JPS63121914A - 電磁作動装置の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電磁作動装置、例えば、重水素ペレット射
出装置における発射用ヘリウムガスの供給・遮断制御に
使用される電磁弁等の電磁作動装置の制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

核融合炉においては、高温の重水素、三重水素（以下、
水素という）のプラズマを磁界によって閉じ込め、核融
合を行うことにより熱エネルギーを発生しているが、プ
ラズマ中の重水素は核融合反応によりヘリウムに変化す
るので、燃料となる重水素をプラズマ中に順次補給して
核融合反応に必要な重水素のプラズマ密度を保持するこ
とが必要である。この場合の重水素の補給方法の一つと
して、重水素の氷結体をベレットとして高速（ＩＫ　ｍ
　／　ｓ程度）に加速してプラズマ中に射出することが
行われる。

この重水素ペレット射出装置の一つに、重水素の氷を発
射管に詰め、その背後から瞬時（数ｍｓ程度）の間、高
圧ヘリウムガスを加えて行うものがある。重水素の氷が
発射管で加速される時間は、１ｍＳ以下の極めて短時間
であるので、核融合反応には無用なヘリウムガスが無用
に流入しないように、発射用の高圧ヘリウムガスの供給
は短時間に加圧するとともに、加圧した後は素早くその
供給をとめることが要求される。

この重水素の発射用の高圧ヘリウムガスの供給・遮断制
御の一つに、第３図に示すような電磁弁を開閉して行う
方法がある。

第３図において、１００は耐圧円筒（非磁性体）、１０
１は励磁コイル、１０２はプランジャ、１０３は復帰ば
ね、１０４は中心コア、１０５はカバー（ヨーク）、１
０６は弁本体、１０７は弁棒、１０８は弁座、１０９は
入口ボート、１１０は出口ポート、１１１は取付ナツト
、１１２はガスケット、１１３は耐圧円筒の取付金具、
１１４はリード線であって、プランジャ１０２を収納す
る耐圧円筒１００は中心コア１０４と取付金具１１３で
密封された状態にある。弁棒１０７はプランジャ１０２
に連動し、その先端部が入口ポート１０９と出口ポート
１１０を連通する通路１１５に形成された弁座１０８に
着座する。

ところで、電磁弁を高速で開弁（投入）および閉弁（復
帰）させる方法には、高速開弁については、ｆｌ）励磁
コイルの連続定格電圧より高い印加電圧を加えることに
より、大きい起磁力を投入するか、或いは、（２）励磁
コイルのインダクタンスＬと回路の抵抗Ｒとの比（Ｌ／
Ｒ）により定まる時定数を小さくして励磁電流の立上り
を早めるなどの方法が知られており、高速閉弁について
は、（３）サージ吸収回路を設けて、そのサージ吸収抵
抗の値を大きくすることにより、励磁電流遮断時、励磁
回路に蓄えられた磁気エネルギーを早く減衰させるよう
にするか、或いは、（４）励磁コイルに並列に容量（コ
ンデンサ）を置き、電流遮断時の逆起電力を早く減衰さ
せるなどの方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記高圧ヘリウムガスの供給・遮断に使用される電磁弁
の場合は、高速開弁については、上記（１）と（２）の
方法を併用することにより、即ち、励磁コイルのインダ
クタンスＬと回路の抵抗Ｒとの比Ｌ／Ｒを小さくして時
定数を下げるとともに、印加する電圧を高くして励磁電
流の立上り時間を早めることにより、充分な高速開弁動
作を確保することは可能であるが、上記（３）あるいは
（４）の方法では充分な高速閉弁動作を得ることが難し
いという問題があった。これは、取り扱うガスの密封の
ために、上記のように、電磁弁のプランジャをステンレ
ス製の耐圧円筒に収納し、この外側の部分（通常、大気
圧の部分）に励磁コイルを配置する構造とするため、こ
の耐圧円筒がショートリングの役目をなし、プランジャ
を含む磁気回路の磁束の減衰を遅らせるためであり、本
発明者等の実験によれば、励磁電流が速やかに減衰して
もプランジャは復帰せず、励磁電流消滅後、例えば２５
ｍｓを経過してから、やっと復帰するといった状態であ
つた。

この発明は、上記した従来の問題を解消するためになさ
れたもので、従来に比して閉弁時間を短縮して開弁およ
び閉弁動作を共に高速で行わせることができる上、開閉
弁の切換動作を確実、かつ正確に所定のタイミングで行
わせることができる電磁作動装置の制御装置を得ること
を目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

この発明は上記目的を達成するため、作動指令を受けて
所定時間の間出力を送出する駆動用直流電源装置、一定
時間の間出力を送出する復帰用直流電源装置、電磁作動
装置の励磁コイルに並列接続されたサージ吸収回路、上
記励磁コイルの電圧もしくは電流の極性反転を検出する
検出器を有し、上記駆動用直流電源装置が上記励磁コイ
ルに励磁電流を供給し、上記復帰用直流電源装置が上記
励磁電流とは逆極性の消磁用電流を上記励磁コイルに供
給し、この電流供給の切換えを上記検出器の出力タイミ
ングに同期して行わせる構成としたものである。

〔作用〕

この発明では、復帰動作時、駆動時に励磁コイルに誘起
した磁束を相殺する向きの磁束を発生させるため、励磁
電流の遮断後になお磁気回路に保有される磁束が速やか
に減衰し、復帰ばねのばね力に抗する力をはやく消滅さ
せることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、電磁弁の励磁コイル１０１は直列抵抗
２を介して励磁用直流電源装置り、の出力端子Ｐ＋　　
Ｎ＋間に挿入されるとともに、直列抵抗３を介して復帰
用直流電源装置Ｄ２の出力端子間に挿入されており、こ
の励磁コイル１０１に並列に、サージ吸収抵抗４とコン
デンサ５からなるサージ吸収回路７が接続されている。

駆動（励磁）用直流電源装置り、は、直流電源８、この
直流電源８の出力を開閉するスイッチング素子（本実施
例では、スイッチングトランジスタ）９、該スイッチン
グ素子９をオン・オフ制御するための制御装置１０を有
しており、スイッチング素子９の出力が耐逆電圧用のダ
イオード１１を通して出力端子Ｐ　ＩＮ　＋　に供給さ
れる。直流電源８の電源電圧Ｅ１は励磁コイル１０１の
連続定格電圧のほぼ１０倍以上の電圧値を有している。

復帰（消磁）用直流電源装置Ｄ２は、直流電源１２、該
直流電源１２の出力をオン、オフするスイッチング素子
（本実施例では、スイッチングトランジスタ）１３、該
スイッチング素子１３をオン・オフ制御゛するための制
御装置１４を有しており、スイッチング素子１３の出力
が耐逆電圧用のダイオードＩ５を通して出力端子Ｐｚ　
　Ｎｚに供給される。この復帰用直流電源装置Ｄｔは駆
動用直流電源装置り、の出力に対して逆極性の出力を所
定時間Ｔｚ（例えば、１ｍｓ〜６ｍ５）の間送出する。

１６は極性反転検出器（電圧検出装置）であって、直流
電源装置Ｄｔの出力端子Ｐｇ−Ｎ、間に挿入されており
、励磁コイル１０１の両端の電圧の極性が反転した場合
に反転検出信号を制御装置１４に送出する。この極性反
転検出器１６は点線で示すように励磁コイル１０１の両
端間に挿入してもよい。

制御装置１０は、外部からの駆動指令（信号）Ｓが導か
れ、該駆動指令を受けると、所定時間幅Ｔ、のベース駆
動信号１１をスイッチング素子９に供給する。制御袋Ｎ
１４は上記極性反転検出器１６の出力が導かれ、該出力
に同期してベース駆動信号Ｉ、２をスイッチング素子１
３に供給する。

この構成においては、電磁弁を開くために、駆動指令Ｓ
を与えると、制御装置１０からスイッチング素子９にベ
ース駆動信号１１が供給されて該スイッチング素子９が
ＯＮＬ、直流電源８の電源電圧Ｅ１がダイオード１１、
直列抵抗２を介して励磁コイル１０１に印加されて該励
磁コイル１０１に励磁電流ＩＦＩが流れ、電磁弁の弁棒
１０７と係合しているプランジャ１０２が駆動され該弁
棒１０７が弁座１０８から離座して開弁する。上記電源
電圧Ｅ１は励磁コイル１０１の連続定格に対して高電圧
であり、当然のこととして前記Ｌ／Ｒは小さくしである
ので、上記プランジャ１０２は駆動指令Ｓの到来俊速や
かに駆動される。所定時間Ｔｔが経過すると、ベース駆
動信号Ｉ□が消滅するので、スイッチング素子９はＯＦ
Ｆされ、励磁コイル１０１への励磁電流ＩＦＩの供給は
遮断される。励磁電流ｌ□が遮断されると、鉄心（プラ
ンジャ１０２−中心コア１０４−カバー１０５−弁本体
１０６−耐圧円筒取付金具１１３からなる磁気回路）に
蓄積されていた磁気エネルギーは励磁コイル１０１．に
逆起電流、プランジャ１０２を囲む耐圧円筒１００に渦
電流を生じ、磁気エネルギーはサージ吸収回路７および
耐圧円筒１００内での熱の発生により放出される。耐圧
円筒１ｏ。

はステンレス製とはいえ、その回路としての断面積が大
であるので、回路抵抗としては小さく、磁気エネルギー
の放出には時間を要することとなり、この間、なお、磁
気回路内の磁束が保たれ電磁弁の開弁が遅れることにな
る。この遅れを除去するため、本実施例では、励磁電流
ＩＦ、の遮断後、以下に述べる消磁用の電流ｒｙｚを供
給する。

励磁電流■１が遮断されると、励磁コイル１０１の両端
の電圧は第２図に実線で示すように■から■へと極性反
転する。極性反転検出器１６はこの電圧の極性反転を検
出して検出信号を制御装置１４に送出する。これにより
、制御装置１４はベース駆動信号Ｉ！ｌｚをスイッチン
グ素子１３に供給するので、直流電源１２の電源電圧Ｅ
２が励磁コイル１０１に対して電源電圧Ｅ１とは逆極性
に印加され、励磁コイル１０１には上記励磁電流ＩＦＩ
とは逆向きの消磁用の電流ＩＦＺが流れ、上記磁気回路
は速やかに消磁される。スイッチング素子１３の０８時
間は上記消磁に要する時間に設定されており、上記磁気
回路の磁束がＯまたは０になる寸前に電流ＩＦ！は遮断
される。

このように、本実施例では、電磁弁の閉弁動作時、励磁
コイル１０１に逆極性の消磁用電流が供給され、該電流
は励磁電流ＩＦＩの消滅後、直ちに供給されるので、プ
ランジャ１０２は速やかにその磁力を消失し、復帰ばね
１０３に抗する力が瞬時に失われるので、プランジャ１
０２が速やかに復帰し、電磁弁の迅速な閉弁動作が実現
される。

また、駆動用直流電源８から復帰用直流電源１２への切
換えは、駆動用直流電源装置Ｄ１の出力が０になったこ
とを検知して行うことができるが、この方法の場合、駆
動用直流電源装置り、の出力がＯである状態は、該直流
電源装置り、の作動前には常に存在する状態であるので
、復帰用直流電源装置Ｄｔの投入誤動作を起こす恐れが
あり、更に、電圧・電流がＯになったことを正確に検出
することは技術的に困難な問題がある。即ち、通常行わ
れる基準値と比較する方法では、小さい基準値を用いる
必要があるので誤差が生じやすい。従って、上記のよう
な方法を採る場合には、上、記切換えの誤動作を防止す
るために緩和時間を設けなければならない。これに対し
、上記実施例では、励磁電流ＩＦＩの遮断を励磁コイル
１０１の両端の電圧極性の反転により検出するようにし
ており、この極性反転は励磁電流ＩＦＩの遮断時板外に
は非駆動時を含め、通常の状態では存在せず、その上、
逆電圧は励磁電圧の数分の１程度以上の大きい値を有す
るので、検出が容易で確実である。

このため、上記切換えのタイミングを誤る恐れは無く、
上記緩和時間を設けなくても済むので、全体の作動時間
を短縮することができる。

なお、上記実施例では、励磁コイル１０１の両端の電圧
の逆転現象を利用して直流電源装置Ｄ＋とＤ２を切換え
るようにしているが、励磁コイル１０１の励磁電流にも
第２図に点線で示すように逆転現象はある。この電流の
逆転は、電圧の場合に比し、その変化は小さく、時間的
にも多少の遅れが見られるが、この逆転現象を利用する
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、作動した電磁作動装置の
復帰に際しては逆方向電流を供給する構成としたことに
より、磁束を瞬時に消滅させることができるので、復帰
動作を迅速に行わせることができる。

また、前記磁気回路の残留磁気をＯまたは極小にできる
から、復帰ばねのばね力を弱めても復帰動作を確実なら
しめることができるので、復帰ばねのばね力を低減する
ことにより、その分、駆動力が増加するので、小型化す
ることが可能となる。

その上、復帰用直流電源装置を作動させるタイミングと
して励磁コイル両端の電圧の極性反転タイミングを利用
しているので、該直流電源装置の作動タイミングを誤る
ことはなく、このため、誤動作防止のための緩和時間を
設定する必要がないので、電磁作動装置の復帰動作をよ
り迅速に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は上
記実施例における励磁コイルの電圧・電流の波形図、第
３図は上記実施例の対象となる電磁作動装置の一例を示
す縦断面図である。 ２．３−・−直列抵抗、７−サージ吸収回路、９．１３
−・スイッチング素子、１０．１４・・−制御回路、１
６・−・極性反転検出器、１０　（Ｌ−耐圧円筒、１０
２・−・プランジャ、Ｄ＝−・駆動用直流電源装置、Ｄ
ｔ−・−・復帰用直流電源装置、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動指令を受けて所定時間の間出力を送出する駆
   動用直流電源装置、一定時間の間出力を送出する復帰用
   直流電源装置、電磁作動装置の励磁コイルに並列接続さ
   れたサージ吸収回路、上記励磁コイルの電圧もしくは電
   流の極性反転を検出する検出器を有し、上記駆動用直流
   電源装置が上記励磁コイルに励磁電流を供給し、上記復
   帰用直流電源装置が上記励磁電流とは逆極性の消磁用電
   流を上記励磁コイルに供給し、この電流供給の切換えを
   上記検出器の出力タイミングに同期して行うことを特徴
   とする電磁作動装置の制御装置。
2. （２）駆動用直流電源装置の出力電圧が、励磁コイルの
   連続定格に対して高電圧であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電磁作動装置の制御装置。
3. （３）励磁コイルが、電磁作動装置の作動子を収納する
   非磁性体製の容器上に装着されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の電磁作動装置
   の制御装置。