KR100686448B1

KR100686448B1 - 전자기 조작장치

Info

Publication number: KR100686448B1
Application number: KR1020037006457A
Authority: KR
Inventors: 나가노다쿠; 오바고이치; 신구야스유키; 히라노겐이치
Original assignee: 유켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2007-02-23
Also published as: EP1343180A1; CN1235239C; EP1343180B1; CN1479929A; EP1343180A4; KR20030091939A; WO2002041333A1

Abstract

여자(勵磁)개시초기의 한정된 단기간만 비교적 큰 전류를 필요로 하는 솔레노이드형 전자기 조작장치로서, 구동회로 및 전원의 전력부담을 과중하게 하지 않고, 여자개시(開始)시의 고속화 및 응답성의 개선을 달성할 수 있고, 전력 절약에도 대응 가능한 분할코일구성의 전자기 조작장치가 제공된다. 스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키는 상기 전자기 조작장치는, 서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일로 된 솔레노이드 코일과, 각 분할코일에서 발생하는 자속(磁束)이 공통으로 흐르는 자로(磁路)루프(magnetic path loop)를 형성하도록 솔레노이드 코일에 결합된 고정철심, 가동철심 및 요크(yoke)로 된 철심구조체와, 각각의 분할코일에 대하여 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자제어기와, 어느 한개 이상의 분할코일이 여자된 때에 고정철심에 자기 흡인(磁氣吸引)되는 가동철심의 변위에 의거하여 기계적 출력을 밸브 본체에 전달하는 전달기구를 구비한다.

단어

Description

전자기 조작장치{ELECTROMAGNETIC OPERATING DEVICE}

본 발명은 전자기(電磁氣) 조작장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 솔레노이드 코일에 의한 전자석 장치로 구성된 전기ㆍ기계 변환기로서 전자기 밸브나 비례 전자기 제어밸브의 밸브 본체를 스프링 힘에 대항하여 기계적 출력으로 구동ㆍ조작하기 위한 것으로서, 특히 전력 절약 혹은 고속 동작 또는 응답성의 개선에 바람직한 전자기 조작장치에 관한 것이다.

전환밸브나 비례밸브를 비롯한 각종 전자기 조작밸브에서의 전자기 조작장치로서, 스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키기 위한 전기ㆍ기계 변환기로서 각종 형태의 것이 알려져 있다. 이들 중 전자기 조작밸브에는 솔레노이드 코일을 이용한 전자석 장치, 일반적으로는 솔레노이드 장치라고 불리는 전자기 플런저(plunger) 장치가 널리 이용되고 있고, 그 전력의 절약 및 소형 경량화에 대한 연구가 종래부터 여러 가지로 제안되어 있다.

이러한 종류의 솔레노이드 장치로는, 주로 고정철심과 가동철심 및 요크(yoke)로 이루어지는 철심 구조체에 솔레노이드 코일이 장비(裝備)되어 있고, 여자(勵磁)된 솔레노이드 코일에서 발생하는 자속(磁束)이 철심 구조체로 형성되는 자로(磁路) 중을 흐름으로써, 고정철심에 대하여 자로 중에서 공극(空隙)을 형성하고 있는 가동철심이 고정철심에 자기 흡인(磁氣吸引)되어, 이때의 가동철심의 변위에 따른 기계적 출력을, 예를 들어 푸시로드(push rod)나 코일스프링을 통해서 밸브 본체에 전달하게 되어 있다.

종래부터, 이러한 솔레노이드 장치에 의한 전자기 조작밸브의 동작을 고속화하여 응답성을 개선하기 위한 각종 실험 및 연구를 하고 있지만, 그 대부분은 전기적 시정수(時定數)(λ=L/R)가 작은 코일 규격의 선정이나, 비교적 높은 전원ㆍ전압에서의 구동에 대응시키기 위한 코일의 설계에 관련되어 있고, 이러한 관점에서 보았을 경우 현재의 솔레노이드 장치의 구조는 어떤 의미로서 성숙의 영역에 있다고 해도 과언이 아니다.

전환밸브 등의 단순한 온ㆍ오프 동작 또는 비례밸브와 같이 비례여자 동작을 실행하는 각종의 전자기 조작밸브에서, 응답성의 향상을 목적으로 솔레노이드 장치의 코일 시정수를 작게 하기 위해서는 코일 감긴 수(卷數)를 적게 함으로써 실현할 수 있지만, 이 코일이 원래의 코일과 같은 자기 흡인력을 발생하기 위해서는 암페어 턴(ampere-turn: AT) 일정(一定)의 원칙에 따라서 여자전류를 증가시켜야 한다. 예를 들어, 코일 감긴 수 1000턴(turn)의 솔레노이드 코일을 상정(想定)했을 경우, 이것을 균등하게 1/2의 코일 감긴 수 500턴의 2개의 분할코일로 구성하고, 이 분할코일을 병렬 접속하여 동작시키면 응답성이 개선되지만, 원래의 코일 감긴 수 1000턴의 솔레노이드 코일의 경우와 같은 흡인력을 얻기 위해서는 병렬 합성코일에 공급하는 전원전류가 2배로 필요하게 되고, 솔레노이드 장치의 구동회로 및 전원이 떠맡아야 할 전력부담이 증가할 뿐만 아니라, 배선이나 코일 내에서의 전력손실 및 전자기 유도 노이즈(noise)도 증가한다. 따라서, 코일 감긴 수가 적은 솔레노이드 코일의 사용은 동작의 고속화 및 응답성의 개선에는 유효하지만, 과도하게 구동전류가 커지는 코일은 실용 면에서 현실적이지 않다.

또, 특히 전환밸브 등의 온ㆍ오프 동작용 솔레노이드 장치는, 여자 초기의 상태에서 고정철심으로부터 이반(離反)하고 있는 가동철심에 충분한 자기 흡인력을 작용시키기 위해서 비교적 큰 여자전류를 공급할 필요가 있지만, 밸브가 전환된 후에는 가동철심을 흡착 상태로 유지하는 것만의 비교적 낮은 전류값 밖에 필요하지 않고, 같은 여자전류로 여자를 계속하고 있으면 전력의 낭비를 무시할 수 없게 된다. 이 때문에, 종래부터 어떤 시한(時限)이 경과했을 때에 코일에 직렬로 저항을 삽입하여 여자전류를 낮추는 연구가 알려져 있지만, 저항에서 소비되는 전력은 열로서 빠져나가기 때문에, 전원 쪽에서 본 전력의 절약효과는 그다지 얻을 수 없고, 또한 이 시한동작을 트랜지스터 등의 반도체소자를 이용해서 실행할 경우에는 전력용량의 큰 소자를 필요로 하는 문제점도 있었다.

본 발명의 주요한 목적은, 상술한 바와 같이 여자개시 초기의 한정된 단기간에만 비교적 큰 전류를 필요로 하는 솔레노이드형 전자기 조작장치로서, 솔레노이드 코일을 분할코일로 구성하면서도 구동회로 및 전원의 전력부담을 과중하게 하지 않고, 여자개시(開始) 시의 고속화 및 응답성의 개선을 달성할 수 있는 전자기 조작장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 동일한 구성으로 전력 절약에 효과적으로 대응 가능한 전자기 조작장치를 제공하는 것이다. 또, 이러한 전자기 조작장치를 밸브 본체 구동용 전기ㆍ기계 변환기로서 구비한 전자기 조작밸브를 제공하는 것도 본 발명의 또 다른 목적이다.

본 발명에 의한 전자기 조작장치는, 상기 각 목적을 달성하기 위하여, 스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키는 전기ㆍ기계 변환기로서의 전자기 조작장치에 있어서, 서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일로 구성된 솔레노이드 코일과, 각 분할코일에서 발생하는 자속이 공통으로 흐르는 자로 루프를 형성하도록 솔레노이드 코일에 결합된 고정철심, 가동철심 및 요크로 된 철심 구조체와, 각각의 분할코일에 대한 통전을 선택적으로 전환 제어하는 여자제어기와, 하나 이상의 분할코일이 여자되었을 때에 고정철심에 자기 흡인되는 가동철심의 변위에 따른 기계적 출력을 밸브 본체에 전달하는 전달기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 전자기 조작장치에서는, 복수의 분할코일 중 어느 하나가 여자(勵磁)되어도 공통인 철심 구조체에 자속이 흘러서, 가동철심에 작용하는 자기 흡인력을 기계적 출력으로서 밸브 본체에 전달할 수 있으므로, 여자제어기에 의해, 예를 들어 동시에 여자하는 분할코일의 수를 선택적으로 변경하거나, 혹은 다른 시정수의 분할코일에 여자를 전환할 수 있고, 그때마다 여자전류의 크기를 적당히 설정함으로써 여자개시 시의 동작의 고속화 및 응답성의 개선을 달성하거나, 혹은 전환 후의 전력 절약을 달성할 수 있고, 이 경우 여자개시 초기의 기간을 경과한 후에 전원전류를 적게 하기 위한 조작은 여자 코일수를 적게 하는 것 또는 여자해야 할 코일을 전환하는 것으로 실행할 수 있으므로, 직렬저항의 삽입에 의한 경우에 비해서 낭비되는 전력을 저감(低減)할 수도 있고, 또한 여자코일의 전환을 반도체 스위칭소자로서 실행하도록 하여도, 이 스위칭소자는 단시간의 도통 기간 후에 차단하는 동작을 실행하게 되므로, 그다지 전력손실의 큰 소자를 이용할 필요는 없고, 따라서 그것을 수납하는 전기부품 박스도 솔레노이드 코일의 케이스 위로 탑재 가능한 통상의 소형 단자박스로서 충분하다.

본 발명의 전자기 조작장치는 온ㆍ오프 동작 및 비례 동작 중 어느 것에도 적용 가능하여, 그 바람직한 한 형태에 따르면 분할코일은 솔레노이드 코일이 감긴 층의 두께방향으로 분할된 복수 층의 분할코일층에 의해 구성되고, 또 다른 바람직한 형태에 따르면 분할코일은 솔레노이드 코일의 축방향으로 서로 중첩해서 배치된 복수의 단척(短尺) 솔레노이드에 의해 구성된다. 또한 이외에도, 예를 들어 2심(心) 이상의 다심(多心) 도체로서 코일을 감는 것에 의해 각 심선 도체(心線導體)에 의해 각각의 분할코일을 구성하는 것도 가능하다. 또, 본 발명에서 각 분할코일은 전기적으로 서로 동등한 동일 규격이어도 좋고, 혹은 서로 다른 전기적 규격의 복수의 분할코일을 포함하고 있어도 좋다. 예를 들어, 비례제어의 경우, 각각의 분할코일을 시분할(時分割)로 순차 여자하고, 각 분할코일의 전류(轉流)동작에 따른 구동에너지를 이용한 결과로서 분할코일 합계의 구동력을 유지하도록 하면 좋고, 또한 온ㆍ오프 제어의 경우에는, 여자 당초(當初)에 정격 추력(推力)을 획득하기 위해 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자하고, 그 다음의 유지전류에 의한 여자는, 유지해야 할 전력레벨에 맞는 적은 암페어 턴(turn) 수에 상당하는 코일 수만큼의 분할여자로서 에너지 절약을 도모할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 여자제어기는 각 분할코일을 순서대로 시분할(時分割) 여자하는 전환회로를 포함하고 있다. 이로써, 특히 정격 동작 시에 있어서 각 분할코일을 시분할 여자하여 비교적 적은 전력소비로 정격 추력(推力)을 획득하고, 정격 추력 발생 시에 있어서의 전원의 과중한 부담을 회피할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 여자제어기에 의해 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자하여도 좋고, 그것에 의해 여자개시 초기의 단시간만 높은 응답성으로 높은 추력을 획득할 수 있다.

본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 여자제어기는 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자하고, 그 다음에, 그 중의 적어도 하나의 분할코일의 여자를 실질적으로 차단해서 나머지 분할코일의 여자 상태를 유지하는 시한(時限) 회로를 포함하고 있다. 이로써 병렬 여자 시에는 솔레노이드 코일의 시정수를 실효적으로 작게 하여, 예를 들어 전자기 밸브의 전자기 조작장치로서 이용할 때에 여자초기의 큰 힘이 요구되는 기간에는 비교적 시정수가 작은 병렬 분할코일을 여자하여 전자기 밸브의 전환을 고속으로 실행하게 하고, 전환완료 후에는 분할코일을 단독 또는 직렬상태로 전환상태를 유지하기 위해, 비교적 적은 전류로 여자하여 전력 절약을 달성할 수 있다.

특히, 비례제어를 대상으로 하는 경우, 여자제어기는 외부에서 주어지는 지령 전류값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 한 형태에 의한 비례제어 동작용 전자기 조작장치에서, 각 분할코일은 서로 전기적인 규격이 실질적으로 같은 것이 바람직하며, 여자제어기는 각 분할코일마다 각각 여자전류를 스위칭하는 복수의 반도체 스위칭소자와, 동기신호에 따라서 분할코일의 수에 대응하는 위상차로써 각 반도체 스위칭소자를 주기적으로 순차 펄스 전류(轉流)제어에 의해 스위칭 구동하는 펄스폭 변조회로와, 외부에서 주어지는 지령 전류값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 포함하고, 지령 전류값에 따라서 전류증폭회로의 출력에 의해 펄스폭 변조회로의 출력 펄스폭을 변화시키고, 각 반도체 스위칭소자의 동작시간 폭을 상기 출력 펄스폭에 따라서 변화시키도록 구성되어 있다.

이로써, 여자개시 초기의 한정된 기간에서, 비례제어를 하기 위한 정상 추력(推力) 지령 전류값보다 큰 최대 추력 지령 전류값을 부여하면, 펄스폭 변조회로의 출력 펄스폭이 확장되므로 각 반도체 스위칭소자의 동작시간이 중첩되고, 그 결과로서 각 분할코일이 동시에 병렬 여자되게 되므로, 코일의 저항과 감긴 수가 적은 솔레노이드 코일과 동등한 높은 응답성을 얻을 수 있고, 여자개시에 대한 전자기 조작장치의 응답성이 향상된다.

상기 한정기간의 경과 후에 지령 전류값을 본래의 비례제어의 설정값인 정상 추력 지령 전류값으로 저하시키면, 펄스폭 변조회로의 출력 펄스폭도 짧아지고, 따라서 각 반도체 스위칭소자의 동작시간의 중첩이 감소 혹은 없어지므로, 이때의 각 분할코일의 여자 타이밍, 즉 각 반도체 스위칭소자의 동작주기와 위상차를, 각 분할코일에 순서대로 흐르는 여자전류가 전원 쪽에서 보아서 「비(非)분할코일 구성의 등가적인 솔레노이드 코일」에 흘러야 할 여자전류와 동등하도록 미리 설계해 둠으로써, 솔레노이드 코일 전체의 전류의 평균화와 전원전류의 평균화를 해서 전류피크를 비분할 시와 동등하게 유지할 수 있고, 코일 구동회로나 전원 어디에도 과중한 부담을 주지 않고 응답성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

이 경우, 지령 전류값이 여자개시 초기의 최대 추력 지령 전류값에 대응할 때에는 각 반도체 스위칭소자의 동작시간의 중첩이 최대가 되도록, 또한 지령 전류값을 비례 제어하기 위한 정상 추력 지령 전류값에 대응할 때에는, 각 반도체 스위칭소자 상호의 동작시간의 중첩을 실질적으로 없애도록, 여자제어기에는 펄스폭 변조회로의 전류(轉流) 주기와 위상차를 제어하는 동기회로를 더 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 또 다른 한 형태에서는, 분할코일은 서로 전기적 규격의 다른 제1 분할코일과 제2 분할코일을 포함하고 있고, 이 제1 분할코일과 제2 분할코일은 서로 코일 시정수가 다르게 되어 있다.

제2 분할코일의 코일 시정수를 제1 분할코일의 코일 시정수보다 작게 했을 경우, 솔레노이드 코일은, 제2 분할코일의 선(線) 지름이 제1 분할코일의 선 지름보다도 굵다고 하는 특징을 구비하거나, 혹은 제2 분할코일의 감긴 수가 제1 분할코일의 감긴 수보다 적다고 하는 특징을 구비하거나, 혹은 그 양쪽의 특징을 구비할 수 있고, 어느 쪽의 경우에도 이들 분할코일의 감긴 층을 동심(同心) 형상으로 적층할 수 있고, 특히 바람직하게는 여자조건에 의해 발열량이 커지는 쪽의 분할코일의 감긴 층의 외주(外周)에 다른 쪽의 분할코일의 감긴 층을 적층(積層)하여도 좋다.

이렇게 전기적으로 규격이 다른 분할코일을 포함할 경우, 여자제어기는 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 제2 분할코일을 제1 전류값으로 여자하고, 그 다음에, 제2 분할코일의 여자를 실질적으로 차단함과 동시에 제1 분할코일을 제1 전류값보다 낮은 제2 전류값으로 여자하는 전류전환회로를 포함할 수 있고, 이로써 예를 들어 전자기 밸브의 전자기 조작장치로서 이용할 때에 여자초기에 큰 힘이 요구되는 기간에는 비교적 감긴 수가 적고, 시정수가 작은 제2 분할코일을 큰 전류로서 여자하여 전자기 밸브의 전환을 고속으로 실행하게 하고, 전환완료 후에는 제2 분할코일의 여자를 차단하여 제1 분할코일을 전환상태로 유지하기 위해 비교적 낮은 전류값으로 여자하고, 불필요한 전력소비를 발생하는 저항을 이용하지 않고 전력 절약을 달성할 수 있다.

또한, 전류전환회로에 더해서, 외부에서 주어지는 지령 전류값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 더 구비할 수도 있고, 이로써 예를 들어 비례전자기 제어밸브의 전자기 조작장치로서 이용할 경우에도 비례제어 동작에 더해서 마찬가지의 응답성 개선을 달성할 수 있다.

본 발명에서, 특히 비례제어용 전자기 조작장치의 경우는, 솔레노이드 코일에 흐르는 부하전류의 크기를 검출하는 전류검출수단과, 상기 전류증폭회로에 상기 전류검출수단의 검출 전류값에 의해 궤환(饋還)을 거는 전류피드백 회로를 더 구비하고 있어도 좋다.

마찬가지로 비례제어용 전자기 조작장치의 경우, 솔레노이드 코일에서 발생하는 자계(磁界)의 강도를 검출하는 자기(磁氣)센서와, 상기 전류증폭회로에 자기센서의 검출출력에 의해 궤환을 거는 자기(磁氣)피드백 회로를 더 구비하고 있어도 좋다.

또, 마찬가지로 비례제어용 전자기 조작장치의 경우, 가동철심의 변위량을 검출하는 변위센서와, 상기 전류증폭회로에 변위센서의 검출출력에 의해 궤환을 거는 위치피드백 회로를 더 구비하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 이상에서 설명한 본 발명에 따른 전자기 조작장치를 구비한 전자기 조작밸브도 제공하고, 이 경우, 본 발명에 의한 전자기 조작밸브는 유체압력 또는 유량의 제어, 유체의 흐름 방향의 전환, 혹은 유로의 개폐를 제어하기 위한 밸브 본체에 대하여, 스프링 힘에 대항하여 전자기 조작장치의 기계적 출력을 작용시켜, 그 밸브 본체 작동의 응답성의 향상 및/또는 전력의 절약을 달성하는 것이다.

상기한 본 발명의 특징 및 이점과 그 이외의 특징과 이점은, 몇 가지 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 이하에 상술하는 실시형태의 설명으로부터 명확하다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자기 조작장치의 개략적인 구성을 나타내는 설명도.

도 2는 여자제어기의 구성예를 나타내는 개략적인 회로도.

도 3은 분할코일의 전류스텝 응답특성을 나타내는 선도(diagram)로서, 세로축은 전류 Ⅰ[A], 가로 축은 시간 T[msec]을 나타낸다.

도 4는 여자제어기의 다른 구성예를 나타내는 개략적인 회로도.

도 5는 여자제어기의 또 다른 구성예를 나타내는 개략적인 회로도.

도 6은 펄스폭 변조회로의 동작을 설명하기 위한 시간 기반의(time-based) PWM 펄스 파형선도.

도 7은 PWM 출력펄스에서 스위칭 제어되는 분할코일에 흐르는 전류의 변화를 모식적으로 나타내는 설명도로서, 세로축은 전류 I, 가로축은 시간 T이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 조작장치의 개략적인 구성을 나타내는 설명도.

본 발명의 바람직한 실시형태를 도면과 함께 설명하면, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자기 조작장치의 개략적인 구성을 나타내는 설명도이며, 본 실시예는 비례 전자기 제어밸브의 스풀 밸브(spool type valve) 본체(Ⅴ)를 스프링 힘에 대항하여 구동하는 비례동작형의 경우이다.

도시한 바와 같이, 이 전자기 조작장치는 서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일(10a∼10d)로 구성된 솔레노이드 코일(10)과, 각 분할코일에서 발생하는 자속(磁束)이 공통으로 흐르는 자로(磁路)루프를 형성하도록 솔레노이드 코일(10)에 결합된 고정철심(11), 가동철심(12) 및 요크(13)로 이루어지는 철심 구조체와, 각각의 분할코일에 대한 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자제어기(14)와, 하나 이상의 어느 분할코일이 여자되었을 때에, 고정철심(11)에 자기(磁氣)흡인되는 가동철심(12)의 변위에 따라 기계적 출력을 밸브 본체(Ｖ)에 전하는 전달 푸시로드(15)를 구비한 비례 솔레노이드 장치를 구성하고 있다.

여자제어기(14)는 여러 가지의 회로구성으로 될 수 있고, 도 1의 예에서는 솔레노이드 코일(10)의 케이스 위에 탑재된 전기부품 박스(16) 안에 수납되어 있다. 또한, 푸시로드(15)의 종단에 연결되어 있는 것은 가동철심(12)의 변위량 또는 위치를 검출하여 여자제어기에 피드백 신호를 부여하는 차동(差動)트랜스 식의 변위센서(17)이다.

솔레노이드 코일(10)은 본 실시예에서는 4개의 단척(短尺) 솔레노이드로서 이루어지는 분할코일(10a∼10d)을 솔레노이드 축방향으로 중첩시켜 배치하고 있으며, 각 분할코일은 모두 동일 에너지로 구동되므로 동일한 전기적 규격의 것이다. 예를 들어, 정격(定格) 전압 24V, 정격 코일저항 10Ω에서 정격 추력 54N의 솔레노이드 코일(이하, 이러한 비(非)분할의 등가(等價) 솔레노이드 코일을 표준코일이라고 함)을 구성할 경우, 분할수 4의 경우에 각 분할코일(10a∼10d)은 각각 코일저항 2.5Ω의 단척(短尺) 솔레노이드로 구성되고, 이것을 모두 동시에 병렬 여자하면 전원(電源) 쪽에서 본 합성코일 저항은 0.625Ω으로 된다.

물론, 분할코일은 감긴 층으로 분할해도 좋고, 또한 분할수도 4에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 균등 분할의 경우, 동일 정격의 표준코일을 2분할 할 경우는 각 분할코일의 코일저항은 5Ω에서 병렬합성 코일저항은 2.5Ω, 6분할의 경우는 각 분할코일의 코일저항은 1.667Ω에서 병렬합성 코일저항은 0.278Ω으로 된다.

이러한 분할코일은, 정격 동작 시에는 여자제어기(14)에 의한 제어에서 모든 분할코일이 직렬 접속상태에서 여자된다. 예를 들어 표준코일의 정격 추력(推力) 발생 시의 전류값을 기준전류라고 했을 경우, 직렬 여자상태에서 각각의 분할코일에 흐르는 전류값은 이 기준전류와 동일하고, 전원전류도 기준전류 그대로이다.

한편, 여자개시 초기에는 각 분할코일이 여자제어기(14)에 의한 제어로써 여자개시 후의 한정된 기간에 걸쳐서 병렬 접속상태로 여자된다. 이때의 각각의 분할코일에 흐르는 전류값도 기준전류와 같게 되고, 따라서 이 경우의 전원전류는 기준전류의 코일분할 몇 배가 된다. 이렇게 여자개시 초기에서 분할코일을 병렬 여자함으로써 솔레노이드 코일(10)의 시정수를 일시적으로 작게 하여 구동의 고속화를 달성하고, 높은 응답성을 획득한다.

이 경우의 여자제어기(14)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 여자개시초기의 한정된 기간에 걸쳐서 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자하고, 그 다음에, 모든 분할코일을 직렬 여자하는 병렬ㆍ직렬 전환회로(21)를 포함하고 있다. 이것에 의해, 정격 동작시에는 모든 분할코일을 직렬 여자하여 정격 추력을 획득하고, 여자개시 초기의 단시간에만 복수의 분할코일을 병렬 여자하여 높은 응답성으로 높은 추력(高推力)을 획득할 수 있고, 정격 추력 발생시에 있어서의 전원의 부담(負擔) 과중을 회피할 수 있다.

또한, 도 2에 나타낸 여자제어기(14)는, 변위센서(17)로부터의 위치 피드백 신호(Vf)를 받는 동시에 비례제어를 위한 전류지령(Is)을 받아서 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭기(22)와, 각각의 분할코일에 흐르는 부하전류를 검출하여 전류증폭기(22)의 입력 쪽에 부궤환량(negative feedback量)으로서 피드백하는 전류검출저항(23)도 포함하고 있다.

일반적인 솔레노이드 코일의 전류스텝 응답성은 다음 식 (1)로 표시된다.

여기에서, Ⅰ는 코일전류[A], Ⅴ는 전원전압[Ⅴ], R은 코일저항[Ω], L은 인덕턴스[H]이며, 코일 시정수 τ=L/R[sec]로서 나타내었다.

분할코일의 병렬 여자에 의한 응답성의 개선 효과를 각종 코일 감긴 수(t)의 표준 코일과의 대비로 코일분할 수마다 비교한 결과를 표 1에 나타내었다.

한편, 표 중에서 「time」이라고 하는 것은, 각각의 경우에 전원 투입으로부터 정격 추력을 발생하는 전류값에 도달할 때까지의 상승시간을 표준코일에서의 상승시간과의 비(比)로 나타내고, 예를 들어 표준코일로 이 전류값이 1A의 경우는 분할수 2에서는 2A, 분할수 4에서는 4A에 도달할 때까지의 상대 시간비를 의미한다. 또한 「ratio」이라고 하는 것은, 상승시간의 단축(短縮)에 의해 달성된 응답속도의 고속화의 비율을 나타내고 있다.

표 1

ST. SOL	1100t - 10Ω		1500t - 18Ω		1720t - 23Ω
N	time	ratio	time	ratio	time	ratio
1	1	1	1	1	1	1
2	0.43	2.35	0.4	2.5	0.39	2.6
4	0.2	5.0	0.19	5.4	0.18	5.6
6	0.13	7.8	0.12	8.2	0.11	8.8

도 3에 전원전압 24V 인가 시(印加時)의 분할코일과 표준코일의 전류스텝 응답특성의 측정결과를 나타낸다. 세로축은 부하전류 Ⅰ[A], 가로축은 전압 인가시점부터의 경과시간 T[msec]이다. 어느 분할 수에서도, 분할코일의 병렬 구성으로 되는 코일과 표준코일에서 총 감긴 수는 동일하다. 표준코일 Ls에서는 부하전류가 정격전류 Ir(=1A)에 도달할 때까지의 상승시간은 약 18msec이지만, 분할수 2의 코일 L2(병렬 여자)에서는 부하전류가 상기 정격전류에 대응하는 기준전류값 2A에 도달할 때까지의 상승시간은 약 7.7msec, 또한, 분할수 4의 코일 L4(병렬 여자)에서는 대응하는 기준전류값 4A에 도달할 때까지의 상승시간은 약 3.6msec로 단축되어 있다.

이렇게 하여, 불과 10msec 미만의 오더(order)의 한정된 기간 내에서 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자함으로써 고속의 상승을 달성하여, 응답성을 개선한다. 이 기간 다음에는 여자제어기(14)에서 직렬 여자로 전환하여, 모든 분할코일을 직렬접속 상태로 여자하지만, 표준코일과 같은 정격 추력을 생기게 하기 위한 전류값은 각 분할코일에 표준코일의 기준 전류값, 예를 들어 1A가 흐르면 좋고, 따라서 전원 쪽의 부담이 표준코일 사용시보다도 과중해지지 않고, 또한 여자개시 초기의 한정기간 중에도 정격 동작 기간 중에도 각각의 분할코일에 흐르는 전류값은 같으므로, 비례제어에서 동일한 특성의 각 분할코일 중의 어느 하나에 흐르는 전류를 전류검출저항(23)으로 검출하여 피드백시킴으로써 안정한 제어가 가능하다.

도 4는 여자제어기의 다른 구성예를 나타내고 있고, 이 경우의 코일분할 수는 2이며, 여자제어기(14a)는 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 2개의 분할코일(10A와 10B)을 동시에 병렬 여자하고, 그 다음에, 그 중의 한쪽의 분할코일(10B)의 여자를 실질적으로 차단하여 나머지 분할코일(10A)의 여자상태를 유지하는 시한(時限) 회로(41)를 포함하고 있다. 물론 코일분할 수는 2 이외라도 좋고, 병렬 여자하는 분할코일 수 및 그 다음에 차단하는 분할코일 수도 적당히 선택할 수 있다. 또한 시한회로(41)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 저항(R)과 콘덴서(C)에 의한 타이머회로를 스위칭 트랜지스터(Tr)에 결합하여 이루어진 회로구성으로 한정되는 것이 아니고, 각종 아날로그 또는 디지털 회로 기술에 의한 변형이 가능하다.

도 4에서, 트랜지스터(Tr)는 전원스위치(SW)를 닫음으로써 분할코일(10B)에 흐르는 전류를 온ㆍ오프하는 스위칭 트랜지스터이며, 전원 투입 직후에는 콘덴서(C)에 전하(電荷)가 축적되어 있지 않으므로, 베이스ㆍ에미터간 전압이 높고, 따라서 트랜지스터(Tr)는 도통 상태가 되어서 분할코일(10A와 10B)은 동시에 병렬 여자된다. 트랜지스터(Tr)의 도통(導通)에 따라서 베이스 전류에 의해 콘덴서(C)가 충전되어, 그 충전 전위가 RC 시정수로 정해지는 시간의 경과 후에 전원전압 근방까지 상승하면 트랜지스터(Tr)가 차단되어 분할코일(10B)의 통전(通電)을 실질적으로 차단한다. 전원이 차단되면 콘덴서(C)의 충전 전하(電荷)는 다이오드(D)를 통과하여 방전되어, 타이머 회로가 초기상태로 복귀한다.

이렇게 하여, 여자개시 초기의 단시간에만 2개의 분할코일(10A, 10B)을 병렬 여자하여 높은 응답성으로서 높은 추력을 획득하고, 그 다음에는 한쪽의 분할코일(10B)의 여자를 차단하여 나머지의 분할코일(10A)만의 여자로 필요한 추력을 획득할 수 있다. 이 경우, 병렬 여자상태로 정격 추력을 발생하도록 각 분할코일의 전기적 규격과 전원특성을 선택하면, 여자개시와 동시에 양쪽의 분할코일에 의해 충분한 추력 및 고속의 상승 특성으로 가동철심을 구동하고, 가동철심 이동완료 후에는, 그 상태를 유지하기 위한 유지전류로서 한쪽의 분할코일만의 부하전류에 상당하는 저(低)전류로 될 수 있고, 높은 응답과 전력 절약의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 도 4에 나타낸 여자제어기(14a)의 방식은 온ㆍ오프 동작뿐만 아니라 비례동작에도 이용할 수 있고, 그 경우에는, 도 2의 경우와 마찬가지로, 비례제어를 하기 위한 전류지령을 받아서 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭기와, 필요에 따라 분할코일(10A)에 흐르는 부하전류를 검출하여, 전류증폭기의 입력 쪽으로 부궤환량으로 피드백하는 전류검출수단을 설치하면 좋다. 이 경우, 한쪽 분할코일(10A)만의 여자에 의해 정격 추력을 발생하도록 코일규격을 선택하고, 여자개시 초기의 비교적 큰 순시(瞬時) 전류에 대응할 수 있는 전원용량으로 하면, 상승의 고속화도 달성할 수 있다.

도 5는 여자제어기의 또 다른 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서는 분할코일은 도 1에 나타낸 바와 같은 4개의 균등 분할된 분할코일(10a∼10b)이며, 여자제어기(14b)도 비례동작용이다. 또한, 단자(Ⅴ+)에는 구동전원으로부터 직류전력이 공급된다.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이 여자제어기(14a)는, 각 분할코일마다 각각 여자전류를 스위칭하는 복수의 스위칭 트랜지스터(Tr1∼Tr4)와, 동기회로(SYNC)(54)로부터 주어지는 동기신호를 따라서 분할코일의 수에 대응하는 위상차로써 각 스위칭 트랜지스터를 주기적으로 순차 펄스 전류(轉流) 제어에 의해 스위칭 구동하는 펄스폭 변조회로(PWM)(51)와, 변위센서(17)에서의 위치 피드백 신호(Vf)를 수신하는 동시에 외부에서 주어진 전류지령(Is)에 대응하는 여자전류를 발생하는 전류증폭회로(52)와, 솔레노이드 코일에 흐르는 부하전류를 검출하여, 전류증폭기(52)의 입력 쪽에 부궤환량으로 피드백하는 전류검출저항(53)을 포함하고, 전류지령의 값에 따라서 전류증폭회로(52)의 출력에 의해 펄스폭 변조회로(51)의 PWM 출력 펄스폭을 변화시키고, 각 스위칭 트랜지스터의 동작시간 폭을 상기 출력 펄스폭에 따라서 변화시키도록 되어 있다.

또, 동기회로(54)는 전류지령이 여자개시 초기의 최대 추력 지령 전류값에 대응할 때는 각 스위칭 트랜지스터의 동작시간의 중첩이 최대가 되도록, 또한 전류지령이 비례제어를 하기 위한 정상 추력 지령 전류값에 대응할 때는 각 스위칭 트랜지스터 서로의 동작시간의 중첩을 실질적으로 없애도록 펄스폭 변조회로(51)의 전류(轉流)주기와 위상차를 제어한다.

이 여자제어기(14b)에 의한 비례제어 동작에서는, 예를 들어 외부의 프로그램 가능 제어기(programmable controller)로부터 소망의 여자전류 변화 패턴의 전류지령이 주어진다. 이 경우, 분할코일 수 N=4이기 때문에, 전류지령은 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 정상 최대 추력 발생 시의 최대 4배의 전류값을 지령하고, 그 다음에는 비례제어를 하기 위한 정상 추력 발생용 전류값으로 낮춘 지령을 부여한다. 이 경우도, 여자제어기(14a)는 높은 추력(高推力)의 고속동작 시에는 분할코일을 동시에 병렬 여자하여 합성 병렬 코일저항을 분할 수의 2승분(乘分)의 1로 하여 구동하고, 흡인력을 유지하기 위한 암페어 턴(ampere turn)은 변화시키지 않고, 1개의 분할코일에 흐르는 전류는 항상 변하지 않는 원칙을 유지하는 것으로 한다.

펄스폭 변조회로(51)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 분할코일 수 N=4에 따라서 90도씩의 위상차로 동기된 4상(相)의 PWM 출력펄스를 발생하고, 이 출력펄스로 각 스위칭 트랜지스터(Tr1∼Tr4)를 스위칭 제어한다. 상기 각 상(相)의 PWM 출력펄스의 단위 주기는 도 6에서 Ps로서 나타내고 있다. 각 상의 출력 펄스폭은 전류지령에 따라서 변조되어, 도면에서 화살표(B)로 나타낸 바와 같이 전류지령이 큰(大) 전류일 때는 펄스폭은 넓어지고, 전류지령이 작은(小) 전류가 되면 펄스폭은 좁아진다. 전류지령이 최대전류일 때는 각 상의 펄스 출력의 펄스폭은 주기와 같게 100％ 펄스가 되고, 따라서 이 상태에서는 모든 트랜지스터가 동시에 도통하여 분할코일(10a∼10d)이 동시에 병렬 여자되게 된다. 여자개시 초기의 한정된 기간에서는 과도적으로 이러한 대전류의 전류지령이 주어져, 그것에 의해 전원 측에서 본 부하전류는 각 분할코일에 흐르는 전류의 총합이 되지만, 병렬 합성코일의 형성에 의해 기동 시의 고응답화가 달성되게 된다.

전류지령이 정상 추력 발생을 위한 전류값으로 내려가면, 각 분할코일은 펄스폭 변조회로(51)의 PWM 출력펄스에 따라서 상기 4상 주기로서 시분할 여자되게 되고, 평균 전원전류는 정격 추력 발생을 위한 전류값으로 억제할 수 있다. 이 상태를 도 7에 모식적으로 나타내었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 기간 M에서는 비교적 큰 전류로서 장치가 순간 최대 추력을 발생하고 있고, 여기에 계속되는 기간 N에서는, 장치가 정상 시에 요구되는 정격 추진력을 비교적 낮은 전류로 발생하고 있다.

또한, 이상에서 설명한 비례제어의 각 실시예에서, 더 안정한 여자제어를 하기 위해 고정철심(11) 안에 예를 들어 홀(hall) 소자와 같은 자기센서를 배치하고, 솔레노이드 코일에서 발생하는 자계(磁界)의 강도를 검출하고, 이것을 여자제어기 내의 전류증폭기의 입력 쪽에 피드백하는 것은 바람직하다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전자기 조작장치의 개략적인 구성을 나타내는 설명도이며, 본 실시예는 전자밸브의 밸브 본체(Ⅴ)를 스프링 힘에 대항하여 구동하는 온ㆍ오프 동작형의 경우이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 이 전자기 조작장치는, 서로 전기적으로 독립된 제1 분할코일(80a)과 제2 분할코일(80b)로 구성되는 솔레노이드 코일(80)과, 각 분할코일로부터 발생하는 자속이 공통으로 흐르는 자로(磁路) 루프를 형성하도록 솔레노이드 코일(80)에 결합된 고정철심(81), 가동철심(82) 및 요크(83)로 이루어지는 철심 구조체와, 각각의 분할코일에 대한 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자제어기(84)와, 하나 이상의 어느 분할코일이 여자되었을 때에 고정철심(81)에 자기 흡인되는 가동철심(82)의 변위에 의거하여 기계적 출력을 밸브 본체(Ⅴ)에 전달하는 전달 푸시로드(push rod)(85)를 구비하고 있다.

여자제어기(84)는 각종 회로구성으로 이루어질 수 있고, 도 8의 실시예에서는 솔레노이드 코일(80)의 케이스 위로 탑재된 전기부품 박스(86) 안에 수납되어 있다. 또한 푸시로드(85)의 종단 쪽에는 수동으로서 가동철심(82)을 이동시키기 위한 핀(88)이 배치되어 있다.

분할코일(80a와 80b)은, 본 실시예에서는 감긴 층의 두께방향으로 분할된 2층의 코일층을 형성하고 있고, 제1 분할코일(80a)에 비교하여 제2 분할코일(80b)은 감긴 선(卷線)의 선 지름이 굵고, 또한 감긴 수도 적고, 따라서 코일 시정수는 제2 분할코일(80b) 쪽이 작게 되어 있다. 즉 제2 분할코일(80b)은 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 비교적 큰 전류를 흘려보내는 쪽의 코일이며, 큰(大) 전류에 의한 발열을 고려하여 제1 분할코일(80a)의 외주(外周) 위로 감긴 층을 중첩시키고 있다. 물론, 히트싱크(heat sink) 이외에 대해서는 어느 쪽의 분할코일을 외주 쪽으로 하여도 동일한 기능을 얻을 수 있는 것은 당연하다.

이 경우의 여자제어기(84)의 구성으로서는, 예를 들어 도 4에 나타낸 것과 같은 시한회로(41)에 의한 여자전환회로를 적용할 수 있다. 즉, 여자개시 초기의 단시간만 제1과 제2의 2개의 분할코일(80a, 80b)을 병렬 여자하여 높은 응답성으로서 높은 추력을 획득하고, 그 다음에는 한쪽의 제2 분할코일(80b)의 여자를 차단하여 나머지 제1 분할코일(80a)만의 여자로써 필요한 추력을 획득한다. 제2 분할코일(80b)은 시정수가 작고, 따라서 초기의 응답성은 매우 개선된다.

또, 이 실시예에서는 제1 분할코일(80a)을 정상 동작용(定常動作用), 제2 분할코일(80b)을 고속 기동용(高速起動用) 코일로 하여, 각각 하나씩 분할코일로 구성했을 경우를 나타냈지만, 예를 들어 고속 기동용(起動用) 분할코일을 복수의 병렬 접속된 분할코일로 구성하거나, 정상 동작용 분할코일을 서로 전기적 규격이 다른 복수의 분할코일로 구성하여 결합하여도 된다.

또, 이상의 각 실시예 및 변형예는 본 발명의 전형적인 실시형태를 나타낼 뿐이고, 예를 들어 각각의 실시예에 나타낸 본 발명에 의한 각종 기술적 사상의 추출(抽出)을 교차적으로 결합하거나, 그 외, 당업자에게 자명한 변형은 모두 본 발명의 기술적 범주에 속하는 것이라고 이해해야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전자기 조작장치에서는, 복수의 분할코일 중 어느 하나가 여자되어도 공통인 철심 구조체에 자속이 흘러, 가동철심에 작용하는 자기 흡인력을 기계적 출력으로서 밸브 본체에 전달할 수 있으므로, 여자제어기에 의해 예를 들어 동시에 여자하는 분할코일의 수를 선택적으로 변경하거나, 혹은 다른 시정수의 분할코일에 여자를 전환하거나 할 수 있고, 그때마다 여자전류의 크기를 적당히 설정함으로써 여자개시 시의 동작의 고속화 및 응답성의 개선을 달성하거나, 혹은 전환 후의 전력 절약을 달성할 수 있고, 그때, 여자개시 초기의 기간을 경과한 다음에 전원전류를 적게 하기 위한 조작은 여자코일 수를 적게 하거나 코일을 전환하는 것으로 실행할 수 있으므로, 직렬저항의 삽입에 의한 경우에 비해서 낭비되는 전력을 저감할 수도 있고, 또한 여자코일의 전환을 반도체 스위칭소자로서 실행한다고 해도, 이 스위칭소자는 단시간의 도통 기간 다음에 차단하는 동작을 실행하게 되므로 전력손실이 큰 소자를 사용할 필요는 없고, 따라서 그것을 수납하는 전기부품 박스도 솔레노이드 코일의 케이스 위로 탑재 가능한 통상의 소형 단자박스로서 충분하다고 하는 등의, 현저한 효과를 발휘하는 것이 가능하다.

Claims

스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키는 전기ㆍ기계 변환기로서의 전자기 조작장치에 있어서,

서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일에 의해 구성된 솔레노이드 코일과,

각 분할코일에서 발생하는 자속이 공통으로 흐르는 자로 루프(磁路 loop)를 형성하도록 솔레노이드 코일에 결합된 고정철심, 가동철심 및 요크로 이루어진 철심 구조체와,

각각의 분할코일에 대한 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자(勵磁)제어기와,

하나 이상의 어느 분할코일이 여자되었을 때에, 고정철심에 자기 흡인(磁氣吸引)되는 가동철심의 변위에 따른 기계적 출력을 밸브 본체에 전달하는 전달기구를 포함하고 있으며,

상기 여자제어기는 외부에서 주어지는 지령 전류(電流)값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항에 있어서,

솔레노이드 코일을 구성하는 복수의 분할코일은, 솔레노이드 코일의 감긴 층의 두께방향으로 분할된 복수층의 분할코일층을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항에 있어서,

솔레노이드 코일을 구성하는 복수의 분할코일은, 솔레노이드 코일이 축방향으로 서로 중첩해서 배치된 복수의 단척(短尺) 솔레노이드를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항에 있어서,

솔레노이드 코일을 구성하는 복수의 분할코일은, 전기적으로 서로 동등한 동일 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항에 있어서,

상기 여자제어기는 각 분할코일을 순서대로 시분할 여자(勵磁)하는 전환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항에 있어서,

상기 여자제어기는 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 복수의 분할코일을 동시에 병렬 여자하고, 그 다음에, 그 중 적어도 하나의 분할코일의 여자를 차단하여 나머지 분할코일의 여자상태를 유지하는 시한(時限) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
삭제
스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키는 전기ㆍ기계 변환기로서의 전자기 조작장치에 있어서,

서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일에 의해 구성된 솔레노이드 코일과,

각 분할코일에서 발생하는 자속이 공통으로 흐르는 자로 루프(磁路 loop)를 형성하도록 솔레노이드 코일에 결합된 고정철심, 가동철심 및 요크로 이루어진 철심 구조체와,

각각의 분할코일에 대한 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자(勵磁)제어기와,

하나 이상의 어느 분할코일이 여자되었을 때에, 고정철심에 자기 흡인(磁氣吸引)되는 가동철심의 변위에 따른 기계적 출력을 밸브 본체에 전달하는 전달기구를 포함하고 있으며,

상기 여자제어기는, 각 분할코일마다 각각 여자전류를 스위칭하는 복수의 반도체 스위칭소자와, 동기신호에 따라서 분할코일의 수에 대응하는 위상차로써 각 반도체 스위칭소자를 주기적으로 순차 펄스 전류(轉流)제어에 의해 스위칭 구동하는 펄스폭 변조회로와, 외부에서 주어지는 지령 전류값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 포함하고, 지령 전류값에 따라서 전류증폭회로의 출력에 의해 펄스폭 변조회로의 출력 펄스폭을 변화시키고, 각 반도체 스위칭소자의 동작시간 폭을 상기 출력 펄스폭에 따라서 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제8항에 있어서,

상기 여자제어기는, 지령 전류값이 여자개시 초기의 최대 추력(推力) 지령 전류값에 대응할 때에는 각 반도체 스위칭소자의 동작시간의 중첩이 최대가 되도록, 또한 지령 전류값이 비례제어를 위한 정상 추력 지령 전류값에 대응할 때에는, 각 반도체 스위칭소자 상호의 동작시간의 중첩을 없애도록, 펄스폭 변조회로의 전류(轉流) 주기와 위상차를 제어하는 동기회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
스프링 힘에 대항하여 기계적 출력을 밸브 본체에 작용시키는 전기ㆍ기계 변환기로서의 전자기 조작장치에 있어서,

서로 전기적으로 독립된 복수의 분할코일에 의해 구성된 솔레노이드 코일과,

각 분할코일에서 발생하는 자속이 공통으로 흐르는 자로 루프(磁路 loop)를 형성하도록 솔레노이드 코일에 결합된 고정철심, 가동철심 및 요크로 이루어진 철심 구조체와,

각각의 분할코일에 대한 통전(通電)을 선택적으로 전환 제어하는 여자(勵磁)제어기와,

하나 이상의 어느 분할코일이 여자되었을 때에, 고정철심에 자기 흡인(磁氣吸引)되는 가동철심의 변위에 따른 기계적 출력을 밸브 본체에 전달하는 전달기구를 포함하고 있으며,

솔레노이드 코일을 구성하는 복수의 분할코일은, 제1 분할코일과 제2 분할코일을 포함하고, 제1 분할코일의 코일 시정수와 제2 분할코일의 코일 시정수가 서로 다르고,

상기 여자제어기는, 여자개시 초기의 한정된 기간에 걸쳐서 제2 분할코일을 제1 전류값으로 여자하고, 그 다음에, 제2 분할코일의 여자를 차단함과 더불어, 제1 분할코일을 제1 전류값보다 낮은 제2 전류값으로 여자하는 전류전환회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제10항에 있어서,

제2 분할코일의 코일 시정수가 제1 분할코일의 시정수보다 작은 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제10항에 있어서,

제2 분할코일의 선(線) 지름이 제1 분할코일의 선 지름보다 굵은 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제10항에 있어서,

제1 분할코일과 제2 분할코일 중 어느 한쪽 코일의 감긴 층의 외주(外周)에 다른 쪽 코일의 감긴 층이 동심형상으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
삭제
제10항에 있어서,

외부에서 주어지는 지령 전류값에 대응하는 크기의 여자전류를 발생하는 전류증폭회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항, 제8항, 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 여자제어기는, 솔레노이드 코일에 흐르는 부하전류의 크기를 검출하는 전류검출수단과, 전류증폭회로에 상기 전류검출수단의 검출 전류값에 따라서 부궤환(負饋還)을 거는 전류 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항, 제8항, 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

솔레노이드 코일에서 발생하는 자계의 강도를 검출하는 자기센서와, 전류증폭회로에 자기센서의 검출출력에 따라서 부궤환을 거는 자기 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
제1항, 제8항, 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

가동철심의 변위량을 검출하는 변위센서와, 전류증폭회로에 변위센서의 검출출력에 따라서 부궤환을 거는 위치 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작장치.
유체의 압력, 유량, 흐름 방향 또는 유로의 개폐 중 어느 것을 제어하기 위한 밸브 본체에 대하여 기계적 출력을 작용시키는 전기ㆍ기계 변환기로서, 상기 청구항 제1 내지 6항, 제8 내지 13항, 제15항 중 어느 한 항에 기재된 전자기 조작장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 조작밸브.