JPS62101981A - 電磁弁の開閉状態判断回路 - 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、直流電磁弁の開閉状態を電気的に判断可能に
した電磁弁の開閉状態判断回路に関する。

（従来の技術及び問題点） 燃料酸化剤をシーケンスコントローラを用い自動かつ遠
隔で燃焼させることは、燃焼型ガスダイナミックレーザ
、液体ロケットモータ、魚雷、ボイラー等で通常行なわ
れている。この場合、着火不良あるいは燃料酸化剤用供
給弁（始動弁）の動作不良等の危険状態を、直ちに検知
し、回避するために、何等かの危険防止策がシーケンス
コントローラに組まれている。例えば火炎により発生す
る光、温度、圧力等を検知し、それらの量がある一定以
上にならなければ、何等かの不具合が生じたものと判断
し、直ちにシーケンスは停止し、燃料酸化剤の供給は止
まり、Ｎ２〃ス等で燃焼室に溜まった未燃の燃料酸化剤
をパージし、安全な状態になるようなシーケンスが組ま
れている。

この危険防止フィードバック回路の中に、始動弁の開閉
状態をフィードバックすることも非常に有効であり、良
く行なわれている。しかし、この場合、開閉状態をフィ
ードバックできるのは始動弁にリミットスイッチを組み
込んだ、かなり大型の弁のときのみである。このリミッ
トスイッチは弁開閉時に移動する始動弁内部の弁体と機
械的に結合しており、リミットスイッチからの情報は正
確ではあるが、構造的に小型化することは困難であり、
通常、空気圧で作動する大型のニューマチックバルブに
のみつけられている。それ以外の最も多く用いられる電
磁弁には通常このリミットスイッチが取り付けられては
いない。これは小型高速応答性の要求される電磁弁には
構造的にリミットスイッチを取り付けることは困難であ
ることからくるのであって、何等かの方法で通常の電磁
弁の開閉状態が確実に判断できれば、危険防止のために
非常に有効である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の点に鑑み、リミットスイッチのついて
いない通常の直流電磁弁の開閉状態を、その直流電磁弁
に供給する電流波形から確実に検知可能であって、ひい
てはその情報をシーケンスコントローラにフィードバッ
クさせ、危険状態を未然に回避できるようにした電磁弁
の開閉状態判断回路を提供しようとするものである。

本発明では、直流電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的
変化を、微分回路等を用いて単純な電気パルスとして抽
出する手段により上記従来の問題点を解決している。

（作用） 本発明の電磁弁の開閉状態判断回路において、は、直流
電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的変化を、微分回路
等を用いて単純な電気パルスとして抽出でき、その電気
パルスが存在しないときは、当該直流電磁弁が作動不能
であると判断でき、また電気パルスの存在はその電磁弁
が作動したものと判断できる。さらに、電気パルスが発
生するまでの時間、あるいはその電気パルスの波高値を
合わせて計測することにより、さらに確実な電磁弁の制
御が可能である。

（実施例） 以下、本発明に係る電磁弁の開閉状態判別回路の実施例
を図面に従って説明する。

第１図は本発明の＃Ｉ１１実施例を示し、第２図（Ａ）
、（Ｂ）は直流電磁弁の構造の１例であり、第３図は直
流電磁弁の典型的な電流波形を示したものである。

まず、第１図の第１実施例の説明に先立って第２図で一
般的な直流電磁弁の構造を説明する。この第２図で（Ａ
）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態であり、弁体１に
一体のアーマチュア２は励磁コイル３に通電したとき、
励磁コイル３に吸着されて移動し、弁体１と弁座４との
間が開くようになっている。

本発明者は、前記アーマチュア２の励磁コイル３による
吸着動作（すなわちアーマチュア２の吸着によりフィル
のインダクタンスが増加すること）に起因して電流波形
に特長的変化が生じることを見出だした。

ｆｊＳ３図は、そのような直流電磁弁の開閉に伴う電流
波形の特長的変化を示すものであり、時間１＝０で電磁
弁に一定電圧をかけると、電流が流れ始め、時間ととも
に次第に電流は増加するが、ある程度励磁コイルが磁化
された時点で電流が急激に低下しくｔＪＩＪ３図の７部
）、再び増加し、定常電流値になることを示している。

ここで、重要な点は電流が急に低下する７部において、
まさに電磁弁内の弁体が移動した（アーマチュアが励磁
コイルに吸着された）、すなわち機械的に作動したこと
を示しており、かっこの電流値の低下と弁体の移動は１
対１の関係にあることが発明者により発見、確認されて
いる。すなわち、何等かの原因で電流を流しても電磁弁
内の弁体が動かないときには、第３図の７部のような特
長的変化は起こらず、第３図の点線で示したように、単
調増加の電流波形になる。

上述の電磁弁の開閉に伴う、電流波形の特長的変化とは
まさに第３図のア部を言い、この特長的変化があれば、
電磁弁は機械的に作動したことが電流波形から１対１で
判断できる。この情報をシーケンスコントローラにフィ
ードバックさせ、もしこの特長的変化が無ければ、電磁
弁に電流は供給しているが、機械的に作動していない。

すなわち不具合が生じたと判断し、シーケンスコントロ
ーラにより、何等かの燃焼制御を行わせることが可能で
ある。

この電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的変化の有無は
電流波形をシンクロコース等で目視すれば容易に判断が
つく。また電流波形をスペクトルアナライザーに入れて
も、この特長的変化の抽出は可能である。しかしこのよ
うな方法では人間の介在が必要、あるいは非常に高価な
測定器が必要となり実用的ではない。

電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的変化（第３図のア
部）は電流波形の他の部分と大きく異なっている。それ
は電流の時間的変化が７部では非常に大きく、かつ負の
値を持っていることにある。

この特長的変化のみを抽出することは、コンデンサ、あ
るいはインダクタンスによる電流波形の微分により容易
に可能である。

第１図のｆｐＪ１実施例は、電流波形の特長的変化の抽
出にコンデンサを用いた微分回路を使用するものである
。この図において、直流電磁弁Ｓ■は、スイッチＳ及び
抵抗Ｒを介して直流電源ＰＷに接続されている。ここで
、抵抗Ｒは電流波形検出用の抵抗であり、通常電圧損失
が少ないように十分小さな値が選ばれる。コンデンサＣ
１は電流波形を微分するものである。

第３図の電流波形は第１図の回路のアースとａ点間の電
圧波形であるが、これをコンデンサＣ１に通し微分する
と、アースとｂ点間の電圧波形は第４図のような波形に
なる。すなわち、電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的
変化は微分することにより、ｆｊＳ４図のイ部のように
なる。

第４図のイ部は他と着しく異なっている。それはかなり
大きく、鋭いマイナスのパルスであり、このパルスが生
じなければ、動作不良を起こしていると、通常用いられ
る簡単な回路で判断でき、シーケンスの制御を容易に行
わせることが可能である。

なお、第１図の実施例ではコンデンサＣ１の後にローパ
スフィルタＬＦ及び比較回路ＣＯＭが設けられ、これら
を介しシーケンスコントａ−ラＣ０ＮＴが接続される。

前記ローパスフィルタＬＦは、電磁弁駆動用スイッチＳ
にソリッドステートリレーのようなチャタリングの無い
スイッチを使用したときならば必要では無いが、マイク
ロスイッチでは電圧投入時にかなり大きな正負のパルス
（比較的周波数が高い）が第１図のｂ点で観察されるが
、このパルスを取るためのものである。また、比較回路
ＣＯＭはＰＩｌ、４図イ部の波高値が所定値以上の場合
に例えば、５部程度の作動検出信号を出すものである。

シーケンスコントロー？　ＣＯＮ　Ｔ　内１コこの比較
回路と同等の機能が存在する場合には、省略できる。

第５図の第２実施例は、電流波形の特長的変化の抽出に
インダクタンスによる微分回路を用いたものである。こ
の図において、直流電磁弁Ｓ■は、スイッチＳ及びコイ
ル（インダクタ）Ｌ＋を介して直流電源ＰＷに接続され
ている。フィルＬ１にはコイル（インダクタ）Ｌ２が電
磁誘導結合している。

フィルＬ１には電磁弁の電流が流れ、それと電磁誘導に
より結合しているコイルＬ２には、Ｌｌに流れる電流の
微分波形が表れる。Ｌ２に生じる電圧波形はコンデンサ
を使用した第１図と同様であり、電磁弁の弁体の移動に
より、他とは者しく異なるパルスが得られる。得られた
パルスをシーケンスコントローラにフィードバックさせ
、容易に制御信号として使用することが出来ることは、
前記コンデンサの場合と同様である。

この第５図の相互誘導コイルを用いる構成はコンデンサ
によるｈ１成に比べ、電磁弁駆動回路と電気パルスを抽
出する回路部分とを電気的に分離させることが可能なこ
と、Ｌｌによる電力のロスが少ないこと、巻線数を増加
させることにより、増幅の必要がないくらいの十分な大
きさの電圧が得られること等の利点がある。

なお、＃ＩＪ５図のコンデンサｃ２はＬ２とｃ２で共振
させ、より効率的に電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長
的変化を抽出しようとするものである。

それは前記コンデンサの微分回路の場合と同様に、電磁
弁駆動用スイッチＳにチャタリングのないものを使用す
れば共振させる必要はないが、チャタリングのあるスイ
ッチのとき、チャタリング周波数と、電流波形の特長的
変化の周波数が異なることを利用し、後者のみの信号を
効率的に取り出せることを利用したものである。また、
必要に応じ比較回路ＣＯＭをシーケンスコントローラと
の間に配置する。

第６図は電磁弁の電流波形が電磁弁にかける流体圧力の
変化によりどのように変化するかを示したものであるが
、負荷をかけるにしたがい（流体圧力の増加にしたがい
）、電流波形の特長的変化が表れる位置は次第に遅れか
っ、電流の時間的変化率も少なくなる。すなわち本発明
のＷＳｌ及び第２実施例で抽出した電気パルスは、電磁
弁にかける流体圧力の増加に従い、遅く発生し、またそ
の高さは次第に低くなる。

従って、上記物理的現象を有効に利用し、さらに効果的
に電磁弁の制御を行なわせることが可能である。すなわ
ち、第１及び第２実施例では、直流電磁弁の開閉に伴う
電流波形の特長的変化の有無のみをシーケンスコントロ
ーラにフィードバックさせているが、その特長的変化を
示す電気パルスが発生するまでの時間、あるいはその強
さをシーケンスコントローラにフィードバックして、そ
れらの情報をシーケンスコントローラ内で処理し、電磁
弁の制御をより効果的に行わせることが可能である。す
なわち、ある設定時間、あるいはパルス高さに設定値を
設けておき、その設定時間までにパルスがこなければ動
作不良に近付いている。

あるいは設定高さ以上のパルスがこなければ同様に動作
不良に近付いていると判断でき、シーケンスコントロー
ラ内で電磁弁の制御をより効果的に行わせることが可能
である。

なお、時間の計測はカウンタ等で実行可能であり、パル
ス波高値の計測は比較回路等を複数個設けることにより
可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、通常の直流電磁弁の開
閉状態をその電流波形から判断し、かつ簡単な回路でそ
の開閉状態を抽出し、電気パルスに変えることができる
。従って、そのパルスをシーケンスコントローラ１こフ
ィードバックさせ当該電磁弁の制御を行わせることが可
能であり、リミットスイッチのついていない通常の電磁
弁を、電磁弁には何等の手も加えることなく、効果的に
制御可能であると言う数々の特長を有し、本発明を利用
することにより、始動弁等の動作不良による危険状態を
未然に防ぐことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁弁の開閉状態判断回路の＄１
実施例を示す回路図、第２図（Ａ）は電磁弁が閉じた状
態の構造図、同図（Ｂ）は電磁弁が開いた状態の構造図
、第３図は直流電磁弁の電源投入時の電流波形を示す波
形図、第４図は第１図のアースとｂ点間の電圧波形（第
３図の波形の微分波形に相当）を示す波形図、第５図は
本発明のｔｊｔ、２実施例を示す回路図、第６図は電磁
弁に加わる流体圧力による電流波形の変化を示す波形図
である。 Ｓ■・・・電磁弁、Ｓ・・・スイッチ、ＰＷ・・・直流
電源、Ｒ・・・抵抗、Ｃ，、Ｃ２・・・コンデンサ、Ｌ
、、Ｌ２・・・フィル、ＬＦ・・・ローパスフィルタ、
ＣＯＭ・・・比較回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電磁弁の開閉に伴う電流波形の特長的変化を
   電気パルスとして抽出することを特徴とする電磁弁の開
   閉状態判断回路。
2. （２）前記直流電磁弁の電流波形をコンデンサを用いた
   微分回路を通し、あるいはそのあとにローパスフィルタ
   を通して前記電気パルスの抽出を行う特許請求の範囲第
   １項記載の電磁弁の開閉状態判断回路。
3. （３）前記直流電磁弁の電流波形を電磁誘導コイル、あ
   るいは共振コイルに通して前記電気パルスの抽出を行う
   特許請求の範囲第１項記載の電磁弁の開閉状態判断回路
   。
4. （４）前記電気パルスの抽出とともに、前記電気パルス
   が発生するまでの時間、あるいはその電気パルスの波高
   値を計測する特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項
   記載の電磁弁の開閉状態判断回路。