JPH03292482A - 直動型比例切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、直動型比例切換弁に関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の切換弁として、例えば第３図に示すよう
なものが知られている。この切換弁は、一端をばね２１
で付勢されるスプール２２の他端に、このスプール２２
をばね２１に抗して駆動するソレノイド２３を設けると
ともに、スプール２２の変位を検出する差動トランス式
の位置検出器２５を設けてなるスプリングオフセット形
の直動型片ソレノイド比例切換弁である。そして、減算
器２６によって、スプールの目標位置を表わす指令信号
ＶＯから上記位置検出器２５の検出信号Ｖｆを減算し、
減算結果たる偏差信号Ｖｅ（＝Ｖｏ−Ｖｆ）を電圧／電
流変換器２９で励磁電流Ｉｃに変換してソレノイド２３
に供給し、スプール位置即ち切換弁の各ボート間の開度
をフィードバック制御するようになっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記従来の切換弁は、ソレノイド２３による
操作力をばね２１のばね力に対抗させ、両者を均り合わ
せてスプール２２の位置を制御するスプリングオフセッ
ト形のものであるため、ソレノイド２３からスプール２
２に実質的に加わるばね力を差し引いた操作力が小さく
なり、作動流体からスプール２２に加わる流体力に十分
対抗できなくなって、正確なフィードバック制御が困難
になるという欠点がある。

また、スプール２２のストロークが長くなると、ソレノ
イド２３の能力との関係でばね２１のばね定数を小さく
する必要があるが、このような場合は、ばね・スプール
系の固有振動数が低下するため、指令信号■０の周波数
を少し上げるとばね・スプール系がすぐに共振してしま
い、高速な制御ができないという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、直動型比例切換弁の構造を、
スプール系の固有振動数を下げることなくソレノイドか
らスプールに大きな操作力が加わるようにするとともに
、フィードバック制御系を高速化に適合しうる高ゲイン
な構成にすることによって、正確でしかも高速にスプー
ル位置を制御することができる直動型比例切換弁を提供
することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の直動型比例切換弁は
、第１図に例示するように、スプール２の両端に、この
スプール２を直接駆動する第１ソレノイド３と第２ソレ
ノイド４を有するとともに、上記スプール２の変位を検
出する位置検出器５を宵する比例切換弁１と、目標値を
表わす指令信号ｖＯから上記位置検出器５の検出信号Ｖ
ｆを減算する減算器６と、この減算器６から入力される
偏差信号Ｖｅにディザ−周波数を有する交流信号Ｖｄを
加算し、加算結果の信号ｖｅ！を上記指令信号ｖＯの最
高周波数以上の一定周波数をもつ信号Ｖａと比較して、
パルス幅変調された電圧信号Ｖｃを上記第１ソレノイド
３に出力するパルス幅変調器８と、このパルス幅変調器
８から入力される電圧信号Ｖｃを反転して上記第２ソレ
ノイド４に出力するインバータ１０を備えたことを特徴
とする。

〈作用〉 減算器６は、スプール２の目標位置を表わす指令信号Ｖ
Ｏから位置検出器５が検出したスプール位置を表わす検
出信号Ｖｆを減算し、減算結果たる偏差信号Ｖｅをパル
ス幅変調器８に出力する。

パルス幅変調器８は、上記偏差信号Ｖｅにディザ−周波
数を有する交流信号Ｖｄを加算し、加算結果の信号Ｖｅ
ｔを上記指令信号Ｖｏの最高周波数以上の一定周波数を
もつ信号Ｖａと比較して、パルス幅変調された電圧信号
Ｖｃを出力する。この電圧信号Ｖｃは、上記一定周波数
をもち、例えば第１ソレノイド３の吸引によるスプール
変位の方向を正方向とした場合、パルスデューティ（オ
ン時間比）が、偏差信号Ｖｅの正、負、つまりスプール
が目標位置よりも第２ソレノイド４側か第１ソレノイド
３側かに応じて夫々５０％以上、５０％以下となり、か
つ偏差信号Ｖｅの絶対値が大きいほど５０％から離れる
信号である。そして、上記電圧信号Ｖｃは、例えば電流
信号１ｃに変換されて第１ソレノイド３に直接供給され
るとともに、インバータ１０でオン・オフを反転された
後電流信号Ｉｃ’に変換されて第２ソレノイド４に供給
される。

従って、スプールが目標位置にあり、偏差信号Ｖｅが零
、即ち電圧信号Ｖｃのパルスデューティが５０％で、両
ソレノイド３．４の吸引力が均り合っているとき、その
均り合い位置よりも第１ソレノイド３側の新たな目標位
置を表わす指令信号Ｖｏが入力されると、偏差信号Ｖｅ
は負となり、電圧信号Ｖｃのパルスデューティが５０％
より大きくなり、第１ソレノイド３の吸引力が、第２ソ
レノイド４よりも大きくなって、スプール２は第１ソレ
ノイド３側へ摺動する。そして、摺動で新たな目標位置
に近づくにつれて、偏差信号Ｖｅは零に、電圧信号Ｖｃ
のパルスデューティは５０％に夫々近づき、第１ソレノ
イド３の吸引力は漸減し、ついには第２ソレノイド４の
吸引力と等しくなる。かくて、スプール２は、両ソレノ
イド３．４の吸弓力が均り合う新たな目標位置まで摺動
して停止する。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、ｌは直動型両ソレノイド比例切換弁で
あり、この切換弁ｌは、ばねで付勢されないスプール２
の両端に、電流値に比例した吸弓力を発生する第１ソレ
ノイド３と第２ソレノイド４を設け、これらソレノイド
３．４の吸引力によってスプール２を軸方向に移動させ
るとともに、上記スプール２の変位を検出する差動トラ
ンス式の位置検出器５を設けて構成される。

一方、上記切換弁Ｉを制御する電気回路は、スプールの
目標位置を表わす指令信号Ｖｏから上記位置検出器５の
検出信号■ｒを減算する減算器６と、この減算器６から
入力される偏差信号Ｖｅ（＝Ｖｏ−Ｖｆ）に位相補償を
施す補償回路７と、この補償回路７からの補償済偏差信
号Ｖｅ、をパルス幅変調して電圧信号Ｖｃとして出力す
るパルス幅変調器８と、上記電圧信号Ｖｃを励磁電流１
ｃに変換して上記第１ソレノイド３に供給する第１電圧
／電流変換器９と、上記電圧信号ＶｃをＶｃ’に反転し
、第２電圧／電流変換器１１を介して励磁電流Ｉｃ’と
して上記第２ソレノイドに供給するインバータｌＯで構
成される。

上記パルス幅変調器８は、入力された補償済偏差信号Ｖ
ｅ、にディザ−周波数（１００〜４００Ｈｚ）を有する
交流信号Ｖｄを加算し、加算結果の信号Ｖｅ、（＝Ｖｅ
＋＋Ｖｄ）を上記指令信号Ｖｏの最高周波数以上の一定
周波数（５ＫＨｚ）をもつ信号Ｖａと比較して、第１図
の波形中の太線で示す短時間ずつオンになる信号、つま
り第２図（ａ）に示すようなパルス幅変調された電圧信
号Ｖｃを出力する。この電圧信号Ｖｃは、上記一定周波
数をもち、例えば第１ソレノイド３の吸引によるスプー
ル変位の方向を正方向とした場合、パルスデューティ（
オン時間比）が、偏差信号Ｖｅの正、負、つまりスプー
ルが目標位置よりも第２ソレノイド４側か第１ソレノイ
ド３側かに応じて夫々５０％以上、５０％以下となり、
かつ偏差信号Ｖｅの絶対値が大きいほど５０％から離れ
る信号である。そして、上記電圧信号Ｖｃは、例えば電
流信号Ｉｃに変換されて第１ソレノイド３に直接供給さ
れるとともに、インバータｌＯでオン・オフを反転され
た後電流信号１ｃ’に変換されて第２ソレノイド４に供
給される。従って、スプールが目標位置にあり、偏差信
号Ｖｅが零、即ち電圧信号Ｖｃのパルスデューティが５
０％で、両ソレノイド３．４の吸引力が均り合っている
とき、その均り合い位置よりも第１ソレノイド３側の新
たな目標位置を表わす指令信号Ｖｏが入力されると、偏
差信号Ｖｅは負となり、電圧信号Ｖｃのパルスデューテ
ィが５０％より大きくなり、第１ソレノイド３の吸引力
が、第２ソレノイド４よりも大きくなって、スプール２
は第１ソレノイド３側へ摺動する。そして、摺動で新た
な目標位置に近づくにつれて、偏差信号Ｖｅは零に、電
圧信号Ｖｃのパルスデューティは５０％に夫々近づき、
第１ソレノイド３の吸引力は漸減し、っいには第２ソレ
ノイド４の吸引力と等しくなる。

かくて、スプール２は、両ソレノイド３．４の吸引力が
均り合う新たな目標位置まで摺動して停止する。

換言すれば、第２図（ａ）に示す電圧信号Ｖｃに対応し
た励磁電流Ｉｃのパルスデューティに比例して第１ソレ
ノイド３が励磁される一方、上記電圧信号Ｖｃを反転し
た第２図（ｂ）に示す電圧信号Ｖｃ’に対応した励磁電
流１ｃ’のパルスデューティに比例して第２ソレノイド
４が励磁されて、スプール２を両側から吸引し、スプー
ル２は、補償済偏差信号Ｖｅ、が零になるまでパルスデ
ューティの大きいソレノイド側に移動することになる。

第２図の例では、電圧信号Ｖｃのパルスデューティが５
０％以上なので、スプール２は第１ソレノイド３側へ移
動する。

上記構成の直動型両ソレノイド比例切換弁ｌは、次のよ
うに制御される。

減算器６は、スプールの目標位置を表わす指令信号Ｖｏ
から位置検出器５が検出したスプールの現在位置を表わ
す検出信号ｖｒを減算し、減算結果の偏差信号Ｖｅ（＝
Ｖｏ−Ｖｆ）は補償回路７で位相補償を施され、補償済
偏差信号Ｖｅｔとなってパルス幅変調器８に入力される
。パルス幅変調器８は、上記補償済偏差信号Ｖｅ、にデ
ィザ−周波数を有する交流信号Ｖｄを加算し、加算結果
の信号Ｖｅ。

（＝Ｖ　ｆＪ　＋　Ｖ　ｄ）を高い一定周波数（５ＫＨ
ｚ）をもつ信号Ｖａと比較して、パルス幅変調された電
圧信号Ｖｃを出力する。

上記電圧信号Ｖｃは、第１電圧／電流変換器９で励磁電
流１ｃに変換されて第１ンレノイド３に供給される一方
、インバータｌＯで電圧信号Ｖｃ’に反転され、第２電
圧／電流変換器１１で励磁電流１ｃ’に変換されて第２
ソレノイド４に供給される。励磁電流Ｉ　ｃ、　Ｉ　ｃ
’のパルスデューティは、前述の如くであるから、スプ
ール２が目標位置よりも図中で左側にあって偏差信号Ｖ
ａが正のときは、スプール２は、パルスデューティの大
きい第１ソレノイド３側へ吸引されて摺動し、逆に右側
にあって偏差信号Ｖｅが負のときは、パルスデューティ
の大きい第２ソレノイド４側へ吸引されて摺動し、偏差
信号Ｖｃが零になり、両ソレノイド３．４の吸引力が等
しくなるまで移動し続けて停止する。こうして、スプー
ル２は、フィードバック制御により指令信号Ｖｏが表わ
す目標位置に正確に位置付けられる。

このように、直動型両ソレノイド比例切換弁ｌのスプー
ル２は、ばねの付勢力によらず、両端から常時作用する
第１．第２ソレノイド３．４の吸弓力のみによって目標
位置に位置付けられるので、第３図で述べた従来のスプ
リングオフセット形の比例切換弁にみられるばね・スプ
ール系の固有振動数の低下がなく、また偏差信号Ｖｅに
ディザ−周波数Ｖｄを重畳した信号を、高い一定周波数
の搬送波Ｖａでパルス幅変調して両ソレノイド３．４に
供給するので、フィードバック制御系のゲインが著しく
向上するとともに、ディザ−によりスプール２の固着を
防止できる。そのため、スプール２を極めて高速に安定
して位置制御することができる。また、ばねで減殺され
ない両ソレノイド３゜４の大きな吸引力を直接スプール
２に作用させて、作動流体から加わる軸推力４こ十分対
抗せしめうるので、正確で確実なフィードバック制御を
行なうことができる。

上記実施例では、減算器６とパルス幅変調器８の間に補
償回路７を介設して、偏差信号Ｖｅに位相補償を施して
いるので、位相遅れのない高応答で正確なフィードバッ
ク制御ができるという利点がある。

なお、本発明が図示の実施例に限られないのはいうまで
もない。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の直動型比例切換
弁は、ばねで付勢されないスプールの両端に、このスプ
ールを直接駆動する第１．第２ソレノイドを有し、かっ
スプールの変位を検出する位ぎ検出器を有する比例切換
弁と、スプール目標位置を表わす指令信号から上記位置
検出器の検出信号を減算する減算器を備え、パルス幅変
調器によって、減算器から入力される偏差信号にデイザ
号を上記指令信号の最高周波数以上の一定周波数をもつ
搬送波でパルス幅変調し、パルス幅変調された電圧信号
を、第１ソレノイドにそのまま出力する一方、インバー
タで反転して第２ソレノイドに出力するようにしている
ので、スプリングオフセット形の比例切換弁にみられる
ばね・スプール系の固有振動数の低下がなくなり、また
パルス幅変調によりフィードバック制御系のゲインが著
しく向上して、スプールの固着を防止しつつ極めて高速
で安定した制御が実現できるとともに、復帰ばねで減殺
されない両ソレノイドの大きな吸引力をスプールに作用
させて、作動流体から加わる流体力を十分抑止できて、
正確で確実な制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直動型比例切換弁の一実施例を示す構
成図、第２図は上記実施例のパルス幅変調器からの出力
信号の一例を示す図、第３図は従来の直動型比例切換弁
の構成図である。 ｌ・・・比例切換弁、２・・・スーラ゛−ル、３・・・
第１ソレノイド、４・・・第２ソレノイド、５・・・位
置検出器、６・・・減算器、８・・・パルス幅変調器、
Ｖｏ・・・指令信号、Ｖｆ・・・検出信号、Ｖｅ・・偏
差信号、Ｖｃ、Ｖｃ’・・・電圧信号、Ｉ　ｃ、　Ｉ　
ｃ’・・・励磁電流。 特 許　出　願　人　　ダイキン工業株式会社代

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スプール（２）の両端に、このスプール（２）を
   直接駆動する第１ソレノイド（３）と第２ソレノイド（
   ４）を有するとともに、上記スプール（２）の変位を検
   出する位置検出器（５）を有する比例切換弁（１）と、 目標値を表わす指令信号（Ｖｏ）から上記位置検出器（
   ５）の検出信号（Ｖｆ）を減算する減算器（６）と、 この減算器（６）から入力される偏差信号（Ｖｅ）にデ
   ィザー周波数を有する交流信号（Ｖｄ）を加算し、加算
   結果の信号（Ｖｅ＿２）を上記指令信号（Ｖｏ）の最高
   周波数以上の一定周波数をもつ信号（Ｖａ）と比較して
   、パルス幅変調された電圧信号（Ｖｃ）を上記第１ソレ
   ノイド（３）に出力するパルス幅変調器（８）と、 このパルス幅変調器（８）から入力される電圧信号（Ｖ
   ｃ）を反転して上記第２ソレノイド（４）に出力するイ
   ンバータ（１０）を備えたことを特徴とする直動型比例
   切換弁。