JP4230824B2 - Energization control device for latch type solenoid valve - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はラッチ式電磁弁の弁電流を制御する通電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動水栓や便器の自動洗浄装置等の電磁弁として、通電による開弁後においてプランジャを開弁状態に、閉弁後において閉弁状態にそれぞれ保持するラッチ式電磁弁が広く用いられている。
図5はその具体例を示している。
【0003】
図5において200はパイロット通水路で、このうち通水路200aは主通水路202を開閉する主弁204の背面側の背圧室206に連通し、また通水路200bは主通水路202の主弁204よりも下流側202bに連通している。
【0004】
パイロット通水路200が遮断、つまり閉じられると、主通水路202における主弁204よりも上流側202aと連通状態にある背圧室206の水圧が増大して主弁204が閉じられ、またパイロット通水路200が開かれると背圧室206の水圧が減少して主弁204が開かれ、主通水路202が連通状態となる。
【0005】
208はプランジャであってスリーブ(案内筒)210の内周面に摺動可能に嵌合されており、このプランジャ208の弁座212への着座によりパイロット通水路200が遮断され、また弁座212からの離間によりパイロット通水路200が連通状態となる。
【0006】
スリーブ210の内部には、プランジャ208と所定の間隔をおいて固定コア214が位置固定に設けられている。これらプランジャ208と固定コア214との間にはスプリング216が介装されており、プランジャ208がこのスプリング216によって常時閉方向(図中上向き)に弾発されている。
【0007】
スリーブ210の外側にはリング状の永久磁石218と、これを軸方向にサンドイッチ状に挟む状態で磁性材から成るリング状プレート220,222が配設されており、またそれらの下側(図中下側)にはソレノイド224が固定コア214を取り巻くように設けられている。これらはヨーク226を介して水栓等の本体228に固定されている。
【0008】
尚永久磁石218は板厚方向に着磁されており、その磁束はリング状プレート220,プランジャ208,固定コア214,ヨーク226,リング状プレート222を通って永久磁石218へと戻っている。
【0009】
このラッチ式電磁弁230においては、図5に示す閉弁状態においても永久磁石218の磁束によりプランジャ208に対して固定コア214側への吸引力が働いているが、この吸引力は、プランジャ208と固定コア214との間のギャップにより弱く、スプリング216の弾発力がこの吸引力に打ち勝ってプランジャ208を弁座212に押圧した状態にある。
【0010】
この状態でソレノイド224に対して永久磁石218による磁束と同方向の磁束を発生させるような弁電流を通ずると(オン通電すると)、固定コア214による吸引力がスプリング216による弾発力に打ち勝ってプランジャ208が固定コア214側に吸い寄せられる。
【0011】
而して一旦プランジャ208が移動し始めると、プランジャ208と固定コア214との間のギャップが減少するため吸引力はますます増大し、プランジャ208が固定コア214に当接して固定コア214により強く吸着保持される。
【0012】
ここにおいてラッチ式電磁弁230は開弁状態となり、パイロット通水路200が連通状態となって主弁204が開かれ、主通水路202が連通状態となって吐水口からの吐水が行われる。
【0013】
上述したようにプランジャ208と固定コア214との間には永久磁石218の磁束に基づく吸引力が働いており、この吸引力はそれらの間にギャップのわずかしか存在しない開弁状態ではスプリング216の弾発力に打ち勝つ強いものであるから(そのように設定されている)、開弁後にソレノイド224への通電を停止してもプランジャ208は固定コア214により吸着状態に保持される。即ちラッチ式電磁弁230は開弁状態に保持され、主通水路202の水流は流れ続ける。
【0014】
次にパイロット通水路200を閉じるべく、ソレノイド224に対して上記とは逆方向の弁電流を通ずると(オフ通電を行うと)、永久磁石218による磁束が打ち消され、これによりプランジャ208がスプリング216の弾発力によって固定コア214から離間させられた上、弁座212に押し付けられ、パイロット通水路200が閉じられる。
【0015】
パイロット通水路200が閉じられると通水路200a及びこれに連通する背圧室206の水圧が上昇し、主弁204が閉じられて主通水路202の水流が止る。
【0016】
このラッチ式電磁弁230の場合、弁電流を通ずる必要があるのは開弁動作時と閉弁動作時のみであり、その後においては弁電流を通ずる必要がないため省電力を図ることができる。
【0017】
ところでこのラッチ式電磁弁230においては、ソレノイド224に対する弁電流の通電を停止するタイミングが問題となる。
そのタイミングが早過ぎればプランジャ208の作動不良を引き起し、また逆にそのタイミングが遅過ぎれば電力を不必要に余分に消費してしまうこととなる。
【0018】
而して弁電流の通電を適正なタイミングで停止するためには、プランジャ208がその終端位置まで移動したことを検出する必要がある。
プランジャ208がその終端位置まで移動したことを検出できれば、適正なタイミングで弁電流の通電を停止することができ、過不足のない電力供給が可能となる。
【0019】
そこで本出願人は先の特許願(下記特許文献1)において、弁電流の変化を微分回路を用いて検出することで、プランジャが終端位置まで移動したか否かを判定し、ソレノイドへの弁電流の通電を停止させるようになした通電制御装置を提案した。
【0020】
例えばプランジャ208が開方向、つまりソレノイド224側に引き込まれる方向に移動する際、ソレノイド224に流れる弁電流は図6(A)に示しているようにいきなり鋭く立ち上がらないで徐々に上昇してピークに達する。
プランジャ208が移動を開始するとソレノイド224のインピーダンスが上昇変化するため、弁電流はピークを超えてから一旦減少し、そしてプランジャ208が終端位置まで移動したところで再び弁電流が上昇に転ずる。
【0021】
そこでこの特許文献1の通電制御装置では、微分回路を用いて弁電流信号の変化を、具体的には弁電流に比例して発生させた電圧の上昇変化を検出して微分波を出力するとともに、比較回路にて微分波の大きさを基準値と比較し、その基準値を上回る微分波が2度目に生じたときに、プランジャ208が終端位置まで移動したものと判定してソレノイド224への通電を停止させるようにしている。
【0022】
尚図6(B)はその微分波の波形を示すもので、Bは最初の弁電流増加時の微分波を、Bは2度目の弁電流増加時の微分波を表している。尚鎖線のCは後段の比較回路において設定された基準値(しきい値)を表している。
図6(C)は、その比較回路から出力されるパルス信号を表しており、その内Pが最初のパルス信号を、Pが2度目のパルス信号を表している。
【0023】
図7はこの通電制御装置の具体的な回路構成例を表している。
同図において224はラッチ式電磁弁230のソレノイド、232はソレノイド224の駆動電源、234は人体感知するセンサ、236はマイコンで、238はソレノイド224の駆動回路としてのHブリッジ回路であり、PNP型のトランジスタTr1,Tr2及びNPN型のトランジスタTr3,Tr4を有していて、それらがHブリッジ接続されている。
【0024】
R14はソレノイド224に流れる弁電流に比例した電圧を発生させる抵抗で、この抵抗R14によって発生した電圧が後段に設けられた微分回路240にて微分されるようになっている。
この微分回路240はコンデンサC4と抵抗R16とから成っており、その出力がオペアンプOP1の非反転入力端子に入力されるようになっている。
即ち微分回路240の微分波がオペアンプOP1で増幅されるようになっている。
【0025】
而してその増幅された微分波は比較回路242におけるオペアンプOP2の非反転入力端子に入力される。
このオペアンプOP2の反転入力端子には、抵抗分割により得た電圧が基準値(しきい値)として入力されており、オペアンプOP1からの出力値が、即ち微分波がその基準値よりも大きければこの比較回路242からH信号がパルス信号としてマイコン236に入力される。
また一方オペアンプOP1からの出力値が基準値よりも小さければ、比較回路242からL信号がマイコン236に入力される。
【0026】
マイコン236はこの比較回路242からのH信号の供給によって、具体的には2度目のH信号の供給によって基準値よりも大きい微分波が微分回路240で生じたこと、つまり弁電流の2度目の立上りが生じたことを知り、プランジャ208が終端位置まで移動したものと判定してソレノイド224の駆動回路としてのHブリッジ回路238をオフ状態とし、駆動電源232からソレノイド224への弁電流の通電を停止させる。
【0027】
尚、開位置にあるプランジャ208を閉方向に移動させる際、即ちソレノイド224側から図5中上向きに突出させる際にはソレノイド224に対して上記とは逆向きの弁電流を流す。
このとき、弁電流は図8(A)に示しているように徐々に上昇し、緩やかなカーブを描いて飽和状態となり、途中で弁電流が減少するということはない。
【0028】
このプランジャ208の閉方向の移動時においては、微分回路240からは図8(B)に示す微分波Bが発生する。
そしてこの微分波Bに基づいて比較回路242からは図8(C)に示す幅の広いパルス信号Pが出力され、マイコン236はこのパルス信号Pの立下りのタイミングで弁閉信号を出力して、駆動電源232からソレノイド224への弁電流の通電を停止させる。
【0029】
【特許文献1】
特開2003−21257号公報
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等がその後研究を行う中で以下の事実が判明した。
即ち、上記図6(A)に示す弁電流の波形はプランジャ208が円滑に始端位置から終端位置まで移動したときのもので、実際にはプランジャ208が移動する過程で一時的に動きが不規則となり、そのような不規則な動きを経て終端位置まで移動することのある事実が判明した。
【0031】
その理由は必ずしも明確ではないが、水の当り方とか、スプリング216との力関係とか、微細なごみ等が引っ掛かって一緒に動いたりとか、そういった種々要因が影響しているものと考えられる。
何れにしてもプランジャ208がこのようながたつきを伴った不規則な運動を行うと、これに伴って弁電流も不規則となる。
【0032】
図9(A)はプランジャ208がこのような不規則な運動を伴って移動する際の弁電流の波形を示したものである。
図示のように弁電流はピークに達した後一旦減少し、そしてプランジャのがたつき運動に伴って途中上昇し、更に再びその変曲点を経て上昇する曲線を描く。
【0033】
このとき、上記特許文献1の通電制御装置における微分回路240からは弁電流が最初に上昇し始めるときの微分波Bに続いて、プランジャ208が半移動で半停止した後再び移動し始めたところで図9(B)に示す2度目の微分波Bが発生し、更にその後プランジャ208が終端位置まで完全移動したところで更に微分波Bが出力される。
【0034】
この場合オペアンプOP1による増幅後の微分波Bの大きさが比較回路242の基準値を超えていれば、比較回路242から図9(C)に示すパルス信号Pが出力され、そのパルス信号Pによってマイコン236はプランジャ208が終端位置まで達したものと誤判定して、そこで弁電流を通電停止させてしまう。
この結果プランジャ208は通電停止が早過ぎることによって作動不良を起してしまう。
【0035】
尤もプランジャ208が半移動で半停止した後再移動し始めたときのパルス信号Pで直ちに弁電流を通電停止せず、一定の余裕時間をみてその後に弁電流を通電停止するといったことも考えられる。
但しこの場合安全を見込んでその余裕時間を長くとると、電力削減の効果が減殺されてしまう。
【0036】
またその後も一定時間弁電流を通電し続けても、プランジャ208が完全移動した時点で出力される微分波Bは小さいものとなるため、この微分波Bの大きさが基準値Cを超えられず、弁電流の通電停止時期を判定できなくなってしまう。
この場合比較回路242における基準値即ちしきい値を下げるといったことも考えられるが、実際にはこの基準値を下げるといったことは難しい。
【0037】
図7のオペアンプOP1を用いた差動増幅回路では、オペアンプOP1のオフセット電圧によって、オペアンプOP1に入力される微分回路240の微分波形の全体のベース電位レベルが、オペアンプOP1によって大きく増幅されて出力されるため、その後段の比較回路242で基準値を低く設定すると、オフセット電圧に起因して微分波形のベース電位レベルが大きい値で出力されて基準値を上回るといったことが生じ、微分波Bが発生していなくても比較回路242がパルス信号を出力してしまって、微分波Bを正確に検出できなくなってしまうからである。
【0038】
【課題を解決するための手段】
本発明のラッチ式電磁弁の通電制御装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項1のものは、ソレノイドへの弁電流の通電により電磁力でプランジャを開方向又は閉方向に移動させ、移動後において通電停止し且つ通電停止状態で該プランジャを位置保持するラッチ式電磁弁の通電制御装置において、前記弁電流の変化を検出し、該弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度該最初のピークまで実質的に上昇した時点を検出する電流変化検出手段を備え、該上昇した時点をもって前記ソレノイドへの通電を停止させるようになしたことを特徴とする。
【0039】
請求項2のものは、請求項1において、前記通電制御装置は、前記プランジャの前記ソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を前記電流変化検出手段による前記弁電流の変化の検出により判定し、通電停止させるものであることを特徴とする。
【0040】
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、前記電流変化検出手段が、弁電流信号を微分する微分回路と、該微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを有しており、該微分回路は前記弁電流が前記最初のピークを超えてから次に再び該最初のピークまで実質的に上昇するまでの間該弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなしてあり、前記通電制御装置は前記比較回路が該微分回路から前記基準値よりも大きい微分波が2度目に生じたことを検出したとき、前記プランジャが前記終端位置まで達したものとして通電停止させるようになしてあることを特徴とする。
【0041】
請求項4のものは、請求項3において、前記微分回路が、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成してあり、前記弁電流に比例して発生した電圧が該オペアンプの非反転入力端子に入力される一方、該オペアンプの反転入力端子側に接続された、前記微分回路の構成要素としてのコンデンサが該オペアンプのマイナス電源端子と接続されていることを特徴とする。
【0042】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、ソレノイドに流れる弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度その最初のピークまで実質的に上昇した時点をもって、プランジャが終端位置まで移動したものと判定し、ソレノイドへの通電を停止させるようになしたものである。
【0043】
本発明者等は、プランジャが移動の過程でがたつきを生じ、半移動した時点で半停止するようなことがあったとしても、弁電流が減少後に最初のピークまで上昇する間に、殆どがその終端位置まで移動完了している事実を実験により確認した。
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【0044】
而して本発明によれば、プランジャが移動の過程でがたつきを生じて半停止するようなことがあっても、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができ、プランジャの半移動での停止による作動不良を防止することができる。
また一方弁電流を不必要に長く流し続けることによって電力を無駄に消費してしまうことを回避でき、本来の省電力を実現することができる。
【0045】
本発明においては、プランジャのソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を上記電流変化検出により判定し、弁電流を通電停止させるように構成しておくことができる(請求項2)。
【0046】
本発明においては、上記電流変化検出手段を次のように構成することができる。
即ち弁電流信号を微分する微分回路と、その微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを含んで構成し、そしてその微分回路を、弁電流が最初のピークを超えてから次に再び実質的に最初のピークまで上昇するまでの間、弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなすことができる。
このような電流変化検出手段を備えた通電制御装置では、微分回路から基準値よりも大きい微分波が2度目に生じたことを比較回路が検出したとき、プランジャが終端位置に達したものとして弁電流を通電停止させる(請求項3)。
【0047】
この場合においてその微分回路は、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成し、弁電流に比例して発生した電圧をオペアンプの非反転入力端子に入力する一方、反転入力端子側に接続されたコンデンサを、オペアンプのマイナス電源端子と接続しておくことができる(請求項4)。
【0048】
このようにして微分回路を構成した場合、オペアンプを用いた差動増幅回路のオフセット電圧を実質的に無視することができ、従ってその後段に設けた比較回路の基準値を下げることが可能となって、弁電流の微小な増加、即ち小さな微分波でも精度高く検出可能となる。
かかる請求項4によれば、簡単且つ安価な回路で微分回路を構成することができる。
【0049】
【実施例】
次に、センサで人体感知しその人体感知に基づいて給水開始する一方、センサが人体非感知となったところで給水停止する給水装置におけるラッチ式電磁弁の通電制御装置に本発明を適用した場合の実施例を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
【0050】
図1において、10はラッチ式電磁弁のソレノイド、12はその駆動用の電源、14は人体感知するセンサで、16はマイコンである。
18はソレノイド10の駆動回路としてのHブリッジ回路でその後段に、弁電流に比例して出力された電圧を入力させ、微分動作する微分回路(微分増幅回路)20が、更にその後段に、微分回路20からの出力を基準値(しきい値)と比較し、その比較結果を出力する比較回路22が接続されている。
【0051】
ここでHブリッジ回路18はPNP型のトランジスタTr1,Tr2及びNPN型のトランジスタTr3,Tr4を有しており、それらがHブリッジ接続されている。
詳しくは、PNP型のトランジスタTr1のコレクタとNPN型のトランジスタTr3のコレクタとが直列に接続された回路と、同様にPNP型のトランジスタTr2のコレクタとNPN型のトランジスタTr4のコレクタとが直列に接続された回路とが並列接続され、そしてその並列回路に対し抵抗R14が直列に接続されている。
ここで抵抗R14は弁電流を検出するための抵抗、即ち弁電流に応じた電位差をその両端に発生させる抵抗である。
【0052】
そしてトランジスタTr1とTr3との中間点がソレノイド10の一方の端子1側に接続され、またトランジスタTr2とTr4との中間点がソレノイド10の他方の端子2側に接続されている。
またトランジスタTr1のベース側は抵抗R1を介してソレノイド10の端子2側に接続されるとともに、抵抗R2を介して電源12のプラス側に接続されている。
トランジスタTr2のベース側は抵抗R4を介してソレノイド10の端子1側に接続されるとともに、抵抗R3を介して電源12のプラス側に接続されている。
【0053】
更にトランジスタTr3のベース側は抵抗R9を介してマイコン16の出力端子OUT3に接続され、トランジスタTr4のベース側は抵抗R10を介してマイコン16の出力端子OUT4に接続されている。
【0054】
トランジスタTr1〜Tr4のHブリッジ回路18と抵抗R14との中間点は、後段の微分回路20におけるオペアンプOP1の非反転入力端子に抵抗R16を介して接続されており、抵抗R14に弁電流が流れることによって生じた電圧、即ち弁電流に比例した大きさの電圧が、オペアンプOP1の非反転入力端子に入力されるようになっている。
【0055】
この微分回路20はオペアンプOP1を主要素として構成されており、図2にも示しているようにその出力をオペアンプOP1の反転入力端子に帰還する帰還回路Kに抵抗R7が、更に抵抗R6が接続されている。
【0056】
尚この帰還回路Kには抵抗R7と並列にコンデンサC1が接続されている。
抵抗R6にはまたコンデンサC2の一方の端子が接続されている。
コンデンサC2の他方の端子は、オペアンプOP1のマイナス電源端子と接続され、接地されている。
本例において、これらオペアンプOP1,抵抗R7,R6,コンデンサC2及びC1は全体として微分回路20を構成している。
尚コンデンサC1は主としてノイズ取りのためのものである。
【0057】
本例において、オペアンプOP1は上記のようにマイナス電源端子がコンデンサC2と接続且つ接地されており、そしてプラス電源端子にプラス電源OUT2(VCC)が接続されている。
即ちオペアンプOP1はここでは単電源動作を行う。
このオペアンプOP1の出力側は抵抗R17を介して接地されるとともに、抵抗R11を介して後段の比較回路22におけるオペアンプOP2の非反転入力端子に接続されている。
【0058】
この比較回路22におけるオペアンプOP2の反転入力端子には、マイコン16を通じて供給される電源を抵抗R5,R8により抵抗分割して得た電圧が基準値(しきい値)として入力されており、前段の微分回路20のオペアンプOP1からオペアンプOP2の非反転入力端子に入力される電圧値がその基準値と比較され、その結果がH(High)又はL(Low)のデジタル信号として出力されるようになっている。
尚、オペアンプOP2の出力は抵抗R12を介してオペアンプOP2の非反転入力端子に帰還されている。
またオペアンプOP2からの出力信号はマイコン16の入力端子IN2に入力される。
【0059】
ここでオペアンプOP2は、非反転入力端子への入力電圧値即ち微分回路20からの出力電圧値が反転入力端子に加えられる基準値に対して大きいときにはH信号(パルス信号)を出力してマイコン16に供給し、またその逆である場合にはL信号をマイコン16に出力する。
【0060】
尚、センサ14に対してはマイコン16の出力端子OUT1から電源供給され、またセンサ14からの信号はマイコン16に対し入力端子IN1に入力される。
尚図1においてD1〜D5はそれぞれダイオードを表している。
【0061】
次に本例の装置の動作を以下に説明する。
本例において、センサ14が人体感知するとマイコン16の入力端子IN1に感知信号が入力される。
これによりマイコン16は出力端子OUT2を通じオペアンプOP1及びOP2をオン動作させるとともに、出力端子OUT4を通じてトランジスタTr4をオン動作させてこれを導通状態とする。尚このときトランジスタTr3はオフ状態のままである。
【0062】
トランジスタTr4が導通状態となることによって、トランジスタTr1もまた導通状態となり、ここにおいてトランジスタTr1のエミッタ側からコレクタ側に、更にはまたトランジスタTr4のコレクタ側からエミッタ側に電流が流れる。
即ちここにおいてソレノイド10に端子1側から端子2側に向う弁電流が流れ、これによってプランジャが開方向に、即ちソレノイド10による引込方向に移動して、電磁弁が開弁開始される。
【0063】
ソレノイド10に流れる弁電流は抵抗R14を通じて流れる。
このとき抵抗R14の両端には弁電流に比例した大きさの電圧が発生し、その電圧が抵抗R16を介し後段の微分回路20におけるオペアンプOP1の非反転入力端子へと入力される。
微分回路20は、その弁電流に応じて変化する入力電圧を微分増幅し、その出力を比較回路22におけるオペアンプOP2の非反転入力端子に入力させる。
【0064】
比較回路22は、発生した微分波が基準値に対して大きいか小さいかを判定し、大きいときにはH信号をパルス信号として、また小さいときにはL信号をそれぞれマイコン16に供給する。マイコン16はこれを受け、2度目のパルス信号によりHブリッジ回路18を駆動停止する。
具体的には、出力端子OUT4を通じてオフ信号を出力し、トランジスタTr4,Tr1をオフ動作させる。
【0065】
前述したようにプランジャを開方向に移動させるに際して、ソレノイド10に流れる弁電流は徐々に上昇してピークに達し、その後プランジャの移動に伴うソレノイド10のインピーダンス変化によって弁電流は一旦減少に転ずる。
【0066】
従ってこのとき微分回路20に加えられる、弁電流に比例した大きさの入力電圧は弁電流の変化に対応した波形を描いてオペアンプOP1の非反転入力端子へと入力される。
図3(A)の実線はオペアンプOP1の非反転入力端子に入力される電圧の変化、即ちその電圧波形を示したものである。
【0067】
このオペアンプOP1の出力を帰還回路Kによって反転入力端子に帰還させて成る差動増幅回路の増幅率は、抵抗R6とコンデンサC2とによるインピーダンスをZとして(Z+R7)/Zで表される。
ここでコンデンサC2への充電時においてコンデンサC2のインピーダンスが無視できる状況では、例えば抵抗R6の抵抗値が10kΩ、R7の抵抗値が2MΩであるとするとこの差動増幅回路の増幅率は約200倍となる。
【0068】
そしてこのとき、即ち弁電流の上昇時には図2中実線の矢印で示すように、オペアンプOP1の出力側からコンデンサC2側に相対的に大きな充電電流が帰還回路Kを図中左向きに流れてコンデンサC2が速やかに充電される。
【0069】
このときオペアンプOP1の反転入力端子側の電圧は非反転入力端子の電圧と同電位を保ちながら非反転入力端子の電圧上昇とともに上昇する。オペアンプOP1が、反転入力端子の電位と非反転入力端子の電位との差を0Vに保つように出力動作するのである。
【0070】
ところでこの差動増幅回路においては、帰還回路Kを図中左向きにコンデンサC2の充電電流が流れてコンデンサC2の充電が進み、これに伴ってコンデンサC2の抵抗分(インピーダンス)が増大すると、これに伴って差動増幅回路の増幅率は次第に低下する。
そしてコンデンサC2の充電が完了した時点でコンデンサC2による抵抗分は無限大となり、ここにおいて差動増幅回路の増幅率は最終的に1に収束する。
【0071】
図3(B)はその増幅率の変化に伴うオペアンプOP1の出力の変化を表したもので、これは即ちオペアンプOP1から出力される増幅された微分波形に他ならない。
即ちコンデンサC2に充電電流が流れる初期においてオペアンプOP1の出力は急激に立ち上がり、その後充電の進行に伴って出力は低下し、結果的に出力波形は微分波形となる。
【0072】
この微分回路20は、弁電流が一旦減少した後、即ちオペアンプOP1の非反転入力端子に加わる入力電圧が一旦減少した後、再度上昇して実質的に最初のピークに到達した時点から再び微分動作を行い、その間においては微分動作を実質的に行わない。
これは次の理由による。
【0073】
オペアンプOP1の非反転入力端子に加わる入力電圧がピークを超えて減少に転ずると、一時的にオペアンプOP1の反転入力端子の電位は非反転入力端子よりも高電位となる。
プラス電源とマイナス電源との2つの電源を用いた通常のオペアンプでは、反転入力端子の電位を非反転入力端子の電位と同電位に保つように、即ちイマジナルショートを保つように出力側からマイナス電圧を出力する。
そしてそのマイナス電圧の出力によって、コンデンサC2は帰還回路Kを図2中破線の矢印で示す右向きの放電電流によって放電を速やかに行い、オペアンプOP1の反転入力端子の電位を速やかに低下せしめる。
【0074】
しかしながら本例においてはオペアンプOP1がプラス電源のみを電源とする単電源のものとされ且つコンデンサC2とオペアンプOP1のマイナス電源端子とが接続且つ接地されていることから、オペアンプOP1からはマイナス電圧は出力されない。
その結果オペアンプOP1のイマジナルショートが不成立となってコンデンサC2の放電が遅れ、オペアンプOP1の反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位の減少に一時的に追従できない。
【0075】
その結果としてオペアンプOP1の反転入力端子の電位は、図3(A)中破線で示すようにピークを超えた後においてほぼ水平に推移する(但し若干は図中右下りとなる)。
即ちオペアンプOP1の非反転入力端子に加わる入力電圧が、移動途中のプランジャのがたつきによる半移動,半停止及びその後の再移動等によって図3(A)の実線で示しているように最初のピークを超えて減少した後再び上昇しても、反転入力端子側の電位はコンデンサC2の放電の遅れによってこれに追従できず、あたかも非反転入力端子の入力電圧が破線で示したような電位で推移変化した場合と同様の挙動を示す。
【0076】
即ちプランジャが半停止した後、再移動したときに発生する電圧上昇があっても微分回路20はこれに対応した微分波を出力せず、そして非反転入力端子の電圧が再び最初のピークを実質的に超えた時点で、再びイマジナルショートが成立状態となってそこで初めて次の微分波を発生する。
【0077】
詳しくは、図3(B)に示しているように微分回路20は弁電流(厳密にはこれに対応した電圧)が最初のピークを超えて減少した後、再び上昇して実質的に最初のピークを超えた時点で第2の微分波Bを出力する。
【0078】
先に述べたように、弁電流が一旦減少した後最初のピークまで回復した時点において、プランジャはたとえその途中で半移動,半停止をすることがあってもその殆どが終端位置まで移動している事実が実験により確認されており、従ってこの第2の微分波Bの立上りで後段の比較回路22から判定結果としてのパルス信号P(H信号)を出力させ、弁電流を通電停止することで、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができる。尚且つこれによって無駄に余分な電力供給するのを防止することができる。
【0079】
さて以上はプランジャを開方向に移動させる場合の動作であるが、センサ14による人体非感知によってプランジャを閉方向に移動させる際の動作は次のようになる。
【0080】
即ちセンサ14からの信号によってマイコン16は出力端子OUT3から信号出力する。
この信号によってトランジスタTr3が導通状態となり、次いでトランジスタTr2が導通状態となって、ソレノイド10に弁開時とは逆向きの弁電流を通電せしめる。
【0081】
このときの弁電流は途中で減少することはなく、カーブを描きながら上昇して最終的に飽和する。
その弁電流の変化の検出に基づく通電停止については、図7に示した従来の通電制御装置と同様である。
【0082】
以上のような本例の通電制御装置にあっては、プランジャががたつき運動により半停止するようなことがあったとしても、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができ、プランジャの半移動での停止による作動不良を防止することができる。
また一方弁電流を不必要に長く流し続けることによって電力を無駄に消費してしまうことを回避でき、本来の省電力を実現することができる。
【0083】
また本例の通電制御装置においては、オペアンプOP1を含む差動増幅回路の増幅率が最終的に1に収束するので、つまり微分波形のベース電位レベルの増幅率が1となるので、オペアンプOP1のオフセット電圧を実質的に無視することができる。
従って本例によれば、次段の比較回路22における基準値を低く設定することができ、比較回路22からの2度目の微分波がある程度小さいものであっても精度高くこれを検出することが可能である。
【0084】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は例えば上記実施例の微分回路20において、図4に示しているようにコンデンサC2と抵抗R6との接続位置を上例とは異なった位置とすることも可能であるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるラッチ式電磁弁の通電制御装置を周辺部とともに示す図である。
【図2】図1の要部を拡大して示す図である。
【図3】同実施例の通電制御装置の作用説明図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す図である。
【図5】従来使用されているラッチ式電磁弁の一例を示す図である。
【図6】本発明の背景説明のために示した従来公知の通電制御装置の作用説明図である。
【図7】その従来のラッチ式電磁弁の通電制御装置を周辺部とともに示す図である。
【図8】図7の通電制御装置の図6とは異なった作用説明図である。
【図9】図7の通電制御装置の不具合の説明図である。
【符号の説明】
10 ソレノイド
20 微分回路(微分増幅回路)
22 比較回路
C 基準値
,B 微分波
OP1,OP2 オペアンプ
C2 コンデンサ
VCC プラス電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an energization control device for controlling a valve current of a latch type electromagnetic valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as solenoid valves for automatic faucets and toilet flushing devices, latch-type solenoid valves that hold the plunger open after energization and the closed state after closing are widely used. ing.
FIG. 5 shows a specific example thereof.
[0003]
In FIG. 5, reference numeral 200 denotes a pilot water passage, and the water passage 200 a communicates with the back pressure chamber 206 on the back side of the main valve 204 that opens and closes the main water passage 202, and the water passage 200 b is the main valve of the main water passage 202. It communicates with the downstream side 202b from 204.
[0004]
When the pilot water passage 200 is shut off, that is, closed, the water pressure in the back pressure chamber 206 that is in communication with the upstream side 202a of the main water passage 202 with respect to the upstream side 202a is increased and the main valve 204 is closed. When the water channel 200 is opened, the water pressure in the back pressure chamber 206 is reduced, the main valve 204 is opened, and the main water channel 202 is in communication.
[0005]
A plunger 208 is slidably fitted to the inner peripheral surface of a sleeve (guide cylinder) 210. The seating of the plunger 208 on the valve seat 212 blocks the pilot water passage 200, and the valve seat 212. The pilot water passage 200 is in a communication state due to the separation from the pilot water passage.
[0006]
Inside the sleeve 210, a fixed core 214 is provided in a fixed position at a predetermined interval from the plunger 208. A spring 216 is interposed between the plunger 208 and the fixed core 214, and the plunger 208 is constantly springed in the closing direction (upward in the figure) by the spring 216.
[0007]
A ring-shaped permanent magnet 218 and ring-shaped plates 220 and 222 made of a magnetic material are sandwiched in the axial direction on the outside of the sleeve 210, and the lower side (in the figure) On the lower side, a solenoid 224 is provided so as to surround the fixed core 214. These are fixed to a main body 228 such as a faucet through a yoke 226.
[0008]
The permanent magnet 218 is magnetized in the thickness direction, and the magnetic flux returns to the permanent magnet 218 through the ring-shaped plate 220, the plunger 208, the fixed core 214, the yoke 226, and the ring-shaped plate 222.
[0009]
In the latch-type electromagnetic valve 230, even in the closed state shown in FIG. 5, an attractive force toward the fixed core 214 is acting on the plunger 208 by the magnetic flux of the permanent magnet 218. The elastic force of the spring 216 overcomes this suction force and presses the plunger 208 against the valve seat 212.
[0010]
In this state, if a valve current that causes the solenoid 224 to generate a magnetic flux in the same direction as that of the permanent magnet 218 is passed (when energized), the attractive force of the fixed core 214 overcomes the elastic force of the spring 216. The plunger 208 is sucked toward the fixed core 214 side.
[0011]
Thus, once the plunger 208 starts to move, the gap between the plunger 208 and the fixed core 214 decreases, so that the suction force increases and the plunger 208 abuts against the fixed core 214 and becomes stronger. Adsorbed and held.
[0012]
Here, the latch type electromagnetic valve 230 is opened, the pilot water passage 200 is in communication, the main valve 204 is opened, and the main water passage 202 is in communication, and water is discharged from the water outlet.
[0013]
As described above, an attractive force based on the magnetic flux of the permanent magnet 218 is exerted between the plunger 208 and the fixed core 214, and this attractive force is applied to the spring 216 in a valve-open state in which only a small gap exists between them. The plunger 208 is held in the attracted state by the fixed core 214 even if the energization to the solenoid 224 is stopped after the valve is opened because it is strong enough to overcome the elastic force (set as such). That is, the latch type electromagnetic valve 230 is held in an open state, and the water flow in the main water passage 202 continues to flow.
[0014]
Next, in order to close the pilot water passage 200, when a valve current in the opposite direction to the solenoid 224 is passed (when off-energization is performed), the magnetic flux generated by the permanent magnet 218 is canceled, thereby causing the plunger 208 to move to the spring 216. After being separated from the fixed core 214 by the elastic force, the pilot water passage 200 is closed by being pressed against the valve seat 212.
[0015]
When the pilot water passage 200 is closed, the water pressure in the water passage 200a and the back pressure chamber 206 communicating with the water passage 200a is increased, the main valve 204 is closed, and the water flow in the main water passage 202 is stopped.
[0016]
In the case of this latch-type electromagnetic valve 230, it is necessary to pass the valve current only during the valve opening operation and the valve closing operation, and thereafter it is not necessary to pass the valve current, so that power saving can be achieved.
[0017]
By the way, in this latch type electromagnetic valve 230, the timing to stop energization of the valve current to the solenoid 224 becomes a problem.
If the timing is too early, a malfunction of the plunger 208 is caused, and conversely, if the timing is too late, power is unnecessarily consumed.
[0018]
Thus, in order to stop the energization of the valve current at an appropriate timing, it is necessary to detect that the plunger 208 has moved to its end position.
If it is possible to detect that the plunger 208 has moved to its end position, it is possible to stop energization of the valve current at an appropriate timing, and it is possible to supply power without excess or deficiency.
[0019]
Therefore, in the previous patent application (Patent Document 1 below), the present applicant determines whether or not the plunger has moved to the end position by detecting a change in the valve current using a differentiation circuit, and the valve to the solenoid is determined. An energization control device was proposed to stop energizing current.
[0020]
For example, when the plunger 208 moves in the opening direction, that is, in the direction in which it is pulled toward the solenoid 224, the valve current flowing through the solenoid 224 rises gradually to a peak without suddenly rising as shown in FIG. Reach.
When the plunger 208 starts moving, the impedance of the solenoid 224 rises and changes, so that the valve current once decreases after exceeding the peak, and when the plunger 208 moves to the end position, the valve current starts to rise again.
[0021]
Therefore, in the energization control device of Patent Document 1, a differential circuit is used to detect a change in the valve current signal, specifically, an increase in the voltage generated in proportion to the valve current, and a differential wave is output. The comparison circuit compares the magnitude of the differential wave with a reference value, and when a differential wave exceeding the reference value is generated for the second time, it is determined that the plunger 208 has moved to the end position, and the solenoid 224 The energization is stopped.
[0022]
FIG. 6B shows the waveform of the differential wave. 1 Indicates the differential wave when the valve current increases for the first time, B 2 Represents a differential wave when the valve current increases for the second time. A chain line C represents a reference value (threshold value) set in the comparison circuit at the subsequent stage.
FIG. 6C shows a pulse signal output from the comparison circuit. 1 Is the first pulse signal, P 2 Represents the second pulse signal.
[0023]
FIG. 7 shows a specific circuit configuration example of the energization control device.
In the same figure, 224 is a solenoid of the latch type solenoid valve 230, 232 is a driving power source of the solenoid 224, 234 is a sensor for detecting a human body, 236 is a microcomputer, and 238 is an H bridge circuit as a driving circuit of the solenoid 224. Transistors Tr1 and Tr2 and NPN transistors Tr3 and Tr4, which are H-bridge connected.
[0024]
R14 is a resistor that generates a voltage proportional to the valve current flowing through the solenoid 224, and the voltage generated by the resistor R14 is differentiated by a differentiating circuit 240 provided in a subsequent stage.
The differentiating circuit 240 is composed of a capacitor C4 and a resistor R16, and its output is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
That is, the differential wave of the differentiation circuit 240 is amplified by the operational amplifier OP1.
[0025]
Thus, the amplified differential wave is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 in the comparison circuit 242.
A voltage obtained by resistance division is input as a reference value (threshold value) to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2. If the output value from the operational amplifier OP1, that is, the differential wave is larger than the reference value, this value is obtained. The H signal is input from the comparison circuit 242 to the microcomputer 236 as a pulse signal.
On the other hand, if the output value from the operational amplifier OP1 is smaller than the reference value, the L signal is input from the comparison circuit 242 to the microcomputer 236.
[0026]
The microcomputer 236 generates a differential wave larger than the reference value in the differentiation circuit 240 by the supply of the H signal from the comparison circuit 242, specifically, the second supply of the H signal, that is, the second time of the valve current. Knowing that the rise has occurred, it is determined that the plunger 208 has moved to the end position, the H bridge circuit 238 as the drive circuit of the solenoid 224 is turned off, and the valve current from the drive power supply 232 to the solenoid 224 is energized. Stop.
[0027]
When the plunger 208 in the open position is moved in the closing direction, that is, when the plunger 208 is protruded upward in FIG. 5 from the solenoid 224 side, a valve current in the opposite direction to the solenoid 224 is supplied.
At this time, the valve current gradually rises as shown in FIG. 8A, draws a gentle curve, becomes saturated, and the valve current does not decrease midway.
[0028]
When the plunger 208 is moved in the closing direction, the differential wave B shown in FIG. 3 Will occur.
And this differential wave B 3 Based on this, the comparison circuit 242 outputs a wide pulse signal P shown in FIG. 3 Is output, and the microcomputer 236 outputs the pulse signal P 3 The valve closing signal is output at the fall timing of the valve, and the energization of the valve current from the drive power source 232 to the solenoid 224 is stopped.
[0029]
[Patent Document 1]
JP 2003-21257 A
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following facts became clear as the inventors conducted further research.
That is, the waveform of the valve current shown in FIG. 6A is obtained when the plunger 208 smoothly moves from the start end position to the end position. In practice, the movement of the plunger 208 is temporarily irregular in the process of moving. As a result, it has been found that there is a possibility of moving to the end position through such irregular movement.
[0031]
The reason for this is not necessarily clear, but it is thought that such various factors as the impact of water, the force relationship with the spring 216, and the movement of fine dust and the like together are affected.
In any case, if the plunger 208 performs an irregular movement with such rattling, the valve current also becomes irregular.
[0032]
FIG. 9A shows the waveform of the valve current when the plunger 208 moves with such irregular motion.
As shown in the figure, the valve current once decreases after reaching a peak, and rises halfway along with the rattling motion of the plunger, and further draws a curve that rises again through the inflection point.
[0033]
At this time, the differential wave B when the valve current first starts to rise from the differential circuit 240 in the energization control device of the above-mentioned Patent Document 1. 1 Subsequently, the second differential wave B shown in FIG. 9B when the plunger 208 starts to move again after being half-stopped by a half-movement. 4 When the plunger 208 is completely moved to the end position, the differential wave B is further generated. 2 Is output.
[0034]
In this case, the differential wave B after amplification by the operational amplifier OP1 4 Is larger than the reference value of the comparison circuit 242, the pulse signal P shown in FIG. 4 Is output, and its pulse signal P 4 As a result, the microcomputer 236 erroneously determines that the plunger 208 has reached the end position, and stops energizing the valve current there.
As a result, the plunger 208 malfunctions due to an early stop of energization.
[0035]
However, the pulse signal P when the plunger 208 starts moving again after being half-moved and half-stopped. 4 It is also conceivable that the valve current is not stopped immediately and the valve current is stopped after a certain margin time.
However, in this case, if the safety time is taken into consideration and the allowance time is increased, the effect of reducing the power will be reduced.
[0036]
After that, even if the valve current is continuously applied for a certain time, the differential wave B output when the plunger 208 is completely moved. 2 Since this becomes small, this differential wave B 2 Cannot exceed the reference value C, and it becomes impossible to determine the energization stop timing of the valve current.
In this case, it is conceivable to lower the reference value, that is, the threshold value in the comparison circuit 242, but it is actually difficult to lower the reference value.
[0037]
In the differential amplifier circuit using the operational amplifier OP1 of FIG. 7, the entire base potential level of the differential waveform of the differential circuit 240 input to the operational amplifier OP1 is greatly amplified by the operational amplifier OP1 and output by the offset voltage of the operational amplifier OP1. Therefore, if the reference value is set low by the comparison circuit 242 at the subsequent stage, the base voltage level of the differential waveform is output as a large value and exceeds the reference value due to the offset voltage, and the differential wave B 2 Even if no signal occurs, the comparison circuit 242 outputs a pulse signal, and the differential wave B 2 It is because it becomes impossible to detect correctly.
[0038]
[Means for Solving the Problems]
The energization control device for the latch type solenoid valve of the present invention has been devised to solve such problems.
Thus, according to the first aspect, the plunger is moved in the opening direction or the closing direction by the electromagnetic force by energizing the valve current to the solenoid, and the energization is stopped after the movement, and With power off In the energization control device of the latch type solenoid valve that holds the plunger in position, the change in the valve current is detected. And After the valve current has decreased beyond the first peak, it has again increased substantially to the first peak. Current change detecting means for detecting, Thus, power supply to the solenoid is stopped.
[0039]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the energization control device determines a terminal position of the movement of the plunger in the pull-in direction toward the solenoid side by detecting a change in the valve current by the current change detection means. However, the power supply is stopped.
[0040]
According to a third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, the current change detection means compares the differentiation circuit for differentiating the valve current signal and the magnitude of the differential wave from the differentiation circuit with a reference value. A differentiating circuit, wherein the differentiating circuit ignores the change in the valve current after the valve current exceeds the first peak and then substantially rises again to the first peak. When the comparison circuit detects that a differential wave larger than the reference value is generated for the second time from the differentiation circuit, the plunger is moved to the end position. It is characterized in that the power supply is stopped as it has reached.
[0041]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the differentiation circuit includes a negative feedback differential amplifier circuit using a single power source operational amplifier in which a positive power source is connected to a positive power source terminal and a negative power source terminal is grounded. The voltage generated in proportion to the valve current is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and connected to the inverting input terminal side of the operational amplifier. The capacitor is connected to the negative power supply terminal of the operational amplifier.
[0042]
[Operation and effect of the invention]
As described above, the present invention determines that the plunger has moved to the end position at the time when the valve current flowing through the solenoid decreases beyond the first peak and then substantially increases again to the first peak. The solenoid is de-energized.
[0043]
The inventors have found that even if the plunger has rattled in the process of movement and stops halfway when it has moved halfway, the valve current will increase to the first peak after decreasing. The experiment confirmed the fact that has been moved to its end position.
The present invention has been made based on such findings.
[0044]
Thus, according to the present invention, even if the plunger is rattled in the course of movement and stops halfway, the plunger can be reliably moved to the end position. It is possible to prevent a malfunction due to the stoppage.
Moreover, it is possible to avoid wasteful consumption of electric power by keeping the one-way valve current flowing unnecessarily long, thereby realizing original power saving.
[0045]
In the present invention, the terminal position of the movement of the plunger in the retracting direction toward the solenoid can be determined by detecting the current change, and the valve current can be stopped.
[0046]
In the present invention, the current change detecting means can be configured as follows.
That is, a differential circuit that differentiates the valve current signal and a comparison circuit that compares the magnitude of the differential wave from the differential circuit with a reference value are configured, and the differential circuit is configured so that the valve current exceeds the first peak. From then on, it is possible to ignore the change in the valve current and not produce a differential wave until it rises to the first peak again.
In the energization control device provided with such a current change detection means, when the comparison circuit detects that the differential wave larger than the reference value is generated for the second time from the differential circuit, it is assumed that the plunger has reached the end position. The current is turned off (claim 3).
[0047]
In this case, the differential circuit includes a negative feedback differential amplifier circuit using a single power supply operational amplifier in which a positive power supply is connected to the positive power supply terminal and the negative power supply terminal is grounded, and is proportional to the valve current. The voltage generated in this way is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, while the capacitor connected to the inverting input terminal side can be connected to the negative power supply terminal of the operational amplifier.
[0048]
When the differential circuit is configured in this way, the offset voltage of the differential amplifier circuit using the operational amplifier can be substantially ignored, and therefore the reference value of the comparison circuit provided in the subsequent stage can be lowered. Thus, even a minute increase in valve current, that is, a small differential wave can be detected with high accuracy.
According to the fourth aspect, the differentiation circuit can be configured with a simple and inexpensive circuit.
[0049]
【Example】
Next, when the present invention is applied to the energization control device of the latch type electromagnetic valve in the water supply device that detects the human body with the sensor and starts water supply based on the human body detection while stopping the water supply when the sensor becomes non-detected by the human body Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
[0050]
In FIG. 1, 10 is a solenoid of a latch-type electromagnetic valve, 12 is a power source for driving, 14 is a sensor for detecting a human body, and 16 is a microcomputer.
Reference numeral 18 denotes an H bridge circuit as a drive circuit for the solenoid 10, and a differential circuit (differential amplification circuit) 20 for performing a differential operation by inputting a voltage output in proportion to the valve current to the subsequent stage, and further performing a differential operation on the subsequent stage. A comparison circuit 22 that compares the output from the circuit 20 with a reference value (threshold value) and outputs the comparison result is connected.
[0051]
Here, the H bridge circuit 18 has PNP type transistors Tr1 and Tr2 and NPN type transistors Tr3 and Tr4, which are H bridge connected.
Specifically, a circuit in which the collector of the PNP transistor Tr1 and the collector of the NPN transistor Tr3 are connected in series, and similarly, the collector of the PNP transistor Tr2 and the collector of the NPN transistor Tr4 are connected in series. Are connected in parallel, and a resistor R14 is connected in series to the parallel circuit.
Here, the resistor R14 is a resistor for detecting the valve current, that is, a resistor for generating a potential difference corresponding to the valve current at both ends.
[0052]
An intermediate point between the transistors Tr1 and Tr3 is connected to one terminal 1 side of the solenoid 10, and an intermediate point between the transistors Tr2 and Tr4 is connected to the other terminal 2 side of the solenoid 10.
The base side of the transistor Tr1 is connected to the terminal 2 side of the solenoid 10 via the resistor R1, and is connected to the plus side of the power source 12 via the resistor R2.
The base side of the transistor Tr2 is connected to the terminal 1 side of the solenoid 10 via a resistor R4, and is connected to the plus side of the power source 12 via a resistor R3.
[0053]
Further, the base side of the transistor Tr3 is connected to the output terminal OUT3 of the microcomputer 16 via the resistor R9, and the base side of the transistor Tr4 is connected to the output terminal OUT4 of the microcomputer 16 via the resistor R10.
[0054]
The intermediate point between the H-bridge circuit 18 of the transistors Tr1 to Tr4 and the resistor R14 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 in the subsequent differentiation circuit 20 via the resistor R16, and the valve current flows through the resistor R14. , That is, a voltage proportional to the valve current is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
[0055]
This differentiation circuit 20 is composed of an operational amplifier OP1 as a main element. As shown in FIG. 2, a resistor R7 and a resistor R6 are connected to a feedback circuit K that feeds back its output to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Has been.
[0056]
A capacitor C1 is connected to the feedback circuit K in parallel with the resistor R7.
One terminal of the capacitor C2 is also connected to the resistor R6.
The other terminal of the capacitor C2 is connected to the negative power supply terminal of the operational amplifier OP1 and is grounded.
In this example, the operational amplifier OP1, resistors R7 and R6, and capacitors C2 and C1 constitute a differentiation circuit 20 as a whole.
The capacitor C1 is mainly used for removing noise.
[0057]
In this example, the operational amplifier OP1 has the negative power supply terminal connected to the capacitor C2 and grounded as described above, and the positive power supply OUT2 (VCC) connected to the positive power supply terminal.
That is, the operational amplifier OP1 performs a single power supply operation here.
The output side of the operational amplifier OP1 is grounded through a resistor R17, and is connected through a resistor R11 to a non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 in the comparison circuit 22 at the subsequent stage.
[0058]
The voltage obtained by dividing the power supplied through the microcomputer 16 by resistors R5 and R8 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 in the comparison circuit 22 as a reference value (threshold value). The voltage value inputted from the operational amplifier OP1 of the differentiating circuit 20 to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is compared with the reference value, and the result is outputted as a digital signal of H (High) or L (Low). ing.
The output of the operational amplifier OP2 is fed back to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 through the resistor R12.
The output signal from the operational amplifier OP2 is input to the input terminal IN2 of the microcomputer 16.
[0059]
Here, the operational amplifier OP2 outputs an H signal (pulse signal) when the input voltage value to the non-inverting input terminal, that is, the output voltage value from the differentiation circuit 20 is larger than the reference value applied to the inverting input terminal, and outputs the microcomputer 16 If the opposite is true, the L signal is output to the microcomputer 16.
[0060]
The sensor 14 is supplied with power from the output terminal OUT1 of the microcomputer 16, and the signal from the sensor 14 is input to the microcomputer 16 at the input terminal IN1.
In FIG. 1, D1 to D5 each represent a diode.
[0061]
Next, the operation of the apparatus of this example will be described below.
In this example, when the sensor 14 senses a human body, a sensing signal is input to the input terminal IN1 of the microcomputer 16.
As a result, the microcomputer 16 turns on the operational amplifiers OP1 and OP2 through the output terminal OUT2, and turns on the transistor Tr4 through the output terminal OUT4 to make it conductive. At this time, the transistor Tr3 remains off.
[0062]
When the transistor Tr4 is turned on, the transistor Tr1 is also turned on, and current flows from the emitter side to the collector side of the transistor Tr1 and further from the collector side to the emitter side of the transistor Tr4.
That is, here, a valve current flows from the terminal 1 side to the terminal 2 side through the solenoid 10, whereby the plunger moves in the opening direction, that is, in the retracting direction by the solenoid 10, and the electromagnetic valve starts to open.
[0063]
The valve current flowing through the solenoid 10 flows through the resistor R14.
At this time, a voltage having a magnitude proportional to the valve current is generated at both ends of the resistor R14, and the voltage is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 in the differential circuit 20 at the subsequent stage via the resistor R16.
The differentiation circuit 20 differentially amplifies the input voltage that changes in accordance with the valve current, and inputs the output to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 in the comparison circuit 22.
[0064]
The comparison circuit 22 determines whether the generated differential wave is larger or smaller than the reference value, and supplies the H signal as a pulse signal when it is large, and supplies the L signal to the microcomputer 16 when it is small. In response to this, the microcomputer 16 stops driving the H bridge circuit 18 by the second pulse signal.
Specifically, an off signal is output through the output terminal OUT4 to turn off the transistors Tr4 and Tr1.
[0065]
As described above, when the plunger is moved in the opening direction, the valve current flowing through the solenoid 10 gradually increases and reaches a peak, and then the valve current temporarily decreases due to the impedance change of the solenoid 10 accompanying the movement of the plunger.
[0066]
Accordingly, at this time, the input voltage having a magnitude proportional to the valve current applied to the differentiating circuit 20 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 in a waveform corresponding to the change in the valve current.
A solid line in FIG. 3A shows a change in voltage input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, that is, a voltage waveform thereof.
[0067]
The amplification factor of the differential amplifier circuit in which the output of the operational amplifier OP1 is fed back to the inverting input terminal by the feedback circuit K is expressed as (Z + R7) / Z, where Z is the impedance of the resistor R6 and the capacitor C2.
Here, in a situation where the impedance of the capacitor C2 can be ignored when charging the capacitor C2, if the resistance value of the resistor R6 is 10 kΩ and the resistance value of R7 is 2 MΩ, the amplification factor of the differential amplifier circuit is about 200 times. It becomes.
[0068]
At this time, that is, when the valve current rises, as shown by the solid line arrow in FIG. 2, a relatively large charging current flows from the output side of the operational amplifier OP1 to the capacitor C2 side through the feedback circuit K to the left in the figure, and the capacitor C2 Will be charged quickly.
[0069]
At this time, the voltage on the inverting input terminal side of the operational amplifier OP1 rises as the voltage at the non-inverting input terminal increases while maintaining the same potential as the voltage at the non-inverting input terminal. The operational amplifier OP1 performs an output operation so that the difference between the potential of the inverting input terminal and the potential of the non-inverting input terminal is maintained at 0V.
[0070]
By the way, in this differential amplifier circuit, when the charging current of the capacitor C2 flows through the feedback circuit K in the left direction in the drawing and the charging of the capacitor C2 proceeds, and the resistance (impedance) of the capacitor C2 increases accordingly, Along with this, the amplification factor of the differential amplifier circuit gradually decreases.
When the charging of the capacitor C2 is completed, the resistance by the capacitor C2 becomes infinite, and the amplification factor of the differential amplifier circuit finally converges to 1.
[0071]
FIG. 3B shows a change in the output of the operational amplifier OP1 in accordance with the change in the amplification factor. That is, this is nothing but the amplified differential waveform output from the operational amplifier OP1.
That is, the output of the operational amplifier OP1 rises rapidly at the initial stage when the charging current flows through the capacitor C2, and then the output decreases as the charging progresses. As a result, the output waveform becomes a differential waveform.
[0072]
The differentiating circuit 20 performs the differentiating operation again after the valve current once decreases, that is, after the input voltage applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 once decreases and then rises again and substantially reaches the first peak. In the meantime, the differential operation is not substantially performed.
This is due to the following reason.
[0073]
When the input voltage applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 starts to decrease beyond the peak, the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 temporarily becomes higher than that of the non-inverting input terminal.
In a normal operational amplifier using two power sources, a positive power source and a negative power source, a negative voltage is applied from the output side so as to keep the potential of the inverting input terminal at the same potential as that of the non-inverting input terminal, that is, to maintain an imaginary short. Is output.
Then, the negative voltage output causes the capacitor C2 to quickly discharge the feedback circuit K by the rightward discharge current indicated by the dashed arrow in FIG. 2, and to quickly reduce the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
[0074]
However, in this example, the operational amplifier OP1 is a single power source that uses only the positive power source, and the capacitor C2 and the negative power source terminal of the operational amplifier OP1 are connected and grounded, so that a negative voltage is output from the operational amplifier OP1. Not.
As a result, the imaginary short of the operational amplifier OP1 is not established, and the discharge of the capacitor C2 is delayed, and the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 cannot temporarily follow the decrease of the potential of the non-inverting input terminal.
[0075]
As a result, the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 changes substantially horizontally after exceeding the peak as shown by the broken line in FIG. 3A (however, it slightly falls to the right in the figure).
That is, the input voltage applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is first changed as shown by the solid line in FIG. Even if it decreases after exceeding the peak and then rises again, the potential on the inverting input terminal side cannot follow this due to the delay of the discharge of the capacitor C2, and the input voltage at the non-inverting input terminal is as shown by the broken line. It shows the same behavior as when it changed.
[0076]
That is, the differential circuit 20 does not output a differential wave corresponding to the voltage rise that occurs when the plunger is moved again after being semi-stopped, and the voltage at the non-inverting input terminal substantially reaches the first peak again. When the time is exceeded, the imaginary short circuit is established again, and the next differential wave is generated only there.
[0077]
Specifically, as shown in FIG. 3 (B), the differentiation circuit 20 increases again after the valve current (strictly speaking, the voltage corresponding thereto) decreases beyond the first peak, and substantially increases to the first When the peak is exceeded, the second differential wave B 2 Is output.
[0078]
As described above, when the valve current once decreases and then recovers to the first peak, even if the plunger moves halfway or stops halfway, most of it moves to the end position. This fact has been confirmed by experiment, and therefore this second differential wave B 2 Pulse signal P as a determination result from the comparison circuit 22 at the subsequent stage at the rise of 2 By outputting (H signal) and stopping the energization of the valve current, the plunger can be reliably moved to the end position. In addition, this can prevent unnecessary power supply from being wasted.
[0079]
The above is the operation when the plunger is moved in the opening direction. The operation when the plunger is moved in the closing direction by non-detection of the human body by the sensor 14 is as follows.
[0080]
That is, the microcomputer 16 outputs a signal from the output terminal OUT3 according to the signal from the sensor 14.
By this signal, the transistor Tr3 is turned on, and then the transistor Tr2 is turned on, and the solenoid 10 is energized with a valve current in the direction opposite to that when the valve is opened.
[0081]
The valve current at this time does not decrease midway, rises while drawing a curve, and finally saturates.
The energization stop based on the detection of the change in the valve current is the same as that of the conventional energization control device shown in FIG.
[0082]
In the energization control device of the present example as described above, even if the plunger is semi-stopped due to rattling motion, the plunger can be reliably moved to the end position, It is possible to prevent malfunction due to stoppage due to movement.
Moreover, it is possible to avoid wasteful consumption of electric power by keeping the one-way valve current flowing unnecessarily long, thereby realizing original power saving.
[0083]
In the energization control device of this example, since the amplification factor of the differential amplifier circuit including the operational amplifier OP1 finally converges to 1, that is, the amplification factor of the base potential level of the differential waveform becomes 1, so that the operational amplifier OP1 The offset voltage can be substantially ignored.
Therefore, according to this example, the reference value in the comparison circuit 22 at the next stage can be set low, and even if the second differential wave from the comparison circuit 22 is small to some extent, it can be detected with high accuracy. Is possible.
[0084]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example, and the present invention provides the connection position of the capacitor C2 and the resistor R6 as shown in FIG. 4 in the differentiation circuit 20 of the above embodiment, for example. For example, the position may be different from the above example, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an energization control device for a latch type solenoid valve according to an embodiment of the present invention together with peripheral portions.
FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of FIG.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of an energization control device according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing an example of a latch-type solenoid valve that has been conventionally used.
FIG. 6 is an operation explanatory view of a conventionally known energization control device shown for explaining the background of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a conventional energization control device for a latch type solenoid valve together with peripheral portions.
8 is an operation explanatory view different from FIG. 6 of the energization control device of FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a problem with the energization control device of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
10 Solenoid
20 Differentiation circuit (differential amplification circuit)
22 Comparison circuit
C reference value
B 1 , B 2 Differential wave
OP1, OP2 operational amplifier
C2 capacitor
VCC plus power supply

Claims (4)

ソレノイドへの弁電流の通電により電磁力でプランジャを開方向又は閉方向に移動させ、移動後において通電停止し且つ通電停止状態で該プランジャを位置保持するラッチ式電磁弁の通電制御装置において、
前記弁電流の変化を検出し、該弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度該最初のピークまで実質的に上昇した時点を検出する電流変化検出手段を備え、該上昇した時点をもって前記ソレノイドへの通電を停止させるようになしたことを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。
In the energization control device of the latch type solenoid valve that moves the plunger in the opening direction or the closing direction by electromagnetic force by energizing the valve current to the solenoid, stops energization after the movement , and holds the plunger in the energized stop state .
A current change detecting means for detecting a change in the valve current , and detecting a time point when the valve current decreases to exceed the first peak and then substantially increases to the first peak again ; Thus, the energization control device for the latch-type solenoid valve, wherein the energization to the solenoid is stopped.
請求項1において、前記通電制御装置は、前記プランジャの前記ソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を前記電流変化検出手段による前記弁電流の変化の検出により判定し、通電停止させるものであることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。  2. The energization control device according to claim 1, wherein the energization control device determines an end position of movement of the plunger in the pulling direction toward the solenoid side by detecting a change in the valve current by the current change detecting means, and stops energization. There is provided an energization control device for a latching solenoid valve. 請求項1,2の何れかにおいて、前記電流変化検出手段が、弁電流信号を微分する微分回路と、該微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを有しており、該微分回路は前記弁電流が前記最初のピークを超えてから次に再び該最初のピークまで実質的に上昇するまでの間該弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなしてあり、前記通電制御装置は前記比較回路が該微分回路から前記基準値よりも大きい微分波が2度目に生じたことを検出したとき、前記プランジャが前記終端位置まで達したものとして通電停止させるようになしてあることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。  The current change detection means according to claim 1, further comprising: a differentiation circuit that differentiates the valve current signal; and a comparison circuit that compares the magnitude of the differential wave from the differentiation circuit with a reference value. The differential circuit ignores the change in the valve current and does not generate a differential wave during the period from when the valve current exceeds the first peak to the time when the valve current rises to the first peak again. The energization control device determines that the plunger has reached the end position when the comparison circuit detects that the differential wave larger than the reference value is generated from the differentiation circuit for the second time. An energization control device for a latch-type electromagnetic valve, characterized in that 請求項3において、前記微分回路が、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成してあり、前記弁電流に比例して発生した電圧が該オペアンプの非反転入力端子に入力される一方、該オペアンプの反転入力端子側に接続された、前記微分回路の構成要素としてのコンデンサが該オペアンプのマイナス電源端子と接続されていることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。  4. The differential circuit according to claim 3, wherein the differential circuit includes a negative feedback differential amplifier circuit using a single power operational amplifier in which a positive power source is connected to a positive power source terminal and a negative power source terminal is grounded. While a voltage generated in proportion to the valve current is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, a capacitor connected to the inverting input terminal side of the operational amplifier as a component of the differentiation circuit is a negative power source of the operational amplifier An energization control device for a latching solenoid valve, wherein the energization control device is connected to a terminal.
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