JPH05243040A - 電磁ソレノイドの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プランジャ５を動作させるにあたり、電源電
圧や温度の変化があっても、無駄な消費電力の発生を防
止するとともに、正確に行わせる。 【構成】 ソレノイドコイル３に双方向の電流をそれぞ
れ供給可能なトランジスタブリッジ７と、ソレノイドコ
イル３に電流が供給されることで移動するプランジャ５
の正常動作時における二つの停止位置を検出する光セン
サ２３と、トランジスタブリッジ７に対し、通電開始信
号φを受けて第１及び第２のパルス信号φ_A 及びφ_B を
それぞれ別々に出力して双方向の電流供給ができるよう
動作させるとともに、この第１，第２のいずれか一方の
パルス信号によるトランジスタブリッジ７の動作に基づ
くプランジャ５の移動によって前記二つの停止位置の一
方を光センサ２３が検出し、この位置信号を受けて前記
第１，第２のいずれか一方のパルス信号の出力動作を停
止するパルス幅制御器９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ソレノイドコイルに
通電することで、可動部を所定の停止位置に移動させる
電磁ソレノイドの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁開閉弁や電磁遮断弁などの電磁弁
は、ソレノイドコイルに通電することによって可動部で
あるプランジャを駆動して弁を開閉したり遮断したりす
ることができる。このような電磁弁は、ソレノイドコイ
ルに対する通電電流の方向に応じてガスメータにおける
ガス入口ポートを開閉し、その状態を保持する双方向電
磁ソレノイド式の遮断弁や、マイクロコンピュータを内
蔵したガスメータにおける異常時のガス遮断弁などに広
く用いられている。

【０００３】双方向電磁ソレノイドの駆動は、ソレノイ
ドコイルにあらかじめ決められた一定期間電流を流すこ
とによって行われている。通電によってソレノイドのプ
ランジャが正常な停止位置に到達したかどうかは、通常
電磁ソレノイド内に組み込まれたリードスイッチの状
態、またはソレノイドコイルのインダクタンスを通電後
に検出することで判断している。そして、正常な停止位
置に到達していない場合には、再度同じ条件でプランジ
ャを駆動することが行われており、要求された状態にな
っていることが確認されるまで、この動作が繰り返され
るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
双方向電磁ソレノイドの駆動装置では、プランジャをあ
る決められたストロークだけ移動するのに要するエネル
ギは一定である。このため、電源電圧が上昇するか、ま
たは温度が変化してソレノイドコイルへの通電電流が増
加した場合には、必要な通電期間は短くてよいので、前
記従来のように一定期間電流を流す制御では、通電期間
が長すぎることになって無駄な電力が消費されることに
なる。逆に、電源電圧が下降するか、または温度が変化
してソレノイドコイルへの通電電流が低下した場合に
は、通電期間は長くする必要があるので、前記従来のよ
うに一定期間電流を流す制御では、通電期間が短すぎる
ことになってプランジャが正常な停止位置まで移動せず
誤動作が生じやすい。誤動作が発生した場合には、前記
リードスイッチなどによる停止位置の検出で、再度通電
が行われるが、通電期間はあくまでも一定であるため、
正常な動作が得られるとは限らない。

【０００５】そこで、この発明は、可動部を動作させる
にあたり、電源電圧や温度の変化があっても、無駄な消
費電力の発生を防止するとともに、正確に行わせること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、図１に示すように、ソレノイドコイル
３に電流を供給可能な電流供給手段７と、前記ソレノイ
ドコイル３に電流が供給されることで移動する可動部５
の正常動作時における停止位置を検出する位置検出手段
２３と、前記電流供給手段７に対し、通電開始信号を受
けてパルス信号を出力して電流供給ができるよう動作さ
せるとともに、このパルス信号による電流供給手段７の
動作に基づく可動部５の移動によって前記停止位置を前
記位置検出手段２３が検出し、この位置信号を受けて該
信号の出力動作を停止するパルス幅制御手段９とを有す
る構成としてある。

【０００７】また、この発明は、ソレノイドコイル３に
双方向の電流をそれぞれ供給可能な電流供給手段７と、
前記ソレノイドコイル３に電流が供給されることで移動
する可動部５の正常動作時における二つの停止位置を検
出する位置検出手段２３と、前記電流供給手段７に対
し、通電信号を受けて第１及び第２のパルス信号をそれ
ぞれ別々に出力して双方向の電流供給ができるよう動作
させるとともに、この第１，第２のいずれか一方のパル
ス信号による電流供給手段７の動作に基づく可動部５の
移動によって前記二つの停止位置の一方を前記位置検出
手段２３が検出し、この位置信号を受けて前記第１，第
２のいずれか一方のパルス信号の出力動作を停止するパ
ルス幅制御手段９とを有する構成としてもよい。

【０００８】

【作用】このような構成の双方向電磁ソレノイドの駆動
装置によれば、パルス幅制御手段９から出力されるパル
ス信号を受けて電流供給手段７は、ソレノイドコイル３
に対し電流を供給する。これにより可動部５が、所定の
停止位置に移動停止すると、この停止位置を位置検出手
段２３が検出する。位置検出手段２３が停止位置を検出
すると、この位置信号を受けてパルス幅制御手段９は、
前記電流供給手段７へのパルス信号の出力動作を停止す
る。

【０００９】また、パルス幅制御手段９から出力される
第１または第２のいずれかのパルス信号を受けて電流供
給手段７は、ソレノイドコイル３に対し一方の方向に流
れる電流を供給する。これにより可動部５が、二つの停
止位置のいずれか一方に移動停止すると、この停止位置
を位置検出手段２３が検出する。位置検出手段２３が一
方の停止位置を検出すると、この位置信号を受けてパル
ス幅制御手段９は、電流供給手段７への前記いずれか一
方のパルス信号の出力動作を停止する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１１】図２は、この発明の一実施例を示す電磁ソ
レノイドの駆動装置の全体構成図である。この電磁ソレ
ノイド１は、ソレノイドコイル３と、このソレノイドコ
イル３が通電されることによって図中で上下方向に移動
する可動部としてのプランジャ５とを備えている。ソレ
ノイドコイル３には、電流供給手段としてのトランジス
タブリッジ７により、二方向の電流供給が可能であり、
これによってプランジャ５は二つの停止位置に停止す
る。プランジャ５が二つの位置に停止することで、この
二つの停止位置それぞれを電磁弁の開状態と閉状態とに
設定すれば、例えばガスメータの遮断弁などに、この電
磁ソレノイド１を利用できる。

【００１２】トランジスタブリッジ７は、通電開始信号
φが入力されるパルス幅制御手段としてのパルス幅制御
器９のパルス信号φ_A またはφ_B の入力を受けて動作す
るもので、図４のような回路構成となっている。この回
路は、単電源で双方向、すなわち端子Ａから端子Ｂ、ま
たは端子Ｂから端子Ａに電流を流すことができる。例え
ば、パルス幅制御器９からバッファ１１にパルス信号φ
_A が入力されたら、トランジスタ１３，１５がオン状態
となり、電源電圧Ｖ_ccによって発生する電流がトランジ
スタ１３，ソレノイドコイル３，トランジスタ１５の順
に流れ、ソレノイドコイル３が励磁される。また、パル
ス幅制御器９からバッファ１７にパルス信号φ_B が入力
されたら、トランジスタ１９，２１がオン状態となり、
電源電圧Ｖ_ccによって発生する電流がトランジスタ１
９，ソレノイドコイル３，トランジスタ２１の順に流
れ、ソレノイドコイル３が前記とは逆方向に励磁され
る。

【００１３】プランジャ５の前記二つの停止位置の検出
は、プランジャ５の先端に設けた二つの小孔５ａ，５ｂ
を検出する位置検出手段としての光センサ２３により行
う。光センサ２３は、発光素子２５と、発光素子２５か
らの光を前記小孔５ａまたは５ｂを通して受ける受光素
子２７とから構成されている。発光素子２５は励振源２
９を備え、一方受光素子２７は受光素子２７の信号を処
理する受信部３１を備えている。

【００１４】発光素子２５の励振源２９は、図５のよう
な回路構成となっている。これは、二つの反転増幅器が
コンデンサ３３，３５で結合されてトランジスタ３７，
３９が、周波数ｆ₁ で発振するマルチバイブレータ４１
を構成するとともに、同様に二つの反転増幅器がコンデ
ンサ４３，４５で結合されてトランジスタ３９，４７
が、周波数ｆ₂ で発振するマルチバイブレータ４９を構
成している。この励振源２９の電源は、図４のトランジ
スタブリッジ７の端子Ａ，Ｂから供給されている。した
がって、トランジスタブリッジ７にパルス信号φ_B が入
力され、端子Ｂから端子Ａに向かってソレノイドコイル
３に電流が流れる場合には、図５において電流は、端子
Ｂからダイオード５１を経て発光素子２５及び、トラン
ジスタ３７，３９からなるマルチバイブレータ４１側に
流れ、ダイオード５３，５５から端子Ａに導かれる。こ
れによりマルチバイブレータ４１が動作し、発光素子２
５は周波数ｆ₁ の信号で励振される。逆に、トランジス
タブリッジ７にパルス信号φ_A が入力され、端子Ａから
端子Ｂに向かってソレノイドコイル３に電流が流れる場
合には、図５において電流は、端子Ａからダイオード５
７を経て発光素子２５及び、トランジスタ３９，４７か
らなるマルチバイブレータ４９側に流れ、ダイオード５
９，６１から端子Ｂに導かれる。これによりマルチバイ
ブレータ４９が動作し、発光素子２５は周波数ｆ₂ の信
号で励振される。図５において、符号６３，６５，６
７，６９，７１，７３及び７５は、抵抗である。

【００１５】一方、受光素子２７の受信部３１は、図６
に示すように、中心周波数ｆ₁ の帯域通過フィルタ７７
と、中心周波数ｆ₂ の帯域通過フィルタ７９とを備え、
各帯域通過フィルタ７７，７９は、増幅器８１，８３に
それぞれ接続されている。プランジャ５が一方の停止位
置に達すると、増幅器８３から信号φ_RAが出力され、他
方の位置に達すると、増幅器８１から信号φ_RBが出力さ
れ、これらの各信号φ_RA，φ_RBはパルス幅制御器９に入
力される。

【００１６】パルス幅制御器９は、図７に示すように、
三つのフリップフロップ８５，８７，８９及び、二つの
アンドゲート９１，９３から構成されている。フリップ
フロップ８５，８７は通電開始信号φによってセットさ
れるが、両者が同時にセットされるのを防ぐためにフリ
ップフロップ８９が設けられている。フリップフロップ
８９は、光センサ２３からの出力信号φ_RAによってセッ
トされ、同出力信号φ_RBによってリセットされる。

【００１７】例えば、前回の操作で、トランジスタブリ
ッジ７に信号φ_B が入力されて、ソレノイドコイル３に
対し端子Ｂから端子Ａに向かって電流が流れ、この結果
プランジャ５が図３のように矢印Ｐ方向に所定ストロー
ク移動して一方の停止位置に停止し、発光素子２５から
の光が小孔５ｂを通過したとする。このときの発光素子
２５は、図５において電流が端子Ｂから端子Ａに向かっ
て流れるので、トランジスタ３７，３９で構成されるマ
ルチバイブレータ４１が動作し、周波数ｆ₁ で励振され
ている。このとき光センサ２３の受信部３１から信号φ
_RBが出力されたとすると、この信号φ_RBはフリップフロ
ップ８９のＲ端子に入力するとともに、フリップフロッ
プ８７のＲ端子に入力して、各フリップフロップ８９，
８７はリセットされる。この結果、フリップフロップ８
７からの信号φ_B の出力が停止されて、トランジスタブ
リッジ７の動作は停止し、プランジャ５は前記図３の所
定の停止位置に到達した時点で確実に停止する。

【００１８】この状態で、通電開始信号φがパルス幅制
御器９に入力されると、フリップフロップ８９はリセッ
ト状態であることから、アンドゲート９１には、フリッ
プフロップ８９のＱ▲バー▼からの信号と通電開始信号
φとが入力される。これにより、アンドゲート９１から
の信号がフリップフロップ８５のＳ端子に入力されて、
フリップフロップ８５がセットされ信号φ_A が出力され
る。

【００１９】フリップフロップ８５から信号φ_A が出力
されると、この信号φA の入力を受けるトランジスタブ
リッジ７は、トランジスタ１３，１５がオンとなって、
ソレノイドコイル３に対し上記とは逆方向の、つまり図
４において電流は端子Ａから端子Ｂに向かって流れる。
これにより、プランジャ５は他方の停止位置、つまり図
３において矢印Ｔ方向に向けて移動する。このとき発光
素子２５は、図５において電流が端子Ａから端子Ｂに向
かって流れるので、トランジスタ３９，４７からなるマ
ルチバイブレータ４９が動作し、周波数ｆ₂ で励振され
ている。そして、プランジャ５が、発光素子２５からの
光が小孔５ａを通って受光素子２７に達する状態までの
他方の停止位置に到達したら、受信部３１は前記と異な
る信号φ_RAを出力する。

【００２０】この信号φ_RAは、フリップフロップ８９の
Ｓ端子に入力するとともに、フリップフロップ８５のＲ
端子に入力し、これによりフリップフロップ８５はリセ
ットされて信号φ_A の出力が停止され、プランジャ５は
この他方の停止位置に到達した時点で確実に停止する。
一方、フリップフロップ８７側のアンドゲート９３へは
フリップフロップ８９のＱからの信号が入力される状態
となって、プランジャ５の次の動作、つまり図３の矢印
Ｐ方向の移動に備える。

【００２１】プランジャ５が二つの停止位置のいずれで
停止しているかは、フリップフロップ８９のＱ端子から
出力されるアンサバック信号ＡＮＳによって確認する。

【００２２】このように、ソレノイドコイル３に対して
双方向の電流を供給させるように、トランジスタブリッ
ジ７に対して二つの信号φ_A またはφ_B を出力するパル
ス幅制御器９のフリップフロップ８５及び８７は、通電
開始信号φによりセットされるて信号φ_A またはφ_B を
出力する一方、光センサ２３からの二つの停止位置を確
認する位置信号φ_RAまたはφ_RBによってリセットされて
信号φ_A またはφ_B の出力を停止するので、プランジャ
５が一方の停止位置に到達した時点で、その停止位置へ
移動させる方向に働くトランジスタブリッジ７のソレノ
イドコイル３への通電動作が確実に停止する。このた
め、プランジャ５を動作させるにあたり、電源電圧や温
度の変化があっても、ソレノイドコイル３への通電期間
は所定の停止位置までの最小限必要な期間だけとなり、
ソレノイドコイルへ３の通電に係わる消費電力の浪費が
防止されるとともに、プランジャ５の動作も正確なもの
となる。この結果、例えばガスメータの遮断弁などの電
磁弁に、この発明を適用すれば、ガスメータとしての信
頼性が著しく向上する。このような電磁ソレノイドの駆
動装置は、ガスメータだけでなく、高い信頼性が要求さ
れるメカトロニクス機器の電磁弁などの駆動にも極めて
有効であり、広く適用できる。

【００２３】なお、上記実施例では、位置検出手段とし
て光センサを用いたが、これに代えてリードスイッチな
どを用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、ソレノイドコイルへの通電期間は、可動部の所定
の停止位置までの最小限必要な移動期間だけとなるの
で、ソレノイドコイルへの通電に係わる消費電力の浪費
が防止されるとともに、可動部の動作も正確なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図である。

【図２】この発明の一実施例を示す電磁ソレノイドの駆
動装置の全体構成図である。

【図３】図２の光センサ部の動作説明図である。

【図４】図２のトランジスタブリッジの回路図である。

【図５】図２の発光素子の励振源となる励振回路であ
る。

【図６】図２の受光素子の受信部となる信号処理系の回
路図である。

【図７】図２のパルス幅制御器の回路図である。

【符号の説明】 １ 電磁ソレノイド ３ ソレノイドコイル ５ プランジャ（可動部） ７ トランジスタブリッジ（電流供給手段） ９ パルス幅制御器（パルス幅制御手段） ２３ 光センサ（位置検出手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドコイルに電流を供給可能な電
   流供給手段と、前記ソレノイドコイルに電流が供給され
   ることで移動する可動部の正常動作時における停止位置
   を検出する位置検出手段と、前記電流供給手段に対し、
   通電開始信号を受けてパルス信号を出力して電流供給が
   できるよう動作させるとともに、このパルス信号による
   電流供給手段の動作に基づく可動部の移動によって前記
   停止位置を前記位置検出手段が検出し、この位置信号を
   受けて該信号の出力動作を停止するパルス幅制御手段と
   を有することを特徴とする電磁ソレノイドの駆動装置。
2. 【請求項２】 ソレノイドコイルに双方向の電流をそれ
   ぞれ供給可能な電流供給手段と、前記ソレノイドコイル
   に電流が供給されることで移動する可動部の正常動作時
   における二つの停止位置を検出する位置検出手段と、前
   記電流供給手段に対し、通電開始信号を受けて第１及び
   第２のパルス信号をそれぞれ別々に出力して双方向の電
   流供給ができるよう動作させるとともに、この第１，第
   ２のいずれか一方のパルス信号による電流供給手段の動
   作に基づく可動部の移動によって前記二つの停止位置の
   一方を前記位置検出手段が検出し、この位置信号を受け
   て前記第１，第２のいずれか一方のパルス信号の出力動
   作を停止するパルス幅制御手段とを有することを特徴と
   する電磁ソレノイドの駆動装置。
3. 【請求項３】 位置検出手段は、発光素子と、発光素子
   からの光を可動部に設けた停止位置それぞれ対応する小
   孔を通って受ける受光素子とを備え、この発光素子は、
   前記二つの停止位置それぞれで異なる周波数信号を発振
   する励振源を具備することを特徴とする請求項２記載の
   電磁ソレノイドの駆動装置。
4. 【請求項４】 パルス幅制御手段は、電流供給手段に対
   する通電開始信号が入力されることによってセットさ
   れ、位置検出手段の出力信号を受けることによってリセ
   ットされるフリップフロップで構成されていることを特
   徴とする請求項１または２記載の電磁ソレノイドの駆動
   装置。