JP2010022915A - アクチュエータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】速やかな消磁を実現するだけでなく簡素で経済性を損なわないアクチュエータの駆動回路を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、アクチュエータ１の駆動回路Ｃを、コイル２の一端を電源Ｂａｔへ接続するとともに他端を接地させる電源ライン４と、電源ライン４の途中であってコイル２と電源Ｅとの間に設けた電源側スイッチ５と、同じく電源ライン４の途中であってコイル２より接地側に設けた接地側スイッチ６と、電源側スイッチ５とコイル２を迂回して電源ライン４に接続される第一消磁ライン７と、コイル２と接地側スイッチ６を迂回して電源ライン４に接続される第二消磁ライン８と、第一消磁ライン７の途中に設けられ接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第一ダイオード９と、第二消磁ライン８の途中に設けられ接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第二ダイオード１０とで構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータの駆動回路に関する。

従来、コイルと可動部とを備えコイルを励磁することにより可動部を駆動するアクチュエータとしては、たとえば、コイルの励磁により磁化される固定鉄心と、磁化される固定鉄心に吸引されることによって駆動される可動部としての可動鉄心を備えたソレノイドや、コイルの励磁によって発生する磁界の大きさによって歪む磁歪素子を可動部としたアクチュエータが知られている。

このようなアクチュエータは、駆動回路を通じてコイルに通電し、当該コイルを励磁することで可動部を駆動するのであるが、電源とコイルとの間に介装されるスイッチでコイルへの通電を単純に断つだけではコイルに過大なサージ電圧が生じてスイッチに過負荷がかかる虞があるので、一般的にこのような駆動回路においては、コイルにフライホイールダイオードを並列接続しておき、サージの発生を阻止している。

しかしながら、このような一般的な駆動回路では、通電を停止してもコイルに流れる電流は自己誘導によってある程度時間をかけて漸減し、すぐに解消されないので、コイルへの通電を断っても、ある程度の時間、コイルは励磁状態に維持され、可動部を非通電時におけるポジションへ復帰させるには時間がかかるという問題がある。

そこで、このような問題に対処するため、アクチュエータの駆動回路では、たとえば、特許文献１に開示されているように、始動開始時にコイルを一旦高電圧で励磁して可動部を駆動した後、可動部を保持するために必要な程度の低電圧でコイルを励磁させ、その際に、コイルに印加される電圧変化に伴って生じる誘導起電力で消磁用のコンデンサに蓄電しておき、アクチュエータの駆動停止に伴ってコンデンサに放電させてコイルを通電時とは逆向きに励磁するよう電圧を印加して短時間で早期にコイルに流れる電流を０にするようにしている。
特開平０８−３０６５２８号公報（実施例欄）

上述した従来のアクチュエータの駆動回路によれば、早期に消磁させることができるので、アクチュエータの駆動部を非通電時におけるポジションへ復帰させることができる点で有用であるが、高電圧と低電圧を供給する電源回路、逆励磁用のコンデンサ回路、コンデンサ回路でコイルを逆励磁するための特別な回路が必要となり、駆動回路が複雑となるばかりでなくコスト高となって経済性の点で不利となる。

そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、速やかな消磁を実現するだけでなく簡素で経済性を損なわないアクチュエータの駆動回路を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明のアクチュエータの駆動回路は、コイルと可動部とを備えコイルを励磁することにより可動部を駆動するアクチュエータの駆動回路において、コイルの一端を電源へ接続するとともに他端を接地させる電源ラインと、電源ラインの途中であってコイルと電源との間に設けた電源側スイッチと、同じく電源ラインの途中であってコイルより接地側に設けた接地側スイッチと、電源側スイッチとコイルを迂回して電源ラインに接続される第一消磁ラインと、コイルと接地側スイッチを迂回して電源ラインに接続される第二消磁ラインと、第一消磁ラインの途中に設けられ接地側から電源側へ向かう方向を順方向とする第一ダイオードと、第二消磁ラインの途中に設けられ接地側から電源側へ向かう方向を順方向とする第二ダイオードとを備えた。

本発明のアクチュエータの駆動回路によれば、コイルへの通電停止時に、コイルを速やかに消磁させることができ、また、従来の駆動回路のように、消磁に特化した専用回路を別途設置する必要は無く、一般的な駆動回路に接地側スイッチ、第一消磁ラインおよび第一ダイオードの追加のみでコイルの速やかな消磁を実現できるので、駆動回路の回路構成が複雑とならずコスト面においても影響が少なく経済性を損なわない。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるアクチュエータの駆動回路の回路構成を示した図である。

図１に示すように、一実施の形態におけるアクチュエータ１の駆動回路Ｃは、コイル２の一端を電源Ｂａｔへ接続するとともに他端を接地させる電源ライン４と、電源ライン４の途中であってコイル２と電源Ｂａｔとの間に設けた電源側スイッチ５と、同じく電源ライン４の途中であってコイル２より接地側に設けた接地側スイッチ６と、電源側スイッチ５とコイル２を迂回して電源ライン４に接続される第一消磁ライン７と、コイル２と接地側スイッチ６を迂回して電源ライン４に接続される第二消磁ライン８と、第一消磁ライン７の途中に設けられ接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第一ダイオード９と、第二消磁ライン８の途中に設けられ接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第二ダイオード１０とを備えて構成されている。

他方、アクチュエータ１は、コイル２と、コイル２内に挿入される磁歪素子３とを備えて構成されており、コイル２を励磁することによって発生する磁界の大きさによって歪む磁歪素子３を可動部としている。

したがって、このアクチュエータ１の場合、可動部である磁歪素子３を駆動したい被駆動部材に連結しておけば、コイル２への通電によって磁歪素子３を歪ませて被駆動部材を駆動することができるようになっている。

なお、磁歪素子３としては、磁界の発生に対して歪む素子であればよいが、磁界の大きさに対して伸縮量が大きい超磁歪素子を用いるとよく、また、磁界の作用によって伸長方向の正の歪を呈する磁歪素子３のほか、圧縮方向の負の歪を呈する磁歪素子３を利用してもよい。このアクチュエータは種々の機器に使用することができ、たとえば、可変減衰弁の弁体やスプールに磁歪素子３を連結してこれらを駆動する用途に使用できる。

さらに、アクチュエータとしては、磁歪素子３を可動部としたものに限定されず、コイル２の励磁で固定鉄心を磁化しコイル２内に移動自在に挿入した可動鉄心を吸引するソレノイドとされてもよい。

そして、駆動回路Ｃにおける電源側スイッチ５および接地側スイッチ６は、ともに、この場合、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）等のスイッチング素子とされ、コイル２へ通電する際には、電源側スイッチ５が閉じ状態に維持され、接地側スイッチ６がＰＷＭ駆動によってコイル２へ通電するべき電流量に応じて決定されるデューティ比で開閉動作する。

なお、コイル２への通電に際して、電源側スイッチ５をＰＷＭ駆動して開閉させ、接地側スイッチ６を閉じるようにしてもよい。

また、電源ライン４の接地側スイッチ６より接地側には、コイル２へ流れる電流を検知するためにシャント抵抗１１が介装されている。なお、図示はしないが、たとえば、シャント抵抗１１の両端間電圧をアンプで増幅したものと外部制御装置からの電流指令である電圧を差動入力としてオペアンプに入力し、コイル２に流れる電流をネガティブフィードバックしてＰＷＭ回路へ入力してＰＷＭデューティを調節して電源側スイッチ５あるいは接地側スイッチ６をＰＷＭ駆動するような構成を採用すれば、コイル２へ流れる電流をフィードバック制御することができる。

他方、コイル２への通電を停止する場合、上記した電源側スイッチ５および接地側スイッチ６を開いて通電を断つようにする。すると、コイル２は、電源側スイッチ５および接地側スイッチ６を迂回する第一消磁ライン７と第二消磁ライン８を介して通電中とは逆向きに接地されつつ電源Ｂａｔへ接続される。

この通電停止時には、それまで、通電されていたコイル２にそれまで電流を流す方向に逆起電力が生じ、電源側スイッチ５および接地側スイッチ６が開いているので、駆動回路Ｃ中において第一消磁ライン７および第二消磁ライン８には、それぞれ、接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第一ダイオード９と、接地側から電源Ｂａｔ側へ向かう方向を順方向とする第二ダイオード１０とが設けられており、接地側から電源側へ向けて電流が流れようとする。

しかしながら、電源Ｂａｔがコイル２の逆起電力に対向してコイル２を逆励磁するので、コイル２に流れる電流は速やかに消滅しコイル２は消磁されて、アクチュエータ１の可動部である磁歪素子３はコイル２が非励磁の状態にある状態（ポジション）に速やかに復帰することになる。

したがって、このアクチュエータ１の駆動回路Ｃにあっては、コイル２への通電停止時に、コイル２を速やかに消磁させることができ、また、従来の駆動回路のように、消磁に特化した専用回路を別途設置する必要は無く、一般的な駆動回路に接地側スイッチ６、第一消磁ライン７および第一ダイオード９の追加のみでコイル２の速やかな消磁を実現できるので、駆動回路Ｃの回路構成が複雑とならずコスト面においても影響が少なく経済性を損なわない。

また、第一消磁ライン７および第二消磁ライン８は、電源側スイッチ５および接地側スイッチ６を迂回しているので、これらスイッチ５，６にサージ等の過電圧が負荷されてしまう虞も無い。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態におけるアクチュエータの駆動回路の回路構成を示した図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ コイル
３ 磁歪素子
４ 電源ライン
５ 電源側スイッチ
６ 接地側スイッチ
７ 第一消磁ライン
８ 第二消磁ライン
９ 第一ダイオード
１０ 第二ダイオード
１１ シャント抵抗
Ｂａｔ 電源
Ｃ 駆動回路

Claims (1)

1. コイルと可動部とを備えコイルを励磁することにより可動部を駆動するアクチュエータの駆動回路において、コイルの一端を電源へ接続するとともに他端を接地させる電源ラインと、電源ラインの途中であってコイルと電源との間に設けた電源側スイッチと、同じく電源ラインの途中であってコイルより接地側に設けた接地側スイッチと、電源側スイッチとコイルを迂回して電源ラインに接続される第一消磁ラインと、コイルと接地側スイッチを迂回して電源ラインに接続される第二消磁ラインと、第一消磁ラインの途中に設けられ接地側から電源側へ向かう方向を順方向とする第一ダイオードと、第二消磁ラインの途中に設けられ接地側から電源側へ向かう方向を順方向とする第二ダイオードとを備えたことを特徴とするアクチュエータの駆動回路。

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