JPH0997116A - 電磁弁の駆動制御方法および空気圧レギュレータ - Google Patents
電磁弁の駆動制御方法および空気圧レギュレータInfo
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- JPH0997116A JPH0997116A JP25151895A JP25151895A JPH0997116A JP H0997116 A JPH0997116 A JP H0997116A JP 25151895 A JP25151895 A JP 25151895A JP 25151895 A JP25151895 A JP 25151895A JP H0997116 A JPH0997116 A JP H0997116A
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Abstract
ルス幅を有する電気信号で駆動することを可能とする電
磁弁の駆動制御方法を提供する。 【解決手段】電磁弁を構成する電磁コイルを方形波パル
ス電気信号S1で駆動したとき、その電磁コイルに流れ
る励磁電流信号S2の微分値S3が一定値E1になった
時点t1を検出することで可動鉄心に直結した弁体の移
動を検出し、電磁弁の動作むだ時間Puを正確に検出す
る。これにより電磁コイルに供給する方形波パルス電気
信号S1のパルス幅Po(Pwo−Pu)を決定するよ
うにしているので、電磁弁を、設定圧力や設定流量に対
する最適なパルス幅を有する電気信号で駆動することが
できる。
Description
の流量や圧力を電磁弁を用いて制御する空気圧レギュレ
ータに適用して好適な電磁弁の駆動制御方法、および電
磁弁から給排気される気体に基づいてパイロット圧力を
加減することでメインバルブから吐出される気体の流量
や圧力を調整する空気圧レギュレータに関する。
空気圧レギュレータの従来技術が、例えば、特公平7−
50418号公報に開示されている。
から吐出される吐出圧力を調整する際に吐出圧力を検出
し、検出した吐出圧力と設定圧力とを比較し、その比較
結果に応じてダイヤフラム室に対して電磁弁から供給さ
れる空気圧パルスのパルス幅を調節する。そして、電磁
弁から供給される空気圧パルスのパルス幅に応じてパイ
ロット圧力を加減することでダイヤフラムに連結された
給気弁体を開閉し、メインバルブから吐出される吐出圧
力を設定圧力に調整する装置である。
は、周知のように、電磁コイル中の可動鉄心が励磁電流
により吸引されたり離されたりすることによって、この
可動鉄心に直結した弁体を開閉する装置である。
レータでは、空気圧パルスのパルス幅を調節する場合
に、この電磁弁の電磁コイルに供給する電気信号のパル
ス幅を変化させている。
号のパルス幅が狭い場合には、発生する励磁電流により
可動鉄心を移動させることが可能なほどの磁力が発生し
ないことがあり、結局、可動鉄心に直結した弁体が動作
せず、前記吐出圧力が変化しない場合があることをつき
とめた。
点から実際に可動鉄心が動き始めるまでの時間が、吐出
圧力(ポート圧力)や弁体の摺動抵抗等の変化により、
いわゆる電磁弁の動作むだ時間がその都度変化するとい
う問題があることも判明した。
れたものであり、電磁弁を設定圧力や設定流量に対する
最適なパルス幅を有する電気信号で駆動することを可能
とする電磁弁の駆動制御方法および空気圧レギュレータ
を提供することを目的とする。
を構成する電磁コイルを方形波パルス電気信号により駆
動して可動鉄心を移動させ、この可動鉄心に直結された
弁体を開放する電磁弁の駆動制御方法において、前記可
動鉄心に直結された弁体の開放時間を前記方形波パルス
電気信号のパルス幅を制御して所望の値に調整する際、
前記電磁コイルに流れる励磁電流の変化を検出すること
で前記可動鉄心の移動を検出し、前記方形波パルス電気
信号のパルス幅を決定することを特徴とする。
コイルに流れる励磁電流の変化を検出することで可動鉄
心の移動を検出し、これにより電磁コイルに供給する方
形波パルス電気信号のパルス幅を決定するようにしてい
るので、電磁弁の動作むだ時間を正確に検出でき、電磁
弁を設定圧力や設定流量に対する最適なパルス幅を有す
る電気信号で駆動することができる。
流の変化を検出することで前記可動鉄心の移動を検出す
る際、前記励磁電流の微分値がゼロ値またはゼロ値に近
い所定値になった時点が前記弁体が開放する時点である
と同定することができる。
遅れ系により増加する電気信号を供給し、実際に前記電
磁コイルに流れる励磁電流を検出し、前記励磁電流が前
記電気信号に追従できなくなる時点が、前記電磁弁を構
成する可動鉄心が開放する時点であると同定することも
できる。
れる気体に基づいてパイロット圧力を加減することで、
メインバルブから吐出される吐出圧力を調整する空気圧
レギュレータにおいて、前記メインバルブからの吐出圧
力を検知し、設定圧力との偏差に応じたパルス幅を有す
る方形波パルス電気信号を前記電磁弁に供給する制御手
段を有し、この制御手段は、前記電磁弁を構成する電磁
コイルに流れる励磁電流の変化を検出することで、前記
電磁弁を構成する可動鉄心の移動を検出し、前記パルス
幅を決定することを特徴とする。
コイルに流れる励磁電流の変化を検出することで可動鉄
心の移動を検出し、これにより電磁コイルに供給する方
形波パルス電気信号のパルス幅を決定するようにしてい
るので、電磁弁の動作むだ時間を正確に検出・把握する
ことができ、電磁弁を設定圧力や設定流量に対する最適
なパルス幅を有する電気信号で駆動することを可能と
し、メインバルブから吐出する流体の圧力や流量を正確
に調整することができる。
ついて、図面を参照して説明する。
れた空気圧レギュレータ10の構成例を示している。
い空気圧機器の圧力制御を行うためのメインバルブ11
を有している。このメインバルブ11のケーシング12
には、図示しない空気圧源に接続される供給ポート13
と、図示しない空気圧機器に接続される吐出ポート14
が形成されている。
通路15内には、ケーシング12に形成された給気口1
6を開閉する給気弁体17が配設され、この給気弁体1
7は、ばね18の圧縮力によって給気口16を常時閉じ
る方向に付勢されている。
成され、この排気ポート21と吐出ポート14間を連通
する排気口22には、この排気口22を開閉する排気弁
体23が摺動可能に嵌合されている。
合され、排気弁体23と給気弁体17とは一体的に連動
するように構成されている。排気弁体23の他端側はダ
イヤフラム25に一体的に連結されている。
フラム室26の流出入口27には、ダイヤフラム25に
加わるパイロット圧力を制御する空気圧パルス供給用の
2ポート電磁弁31と排気用の2ポート電磁弁32とが
接続されている。
形成された通路35を通じて吐出圧力を検出し、これを
電気信号に変換して出力する圧力センサ36が接続され
ている。
ナログ電気信号は、A/D変換器37を通じてデジタル
電気信号に変換されてマイクロコンピュータ40に供給
される。すなわち、吐出圧力情報がマイクロコンピュー
タ40に供給される。
に、中央処理装置(CPU)に対応するマイクロプロセ
ッサ(MPU)と、このマイクロプロセッサに接続され
る入出力装置としてのA/D変換回路やD/A変換回路
等、I/Oポート、制御プログラム・システムプログラ
ム等が書き込まれる読み出し専用メモリ(ROM)、処
理データを一時的に保存等するランダムアクセスメモリ
(RAMであり、書き込み読み出しメモリ)、タイマ回
路および割り込み処理回路等を1チップに集積したLS
Iデバイスとして提供される。
は、A/D変換器37から供給される吐出圧力と、図示
しない入力装置等により予め設定される設定圧力とを比
較し、吐出圧力が設定圧力になるように制御するもので
ある。
方形波パルス電気信号S1、S11を出力し、コイル駆
動・鉄心移動検出回路41、42を通じて2ポート電磁
弁(以下、単に電磁弁ともいう。)31、32を構成す
る電磁コイル51、52に励磁電流を供給するととも
に、この励磁電流の変化を検出するコイル駆動・鉄心移
動検出回路41、42からの検出信号S4、S14を受
けて、前記方形波パルス電気信号S1、S11の最適パ
ルス幅を決定する。
面構成例を示している。図2から分かるように、電磁弁
31(32)は、入力ポート61と出力ポート62を有
し、これら入出力ポート61、62間の通路が可動鉄心
63(64)に直結された弁体53(54)の矢印方向
への移動により開閉される。可動鉄心63(64)の回
りには、電磁コイル51(52)が配設され、この電磁
コイル51(52)に励磁電流が供給されることで、可
動鉄心63(64)が吸引されて弁体53(54)が開
くように構成されている。
が供給されていない場合には、可動鉄心63(64)の
一端部とケーシング12との間に配設されたばね65
(66)の圧縮力により弁体53(54)が常時閉じる
方向に付勢されている。
1(42)の原理的な構成例を示している。図3におい
て、マイクロコンピュータ40から供給される方形波パ
ルス電気信号S1は、入力端子71、ベース電流制限用
の抵抗器72を通じて電磁コイル51(52)駆動用の
トランジスタ73のベース端子に供給される。トランジ
スタ73のエミッタ端子と接地間に接続されている抵抗
器74に電磁コイル51(52)に流れる励磁電流i0
に比例した電圧信号S2が現れる。
微分電圧信号S3とされる。この微分電圧信号S3と基
準電圧E1が比較器76で比較され、その比較結果の2
値信号である鉄心移動検出信号S4が出力端子77に現
れる。この鉄心移動検出信号S4がマイクロコンピュー
タ40に供給される。
ュレータ10の要部動作について図4に示す波形図を参
照しながら説明する。
4aの時点t0においてゼロ値から所定電圧値に立ち上
がる電圧信号である方形波パルス電気信号S1が供給さ
れるものとする。この時点t0においては、パルス幅P
woは未定である。
がトランジスタ73のコレクタ端子を通じて電磁コイル
51に供給されることで、電磁コイル51には1次遅れ
系的に立ち上がる励磁電流i0が流れ、この励磁電流i
0の変化に比例する電流が抵抗器74に流れる。従っ
て、抵抗器74に励磁電流i0に比例した電圧信号(以
下、必要に応じて励磁電流信号ともいう。)S2(図4
b参照)が発生する。
ているとき、微分回路75の出力電気信号S3は、図4
cに示すようにほぼ正の一定値の信号である。
ロV(ボルト)より僅かに高い基準電圧(ゼロ値に近い
所定値)E1が印加されているので、比較器76の出力
信号S4(図4d参照)はハイレベルに保持される。な
お、この基準電圧E1は、雑音により比較器76が反転
しないような高い電圧値に設定される。
とで電磁コイル51が徐々に励磁されると飽和に近づ
き、結果として、図4bの時点t1に示すように、励磁
電流信号S2が急速に減少を開始する。この時点t1に
おいて、可動鉄心63が電磁コイル51側に吸引され、
可動鉄心63と一体的に形成されている弁体53が矢印
U方向(図2参照)に移動を開始し、電磁コイル51の
インダクタンスが上昇しているということが分かる。
コイル51に完全に吸引され、可動鉄心63がそれ以上
上方に移動しない点に達すると電磁弁31の弁体53が
完全に開放される。この時点t2において電磁コイル5
1のインダクタンスの増加が停止し、再び、電磁電流信
号S2が増加して電磁コイル51は時点t2から徐々に
飽和に至る。
号S3は、正の値から急激に減少して負の値となり、時
点t2が変曲点となって負の値から一気に正の値に上昇
する。時点t2以降において、微分信号S3は、急激に
ゼロ値に向かう。
は、微分信号S3が基準電圧E1になった時点t1にお
いて、ハイレベルからローレベルのゼロ値になり、微分
信号S3が再び瞬時に正の値に向かう途中の基準電圧E
1を超える時点t2において、ゼロ値からハイレベルに
なる。
時点t2の間で電磁弁31が開放したこと、言い換えれ
ば、可動鉄心63が移動したことを検出することができ
る。そこで、マイクロコンピュータ40は、この検出時
点t1〜t2の間で電磁弁31の入出力ポート61、6
2が連通したと同定して、その時点t1(または時点t
2)を基準に所定のパルス幅Po(図4a参照)の方形
波パルス電気信号S1をコイル駆動・鉄心移動検出回路
41を通じて電磁コイル51に供給する。 すなわち、
マイクロコンピュータ40は、この空気圧レギュレータ
10においては、時点t0〜時点t1(または時点t0
〜時点t2)の間を、いわゆるむだ時間と判断して、電
磁弁31を、例えば、一定時間t1〜t3(または一定
時間t2〜t3)だけ開放したい場合に、この一定時間
t1〜t3(または一定時間t2〜t3)に対応するパ
ルス幅Po(図4a参照)にむだ時間に対応するパルス
幅(単に、むだ時間ともいう。)Pu(図4b参照)と
を合計したパルス幅Pwoが最適なパルス幅であると決
定して、対応する方形波パルス電気信号S1を出力す
る。
により、マイクロコンピュータ40は、むだ時間Puを
検出した後に、電磁弁31を開放しようとする設計上の
所定時間に対応したパルス幅Poを有する方形波パルス
電気信号S1を出力することができる。むだ時間Pu
は、電磁弁31からの吐出圧力や弁体53に係る摺動抵
抗によって変化し、また経年変化も存在するので、この
実施の形態によれば、むだ時間Puを検出してから方形
波パルス電気信号S1の全体のパルス幅Pwo(Pu+
Po)を決定することができ、電磁弁31を設定圧力や
設定流量に対する最適(正確)なパルス幅Pwoを有す
る電気信号で駆動することができるという効果が達成さ
れる。
コイル駆動・鉄心移動検出回路41Aの構成例を示して
いる。以下に詳しく説明するように、この実施の形態に
おいては、電磁コイル51を、1次遅れ系により増加す
る電気信号を供給して駆動することを特徴としている。
なお、このコイル駆動・鉄心移動検出回路41Aは、図
1例中のコイル駆動・鉄心移動検出回路41に対応する
回路であるが、コイル駆動・鉄心移動検出回路42に対
応する回路も同一の構成であるので、以下、繁雑を避け
るため、このコイル駆動・鉄心移動検出回路41Aにつ
いてのみ説明する。また、図5において、上記図1〜図
4に示したものと対応するものには同一の符号を付けて
その詳細な説明を省略する。
動検出回路41Aの動作説明に供される波形図である。
ピュータ40から図6aに示す負極性の方形波パルス電
気信号S11を供給する。この方形波パルス電気信号S
11は、抵抗器72を通じてエミッタ接地型のトランジ
スタ80のベース端子に供給され、トランジスタ80は
オフ状態にされる。
端子には、図6bに示す1次遅れ系により増加する電圧
信号S12が現れ、差動増幅器84の正入力端子に供給
される。この電圧信号S12の波形は、良く知られてい
るように、次の(1)式に従う波形である。
と抵抗器82(抵抗値はR2とする。)による電源電圧
Eの分圧値、すなわち、E2=E×R2/(R1+R
2)である。また、Cは、コンデンサ83の容量値であ
る。Rは、抵抗器81と抵抗器82の並列抵抗値{R=
R1×R2/(R1+R2)}である。tは時間であ
る。
イル51に電圧信号S12に比例した電流信号が流れ
る。すなわち、電圧信号S12が上昇すると差動増幅器
84の出力端子であるトランジスタ85のベース端子が
上昇して、トランジスタ85のコレクタ端子からエミッ
タ端子に向かって電流が流れる。この電流がトランジス
タ86のベース電流として供給され、抵抗器87の端子
電圧である電圧信号S13(この電圧信号S13が電磁
コイル51に流れる電流信号である励磁電流i0に比例
するので、必要に応じて電流信号S13ともいう。)が
上昇し、これが、差動増幅器84の負入力端子に供給さ
れる。
と抵抗器87によるフィードバックループが正常に動作
している時点t10〜時点t11の期間では、電圧信号
S12と電圧信号(電流信号)S13の波形は同一の波
形である。トランジスタ85のエミッタ端子と接地間に
接続されている抵抗器88に現れる電圧信号S14も電
圧信号S12に比例した波形となる。この電圧信号S1
4が正入力端子に供給され、負入力端子には正の基準電
圧信号Vref(図6c参照)が供給される比較器76
の出力信号S15のレベルは、図6cの1点鎖線で示す
ように、時点t10〜時点t11の期間ではローレベル
(ゼロレベル)である。
31を構成する可動鉄心63が電磁コイル51の励磁電
流i0により吸引され、電磁コイル51のインダクタン
ス値が急激に増大する。この間、電磁コイル51に流れ
る電流信号S13は減少し、この電流信号S13は可動
鉄心63が完全に吸引された時点t12から再び電圧信
号S12に向かって増加する。
入力端子に現れる電圧信号S13が下がろうとするの
で、トランジスタ85のベース端子に現れる電圧が増加
し、トランジスタ85に急激に電流が流れる。これによ
り、抵抗器88の端子に現れる電圧信号S14は、図6
cに示すように、瞬時に増加する。この電圧信号S14
の増加時には、予め超えるように設定された基準電圧信
号Vrefを超えるので、比較器76の出力信号S15
が、図6cに示すように、ローレベルからハイレベルに
移る。
6a参照)がローレベルからハイレベルに移ると、トラ
ンジスタ80はオフ状態からオン状態になり、差動増幅
器84の正入力端子は瞬時にローレベルとなり、電磁コ
イル51にも電流が流れなくなって、電圧信号S13も
瞬時にローレベルになる。この場合、抵抗器87の抵抗
値は、前述の(1)式の時定数CRに比較して電磁コイ
ル51に係る放電電流の時定数が小さくなるように予め
小さい値に選定している。
図6に示す駆動方法を採用することで、図3例を参照し
て説明したのと同様に、マイクロコンピュータ40は、
この空気圧レギュレータ10においては、時点t10〜
時点t11(または時点t10〜時点t12)の間を、
いわゆるむだ時間と判断し、電磁弁31を、例えば、一
定時間t11〜t13(または一定時間t12〜t1
3)だけ開放したい場合に、この一定時間t11〜t1
3(または一定時間t12〜t13)に対応するパルス
幅Po(図6a参照)にむだ時間に対応するパルス幅
(むだ時間ともいう。)Puを合計したパルス幅Pwo
が最適なパルス幅であると決定して、対応する方形波パ
ルス電気信号S11を出力するようにすればよい。
の形態によれば、電磁弁31をマイクロコンピュータ4
0から駆動するときに、コイル駆動・鉄心移動検出回路
41の出力信号S4、S15により、電磁弁31のむだ
時間Puを検出し、むだ時間Pu後のパルス幅Pwoに
より空気圧レギュレータ10の吐出ポート14の設定圧
力や設定流量を正確に制御することができるという効果
が達成される。
ず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採
り得ることはもちろんである。
ば、電磁弁の電磁コイルに流れる励磁電流の変化を検出
することで可動鉄心の移動を検出し、電磁弁のむだ時間
を検出して、電磁弁を駆動する方形波パルス電気信号の
パルス幅を決定するようにしている。なお、むだ時間の
検出は、電磁弁の励磁電流の変化を微分回路により捉え
て、可動鉄心の動作開始を検出する方法、または電磁弁
を1次遅れ系により増加する電気信号により駆動して、
励磁電流が入力電気信号に追従することができなくなる
までの時間をむだ時間として検出する方法等を採用する
ことができる。 このため、電磁弁を、いわゆるパルス
幅駆動するときに、圧力が変化するための最適なパルス
幅で駆動することが可能となり、確実に圧力や流量を変
化させることができるという効果が達成される。
場合には、そのメインバルブから吐出する流体の圧力や
流量を正確に調整することができるという効果が達成さ
れる。
ク図である。
成例を示す回路図である。
る波形図である。
示す回路図である。
る波形図である。
ピュータ 41、41A、42…コイル駆動・鉄心移動検出回路 51、52…電磁コイル 53、54…弁体 63、64…可動鉄心
Claims (4)
- 【請求項1】電磁弁を構成する電磁コイルを方形波パル
ス電気信号により駆動して可動鉄心を移動させ、この可
動鉄心に直結された弁体を開放する電磁弁の駆動制御方
法において、 前記可動鉄心に直結された弁体の開放時間を前記方形波
パルス電気信号のパルス幅を制御して所望の値に調整す
る際、前記電磁コイルに流れる励磁電流の変化を検出す
ることで前記可動鉄心の移動を検出し、前記方形波パル
ス電気信号のパルス幅を決定することを特徴とする電磁
弁の駆動制御方法。 - 【請求項2】前記電磁コイルに流れる励磁電流の変化を
検出することで前記可動鉄心の移動を検出する際、前記
励磁電流の微分値がゼロ値またはゼロ値に近い所定値に
なった時点が前記弁体が開放する時点であると同定する
ことを特徴とする請求項1記載の電磁弁の駆動制御方
法。 - 【請求項3】電磁弁を構成する電磁コイルに1次遅れ系
により増加する電気信号を供給し、 実際に前記電磁コイルに流れる励磁電流を検出し、 前記励磁電流が前記電気信号に追従できなくなる時点
が、前記電磁弁を構成する可動鉄心が開放する時点であ
ると同定することを特徴とする電磁弁の駆動制御方法。 - 【請求項4】電磁弁から給排気される気体に基づいてパ
イロット圧力を加減することで、メインバルブから吐出
される吐出圧力を調整する空気圧レギュレータにおい
て、 前記メインバルブからの吐出圧力を検知し、設定圧力と
の偏差に応じたパルス幅を有する方形波パルス電気信号
を前記電磁弁に供給する制御手段を有し、 この制御手段は、前記電磁弁を構成する電磁コイルに流
れる励磁電流の変化を検出することで、前記電磁弁を構
成する可動鉄心の移動を検出し、前記パルス幅を決定す
ることを特徴とする空気圧レギュレータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25151895A JP3634459B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 電磁弁の駆動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP25151895A JP3634459B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 電磁弁の駆動制御方法 |
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JPH0997116A true JPH0997116A (ja) | 1997-04-08 |
JP3634459B2 JP3634459B2 (ja) | 2005-03-30 |
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ID=17224012
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JP25151895A Expired - Lifetime JP3634459B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 電磁弁の駆動制御方法 |
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