JP4104307B2

JP4104307B2 - Switching valve control device

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Publication number: JP4104307B2
Application number: JP2001255978A
Authority: JP
Inventors: 靖久大嶋; 浩一青山; 鈴木　　茂; 純子関; 孝彦伊東
Original assignee: Yukigaya Institute Co Ltd
Current assignee: Yukigaya Institute Co Ltd
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: JP2003065455A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ムービングコイルを用いた切換弁（高速度切換弁）に付設される切換弁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
〔ソレノイドバルブ〕
一般に、油圧バルブとしては、ソレノイドバルブが用いられている。ソレノイドバルブは、ソレノイドの付勢によって可動鉄芯を作動させ、この可動鉄芯によってプランジャの一端を打撃することにより、プランジャを軸方向へ移動させて油路を切り換える。このため、ソレノイドバルブでは、高頻度に反復作動を行う場合、可動鉄芯の衝撃による騒音，振動が大となる。また、可動鉄芯を介するために、作動遅れが避けられず、高速度で油路の切り換えを行うことができない。
【０００３】
〔高速度切換弁（ムービングバルブ）〕
そこで、高頻度反復高速作動に適する切換弁として、特公昭４５−３４３５１号公報（文献１）などにより、ムービングコイルを用いた高速度切換弁（以下、ムービングバルブと呼ぶ）が提案されている。図９に従来のムービングバルブの概略を示す。同図において、１０１はバルブ本体、１０２はサブブロック、１０３はコーンフランジ、１０４は外側ヨーク、１０５はセンタヨークであり、これらは止めねじによって一体的に組み合わされている。
【０００４】
バルブ本体１０１内にはスプール１０７が組み込まれている。スプール１０７は、両側に設けられたスプリングアダプタ１０８，１０８との間に介装されたスプリング１０９，１０９によって、軸方向へ移動可能にバルブ本体１０１内に保持されている。また、スプール１０７の一端には、ムービングコイル１１２が止めねじ１１０により一体的に連結されている。ムービングコイル１１２はボビン１１２−１とボビン１１２−１に巻かれた巻線１１２−２とによって構成されている。外側ヨーク１０４とセンタヨーク１０５との間には励磁コイル１１３が設けられている。
【０００５】
１１４は励磁コイル１１３への電源供給用の端子、１１５はムービングコイル１１２への電源供給用の端子、１１６は冷却用オイルの入口、１１７は冷却用オイルの出口、１１９〜１２４は外部への漏油を防ぐＯリング、１２５は油圧回路の圧力入口（Ａポート）、１２６，１２７は油圧回路の圧力出口（Ｂポート，Ｃポート）である。
【０００６】
〔動作原理〕
端子１１４を介して励磁コイル１１３へ電源を供給する。これにより、励磁コイル１１３へ電流が流れ、この電流によって励磁コイル１１３が磁界を発生し、センタヨーク１０５および外側ヨーク１０４を磁路とする磁気回路が形成され、この磁気回路中の磁界がムービングコイル１１２の巻線１１２−２と直交する。この状態で、端子１１５を介してムービングコイル１１２に電源を供給すると、ムービングコイル１１２の巻線１１２−２に駆動電流が流れ、このムービングコイル１１２の巻線１１２−２を流れる駆動電流と直交する磁界との相互作用によって力（ローレンツ力）が発生する。このローレンツ力によってムービングコイル１１２およびこのムービングコイル１１２に連結されたスプール１０７が移動する。ローレンツ力の方向はムービングコイル１１２の巻線１１２−２を流れる電流の方向によって異なる。
【０００７】
例えば、ムービングコイル１１２の巻線１１２−２に図示Ａ方向への駆動電流を流すと、このＡ方向への駆動電流と直交する磁界との相互作用によって発生するローレンツ力によりスプール１０７がムービングコイル１１２とともに図示左方向へ移動し、Ａポート１２５とＣポート１２７とが連通状態となる。ムービングコイル１１２の巻線１１２−２に図示Ｂ方向への駆動電流を流すと、このＢ方向への駆動電流と直交する磁界との相互作用によって発生するローレンツ力によりスプール１０７がムービングコイル１１２とともに図示右方向へ移動し、Ａポート１２５とＢポート１２６とが連通状態となる。
【０００８】
このムービングバルブ１００では、その動作原理から分かるように、ムービングコイル１１２で直接スプール１０７が駆動されるので、ソレノイドバルブのような可動鉄芯の衝撃による騒音，振動などがなく、また作動遅れも生じず、高速度で油路を切り換えることが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このムービングバルブ１００において、油路の切り換え動作の開始から実際に切り換えられるまでの期間に着目した場合、すなわちスプール１０７の移動を開始してから移動を終了するまでの移動期間に着目した場合、その移動期間の全てにおいてムービングコイル１１２の巻線１１２−２に駆動電流を供給するようにしているため、消費電力が大きいという問題があった。最近では、ムービングバルブをメインバルブとして用いることも考えられており、メインバルブではさらに大電力を必要とする。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、理想的には電力エネルギーを使用せず、高効率で、ムービングバルブを駆動することの可能な切換弁制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、ムービングコイルの巻線に駆動電流を供給し、この巻線を流れる駆動電流と交叉する磁界との相互作用によってムービングコイルおよびスプールを駆動する駆動手段と、この駆動手段によるムービングコイルおよびスプールの駆動中、ムービングコイルとスプールとを連結するシャフトに取り付けられている磁性体に形成されたノッチの位置に基づいて移動開始地点と停止目標地点との間のほゞ中央にスプールが位置したことを検出し、ムービングコイルの巻線への駆動電流を遮断する駆動電流遮断手段と、駆動電流を遮断した後に軸線に沿って直線運動するムービングコイルと交叉する磁界との相互作用によってムービングコイルの巻線に流れる電流を回生電流として形成する回生手段とを設けたものである。
【００１２】
この発明によれば、ムービングコイルの巻線に駆動電流を流すと、この巻線を流れる駆動電流と交叉する磁界との相互作用によって力（ローレンツ力）が発生し、このローレンツ力によってムービングコイルおよびこのムービングコイルに連結されたスプールが加速移動する。そして、ムービングコイルとスプールとを連結するシャフトに取り付けられている磁性体に形成されたノッチの位置に基づいて移動開始地点と停止目標地点との間のほゞ中央にスプールが位置したことが検出され、ムービングコイルの巻線への駆動電流が遮断される。
駆動電流を遮断した後もムービングコイルおよびスプールは慣性によって軸線に沿って運動するが、ムービングコイルと交叉する磁界との相互作用によってムービングコイルの巻線に誘導電流（回生電流）が流れる。
その結果、駆動電流によってムービングコイルおよびスプールに与えられた運動エネルギーが電気エネルギーとして電源等へ還元されるとともに、直線運動を続けるムービングコイルおよびスプールは回生制動によって減速する。
【００１３】
なお、駆動電流を一定の電流とすれば、回路抵抗の電力損失を最小限に抑え、ムービングコイルおよびスプールを効率良く駆動することができる。また、回生電流を一定の電流とすれば、回路抵抗の電力損失を最小限に抑え、効率の良い回生が実現される。
また、駆動電流の遮断のタイミングをスプールの移動開始地点と停止目標地点との間のほゞ中央とすることにより、最短の時間でスプールを停止目標地点まで移動させると同時に、理想的には電力エネルギーを使用せず、高効率で、ムービングバルブを駆動することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る切換弁制御装置の一実施の形態が付設されるムービングバルブの概略を示す側断面図である。同図において、１はバルブ本体、２はサブブロック、３はカバー、４は上蓋、５はセンターヨーク、６は外側ヨーク、７はセンタヨーク５と外側ヨーク６との間に設けられた永久磁石（マグネット）であり、これらは止めねじによって一体的に組み合わされている。
【００１５】
バルブ本体１内にはスプール８が組み込まれている。スプール８はシャフト９に４本のスプリングカップラ９−１を介して取り付けられている。シャフト９の先端はサブブロック２に設けられた貫通孔２−１に挿通されている。貫通孔２−１の内壁面とシャフト９の外周面との間にはＯリング１０が設けられている。貫通孔２−１の一端側の開口２−１ａは大気に開放されている。この開口２−１の大気への開放により、スプール８の移動に伴う内部の油圧圧力の変化が是正され、急峻な圧力変化が生じなくなる。
【００１６】
また、シャフト９の後端部はセンタヨーク５の中央部に設けられた貫通孔５−１を通してセンタヨーク５と上蓋４との間の中空部１１に位置している。シャフト９の外周面と貫通孔５−１の内壁面との間にはＯリング１２が設けられている。また、中空部１１に位置するシャフト９の後端部にはムービングコイル１３が固定されている。ムービングコイル１３は、ボビン１３−１とボビン１３−１に巻かれた巻線１３−２とによって構成されている。
【００１７】
本実施の形態では、センタヨーク５と外側ヨーク６とマグネット７とでステータが構成されており、マグネット７を磁界の発生源とし、センタヨーク５および外側ヨーク６を磁路とする磁気回路が形成されている。そして、この磁気回路中の磁界とその巻線１３−２が直交するように、ムービングコイル１３が設けられている。また、ムービングコイル１３の巻線１３−２の軸線方向に移動可能にスプール８がバルブ本体１内に保持されており、ムービングコイル１３はシャフト９を介してスプール８に連結されている。
【００１８】
シャフト９の後端には円筒状の磁性体１５が嵌入されている。この磁性体１５の長さはスプール８の移動ストローク長Ｌ（後述）と等しくされている。磁性体１５の長さ方向の中央位置（Ｌ／２の位置）にはノッチ１５−１が形成されている（図２参照）。また、センタヨーク５と上蓋４との間の中空部１１にはセンサコネクタ１６が上蓋４側から挿入セットされており、このセンサコネクタ１６の中央部に設けられたガイド孔１６−１に、磁性体１５が嵌入されたシャフト９の後端が挿入されている。センサコネクタ１６には磁気センサ（例えば、磁気抵抗素子）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が設けられている。
【００１９】
１７はムービングコイル１３への電源供給用の端子、１８は磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの検出信号取出用の端子、１９は油圧回路の圧力入口（Ａポート）、２０は油圧回路の圧力出口（Ｂポート）、２１はドレインポート（タンクポート）である。
【００２０】
図１に示した状態は、スプール８の図示矢印Ｒ方向（リバース方向）への移動（後述）によってＡポート１９とＢポート２０とを連通させた状態（第１の切換状態）を示しており、この第１の切換状態においてシャフト９の後端に嵌入された磁性体１５の左端に対向位置するように磁気センサＳ２が、右端に対向位置するように磁気センサＳ３が配置されている。
【００２１】
また、この第１の切換状態からのスプール８の図示矢印Ｆ方向（フォワード方向）への移動（後述）によってＡポート１９とＢポート２０とを非連通状態（第２の切換状態）としたとき、この第２の切換状態においてシャフト９の後端に嵌入された磁性体１５の左端に対向位置するように磁気センサＳ１が、右端に対向位置するように磁気センサＳ２が配置されている。
【００２２】
このムービングバルブ２００には制御回路３００（図２参照）が付設されている。制御回路３００は、直流電源３０１と、コントローラ（双方向電流制御部）３０２と、切り替えスイッチ部３０３と、センス信号処理部３０４と、主制御部３０５と、電流センサ３０６とを備えている。
【００２３】
コントローラ３０２は、昇降圧双方向コンバータとして電気回路では一般的に使用されているものであり、ａ点，ｂ点の電圧に依存せずａ→ｂ又はｂ→ａ方向に定電流を供給できる電流制御回路である。本実施の形態において、コントローラ３０２は、主制御部３０５からの指示に従い選択的に双方向の定電流制御を行う。切り替えスイッチ部３０３は、Ｈブリッジにより構成され、主制御部３０５からの指示に従いムービングコイル１３に印加する電圧方向を切り替える。
【００２４】
電流センサ３０６はムービングコイル１３に流れる電流を検出する。センス信号処理部３０４は、電流センサ３０６からの検出電流を入力とし、コントローラ３０２を定電流動作させるための電流センスを行い、主制御部３０５へ状態通知を行う。また、センス信号処理部３０４は、磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの検出信号に基づいてスプール８の位置を検出し、主制御部３０５へ通知する。主制御部３０５は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）、Ｉ／Ｏより構成され、定電流制御、スプール駆動制御を行う。
【００２５】
なお、ムービングバルブ２００において、磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３と磁性体１５とによってスプール位置検出部４００が構成されている。本実施の形態の切換弁制御装置は、このスプール位置検出部４００と制御回路３００とを構成要素とし、図３にスプール８の移動速度ｖ（特性Ｉ）、ムービングコイル１３に流れる電流ｉ（特性II）、スプール８のストローク位置Ｓ（特性III ）を示すような制御方式で動作する。以下、この図３に従う制御動作について説明する。
【００２６】
図１に示した第１の切換状態でのスプール８の移動位置をストローク位置Ｓ＝０とする。この第１の切換状態において、主制御部３０５へ第２の切換状態への切換指令（フォワード制御指令）を送ると、主制御部３０５はコントローラ３０２へａ→ｂ方向への定電流制御指令を送ると共に、切り替えスイッチ部３０３をｃ点を＋、ｄ点を−とする直流電源３０１からの電圧印加モードとする。すなわち、ｃ→ｄ方向への電流供給モードとする。
【００２７】
これにより、コントローラ３０２における定電流制御が開始され、切り替えスイッチ部３０３を介してムービングコイル１３の巻線１３−２へ定電流（＋ｉ）が供給される。なお、この定電流制御に際して、主制御部３０５はセンス信号処理部３０４を介してムービングコイル１３の巻線１３−２に流れる電流（＋ｉ）を監視し、この電流（＋ｉ）が予め定められた一定値となるようにコントローラ３０２へ制御指令を送る。
【００２８】
ムービングコイル１３へ定電流（＋ｉ）が供給されると、すなわちムービングコイル１３の巻線１３−２へ駆動電流（＋ｉ）が流れると、この巻線１３−２を流れる駆動電流と直交する磁界（マグネット７を発生源とする磁界）との相互作用によりローレンツ力が発生する。このローレンツ力によってムービングコイル１３がマグネット７側へ移動し、シャフト９を介してスプール８がＦ方向へ加速移動し始める（図３に示すｔ０点）。
【００２９】
ここで、可動部（スプール，ムービングコイル，シャフトなど共に動く部分）の質量をＭ（ｋｇ）、加速度をα（ｍ／ｓ²）としたとき、運動部の力Ｆは、
Ｆ＝Ｍ・α（Ｎ）・・・・（１）
と表される。
次に、ムービングコイル１３に一定電流Ｉ（Ａ）を流したとき、磁束密度をＢ（Ｔ），線材長をＬ（ｍ）とすると、電磁力は、
Ｆ＝Ｂ・Ｌ・Ｉ（Ｎ）・・・・（２）
と表される。
したがって、上記（１）および（２）式により、加速度αは、
α＝Ｆ／Ｍ＝Ｂ・Ｌ・Ｉ／Ｍ（ｍ／ｓ²）・・・・（３）
と表される。
【００３０】
また、可動部の速度ｖはｖ＝αｔ、可動部の移動距離Ｘは速度を時間ｔで積分した値となることから、
Ｘ＝∫αｔｄｔ＝（１／２）・αｔ²＋Ｃ・・・・（４）
と表される。
この場合、停止位置からのスタートであるから、Ｃ＝０となり、
Ｘ＝（１／２）・αｔ² ・・・・（５）
となる。
【００３１】
スプール８が加速移動し、そのストローク位置Ｓが第１の切換状態（移動開始地点）から第２の切換状態（停止目標地点）までの移動ストローク長Ｌの１／２（Ｓ＝Ｌ／２）に達すると（図３に示すｔ１点）、磁気センサＳ２が磁性体１５のノッチ１５−１を検出し、その検出信号をセンス信号処理部３０４を介して主制御部３０５へ送る。
【００３２】
この磁気センサＳ２からの検出信号を受けて、主制御部３０５は、コントローラ３０２へ、それまでのａ→ｂ方向への定電流制御指令に代えて、ｂ→ａ方向への定電流制御指令を送る。なお、この時、切り替えスイッチ部３０３は、ｃ点を＋、ｄ点を−とする直流電源３０１からの電圧印加モードとしたままとする。
【００３３】
コントローラ３０２は、ｂ→ａ方向への定電流制御指令が与えられると、ムービングコイル１３への駆動電流（＋ｉ）の供給を遮断する。ムービングコイル１３は、駆動電流（＋ｉ）の供給が断たれた後も、スプール８とともに慣性によって軸線方向に沿って直線運動する。この時、ムービングコイル１３と直交する磁界（マグネット７を発生源とする磁界）との相互作用によりムービングコイル１３の巻線１３−２にそれまでとは逆方向の誘導電流（−ｉ）が流れ、この誘導電流（−ｉ）が切り替えスイッチ部３０３→コントローラ３０２の経路で直流電源３０１に回生される。
【００３４】
この際、コントローラ３０２は、直流電源３０１へ回生する誘導電流すなわち回生電流（−ｉ）を定電流とする。なお、この定電流制御に際して、主制御部３０５はセンス信号処理部３０４を介してムービングコイル１３に流れる回生電流（−ｉ）を監視し、この回生電流（−ｉ）が予め定められた一定値となるようにコントローラ３０２へ制御指令を送る。
【００３５】
この結果、駆動電流（＋ｉ）によってムービングコイル１３およびスプール８に与えられた運動エネルギーが電気エネルギーとして直流電源３０１へ還元されるとともに、直線運動を続けるムービングコイル１３およびスプール８は回生制動によって減速する。
【００３６】
この場合、スプール８のストローク位置ＳがＬ／２に達したときにムービングコイル１３への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断されるので、理想状態では（半導体素子、コイル抵抗等のロスを無視）、加速時にムービングコイル１３に与えられた運動エネルギーと減速時に直流電源３０１に回生される電気エネルギーとが等しくなる。
【００３７】
これにより、スプール８はムービングコイル１３への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断された位置からＬ／２移動した位置、すなわちストローク位置Ｓ＝０から移動ストローク長Ｌだけ移動した位置（停止目標地点）に停止し（図３に示すｔ２点）、Ａポート１９とＢポート２０とがスプール８によって非連通状態とされる。
【００３８】
このスプール８の移動過程において、加速時にムービングコイル１３に与えられた運動エネルギーは減速時に電気エネルギーとして直流電源３０１に回生されるので、理想的には電力エネルギーが消費されることがなく、高効率で、ムービングバルブ２００の駆動が行われるものとなる。
【００３９】
また、本実施の形態では、駆動電流（＋ｉ）を一定の電流としているので、回路抵抗の電力損失を最小限に抑え、ムービングコイル１３およびスプール８を効率良く駆動することができる。すなわち、回路抵抗をＲとし、流れる電流をＩとした場合、電力損失はＩ²Ｒとなることから、電流Ｉが変動すると電力損失が大きく変化し、電力損失が大きくなる。このため、本実施の形態では、駆動電流（＋ｉ）を一定の電流とすることによって、電力損失を最小限に抑えている。また、回生電流（−ｉ）についても一定の電流としているので、回路抵抗の電力損失が最小限に抑えられ、効率の良い回生が実現される。
【００４０】
また、前述した（３）式から分かるように、加速度αはムービングコイル１３の巻線１３−２に流れる駆動電流（＋ｉ）の大きさによって変化する。したがって、駆動電流（＋ｉ）の設定によって、加速度αを適切な値として定めることができる。なお、駆動電流（＋ｉ）の設定値を可変とすれば、加速度αを自由に調整することが可能である。
【００４１】
また、本実施の形態において、スプール８が停止目標地点に停止した状態では、ムービングコイル１３に流れる電流は零となり、電力は消費されない。また、実際のバルブ制御においては電気的、メカ的損失を伴うためスプール８の停止位置はサーボ制御等による調整が必要となる。すなわち、主制御部３０５は、センス信号処理部３０４を介する磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの検出信号に基づき、スプール８が停止目標地点からずれないように停止位置決めサーボ制御を行う。
【００４２】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に磁気センサＳ３，Ｓ２，Ｓ１からの検出信号を電圧値に変換した波形（電圧波形）を示す。スプール８のストローク位置ＳがＬ／２に達するｔ１点では、磁気センサＳ２に磁性体１５のノッチ１５−１が対向するので、磁気センサＳ２からの電圧波形が窪む。この磁気センサＳ２からの電圧波形の変化から主制御部３０５はスプール８のストローク位置ＳがＬ／２に達したことを知る。スプール８のストローク位置ＳがＬ（停止目標地点）に達するｔ２点では、磁気センサＳ２からの出力電圧が低下し、磁気センサＳ１からの出力電圧が上昇する。
【００４３】
スプール８が停止目標地点に停止した状態では、磁気センサＳ２からの電圧波形の値と磁気センサＳ１からの電圧波形の値とは等しくなる。この状態から、何らかの要因により、スプール８がストローク位置Ｓ＝０の方向へ動くと、磁気センサＳ１からの出力が小さくなり、磁気センサＳ２からの出力が大きくなる。また、スプール８が停止目標地点からストローク位置Ｓ＝０の方向とは反対の方向へ動くと、磁気センサＳ１からの出力が大きくなり、磁気センサＳ２からの出力が小さくなる。
【００４４】
主制御部３０５は、この磁気センサＳ１，Ｓ２からの出力が予め定められた一定値となるように、ムービングコイル１３へ電流を供給する。スプール８が停止目標地点の手前で停止したり、停止目標地点をオーバして停止した場合にも、同様にして停止位置決めサーボ制御が行われる。この停止位置決めサーボ制御については後述する制御回路３００の具体例でより詳細に説明する。
【００４５】
なお、この実施の形態では、スプール８のストローク位置ＳがＬ／２に達したときにムービングコイル１３の巻線１３−２への駆動電流（＋ｉ）の供給を遮断するようにしたが、必ずしもＬ／２に達したときでなくてもよい。例えば、エネルギーのロスを考慮し、スプール８のストローク位置ＳがＳ＝（Ｌ／２）＋ΔＬに達したときに、ムービングコイル１３の巻線１３−２への駆動電流（＋ｉ）の供給を遮断するようにしてもよい。また、駆動電流（＋ｉ）や回生電流（−ｉ）は、必ずしも一定電流としなくてもよい。
【００４６】
また、この実施の形態では、スプール８を第１の切換状態から第２の切換状態へ移動させる場合（フォワード制御）について説明したが、スプール８を第２の切換状態から第１の切換状態へ移動させる場合（リバース制御）についてもフォワード制御と同様の制御が行われる。
【００４７】
すなわち、ストローク位置ＳがＳ＝ＬからＳ＝Ｌ／２に達するまでの間は駆動電流（＋ｉ）を供給し、ムービングコイル１３およびスプール８を加速移動させる。そして、Ｓ＝Ｌ／２に達した時点で駆動電流（＋ｉ）を遮断し、ストローク位置ＳがＳ＝Ｌ／２からＳ＝０に達するまでの間は回生電流（−ｉ）を流し、ムービングコイル１３およびスプール８に与えられた運動エネルギーを電気エネルギーとして直流電源３０１へ還元するともにスプール８を減速させる。
【００４８】
また、この実施の形態では、マグネット７からの磁界とムービングコイル１３の巻線１３−２とを直交させるようにしたが、ローレンツ力や誘導電流が得られればよく、必ずしも直交させなくてもよい。
また、この実施の形態では、電流（−ｉ）を直流電源３０１に回生するようにしたが、他の負荷へ回生するようにしてもよい。
【００４９】
〔制御回路３００の具体例〕
図５に図２に示した制御回路３００の具体例を示す。この制御回路３００において、コントローラ（双方向電流制御部）３０２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１およびＦＥＴ２と、コイルＬ１と、コンデンサＣ１と、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とから構成されている。
切り替えスイッチ部（Ｈブリッジ）３０３はＦＥＴＡ，ＦＥＴＢ，ＦＥＴＣ，ＦＥＴＤと、それぞれのＦＥＴに接続されたフライホイーリングダイオードＤ_A，Ｄ_B，Ｄ_C，Ｄ_Dとから構成されている。
【００５０】
主制御部３０５は、ＣＰＵ３０５−１と、ＲＯＭ３０５−２と、ＲＡＭ３０５−３と、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４と、入出力部（Ｉ／Ｏ）３０５−５と、スイッチング素子駆動回路３０５−６とから構成されている。
センス信号処理部３０４はＡＤ変換器３０４−１とセンサ入力部３０４−２とから構成されている。ＡＤ変換器３０４−１には、電流センサ３０６が検出するムービングコイル１３に流れる電流と、センサ入力部３０４−２を介する磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの検出信号とが与えられる。
【００５１】
図６にこの制御回路３００における定電流制御／Ｈブリッジ制御の真理値表を示す。図７にフォワード制御に際する各部の出力波形を示す。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は入出力部３０５−５のポートＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄからの出力波形、図７（ｅ）は電流センサ３０６からの出力波形（Ｐ１端子からの出力波形）、図７（ｆ）はスイッチング素子駆動回路３０５−６からのＦＥＴ１のゲートへの出力波形（Ｐ２端子からの出力波形）、図７（ｇ）はスイッチング素子駆動回路３０５−６からのＦＥＴ２のゲートへの出力波形（Ｐ３端子からの出力波形）、図７（ｈ）はＦＥＴ１のソース電圧波形（Ｐ４点の電圧波形）、図７（ｉ）はコンデンサＣ１の電圧波形（Ｐ５点の電圧波形）である。
【００５２】
〔フォワード制御：加速〕
図１に示した第１の切換状態でのスプール８の移動位置をストローク位置Ｓ＝０とする。この第１の切換状態において、主制御部３０５のＣＰＵ３０５−１へフォワード制御指令を送ると、ＣＰＵ３０５−１は入出力部３０５−５のＦＷ制御ポートＰａを「Ｈ」レベルとするとともに（図７（ａ）に示すｔ１点）、加速制御ポートＰｃを「Ｈ」レベルとする（図７（ｃ）に示すｔ２点）。
【００５３】
ＦＷ制御ポートＰａが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、Ｈブリッジ３０３のＦＥＴＡとＦＥＴＢをＯＮとする。加速制御ポートＰｃが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号をＦＥＴ１のゲートへ与え、ＦＥＴ１をチョッピング制御し始める（図７（ｆ）のｔ３点）。
【００５４】
これにより、ＦＥＴ１がＯＮの期間は、直流電源３０１の正極性側→ＦＥＴ１→コイルＬ１→ＦＥＴＡ→ムービングコイル１３→ＦＥＴＢ→直流電源３０１の負極性側の経路で電流が流れ、ＦＥＴ１がＯＦＦの期間は、コイルＬ１→ＦＥＴＡ→ムービングコイル１３→ＦＥＴＢ→ダイオードＤ２の経路で電流が流れる。この際、ムービングコイル１３に流れる電流は電流センサ３０６により検出され、ＡＤ変換器３０４−１を介してＣＰＵ３０５−１へ与えられる。ＣＰＵ３０５−１は、電流センサ３０６によって検出される電流が予め定められている一定値となるように、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。
【００５５】
これにより、ムービングコイル１３の巻線１３−２へ定電流（＋ｉ）、すなわち駆動電流（＋ｉ）が供給されるようになる。ムービングコイル１３の巻線１３−２へ駆動電流（＋ｉ）が流れると、ローレンツ力が発生し、ムービングコイル１３とともにスプール８がフォワード方向へ加速移動し始める。
【００５６】
〔フォワード制御：減速〕
スプール８が加速移動し、そのストローク位置Ｓが第１の切換状態（移動開始地点）から第２の切換状態（停止目標地点）までの移動ストローク長Ｌの１／２（Ｓ＝Ｌ／２）に達すると、磁気センサＳ２が磁性体１５のノッチ１５−１を検出し、その検出信号をセンス信号処理部３０４へ与える。センス信号処理部３０４では、磁気センサＳ２からの検出信号をセンサ入力部３０４−２を介して取り込み、ＡＤ変換器３０４−１によりデジタル値に変換したうえ、ＣＰＵ３０５−１へ送る。
【００５７】
ＣＰＵ３０５−１は、センス信号処理部３０４を介する磁気センサＳ２からの検出信号を受けて、入出力部３０５−５のＦＷ制御ポートＰａを「Ｈ」レベルに維持したまま、加速制御ポートＰｃを「Ｌ」レベルとするとともに（図７（ｃ）に示すｔ４点）、減速制御ポートＰｄを「Ｈ」レベルとする（図７（ｄ）に示すｔ５点）。加速制御ポートＰｃが「Ｌ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＦＥＴ１のチョッピング制御を停止する（図７（ｆ）に示すｔ４点）。減速制御ポートＰｄが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号をＦＥＴ２のゲートへ与え、ＦＥＴ２をチョッピング制御し始める（図７（ｇ）のｔ５点）。
【００５８】
ＦＥＴ１のチョッピング制御が停止されると、すなわちＦＥＴ１がＯＦＦとされると、ムービングコイル１３の巻線１３−２への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断される。ムービングコイル１３は、駆動電流（＋ｉ）の供給が断たれた後も、スプール８とともに慣性によって軸線方向に沿って直線運動する。この時、ムービングコイル１３の巻線１３−２には、それまでとは逆方向の誘導電流（−ｉ）が流れる。
【００５９】
この誘導電流（−ｉ）は、ＦＥＴ２がＯＦＦの期間は、ムービングコイル１３→ＦＥＴＡ→コイルＬ１→ダイオードＤ１→直流電源３０１の正極性側→直流電源３０１の負極性側→ＦＥＴＢ→ムービングコイル１３の経路で直流電源３０１に回生され、ＦＥＴ２がＯＮの期間はムービングコイル１３→ＦＥＴＡ→コイルＬ１→ＦＥＴ２→ＦＥＴＢ→ムービングコイル１３の経路で流れる。
【００６０】
この際、ムービングコイル１３に流れる電流は電流センサ３０６により検出され、ＡＤ変換器３０４−１を介してＣＰＵ３０５−１へ与えられる。ＣＰＵ３０５−１は、電流センサ３０６によって検出される電流が予め定められている一定値となるように、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。これにより、直流電源３０１に回生される誘導電流、すなわち回生電流（−ｉ）が定電流とされる。
【００６１】
この結果、駆動電流（＋ｉ）によってムービングコイル１３およびスプール８に与えられた運動エネルギーが電気エネルギーとして直流電源３０１へ還元されるとともに、直線運動を続けるムービングコイル１３およびスプール８は回生制動によって減速する。
【００６２】
この場合、スプール８のストローク位置ＳがＬ／２に達したときにムービングコイル１３への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断されるので、理想状態では（半導体素子、コイル抵抗等のロスを無視）、加速時にムービングコイル１３に与えられた運動エネルギーと減速時に直流電源３０１に回生される電気エネルギーとが等しくなる。
【００６３】
これにより、スプール８はムービングコイル１３への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断された位置からＬ／２移動した位置、すなわちストローク位置Ｓ＝０から移動ストローク長Ｌだけ移動した位置（停止目標地点）に停止する。この状態では、コンデンサＣ１の充電電圧が０Ｖとなり（図７（ｉ）に示すｔ６点）、ムービングコイル１３に流れる電流は零となる。したがって、スプール８が停止目標地点に停止した状態では、電力は消費されない。
【００６４】
また、ＣＰＵ３０５−１は、停止目標地点に停止したことを磁気センサＳ１，Ｓ２からの検出信号に基づいて認識し、入出力部３０５−５のＦＷ制御ポートＰａ、減速制御ポートＰｄをともに「Ｌ」レベルとする。これにより、Ｈブリッジ３０３におけるＦＥＴＡ，ＦＥＴＢがＯＦＦとされ、ＦＥＴＡ，ＦＥＴＢ，ＦＥＴＣ，ＦＥＴＤの全てがＯＦＦ状態とされる。また、ＦＥＴ２のチョッピング制御が停止され、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２がＯＦＦ状態とされる。
【００６５】
〔リバース制御：加速〕
リバース制御においても、すなわちスプール８を第２の切換状態から第１の切換状態へ移動させる場合においても、フォワード制御と同様の制御が行われる。第２の切換状態において、主制御部３０５のＣＰＵ３０５−１へリバース制御指令を送ると、ＣＰＵ３０５−１は入出力部３０５−５のＲＶ制御ポートＰｂを「Ｈ」レベルとし、加速制御ポートＰｃを「Ｈ」レベルとする。
【００６６】
ＲＶ制御ポートＰｂが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、Ｈブリッジ３０３のＦＥＴＣとＦＥＴＤをＯＮとする。加速制御ポートＰｃが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号をＦＥＴ１のゲートへ与え、ＦＥＴ１をチョッピング制御し始める。
【００６７】
これにより、ＦＥＴ１がＯＮの期間は、直流電源３０１の正極性側→ＦＥＴ１→コイルＬ１→ＦＥＴＣ→ムービングコイル１３→ＦＥＴＤ→直流電源３０１の負極性側の経路で電流が流れ、ＦＥＴ１がＯＦＦの期間は、コイルＬ１→ＦＥＴＣ→ムービングコイル１３→ＦＥＴＤ→ダイオードＤ２の経路で電流が流れる。この際、ムービングコイル１３に流れる電流は電流センサ３０６により検出され、ＡＤ変換器３０４−１を介してＣＰＵ３０５−１へ与えられる。ＣＰＵ３０５−１は、電流センサ３０６によって検出される電流が予め定められている一定値となるように、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。
【００６８】
これにより、ムービングコイル１３の巻線１３−２へ定電流（＋ｉ）、すなわち駆動電流（＋ｉ）が供給されるようになる。ムービングコイル１３の巻線１３−２へ駆動電流（＋ｉ）が流れると、ローレンツ力が発生し、ムービングコイル１３とともにスプール８がリバース方向へ加速移動し始める。
【００６９】
〔リバース制御：減速〕
スプール８が加速移動し、そのストローク位置Ｓが第２の切換状態（移動開始地点）から第１の切換状態（停止目標地点）までの移動ストローク長Ｌの１／２（Ｓ＝Ｌ／２）に達すると、磁気センサＳ２が磁性体１５のノッチ１５−１を検出し、その検出信号をセンス信号処理部３０４へ与える。センス信号処理部３０４では、磁気センサＳ２からの検出信号をセンサ入力部３０４−２を介して取り込み、ＡＤ変換器３０４−１によりデジタル値に変換したうえ、ＣＰＵ３０５−１へ送る。
【００７０】
ＣＰＵ３０５−１は、センス信号処理部３０４を介する磁気センサＳ２からの検出信号を受けて、入出力部３０５−５のＲＶ制御ポートＰｂを「Ｈ」レベルに維持したまま、加速制御ポートＰｃを「Ｌ」レベルとし、減速制御ポートＰｄを「Ｈ」レベルとする。加速制御ポートＰｃが「Ｌ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＦＥＴ１のチョッピング制御を停止する。減速制御ポートＰｄが「Ｈ」レベルとなると、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号をＦＥＴ２のゲートへ与え、ＦＥＴ２をチョッピング制御し始める。
【００７１】
ＦＥＴ１のチョッピング制御が停止されると、すなわちＦＥＴ１がＯＦＦとされると、ムービングコイル１３の巻線１３−２への駆動電流（＋ｉ）の供給が遮断される。ムービングコイル１３は、駆動電流（＋ｉ）の供給が断たれた後も、スプール８とともに慣性によって軸線方向に沿って直線運動する。この時、ムービングコイル１３の巻線１３−２には、それまでとは逆方向の誘導電流（−ｉ）が流れる。
【００７２】
この誘導電流（−ｉ）は、ＦＥＴ２がＯＦＦの期間は、ムービングコイル１３→ＦＥＴＣ→コイルＬ１→ダイオードＤ１→直流電源３０１の正極性側→直流電源３０１の負極性側→ＦＥＴＤ→ムービングコイル１３の経路で直流電源３０１に回生され、ＦＥＴ２がＯＮの期間はムービングコイル１３→ＦＥＴＣ→コイルＬ１→ＦＥＴ２→ＦＥＴＤ→ムービングコイル１３の経路で流れる。
【００７３】
この際、ムービングコイル１３に流れる電流は電流センサ３０６により検出され、ＡＤ変換器３０４−１を介してＣＰＵ３０５−１へ与えられる。ＣＰＵ３０５−１は、電流センサ３０６によって検出される電流が予め定められている一定値となるように、ＰＷＭデューティ制御部３０５−４からのＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。これにより、直流電源３０１に回生される誘導電流、すなわち回生電流（−ｉ）が定電流とされる。
【００７４】
この結果、駆動電流（＋ｉ）によってムービングコイル１３およびスプール８に与えられた運動エネルギーが電気エネルギーとして直流電源３０１へ還元されるとともに、直線運動を続けるムービングコイル１３およびスプール８は回生制動によって減速する。
【００７５】
なお、本実施の形態において、スイッチング素子駆動回路３０５−６は、負荷ドライブ系と定電流制御部との分離に加えて、ＦＥＴのゲートソース間電位の安定化を図る機能を有している。すなわち、ＦＥＴ１，ＦＥＴＡ，ＦＥＴＣの駆動時は、ソース電位が変動するためＧＮＤを基準とした信号では制御できない。このた、ＦＥＴ１，ＦＥＴＡ，ＦＥＴＣについては、そのソース電圧をスイッチング素子駆動回路３０５−６へ与え、ゲートソース間電位の安定化を図るようにしている。
【００７６】
〔停止位置決めサーボ制御〕
スプール８は、ＣＰＵ３０５−１による停止位置決めサーボ制御によって、停止目標地点にとどめられる。また、スプール８が停止目標地点の手前で停止したり、停止目標地点をオーバして停止した場合にも、同様にして停止位置決めサーボ制御が行われる。
【００７７】
例えば、フォワード制御によりスプール８を第１の切換状態から第２の切換状態まで移動させる際、電気的損失、メカ的損失などによって停止目標地点の手前でスプール８が停止してしまうことがある。この場合、ＣＰＵ３０５−１は、磁気センサＳ１と磁気センサＳ２の出力状態をＡＤ変換器３０４−１によりモニタし、Ｈブリッジ３０３を制御しつつ停止目標地点までスプール８を移動させる。
【００７８】
磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の出力電圧は、周囲温度、センサ印加電圧および磁性体１５の検出位置に対して等しく出力され、図４のＡ部に示すように、磁気センサＳ２は磁性体１５が停止目標地点に近づくにつれ出力電圧は低下し、一方、磁気センサＳ１の出力電圧は上昇する。停止目標地点での電圧値は予め規定でき、磁気センサＳ１，Ｓ２ともに等しい規定値をとるため、その規定値が得られるようにスプール８の位置を微調整する。この時、本実施の形態では、Ｈブリッジ３０３を加速／ブレーキとして制御する。
【００７９】
図８（ａ）に磁気センサＳ１およびＳ２の出力電圧の変化を、図８（ｂ）にＨブリッジ３０３におけるＦＥＴＡ，ＦＥＴＢのＯＮ／ＯＦＦ制御状況を、図８（ｃ）にＨブリッジ３０３におけるＦＥＴＣ，ＦＥＴＤのＯＮ／ＯＦＦ制御状況を示す。
【００８０】
ＣＰＵ３０５−１は、フォワード制御に際し、停止目標地点の手前でスプール８が停止してしまった場合、ＦＥＴＡとＦＥＴＢとを短時間の間ＯＮとし、ムービングコイル１３に直流電源３０１からの電流を流す。これにより、スプール８が加速移動し、停止目標地点へ向かう。
【００８１】
次に、ＣＰＵ３０５−１は、ＦＥＴＣとＦＥＴＤとを短時間の間ＯＮとし、ムービングコイル１３に直流電源３０１からの逆方向への電流を流す。これにより、スプール８にブレーキ（モータ制御における一般的な逆転ブレーキ）がかかり、スプール８が減速する。
【００８２】
この加速・減速を繰り返し、磁気センサＳ１およびＳ２の出力電圧が共に規定電圧に達する地点で停止させるようにする。なお、サーボ制御については、過去の制御過程を順次、次のサーボ制御にフィードするようなソフトウェアとしてもよい。
【００８３】
なお、上述した実施の形態では、駆動電流（＋ｉ）の遮断のタイミング（加速／減速の切り替え点）を磁気センサＳ２からの検出信号より求めるようにした。これに対し、本発明の権利範囲からは外れるが、駆動電流（＋ｉ）の遮断のタイミングをムービングコイル１３の移動時に生じる逆起電力の大きさより求めるような方式とすることも考えられる。
【００８４】
ムービングコイル１３への印加電圧をＥ、ムービングコイル１３の巻線抵抗をＲ、ムービングコイル１３に流れる電流をＩ、ムービングコイル１３に生じる逆起電力をＥｃとしたとき、
Ｅ＝Ｒ・Ｉ＋Ｅｃ・・・・（６）
と表される。
【００８５】
ここで、（６）式のＲおよびＩは既知であり、ムービングコイル１３の速度ｖと逆起電力Ｅｃは比例関係にある。ムービングコイル１３の移動距離Ｘは速度を時間ｔで積分した値となることから、逆起電力Ｅｃを時間ｔで積分した値に換算することができる。
Ｘ＝∫Ｅｃｄｔ・・・・（７）
【００８６】
上記（７）式における距離Ｘは、ムービングコイル１３の端子電圧に生じる電圧をＡ／Ｄ変換した結果より演算（面積）にて求められる。スプール８の移動距離Ｌは一定であり、加速／減速の切り替え点までの距離Ｌ／２も既知であることから、予め求めたＬ／２位置の積分値期待値とスプール８の加速時随時求められる演算結果とを比較することによりＬ／２位置を検出できる。
【００８７】
このような方式とすると、加速／減速の切り替え点を演算より求めることができ、磁性体１５にノッチ１５−１を設ける必要がなくなる。また、磁気センサＳ２を省略することが可能となる。なお、この場合、停止位置決めサーボ制御は、磁気センサＳ１，Ｓ３の出力電圧のみでも行うことが可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、ムービングコイルの巻線に駆動電流を供給し、この巻線を流れる駆動電流と交叉する磁界との相互作用によってムービングコイルおよびスプールを駆動する駆動手段と、この駆動手段によるムービングコイルおよびスプールの駆動中、ムービングコイルとスプールとを連結するシャフトに取り付けられている磁性体に形成されたノッチの位置に基づいて移動開始地点と停止目標地点との間のほゞ中央にスプールが位置したことを検出し、ムービングコイルの巻線への駆動電流を遮断する駆動電流遮断手段と、駆動電流を遮断した後に軸線に沿って直線運動するムービングコイルと交叉する磁界との相互作用によってムービングコイルの巻線に流れる電流を回生電流として形成する回生手段とを設けたので、駆動電流によってムービングコイルおよびスプールに与えられた運動エネルギーが電気エネルギーとして電源等へ還元されるとともに、直線運動を続けるムービングコイルおよびスプールが回生制動によって減速するものとなり、最短の時間でスプールを停止目標地点まで移動させると同時に、理想的には電力エネルギーを使用せず、高効率で、ムービングバルブを駆動することが可能となる。
【００８９】
また、駆動電流を一定の電流とすることにより、回路抵抗の電力損失を最小限に抑え、ムービングコイルおよびスプールを効率良く駆動することが可能となる。また、回生電流を一定の電流とすることにより、回路抵抗の電力損失を最小限に抑え、効率の良い回生を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切換弁制御装置の一実施の形態が付設されるムービングバルブの概略を示す側断面図である。
【図２】このムービングバルブに付設される制御回路を示す図である。
【図３】スプールの移動速度ｖ（特性Ｉ）、ムービングコイルに流れる電流ｉ（特性II）、スプールのストローク位置Ｓ（特性III ）の時間変化を示す図である。
【図４】磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの検出信号を電圧値に変換した波形（電圧波形）を示す図である。
【図５】図２に示した制御回路の具体例を示す図である。
【図６】この制御回路における定電流制御／Ｈブリッジ制御の真理値表を示す図である。
【図７】この制御回路におけるフォワード制御に際する各部の出力波形を示す図である。
【図８】この制御回路における停止位置決めサーボ制御の一例を説明する図である。
【図９】従来のムービングバルブの概略を示す側断面図である。
【符号の説明】
５…センタヨーク、６…外側ヨーク、７…永久磁石（マグネット）、８…スプール、９…シャフト、１３…ムービングコイル、１３−１…ボビン、１３−２…巻線、１５…磁性体、１５−１…ノッチ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…磁気センサ、２００…ムービングバルブ、３００…制御回路、３０１…直流電源、３０２…コントローラ（双方向電流制御部）、３０３…切り替えスイッチ部（Ｈブリッジ）、３０４…センス信号処理部、３０５…主制御部、３０６…電流センサ、４００…スプール位置検出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching valve control device attached to a switching valve (high speed switching valve) using a moving coil.
[0002]
[Prior art]
(Solenoid valve)
Generally, a solenoid valve is used as the hydraulic valve. The solenoid valve operates the movable iron core by energizing the solenoid, and hits one end of the plunger with this movable iron core, thereby moving the plunger in the axial direction and switching the oil path. For this reason, when the solenoid valve is repeatedly operated at a high frequency, noise and vibration due to the impact of the movable iron core become large. Further, since the movable iron core is interposed, an operation delay is unavoidable, and the oil passage cannot be switched at a high speed.
[0003]
[High speed switching valve (moving valve)]
Therefore, as a switching valve suitable for high-frequency repetitive high-speed operation, a high-speed switching valve using a moving coil (hereinafter referred to as a moving valve) is proposed by Japanese Patent Publication No. 45-34351 (Reference 1). FIG. 9 shows an outline of a conventional moving valve. In the figure, 101 is a valve body, 102 is a sub-block, 103 is a cone flange, 104 is an outer yoke, and 105 is a center yoke, which are integrally combined by a set screw.
[0004]
A spool 107 is incorporated in the valve body 101. The spool 107 is held in the valve main body 101 so as to be movable in the axial direction by springs 109 and 109 interposed between spring adapters 108 and 108 provided on both sides. A moving coil 112 is integrally connected to one end of the spool 107 by a set screw 110. The moving coil 112 includes a bobbin 112-1 and a winding 112-2 wound around the bobbin 112-1. An exciting coil 113 is provided between the outer yoke 104 and the center yoke 105.
[0005]
114 is a terminal for supplying power to the exciting coil 113, 115 is a terminal for supplying power to the moving coil 112, 116 is an inlet for cooling oil, 117 is an outlet for cooling oil, and 119 to 124 are leaks to the outside. An O-ring for preventing oil, 125 is a pressure inlet (A port) of the hydraulic circuit, and 126 and 127 are pressure outlets (B port and C port) of the hydraulic circuit.
[0006]
〔Operating principle〕
Power is supplied to the exciting coil 113 via the terminal 114. As a result, a current flows to the exciting coil 113, and the exciting coil 113 generates a magnetic field by this current, thereby forming a magnetic circuit having the center yoke 105 and the outer yoke 104 as magnetic paths, and the magnetic field in the magnetic circuit is moved to the moving coil. It is orthogonal to the winding 112-2 of 112. In this state, when power is supplied to the moving coil 112 via the terminal 115, a drive current flows through the winding 112-2 of the moving coil 112, and is orthogonal to the drive current flowing through the winding 112-2 of the moving coil 112. A force (Lorentz force) is generated by the interaction with the magnetic field. The Lorentz force moves the moving coil 112 and the spool 107 connected to the moving coil 112. The direction of the Lorentz force varies depending on the direction of the current flowing through the winding 112-2 of the moving coil 112.
[0007]
For example, when a driving current in the direction A is passed through the winding 112-2 of the moving coil 112, the spool 107 is moved by the Lorentz force generated by the interaction between the driving current in the direction A and a magnetic field orthogonal to the moving coil 112-2. At the same time, the A port 125 and the C port 127 are in communication with each other. When a driving current in the direction B is applied to the winding 112-2 of the moving coil 112, the spool 107 together with the moving coil 112 is illustrated by the Lorentz force generated by the interaction between the driving current in the direction B and a magnetic field orthogonal to the direction B. Moving to the right, the A port 125 and the B port 126 are in communication.
[0008]
As can be seen from the principle of operation of this moving valve 100, since the spool 107 is directly driven by the moving coil 112, there is no noise or vibration due to the impact of a movable iron core such as a solenoid valve, and there is also a delay in operation. The oil path can be switched at a high speed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this moving valve 100, when focusing on the period from the start of the oil path switching operation to the actual switching, that is, focusing on the movement period from the start of the movement of the spool 107 to the end of the movement. Since the drive current is supplied to the winding 112-2 of the moving coil 112 throughout the moving period, there is a problem that power consumption is large. Recently, it has been considered to use a moving valve as a main valve, and the main valve requires much higher electric power.
[0010]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is a switching valve capable of driving a moving valve with high efficiency and ideally not using power energy. It is to provide a control device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve such an object, the present invention supplies a driving current to the winding of the moving coil, and drives the moving coil and the spool by the interaction between the driving current flowing through the winding and the crossing magnetic field. And the driving of the moving coil and the spool by the driving means,Based on the position of the notch formed in the magnetic body attached to the shaft connecting the moving coil and the spoolThe spool is located roughly in the middle between the movement start point and the stop target point.Detect thatCurrent flowing in the winding of the moving coil due to the interaction between the driving current interrupting means for interrupting the driving current to the winding of the moving coil and the magnetic field intersecting with the moving coil that linearly moves along the axis after the driving current is interrupted Is provided as a regenerative current.
[0012]
  According to the present invention, when a drive current is passed through the winding of the moving coil, a force (Lorentz force) is generated by the interaction between the drive current flowing through the winding and the magnetic field that intersects, and the Lorentz force causes the moving coil and The spool connected to the moving coil is accelerated. AndBased on the position of the notch formed in the magnetic body attached to the shaft connecting the moving coil and the spoolThe spool is located roughly in the middle between the movement start point and the stop target point.DetectedThe drive current to the winding of the moving coil is cut off.
  Even after the drive current is cut off, the moving coil and the spool move along the axis due to inertia, but an induced current (regenerative current) flows through the winding of the moving coil due to the interaction with the magnetic field intersecting the moving coil.
  As a result, the kinetic energy given to the moving coil and the spool by the drive current is reduced to the power source or the like as electric energy, and the moving coil and the spool that continue linear motion are decelerated by regenerative braking.
[0013]
  If the drive current is a constant current, the power loss of the circuit resistance can be minimized and the moving coil and the spool can be driven efficiently. Also, if the regenerative current is a constant current, the power loss of the circuit resistance is minimized, and efficient regeneration is realized.
  In addition, the timing of interrupting the drive current is approximately the center between the spool movement start point and the stop target point.By doing so, it is possible to move the spool to the stop target point in the shortest time and, at the same time, ideally use no power energy and drive the moving valve with high efficiency.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing an outline of a moving valve to which an embodiment of a switching valve control device according to the present invention is attached. In the figure, 1 is a valve body, 2 is a sub-block, 3 is a cover, 4 is an upper lid, 5 is a center yoke, 6 is an outer yoke, and 7 is a permanent magnet provided between the center yoke 5 and the outer yoke 6. (Magnet), and these are integrally combined by a set screw.
[0015]
A spool 8 is incorporated in the valve body 1. The spool 8 is attached to the shaft 9 via four spring couplers 9-1. The tip of the shaft 9 is inserted into a through hole 2-1 provided in the sub block 2. An O-ring 10 is provided between the inner wall surface of the through hole 2-1 and the outer peripheral surface of the shaft 9. The opening 2-1a on one end side of the through hole 2-1 is open to the atmosphere. By opening the opening 2-1 to the atmosphere, the change in the internal hydraulic pressure accompanying the movement of the spool 8 is corrected, and a steep pressure change does not occur.
[0016]
Further, the rear end portion of the shaft 9 is located in the hollow portion 11 between the center yoke 5 and the upper lid 4 through a through hole 5-1 provided in the center portion of the center yoke 5. An O-ring 12 is provided between the outer peripheral surface of the shaft 9 and the inner wall surface of the through hole 5-1. A moving coil 13 is fixed to the rear end portion of the shaft 9 located in the hollow portion 11. The moving coil 13 includes a bobbin 13-1 and a winding 13-2 wound around the bobbin 13-1.
[0017]
In the present embodiment, the center yoke 5, the outer yoke 6 and the magnet 7 constitute a stator, and a magnetic circuit having the magnet 7 as a magnetic field generation source and the center yoke 5 and the outer yoke 6 as magnetic paths is formed. Has been. The moving coil 13 is provided so that the magnetic field in the magnetic circuit and its winding 13-2 are orthogonal to each other. Further, the spool 8 is held in the valve body 1 so as to be movable in the axial direction of the winding 13-2 of the moving coil 13, and the moving coil 13 is connected to the spool 8 through the shaft 9.
[0018]
A cylindrical magnetic body 15 is fitted at the rear end of the shaft 9. The length of the magnetic body 15 is made equal to the movement stroke length L (described later) of the spool 8. A notch 15-1 is formed at a central position (L / 2 position) in the length direction of the magnetic body 15 (see FIG. 2). A sensor connector 16 is inserted and set in the hollow portion 11 between the center yoke 5 and the upper lid 4 from the upper lid 4 side, and a magnetic hole is inserted into the guide hole 16-1 provided in the central portion of the sensor connector 16. The rear end of the shaft 9 in which the body 15 is inserted is inserted. The sensor connector 16 is provided with magnetic sensors (for example, magnetoresistive elements) S1, S2, and S3.
[0019]
17 is a terminal for supplying power to the moving coil 13, 18 is a terminal for extracting detection signals from the magnetic sensors S1, S2 and S3, 19 is a pressure inlet (A port) of the hydraulic circuit, and 20 is a pressure outlet of the hydraulic circuit. (B port) and 21 are drain ports (tank ports).
[0020]
The state shown in FIG. 1 shows a state (first switching state) in which the A port 19 and the B port 20 are communicated with each other by movement (described later) of the spool 8 in the illustrated arrow R direction (reverse direction). In this first switching state, the magnetic sensor S2 is disposed so as to be opposed to the left end of the magnetic body 15 fitted to the rear end of the shaft 9, and the magnetic sensor S3 is disposed so as to be opposed to the right end.
[0021]
Further, when the A port 19 and the B port 20 are brought into a non-communication state (second switching state) by movement (described later) of the spool 8 in the illustrated arrow F direction (forward direction) from the first switching state. In this second switching state, the magnetic sensor S1 is disposed so as to be opposed to the left end of the magnetic body 15 fitted to the rear end of the shaft 9, and the magnetic sensor S2 is disposed so as to be opposed to the right end.
[0022]
The moving valve 200 is provided with a control circuit 300 (see FIG. 2). The control circuit 300 includes a DC power supply 301, a controller (bidirectional current control unit) 302, a changeover switch unit 303, a sense signal processing unit 304, a main control unit 305, and a current sensor 306.
[0023]
The controller 302 is generally used in an electric circuit as a step-up / step-down bidirectional converter, and can supply a constant current in the a → b or b → a direction without depending on the voltages at the points a and b. It is a control circuit. In the present embodiment, the controller 302 selectively performs bidirectional constant current control in accordance with an instruction from the main control unit 305. The changeover switch unit 303 is configured by an H bridge, and switches the voltage direction applied to the moving coil 13 in accordance with an instruction from the main control unit 305.
[0024]
The current sensor 306 detects the current flowing through the moving coil 13. The sense signal processing unit 304 receives the detection current from the current sensor 306, performs current sensing for causing the controller 302 to operate at a constant current, and notifies the main control unit 305 of a state. The sense signal processing unit 304 detects the position of the spool 8 based on the detection signals from the magnetic sensors S1, S2, and S3, and notifies the main control unit 305 of the position. The main control unit 305 includes a CPU, memory (ROM, RAM), and I / O, and performs constant current control and spool drive control.
[0025]
In the moving valve 200, the spool position detector 400 is configured by the magnetic sensors S1, S2, S3 and the magnetic body 15. The switching valve control apparatus according to the present embodiment includes the spool position detection unit 400 and the control circuit 300 as components, and the moving speed v (characteristic I) of the spool 8 and the current i (characteristic) flowing through the moving coil 13 are shown in FIG. II) Operates in such a control manner as to indicate the stroke position S (characteristic III) of the spool 8. Hereinafter, the control operation according to FIG. 3 will be described.
[0026]
The moving position of the spool 8 in the first switching state shown in FIG. In this first switching state, when a switching command (forward control command) to the second switching state is sent to the main control unit 305, the main control unit 305 issues a constant current control command in the a → b direction to the controller 302. At the same time, the changeover switch 303 is set to a voltage application mode from the DC power supply 301 in which the point c is + and the point d is-. That is, the current supply mode in the c → d direction is set.
[0027]
Thereby, the constant current control in the controller 302 is started, and the constant current (+ i) is supplied to the winding 13-2 of the moving coil 13 via the changeover switch unit 303. In this constant current control, the main control unit 305 monitors the current (+ i) flowing through the winding 13-2 of the moving coil 13 via the sense signal processing unit 304, and this current (+ i) is determined in advance. A control command is sent to the controller 302 so as to be a constant value.
[0028]
When a constant current (+ i) is supplied to the moving coil 13, that is, when a drive current (+ i) flows to the winding 13-2 of the moving coil 13, a magnetic field orthogonal to the drive current flowing through the winding 13-2 ( Lorentz force is generated by the interaction with the magnetic field using the magnet 7 as a generation source. Due to this Lorentz force, the moving coil 13 moves to the magnet 7 side, and the spool 8 starts to accelerate and move in the F direction via the shaft 9 (point t0 shown in FIG. 3).
[0029]
Here, the mass of the movable part (the part that moves together with the spool, moving coil, shaft, etc.) is M (kg), and the acceleration is α (m / s²), The force F of the moving part is
F = M · α (N) (1)
It is expressed.
Next, when a constant current I (A) is passed through the moving coil 13, if the magnetic flux density is B (T) and the wire length is L (m), the electromagnetic force is
F = B ・ L ・ I (N) (2)
It is expressed.
Therefore, according to the above equations (1) and (2), the acceleration α is
α = F / M = B · L · I / M (m / s²(3)
It is expressed.
[0030]
Further, the speed v of the movable part is v = αt, and the moving distance X of the movable part is a value obtained by integrating the speed with time t.
X = ∫αtdt = (1/2) · αt²+ C (4)
It is expressed.
In this case, since it is a start from the stop position, C = 0,
X = (1/2) · αt²  (5)
It becomes.
[0031]
The spool 8 accelerates and its stroke position S is ½ of the stroke length L from the first switching state (movement start point) to the second switching state (stop target point) (S = L / 2). (Point t1 shown in FIG. 3), the magnetic sensor S2 detects the notch 15-1 of the magnetic body 15, and sends the detection signal to the main control unit 305 via the sense signal processing unit 304.
[0032]
Upon receiving the detection signal from the magnetic sensor S2, the main control unit 305 sends a constant current control command in the b → a direction to the controller 302 instead of the constant current control command in the a → b direction. send. At this time, the changeover switch unit 303 remains in a voltage application mode from the DC power supply 301 in which the point c is + and the point d is −.
[0033]
When the constant current control command in the b → a direction is given, the controller 302 cuts off the supply of the drive current (+ i) to the moving coil 13. The moving coil 13 linearly moves along the axial direction due to inertia together with the spool 8 even after the supply of the drive current (+ i) is cut off. At this time, an induced current (-i) in the opposite direction flows through the winding 13-2 of the moving coil 13 due to the interaction with the magnetic field orthogonal to the moving coil 13 (the magnetic field having the magnet 7 as a generation source). The induced current (−i) is regenerated to the DC power supply 301 through a path from the changeover switch unit 303 to the controller 302.
[0034]
At this time, the controller 302 sets the induction current regenerated to the DC power supply 301, that is, the regenerative current (−i) as a constant current. In this constant current control, the main control unit 305 monitors the regenerative current (-i) flowing through the moving coil 13 via the sense signal processing unit 304, and the regenerative current (-i) is a predetermined constant value. A control command is sent to the controller 302 so that
[0035]
As a result, the kinetic energy given to the moving coil 13 and the spool 8 by the drive current (+ i) is reduced to the DC power source 301 as electric energy, and the moving coil 13 and the spool 8 that continue linear motion are decelerated by regenerative braking. .
[0036]
In this case, when the stroke position S of the spool 8 reaches L / 2, the supply of the drive current (+ i) to the moving coil 13 is cut off. Therefore, in an ideal state (loss of semiconductor elements, coil resistance, etc. is ignored) ) The kinetic energy given to the moving coil 13 during acceleration is equal to the electrical energy regenerated in the DC power supply 301 during deceleration.
[0037]
As a result, the spool 8 moves L / 2 from the position where the supply of the drive current (+ i) to the moving coil 13 is cut off, that is, the position moved by the moving stroke length L from the stroke position S = 0 (stop target point). ) (Point t2 shown in FIG. 3), and the A port 19 and the B port 20 are disconnected from each other by the spool 8.
[0038]
In the moving process of the spool 8, the kinetic energy given to the moving coil 13 during acceleration is regenerated to the DC power source 301 as electric energy during deceleration, so that ideally no power energy is consumed and high efficiency is achieved. Thus, the moving valve 200 is driven.
[0039]
In this embodiment, since the drive current (+ i) is a constant current, the power loss of the circuit resistance can be minimized, and the moving coil 13 and the spool 8 can be driven efficiently. That is, when the circuit resistance is R and the flowing current is I, the power loss is I²Since it becomes R, when the current I fluctuates, the power loss greatly changes and the power loss increases. For this reason, in this embodiment, the power loss is minimized by setting the drive current (+ i) to a constant current. Further, since the regenerative current (−i) is also a constant current, the power loss of the circuit resistance is minimized, and efficient regeneration is realized.
[0040]
Further, as can be seen from the above-described equation (3), the acceleration α varies depending on the magnitude of the drive current (+ i) flowing through the winding 13-2 of the moving coil 13. Therefore, the acceleration α can be determined as an appropriate value by setting the drive current (+ i). If the set value of the drive current (+ i) is variable, the acceleration α can be adjusted freely.
[0041]
Further, in the present embodiment, when the spool 8 is stopped at the stop target point, the current flowing through the moving coil 13 becomes zero and no power is consumed. Further, since actual valve control involves electrical and mechanical losses, the stop position of the spool 8 needs to be adjusted by servo control or the like. That is, the main control unit 305 performs stop positioning servo control based on detection signals from the magnetic sensors S1, S2, and S3 via the sense signal processing unit 304 so that the spool 8 does not deviate from the stop target point.
[0042]
4A, 4B, and 4C show waveforms (voltage waveforms) obtained by converting the detection signals from the magnetic sensors S3, S2, and S1 into voltage values. At the point t1 when the stroke position S of the spool 8 reaches L / 2, the notch 15-1 of the magnetic body 15 faces the magnetic sensor S2, so that the voltage waveform from the magnetic sensor S2 is depressed. From the change in the voltage waveform from the magnetic sensor S2, the main control unit 305 knows that the stroke position S of the spool 8 has reached L / 2. At the point t2 when the stroke position S of the spool 8 reaches L (target stop point), the output voltage from the magnetic sensor S2 decreases and the output voltage from the magnetic sensor S1 increases.
[0043]
When the spool 8 is stopped at the stop target point, the value of the voltage waveform from the magnetic sensor S2 is equal to the value of the voltage waveform from the magnetic sensor S1. From this state, when the spool 8 moves in the direction of the stroke position S = 0 for some reason, the output from the magnetic sensor S1 decreases and the output from the magnetic sensor S2 increases. Further, when the spool 8 moves from the stop target point in the direction opposite to the direction of the stroke position S = 0, the output from the magnetic sensor S1 increases and the output from the magnetic sensor S2 decreases.
[0044]
The main control unit 305 supplies current to the moving coil 13 so that the outputs from the magnetic sensors S1 and S2 become a predetermined constant value. Even when the spool 8 stops before the stop target point or when the spool 8 stops over the stop target point, the stop positioning servo control is performed in the same manner. This stop positioning servo control will be described in more detail in a specific example of the control circuit 300 described later.
[0045]
In this embodiment, the supply of the drive current (+ i) to the winding 13-2 of the moving coil 13 is cut off when the stroke position S of the spool 8 reaches L / 2. It may not be when L / 2 is reached. For example, in consideration of energy loss, when the stroke position S of the spool 8 reaches S = (L / 2) + ΔL, the supply of the drive current (+ i) to the winding 13-2 of the moving coil 13 is cut off. You may make it do. Further, the drive current (+ i) and the regenerative current (−i) do not necessarily have to be constant currents.
[0046]
In this embodiment, the case where the spool 8 is moved from the first switching state to the second switching state (forward control) has been described. However, the spool 8 is changed from the second switching state to the first switching state. When moving (reverse control), the same control as the forward control is performed.
[0047]
That is, the drive current (+ i) is supplied until the stroke position S reaches S = L / 2 from S = L, and the moving coil 13 and the spool 8 are accelerated. Then, when S = L / 2 is reached, the drive current (+ i) is cut off, and the regenerative current (−i) is supplied until the stroke position S reaches S = 0 from S = L / 2. The kinetic energy given to the coil 13 and the spool 8 is reduced to the DC power source 301 as electric energy and the spool 8 is decelerated.
[0048]
In this embodiment, the magnetic field from the magnet 7 and the winding 13-2 of the moving coil 13 are orthogonal to each other. However, it is only necessary to obtain Lorentz force and induced current, and it is not always necessary to orthogonally. .
Further, in this embodiment, the current (−i) is regenerated to the DC power supply 301, but may be regenerated to another load.
[0049]
[Specific Example of Control Circuit 300]
FIG. 5 shows a specific example of the control circuit 300 shown in FIG. In this control circuit 300, a controller (bidirectional current control unit) 302 is configured by FETs (field effect transistors) 1 and FET2, a coil L1, a capacitor C1, and diodes D1 and D2 connected to FET1 and FET2. Has been.
The changeover switch unit (H bridge) 303 includes FETA, FETB, FETC, FETD, and a flywheeling diode D connected to each FET._A, D_B, D_C, D_DIt consists of and.
[0050]
The main control unit 305 includes a CPU 305-1, a ROM 305-2, a RAM 305-3, a PWM duty control unit 305-4, an input / output unit (I / O) 305-5, and a switching element drive circuit 305-6. It consists of and.
The sense signal processing unit 304 includes an AD converter 304-1 and a sensor input unit 304-2. The AD converter 304-1 is supplied with a current flowing through the moving coil 13 detected by the current sensor 306 and detection signals from the magnetic sensors S1, S2, and S3 via the sensor input unit 304-2.
[0051]
FIG. 6 shows a truth table of constant current control / H bridge control in the control circuit 300. FIG. 7 shows an output waveform of each part in the forward control. 7A, 7B, 7C and 7D show output waveforms from the ports Pa, Pb, Pc and Pd of the input / output unit 305-5, and FIG. 7E shows an output from the current sensor 306. Waveform (output waveform from the P1 terminal), FIG. 7 (f) shows the output waveform from the switching element drive circuit 305-6 to the gate of FET1 (output waveform from the P2 terminal), and FIG. 7 (g) shows the switching element drive. The output waveform from the circuit 305-6 to the gate of FET2 (output waveform from the P3 terminal), FIG. 7 (h) is the source voltage waveform of FET1 (voltage waveform at point P4), and FIG. 7 (i) is the capacitor C1. It is a voltage waveform (voltage waveform at point P5).
[0052]
[Forward control: acceleration]
The moving position of the spool 8 in the first switching state shown in FIG. In this first switching state, when a forward control command is sent to the CPU 305-1 of the main control unit 305, the CPU 305-1 sets the FW control port Pa of the input / output unit 305-5 to the “H” level (FIG. 7). The acceleration control port Pc is set to the “H” level (point t2 shown in FIG. 7C).
[0053]
When the FW control port Pa becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 turns on FETA and FETB of the H bridge 303. When the acceleration control port Pc becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 supplies the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 to the gate of the FET1, and starts chopping control of the FET1 (FIG. 7 (f ) T3 point).
[0054]
As a result, during the period in which FET1 is ON, current flows through the path on the negative polarity side of DC power supply 301 → positive polarity side of DC power supply → FET1 → coil L1 → FETA → moving coil 13 → FETB → DC power supply 301 and FET1 is OFF. Current flows through the path of coil L1 → FETA → moving coil 13 → FETB → diode D2. At this time, the current flowing through the moving coil 13 is detected by the current sensor 306 and supplied to the CPU 305-1 via the AD converter 304-1. The CPU 305-1 adjusts the duty ratio of the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 so that the current detected by the current sensor 306 becomes a predetermined constant value.
[0055]
As a result, a constant current (+ i), that is, a drive current (+ i) is supplied to the winding 13-2 of the moving coil 13. When the drive current (+ i) flows through the winding 13-2 of the moving coil 13, Lorentz force is generated, and the spool 8 starts to accelerate and move in the forward direction together with the moving coil 13.
[0056]
[Forward control: Deceleration]
The spool 8 accelerates and its stroke position S is ½ of the stroke length L from the first switching state (movement start point) to the second switching state (stop target point) (S = L / 2). , The magnetic sensor S2 detects the notch 15-1 of the magnetic body 15, and provides the detection signal to the sense signal processing unit 304. In the sense signal processing unit 304, the detection signal from the magnetic sensor S2 is taken in via the sensor input unit 304-2, converted into a digital value by the AD converter 304-1 and sent to the CPU 305-1.
[0057]
The CPU 305-1 receives the detection signal from the magnetic sensor S2 via the sense signal processing unit 304 and sets the acceleration control port Pc to “H” while maintaining the FW control port Pa of the input / output unit 305-5 at the “H” level. The L "level is set (point t4 shown in FIG. 7C), and the deceleration control port Pd is set to the" H "level (point t5 shown in FIG. 7D). When the acceleration control port Pc becomes “L” level, the switching element driving circuit 305-6 stops the chopping control of the FET 1 (point t4 shown in FIG. 7F). When the deceleration control port Pd becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 gives the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 to the gate of the FET 2 and starts chopping control of the FET 2 (FIG. 7 (g ) T5 point).
[0058]
When the chopping control of the FET 1 is stopped, that is, when the FET 1 is turned off, the supply of the drive current (+ i) to the winding 13-2 of the moving coil 13 is cut off. The moving coil 13 linearly moves along the axial direction due to inertia together with the spool 8 even after the supply of the drive current (+ i) is cut off. At this time, an induced current (-i) in the opposite direction flows through the winding 13-2 of the moving coil 13.
[0059]
This induced current (−i) is the same as that of the moving coil 13 → FETA → coil L1 → diode D1 → positive polarity side of the DC power supply 301 → negative polarity side of the DC power supply 301 → FETB → moving coil 13 when the FET 2 is OFF. It is regenerated to the DC power supply 301 by the path, and flows through the path of the moving coil 13 → FETA → coil L1 → FET2 → FETB → moving coil 13 while the FET2 is ON.
[0060]
At this time, the current flowing through the moving coil 13 is detected by the current sensor 306 and supplied to the CPU 305-1 via the AD converter 304-1. The CPU 305-1 adjusts the duty ratio of the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 so that the current detected by the current sensor 306 becomes a predetermined constant value. Thereby, the induction current regenerated in the DC power supply 301, that is, the regenerative current (-i) is set as a constant current.
[0061]
As a result, the kinetic energy given to the moving coil 13 and the spool 8 by the drive current (+ i) is reduced to the DC power source 301 as electric energy, and the moving coil 13 and the spool 8 that continue linear motion are decelerated by regenerative braking. .
[0062]
In this case, when the stroke position S of the spool 8 reaches L / 2, the supply of the drive current (+ i) to the moving coil 13 is cut off. Therefore, in an ideal state (loss of semiconductor elements, coil resistance, etc. is ignored) ) The kinetic energy given to the moving coil 13 during acceleration is equal to the electrical energy regenerated in the DC power supply 301 during deceleration.
[0063]
As a result, the spool 8 moves L / 2 from the position where the supply of the drive current (+ i) to the moving coil 13 is cut off, that is, the position moved by the moving stroke length L from the stroke position S = 0 (stop target point). ) To stop. In this state, the charging voltage of the capacitor C1 becomes 0V (point t6 shown in FIG. 7 (i)), and the current flowing through the moving coil 13 becomes zero. Therefore, power is not consumed when the spool 8 is stopped at the stop target point.
[0064]
Further, the CPU 305-1 recognizes that the vehicle has stopped at the stop target point based on the detection signals from the magnetic sensors S1 and S2, and sets both the FW control port Pa and the deceleration control port Pd of the input / output unit 305-5 to “L”. Level. Thereby, FETA and FETB in the H bridge 303 are turned off, and all of FETA, FETB, FETC, and FETD are turned off. Further, the chopping control of FET2 is stopped, and FET1 and FET2 are turned off.
[0065]
[Reverse control: acceleration]
Even in the reverse control, that is, when the spool 8 is moved from the second switching state to the first switching state, the same control as the forward control is performed. In the second switching state, when a reverse control command is sent to the CPU 305-1 of the main control unit 305, the CPU 305-1 sets the RV control port Pb of the input / output unit 305-5 to the “H” level and sets the acceleration control port Pc to the CPU 305-1. Set to “H” level.
[0066]
When the RV control port Pb becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 turns on FETC and FETD of the H bridge 303. When the acceleration control port Pc becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 gives the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 to the gate of the FET1, and starts chopping control of the FET1.
[0067]
As a result, during the period in which FET1 is ON, a current flows through the path on the negative polarity side of DC power supply 301 → the positive polarity side of DC power supply → FET1 → coil L1 → FETC → moving coil 13 → FETD → DC power supply 301 and FET1 is OFF. Current flows in the path of coil L1 → FETC → moving coil 13 → FETD → diode D2. At this time, the current flowing through the moving coil 13 is detected by the current sensor 306 and supplied to the CPU 305-1 via the AD converter 304-1. The CPU 305-1 adjusts the duty ratio of the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 so that the current detected by the current sensor 306 becomes a predetermined constant value.
[0068]
As a result, a constant current (+ i), that is, a drive current (+ i) is supplied to the winding 13-2 of the moving coil 13. When the drive current (+ i) flows through the winding 13-2 of the moving coil 13, Lorentz force is generated, and the spool 8 starts to accelerate and move in the reverse direction together with the moving coil 13.
[0069]
[Reverse control: Deceleration]
The spool 8 is accelerated and its stroke position S is ½ of the stroke length L from the second switching state (movement start point) to the first switching state (stop target point) (S = L / 2). , The magnetic sensor S2 detects the notch 15-1 of the magnetic body 15, and provides the detection signal to the sense signal processing unit 304. In the sense signal processing unit 304, the detection signal from the magnetic sensor S2 is taken in via the sensor input unit 304-2, converted into a digital value by the AD converter 304-1 and sent to the CPU 305-1.
[0070]
In response to the detection signal from the magnetic sensor S2 via the sense signal processing unit 304, the CPU 305-1 sets the acceleration control port Pc to “H” while maintaining the RV control port Pb of the input / output unit 305-5 at “H” level. The “L” level is set, and the deceleration control port Pd is set to the “H” level. When the acceleration control port Pc becomes “L” level, the switching element drive circuit 305-6 stops the chopping control of the FET1. When the deceleration control port Pd becomes “H” level, the switching element drive circuit 305-6 gives the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 to the gate of the FET2, and starts chopping control of the FET2.
[0071]
When the chopping control of the FET 1 is stopped, that is, when the FET 1 is turned off, the supply of the drive current (+ i) to the winding 13-2 of the moving coil 13 is cut off. The moving coil 13 linearly moves along the axial direction due to inertia together with the spool 8 even after the supply of the drive current (+ i) is cut off. At this time, an induced current (-i) in the opposite direction flows through the winding 13-2 of the moving coil 13.
[0072]
This induced current (−i) is the same as that of the moving coil 13 → FETC → coil L1 → diode D1 → positive polarity side of the DC power supply 301 → negative polarity side of the DC power supply 301 → FETD → moving coil 13 when the FET 2 is OFF. It is regenerated by the DC power supply 301 through the path, and flows through the path of the moving coil 13 → FETC → coil L1 → FET2 → FETD → moving coil 13 while the FET2 is ON.
[0073]
At this time, the current flowing through the moving coil 13 is detected by the current sensor 306 and supplied to the CPU 305-1 via the AD converter 304-1. The CPU 305-1 adjusts the duty ratio of the PWM signal from the PWM duty control unit 305-4 so that the current detected by the current sensor 306 becomes a predetermined constant value. Thereby, the induction current regenerated in the DC power supply 301, that is, the regenerative current (-i) is set as a constant current.
[0074]
As a result, the kinetic energy given to the moving coil 13 and the spool 8 by the drive current (+ i) is reduced to the DC power source 301 as electric energy, and the moving coil 13 and the spool 8 that continue linear motion are decelerated by regenerative braking. .
[0075]
In this embodiment, the switching element driving circuit 305-6 has a function of stabilizing the gate-source potential of the FET in addition to the separation of the load drive system and the constant current control unit. That is, when the FET1, FETA, and FETC are driven, the source potential fluctuates and cannot be controlled with a signal based on GND. For FET1, FETA, and FETC, the source voltage is applied to the switching element driving circuit 305-6 to stabilize the gate-source potential.
[0076]
[Stop positioning servo control]
The spool 8 is kept at the stop target point by the stop positioning servo control by the CPU 305-1. Further, when the spool 8 stops before the stop target point or when the spool 8 stops over the stop target point, the stop positioning servo control is performed in the same manner.
[0077]
For example, when the spool 8 is moved from the first switching state to the second switching state by the forward control, the spool 8 may stop before the stop target point due to electrical loss, mechanical loss, or the like. In this case, the CPU 305-1 monitors the output states of the magnetic sensor S1 and the magnetic sensor S2 by the AD converter 304-1, and moves the spool 8 to the stop target point while controlling the H bridge 303.
[0078]
The output voltages of the magnetic sensors S1, S2, and S3 are equally output with respect to the ambient temperature, the applied voltage of the sensor, and the detection position of the magnetic body 15. As shown in part A of FIG. As the stop target point is approached, the output voltage decreases, while the output voltage of the magnetic sensor S1 increases. Since the voltage value at the target stop point can be defined in advance and both the magnetic sensors S1 and S2 have the same defined value, the position of the spool 8 is finely adjusted so that the defined value is obtained. At this time, in this embodiment, the H bridge 303 is controlled as acceleration / brake.
[0079]
FIG. 8A shows changes in the output voltages of the magnetic sensors S1 and S2, FIG. 8B shows the ON / OFF control status of the FETA and FETB in the H bridge 303, and FIG. 8C shows the FETC in the H bridge 303. , FETD ON / OFF control status is shown.
[0080]
In the forward control, when the spool 8 stops before the stop target point, the CPU 305-1 turns on FETA and FETB for a short time, and causes the current from the DC power supply 301 to flow to the moving coil 13. As a result, the spool 8 is accelerated and moved toward the stop target point.
[0081]
Next, the CPU 305-1 turns on FETC and FETD for a short time, and flows a current in the reverse direction from the DC power supply 301 to the moving coil 13. As a result, a brake (a general reverse brake in motor control) is applied to the spool 8, and the spool 8 is decelerated.
[0082]
This acceleration / deceleration is repeated to stop at the point where the output voltages of the magnetic sensors S1 and S2 both reach the specified voltage. The servo control may be software that sequentially feeds past control processes to the next servo control.
[0083]
  In the above-described embodiment, the driving current (+ i) cutoff timing (acceleration / deceleration switching point) is obtained from the detection signal from the magnetic sensor S2.On the other hand, although not within the scope of the right of the present invention, the timing of cutting off the drive current (+ i)Obtained from the magnitude of the back electromotive force generated when the moving coil 13 is moved.It is also possible to adopt such a method.
[0084]
When the applied voltage to the moving coil 13 is E, the winding resistance of the moving coil 13 is R, the current flowing through the moving coil 13 is I, and the counter electromotive force generated in the moving coil 13 is Ec,
E = R · I + Ec (6)
It is expressed.
[0085]
Here, R and I in the equation (6) are known, and the speed v of the moving coil 13 and the back electromotive force Ec are in a proportional relationship. Since the moving distance X of the moving coil 13 is a value obtained by integrating the speed at time t, it can be converted into a value obtained by integrating the back electromotive force Ec at time t.
X = ∫Ecdt (7)
[0086]
The distance X in the above equation (7) is obtained by calculation (area) from the result of A / D conversion of the voltage generated in the terminal voltage of the moving coil 13. Since the moving distance L of the spool 8 is constant and the distance L / 2 to the acceleration / deceleration switching point is also known, the integral value expected value of the L / 2 position obtained in advance and the spool 8 at any time during acceleration are obtained. The L / 2 position can be detected by comparing the calculated result.
[0087]
With this method, the acceleration / deceleration switching point can be obtained by calculation, and it is not necessary to provide the magnetic body 15 with the notch 15-1. Further, the magnetic sensor S2 can be omitted. In this case, the stop positioning servo control can be performed only with the output voltages of the magnetic sensors S1 and S3.
[0088]
【The invention's effect】
  As is apparent from the above description, according to the present invention, the driving current is supplied to the winding of the moving coil, and the moving coil and the spool are driven by the interaction between the driving current flowing through this winding and the magnetic field that intersects. During driving of the driving means and the moving coil and spool by the driving means,Based on the position of the notch formed in the magnetic body attached to the shaft connecting the moving coil and the spoolThe spool is located roughly in the middle between the movement start point and the stop target point.Detect thatCurrent flowing in the winding of the moving coil due to the interaction between the driving current interrupting means for interrupting the driving current to the winding of the moving coil and the magnetic field intersecting with the moving coil that linearly moves along the axis after the driving current is interrupted Since the kinetic energy given to the moving coil and spool by the drive current is reduced to the power source etc. as electric energy, the moving coil and spool that continue linear motion are regeneratively braked. Accordingly, the spool can be moved to the stop target point in the shortest time, and at the same time, ideally, no power energy is used and the moving valve can be driven with high efficiency.
[0089]
  Further, by making the driving current constant, it is possible to minimize the power loss of the circuit resistance and efficiently drive the moving coil and the spool. In addition, by making the regenerative current constant, it is possible to minimize power loss of circuit resistance and realize efficient regeneration..
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an outline of a moving valve to which an embodiment of a switching valve control device according to the present invention is attached.
FIG. 2 is a diagram showing a control circuit attached to the moving valve.
FIG. 3 is a diagram showing temporal changes of a moving speed v (characteristic I) of a spool, a current i (characteristic II) flowing through a moving coil, and a stroke position S (characteristic III) of the spool.
FIG. 4 is a diagram showing a waveform (voltage waveform) obtained by converting detection signals from magnetic sensors S1, S2, and S3 into voltage values.
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of the control circuit shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a diagram showing a truth table of constant current control / H bridge control in this control circuit.
FIG. 7 is a diagram illustrating output waveforms of respective units during forward control in the control circuit.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of stop positioning servo control in this control circuit.
FIG. 9 is a side sectional view showing an outline of a conventional moving valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Center yoke, 6 ... Outer yoke, 7 ... Permanent magnet (magnet), 8 ... Spool, 9 ... Shaft, 13 ... Moving coil, 13-1 ... Bobbin, 13-2 ... Winding, 15 ... Magnetic body, 15 -1 ... Notch, S1, S2, S3 ... Magnetic sensor, 200 ... Moving valve, 300 ... Control circuit, 301 ... DC power supply, 302 ... Controller (bidirectional current control unit), 303 ... Changeover switch unit (H bridge), 304 ... sense signal processing unit, 305 ... main control unit, 306 ... current sensor, 400 ... spool position detection unit.

Claims

A stator that is fixed to a frame and generates a magnetic field in a predetermined direction, a moving coil that has a winding that crosses the magnetic field and is supported so as to be movable forward and backward in the axial direction of the winding, and the axis connected to the moving coil In a switching valve control device that is attached to a switching valve that includes a spool that switches a flow path by movement in a direction, and that controls a current supplied to the moving coil,
A driving means for supplying a driving current to the winding of the moving coil and driving the moving coil and the spool by an interaction between the driving current flowing through the winding and the magnetic field;
During the driving of the moving coil and the spool by the driving means, the movement start point and the stop target point are based on the positions of notches formed on the magnetic body attached to the shaft connecting the moving coil and the spool. A drive current cut-off means for detecting that the spool is positioned in the middle of the middle and cutting off the drive current to the winding of the moving coil;
And a regenerative means for forming a current flowing in the winding as a regenerative current by the interaction of the moving coil that linearly moves along the axis after the drive current is cut off and the magnetic field. Control device.

In the switching valve control device according to claim 1,
The switching valve control device characterized in that the drive means and the regenerative means make the drive current and the regenerative current constant, respectively.