(57)【要約】【課題】  電磁ポンプ等に用いられるソレノイドコイルにパルスを印加して駆動する際に、ソレノイドコイルに発生する逆起電流の減衰時間を短くする方法を、発光ダイオードを使用せずに、簡単な回路構成で達成すること。【解決手段】  ソレノイドコイル１の一端に所望のパルスの入力電圧によってオンオフされるスイッチング素子３を接続し、前記ソレノイドコイル１に磁気を断続的に発生させるソレノイド駆動回路を構成し、前記ソレノイドコイル１の前記スイッチング素子側に逆流防止のダイオード２を直列に接続する。それから、前記ソレノイドコイル１と前記逆流防止のダイオード２に対し、抵抗４と直列接続の無極電解コンデンサ５を並列に接続する。さらに、前記抵抗４にフライホイルダイオード６を並列に接続する。【選択図】        図１
2006351910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドコイルの一端に所望のパルスの入力電圧によってオンオフされるスイッチング素子を接続し、前記ソレノイドコイルに磁気を断続的に発生させるソレノイド駆動回路において、
前記ソレノイドコイルの前記スイッチング素子側に逆流防止のダイオードを直列に接続し、前記ソレノイドコイルと前記逆流防止のダイオードに対し、抵抗と直列接続の無極電解コンデンサを並列に接続すると共に、前記抵抗にフライホイルダイオードを並列に接続したことを特徴とするソレノイド駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁ポンプ等に用いられるソレノイドコイルにパルスを印加して駆動する際に、ソレノイドコイルに発生する誘導起電流の減衰時間を短かくするソレノイド駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドコイルに通電して得られる磁気力を利用して稼働する電磁ポンプ等の直流パルス駆動において、インダクタンスを有するソレノイドコイルの電流を断つことにより発生する逆起電流エネルギーは、一般的に図６に示す回路のように、フライホイールダイオードＤに転流させ、ジュール熱として消費することでトランジスタ等を保護している。
【０００３】
この場合の逆起電流Ｉｂの減衰時間は、電磁ポンプの場合には数ｍｓ以上となり、比較的長い時定数をもって電流がゼロになる。従って、駆動周期が２０ｍｓ以下の場合には、この程度の逆起電流の減衰時間、即ち電磁ポンプの駆動電流Ｉｃの電流立ち下り時間は、電磁ポンプのプランジャの復旧遅れで出力低下等の不都合な状態を発生させるし、逆起電流Ｉｂの長い減衰時間はソレノイドコイルに過度の温度上昇をも招いていた。図６の回路図中の各所の電流波形を図７に示す。
【０００４】
前述の逆起電流減衰時間の短縮を図る技術として、特許文献１に記述されている。即ち、図８に示すと、トランジスタＴｒが遮断した時にソレノイドコイルＳＣに発生する逆起電流のほとんどが、図中の電流Ｉｅとして、抵抗Ｒ１を介して電解コンデンサＣを瞬時に充電する。電解コンデンサＣの充電された電荷は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を介してＬＥＤに流す電流Ｉｇとして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の時定数により緩やかに電解コンデンサの充電電荷を放電して行く。図８の回路における各所の電流波形を図９に示す。
【特許文献１】特開２００２−２３７４１２
【０００５】
逆起電流は、そのほとんどがトランジスタＴｒを遮断した瞬間に、電解コンデンサＣを充電する電流Ｉｅとして瞬時に流れるので、ソレノイドコイルＳＣに流れる駆動電流Ｉｆの立ち下り減衰時間が速く減衰する状態が確認できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図８に示す回路では、仮にソレノイドコイルに流す電流が大きくなると、発生する逆起電流も大きくなるので、図８に示す電解コンデンサＣの容量も増やし充電電荷も増大する。そして、この電荷を放電する発光ダイオードは、「最大パルス順電流値」以内で放電する必要があり、そのためには発光ダイオードＬＥＤ、保護ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ２から成る回路部を複数個並列接続する必要が生じてくる。
【０００７】
この具体的な例として、直流抵抗が０．９Ωで、インダクタンスが３ｍＨ程度のソレノイドコイルを直流１２Ｖの電源で駆動する回路例を図１０に示す。図１０の回路において、コンデンサＣの静電容量は１０００μＦとし、抵抗Ｒ１を介して充電する際に、コンデンサＣを許容リプル電流範囲内にするため、抵抗Ｒ１は１０Ωとする。この回路定数でソレノイドに通電するデューティ比が約４０％時に、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２にはそれぞれ約７０ｍＡの電流が流れる。ここでソレノイドコイル両端の電圧波形を図１１に示す。
【０００８】
図１１から解るように、逆起電圧は、−７０Ｖ近くに達し、アース側からみたトランジスタＴｒのコレクタ電圧は約８０Ｖ程度となる。この電圧は「ベース開放エミッタ接地コレクタ最大電圧ＶＣＥＯ以下にする必要があるが、一般的には、低い駆動電圧でソレノイドコイルを大電流で駆動するトランジスタはＶＣＥＯが低いので、現実的には逆起電流は駆動電圧の３倍以下にすることが望ましい。
【０００９】
具体例を示すと、前述の図１０に示す回路例において、逆起回路部のインピーダンスを下げるために、図１２で示す回路例のように、抵抗は１０Ωから３Ωへと変更し、コンデンサのリブル電流を低減するために、コンデンサ静電容量は１０００μＦから４７００μＦに変更する。この際のソレノイドコイル両端の電圧波形は図１３に示す。逆起電圧は−４０Ｖ程度に低減しているが、赤外線ダイオードには７０ｍＡから１００ｍＡと少し増加する。しかしながら、４７００μＦのコンデンサ容量は比較的大きく、１００ｍＡの赤外線発光ダイオードへの流入電流も最大定格値と等しい値である。
【００１０】
そこで、この発明は、発生した逆起電流の減衰時間を短くする方法を、発光ダイオードを使用せず、かつ簡易な回路構成で達成しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るソレノイド駆動回路は、ソレノイドコイルの一端に所望のパルスの入力電圧によってオンオフされるスイッチング素子を接続し、前記ソレノイドコイルに磁気を断続的に発生させるソレノイド駆動回路において、前記ソレノイドコイルの前記スイッチング素子側に逆流防止のダイオードを直列に接続し、前記ソレノイドコイルと前記逆流防止のダイオードに対し、抵抗と直列接続の無極電解コンデンサを並列に接続すると共に、前記抵抗にフライホイルダイオードを並列に接続したことにある（請求項１）。
【００１２】
これにより、トランジスタの導通時にソレノイドコイルに順方向の駆動電流Ｉｊが流れと同時に、電力型抵抗を介して無極電解コンデンサを充電する電流Ｉｋが流れる。この電流Ｉｋは、無極電解コンデンサの電力型抵抗側をプラス電荷に、反電力型抵抗側（トランジスタのコレクタ側）をマイナス電荷に充電する。
【００１３】
次にトランジスタが遮断時に、発生する逆起電流Ｉｉは無極電解コンデンサを反電力型抵抗側から電力型抵抗方向に逆に充電してしまうことから、相殺されて逆起電流Ｉｉの減衰時は極めて短くなる。従って、ソレノイドコイルの駆動電流Ｉｊの立ち下り減衰時間が速くなる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、この発明によれば、ソレノイドコイルに並列接続の無極電解コンデンサに対し、トランジスタのオン時に電力型抵抗側をプラス電荷に、反電力型抵抗側をマイナスに電荷するが、トランジスタのオフ時に電力型抵抗側をマイナスに、反電力型抵抗側をプラスに充電することから、逆起電流の減衰時間を極めて短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
【００１６】
図１にこの発明の回路図、図２に各所の電圧波形、図３に各所の電流波形を示している。図１において、ソレノイドコイル１は、ステッピングモータや電磁コイル等に用いられているが、以下電磁ポンプに採用されている例を持って説明すると、ソレノイドコイル１は、その一方が逆流防止のダイオード２を介して、スイッチング素子であるトランジスタ３のコレクタ側に接続されている。
【００１７】
前記ソレノイドコイル１と逆流防止のダイオード２に対し、電力型抵抗４と無極電解コンデンサ５の直列回路が並列に接続されている。さらに、前記抵抗４に対し、フライホイルダイオード６が並列に接続されている
【００１８】
いま、トランジスタ３が導通すると、ソレノイドコイル１に順方向の駆動電流Ｉｊが流れると同時に、電力型抵抗４を介して無極電解コンデンサ５を充電する電流Ｉｋが流れる。この電流Ｉｋは、無極電解コンデンサ５のＺ側をプラス電荷に、Ｙ側をマイナス電荷に充電する。
【００１９】
次にトランジスタ３が遮断すると、発生する逆起電力による逆起電流Ｉｉは無極電解コンデンサ５をＹ側からＺ側方向に充電する訳であるが、トランジスタ３が導通していた際には、無極電解コンデンサ５は逆方向に充電されて、電荷が逆帯電していた訳であるから、電荷の移動という観点から、逆起電流が無極コンデンサ５を介して放電したことになる。
【００２０】
この放電電流、即ち逆起電流Ｉｉの減衰時間は、図３に示すように極めて短い。従って、ソレノイドコイルの駆動電流Ｉｊの立ち下り減衰時間が前述の図７のＩｃと比較すると速くなっている。なお電力型抵抗４は、無極電解コンデンサの充放電時間を規定する他に、＋Ｖｓ〜Ｙ間のインピーダンスを下げて、逆起電圧と駆動直流電圧Ｖｓの和、即ち図２の（Ｘ）及び図２の（Ｙ）で示すＶｐ−ｐを、トランジスタ３の「ベース開放エミッタ接地コレクタ最大電圧」ＶＣＥＯの定格値を超えないように制限して、トランジスタ３の破壊を防ぐために必要な抵抗である。
【００２１】
図４において、この発明の回路を構成する素子の値として、ソレノイドコイル１は直流抵抗０．９Ω、インダクタンス３ｍＨ、無極電解コンデンサ５の静電容量を４７０μＦ、電力型抵抗４は１００Ωとする。ソレノイドコイル１への通電条件を前述と同様にデューティ比４０％とした場合のソレノイドコイル１両端の電圧波形を図５に示すが逆起電圧は−３０Ｖ以内である。この点は、図１２で示した従来のＬＥＤを使用した回路例よりも少ない部品で逆起電圧の発生を減少させられることと同時に、コンデンサの静電容量が大きく低減している点からも本発明の逆起電力回路が有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施例を示す回路図である。
【図２】同上のＸ，Ｙ，Ｚ地点のパルス波形である。
【図３】同上のＩｈ，Ｉｉ，Ｉｊ，Ｉｋの電流波形である。
【図４】この発明の回路図において、ソレノイドコイル、抵抗、無極電解コンデンサに具体的な値を示した回路図である。
【図５】同上のソレノイドコイルの両端に表れる電圧波形である。
【図６】従来例の一般的な回路図である。
【図７】同上のＩａ，Ｉｂ，Ｉｃの電流波形である。
【図８】特許文献１に示されている第１の実施例の回路図である。
【図９】同上のＩｄ，Ｉｅ，Ｉｆ，Ｉｇの電流波形である。
【図１０】特許文献１に示されている第２実施例の回路図である。
【図１１】同上のソレノイドコイルの両端に表れる電圧波形である。
【図１２】特許文献１に示されている第２の実施例の回路図において、構成する各素子の具体的な値を示した回路図である。
【図１３】同上のソレノイドコイルの両端に表れる電圧波形である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ソレノイドコイル
２  ダイオード
３  トランジスタ
４  電力型抵抗
５  無極電解コンデンサ
６  フライホイルダイオード
【図１】
2006351910.tif 000003
【図２】
2006351910.tif 000004
【図３】
2006351910.tif 000005
【図４】
2006351910.tif 000006
【図５】
2006351910.tif 000007
【図６】
2006351910.tif 000008
【図７】
2006351910.tif 000009
【図８】
2006351910.tif 000010
【図９】
2006351910.tif 000011
【図１０】
2006351910.tif 000012
【図１１】
2006351910.tif 000013
【図１２】
2006351910.tif 000014
【図１３】
2006351910.tif 000015