(57)【要約】【課題】効果的な温度補償を図り、もってソレノイドの駆動電流に見込む必要のあった無駄な余裕電流幅を低減する。【解決手段】電源B+から巻線11に駆動電流を流すことでソレノイド10を動作させるソレノイド駆動回路において、ソレノイド巻線11と直列に、当該巻線11に流される駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子D1(D2)を一つ、または順方向接続で直列にした複数個挿入し、このダイオード素子を受動型温度補償回路とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から巻線に駆動電流を流すことでソレノイドを動作させるソレノイド駆動回路であって；
上記巻線と直列に、該巻線に流される駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子を一つ、または順方向接続で直列にした複数個挿入し、該ダイオード素子を受動型温度補償回路として用いること；
を特徴とするソレノイド駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のソレノイド駆動回路であって；
上記巻線に通電される駆動電流は、第一の方向とそれとは逆の第二の方向に選択的に流されるように構成されており；
上記駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子は、該第一の方向の駆動電流に関して順方向接続で挿入されるものと、該第二の方向の駆動電流に関して順方向接続で挿入されるものとが互いには並列に接続されていること；
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】
本発明は、ガス燃焼機器のガス弁や電気機器等において、世間で一般的に使われているソレノイドの駆動回路に関し、特に、周囲温度によるソレノイド巻線抵抗値の変化によって生じるソレノイド駆動電流の増減を補正するための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガス燃焼機器においては、バーナへのガスの供給、停止を制御する手段として、主に自己保持型ソレノイド(ラッチ式電磁弁)が一般的に使用されている。ソレノイドの制御には、リレーによるオン／オフ制御や、バイポーラ・トランジスタないしは電界効果トランジスタ等の半導体能動素子によるオン／オフ制御等があるが、代表定な駆動回路構成例としては、図２(A) に示すようなＨブリッジ型と通称されるものがある。
【０００３】
本回路において、トランジスタT1とトランジスタT2をのみオンとすると、電源B+からトランジスタT1、ソレノイド10の巻線11の第一端子ta、巻線11、巻線11の第二端子tb、トランジスタT2を介して接地GND に至る経路で巻線11に関し第一の方向に駆動電流が流れ、ソレノイド10は図示しないがそれまでの第一の姿勢位置から第二の姿勢位置に向けて移動する。第二の姿勢位置から第一の姿勢位置に戻すには、トランジスタT1，T2はオフの状態でトランジスタT3，T4をオンとし、電源B+からトランジスタT3、ソレノイド10の巻線11の第二端子tb、巻線11、巻線11の第一端子ta、トランジスタT4を介して接地GND に至る経路で巻線11に関し先の第一の方向とは逆の第二の方向に駆動電流を流す。
【０００４】
なお、周知ではあるが、自己保持型ソレノイドは巻線に駆動電流を流すことで起磁力を発生し、その起磁力によって例えばプランジャ(可動鉄心)をそれまでの第一姿勢位置から引き込んで吸着させ、吸着させた後は永久磁石の磁力によって吸着状態位置(第二姿勢位置)を保持するものである。プランジャを離脱させようとする場合には、上述のようにして巻線に関し逆方向に電流を流すことにより、逆向きの起磁力を発生させ、永久磁石の磁力から引き離すような形で離脱させる。また、第二の姿勢位置である吸着状態は永久磁石の磁力、第一の姿勢位置である離脱状態はスプリングの反力でそれぞれその状態を保持できることから、ソレノイドへの通電は単パルス電流で行うのが一般的である。つまり、ソレノイドへの通電は、あくまで状態に変化を与えるためのきっかけとして使われる。
【０００５】
もちろん、これとは異なり、通電されているときだけ、それまでの第一の姿勢位置と異なる第二の姿勢位置を取るソレノイドも各種の分野で汎用されているが、いずれにしてもこうしたソレノイドの巻線は一般に銅線により構成されることが多い。これは電気抵抗の低さが望ましいとされるからである。ところが、銅線は特に周囲温度の変化でその抵抗値を変化させ易い。従って、ソレノイドの巻線抵抗の対温度特性は結構、変化し易く、当然のことであるが、巻線抵抗が変われば必要な駆動電流も変わることになる。
【０００６】
例えば図２(A)に示したような回路構成でソレノイド10を駆動する場合、駆動電流ないしソレノイド巻線11に実際に流れる通電電流Iaは、電源電圧をB+、ソレノイド駆動に用いるトランジスタの実効的なコレクタ−エミッタ間飽和電圧をVce、ソレノイド巻線11の抵抗をRsとすると、およそ次式(1)で求められる。
Ia＝(B+−Vce)／Rs  ….(1)
【０００７】
一般に銅線による巻線の場合、温度が上昇すると巻線抵抗は増大し、温度が下降すると巻線抵抗は減少する。制御回路の電源電圧B+は一定として、これらの特性を上記式(1)に当てはめると、図２(B)に示すように、高温時には通電電流Iaが減少し、低温時には通電電流Iaが増すことになる。
【０００８】
このような特性を持つことから、従前は動作温度保証範囲、電源電圧変動等を十分に考慮して駆動回路を設計しており、実際にソレノイドが動作する電流に対して数倍の余裕度を持った駆動電流値を設定して設計する場合が多かった。これはエネルギ消費の観点からは大いなる無駄であり、コスト的にも不利となっていた。低温時に駆動電流が大きくなるために駆動する素子にも電流スペックが大きなものを選定する必要があり、これもまた、コストの嵩む要因になっていた。
【０００９】
これに対し、従来からも、ソレノイドの駆動に関し、温度補償を考慮する工夫は認められた。例えば、下記の特許文献１では制御回路の配置構造に勘案して温度変化への対応を考えていたし、当該特許文献１中で従来例とされている特許文献２では、温度補償素子を組み込んだ回路を設けることで、ソレノイドの周辺温度変化への対応を図っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2008-216262号公報
【特許文献２】特開平8-240277号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、回路的に複雑な帰還系を用いた上での配置構成も汎用性には乏しく、設計上の制約が出ると言っても良い。温度補償素子としても一般に考えられるサーミスタの利用等も、効率が良く、低廉で効果的な回路構成になるとは限らない。サーミスタの信頼性はそう高いものではないし、激しい非線形性にも問題がある。能動素子を用いての温度補償回路の採用はコスト的に極めて不利になり、その割にソレノイド駆動電流に関して見込む無駄な余裕電流幅を低減することにはならない。すなわち、特許文献１，２に開示されたような手法は、根本的に簡単，合理的な温度補償手段を提供していることにはならないし、その他、従前の手法はいずれも、回路構成が複雑になったり、高価な素子を利用せねばならなかったり、大型化する等、省エネルギ化や低廉化を図るには不満足であった。
【００１２】
本発明はこの点の解決を図ったもので、極めて簡単で小型、低廉な回路により、ソレノイドの駆動電流に従来は見込む必要のあった無駄な余裕電流幅を低減し、もって用いる素子の小型化や装置全体の低廉化、エネルギ消費の高効率化を図ろうとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するため、電源から巻線に駆動電流を流すことでソレノイドを動作させるソレノイド駆動回路として、ソレノイド巻線と直列に、当該巻線に流される駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子を一つ、または順方向接続で直列にした複数個挿入し、このダイオード素子を受動型温度補償回路として用いるソレノイド駆動回路を提案する。
【００１４】
この基本構成を満たした上で、既に図２(A)に即し説明したように、巻線に通電される駆動電流が第一の方向とそれとは逆の第二の方向に選択的に流されるように構成されているソレノイド駆動回路に適用する場合には、上記において駆動電流に対して順方向接続となるダイオード素子はそれぞれの方向に関して各々設けることとする。すなわち、第一の方向の駆動電流に関して順方向接続で挿入されるものと、第二の方向の駆動電流に関して順方向接続で挿入されるものとを互いには並列に接続する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ダイオード素子の順方向電圧に関する負の温度特性を極めて有効に利用することができ、ソレノイド巻線の抵抗値の温度変化特性を効果的に補うことができるため、駆動電流に見込む余裕電流幅は大いに低減することができる。能動素子を用いた大がかりで高価な温度補償回路等も不要となる。
【００１６】
本発明では周囲温度の影響の少ない比較的フラットなソレノイド駆動電流特性を得ることが出来るため、結果的にエネルギ利用効率の向上、駆動回路の低電力化(低電流化)を図ることが可能である。用いる素子も、信頼性が高く、極めて小型で入手も容易、低廉なダイオード素子であるので、装置全体の信頼性向上、低廉化に大いに寄与する。図２(A)中でトランジスタT1〜T4で例示したように、用いる駆動素子にも、より低電力型、低スペックのものを用い得ることにもなり、これがまた、装置全体の小型化、低廉化を促す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のソレノイド駆動回路の望ましい一実施形態の概略回路構成図である。
【図２】同図(A)は一般的なソレノイド駆動回路の説明図であり、同図(B)は周囲温度変化に伴うソレノイド駆動電流変化の模様を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には本発明のソレノイド駆動回路の望ましい一実施形態が示されている。理解のため、既に図２(A)に即して説明した一般的なソレノイド駆動回路に対する改良として示されており、図２中に付されているのと対応する符号は同一の構成要素を示す。動作についても、基本的なソレノイド駆動に関しては先掲の説明を援用できる。
【００１９】
本発明において特徴的なのは、ソレノイド10の巻線11と直列に、受動型温度補償回路20として、当該巻線11に通電される駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子D1（あるいは下記理由からダイオード素子D1とは逆方向で並列な接続関係となるダイオード素子D2も）を挿入したことである。
【００２０】
すなわち、図示のソレノイド駆動回路は、既述のように、ソレノイド10を第一、第二の姿勢位置間で可変する場合に、電源B+と接地GND間においてランジスタT1，T2のみをオンにし、巻線11に第一の方向に駆動電流を流したり、逆にT3，T4のみをオンにして巻線11に第一の方向とは逆の第二の方向に駆動電流を流したりするため、駆動電流を第一の方向に流す場合にはダイオード素子D1が駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子、逆の第二の方向に流す場合にはダイオード素子D2が駆動電流に対し順方向接続となるダイオード素子となる。そのため、これらダイオード素子D1，D2は、互いには逆方向接続で並列な関係となる。
【００２１】
しかるに、これにより温度補償が図れる理由は、下記のように説明できる。先と同様、駆動電流をIa、電源電圧をB+、ソレノイド10の駆動に用いるトランジスタの実効的なコレクタ−エミッタ間飽和電圧をVce、ソレノイド巻線11の抵抗をRs、そして用いたダイオード素子D1ないしD2の順方向電圧をVfとすると、次式(2)が成立する。
Ia＝(B+−Vce−Vf)／Rs  ….(2)
【００２２】
してみるに、ダイオード素子の順方向電圧Vfは負の温度特性を持つことが知られているのであるから、例えば温度が上昇した場合には順方向電圧Vfは低下する方向になる。従って、上式(2)から明らかな通り、例えばソレノイド10の周囲温度が上昇した場合には、便宜上、Vceの温度特性を無視したとすると、(B+−Vce−Vf)は大きくなる方向となる。この電圧は実質的にソレノイド巻線11の両端ta，tb間に印加される電圧であり、要は当該印加電圧が温度上昇と共に上がることになる。これにより、巻線抵抗が温度上昇と共に増して行く分、ソレノイドへの印加電圧を上昇させて、駆動電流の変化量を小さくすることができる。
【００２３】
このように、本発明によると、単にダイオード素子を巻線に直列に順方向に挿入するという、ある意味では小気味の良い手法により、極めて簡単、廉価、小型な受動型温度補償回路構成で信頼性の高い温度補償機能を得ることができる。
【００２４】
もちろん、図１に示した実施形態とは異なり、駆動電流が第一あるいは第二の方向に選択的に流されるタイプではなく、駆動電流は一方向にのみ流されるタイプ、例えば巻線11への通電時にのみ、それまでの第一姿勢位置から第二姿勢位置に可変し、通電を絶つと、例えばバネ手段等により第一の姿勢位置に戻るようなソレノイド駆動回路であるならば、当然、本発明に従って設けられるダイオード素子は、図示されている互いには逆方向接続の一対の並列なダイオード素子D1，D2の中、当該駆動電流に関して順方向となるどちらか一方をのみ、用いれば良いことになる。
【００２５】
なお、通常のpn接合ダイオード素子等では、順方向電圧Vf体が数100mV〜1V程度あることから、例えば家庭用コンロのように、電池を使ったソレノイド制御（一般に電源電圧が3V程度のもの）では、当該ダイオード素子の順方向電圧Vfによる印加電圧低下に注意が必要な場合も出るかもしれない。このような場合には、ショットキ・ダイオードのように、順方向電圧Vfの小さなダイオード素子を選定するのが望ましい。
【００２６】
また、図示の場合はダイオード素子は各通電方向当り、単一の素子D1，D2でしか示していないが、それぞれ複数個を直列に接続することで順方向電圧Vfの変化量を増大させ、巻線抵抗の変化量に合わせこむことも可能である。例えば、丁度-2mV／℃の温度特性を持つダイオード素子を二個接続したとすると、順方向電圧Vfの変化量の合計は当然、-4mV／℃となる。このように、ダイオード素子の順方向直列接続個数により、対温度電圧変化量を調整することが可能である。
【００２７】
以上、本発明方法の望ましい一実施形態につき説明したが、本発明の要旨構成に即する限り、任意の改変は自由である。ダイオード素子に就いても、実施的にダイオードとして機能すれば全て本発明で言うダイオード素子であり、例えばトランジスタのダイオード接続等であっても、本書で言うダイオード素子となる。
【符号の説明】
【００２８】
10  ソレノイド
11  ソレノイドの巻線
20  受動型温度補償回路
D1，D2  ダイオード素子
【図１】
2011071249.tif 000003
【図２】
2011071249.tif 000004