JP6455531B2 - 電磁駆動式コントロールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、産業車両等の液圧回路中に用いられる電磁駆動式コントロールバルブに関する。

フォークリフトに代表される産業用車両に搭載されるものとして広く用いられているコントロールバルブの一例として、以下に示すようなものが挙げられる。

このコントロールバルブは、ハウジングと、ハウジングに設けたスプール孔内を進退可能なスプール弁体と、このスプール弁体を駆動するためのソレノイドとを備えている。

前記ハウジングは、作動液供給源であるポンプに連通する高圧通路、作動液を溜めておくためのタンクに連通する低圧通路、及び駆動対象物であるリフトを昇降させるための液圧アクチュエータのシリンダヘッドに連通するシリンダポートを備えている。また、前記スプール孔は、これら高圧通路、低圧通路及びシリンダポートに連通している。

前記スプール弁体は、前記高圧通路及び前記低圧通路と前記シリンダポートとを遮断する中立位置、前記高圧通路と前記シリンダポートとを連通する上昇位置、及び前記低圧通路と前記シリンダポートとを連通する下降位置のいずれかをとる。

一方、ソレノイドは、スプール弁体の両端部にそれぞれ設けられており、コイルと、コイルに通電された際にコイル内部に発生する磁気により吸引されスプール弁体を押圧するプランジャと、非通電時にスプール弁体を中立位置に向けて付勢する圧縮コイルばねとを備えている。

このようなコントロールバルブは、外部に設けられたジョイスティック等の操作部、及びこの操作部から出力される開度指示信号の入力を受け付ける制御装置とともに用いられる。前記開度指示信号は、操作部に対する操作量を示すものである。一方、制御装置は、開度指示信号の入力を受け付け、この開度指示信号に対応する強さの励磁電流をソレノイドに出力する制御を行う。

ここで、励磁電流の強さと実際のスプール弁体の移動量との間の偏差の補正は、別途スプール弁体の移動量を測定し、測定結果に基づき励磁電流を補正することにより行っていた。一方、このようなコントロールバルブにおいて、スプール弁体の移動量を直接求めるための装置や機構は、これまで考えられていなかった。

以上に述べたような問題は、リフトを昇降させるための液圧回路に用いられるコントロールバルブに限らず、ソレノイドを利用してスプール弁体を移動させる構成の液圧回路に用いられる電磁駆動式コントロールバルブ全般に存在する。

他方、ガス燃焼機器のバーナーへ供給するガス圧力を制御する電磁駆動式コントロールバルブにおいては、コイルに微小な交流電流であるディザ信号を印加し、誘導リアクタンスを測定することによりプランジャの位置を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、この技術は、開閉弁を行うべくコイルに印加する直流電流とは別にプランジャの位置を検出するためのディザ信号を印加するための交流電流を印加するものである。すなわち、プランジャの位置を検出するために特別な回路を必要とするものである。

特開昭６１−２０６８８１号公報

本発明は、操作部が受け付けた操作量に基づきソレノイドに通電し流量を制御する電磁駆動式コントロールバルブにおいて、特別な回路等を追加することなく、スプール弁体の移動量を直接求めることにより目標通りの流量制御を可能にすべくスプール弁体に印加する電流の大きさを補正することができるようにすることを所期の目的としている。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る電磁駆動式コントロールバルブは、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電磁駆動式コントロールバルブは、液圧供給源に連通する高圧通路、タンクに連通する低圧通路、駆動対象物であるアクチュエータに連通する少なくとも１つのポート、並びにこれら高圧通路、低圧通路及びポートに連通するスプール孔を内部に有するハウジングと、このハウジングのスプール孔内を進退動作可能なスプール弁体と、コイルに通電することによりプランジャをコイルに吸引させプランジャによりスプール弁体を押圧して駆動するソレノイドと、前記ソレノイドのコイルにスプール弁体を駆動するための直流電流及びスプール弁体の固着を防ぐための交流電流を重畳して印加する電源装置と、前記ソレノイドのコイルを流れる電流の交流成分の強さをパラメータとして前記ソレノイドのコイルの誘導リアクタンスを検知する誘導リアクタンス検知部と、この誘導リアクタンス検知部が検知した誘導リアクタンスに基づき前記ソレノイドのプランジャの位置を求める位置検出部とを備えている。

このような電磁駆動式コントロールバルブにおいては、通常、スプール弁体の固着を防ぐべく、ソレノイドのコイルにスプール弁体を駆動するための直流電流及びスプール弁体の固着を防ぐための交流電流を重畳して印加する電源装置が備えられている。その上で、前段で述べたような構成によれば、スプール弁体の固着を防ぐための交流電流を流用しつつ、プランジャの移動に伴いコイル内部の磁束が変化することによりコイルの誘導リアクタンスが比例して変化することを利用して、コイルの誘導リアクタンスを検知し、検知した誘導リアクタンスに基づき前記プランジャの位置を求めることができる。そして、求めたプランジャの位置と操作部に対する操作量に対応するプランジャの位置との偏差を求め、偏差を小さくすべくコイルに印加する励起電流の強さをフィードバック制御することができる。

本発明によれば、操作部が受け付けた操作量に基づきソレノイドに通電し流量を制御する電磁駆動式コントロールバルブにおいて、特別な回路等を追加することなく、スプール弁体の移動量を直接求めることにより目標通りの流量制御を可能にすべくスプール弁体に印加する電流の大きさを補正することができる。

本発明の一実施形態に係るコントロールバルブを示す概略図。 同実施形態に係るソレノイドの概略図。 同実施形態に係るソレノイドを含む回路及び制御装置の機能ブロック図。 同実施形態に係る制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を図１〜図４を参照しつつ以下に示す。

本実施形態に係るコントロールバルブは、例えばフォークリフトのリフトＬを駆動する液圧アクチュエータＡのシリンダに接続され、図１に示すように、ハウジング１と、前記ハウジング１のスプール孔１ｅ内を進退移動可能であり、中立位置と、この中立位置から一方に離間した上昇位置と、前記中立位置から他方に離間した下降位置とをとることが可能なスプール弁体２と、このスプール弁体２の両端にそれぞれ設けられ該スプール弁体２を駆動するためのソレノイド３とを備えている。また、このコントロールバルブは、前記ソレノイド３を利用してスプール弁体２を移動させることにより、高圧通路１ａ又は低圧通路１ｂと第１のシリンダポート１ｃ又は第２のシリンダポート１ｄとの間の流量を制御可能な液圧制御弁である。

前記ハウジング１は、内部に作動液供給源であるポンプＰに連通する高圧通路１ａと、作動液を溜めておくためのタンクＴに連通する低圧通路１ｂと、シリンダヘッドＡ１に連通する第１のシリンダポート１ｃと、シリンダのロッドＡ２側に連通する第２のシリンダポート１ｄと、これら高圧通路１ａ、低圧通路１ｂ、第１のシリンダポート１ｃ及び第２のシリンダポート１ｄに連通するスプール孔１ｅとを有する。

前記スプール弁体２は、前述したようにハウジング１のスプール孔１ｅ内を進退可能である。このスプール弁体２は、中立位置では、高圧通路１ａ及び低圧通路１ｂと、第１及び第２のシリンダポート１ｃ、１ｄとの間を遮断する。その上で、前記スプール弁体２は、外周部に第１及び第２の環状溝２ａ、２ｂを備えている。前記第１の環状溝２ａは、中立位置から一方側に変位した上昇位置をとるときには高圧通路１ａと第１のシリンダポート１ｃとを連通させ、他方側に変位した下降位置をとるときには低圧通路１ｂと第１のシリンダポート１ｃとを連通させる。前記第２の環状溝２ｂは、中立位置から一方側に変位した上昇位置をとるときには低圧通路１ｂと第２のシリンダポート１ｄとを連通させ、他方側に変位した下降位置をとるときには高圧通路１ａと第２のシリンダポート１ｄとを連通させる。

前記ソレノイド３は、図１及び図２に示すように、コイル３１と、このコイル３１の内部に配されコイル３１への通電時にコイル３１に吸引されるとともにスプール弁体２を押圧するプランジャ３２と、これらコイル３１及びプランジャ３２を収納するケース３３と、このケース３３の外側端部に設けられ前記プランジャ３２の脱落を防止するキャップ３４と、前記コイル３１、ケース３３及びキャップ３４をハウジング１に固定するための雄ネジ部３５とを備えている。また、このソレノイド３は、ケース３３に自由端側を配しているとともに、移動端側を前記スプール弁体２に対向させて配している圧縮コイルばね３６を内蔵している。前記圧縮コイルばね３６は、コイル３１に通電されていないときに、前記スプール弁体２を中立位置に向けて付勢する。いずれのソレノイド３のコイル３１にも通電されていないときには、両側の圧縮コイルばね３６の作用により、スプール弁体２が中立位置に保たれる。図１における左側のソレノイド３のコイル３１に通電された際にはこのコイル３１によりプランジャ３２が吸引され、プランジャ３２がスプール弁体２を押圧することにより、スプール弁体２が上昇位置に移動する。同様に、図１における右側のソレノイド３のコイル３１に通電された際にはこのコイル３１によりプランジャ３２が吸引され、プランジャ３２がスプール弁体２を押圧することにより、スプール弁体２が下降位置に移動する。そして、このソレノイドバルブ３のコイル３１は、図３に示すように、電源装置４に接続されている。

前記電源装置４は、スプール弁体２を駆動するための直流電流及びスプール弁体２の固着を防ぐための交流電流を重畳してコイル３１に印加する。前記交流電流は、前記直流電流よりも小さい。また、この電源装置４は、コイル３１に印加すべき直流電流の強さを示す励起電流信号ａを制御装置５から受け取る。

前記制御装置５は、運転席等に設けた操作部である図示しないジョイスティックから、該ジョイスティックに対する操作量を示す開度指示信号ｂの入力を受け付ける。

ここで、ソレノイド３のプランジャ３２がコイル３１に吸引されて移動すると、コイル３１の誘導リアクタンスがつれて変化するので、コイル３１を流れる交流電流の強さも比例して変化する。本実施形態は、このことを利用してスプール弁体２の位置を以下のようにして検出するものである。

前記制御装置５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータシステムとして周知のものを利用しており、このマイクロコンピュータシステムにおいて、メモリの所定領域に格納したプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより機能する。

また、図３に示すように、この制御装置５は、コイル３１を流れる電流から交流成分を取り出す交流成分検知部５１を備えている。その上で、この制御装置５は、前記プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、前記交流成分検知部５１により取り出された電流の交流成分の強さをパラメータとして誘導リアクタンスを求める誘導リアクタンス検知部５２、及びこの誘導リアクタンス検知部５２が検知した誘導リアクタンスに基づき前記ソレノイド３のプランジャ３２の位置を求める位置検出部５３として機能する。ここで、コイル３１の誘導リアクタンスを求めるにあたっては、電源装置４によりコイル３１に印加される交流電圧、電源装置４により供給される交流電流の周波数及びコイル３１の電気抵抗は既知であること、前記交流成分検知部５１が検知する交流電流の強さはコイル３１を通過する電流の強さに比例する量であること、及びコイル３１内部の磁束はスプール弁体２の位置に対応することを利用している。そして、メモリの所定領域には、代表的なスプール弁体２の位置に対応する誘導リアクタンスを予め計測して位置テーブルとして記憶しており、使用時には、誘導リアクタンスをパラメータとして位置テーブルを参照し補間計算を行うことによりスプール弁体２の位置を検知する。

そして、制御装置５は、操作部からの開度指示信号ｂに対応するスプール弁体２の位置と位置検出部５３により求めたスプール弁体２の位置との差分を計算し、ソレノイド３のコイル３１に印加する直流電流の大きさを補正し励起電流信号ａとして出力する、補正制御部５４としての機能も有する。

以下、制御装置５が行う処理の流れをフローチャートである図４を参照しつつ述べる。

まず、操作部からの信号を受け付け、受け付けた信号に対応する大きさの直流電圧と所定の大きさの交流電圧とを重畳してソレノイド３のコイル３１に印加する（Ｓ１）。次いで、前記平滑化回路からの直流電圧を受け付け（Ｓ２）、受け付けた直流電圧の大きさをパラメータとしてコイル３１の誘導リアクタンスを求める（Ｓ３）。それから、求めた誘導リアクタンスをパラメータとして位置テーブルを参照することによりスプール弁体２の位置を求める（Ｓ４）。そして、操作部からの信号に対応するスプール弁体２の位置とステップＳ４において求めたスプール弁体２の位置との差分を計算し（Ｓ５）、ソレノイド３のコイル３１に印加する直流電流の大きさを補正する（Ｓ６）。

すなわち本実施形態によれば、スプール弁体２の固着を防ぐための交流電流を流用しつつ、プランジャ３２の移動に伴いコイル３１内部の磁束が変化することによりコイル３１の誘導リアクタンスが比例して変化することを利用して、コイル３１の誘導リアクタンスを検知し、検知した誘導リアクタンスに基づき前記プランジャ３２の位置を求めることができる。すなわち、特別な回路等を追加することなく、前記プランジャ３２の位置を求めることができる。そして、求めたプランジャ３２の位置と操作部に対する操作量に対応するプランジャ３２の位置との偏差を求め、偏差を小さくすべくコイル３１に印加する励起電流の強さを補正することにより、より操作者の意図を反映したスプール弁体２の位置制御を行うことができる。

なお、本実施形態は上述した実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、フォークリフトのリフトを昇降させるためのアクチュエータに作動液を供給するための液圧回路に本発明の電磁駆動式コントロールバルブを用いているが、フォークリフトのマストを前後傾させるためのアクチュエータに作動液を供給するための液圧回路に本発明の電磁駆動式コントロールバルブを用いてもよい。また、ソレノイドを利用してスプール弁体を移動させる電磁駆動式コントロールバルブ全般に本発明を適用してもよい。

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。

本発明によれば、操作部が受け付けた操作量に基づきソレノイドに通電し流量を制御する電磁駆動式コントロールバルブにおいて、スプール弁体の移動量を直接求めることにより目標通りの流量制御を可能にすべくスプール弁体に印加する電流の大きさを補正するための構成を実現できる。

１…ハウジング
２…スプール弁体
３…ソレノイド
３１…コイル
３２…プランジャ
４…電源装置
５…制御装置
５２…誘導リアクタンス検知部
５３…位置検出部
Ｐ…作動液圧供給源（ポンプ）
Ｔ…タンク

Claims (1)

1. 液圧供給源に連通する高圧通路、タンクに連通する低圧通路、駆動対象物であるアクチュエータに連通する少なくとも１つのポート、並びにこれら高圧通路、低圧通路及びポートに連通するスプール孔を内部に有するハウジングと、
   このハウジングのスプール孔内を進退動作可能なスプール弁体と、
   コイルに通電することによりプランジャをコイルに吸引させプランジャによりスプール弁体を押圧して駆動するソレノイドと、
   前記ソレノイドのコイルにスプール弁体を駆動するための直流電流及びスプール弁体の固着を防ぐための交流電流を重畳して印加する電源装置と、
   前記ソレノイドのコイルを流れる電流の交流成分の強さをパラメータとして前記ソレノイドのコイルの誘導リアクタンスを検知する誘導リアクタンス検知部と、
   この誘導リアクタンス検知部が検知した誘導リアクタンスに基づき前記ソレノイドのプランジャの位置を求める位置検出部と
   を備えている電磁駆動式コントロールバルブ。

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