JPH1022124A - 電磁負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧印加モードから保持モードへの切り換
えタイミングを簡単な回路構成で適切に行う。 【解決手段】 電磁負荷（１２）に駆動初期段階では高
電圧（ＶＰ）を印加し、その後一定の保持電流を印加す
るようにした電磁負荷駆動装置（１０）において、高電
圧エネルギーを蓄積しておくコンデンサ（２４）から高
電圧エネルギーを電磁負荷（１２）に供給するためのス
イッチング手段（４０）と、電磁負荷（１２）の駆動を
開始させるための電気信号（Ｓ１）とコンデンサ（２
４）からの出力電圧（ＶＰ）とに応答し電気信号（Ｓ
１）の印加後出力電圧（ＶＰ）が所定のレベルに達する
までの間だけスイッチング手段（４０）をオン状態とさ
せる制御回路（５０）とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁負荷を高速に
動作させるため、駆動初期段階でエネルギー蓄積エンデ
ンサに蓄えられた高電圧を電磁負荷に印加し、その後電
磁負荷を定常動作状態に保持させるべく電磁負荷に一定
の保持電流を印加するようにした電磁負荷駆動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電磁負荷を可能な限り急速にその定格励
磁状態とするため、動作初期段階で高圧電圧を電磁負荷
に短時間印加する高電圧印加モードとした後、僅かのエ
ネルギーで励磁負荷を定常動作状態に保持する保持モー
ドに切り換える構成が公知である。しかしながら、高電
圧印加モードを保持モードに切り換えるタイミングによ
ってはピーク電流が電磁負荷に必要以上に流れてしま
い、エネルギー損失が大きくなったり、或いは逆にピー
ク電流が少なすぎ高速動作ができなくなってしまうとい
う不具合を生じる虞れがあった。

【０００３】このような不具合を解決するため、ピーク
電流を流す期間を時間管理するようにした構成（公表特
許公報平成４年第５００３９９号）、又は電磁負荷と直
列に電流検出抵抗器を設けピーク電流が所定値以上とな
ったことが検出された場合に保持モードに移行させる構
成（公開特許公報昭和６３年第３６０４４号）等が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、時間管
理による前者の構成によると、電磁負荷のインダクタン
ス分や抵抗分のばらつき、或いは高圧電圧のばらつきを
考慮して高電圧印加モード期間が最適な長さになるよう
時間管理することは実際上極めて困難であるという問題
を有している。一方、電流検出による後者の構成では、
電磁負荷と直列に抵抗器を挿入しなければならないた
め、この抵抗器においてエネルギー損失が発生してしま
うという問題が生じる。

【０００５】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題を簡単な回路構成で解決することがで
きる電磁負荷駆動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、電磁負荷を高速に動作させるため、
駆動初期段階で高電圧を前記電磁負荷に印加し、その後
前記電磁負荷を定常動作状態に保持させるべく電磁負荷
に一定の保持電流を印加するようにした電磁負荷駆動装
置において、前記電磁負荷を高速動作させるための高電
圧エネルギーを蓄積しておくコンデンサを含んで成る高
電圧供給部と、前記コンデンサから前記高電圧エネルギ
ーを前記電磁負荷に供給するため前記コンデンサと前記
電磁負荷との間に設けられたスイッチング手段と、前記
電磁負荷の駆動を開始させるための電気信号と前記コン
デンサからの出力電圧とに応答し前記電気信号の印加後
前記出力電圧が所定のレベルに達するまでの間だけ前記
スイッチング手段をオン状態として前記電磁負荷の駆動
初期段階においてのみ前記コンデンサから前記高電圧エ
ネルギーを前記電磁負荷に供給させるための制御回路手
段とを備えた点にある。

【０００７】電気信号が電磁負荷駆動装置に印加される
まではスイッチング手段はオフとなっており、電磁負荷
は消勢状態にある。この状態において電気信号が入力さ
れると、制御回路手段がこれに応答してスイッチング手
段をオン状態とするので、コンデンサに蓄えられていた
高電圧エネルギーがスイッチング手段を介して電磁負荷
に供給される。

【０００８】コンデンサからは高電圧エネルギーが電磁
負荷に放電という形で供給されつづけられる結果、コン
デンサの出力電圧は時間の経過とともに次第に低下し、
所定レベルに達すると制御回路手段がこれに応答してス
イッチング手段をオフ状態とする。この結果、電磁負荷
の駆動初期段階において電磁負荷が高速にて動作する。
以後、所定の一定電流が電磁負荷に供給され、電磁負荷
が僅かな電流によって定常作動状態に保持される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明による電磁負荷駆動装置の
実施の形態の一例を示す回路図である。図１に示す実施
の形態では、本発明を、エンジンに燃料を噴射供給する
ための燃料噴射弁駆動用の電磁アクチュエータを電磁負
荷として駆動するように構成された電磁アクチュエータ
駆動装置１０に適用した場合の例が示されている。

【００１０】電磁アクチュエータ駆動装置１０は、エン
ジンに燃料を噴射供給するための燃料噴射弁（図示せ
ず）の電磁アクチュエータ１１を駆動するための装置で
あり、図示しない制御ユニットから供給される１組の駆
動制御信号Ｓに応答し、電磁アクチュエータ駆動装置１
０の出力側に電磁負荷として接続されている電磁アクチ
ュエータ１１の電磁コイル１２に励磁電流Ｉを供給する
ものである。この励磁電流Ｉは、高電圧供給部２０と定
電流供給部３０とから後述するようにして供給される。

【００１１】高電圧供給部２０は、車載用のバッテリ１
３からの電圧を受けて昇圧し、百数十ボルトの高電圧を
得るための昇圧回路を構成するコイル２１及びスイッチ
ングトランジスタ２２を備え、得られた高電圧出力は、
電磁アクチュエータ１１を高速にて作動させるための高
電圧エネルギーとしてダイオード２３を介してコンデン
サ２４に蓄積される。したがって、高電圧供給部２０か
らはコンデンサ２４に蓄えられた高電圧ＶＰが高速作動
のための高電圧エネルギーとして電磁コイル１２に供給
される。

【００１２】コンデンサ２４の一端２４Ａはスイッチン
グ回路４０を介して電磁アクチュエータ１１の電磁コイ
ル１２の一端１２Ａに接続されている。電磁コイル１２
の他端１２Ｂはアースされており、これによりバッテリ
１３の負極と電気的に接続されている。スイッチング回
路４０はスイッチングトランジスタ４１と抵抗器４２、
４３とが図示の如く接続されて成り、抵抗器４３を介し
てスイッチングトランジスタ４１のベースに流れ込む電
流によりそのエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御さ
れる。コンデンサ２４から電磁アクチュエータ１１への
高電圧エネルギーの流れはこの導通状態により制御され
る。

【００１３】一方、定電流供給部３０はバッテリ１３か
ら電力の供給を受け電磁アクチュエータ１１の定常動作
状態を保持するのに必要な一定電流を供給するための回
路であり、その負側出力線３０Ａはアースされ、その正
側出力線３０Ｂと電磁コイル１２の一端１２Ａとの間に
はダイオード１４が図示の極性にて接続されている。し
たがって、正側出力線３０Ｂの電位が高電圧ＶＰより大
きくなった場合にのみダイオード１４が順方向バイアス
状態となって所定の一定電流を定電流供給部３０から電
磁アクチュエータ１１に供給することができる。なお、
定電流供給部３０からの一定電流の供給は、駆動制御信
号Ｓのうちの第２制御信号Ｓ２に応答して後述の如く制
御される。

【００１４】符号５０で示されるのは、高電圧ＶＰ及び
駆動制御信号Ｓのうち高電圧供給部２０のコンデンサ２
４の最大放電時間を定めるための第１制御信号Ｓ１に応
答して作動し、電磁アクチュエータ１１の駆動初期段階
においてのみコンデンサ２４から高電圧エネルギーを電
磁コイル１２に供給するようにスイッチング回路４０を
制御するための制御回路である。

【００１５】制御回路５０は、スイッチングトランジス
タ５１、５２と、抵抗器５３と、定電圧ダイオード５４
とが図示の如く接続されて成っている。ここで、第１制
御信号Ｓ１はスイッチングトランジスタ５１のオン、オ
フ制御のためにそのベースに印加されており、高電圧Ｖ
Ｐは定電圧ダイオード５４及び抵抗器５３を介してスイ
ッチングトランジスタ５２のベースに印加されている。
そして、スイッチングトランジスタ４１のベースに接続
されている抵抗器４３がスイッチングトランジスタ５
１、５２の各コレクタ−エミッタ回路を介してアースさ
れている。

【００１６】したがって、第１制御信号Ｓ１のレベルが
低レベル状態となっているとスイッチングトランジスタ
５１がオフとされスイッチングトランジスタ５２のエミ
ッタの電位が定まらないので、高電圧ＶＰの電力が定電
圧ダイオード５４を逆方向に導通させるのに充分な高レ
ベルとなっていてもスイッチングトランジスタ５１、５
２はオフ状態となっており、トランジスタ４１が導通状
態とされることはない。したがって、コンデンサ２４に
は高電圧エネルギーが充電された状態を保っている。こ
のような状態において第１制御信号Ｓ１のレベルが高レ
ベル状態となるとスイッチングトランジスタ５１がオン
とされ、スイッチングトランジスタ５２のエミッタの電
位が確定するので、スイッチングトランジスタ５２もオ
ンとなる。したがって、スイッチングトランジスタ４１
がオンとなり、コンデンサ２４に蓄えられていた高電圧
ＶＰがスイッチングトランジスタ４１を介して電磁コイ
ル１２に印加されることになる。

【００１７】次に、図２を参照しながら電磁アクチュエ
ータ駆動装置１０の動作について説明する。図２におい
て、（Ａ）は第１制御信号Ｓ１のレベル、（Ｂ）は第２
制御信号Ｓ２のレベル、（Ｃ）はスイッチングトランジ
スタ５１のオン、オフ状態、（Ｄ）はスイッチングトラ
ンジスタ５２のオン、オフ状態、（Ｅ）はスイッチング
トランジスタ４１のオン、オフ状態、（Ｆ）は高電圧Ｖ
Ｐのレベル、（Ｇ）は励磁電流Ｉのレベルの変化を横軸
を時間軸として経過時間Ｔで示したものである。

【００１８】Ｔ＝Ｔ０において第１制御信号Ｓ１及び第
２制御信号Ｓ２のレベルが低レベルから高レベルに変化
すると、トランジスタ５１、５２、４１は略同時にオフ
からオンとなり、コンデンサ２４に蓄えられていた高電
圧ＶＰがスイッチング回路４０のトランジスタ４１を介
して電磁コイル１２に印加される。このとき定電流供給
部３０も同時に作動状態とされるが、高電圧ＶＰのレベ
ルが充分に高いためダイオード１４が逆バイアス状態と
なるので、定電流供給部３０から電磁コイル１２へ電流
が流れることはない。

【００１９】Ｔ０からの時間の経過に従ってコンデンサ
２４に蓄えられていた電荷は急速に放電され、これに伴
って高電圧ＶＰのレベルが低下する。Ｔ＝Ｔ１において
高電圧ＶＰのレベルが定電圧ダイオード５４のツェナー
電圧ＺＤ（本発明の実施の形態ではＺＤ＝２０Ｖに選ば
れている）に略相当するレベルにまで低下すると、トラ
ンジスタ５２へのベース電流の供給が断たれ、トランジ
スタ５２がオフとなる。

【００２０】このとき、第１制御信号Ｓ１のレベルは未
だ高レベル状態になっており、これによりトランジスタ
５１の導通状態は保たれたままである。しかし、Ｔ＝Ｔ
２において第１制御信号Ｓ１のレベルが低レベルになる
ことに応答してスイッチングトランジスタ５１もオフと
なる。図２において、トランジスタ４１がオフとなった
にも拘らずＶＰが減少しているのは、素子の遅れのため
である。以後はダイオード１４が順バイアス状態とさ
れ、定電流供給部３０から一定電流が電磁コイル１２の
定常作動状態を保持させるための作動保持電流として第
２制御信号Ｓ２のレベルが低レベルになるまで供給され
ることになる。

【００２１】したがって、電磁アクチュエータ１１に供
給される励磁電流Ｉのレベルは、Ｔ＝Ｔ０から急速に増
大し、電磁アクチュエータ１１を駆動初期段階において
高速で動作させることができる。そして、高電圧ＶＰの
レベルがツェナーダイオード５４のツェナー電圧ＺＤで
定まる所定のレベルに達し、ＶＰ＝０となったＴ２の時
点で励磁電流Ｉがピークとなる。しかる後、定電流供給
部３０から一定電流が励磁電流として電磁コイル１２に
供給される。

【００２２】電磁アクチュエータ駆動装置１０は以上の
ように、コンデンサ２４からの高電圧ＶＰのレベルが所
定値に達することにより一定電流駆動に切り換える構成
であるから、構成が簡単であり、しかも高電圧ＶＰのレ
ベルに従って駆動初期段階における急速動作のための高
電圧による最適なピーク電流の付与を行うことができ
る。したがって、図２から判るように、第１制御信号Ｓ
１の立下がりタイミングを若干長目に設定しておけば、
電磁コイル１２のリアクタンス分及び抵抗分のばらつき
にも対応できるので回路の設計が極めて容易となる。こ
のほか、電磁コイル１２と直列に電流検出抵抗を設けな
いのでエネルギー損失が小さい上に、厳密な時間管理が
不要となり高精度素子を使う必要がないのでコストダウ
ンに役立つ。さらに、必要以上に電流ピーク期間が長く
ならないので素早く次の昇圧が開始でき、駆動周期を短
くすることができる等の利点を有している。

【００２３】

【発明の効果】本発明による効果は次の通りである。 （１） 簡単な構成で最適な電流ピーク期間を得られ
る。 （２） 電流ピークを規制する制御信号の時間を長めに
設定しておけば電極負荷のインダクタンス分、抵抗分の
ばらつきにも対応できる。 （３） 電磁負荷と直列に電流検出抵抗器を入れる必要
が無いため、エネルギー損失が少ない。 （４） 厳密な時間管理が不要となり高精度素子を使う
必要がなくなるのでコストダウンを図ることができる。 （５） 必要以上にピーク期間が長くならないので素早
く次の昇圧が開始でき、駆動周期を短くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す回路図。

【図２】図１に示した電磁負荷駆動装置の動作を説明す
るための各部の信号波形図。

【符号の説明】

１０ 電磁アクチュエータ駆動装置 １１ 電磁アクチュエータ １２ 電磁コイル ２０ 高電圧供給部 ２４ コンデンサ ３０ 定電流供給部 ４０ スイッチング回路 ５０ 制御回路 Ｉ 励磁電流 Ｓ 駆動制御信号 Ｓ１ 第１制御信号 Ｓ２ 第２制御信号 ＶＰ 高電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁負荷を高速に動作させるため、駆動
   初期段階で高電圧を前記電磁負荷に印加し、その後前記
   電磁負荷を定常動作状態に保持させるべく電磁負荷に一
   定の保持電流を印加するようにした電磁負荷駆動装置に
   おいて、 前記電磁負荷を高速動作させるための高電圧エネルギー
   を蓄積しておくコンデンサを含んで成る高電圧供給部
   と、 前記コンデンサから前記高電圧エネルギーを前記電磁負
   荷に供給するため前記コンデンサと前記電磁負荷との間
   に設けられたスイッチング手段と、 前記電磁負荷の駆動を開始させるための電気信号と前記
   コンデンサからの出力電圧とに応答し前記電気信号の印
   加後前記出力電圧が所定のレベルに達するまでの間だけ
   前記スイッチング手段をオン状態として前記電磁負荷の
   駆動初期段階においてのみ前記コンデンサから前記高電
   圧エネルギーを前記電磁負荷に供給させるための制御回
   路手段とを備えたことを特徴とする電磁負荷駆動装置。