JP4174565B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遊技場には、遊技機あるいは遊技媒体貸出し機等、様々な遊技場内機器が設けられている。これらの遊技場内機器は、管理装置（ホールコンピュータ等）と直接あるいは（他の通信用機器等を介して）間接的に、通信回線等で接続されている。
遊技場内機器あるいは遊技場内機器に接続された通信用機器は、各遊技場内機器の動作状態（遊技媒体の払出し状態）等を管理装置に送信する。管理装置は、例えば、各遊技場内機器の動作状態を集計して営業状況を管理する。また、管理装置は、遊技媒体の補給命令等を遊技場内機器あるいは遊技場内機器に接続された通信用機器に送信する。
例えば、管理装置は、遊技媒体貸出し機の遊技媒体保有量を監視しており、払出し等により遊技媒体保有量が所定量以下になると、当該遊技媒体貸出し機に接続された通信用機器等に遊技媒体の補給命令を送信する。遊技媒体の補給命令を受信した通信用機器等は、遊技媒体補給用負荷を駆動し、遊技媒体貸出し機に遊技媒体を補給する。遊技媒体補給用負荷としては、主にソレノイドが用いられている。遊技場には、遊技媒体補給用以外の負荷にもソレノイドが用いられている。通信用機器は、ＰＷＭ信号によって遊技媒体補給用負荷を駆動制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、通信用機器は、遊技媒体補給用負荷等を駆動する場合、起動時には遊技媒体補給用負荷等を作動させるのに必要な大電流（吸引電流）を供給するためにデューティ比が大きいＰＷＭ信号を出力し、起動後は遊技媒体補給用負荷等の吸引状態を保持するのに必要な小電流（保持電流）を供給するための所定のデューティ比のＰＷＭ信号を出力している。
しかしながら、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を出力しても、遊技媒体補給用負荷等の特性によって、遊技媒体補給用負荷に作動状態を保持するのに必要な保持電流を供給することができない場合がある。
このため、従来の負荷駆動装置は、負荷の特性等が変わった場合でも、作動状態を保持するのに必要な保持電流を負荷に確実に供給することができるようにするために、デューティ比に余裕を持たせている。したがって、無駄な電力が消費されていた。消費電力を低減するために、負荷の吸引状態を保持するための電流を最適に制御することが必要である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、消費電力を低減することができる負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの負荷駆動装置である。
請求項１に記載の負荷駆動装置では、目標電流に対応させたＰＷＭ信号を駆動制御回路から出力し、駆動回路の応答遅れあるいは負荷（ソレノイド等）の特性等の影響により、実際の負荷を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅が短くなり、出力される保持電流が低くなるような場合であっても、駆動制御回路からの出力と、実際に負荷に供給されている出力（負荷電流検出回路からの検出信号）の遅れ時間に基づいて、適切にＰＷＭ信号（ＰＷＭ信号の各パルスのパルス幅）を調節できる。このため、吸引状態を保持するための電流を最適に制御できるので、消費電力を低減することができる。
【０００５】
また、請求項１に記載の負荷駆動装置では、負荷を起動する（吸引状態にする）ための吸引電流（＞負荷の吸引状態を保持する保持電流）を出力する期間（ＰＷＭ信号のオン状態の時間が長い期間）に、遅れ時間の検出を行う。このため、負荷の起動（吸引）に続いて、吸引状態を保持する保持電流を出力する期間（ＰＷＭ信号のオン状態の時間が短い期間）の開始時点から、遅れ時間に基づいて適切にＰＷＭ信号（ＰＷＭ信号の各パルスのパルス幅）を調節できるので、吸引状態を保持するための電流を最適に制御する期間を長くすることができるので、消費電力をより低減することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の負荷駆動装置を遊技場の負荷駆動装置として構成した場合の概略接続図を示している。
管理装置１は、複数の負荷駆動装置２ａ〜２ｎ（この例では、負荷駆動装置は管理装置１との通信機能も備えている）に接続され、管理装置１と各負荷駆動装置２ａ〜２ｎとの間で相互に通信することが可能である。各負荷駆動装置２ａ〜２ｎには、複数の負荷２ａ１〜２ｎ４が接続されている。
負荷駆動装置２ａ〜２ｎは、管理装置１からの駆動命令に従って、それぞれに接続されている負荷２ａ１〜２ｎ４を個々に駆動制御することができる。また、負荷駆動装置２ａ〜２ｎは、負荷２ａ１〜２ｎ４を駆動する場合には、消費電力を低減させ、且つ制御が容易なＰＷＭ信号を負荷２ａ１〜２ｎ４に供給する。
【０００７】
次に、駆動装置２ａ〜２ｎから負荷２ａ１〜２ｎ４に供給されるＰＷＭ信号及び負荷２ａ１〜２ｎ４の動作を図２を用いて説明する。図２に示すグラフは、負荷としてソレノイドを用い、ソレノイドに供給する電圧をＰＷＭ信号に応じて制御した場合の、ソレノイドに流れる電流（電流波形）とソレノイドの作動状態（吸引状態、吸引解除状態）を示したものである。
ソレノイドは、例えば、鉄心に巻回された駆動コイルと、可動子と、可動子を吸引解除状態とする方向に付勢する付勢手段（バネ等）により構成されている。駆動コイルは、インダクタンス成分と抵抗成分を含んでいる。
吸引解除状態において、駆動コイルに一方向の電流が流れると、駆動コイルと可動子との間に、可動子を駆動コイルに吸引させる方向の磁気吸引力が発生する。この駆動コイルの電流が、吸引スライスレベル以上になると、可動子に作用する磁気吸引力が付勢手段の付勢力以上となり、可動子が駆動コイルに吸引された「吸引状態」となる。
「吸引状態」では、駆動コイルと可動子により形成される磁気回路の磁気抵抗が小さくなるため、吸引スライスレベルより小さい保持スライスレベル以上の電流が駆動コイルに流れていれば「吸引状態」が保持される。
一方、「吸引状態」において、駆動コイルの電流が保持スライスレベル未満になると（あるいは、他方向の電流が流れると）、可動子に作用する磁気吸引力が付勢手段の付勢力より小さくなるため、可動子が駆動コイルから離された「吸引解除状態」となる。
【０００８】
図２では、ソレノイドの駆動初期の吸引期間（例えば、数十ｍｓ）では、ソレノイドに電圧を継続して供給している。すなわち、所定期間内における電圧供給時間（オン時間）の割合（％）を「デューティ比」とすると、吸引期間では、デューティ比１００％のＰＷＭ信号を出力する。なお、電源の電圧は、デューティ比が１００％のＰＷＭ信号により駆動素子が制御された時に、ソレノイドの駆動電流が吸引スライスレベル以上となるように設定されている。
吸引期間において、ソレノイドの電流（図２中の「電流波形」）が徐々に増加し（インダクダンス成分により、傾きは異なる）、吸引スライスレベルを越えると、ソレノイドは「吸引状態」になる。ソレノイドが遊技場の遊技媒体補給用ソレノイドである場合は、ソレノイドが「吸引状態」になると、遊技媒体の補給が行われる。この後、ソレノイドの電流は更に増加するが、ソレノイドの抵抗成分により、ある部分で飽和し、それ以上は電流が流れなくなる。
吸引後の保持期間では、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を出力することで、ソレノイドの電流（図２中の「電流波形」）が微小な増加と減少を繰り返す。この場合、ソレノイドの電流が保持スライスレベル未満にならないように、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比が設定されている。
吸引を解除する場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定のデューティ比以下とする。これにより、ソレノイドは「吸引解除状態」となる。ソレノイドが遊技場の遊技媒体補給用ソレノイドである場合は、ソレノイドが「吸引解除状態」になると、遊技媒体の補給が停止される。
【０００９】
本実施の形態は、ＰＷＭ信号の周期を１００μｓｅｃに設定し、保持期間における所定のデューティ比を１０％に設定した。周期を１００μｓｅｃより長く（周波数を低く）すると、ソレノイド駆動時の音が大きくなるので好ましくない。また、逆に周期を短くすると、保持期間におけるＰＷＭ信号のオン時間幅が数μｓｅｃ以下になり、パルス幅の精度を確保することが困難になる。
なお、デューティ比は、駆動電源の電圧、ソレノイドの特性（保持電流のカタログ値、抵抗成分の値等）、駆動回路の誤差等を考慮して設定される。
【００１０】
しかしながら、例えば、１００μｓｅｃ周期でデューティ比が１０％のＰＷＭ信号の場合、負荷に供給される電圧のパルス幅は１０μｓｅｃである。
このようなパルス幅で通常の駆動回路を駆動する場合、駆動回路の応答遅れあるいはソレノイドの特性等の影響がでる。例えば、ＰＷＭ信号がオン状態になってから、数μｓｅｃ遅れてソレノイドの電流が立上がる（図３参照）。一方、ＰＷＭ信号がオン状態からオフ状態に変化した場合には、ほとんど遅れなくソレノイドの電流が立ち下がる（図３参照）。このため、ソレノイドの電流の立上がりが遅れた分、ソレノイドに供給される電圧のパルス幅が短くなる。
僅か数μｓｅｃの遅れであるが、１０μｓｅｃのパルス幅に対しては非常に大きな値である。このため、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を出力した場合でも、ソレノイドの電流が保持スライスレベル未満に低下する場合がある。しかも、駆動回路、ソレノイド、使用環境（温度等）等によって、遅れ時間が微妙に異なる。
従来では、これらの遅れ時間が異なっていても、保持期間において保持スライスレベル以上の電流をソレノイドに供給できるように、デューティ比を大き目に設定していた。このため、無駄な電力が消費されていた。
本実施の形態では、ソレノイドの電流の立ち上がりの遅れ時間を検出し、検出した遅れ時間に応じてＰＷＭ信号を調節（補正）している。例えば、ＰＷＭ信号のオン時間幅を調節（補正）している。これにより、駆動回路やソレノイド等による遅れ時間に応じたデューティ比を設定することができるため、吸引状態を保持するのに必要な電流を最適に制御することができ、消費電力を低減することができる。
【００１１】
次に、図３を用いて、本実施の形態構成及び動作を説明する。
◆［回路構成］
図３（Ａ）を用いて回路構成について説明する。
ソレノイド（駆動コイル）１０は、インダクタンス成分Ｌ１と抵抗成分Ｒ１を含み、両端間に駆動回路２０のダイオードＤ１が接続されている。ダイオードＤ１のカソードは駆動電源（Ｂａｔ）に接続されている。
駆動回路２０は、駆動素子（この例ではトランジスタＴＲ１）と、フライホイールダイオード（この例ではダイオードＤ１）で構成されている。ダイオードＤ１のアノードは、トランジスタＴＲ１のコレクタに接続され、トランジスタＴＲ１のエミッタは、負荷電流検出回路３０の抵抗Ｒ２１の一方に接続されている。また、トランジスタＴＲ１のベースには、駆動制御回路４０から出力されるＰＷＭ信号が入力される。
【００１２】
負荷電流検出回路３０は、ソレノイド１０に流れる負荷電流を検出する電流検出手段（この例では電流を電圧に変換する電流検出抵抗Ｒ２１）と、負荷電流が所定値（この場合、所定の電圧）に達したことを検出して検出信号を出力する検出信号出力回路（この例では、トランジスタＴＲ２、抵抗Ｒ２２及びＲ２３、インバータＮ１）で構成されている。抵抗Ｒ２１の一方はトランジスタＴＲ１のエミッタに接続されるとともに抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴＲ２のベースに接続され、抵抗Ｒ２１の他方は基準電位に接続されている。トランジスタＴＲ２のエミッタは基準電位に接続され、トランジスタＴＲ２のコレクタはインバータＮ１の入力に接続されるとともに抵抗Ｒ２３を介して回路用電源（５Ｖ）に接続されている。
【００１３】
駆動制御回路４０は、ＣＰＵ４２とタイマ４４で構成されている。
ＣＰＵ４２は、ＰＷＭ信号発生回路を内蔵している。ＣＰＵ４２のＰＷＭ信号出力端子は、トランジスタＴＲ１のベースに接続されているとともに、タイマ４４のｓｔａｒｔ端子に接続されている。
タイマ４４のｃｌｏｃｋ端子には、ＣＰＵ４２あるいは発振回路等から所定の周波数（例えば、１ＭＨｚ）のクロックが入力される。タイマ４４のｈｏｌｄ端子は、インバータＮ１の出力端子が接続され、ｒｅａｄ端子及びｒｅｓｅｔ端子は、ＣＰＵ４２に接続されている。
タイマ４４は、例えば、ｓｔａｒｔ端子が「Ｈ」の場合にｃｌｏｃｋ端子に入力されるパルスを計数し、ｈｏｌｄ端子が「Ｈ」になると計数を停止し、その時の計数値（タイマ値）を保持する。この計数値は、ｒｅａｄ端子から読み出すことが可能である。また、ｒｅｓｅｔ端子を「Ｈ」にすると、計数値がゼロに初期化される。
なお、タイマ４４の機能は、ＣＰＵ４２に内蔵されているキャプチャ機能あるいはインターバル時間計測機能等を用いてもよい。
【００１４】
◆［動作波形］
図３（Ｂ）を用いて動作波形について説明する。
駆動制御回路４０のＣＰＵ４２は、ＰＷＭ出力端子からＰＷＭ信号を駆動回路２０のトランジスタＴＲ１に供給し、ソレノイド１０の駆動を制御する。図３（Ｂ）中の「ＰＷＭ信号」は、ＣＰＵ４２から出力されるＰＷＭ信号（電圧波形）である。このＰＷＭ信号は、タイマ４４のｓｔａｒｔ端子にも入力される。図３では、ＰＷＭ信号が「Ｈ」レベルの時にトランジスタＴＲ１がオンし、「Ｌ」レベルの時にトランジスタＴＲ１がオフする。
ＰＷＭ信号が「Ｈ」レベルとなって、タイマ４４のｓｔａｒｔ端子が「Ｈ」になると、タイマ４４は、ｃｌｏｃｋ端子に入力されるクロックの計数を開始し、計数値が徐々に増加していく。
【００１５】
図３（Ｂ）中の「Ｒ２１の電圧」は、ソレノイド１０に実際に流れた電流に基づいて抵抗Ｒ２１にて発生した電圧波形である。この電圧波形は、駆動回路２０の応答遅れ及びソレノイド１０の特性等により、「ＰＷＭ駆動信号」が「Ｈ」レベルになってから遅れて立上がる。この「Ｒ２１の電圧」が、トランジスタＴＲ２のベースバイアス電圧（例えば、約０．６Ｖ）を越えると、トランジスタＴＲ２がオフからオンに切り換わる。これにより、インバータＮ１の出力（タイマ４４のｈｏｌｄ端子に入力される検出信号）が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する（例えば、０Ｖから５Ｖに変化する）。
タイマ４４のｈｏｌｄ端子が「Ｈ」になると、タイマ４４は、クロックの計数を停止し、その時点の計数値を保持する。この計数値は、ＰＷＭ信号が「Ｈ」レベルになった時点（駆動回路にオン信号を供給した時点）から、負荷電流検出回路からの検出信号が出力される時点までの時間に対応している。
次に、ＣＰＵ４２は、タイマ４４のｒｅａｄ端子から、タイマに保持されている計数値を読み出す。そして、タイマ４４のｒｅｓｅｔ端子を所定期間「Ｈ」状態にして計数値を初期化（ゼロ）した後、ｒｅｓｅｔ端子を「Ｌ」にする。
以上のＣＰＵ４２の処理は、ＰＷＭ信号が「Ｈ」レベルである時間が比較的長い「吸引期間」に行うことが好ましい。この場合には、ＣＰＵが余裕を持って遅れ時間の検出処理を行なうことができる。また、「吸引期間」に続く「保持期間」の初めのＰＷＭ信号から、デューティ比を最適なデューティ比に調節（変更）することができる。これにより、保持期間中にＰＷＭ信号の遅れ時間を検出する場合に比して、消費電力をより低減することができる。
【００１６】
◆［ＰＷＭ信号の調節量］
図３（Ｃ）を用いてＰＷＭ信号の調節量について説明する。
ＣＰＵ４２は、読み出した計数値に基づいて、「Ｒ２１の電圧」の遅れ時間（図３（Ｂ）中の「検出時間」）を判別する。例えば、「ｃｌｏｃｋの周波数が１ＭＨｚ（周期１μｓｅｃ）」で、「計数値が２」の場合は、遅れ時間が２μｓｅｃであることを判別する。
一方、ＣＰＵ４２の記憶手段等には、検出時間に対する補正時間が設定されている補正テーブル（図３（Ｃ））が記憶されている。この補正テーブルは、実際の駆動制御回路４０及び負荷駆動回路２０を用いて実際のソレノイド１０を駆動し、その時の負荷電流検出回路３０の検出信号を検出する処理を種々の条件で行い、その結果に基づいて決定している。
ＣＰＵ４２は、検出時間に対応する補正時間を補正テーブルから読み出す。この例では、検出時間が２μｓｅｃの場合には、補正時間は４μｓｅｃである。
例えば、駆動制御回路４０から１０μｓｅｃのパルス幅のデューティ比のＰＷＭ信号を出力した時の検出時間が２μｓｅｃであった場合、ＰＷＭ信号のパルス幅を１０μｓｅｃから１４μｓｅｃ（１０μｓｅｃ＋４μｓｅｃ）に調節する。これにより、調節前ではソレノイドに供給される電圧のパルス幅が１０μｓｅｃより短かったが、調節後にはソレノイドに供給される電圧のパルス幅はほぼ１０μｓｅｃとなり、保持スライスレベル以上の保持電流をソレノイドに流すことが可能になる。
なお、補正テーブルを使用することなく、検出時間を検出する毎に、検出時間に基づいて補正時間を求めるようにしてもよい。
【００１７】
以上の説明により、保持電流をより高精度に制御できるので、従来のように保持電流を高めに設定する必要がなくなり、消費電力を低減することができる。
なお、保持期間では、ソレノイドに継続して保持電流を流し続けるのではなく、周期的あるいはランダムな時間に、ソレノイドに吸引電流を供給する（例えば、吸引スライスレベル以上の電流を短時間だけソレノイドに流す）ことが好ましい。このように保持期間中にもソレノイドに吸引電流を流すことにより、保持期間中に、万一吸引解除状態に陥った場合でも、自動的に吸引状態に復帰させることが可能になる。
また、複数のソレノイドを同時に駆動している場合には、保持期間中に各ソレノイドに吸引電流を供給する期間が重ならないように、各駆動回路に供給するＰＷＭ信号の時間を制御することが好ましい。この場合、消費電力のピーク（瞬間的な総消費電力）を低減することができる。また、消費電力の脈動を抑制し、平滑化することができる。これにより、ソレノイド駆動用電源を小容量の電源に変更することができるため、コストを低減することができる。
【００１８】
本発明は、実施の形態で説明した構成、制御方法、手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、駆動回路２０、負荷電流検出回路３０、駆動制御回路４０の構成は種々変更可能である。
また、負荷駆動装置は、図３（Ａ）に示す構成に限定されない。
また、ソレノイドを駆動する場合について説明したが、本発明は、ソレノイド以外の種々の負荷の駆動装置として用いることができる。
また、遊技場の負荷駆動装置について説明したが、本発明は、遊技場以外の種々の場所で使用されている負荷の駆動装置として用いることができる。
また、ＰＷＭ信号の調節方法はオン時間幅を調節する以外の方法（例えば、周期とオン時間幅を調節する方法等）を用いることもできる。例えば、周期１００μｓｅｃ、オン時間幅１０μｓｅｃ（デューティ比１０％）の時の遅れ時間が２μｓｅｃであった場合、周期を４００μｓｅｃに変更し、オン時間幅を４０μｓｅｃ（デューティ比１０％）に変更すると、同じ遅れ時間２μｓｅｃであっても、オン時間幅に対する割合が減少（２μｓｅｃ／１０μｓｅｃから、２μｓｅｃ／４０μｓｅｃに減少）するので、誤差の割合を小さくできる。
また、駆動初期に大電流を供給し、定常時には小電流を供給する負荷について説明したが、本発明は、駆動中所定の電流を供給する負荷にも用いることができる。
本実施の形態の説明で使用した電圧等の波形は、図２及び図３に限定されるものではない。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
本発明の遊技場の負荷駆動装置は、遊技場の負荷駆動装置以外にも、種々の負荷をＰＷＭ信号で駆動する装置に適用することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の負荷駆動装置を用いれば、負荷の消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の負荷駆動装置の一実施の形態の概略接続図である。
【図２】 ＰＷＭ信号及び負荷の動作を説明する図である。
【図３】 本発明の負荷駆動装置の一実施の形態の回路構成と、動作波形と、ＰＷＭ信号の調節方法について説明する図である。
【符号の説明】
１ 管理装置
２ａ〜２ｎ 負荷駆動装置
２ａ１〜２ｎ４ 負荷
１０ ソレノイド
２０ 駆動回路
３０ 負荷電流検出回路
４０ 駆動制御回路
４２ ＣＰＵ
４４ タイマ

Claims (1)

1. 吸引状態と吸引解除状態のいずれかの状態に制御される負荷を駆動する駆動回路と、前記吸引解除状態から前記負荷の駆動を開始して前記負荷の駆動初期の吸引期間では１００％のデューティオン状態のパルス幅のＰＷＭ信号を前記駆動回路に供給して前記負荷を前記吸引状態にするとともに前記吸引期間に続く保持期間では１００％よりも小さな割合のデューティオン状態のパルス幅のＰＷＭ信号を前記駆動回路に供給して複数のパルス列にて前記負荷の吸引状態を保持する駆動制御回路とを備える負荷駆動装置であって、
   負荷電流を検出する負荷電流検出回路を備え、
   駆動制御回路は、前記吸引期間中において前記負荷電流検出回路で検出される負荷電流が所定値に達するまでの遅れ時間を検出し、検出した遅れ時間に基づいて前記保持期間中における前記駆動回路に供給する前記複数のパルス列における各パルスのパルス幅を調節することで前記保持期間中において前記負荷に供給する電流を調節する、
   負荷駆動装置。

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