JPH10131726A - 電磁駆動バルブ駆動回路 - Google Patents
電磁駆動バルブ駆動回路Info
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- JPH10131726A JPH10131726A JP8301219A JP30121996A JPH10131726A JP H10131726 A JPH10131726 A JP H10131726A JP 8301219 A JP8301219 A JP 8301219A JP 30121996 A JP30121996 A JP 30121996A JP H10131726 A JPH10131726 A JP H10131726A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンジン等のバルブを電磁力で駆動する電磁
駆動バルブ駆動回路を、エネルギー回生効率が良好なも
のとし、電源であるバッテリや発電機の容量を大にしな
くともよいようにすること。 【解決手段】 電磁駆動バルブ駆動回路のスイッチング
部Ｓを、それぞれダイオード（２５〜２８）が逆並列に
接続されたスイッチング素子（２１〜２４）をブリッジ
接続し、その交流端子を駆動コイル７の両端に接続し、
直流端子を電源側（コンデンサ３やバッテリ１）に接続
して構成する。スイッチング制御は、制御回路２０によ
って行う。駆動コイル７に駆動電流が流されると永久磁
石８が移動し、バルブ１０の開閉がなされる。駆動電流
が遮断されて永久磁石８が慣性移動している際、スイッ
チング部Ｓを昇圧型スイッチングレギュレータとして動
作させ、コンデンサ３への回生充電を行う。昇圧して回
生するので、昇圧しない場合に比し回生効率が向上す
る。
駆動バルブ駆動回路を、エネルギー回生効率が良好なも
のとし、電源であるバッテリや発電機の容量を大にしな
くともよいようにすること。 【解決手段】 電磁駆動バルブ駆動回路のスイッチング
部Ｓを、それぞれダイオード（２５〜２８）が逆並列に
接続されたスイッチング素子（２１〜２４）をブリッジ
接続し、その交流端子を駆動コイル７の両端に接続し、
直流端子を電源側（コンデンサ３やバッテリ１）に接続
して構成する。スイッチング制御は、制御回路２０によ
って行う。駆動コイル７に駆動電流が流されると永久磁
石８が移動し、バルブ１０の開閉がなされる。駆動電流
が遮断されて永久磁石８が慣性移動している際、スイッ
チング部Ｓを昇圧型スイッチングレギュレータとして動
作させ、コンデンサ３への回生充電を行う。昇圧して回
生するので、昇圧しない場合に比し回生効率が向上す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気バ
ルブ，吸気バルブ等のバルブを、電磁力で駆動する電磁
駆動バルブ駆動回路に関するものである。
ルブ，吸気バルブ等のバルブを、電磁力で駆動する電磁
駆動バルブ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの排気バルブ，吸気バルブ等の
バルブの中には、電磁力で駆動されるタイプのもの（電
磁駆動バルブ）がある。この種のバルブでは、例えば、
バルブステムに永久磁石を取り付け、この永久磁石に対
して駆動コイルによる電磁力を作用させることにより、
バルブを上昇または下降（あるいは進出または後退）さ
せている。駆動コイルへの付勢電流は、電磁駆動バルブ
駆動回路より供給される。
バルブの中には、電磁力で駆動されるタイプのもの（電
磁駆動バルブ）がある。この種のバルブでは、例えば、
バルブステムに永久磁石を取り付け、この永久磁石に対
して駆動コイルによる電磁力を作用させることにより、
バルブを上昇または下降（あるいは進出または後退）さ
せている。駆動コイルへの付勢電流は、電磁駆動バルブ
駆動回路より供給される。
【０００３】図８は、そのような従来の電磁駆動バルブ
駆動回路を示す図である。図８において、１はバッテ
リ、２はダイオード、３はコンデンサ、４は制御回路、
５はスイッチング素子、６はダイオード、７は駆動コイ
ル、８は永久磁石、９はバルブステム、１０はバルブ、
Ｖは電磁駆動バルブ、Ｓはスイッチング部である。電磁
駆動バルブＶは、バルブ１０とバルブステム９と永久磁
石８を具えており、永久磁石８はバルブステム９に固着
されている。
駆動回路を示す図である。図８において、１はバッテ
リ、２はダイオード、３はコンデンサ、４は制御回路、
５はスイッチング素子、６はダイオード、７は駆動コイ
ル、８は永久磁石、９はバルブステム、１０はバルブ、
Ｖは電磁駆動バルブ、Ｓはスイッチング部である。電磁
駆動バルブＶは、バルブ１０とバルブステム９と永久磁
石８を具えており、永久磁石８はバルブステム９に固着
されている。
【０００４】駆動コイル７は、永久磁石８に対して作用
する電磁力を発生するためのコイルである。バッテリ
１，ダイオード２，スイッチング素子５および駆動コイ
ル７は、この順に直列に接続されている。駆動コイル７
への付勢電流は、バッテリ１よりこの直列回路を経て供
給される（実線の矢印参照）。制御回路４は、スイッチ
ング素子５のオン，オフを制御する回路である。
する電磁力を発生するためのコイルである。バッテリ
１，ダイオード２，スイッチング素子５および駆動コイ
ル７は、この順に直列に接続されている。駆動コイル７
への付勢電流は、バッテリ１よりこの直列回路を経て供
給される（実線の矢印参照）。制御回路４は、スイッチ
ング素子５のオン，オフを制御する回路である。
【０００５】コンデンサ３は、バッテリ１とダイオード
２との直列回路に対して並列に接続される。従って、コ
ンデンサ３は、バッテリ１により充電され、バッテリ電
圧と略等しい電圧（厳密に言えば、バッテリ１の電圧よ
りダイオード２の順電圧降下だけ低い電圧）となってい
る。ダイオード６は、スイッチング素子５の導通方向に
対して逆方向の向きにして、スイッチング素子５に並列
に接続される。スイッチング素子５とダイオード６と
で、スイッチング部Ｓを構成している。コンデンサ３お
よびダイオード６は、駆動コイル７の付勢時以外の時に
駆動コイル７に生ぜしめられたエネルギーを、回収（回
生）するためのものである。
２との直列回路に対して並列に接続される。従って、コ
ンデンサ３は、バッテリ１により充電され、バッテリ電
圧と略等しい電圧（厳密に言えば、バッテリ１の電圧よ
りダイオード２の順電圧降下だけ低い電圧）となってい
る。ダイオード６は、スイッチング素子５の導通方向に
対して逆方向の向きにして、スイッチング素子５に並列
に接続される。スイッチング素子５とダイオード６と
で、スイッチング部Ｓを構成している。コンデンサ３お
よびダイオード６は、駆動コイル７の付勢時以外の時に
駆動コイル７に生ぜしめられたエネルギーを、回収（回
生）するためのものである。
【０００６】次に、動作を説明する。制御回路４からの
制御信号でスイッチング素子５がオンされると、バッテ
リ１より実線矢印のように駆動コイル７に電流が流れ
る。駆動コイル７の巻回方向は、この電流が流れた時、
駆動コイル７内に永久磁石８を吸引する磁極を発生する
ような向きとされている。例えば、永久磁石８の磁極
が、図示する如く上部がＳ極，下部がＮ極である場合、
駆動コイル７の下部にＮ極，上部にＳ極が発生するよう
な巻回方向とされている。永久磁石８が吸引されて上昇
することにより、それと一体に連結されているバルブ１
０も上昇する。
制御信号でスイッチング素子５がオンされると、バッテ
リ１より実線矢印のように駆動コイル７に電流が流れ
る。駆動コイル７の巻回方向は、この電流が流れた時、
駆動コイル７内に永久磁石８を吸引する磁極を発生する
ような向きとされている。例えば、永久磁石８の磁極
が、図示する如く上部がＳ極，下部がＮ極である場合、
駆動コイル７の下部にＮ極，上部にＳ極が発生するよう
な巻回方向とされている。永久磁石８が吸引されて上昇
することにより、それと一体に連結されているバルブ１
０も上昇する。
【０００７】スイッチング素子５がオフされ、上昇した
永久磁石８が重力および図示しない復帰スプリングによ
り下降する際には、駆動コイル７内から永久磁石８が下
降するのを引き留める磁極が生ずるよう、駆動コイル７
に起電力が誘起される。即ち、上昇時とは逆に、駆動コ
イル７の上部にＮ極，下部にＳ極を生ぜしめるような電
流が流れる起電力が誘起される。
永久磁石８が重力および図示しない復帰スプリングによ
り下降する際には、駆動コイル７内から永久磁石８が下
降するのを引き留める磁極が生ずるよう、駆動コイル７
に起電力が誘起される。即ち、上昇時とは逆に、駆動コ
イル７の上部にＮ極，下部にＳ極を生ぜしめるような電
流が流れる起電力が誘起される。
【０００８】その誘導起電力が、コンデンサ３の電圧
（厳密に言えば、コンデンサ３の電圧とダイオード６の
順電圧降下との和の電圧）より大であれば、点線矢印で
示すように、ダイオード６を通りコンデンサ３を充電す
る電流が流れる。この充電によりコンデンサ３に蓄えら
れたエネルギーは、永久磁石８が下降する際に放出する
エネルギーの一部を回収したエネルギーということにな
る。このエネルギーは、次回に駆動コイル７を付勢する
際に利用される。
（厳密に言えば、コンデンサ３の電圧とダイオード６の
順電圧降下との和の電圧）より大であれば、点線矢印で
示すように、ダイオード６を通りコンデンサ３を充電す
る電流が流れる。この充電によりコンデンサ３に蓄えら
れたエネルギーは、永久磁石８が下降する際に放出する
エネルギーの一部を回収したエネルギーということにな
る。このエネルギーは、次回に駆動コイル７を付勢する
際に利用される。
【０００９】なお、電磁駆動バルブないしは電磁駆動バ
ルブ駆動回路に関する従来の文献としては、実開昭59−
52111 号公報，実開昭63−150011号公報，実開昭64−36
510号公報，実開平３−28705 号公報，実開平４−14527
5号公報，特開昭61−43208号公報，特開昭61−58909 号
公報，特開昭61−98914 号公報等がある。
ルブ駆動回路に関する従来の文献としては、実開昭59−
52111 号公報，実開昭63−150011号公報，実開昭64−36
510号公報，実開平３−28705 号公報，実開平４−14527
5号公報，特開昭61−43208号公報，特開昭61−58909 号
公報，特開昭61−98914 号公報等がある。
【００１０】
（問題点）しかしながら、前記した従来の電磁駆動バル
ブ駆動回路には、次のような問題点があった。第１の問
題点は、エネルギーの回生効率が悪いという点である。
第２の問題点は、バルブの上昇位置および下降位置の制
御がきめ細かく行えないという点である。
ブ駆動回路には、次のような問題点があった。第１の問
題点は、エネルギーの回生効率が悪いという点である。
第２の問題点は、バルブの上昇位置および下降位置の制
御がきめ細かく行えないという点である。
【００１１】（問題点の説明）まず第１の問題点につい
て説明する。図８で点線矢印のようにエネルギー回生電
流が流れるのは、駆動コイル７の誘導起電力がコンデン
サ３の電圧（充電当初の電圧はバッテリ電圧に略等しい
電圧）を越えている期間だけであり、また流れる電流の
大きさも、超過している電圧分に応じた電流である。し
かしながら、誘導起電力は、上記のように超過すること
はない場合もあるし、超過したとしても超過している期
間は、通常短い。そのため、コンデンサ３にエネルギー
が回生される効率は、良くなかった。
て説明する。図８で点線矢印のようにエネルギー回生電
流が流れるのは、駆動コイル７の誘導起電力がコンデン
サ３の電圧（充電当初の電圧はバッテリ電圧に略等しい
電圧）を越えている期間だけであり、また流れる電流の
大きさも、超過している電圧分に応じた電流である。し
かしながら、誘導起電力は、上記のように超過すること
はない場合もあるし、超過したとしても超過している期
間は、通常短い。そのため、コンデンサ３にエネルギー
が回生される効率は、良くなかった。
【００１２】回生エネルギーが少ないと、駆動に要する
電力は全てバッテリより供給する必要があるが、その電
力は比較的大きい。例えば、２７Ｖの電圧系の場合、駆
動には４０〜５０Ａ程度の電流が必要とされるから、１
ＫＷ程度の電力を必要とする。この電力の需要をまかな
うためには、バッテリや発電機を容量大のものに変更し
なければならず、コストアップを招く。
電力は全てバッテリより供給する必要があるが、その電
力は比較的大きい。例えば、２７Ｖの電圧系の場合、駆
動には４０〜５０Ａ程度の電流が必要とされるから、１
ＫＷ程度の電力を必要とする。この電力の需要をまかな
うためには、バッテリや発電機を容量大のものに変更し
なければならず、コストアップを招く。
【００１３】次に第２の問題点について説明する。スイ
ッチング素子５をオンする場合、単に所定期間だけオン
するという制御が行われていたので、永久磁石８が上昇
される位置（従ってバルブ１０が上昇される位置）は、
常に所定位置であり、この位置を少し上あるいは少し下
というように、適宜制御するということは出来なかっ
た。本発明は、以上のような問題点を解決するため、エ
ネルギーの回生効率を向上させると共に、駆動位置を制
御できるようにすることを課題とするものである。
ッチング素子５をオンする場合、単に所定期間だけオン
するという制御が行われていたので、永久磁石８が上昇
される位置（従ってバルブ１０が上昇される位置）は、
常に所定位置であり、この位置を少し上あるいは少し下
というように、適宜制御するということは出来なかっ
た。本発明は、以上のような問題点を解決するため、エ
ネルギーの回生効率を向上させると共に、駆動位置を制
御できるようにすることを課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、バルブステムに固着された永久磁石に
作用してバルブを駆動する駆動コイルと、直流電源と、
該直流電源と順方向に接続された第１のダイオードを介
して接続され、前記駆動コイルへの電流をオンオフ制御
するスイッチング部と、該スイッチング部のスイッチン
グ素子を制御する制御回路と、前記直流電源と順方向の
ダイオードの直列接続体に対して並列接続されたコンデ
ンサとを具えた電磁駆動バルブ駆動回路において、前記
スイッチング部の構成を、それぞれダイオードが逆並列
に接続された第１，第２，第３，第４のスイッチング素
子をブリッジ接続し、該ブリッジ接続の交流端子は前記
駆動コイルに接続し、直流端子は前記コンデンサに接続
して、前記駆動コイルへいずれの方向からも電流を流し
得る構成とすると共に、前記駆動コイルへの駆動電流を
遮断した後における前記永久磁石の慣性移動により前記
駆動コイルに誘起される起電力と、前記駆動コイルの漏
れインダクタンスとを利用し、前記スイッチング部を昇
圧型スイッチングレギュレータとなるよう制御して昇圧
電圧を発生させ、前記コンデンサへ回生充電することと
した。
め、本発明では、バルブステムに固着された永久磁石に
作用してバルブを駆動する駆動コイルと、直流電源と、
該直流電源と順方向に接続された第１のダイオードを介
して接続され、前記駆動コイルへの電流をオンオフ制御
するスイッチング部と、該スイッチング部のスイッチン
グ素子を制御する制御回路と、前記直流電源と順方向の
ダイオードの直列接続体に対して並列接続されたコンデ
ンサとを具えた電磁駆動バルブ駆動回路において、前記
スイッチング部の構成を、それぞれダイオードが逆並列
に接続された第１，第２，第３，第４のスイッチング素
子をブリッジ接続し、該ブリッジ接続の交流端子は前記
駆動コイルに接続し、直流端子は前記コンデンサに接続
して、前記駆動コイルへいずれの方向からも電流を流し
得る構成とすると共に、前記駆動コイルへの駆動電流を
遮断した後における前記永久磁石の慣性移動により前記
駆動コイルに誘起される起電力と、前記駆動コイルの漏
れインダクタンスとを利用し、前記スイッチング部を昇
圧型スイッチングレギュレータとなるよう制御して昇圧
電圧を発生させ、前記コンデンサへ回生充電することと
した。
【００１５】また、駆動コイルへの駆動電流を制御する
ことにより、バルブの移動位置を制御するようにしても
よい。
ことにより、バルブの移動位置を制御するようにしても
よい。
【００１６】（解決する動作の概要）バルブに固着され
た永久磁石が慣性移動している際に、電磁駆動バルブ駆
動回路のスイッチング部を、昇圧型スイッチングレギュ
レータとして動作するよう制御する。すると、その昇圧
電圧は、ダイオードを介してバッテリと並列接続されて
いるコンデンサの電圧より大となる期間が長くなり、該
昇圧電圧による充電が長く行われる。これにより、昇圧
をしていなかった従来例に比し、エネルギー回生効率が
向上する。また、駆動コイルに駆動電流を流す際、スイ
ッチング部のスイッチング素子をオンオフ制御すること
により、移動位置を制御することが可能となる。
た永久磁石が慣性移動している際に、電磁駆動バルブ駆
動回路のスイッチング部を、昇圧型スイッチングレギュ
レータとして動作するよう制御する。すると、その昇圧
電圧は、ダイオードを介してバッテリと並列接続されて
いるコンデンサの電圧より大となる期間が長くなり、該
昇圧電圧による充電が長く行われる。これにより、昇圧
をしていなかった従来例に比し、エネルギー回生効率が
向上する。また、駆動コイルに駆動電流を流す際、スイ
ッチング部のスイッチング素子をオンオフ制御すること
により、移動位置を制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかわる電
磁駆動バルブ駆動回路を示す図である。符号は図８のも
のに対応し、２０は制御回路、２１，２２，２３，２４
はスイッチング素子、２５，２６，２７，２８はダイオ
ード、２９はリフト位置センサである。
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかわる電
磁駆動バルブ駆動回路を示す図である。符号は図８のも
のに対応し、２０は制御回路、２１，２２，２３，２４
はスイッチング素子、２５，２６，２７，２８はダイオ
ード、２９はリフト位置センサである。
【００１８】スイッチング素子２１，２２，２３，２４
はブリッジ接続とされ、その交流端子は駆動コイル７の
両端に接続され、直流端子はコンデンサ３の両端に接続
される。なお、スイッチング素子２１，２２，２３，２
４には、それぞれダイオード２５，２６，２７，２８が
逆並列に接続される。
はブリッジ接続とされ、その交流端子は駆動コイル７の
両端に接続され、直流端子はコンデンサ３の両端に接続
される。なお、スイッチング素子２１，２２，２３，２
４には、それぞれダイオード２５，２６，２７，２８が
逆並列に接続される。
【００１９】具体的に言えば、スイッチング素子２１，
２２は、その導通方向をバッテリ１からの電流を流す方
向として、スイッチング素子２１→駆動コイル７→スイ
ッチング素子２２の順に直列接続し、その直列接続体が
回生用のコンデンサ３に対して並列に接続される。そし
て、スイッチング素子２１，２２に対しては、それぞれ
ダイオード２５，２６が逆並列に接続される。
２２は、その導通方向をバッテリ１からの電流を流す方
向として、スイッチング素子２１→駆動コイル７→スイ
ッチング素子２２の順に直列接続し、その直列接続体が
回生用のコンデンサ３に対して並列に接続される。そし
て、スイッチング素子２１，２２に対しては、それぞれ
ダイオード２５，２６が逆並列に接続される。
【００２０】スイッチング素子２３は、その導通方向
が、スイッチング素子２１とコンデンサ３との接続点か
ら、駆動コイル７とスイッチング素子２２との接続点に
向かう方向となるよう、両接続点間に接続される。ま
た、スイッチング素子２４は、その導通方向が、スイッ
チング素子２１と駆動コイル７との接続点から、コンデ
ンサ３とスイッチング素子２２との接続点に向かう方向
となるよう、両接続点間に接続される。そして、スイッ
チング素子２３，２４に対しては、それぞれダイオード
２７，２８が逆並列に接続される。
が、スイッチング素子２１とコンデンサ３との接続点か
ら、駆動コイル７とスイッチング素子２２との接続点に
向かう方向となるよう、両接続点間に接続される。ま
た、スイッチング素子２４は、その導通方向が、スイッ
チング素子２１と駆動コイル７との接続点から、コンデ
ンサ３とスイッチング素子２２との接続点に向かう方向
となるよう、両接続点間に接続される。そして、スイッ
チング素子２３，２４に対しては、それぞれダイオード
２７，２８が逆並列に接続される。
【００２１】制御回路２０は、スイッチング素子２１〜
２４への制御信号を生成する回路であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは、制御信号の対応関係を示すために付した符号であ
る。リフト位置センサ２９は、電磁駆動バルブＶの移動
位置を検出するためのセンサであり、その検出信号は制
御回路２０へ入力され、バルブ１０の上昇位置制御，下
降位置制御をするために利用される。例えば、制御回路
２０に予め設定しておいた設定位置と比較し、その所定
位置まで上昇（あるいは下降）するような制御信号を生
成するのに利用される。
２４への制御信号を生成する回路であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは、制御信号の対応関係を示すために付した符号であ
る。リフト位置センサ２９は、電磁駆動バルブＶの移動
位置を検出するためのセンサであり、その検出信号は制
御回路２０へ入力され、バルブ１０の上昇位置制御，下
降位置制御をするために利用される。例えば、制御回路
２０に予め設定しておいた設定位置と比較し、その所定
位置まで上昇（あるいは下降）するような制御信号を生
成するのに利用される。
【００２２】次に、動作を説明する。図７は、バルブの
位置とスイッチング素子のスイッチング状況との関係を
示す図である。図７（ａ）は、バルブの位置の変化を示
しており、時間ｔ1 からｔ5までの間に、バルブが下降
位置→上昇位置→下降位置へと変化したとしている。電
磁駆動バルブは、次の４種類の動作過程を経て動作する
ので、各過程毎に説明する。
位置とスイッチング素子のスイッチング状況との関係を
示す図である。図７（ａ）は、バルブの位置の変化を示
しており、時間ｔ1 からｔ5までの間に、バルブが下降
位置→上昇位置→下降位置へと変化したとしている。電
磁駆動バルブは、次の４種類の動作過程を経て動作する
ので、各過程毎に説明する。
【００２３】上昇駆動過程（図７のＴ1 の期間）…バ
ルブを上昇させる電磁力を発生する電流を、駆動コイル
７に流している過程 慣性上昇過程（図７のＴ2 の期間）…駆動コイル７へ
の電流はオフされているが、上昇駆動の慣性により、バ
ルブは上昇している過程 下降駆動過程（図７のＴ3 の期間）…バルブを下降さ
せる電磁力を発生する電流を、駆動コイル７に流してい
る過程 慣性下降過程（図７のＴ4 の期間）…駆動コイル７へ
の電流はオフされているが、下降駆動の慣性により、バ
ルブは下降している過程
ルブを上昇させる電磁力を発生する電流を、駆動コイル
７に流している過程 慣性上昇過程（図７のＴ2 の期間）…駆動コイル７へ
の電流はオフされているが、上昇駆動の慣性により、バ
ルブは上昇している過程 下降駆動過程（図７のＴ3 の期間）…バルブを下降さ
せる電磁力を発生する電流を、駆動コイル７に流してい
る過程 慣性下降過程（図７のＴ4 の期間）…駆動コイル７へ
の電流はオフされているが、下降駆動の慣性により、バ
ルブは下降している過程
【００２４】（１）上昇駆動過程（図７のＴ1 の期間） 図３は、上昇駆動時の回路状態を示す図である。符号
は、図１のものに対応している。この時には、 スイッチング素子２１，２２がオン スイッチング素子２３，２４がオフ とされる。
は、図１のものに対応している。この時には、 スイッチング素子２１，２２がオン スイッチング素子２３，２４がオフ とされる。
【００２５】バッテリ１またはコンデンサ３より、点線
矢印のように、バッテリ１→ダイオード２→スイッチン
グ素子２１→駆動コイル７→スイッチング素子２２→バ
ッテリ１へと電流が流れる。この電流をＩ1 とする。も
し、コンデンサ３がバッテリ１の電圧より高い電圧に充
電されている場合は、コンデンサ３が点線矢印の経路で
放電する。バッテリ電圧より低下すると、バッテリ１か
ら電流が流れ始める。駆動コイル７にこの電流Ｉ1 が流
れると、永久磁石８を吸引して上昇させる磁極（例、下
部にＮ極，上部にＳ極）を生ずる。そのため、永久磁石
８（従って、それと一体に連結されているバルブ１０）
は、上昇駆動される。
矢印のように、バッテリ１→ダイオード２→スイッチン
グ素子２１→駆動コイル７→スイッチング素子２２→バ
ッテリ１へと電流が流れる。この電流をＩ1 とする。も
し、コンデンサ３がバッテリ１の電圧より高い電圧に充
電されている場合は、コンデンサ３が点線矢印の経路で
放電する。バッテリ電圧より低下すると、バッテリ１か
ら電流が流れ始める。駆動コイル７にこの電流Ｉ1 が流
れると、永久磁石８を吸引して上昇させる磁極（例、下
部にＮ極，上部にＳ極）を生ずる。そのため、永久磁石
８（従って、それと一体に連結されているバルブ１０）
は、上昇駆動される。
【００２６】電流Ｉ1 の大きさは、スイッチング素子２
１または２２をオンオフ制御することにより、制御する
ことが出来る。図７では、図７（ｂ），（ｃ）の期間Ｔ
1 の波形を見れば分かるように、ここではスイッチング
素子２１の方をオンオフ制御している場合を示している
（スイッチング素子２２の方は、オンのままにしてい
る）。電流Ｉ1 の大きさを変えれば吸引力も変わるか
ら、上昇駆動力も変化し、到達する上昇位置も変化させ
ることが出来る。従って、必要に応じて上昇位置の制御
をすることが可能となる。
１または２２をオンオフ制御することにより、制御する
ことが出来る。図７では、図７（ｂ），（ｃ）の期間Ｔ
1 の波形を見れば分かるように、ここではスイッチング
素子２１の方をオンオフ制御している場合を示している
（スイッチング素子２２の方は、オンのままにしてい
る）。電流Ｉ1 の大きさを変えれば吸引力も変わるか
ら、上昇駆動力も変化し、到達する上昇位置も変化させ
ることが出来る。従って、必要に応じて上昇位置の制御
をすることが可能となる。
【００２７】（２）慣性上昇過程（図７のＴ2 の期間） 図４は、慣性上昇時の回路状態を示す図である。符号
は、図１のものに対応している。この時には、点線矢印
の電流Ｉ2 を流す過程（以下「慣性上昇第１過程」と言
う）と、点線矢印の電流Ｉ3 を流す過程（以下「慣性上
昇第２過程」と言う）とを交互に繰り返すよう、スイッ
チング制御する。
は、図１のものに対応している。この時には、点線矢印
の電流Ｉ2 を流す過程（以下「慣性上昇第１過程」と言
う）と、点線矢印の電流Ｉ3 を流す過程（以下「慣性上
昇第２過程」と言う）とを交互に繰り返すよう、スイッ
チング制御する。
【００２８】即ち、まず電流Ｉ2 を流すため（慣性上昇
第１過程）、 スイッチング素子２１，２３はオフ スイッチング素子２２はオンのままでもよいし、オフと
してもよい スイッチング素子２４はオン とする。次に、電流Ｉ3 を流すため（慣性上昇第２過
程）、 全てのスイッチング素子をオフ とする。これらの過程を、例えば、数十ＫＨｚ程度の周
波数で繰り返す。
第１過程）、 スイッチング素子２１，２３はオフ スイッチング素子２２はオンのままでもよいし、オフと
してもよい スイッチング素子２４はオン とする。次に、電流Ｉ3 を流すため（慣性上昇第２過
程）、 全てのスイッチング素子をオフ とする。これらの過程を、例えば、数十ＫＨｚ程度の周
波数で繰り返す。
【００２９】（慣性上昇第１過程）上昇駆動のための電
流がオフされた後の駆動コイル７内を、永久磁石８が慣
性により上昇移動すると、その移動により駆動コイル７
に起電力が誘起される。その起電力の極性は、永久磁石
８の移動を妨げる磁極を生ぜしめる電流を流そうとする
極性である。スイッチング素子２４をオンすると、前記
起電力により、駆動コイル７→スイッチング素子２４→
ダイオード２６→駆動コイル７という経路で、電流Ｉ2
が流れる。駆動コイル７は漏れインダクタンスを有して
いるので、電流Ｉ2 が流れると、その漏れインダクタン
スにエネルギーが蓄積される。
流がオフされた後の駆動コイル７内を、永久磁石８が慣
性により上昇移動すると、その移動により駆動コイル７
に起電力が誘起される。その起電力の極性は、永久磁石
８の移動を妨げる磁極を生ぜしめる電流を流そうとする
極性である。スイッチング素子２４をオンすると、前記
起電力により、駆動コイル７→スイッチング素子２４→
ダイオード２６→駆動コイル７という経路で、電流Ｉ2
が流れる。駆動コイル７は漏れインダクタンスを有して
いるので、電流Ｉ2 が流れると、その漏れインダクタン
スにエネルギーが蓄積される。
【００３０】（慣性上昇第２過程）その後、スイッチン
グ素子２４をオフすると、起電力に該蓄積エネルギーが
重畳されて昇圧電圧が発生する。この電圧がコンデンサ
３の電圧より大となっている期間だけ、駆動コイル７→
ダイオード２５→コンデンサ３→駆動コイル７という経
路で、電流Ｉ3 が流れる。
グ素子２４をオフすると、起電力に該蓄積エネルギーが
重畳されて昇圧電圧が発生する。この電圧がコンデンサ
３の電圧より大となっている期間だけ、駆動コイル７→
ダイオード２５→コンデンサ３→駆動コイル７という経
路で、電流Ｉ3 が流れる。
【００３１】昇圧電圧となっているので、コンデンサ３
の電圧より大となっている期間は、昇圧などされていな
い図８の従来例の場合に比べて長いものとなる。電流Ｉ
3 によりコンデンサ３に蓄積されるエネルギーが回生エ
ネルギーであるから、回生エネルギーは従来例より多く
なる。即ち、回生効率を向上させることが出来る。図７
（ｅ）で、Ｔ2 の期間にスイッチング素子２４のオン，
オフが何回か繰り返されているのは、前記した昇圧，回
生の動作を何回か繰り返していることを示している。
の電圧より大となっている期間は、昇圧などされていな
い図８の従来例の場合に比べて長いものとなる。電流Ｉ
3 によりコンデンサ３に蓄積されるエネルギーが回生エ
ネルギーであるから、回生エネルギーは従来例より多く
なる。即ち、回生効率を向上させることが出来る。図７
（ｅ）で、Ｔ2 の期間にスイッチング素子２４のオン，
オフが何回か繰り返されているのは、前記した昇圧，回
生の動作を何回か繰り返していることを示している。
【００３２】図２は、昇圧動作を更に詳しく説明する図
である。符号は図１のものに対応しており、７Ａは駆動
コイル７に誘起される起電力、７Ｂは駆動コイル７の漏
れインダクタンス、２４Ａはスイッチング素子２４を簡
略に表したものである。この図は、図４の電流Ｉ2 ，Ｉ
3 に関連した部分を抽出して簡略に描いたものである
が、回路構成から直ちに分かるように、この回路は、昇
圧型スイッチングレギュレータの回路となっている。
である。符号は図１のものに対応しており、７Ａは駆動
コイル７に誘起される起電力、７Ｂは駆動コイル７の漏
れインダクタンス、２４Ａはスイッチング素子２４を簡
略に表したものである。この図は、図４の電流Ｉ2 ，Ｉ
3 に関連した部分を抽出して簡略に描いたものである
が、回路構成から直ちに分かるように、この回路は、昇
圧型スイッチングレギュレータの回路となっている。
【００３３】スイッチング素子２４Ａをオンして電流Ｉ
2 を流すと、漏れインダクタンス７Ｂにエネルギーが蓄
積される。スイッチング素子２４Ａをオフすると、起電
力７Ａと蓄積エネルギーとの重畳により電圧が昇圧さ
れ、コンデンサ３の電圧より大の期間だけ電流Ｉ3 が流
れ、コンデンサ３にエネルギーが回生される。なお、ス
イッチング素子２４Ａのオンとオフとの期間の割合を変
えることにより、コンデンサ３への出力電圧を制御出来
る。
2 を流すと、漏れインダクタンス７Ｂにエネルギーが蓄
積される。スイッチング素子２４Ａをオフすると、起電
力７Ａと蓄積エネルギーとの重畳により電圧が昇圧さ
れ、コンデンサ３の電圧より大の期間だけ電流Ｉ3 が流
れ、コンデンサ３にエネルギーが回生される。なお、ス
イッチング素子２４Ａのオンとオフとの期間の割合を変
えることにより、コンデンサ３への出力電圧を制御出来
る。
【００３４】（３）下降駆動過程（図７のＴ3 の期間） 図５は、下降駆動時の回路状態を示す図である。符号
は、図１のものに対応している。この時には、 スイッチング素子２１，２２がオフ スイッチング素子２３，２４がオン とされる。つまり、図３の場合とは逆のスイッチング状
況にする。
は、図１のものに対応している。この時には、 スイッチング素子２１，２２がオフ スイッチング素子２３，２４がオン とされる。つまり、図３の場合とは逆のスイッチング状
況にする。
【００３５】バッテリ１またはコンデンサ３より、点線
矢印のように、バッテリ１（コンデンサ３）→スイッチ
ング素子２３→駆動コイル７→スイッチング素子２４→
バッテリ１（コンデンサ３）へと電流が流れる。この電
流をＩ4 とする。電流Ｉ4 の向きは上昇駆動過程の時の
電流Ｉ1 とは逆向きであるから、駆動コイル７に電流Ｉ
4 が流れると、駆動コイル７内に上昇して来ていた永久
磁石８に対して、下降させる電磁力が発生する。即ち、
下降駆動される。
矢印のように、バッテリ１（コンデンサ３）→スイッチ
ング素子２３→駆動コイル７→スイッチング素子２４→
バッテリ１（コンデンサ３）へと電流が流れる。この電
流をＩ4 とする。電流Ｉ4 の向きは上昇駆動過程の時の
電流Ｉ1 とは逆向きであるから、駆動コイル７に電流Ｉ
4 が流れると、駆動コイル７内に上昇して来ていた永久
磁石８に対して、下降させる電磁力が発生する。即ち、
下降駆動される。
【００３６】電流Ｉ4 の大きさは、スイッチング素子２
３または２４をオンオフ制御することにより、制御する
ことが出来る。図７では、図７（ｄ），（ｅ）の期間Ｔ
3 の波形を見れば分かるように、スイッチング素子２３
の方をオンオフ制御している場合を示している（スイッ
チング素子２４の方は、オンのままにしている）。電流
Ｉ4 の大きさを変えれば下降駆動力も変化し、到達する
下降位置も変化させることが出来る。従って、必要に応
じて下降位置の制御をすることが可能となる。
３または２４をオンオフ制御することにより、制御する
ことが出来る。図７では、図７（ｄ），（ｅ）の期間Ｔ
3 の波形を見れば分かるように、スイッチング素子２３
の方をオンオフ制御している場合を示している（スイッ
チング素子２４の方は、オンのままにしている）。電流
Ｉ4 の大きさを変えれば下降駆動力も変化し、到達する
下降位置も変化させることが出来る。従って、必要に応
じて下降位置の制御をすることが可能となる。
【００３７】（４）慣性下降過程（図７のＴ4 の期間） 図６は、慣性下降時の回路状態を示す図である。符号
は、図１のものに対応している。この時には、点線矢印
の電流Ｉ5 を流す過程（以下「慣性下降第１過程」と言
う）と、点線矢印の電流Ｉ6 を流す過程（以下「慣性下
降第２過程」と言う）とを交互に繰り返すよう、スイッ
チング制御する。
は、図１のものに対応している。この時には、点線矢印
の電流Ｉ5 を流す過程（以下「慣性下降第１過程」と言
う）と、点線矢印の電流Ｉ6 を流す過程（以下「慣性下
降第２過程」と言う）とを交互に繰り返すよう、スイッ
チング制御する。
【００３８】即ち、まず電流Ｉ5 を流すため（慣性下降
第１過程）、 スイッチング素子２１，２３，２４はオフ スイッチング素子２２はオン とする。次に、電流Ｉ6 を流すため（慣性下降第２過
程）、 全てのスイッチング素子をオフ とする。これらの過程を、例えば、数十ＫＨｚ程度の周
波数で繰り返す。
第１過程）、 スイッチング素子２１，２３，２４はオフ スイッチング素子２２はオン とする。次に、電流Ｉ6 を流すため（慣性下降第２過
程）、 全てのスイッチング素子をオフ とする。これらの過程を、例えば、数十ＫＨｚ程度の周
波数で繰り返す。
【００３９】（慣性下降第１過程）下降駆動のための電
流がオフされた後の駆動コイル７内を、永久磁石８が慣
性により下降移動すると、その移動により駆動コイル７
に起電力が誘起される。その起電力の極性は、永久磁石
８の移動を妨げる磁極を生ぜしめる電流を流そうとする
極性である。スイッチング素子２２をオンすると、前記
起電力により、駆動コイル７→スイッチング素子２２→
ダイオード２８→駆動コイル７という経路で電流Ｉ5 が
流れる。駆動コイル７は漏れインダクタンスを有してい
るので、電流Ｉ5 が流れると、その漏れインダクタンス
にエネルギーが蓄積される。
流がオフされた後の駆動コイル７内を、永久磁石８が慣
性により下降移動すると、その移動により駆動コイル７
に起電力が誘起される。その起電力の極性は、永久磁石
８の移動を妨げる磁極を生ぜしめる電流を流そうとする
極性である。スイッチング素子２２をオンすると、前記
起電力により、駆動コイル７→スイッチング素子２２→
ダイオード２８→駆動コイル７という経路で電流Ｉ5 が
流れる。駆動コイル７は漏れインダクタンスを有してい
るので、電流Ｉ5 が流れると、その漏れインダクタンス
にエネルギーが蓄積される。
【００４０】（慣性下降第２過程）その後、スイッチン
グ素子２２をオフすると、起電力に該蓄積エネルギーが
重畳されて昇圧電圧が発生する。この電圧がコンデンサ
３の電圧より大となっている期間だけ、駆動コイル７→
ダイオード２７→コンデンサ３→駆動コイル７という経
路で、電流Ｉ6 が流れる。
グ素子２２をオフすると、起電力に該蓄積エネルギーが
重畳されて昇圧電圧が発生する。この電圧がコンデンサ
３の電圧より大となっている期間だけ、駆動コイル７→
ダイオード２７→コンデンサ３→駆動コイル７という経
路で、電流Ｉ6 が流れる。
【００４１】昇圧電圧となっているので、コンデンサ３
の電圧より大となっている期間は、昇圧などされていな
い図８の従来例の場合に比べて長いものとなる。電流Ｉ
6 によりコンデンサ３に蓄積されるエネルギーが回生エ
ネルギーであるから、回生エネルギーは従来例より多く
なる。即ち、回生効率を向上させることが出来る。図７
（ｃ）で、Ｔ4 の期間にスイッチング素子２２のオン，
オフが何回か繰り返されているのは、前記した昇圧，回
生の動作を何回か繰り返していることを示している。
の電圧より大となっている期間は、昇圧などされていな
い図８の従来例の場合に比べて長いものとなる。電流Ｉ
6 によりコンデンサ３に蓄積されるエネルギーが回生エ
ネルギーであるから、回生エネルギーは従来例より多く
なる。即ち、回生効率を向上させることが出来る。図７
（ｃ）で、Ｔ4 の期間にスイッチング素子２２のオン，
オフが何回か繰り返されているのは、前記した昇圧，回
生の動作を何回か繰り返していることを示している。
【００４２】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の電磁駆動バル
ブ駆動回路によれば、次のような効果を奏する。 （請求項１の効果）バルブに固着された永久磁石が慣性
移動している際に、電磁駆動バルブ駆動回路のスイッチ
ング部を、昇圧型スイッチングレギュレータとして動作
するよう制御することが出来るので、駆動コイルに誘起
される起電力は昇圧され、昇圧などされなかった従来例
に比し、エネルギー回生効率が向上する。
ブ駆動回路によれば、次のような効果を奏する。 （請求項１の効果）バルブに固着された永久磁石が慣性
移動している際に、電磁駆動バルブ駆動回路のスイッチ
ング部を、昇圧型スイッチングレギュレータとして動作
するよう制御することが出来るので、駆動コイルに誘起
される起電力は昇圧され、昇圧などされなかった従来例
に比し、エネルギー回生効率が向上する。
【００４３】そのため、実質的に必要とされる電力は少
なくて済み、バッテリや発電機の容量を、それほど大に
する必要がなくなる（因みに、前記した２７Ｖの電圧系
の例では、従来は１ＫＷ程度の電力を必要としていた
が、本発明によれば、０．２〜０．３ＫＷ程度で済
む）。
なくて済み、バッテリや発電機の容量を、それほど大に
する必要がなくなる（因みに、前記した２７Ｖの電圧系
の例では、従来は１ＫＷ程度の電力を必要としていた
が、本発明によれば、０．２〜０．３ＫＷ程度で済
む）。
【００４４】（請求項２の効果）請求項１の効果の他、
駆動コイルに駆動電流を流す際、スイッチング部のスイ
ッチング素子をオンオフ制御することにより、移動位置
を適宜制御することが出来る。
駆動コイルに駆動電流を流す際、スイッチング部のスイ
ッチング素子をオンオフ制御することにより、移動位置
を適宜制御することが出来る。
【図１】 本発明にかかわる電磁駆動バルブ駆動回路を
示す図
示す図
【図２】 昇圧動作を説明する図
【図３】 上昇駆動時の回路状態を示す図
【図４】 上昇駆動後のエネルギー回生時における回路
状態を示す図
状態を示す図
【図５】 下降駆動時の回路状態を示す図
【図６】 下降駆動後のエネルギー回生時における回路
状態を示す図
状態を示す図
【図７】 バルブの位置とスイッチング素子のスイッチ
ング状況との関係を示す図
ング状況との関係を示す図
【図８】 従来の電磁駆動バルブ駆動回路を示す図
１…バッテリ、２…ダイオード、３…コンデンサ、４…
制御回路、５…スイッチング素子、６…ダイオード、７
…駆動コイル、７Ａ…起電力、７Ｂ…漏れインダクタン
ス、８…永久磁石、９…バルブステム、１０…バルブ、
２０…制御回路、２１，２２，２３，２４，２４Ａ…ス
イッチング素子、２５，２６，２７，２８…ダイオー
ド、２９…リフト位置センサ、Ｓ…スイッチング部、Ｖ
…電磁駆動バルブ
制御回路、５…スイッチング素子、６…ダイオード、７
…駆動コイル、７Ａ…起電力、７Ｂ…漏れインダクタン
ス、８…永久磁石、９…バルブステム、１０…バルブ、
２０…制御回路、２１，２２，２３，２４，２４Ａ…ス
イッチング素子、２５，２６，２７，２８…ダイオー
ド、２９…リフト位置センサ、Ｓ…スイッチング部、Ｖ
…電磁駆動バルブ
Claims (2)
- 【請求項１】 バルブステムに固着された永久磁石に作
用してバルブを駆動する駆動コイルと、直流電源と、該
直流電源と順方向に接続された第１のダイオードを介し
て接続され、前記駆動コイルへの電流をオンオフ制御す
るスイッチング部と、該スイッチング部のスイッチング
素子を制御する制御回路と、前記直流電源と順方向のダ
イオードの直列接続体に対して並列接続されたコンデン
サとを具えた電磁駆動バルブ駆動回路において、前記ス
イッチング部の構成を、それぞれダイオードが逆並列に
接続された第１，第２，第３，第４のスイッチング素子
をブリッジ接続し、該ブリッジ接続の交流端子は前記駆
動コイルに接続し、直流端子は前記コンデンサに接続し
て、前記駆動コイルへいずれの方向からも電流を流し得
る構成とすると共に、前記駆動コイルへの駆動電流を遮
断した後における前記永久磁石の慣性移動により前記駆
動コイルに誘起される起電力と、前記駆動コイルの漏れ
インダクタンスとを利用し、前記スイッチング部を昇圧
型スイッチングレギュレータとなるよう制御して昇圧電
圧を発生させ、前記コンデンサへ回生充電することを特
徴とする電磁駆動バルブ駆動回路。 - 【請求項２】 駆動コイルへの駆動電流を制御すること
により、バルブの移動位置を制御することを特徴とする
請求項１記載の電磁駆動バルブ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8301219A JPH10131726A (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 電磁駆動バルブ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8301219A JPH10131726A (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 電磁駆動バルブ駆動回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10131726A true JPH10131726A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17894224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8301219A Pending JPH10131726A (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 電磁駆動バルブ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10131726A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7295417B2 (en) | 2004-05-04 | 2007-11-13 | Ford Global Technologies, Llc | Electromagnetic valve actuation with series connected electromagnet coils |
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-
1996
- 1996-10-25 JP JP8301219A patent/JPH10131726A/ja active Pending
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