(57)【要約】【課題】  電磁ソレノイドのプランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなくプランジャの位置を判断する。【解決手段】  このソレノイド駆動装置では、電磁ソレノイドのプランジャの位置に応じて変化する電磁ソレノイドのコイル２２のインダクタンスを検出する。このため、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイル２２のインダクタンスに基づきプランジャの位置を判断することができる。特に、本ソレノイド駆動装置では、プランジャ駆動用のパルス電圧を印加している状態でのコイル電流の応答時間に基づきコイル２２のインダクタンスを検出するようにしており、プランジャ駆動用のパルス電圧とは別にコイル２２のインダクタンスを検出するためのパルス電圧を印加する必要がないため、コイル２２のインダクタンスを効率的に検出することができる。【選択図】  図１
2006093410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置であって、
前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段を備えたこと
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項２】
コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置であって、
前記コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態で前記コイルに流れる電流に基づき、前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、
を備えたことを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のソレノイド駆動装置において、
前記インダクタンス検出手段は、前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態で前記コイルに流れる電流の応答時間に基づき、前記コイルのインダクタンスを検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項４】
コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置であって、
前記コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態での前記コイルの両端電圧に基づき、前記プランジャの位置に応じて変化する前記コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、
を備えたことを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載のソレノイド駆動装置において、
前記インダクタンス検出手段は、前記コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づき、前記コイルのインダクタンスを検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のソレノイド駆動装置において、
前記パルス電圧印加手段により前記プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧が前記コイルに印加されている状態での、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、前記プランジャに加わった外力を検出すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載のソレノイド駆動装置において、
前記パルス電圧印加手段は、前記インダクタンス検出手段により検出された前記コイルのインダクタンスに基づき、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載のソレノイド駆動装置において、
前記パルス電圧印加手段は、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスを一定に保つように、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整すること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のソレノイド駆動装置において、
前記パルス電圧印加手段は、前記プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧を前記コイルに印加している状態での、前記インダクタンス検出手段により検出される前記コイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、前記プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させること
を特徴とするソレノイド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コイルの発生する磁力によりプランジャ（可動鉄片）を移動させる構成の電磁ソレノイドが知られている。
こうした電磁ソレノイドにおいて、プランジャの位置をセンサやスイッチを用いて検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−２４３０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けると、部品点数の増加や装置の大型化を招いてしまうという問題がある。
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、電磁ソレノイドのプランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなくプランジャの位置を判断可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載のソレノイド駆動装置は、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段を備えたことを特徴としている。
【０００５】
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなくプランジャの位置が判断可能となる。すなわち、コイルのインダクタンスがプランジャの位置に応じて変化することから、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置を判断することができるのである。
【０００６】
なお、コイルのインダクタンスを検出する方法としては、コイルにステップ状の電圧（例えばパルス電圧）を印加した際に、コイルに流れる電流の応答時間の遅れに基づいて検出する方法や、コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づいて検出する方法などが考えられる。
【０００７】
また、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの具体的な位置を判断する方法としては、コイルのインダクタンスとプランジャの位置との対応関係をあらかじめ計測したデータ（データテーブル等）を参照する方法や、コイルのインダクタンスとプランジャの位置との関係を表す計算式に基づき算出する方法などが考えられる。
【０００８】
次に、請求項２に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項１のソレノイド駆動装置と同様、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流に基づき、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、上記請求項１のソレノイド駆動装置と同様、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置が判断可能となる。加えて、本請求項２のソレノイド駆動装置では、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流に基づきコイルのインダクタンスを検出するようにしており、コイルのインダクタンスを検出するためのパルス電圧をプランジャ駆動用のパルス電圧とは別に印加する必要がないため、コイルのインダクタンスを効率的に検出することができる。
【００１０】
ここで、コイルに流れる電流に基づくインダクタンスの検出は、具体的には、例えば請求項３のように行うことができる。
すなわち、請求項３に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項２のソレノイド駆動装置において、インダクタンス検出手段が、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でコイルに流れる電流の応答時間に基づき、コイルのインダクタンスを検出する。この構成によれば、コイルのインダクタンスを精度よく検出することができる。コイルのインダクタンスは、ステップ状の電圧を印加した際の電流の応答時間の遅れとして顕著に表れるからである。
【００１１】
次に、請求項４に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項１のソレノイド駆動装置と同様、コイルの発生する磁力によりプランジャを移動させる構成の電磁ソレノイドを駆動するためのものである。そして、本ソレノイド駆動装置は、コイルにプランジャ駆動用のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でのコイルの両端電圧に基づき、プランジャの位置に応じて変化するコイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、上記請求項１のソレノイド駆動装置と同様、プランジャの位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイルのインダクタンスに基づきプランジャの位置が判断可能となる。加えて、本請求項４のソレノイド駆動装置では、プランジャ駆動用のパルス電圧が印加されている状態でのコイルの両端電圧に基づきコイルのインダクタンスを検出するようにしており、コイルのインダクタンスを検出するためのパルス電圧をプランジャ駆動用のパルス電圧とは別に印加する必要がないため、コイルのインダクタンスを効率的に検出することができる。
【００１３】
ここで、コイルの両端電圧に基づくインダクタンスの検出は、具体的には、例えば請求項５のように行うことができる。
すなわち、請求項５に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項４のソレノイド駆動装置において、インダクタンス検出手段が、コイルの両端電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの少なくともいずれか一方の状態に基づき、コイルのインダクタンスを検出する。この構成によれば、コイルの両端電圧に基づきコイルのインダクタンスを検出することができる。ステップ状の電圧を印加することによりコイルの両端電圧に生じるオーバーシュートやアンダーシュートは、コイルのインダクタンスに応じてその度合い（振幅や振動周期や変化率等）が変化するからである。
【００１４】
次に、請求項６に記載のソレノイド駆動装置は、上記請求項２〜５のいずれかのソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段によりプランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比（１周期におけるハイレベルの期間の比率）のパルス電圧がコイルに印加されている状態での、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、プランジャに加わった外力を検出する。
【００１５】
つまり、一定のデューティ比のパルス電圧を印加している状態（換言すれば、外力が加わらなければプランジャの位置が変化しない状態）でのプランジャの位置の変化度合いに応じて、プランジャに加わった外力を検出するようにしているのである。ここで、プランジャに加わった外力の度合い（向きや大きさ等）は、例えばプランジャの移動速度に基づき検出することができる。
【００１６】
このような構成の本ソレノイド駆動装置によれば、センサ等を別途設けることなく、プランジャに加わった外力を検出することができる。
次に、請求項７に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項２〜６のいずれかのソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、インダクタンス検出手段により検出されたコイルのインダクタンスに基づき、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させる。
【００１７】
つまり、プランジャの位置に基づきプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させるようにしているのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャの位置に応じた効率的な駆動を実現することができる。例えば、プランジャの目標位置と実際の位置との差が大きいほどプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を大きく変化させるといったことが可能となる。
【００１８】
また、請求項８に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項７のソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスを一定に保つように、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整する。
【００１９】
つまり、プランジャの位置を一定に保つようにプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を調整するのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、外力の有無に関係なく、プランジャの位置を一定に保つように制御することができる。
【００２０】
次に、請求項９に記載のソレノイド駆動装置では、上記請求項７又は８のソレノイド駆動装置において、パルス電圧印加手段が、プランジャ駆動用のパルス電圧として一定のデューティ比のパルス電圧をコイルに印加している状態での、インダクタンス検出手段により検出されるコイルのインダクタンスの変化度合いに応じて、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させる。
【００２１】
つまり、プランジャに加わる外力の度合いに応じて、プランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させるようにしているのである。
このため、本ソレノイド駆動装置によれば、プランジャに加わる外力の度合いに応じた効率的な駆動を実現することができる。例えば、プランジャに加わる外力の度合いが大きいほどプランジャ駆動用のパルス電圧のデューティ比を大きく変化させるといったことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、第１実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
同図に示すように、このソレノイド駆動装置においては、駆動用電源（直流電源）１１と、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「ＦＥＴ」という。）１２と、後述する電磁ソレノイド２０（図２）の構成要素であるコイル２２と、コイル２２に流れる電流（以下「コイル電流」という。）を検出するための電流検出抵抗３１とが、直列に接続されている。
【００２３】
また、本ソレノイド駆動装置においては、コイル２２のエネルギーを消費するためのいわゆる環流ダイオード１３が、直列接続されたコイル２２及び電流検出抵抗３１と並列に接続されている。
【００２４】
さらに、本ソレノイド駆動装置においては、上記電流検出抵抗３１を用いて電流検出回路３０が構成されている。
加えて、本ソレノイド駆動装置には、各種制御を行うためのマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）４０が設けられている。
【００２５】
ＦＥＴ１２は、ドレインが駆動用電源１１に接続され、ソースがコイル２２の一端に接続され、ゲートがマイコン４０の出力ポートＰ１に接続されている。このため、ＦＥＴ１２は、マイコン４０の出力ポートＰ１から出力される信号に応じてスイッチングされる。具体的には、出力ポートＰ１から出力される信号がローレベルとなることによりオンし、ハイレベルとなることによりオフする。なお、ＦＥＴ１２には、本ＦＥＴ１２を逆電圧から保護するための保護用ダイオード１２ａが設けられており、保護ダイオード１２ａのアノードはＦＥＴ１２のソースに接続され、カソードはＦＥＴ１２のドレインに接続されている。
【００２６】
コイル２２は、図２に示す電磁ソレノイド２０の構成要素である。
同図に示す電磁ソレノイド２０は、プランジャ（可動鉄片）２１とコイル２２とを備えており、コイル２２に発生させる磁力の大きさに応じてプランジャ２１の位置が連続的に変化するように構成された周知のものである。
【００２７】
プランジャ２１は、円柱状の磁性体であり、その軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。そして、プランジャ２１は、そのスライド移動により、本プランジャ２１に対し直接的又は間接的に固定された図示しない駆動対象物を駆動する。
【００２８】
コイル２２は、プランジャ２１の外周面を囲むように巻回されており、通電されることにより発生する磁力によって、プランジャ２１をコイル２２内へ引き込む方向（図２でいう左方向）へ吸引する。なお、プランジャ２１には、図示しないばねによりコイル２２から離れる方向（図２でいう右方向）への力が加えられており、コイル２２への通電量（本ソレノイド駆動装置の場合、後述するようにコイル２２に印加するパルス電圧のデューティ比）に応じてプランジャ２１の位置を任意に調整可能に構成されている。また、コイル２２には、プランジャ２１のコイル２２側への移動限界位置（具体的には、図２でいう左方向への移動限界位置）を規制するためのストッパー２３が設けられている。
【００２９】
一方、図１において、電流検出回路３０は、上記電流検出抵抗３１と、コンパレータ３２と、所定の基準電圧Ｖrefを発生する基準電圧源３３とにより構成されている。なお、基準電圧源３３は、駆動用電源１１の電圧を分圧するなどにより基準電圧Ｖrefを発生するように構成されたものであってもよく、また、駆動用電源１１とは別の電源から基準電圧Ｖrefを発生するように構成されたものであってもよい。
【００３０】
コンパレータ３２は、その非反転入力端子（＋）が電流検出抵抗３１とコイル２２との接続点に接続されており、その反転入力端子（−）が基準電圧源３３に接続されており、その出力端子がマイコン４０の入力ポートＰ２に接続されている。このため、コンパレータ３２の非反転入力端子（＋）には電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１が入力され、その反転入力端子（−）には基準電圧Ｖrefが入力される。そして、コンパレータ３２の出力電圧は、電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref以下の状態ではローレベルとなり、電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１が基準電圧Ｖrefよりも大きい状態ではハイレベルとなる。
【００３１】
一方、マイコン４０は、電磁ソレノイド２０のプランジャ２１を駆動する処理と、電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断する処理とを行う。
（１）：電磁ソレノイド２０のプランジャ２１を駆動する処理
マイコン４０は、上述のようにその出力ポートＰ１がＦＥＴ１２のゲートに接続されている。そして、マイコン４０は、出力ポートＰ１からパルス信号を出力してＦＥＴ１２をスイッチングすることにより、プランジャ２１駆動用のパルス電圧をコイル２２に印加する。なお、プランジャ２１駆動用のパルス電圧は、出力ポートＰ１からのパルス信号を反転させた形となる。
【００３２】
さらに、マイコン４０は、出力ポートＰ１から出力するパルス信号のデューティ比を変化させるＰＷＭ制御を行うことにより、プランジャ２１駆動用のパルス電圧のデューティ比を変化させて、電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置（換言すれば、駆動対象物の位置）を制御する。
【００３３】
（２）：電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断する処理
一方、マイコン４０は、上述のようにその入力ポートＰ２がコンパレータ３２の出力端子に接続されており、この入力ポートＰ２から入力される信号に基づき電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置（換言すれば、駆動対象物の位置）を判断する。具体的には、マイコン４０は、出力ポートＰ１から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がるタイミング（プランジャ２１駆動用のパルス電圧が立ち上がるタイミング）と、入力ポートＰ２から入力される信号がローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングとの時間差に基づいて、プランジャ２１の位置を判断する。
【００３４】
ここで、このようにして電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断することができる理由について説明する。
電磁ソレノイド２０において、コイル２２のインダクタンスは、プランジャ２１の位置に応じて変化する。具体的には、コイル２２にプランジャ２１が収容されている状態ではインダクタンスが大きくなり、プランジャ２１がコイル２２から離れるほどインダクタンスが小さくなる。このため、コイル２２のインダクタンスに基づきプランジャ２１の位置を判断することが可能となる。
【００３５】
一方、コイル２２のインダクタンスは、コイル２２にステップ状の電圧を印加した際の、コイル電流の応答時間の遅れとして顕著に表れる。具体的には、コイル２２のインダクタンスが大きいほどコイル電流の応答時間の遅れが大きくなる。このため、コイル電流の応答時間に基づきコイル２２のインダクタンスを検出することができる。
【００３６】
したがって、コイル電流の応答時間に基づきプランジャ２１の位置を判断することができるのである。
本第１実施形態では、マイコン４０は、図３に示すように、コイル電流の応答時間を、出力ポートＰ１から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点（ＦＥＴ１２がオンした時点であり、プランジャ２１駆動用のパルス電圧が立ち上がった時点）から、コイル電流が基準電流Ｉrefに達するまでの時間として求めるようにしている。なお、厳密には、出力ポートＰ１から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに変化するタイミングと、これによってＦＥＴ１２がオンするタイミングとは、わずかではあるが時間差があるが、コイル電流の応答時間に比べれば無視しうるレベルであるため、本実施形態では出力ポートＰ１からのパルス信号が変化するタイミングとＦＥＴ１２がオン／オフするタイミングとが同じであるとして説明している。
【００３７】
ここで、コイル電流が基準電流Ｉrefに達するタイミングは、電流検出回路３０によって検出される。すなわち、電流検出回路３０のコンパレータ３２は、コイル電流を電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１の形で入力し、この両端電圧Ｖ１を、コイル電流が基準電流Ｉrefでの電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１である基準電圧Ｖrefと比較することにより、電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref以下の状態ではローレベルの信号を出力し、電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１が基準電圧Ｖrefよりも大きい状態ではハイレベルの信号を出力するのである。つまり、電流検出回路３０のコンパレータ３２は、コイル電流が基準電流Ｉref以下の状態ではローレベルの信号を出力し、コイル電流が基準電流Ｉrefよりも大きい状態ではハイレベルの信号を出力する。したがって、出力ポートＰ１から出力されるパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点（換言すれば、ＦＥＴ１２がオンしてプランジャ２１駆動用のパルス電圧が立ち上がった時点）から、入力ポートＰ２から入力される信号（コンパレータ３２の出力電圧）がローレベルからハイレベルに立ち上がるまでの時間（コイル電流の応答時間）に基づき、電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断することができる。なお、コイル電流の波形と電流検出抵抗３１の両端電圧Ｖ１の波形とは同じ形となるため、図３においては共通の波形を用いている。
【００３８】
次に、本ソレノイド駆動装置の使用例について説明する。
［電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の具体的な位置の判断］
本ソレノイド駆動装置では、電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の具体的な位置（換言すれば、駆動対象物の具体的な位置）を判断することができる。例えば、コイル電流の応答時間とプランジャ２１の位置との対応関係を示すデータテーブルをマイコンのＲＯＭ（図示せず）等に記憶しておき、このデータテーブルを参照することによりプランジャ２１の位置を判断する。なお、データテーブルに代えて、例えば、コイル電流の応答時間とプランジャ２１の位置との対応関係を示す計算式を用いた演算を行うことによりプランジャ２１の位置を判断するようにしてもよい。
【００３９】
［プランジャ２１を定位置に保つ制御］
本ソレノイド駆動装置では、プランジャ２１に外力が加わる状況下においても、プランジャ２１の位置（換言すれば、駆動対象物の位置）を定位置に保つ制御を行うことができる。例えば、プランジャ２１の目標位置と実際の位置との偏差に基づき、コイル２２に印加するパルス電圧のデューティ比を変化させて、プランジャ２１を目標位置に保つようにフィードバック制御する。なお、コイル２２のインダクタンス（換言すれば、コイル電流の応答時間）の目標値と検出値との偏差に基づき、コイル２２に印加するパルス電圧のデューティ比を変化させて、コイル２２のインダクタンスを目標値に保つようにフィードバック制御してもよい。
【００４０】
［プランジャ２１に加わる外力の検出］
本ソレノイド駆動装置では、プランジャ２１に加わる外力（換言すれば、駆動対象物に加わる外力）を検出することができる。例えば、一定のデューティ比のパルス電圧をコイル２２に印加している状態で、プランジャ２１の位置の変化（換言すれば、コイル２２のインダクタンスの変化）に基づき外力が加わったことを検出する。さらに、その外力によるプランジャ２１の移動速度等に基づき、外力の向きや大きさについても検出することができる。また、プランジャ２１に加わった外力の大きさに応じて、パルス電圧のデューティ比の調整度合いを変化させるように、プランジャ２１の位置を制御することもできる。例えば、プランジャ２１に加わった外力が大きいほどパルス電圧のデューティ比を大きく増加させるような制御が可能となる。このようにすれば、プランジャ２１に加わった外力の度合いに応じた効率的な駆動を実現することができる。
【００４１】
なお、本第１実施形態のソレノイド駆動装置では、電流検出回路３０と、コイル電流の応答時間を検出するマイコン４０の処理とが、インダクタンス検出手段に相当し、駆動用電源１１と、ＦＥＴ１２と、パルス信号を出力するマイコン４０の処理とが、パルス電圧印加手段に相当する。
【００４２】
以上説明したように、本第１実施形態のソレノイド駆動装置では、プランジャ２１の位置に応じて変化するコイル２２のインダクタンスを検出するようにしているため、プランジャ２１の位置を検出するためのセンサ等を別途設けることなく、コイル２２のインダクタンスに基づきプランジャ２１の位置を判断することができる。また、プランジャの位置に応じてオン／オフするセンサやスイッチによりそのプランジャの位置を検出する構成では、プランジャの細かな位置の検出が困難となるが、本ソレノイド駆動装置では、コイル２２のインダクタンスの大きさを細かく検出することができるため、プランジャ２１の位置を精度よく判断することができる。特に、本ソレノイド駆動装置では、プランジャ２１駆動用のパルス電圧を印加している状態でのコイル電流の応答時間に基づきコイル２２のインダクタンスを検出するようにしており、プランジャ２１駆動用のパルス電圧とは別にコイル２２のインダクタンスを検出するためのパルス電圧を印加する必要がないため、コイル２２のインダクタンスを効率的に検出することができる。しかも、コイル２２のインダクタンスは、コイル電流の応答時間の遅れとして最も顕著に表れるため、コイル２２のインダクタンスを精度よく検出することができる。加えて、パルス電圧の立ち上がりごとにコイル電流の応答時間を検出することができるため、プランジャ２１の位置の変化を細かく判断することができる。
【００４３】
なお、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置では、出力ポートＰ１から出力するパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点（ＦＥＴ１２がオンした時点であり、コイル２２に印加されるパルス電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がった時点）から、コンパレータ３２の出力電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がるまでの時間に基づいて、コイル２２のインダクタンス（換言すれば、プランジャ２１の位置）を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、出力ポートＰ１から出力するパルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がった時点（ＦＥＴ１２がオフした時点であり、コイル２２に印加されるパルス電圧がハイレベルからローレベルに立ち下がった時点）から、コンパレータ３２の出力電圧がハイレベルからローレベルに立ち下がるまでの時間に基づいて、コイル２２のインダクタンスを検出するようにしてもよい。特に、ＦＥＴ１２のオン時及びオフ時の両方の時点でコイル２２のインダクタンスを検出するようにすれば、プランジャ２１の位置の変化を一層細かく判断することができる。
【００４４】
また、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル２２にパルス電圧を印加するためのスイッチング素子としてＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いているが、これに代えて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた構成としてもよい。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴに比べ汎用性が高いため、コスト低減等を図ることができる。
【００４５】
具体的には、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを、図１における電流検出抵抗３１の接地側（コイル２２との接続側とは反対側）において、ドレインが抵抗３１に、ソースが接地電位に接続されるように配置することができる。なお、この場合、環流ダイオード１３は、直列接続されたコイル２２及び電流検出抵抗３１と並列に接続する。
【００４６】
また、例えば、ＦＥＴ１２をオンした時のコイル電流の応答時間を検出し、ＦＥＴ１２をオフした時のコイル電流の応答時間については検出しないのであれば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを、図１におけるコイル２２と電流検出抵抗３１との間に配置することもできる。この場合、環流ダイオード１３は、コイル２２と並列に接続する。
【００４７】
一方、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ以外の素子（例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ等）を用いることができることはいうまでもない。
ところで、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル電流の応答時間に基づきコイル２２のインダクタンス（換言すれば、プランジャ２１の位置）を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、コイル２２の両端電圧に基づきコイル２２のインダクタンスを検出するように構成することも可能である。
【００４８】
そこで、コイル２２の両端電圧に基づきコイル２２のインダクタンスを検出する構成の第２実施形態のソレノイド駆動装置について説明する。
図４は、第２実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
【００４９】
同図に示すように、本第２実施形態のソレノイド駆動装置は、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置（図１）と比較すると、電流検出回路３０を有していない点と、コイル２２の両端電圧Ｖ２をアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）してマイコン４０の入力ポートＰ３へ出力するＡ／Ｄ変換回路５０を有してる点と、ＦＥＴ１２とコイル２２との間に抵抗６０を有しており、直列接続された抵抗６０及びコイル２２と並列に環流ダイオード１３が接続されている点と、電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断するためにマイコン４０が行う処理とが異なる。その他、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置と同じ構成については同一の符号を付しており、詳細な説明については省略する。
【００５０】
本第２実施形態のソレノイド駆動装置において、マイコン４０は、上述のようにその入力ポートＰ３がＡ／Ｄ変換回路５０の出力端子に接続されており、この入力ポートＰ３から入力される信号に基づき電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置（換言すれば、駆動対象物の位置）を判断する。具体的には、マイコン４０は、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさに基づいて、プランジャ２１の位置を判断する。
【００５１】
ここで、このようにして電磁ソレノイド２０におけるプランジャ２１の位置を判断することができる理由について説明する。
上述のように、電磁ソレノイド２０において、コイル２２のインダクタンスは、プランジャ２１の位置に応じて変化するため、コイル２２のインダクタンスに基づきプランジャ２１の位置を判断することが可能となる。
【００５２】
一方、電磁ソレノイド２０のコイル２２のインダクタンスは、コイル２２にステップ状の電圧を印加した際に、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさとして表れる。すなわち、電磁ソレノイド２０のコイル２２の等価回路は、図５に示すように、インダクタンス成分Ｌと抵抗成分Ｒとが直列接続され、これに容量成分Ｃが並列接続されたものとして表すことができる。このため、コイル２２の両端電圧Ｖ２は、基本的にはコイル２２に印加されるパルス電圧と同様の波形となるが、図６に示すように両端電圧Ｖ２がローレベルからハイレベルに立ち上がった際にオーバーシュートが生じるのである。なお、コイル２２の両端電圧Ｖ２がハイレベルからローレベルに立ち下がった際にはアンダーシュートも生じるが、図示は省略する。
【００５３】
そして、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさ（振幅）は、コイル２２のインダクタンスが大きいほど大きくなる。このため、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル２２のインダクタンスを検出することができる。
【００５４】
したがって、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさに基づきプランジャ２１の位置を判断することができるのである。
ここで、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさは、Ａ／Ｄ変換回路５０の出力信号に基づき検出することができ、例えば、オーバーシュートの発生する所定期間内における両端電圧Ｖ２の最大値をオーバーシュートの大きさとして検出することができる。ただし、本ソレノイド駆動装置では、保護用ダイオード１２ａの作用によりオーバーシュートの発生が抑えられてしまう。そこで、抵抗６０を設けることにより、オーバーシュート発生時の電流量を制限して、コイル２２の両端電圧Ｖが高くなるようにしている。つまり、抵抗６０を用いることで、オーバーシュートを検出しやすくしているのである。
【００５５】
なお、本第２実施形態のソレノイド駆動装置では、Ａ／Ｄ変換回路５０と、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさを検出するマイコン４０の処理とが、インダクタンス検出手段に相当する。
【００５６】
以上説明したように、本第２実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル２２のインダクタンスを検出するようにしており、コイル２２のインダクタンスに基づきプランジャ２１の位置を判断することが可能となることから、上記第１実施形態のソレノイド駆動装置と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
なお、上記第２実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュートの大きさに基づきコイル２２のインダクタンス（換言すれば、プランジャ２１の位置）を検出するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、オーバーシュートの振動周期Ｔ（図６）に基づきコイル２２のインダクタンスを検出するように構成することも可能である。すなわち、コイル２２のインダクタンスが大きいほどオーバーシュートの振動周期Ｔが長くなることから、この振動周期Ｔに基づきコイル２２のインダクタンスを検出することができるのである。
【００５８】
また、例えば、オーバーシュートの波形の変化率に基づき、コイル２２のインダクタンスを検出するようにしてもよい。
一方、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるアンダーシュートの状態に基づいてコイル２２のインダクタンス（換言すれば、プランジャ２１の位置）を検出するようにしてもよい。アンダーシュートもインダクタンスに応じた波形となることから、オーバーシュートに基づく検出と同様の検出が可能となる。特に、コイル２２の両端電圧Ｖ２に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートの両方に基づきコイル２２のインダクタンスを検出するようにすれば、プランジャ２１の位置の変化を一層細かく判断することができる。
【００５９】
また、上記第２実施形態のソレノイド駆動装置では、コイル２２にパルス電圧を印加するためのスイッチング素子としてＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いているが、これに代えて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた構成としてもよい。具体的には、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを、図４におけるコイル２２の接地側（抵抗６０との接続側とは反対側）に配置し、環流ダイオード１３は、直列接続された抵抗６０及びコイル２２と並列に接続する。このようにすれば、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴに比べ汎用性の高いＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いて構成することができる。なお、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ以外の素子を用いることができることはいうまでもない。
【００６０】
一方、上記第２実施形態のソレノイド駆動装置において、保護用ダイオード１２ａが設けられたＦＥＴ１２に代えて、保護用ダイオードを有しないＦＥＴ（ただし、逆電圧に対する高い耐圧性能が要求される。）を用いて構成すれば、コイル２２の両端電圧Ｖ２のオーバーシュートを顕著に生じさせることができる。これにより、コイル２２のインダクタンスの検出精度（プランジャ２１の位置の検出精度）を向上させることができる。
【００６１】
また、同様に、上記第２実施形態のソレノイド駆動装置において、環流ダイオード１３を用いない構成（ただし、ＦＥＴ１２には正電圧に対する高い耐圧性能が要求される。）とすれば、コイル２２の両端電圧Ｖ２のアンダーシュートを顕著に生じさせることができる。
【００６２】
さらに、上記第２実施形態のソレノイド駆動装置において、抵抗６０を用いない構成とすることも可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００６３】
例えば、電磁ソレノイド２０のコイル２２として超電導コイルを用いた構成とすることも可能である。
また、コイル２２のインダクタンスを検出する方法は、上記各実施形態に例示した方法に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
【図２】電磁ソレノイドの概略構成を表す模式図である。
【図３】コイル電流の応答時間の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】第２実施形態のソレノイド駆動装置の回路図である。
【図５】電磁ソレノイドのコイルの等価回路である。
【図６】コイル両端電圧に生じるオーバーシュートを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…駆動用電源、１２…ＦＥＴ、１３…環流ダイオード、２０…電磁ソレノイド、２１…プランジャ、２２…コイル、３０…電流検出回路、３１…電流検出抵抗、３２…コンパレータ、３３…基準電圧源、４０…マイコン、５０…Ａ／Ｄ変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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