JPH03282082A - プログラマブル電磁アクチュエータ - 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） 本発明は、例えばバルブ等の流量制御手段を駆動して、
流動制御等を行うプログラマブルを磁アクチュエータに
関するものである。

（従来の技術） 従来、第７図に示すように、配管１の途中に設けたバル
ブ２を、ソレノイドよりなる電磁アクチュエータ本体３
で駆動して、配管１の中を流れる液体や気体等の流体の
流量を制御する場合には、該配管ｌの下流側に設けられ
た流量センサ４で流量の検出を行い、そのセンサ出力に
応じて電磁アクチュエータ本体３のコイル３Ａに定電流
電源よりアナログの定電流よりなる制御電流を与え、発
生する電磁吸引力で可動子３Ｂと弁体２Ａとをスプリン
グ２Ｂのバネ力とバランスする位置まで動かし、弁体２
Ａと弁座２Ｃとの間隔を変え、流量を変えていた。

この場合の可動子３Ｂのストロークδと、吸引力Ｆと、
バネ力との関係を第８図に示す、即ち、電流１．、Ｉ２
，１．・・・・・・による吸引力Ｆと、バネ力ＳＰとの
交点で両者の力かバランスし、可動子３Ｂ及び弁体２Ａ
の動きが止まる。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電磁アクチュエータで
は、次のような問題点があった。

（イ）電子アクチュエータ本体３と流量センサ４との位
置が離れているので、タイムラグと制御の不連動性とに
より、振動が発生するとともに応答性が悪い。

（ロ）負荷、スプリング、コイル吸引力特性、コイル立
上がり特性が決まってくるので、制御できる範囲が限ら
れ、特定の条件でしか制御できない。

（ハ）定電流電源、デイサ（５０〜２００Ｈｚ＞を必要
とする。

（ニ）外部負荷変動により、精度、性能（振動等）が影
響される。

本発明の目的は、以上のような制限を受けずに自由にプ
ログラムによって時間（応答速度：早くも遅くも）、力
、位置の制御が行えるプログラマブル電磁アクチュエー
タを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するための本発明の特徴は、コイルに
対する通電で可動子を動かして制御手段を駆動する電磁
アクチュエータ本体と、前記可動子の動きを検出するセ
ンサと、前記センサの出力をアナログ／デジタル変換す
るアナログ／デジタル変換器と、前記アナログ／デジタ
ル変換器を経てデジタル化されたセンサ信号が印加され
ると予めプログラムされた制御テーブルに従って入力の
センサ信号に応じたパルス幅をもつ制御電圧パルスを出
力するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサ
からの制御電圧パルスを所要の電圧値をもつ制御電圧パ
ルスに変換して、前記電磁アクチュエータ本体のコイル
に与えるドライバーとを備えてなるプログラマブル電磁
アクチュエータに存する。

（作用） このように電磁アクチュエータ本体の可動子の動きを直
ちに検出するセンサを説けると、両者の位置関係が近づ
き、タイムラグが非常に小さくなり、制御に連続性が生
じる。また、電磁アクチュエータ本体のコイルに制御信
号を電流信号としてでなく、電圧パルスとし、しかも、
印加電圧を十分余裕のあるように与え、そのパルス幅を
変えることにより、電磁力を該電子アクチュエータ本体
の特性に拘らず任意に得られるようになる。

更に、マイクロプロセッサ−に制御テーブルを予め記憶
させ、この制御テーブルのプログラムに従ってパルス幅
の異なる制御電圧パルスを作り、電磁アクチュエータ本
体に与えるので、このようなプログラム制御により応答
速度（速くも、遅くも）、力、位置の制御を自由に行え
るようになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。なお、前述した第７図と対応する部分には同一符号を
付けて示している。

第１図乃至第３図に示すように本実施例のプログラマブ
ル電磁アクチュエータは、ソレノイドよりなる電磁アク
チュエータ本体３の可動子３Ｂの動き（変位）を検出す
る変位センサ５が該電磁アクチュエータ本体３の上部に
設けられている。該変位センサ５は、センサコイル５Ａ
と可動鉄心５Ｂとからなる差動トランスで構成されてい
る。該変位センサ５の可動鉄心５Ｂは連結子６で電磁ア
クチュエータ本体３の可動子３Ｂに連結されている。該
連結子６は、ベアリング軸受７で摺動自在に支持されて
いる。これら電磁アクチュエータ本体３及び変位センサ
５と後述する増幅器及びＡ／Ｄ変換器とは共通のケース
８内に組込まれている。

センサコイル５Ａから出力される可動子３Ｂの変位を示
すセンサ信号は、増幅器９で増幅されてアナログ／デジ
タル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）１０に入力さ
れるようになっている。該Ａ／Ｄ変換器１０はセンサ信
号を所定のサンプリング時間毎にデジタル信号に変換し
、て高速演算機能付マイクロプロセッサの一種であるデ
ジタル・シグナル・プロセッサ（以下、ＤＳＰという）
１１に入力するようになっている。ＤＳＰｌｌは予めプ
ログラムされてＲＡＭに記憶された制御テーブルを備え
、該制御テーブルに従って入力のセンサ信号に応じたパ
ルス幅をもつｌ又は０の制御電圧パルスを出力するよう
になっている。ＤＳＰｌｌにはインターフェース１２を
介してパーソナル・コンピュータ（以下、パソコンとい
う）１３が接続され、制御テーブルの入力が行えるよう
になっている。

また、ＤＳＰＩＩにはインターフェース１２を介して流
量センサ４が接続されている。ＤＳＰｌｌからインター
フェース１２を介して出力される制御電圧パルスは、ド
ライバー１４に入力されるようになっている。該ドライ
バー１４は、ＤＳＰｌｌからの制御電圧パルスを必要な
大きさの制御電圧パルスに変換して電磁アクチュエータ
本体３のコイル３Ａに与えるようになっている。ドライ
バー１４はドライバー電源１５を備えている。

第４図は変位センサ５の可動鉄心５Ｂの変位Ｘと出力電
圧Ｖとの関係を示したものである。

第５図（Ａ）はセンサ信号のサンプリング時間ｔ１．ｊ
ｚ、ｔｉ・・・・・・を示し、第５図（Ｂ）（Ｃ）、（
ＤＪはそのサンプリング時間毎にセンサ信号に応じてＤ
ＳＰＩＩから出力されるパルス幅の異なる制御電圧パル
スの例を示したものである。第５図（Ｂ）に示す制御電
圧パルスは、流量が０に近いとき又は流量を急速に下げ
たい場合に出力される制御電圧パルスである。第５図（
Ｃ）に示す制御電圧パルスは、中程度の流量か流れてい
る場合、又は流量が多い場合より少し下げたい場合に出
力される制御電圧パルスである。第５図（Ｄ＞に示す制
御電圧パルスは、流量が多い場合、又は流量を上げたい
場合に出力される制御電圧パルスである。

第６図はバルブ２の弁座２Ａのストロークδと流量Ｑと
の関係を示したものである。

３ Ｘ＋ １ ２ ｌ Ｐｌ。

Ｘ　＋　　　　　Ｑ　ｒ　　　　　０２　　　　　Ｖ　
＋表１は、ＤＳＰＩＩのＲＡＭに記憶されている制御テ
ーブルの例を示したものである。この制御テーブルは、
各圧力ＰＩ、Ｐ２・・・・・・Ｐｌにおけるセンサ５の
可動鉄心５Ｂの変位Ｘと、そのときのバルブ２の流量Ｑ
、流量センサ４の流量Ｑ２、制御電圧パルスＶのパルス
幅の関係を示したものである。これらの値は、予め実験
により定め、パソコン１３より入力し、制御テーブルを
形成し、ＤＳＰＩＩのＲＡＭに記憶させる。

次に、上記の如きプログラマブル電磁アクチュエータの
動作について説明する。

このプログラマブル電磁アクチュエータでは、電磁アク
チュエータ本体３の可動子３Ｂの位置（弁Ｍ２Ｃと弁座
２Ａとの隙間＝ストロークδ）により、それに応じた流
量の流体が流れる。その関係を第６図に示す。この可動
子３Ｂの位置を変位センサ５により第４図に示すように
電圧変換して検出し、得られたセンサ出力を増幅器９で
増幅し、Ａ／Ｄ変換器１０で所定のサンプリング時間毎
にデジタル信号に変換し、ＤＳＰＩＩへ入力する。また
流量センサ４の出力もＤＳＰＩＩへ入力する。ＤＳＰＩ
Ｉでは、これらの入力が与えられると、表１に示す制御
テーブルを参照してそのプログラムに従って補正をして
センサ出力に応じた制御電圧パルスを出力する。即ち、
流量がＯに近いとき、又は流量を急速に下げたい場合に
は、第５図（Ｂ）に示すようにパルス幅の制御電圧パル
スを出力する。中程度の流量が流れている場合、又は流
量が多い場合より少し下げたい場合には、第５図（Ｃ）
に示すようなパルス幅の制御電圧ノくルスを出力する。

流量が多い場合、又は流量を下げたい場合には、第５図
（Ｄ）に示すようなノ（ルス幅の制御電圧パルスを出力
する。

この制御電圧パルスをドライバー１４で必要な大きさの
電圧をもつ制御電圧パルスに変換して電磁アクチュエー
タ本体３のコイル３Ａに与え、゛可動子３Ｂ及び弁体２
Ａの動きを制御する。この可動子３Ｂの動きが直ちに変
位センサ５で検出され、前述したようにＤＳＰＩ　１に
与えられ、制御が繰り返される。ドライバー１４から出
力される制御電圧パルスの電圧の大きさを十分余裕があ
るようにとっておくと、応答性を速くできる。また、第
５図（Ａ）に示すサンプリング時間を小さくすることに
より、分解性は小さくすることができ、コイル印加立ち
上がり時間、増幅器９の応答性は価格や外的条件により
実用上は限度がある。

数μＳｅｃオークォータ電圧パルスは、ドライノく−１
４にてカットし、十数μ　Ｓｅｃオーダのサンプリング
時間にするのが現状では適している。

特に、流量センサ４の出力をＤＳＰＩＩに入力すると、
変位センサ５の出力だけＤＳＰＩＩに入力する場合だけ
より精度の高い信頼性の高い流量制御を行うことができ
る。

上記実緒例のバルブ２の代わりにチエツク弁を２個使用
すると、流量可変及び定吐出型の種々の制御か可能なポ
ンプとしても使用することかできる。

また、変位センサ５としては、差動トランスに限らず、
ホール素子、磁気抵抗素子、エンコーダ、光学センサ（
ＣＯＤ、ＰＳＤ）、静電容量、ポテンションメータ等も
用いることができる。

更に、制御テーブルはＲＯＭに記憶させることもできる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のプログラマブル電磁アクチ
ュエータによれば、下記のような効果を得ることができ
る。

（Ａ＞電磁アクチュエータ本体の可動子の動きを検出す
るセンサを設けたので、両者の位置関係か近づき、タイ
ムラグか小さくなり、制御に連続性か生じ、振動が生じ
ない。

（Ｂ）！磁アクチュエータ本体のコイルに制ｍｔｚ号を
電磁信号としてでなく電圧パルスとして、しかも印加電
圧を十分に余裕のあるように与え、そのパルス幅を変え
るので、電磁力を該電磁アクチュエータ本体の特性に拘
らず任意に得ることかでき、応答性も任意にとれ、負荷
変動にも強い。

（Ｃ）マイクロプロセッサに制御テーブルを予め記憶さ
せ、この制御テーブルに従ってパルス幅の興なる制御電
圧パルスを作り、電磁アクチュエータ本体に与えるので
、応答速度、力、位置の制御を自由に行うことかできる
。

（Ｄ）サンプリング時間を適宜選定することにより制御
を高い精度で行うことができる。

（Ｅ）電磁力か任意に得られるもので、制御の安定性が
高い。

（Ｆ）データを入力し、それをすばやく計算し、補正し
、チエツクすることにより、連応性のきわめてずぐれた
制御系かできる。

（Ｇ）＠源は一般電源てよい。

（Ｈ）パルス印加によるデイサ効果により、デイサか不
要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプログラマブル電磁アクチュエー
タの一実施例のブロック図、第２図は本実施例のプログ
ラマブル電磁アクチュエータのメカニカル部の配管への
取付は状態を示す縦断面図、第３図は本実緒例のプログ
ラマブル電磁アクチュエータのバルブ、電磁アクチュエ
ータ本体、センサの取付は状態を示す縦断面図、第４図
は本実施例で用いている差動トランスよりなる位置セン
サの変位電圧特性図、第５図（Ａ）〜（Ｄ）はサンプリ
ング時間に応じて本実施例のＤＳＰから出力される制御
電圧パルスの各種波形図、第６図は本実施例のバルブに
よるストロヘクと流量の関係を示す特性図、第７図は従
来の電磁アクチュエータの配管への取付状態を示す縦断
面図である。 １・・・・・・配管、２・・・・・・バルブ、２Ａ・・
・・・・弁体、２Ｂ・・・・・・スプリング、２Ｃ・・
・・・・弁座、３・・・・・・電磁アクチュエータ本体
、３Ａ・・・・・・コイル、３Ｂ・・・・・・可動子、
５・・・・・・変位センサ、５Ａ・・・・・・センサコ
イル、５Ｂ・・・・・・可動鉄心、６・・・・・・連結
子、７・・・・・・ベアリング軸受、８・・・・・・ケ
ース、９・・・・・・増幅器、１０・・・・・・Ａ／Ｄ
変換器、 １１・・・・・・ＤＳＰ　（マイクロプロセッサ）１２
・・・・・・インタフェース、１３・・・・・・パソコ
ン、１４・・・・・・ドライバー 特許用Ｒ−人 昭和アールアンドディ株式会社 第３図 第４図 ｖＬ 電 （Ｄ） Ｘ 変位 →ｔ 許 庁 長 官 殿 ４、代理人 明細書の図面の簡単な説明の樹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コイルに対する通電で可動子を動かして制御手段を駆動
   する電磁アクチュエータ本体と、前記可動子の動きを検
   出するセンサと、前記センサの出力をアナログ／デジタ
   ル変換するアナログ／デジタル変換器と、前記アナログ
   ／デジタル変換器を経てデジタル化されたセンサ信号が
   印加されると予めプログラムされた制御テーブルに従つ
   て入力のセンサ信号に応じたパルス幅をもつ制御電圧パ
   ルスを出力するマイクロプロセッサと、前記マイクロプ
   ロセッサからの制御電圧パルスを所要の電圧値をもつ制
   御電圧パルスに変換して、前記電磁アクチュエータ本体
   のコイルに与えるドライバーとを備えてなるプログラマ
   ブル電磁アクチュエータ。