(57)【要約】【課題】電磁弁駆動後の残留磁束を極力低減させることができるようにした電磁弁駆動装置を提供する。【解決手段】電磁弁駆動装置２は、直流電源ＶＢから昇圧する昇圧回路３を備え、制御回路２０により、通電初期にＭＯＳＦＥＴ８、９をオンさせて電磁弁１のコイル１ａに正方向通電をする。この後、制御回路２０は、ＭＯＳＦＥＴ８をオフしてＭＯＳＦＥＴ１１を断続的にオンオフ制御することで直流電源ＶＢから正方向通電する。この後、ＭＯＳＦＥＴ１３および１４をオンさせてコイル１ａに予め設定した時間Ｔｏｎだけ逆方向通電をする。これにより、電磁弁１の正方向通電による残留磁束を短時間で消磁させることができる。【選択図】図１
2018093044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁（１）の正極端子および負極端子に対してそれぞれ第１スイッチング素子（１１）および第２スイッチング素子（９）を介して直流電源から正方向に通電することで駆動制御する制御回路（２０）を備えた電磁弁駆動装置であって、
ダイオード（１３ａ）が逆並列接続され前記電磁弁の正極端子を負側に接続する第３スイッチング素子（１３）と、
ダイオード（１４ａ）が逆並列接続され前記電磁弁の負極端子を正側に接続する第４スイッチング素子（１４）とを備え、
前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は、前記制御回路により、前記第１および第２スイッチング素子のオフ状態で駆動される電磁弁駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１および第２スイッチング素子を駆動して前記電磁弁を駆動した後、前記電磁弁への電流がなくなった時点で前記第３および第４スイッチング素子を駆動して前記電磁弁に逆方向に通電する請求項１記載の電磁弁駆動装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第３および第４スイッチング素子を予め決められた所定時間だけ駆動することで前記電磁弁の消磁を行う請求項２記載の電磁弁駆動装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第３および第４スイッチング素子を予め決められた所定電流になるまで駆動することで前記電磁弁の消磁を行う請求項２記載の電磁弁駆動装置。
【請求項５】
前記電磁弁を前記直流電源の電圧よりも高い電圧で駆動するために前記直流電源を昇圧する昇圧回路（３）を備え、
前記第４スイッチング素子は、前記電磁弁の逆方向への通電を前記昇圧回路の電圧を印加するように設けられる請求項１から４のいずれか一項記載の電磁弁駆動装置。
【請求項６】
前記第４スイッチング素子は、前記電磁弁の逆方向への通電を前記直流電源の電圧を印加するように設けられる請求項１から５のいずれか一項記載の電磁弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁弁駆動装置においては、電磁弁のコイルに直流通電して開弁の駆動制御を行い、通電を停止することで閉弁する。この場合、電磁弁の開弁の応答性を向上させるために、昇圧回路を設けて開弁駆動時に昇圧回路で昇圧した電圧を印加するものもある。
【０００３】
しかしながら、このような電磁弁駆動装置においては、電磁弁駆動後に通電を停止した状態で、電磁弁に発生する残留磁束の問題がある。電磁弁の残留磁束は、一定時間が経過すると解消されるが、この時間を待たずに駆動しようとすると、残留磁束の影響で駆動時の電流波形が乱れ、電磁弁駆動精度が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、電磁弁駆動後の残留磁束を迅速に消磁させることができるようにした電磁弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の電磁弁駆動装置は、電磁弁の正極端子および負極端子に対してそれぞれ第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を介して直流電源から正方向に通電することで駆動制御する制御回路を備えた電磁弁駆動装置であって、ダイオードが逆並列接続され前記電磁弁の正極端子を負側に接続する第３スイッチング素子と、ダイオードが逆並列接続され前記電磁弁の負極端子を正側に接続する第４スイッチング素子とを備え、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は、前記制御回路により、前記第１および第２スイッチング素子のオフ状態で駆動される。
【０００７】
上記構成を採用することにより、電磁弁の駆動時には、制御回路により、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を駆動して電磁弁の正極端子および負極端子の間に正方向に通電する。これにより、電磁弁のコイルに正方向に通電され、電磁弁を駆動させることができる。このとき、電磁弁のコイルには通電終了後に残留磁束が発生する。これに対して、制御回路により、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を駆動して電磁弁に逆方向に通電をすることで、残留磁束をゼロにすることができる。この結果、電磁弁への正方向への通電終了後にコイルの残留磁束が消失するまでの時間を待機することなく、迅速に消磁をして再度電磁弁を精度良く駆動制御することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態を示す電気的構成図
【図２】電磁弁電流と各駆動信号のタイムチャート
【図３】電磁弁に逆方向電流を流すときの電流経路を示す作用説明図
【図４】電磁弁電流と電磁弁磁束の関係を示すタイムチャート
【図５】第２実施形態を示す電気的構成図
【図６】電磁弁電流と各駆動信号のタイムチャート
【図７】第３実施形態を示す電気的構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
電磁弁１はコイル１ａに直流通電することで開弁駆動されるもので、正極端子Ａと負極端子Ｂを備える。電磁弁１は電磁弁駆動装置２により通電制御される。電磁弁駆動装置２は、例えば１２Ｖの車載バッテリを直流電源ＶＢとして電磁弁１に通電する。また、電磁弁駆動装置２には、電磁弁１の開弁の応答性を向上させるために直流電源ＶＢの電圧よりも高い電圧を供給する昇圧回路３が設けられている。
【００１０】
昇圧回路３は、昇圧コイル４およびＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ５の直列回路が直流電源ＶＢとグランドとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５には逆並列にダイオード５ａが接続されている。ダイオード５ａは、ＭＯＳＦＥＴ５に内蔵されるものでも良いし、外付けで設けるものでも良い。昇圧コイル４とＭＯＳＦＥＴ５との共通接続点は、ダイオード６を順方向に介してコンデンサ７の一端に接続されている。コンデンサ７の一端は出力端子Ｃとされ、他端はグランドに接続されている。
【００１１】
昇圧回路３の出力端子Ｃは、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ８を介して電磁弁１の正極端子Ａに接続される。ＭＯＳＦＥＴ８には逆並列にダイオード８ａが接続されている。電磁弁１の負極端子Ｂは第２スイッチング素子としてのＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ９および電流検出用の抵抗１０を介してグランドに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９には逆並列にダイオード９ａが接続されている。また、電磁弁１の正極端子Ａには、直流電源ＶＢが第１スイッチング素子としてのＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ１１およびダイオード１２を介して接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１には逆並列にダイオード１１ａが接続されている。
【００１２】
また、電磁弁１の正極端子Ａは第３スイッチング素子としてのＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ１３を介してグランドに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１３には逆並列にダイオード１３ａが接続されている。昇圧回路３の出力端子Ｃは、第４スイッチング素子としてのＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ１４を介して電磁弁１の負極端子Ｂに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１４は逆並列にダイオード１４ａが接続されている。なお、ダイオード８ａ、９ａ、１１ａ、１３ａ、１４ａは、それぞれＭＯＳＦＥＴ８、９、１１、１３、１４に内蔵されるものでも良いし、外付けで設けることもできるものである。
【００１３】
制御回路２０は、昇圧回路３の駆動制御および電磁弁１への通電制御を行うものである。制御回路２０は、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ５に駆動信号Ｓａを与える。制御回路２０は、ＭＯＳＦＥＴ８、９、１１、１３、１４のそれぞれに、駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５を与えることで、後述するようにして電磁弁１のコイル１ａに通電して電磁弁１を動作させると共に、電磁弁１の残留磁束の消磁を行う。
【００１４】
次に、上記構成の作用について、図２から図４も参照して説明する。
まず、制御回路２０により電磁弁１への正方向への通電の動作について簡単に説明する。制御回路２０は、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ５に駆動信号Ｓａを与えて昇圧動作を行わせる。図示はしていないが、所定電圧となるように駆動信号Ｓａが制御回路２０から出力されている。
【００１５】
ＭＯＳＦＥＴ５のオンにより昇圧コイル４に通電され、ＭＯＳＦＥＴ５がオフすると、昇圧コイル４の起電力によりダイオード６を介してコンデンサ７に直流電源ＶＢよりも高い電圧で充電される。これを繰り返し実行することでコンデンサ７に昇圧した電圧を供給することができる。
【００１６】
上記のように昇圧回路３により昇圧電源を生成した状態で、制御回路２０は、電磁弁１に通電して駆動制御する。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、制御回路２０は、まず時刻ｔ１で、駆動信号Ｓ３およびＳ１を出力してＭＯＳＦＥＴ９および８をオンさせる。これにより、昇圧回路３の出力端子Ｃから、ＭＯＳＦＥＴ８、コイル１ａ、ＭＯＳＦＥＴ９および抵抗１０を介してグランドに至る通電経路が形成される。コイル１ａには、昇圧回路３から昇圧された電圧が正極端子Ａから印加され、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ１から急上昇する電磁弁電流Ｉａが正方向に通電され、電磁弁１が開弁動作される。
【００１７】
制御回路２０は、コイル１ａへの通電期間が終了するまで駆動信号Ｓ３をハイレベル状態に保持する。また、制御回路２０は、時刻ｔ１から所定時間が経過した時刻ｔ２で駆動信号Ｓ１をローレベルに切り換える。これにより、ＭＯＳＦＥＴ８がオフ状態に変化するので、電磁弁電流Ｉａはピーク値から急激に低下していく。
【００１８】
この後、制御回路２０は、電磁弁電流Ｉａが所定レベルにある時刻ｔ３で駆動信号Ｓ２を出力してＭＯＳＦＥＴ１１を所定期間オンさせる。これにより、直流電源ＶＢからダイオード１２を介してコイル１ａに正方向に通電され、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ３から直流電源ＶＢに応じた電磁弁電流Ｉａが所定期間通電される。制御回路２０は、所定期間が経過すると駆動信号Ｓ２をローレベルに切り換えてＭＯＳＦＥＴ１１を所定期間オフさせる。これにより、電磁弁電流Ｉａも低下する。
【００１９】
制御回路２０は、直流電源ＶＢによる上記の通電制御を所定回数繰り返すことで、電磁弁１への通電状態を維持し、これによって電磁弁１は開弁状態が保持されている。そして、制御回路２０は、時刻ｔ５になると駆動信号Ｓ２とともに駆動信号Ｓ３もローレベルに切り換える。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１１およびＭＯＳＦＥＴ９が共にオフとなり、電磁弁電流Ｉａは時間の経過とともに低下し、電磁弁１が閉弁する。
【００２０】
このようにして電磁弁１のコイル１ａに時刻ｔ１からｔ５までの期間、電磁弁電流Ｉａが通電されることで電磁弁１が開弁駆動され、所定の動作を行うようにしている。そして、時刻ｔ６で電磁弁電流Ｉａがゼロになって電磁弁１が閉弁すると、制御回路２０は、続いて消磁動作を行う。
【００２１】
制御回路２０は、消磁動作においては、電磁弁１のコイル１ａに逆方向通電を行う。この場合、制御回路２０は、駆動信号Ｓ４および駆動信号Ｓ５を一定時間Ｔｏｎだけ出力する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１３およびＭＯＳＦＥＴ１４がオンされる。これによって、図３に破線の矢印ｘ１からｘ８で順次示すように、昇圧回路３の出力端子ＣからＭＯＳＦＥＴ１４、コイル１ａ、ＭＯＳＦＥＴ１３からグランドに至る通電経路が形成される。この結果、電磁弁１のコイル１ａに負側端子Ｂから正側端子Ａに向けて昇圧回路３から逆方向通電されるようになる。
【００２２】
このとき、逆方向通電を行う時間Ｔｏｎは、電磁弁電流Ｉａが電磁弁１のコイル１ａに逆方向通電されることで、残留磁束がゼロとなるように予め設定されている。これによって、時間Ｔｏｎの短期間でコイル１ａの残留磁束がゼロとなるように消磁される。したがって、時間Ｔｏｎ経過後には、コイル１ａに再び正方向通電する場合でも、電磁弁１に残留磁束がない状態で通電制御することができ、電磁弁電流Ｉａに応じて正確に駆動制御することができるようになる。
【００２３】
次に、図４を参照して、上記した逆方向通電によるコイル１ａの消磁動作について説明する。また、併せて電磁弁電流Ｉａの通電時間Ｔｏｎの設定についても説明する。図４（ａ）は、図２（ａ）で示した電磁弁電流Ｉａを示している。また、図４（ｂ）は、この時の電磁弁１の電磁弁磁束Φの変化を示している。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、電磁弁１のコイル１ａに昇圧回路３から電磁弁電流Ｉａが流れると、通電初期には電流が急激に上昇することで電磁弁磁束Φも急激に増加して所定レベルに達する。この後、直流電源ＶＢから所定間隔で直接給電される期間は、電磁弁電流Ｉａが一定レベルの前後で保持されるので、電磁弁磁束Φも電磁弁電流Ｉａに追従しながら所定レベルに保持される。そして、電磁弁電流Ｉａがゼロに低下する期間では、電磁弁磁束Φも徐々に低下するが、時刻ｔ６で逆方向に電磁弁電流Ｉａを流すことで、電磁弁磁束Φが急速に低下し、時刻ｔ７までの短時間でほぼゼロの状態に消磁することができる。
【００２５】
この場合、図４（ａ）中に破線で示すように、逆方向電流を流さない従来の方式では、図４（ｂ）中に破線で示すように、残留磁束が時刻ｔ８までかかってゆっくりと消磁する。図示のとおり、本実施形態では、時刻ｔ６からｔ７までの期間Ｔ１で消磁が完了するのに対して、従来方式のものでは、時刻ｔ６からｔ８までの期間Ｔ２で消磁が完了する。このため、次に電磁弁１に正方向通電をするタイミングを時刻ｔ９よりも早くすることができず、自然に消磁する期間Ｔ２が経過する前に正方向通電を行うと、電磁弁電流Ｉａが正確に制御することができず、電磁弁１の動作を精度良く駆動制御することができない。
【００２６】
この点、本実施形態の逆方向通電を実施することで、期間Ｔ１の短期間で電磁弁１の消磁をすることができるので、電磁弁１を短い時間間隔でも電磁弁電流Ｉａに対応して正確に駆動制御することができるようになる。
【００２７】
なお、このように電磁弁１の残留磁束を消磁するために、この実施形態では、逆方向通電の電流を期間Ｔｏｎだけ通電することで制御している。この通電期間Ｔｏｎは、短いと残留磁束を完全に消磁できないことになり、逆に長いと逆方向の残留磁束が発生してしまう。この実施形態においては、逆方向通電によって完全に残留磁束を消磁できる時間を予め測定しておくことで期間Ｔｏｎを設定している。
【００２８】
このような第１実施形態によれば、電磁弁１のコイル１ａに対して、正方向通電の後に、昇圧回路３から逆方向通電を行えるように、ＭＯＳＦＥＴ１３および１４を設けて通電経路を形成することができるようにした。これにより、制御回路２０により、正方向通電後に、逆方向通電を所定時間Ｔｏｎだけ実施することで電磁弁１の残留磁束を短時間で消磁することができる。この結果、電磁弁１を繰り返し通電制御する際に、短期間で精度良く電磁弁１の制御を実施することができるようになる。
【００２９】
（第２実施形態）
図５および図６は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電磁弁駆動装置２０において、昇圧回路３に代わる昇圧回路２１を設ける構成としている。また、この実施形態では、制御回路２０により電磁弁１のコイル１ａに逆方向通電を行う場合の制御を通電時間Ｔｏｎではなく、電流値で制御する構成としている。
【００３０】
図５に示すように、昇圧回路２１においては、コンデンサ７は、一端が出力端子Ｃに接続され、他端が電流検出抵抗２２を介してグランドに接続されている。また、電流検出抵抗２２の両端子の電圧は電流検出回路２３により検出してコンデンサ７による放電電流を検出する構成としている。電流検出回路２３は、検出した電流値のデータを制御回路２０に出力する。
【００３１】
次に、上記構成の作用について、第１実施形態と異なる部分について説明する。
この実施形態では、電磁弁１への正方向通電の後に残留磁束を消磁するための逆方向通電において、通電時間Ｔｏｎを設定するのではなく、電磁弁電流Ｉａのレベルを検出してオフするようにしている。
【００３２】
具体的には、図６に示すように、制御回路２０は、時刻ｔ６でハイレベルの駆動信号Ｓ４およびＳ５を出力してＭＯＳＦＥＴ１３および１４をオンさせた後、電磁弁１の逆方向への電磁弁電流Ｉａを、電流検出抵抗２２を図中矢印ｘ０方向に流れる電流として電流検出回路２３により検出する。
【００３３】
制御回路２０は、電磁弁電流Ｉａが閾値電流Ｉｔｈに達する時刻ｔ７ａになると、駆動信号Ｓ４およびＳ５をローレベルに反転させてＭＯＳＦＥＴ１３および１４をオフさせる。このとき、閾値電流Ｉｔｈは、予め電磁弁１の残留磁束を消磁可能な電流値として計測等により求めた値が設定されている。この結果、電磁弁１の残留磁束は短期間で消磁することができるようになる。
したがって、このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電磁弁駆動装置３０として、逆方向通電用のＭＯＳＦＥＴ１４のドレインを直流電源ＶＢに接続する構成である。
【００３５】
上記構成により、制御回路２０は、時刻ｔ６でハイレベルの駆動信号Ｓ４およびＳ５を出力してＭＯＳＦＥＴ１３および１４をオンさせると、図中破線矢印ｙ１からｙ７で示すように、直流電源ＶＢからＭＯＳＦＥＴ１４、コイル１ａ、ＭＯＳＦＥＴ１３を介して電磁弁１の逆方向への電磁弁電流Ｉａが流れる。
【００３６】
この電磁弁電流Ｉａは、制御回路２０により一定時間流れるように制御される。このとき、電磁弁１のコイル１ａに流れる逆方向の電磁弁電流Ｉａの通電時間は、予め測定などで残留磁束が消磁できるように設定されている。
【００３７】
したがって、このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができ、さらに、逆方向の電磁弁電流Ｉａを直流電源ＶＢから通電するので、昇圧回路３のコンデンサ７の充電電荷を用いないことで、消磁期間中に充電電圧が変動するのを抑制することができ、次回の順方向への電磁弁電流Ｉａを昇圧回路３から通電する際に影響を与えることなく精度良く制御をすることができる。
【００３８】
なお、第３実施形態で用いた構成は、第２実施形態のように逆方向の電磁弁電流Ｉａを検出して駆動信号Ｓ４およびＳ５をローレベルに変化させる制御においても適用することもできる。
【００３９】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００４０】
上記各実施形態では、第３および第４スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ１３および１４を用いる構成としているが、ＩＧＢＴあるいはバイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いることもできる。
【００４１】
上記各実施形態では、電磁弁１のコイル１ａへの通電初期に、昇圧回路３あるいは２１から昇圧した電圧を供給するように第１スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ８を設ける場合の構成例で示したが、昇圧回路３や２１を用いず、通電初期に直流電源ＶＢからＭＯＳＦＥＴ１１を介して直接給電する構成とすることもできる。
【００４２】
上記各実施形態では、直流電源ＶＢとして車載バッテリを用いる場合を例示したが、直流電源であれば車載バッテリに限定されるものではない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００４３】
図面中、１は電磁弁、１ａはコイル、２、２０、３０は電磁弁駆動装置、３、２１は昇圧回路、４は昇圧コイル、８はＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子）、９はＭＯＳＦＥＴ（第２スイッチング素子）、１１はＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子）、１３はＭＯＳＦＥＴ（第３スイッチング素子）、１４はＭＯＳＦＥＴ（第４スイッチング素子）、２０は制御回路、２２は電流検出抵抗、２３は電流検出回路である。
【図１】
2018093044.tif 000003
【図２】
2018093044.tif 000004
【図３】
2018093044.tif 000005
【図４】
2018093044.tif 000006
【図５】
2018093044.tif 000007
【図６】
2018093044.tif 000008
【図７】
2018093044.tif 000009