JP2017211056A - 電磁弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自己保持型の電磁アクチュエータを有する電磁弁を、高温時においても良好に開閉制御可能な電磁弁制御装置を提供する。
【解決手段】電磁弁制御装置は、固定子１０と可動子２０とを有し、コイル１３への通電により可動子２０を第１位置と第２位置との間で移動させるとともに、コイル１３への通電停止時に可動子２０を第１位置または第２位置に保持するように構成された電磁アクチュエータ１と、可動子２０の第１位置および第２位置への移動に伴い流路ＰＡを開閉する弁部３と、可動子２０の軸部材２１に固定された永久磁石２２の温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された温度が高いほど、可動子２０を移動させるときの通電時間が長くなるようにコイルへの通電を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、自己保持型の電磁アクチュエータを有する電磁弁を制御する電磁弁制御装置に関する。

従来より、ソレノイドに電圧を印加して油路を開閉する電磁弁として、ばねの付勢力に抗して弁体を移動させるノーマルクローズ型またはノーマルオープン型と称されるものが知られている。この種の電磁弁は、弁体を開位置または閉位置に保持する間、ソレノイドに電流を流し続ける必要があり、消費電力が増加する。これに対し、ソレノイドへの通電を停止した状態で、弁体を開位置および閉位置のいずれにも保持可能な自己保持型の電磁弁が知られている（例えば特許文献１参照）。この電磁弁にあっては、ソレノイドへ通電して弁体を移動し、弁体の移動後にソレノイドへの通電を停止する。

特開平５−８７２６７号公報

ところで、電磁弁に用いられる永久磁石の磁力は、温度上昇に伴い低下する。しかしながら、上記特許文献１記載の電磁弁は、この熱減磁の影響を考慮せずに用いられるため、高温時に弁体を良好に移動できないおそれがある。

本発明の一態様である電磁弁制御装置は、軸線を中心とした筒状の固定子と、固定子の内側を軸方向に往復動する可動子と、を有する電磁アクチュエータであって、固定子は、軸方向に互いに異なる位置から軸線に向けて突設された複数の固定磁極と、複数の固定磁極を励磁するコイルと、を有し、可動子は、軸方向に延在する軸部材と、軸部材に固定され、軸方向に磁化された永久磁石と、を有し、コイルへの通電により可動子を第１位置と第２位置との間で移動させるとともに、コイルへの通電停止時に可動子を第１位置または第２位置に保持するように構成された電磁アクチュエータと、可動子の第１位置および第２位置への移動に伴い流路を開閉する弁部と、永久磁石の温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された温度が高いほど、可動子を移動させるときの通電時間が長くなるようにコイルへの通電を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、永久磁石の温度が高いほど、可動子を移動させるときの通電時間が長くなるようにコイルへの通電を制御するので、高温時においても可動子を良好に、弁部の開閉に対応した所定位置に移動させることができ、電磁弁の良好な開閉動作を実現できる。

本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置が適用される電磁弁の要部断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図。 図１Ａの電磁弁の閉鎖時の動作を示す図。 図１Ａの電磁弁の開放時の動作を示す図。 本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置の構成を示すブロック図。 図３の制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置による閉弁通電時間の特性の例を示す図。

以下、図１Ａ〜図５を参照して本発明の実施形態について説明する。図１Ａは、本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置が適用される電磁弁１００の要部断面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。この電磁弁１００は、例えば自動車用の自動変速機の油圧制御装置に搭載され、油圧制御装置の所定の流路を開閉するために用いられる。

図１Ａに示すように、電磁弁１００は、電磁アクチュエータ１と弁部３とを有する。電磁アクチュエータ１は、軸線ＣＬ０を中心とした略円筒形状の固定子１０と、固定子１０の内側を軸線ＣＬ０に沿って往復動する可動子２０とを有する。なお、以下では、軸線ＣＬ０に平行な方向を軸方向、軸線ＣＬ０を中心とした円の半径方向を径方向、軸線ＣＬ０を中心とした円に沿った方向を周方向と呼ぶ。

固定子１０は、軸線ＣＬ０を中心とした円筒形状の周壁部１１と、周壁部１１の内周面から径方向内側に、かつ、軸方向に互いに異なる位置から突設された複数（３個）の固定磁極１２、すなわち第１磁極１２１、第２磁極１２２および第３磁極１２３とを有する。軸方向における第１磁極１２１から第２磁極１２２までの長さと第２磁極１２２から第３磁極１２３までの長さは互いにほぼ等しい。周壁部１１と磁極１２とは同一部品により構成される。なお、これらを異なる部品により構成してもよい。磁極１２は、鉄などの磁性体により構成される。第１磁極１２１と第２磁極１２２および第２磁極１２２と第３磁極１２３の間には、コイル１３が配置される。

周壁部１１の軸方向一端部には蓋１４が取り付けられ、軸方向他端部にはケース１５が取り付けられる。ケース１５は、軸線ＣＬ０を中心とした円筒形状で、かつ、周壁部１１よりも小径の流路形成部１５ａを有する。流路形成部１５ａは、入口１６と出口１７とを連通する流路ＰＡを形成する。入口１６は、流路形成部１５ａの軸方向端部に設けられ、出口１７は、流路形成部１５ａの周壁を径方向に貫通して設けられる。

可動子２０は、軸線ＣＬ０に沿って延在する略円柱形状の軸部材２１と、固定磁極１２の内側に配置されるとともに、軸部材２１に固定された略リング形状の永久磁石２２とを有する。永久磁石２２の軸方向両端面には、永久磁石２２を挟むように一対の鉄心２３，２４が装着される。永久磁石２２は軸方向に磁化され、軸方向一端面（流路形成部１５ａ側）にＮ極が、他端面（蓋１４側）にＳ極が形成される。なお、永久磁石２２としては、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジウム磁石等、種々のものを用いることができる。軸部材２１は、流路形成部１５ａの内周面に固定された円筒形状のガイド１８に沿って軸方向にスライド可能である。

弁部３は、流路形成部１５ａの内部空間ＳＰに、出口１７に面して配置された球形状のボール３０と、ボール３０を挟んで軸方向両側にそれぞれ配置された第１弁座３１および第２弁座３２とを有する。第１弁座３１は、出口１７よりも入口１６側（軸方向一端部側）の流路形成部１５ａの内周面にシール状態で取り付けられ、第２弁座３２は、出口１７よりも入口１６の反対側（軸方向他端部側）の流路形成部１５ａの内周面にシール状態で取り付けられる。第１弁座３１および第２弁座３２は、それぞれ略リング形状を呈し、軸線ＣＬ０を中心とした円形の開口部を有する。ボール３０の外径は、これら開口部の径よりも大きく、ボール３０が開口部の周囲の座面３１ａ，３２ａに当接することで、開口部をシールすることができる。

図１Ｂに示すように、第２磁極１２２は、周壁部１１の内周面から径方向内側に突設された周方向複数（３個）の磁極片１２２ａ〜１２２ｃを有する。磁極片１２２ａ〜１２２ｃは周方向等間隔に配置され、各磁極片１２２ａ〜１２２ｃにそれぞれ巻線が巻回されて、コイル１３が形成される。各コイル１３の巻線の巻回方向は互いに同一であり、各コイル１３は直列に接続される。巻線の端部にはリード線１３ａが接続され、リード線１３ａの端部は電源部４１（直流電源）に接続される。電源部４１からの電力によりコイル１３が通電されると、第１磁極１２１と第３磁極１２３とは互いに同極性に磁化され、第２磁極１２２は第１磁極１２１と第３磁極１２３とは異極性に磁化される。一方、コイル１３への通電が停止すると、磁極１２１〜１２３の磁化はなくなる。

次に、電磁弁１００の開閉動作について説明する。図２Ａ，２Ｂは、それぞれ電磁弁１００の閉鎖時および開放時の動作を示す図である。例えばコイル１３に正の所定電圧Ｖ（＞０）を印加すると、固定磁極１２が励磁され、第１磁極１２１と第３磁極１２３がＳ極となり、第２磁極１２２がＮ極となる。これにより図２Ａの矢印Ｈ１に示すように固定磁極１２と永久磁石２２との間に磁界が生じ、永久磁石２２には矢印Ｆ１方向の吸引力が作用して、軸部材２１が永久磁石２２とともに弁部３側に移動する。その結果、軸部材２１の先端２１ａからボール３０に押圧力が作用して、ボール３０の周面が第１弁座３１の開口部の周囲の座面３１ａに当接し、流路ＰＡが閉鎖される。この状態で、コイル１３への通電を停止しても、永久磁石２２には矢印Ｆ１方向の吸引力が作用し続け、電磁弁１００は閉状態に保持される。

一方、コイル１３に負の所定電圧Ｖ（＜０）を印加すると、固定磁極１２が励磁され、第１磁極１２１と第３磁極１２３がＮ極となり、第２磁極１２２がＳ極となる。これにより図２Ｂの矢印Ｈ２に示すように固定磁極１２と永久磁石２２との間に磁界が生じ、永久磁石２２には矢印Ｆ２方向の吸引力が作用して、軸部材２１が永久磁石２２とともに蓋１４側に移動する。このとき、軸部材２１の先端２１ａはボール３０から離間し、ボール３０の周面が入口１６から流入した油の圧力により第２弁座３２の開口部の周囲の座面３２ａに当接し、流路ＰＡが開放される。この状態で、コイル１３への通電を停止しても、永久磁石２２には矢印Ｆ２方向の吸引力が作用し続け、電磁弁１００は開状態に保持される。

なお、電磁弁１００の閉状態に対応する可動子２０の位置を閉位置と呼び、電磁弁１００の開状態に対応する可動子２０の位置を開位置と呼ぶ。図２Ａに示すように、可動子２０が閉位置にあるときは、軸部材２１の先端が、座面３１ａに当接したボール３０の周面に当接する。図２Ｂに示すように、可動子２０が開位置にあるときは、軸部材２１の基端２１ｂが蓋１４に当接する。

このような電磁弁１００の構成においては、永久磁石２２の磁力が自身の温度上昇に伴い低下する。したがって、電磁弁１００の開閉時に、永久磁石２２の温度に拘らずにコイル１３に一定の電圧を印加するような構成では、高温時に弁部３を良好に動作させることができないおそれがある。この点を考慮し、本実施形態では、以下のように電磁弁制御装置を構成する。

図３は、本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、電磁弁１００の開閉を制御する制御部４０には、永久磁石２２の温度を検出する温度検出器４２と、電磁弁１００の開閉指令を出力する開閉指令部４３とが接続される。制御部４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭその他の周辺回路を有する演算処理装置を含んで構成され、温度検出器４２と開閉指令部４３とからの信号に応じて電源部４１に制御信号を出力し、コイル１３への通電を制御する。

温度検出器４２としては、永久磁石２２の温度（例えば表面温度）を直接検出するもの、あるいは間接的に検出するものを用いることができる。温度を間接的に検出するものとして、例えば固定子１０（固定磁極１２）の内側における永久磁石２２の周囲の雰囲気温度や固定磁極１２の温度、鉄心２３，２４の温度等、永久磁石２２の温度と相関関係を有する部位の温度を検出するセンサを用いることができ、センサの検出値に所定の係数を乗じるなどして永久磁石２２の温度（磁石温度）を求めることができる。開閉指令部４３は、自動変速機の油圧を制御するため、例えば車両状態を示す各種信号に基づいて開閉指令を出力する。電磁弁１００を例えば自動変速機の変速のために用いる場合、開閉指令は変速指令に対応する。

図４は、制御部４０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。まず、ステップＳ１で温度検出器４２および開閉指令部４３からの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、開閉指令部４３から開弁指令が出力されているか否かを判定する。ステップＳ２で肯定されるとステップＳ３に進み、温度検出器４２により検出された磁石温度Ｔに基づいて開弁通電時間ｔａを設定する。次いで、ステップＳ４で、その開弁通電時間ｔａ分だけコイル１３に正の所定電圧Ｖを印加するように、電源部４１に制御信号を出力する。

一方、ステップＳ４で否定されるとステップＳ５に進み、開閉指令部４３から閉弁指令が出力されているか否かを判定する。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、温度検出器４２により検出された磁石温度Ｔに基づいて閉弁通電時間ｔｂを設定する。次いで、ステップＳ４で、その閉弁通電電時間ｔｂ分だけコイル１３に負の所定電圧Ｖを印加するように、電源部４１に制御信号を出力する。

ここで、ステップＳ３、ステップＳ６の処理について詳細に説明する。ステップＳ３では、磁石温度Ｔが第１所定温度Ｔ１未満のとき（Ｔ＜Ｔ１）、開弁通電時間ｔａをｔａ１に、第１所定温度Ｔ１以上かつ第２所定温度Ｔ２未満のとき（Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２）、開弁通電時間ｔａをｔａ２に、第２所定温度Ｔ２以上かつ第３所定温度Ｔ３未満のとき（Ｔ２≦Ｔ＜Ｔ３）、開弁通電時間ｔａをｔａ３に、第３所定温度Ｔ３以上のとき（Ｔ３≦Ｔ）、開弁通電時間ｔａをｔａ４に、それぞれ設定する。開弁通電時間ｔａ１〜ｔａ４には、ｔａ１＜ｔａ２＜ｔａ３＜ｔａ４の関係があり、磁石温度Ｔが高いほど開弁通電時間ｔａが長い。

また、ステップＳ６では、磁石温度Ｔが第１所定温度Ｔ１未満のとき（Ｔ＜Ｔ１）、閉弁通電時間ｔｂをｔｂ１に、第１所定温度Ｔ１以上かつ第２所定温度Ｔ２未満のとき（Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２）、閉弁通電時間ｔｂをｔｂ２に、第２所定温度Ｔ２以上かつ第３所定温度Ｔ３未満のとき（Ｔ２≦Ｔ＜Ｔ３）、閉弁通電時間ｔｂをｔｂ３に、第３所定温度Ｔ３以上のとき（Ｔ３≦Ｔ）、閉弁通電時間ｔｂをｔｂ４に、それぞれ設定する。閉弁通電時間ｔｂ１〜ｔｂ４には、ｔｂ１＜ｔｂ２＜ｔｂ３＜ｔｂ４の関係があり、温度Ｔが高いほど閉弁通電時間ｔｂが長い。

さらに、ステップＳ３の開弁通電時間ｔａ１〜ｔａ４とステップＳ６の閉弁通電時間ｔｂ１〜ｔｂ４との間には、ｔａ１＜ｔｂ１、ｔａ２＜ｔｂ２、ｔａ３＜ｔｂ３、ｔａ４＜ｔｂ４の関係がある。すなわち、同一の温度条件で比較すると、閉弁時の通電時間ｔｂ１〜ｔｂ４は開弁時の通電時間ｔａ１〜ｔａ４よりも長く設定される。

本発明の実施形態に係る電磁弁制御装置の動作をより具体的に説明する。開閉指令部４３から閉弁指令が出力されると、制御部４０は磁石温度Ｔに基づいて電源部４１に制御信号を出力し、コイル１３への通電時間を制御する（ステップＳ６，ステップＳ４）。これにより、例えば磁石温度Ｔが第１所定温度Ｔ１のときは、図５の特性ｆ１に示すように、所定の閉弁通電時間ｔｂ２だけ電圧Ｖが印加され、磁石温度Ｔが第２所定温度Ｔ２のときは、図５の特性ｆ２に示すように、所定の閉弁通電時間ｔｂ３だけ電圧Ｖが印加され、磁石温度Ｔが第３所定温度Ｔ３のときは、図５の特性ｆ３に示すように、所定の閉弁通電時間ｔｂ４だけ電圧Ｖが印加される。

したがって、磁石温度Ｔが高いほど閉弁通電時間ｔｂが長くなるため、磁石温度Ｔが高い場合であっても可動子２０を閉位置（図２Ａ）まで確実に移動させることができ、電磁弁１００の確実な閉動作を実現できる。一方、磁石温度Ｔが低い場合には閉弁通電時間ｔｂが短縮されるので、電力消費量を削減できる。開閉指令部４３から開弁指令が出力されたときも同様に、磁石温度Ｔが高いほど開弁通電時間ｔａが長くなるようにコイル１３への通電が制御される（ステップＳ３，ステップＳ６）。

電磁弁１００を閉弁するときには、ボール３０に作用する油圧力（図２Ａの矢印Ａ）に抗してボール３０を第１弁座３１側に移動する必要があり、開弁時に比べて可動子２０を移動するための抵抗が大きい。この点、本実施形態では、閉弁通電時間ｔｂ１〜ｔｂ４を開弁通電時間ｔａ１〜ｔａ４よりも長く設定するため、油圧力に抗して電磁弁１００を確実に閉状態とすることができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）電磁アクチュエータ１は、軸線ＣＬ０を中心とした筒状の固定子１０と、固定子１０の内側を軸方向に往復動する可動子２０とを有する。具体的には、固定子１０は、軸方向に互いに異なる位置から軸線ＣＬ０に向けて突設された複数（３個）の固定磁極１２と、複数の固定磁極１２を励磁するコイル１３と、を有し、可動子２０は、軸方向に延在する軸部材２１と、軸部材２１に固定され、軸方向に磁化された永久磁石２２と、を有し、電磁アクチュエータ１は、コイル１３への通電により可動子２０を閉位置（第１位置）と開位置（第２位置）との間で移動させるとともに、コイル１３への通電停止時に可動子２０を開位置または閉位置に保持するように構成される（図１Ａ，図２Ａ，図２Ｂ）。電磁弁制御装置は、この電磁アクチュエータ１と、可動子２０の開位置および閉位置への移動に伴い流路ＰＡを開閉する弁部３と、永久磁石２２の温度Ｔを検出する温度検出器４２と、温度検出器４２により検出された温度Ｔが高いほど、可動子２０を移動させるときの通電時間Ｔａ，Ｔｂが長くなるようにコイル１３への通電を制御する制御部４０と、を備える（図１Ａ，図３）。

これにより、可動子２０の開閉位置への移動後にコイル１３への通電を停止してもその位置を保持し得る自己保持型の電磁アクチュエータ１を有する電磁弁１００において、磁石温度Ｔが高い場合であっても可動子２０を開位置および閉位置まで確実に移動することができ、電磁弁１００の確実な開閉動作を実現できる。すなわち、高温時においても可動子２０を良好に、弁部３の開閉に対応した所定位置に移動させるとができ、電磁弁１００の良好な開閉制御が可能である。また、磁石温度Ｔが低い場合にはコイル１３への電圧印加時間が短縮されるので、電力消費量を削減できる。

（２）弁部３（ボール３０）は、油の流れに抗して流路ＰＡを閉鎖するように構成され、制御部４０は、さらに流路ＰＡを閉鎖するときの通電時間ｔｂが流路ＰＡを開放するときの通電時間ｔａよりも長くなるようにコイル１３への通電を制御する。したがって、閉弁指令時には、流路ＰＡの油圧力に抗して電磁弁１００を確実に閉状態とすることができ、その一方、開弁指令時には、コイル１３への通電時間ｔａを短縮して電力消費量を削減できる。

なお、上記実施形態では、油圧力に対抗して可動子２０を閉位置（第１位置）および開位置（第２位置）に駆動することで流路ＰＡを閉鎖するようにしたが、これとは反対に、油圧力に抗して可動子を駆動することで流路を開放するようにしてもよく、電磁弁の構成は上述したものに限らない。したがって、開弁通電時間ｔａと閉弁通電時間ｔｂの関係も上述したものに限らない。上記実施形態では、予め定められた磁石温度Ｔと通電時間ｔａ，ｔｂとの関係を用いて磁石温度Ｔに応じた通電時間ｔａ，ｔｂを求めるようにしたが、磁石温度Ｔをパラメータとした所定の演算式により通電時間ｔａ，ｔｂを求めるようにしてもよい。

上記実施形態では、軸部材２１の先端に接離可能なボール３０を電磁弁１００の内部に配置し、ボール３０を介して電磁弁１００を開閉するようにしたが、可動子の第１位置および第２位置への移動に伴い流路を開閉するのであれば、弁部の構成はいかなるものでもよい。例えば軸部材の先端に弁部を固定してもよい。上記実施形態では、永久磁石２２の温度Ｔを検出する温度検出部として温度検出器４２を用いたが、磁石温度Ｔと相間関係を有する物理量（例えばコイル１３への通電量等）を検出するセンサの検出値から磁石温度Ｔを検出（推定）するようにしてもよく、温度検出部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、温度検出器４２と開閉指令部４３とからの信号に基づいて制御部４０がコイル１３への通電時間ｔａ，ｔｂを制御するようにしたが（図３）、少なくとも温度検出部により検出された温度が高いほど可動子を移動させるときの通電時間が長くなるようにコイルへの通電を制御するのであれば、電磁弁制御装置の制御構成は上述したものに限らない。

以上では、自動車用の自動変速機の油圧制御装置に電磁弁制御装置を適用する場合について説明したが、本発明の電磁弁制御装置は、これに限らず種々の油圧制御装置に適用することができる。また、油以外の流体（水や空気等）の流れを制御する装置にも同様に適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。変形例同士を組み合わせることもできる。

１ 電磁アクチュエータ、３ 弁部、１０ 固定子、１２ 固定磁極、１３ コイル、２０ 可動子、２１ 軸部材、２２ 永久磁石、４０ 制御部、４１ 電源部、４２ 温度検出器、ｔａ 開弁通電時間、ｔｂ 閉弁通電時間

Claims (2)

1. 軸線を中心とした筒状の固定子と、前記固定子の内側を軸方向に往復動する可動子と、を有する電磁アクチュエータであって、前記固定子は、軸方向に互いに異なる位置から前記軸線に向けて突設された複数の固定磁極と、前記複数の固定磁極を励磁するコイルと、を有し、前記可動子は、軸方向に延在する軸部材と、前記軸部材に固定され、軸方向に磁化された永久磁石と、を有し、前記コイルへの通電により前記可動子を第１位置と第２位置との間で移動するとともに、前記コイルへの通電停止時に前記可動子を前記第１位置または前記第２位置に保持するように構成された電磁アクチュエータと、
   前記可動子の前記第１位置および前記第２位置への移動に伴い流路を開閉する弁部と、
   前記永久磁石の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により検出された温度が高いほど、前記可動子を移動させるときの通電時間が長くなるように前記コイルへの通電を制御する制御部と、を備えることを特徴とする電磁弁制御装置。
2. 請求項１に記載の電磁弁制御装置において、
   前記弁部は、流体の流れに抗して前記流路を閉鎖するように構成され、
   前記制御部は、さらに前記流路を閉鎖するときの通電時間が前記流路を開放するときの通電時間よりも長くなるように前記コイルへの通電を制御することを特徴とする電磁弁制御装置。

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