JP2505896B2 - 電磁ソレノイド動作状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁電変換素子を用いて電磁ソレノイドの動
作状態を検出する電磁ソレノイド動作状態検出装置に関
する。

［従来の技術］ 従来より、電磁ソレノイドに電流検出用抵抗を並列に
設け、その抵抗を流れる電流によって発光ダイオードを
点灯させることで、電磁ソレノイドの動作状態、例えば
可動鉄心の動作状態を検出する簡易な検出器が知られて
いる。また、交流駆動の電磁ソレノイドに近接して検出
コイルを設置し、電磁ソレノイドの励磁によって検出コ
イルに生じた誘導電流によって発光ダイオードを点灯さ
せることで、可動鉄心の動作状態を検出する検出器も知
られている。

しかし、前者の検出器には、コイルの断線時や異物な
どが入り込んで可動鉄心が動作不能になるといった事故
の発生時にも通電電流によって発光ダイオードが点灯す
るため正しい検出ができないという問題があり、後者の
検出器には、相互誘導を利用しているため直流駆動の電
磁ソレノイドの動作状態の検出には使えないという問題
がある。

そこで、通電電流の検出や相互誘導の利用ではなく、
磁電変換素子を用いて、磁束密度の変化を検出すること
で、直流駆動（DC型）及び交流駆動（AC型）の何れの電
磁ソレノイドについても、その動作状態を検出する検出
装置が提案されている。たとえば、特公昭62-53928号公
報に示されているように、電磁ソレノイドを固定する固
定部材に、磁電変換素子を埋設して、磁性体である固定
部材を通る磁束密度の変化を検出することで電磁ソレノ
イドの動作を検出する検出装置がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記検出装置においては、埋設されている磁
電変換素子の比透磁率が、固定部材より低いために、漏
れ磁束が多くなると共に磁気エネルギの損失が大きくな
るので、その分電磁ソレノイドの磁力が落ちて可動鉄心
の吸着力が弱くなる。とくに、AC型電磁ソレノイドの場
合、ヒステリシス損により損失磁気エネルギが増える。

また、DC型電磁ソレノイドの場合には、固定部材が繰
り返し一定方向に磁化され固定部材の残留磁束密度が高
くなり、それが磁電変換素子の誤動作の原因になること
もある。

さらに、磁電変換素子を固定部材に埋設するため、既
設の電磁ソレノイドに取り付けることはできなかった。

そこで本発明は、電磁ソレノイドの残留磁束の影響を
受けず、既設の電磁ソレノイドにも簡単に取り付けるこ
とのできる電磁ソレノイド動作状態検出装置を提供する
ことを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためになされた本発明は、 コイルと、該コイルに生じた磁束を所定方向へ導く磁
極部材と、該磁極部材により吸引される可動部材と、を
備えた電磁ソレノイドに取り付けられ、該電磁ソレノイ
ドの動作状態を検出する電磁ソレノイド動作状態検出装
置であって、 上記磁極部材の外部に取り付けられる非磁性体製のケ
ースと、 該ケースの内部に収容され、自らを通過する磁束の密
度に比例した電圧を出力するホール素子を有する磁気セ
ンサと、 を備えると共に、 上記磁気センサの上記磁極部材側とは反対側の面に、
絶縁体を介して、上記磁極部材の外部に漏れた磁束を集
める磁性アモルファス板からなる集磁部材が積層されて
いること、 を特徴とする電磁ソレノイド動作状態検出装置を要旨
としている。

［作用］ 以上のように構成された本発明の電磁ソレノイド動作
状態検出装置は、電磁ソレノイドを構成する磁極部材の
外部に取り付けられる非磁性体製のケースと、そのケー
スの内部に収容される磁気センサと、を備えている。そ
して、磁気センサは、自らを通過する磁束の密度に比例
した電圧を出力するホール素子を有するものであり、当
該磁気センサの磁極部材側とは反対側の面には、絶縁体
を介して、磁極部材の外部に漏れた磁束を集める磁性ア
モルファス板からなる集磁部材が積層されている。

ここで、電磁ソレノイドでは、コイルが励磁される
と、発生した磁束は磁極部材を通って所定方向に導かれ
ると共に磁力により可動部材が磁極部材へ吸引される。
そして、磁極部材に可動部材が吸着されると、磁極部材
から可動部材への磁路における磁気抵抗が減少するの
で、可動部材の吸着後には、その吸着前に比して、磁極
部材を通る磁束の密度が高くなると共に、磁極部材から
外部に漏れる磁束も増える。

そこで、本発明の電磁ソレノイド動作状態検出装置に
おいては、ケース内の磁気センサに積層された磁性アモ
ルファス板からなる集磁部材が、磁極部材から外部に漏
れた漏れ磁束を集めて、磁気センサに集中させ、磁気セ
ンサは、その漏れ磁束の磁束密度に比例した電圧を出力
する。よって、磁気センサから出力される電圧の増加に
より、可動部材が磁極部材に吸着されたことを検出でき
る。

一方、コイルの励磁が停止されて可動部材が吸引され
なくなると、磁束密度は、磁極部材の材質で定まる残留
磁束密度まで低下、そのため磁極部材からの漏れ磁束は
なくなる。すると、磁気センサからの出力電圧が低下
し、これにより、可動部材が磁極部材に吸引されなくな
ったことが検出される。

このように、本発明の電磁ソレノイド動作状態検出装
置によれば、磁極部材からの漏れ磁束を集める集磁部材
を積層した磁気センサを、非磁性体製のケースに収容
し、このケースを電磁ソレノイドの磁極部材の外部に取
り付けるようにしているため、従来装置のように電磁ソ
レノイドの磁力が落ちることもなく、また磁極部材の残
留磁化による誤動作もなく、電磁ソレノイドの動作状態
を正確に検出することができる。

しかも、本発明の電磁ソレノイド動作状態検出装置に
よれば、磁気センサとして、自らを通過する磁束の密度
に比例した電圧を出力するホール素子を有するものを用
い、その磁気センサを収容したケースを、磁極部材の外
部に取り付けるように構成されているため、直流駆動型
（DC型）及び交流駆動型（AC型）の何れの電磁ソレノイ
ドに対しても使用可能な動作状態検出装置を、極めて小
型化することができる上に、どの様な形状の電磁ソレノ
イドに対しても、非常に簡単に後付けすることができ
る。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。ま
ず、第１図は本発明が適用された電磁弁動作検出装置の
構造を表す説明図である。

図に示すように、電磁弁動作検出装置１は、磁電変換
素子であるホール素子を用いた磁気センサ３と、絶縁体
５を間にして磁気センサ３に積層された集磁部材７と、
磁気センサ３の出力に基づいて磁束密度の高低変化を表
示する表示回路９とから構成されて、非磁性体のケース
11に収められ電磁弁40の外側にねじ13で固定されてい
る。

磁気センサ３は、自らを通過する磁束の密度に比例し
た電圧（ホール電圧）を出力するもので、たとえば、ガ
リュウムひ素ホールセンサやインジュウム・アンチモン
ホールセンサが知られている（東芝社製のTHS102A、三
菱電機社製のSHS110など）。

集磁部材７は、磁束を自らに集中させる性質をもつ磁
性アモルファス7aの板を複数枚積層したもので、磁気セ
ンサ３の背後（図において磁気センサ３の真上）に位置
して磁束が磁気センサ３を通過しやすくなるようにして
いる。このため、磁気センサ３は微弱な磁界も検出こと
ができる。さらに、第２図に示すように、磁性アモルフ
ァス7aは、角形のヒステリシス特性をもち、残留磁気
（残留磁束密度Bm）が小さいという性質をもっているの
で、磁気センサ３を通る磁束が消滅したとき、その残留
磁化に磁気センサ３が反応することがない（磁性アモル
ファスには、たとえば、鉄・ニッケルのアモルファス合
金、鉄・コバルトのアモルファス合金が知られてい
る。） 第３図に示すように、表示回路９は、磁気センサ３の
出力電圧を増幅する差動増幅器20と、差動増幅器20の出
力をダイオードD1、D2、D3,D4、D5及びコンデンサC2で
全波整流する整流回路22と、整流回路22の出力電圧が所
定レベルを超えているときに正の電圧を出力するコンパ
レータ24と、コンパレータ24の電圧出力時にオンして赤
色発光ダイオードRDを点灯させるトランジスタQ1及びコ
ンパレータ24の出力がないときにオンして緑色発光ダイ
オードGDを点灯させるトランジスタQ2とを備えた信号回
路26とから構成されている。

整流回路22は、全波整流回路として構成され、一定極
性の直流電圧を出力するので、磁気センサ３を通る磁束
の方向が反転して磁気センサ３の出力の極性が変わって
も、コンパレータ20がオンオフ信号を出力できる。した
がって、後述の電磁ソレノイド47が交流駆動であって
も、コンパレータ24は磁気センサ３の出力変化に対応し
てオンオフ出力することができる。また、電磁ソレノイ
ド47が直流駆動の場合に駆動電源の極性が反転したとき
にも同様に作動する。

この表示回路９では、磁気センサ３を通る磁束の密度
が低いときには緑色発光ダイオードGDが点灯し、磁束密
度が所定レベルより高くなると、緑色発光ダイオードGD
が消えて赤色発光ダイオードRDが点灯するように作動す
る。赤色発光ダイオードRD及び緑色発光ダイオードGDの
点滅状態は、ケース11に表示窓11aが設けられているの
で、外部から見ることができる。また、赤色発光ダイオ
ードRDの点滅に同期した信号SIGはリード線28を介して
外部の機器（図示略）へ出力される。

つぎに、上記のように構成された電磁弁動作検出装置
１が取り付けられる電磁弁40について説明する。

第４図に示すように、電磁弁40は、コイル42、コイル
42のコアである固定鉄芯44、及びコイル42を包みコイル
42に生じた磁束を導く鉄製のシールドケース46からなる
電磁ソレノイド47と、可動部材としてのプランジャ48と
を主要部として構成され、コイル42が外部電源BATによ
り通電されると、電磁ソレノイド47の磁力でプランジャ
48が固定鉄芯44に吸着され、図において上方へ移動す
る。

なお、本実施例では固定鉄芯44及びシールドケース46
が磁極部材に相当する。

以下、電磁弁動作検出装置１による電磁弁の動作の検
出について説明する。

まず、コイル24が励磁されると、磁力でプランジャ48
が固定鉄芯44に吸引され、コイル42に生じた磁束は、固
定鉄芯44からエアギャップ50経て、プランジャ48、シー
ルドケース46を通るので、磁路は固定鉄芯44→シールド
ケース46→固定鉄芯44の閉ループとなり、そこに磁束は
閉じ込められる。しかし、エアギャップ50があるため、
その磁束密度は低い。またシールドケース46から僅かな
がら磁束が漏れ、この漏れ磁束は、シールドケース46の
上端近辺にある集磁部材７に引きつけられ分極して、磁
気センサ３を通る。

プランジャ48が固定鉄芯44に吸着されると、エアギャ
ップ50が消失し上記閉ループの磁気抵抗が減少するの
で、磁束密度が高くなると共に漏れ磁束も増える。ま
た、プランジャ48の吸着と共に弁座52が開いて左右の流
通路54、56が連通する。

すると、磁気センサ３の出力電圧が上昇してコンパレ
ータ24の出力によりトランジスタQ1がオンして赤色発光
ダイオードRDが点灯する（トランジスタQ2はオフして、
それまで点灯していた緑色発光ダイオードGDは消灯す
る）。

次に、コイル42への通電が遮断されると、磁束密度は
シールドケース46や固定鉄芯44の材質で定まる残留磁束
密度まで下がり、シールドケース46の外部に分極する磁
束も僅かとなると共に漏れ磁束はほとんどなくなる。一
方、集磁部材７の残留磁束密度も非常に小さいので、磁
気センサ３を通る磁束の密度はきわめて低くなる。ま
た、コイル42への通電遮断と同時に、プランジャ48を吸
引する磁力がなくなるので、プランジャ48が原位置に復
帰して左右の流通路54、56は遮断される。

すると、磁気センサ３の出力電圧は下がりコンパレー
タ24の出力停止により、トランジスタQ1がオフすると共
にトランジスタQ2がオンして、赤色発光ダイオードRD消
灯すると共に緑色発光ダイオードGDが点灯する。

上記したように本実施例は、集磁部材７が積層された
磁気センサ３をシールドケース46の外側に取り付けたの
で、従来のように電磁ソレノイド47の磁力が落ちること
もなく、またシールドケース46の残留磁化による磁気セ
ンサ３の誤動作もなく、プランジャ48の動作状態を正確
に検出することができる。また、集磁部材７を形成する
磁性アモルファス7aは、残留磁気が小さいという性質を
有しているので、その残留磁化に磁気センサ３が反応す
ることがなく、磁気センサ３は磁束密度の変化を正確に
検出することができる。

さらに、電磁弁動作検出装置１は、被検出機器に外づ
けするように構成されているので、既設の機器にも簡単
に取り付けることができる。

また、表示回路９の整流回路22が、全波整流回路とし
て構成され、磁気センサ３を通る磁束の方向が反転して
磁気センサ３の出力の極性が変わっても、一定極性の直
流電圧を出力するので、AC型ソレノイドとDC型ソレノイ
ドとのいずれについてもそれらの動作状態の検出が可能
である。

くわえて、電磁ソレノイド47の動作状態の検出信号を
外部へ出力できるので、その検出信号と外部電源BATの
通電検出信号との論理積をとることによって、電磁弁40
の故障（コイル42の断線実公昭やプランジャ48の動作不
能といった事故など）を自動検出することも可能であ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の電磁ソレノイド動作状
態検出装置によれば、磁極部材からの漏れ磁束を集める
集磁部材を積層した磁気センサを、非磁性体製のケース
に収容し、このケースを電磁ソレノイドの磁極部材の外
部に取り付けるようにしているため、従来装置のように
電磁ソレノイドの磁力が落ちることもなく、また磁極部
材の残留磁化による誤動作もなく、電磁ソレノイドの動
作状態を正確に検出することができる。

しかも、本発明の電磁ソレノイド動作状態検出装置に
よれば、磁気センサとして、自らを通過する磁束の密度
に比例した電圧を出力するホール素子を有するものを用
い、その磁気センサを収納したケースを、磁極部材の外
部に取り付けるように構成されているため、DC型及びAC
型の何れの電磁ソレノイドに対しても使用可能な動作状
態検出装置を、極めて小型化することができる上に、ど
の様な形状の電磁ソレノイドに対しても、非常に簡単に
後付けすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の電磁弁動作検出装置の構造を表す説明
図、第２図は磁性アモルファスの磁気履歴曲線を示すグ
ラフ、第３図は表示回路の電気回路図、第４図は磁気セ
ンサを電磁弁に取り付けた状態を表す説明図である。 １……電磁弁動作検出装置 ３……磁気センサ、７……集磁部材 ９……表示回路、40……電磁弁 42……コイル、44……固定鉄芯 46……シールドケース、47……電磁ソレノイド 48……プランジャ 7a……磁性アモルファス、11……ケース

フロントページの続き (72)発明者 西 勝良 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ株式会社内 (72)発明者 石原 孝行 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−306604（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−53928（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルと、該コイルに生じた磁束を所定方
   向へ導く磁極部材と、該磁極部材により吸引される可動
   部材と、を備えた電磁ソレノイドに取り付けられ、該電
   磁ソレノイドの動作状態を検出する電磁ソレノイド動作
   状態検出装置であって、 上記磁極部材の外部に取り付けられる非磁性体製のケー
   スと、 該ケースの内部に収容され、自らを通過する磁束の密度
   に比例した電圧を出力するホール素子を有する磁気セン
   サと、 を備えると共に、 上記磁気センサの上記磁極部材側とは反対側の面には、
   絶縁体を介して、上記磁極部材の外部に漏れた磁束を集
   める磁性アモルファス板からなる集磁部材が積層されて
   いること、 を特徴とする電磁ソレノイド動作状態検出装置。