JPS6026867A - 電磁弁制御装置 - 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 本発明は電磁弁の動作状態検知に関するものであり、特
に弁の開閉動作に何ら支障を与えることなく検知し得る
ことを目的としている。

従来例の構成とその問題点 近年マイクロコンピュータなど電子技術の進歩にともな
って、家庭電気機器にソレノイドや電磁弁を使用するこ
とが多くなってきた。とくにソレノイドや電磁弁を家庭
用燃焼機器に使用する場合や、ガス機器の安全弁として
用いる場合は、弁の開閉状態を示す信号を必要とするこ
とか多い。

また電磁弁駆動回路の低電力化や電磁弁の発熱を抑制す
る意味から、永久磁石を磁気回路中に保有し作動させる
必要がある時のみ通電し、状態の保持は永久磁石により
行なう方式の、いわゆる自己保持型電磁弁の場合とくに
開捷たは閉の状態を維持するだめの電力が不必要なので
、駆動・回路側からのみでは弁の開または閉のどちらの
状態になっているかは判断できない。

従って開又は閉の状態を検出するため弁動作と連動して
スイッチを開閉させる手段か一般的に行われる。第１図
は従来例であるが、ここではマイクロスイッチを使用し
ている。弁ボティイは入口口から出ロバに至る途中に弁
座二を形成しており、」二面にはソレノイド部が設けら
れている。コ字状の第１継鉄ホと平板状の第２継鉄へ及
び磁極トで固定鉄心を形成し、第２継鉄へと磁極トの間
に氷欠磁石チか位置している。りは可動鉄心で案内筒ヌ
の中を上下動自在に支持され、一端は前述の弁座二と対
応する弁ゴムを有し他端は磁極トと対応している。磁極
トと可動鉄心りの間には離反する方向にスプリングルか
設けられていて、図のように磁極トと可動鉄心りか吸着
位置にある時の吸引力よりは弱く、コイルボビンオに巻
回したコイルワに通電して永久磁石チの吸引力が減少し
た時の力よりは強いスプリング強度に設定されている。

可動Ｇ′）（心りの動きは接触棒力によって外部へ伝え
られ、マイクロスイソチョは弁の開閉と連動して電気接
点の開閉を行う。

永久磁石チの吸引力で開状態を維持している時に、この
吸引力を一瞬でも低下させる方向に通電すれはスプリン
グルの力で弁は閉じられ、通電が断たれた後も開状態が
維持される。同時にマイクロスイソチョも切換えられる
。そして、再び開弁する時は接触棒力を引き」二げ吸着
させると同時にマイクロスイノチョの接点も元の状態に
戻る。

ところで、自己保持型電磁弁は永久磁石の吸引力を利用
しているので可動鉄心を移動させるスプリングの力には
制限がある。従って、接触棒力のように外部へ貫通する
部分のシール摩擦やマイクロスイッチヨの力による摩擦
の影響は無視てきなくなる。長期間の使用で摩擦力の増
大があれば、コイルに通電しても弁の閉止か確実に行わ
れなくなる恐れがある。又、マイクロスイノチョの接触
不良や収伺位置の緩みがあると弁開閉状態の正確な信−
ワ°か得られないばかりでなく、この結果、閉止しなけ
ればならない時に閉止動作を行わないという危険を発生
する可能性さえある。

丑だ機械的動作を伴うスイッチ類を使用せずに弁開閉信
号を得る別の従来例として第２図に示す。

弁ボテイ１には入口２、弁座３、出口４の通路か形成さ
れており、弁ボティ１の」二部には、略コ字状の第１継
鉄５と平板状の第２継鉄６で外周を囲み、中央には磁極
７があって、これらによって固定鉄芯８を形つくってい
る。磁極７と対面する位＠に可ｌｌ１ＩＪ鉄芯９か設け
られており、中央を上下動可能な状態に案内支持されて
いる。磁極７と第１継鉄５との間には永久磁石１０が設
けられており、この永久磁石１０、可動鉄芯９、固定鉄
芯８によって磁気回路１１を構成している。１２は磁極
７と可動鉄芯９を離反する方向に付勢されたスプリング
である。この磁気回路１１にはコイルボビン１３に巻か
れた駆動コイル１４と検出コイル１５が作用する。コイ
ルボビン１３は永久磁石１０と磁極７と可動鉄芯９の中
心線を一致させ、可動鉄芯９の上下動を案内支持すると
共に流体シールをも行っている。可動鉄芯９の下端には
弁受け１６及び弁ゴム１７か揺動自在に取伺けられてい
て弁座３と対応している。又、弁ボティ１の中央下面に
は操作軸１８と一体の操作ボクン１９が設けられ、これ
を押し上げると可動鉄芯９を吸着方向に移動させること
になり開弁される。２０は復帰スプリングで、操作後は
弁０１作に支障かないように操作軸１８を押し戻す役割
を果す。又、カバー２１は外部からの衝撃で操作軸１８
が曲げられることを防止する。これらの操作軸１８、操
作ボタン１９、復ヅ＠　スフ’リング２０、カバー２１
ＶＣよって開弁動作を手動で行う操作装置２２が構成さ
れている。このように自己保、）″Ｉ′型電磁弁２３は
弁ボティ１、磁気回路１１、スプリング１２、駆動コイ
ル１４、検出コイル１５、弁ゴム１７、操作装置２２な
どによって構成されている。

次に、検出コイル１５け極性判定回路２４、レベル判定
回路２５、オア回路２６、自己保持型表示素子２７から
構成された検知回路２８と接続する。一方、１枢動コイ
ル１４は、フンショット電源２９、センサ３０、オア回
路３１を有する励磁回路３２と接続されている。

さて、自己保持型電磁弁２３は、操作装置２２によって
可動鉄芯９を押」−げ、永久磁石１０の磁束による吸引
力かスプリング１２のＩｆｆ反力よりも優る位置まで接
近すると急速に吸着し、以後は開弁状態となる。次に、
駆動コイル１４に永久磁石１０の磁束を減少させる起磁
力の方向へ通電すると吸引力がスプリング１２の離反力
よりも低下して、スプリング１２０力によって一気に可
動鉄芯９はり団ｍされ、以後は閉弁状態を維持する。こ
の場合の磁気回路１１の特性を永久磁石のＢ−Ｈ特性図
を示す第３図を用いて説り］する。開弁状態ずなわぢ吸
着位置では磁気抵抗が低く寸法比線はＡのようになって
、この時の磁束密度はＢ１である。

又、閉弁状態すなわち離反位置では大きな空隙かあるの
で磁気抵抗が高く寸法比線はＢのようになり、この時の
磁束密度ＶｉＢ３七なる。さて、駆動コイル１４に永久
磁石１０の磁束を減少させる方向に通電し、その磁化の
強さがＨ８てあればその時の磁束密度は寸法比線ＡをＨ
８たけ移動して描いたＣ線によってＢ２になる。磁束密
度と吸る而の面積によって磁気吸引力は決定されるので
、前述の磁束密度は各々の状態に於ける吸引力を示すこ
とになる。但し、Ｂ３は離反位置なのて永久磁石１０の
磁束密度を示すものの、可動鉄芯９との間で吸引力を発
生する磁束密度を示すもので１−Ｊ：ない。

このように弁位置によって磁束密度が異るのて閉弁から
開弁又は開弁から閉弁という動作を行う瞬間に検出コイ
ル１５に起電力を生じ、その極性は動作方向によって異
る。今、閉弁位置から開弁位置へ操作装置２２によって
操作すると磁束密度はＢ３からＢ１へ急増する。この急
変による誘起起電力の極性を正とすると、極性判定回路
２４でけオア回路２６を通じて自己保持型表示集子２７
へ開弁表示をするよ・うに信号を送る。次に、開弁状態
から駆動コイル１４に通電がなされて閉弁する時は磁束
密度はＢ１から一時的にＢ２に減少し更にＢ３″！ｒ、
で急減する。この時の起電力は負と判定されレベル判定
回路２５てその大きさを予め設定されていた伯と比較し
、設定値よりも大きけれはオア回路２６を通じて自己保
持型表示素子２７へ閉弁表示をするように信号を送る。

以」二のようにこの別の従来例の場合、機械的動作を伴
なうスイッチ類を使用せずに弁開閉信−５を得ることは
できるが、弁を作動させた瞬間のみ、一時的に信号を得
ることしかできず、電磁弁非作）時は弁が開の状態にあ
るのが閉の状態にあるのか検知できないという問題を有
していた。また永久磁石を使用していない電磁弁の場合
、」−記原理が成立しないため弁の開閉信号を全く得る
ことかてきないという問題を有していた。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題を解消するもので、弁の開閉
ｍ１作に支障を及ぼすような機械的動作を伴うスイッチ
類を使用せずに弁の開閉信号を得ることができ、かつ弁
作動非作動にかかわらず開閉状態を知ることができる電
磁弁制御装置をＮることを目的とする。

発明のイζ１４成 この１」的を達成するために不発り１は１．’ｉｌ定鉄
心七可動鉄心から成る磁気回路と、この磁気回路中に巻
回した電磁コイルとを有する電磁弁と、電磁コイルへ通
電する１駆動回路と、電磁コイルへ微小通電するチェッ
ク電圧発生回路と電磁コイルの誘導起電力あるいはイン
ピーダンスを検知判定するレベル判定検知回路とからな
る作動状態検知回路七を設けたものである。この構成に
よってチェック電圧発生回路が電磁コイルに、弁が駆動
したりすることのない微小電流の大切あるいは増減作用
し、その時電磁コイルに発生する誘導起電力あるいは電
磁コイルインピーダンスの大きさレベルをレベル判定検
知回路によって判定し、弁の開閉状態を検知するという
作用を有する。

実施例の説明 以下本発明の実施例を第４図を用いて説明する。

第４図において弁ボディ３３には入口３４、弁座３５、
出口３６の通路が形成されており、弁ボティ３３の上部
には、略コ字状の継鉄３７て外周を囲み、その中央には
固定磁極３８を固着してあり、これらによって固定鉄心
３９を形つくっている。

固定磁極３８と対面する位置に可動鉄心４０が設けられ
ており、案内筒４１の中を上下動自在に支持され、他端
は前記弁座３５と対応する弁ゴム４２を有している。丑
だ前記継鉄３７の内側でかつ可動鉄心４０の外周に対面
し２個の永久磁石４３が設けられており、この永久磁石
４３、可動鉄心４０、固定鉄ｊし３９によって磁気回路
４４を構成している。スプリング４５は固定磁極３８と
可動鉄心４０を離反する方向に何勢している。この磁気
回路４４にはコイルボビン４６に巻かれた電磁コイル４
７が作用する。電磁コイル４７には中間タップ４８を設
は端末４９から中間夕・ンプ４８捷でをチェックコイル
５０とし、端末４９から端末５１捷でを検知コイル５２
および駆動コイル５２として構成している。案内筒４１
の内外周および取付ベース５３の部分にばＯｌ）ング５
４゜５５．５６を設け、流体が外部に漏洩しないように
シールしている。まだ、弁ボテイ３３の中央下面には操
作軸５７と一体の操作ボタン５８が設けられ、これを押
し上げると可動鉄心４０を１汲る゛方向に移動させるこ
とになり開弁される。復帰スプリング５９は操作ボタン
５８を操作後、弁動作に支障がないように操作軸５７を
押し戻す役割を果す。これら操作軸５７、操作ボタン５
８、復帰スプリング５９、カバー６０によって開弁動作
を手動で行う操作装置６１が構成されている。

電気的回路接続は、電磁コイル４７の端末４９と中間タ
ップ４８との間のチェックコイル５０にチェック電圧発
生回路６２を接続し、端末４９がら端末５１の検知・駆
動コイル５２に駆動回路６３とレベル判定検知回路６４
を接続している。

これらチェック電圧発生回路６２とレベル判定検知回路
６４とから作動状態検知回路６５が構成されている。レ
ベル判定検知回路６４は表示・報知回路６６に接続され
、表示・報知回路６６の先にはブザー６７を接続しであ
る。

上記構成において自己保持型電磁弁６８は、操作装ｆｆ
１６１によって可動鉄心４０を押し」二げ、永久磁石４
３の磁束による吸引力がスプリング４５の離反力よりも
優る位置まで至ると吸着し、開弁状態を保持する。次に
、駆動コイル５２に駆動回ＷＪ６３により永久磁石４３
の磁束を減少させる起磁力の方向に通電すると、吸引力
がスプリング４５の離反力よりも低下して、スプリング
４５の力によって可動鉄心４０は引離され、以後は閉弁
状態を維持する。この可動鉄心４ｏが引離され閉弁した
状態において、チェックコイル５ｏは空心となるように
可動鉄心４０のストロークおよびチェックコイル５０と
可動鉄心４０の関係位置をきめている。弁開状態つまシ
可動鉄心４０を吸着した状態においては、チェックコイ
ル５０も検知・駆動コイル５２いずれも中心に鉄心が入
った状態である。原理的にコイルに流す電流を増減また
は断続すると、コイルを貫く磁束Φが変化するから、こ
のコイル自身または近くのコイルの中に誘導起電力を生
じる。起電力の誘導がコイル自身の場合を自己誘導、他
のコイルの場合を相互誘導というが、巻数Ｎ１のチェッ
クコイル５０の電流を１秒間に１１だけ変化させたとき
、チェックコイル５０に自己誘導によって誘導される起
電力ｅＬおよび、巻数Ｎ２の検知コイル５２に相互誘導
によって誘導される起電力ｅＭは、それぞれ次のように
なる。

１　１ １　１ 上の式でＬは自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタ
ンスである。コイルが空心の場合と鉄心が入った場合で
は、鉄心の入ったコイルの方がインダクタンスが犬とな
ることは周知のとおりである。

しだがって第４図の実施例において、チェックコイル５
０に電磁弁６８が吸着や〜１脱なと作動しない範囲の微
少な高周波電流をチェック電圧発生回路６２によって印
加すると、検知コイル５２に誘導起電力を生じ、その誘
導起電力の大きさレベルは弁開状態の時は大となり、弁
開状態では小さくなる。その大きさレベルをレベル判定
検知回路６４によってごθ」定し、表示・報知回路６６
を介してブザー６７で報知するように作用し、機械的動
作を伴うスイッチ類など弁の開閉動作に何ら支障なく、
弁のＵｎ閉状態を検知できる効果がある。また後の従来
例のように永久磁石１ｏの磁束変化によって検知する構
成で、電磁弁が作動した１川間だけしか信号が得られな
いのとは異なり、チェックコイル５０にチェック電圧発
生回路６２から、信号電圧を印加したならば、任意なと
きに、弁の開閉状態を検知することができる効果がある
。

チェック電圧発生回路６２からの信り電圧は、正弦波交
流でも矩形波でも三角波いずれでも誘導起電力が得られ
る。要するに電流を増減あるいは断続する信号電圧を印
加すれば、弁の開閉状虞を検知できる。−また信劣電圧
の周波数をブザー６７に印加する電圧周波数と同じ高周
波にすれば、電気回路上、同じ発振回路から信号がとれ
回路の簡素化もてきる。

上記、発す」実施例ては相互誘導による誘導起電力の大
きさレベルで検知する構成について説明したが、単数コ
イルの電磁弁の場合も同様に自己誘導による誘導起電力
の大きさレベルであるいはインピーダンスの変化によっ
て弁の開閉状態を検知できる。捷た永久磁石の有無を問
わずコイルの中を可動鉄心が移動する電磁弁ならば同様
に弁の開閉状態の検知が可能である。

第４図の電磁コイル４７のようにコイルボビン４６に仕
切りを設け、中間タップ４８を出す構成にすることによ
って単一ボビンで、検知・駆動コイル５２、チェックコ
イル５ｏをコンパクトに構成できるほか、チェツタコイ
ル５ｏの巻＋ｌＩＩ？；　ヲ弁１１Ｊ状態の可′ａＪ鉄
心４０、固定鉄心３８との間の空隙とほぼ同じ１ｌｌｌ
ｉ４とし、かっこの空隙と対応する位１．’、Ｈ１に巻
回したことにより、弁開状態と弁閉状態との信号レベル
の差が大きくなり、より判定しゃすく誤判定の確立もよ
シ下がる効果がある。捷だコイルボビンに仕切を設けず
に電磁コイル４７の内側の層にチェックコイル５ｏを巻
回し、外側の層に検知・駆動コイル５２を設けても同様
の効果がある。

発明の効果 以上のように本発明の電磁弁制御装置（／′ｒｃよれば
次の効果が得られる。

（１）固定鉄心と可動鉄心からなる磁気回路とこの磁気
回路中に巻回した電磁コイルとを有する電磁弁と、電磁
コイルへ通電する駆動回路と、電磁コイルへ微小通電す
るチェック電圧発生回路と電磁コイルの誘導起電力ある
いはインピーダンスヲ検知判定するレベル判定検知回路
を備えだ構成としているので、弁開状態か弁閉状愚かに
よって電磁コイルの誘導起電力ある′いはインピーダン
スの大きさレベルが異なり、その大きさレベルによって
弁の開閉状態を判定検知するように作用し、弁の開閉動
作に何ら支障なく弁の開閉状態を検知てきる効果かある
。

（２）微小なチェック電圧を印加してコイルの誘導起電
力あるいけインピーダンスの大きさレベルを判定するの
であるから、電磁弁形式は永久磁石の使用有無（て関係
なく、コイル中に可動鉄心を有する形式であれば、弁の
開閉状態を検知できる。

（３）まだ」二記（２）項の理由により、任意時に弁の
開閉状態を検知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁弁の弁位置検出を示す断面図、第２
図は別の従来例の構成図、第３図は第２図の自己保持型
電磁弁の磁気回路の特性を示すＢ−Ｈ特性図、第４図は
本発明−実施例による電磁弁制御装置の構成図である。 ３９・・・・・・固定鉄心、４ｏ・川・・可動鉄心、４
３・・・・・永久磁石、４４・・・・・磁気回路、４７
・・・・・・電磁コイル、４８・・・・・中間タップ、
４９．５１・・・・端末、５０・・・・・チェソクコイ
ノペ５２・・・・・・検知・駆動コイル、６２・・・・
チェック電圧発生回路、６３・・ＩＪＶＡ動回路、６４
・・・・レベル判定検知回路、６５・・・作動状態検知
回路、６６・・・表示報知回路、６７・・・・−ブザー
８ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図　り 第４図 ／３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定鉄心と可動鉄心から成る磁気回路とこの磁気
   回路中に巻回した電磁コイルとを有する電磁弁と、前記
   電磁コイルへ通電する駆動回路と、前記電磁コイルへ微
   小通電するチェック電圧発生回路と電磁コイルの誘導起
   電力あるいはインピーダンスを検知判定するレベル判定
   検知回路とからなる作動状態検知回路とを有し、弁の開
   閉状態を検知する電磁弁制御装置。
2. （２）電磁コイルは中門クップを設け、電磁コイ、し一
   方の端末から中間クノプま、てをチェックコイル一端末
   から他端末捷でを検知コイルおよび駆動コイルとして構
   成された特許請求の範囲第１項記載の電磁弁制御装置。
3. （３）電磁弁の可動鉄心が固定鉄心から離脱し、弁閉止
   状態の可動鉄心と固定鉄心との間の空隙とほぼ同じ巻幅
   でかつ対応する位置にチェックコイルを設けた特許請求
   の範囲第２項記載の電磁弁制御装置。
4. （４）チェックコイルと電磁コイルの内側部分に形成し
   た特許請求の範囲第２項記載の電磁弁制御装置。
5. （５）電磁弁は固定鉄心と可動鉄心と永久磁石から成る
   磁気回路とこの磁気回路中に巻回した電磁コイルとを有
   する自己保持型電磁弁で構成、した特許請求の範囲第１
   項記載の電磁弁制御装置。
6. （６）レベル判定検知回路の出力により報知するブザー
   を設けるとともに、チェックコイルに印加する電圧周波
   数と、ブザーに印加する電圧周波数を回し周波数とした
   特許ｉｊｉ！ｊ水の範囲第１項記載の電磁弁制御装置。