JP2007092874A - Solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁弁に関する。 The present invention relates to a solenoid valve.
従来より、電磁弁を用いた遮断弁の一般的構造としては下記特許文献1に記載のものが知られている。このものは、コイルの巻かれたボビンと同軸にプランジャと固定コアとが配され、プランジャの先端には軟質の弁体が設けられている。また、プランジャと固定コアとの間にはパッドが介在され、コイルを励磁することでプランジャがパッドを介して固定コアに吸着可能となっている。このとき、プランジャがパッドに当たる際の衝撃音を低下させるため、弁体に突部を設け、プランジャがパッドに当たる直前に突部がボビンに当接して衝撃を緩和することが可能となっている。こうして、プランジャが固定コアに吸着されると、プランジャと固定コアとは非接触状態で所定のギャップを保持することになる。
しかしながら、このものは、プランジャと固定コアとの間には所定のギャップが存在するため、吸着状態を保持するためには大量の電力を消費することになる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、静粛化を可能にしかつ消費電力量の少ない遮断弁を提供することを目的とする。
However, since this device has a predetermined gap between the plunger and the fixed core, a large amount of electric power is consumed to maintain the attracted state.
The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a shut-off valve that can be quiet and consumes less power.
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、コイルが巻かれているボビンと、そのボビンと同軸に配された固定コアと、前記ボビンの軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コアに接触状態で吸着可能とされ他端に弁部材を備えたプランジャと、前記ボビンの外部に配されて、前記固定コアと接続され、前記固定コアと前記プランジャと共に主磁気回路を構成するヨークとからなる電磁弁であって、前記プランジャを周方向から囲むようにして磁性体からなる補助コアが配されることで、主磁気回路を流れる磁力線の一部が分岐されている構成としたところに特徴を有する。
As means for achieving the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載のものにおいて、前記補助コアは、前記プランジャが昇降する過程で前記他方に対し径方向に近接し、かつ軸方向に重なり合うようにして形成されることで、前記プランジャと前記補助コアと前記ヨークとからなる分岐磁気回路が構成されるところに特徴を有する。
請求項3の発明は、請求項1に記載のものにおいて、前記補助コアは、前記固定コアもしくは前記プランジャのうち少なくともいずれか一方と一体に設けられ、かつ前記プランジャが昇降する過程で前記他方に対し径方向に近接し、かつ軸方向に重なり合うようにして形成されることで、前記プランジャと前記補助コアと前記固定コアと前記ヨークとからなる分岐磁気回路が構成されるところに特徴を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the auxiliary core is formed so as to be close to the other in the radial direction and overlap in the axial direction while the plunger is moving up and down. Thus, a branch magnetic circuit comprising the plunger, the auxiliary core, and the yoke is configured.
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the auxiliary core is provided integrally with at least one of the fixed core and the plunger, and is moved to the other side in the process of moving the plunger up and down. On the other hand, it is characterized in that a branch magnetic circuit including the plunger, the auxiliary core, the fixed core, and the yoke is formed by being formed so as to be close to each other in the radial direction and overlap in the axial direction.
請求項4の発明は、コイルが巻かれているボビンと、そのボビンと同軸に配された固定コアと、前記ボビンの軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コアに接触状態で吸着可能とされ他端に弁部材を備えたプランジャと、前記ボビンの外部に配されて、前記固定コアと接続され、前記固定コアと前記プランジャと共に主磁気回路を構成するヨークとからなる電磁弁であって、前記プランジャの外周面には切欠き部が設けられ、前記プランジャが前記固定コアに吸着される過程において、前記切欠き部が前記主磁気回路を構成する位置に移動してエアギャップとなる構成としたところに特徴を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bobbin around which a coil is wound, a fixed core disposed coaxially with the bobbin, and movable along the axis of the bobbin, with one end being in contact with the fixed core. An electromagnetic valve comprising a plunger that can be attracted and provided with a valve member at the other end, and a yoke that is arranged outside the bobbin and is connected to the fixed core, and that forms a main magnetic circuit together with the fixed core and the plunger. And a notch is provided on the outer peripheral surface of the plunger, and the notch is moved to a position constituting the main magnetic circuit in the process in which the plunger is attracted to the fixed core. It has the characteristics in the configuration.
請求項5の発明は、請求項4に記載のものにおいて、前記プランジャを周方向から囲むようにして磁性体からなる補助コアが配されることで、主磁気回路を流れる磁力線の一部が分岐されているところに特徴を有する。
請求項6の発明は、請求項5に記載のものにおいて、前記補助コアは、前記プランジャが昇降する過程で前記他方に対し径方向に近接し、かつ軸方向に重なり合うようにして形成されることで、前記プランジャと前記補助コアと前記ヨークとからなる分岐磁気回路が構成されるところに特徴を有する。
請求項7の発明は、請求項5に記載のものにおいて、前記補助コアは、前記固定コアもしくは前記プランジャのうち少なくともいずれか一方と一体に設けられ、かつ前記プランジャが昇降する過程で前記他方に対し径方向に近接し、かつ軸方向に重なり合うようにして形成されることで、前記プランジャと前記補助コアと前記固定コアと前記ヨークとからなる分岐磁気回路が構成されるところに特徴を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, the auxiliary core made of a magnetic material is disposed so as to surround the plunger from the circumferential direction, whereby a part of the magnetic force lines flowing through the main magnetic circuit is branched. It has a characteristic where it exists.
A sixth aspect of the present invention is the method according to the fifth aspect, wherein the auxiliary core is formed so as to be close to the other side in the radial direction and overlap in the axial direction while the plunger moves up and down. Thus, a branch magnetic circuit comprising the plunger, the auxiliary core, and the yoke is configured.
According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth aspect, the auxiliary core is provided integrally with at least one of the fixed core and the plunger, and is moved to the other side while the plunger moves up and down. On the other hand, it is characterized in that a branch magnetic circuit including the plunger, the auxiliary core, the fixed core, and the yoke is formed by being formed so as to be close to each other in the radial direction and overlap in the axial direction.
請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のものにおいて、前記プランジャと前記固定コアとの間には緩衝材が介在され、前記コイルへの通電に伴い、前記プランジャが前記緩衝材を圧縮しつつ吸引され、吸引完了時に前記プランジャと前記固定コアとは直接接触し合う構成としたところに特徴を有する。 According to an eighth aspect of the present invention, a buffer material is interposed between the plunger and the fixed core according to any one of the first to seventh aspects, and the plunger is energized as the coil is energized. Is sucked while compressing the cushioning material, and when the suction is completed, the plunger and the fixed core are in direct contact with each other.
<請求項1,請求項5の発明>
請求項1,請求項5の発明によると、主磁気回路のうちプランジャと固定コアとの間を流れる磁力線の一部がプランジャと補助コアとの間に分岐されているため、プランジャと固定コアとの間に流れる磁力線の本数が減少してプランジャと固定コアとの間に生じる吸引力が弱まり、補助コアを設けない場合と比べてプランジャを固定コア側にゆっくりと引き寄せることが可能となるため、静粛化を図ることができる。
<Invention of
According to the first and fifth aspects of the present invention, part of the magnetic field lines flowing between the plunger and the fixed core in the main magnetic circuit are branched between the plunger and the auxiliary core. Since the number of magnetic lines of force flowing between the plunger and the fixed core is reduced, the attractive force generated between the plunger and the fixed core is weakened, making it possible to draw the plunger slowly toward the fixed core compared to the case where no auxiliary core is provided. Silence can be achieved.
<請求項2,請求項3,請求項6,請求項7の発明>
請求項2,請求項3,請求項6,請求項7の発明によると、補助コアの一端が主磁気回路の一部に接続されているから、分岐磁気回路を構成することが可能である。尚、請求項4の発明においては、補助コアがプランジャもしくは固定コアのうち少なくともいずれか一方と一体に設けられているから、補助コアを別部材として新たに設ける必要がなく、既存の部品点数のまま分岐磁気回路を構成することが可能である。
<Invention of
According to the invention of
<請求項4の発明>
請求項4の発明によると、プランジャの外周面には切欠き部が設けられ、プランジャが固定コアに吸着される過程において、切欠き部が主磁気回路を構成する位置に移動してエアギャップとなるから、プランジャと固定コアとの間に生じる吸引力が弱まり、プランジャを固定コア側にゆっくりと引き寄せることが可能となるため、静粛化を図ることができる。
<Invention of
According to the invention of
<請求項8の発明>
請求項8の発明によると、プランジャと固定コアとの間に緩衝材を設けたから、プランジャが固定コア側に吸着される際の衝撃を緩和することができる。さらに、請求項1の発明により補助コアを設けたことでプランジャと固定コアとの衝撃が小さくなったから、より柔らかい緩衝材を使用して衝撃を緩和することができる。その結果、プランジャが緩衝材を圧縮しつつ吸引され、吸引完了時にプランジャと固定コアとを直接接触させることが可能となったから、ギャップを設けた場合と比較して保持力が高くなり、もって保持にかかる消費電力を低減可能である。
<Invention of
According to the eighth aspect of the present invention, since the buffer material is provided between the plunger and the fixed core, the impact when the plunger is adsorbed on the fixed core side can be reduced. Furthermore, since the impact between the plunger and the fixed core is reduced by providing the auxiliary core according to the first aspect of the invention, the impact can be reduced by using a softer cushioning material. As a result, the plunger is sucked while compressing the cushioning material, and when the suction is completed, the plunger and the fixed core can be brought into direct contact with each other. Power consumption can be reduced.
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図19によって説明する。実施形態1における遮断弁(本発明における電磁弁に相当する。)10は、図1に示すように、燃料(例えば、LNG、LPG、灯油等)中に含まれる水素と空気中の酸素をセル積層体5で反応させて発電を行う燃料電池システム中において、燃料の供給路R(図1における上段側のルート)を開閉するための開閉弁である。また、遮断弁10は、図2に示すように、燃料の供給量を調整する流量制御装置1と共用のケーシング2を有し、このケーシング2内には燃料の供給路Rが配されている。尚、本実施形態における燃料電池システムでは、改質器9とセル積層体5とが別々に設けられたPEFC(固体高分子形燃料電池)システムを例示して説明しているが、このシステム以外にも、セル積層体5による発電時における排熱を利用して改質を行う、いわゆる内部改質によって発電を行うSOFC(固体酸化物形燃料電池)システム等にも適用可能である。
<
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a shutoff valve (corresponding to an electromagnetic valve in the present invention) 10 according to the first embodiment is a cell that supplies hydrogen contained in fuel (for example, LNG, LPG, kerosene, etc.) and oxygen in the air. In the fuel cell system that generates electricity by reacting with the
燃料は、供給路Rの入口側に接続された燃料ポンプ(図示しない)によってケーシング2内に流入されたのち出口側から流出されると、出口側に接続された改質器9によって水素を主成分とするガスに変換され、その後セル積層体5へと送られる。一方、空気の給気路S(図1に示す下段側のルート)においてセル積層体5の直前位置には、各燃料電池システム間のばらつきをなくす校正用の絞り弁56が設けられ、燃料電池システムの初期稼働開始時において空気の流量を調整可能となっている。
When the fuel flows into the
流量制御装置1は、流量調整部20と切替弁30と圧力検知装置40とから構成されている。本実施形態においては、ケーシング2の外面には切替弁30と圧力検知装置40とが並設されている。これら切替弁30と圧力検知装置40のそれぞれの下部構造は共用化され、流路連絡部材50としてケーシング2内に埋め込まれている。また、ケーシング2内において遮断弁10の上流側には予備導入路6が形成されている。遮断弁10の下流側には流量調整部20が配され、これらの間には導入路3が形成されている。一方、ケーシング2内における流量調整部20の下流側には改質器9に通じる導出路4が形成されている。
The
流量調整部20は燃料の供給路Rの流量を調整するための調整弁であり、上蓋21Aと下蓋21Bとによって構成された中空のケース体21を有してなる。上蓋21Aには、導入路3とケース体21内部を連通させる供給用ポート27と、導出路4とケース体21内部を連通させる排出用ポート29とが開口している。ケース体21内部には同ケース体21内を上室22と下室(以下、圧力検知室23という。)とに区画する第1ダイアフラム25が組み込まれている。上室22は上蓋21Aと第1ダイアフラム25とによって構成され、導入路3と導出路4との調整用空間となっている。圧力検知室23は下蓋21Bと第1ダイアフラム25とによって構成され、燃料電池システムの稼働時には導入路3と連通し、その内部には燃料が供給可能となっているが、同システムの停止時には切替弁30により導出路4と連通し、内部の残留燃料が出口側へ排出されるようになっている。
The flow
第1ダイアフラム25は、可撓性を有するゴム材よりなる円形状の薄膜板を有し、上室22と圧力検知室23との圧力差に基づいて上下方向に変位可能である。第1ダイアフラム25の中心には上方に向けてシャフト26が立設されている。その上端には供給用ポート27を開閉する弁体24が固定されている。さらに、上蓋21Aにおいて供給用ポート27の下方にはガイド部材28が固定されている。このガイド部材28の中心には上下方向に延びる円筒状の案内筒が設けられており、シャフト26をスライド可能に挿通している。また、シャフト26とガイド部材28との間にはリターンスプリング39が介在されていて、常には弁体24に対し供給用ポート27を閉止する方向に付勢している。
The
切替弁30は圧力検知室23と導入路3及び導出路4を連通する連通路の途中に配され、外部電源に接続された励磁コイル37を有している。また、励磁コイル37の中心には軸心に沿って上下動可能な可動軸38が配され、励磁コイル37の通電による励磁に伴いアッパスプリング35に抗して上動し、非通電によりアッパスプリング35のばね力によって下動する。一方、可動軸38の下方であって流路連絡部材50内には切替室54が形成されている。この切替室54は導出路4に対し排出路Cを介して連通し、また、切替室54の他の面には中継室55へ通じる切替ポート33が開口している。さらに、切替室54内には支持軸31が切替ポート33を同軸で貫いた状態で収容されるとともに、この支持軸31の下端には切替ポート33を開閉可能なバルブ32が装着されている。さらにまた、支持軸31にはロアスプリング36が巻装されていて、常にはバルブ32が切替ポート33を閉止するように付勢している。また、中継室55は導入路3に対し誘導路Bを介して連通しているが、バルブ32が切替ポート33を開放すると、誘導路Bと中継室55とをつなぐ小孔34を閉止するようになっている。また、中継室55はつなぎ流路Aを介して圧力検知装置40側において圧力検知室23に通じる流路へ通じている。このつなぎ流路Aは、流路連絡部材50内に配される鉛直路Eとケーシング2内に配される制御流路Dとを介して、圧力検知室23に連通している。尚、ケース体21において制御流路Dと連通する箇所には固定オリフィス19が配されている。
The switching
圧力検知装置40は上部側の構造部として本体部41を備え、ここには空気の給気路Sと接続されたエア導入管(図1における圧力導入管)Fが装着されている。但し、給気路S途上においてエア導入管Fとの分岐部分より上流側にはセル積層体5及びエア導入管Fへ送られる空気圧を調整可能な空気圧制御装置7が配されている。本体部41にはその内部をエア導入室52と燃料排出室51とに区画する第2ダイアフラム42が設けられている。第2ダイアフラム42は可撓性を有するゴム材よりなるドーナツ形の薄膜板を有し、上下方向に変位可能となっている。第2ダイアフラム42の中心には差圧作動弁46が第2ダイアフラム42と一体で設けられている。差圧作動弁46の上面はボス状に形成され、その下面は平面状に形成されている。この差圧作動弁46には円形のかつ所定の剛性を有する補強板43が上方から嵌着されている。
The
第2ダイアフラム42の昇降動作は専らエア導入室52と燃料排出室51との間の圧力差のみに依存し、発電量が一定となった状態(定常状態)では、差圧作動弁46を制御用ポート49から所定高さだけ浮かせて所定の開放量を保持できるようにしてある。さらに、この所定の開放量に応じて、圧力検知室23内の圧力が所定の圧力に設定されるようになっている。燃料排出室51は検知流路Gを介して導出路4へ通じており、かつ検知流路Gの導出路4寄りの位置には、可変オリフィス8が配されている。このため、発電量が一定の状態では導出路4内を流れる燃料により検知流路G内の燃料が吸引され、燃料排出室51内の燃料は検知流路Gを通じて導出路4へと排出される。
The raising / lowering operation of the
遮断弁10は、図3に示すように、コイル69の巻かれているボビン13を有し、ボビン13の外部にはヨーク(プレートヨーク17とフレームヨーク60とからなる。)が配されている。ボビン13の下方には略方形の磁性体からなるプレートヨーク17を介して、略円筒状のシート体11が配されている。シート体11は、図2に示すように、ケーシング2内に組み付けられ、プレートヨーク17はシート体11の上面を構成している。シート体11の側面には予備導入路6に通じるイン側開口14が開口し、下面には導入路3へ通じるアウト側開口15が開口している。ボビン13の外部であってプレートヨーク17の上方には、断面略U字状をなす平板材よりなり、かつプレートヨーク17の両側縁部と接続された磁性体からなるフレームヨーク60が配されている。また、ボビン13の内周面には、略円筒状のスリーブ66が配されており、スリーブ66の下端は、後述する筒部61の下端まで延出されている。スリーブ66の中心には軸心に沿って上下する磁性体からなるプランジャ12と、プランジャ12の上面側に配された磁性体からなる固定コア65とが配されている。また、ボビン13の上部には、図6ないし図8に示すように、コイル69を構成する巻線の両端に接続され、かつタブ状をなす接続部76が突出して設けられている。接続部76は外部電源と接続することで、コイル69への通電が可能となっている。
As shown in FIG. 3, the shut-off
プランジャ12は、コイル部13への通電及び非通電に伴って上下動し、プランジャ12の下端に取り付けられた弁部材16に対しアウト側開口15を開閉可能としている。図5はアウト側開口15が全開の状態(以下、開弁時という。)を示しており、図3及び図9はアウト側開口15が閉止した状態(以下、閉弁時という。)を示しており、図10は開弁時と閉弁時との中間状態(以下、中間位置という。)を示している。プレートヨーク17の中央部には下方に突出した形態の筒部61が設けられ、この筒部61を貫通してプランジャ12がシート体11内部へ突入している。一方、固定コア65の上面はフレームヨーク60の上面中央部に固定されている。こうして、固定コア65とプランジャ12とプレートヨーク17とフレームヨーク60とからなる、磁力線Mの通過する主磁気回路が構成される。
The
弁部材16の上面には、円形の薄板の外縁部が下方に向けられた後、上方に折り返された形態のばね受け62が配されている。ばね受け62の折り返し部上面とプレートヨーク17下面との間には戻しばね18が介在され、弁部材16に対しアウト側開口15を閉止するように付勢している。すなわち、コイル13への通電に伴う励磁によってプランジャ12は戻しばね18の付勢力に抗して上昇しアウト側開口15を開放するが、非通電によって非励磁状態になると、戻しばね18は弁部材16に対しアウト側開口15を閉止する。
On the upper surface of the
筒部61は上段側の大径部61Aと下段側の小径部61Bとからなる。スリーブ66の外周面と大径部61Aの内周面との間には、シールリング68が配されている。また、シート体11の下面とケーシング2との間には、シールリング63が配され、プレートヨーク17の下面とケーシング2の上面との間には、シールリング64が配されている。一方、スリーブ66の上端側は外方に拡開形成されており、この拡開形成された部分の内周面と固定コア65の外周面との間には、シールリング67が配されている。また、ボビン13の内周面上端は径方向外側に切り欠かれた形態の段差部74が形成されている。これらのシールリング63,64,67,68により、シート体11の内部を流れる燃料が遮断弁10の外部に漏れることが規制される。
The
固定コア65はプランジャ12とほぼ同一径をなす胴部65Aと、その下面中央部において下方に向けて突出する形態で、かつ略円錐台状の突出部65Bとが一体をなしている。一方、プランジャ12の上面には、突出部65Bを収容可能とする受け部70がテーパ状に凹み形成されている。さらに受け部70の下方には収容部71が設けられている。
The fixed
収容部71には、軸方向に圧縮可能で、かつ軸心部分が貫通状態の中空構造をなす緩衝材72が配されている。緩衝材72は、コイル部69への通電に伴いプランジャ12が固定コア65側に引き寄せられると、図4に示すように、プランジャ12と固定コア65とが当たり合う前に固定コア65の突出部65Bの下面と緩衝材72の上面とが当接するように高さが設定されている。この後、前記吸引力によって緩衝材72を圧縮させつつ、プランジャ12を固定コア65側に吸引していくと、図5に示すように、プランジャ12の上端が、胴部65Aの下面でかつ突出部65Bの付け根の周縁部に当接するようにされている。このように、プランジャ12と固定コア65とが直接接触した状態では、保持力が高まるため、保持にかかる消費電力を低下させることが可能となっている。
The
尚、本実施形態においてコイル69に流れる電流の制御にあたり、図18に示すような制御波形を供給するようにしている。図17は、従来実施されてきた制御波形を示している。このものは、作動時と保持時とで一定電圧が連続して印加されているため、作動時の電流と保持時の電流とが同じになっている。しかしながら、保持時に必要とされる電流は作動時に必要とされる電流と比較して低めでよく、保持時の電流を下げることで省電力化が可能であるが、電流を低下させる手段として電圧そのものを低下させる方法は容易ではないため、より簡易に電流を低下させ、もって消費電力量を低下させることが期待されていた。
こうした課題を解決するための手段として、コイル69が巻かれているボビン13と、そのボビン13と同軸に配された固定コア65と、前記ボビン13の軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コア65に吸着状態で保持可能とされるプランジャ12とからなる遮断弁(電磁弁)10の前記コイル69に接続された制御回路の電圧制御方法であって、前記プランジャ12の吸着保持時において前記電圧をPWM制御することを特徴とする。
この結果、図18に示すように、プランジャ12の保持時における実効電圧はPWM制御により従来よりも低下させることが可能となる。したがって、このときの実効電圧は、プランジャ12の吸着保持に必要な最小電流値を得られる程度で済むため、消費電力量を低下させることが可能となる。さらに、従来に比較して作動時の電圧上昇勾配を緩やかにすることにより、電流上昇勾配を緩やかにし、プランジャ12を固定コア65側にゆっくりと引き寄せることで、静粛化が可能となっている。
In this embodiment, a control waveform as shown in FIG. 18 is supplied in controlling the current flowing through the
As means for solving such problems, the
As a result, as shown in FIG. 18, the effective voltage at the time of holding the
ところで、ボビン13の内周面の上部とスリーブ66との間には、ボビン13の上面から内周面に沿って下向きに突出することで略円筒状をなす補助コア73が配されている。補助コア73は磁性体からなり、段差74を境として上側に配される上筒73Aと、同下側に配される下筒73Bと、上筒73Aの下端と下筒73Bの上端とを連結するつなぎ面73Cと、上筒73Aの上端からボビン13の上面に沿って径方向外側に拡張された上端面73Dとからなる。上端面73Dはフレームヨーク60の上部下面とボビン13の上面との間で接触状態で挟持されている。
By the way, between the upper part of the inner peripheral surface of the
下筒73Bの下端の高さ位置は、図3に示す閉弁時におけるプランジャ12の上端付近に設定され、プランジャ12が移動する過程では、下筒73Bの内周面とプランジャ12の外周面との間のギャップが一定となるように配されている。すなわち、プランジャ12が閉弁時から開弁時に移動する過程では下筒73Bがプランジャ12の上端外周面を周方向から囲むようになっている。これにより、ボビン13の外周には、プランジャ12とプレートヨーク17とフレームヨーク60と補助コア73とからなる、磁力線Mの通過する分岐磁気回路が構成される。
The height position of the lower end of the
図9の矢印は閉弁時において磁気回路を構成する磁力線Mの流れを示したものであり、磁力線Mはフレームヨーク60から固定コア65側(主磁気回路)と補助コア73側(分岐磁気回路)とに分岐した後、プランジャ12において再び合流するようになっている。このとき、補助コア73の下端とプランジャ12との間の距離は、固定コア65とプランジャ12との間の距離よりも短めとなるように設定されている。したがって、プランジャ12は、コイル69への通電開始直後においては、主に補助コア73からの吸引力により上方へと移動することになる。
The arrows in FIG. 9 indicate the flow of magnetic lines of force M constituting the magnetic circuit when the valve is closed. The magnetic lines of force M are from the
図10の矢印は中間位置において磁気回路を構成する磁力線Mの流れを示したものであり、補助コア73からプランジャ12に向かう磁力線Mの一部はプランジャ12の移動方向に対し交差する方向となっている。その結果、補助コア73が設けられていない場合と比較してプランジャ12の移動方向に沿う磁力線Mの本数が減少することになり、プランジャ12が固定コア65側に引き寄せられる吸引力は低下することになる。
The arrows in FIG. 10 indicate the flow of the magnetic lines of force M constituting the magnetic circuit at the intermediate position, and a part of the magnetic lines of force M from the
本実施形態は以上のような構造であって、続いてその作用を説明する。
まず、遮断弁10のコイル69への通電を行う前においては、図3に示すように、戻しばね18のばね力により弁部材16がアウト側開口15を閉止した状態にある。次に、コイル69への通電を行うと、遮断弁10には、図9に示すように、本来、固定コア65とプランジャ12との間を流れる磁力線Mの一部が分岐されて、補助コア73とプランジャ12との間にも磁力線Mが流れることになる。コイル69への通電開始直後においてプランジャ12が図9に示す閉弁時にあるときには、主に補助コア73とプランジャ12との間に生じる吸引力がプランジャ12を固定コア65側に引き寄せる原動力となり、補助コア73が設けられていない場合に比較して急速な開始動作が行われる。その後、プランジャ12が図10に示す中間位置に至ると、補助コア73とプランジャ12との間に流れる磁力線Mの一部がプランジャ12の移動方向と交差する方向を向くことになるから、プランジャ12の移動方向に沿う磁力線Mの本数が減少することになり、プランジャ12を固定コア65側に引き寄せる吸引力は、補助コア73が設けられていない場合に比較して小さめとなる。したがって、プランジャ12は固定コア65側にゆっくりと近づくことになるから、緩衝材72に対する衝撃を緩和し、もって静粛化することが可能である。その後プランジャ12は、緩衝材72に衝突した後、緩衝材72を圧縮しつつさらに固定コア65側へと引き寄せられ、プランジャ12の上端と固定コア65の胴部65Aの下面とが直接接触する。プランジャ12と固定コア65とが直接接触すると、ギャップを設けた場合と比較して保持力が高くなり、保持にかかる消費電力を低減することが可能となる。
The present embodiment has the above-described structure, and the operation thereof will be described subsequently.
First, before energization of the
ところで、プランジャ12と固定コア65との間に生じる吸引力と、プランジャ12と固定コア65との間のストロークとの関係については、図16の吸引力特性図に示してある。コイル69への通電開始直後(図16の閉弁時)におけるプランジャ12と固定コア65との間に生じる吸引力については、補助コア73がある場合の鉛直方向(プランジャ12の移動方向に沿う方向)における吸引力(iiz)は補助コア73がない場合の鉛直方向における吸引力(iz)に比較して大きめとなる。これは、閉弁時においては、プランジャ12と補助コア65との間の距離がプランジャ12と固定コア65との間の距離よりも小さめとなっており、プランジャ12と補助コア65との間に生じる斜め方向の磁力線Mにより生じる吸引力によるためである。また、中間位置におけるプランジャ12と固定コア65との間に生じる吸引力については、補助コア73がある場合の鉛直方向における吸引力(iiz)は補助コアがない場合の鉛直方向における吸引力(iz)に比較して小さめとなる。これは、プランジャ12と補助コア65との間に発生する磁力線Mの一部が水平方向(プランジャ12の移動方向と交差する方向)を向くことから、鉛直方向を向く磁力線Mの本数が補助コア73を設けない場合と比較して減少することで、鉛直方向における吸引力(iiz)が低下するためである。このことは、補助コア73がある場合の水平方向の吸引力(iix)が、補助コア73がない場合の水平方向に吸引力(ix)に比較して大きめとなっていることによっても裏付けられている。補助コア73がない場合の鉛直方向の吸引力(iz)は、閉弁時から開弁時にかけて吸引力が増加し続けているのに対して、補助コア73がある場合の鉛直方向の吸引力(iiz)は、閉弁時から中間位置に向けて減少した後、中間位置において増加に転じ、補助コア73がない場合の鉛直方向の吸引力(iz)よりも低い吸引力を維持したまま開弁時に向けて増加し続けている。すなわち、補助コア73を設けると、プランジャ12が閉弁時から中間位置に移動する途上で、実質的に制動力を受けることになる。
Incidentally, the relationship between the suction force generated between the
以上のように、本実施形態においては、補助コア73を設けて磁力線Mの一部を分岐させた分岐磁気回路を形成し、プランジャ12と補助コア73との間を流れる磁力線Mの一部がプランジャ12の移動方向に対し交差する向きとなるようにしたから、プランジャ12の移動方向に沿った磁力線Mの本数が減少し、プランジャ12を固定コア65側にゆっくりと引き寄せることが可能となった結果、プランジャ12と緩衝材72との衝撃を緩和し、もって静粛化することが可能となった。これに加えて、図18に示すような作動時の電圧の制御波形を採用すると、プランジャ12と緩衝材72との衝撃をより緩和することが可能である。このようにプランジャ12と緩衝材72との衝撃を緩和することが可能となったから、より柔らかい材質の緩衝材72を用いることが可能となり、緩衝材72を圧縮しつつプランジャ12と固定コア65とを直接接触させることが可能となった。この結果、プランジャ12と緩衝材72との間にギャップがある場合と比較して、プランジャ12と固定コア65との保持力がより高まり、図18に示すように、保持時の電圧の制御波形をパルス波形とすることで、保持時における消費電力を低減することが可能となった。さらに補助コア73の上端面73Dがフレームヨーク60の上部下面とボビン13の上面との間に接触状態で挟持されるようにしたから、エアギャップによる磁気抵抗をほぼゼロにすることが可能となるので、磁力線M全体のうち分岐磁気回路を流れる磁力線Mの割合を増やすことが可能である。
As described above, in this embodiment, the
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図11ないし図13によって説明する。実施形態1ではプランジャ12と固定コア65との間に生じる吸引力を低下させる手段として、補助コア73を設けることにより主磁気回路に流れる磁力線Mを分岐させるという方法を採用したのに対し、実施形態2ではプランジャ12の外周面において切欠き部75を周方向に沿って設けることで主磁気回路中に磁気抵抗部(エアギャップ)を形成して、プランジャ12とプレートヨーク17との間の磁力が低下するようにしたものであり、その他の重複する構造については説明を省略する。図11の矢印は、主磁気回路を構成する磁力線Mの流れを示したものである。切欠き部75は、筒部61の小径部61Bと軸方向にほぼ同一の長さを有し、閉弁時には切欠き部75と小径部61Bとが互いにオーバーラップしないように軸方向にずれた状態にあるが、開弁時には切欠き部75が小径部61Bと対向するように、切欠き部75の軸方向の位置が設定されている。また、切欠き部75は軸方向に一定の深さを有し、この深さは開弁時において主磁気回路が構成でき、かつ戻しばね18のばね力に抗してプランジャ12を開弁状態に保持可能な吸引力を生じさせる程度に設定されている。この結果、プランジャ12と固定コア65との間に生じる吸引力は、閉弁時には切欠き部75がある場合とない場合とでほぼ同一であるが、閉弁時から中間位置に向かうにつれて徐々に減少する。そして、プランジャ12が固定コア65に接近するにつれ中間位置において増加に転じても、磁気抵抗部を設けたことにより従来よりもなお低い吸引力を維持したまま開弁時に向けて増加するから、プランジャ12を固定コア65側にゆっくりと引き寄せることが可能となり、もって静粛化することが可能である。尚、プランジャ12に制動力を作用させる手段として、実施形態2は実施形態1の分岐磁気回路による構成とは無関係にエアギャップによる構成を単独で採用したものを示したが、これらは併用してもよい。
<
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, as a means for reducing the attractive force generated between the
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and further, within the scope not departing from the gist of the invention other than the following. Various modifications can be made.
(1)実施形態1では、補助コアをボビンとスリーブとの間に設けているが、磁力線の一部をプランジャの移動方向に対して交差する方向とすることが可能であれば、他の形態であってもよく、例えば、補助コアは、図14に示すように、固定コア65の胴部65A下面の外縁部を下方に延出することで固定コア65と一体に設けるようにしてもよい。
(1) In the first embodiment, the auxiliary core is provided between the bobbin and the sleeve. However, as long as it is possible to make a part of the lines of magnetic force intersect with the moving direction of the plunger, other forms are possible. For example, as shown in FIG. 14, the auxiliary core may be provided integrally with the fixed
(2)また、実施形態1における補助コア73は、図15に示すように、プランジャ12の上面外縁部から上方に延出することでプランジャ12と一体に設けるようにしてもよい。
(2) Further, as shown in FIG. 15, the
(3)本実施形態においてコイル69に流れる電流の制御にあたり、図18に示す波形の制御波形を供給しているが、保持時の省電力化を可能にする方法としては、この制御波形に限定されず、例えば、図19に示すような制御波形を供給するようにしてもよい。図18に示すように、パルス幅のONとOFFの比率を変えて制御するPWM制御により実効電圧を低下させる方法では、仮に制御回路が故障してしまった場合には保持時の電圧が常時ON状態(図20状態)となってしまい、省電力化が図れなくなってしまう。その対策としては、プランジャ12の保持に必要な最小電流値に対応する電圧を印加する方法が考えられるが、一方でプランジャ12の移動に必要な最小電流値に対応する電圧を印加する必要があるため、単純にはこの方法を採用することはできなかった。
こうした課題を解決するための手段として、コイル69が巻かれているボビン13と、そのボビン13と同軸に配された固定コア65と、前記ボビン13の軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コア65に吸着状態で保持可能とされたプランジャ12とからなる遮断弁(電磁弁)10の前記コイル69に接続された制御回路の電圧制御方法であって、前記吸着保持時に印加される保持電圧は前記プランジャ12の吸着状態を保持するのに必要な電流に対応する電圧値に予め設定しておくとともに、前記プランジャ12の移動時に印加される作動電圧は前記保持電圧を昇圧して得られる電圧値に設定されていることを特徴とする。
上記の方法によると、プランジャ12の吸着状態を保持するのに必要な最小電流値に対応する保持電圧(図19のVh)を予め設定しておき、保持時には保持電圧Vhを連続して印加することにより省電力化を可能にしつつも、プランジャ12の移動時にはポンプアップ制御することで保持電圧Vhを昇圧して得られる作動電圧Voを印加することによってプランジャ12の移動を可能にしている。また、仮にポンプアップ制御の制御回路が故障してしまったとしても、図21に示すように、保持時の電圧および電流に対しては影響を及ぼすことがない。したがって、PWM制御のように制御回路が故障して保持時の電流が高くなり消費電力量が増加するといった不具合を回避すること(安全性の確保)が可能である。
(3) In the present embodiment, the control waveform having the waveform shown in FIG. 18 is supplied to control the current flowing through the
As means for solving such problems, the
According to the above method, the holding voltage (Vh in FIG. 19) corresponding to the minimum current value necessary to hold the attracted state of the
(4)本実施形態では、電磁弁を遮断弁に適用した例として説明しているが、本発明によれば、切替弁に適用してもよい。要は、固定コアに対して吸着されるプランジャを備えたものであればよい。
(5)本実施形態では、電磁弁を燃料電池システム中に組み込んだものを例示しているが、本発明によれば、燃料電池システムに限定されず、多種多様な用途に対しても適用可能である。
(4) In the present embodiment, the electromagnetic valve is described as an example applied to a cutoff valve. However, according to the present invention, the electromagnetic valve may be applied to a switching valve. In short, what is necessary is just to provide the plunger adsorb | sucked with respect to a fixed core.
(5) In the present embodiment, an example in which a solenoid valve is incorporated in a fuel cell system is illustrated. However, according to the present invention, the present invention is not limited to the fuel cell system, and can be applied to various applications. It is.
10…遮断弁
12…プランジャ
13…ボビン
16…弁部材
17…プレートヨーク(ヨーク)
60…フレームヨーク(ヨーク)
65…固定コア
69…コイル
72…緩衝材
73…補助コア
75…切欠き部
M…磁力線
DESCRIPTION OF
60 ... Frame yoke (yoke)
65 ... Fixed
Claims (8)
そのボビンと同軸に配された固定コアと、
前記ボビンの軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コアに接触状態で吸着可能とされ他端に弁部材を備えたプランジャと、
前記ボビンの外部に配されて、前記固定コアと接続され、前記固定コアと前記プランジャと共に主磁気回路を構成するヨークとからなる電磁弁であって、
前記プランジャを周方向から囲むようにして磁性体からなる補助コアが配されることで、主磁気回路を流れる磁力線の一部が分岐されていることを特徴とする電磁弁。 A bobbin around which a coil is wound;
A fixed core arranged coaxially with the bobbin,
A plunger that is movable along the axis of the bobbin, one end of which can be adsorbed in contact with the fixed core, and a valve member on the other end;
An electromagnetic valve that is arranged outside the bobbin and is connected to the fixed core and includes a yoke that forms a main magnetic circuit together with the fixed core and the plunger,
An electromagnetic valve characterized in that an auxiliary core made of a magnetic material is disposed so as to surround the plunger from the circumferential direction so that a part of a magnetic force line flowing through the main magnetic circuit is branched.
そのボビンと同軸に配された固定コアと、
前記ボビンの軸心に沿って移動可能とされ、一端が前記固定コアに接触状態で吸着可能とされ他端に弁部材を備えたプランジャと、
前記ボビンの外部に配されて、前記固定コアと接続され、前記固定コアと前記プランジャと共に主磁気回路を構成するヨークとからなる電磁弁であって、
前記プランジャの外周面には切欠き部が設けられ、前記プランジャが前記固定コアに吸着される過程において、前記切欠き部が前記主磁気回路を構成する位置に移動してエアギャップとなることを特徴とする電磁弁。 A bobbin around which a coil is wound;
A fixed core arranged coaxially with the bobbin,
A plunger that is movable along the axis of the bobbin, one end of which can be adsorbed in contact with the fixed core, and a valve member on the other end;
An electromagnetic valve that is arranged outside the bobbin and is connected to the fixed core and includes a yoke that forms a main magnetic circuit together with the fixed core and the plunger,
A notch is provided on the outer peripheral surface of the plunger, and the notch moves to a position constituting the main magnetic circuit in the process in which the plunger is attracted to the fixed core, thereby forming an air gap. Characteristic solenoid valve.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2005-09-28 JP JP2005282359A patent/JP2007092874A/en active Pending
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