JP2007139018A

JP2007139018A - 電磁弁制御装置

Info

Publication number: JP2007139018A
Application number: JP2005331478A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Miyake; 基行三宅
Original assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Current assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】駆動電流を流すことで内部コイルを励磁し、これにより可動弁を吸着開放させる電磁弁を、弁毎の個体差（特性差）を吸収しながら駆動することで、低消費電力の図れる電磁弁制御装置を提供する。
【解決手段】電磁弁が組み込まれた機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時に、電磁弁を駆動する駆動パルスPoのパルス幅をW1から徐々に広げながら駆動電流を印可することで電磁弁が確実に開放するパルス幅Woを検出してこれを開放駆動パルス幅Woとして記憶する。次回運転時以降は、記憶されている開放駆動パルス幅Woに基づいて決められたパルス幅の開放駆動電流を印可する。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯機やガス燃焼機器における燃料ガスとか石油燃焼機器における燃料としての灯油、あるいは給湯機にて加熱されるべき水等々の各種流体を各種機器に供給したり遮断したりするため、当該流体の供給管の途中に設けられて供給管を開閉する電磁弁の制御装置に関する。

従来、上記のような機器に用いられる電磁弁制御装置の多くは、開放させるときには電磁弁に直流駆動電圧を印加し、流れる駆動電流により内部コイルを励磁して可動弁の吸着開放を行わせ、また、吸着状態を維持するためには開放維持電流を流し続け、閉塞時には直流駆動電圧を遮断するというような構成となっている。

一方で、例えば下記特許文献１に認められるように、ラッチ型と呼ばれる電磁弁を用いることで、弁の状態を開から閉に、あるいはその逆に遷移させるときだけ、パルス波形の駆動電圧を印可するというものもある。しかし、これは寧ろ、電源が落ちるとか、電源として用いられている電池寿命が尽きたとき等のことを考えると、安全上、採用し兼ねることも多い。開放状態のまま、制御不能になってしまうこともあり得るからである。
特開2004-68970号公報

しかるに、制御対象となる電磁弁には個体差（特性差）、ばらつきがあり、各弁を吸着開放動作させるのに必要な電流値は、本来、異なっている。そこで、弁を確実に吸着開放させるために、印加する電圧値は予めばらつきも考慮に入れて余裕を持たせ、高めに設定されており、従って弁の吸着開放時、及び開放状態の維持時には、その弁に本来必要な大きさの電流値を越える電流を流し続けてしまっている場合が多い。

換言すれば、主に電池を電源として用いることの多いガス焜炉や小型湯沸し器等においては、電池寿命を縮め、電池交換頻度を増し、ユーザの利便性を損なうような結果となっていることが多いのである。そうでなくとも、近年の省エネルギ化への動向から、機器全体の消費電力の低減は重要な課題となっている。

なお、上記特許文献１に開示の技術では、ラッチ型電磁弁を用いた上で、パルス駆動も考慮はされており、電磁弁を駆動させるための平均電流を電源電圧に応じて変動させることで、無駄なエネルギ消費を低減しようとしてはいる。しかし、このようにラッチ型の電磁弁に限定される技術ではあることに目を瞑っても、各電磁弁毎の特性差の存在による無駄な電力消費についてまでは、何等の対策も開示されてはいない。

本発明はこのような観点に立ってなされたもので、駆動電流を流すことで内部コイルを励磁し、これにより可動弁を吸着開放させる電磁弁を、弁毎の個体差（特性差）を吸収しながら駆動することで、低消費電力の図れる電磁弁制御装置を提供せんとする。

本発明は上記目的を達成するために、
駆動電流を流すことで内部コイルを励磁し、可動弁を吸着開放させる電磁弁の制御装置であって；
駆動電流はパルス幅を持つパルス波形とし；
当該電磁弁が組み込まれた機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時に、パルス幅を徐々に広げながら駆動電流を印可することで電磁弁が確実に開放するパルス幅を検出してこれを開放駆動パルス幅として記憶し；
次回運転時以降は、記憶されている開放駆動パルス幅に基づいて決められたパルス幅の開放駆動電流を印可すること；
を特徴とする電磁弁制御装置を提案する。

また、本発明では下位態様において、
毎回の運転時にもパルス幅を徐々に広げながら駆動電流を印可することで電磁弁が確実に開放するパルス幅を検出し；
検出されたパルス幅が、記憶されている開放駆動パルス幅に対し所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅を開放駆動パルス幅として記憶し直すこと；
を特徴とする電磁弁制御装置も提案する。

同様に、毎回の運転時にもパルス幅を徐々に広げながら駆動電流を印可することで電磁弁が確実に開放するパルス幅を検出する場合、検出されたパルス幅が正常範囲として記憶させてあるパルス幅範囲を逸脱した場合には、異常報知、機器の強制停止、異常の履歴の記憶のいずれか一つまたは幾つか、あるいは全てを実行する制御装置も提案する。

さらに、本発明の特定の態様においては、
開放状態（吸着状態）にある電磁弁を閉塞させるときにも、当該電磁弁が組み込まれた機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時に、パルス幅を徐々に狭めながら駆動電流を低減して行くことで、電磁弁が確実に閉塞する閉塞パルス幅を検出して記憶し；
次回運転時以降は、記憶されている閉塞パルス幅に基づき設定できる、開放駆動パルス幅よりは狭くても開放（吸着）状態を維持できる開放維持パルス幅の開放維持電流を印可すること；
を特徴とする電磁弁制御装置も提案できる。

この場合に関しても、先と同様に値の更新の概念を入れ、
毎回の運転時にもパルス幅を徐々に狭めながら駆動電流を印可することで電磁弁が確実に閉塞するパルス幅を検出し；
検出されたパルス幅が、記憶されている閉塞パルス幅に対し所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅を閉塞パルス幅として記憶し直すこと；
を特徴とする電磁弁制御装置も提案する。

もちろん、この閉塞パルス幅に関しても、正常範囲として記憶させてあるパルス幅範囲を逸脱した場合には、異常報知をするか、機器を強制停止させたりでき、また、以後のメンテナンスのため、異常の履歴を記憶させることもできる。

本発明によると、電磁弁の各個体差、ばらつきは良く吸収され、弁の開放時や開放状態を維持するのに無駄な大きさの電流を供給する不具合が抑えられる。また、本発明の特定の態様に依れば、必要な開放駆動パルス幅は更新もされるので、弁の経年変化にも対応できる。さらに、特定の態様では弁が確実に閉塞となる閉塞パルス幅を認知できるので、開放駆動パルス幅よりは狭くても良い開放維持パルス幅を必要十分な範囲に抑えることができ、やはり省電力効果を生む。もちろん、この閉塞パルス幅も更新可能とした態様においては、同じく経年変化に良く対応することができる。

図１には本発明に従い構成された電磁弁制御装置の一実施形態が示されており、図２には制御の態様が模式的に示されている。まず、構成から説明すると、流体供給源11から各種機器内の流体供給先15に通じる供給管12の途中には、供給管12を開閉する電磁弁13が設けられている。もちろん、電磁弁13が開いているときに流体供給源11から供給管12を介し流体供給先15に図示しない適当な流体（ガス，灯油，水等々）が供給され、閉じているときには流体流は遮断される。

電磁弁13は非ラッチ型で、開放駆動電流を流すことで内部コイル18を励磁し、可動弁14を吸着して開放させ、その後は開放維持電流を流し続けることで開放状態を維持させるタイプのもので、その性質上、開放と閉塞の各状態間での切替は急峻なものでなく、開放状態を維持させるのにも常時電圧を印加し続ける必要はなくて、ある間隔でオン・オフする電流、すなわちパルス幅を持つパルス電流による駆動制御が可能である。もちろん、従前のように、流れ続ける直流電流で非ラッチ型電磁弁を制御するよりは、そのことだけで、もう、低消費電力効果が生まれる。

そこで、図示構成の場合、機器の制御装置16は、機器が運転を開始し、流体の供給を受ける必要が生じたときにパルス信号Poを発し、電源線路開閉手段17をそのパルス信号Poのパルス幅（図２参照）に応じてオン・オフし、図示の場合には電池で示されている直流電源21からの直流電流をパルス電流として電磁弁のコイル18に与える。従前はパルス信号Poではなく、一定電圧値の電圧信号を電源線路開閉手段17に与えていた。なお、昨今では制御装置16は実質的にマイクロコンピュータ（図中、マイコンと略記）で構成されることが多いので、この実施形態でもそのようになっており、また、電源線路開閉手段17も、限定的ではないが、無接点トランジスタ・スイッチにより構成されている。

しかるに、本発明に従う制御装置は次のような動作をなす。まず、機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時（できれば流体を燃料等として実際に燃焼させる稼働状態前)に、図２(A)に示すように、電磁弁13が開かないでいる狭いパルス幅W1のパルス信号Poの印可から始め、徐々に広げながら駆動電流を印可する。

その過程において、パルス幅W1より広いパルス幅W2でもまだ開かなかったが、さらに広げてパルス幅Woになった所で電磁弁が開放するという状態に至る。電磁弁が開放したか否かは、供給管12に通常設けられている流量センサ19を利用でき、そこからの流量検出信号Saをマイコン16が受けることで、そこで電磁弁13の開放と認識できる。

こうして、電磁弁13が確実に開放するパルス幅Woが検出されたならば、これを開放駆動パルス幅Woとして、例えばマイコン16に付属のEEPROM等、望ましくは書換え可能な不揮発性の記憶装置20に記憶する。

これはつまり、実際に各電磁弁ごとに適当で確実な開放駆動パルス幅Woが求められたことであるから、個体差は吸収されることになり、次回以降、記憶装置20に記憶されている当該開放駆動パルス幅Woに基づいて決められたパルス幅のパルス信号Po、例えば余裕を見込むならば10％増し程度のパルス幅のパルス信号Poを発生させることで、当該個々の電磁弁13に対し、必要以上に大きな値の開放駆動電流を与えるような無駄もなく、確実に開放させることができ、低消費電力化を合理的に図り得る。

また、図示実施形態の本発明装置の場合、図２(B) に示すように、機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時（望ましくは流体を燃料等として実際に燃焼させている稼働状態以外の時)に、開放状態（吸着状態）にある電磁弁13を閉塞させる方向でパルス幅Woを徐々に狭めながら駆動電流を低減させて行く。これにより、パルス幅Woよりは狭いと言っても、電磁弁の持つヒステリシス特性により、未だパルス幅W3では電磁弁13は開いたままであるが、より幅狭なパルス幅Wcにまで低減すると、そこで電磁弁13が確実に閉塞するという状況を知ることができる。閉塞状態になったことは先と同様に流量センサ19からの信号Saを見ていればマイコン16にて認知できる。

従って、電磁弁13が閉塞に至ったときのパルス幅Wcを同様に記憶装置20に記憶させておけば、それよりも広幅のパルスでは電磁弁の開放を維持できることが分かるので、次回運転時以降は、記憶されている閉塞パルス幅Wcに基づき設定できる、開放駆動パルス幅Woよりは狭くても開放（吸着）状態を維持できる開放維持パルス幅（例えばW3）のパルス信号Poに基づき開放維持電流を印可することができる。これはつまり、電磁弁13の個体差を吸収しながら、開放駆動時よりは小さくて済む開放維持電流をなるべく小さく抑えながら確実に供給できることを意味し、これもまた、低消費電力化に大いに寄与する。なお、実際には閉塞パルス幅Wcの10％増し程度のパルス幅であれば、十分確実に電磁弁13の開放状態を維持することができる。

しかるに、より好ましい構成としては、毎回の運転時にもパルス幅を徐々に広げながら駆動電流を印可することで電磁弁13が確実に開放するパルス幅Wo’を検出し、検出されたパルス幅Wo’が記憶されている開放駆動パルス幅Woに対し、所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅Wo’を開放駆動パルス幅Woとして記憶し直すのが良い。これは、電磁弁13の経年変化に良く対応できる構成となる。

同様に、閉塞に関しても、毎回の運転時にもパルス幅を徐々に狭めながら駆動電流を印可することで電磁弁13が確実に閉塞するパルス幅Wc’を検出し、検出されたパルス幅Wc’が記憶されている閉塞パルス幅Wcに対し、所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅Wc’を閉塞パルス幅Wcとして記憶し直すのが良い。

ただし、開放駆動パルスに関しても閉塞パルスに関しても、上記した所定の差というものを余り小さくすると、更新頻度が多くなり過ぎ、記憶装置20の負担も増し、寿命を縮めることも考えられるので、大方、5％程度以上の相対差があった時に更新をなすようにするのが好ましい。

さらに、検出された開放駆動パルスWoや閉塞パルスWcが、予め正常範囲としてマイコン16にて記憶し、把握できているパルス幅範囲を逸脱した場合には、電磁弁13の異常と判断し、図示しない報知手段を介し、使用者に異常報知をするか、機器を強制停止させたりすることもできる。また、以後のメンテナンスのため、異常の履歴を記憶装置20に記憶させておくことも可能である。

本発明に係る電磁弁制御装置の一実施形態の概略構成図である。図１に示した電磁弁制御装置の動作に関する説明図である。

符号の説明

12 供給管
13 電磁弁
16 マイコン（制御装置）
18 コイル
19 流量センサ
20 記憶装置
21 電源

Claims

駆動電流を流すことで内部コイルを励磁し、可動弁を吸着開放させる電磁弁の制御装置であって；
上記駆動電流はパルス幅を持つパルス波形とし；
上記電磁弁が組み込まれた機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時に、上記パルス幅を徐々に広げながら該駆動電流を印可することで該電磁弁が確実に開放するパルス幅を検出してこれを開放駆動パルス幅として記憶し；
次回運転時以降は、該記憶されている該開放駆動パルス幅に基づいて決められたパルス幅の開放駆動電流を印可すること；
を特徴とする電磁弁制御装置。
請求項１に記載の電磁弁制御装置であって；
毎回の運転時にも上記パルス幅を徐々に広げながら上記駆動電流を印可することで上記電磁弁が確実に開放するパルス幅を検出し；
検出されたパルス幅が、記憶されている上記開放駆動パルス幅に対し所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅を開放駆動パルス幅として記憶し直すこと；
を特徴とする電磁弁制御装置。
請求項２に記載の電磁弁制御装置であって；
上記検出されたパルス幅が正常範囲として記憶させてあるパルス幅範囲を逸脱した場合には、異常報知、機器の強制停止、異常の履歴の記憶のいずれか一つまたは幾つか、あるいは全てを実行すること；
を特徴とする電磁弁制御装置。
請求項１に記載の電磁弁制御装置であって；
開放状態にある上記電磁弁を閉塞させるときにも、該電磁弁が組み込まれた機器が製品として市場に提供される前、ないし製品として使用される初回運転時に、上記パルス幅を徐々に狭めながら上記駆動電流を低減して行くことで、該電磁弁が確実に閉塞する閉塞パルス幅を検出して記憶し；
次回運転時以降は、該記憶されている該閉塞パルス幅に基づき設定できる、上記開放駆動パルス幅よりは狭くても開放状態を維持できる開放維持パルス幅の開放維持電流を印可すること；
を特徴とする電磁弁制御装置。
請求項４に記載の電磁弁制御装置であって；
毎回の運転時にも上記パルス幅を徐々に狭めながら上記駆動電流を印可することで上記電磁弁が確実に閉塞するパルス幅を検出し；
検出されたパルス幅が、記憶されている上記閉塞パルス幅に対し所定以上の差を生じた場合には、新たに検出されたパルス幅を閉塞パルス幅として記憶し直すこと；
を特徴とする電磁弁制御装置。
請求項５に記載の電磁弁制御装置であって；
上記パルス幅を徐々に狭めながら上記駆動電流を印可することで上記電磁弁が確実に閉塞するパルス幅を検出した検出パルス幅が正常範囲として記憶させてあるパルス幅範囲を逸脱した場合には、異常報知、機器の強制停止、異常の履歴の記憶のいずれか一つまたは幾つか、あるいは全てを実行すること；
を特徴とする電磁弁制御装置。