JP6256084B2

JP6256084B2 - ソレノイドバルブ

Info

Publication number: JP6256084B2
Application number: JP2014028506A
Authority: JP
Inventors: 仁美飯泉
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: JP2015152142A

Description

本発明は、産業用機器に作動液を供給する液圧回路中に設けられるソレノイドバルブに関する。

従来より、産業用車両等の産業用機器において、液圧の供給を受けて作動するアクチュエータ等の駆動対象物に液圧を供給すべく、液圧回路が広く設置されている。

このような液圧回路中において、作動液の流路を変更するための切替バルブや、駆動対象物への液圧の供給を許可又は制御するためのバルブとして、ソレノイドバルブが設けられてきている。

近年、液圧回路を含む装置の小型化を図るべく、液圧回路を構成する流路を細くしつつ液圧を高くすることが考えられてきている。これにつれて、ソレノイドバルブの小型化も図られている。

ところで、ソレノイドバルブの小型化に伴い、ソレノイドバルブに使用されるコイルもまた小型化しているが、その際に、コイルの熱容量が小さくなり、コイルが発熱しやすくなるという問題が生じている。

従来は、コイルの発熱を抑制すべく、以下のような制御が行われている。すなわち、開弁を行うための命令が発せられた際にはコイルに大きな電圧を印加してプランジャを吸引させ、命令が発せられてから所定時間後に、コイルに印加する電圧を、プランジャを開弁位置に保持するための動作維持電圧まで低下させる制御が行われている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−１４６６８８号公報

ところが、上述した制御では、プランジャが開弁位置に達する前にコイルに印加する電圧が動作維持電圧まで低下し、開弁が行われないという不具合の発生を防ぐべく、実験等に基づき、前記所定時間を、開弁を行うための命令が発せられてからプランジャが開弁位置に達するまでの時間よりも長めに余裕をもたせて設定している。

このような構成では、プランジャが開弁位置に達してからも前記所定時間の経過まではコイルに大きな電圧が印加される。そのため、コイルの発熱の更なる抑制、及び消費電力の更なる抑制の余地が存在する。

本発明は以上の点に着目し、コイルの発熱の更なる抑制、及び消費電力の更なる抑制を図ることを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係るソレノイドバルブは、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係るソレノイドバルブは、液圧制御用のソレノイドバルブであって、弁座と、弁座に着座可能な弁体と、弁体と一体的に設けられ弁体を弁座に着座させる閉弁位置及び弁体を弁座から離間させる開弁位置の間を移動可能なプランジャと、プランジャを閉弁位置側に付勢する付勢手段と、電力の供給を受けてプランジャを前記付勢手段による付勢力に抗して磁力により吸引し開弁位置側に移動させるコイルと、コイルに印加する電圧を変更するための電圧変更回路と、コイルに印加される電圧を検知するための電圧検知部と、開弁するための信号を受け取った際にプランジャを吸引させるべくコイルに電圧を印加する制御、コイルに印加する目標電圧を一定量上昇させる制御、コイルがプランジャを吸引した際に発生するインピーダンス変化による電圧変化を電圧検知部が検知した際にプランジャを開弁位置に保持するための動作維持電圧までコイルに印加する電圧を低下させる制御、及びインピーダンス変化による電圧変化を電圧検知部が検知しておらず、電圧検知部が検知した電圧が電源の定格電圧に達していない場合にはコイルに印加する目標電圧を再び一定量上昇させる制御を行う制御部とを備えている。

このようなものであれば、コイルがプランジャを吸引した際、すなわち開弁した時に発生する電圧の変化を電圧検知部が検知した際に、コイルに印加される電圧を直ちに動作維持電圧まで低下させることができるので、コイルの発熱及び消費電力を抑制することができる。

また、ソレノイドバルブの故障を検知するための望ましい構成の一例として、コイルに供給する電圧が電源の定格電圧に達するまでインピーダンス変化による電圧変化が検知されなかった場合に、故障が発生していると判定するものが挙げられる。

さらに、このようなソレノイドバルブの小型化やコストの削減等を図るために望ましい構成として、少なくとも前記弁体を備えたバルブ本体と、前記制御部とを別体に構成しているものが挙げられる。

本発明によれば、産業用機器に用いられるソレノイドバルブにおいて、コイルの発熱の更なる抑制、及び消費電力の更なる抑制を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るソレノイドバルブを示す概略図。同実施形態のソレノイドバルブの制御部が行う制御の手順を示すフローチャート。同実施形態のソレノイドバルブのコイルに印加される電圧の経時変化を示すタイムチャート。

本発明の一実施形態を、図１〜図３を参照しつつ以下に述べる。

本実施形態に係るソレノイドバルブは、産業用機器において、液圧の供給を受けて作動するアクチュエータ等の駆動対象物に液圧を供給するための液圧回路中に設けられる。このソレノイドバルブは、図１に示すように、弁座１と、弁座１に着座する着座状態Ｃ及び弁座１から離間する開弁状態Ｏをとることが可能な弁体２と、弁体２と一体的に設けられ弁座１を弁体２に着座させる閉弁位置Ｃ及び弁座１を弁体２から離間させる開弁位置Ｏの間を移動可能なプランジャ３と、プランジャ３を閉弁位置Ｃ側に付勢する付勢手段４と、電力の供給を受けてプランジャ３を前記付勢手段４による付勢力に抗して磁力により吸引し開弁位置側に移動させるコイル５と、コイル５に印加する電圧を変更するための電圧変更回路であるＰＷＭ駆動回路６と、コイル５に印加される電圧を検知するための電圧検知部７とを備えている。

前記弁座１、前記弁体２、前記プランジャ３、前記付勢手段４及び前記コイル５は、この種のソレノイドバルブに用いられるものとして周知のものと同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。また、これら弁座１、弁体２、プランジャ３、付勢手段４及びコイル５は、バルブ本体を構成している。

前記ＰＷＭ駆動回路６も、この種のソレノイドバルブに用いられるものとして周知のものと同様の構成を有する。また、ＰＷＭ駆動回路６は、前記バルブ本体とは別体に構成している。すなわち、図示しない電源（例えば、産業用車両に用いられるバッテリ）から定格電圧（例えば、１２Ｖ又は２４Ｖ）の供給を受け、付加電圧のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことによりパルス波を生成してスイッチング素子６ａに出力し、パルス波中の通電時間の比率、換言すればデューティ比を任意に変化させ出力電圧の平均値すなわちコイル５に印加する電圧の平均値を変化させるパルス幅変調制御回路である。このＰＷＭ駆動回路６は、後述する制御部８からコイル５に印加する電圧の平均値を示す信号ｘを受け取る。

前記電圧検知部７は、コイル５に印加される電圧を検出する電圧計と、この電圧計が検出した電圧を示す信号ａを後述する制御部８に出力する信号出力要素とを備えている。また、電圧検知部７も、前記バルブ本体とは別体に構成している。

本実施形態の制御部８は、前記バルブ本体とは別体に構成されており、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、ソレノイドバルブの外部、例えば産業用機器全体を制御するための制御装置等からのソレノイドバルブを開弁又は閉弁させるための信号ｂ、及び電圧検知部７からの電圧を示す信号ａが入力される。一方、出力インタフェースには、ＰＷＭ駆動回路６に向けてコイル５に印加する電圧の平均値を示す信号ｘが出力される。

制御部８のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、以下に示すような制御を行う。すなわち、ソレノイドバルブの外部からソレノイドバルブを開弁させるための信号ｂを受け取った際には、プランジャ３を開弁位置に移動させるべくコイル５に印加する目標電圧Ｖ₁を漸次上昇させる制御を行う。その上で、本実施形態では、コイル５がプランジャ３を吸引した際に発生するインピーダンス変化による電圧変化を電圧検知部７が検知した際に、プランジャ３を開弁位置に保持するための動作維持電圧Ｖ_lminまでコイル５に印加する目標電圧Ｖ₁を低下させる制御を行う。より具体的には、ソレノイドバルブを開弁させるための信号ｂを受け取った後、電圧検知部７は所定時間ごとにその時点の電圧である今回電圧Ｖを示す信号ａを出力する。そして、今回電圧Ｖを示す信号ａが出力されるごとに、前回出力された信号が示す電圧Ｖ₀と前記今回電圧Ｖとの差の絶対値が所定の閾値Ｖ_thを上回るか否かを判定し、前記絶対値が所定の閾値Ｖ_thを上回る場合に、コイル５がプランジャ３を吸引したことに伴うインピーダンス変化による電圧変化が発生したものと判定する。

以下、制御部８が行う処理の流れを、フローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。

ソレノイドバルブを開弁させるための信号ｂを受け取ると（ステップＳ１）、コイル５に印加する目標電圧Ｖ₁を一定量ΔＶだけ上昇させてこの目標電圧Ｖ₁に対応する信号ｘをＰＷＭ駆動回路６に出力し（ステップＳ２）、電圧検知部７が検知した信号ａに対応する電圧である今回電圧Ｖと前回検知した信号に対応する電圧である前回電圧Ｖ₀との差の絶対値が所定の閾値Ｖ_thを上回っているか否かを判定する（ステップＳ３）。前記差の絶対値が所定の閾値Ｖ_thを上回っていない場合は、今回の目標電圧Ｖ₁を前回電圧Ｖ₀として保存し（ステップＳ４）、続いて今回電圧Ｖが電源の定格電圧Ｖ_rに達しているか否かを判定する（ステップＳ５）。今回電圧Ｖが電源の定格電圧Ｖ_rに達している場合は、故障が発生していると判定し、故障していることを示す故障フラグをメモリに記録する（ステップＳ６）。一方、今回電圧Ｖが電源の定格電圧Ｖ_rに達していない場合は、コイル５に印加する電圧Ｖ₁をさらに一定量だけ上昇させるステップに戻る（ステップＳ２）。なお、初回のステップＳ３の制御では、前回電圧Ｖ₀は０として処理を行う。一方、今回電圧Ｖと前回電圧Ｖ₀との差の絶対値が所定の閾値Ｖ_thを上回る場合には（ステップＳ３）、サージ電圧が発生したものと判定し、コイル５に印加する目標電圧Ｖ₁を、前記動作維持電圧Ｖ_lminまで低下させる（ステップＳ７）。

すなわち、本実施形態によれば、図３に示すように、ソレノイドバルブを開弁するための信号ｂが制御部８に発せられると、コイル５に印加される目標電圧Ｖ₁は、コイル５がプランジャ３を吸引するまで、つまりプランジャ３が開弁位置に移動するまで、一定の速度で上昇する。ここで、コイルインピーダンスの変化が発生しない場合は、目標電圧Ｖ₁と実際に検知される今回電圧Ｖとは等しい。続いて、図３の時刻ｔ₁においてコイル５がプランジャ３を吸引すると、コイル５内の磁束の変化に伴うインピーダンスの変化により電圧変化が発生する。これを受けて、同図の実線ａに示すように、コイル５に印加する目標電圧Ｖ₁を直ちに前記動作維持電圧Ｖ_lminまで低下させる。従って、同図の破線ｂに示すようにプランジャ３が開弁位置に達した後コイル５に大きな電圧が印加されることによる不具合の発生を抑制することができる。つまり、コイル５の発熱及び消費電力を抑制することができる。

また、目標電圧Ｖ₁が電源の定格電圧Ｖ_rに達するまでサージ電圧が検知されなかった場合には、故障が発生していると判定するので、ソレノイドバルブの故障を効果的に検知することができる。

そして、前記制御部８と前記バルブ本体とを別体に構成しているので、バルブ本体側に制御部８のためのスペースを必要とせず、小型化を図ることができるとともに、材料費その他製造コストの削減を図ることもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、電圧制御回路としてＰＷＭ制御回路以外のものを採用してもよい。

また、上述した実施形態では、制御部が、コイルに供給する電圧が電源の定格電圧に達するまで電圧変化が検知されなかった場合に故障が発生していると判定しているが、このような制御は、必ずしも行う必要はない。

加えて、バルブ本体の構成は、弁体を備えているものであれば他の部分は任意に構成してもよい。一方、電圧変更回路、電圧検知部及び制御部の少なくともいずれかとバルブ本体とを一体に構成するようにしてもかまわない。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…弁座
２…弁体
３…プランジャ
４…付勢手段
５…コイル
６…電圧変更回路（ＰＷＭ制御回路）
７…電圧検知部（コイル電流測定部）
８…制御部

Claims

液圧制御用のソレノイドバルブであって、弁座と、弁座に着座可能な弁体と、弁体と一体的に設けられ弁体を弁座に着座させる閉弁位置及び弁体を弁座から離間させる開弁位置の間を移動可能なプランジャと、プランジャを閉弁位置側に付勢する付勢手段と、電力の供給を受けてプランジャを前記付勢手段による付勢力に抗して磁力により吸引し開弁位置側に移動させるコイルと、コイルに印加する電圧を変更するための電圧変更回路と、コイルに印加される電圧を検知するための電圧検知部と、開弁するための信号を受け取った際にプランジャを吸引させるべくコイルに電圧を印加する制御、コイルに印加する目標電圧を一定量上昇させる制御、コイルがプランジャを吸引した際に発生するインピーダンス変化による電圧変化を電圧検知部が検知した際にプランジャを開弁位置に保持するための動作維持電圧までコイルに印加する電圧を低下させる制御、及びインピーダンス変化による電圧変化を電圧検知部が検知しておらず、電圧検知部が検知した電圧が電源の定格電圧に達していない場合にはコイルに印加する目標電圧を再び一定量上昇させる制御を行う制御部とを備えていることを特徴とするソレノイドバルブ。
前記制御部が、コイルに供給する電圧が電源の定格電圧に達するまでインピーダンス変化による電圧変化が検知されなかった場合に、故障が発生していると判定する請求項１記載のソレノイドバルブ。
少なくとも前記弁体を備えたバルブ本体と、前記制御部とを別体に構成している請求項１又は２記載のソレノイドバルブ。