay in the response time of the current flowing through the coil, or a voltage across the coil For example, a detection method based on at least one of an overshoot state and an undershoot state may be considered.
また、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの具体的な位置を判断する方法としては、コイルのインダクタンスとプランジャの位置との対応関係をあらかじめ計測したデータ(データテーブル等)を参照する方法や、コイルのインダクタンスとプランジャの位置との関係を表す計算式に基づき算出する方法などが考えられる。 In addition, as a method of determining the specific position of the plunger based on the inductance of the coil, a method of referring to data (such as a data table) obtained by measuring the correspondence between the coil inductance and the plunger position in advance, A method of calculating based on a calculation formula representing the relationship between the position of the plunger and the position of the plunger is conceivable.
次に、請求項2に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項1のソレノイド駆動装置と同様、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流に基づき、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、を備えたことを特徴としている。 Next, the solenoid drive device according to claim 2 is for driving an electromagnetic solenoid configured to move the plunger by the magnetic force generated by the coil, similarly to the solenoid drive device according to claim 1. The solenoid driving device is adapted to the position of the plunger based on the pulse voltage applying means for applying the pulse voltage for driving the plunger to the coil and the current flowing through the coil in the state where the pulse voltage for driving the plunger is applied. And an inductance detecting means for detecting the inductance of the coil that changes.
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、上記請求項1のソレノイド駆動装置と同様、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置が判断可能となる。加えて、本請求項2のソレノイド駆動装置では、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流に基づきコイルのインダクタンスを検出するようにしており、コイルのインダクタンスを検出するためのパルス電圧をプランジャ駆動用のパルス電圧とは別に印加する必要がないため、コイルのインダクタンスを効率的に検出することができる。 For this reason, according to this solenoid drive device, the position of the plunger can be determined based on the inductance of the coil without separately providing a sensor or the like for detecting the position of the plunger, as in the solenoid drive device of claim 1. Become. In addition, in the solenoid drive device according to the second aspect of the present invention, the coil inductance is detected based on the current flowing through the coil in a state where the pulse voltage for driving the plunger is applied, and the coil inductance is detected. Since it is not necessary to apply the pulse voltage separately from the pulse voltage for driving the plunger, the coil inductance can be detected efficiently.
ここで、コイルに流れる電流に基づくインダクタンスの検出は、具体的には、例えば請求項3のように行うことができる。
すなわち、請求項3に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項2のソレノイド駆動装置において、インダクタンス検出手段が、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流の応答時間に基づき、コイルのインダクタンスを検出する。この構成によれば、コイルのインダクタンスを精度よく検出することができる。コイルのインダクタンスは、ステップ状の電圧を印加した際の電流の応答時間の遅れとして顕著に表れるからである。
Here, specifically, the detection of the inductance based on the current flowing through the coil can be performed, for example, as in claim 3.
That is, in the solenoid drive device according to claim 3, in the solenoid drive device according to claim 2, the inductance detection means is based on a response time of a current flowing through the coil in a state where a pulse voltage for driving the plunger is applied. Detect the coil inductance. According to this configuration, the inductance of the coil can be detected with high accuracy. This is because the inductance of the coil appears remarkably as a delay in the response time of the current when a step-like voltage is applied.
次に、請求項4に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項1のソレノイド駆動装置と同様、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でのコイルの両端電圧に基づき、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、を備えたことを特徴としている。 Next, the solenoid drive device according to claim 4 is for driving an electromagnetic solenoid having a configuration in which the plunger is moved by the magnetic force generated by the coil, similarly to the solenoid drive device according to claim 1. Then, the solenoid driving device is arranged at the position of the plunger based on the pulse voltage applying means for applying a pulse voltage for driving the plunger to the coil and the voltage across the coil in the state where the pulse voltage for driving the plunger is applied. And an inductance detecting means for detecting the inductance of the coil that changes in response.
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、上記請求項1のソレノイド駆動装置と同様、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置が判断可能となる。加えて、本請求項4のソレノイド駆動装置では、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でのコイルの両端電圧に基づきコイルのインダクタンスを検出するようにしており、コイルのインダクタンスを検出するためのパルス電圧をプランジャ駆動用のパルス電圧とは別に印加する必要がないため、コイルのインダクタンスを効率的に検出することができる。 For this reason, according to this solenoid drive device, the position of the plunger can be determined based on the inductance of the coil without separately providing a sensor or the like for detecting the position of the plunger, as in the solenoid drive device of claim 1. Become. In addition, in the solenoid drive device according to the fourth aspect of the invention, the inductance of the coil is detected based on the voltage across the coil when the pulse voltage for driving the plunger is applied, and the inductance of the coil is detected. For this reason, it is not necessary to apply the pulse voltage separately from the pulse voltage for driving the plunger, so that the inductance of the coil can be detected efficiently.
ここで、コイルの両端電圧に基づくインダクタンスの検出は、具体的には、例えば請求項5のように行うことができる。
すなわち、請求項5に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項4のソレノイド駆動装置において、インダクタンス検出手段が、コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づき、コイルのインダクタンスを検出する。この構成によれば、コイルの両端電圧に基づきコイルのインダクタンスを検出することができる。ステップ状の電圧を印加することによりコイルの両端電圧に生じるオーバーシュートやアンダーシュートは、コイルのインダクタンスに応じてその度合い(振幅や振動周期や変化率等)が変化するからである。
Here, the detection of the inductance based on the both-ends voltage of the coil can be performed specifically as described in claim 5, for example.
That is, in the solenoid drive device according to claim 5, in the solenoid drive device according to claim 4, the inductance detection means is based on at least one of an overshoot state and an undershoot state occurring in the voltage across the coil. Detect the inductance. According to this configuration, the inductance of the coil can be detected based on the voltage across the coil. This is because the overshoot or undershoot that occurs in the voltage across the coil by applying a step-like voltage changes in its degree (amplitude, vibration period, rate of change, etc.) according to the inductance of the coil.
次に、請求項6に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項2〜5のいずれかのソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段によりプランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比(1周期におけるハイレベルの期間の比率)のパルス電圧がコイルに印加されている状態での、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、プランジャに加わった外力を検出する。 Next, a solenoid drive device according to a sixth aspect of the present invention is the solenoid drive device according to any one of the second to fifth aspects, wherein the pulse voltage application means generates a constant duty ratio (high frequency in one cycle) as a pulse voltage for driving the plunger. The external force applied to the plunger is detected according to the degree of change in the inductance of the coil detected by the inductance detecting means in a state where the pulse voltage of the level period is applied to the coil.
つまり、一定のデューティ比のパルス電圧を印加している状態(換言すれば、外力が加わらなければプランジャの位置が変化しない状態)でのプランジャの位置の変化度合いに応じて、プランジャに加わった外力を検出するようにしているのである。ここで、プランジャに加わった外力の度合い(向きや大きさ等)は、例えばプランジャの移動速度に基づき検出することができる。 That is, the external force applied to the plunger according to the degree of change in the position of the plunger in a state where a pulse voltage with a constant duty ratio is applied (in other words, the position of the plunger does not change unless an external force is applied). It is trying to detect. Here, the degree (direction, size, etc.) of the external force applied to the plunger can be detected based on the moving speed of the plunger, for example.
このような構成の本ソレノイド駆動装置によれば、センサ等を別途設けることなく、プランジャに加わった外力を検出することができる。
次に、請求項7に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項2〜6のいずれかのソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、インダクタンス検出手段により検出されたコイルのインダクタンスに基づき、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させる。
According to the solenoid driving apparatus having such a configuration, it is possible to detect an external force applied to the plunger without separately providing a sensor or the like.
Next, in the solenoid drive device according to claim 7, in the solenoid drive device according to any one of claims 2 to 6, the pulse voltage applying means is driven by a plunger based on the inductance of the coil detected by the inductance detection means. Vary the duty ratio of the pulse voltage.
つまり、プランジャの位置に基づきプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させるようにしているのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャの位置に応じた効率的な駆動を実現することができる。例えば、プランジャの目標位置と実際の位置との差が大きいほどプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を大きく変化させるといったことが可能となる。
That is, the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger is changed based on the position of the plunger.
For this reason, according to this solenoid drive device, the efficient drive according to the position of the plunger is realizable. For example, as the difference between the target position of the plunger and the actual position increases, the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger can be changed greatly.
また、請求項8に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項7のソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスを一定に保つように、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整する。 Further, in the solenoid drive device according to claim 8, in the solenoid drive device according to claim 7, the pulse voltage application means is for driving the plunger so as to keep the inductance of the coil detected by the inductance detection means constant. Adjust the duty ratio of the pulse voltage.
つまり、プランジャの位置を一定に保つようにプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整するのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、外力の有無に関係なく、プランジャの位置を一定に保つように制御することができる。
That is, the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger is adjusted so as to keep the position of the plunger constant.
For this reason, according to the present solenoid drive device, the position of the plunger can be controlled to be constant regardless of the presence or absence of an external force.
次に、請求項9に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項7又は8のソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧をコイルに印加している状態での、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させる。 Next, in the solenoid drive device according to claim 9, in the solenoid drive device according to claim 7 or 8, the pulse voltage application means applies a pulse voltage having a constant duty ratio to the coil as a pulse voltage for driving the plunger. In this state, the adjustment degree of the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger is changed in accordance with the change degree of the inductance of the coil detected by the inductance detection means.
つまり、プランジャに加わる外力の度合いに応じて、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させるようにしているのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャに加わる外力の度合いに応じた効率的な駆動を実現することができる。例えば、プランジャに加わる外力の度合いが大きいほどプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を大きく変化させるといったことが可能となる。
That is, the adjustment degree of the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger is changed according to the degree of external force applied to the plunger.
For this reason, according to this solenoid drive device, the efficient drive according to the degree of the external force added to a plunger is realizable. For example, the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger can be greatly changed as the degree of external force applied to the plunger is increased.
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、第1実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
同図に示すように、このソレノイド駆動装置においては、駆動用電源(直流電源)11と、PチャネルMOSFET(以下、単に「FET」という。)12と、後述する電磁ソレノイド20(図2)の構成要素であるコイル22と、コイル22に流れる電流(以下「コイル電流」という。)を検出するための電流検出抵抗31とが、直列に接続されている。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of the solenoid drive device of the first embodiment.
As shown in the figure, in this solenoid drive device, a drive power supply (DC power supply) 11, a P-channel MOSFET (hereinafter simply referred to as “FET”) 12, and an electromagnetic solenoid 20 (FIG. 2) to be described later. A
また、本ソレノイド駆動装置においては、コイル22のエネルギーを消費するためのいわゆる環流ダイオード13が、直列接続されたコイル22及び電流検出抵抗31と並列に接続されている。
In this solenoid drive device, a so-called free-
さらに、本ソレノイド駆動装置においては、上記電流検出抵抗31を用いて電流検出回路30が構成されている。
加えて、本ソレノイド駆動装置には、各種制御を行うためのマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という。)40が設けられている。
Further, in the solenoid driving device, a
In addition, the solenoid driving apparatus is provided with a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) 40 for performing various controls.
FET12は、ドレインが駆動用電源11に接続され、ソースがコイル22の一端に接続され、ゲートがマイコン40の出力ポートP1に接続されている。このため、FET12は、マイコン40の出力ポートP1から出力される信号に応じてスイッチングされる。具体的には、出力ポートP1から出力される信号がローレベルとなることによりオンし、ハイレベルとなることによりオフする。なお、FET12には、本FET12を逆電圧から保護するための保護用ダイオード12aが設けられており、保護ダイオード12aのアノードはFET12のソースに接続され、カソードはFET12のドレインに接続されている。
The FET 12 has a drain connected to the
コイル22は、図2に示す電磁ソレノイド20の構成要素である。
同図に示す電磁ソレノイド20は、プランジャ(可動鉄片)21とコイル22とを備えており、コイル22に発生させる磁力の大きさに応じてプランジャ21の位置が連続的に変化するように構成された周知のものである。
The
The
プランジャ21は、円柱状の磁性体であり、その軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。そして、プランジャ21は、そのスライド移動により、本プランジャ21に対し直接的又は間接的に固定された図示しない駆動対象物を駆動する。
The
コイル22は、プランジャ21の外周面を囲むように巻回されており、通電されることにより発生する磁力によって、プランジャ21をコイル22内へ引き込む方向(図2でいう左方向)へ吸引する。なお、プランジャ21には、図示しないばねによりコイル22から離れる方向(図2でいう右方向)への力が加えられており、コイル22への通電量(本ソレノイド駆動装置の場合、後述するようにコイル22に印加するパルス電圧のデューティ比)に応じてプランジャ21の位置を任意に調整可能に構成されている。また、コイル22には、プランジャ21のコイル22側への移動限界位置(具体的には、図2でいう左方向への移動限界位置)を規制するためのストッパー23が設けられている。
The
一方、図1において、電流検出回路30は、上記電流検出抵抗31と、コンパレータ32と、所定の基準電圧Vrefを発生する基準電圧源33とにより構成されている。なお、基準電圧源33は、駆動用電源11の電圧を分圧するなどにより基準電圧Vrefを発生するように構成されたものであってもよく、また、駆動用電源11とは別の電源から基準電圧Vrefを発生するように構成されたものであってもよい。
On the other hand, in FIG. 1, the
コンパレータ32は、その非反転入力端子(+)が電流検出抵抗31とコイル22との接続点に接続されており、その反転入力端子(−)が基準電圧源33に接続されており、その出力端子がマイコン40の入力ポートP2に接続されている。このため、コンパレータ32の非反転入力端子(+)には電流検出抵抗31の両端電圧V1が入力され、その反転入力端子(−)には基準電圧Vrefが入力される。そして、コンパレータ32の出力電圧は、電流検出抵抗31の両端電圧V1が基準電圧Vref以下の状態ではローレベルとなり、電流検出抵抗31の両端電圧V1が基準電圧Vrefよりも大きい状態ではハイレベルとなる。
The
一方、マイコン40は、電磁ソレノイド20のプランジャ21を駆動する処理と、電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断する処理とを行う。
(1):電磁ソレノイド20のプランジャ21を駆動する処理
マイコン40は、上述のようにその出力ポートP1がFET12のゲートに接続されている。そして、マイコン40は、出力ポートP1からパルス信号を出力してFET12をスイッチングすることにより、プランジャ21駆動用のパルス電圧をコイル22に印加する。なお、プランジャ21駆動用のパルス電圧は、出力ポートP1からのパルス信号を反転させた形となる。
On the other hand, the
(1): Processing for Driving the
さらに、マイコン40は、出力ポートP1から出力するパルス信号のデューティ比を変化させるPWM制御を行うことにより、プランジャ21駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させて、電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置(換言すれば、駆動対象物の位置)を制御する。
Further, the
(2):電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断する処理
一方、マイコン40は、上述のようにその入力ポートP2がコンパレータ32の出力端子に接続されており、この入力ポートP2から入力される信号に基づき電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置(換言すれば、駆動対象物の位置)を判断する。具体的には、マイコン40は、出力ポートP1から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がるタイミング(プランジャ21駆動用のパルス電圧が立ち上がるタイミング)と、入力ポートP2から入力される信号がローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングとの時間差に基づいて、プランジャ21の位置を判断する。
(2): Processing for determining the position of the
ここで、このようにして電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断することができる理由について説明する。
電磁ソレノイド20において、コイル22のインダクタンスは、プランジャ21の位置に応じて変化する。具体的には、コイル22にプランジャ21が収容されている状態ではインダクタンスが大きくなり、プランジャ21がコイル22から離れるほどインダクタンスが小さくなる。このため、コイル22のインダクタンスに基づきプランジャ21の位置を判断することが可能となる。
Here, the reason why the position of the
In the
一方、コイル22のインダクタンスは、コイル22にステップ状の電圧を印加した際の、コイル電流の応答時間の遅れとして顕著に表れる。具体的には、コイル22のインダクタンスが大きいほどコイル電流の応答時間の遅れが大きくなる。このため、コイル電流の応答時間に基づきコイル22のインダクタンスを検出することができる。
On the other hand, the inductance of the
したがって、コイル電流の応答時間に基づきプランジャ21の位置を判断することができるのである。
本第1実施形態では、マイコン40は、図3に示すように、コイル電流の応答時間を、出力ポートP1から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点(FET12がオンした時点であり、プランジャ21駆動用のパルス電圧が立ち上がった時点)から、コイル電流が基準電流Irefに達するまでの時間として求めるようにしている。なお、厳密には、出力ポートP1から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに変化するタイミングと、これによってFET12がオンするタイミングとは、わずかではあるが時間差があるが、コイル電流の応答時間に比べれば無視しうるレベルであるため、本実施形態では出力ポートP1からのパルス信号が変化するタイミングとFET12がオン/オフするタイミングとが同じであるとして説明している。
Therefore, the position of the
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
ここで、コイル電流が基準電流Irefに達するタイミングは、電流検出回路30によって検出される。すなわち、電流検出回路30のコンパレータ32は、コイル電流を電流検出抵抗31の両端電圧V1の形で入力し、この両端電圧V1を、コイル電流が基準電流Irefでの電流検出抵抗31の両端電圧V1である基準電圧Vrefと比較することにより、電流検出抵抗31の両端電圧V1が基準電圧Vref以下の状態ではローレベルの信号を出力し、電流検出抵抗31の両端電圧V1が基準電圧Vrefよりも大きい状態ではハイレベルの信号を出力するのである。つまり、電流検出回路30のコンパレータ32は、コイル電流が基準電流Iref以下の状態ではローレベルの信号を出力し、コイル電流が基準電流Irefよりも大きい状態ではハイレベルの信号を出力する。したがって、出力ポートP1から出力されるパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点(換言すれば、FET12がオンしてプランジャ21駆動用のパルス電圧が立ち上がった時点)から、入力ポートP2から入力される信号(コンパレータ32の出力電圧)がローレベルからハイレベルに立ち上がるまでの時間(コイル電流の応答時間)に基づき、電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断することができる。なお、コイル電流の波形と電流検出抵抗31の両端電圧V1の波形とは同じ形となるため、図3においては共通の波形を用いている。
Here, the timing at which the coil current reaches the reference current Iref is detected by the
次に、本ソレノイド駆動装置の使用例について説明する。
[電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の具体的な位置の判断]
本ソレノイド駆動装置では、電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の具体的な位置(換言すれば、駆動対象物の具体的な位置)を判断することができる。例えば、コイル電流の応答時間とプランジャ21の位置との対応関係を示すデータテーブルをマイコンのROM(図示せず)等に記憶しておき、このデータテーブルを参照することによりプランジャ21の位置を判断する。なお、データテーブルに代えて、例えば、コイル電流の応答時間とプランジャ21の位置との対応関係を示す計算式を用いた演算を行うことによりプランジャ21の位置を判断するようにしてもよい。
Next, a usage example of the solenoid driving device will be described.
[Determination of Specific Position of
In this solenoid drive device, the specific position of the
[プランジャ21を定位置に保つ制御]
本ソレノイド駆動装置では、プランジャ21に外力が加わる状況下においても、プランジャ21の位置(換言すれば、駆動対象物の位置)を定位置に保つ制御を行うことができる。例えば、プランジャ21の目標位置と実際の位置との偏差に基づき、コイル22に印加するパルス電圧のデューティ比を変化させて、プランジャ21を目標位置に保つようにフィードバック制御する。なお、コイル22のインダクタンス(換言すれば、コイル電流の応答時間)の目標値と検出値との偏差に基づき、コイル22に印加するパルス電圧のデューティ比を変化させて、コイル22のインダクタンスを目標値に保つようにフィードバック制御してもよい。
[Control to keep
In the present solenoid drive device, it is possible to perform control to keep the position of the plunger 21 (in other words, the position of the driving object) at a fixed position even under a situation where an external force is applied to the
[プランジャ21に加わる外力の検出]
本ソレノイド駆動装置では、プランジャ21に加わる外力(換言すれば、駆動対象物に加わる外力)を検出することができる。例えば、一定のデューティ比のパルス電圧をコイル22に印加している状態で、プランジャ21の位置の変化(換言すれば、コイル22のインダクタンスの変化)に基づき外力が加わったことを検出する。さらに、その外力によるプランジャ21の移動速度等に基づき、外力の向きや大きさについても検出することができる。また、プランジャ21に加わった外力の大きさに応じて、パルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させるように、プランジャ21の位置を制御することもできる。例えば、プランジャ21に加わった外力が大きいほどパルス電圧のデューティ比を大きく増加させるような制御が可能となる。このようにすれば、プランジャ21に加わった外力の度合いに応じた効率的な駆動を実現することができる。
[Detection of external force applied to plunger 21]
In this solenoid drive device, it is possible to detect an external force applied to the plunger 21 (in other words, an external force applied to the driven object). For example, it is detected that an external force is applied based on a change in the position of the plunger 21 (in other words, a change in the inductance of the coil 22) while a pulse voltage having a constant duty ratio is being applied to the
なお、本第1実施形態のソレノイド駆動装置では、電流検出回路30と、コイル電流の応答時間を検出するマイコン40の処理とが、インダクタンス検出手段に相当し、駆動用電源11と、FET12と、パルス信号を出力するマイコン40の処理とが、パルス電圧印加手段に相当する。
In the solenoid drive device of the first embodiment, the
以上説明したように、本第1実施形態のソレノイド駆動装置では、プランジャ21の位置に応じて変化するコイル22のインダクタンスを検出するようにしているため、プランジャ21の位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイル22のインダクタンスに基づきプランジャ21の位置を判断することができる。また、プランジャの位置に応じてオン/オフするセンサやスイッチによりそのプランジャの位置を検出する構成では、プランジャの細かな位置の検出が困難となるが、本ソレノイド駆動装置では、コイル22のインダクタンスの大きさを細かく検出することができるため、プランジャ21の位置を精度よく判断することができる。特に、本ソレノイド駆動装置では、プランジャ21駆動用のパルス電圧を印加している状態でのコイル電流の応答時間に基づきコイル22のインダクタンスを検出するようにしており、プランジャ21駆動用のパルス電圧とは別にコイル22のインダクタンスを検出するためのパルス電圧を印加する必要がないため、コイル22のインダクタンスを効率的に検出することができる。しかも、コイル22のインダクタンスは、コイル電流の応答時間の遅れとして最も顕著に表れるため、コイル22のインダクタンスを精度よく検出することができる。加えて、パルス電圧の立ち上がりごとにコイル電流の応答時間を検出することができるため、プランジャ21の位置の変化を細かく判断することができる。
As described above, in the solenoid drive device according to the first embodiment, since the inductance of the
なお、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置では、出力ポートP1から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点(FET12がオンした時点であり、コイル22に印加されるパルス電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がった時点)から、コンパレータ32の出力電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がるまでの時間に基づいて、コイル22のインダクタンス(換言すれば、プランジャ21の位置)を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、出力ポートP1から出力するパルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がった時点(FET12がオフした時点であり、コイル22に印加されるパルス電圧がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点)から、コンパレータ32の出力電圧がハイレベルからローレベルに立ち下がるまでの時間に基づいて、コイル22のインダクタンスを検出するようにしてもよい。特に、FET12のオン時及びオフ時の両方の時点でコイル22のインダクタンスを検出するようにすれば、プランジャ21の位置の変化を一層細かく判断することができる。
In the solenoid drive device of the first embodiment, when the pulse signal output from the output port P1 falls from the high level to the low level (when the
また、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル22にパルス電圧を印加するためのスイッチング素子としてPチャネルMOSFETを用いているが、これに代えて、NチャネルMOSFETを用いた構成としてもよい。NチャネルMOSFETは、PチャネルMOSFETに比べ汎用性が高いため、コスト低減等を図ることができる。
In the solenoid drive device of the first embodiment, a P-channel MOSFET is used as a switching element for applying a pulse voltage to the
具体的には、例えば、NチャネルMOSFETを、図1における電流検出抵抗31の接地側(コイル22との接続側とは反対側)において、ドレインが抵抗31に、ソースが接地電位に接続されるように配置することができる。なお、この場合、環流ダイオード13は、直列接続されたコイル22及び電流検出抵抗31と並列に接続する。
Specifically, for example, in the N-channel MOSFET, the drain is connected to the
また、例えば、FET12をオンした時のコイル電流の応答時間を検出し、FET12をオフした時のコイル電流の応答時間については検出しないのであれば、NチャネルMOSFETを、図1におけるコイル22と電流検出抵抗31との間に配置することもできる。この場合、環流ダイオード13は、コイル22と並列に接続する。
For example, if the response time of the coil current when the
一方、スイッチング素子としてMOSFET以外の素子(例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、IGBT等)を用いることができることはいうまでもない。
ところで、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル電流の応答時間に基づきコイル22のインダクタンス(換言すれば、プランジャ21の位置)を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、コイル22の両端電圧に基づきコイル22のインダクタンスを検出するように構成することも可能である。
On the other hand, it goes without saying that elements other than MOSFETs (for example, bipolar transistors, thyristors, IGBTs, etc.) can be used as switching elements.
By the way, in the solenoid drive device of the first embodiment, the inductance of the coil 22 (in other words, the position of the plunger 21) is detected based on the response time of the coil current. However, the present invention is not limited to this. . For example, the inductance of the
そこで、コイル22の両端電圧に基づきコイル22のインダクタンスを検出する構成の第2実施形態のソレノイド駆動装置について説明する。
図4は、第2実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
Therefore, a solenoid drive device according to a second embodiment configured to detect the inductance of the
FIG. 4 is a circuit diagram of the solenoid driving apparatus according to the second embodiment.
同図に示すように、本第2実施形態のソレノイド駆動装置は、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置(図1)と比較すると、電流検出回路30を有していない点と、コイル22の両端電圧V2をアナログ/デジタル変換(A/D変換)してマイコン40の入力ポートP3へ出力するA/D変換回路50を有してる点と、FET12とコイル22との間に抵抗60を有しており、直列接続された抵抗60及びコイル22と並列に環流ダイオード13が接続されている点と、電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断するためにマイコン40が行う処理とが異なる。その他、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置と同じ構成については同一の符号を付しており、詳細な説明については省略する。
As shown in the figure, the solenoid driving device of the second embodiment is different from the solenoid driving device of the first embodiment (FIG. 1) in that it does not have a
本第2実施形態のソレノイド駆動装置において、マイコン40は、上述のようにその入力ポートP3がA/D変換回路50の出力端子に接続されており、この入力ポートP3から入力される信号に基づき電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置(換言すれば、駆動対象物の位置)を判断する。具体的には、マイコン40は、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさに基づいて、プランジャ21の位置を判断する。
In the solenoid drive device of the second embodiment, the
ここで、このようにして電磁ソレノイド20におけるプランジャ21の位置を判断することができる理由について説明する。
上述のように、電磁ソレノイド20において、コイル22のインダクタンスは、プランジャ21の位置に応じて変化するため、コイル22のインダクタンスに基づきプランジャ21の位置を判断することが可能となる。
Here, the reason why the position of the
As described above, in the
一方、電磁ソレノイド20のコイル22のインダクタンスは、コイル22にステップ状の電圧を印加した際に、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさとして表れる。すなわち、電磁ソレノイド20のコイル22の等価回路は、図5に示すように、インダクタンス成分Lと抵抗成分Rとが直列接続され、これに容量成分Cが並列接続されたものとして表すことができる。このため、コイル22の両端電圧V2は、基本的にはコイル22に印加されるパルス電圧と同様の波形となるが、図6に示すように両端電圧V2がローレベルからハイレベルに立ち上がった際にオーバーシュートが生じるのである。なお、コイル22の両端電圧V2がハイレベルからローレベルに立ち下がった際にはアンダーシュートも生じるが、図示は省略する。
On the other hand, the inductance of the
そして、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさ(振幅)は、コイル22のインダクタンスが大きいほど大きくなる。このため、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル22のインダクタンスを検出することができる。
The magnitude (amplitude) of the overshoot that occurs in the voltage V2 across the
したがって、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさに基づきプランジャ21の位置を判断することができるのである。
ここで、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさは、A/D変換回路50の出力信号に基づき検出することができ、例えば、オーバーシュートの発生する所定期間内における両端電圧V2の最大値をオーバーシュートの大きさとして検出することができる。ただし、本ソレノイド駆動装置では、保護用ダイオード12aの作用によりオーバーシュートの発生が抑えられてしまう。そこで、抵抗60を設けることにより、オーバーシュート発生時の電流量を制限して、コイル22の両端電圧Vが高くなるようにしている。つまり、抵抗60を用いることで、オーバーシュートを検出しやすくしているのである。
Therefore, the position of the
Here, the magnitude of the overshoot generated in the voltage V2 across the
なお、本第2実施形態のソレノイド駆動装置では、A/D変換回路50と、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさを検出するマイコン40の処理とが、インダクタンス検出手段に相当する。
In the solenoid drive device of the second embodiment, the A /
以上説明したように、本第2実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル22のインダクタンスを検出するようにしており、コイル22のインダクタンスに基づきプランジャ21の位置を判断することが可能となることから、上記第1実施形態のソレノイド駆動装置と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the solenoid drive device of the second embodiment, the inductance of the
なお、上記第2実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル22のインダクタンス(換言すれば、プランジャ21の位置)を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、オーバーシュートの振動周期T(図6)に基づきコイル22のインダクタンスを検出するように構成することも可能である。すなわち、コイル22のインダクタンスが大きいほどオーバーシュートの振動周期Tが長くなることから、この振動周期Tに基づきコイル22のインダクタンスを検出することができるのである。
In the solenoid drive device of the second embodiment, the inductance of the coil 22 (in other words, the position of the plunger 21) is detected based on the magnitude of the overshoot generated in the voltage V2 across the
また、例えば、オーバーシュートの波形の変化率に基づき、コイル22のインダクタンスを検出するようにしてもよい。
一方、コイル22の両端電圧V2に生じるアンダーシュートの状態に基づいてコイル22のインダクタンス(換言すれば、プランジャ21の位置)を検出するようにしてもよい。アンダーシュートもインダクタンスに応じた波形となることから、オーバーシュートに基づく検出と同様の検出が可能となる。特に、コイル22の両端電圧V2に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの両方に基づきコイル22のインダクタンスを検出するようにすれば、プランジャ21の位置の変化を一層細かく判断することができる。
For example, the inductance of the
On the other hand, the inductance of the coil 22 (in other words, the position of the plunger 21) may be detected based on the state of the undershoot that occurs in the voltage V2 across the
また、上記第2実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル22にパルス電圧を印加するためのスイッチング素子としてPチャネルMOSFETを用いているが、これに代えて、NチャネルMOSFETを用いた構成としてもよい。具体的には、例えば、NチャネルMOSFETを、図4におけるコイル22の接地側(抵抗60との接続側とは反対側)に配置し、環流ダイオード13は、直列接続された抵抗60及びコイル22と並列に接続する。このようにすれば、PチャネルMOSFETに比べ汎用性の高いNチャネルMOSFETを用いて構成することができる。なお、スイッチング素子としてMOSFET以外の素子を用いることができることはいうまでもない。
In the solenoid drive device of the second embodiment, a P-channel MOSFET is used as a switching element for applying a pulse voltage to the
一方、上記第2実施形態のソレノイド駆動装置において、保護用ダイオード12aが設けられたFET12に代えて、保護用ダイオードを有しないFET(ただし、逆電圧に対する高い耐圧性能が要求される。)を用いて構成すれば、コイル22の両端電圧V2のオーバーシュートを顕著に生じさせることができる。これにより、コイル22のインダクタンスの検出精度(プランジャ21の位置の検出精度)を向上させることができる。
On the other hand, in the solenoid drive device of the second embodiment, instead of the
また、同様に、上記第2実施形態のソレノイド駆動装置において、環流ダイオード13を用いない構成(ただし、FET12には正電圧に対する高い耐圧性能が要求される。)とすれば、コイル22の両端電圧V2のアンダーシュートを顕著に生じさせることができる。
Similarly, in the solenoid drive device of the second embodiment, if the freewheeling
さらに、上記第2実施形態のソレノイド駆動装置において、抵抗60を用いない構成とすることも可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
Furthermore, in the solenoid drive device of the second embodiment, it is possible to adopt a configuration in which the
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can take a various form.
例えば、電磁ソレノイド20のコイル22として超電導コイルを用いた構成とすることも可能である。
また、コイル22のインダクタンスを検出する方法は、上記各実施形態に例示した方法に限定されるものではない。
For example, a superconducting coil may be used as the
Further, the method for detecting the inductance of the
11…駆動用電源、12…FET、13…環流ダイオード、20…電磁ソレノイド、21…プランジャ、22…コイル、30…電流検出回路、31…電流検出抵抗、32…コンパレータ、33…基準電圧源、40…マイコン、50…A/D変換回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段を備えたこと
を特徴とするソレノイド駆動装置。 A solenoid driving device for driving an electromagnetic solenoid configured to move a plunger by a magnetic force generated by a coil,
A solenoid drive device comprising: inductance detection means for detecting an inductance of the coil that changes in accordance with a position of the plunger.
前記コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態で前記コイルに流れる電流に基づき、前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、
を備えたことを特徴とするソレノイド駆動装置。 A solenoid driving device for driving an electromagnetic solenoid configured to move a plunger by a magnetic force generated by a coil,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage for driving the plunger to the coil;
Inductance detecting means for detecting an inductance of the coil that changes in accordance with a position of the plunger based on a current flowing through the coil in a state where the pulse voltage for driving the plunger is applied;
A solenoid drive device comprising:
前記インダクタンス検出手段は、前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態で前記コイルに流れる電流の応答時間に基づき、前記コイルのインダクタンスを検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to claim 2,
The solenoid drive device according to claim 1, wherein the inductance detection means detects the inductance of the coil based on a response time of a current flowing through the coil in a state where the pulse voltage for driving the plunger is applied.
前記コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態での前記コイルの両端電圧に基づき、前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、
を備えたことを特徴とするソレノイド駆動装置。 A solenoid driving device for driving an electromagnetic solenoid configured to move a plunger by a magnetic force generated by a coil,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage for driving the plunger to the coil;
Inductance detection means for detecting the inductance of the coil that changes according to the position of the plunger, based on the voltage across the coil in a state where the pulse voltage for driving the plunger is applied;
A solenoid drive device comprising:
前記インダクタンス検出手段は、前記コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づき、前記コイルのインダクタンスを検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to claim 4,
The solenoid drive device according to claim 1, wherein the inductance detection means detects the inductance of the coil based on at least one of an overshoot state and an undershoot state generated in a voltage across the coil.
前記パルス電圧印加手段により前記プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧が前記コイルに印加されている状態での、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、前記プランジャに加わった外力を検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to any one of claims 2 to 5,
According to the degree of change in the inductance of the coil detected by the inductance detecting means in a state where a pulse voltage having a constant duty ratio is applied to the coil as the plunger driving pulse voltage by the pulse voltage applying means. And detecting an external force applied to the plunger.
前記パルス電圧印加手段は、前記インダクタンス検出手段により検出された前記コイルのインダクタンスに基づき、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to any one of claims 2 to 6,
The solenoid drive device characterized in that the pulse voltage application means changes a duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger based on the inductance of the coil detected by the inductance detection means.
前記パルス電圧印加手段は、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスを一定に保つように、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to claim 7,
The solenoid drive device, wherein the pulse voltage application means adjusts a duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger so as to keep the inductance of the coil detected by the inductance detection means constant.
前記パルス電圧印加手段は、前記プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧を前記コイルに印加している状態での、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させること
を特徴とするソレノイド駆動装置。 In the solenoid drive device according to claim 7 or 8,
The pulse voltage application means is adapted to a degree of change in inductance of the coil detected by the inductance detection means in a state where a pulse voltage having a constant duty ratio is applied to the coil as the pulse voltage for driving the plunger. Accordingly, the degree of adjustment of the duty ratio of the pulse voltage for driving the plunger is changed accordingly.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004277150A JP2006093410A (en) | 2004-09-24 | 2004-09-24 | Solenoid driver |
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- 2004-09-24 JP JP2004277150A patent/JP2006093410A/en active Pending
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