JPS6213553B2

JPS6213553B2 -

Info

Publication number: JPS6213553B2
Application number: JP57063707A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tomokyo; Tadashi Kawasaki; Chukei Asada
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1987-03-27
Also published as: JPS58180881A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、電磁弁制御装置、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ポート２位
置電磁切換弁の制御装置に関する。

２ポート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、開弁用ソレノイ
ド・コイルおよび閉弁用ソレノイド・コイルを備
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、閉弁用ばねを備えた切換弁の構成、
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Ｖをステツプ状に変化さ
せても、電流は電圧Ｖの積分波形となるから緩
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・コイルから発生する力と閉弁用
ばねの力の比率は３：１程度に設定されている。
したがつて、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ｔ１Ｆは、開弁に要する時間ｔ１
Ｎ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
交互にかつステツプ状に印加した場合の、各ソレ
ノイド・コイル１Ａ，１Ｂ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。開弁時にはソレノイド・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。したがつて、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
発生する力Ｍが働くので、開弁に要する時間ｔ２
Ｎと閉弁に要する時間ｔ２Ｆとはほぼ等しく、か
つ上述の時間ｔ１Ｎ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、
電流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制御する場合には、電圧制御
における応答の遅れは重要な問題となる。

第３図は、ダブル・ソレノイド切換弁を電流制
御した場合を示している。電流IAおよびIBがス
テツ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１Ａ，１Ｂ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ｔ３Ｎおよび閉弁に要する時間
ｔ３Ｆは上述の時間ｔ２Ｎ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VA，VBは微分波形であるからそ
の立上りおよび立下りが急峻でかつ高電圧とな
る。このために弁の切換時に、切換弁制御回路に
サージが発生し誤動作の原因となるとともに、回
路素子として高電圧に耐えうるものを使用しなけ
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うる電磁弁制御装置を提供
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定電流回路が設けられて
いる。そして、開弁用ソレノイド・コイルに並列
に閉弁用スイツチング素子が、閉弁用ソレノイ
ド・コイルに並列に開弁用スイツチング素子がそ
れぞれ接続されている。これらの開弁用および閉
弁用スイツチング素子は、スイツチング素子制御
手段によつて選択的にオンされる。

開弁指令または閉弁指令によつていずれか一方
のスイツ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、各スイツチング素子によつてステツプ状に
制御されているから、電磁弁の開閉の切換を高速
に行なうことができる。しかもこの励磁電流は、
定電流回路によつて指定された値に保たれる。ま
た、開弁用ソレノイド・コイルと閉弁用ソレノイ
ド・コイルが直列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・
コ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、定電流の小
型のもので足り、制御装置の低廉化を図ることが
できる。

以下、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には閉弁用スイツチング・ト
ランジスタ２Ｂが、ソレノイド・コイル１Ｂには
開弁用スイツチング・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
Ａまたは１Ｂに流れる励磁電流を一定に保持する
定電流回路は、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１Ａとの間に接続され
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４
２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ヨメータ６の
出力電圧VS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・コイルの発熱量や電磁弁を切換え
るために必要な力などによつて定まる最適な励磁
電流をILとし、抵抗５の抵抗値をRSとする。ポ
テンシヨメータ６の出力電圧をVS＝RS・IL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にフイードバ
ツ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VSがポテンシヨメータ６によつ
て一定に設定されるので励磁電流も一定に保たれ
るが、演算増幅器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、フリツプフロツプ
７のセツト端子Ｓおよびリセツト端子Ｒに入力す
る。そして、フリツプフロツプ７の出力Ｑおよび
がフオト・カプラ３Ｂ，３Ａにそれぞれ送られ
る。フオト・カプラ３Ａ，３Ｂはそれぞれ、発光
ダイオード３１Ａ，３１Ｂおよびフオト・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を介して適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にそれぞれ接続されている。フオト・トラ
ンジスタ３２Ａ，３２Ｂは、スイツチング・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１
１，１２，１３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。

開弁指令が出力されると、フリツプフロツプが
セツトされ、その出力ＱがＨレベルに、出力が
Ｌレベルになる。出力ＱはＨレベルであるから発
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、フオト・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の出力がＬレベルになる結果、フオト・
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。したがつ
て、フオト・トランジスタ３２Ａおよびスイツチ
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を経て流れ、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
はリセツトされ、出力ＱがＬレベル、出力が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、フオト・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、フオト・カプラ３Ｂの発光ダイオード３
１Ｂに電流が流れ、これが発光するので、フオ
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、トランジスタ２Ｂおよびソレノイ
ド・コイル１Ｂ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。したがつて電磁弁は閉じる。

ソレノイド・コイル１Ａと１Ｂとの間の励磁電
流の切換えは、スイツチング・トランジスタ２
Ａ，２Ｂのオン、オフ制御によつて行なわれてい
るから、この励磁電流は第３図にIA，IBで示す
ようにステツプ状となる。したがつて、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は直列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・コイルに誘起
される電圧の立上りまたは立下りは、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有効に使用されるか
ら、ソレノイド・コイル駆動電源VP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廉化を図ることができる。

さらに、開弁指令および閉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
プロセツ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フ
オト・カプラによつ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、フオト・カプラ３
Ａ，３Ｂの発光ダイオード３１Ａ，３１Ｂは電流
によつて駆動されており、フリツプフロツプ７と
これらのフオト・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、
フリツプフロツプ７とフオト・カプラ３Ａ，３Ｂ
との間の信号ラインを非常に長くのばすことも可
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離れた場所にそれ
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・チヤートであつて、第１図
は閉弁用ばねを内蔵した電磁弁を、第２図および
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，１Ｂ…ソレノイド・コイル、２Ａ，２Ｂ
…スイツチング・トランジスタ、３Ａ，３Ｂ…フ
オト・カプラ、４…電流調整回路、５…電流検出
用抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】１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、これらのソレノイド・コイル
が直列に接続された電磁弁、開弁用ソレノイド・コイルおよび閉弁用ソレノ
イド・コイルに電流を供給するためのソレノイド
駆動電源、開弁用ソレノイド・コイルおよび閉弁用ソレノ
イド・コイルに流れる電流を指定された値に制御
する定電流回路、開弁用ソレノイド・コイルに並列に接続された
閉弁用スイツチング素子、閉弁用ソレノイド・コイルに並列に接続された
開弁用スイツチング素子、ならびに開弁指令または閉弁指令に応じて、開弁用スイ
ツチング素子および閉弁用スイツチング素子を選
択的にオンさせるスイツチング素子制御手段、を備えている電磁弁制御装置。