(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧駆動指令に応じた電流をソレノイドに印加することで、スプールをスリーブ内において移動させて弁開度を調節するリニアソレノイド弁におけるスプールの振動を検出する振動検出装置であって、
前記ソレノイドの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
この駆動電流検出手段により検出された駆動電流から前記ソレノイドの駆動電圧指令の周波数および高周波領域でのノイズを取り除き前記ソレノイドの振動周波数に関する周波数帯域の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の抽出信号に基づいて、スプールの振動についての検出電位信号を出力する振動検出装置。
【請求項２】
電圧駆動指令に応じた電流をソレノイドに印加することで、スプールをスリーブ内において移動させて弁開度を調節するリニアソレノイド弁におけるスプールの振動を検出することでリニアソレノイド弁に作用する流体の影響を判定する方法であって、
前記ソレノイドの駆動電流を検出し、
検出された駆動電流からリニアソレノイド弁の駆動電圧指令の周波数および高周波領域でのノイズを取り除き前記ソレノイドの振動周波数に関する周波数帯域の信号を抽出し、
得られた抽出信号に基づいて、リニアソレノイド弁に作用する流体の影響を判定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁アクチュエータの振動検出装置およびこれを利用した方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、電磁アクチュエータの変位を検出する装置に関する文献は種々知られている（例えば、特開平７−２８８９９５号公報や特開平９−４２９０６号公報，特開平１０−１１５２０５号公報など）。特開平７−２８８９９５号公報に記載された装置では、ソレノイド弁の駆動電流にキャリア信号を上重させたときの電圧と電流の位相差からソレノイドのインダクタンスを計算してソレノイド弁の変位を推定している。特開平９−４２９０６号公報に記載された装置では、ソレノイド弁の変位に応じて変化する主磁束の変化を検出してソレノイド弁の変位を検出している。また、特開平１０−１１５２０５号公報に記載された装置では、ソレノイド弁の開弁用の電磁コイルと閉弁用の電磁コイルとを設け、開弁時には閉弁用の電磁コイルを過電流式変位センサとして用いてソレノイド弁の変位を検出し、逆に閉弁時には開弁用の電磁コイルにより同様にしてソレノイド弁の変位を検出している。こうして検出したソレノイド弁の変位は、ソレノイド弁に作用する流体の影響の判定に用いることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２８８９９５号公報に記載された装置では、ソレノイドのインダクタンスと変位の関係が個体差により変化するから、大量生産品で精度よく変位を検出するのは困難になるという問題があった。また、特開平９−４２９０６号公報に記載された装置では、主磁束の変化を検出するセンサが必要となるため、装置が複雑になるという問題があった。さらに、特開平１０−１１５２０５号公報に記載された装置では、ソレノイド弁の開弁用と閉弁用の二つの電磁コイルを備える必要があるという問題があった。したがって、これらの装置を用いてソレノイド弁の振動を検出する装置を作成しても精度の面や構成の複雑さ等の面で同様の問題を生じてしまう。
【０００４】
また、リニアソレノイド弁に作用する流体の影響はソレノイド弁の変位から判定しなくてもソレノイド弁の振動から判定することもできるから、ソレノイド弁の振動を検出すればよい。言い換えれば、ソレノイド弁の振動からソレノイド弁に作用する流体の影響を判定することができる。
【０００５】
本発明の電磁アクチュエータの振動検出装置は、特別なセンサを付加することなく電磁アクチュエータの振動を検出することを目的の一つとする。本発明の電磁アクチュエータの振動検出装置は、電磁アクチュエータの振動を精度よく検出することを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の電磁アクチュエータの振動検出装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電磁アクチュエータの振動検出装置は、
基本的な構成として、
電磁アクチュエータの振動を検出する振動検出装置であって、
前記電磁アクチュエータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
該検出された駆動電流から前記電磁アクチュエータの振動周波数に関する周波数帯域の信号を抽出し、該抽出信号に基づいて前記電磁アクチュエータの振動を検出する振動検出手段と
を備える。
【０００８】
このような振動検出装置では、電磁アクチュエータの駆動電流に基づいてその振動を検出することができる。この結果、駆動電流を検出する駆動電流検出手段以外のセンサを必要としないから、構成をシンプルなものとすることができる。
【０００９】
また、このような振動検出装置において、前記振動検出手段は、前記駆動電流検出手段により検出された駆動電流の所定範囲外の周波数を除去する周波数除去手段と、該所定範囲外の周波数が除去された駆動電流の微分値を演算する微分演算手段と、該演算された微分値に基づいて前記電磁アクチュエータの振動を判定する振動判定手段とを備えるものとすることもできる。ここで、「所定範囲外の周波数」には、電磁アクチュエータの駆動に用いる電流の定常項としての周波数領域やノイズにより生じる高周波領域が含まれ、「所定範囲の周波数」には、電磁アクチュエータの振動の周波数の領域が含まれることを意味する。こうすれば、電磁アクチュエータの振動を精度よく検出することができる。
【００１０】
この態様の振動検出装置において、前記振動判定手段は、前記微分演算手段により演算された微分値に前記駆動電流検出手段により検出された駆動電流を乗じた値に基づいて前記電磁アクチュエータの振動を判定する手段であるものとすることもできる。ソレノイド弁は、通常リターンスプリングを備えており、開弁時にソレノイドに通電してソレノイド弁を駆動するから、駆動電流を乗じることはソレノイド弁の開弁時の駆動電流の小さなときの振動をマスクし開弁後の振動に重みを付けることになる。この結果、開弁時の振動と開弁後の振動とを区別することができると共に、開弁後の振動を精度よく検出することができる。
【００１１】
また、本発明の電磁アクチュエータの振動検出方法は、
基本的構成として、
電磁アクチュエータの振動を検出する振動検出方法であって、
（ａ）前記電磁アクチュエータの駆動電流を検出し、
（ｂ）該検出した駆動電流の所定範囲外の周波数を除去し、
（ｃ）該所定範囲外の周波数が除去された駆動電流の微分値を演算し、
（ｄ）該演算された微分値に基づいて前記電磁アクチュエータの振動を判定する。
【００１２】
この電磁アクチュエータの振動検出方法では、電磁アクチュエータの駆動電流に基づいて電磁アクチュエータの振動を検出することができる。この結果、電磁アクチュエータの駆動電流を検出するセンサ以外のセンサを必要としない。ここで、「所定範囲外の周波数」には、電磁アクチュエータの駆動に用いる電流の定常項としての周波数領域やノイズにより生じる高周波領域が含まれ、「所定範囲の周波数」には、電磁アクチュエータの振動の周波数の領域が含まれることを意味するから、電磁アクチュエータの振動を精度よく検出することができる。
【００１３】
また、上述した振動検出方法において、前記ステップ（ｄ）は、前記演算された微分値に前記検出された駆動電流を乗じた値に基づいて前記電磁アクチュエータの振動を判定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、電磁アクチュエータの開弁時の振動と開弁後の振動とを区別することができると共に開弁後の振動を精度よく検出することができる。なお、電磁アクチュエータが通常リターンスプリングを備えることは上述の電磁アクチュエータの振動検出装置で説明したのと同様である。
【００１４】
そして、本発明に係る振動検出装置は、電圧駆動指令に応じた電流をソレノイドに印加することで、スプールをスリーブ内において移動させて弁開度を調節するリニアソレノイド弁におけるスプールの振動を検出する振動検出装置であって、前記ソレノイドの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、この駆動電流検出手段により検出された駆動電流から前記ソレノイドの駆動電圧指令の周波数および高周波領域でのノイズを取り除き前記ソレノイドの振動周波数に関する周波数帯域の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段の抽出信号に基づいて、スプールの振動についての検出電位信号を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る方法は、電圧駆動指令に応じた電流をソレノイドに印加することで、スプールをスリーブ内において移動させて弁開度を調節するリニアソレノイド弁におけるスプールの振動を検出することでリニアソレノイド弁に作用する流体の影響を判定する方法であって、前記ソレノイドの駆動電流を検出し、検出された駆動電流からリニアソレノイド弁の駆動電圧指令の周波数および高周波領域でのノイズを取り除き前記ソレノイドの振動周波数に関する周波数帯域の信号を抽出し、得られた抽出信号に基づいて、リニアソレノイド弁に作用する流体の影響を判定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である電磁アクチュエータとしてのリニアソレノイド弁の振動検出装置４０をリニアソレノイド弁３０の電気系統に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。図示するように、実施例の振動検出装置４０は、電源回路２２からリニアソレノイド弁３０に電力を供給する電源ラインに設けられリニアソレノイド弁３０に流れる電流ｉを検出する電流計４２と、電流計４２により検出された電流ｉの振動に基づく周波数領域だけを通過するバンドパスフィルタ４４と、バンドパスフィルタ４４を通過した所定周波数領域の信号の微分値を演算する微分演算器４６と、微分演算器４６により演算された微分値に電流計４２により検出された電流ｉを乗じて重みを付加する重み付加器４８とを備える。
【００１７】
リニアソレノイド弁３０は、油圧回路における油圧の制御に用いられる弁であり、図２に示すように、ソレノイド３１に電流を印加することによりプランジャ３２を軸方向（図中水平方向）にリターンスプリング３３に抗して動作させ、プランジャ３２により軸方向にスライドさせられるスプール３４と固定されたスリーブ３５との相対位置により定まる弁開度を調節することにより、油圧を制御するものである。このリニアソレノイド弁３０は、油圧回路における油圧が振動すると、スプール３４が振動し、この振動がスプール３４に当接しているプランジャ３２に伝達する。プランジャ３２の振動は、ソレノイド３１に起電力を生じさせるから、振動はソレノイド３１に印加されている電流ｉに現われる。
【００１８】
こうしたリニアソレノイド弁３０の駆動電圧Ｅと駆動電流ｉとの関係は、ブロック線図で表わせば図３の様になり、式で表わせば次式（１）のように表わされる。ここで、図３および式（１）中、「Ｅ」は駆動電圧、「Ｌ」はソレノイド３１のインダクタンス、「Ｒ」はソレノイド３１の直流抵抗、「ｉ」は駆動電流、「ｘ」はリニアソレノイド弁３０のスプール３４の変位、「ｄｘ／ｄｔ」は外乱をそれぞれ表わす。
【００１９】
【数１】
0003692833.tif 000002
【００２０】
リニアソレノイド弁３０の駆動電圧指令の周波数は、油圧振動の周波数に比して充分低いからハイパスフィルタを用いて電流ｉの定常項を取り除くと上述の式（１）より次式（２）が得られる。
【００２１】
【数２】
0003692833.tif 000003
【００２２】
このように、スプールの変位ｘの変化ｄｘ／ｄｔ（外乱）は、リニアソレノイド弁の電流ｉの変化ｄｉ／ｄｔに比例する。従って、電流ｉを検出することで、リニアソレノイド弁の外乱である流体の影響を検出することができる。
【００２３】
また、電流ｉの高周波領域でのノイズを取り除くためにローパスフィルタを用いれば、得られる信号は、振動に基づく周波数を反映するものとなる。したがって、振動検出装置４０のバンドパスフィルタ４４を、リニアソレノイド弁３０の駆動電圧指令の周波数を取り除くハイパスフィルタと高周波領域でのノイズを取り除くローパスフィルタとを組み合わせてなるバンドパスフィルタとすることにより、リニアソレノイド弁３０のスプール３４の振動に基づく周波領域だけを含む信号を得ることができる。
【００２４】
こうしてバンドパスフィルタ４４により得られる信号から微分演算器４６により微分値を求めれば、この微分値はリニアソレノイド弁３０のスプール３４の変位速度を示すものとなり、油圧振動を示すものとなる。
【００２５】
油圧振動が問題となるのは、リニアソレノイド弁３０が開弁状態にあるときであり、ソレノイド３１に流れる電流ｉが小さくまだ開弁していない状態のときは問題にならないから、ソレノイド３１に流れる電流ｉを微分演算器４６により得られる微分値に乗じれば問題となる油圧振動の領域をクローズアップすることができる。振動検出装置４０の重み付加器４８は、この目的のために微分演算器４６により得られた微分値に電流ｉを乗じるのである。
【００２６】
微分演算器４６による微分を次式（３）の不完全微分とし、バンドパスフィルタ４４を式（４）のローパスフィルタと式（５）のハイパスフィルタにより構成したときのリニアソレノイド弁３０の作動による油圧の変化とスプール３４の変位，スプール３４の変位の速度，振動検出装置４０からの出力（検出電位）の一例を図４に示す。
【００２７】
【数３】
0003692833.tif 000004
【００２８】
図示するように、スプール３４が十分に変位してリニアソレノイド弁３０が開弁状態となる時間０．３秒までは、ソレノイド３１に流れる電流ｉが小さいから、重み付加器４８によりスプール３４の振動として出力される検出電位は小さく抑えられる。一方、時間０．３秒以降ではソレノイド３１に流れる電流ｉは大きくなり、重み付加器４８によってスプール３４の振動はクローズアップされて検出電位は大きくなる。
【００２９】
以上説明した実施例のリニアソレノイド弁の振動検出装置４０によれば、電流計４２以外の特別なセンサを付加することなく、リニアソレノイド弁の振動を精度よく検出することができる。しかもバンドパスフィルタ４４を用いてスプール３４の振動に基づく周波数領域だけを取り出したから、高い精度で振動を検出することができる。また、重み付加器４８により重みを付けたから、問題となるリニアソレノイド弁３０の状態における振動をクローズアップさせることができる。
【００３０】
実施例の振動検出装置４０では、バンドパスフィルタ４４を備えるものとしたが、バンドパスフィルタ４４を備えないものとして構成してもかまわない。また、実施例の振動検出装置４０では、重み付加器４８により重みを付加するものとしたが、常時開弁状態でありその開度を調節するタイプのソレノイド弁などに適用する場合などでは重みを付加しないものとするのも好適である。
【００３１】
実施例の振動検出装置４０では、油圧制御に用いるリニアソレノイド弁３０に適用したが、ソレノイドを用いて弁開度を調節するものであれば如何なるタイプの弁、例えば湯と水とを混合する湯水混合弁などにも適用することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である電磁アクチュエータとしてのリニアソレノイド弁の振動検出装置４０をリニアソレノイド弁３０の電気系統に取り付けた際の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  リニアソレノイド弁３０の構成の概略を示す断面図である。
【図３】  リニアソレノイド弁３０の駆動電圧Ｅと駆動電流ｉとの関係を示すブロック線図である。
【図４】  リニアソレノイド弁３０の作動による油圧の変化とスプール３４の変位，スプール３４の変位の速度，振動検出装置４０からの出力（検出電位）の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
２２  電源回路、３０  リニアソレノイド弁、３１  ソレノイド、３２  プランジャ、３３  リターンスプリング、３４  スプール、３５  スリーブ、４０  振動検出装置、４２  電流計、４４  バンドパスフィルタ、４６  微分演算器、４８  重み付加器。
【図１】
0003692833.tif 000005
【図２】
0003692833.tif 000006
【図３】
0003692833.tif 000007
【図４】
0003692833.tif 000008