JPH0142165Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は直流ソレノイドを備え、該ソレノイド
の作動でオン・オフ動作する電磁弁のソレノイド
入力側に、パルス幅変調器を接続し、前記ソレノ
イドに入力する出力信号のデユテイを制御して、
流量制御を行なうごとくした流量制御装置に関す
る。

従来、流量制御を行なう場合、油圧技術便覧
（昭和51年１月30日発行）の第435，６頁に示され
ている通り、パルス幅変調駆動方式のノズルフラ
ツパ形、サーボ弁が知られている。

このサーボ弁は、第２図に示したごとく、ノズ
ルN₁，N₂と、これらノズルN₁，N₂に対向する
フラツパＦとを備え、前記フラツパＦを、直流ソ
レノイドＳをもつトルクモータＭにより制御し、
弁スプールＫを動作させるごとくしたもので、前
記トルクモータＭのソレノイドＳにパルス幅変調
器RWMからの出力信号を加えて、前記フラツパ
Ｆを作動させ、前記弁スプールＫを動作させて、
流量の制御を行なうようにしたものである。

所が、以上の如く構成するサーボ弁は、ノズ
ル・フラツパを用いているため、制御流体に混入
する塵埃による影響を受け易く、信頼性に乏しい
問題があつた。

又一方、直流ソレノイドを備えたオン・オフ形
電磁弁を用い、該電磁弁を、パルス幅変調方式で
オン・オフ制御し、前記電磁弁の開閉時間の割合
を変えて流量を制御するようにした流量制御装置
も提案されている。

所が、前記オン・オフ形電磁弁を用いて、パル
ス幅変調方式で流量制御する場合、電磁弁のオン
時間が遅く、また、流体の切換能力に限界があつ
た。

即ち、従来のパルス幅変調方式は前記電磁弁を
制御する場合該電磁弁に入力する出力信号即ちパ
ルス幅変調信号のデユテイを０〜１の範囲で調整
し、その流量を制御しているから、前記電磁弁の
直流ソレノイドに印加する出力信号の電圧は、前
記ソレノイドのコイル焼けを防止するために定格
電圧以下としなければならないのである。

このように、従来においては、前記ソレノイド
に入力する電源電圧を、ソレノイドの定格電圧以
下としているため前記電磁弁の切換え能力が充分
得られず又、切換え時間も長くかかるという問
題、即ち制御性が悪いという問題が生じていたの
である。

尚、前記電磁弁に定格電力の大きい大形のソレ
ノイドを用いれば前記制御装置の切換能力は改善
されるが、該制御装置の応答性が低下し、また製
造コストが大幅にアツプするという別の問題が生
じるのである。

本考案は上記の着想に基づき、従来の前記問題
点を解決するために考案したもので、目的とする
ところは、流量制御装置に従来と同じ定格電圧の
直流ソレノイドを備えた電磁弁を用いながら、従
来の前記制御装置に比して前記電磁弁の切換え能
力が大きく、しかも切換え時間の短い、制御性の
良い流量制御装置を提供する点にある。

その目的を達成するために本考案の構成を直流
ソレノイドを備え、該ソレノイドの作動でオン・
オフ動作する電磁弁のソレノイド入力側に、パル
ス幅変調器を接続し、前記ソレノイドに入力する
出力信号のデユテイを制御して、流量制御を行な
うごとくした流量制御装置であつて、前記ソレノ
イドに入力する出力信号の電圧を、前記ソレノイ
ドの定格電圧より大きくすると共に、前記出力信
号のデユテイの上限を制御する制限器を設ける如
くしたのであつて、パルス幅変調器の出力信号の
電圧を前記ソレノイドの定格電圧よりも大きな値
としたから、従来と同じ定格電圧の直流ソレノイ
ドを前記電磁弁に用いながら従来の前記装置に比
し該電磁弁の切換能力を大きくでき、かつ切換え
時間も短くでき、従つて制御性をより良好とする
ことができるのである。しかも、あらかじめ前記
制限器で前記出力信号のデユテイの上限を前記出
力信号の電圧に対応させて制限するので前記ソレ
ノイドがコイル焼けを生じることもないのであ
る。

即ち、前記したオン・オフ形電磁弁を用いた従
来の流量制御装置においては、前記電磁弁の弁体
を流体の流体圧に対抗してオフ位置からオン位置
に動作させることにより行なう切換の切換能力の
増大と、前記弁体をオン・オフ位置に切換えるの
に必要な切換え時間の短縮とに大きな限界があ
り、その制御性に問題があつたが、本考案は、こ
れら問題を種々分析して研究した結果、前記切換
能力は前記電磁弁の直流ソレノイドを流れる電流
Ｉの２乗に比例し、従つて印加する電源電圧Ｖの
２乗に比例して大きくすることができることと、
前記切換え時間は、前記ソレノイドに電源電圧Ｖ
を印加した時の電流Ｉの時間ｔ変化が近似的にＩ
＝１／Ｒ／１＋Ｌ／RSＶ（Ｒ：ソレノイドの抵抗、Ｌ： 同インダクタンス、Ｓ＝ｄ／dt）と表わせることか ら明らかなように印加した定電圧Ｖを大きくする
ことによつて電流Ｉが増大するので、前記切換時
間も短くすることができることにもとづき、考案
したのである。

次に、本考案の実施例を第１図に基づいて説明
する。

第１図に示したものは、アクチユエータとして
シリンダ１０を用い、該シリンダ１０のヘツド側
室１０ａに、二つの第１及び第２電磁弁１，２の
負荷ポートＡ，Ｂを、負荷側ライン３，４を介し
て接続し、第１電磁弁１のポンプポートＰを、定
差形減圧弁５を介装したポンプライン６に接続す
ると共、第２電磁弁２のタンクポートＴを、タン
クライン７にそれぞれ接続し、かつ、前記ポンプ
ライン６をロツド側室１０ｂに連通路８を介して
接続したものであつて、前記第１電磁弁１の動作
で、前記シリンダ１０のヘツド側室１０ａに流体
を供給して、面積差によりピストン１０ｃ及びロ
ツド１０ｄを前進させ、また、前記第２電磁弁の
動作で、前記シリンダ１０のヘツド側室１０ａを
タンクライン７に開放することにより、前記ピス
トン１０ｃ及びロツド１０ｄを後退させるごとく
したものである。

尚、第１図において９は前記第１電磁弁１の負
荷ポートＡに接続の負荷側ライン３に介装する油
の圧縮性を代表するアキユムレータである。

しかして、以上の如く構成する電磁弁１，２
は、次に説明するパルス幅変調方式によりオン・
オフ制御するもので、この制御系は、第１図に示
したごとく、目標値を入力し目標値信号として出
力する入力器２０と、この目標値信号を増幅して
出力する増幅器２１と、増幅された目標値信号に
対応したデユテイにパルス幅を変調するパルス幅
変調器２２とから成るもので、前記パルス幅変調
器２２の出力端を、前記各電磁弁１，２のソレノ
イドS₁，S₂に接続し、前記変調器２２から出力す
る出力信号即ち、パルス幅変調波（PWM波）に
より、前記電磁弁１又は２のオン時間の割合を変
え、前記電磁弁１又は２の平均流量を制御するの
である。

前記パルス幅変調波（PWM波）は、前記増幅
器２１から入る目標値に見合う制御信号により制
御されるもので、目標値が大きい場合には即ち、
前記目標値信号の振幅が大きいときには、そのパ
ルス幅tonは大きく制御され、振幅が小さくなる
と、パルス幅tonは小さくなる。

尚、前記パルス幅変調波（PWM波）のパルス
位置及び周期toは一定であり、従つて、前記パル
ス幅tonの変化に応じて、換言すると目標値信号
の大きさに応じてデユテイton／toも変化するの
である。また、前記パルス幅tonは、前記ソレノ
イドS₁，S₂のオン時間に相当し、このオン時間の
変化で流量制御が行なえるのである。

そして、以上の如く構成する制御系において前
記電磁弁１，２のソレノイドS₁，S₂に出力される
前記出力信号の電圧Voを前記電磁弁１，２の前
記直流ソレノイドS₁，S₂の定格電圧Vcより大き
な値、例えば1.1倍以上の値とし、かつ、前記制
御系に、パルス幅変調器２２から出力する前記出
力信号のデユテイの上限値を制限する制限器２３
を設けるのである。

この制限器２３は、前記増幅器２１から出力さ
れ、前記変調器２２に入力される目標値信号の電
圧の上限を後記する制限電圧Vl以下に制限する
ものであり、前記増幅器２１と前記変調器２２と
の接続線路１１から分岐するアース線２３ａに前
記制限電圧Vlで導通状態となる例えば定電圧ダ
イオード２３ｂを介装して構成するのである。

又、前記デユテイの上限値の設定は、前記出力
信号の電圧Voを前記直流ソレノイドS₁，S₂の前
記定格電圧Vcより大きくした割合に対応した値、
即ち、前記電圧Voをあるデユテイで前記ソレノ
イドS₁，S₂に印加する時、該ソレノイドS₁，S₂が
コイル焼けを生じない最大の前記デユテイの値と
するのであつて、該デユテイの上限値は実験によ
り確定するがジユールの法則（Ｗ＝V₂／ＲtW：ソ レノイドの発熱量、Ｒ；同抵抗値、Ｖ：印加電
圧、ｔ；印加時間）から容易に推定しうるもので
ある。そして、前記制限電圧Vlは前記デユテイ
の上限値の設定によつて一義的に決められるので
ある。

尚、前記定差形減圧弁５は前記電磁弁１の流入
側の圧力と流出側の圧力との圧力差を一定に保
ち、前記電磁弁１がオン（開）となつた時の流量
を一定に保つためのものである。又アキユムレー
タ９は前記電磁弁１のオン・オフ動作による作動
油の脈動を吸収するためのものである。

次に実施例の作用を説明する。

先ず、シリンダ１０のピストン１０ｃを前進さ
せる場合、その目標値を入力器２０に入力するこ
とにより行なう。このとき、目標値信号は正の信
号として増幅器２１に入力され、該増幅器２１で
増幅されるのであつて、増幅された前記目標値信
号が制限器２３に出力される。そして、増幅され
た前記目標値信号の電圧が前記制限器２３の制限
電圧Vl以下であれば前記目標値信号の電圧がそ
のまま制限器２３からパルス幅変調器２２に出力
される。前記変調器２２は前記目標値信号をその
大きさに応じてパルス幅変調し、電圧がVoであ
る出力信号のデユテイに変換して第１電磁弁１の
直流ソレノイドS₁に出力するのである。又、前記
電磁弁１は前記出力信号がオン信号（即ち、電圧
Voの信号）である時オン（開）となり、逆にオ
フ信号（即ち、電圧が０の信号）の時オフ（閉）
となるのである。斯くして前記目標値の入力によ
り、前記電磁弁１はオン・オフ制御され、それに
よつて、前記シリンダ１０のヘツド側室１０ａに
供給される流体の平均流量を制御できるのであ
る。この結果ピストン１０ｃの前進速度、および
位置を制御することができるのである。

尚、前記ピストン１０ｃの後退はその目標値の
入力により負の目標値信号が与えられて、前記同
様の作用で、前記第２電磁弁２がオン・オフ制御
され、前記ヘツド側室１０ａからタンクライン７
に排出する流体の平均流量を制御し前記ピストン
１０ｃの後退速度及び位置が制御されるのであ
る。

本実施例は前記電磁弁１，２をオン・オフ動作
させるにあたつて前記変調器２２の出力信号の電
圧Voを前記ソレノイドの定格電圧Vcよりも例え
ば1.1倍以上大きくし、従来のものより大きい電
圧を前記ソレノイドS₁，S₂に印加したから、それ
だけ大きな切換能力が前記電磁弁１，２に発生す
るのである。従つて電磁弁１，２の入口側の圧力
と出口側圧力との差圧が従来より大きくても、オ
ン・オフの切換え動作が容易に行えるのである。
又、前記ソレノイドS₁，S₂への印加電圧が前記し
た如く従来より大きいからオン側切換時間もより
短かくできるのである。

従つて、前記流体制御装置の制御性を従来に比
し良好とすることができるのである。

またオン時からオフ時例えばシート形電磁弁を
用いれば油圧力でオフ切換時間を早めることがで
きる。

尚増幅器２１で増幅された目標値信号が制限器
２３の制限電圧Vlより大きくなつた場合につい
て説明する。この場合制限器２３を構成する定電
圧ダイオード２３ｂが導通状態となり、前記制限
器２３のパルス幅変調器２２への出力を前記制限
電圧Vlに制限するのである。この結果、前記変
調器２２の出力信号のデユテイも設定された上限
値に制限されるのである。以上の如く、増幅器２
１から大きな電圧の目標値信号が出力されても前
記変調器２２の出力信号のデユテイの値が設定さ
れた上限値に制限されるので前記ソレノイドS₁，
S₂に定格電圧Vcより大きい電圧Voを印加してい
ても前記ソレノイドがS₁又はS₂がコイル焼けを生
じることもないのである。

以上の如く、本実施例によれば、従来と同じ定
格電圧の直流ソレノイドS₁，S₂を備える電磁弁
１，２を用いながら、その制御性を従来より著し
く良好にでき、しかも前記ソレノイドS₁，S₂がコ
イル焼けを生じることもないのである。

尚、前記直流ソレノイドS₁又はS₂に印加する電
圧を大きくすると、それだけ前記ソレノイドS₁又
はS₂の励磁で動作するプランジヤにより強い残留
磁気が発生し、このため前記変調器２２の出力信
号がオフ信号を出力した時に、前記電磁弁１，２
の切換動作に遅れが生じる場合があるが、その場
合は前記電磁弁１，２に内蔵するリターン用スプ
リングSPを相応して強くするか、または油圧力
を利用すれば前記オフ側切換動作の遅れをなくす
ことができるのである。

以上の実施例では、単に目標値信号のみによつ
て前記電磁弁１，２を制御して、アクチユエータ
を動作するようにしたが、フイードバツクサーボ
機構として用いアクチユエータの変位制御を行な
う場合でも優れた効果を生むことはもちろんであ
る。

以上の如く本考案は、電磁弁の直流ソレノイド
に入力する出力信号の電圧を、前記ソレノイドの
定格電圧よりも大きくすると共に、前記出力信号
のデユテイの上限を制御する制限器を設けたか
ら、前記電磁弁に従来と同じ定格電圧の直流ソレ
ノイドを用いながら、前記電磁弁の切換え能力を
大きくでき、かつ、切換時間を短くでき従つて、
制御性を良好とできしかも前記ソレノイドがコイ
ル焼けを生じることもないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す概略説明図、第
２図は従来例を示す説明図である。 １，２……電磁弁、S₁，S₂……ソレノイド、２
２……パルス幅変調器、２３……制限器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流ソレノイドを備え、該ソレノイドの作動で
   オン・オフ動作する電磁弁のソレノイド入力側
   に、パルス幅変調器を接続し、前記ソレノイドに
   入力する出力信号のデユテイを制御して、流量制
   御を行なうごとくした流量制御装置であつて、前
   記ソレノイドに入力する出力信号の電圧を、前記
   ソレノイドの定格電圧より大きくすると共に、前
   記出力信号のデユテイの上限を制限する制限器を
   設けたことを特徴とする流量制御装置。