JPS58180881A - 電磁弁制御装置 - 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】 この発明は、電磁弁制御ｌ装習、さらに詳しくは、開弁
用ソレノイド・コイルと閉弁用ソレノイド・コイルとを
備えた電磁弁とくに２ボ一ト２位置電磁切換弁の制御装
置に関する。

、　２ポ一ト２位置電磁切換弁（以下単に切換弁という
）には、弁を常に閉じておく開弁用ばねおよびこのばね
の力に抗して弁を開く開弁用ソレノイド・コイルを備え
た切換弁と、開弁用ンＬ／／イド・コイルおよ−び閉弁
用ソレノイド・コｒルを備え弁の開放と閉鎖をともにソ
レノイドを用いて駆動する切換弁（前者の切換弁と区別
する場合にはこれをダブル・ソレノイド切換弁という）
がある。

第１図は、閉弁用ばねを働えた切換弁の構成、ならびに
この切換弁の開弁用ソレノイド・コイルに印加される電
圧Ｖを制、御した場合のソレノイド・コイルに流れる電
流Ｉおよび切換弁の閉鎖部材の位置Ｐの応答の様子を示
している。この図から明らかなように、電圧■をステッ
プ状に変化させても、電流■は電圧Ｖの積分波形とへる
から緩慢に変化し、弁の切換の応答が遅れる。一般に開
弁用ソレノイド・コイルから発生（る力と閉弁用ばねの
力の比率は３：１程度に設定されている。したがって、
ソレノイド・コイルの発生する力をＭとすると、開弁時
には、最終的に閉鎖部材に２／３Ｍの力が働いて閉鎖部
材が開弁位置に移動しかつこの位置に保持されるが、閉
弁時には、ばねの力１／３Ｍしか閉鎖部材に働かない。

このため、閉弁に要する時間ｔ１トは、開弁に要する時
間ｔＩＮよりも長くなる。

第２図は、ダブル・ソレノイド切換弁の構成、ならびに
このダブル・ソレノイド切換弁の開弁用ソレノイド・コ
イル（１Ａ）および閉弁用ソレノイド・コイル（１Ｂ）
に、電圧ＶＡおよびＶＢをそれぞれ交互にかつステップ
状に印加しＩこ場合の、各ソレノイド・コイル（ＩＡ）
（１１３＞に流れる電流ＩＡ、ＩＢ、および閉鎖部材の
位置Ｐの応答を示している。開弁時にはツレ、ノイド・
コイル（１Ａ）のみが励磁され、閉弁時にはソレノイド
・コイル（１Ｂ）のみが励磁される。したがって、閉鎖
部材には、開弁時、閉弁時のいずれにおいてもこれらコ
イルから発！＃する力Ｍが働くので、開弁に要する時間
【２Ｎと閉弁に要する時間ｔ２Ｆとはほぼ等しく、かつ
上述の時間ｔｌＮよりも短くはなる。しかしながら、電
圧ＶＡ、ＶＢを制御するものであるから、ｌ！＊ＩＡ、
ＩＢは緩慢に変化し、弁の切換の応答が遅くなることは
避けられない。切換弁を高い繰返し周波数で開閉切換側
ｍする場合には、電圧ｉ制御における応答の遅れは―要
な問題となる。

第３図は、ダブル・ソレノイド切換弁を電流制御した場
合２を示している。電流ＩＡおよびＩＢがステップ状に
かつ交互に流される。この場合には、各ソレノイド・コ
イル（ＩＡ）（ＩＢ＞の電圧ＶＡ、ＶＢはそれぞれ電流
ＩＡ、ＩＢの微分波形となるから、開弁に要する時間ｔ
３Ｎおよび閉弁に要する時間ｔ３Ｆは上述の時１間ｔ２
Ｎおよびｔ２Ｆよりもさらに短くなり、弁の切換の応答
は早くなる。しかしながら、電圧■Ａ、ＶＢは微分波形
であるからその立上りおよび立上りが急峻でかつ＾電圧
となる。このために弁の切換時に、切換弁制御回路にサ
ージが発１し誤動作の原因となるとともに、回路素子と
して＾電圧に耐えうるちのを使用しなければならないと
いう問題がある。

この発明は、電磁弁の開閉が高速に行なえ、しかもノイ
ズ等による誤動作がなく信頼性が高く、さらに低電圧で
駆動しつる電磁弁制御装習を提供することを目的とする
。

この発明においては、開弁用ソレノイド・コイルと閉弁
用ソレノイド・コイルを備えた電磁弁が用いられ、これ
らのソレノイド・コイルが電流制御されている。電磁弁
の閉弁用ソレノイド・コイルと開弁用ソレノイド・フィ
ルが直列に接続され、これらのソレノイド・コイルに流
れる電流を指定された値に制御する電ｍ　ａｉｌ　１１
１回路が設けられている。そして、開弁用ソレノイド・
］イルに並列に閉弁用スイッチング素子が、閉弁用ソレ
ノイド・了イルに並列に開弁用スイッチング素子がそれ
ぞれ接続されている。これらの開弁用および閉弁用スイ
ッチング素子は、それぞれフォト・カプラを介して開弁
指令および閉弁指令によって制御される。

この発明においては、開弁指令または閉弁指令によって
いずれか一方のスイッチング素子のみがオンとされ、こ
れに対応するソレノイド・コイルに励磁電流が流れるの
で、電磁弁の閉鎖部材は指令に応じた位置に移動しかつ
その位置に保持され、電磁弁の開閉制御が達成される。

電磁弁の開弁用ソレノイド・コイルおよび閉弁用ソレノ
イド・コイルに流れる励磁電流は、各スイッチング素子
によってステップ状に制御されているから、電磁弁の開
閉の切換を＾速に行なうことができる。しかもこの励磁
電流は、電流制御回路によって指定された値に制御、た
とえば一定に保たれる。また、開弁用ソレノイド・コイ
ルと閉弁用ソレノイド・コイルが直ｕＪに接続されてい
るから、切換時には、励磁されていた一方のソレノイド
・コイルに蓄えられているエネルギが他方のソレノイド
・」イルの励磁エネルギとして使用され、このために切
換時にソレノイド・コイルに高電圧が発生することがな
くサージによる影響を防止できるとともに、ソレノイド
駆動電源も低電圧、低電流の小型のｂので足り、制御装
置の低簾化を図ることができる。さらに、ソレノイド・
コイルを駆動づる回路と指令信号を出力する回路とはフ
ォト・力１うによって電気的に絶縁されているので、駆
動回路で発生したノイズが指令回路に伝わることはなく
、指令回路の誤動作を防止し信頼性を高めることができ
る。フォト・カプラの発光ダイオードは電流によって駆
動される。このことは、指令回路からフォト・カプラへ
の信号ライン上を電圧信号ではなく電流信号が伝送され
ることを意味し、このために信号ラインを長くして駆動
回路のみを電磁弁に近接して配置し、指令回路を電磁弁
から遠く離れた場所に冒くことができる。

以上、第４図を参照してこの発明の実施例について詳述
する。

第４図において、ダブル・ソレノイド切換弁の開弁用ソ
レノイド・コイル（１Ａ）と閉弁用ソレノイド・コイル
（１Ｂ）とが直列に接続されている。ソレノイド・コイ
ル（１Ａ）には閉弁用スイッチング・トランジスタ（２
Ｂ）が、ソレノイド・コイル（１Ｂ）には開弁用スイッ
チング・トランジスタ（２Ａ）がそれぞれ並列に接続さ
れている。ソレノイド・コイル（１△）または（１Ｂ）
に流れる励磁電流を一定に保持する電流制御回路は、電
流調整回路（４）、およびソレノイド・コイル（１Ｂ）
とアースとの間に接続された電流検出用抵抗（５）“か
ら構成され、回路（４）は、駆動電源ＶＰとソレノイド
・コイル（／Ａ　）との闇に、接続されたパワー・トラ
ンジスタ（４１）、およびこのトランジスタ（４１）の
ベース電圧を制御する演算増幅器（４２）から構成され
ている。演算増幅器（４２）の非反転入力端子には、電
流設定用ポテンショメータ（６）の出力電圧■Ｓが入力
し、反転入力端子には抵抗（５）に発生する電圧が入力
される。

ソレノイド・コイルの発熱■や電磁弁を切換えるために
必要な力などによって定まる最適な励磁電流をＩ　Ｌと
し、抵抗（５）の抵抗値をＲ８とする。ポテンショメー
タ（６）の出力電圧をＶＳ＝Ｒ８−［Ｌを満足する値に
設定すると、抵抗（５）の降下電圧が演算増幅器（４２
）を経てトランジスタ（４１）にフィードバックされて
ソレノイド・コイルの励磁電流がアナログ−制御される
結果、演算増幅器（４２）の反転入力端子の電圧がＶＳ
になるように、すなわち励磁電流がＩＬ−一定となるよ
うに制御される。第４図においては電圧■Ｓがポテンシ
ョメータ（６）によって一定に一定されるので励磁電流
も一定に保たれるが、演痺増幅器（４２）の非反転入力
端子の入力電圧をもし変化させたとすると、この変化に
追従してソレノイド・コイルの励磁電流を変化させるこ
とができる。

開弁指令および閉弁指令は、フリップ７Ｏツブ（７）の
セット端子（Ｓ）およびリセット端子（Ｒ）に入力する
。そして、ノリツプフロツ１（７）の出力（Ｑ）および
（Ｑ）がフォト・ノノプラ（３Ｂ＞（３Ａ）にそれぞれ
送られる。

フォト・カブラ＜３Ａ）（３Ｂ）はそれぞれ、発光ダイ
オード（３１Ａ）　　（３１Ｂ）およびフォト・トラン
ジスタ（３２Ａ）　　（３２Ｂ）から構成されている。

発光ダイオード（３１Ａ）　　（３１Ｂ）のアノードに
は電流制御抵抗（８）を介して過当な動作電圧が印加さ
れ、これらのカソードはフリツプフロツプ（７）の出力
端子（Ｑ）（Ｑ）にそれぞれ接続されている。フォト・
トランジスタ（３２Ａ）　　（３２Ｂ）は、スイッチン
グ・トランジスタ（２Ａ＞（２Ｂ＞にそれぞれダーリン
トン型に接続されている。トランジスタ（４１）（２Ｂ
）（２Ａ＞にそれぞれ並列に接続されているダイオード
（１１）　　（１２）　（１３）は、これらのトランジ
スタに逆電圧がかかるのを防止するための保護用ダイオ
ードである。

開弁指令が一出力されると、フリップ７０ツブがセット
され、その出力（Ｑ）がＨレベルに、出力（Ｑ）がＬレ
ベルになる。出力（Ｑ）は１ルベルであるから発光ダイ
オード（３１Ｂ）には電流が流れることはなく、このダ
イオード（３１Ｂ）は発光しない。このため、フォト・
トランジスタ（３２Ｂ）およびトランジスタ（２Ｂ）は
オフの状態に保たれる。フリツプフロツプ（７）の出力
（Ｑ）がＬレベルになる結果、フォト・カプラ（３Ａ）
の発光ダイオード（３１Ａ）に電流が流れ、このダイオ
ード（３１Ａ）が発光する。

したがって、フォト・トランジスタ（３２Ａ）およびス
イッチング・トランジスタ（２Ａ）がともにオンとなる
。

トランジスタ（２Ｂ）がオフ、トランジスタ（２Ａ）が
オンとなるから、励磁電流は、パワー・トランジスタ（
４１）、ソレノイド・コイル（１Ａ）およびトランジス
タ（２Ａ）を軽で流れ、ソレノイド・コイル（１Ａ）が
励磁されるので、電磁弁は開く。トランジスタ（２Ａ）
がオンであるからソレノイド・コイル（１Ｂ）には励磁
電流は流れないのはいうまでもない。

閉弁指令が出力されると、フリツプフロツプ（７）はリ
セットされ、出力（Ｑ）がＬレベル、出力（Ｑ）がＨレ
ベルとなる。このため、発光ダイオード（３１Ａ）は発
光しなくなり、フォト・トランジスタ（３２Ａ）および
トランジスタ（２Ａ）がオフ状態に反転する。そして、
フォト・カプラ（３Ｂ）の発光ダイオード（３１Ｂ）に
電流が流れ、これが発光するので、フォト・トランジス
タ（３２Ａ＞およびトランジスタ（２Ｂ）がオン状態と
なる。この結果、励磁電流はトランジスタ（４１）　、
ｔ−ランジスタ（２Ｂ）およびソレノイド・コイル（１
Ｂ）を経て流れ、ソレノイド・コイル（１Ｂ）が励磁さ
れ、ソレノイド・コイル（１Ａ）が消磁される。したが
って電磁弁は閉じる。

ソレノイド・コイル（１Ａ）とく１Ｂ）との間の励磁電
流の切換えは、スイッチング・トランジスタ（２Ａ）（
２Ｂ）のオン、オフ制−によって行なわれているから、
この励磁電流は第３図にＩＡ、ＩＢで示すようにステッ
プ状となる。したがって、電磁弁の開閉切換は迅速に行
なわれる。また、ソレノイド・コイル（１Ａ）と（１Ｂ
）は直シＪに接続されているので、電磁弁の切換時にお
いて、励磁されていた一方のソレノイド・コイルが消磁
され、他方のソレノイド・コイルが励磁されるときには
、一方のソレノイド・コイルに蓄えられていた電磁エネ
ルギが他方のソレノイド・コイルの励磁のために使用さ
れるので、これらのソレノイド・コイルに絖起される電
圧の立Ｆりまたは立下りは、第３図の電圧ＶＡ％ＶＢに
おいて破線（Ｅ）で示すように、従来例のようには高電
圧とならず、サージの発生が防止される。また電磁エネ
ルギが６効に使用されるから、ソレノイド・コイル駆動
電ｍｖｐは、従来のものに比べて、低電圧、低電流のも
ので足り、この電磁弁制御装置の低融化を図ることがで
きる。

さらに、開弁指令および開弁指令は低電圧信号でよいか
ら、指令回路としてＩＣ回路やマイクロプロセッサなど
を使用することができる。

そして、これらの指令回路と電磁弁の駆動回路とは一フ
ォト・カプラによって電気的に絶縁されているから、上
述の指令回路の電源と駆動回路の電源ＶＰとを完全に切
離すことができ、電源ｖＰからのノイズが指令回路の電
源に悪影響を与えることはなく、ＩＣ回路などの誤動作
を防ぎ信頼性の向上を期すことができる。さらに、フォ
ト・カプラ（３Ａ）（３Ｂ）の発光ダイオード（３１Ａ
＞　　（３１Ｂ）は電流によって駆動されており、ノリ
ツブフロップ（７）とこれらのフォト・カプラ（３Ａ）
（３Ｂ）との間の信号ライン上には電流信号が伝送され
る。このため、ノリツブフロップ（７）とフォト・カプ
ラ（３Ａ）（３Ｂ）との間の信号ラインを非常に長（の
ばすことも可能となり、電磁弁駆動回路を電磁弁の近接
箇所に、指令回路を電磁弁から遠く齢れた場所にそれぞ
れ配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は、電磁弁の概略的な構造図とその動
作のタイム・チーヤードであって、第１図は閉弁用ば５
を内蔵した電磁弁を、第２図４３よび第３図はダブル・
ソレノイド電磁弁をそれぞれ示しており、第４図はこの
発明の実施例を示す電気回路図である。 （１Ａ＞（ＩＢ＞・・・ソレノイド・コイル、（２Ａ）
（２Ｂ）・・・スイッチング・トランジスタ、（３Ａ”
）（３Ｂ）・・・フォト・カプラ、（４）・・・Ｉｌｌ
副調整回路（５）・・・電流検出用抵抗。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 開弁用ソレノイド・コイルと閉弁用ソレノイド・」イル
   を備え、これらのソレノイド・コイルが直列に接続され
   た電磁弁、 ソレノイド・コイルに流れる電流を指定された値に制御
   する電流制御回路、 各ソレノイド・コイルにそれぞれ並列に接続された２つ
   のスイッチング素子、ならびに開弁指令および閉弁指令
   を各スイッチング素子にそれぞれ伝達しかつ各スイッチ
   ング素子をオン、Ａノ制御４るための２つのフォト・カ
   ブラからなる、 電磁弁制御装置。