JPH1079304A - ソレノイドの駆動方法及びソレノイド駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な回路を用いずに高速駆動可能なソレノ
イド駆動回路を提供する。 【解決手段】 励磁コイル２の近傍には、誘導コイル１
０が設けられており、電源スイッチ８が開成された後に
開成されるようになっている第３のスイッチ１３を介し
て誘導コイル１０とコンデンサ１１とは閉回路を形成
し、電源スイッチ８の開成時に誘導コイル１０に誘起さ
れる誘導起電圧がコンデンサ１１に充電されるようにな
っている。コンデンサ１１が充電された後、第３のスイ
ッチ１３が開成され、その後、第２のスイッチ１２が閉
成されて、コンデンサ１１が第２のダイオード７を介し
て励磁コイル２の一端に接続され、電源スイッチ８が再
度閉成されたときに、直流電源９の電圧と、コンデンサ
１１の充電電圧とが励磁コイル２に印加されるようにな
っており、励磁開始時に高電圧を印加することで、立ち
上がり特性の改善が図られるものである。

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、燃料噴射
制御装置等において、各種の部材を変位させるために用
いられる電磁アクチュエータ等のソレノイドを駆動する
ための駆動方法及びその駆動回路に係り、特に、駆動信
号の立ち上がり及び立ち下がり特性の改善、駆動回路の
簡素化を図ったものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ソレノイドを用いた電磁アクチュエータ
の例としては、例えば、燃料噴射制御装置において、コ
ントロールスリーブの往復動を行うものや、弁の開閉成
を行うためのいわゆる電磁弁等がある（例えば、特開昭
５６−１４６０２７号公報等参照）。このようなソレノ
イドを用いたものにあっては、駆動の際の逆起電力の発
生があり、この逆起電力の発生が、回路のいわゆる立ち
上がり及び立ち下がり特性を低下させないようにするた
めに、従来から種々の対策が講じられている。

【０００３】例えば、ダイオードと抵抗とを直列接続し
たものを、ソレノイドに並列接続し、逆起電力発生時に
ソレノイドとダイオードと抵抗との閉回路が形成される
ようにして、逆起電力の解消を図るようにしたものは、
最も簡易な構成による逆起電力対策として公知・周知で
ある。また、ソレノイドへの印加電圧を高電圧として、
特に、ソレノイドの駆動電流の立ち上がりの改善を図る
ようにしたもの等の技術が種々提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
場合、回路構成は簡易であるが、回路動作の高速性を考
慮したものではないため、回路動作のいわゆる立ち上が
り及び立ち下がりに高速性が要求されるものには適さな
い。また、後者の場合、高電圧の発生回路が必要であ
り、従来のものは比較的構成が複雑であるため、装置全
体の高価格化を招くという問題がある。

【０００５】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、複雑な回路を用いずに駆動速度の早い回路に適用で
きるソレノイドの駆動方法及びソレノイド駆動回路を提
供するものである。本発明の他の目的は、簡易な回路構
成で、安価なソレノイド駆動回路を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、ソレノイド励磁の際の立ち上
がり及び立ち下がりを早くできるソレノイドの駆動方法
及びソレノイド駆動回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るソレノイド駆動方法は、ソレノイドへ対する所定の電
源電圧の印加が断たれたときに、当該ソレノイド近傍に
配置された誘導コイルに誘起される誘導起電圧によりコ
ンデンサを充電して保持し、前記ソレノイドを再度励磁
する際、所定の電源電圧と共に前記コンデンサの充電電
圧を前記ソレノイドへ印加するようにしたものである。

【０００７】かかる構成においては、ソレノイドが非励
磁状態とされたときに、誘導コイルに誘導される誘導起
電圧をコンデンサに充電し、ソレノイドが再び励磁され
る際に、電源電圧にこのコンデンサの充電電圧を重畳す
ることで、ソレノイドにより高い電圧を印加できるよう
にし、励磁電流の立ち上がりを改善するようにしたもの
である。

【０００８】請求項２記載の発明に係るソレノイド駆動
回路は、ソレノイドの近傍に設置された誘導コイルと、
前記誘導コイルに誘起される誘導起電圧を充電するため
のコンデンサと、前記ソレノイドへ対する所定の電源電
圧の印加が断たれた際に前記誘導コイルに誘起される誘
導起電圧を前記コンデンサへ充電させるため、前記誘導
コイルとコンデンサとの閉回路を所定の間形成する閉回
路形成手段と、前記閉回路形成手段による前記誘導コイ
ルとコンデンサとの閉回路が解消された後、前記コンデ
ンサの正極側を、所定の電源の正極側が接続される前記
励磁コイルの一端側へ接続する一方、前記励磁コイルへ
対する前記所定の電源電圧の印加が断たれた後、前記励
磁コイルとコンデンサとの接続を断つ接続制御手段と、
を具備してなるものである。

【０００９】かかる構成において、例えば、ソレノイド
は、ヨークと、このヨークに設けられた励磁コイルと、
一端がばねを介して固定されると共に、前記励磁コイル
の励磁により発生する磁気作用により前記ヨークへ吸引
されて変位可能に設けられたプランジャと、を具備して
なるアクチュエータの前記励磁コイルである。

【００１０】また、閉回路形成手段は、プランジャの外
周面の第１の所定位置に突設された第１のスイッチ用突
起と、前記プランジャの変位に伴う前記第１のスイッチ
用突起の変位に応じて開閉成されるよう配設され、誘導
コイルとコンデンサとを閉回路状態に接続する閉回路ス
イッチと、を具備してなり、接続制御手段は、前記プラ
ンジャの外周面の第２の所定位置に突設された第２のス
イッチ用突起と、前記プランジャの変位に伴う前記第２
のスイッチ用突起の変位に応じて開閉成されるよう配設
され、コンデンサの一端と励磁コイルの一端を接続する
接続スイッチと、を具備してなるものが好適である。

【００１１】そして、励磁コイルには、第１のダイオー
ドを介して所定の電源の正極側が接続される一方、前記
励磁コイルの前記第１のダイオードが接続される一端と
接続スイッチとの間には、第２のダイオードが、前記接
続スイッチ側にアノードが、前記励磁コイル側にカソー
ドが、それぞれ位置するように直列接続されてなるもの
が好適である。

【００１２】かかる構成においては、ソレノイドが励磁
状態から非励磁とされた際、誘導コイルに誘起された電
圧が閉回路スイッチを介して誘導コイルと閉回路を形成
しているコンデンサに瞬時にして充電され、励磁コイル
が非励磁状態となったことに対応して、プランジャがば
ね力によって引き戻されると同時に、閉回路スイッチが
開閉されコンデンサと誘導コイルとの閉回路は解消され
る。そして、プランジャがばね力によって所定の位置ま
で引き戻されると、接続スイッチが第２のスイッチ用突
起により閉成状態とされ、コンデンサの正極側が励磁コ
イルの一端、すなわち、第１のダイオードを介して所定
の電源の正極側が接続されている箇所に、第２のダイオ
ードを介して接続されることとなる。その後、励磁コイ
ルが励磁されるときには、所定の電源の電圧と共に、コ
ンデンサの充電電圧が印加されることとなり、所定の電
源のみの印加に比してより高い電圧が印加され、そのた
め、励磁電流の立ち上がりが改善されることとなるもの
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１乃至図１１を参照しつつ説明する。なお、以下
に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。本発明の実施の形態におけるソレノイド駆
動回路は、車両用燃料噴射制御装置に用いられる電磁ア
クチュエータを構成するソレノイドに適用された場合を
示すもので、最初に、この電磁アクチュエータの構成に
ついて、図６及び図９を参照しつつ説明する。

【００１４】この電磁アクチュエータは、励磁コイル２
を有するヨーク１と、磁性材からなるプランジャ３とを
主要構成要素としてなるものである（図６参照）。ヨー
ク１は、例えば、磁性材を用いて外観形状が円柱状に形
成される一方、その内部は、中空状に形成され、一方の
端面中央には、プランジャ３が遊貫される貫通孔１ａが
穿設されてなるものである。このヨーク１の中空状に形
成された内部底面の中央には、円柱状のプランジャ対向
突起１ｂが突設され、このプランジャ対向突起１ｂの周
囲には、環状に形成された励磁コイル２が配設されてい
る。

【００１５】一方、プランジャ３は、円柱状に形成され
ると共に、その外周面には、所定の間隔を隔てて２つの
第１及び第２のスイッチ用突起４，５が突設されてなる
ものである。このプランジャ３は、その一部が、先のヨ
ーク１の貫通孔１ａを通されて、一端部がプランジャ対
向突起１ｂと所定の間隙を介して対向するように配設さ
れるものである。そして、他端側は、図示されないばね
に接続されており、このばねは、励磁コイル２の非励磁
状態において、プランジャ３の一端がプランジャ対向突
起１ｂと所定の間隙を介して対向する際には、プランジ
ャ３に対してばね力を及ぼすことがなく、励磁コイル２
が励磁され、プランジャ３がプランジャ対向突起１ｂ側
へ変位する際に、この変位方向と反対方向にばね力が作
用するように設けられているものである。

【００１６】プランジャ３に設けられた第１及び第２の
スイッチ用突起４，５は、励磁コイル２の駆動回路（詳
細は後述）を構成する第２及び第３スイッチ１２，１３
をいわゆるオンオフのためのものである。なお、図１乃
至図１０においては、第２のスイッチ１２は、「ＳＷ
２」と、第３のスイッチ１３は、「ＳＷ３」と、それぞ
れ表記してある。すなわち、接続スイッチとしての第２
のスイッチ１２は、第１のスイッチ用突起４の近傍に、
閉回路スイッチとしての第３のスイッチ１３は、第２の
スイッチ用突起５の近傍に、それぞれ配設されており、
励磁コイル２が非励磁の状態である場合、すなわち、プ
ランジャ３の一端がプランジャ対向突起１ｂと所定の間
隙を介して対向している状態においては、第２のスイッ
チ１２の開閉接点１２ａが第１のスイッチ用突起４に当
接して、第２のスイッチ１２が閉成状態とされるように
なっている（図９参照）。

【００１７】一方、第３のスイッチ１３の開閉接点１３
ａは、第２のスイッチ用突起５からプランジャ３の軸方
向に離間して、プランジャ３の外周面に当接し、第３の
スイッチ１３は開成状態とされるようになっている。こ
のとき、第２のスイッチ用突起５は、第３のスイッチ１
３よりも反ヨーク１側に位置するように設定されている
（図９参照）。

【００１８】そして、後述するように、励磁コイル２の
励磁によりプランジャ３が変位し、プランジャ３の一端
部と、プランジャ対向突起１ｂとが最も接近した状態に
おいては、第２のスイッチ１２の開閉接点１２ａが当接
していた第１のスイッチ用突起４が、ヨーク１側へ変位
し、第２のスイッチ１２の開閉接点１２ａは、この第１
のスイッチ用突起４からはずれるため、第２のスイッチ
１２は、開成状態とされるようになっている（図６参
照）。

【００１９】一方、上述のようなプランジャ３の変位に
伴い、第２のスイッチ用突起５は、第３のスイッチ１３
の開閉接点１３ａ側へ変位するため、開閉接点１３ａが
押圧される結果、第３のスイッチ１３は、閉成状態とさ
れるようになっている（図６参照）。なお、この発明の
実施の形態において、第１及び第２のスイッチ用突起
４，５には、第２及び第３のスイッチ１２，１３の開閉
接点１２ａ，１３ａがそれぞれ押圧され易いようにする
ため、これら開閉接点１２ａ，１３ａが当接する側の面
が傾斜面となっている（図６参照）。

【００２０】次に、励磁コイル２の駆動回路について図
３を参照しつつ説明する。励磁コイル２の一端は、第１
のダイオード６のカソード側が接続される一方、励磁コ
イル２の他端は、電源スイッチ８（図１乃至図５におい
ては「ＳＷ１」と表記）の一端に接続されている。ま
た、第１のダイオード６のアノードは、直流電源９の正
極側に接続され、この直流電源９の負極側は、電源スイ
ッチ８の他端と共に接地されており、電源スイッチ８が
閉成されると、第１のダイオード６を介して励磁コイル
２に励磁電流が供給されるようになっている。

【００２１】また、励磁コイル２に励磁電流が流れた際
に、誘導起電圧を発生させるための誘導コイル１０が設
けられている。この誘導コイル１０は、例えば、励磁コ
イル２に重ねて巻き回したり、励磁コイル２による磁界
と交差するように励磁コイル２と別体に設ける等種々の
設置状態が選択可能である。なお、図６乃至図１０にお
いては、この誘導コイル１０の図示は省略されている。

【００２２】誘導コイル１０は、その一端が第３のスイ
ッチ１３の一端に接続され、他端はコンデンサ１１の一
端に接続されると共に接地されている。さらに、第３の
スイッチ１３の他端とコンデンサ１１との接続点は、第
２のスイッチ１２の一端に接続され、第２のスイッチ１
２の他端は、第２のダイオード７のアノード側に接続さ
れている。そして、この第２のダイオード７のカソード
は、先の第１のダイオード６のカソードと励磁コイル２
の一端との接続点に接続されている。

【００２３】次に、上記構成における励磁コイル２の駆
動について図１乃至図１０を参照しつつ説明する。ま
ず、電源スイッチ８が閉成されており、直流電源９から
励磁コイル２に励磁電流が供給されている状態（図１参
照）において、励磁コイル２の周辺には、例えば、図６
において点線矢印で示されたように磁束が生ずる。この
ため、ヨーク１及びプランジャ３が磁化され、相互に作
用する吸引力により、プランジャ３は、図示されないば
ね力に抗しつつプランジャ対向突起１ｂ側に変位し、両
者は所定間隔を隔てて対向した状態となる（図６参
照）。

【００２４】かかる状態において、第２のスイッチ１２
は、開成状態（ＯＦＦ）であり、第３のスイッチ１３
は、閉成状態（ＯＮ）となっている（図１及び図６参
照）。そして、励磁コイル２を非励磁状態とするため
に、電源スイッチ８が開成状態とされると（図２参
照）、励磁コイル２による磁界が消失するため、プラン
ジャ３にそれまで作用していた吸引力がなくなり、プラ
ンジャ３は、ばね力により反プランジャ対向突起１ｂ側
（図７において二点鎖線矢印方向）へ変位しようとす
る。図７には、プランジャ３が変位を開始する直前の状
態が示されている。

【００２５】ところで、この電源スイッチ８の開成の瞬
間、誘導コイル１０には、それまで交差していた磁界と
逆方向の磁界を生じさせるような方向に逆起電圧が発生
し、閉成状態にある第３のスイッチ１３を介して、コン
デンサ１１がこの逆起電圧により充電されることとなる
（図２参照）。仮に、逆起電圧の方向が、図２において
点線矢印で示されたような方向に充電電流が流れるよう
な方向であるとすると、コンデンサ１１は、第２のスイ
ッチ１２の一端に接続された端部側が正極となるように
充電されることとなる。

【００２６】そして、プランジャ３がばね力により引き
戻され始まると、定位置に到達する前に、まず、第２の
スイッチ用突起５が第３のスイッチ１３の開閉接点１３
ａから離間することとなり、第３のスイッチ１３は、開
成状態とされることとなる（図３及び図８参照）。した
がって、誘導コイル１０とコンデンサ１１の閉回路が解
消されることとなり（図３参照）、コンデンサ１１に
は、充電電圧が保持された状態となる（図３参照）。

【００２７】そして、プランジャ３が所定の位置まで変
位した状態となると、第１のスイッチ用突起４により第
２のスイッチ１２の開閉接点１２ａが第２のスイッチ１
２を開閉状態とする方向へ変位され、第２のスイッチ１
２は閉成状態とされることとなる（図４及び図９参
照）。このため、コンデンサ１１の一端、すなわち、こ
の場合には、正極側が第２のスイッチ１２を介して第２
のダイオード７のアノードに接続された状態となる（図
４参照）。

【００２８】励磁コイル２の励磁のため、電源スイッチ
８が再び閉じられると、励磁コイル２には、直流電源９
からの電源電圧Ｖ₁と共に、第２のダイオード７を介し
てコンデンサ１１の充電電圧Ｖ_Cが重畳されて印加され
ることとなり（図５参照）、直流電源９のみで励磁され
る場合に比してより大きな励磁電圧が印加されることと
なる（図５参照）。このため、励磁電圧のいわゆる立ち
上がりは、直流電源９のみで励磁する従来の駆動方法の
場合に比して、例えば、図１１において実線で示された
ように急峻なものとなる。なお、図１１において、点線
は従来の駆動方法における立ち上がり及び立ち下がりを
示すものである。

【００２９】また、電源スイッチ８が開成された時点に
おける励磁電圧の立ち下がりは、従来と異なり徐々に零
となるようなことがなく、略瞬時に零となる（図１１参
照）。これは、本発明の実施の形態における駆動回路に
おいては、励磁コイル２の逆起電力を解消するために従
来のようなダイオードと抵抗が直列接続されたものが励
磁コイル２に対して並列接続される構成ではなく、電源
スイッチ８の開成後に励磁コイル２を含んだ閉回路が形
成されることがないためである。

【００３０】なお、上述のように、電源スイッチ８が再
び閉成されることにより、プランジャ３は、先に述べた
ようにヨーク１との間に生ずる吸引力によりプランジャ
対向突起１ｂ側へ変位されることとなる（図１０参
照）。

【００３１】上述した発明の実施の形態において、第２
及び第３のスイッチ１２，１３は、開閉成が機構的にな
されるような、いわゆる機械的スイッチであったが、こ
のようなスイッチに限定される必要はなく、いわゆる電
子スイッチであってもよいものである。例えば、第１及
び第２のスイッチ用突起４，５に小磁石を接合する一
方、ホール素子や磁気抵抗素子を上述した第２及び第３
のスイッチ１２，１３の設置位置に相当する位置に設
け、第１及び第２のスイッチ用突起４，５の小磁石の接
近、離間をこれらホール素子や磁気抵抗素子により検知
し、トランジスタ等からなる電子スイッチを開閉成でき
るようにしてもよい。また、例えば、いわゆるフォトカ
ップラを用いて、第１及び第２のスイッチ用突起４，５
の変位を検出し、その検出結果に応じて、トランジスタ
等からなる電子スイッチを開閉するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
ソレノイドの近傍に誘導コイルを設け、ソレノイドが励
磁状態から非励磁状態となるときに、この誘導コイルに
誘起される電圧を、ソレノイドの励磁の際に、電源電圧
と共に印加できるように構成することにより、特別の高
電圧発生回路を用いることなく、ソレノイドの励磁開始
の際に、高電圧を印加することができるので、いわゆる
立ち上がりを早くでき、ソレノイドの高速駆動が可能と
なるものである。また、従来と異なり、ソレノイドに
は、例えばダイオードと抵抗とが直列接続されて構成さ
れたような逆起電圧吸収用の回路が並列接続されていな
いので、ソレノイドの励磁が断たれた際のいわゆる立ち
下がりも従来に比して素早くなり、さらに動作特性の改
善が図られることとなるものである。さらに、高電圧発
生のための従来のような複雑な回路が不要であるため、
回路構成が簡単になり、安価な装置を提供することが可
能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるソレノイド駆動回
路により励磁コイルに励磁電流が供給されている状態に
おける回路図である。

【図２】図１に示された状態の後電源スイッチが開成さ
れた時点における回路図である。

【図３】図２に示された状態の後第３のスイッチが開成
された状態における回路図である。

【図４】図３に示された状態の後第２のスイッチが閉成
された状態における回路図である。

【図５】図４に示された状態の後電源スイッチが閉成さ
れた状態における回路図である。

【図６】本発明の実施の形態におけるソレノイド駆動回
路により励磁コイルに励磁電流が供給されている状態に
おける電磁アクチュエータの機構的構成を模式的に示す
模式図である。

【図７】励磁コイルの励磁状態から電源スイッチが開成
された時点における電磁アクチュエータの機構的構成を
模式的に示す模式図である。

【図８】図７に示された状態の後プランジャが所定の位
置へ戻るまでの間で第３のスイッチが開成状態とされた
際の電磁アクチュエータの機構的構成を模式的に示す模
式図である。

【図９】図８に示された状態の後プランジャが所定の位
置へ戻った状態における電磁アクチュエータの機構的構
成を模式的に示す模式図である。

【図１０】図８に示された状態の後電源スイッチが閉成
された時点における電磁アクチュエータの機構的構成を
模式的に示す模式図である。

【図１１】本発明の実施の形態のソレノイド駆動回路に
よる励磁コイルへの印加電圧の立ち上がり及び立ち下が
り特性を従来例と共に示す特性線図である。

【符号の説明】

１…ヨーク １ｂ…プランジャ対向突起 ２…励磁コイル ３…プランジャ ４…第１のスイッチ用突起 ５…第２のスイッチ用突起 ８…電源スイッチ １０…誘導コイル １１…コンデンサ １２…第２のスイッチ １２ａ…開閉接点 １３…第３のスイッチ １３ａ…開閉接点

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドへ対する所定の電源電圧の印
   加が断たれたときに、当該ソレノイド近傍に配置された
   誘導コイルに誘起される誘導起電圧によりコンデンサを
   充電して保持し、前記ソレノイドを再度励磁する際、所
   定の電源電圧と共に前記コンデンサの充電電圧を前記ソ
   レノイドへ印加することを特徴とするソレノイドの駆動
   方法。
2. 【請求項２】 ソレノイドの近傍に設置された誘導コイ
   ルと、 前記誘導コイルに誘起される誘導起電圧を充電するため
   のコンデンサと、 前記ソレノイドへ対する所定の電源電圧の印加が断たれ
   た際に前記誘導コイルに誘起される誘導起電圧を前記コ
   ンデンサへ充電させるため、前記誘導コイルとコンデン
   サとの閉回路を所定の間形成する閉回路形成手段と、 前記閉回路形成手段による前記誘導コイルとコンデンサ
   との閉回路が解消された後、前記コンデンサの正極側
   を、所定の電源の正極側が接続される前記励磁コイルの
   一端側へ所定の間接続する接続制御手段と、 を具備してなることを特徴とするソレノイド駆動回路。
3. 【請求項３】 ソレノイドは、ヨークと、このヨークに
   設けられた励磁コイルと、一端がばねを介して固定され
   ると共に、前記励磁コイルの励磁により発生する磁気作
   用により前記ヨークへ吸引されて変位可能に設けられた
   プランジャと、を具備してなるアクチュエータの前記励
   磁コイルであることを特徴とする請求項２記載のソレノ
   イド駆動回路。
4. 【請求項４】 閉回路形成手段は、プランジャの外周面
   の第１の所定位置に突設された第１のスイッチ用突起
   と、 前記プランジャの変位に伴う前記第１のスイッチ用突起
   の変位に応じて開閉成されるよう配設され、誘導コイル
   とコンデンサとを閉回路状態に接続する閉回路スイッチ
   と、を具備してなり、 接続制御手段は、前記プランジャの外周面の第２の所定
   位置に突設された第２のスイッチ用突起と、 前記プランジャの変位に伴う前記第２のスイッチ用突起
   の変位に応じて開閉成されるよう配設され、コンデンサ
   の一端と励磁コイルの一端を接続する接続スイッチと、 を具備してなることを特徴とする請求項３記載のソレノ
   イド駆動回路。
5. 【請求項５】 励磁コイルには、第１のダイオードを介
   して所定の電源の正極側が接続される一方、 前記励磁コイルの前記第１のダイオードが接続される一
   端と接続スイッチとの間には、第２のダイオードが、前
   記接続スイッチ側にアノードが、前記励磁コイル側にカ
   ソードが、それぞれ位置するように直列接続されてなる
   ことを特徴とする請求項４記載のソレノイド駆動回路。