JP4443280B2 - Solenoid plunger position detection device, solenoid valve, and direction switching valve - Google Patents
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Description
この発明は、ソレノイドのプランジャ位置検出装置および電磁弁および方向切換弁に関する。 The present invention relates to a solenoid plunger position detection device, an electromagnetic valve, and a direction switching valve.
この種、ソレノイドのプランジャ位置検出装置および方法として、プランジャの位置をモニターする位置センサを設けたものがある。この位置センサは、コイルの漏洩磁束がプランジャの位置により異なることを利用したものであり、プランジャの位置により変化する漏洩磁束によりリードスイッチが開閉する仕組みになっている。しかし、この手の位置センサをソレノイドに取り付けるには、その特性のばらつき等から位置センサの取付位置を微調整しなければならず、必ずしも正確にプランジャ位置を検出することができない場合がある。 As this kind of solenoid plunger position detecting device and method, there is one provided with a position sensor for monitoring the position of the plunger. This position sensor utilizes the fact that the leakage flux of the coil varies depending on the position of the plunger, and has a mechanism in which the reed switch is opened and closed by the leakage magnetic flux that changes depending on the position of the plunger. However, in order to attach the position sensor of this hand to the solenoid, the position of the position sensor must be finely adjusted due to variations in its characteristics, and the plunger position may not always be detected accurately.
そこで、上記調整が難しい位置センサを廃したプランジャ位置検出装置および方法の提案がある。このプランジャ位置検出装置および方法は、たとえば、コイルと、コイル内に挿入したプランジャと、プランジャを駆動する駆動回路と、プランジャ位置を検出するために使用されるパルス回路を含む共振回路とを備えた自己保持型ソレノイド(ラッチソレノイド)として構成されており、プランジャ位置を検出するときには、切換スイッチにて、コイルと駆動回路との接続を断ち換わりにコイルと共振回路とを接続し、さらに、パルス発生回路で作り出したパルス信号でコイルに所定の周波数の電圧を負荷し、共振回路に共振電流を発生させ、この共振電流を検出抵抗によって電圧に変換する。 Therefore, there is a proposal of a plunger position detection apparatus and method that eliminates the position sensor that is difficult to adjust. The plunger position detecting device and method includes, for example, a coil, a plunger inserted in the coil, a drive circuit for driving the plunger, and a resonance circuit including a pulse circuit used for detecting the plunger position. It is configured as a self-holding solenoid (latch solenoid), and when detecting the plunger position, the changeover switch switches the connection between the coil and the drive circuit, and the coil and the resonance circuit are connected. A voltage of a predetermined frequency is loaded on the coil with a pulse signal generated by the circuit, a resonance current is generated in the resonance circuit, and this resonance current is converted into a voltage by a detection resistor.
そして、上記検出抵抗により変換された電圧の値によりプランジャの位置を検出するとしている。 The position of the plunger is detected from the voltage value converted by the detection resistor.
すなわち、従来のプランジャ位置検出装置および方法では、コイルに対するプランジャの位置が変化すると、コイルのインダクタンスが変化するので、このインダクタンスの変化による共振条件の変化を利用するものである。 That is, in the conventional plunger position detecting device and method, when the position of the plunger with respect to the coil changes, the inductance of the coil changes. Therefore, the change in the resonance condition due to this change in inductance is used.
そして、この共振条件の変化を共振電流によって生じる電圧をモニターすることによって把握し、プランジャ位置を検出することができるのである。つまりコイルインダクタンスの変化を検出してソレノイド等の異常を検出しようとするものである。 The change in the resonance condition can be grasped by monitoring the voltage generated by the resonance current, and the plunger position can be detected. That is, a change in coil inductance is detected to detect an abnormality such as a solenoid.
また、この装置では、プランジャの位置を判別するための閾値を持ったコンパレータで、検出されるで電圧と、閾値とを比較して、プランジャの位置が吸引、復帰、異常の3つのどの状態であるかを検出できるようにしている(特許文献1参照)。
しかしながら、上述のプランジャ位置検出装置および方法では、取付位置等の調整困難な位置センサが不要となる点で有利であるが、以下の不具合を招来する可能性があると指摘される恐れがある。 However, the above-described plunger position detecting device and method are advantageous in that a position sensor that is difficult to adjust, such as an attachment position, is not necessary, but there is a possibility that it may be pointed out that the following problems may be caused.
上記のプランジャ位置検出装置および方法では、自己保持型ソレノイドには有効であるが、自己保持型以外のソレノイドでは成立しない可能性がある。すなわち、自己保持型ソレノイド以外では、駆動回路から共振回路に切換えるとコイルの吸引力が消失してしまい、プランジャは非通電位置に復帰するから非通電時におけるソレノイドの異常を検出することはできるが、プランジャを駆動した状態での異常を検出することができない。 Although the above-described plunger position detection device and method are effective for a self-holding solenoid, there is a possibility that a solenoid other than the self-holding solenoid does not hold. That is, except for the self-holding solenoid, when the drive circuit is switched to the resonance circuit, the attractive force of the coil disappears, and the plunger returns to the non-energized position. An abnormality in the state where the plunger is driven cannot be detected.
つまり、プランジャ位置を検出するためには、位置センサは不要であるが、コイルインダクタンスを測定するために駆動回路から共振回路へ切換る必要があり、ソレノイド非使用時にプランジャ位置を検出することしかできないので、ソレノイド使用中、すなわち、プランジャ駆動中にプランジャ位置の検出をすることができない。 In other words, in order to detect the plunger position, a position sensor is not necessary, but in order to measure coil inductance, it is necessary to switch from the drive circuit to the resonance circuit, and only the plunger position can be detected when the solenoid is not used. Therefore, the plunger position cannot be detected while the solenoid is being used, that is, while the plunger is being driven.
そこで、本発明は、上記した不具合を改善するために創案されたものであって、位置センサを必要とせず、ソレノイド使用中であってもソレノイドにおけるプランジャの位置を検出可能とすることを目的とする。 Therefore, the present invention was devised to improve the above-described problems, and has an object to make it possible to detect the position of the plunger in the solenoid even when the solenoid is in use without requiring a position sensor. To do.
上記した目的を達成するために、本発明の課題解決手段は、直列に配置される一対のコイルと、これらコイル内に挿入されるプランジャとを備えて、上記コイルのうちいずれか一つを励磁することでプランジャを吸引してプランジャを励磁されたコイル側へ駆動可能なソレノイドのプランジャ位置検出装置において、プランジャを各コイル間の中立位置にセンタリングするセンタリング手段と、パルス電圧もしくはパルス電流でコイルを励磁する励磁手段を備え、パルス電圧もしくはパルス電流によりコイルを励磁してプランジャを駆動する際に、励磁されたコイルによって誘起される非励磁側のコイルに生じる誘導起電力または誘導起電力により生じる電流に基づいてプランジャの位置を検出することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the problem-solving means of the present invention includes a pair of coils arranged in series and a plunger inserted into the coils, and excites any one of the coils. In the plunger position detecting device of the solenoid that can attract the plunger and drive the plunger to the excited coil side, the centering means for centering the plunger to the neutral position between the coils, and the coil by the pulse voltage or the pulse current Current generated by the induced electromotive force or induced electromotive force generated in the non-excited coil induced by the excited coil when the plunger is driven by exciting the coil with a pulse voltage or a pulse current. The position of the plunger is detected based on the above .
また、上記した目的を達成するために、本発明の他の課題解決手段は、直列に配置される一対のコイルと、これらコイル内に挿入されるプランジャとを備えて、上記コイルのうちいずれか一つを励磁することでプランジャを吸引してプランジャを励磁されたコイル側へ駆動可能なソレノイドと、プランジャの一端に連結される弁体の移動により開口面積が変化するバルブとを備えた電磁弁において、プランジャを各コイル間の中立位置にセンタリングするセンタリング手段と、パルス電圧もしくはパルス電流でコイルを励磁する励磁手段を備え、パルス電圧もしくはパルス電流によりコイルを励磁して弁体を駆動する際に、励磁されたコイルによって誘起される非励磁側のコイルに生じる誘導起電力または誘導起電力により生じる電流に基づいて弁体の位置を検出する。 In order to achieve the above object, another problem-solving means of the present invention includes a pair of coils arranged in series and a plunger inserted into these coils, and any one of the above coils. Solenoid valve having a solenoid that attracts the plunger by exciting one and drives the plunger to the excited coil side, and a valve whose opening area changes due to the movement of the valve connected to one end of the plunger And a centering means for centering the plunger at a neutral position between the coils and an excitation means for exciting the coil with a pulse voltage or a pulse current, when the valve body is driven by exciting the coil with the pulse voltage or the pulse current. , Based on the induced electromotive force generated in the non-excited coil induced by the excited coil or the current generated by the induced electromotive force. Detecting the position of the valve element Te.
さらに、上記した目的を達成するために、本発明のさらに他の課題解決手段は、直列に配置される一対のコイルと、これらコイル内に挿入されるプランジャとを備えて、上記コイルのうちいずれか一つを励磁することでプランジャを吸引してプランジャを励磁されたコイル側へ駆動可能なソレノイドと、ソレノイドに連結されたバルブケースと、バルブケース内に摺動自在に挿入されるとともにプランジャの一端に連結されるスプールと、プランジャを各コイル間の中立位置にセンタリングするセンタリング手段とを備え、スプールの位置により流路を切換える方向切換弁において、パルス電圧もしくはパルス電流でコイルを励磁する励磁手段を備え、パルス電圧もしくはパルス電流によりコイルを励磁してスプールを駆動する際に、励磁されたコイルによって誘起される非励磁側のコイルに生じる誘導起電力または誘導起電力により生じる電流に基づいてスプール位置を検出する。 Furthermore, in order to achieve the above object, still another problem solving means of the present invention comprises a pair of coils arranged in series and a plunger inserted into these coils, and any one of the above coils. By energizing one of them, the plunger is attracted and the plunger can be driven to the excited coil side, the valve case connected to the solenoid, the valve case is slidably inserted, and the plunger Excitation means for exciting a coil with a pulse voltage or a pulse current in a direction switching valve having a spool connected to one end and a centering means for centering the plunger at a neutral position between the coils. When the spool is driven by exciting the coil with a pulse voltage or pulse current, And detecting the spool position based on the current generated by the induced electromotive force or induced electromotive force generated in the non-excitation of the coil induced by the coil.
本発明によれば、プランジャもしくは弁体もしくはスプール(以下、プランジャ等と言う)の位置の検出に際し、非励磁側コイルに生じる誘導起電力を検出するから、ソレノイド使用中、すなわち、プランジャ等を駆動しつつ、プランジャ等の位置を検出することができる。つまり、従来では検出できなかった駆動時のプランジャ等の位置を検出することができる。また、位置センサも不要であり、プランジャ等の位置を連続的に高精度で把握することが可能である。さらに、パルス電圧もしくはパルス電流を用いてコイルを励磁しているから、プランジャをある位置に留めておきつつ、プランジャの位置をひいては弁体やスプールの位置を検出することが可能である。つまり、励磁側コイルに印加される電圧もしくは電流は絶えず変化されながらもプランジャを一定の位置に保持しておくことができ、他方の非励磁側コイルの誘導起電力に励磁側コイルの磁束変化による誘導起電力を生じせしめることができるので、プランジャの位置を一定の位置に保ちつつ、プランジャの位置検出を行うことができるのである。したがって、プランジャが駆動されたことのみならず駆動の状況をも把握することが可能となる。また、プランジャ等がセンタリングされているので、プランジャ等が中立位置に維持されている際には、方向切換弁が駆動状態ではないので、両方のコイルで交互にプランジャ等の位置検出が可能であり、2つのコイルで交互にプランジャ等の位置を検出することで、位置検出の信頼性が向上する。さらに、非励磁側コイルの誘導起電力の変化をモニターすることによりプランジャ等の移動方向をも検出することができ、これにより方向切換弁のプランジャ等の移動不能な状態ばかりでなく、プランジャ等の移動自体が異常であるかも検出が可能となる。 According to the present invention, since the induced electromotive force generated in the non-excitation side coil is detected when detecting the position of the plunger, the valve body, or the spool (hereinafter referred to as the plunger), the solenoid is used, that is, the plunger is driven. However, the position of the plunger or the like can be detected. That is, it is possible to detect the position of the plunger or the like at the time of driving that could not be detected conventionally. Further, no position sensor is required, and the position of the plunger or the like can be continuously grasped with high accuracy. Furthermore, since the coil is excited using a pulse voltage or a pulse current, it is possible to detect the position of the valve body or the spool by pulling the position of the plunger while keeping the plunger in a certain position. That is, while the voltage or current applied to the excitation side coil is constantly changed, the plunger can be held at a fixed position, and the induced electromotive force of the other non-excitation side coil is caused by the magnetic flux change of the excitation side coil. Since an induced electromotive force can be generated, the position of the plunger can be detected while keeping the position of the plunger at a constant position. Therefore, it is possible to grasp not only that the plunger is driven but also the driving situation. In addition, since the plunger is centered, when the plunger is maintained in the neutral position, the direction switching valve is not in the driven state, so the position of the plunger or the like can be detected alternately by both coils. By detecting the position of the plunger or the like alternately with the two coils, the reliability of position detection is improved. Furthermore, by monitoring the change in the induced electromotive force of the non-excitation coil, it is possible to detect the direction of movement of the plunger and the like. It is possible to detect whether the movement itself is abnormal.
以下、本発明を図に基づいて説明する。図1は、第1の実施の形態における方向切換弁の概念図である。図2は、プランジャのストロークとコイルのインダクタンスとの関係を示す図である。図3は、プランジャが吸引された状態における非励磁側コイルの誘導起電力の波形を示す図である。図4は、プランジャが中立位置にある状態における非励磁側コイルの誘導起電力の波形を示す図である。図5は、第2の実施の形態における電磁弁の概念図である。図6は、第3の実施の形態におけるプランジャ位置検出装置の概念図である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of a direction switching valve in the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the stroke of the plunger and the inductance of the coil. FIG. 3 is a diagram showing a waveform of the induced electromotive force of the non-excitation side coil when the plunger is attracted. FIG. 4 is a diagram showing a waveform of the induced electromotive force of the non-excitation coil when the plunger is in the neutral position. FIG. 5 is a conceptual diagram of a solenoid valve according to the second embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram of a plunger position detection device in the third embodiment.
第1の実施の形態におけるプランジャ位置検出装置は方向切換弁に具現化されており、この方向切換弁は、図1に示すように、有底筒状のバルブケース1と、バルブケース1の開口部に連結される中空なコイルケース5と、バルブケース1内に摺動自在に挿入されたスプール11と、スプール11に当接されたピン12と、ピン12の外周に嵌合するプランジャ13と、スプール11の図1中左端とバルブケース1の図1中左内面との間に介装された附勢バネ14と、ピン12の図1中右端面とコイルケース5の図1中右内面との間に介装された附勢バネ15と、プランジャ13に対向するようにコイルケース5内に固定され直列に配置された一対のコイル7,8とを備え、いわゆるプッシュプル型の方向切換弁として構成されている。
The plunger position detection device in the first embodiment is embodied in a directional switching valve, and the directional switching valve has a bottomed
また、コイル7,8の一端は、それぞれPWM(Pulse Width Modulation)回路20,21およびスイッチング素子22,23を介して制御部30に接続されるとともに、交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換手段VHたる整流回路25,26および平滑回路27,28を介して制御部30に接続されている。他方、コイル7,8の他端は、接地されている。
In addition, one end of each of the
なお、本実施の形態における方向切換弁の構成では、ソレノイドは、プランジャ13と、一対のコイル7,8と、センタリング手段たる付勢バネ14,15により構成されている。
In the configuration of the direction switching valve in the present embodiment, the solenoid is constituted by a
以下、各部について詳細に説明すると、バルブケース1には、5つのポート160,161,162,163,164が穿設されており、たとえば、ポート160とポート161は上流側の1つの流路(図示せず)に接続され、ポート162は上流側の他の流路(図示せず)に接続され、ポート163は下流側の1つ流路(図示せず)に接続され、ポート164は下流側の他の流路(図示せず)に接続される。
In the following, each part will be described in detail. The
さらに、スプール11は、筒状に形成され外周側にはバルブケース1の内周に摺接する4つの大径な遮断部111,112,113,114が形成されている。また、スプール11は左端側から附勢バネ14によって図1中右方に附勢され、さらにスプール11の右端側からピン12を介して附勢バネ15によって図1中左方に附勢されている。
Furthermore, the
そして、スプール11が中立位置、すなわち、コイル7,8を印加せずに上記附勢バネ14,15のみの釣り合いが保たれた状態では、スプール11の遮断部112および遮断部113は、それぞれポート163およびポート164に対向してポート163,164を遮断する。
When the
すなわち、この場合には、方向切換弁は、上記各流路(図示せず)の連通をさえぎる遮断ポジションをとることとなる。すなわち、この場合プランジャ13およびスプール11を中立位置にセンタリングするセンタリング手段は、上記附勢バネ14,15となる。
That is, in this case, the direction switching valve takes a blocking position that blocks the communication between the flow paths (not shown). That is, in this case, the centering means for centering the
他方、コイル7に電流を印加した状態では、プランジャ13がコイル7に吸引され、その吸引力によって附勢バネ15は圧縮されると同時に、附勢バネ14は伸長してスプール11を図1中右方に移動させる。そうすると、スプール11の遮断部113はポート164を開くとともに、遮断部112もポート163を開く。
On the other hand, in a state where a current is applied to the
そして、ポート164とポート162とが連通し、ポート163とポート160とが連通するので、上流側の1つの流路(図示せず)と下流側の1つの流路(図示せず)とを連通し、上流側の他の流路(図示せず)と下流側の他の流路(図示せず)とを連通する連通ポジションとなり、反対にコイル8を印加すると、プランジャ13がコイル8に吸引され、その吸引力によって附勢バネ14は圧縮されると同時に、附勢バネ15は伸長してスプール11を図1中左方に移動させる。
Since the
そうすると、スプール11の遮断部113はポート164を開くとともに、遮断部112もポート163を開く。したがって、ポート164とポート161とが連通し、ポート163とポート162とが連通するので、上流側の1つの流路(図示せず)と下流側の他の流路(図示せず)とを連通し、上流側の他の流路(図示せず)と下流側の1つの流路(図示せず)とを連通する連通ポジションとなる。すなわち、本実施の形態の方向切換弁は3位置4ポートの方向切換弁として構成されている。
Then, the blocking
さらに、コイル7は、上述のように一端がスイッチング素子22およびPWM回路20を介して制御部30の出力端子側に接続されるとともに、整流回路25および平滑回路27を介して制御部30の入力端子側に接続され、他端は、接地されている。コイル8も同様に、一端がスイッチング素子23およびPWM回路21を介して制御部30の出力端子側に接続されるとともに、整流回路26および平滑回路28を介して制御部30の入力端子側に接続され、他端は、接地されている。なお、スイッチング素子22,23は、PWM回路20,21が発生するパルス信号によりスイッチング動作をするものであればよく、具体的にたとえば、トランジスタ、FETやMOSFET等の電界効果トランジスタ等を用いることができる。
Furthermore, one end of the
また、スイッチング素子22,23は、別途設けた電源Vccから電圧の供給を受け、PWM回路20,21のパルス信号により所定のスイッチング動作をして、それぞれコイル7,8を励磁することが可能となっている。
Further, the switching
なお、PWM回路20,21は、周知のものを使用すればよいが、他に、PAM(Pulse Modulation)回路、PPM(Pulse Position Modulation)回路等の連続変調方式やPNM(Pulse Number Modulation)回路等の不連続変調方式を採用してもよい。さらに、パルス電圧もしくはパルス電流を用いてコイルを励磁するという観点からは、パルス変調回路の他にマルチバイブレータ等のパルス発生回路を使用してもよい。
Note that known circuits may be used for the
また、上述したところでは、パルス電圧もしくはパルス電流を発生してコイルを励磁する励磁手段は、上記PWM回路20,21およびスイッチング素子22,23および電源Vccということになる。
In addition, as described above, the excitation means for generating a pulse voltage or a pulse current to excite the coil are the
また、整流回路25,26および平滑回路27,28としては周知の回路を使用すればよい。
As the
さらに、制御部30は、コイル7,8を励磁して方向切換弁を動作させるとともに、平滑回路27,28から送られてくる電圧信号を処理することができるものであれば良く、具体的には、CPU(Central Processing Unit) 、ROM(Read Only Memory)等の記憶装置、RAM、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインとからなるコンピュータシステムで構成され、方向切換弁のプランジャ13ひいてはプランジャ13に接続されたスプール11の位置を特定する為に使用される演算処理手順とコイル7,8への電圧電流供給の制御信号出力手順は、プログラムとしてROMや他の記憶装置に予め格納されている。
Further, the
すなわち、制御部30は、複数の入力端子および出力端子(図示せず)を備え、これらの出力端子を信号線(図示せず)で方向切換弁を駆動するPWM回路20,21と平滑回路27,28に結び、当該制御部3で方向切換弁を制御しつつ、スプール11の位置検出を行えるようになっている。
That is, the
さて、方向切換弁は以上のように構成されており、つづいて、この方向切換弁の動作について説明する。 Now, the direction switching valve is configured as described above, and the operation of this direction switching valve will be described.
まず、方向切換弁のバルブ機能について説明すると、上述したように、どちらか一方のコイル7,8を励磁すると、それに伴ってプランジャ13が図1中左右のどちらか一方に移動するので、プランジャ13に連結されたスプール11も図1中左右のどちらか一方に移動して流路の切換ができ、また、コイル7,8のどちらも励磁しなければスプール11は付勢バネ14,15により中立位置を維持して各流路を遮断する。そして、制御部30は、たとえば、コイル7を印加する場合には、PWM回路21を介してスイッチング素子23にスイッチング動作をさせる。したがって、この場合には、電源Vccからコイル7へ電圧が印加され、コイル7は励磁されることとなる。なお、制御部30はPWM回路20,21のパルス変調を調節してコイル7,8を励磁する実効電流を制御できるようになっており、このPWM回路20,21を使用することにより、プランジャ13の移動初期にはOnデューティ比を高めて応答性を良くし、プランジャ13がコイル7に吸引された後は、プランジャ13を保持するだけの吸引力を維持可能なOnデューティー比まで下げることができるので、コイルの無駄な発熱を防止して省電力を図ることができる。
First, the valve function of the direction switching valve will be described. As described above, when one of the
他方、コイル8を励磁する場合には、制御部30は、PWM回路20にパルス信号を発生させてスイッチング素子22にスイッチング動作させるようにする。
On the other hand, when the
そして、コイル7,8を励磁しない場合には、制御部30は、スイッチング素子22,23にOn動作させないようにする。したがって、電源Vccからコイル7,8へ電圧が印加されず、コイル7,8は非励磁状態となって、スプール11は中立状態を保つこととなる。
When the
つづいて、プランジャ位置を検出するには、制御部30は、たとえば、コイル7を励磁している場合には、非励磁側のコイル8に生じる誘導起電力により判断する。
Subsequently, in order to detect the plunger position, for example, when the
まず、制御部30は、方向切換弁のコイル7を上記手順で励磁する。すると、コイル7の励磁は、PWM回路21によって駆動されるスイッチング素子23を介して行われているので、コイル7を印加する電圧は絶えず変化している。なお、プランジャ位置検出方法においては、励磁ステップとなる。
First, the
すなわち、コイル7は過渡的に、あるいは、一定所もしくは変調する周波数をもって励磁されており、コイル7により作られる磁界も変化する。その時、非励磁側のコイル8は、鎖交磁束が変化するので、その変化により誘導起電力が生じることとなる。
That is, the
そして、この時にコイル8に生じる誘導起電力は、上記コイル8の一端が制御部30に接続されることにより検出される。この誘導起電力は交流電圧であり、上述の整流回路25および平滑回路27によって直流電圧に変換され、この直流電圧が信号となって制御部30に入力される。なお、プランジャ位置検出方法においては、ここで述べた交流電圧を検出することが検出ステップであり、上記直流電圧への変換が変換ステップに相当する。
The induced electromotive force generated in the
ここで、コイル7のインダクタンスの変化について説明すると、励磁側のコイル7のインダクタンスとプランジャ13のストローク量とは、図2に示すように、励磁側コイル7のインダクタンスは、プランジャ13のストローク量に比例する。つまり、コイル7がプランジャ13を吸引して、プランジャ13がコイル7内に深く侵入すればするほど磁束密度が大きくなるからインダクタンスが大きくなる。そして、コイルのインダクタンスが大きくなればなるほど誘導起電力も大きくなる。
Here, the change in the inductance of the
上記のインダクタンスとプランジャ位置との関係から、制御部30は、誘導起電力の大きさからプランジャ位置を検出することが可能となる。
From the relationship between the inductance and the plunger position, the
この時に、出力される誘導起電力は、交流電圧となり、プランジャ13が吸引された状態では、非励磁側コイル8内からプランジャ13が遠ざかる方向に吸引されているので、図3に示すような波形となり、もし、プランジャ13が何らかの原因でコイル7を励磁しても中立位置を維持した場合には、図4に示すような波形となる。この図3および図4に示す波形を比較すると、プランジャ13が中立位置に維持された場合の方が、非励磁側コイル8に生じる誘導起電力が大きくなることが判る。
The induced electromotive force that is output at this time is an alternating voltage, and in the state where the
すなわち、プランジャ位置により非励磁側コイル8に生じる誘導起電力の大きさが異なるので、誘導起電力の大きさもしくは振幅もしくはこの誘導起電力によって生じる電流の大きさから逆算すればプランジャ13の位置がどこにあるのかを把握することができるのである。なお、電圧変換手段VHの入力インピーダンスは、コイル抵抗に比較して充分大きいので、駆動回路との切換手段は不要である。
That is, since the magnitude of the induced electromotive force generated in the
そして、プランジャ13の位置の把握は、具体的には、以下のように行われる。上記平滑回路27が出力する直流の電圧信号の大きさと、予めプランジャの位置と誘導起電力を変換した直流電圧との関係をマップ化しておき、このマップを制御部30の記憶装置に予め格納しておく。
Specifically, the position of the
そして、制御部30のCPUに、非励磁側コイル8に生じる誘導起電力を変換した直流電圧から、プランジャ位置をマップ演算させて、プランジャ位置を算出させる。なお、マップ演算することにより容易にプランジャの位置を検出することができるが、コイル7,8のインダクタンスとプランジャ位置との関係から都度プランジャ位置を演算するとしてもよい。なお、このマップ演算がプランジャ位置検出方法における演算ステップに相当する。
Then, the CPU of the
また、このように電圧変換手段VHを設けているので、誘導起電力をアナログレベル値として制御部30に出力可能となるから、積極的なインダクタンス測定回路が不要となりプランジャ位置検出のための演算が容易となる。また、制御部30にCPUを搭載しなくとも、アナログ演算回路を用いてプランジャ位置を検出することもできる。
In addition, since the voltage conversion means VH is provided in this way, the induced electromotive force can be output as an analog level value to the
なお、コイル8を励磁する場合には、上記の手順で非励磁側コイル7に生じる誘導起電力を検出すれば良い。
When the
本実施の形態においては、プランジャ位置の検出に際し、非励磁側コイルに生じる誘導起電力を検出するから、プランジャ13を駆動しつつ、プランジャ13の位置を検出することができる。つまり、従来では検出できなかった駆動時のプランジャ位置を検出することができる。また、位置センサも不要であり、プランジャ13の位置を連続的に高精度で把握することが可能である。
In the present embodiment, since the induced electromotive force generated in the non-excitation side coil is detected when detecting the plunger position, the position of the
さらに、パルス電圧もしくはパルス電流を用いてコイルを励磁しているから、プランジャ13をある位置に留めておきつつ、プランジャ13の位置をひいてはスプール11の位置を検出することが可能である。つまり、励磁側コイルに印加される電圧もしくは電流は絶えず変化されながらもプランジャ13を一定の位置に保持しておくことができ、他方の非励磁側コイルの誘導起電力に励磁側コイルの磁束変化による誘導起電力を生じせしめることができるので、プランジャ13の位置を一定の位置に保ちつつ、プランジャ13の位置検出を行うことができるのである。したがって、プランジャ13が駆動されたことのみならず駆動の状況をも把握することが可能となる。
Furthermore, since the coil is excited using a pulse voltage or a pulse current, it is possible to detect the position of the
なお、中立位置については、センタリング手段にてセンタリングされているプランジャ13の駆動を最小限に留めるようにコイルを励磁することにより検出することが可能である。
The neutral position can be detected by exciting the coil so as to minimize the drive of the
また、PWM回路を使用しているので、パルス信号により非励磁側コイルに一定の周期等で誘導起電力を生じさせることが可能であるので、精度よく誘導起電力の大きさ、振幅等をモニターできるが、PWM回路を使用しない場合には、励磁側のコイルを過渡的に励磁して、非励磁側コイルに生じる誘導起電力を検出するようにしてもプランジャ位置を検出することが可能である。なお、PWM回路を使用しない場合には、コイルへ電流投入後の断電時にも、非励磁側コイルに誘導起電力が生じるので、それをのみを異常か否かの判断材料にしてもよいことは無論である。 Since the PWM circuit is used, it is possible to generate induced electromotive force in the non-excitation side coil by a pulse signal with a constant period, etc., so the magnitude, amplitude, etc. of the induced electromotive force can be accurately monitored. However, when the PWM circuit is not used, the plunger position can be detected by transiently exciting the exciting coil to detect the induced electromotive force generated in the non-excited coil. . When the PWM circuit is not used, an induced electromotive force is generated in the non-excitation side coil even when power is cut off after the current is supplied to the coil. Of course.
そしてまた、従来のプランジャ位置検出装置ではインダクタンス検出は共振回路を使用して行われており、その周波数に応じたスイッチングが必要であり、共振回路およびスイッチングによるノイズ、異音発生の懸念があるが、本実施の形態ではPWM回路として問題がなければ、ノイズ、異音等の問題は発生しない。 In addition, in the conventional plunger position detection device, the inductance detection is performed using a resonance circuit, and switching according to the frequency is necessary, and there is a concern that noise and abnormal noise are generated due to the resonance circuit and switching. In this embodiment, if there is no problem as a PWM circuit, problems such as noise and abnormal noise do not occur.
したがって、上述のように、プランジャの位置を高精度に検出することができるから、プランジャの位置をもとに方向切換弁に異常があるか否かを判断することができ、また、プランジャ位置を正確に把握することができるので、このプランジャ位置をフィードバックとして方向切換弁を制御すれば、その制御性が向上する。なお、方向切換弁の異常検出にあたっては、センタリング手段を設けているので、コイルへの励磁が比例的に行われない場合、すなわち、ON−OFFタイプの励磁方式にあっても、2つの吸引位置および中立位置の3つのプランジャおよびスプールの位置を検出することができるので、このような励磁方式を採用しても異常を検出することが可能である。 Therefore, as described above, since the position of the plunger can be detected with high accuracy, it is possible to determine whether or not there is an abnormality in the direction switching valve based on the position of the plunger. Since it can be grasped accurately, if the direction switching valve is controlled using the plunger position as feedback, the controllability is improved. In addition, since the centering means is provided for detecting the abnormality of the direction switching valve, the two suction positions are provided even when the excitation to the coil is not performed proportionally, that is, even in the ON-OFF type excitation method. Since the positions of the three plungers and the spool in the neutral position can be detected, it is possible to detect an abnormality even if such an excitation method is employed.
また、スプール11、プランジャ13がセンタリングされているので、スプール11およびプランジャ13が中立位置に維持されている際には、方向切換弁が駆動状態ではないので、両方のコイル7,8で交互にプランジャ位置検出が可能であり、2つのコイルで交互にプランジャ位置を検出することで、位置検出の信頼性が向上する。さらに、非励磁側コイルの誘導起電力の変化をモニターすることによりプランジャ13の移動方向をも検出することができ、これにより方向切換弁のプランジャ13が移動不能な状態ばかりでなく、プランジャ13の移動自体が異常であるかも検出が可能となる。
Further, since the
因みに、異常の判断であるが、プランジャ13もしくはスプール11を駆動するべく、プランジャ13をある位置に駆動するために一方のコイルを励磁する駆動指令に対しプランジャ13の位置が追随しないことをもって判断すればよい。具体的には、たとえば、駆動指令に対しプランジャ位置に閾値を設け、閾値からはずれる場合には異常と判断される等とすればよく、一般的に使用される手法を用いればよい。なお、異常を判断するだけであれば、誘導起電力の大きさと正常値(正常な状態下での駆動指令に対する誘導起電力の大きさ)とを比較するだけでよいので、制御部30にCPU等の演算UNITを省略しアナログ演算回路を使用して判断することもできるので装置自体を安価にすることも可能である。また、異常を検出した際には、警告灯を点灯させたり警報音を発生したりする警報装置を別途設けてユーザーに注意を喚起することもできる。
Incidentally, although it is a judgment of abnormality, in order to drive the
特に、方向切換弁は、油空圧システムの回路中に設けられ流路を切換える重要な役割を果たすバルブであり、上述のように正確な異常検出が可能となるので、異常検出時には油空圧システムの作動自体を停止するなどフェールセーフにも使用することができ、油空圧システムの安全性を高めることが可能である。 In particular, the direction switching valve is a valve provided in the circuit of the hydraulic / pneumatic system and plays an important role in switching the flow path. As described above, accurate abnormality detection is possible. It can also be used for fail-safe such as stopping the operation of the system itself, and the safety of the hydraulic / pneumatic system can be increased.
つづいて、図5に示した第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態のプランジャ位置検出装置は、流量調整が可能な電磁弁に具現化されている。 Next, the second embodiment shown in FIG. 5 will be described. The plunger position detection device of the second embodiment is embodied in an electromagnetic valve capable of adjusting the flow rate.
なお、第1の実施の形態と同様の部材については、説明が重複するので同一の符号を付するのみとして、その詳しい説明を省略することとする。 In addition, about the member similar to 1st Embodiment, since description overlaps, only the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
この電磁弁は、図5に示すように、有底筒状のバルブケース41と、バルブケース41の開口部に連結される中空なコイルケース5と、バルブケース1内およびコイルケース5内に設けた一対のコイル7,8内に移動自在に挿入された弁体42と、弁体42の外周に嵌合するプランジャ13と、弁体42の図5中右端面とコイルケース5の図5中右内面との間に介装された附勢バネ45とを備えて構成されている。また、コイル7,8の一端は、それぞれPWM回路20,21およびスイッチング素子22,23を介して制御部30に接続されることは第1の実施の形態と同様であるが、第2の実施の形態は、電圧変換手段VHに換えてそれぞれ増幅器46,47およびA/D変換器48,49を介して制御部30に接続されている。また、コイル7,8の他端は、接地されている。
As shown in FIG. 5, this electromagnetic valve is provided in a bottomed
以下、各部について詳細に説明すると、バルブケース41には、2つのポート410,411が穿設されており、弁体42の先端は、付勢バネ45に付勢されてポート410を閉塞している。
Hereinafter, each part will be described in detail. Two
そして、弁体42が復帰位置、すなわち、コイル7,8を印加せずに上記附勢バネ45のみの付勢力で付勢されている状態では、弁体42の先端、図5中左端のテーパ部(付示せず)がポート410を閉塞する遮断ポジションをとる。他方、コイル7に電流を印加した状態では、プランジャ13がコイル7に吸引され、その吸引力によって附勢バネ15は圧縮され、弁体42を図1中右方に移動させる。そうすると、弁体42の先端がポート410から離れてポート410を開き、ポート410とポート411とを連通する連通ポジションを採る。すなわち、バルブは、上記バルブケース41と弁体42とで構成されている。
When the
また、PWM回路20,21は、パルス信号をスイッチング素子22,23だけでなく、制御部30に対しても出力できるように制御部30に接続されている。さらに、コイル7,8の一端に接続された増幅器46,47およびA/D変換器48,49は、非励磁側のコイル7,8の出力する誘導起電力としての電圧信号を増幅するとともに、アナログ信号をデジタル信号に変換して制御部30に出力する。なお、増幅器46,47としては電圧ホロア回路や負帰還がかけられたオペアンプ等を使用すればよい。
The
そして、制御部30は、上記PWM回路20,21が出力するパルス信号をトリガとして上記A/D変換器48,49が出力するデジタル信号を丁度誘導起電力が最大となる所定のタイミングで取り込み、この取り込まれた電圧信号を第1の実施の形態と同様にマップ演算してプランジャ13の位置、ひいては弁体42の位置を演算する。すなわち、上記PWM回路20,21および増幅器48,49およびA/D変換器48,49で検出手段を構成しており、また、プランジャ位置検出方法においては、上記の誘導起電力を検出する手順が検出ステップとなる。
Then, the
つまり、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に高精度のプランジャ位置検出が行えることは無論であるが、第1の実施の形態の作用効果に加えて、電圧変換手段VHを介さないでプランジャ13の位置を検出することが可能である。
That is, in the present embodiment, it is of course possible to perform highly accurate plunger position detection as in the first embodiment, but in addition to the operational effects of the first embodiment, the voltage conversion means VH is provided. It is possible to detect the position of the
したがって、わざわざ電圧変換手段VHを設ける必要もないので、もともと油空圧システムに備えている制御装置、たとえば、車両であれば車両に搭載されているECUに上記プランジャ位置を演算する演算プログラムを格納しおておけば、システム統合も可能である。 Therefore, it is not necessary to provide the voltage conversion means VH. Therefore, in the case of a vehicle, a calculation program for calculating the plunger position is stored in a control device originally provided in the hydraulic / pneumatic system, for example, an ECU mounted on the vehicle. If you keep it, system integration is possible.
さらに、本実施の形態における電磁弁にあっては、弁体42の位置によりポート410の開口面積を変化させることができるので、コイル7へ印加電圧もしくは電流を比例制御する際に、弁体42の位置を検出してフィードバック制御を行えば、バラツキのない精密な流量制御を行うことが可能である。
Furthermore, in the electromagnetic valve according to the present embodiment, the opening area of the
また、さらに、本実施の形態においては、コイル8はプランジャ13の位置ひいては弁体42の位置を検出するためだけに設けられているが、コイル8を励磁して、非励磁側コイル7の誘導起電力を検出するとすれば、プランジャ13および弁体42の復帰位置が正常か否かも正確に検出することが可能である。すなわち、そもそもプランジャ13および弁体42が復帰位置にいる場合には、弁体42は付勢バネ45によりポート410の開口端に当接している状態であるが、上記位置検出により、本当に弁体42がポート410に当接してポート410を閉塞しているかを把握することが可能になるのである。
Furthermore, in the present embodiment, the
なお、第1の実施の形態のように、コイル8側の誘導起電力のみをモニターすることによっても、微弱な電圧をコイル7に印加することによっても弁体42が復帰位置にいるか否かを判断できなくもないが、コイル7側の誘導起電力をもモニターすることによって位置検出の信頼度が増すこととなる。
Whether or not the
また、何らかの理由で弁体42が復帰位置に復元できない場合には、電磁弁は連通ポジションを採りつづける状態となるので、コイル8を励磁してプランジャ13を吸引して弁体42を移動させ、遮断ポジションに復帰させることも可能である。
Further, when the
ちなみに、本実施の形態の場合、コイル8側を常に非励磁側とすると、コイル8側のPWM回路20およびスイッチング素子22およびコイル7側の増幅器47およびA/D変換器49を省略するとしてもよい。
Incidentally, in the case of this embodiment, if the
また、図示するところでは、弁体42をポペット型にしているが、スプールとしてもよく、その場合には、バルブケース41の側部にポートを設けるとすればよい。さらに、スプールとする場合にはセンタリング手段を設けるとしてもよく、その場合には、センタリング手段を設ける場合の作用効果をも奏することとなる。
Although the
最後に、第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態のプランジャ位置検出装置は、ソレノイドの詳しい構成は、図示はしないが第2の実施の形態と同様であり、また、第2の実施の形態と異なるのは、コイル7,8を励磁する電源Vccの電圧を制御部30でモニターしていることである。具体的には、図6に示すように、電源Vccの電圧を分圧用抵抗R1,R2で分圧して、この分圧された電圧をA/D変換器50を介して制御部30で読み込むようにしてある。
Finally, a third embodiment will be described. In the plunger position detecting device of the third embodiment, although the detailed configuration of the solenoid is not shown, it is the same as that of the second embodiment, and is different from the second embodiment in that the
そして、第2の実施の形態と同様に、たとえば、コイル7を励磁する場合、非励磁側コイル8の誘導起電力の大きさを検出し、演算処理することによってプランジャ位置を演算するが、このとき、制御部30は、電源Vccの電圧により補正演算を行う。
As in the second embodiment, for example, when the
電源Vccが正常に機能していない、すなわち、出力電圧が安定しなかったり、所定の電圧を出力できなかったりする場合等には、コイルを励磁する励磁電圧値たる電源Vccの正確な電圧を制御部30で把握できるので、この正確な電圧をもとに、非励磁側コイルの発生する誘導起電力を補正する。具体的には、非励磁側コイルの発生する誘導起電力を電源Vccの正常値と正確な電圧値との比により補正して、電源Vccが正常であるときに出力されるべき非励磁側コイルの誘導起電力を算出し、この算出結果から第1もしくは第2の実施の形態と同様にマップ演算を行うか、マップ自体を電源Vccの正常値と正確な電圧値との比により補正して非励磁側コイルが出力した誘導起電力からマップ演算を行うか、または、マップ演算することなしに、補正を加味して都度演算を行うかして正確なプランジャ13の位置を演算する。
When the power supply Vcc is not functioning normally, that is, when the output voltage is not stable or the predetermined voltage cannot be output, the accurate voltage of the power supply Vcc, which is the excitation voltage value for exciting the coil, is controlled. Since it can be grasped by the
したがって、第3の実施の形態においては、電源Vccの電圧変化の影響をも加味してプランジャ位置を検出することが可能であるので、より正確なプランジャ13の位置を検出することが可能である。すなわち、この第3の実施の形態におけるプランジャ位置検出手段および方法では、第2の実施の形態と同様の作用効果が得られるだけでなく、プランジャ位置検出精度の悪化を防止することができ、バルブ制御に使用される場合には、制御精度の悪化を防止できる。そして、電源Vccに安定した電圧供給を可能とするための回路等を設置する必要がないので、簡易かつ安価である。
Therefore, in the third embodiment, since it is possible to detect the plunger position in consideration of the influence of the voltage change of the power supply Vcc, it is possible to detect the position of the
また、この第3のプランジャ位置検出装置および方法にあっては、特に、電源Vccが自動車等のオルタネータやバッテリーであって、自動車等の走行状態や経年劣化により電圧が安定しない環境下での使用に耐えうるようになる。 In the third plunger position detecting device and method, the power source Vcc is used in an environment where the power source Vcc is an alternator or a battery such as an automobile and the voltage is not stable due to the running state of the automobile or the aging deterioration. Can withstand.
なお、上記した各実施の形態においては、非励磁側コイルに生じる誘導起電力の大きさを検出することでプランジャの位置、ひいては弁体やスプールの位置を検出するとしているが、非励磁側コイルに誘導起電力により生じる電流を検出して、この電流の大きさからプランジャ等の位置を検出するとしてもよい。 In each of the above-described embodiments, the position of the plunger, and thus the position of the valve body and the spool is detected by detecting the magnitude of the induced electromotive force generated in the non-excitation side coil. Alternatively, the current generated by the induced electromotive force may be detected, and the position of the plunger or the like may be detected from the magnitude of the current.
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
1,41 バルブケース
5 コイルケース
7,8 コイル
11 スプール
12 ピン
13 プランジャ
14,15,45 附勢バネ
20,21 PWM回路
22,23 スイッチング素子
25,26 整流回路
27,28 平滑回路
30 制御部
42 弁体
46,47 増幅器
48,49,50 A/D変換器
111,112,113,114 遮断部
160,161,162,163,164,410,411 ポート
Vcc 電源
VH 電圧変換手段
1, 41
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