JPH039272A - ソレノイドの動作状態検出装置 - 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〕 本発明はソレノイドの動作状態検出装置に係り、より詳
細には、例えば開閉弁や切換え弁などを作動し、その状
態に保持するためなどに使用されるラッチングソレノイ
ドなどのソレノイドの動作状態を検出するソレノイドの
動作状態検出装置に関するものである。

〔従来の技術］ 一般に、開閉弁や切換え弁などを作動させる場合、開閉
制御信号や切換え制御信号の入力に応じてソレノイド駆
動回路がラッチングソレノイドに駆動電流を流すことに
よってラッチングソレノイドを駆動し、このラッチング
ソレノイドの駆動によって弁を作動するようになってい
る。

このような場合、制御信号を入力しても弁が作動されな
いことがあるので、制御信号の大刀後に弁が確実に作動
されたかどうかを確認することが必要になる。

従来、この弁作動の確認を行うために、ラッチングソレ
ノイドが発生する漏洩磁束中にリードスイッチを設置し
、漏洩磁束がラッチングソレノイドの動作状態によって
互いに異なることを利用してリードスイッチをオン・オ
フ制御することによりラッチングソレノイドの動作状態
を示すアンサバック信号を発生するようになったソレノ
イドの動作状態検出装置が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来のソレノイドの動作状態検出装置
の構成では、漏洩磁束の大小によりリードスイッチをオ
ン・オフ駆動してアンサバック信号を発生しているので
、リードスイッチの接触片が接離する磁束レベルにバラ
付きがあると、ソレノイドの動作状態を確実にアンサバ
ックできなくなるため、リードスイッチの設置位置を微
妙に調整することが必要になる。特に、効率すなわち性
能の向上を図ったソレノイドの場合には、漏洩磁束が極
端に少なくなるため、上述したリードスイッチのオン・
オフ動作の不正確さが益々顕著になる。また、リードス
イッチは機械的な接触片を有しているため、接触片の摩
耗などによって故障する可能性が高いなど信顧性の点で
劣るという問題もある。

よって本発明は、ソレノイドの動作状態を面倒な調整を
必要とすることなく、確実に検出できると共に、信顛性
の向上を図った新規のソレノイド動作状態検出装置を提
供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するために本発明により成されソレノイ
ドの動作状態検出装置は、ソレノイドの可動片を第１か
ら第２の状態に、又は第２から第１の状態にそれぞれ駆
動する第１又は第２の駆動電流をソレノイドのコイルに
流した後のソレノイドの動作状態を検出するソレノイド
の動作状態検出装置であって、前記第１又は第２の駆動
電流をソレノイドのコイルに流した後、ソレノイドのコ
イルに交流信号を流す交流信号出力手段と、前記ソレノ
イドのコイルに流れた前記交流信号と前記交流信号出力
手段から出力される交流信号との位相差を検出する位相
差検出手段とを備え、該位相差検出手段により検出した
位相差によりソレノイドの動作状態を検出することを特
徴としている。

（作　用〕 上記構成において、ソレノイドの可動片を第１から第２
の状態に、又は第２から第１の状態にそれぞれ駆動する
第１又は第２の駆動電流をソレノイドのコイルに流した
後、交流信号出力手段からソレノイドのコイルに交流信
号を流す。そして、ソレノイドのコイルに流れた交流信
号の位相がそのインダクタンス成分により元の交流信号
に対して遅れ、またこの位相の遅れ量がソレノイドの動
作状態によって変化する損失係数に依存していることに
着目して、位相差検出手段により、前記ソレノイドのコ
イルに流れた前記交流信号と前記交流信号出力手段から
出力される交流信号との位相差を検出し、該検出した位
相差によりソレノイドの動作状態を検出するようにして
いる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明によるソレノイドの動作状態検出装置の
一実施例を示す回路ブロック図であるが、該実施例を説
明する前に、本発明の動作原理を第２図について説明す
る。

第２図はガス遮断弁１の一例を示し、同図において、ガ
ス遮断弁１は、ラッチングソレノイド１０と、該ラッチ
ングソレノイド１０により作動される弁体１１と゛、該
弁体１１により開閉される弁孔１２．を有する弁座１２
とにより構成されている。また、ラッチングソレノイド
１０は、コイルし、可動片１０．及び磁石Ｍｇより構成
されていて、可動片１０．には上記弁体１１が一体に設
けられている。ガス遮断弁１は、弁体１１が弁座１２に
当接しているときには弁孔１２．が閉じられ弁閉状態（
第２図左側）となり、当接していないときには弁孔１２
１が開かれ弁開状態（第２図右側）となる。

以上のような構成において、弁体１１が弁座１２に当接
している弁閉状態にあるとき、ラッチングツレノイド１
０のコイルＬに直流弁開電流を流すと、可動片１０．が
励磁される。この励磁された可動片１０．の磁極が磁石
Ｍｇの磁極と異なるように上記弁開電流の方向を設定す
ると、可動片１０、が磁石Ｍｇに吸引され、これによっ
て弁体１１が弁座１２から離れて弁開状態となる。

また、弁開状態からコイルＬに前記弁開電流と逆方向の
直流弁閉電流を流すと、可動片１０１は磁石Ｍｇの磁極
と同一磁極となるように励磁されるので、それまで磁石
Ｍｇに吸引されていた可動片１０１と磁石Ｍｇとの間に
反発力が働いて可動片１０．が移動し、弁体１１が弁座
１２に当接して弁閉状態となる。

なお、ラッチングソレノイド１０は弁開から弁閉又は弁
閉から弁開状態に移行するとき弁開駆動電流又び弁開駆
動電流を所定期間コイルしにそれぞれ流し、その後該駆
動電流を流さなくても、弁体１１をその状態に維持（ラ
ッチ）できるように構成されている。

ここで、ラッチングソレノイド１０のコイルＬのインダ
クタンスについて考察すると、弁閉時における可動片１
０．とコイルＬとの磁気的結合は弁開時における磁気的
結合に比して大きくなる。

従って、前者の磁束は後者の磁束より大きくなるため、
弁閉時におけるコイルＬのインダクタンスは弁開時のイ
ンダクタンスより大きくなる。

これを損失係数りの鑑点から見ると、Ｄ＝１／Ｑであり
、Ｑ＝Ｒ／ωＬ、（Ｒ：コイルＬの直流抵抗、ω：角周
波数、Ｌｏ　：コイルＬのインダクタンス）であるから
、弁開時の損失係数りは弁閉時の損失係数りより大きく
なる。

そこで、コイルＬに弁閉駆動電流又び弁閉駆動電流を供
給して可動片１０．を駆動した後に該コイルしに交流信
号として正弦波交流電流を流すと、損失係数りは第３図
のように直流抵抗Ｒによる電流ｉ、とコイルしによる電
流ｉ、との合成ベクトルとなる。従って、第４図に示す
ように、コイルＩ、に流れる正弦波交流電流１１は、も
との正弦波交流電流１０に対して位相が遅れ、時間遅れ
Δｔが生じる。

このとき、前記損失係数りは上述の如く弁閉時より弁開
時の方が大きいので、弁開状態における前記位相遅れ（
時間遅れ）は、弁閉状態における位相遅れより大きくな
る。従って、この元の正弦波交流電流に対する弁開時と
弁閉時における位相遅れをそれぞれ検出し、判別するこ
とによって、ソレノイド１０が駆動されて弁開状態とな
ったか、或いは弁閉状態となったかを知ることができる
。

なお、コイルは温度によってもそのインダクタンス成分
が変化するが、この変化は前記弁開及び弁閉時における
インダクタンス成分の変化に比して小さく、また温度に
よってインダクタンス成分の変化と同方向にコイルの直
流抵抗成分も変化しているために、温度変化による影響
は無視できる。

第１図に戻り、本発明によるソレノイド状態検出装置の
一実施例を説明すると、図において、ラッチングソレノ
イド１０のコイルＬの両端には弁駆動回路６が接続され
、該コイルしには検出抵抗Ｒ５が直列に接続されている
。直列接続されたコイルＬと検出抵抗Ｒ１の両端にはア
ナログスイッチｓｗ、、ｓｗ、を介して、交流信号とし
て正弦波電流を出力する交流信号出力手段としての正弦
波発振器７が接続されている。アナログスイッチＳＷｌ
に接続されたコイルＬの一端Ｘと、コイ°ルＬ及び検出
抵抗Ｒ１の相互接続点ｙと、アナログスイッチＳＷ２に
接続された検出抵抗Ｒ１の一端２とは、位相差検出手段
としての位相差検出回路８の入力に接続されている。

なお、検出抵抗Ｒ１の一端Ｚ、すなわち正弦波発振器７
にアナログスイッチＳＷ２を介して接続されているライ
ンを基準電位（アース）とする。

上記弁駆動回路６の入力、位相差検出回路８の出力、正
弦波発振器７の制御入力及びアナログスイッチｓｗ、、
ｓｗ、の制御端子はＣＰＵ９に接続されている。該ＣＰ
Ｕ９は弁駆動回路６に対して弁開及び弁閉制御信号を出
力し、位相差検出回路８の出力（アンサバック信号）を
入力して弁開及び弁閉状態を判別する。更に、正弦波発
振器７とアナログスイッチｓｗ、、ｓｗｚに対してアン
サバックストローブ信号を出力し、該アンサバックスト
ローブ信号によって正弦発振器７の発停制御を行うと共
にアナログスイッチＳＷ＋　　、ＳＷ２のオン・オフ制
御を行う。

以上の構成において、その動作を第５図に示すＣＰＵ９
が実行する仕事を示すフローチャート図と、第６図（ａ
）〜（ロ）の各部波形図とを参照して説明する。

ＣＰＵ９はその最初のステップＳ１において弁駆動回路
６に対し弁開制御信号（第７図（ａ））又は弁閉制御信
号（第６図う））を出力する。どちらの制御信号を出力
するかは、ＣＰＵ９が外部から入力される信号に基づい
て決定する。今、ガス遮断弁１が弁閉状態にあって、Ｃ
ＰｔＪ９が弁開制御信号（第６図（ａ））を出力したと
する。ＣＰＵ９が出力する弁開制御信号は弁駆動回路６
に入力され、これに応じて弁駆動回路６は、その出力端
子ＣをＨレベル、出力端子ｄをＬレベルにして、ラッチ
ングソレノイド１０のコイルしに対して出力端子Ｃから
出力端子ｄの方向に所定時間直流弁開駆動電流（第６図
（Ｃ））を流す。このことによって上述したように可動
片１０Ｉが駆動されてガス遮断弁１が弁開状態となる（
第６図（ｅ））。

次にステップＳ２に進み１．アンサバックストローブ信
号を所定時間出力しく第６図（ｆ））、該アンサバ・ツ
クストローブ信号により正弦波発振器７の発振を開始さ
せて正弦波電流を所定時間出力させると共に、アナログ
スイッチｓｗ、、ｓｗ、を所定時間オンさせる。このこ
とにより、正弦波電流はアナログスイッチｓｗ、、ｓｗ
２を通じてコイルＬと検出抵抗Ｒ１に流される。コイル
しに流れる前と後の正弦波電流は、コイルＬの一端の電
圧ＶＸ、（第６図（６））と検出抵抗Ｒ，の両端電圧ｖ
ｙ□（第６図（ｈ））とによりそれぞれ検出される。該
検出された電圧■Ｘ□（第６回出））と検出電圧ｖｙ−
（第６図（濁）とが入力される位相差検出回路８は、両
者の位相を比較し、位相差が所定量以上あるかどうかを
検出し、該検出結果に応じたアンサバンク信号を出力す
る。

ＣＰＵ９はステップＳ２の実行後ステップＳ３に進み、
位相差検出回路８からのアンサバック信号を読み込み、
続くステップＳ４において該読み込んだアンサバック信
号によりガス遮断弁ｌが弁開状態となったかどうかを判
断する。

上述した動作はＣＰＵ９がステップＳ１において弁開制
御信号を出力した場合について説明したが、ステップＳ
１において弁閉制御信号を出力した場合には、以下のよ
うに動作する。

ＣＰＵ９から弁閉制御信号（第６図（ｂ））を受は取っ
た弁駆動回路６は、上述の場合と逆に出力端子ｄをＨレ
ベル、出力端子ＣをＬレベルにして、ソレノイド１０の
コイルしに対して出力端子ｄから出力端子Ｃの方向に所
定時間直流弁閉駆動電流（第６図（ｄ））を流す。この
ことによって上述したように可動片１０１が駆動されて
ガス遮断弁ｌが弁閉状態となる（第６図（ｅ））。次に
ステップＳ２に進み、アンサバックストローブ信号を所
定時間出力しく第６図げ））、正弦発振器７の発振を開
始させて正弦波電流を所定時間出力させると共に、アナ
ログスイッチＳＷ＋　　、ＳＷｚを所定時間オンにする
。該正弦波電流はアナログスイッチＳＷ。

、ＳＷ２を通じてコイルＬと検出抵抗Ｒ１に流される。

コイルしに流れる前と後の正弦波電流は、コイルＬの一
端の電圧Ｖ、ｘｚ（第６図（（至））と検出抵抗Ｒ５の
両端電圧Ｖｙ、（第６図（ｈ））とによりそれぞれ検出
される。該検出された電圧ＶＸ２（第６図（ｈ））と検
出電圧Ｖ、、（第６図（６））とが入力される位相差検
出回路８は、両者の位相を比較し、位相差が所定量以上
あるかどうかを検出し、該検出結果に応じたアンサバッ
ク信号を出力する。

ＣＰＵ９はステップＳ２の実行後ステップＳ３に進み、
位相差検出回路８からのアンサバック信号を読み込み、
続（ステップＳ４において該読み込んだアンサバック信
号によりガス遮断弁１が弁開状態となったかどうかを判
断する。

第６図（（２）、山）に示すように、コイルしに流れる
正弦波電流は元の正弦波電流に対して位相遅れを生じる
が、弁開状態における電圧Ｖ　ＸＩＥに対する検出電圧
ＶｙＨの位相遅れ（時間遅れ）Δｔ１は、弁閉状態にお
ける位相遅れΔｔ２に比して大きい。

そこで、位相差検出回路８はこの弁開状態と弁閉状態に
おける位相差を検出し、両者において異なるアンサバッ
ク信号を出力する。そしてＣＰＵ９は、このアンサバッ
ク信号に基づきガス遮断弁１が弁開制御信号或いは弁閉
制御信号の出力後に、弁開状態或いは弁閉状態になった
かどうかを判断する。

第７図は上記位相差検出回路８の具体的な回路例を示し
、同図において、レベル比較器８１にはコイルしに流す
前の正弦波電流の正弦波電圧■。

と、抵抗Ｒ２、Ｒ３により設定される基準電圧がそれぞ
れ入力され、レベル比較器８２にはコイルしに流した後
の正弦波電流の検出抵抗Ｒ３により検出された検出電圧
ｖｙ２と、抵抗Ｒ４、Ｒｓにより設定される基準電圧が
それぞれ入力される。レベル比較器８１の出力は遅延回
路８３を通してＲ８−フリップフロップ８４（以下Ｒ３
−ＦＦという）のセット端子に入力され、レベル比較器
８２の出力は直接Ｒ３−ＦＦ８４のリセット端子に入力
される。１Ｒ３−ＦＦ８４の出力Ｑにアンサバック信号
が出力される。

上記遅延回路８３の遅延時間は、弁閉状態においてコイ
ルしに流される正弦波電流と、元の正弦波電流との位相
差（第６図（ハ）のΔｔｚ）に等しくなるように設定す
る。

以上の構成において、その動作を第８図（ａ）〜（ｆ）
の各部波形図を参照して説明する。レベル比較器８１．
８２には、上述のように正弦波の電圧Ｖ　Ｘｉｌ及びｖ
ｙ−（第８図（ａ）　、　（ｂ）　）がそれぞれ入力さ
れ、ここで基準電圧とそれぞれ比較されることによって
、レベル比較器８１店８２の出力に正弦波電圧Ｖ　ｘｉ
　ｐ　Ｖ　ｙｚの周期に応じたパルス信号が出力される
（第８図（Ｃ）　、　（ｄ）　）。このうちレベル比較
器８１よりの出力は遅延回路８３によりΔｔ２遅延され
る（第８図（ｅ））。従って、弁閉状態において遅延回
路８３を通過したパルス信号とレベル比較器８２より出
力される検出抵抗Ｒ，の両端電圧に基づくパルス信号と
は同相となり、この両パルス信号がＲ３−ＦＦ８４のセ
ット端子とリセット端子に同時に入力される。このため
、Ｒ３−ＦＦの出力ＱはＬレベルを維持し、Ｌレベルの
アンサバック信号が出力される（第８図げ））。

一方、弁開状態においては、レベル比較器８１からのパ
ルス信号とレベル比較器８２からのパルス信号の位相差
Δｔ、は前記Δｔ２より十分に大きいため、遅延時間Δ
ｔ２の遅延回路８３を通過したレベル比較器８１からの
パルス信号とレベル比較器８２からのパルス信号との間
には、依然として位相差Δむ３が存在するようになる（
第８図（ｅ））。従って、Ｒ３−ＦＦ８４はまずそのセ
ット端子に遅延回路８３からのパルス信号が入力されて
セット状態となり、次にΔＬ３後にリセット端子にレベ
ル比較器８２からのパルス信号が入力されて再びリセッ
ト状態となる。よって、弁開状態ではＲ３−ＦＦ８４の
出力Ｑより一定時間Ｈレベルとなるアンサバック信号が
出力される（第８図（ｆ））。

なお、コイルしに供給する交流電流としては、正弦波の
他に矩形波や三角波が考えられるが、このような波形は
時間に対する変化の割合が急激或いは一定であるので、
コイルしに流れる交流電流の元の交流電流に対する位相
遅れが生じにくく、弁開状態と弁閉状態を検出するため
の位相差の判断を難しくするので、正弦波電流を用いる
ことが望ましい。

上記正弦波電流の周波数は、ソレノイド１ｏの磁気回路
の構造などに応じて適宜設定される。

〔効　果〕

以上説明したように本発明によれば、ソレノイドのコイ
ルに流れた交流信号の位相がそのインダクタンス成分に
より元の交流信号に対して遅れ、またこの位相の遅れ量
がソレノイドの動作状態によって変化する損失係数に依
存していることに着目して、ソレノイドのコイルに流れ
た前記交流信号と元の交流信号との位相差を検出し、該
検出した位相差によりソレノイドの動作状態を検出する
ようにしているので、ソレノイドの動作状態を面倒な調
整を必要とすることなく、検出精度及び信頼性の向上が
図られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるソレノイドの動作状態検出装置の
一実施例を示す回路ブロック図、第２図乃至第４図は本
発明の動作原理を説明するための説明図、 第５図は第１図中のＣＰＵが行う仕事を示すフローチャ
ート図、 第６図は第１図の各部の波形を示す図、第７図は第１図
中の一部分の具体的回路構成を示す回路図、 第８図は第７図の各部の波形を示す図である。 ７・・・正弦波発振器（交流信号発生手段）、８・・・
位相差検出回路（位相差検出手段）、１０・・・ラッチ
ングソレノイド（ソレノイド）、Ｌ・・・コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ソレノイドの可動片を第１から第２の状態に、又は第
   ２から第１の状態にそれぞれ駆動する第１又は第２の駆
   動電流をソレノイドのコイルに流した後のソレノイドの
   動作状態を検出するソレノイドの動作状態検出装置にお
   いて、 前記第１又は第２の駆動電流をソレノイドのコイルに流
   した後、ソレノイドのコイルに交流信号を流す交流信号
   出力手段と、 前記ソレノイドのコイルに流れた前記交流信号と前記交
   流信号出力手段から出力される交流信号との位相差を検
   出する位相差検出手段とを備え、該位相差検出手段によ
   り検出した位相差によりソレノイドの動作状態を検出す
   る、 ことを特徴とするソレノイドの動作状態検出装置。