JPH10318531A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性を確保すると共に、小型化と静音化を
図る。 【解決手段】 電磁弁１２への電力供給を制御する電磁
弁駆動信号１９は、電力の供給時間の停止時間に対する
比率が充分に大きくなるように構成されている。これに
よって、駆動回路の故障検出が可能になると共に、電磁
弁１２への電力供給効率が良くなり、またコイル巻数が
減少するので電磁弁１２の小型化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガス燃焼機
器において、ガス供給通路を閉止及び開放する電磁弁の
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガス燃焼機器においては、安全性
の向上はもちろんのこと小型化、静音化などの要望があ
る。

【０００３】安全性においては、ガス通路部を開閉する
電磁弁とその駆動回路の故障により直接ガス漏れに至る
ため、電磁弁への電力供給方法に工夫が凝らされ、従来
から安全対策がなされてきた。

【０００４】以下にガスファンヒーターを事例にして、
従来の電磁弁駆動の制御装置について説明する。

【０００５】図３は制御装置のブロック図を示すもので
ある。図において、ガス通路１の途中にガスの供給及び
停止を行う電磁弁２が設けてある。ガスは電磁弁２を介
して燃焼部３に供給される。電磁弁２のコイルは、一方
は電源供給トランジスタ４を介してＤＣ２４Ｖ電源に接
続されもう一方は電磁弁駆動トランジスタ７を介して回
路グランドに接続され、電磁弁駆動回路が形成されてい
る。

【０００６】６はマイクロコンピューター（以下マイコ
ンと言う）である。マイコン６のＯ ₁は、ＤＣ２４Ｖ電
源の供給を制御するパルス信号の出力端子であり、周波
数／電圧変換回路５とスイッチングトランジスタをＴ介
して電源供給トランジスタ４のベースに接続される。

【０００７】また、マイコン６のＯ₂は、電磁弁２の動
作を制御する電磁弁駆動信号９の出力端子であり、電磁
弁駆動トランジスタ７のベースに接続される。電磁弁駆
動トランジスタ７のコレクタには、電磁弁駆動回路の動
作状態を監視する故障検出トランジスタ８のベースが接
続され、故障検出トランジスタ８のコレクタより故障検
出信号１０を取り出しマイコン６の入力端子ｉに接続し
帰還させる。

【０００８】図４は電磁弁駆動信号９と故障検出信号１
０のタイミングチャート図を示すものである。電磁弁駆
動信号９は、オン時間ｔ₁とオフ時間ｔ₂が等しい一定周
期のパルス信号であり、本事例では周波数８０Hz、オン
時間ｔ₁＝オフ時間ｔ₂＝６．２５mS（デューティー比５
０．０％）の信号を示す。故障検出信号１０は、電源供
給トランジスタ４と電磁弁２と電磁弁駆動トランジスタ
７が電気的に正常に接続されている時の信号波形を示
し、電磁弁駆動信号９と同一論理の信号が検出される。

【０００９】このような構成において、機器が停止から
燃焼となる時は、まずマイコン６がＯ₁よりパルス信号
を出力し、周波数／電圧変換回路５を介して電源供給ト
ランジスタ４をオン状態とし、ＤＣ２４Ｖ電源を供給す
る。次にＯ₂より電磁弁駆動信号９を出力し電磁弁２を
開放状態とし燃焼部３にガスを供給する。

【００１０】ここで、電磁弁駆動信号９はパルス信号で
あるため、電磁弁駆動トランジスタ７はスイッチングを
行い電磁弁２には断続的にしか電力供給されないが、１
００Hz前後の周波数であれば電磁弁２が持つ保持力によ
り電磁弁２の弁体が離脱し閉止状態になることはなく、
継続してガスを供給できる。

【００１１】また、マイコン６は電磁弁駆動信号９を出
力すると同時に、故障検出信号１０を監視しており、電
磁弁駆動回路が正常なときは、ｔ₁、ｔ₂の各々のタイミ
ングにおいて、Ｏ₁から出力された信号論理とｉに入力
される信号論理は等しいことが期待されるため、マイコ
ン６がそれを判定し、電磁弁駆動回路の状態を常時監視
することができる。

【００１２】例えば、電磁弁駆動信号９のオン時間ｔ₁
では、電磁弁駆動トランジスタ７がオープン故障（ガス
は止まる故障）すると故障検出信号１０はオフとなり逆
論値となる。また、電磁弁駆動信号９のオフ時間ｔ₂で
は、電磁弁駆動トランジスタ７がショート故障（ガス漏
れする故障）すると故障検出信号１０はオンとなり逆論
値となる。

【００１３】マイコン６が逆論理＝故障と判定し、電磁
弁２への電源供給を停止し、ガス供給通路を閉止する。
電磁弁駆動信号９を常時オン（直流信号）として動作さ
せた場合では後者のショート故障（ガス漏れする故障）
の常時検出が不可能となり安全性が低下する。

【００１４】このように、電磁弁２への電力供給の制御
にパルス信号を用いることで、電磁弁駆動回路のオープ
ン、ショートの両モードの故障を常時検出することがで
き、安全性を高めてきた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、故障検出を行うために電磁弁２をパルス駆
動することで、電磁弁２への電力供給が時間的に１／２
となり電力供給効率が悪くなっている。

【００１６】電磁弁２を直流信号で駆動した時に対し
て、電磁弁２に同一の電磁力を得るには、駆動電圧を２
倍とするか、電磁弁コイルの巻数を２倍にする必要があ
る。しかし、駆動電圧を上げることはシステムの回路全
体の消費電力ロスの増加につながり、コイル巻数を増や
すことは電磁弁２の大型化につながる。

【００１７】また、電磁弁２が開放動作をする際、プラ
ンジャーと電磁弁ボディーとの衝突音が生じる。静音対
策はプランジャーと電磁弁ボディーとの間に緩衝材を設
けることで可能であるが、同じ電磁力では弁体が閉止す
る離脱電圧が高くなり、電磁力を増すためコイル巻数を
増加する必要がある。すなわち、電磁弁２の静音化は電
磁弁２の大型化を意味する。または、駆動回路におい
て、駆動電圧の上昇や駆動信号の直流化などにより対策
をする必要がある。等と言った課題がある。

【００１８】そこで本発明の目的は、従来と同じ安全性
を確保し、且つ電磁弁の小型化や静音化を実現すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、電磁弁への電力の供給又は停止を繰り返
し、且つ電力供給時間の電力停止時間に対する比率が十
分に大きいパルス信号で電磁弁の駆動トランジスタ回路
を駆動し、電磁弁及び駆動トランジスタ回路の故障を検
出する故障検出トランジスタ回路を備えたものである。

【００２０】上記発明によれば、電磁弁をパルス信号で
駆動し故障を検出するため、従来の構成と同じ安全性を
実現できるとともに、パルス信号の電磁弁への電力供給
時間の停止時間に対する比率が十分に大きいため、効率
よく電磁力が得られ、コイル巻数を減少させ電磁弁を小
型化することができる。また、緩衝材による静音化対策
を従来のコイル巻数のまま実現することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、電磁弁によりガス供給
通路を閉止又は開放して燃料供給を行うガス燃焼機器の
制御装置において、前記電磁弁の駆動トランジスタ回路
と、電磁弁及び駆動回路の故障を検出する故障検出トラ
ンジスタ回路とを有し、前記駆動トランジスタ回路の駆
動パルス信号が、電磁弁への電力の供給又は停止を繰り
返し、且つ電力供給時間の電力停止時間に対する比率が
十分に大きいことを特徴とするものである。

【００２２】そして、電磁弁をパルス信号で駆動し故障
を検出するため、電磁弁の駆動回路オープン、ショート
の故障を検出できるため従来通りの安全性を確保でき
る。且つ、パルス信号の電磁弁への電力供給時間の停止
時間に対する比率が十分に大きいため、効率よく電磁力
が得られ、コイル巻数を減少させ電磁弁を小型化するこ
とができる。また、電磁弁の静音化に際しても、電力供
給効率で電磁力を補うことでコイルを大型化させること
無く電磁弁の静音対策を実施することができる。

【００２３】以下、本発明の実施例について図１、図２
を用いて説明する。 （実施例１）図１は本発明の制御装置のブロック図を示
すものである。ガス通路１１の途中にガスの供給及び停
止を行う電磁弁１２が設けてある。ガスは電磁弁１２を
介して燃焼部１３に供給される。電磁弁１２のコイル
は、一方は電源供給トランジスタ１４を介してＤＣ２４
Ｖ電源に接続され、もう一方は電磁弁駆動トランジスタ
１７を介して回路グランドに接続され、電磁弁駆動回路
が形成されている。１６はマイクロコンピューター（以
下マイコンと言う）である。マイコン１６のＯ₁は、Ｄ
Ｃ２４Ｖ電源の供給を制御するパルス信号の出力端子で
あり、周波数／電圧変換回路１５とスイッチングトラン
ジスタを介して電源供給トランジスタ１４のベースに接
続される。

【００２４】また、マイコン１６のＯ₂は、電磁弁１２
の動作を制御する電磁弁駆動信号１９の出力端子であ
り、電磁弁駆動トランジスタ１７のベースに接続され
る。電磁弁駆動トランジスタ１７のコレクタには、電磁
弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタ
１８のベースが接続され、故障検出トランジスタ１８の
コレクタより故障検出信号２０を取り出しマイコン１６
の入力端子ｉに接続し帰還させる。

【００２５】図２は電磁弁駆動信号１９と故障検出信号
２０のタイミングチャートを示すものである。電磁弁駆
動信号１９は一定周期のパルス信号であり、オン時間ｔ
₃とオフ時間ｔ₄が著しく異なり、オン時間ｔ₃＞オフ時
間ｔ₄の関係にある。本実施例では周波数８０Hz、オン
時間ｔ₃＝１２．４mS、オフ時間ｔ₄＝０．１mS（デュー
ティー比９９．２％）の信号を示す。オン時間を十分に
長くする理由は、電磁弁１２への電力供給効率を向上さ
せるためである。故障検出信号２０は、電磁弁駆動信号
１９により電磁弁駆動トランジスタ１７と故障検出トラ
ンジスタ１８がスイッチンッグ動作した結果得られる信
号である。

【００２６】本図では、電源供給トランジスタ１４と電
磁弁１２と電磁弁駆動トランジスタ１７が電気的に正常
に接続されている時の信号波形を示し、電磁弁駆動信号
と同一論理の信号が検出される。

【００２７】電磁弁駆動信号１９のオフ時間ｔ₄は、短
いほど電力供給効率は増すが、故障検出信号を形成する
には、最低限二つのトランジスタ１７、１８のスイッチ
ング時間を確保する必要がある。一般的にトランジスタ
のスイッチング時間は数十μSであり、ばらつき、安全
率を考慮し０．１m（＝１００μ）Sとする。また、スイ
ッチング動作の早いトランジスタを使うことにより、オ
フ時間ｔ₄は更に短縮でき、デューティー比を改善する
ことができる。

【００２８】次に動作、作用について説明すると、機器
が停止から燃焼となる時は、まずマイコン６がＯ₁より
パルス信号を出力し、周波数／電圧変換回路１５を介し
て電源供給トランジスタ１４をオン状態とし、ＤＣ２４
Ｖ電源を供給する。次にＯ₂より電磁弁駆動信号１９を
出力し電磁弁１２を開放状態とし燃焼部３にガスを供給
する。

【００２９】ここで、電磁弁駆動信号１９は従来の駆動
信号に対し、同一の周波数でデューディー比が９９．２
％に増加するため、電磁弁１２への電力供給効率が十分
に改善されている。パルス駆動ではあるが、余裕を持っ
て電磁弁１２を動作させ、問題なくガスを供給できる。

【００３０】また、オフ時間ｔ₄が十分に短いため同一
の保持力でも、電磁弁１２の弁体の開放状態からの離脱
電圧に関しても改善される。従来構成と同じ電磁弁１２
を使用するならば、電磁弁駆動条件に余裕がうまれるば
かりか、電磁弁１２の駆動電圧を低下させることも可能
となる。

【００３１】また、電磁弁１２の設計条件も緩和され
る。例えば、コイルの巻数の減少やコイル線径を細くし
コイルの小型化も可能となる。あるいは、電磁弁１２の
プランジャーに衝撃緩衝材を設け電磁弁１２を静音化す
ることも可能となる。電磁弁１２の動作条件を厳しくし
ても、電磁弁駆動回路側で従来より余裕ができているた
めである。

【００３２】また、従来の構成と同様、マイコン１６は
電磁弁駆動信号１９を出力すると同時に、故障検出信号
２０を監視しており、電磁弁駆動回路が正常なときは、
ｔ₃、ｔ₄の各々のタイミングにおいて、Ｏ₁から出力さ
れた信号論理とｉに入力される信号論理は等しいことが
期待されるため、マイコン６がその一致、不一致を判定
し、電磁弁駆動回路の正常状態、異常状態を常時監視
し、異常時にはＤＣ２４Ｖの供給を停止しガスを遮断す
ることができる。

【００３３】尚、本実施例では、電磁弁駆動信号１９を
１２．５mS周期としたが、周期（ｔ ₃＋ｔ₄）を１０００
mSと長くし、オフ時間ｔ₄を０．１mSのままとしておけ
ば、デューティー比はより改善されることになる。設計
した電磁弁との関係で最適な周期を決定する。ただし、
電磁弁駆動信号１９の周期は故障検出のサンプリング周
期であるため、故障発生時、その検出に支障のない時間
とすべきである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電磁弁へ
の電力供給を、パルス信号を用いて制御しているので、
電磁弁駆動回路故障の検出が可能となり、従来と同じ安
全性を確保できる。且つ、パルス信号が電力供給時間の
電力停止時間に対する比率が十分に大きいと言う特徴を
備えているため、電磁弁への電力供給効率が良く、電磁
弁の設計条件を緩和することが可能となり、コイル巻数
の減少による電磁弁の小型化や、電磁弁の静音化対策の
実施が可能となり、ガス機器の小型化、静音化への改善
に効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の制御装置のブロック図

【図２】同制御装置の制御信号のタイミングチャート

【図３】従来の制御装置のブロック図

【図４】同制御装置の制御信号のタイミングチャート

【符号の説明】

１１ ガス供給通路 １２ 電磁弁 １６ マイクロコンピューター １７ 電磁弁駆動トランジスタ １８ 故障検出トランジスタ １９ 電磁弁駆動信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁弁によりガス供給通路を閉止又は開放
   し燃料の供給を制御するガス燃焼機器において、前記電
   磁弁の駆動回路と、前記電磁弁及び前記駆動回路の故障
   を検出する故障検出回路とを有し、前記駆動回路からの
   駆動パルス信号によって前記電磁弁への電力の供給時間
   を制御すると共に、前記電力の供給時間の停止時間に対
   する比率を十分に大きくした制御装置。