(57)【要約】      （修正有）【課題】ソレノイドの電流制御による電磁切換弁の高速化を可能とした上で弁スプール位置変化を読み取るための検出信号を劣化させずに検出可能な位置検出システムの提供。【解決手段】電源からの電流を整流ブリッジダイオード１１と一次側平滑コンデンサ１２を介して平滑化した直流とし、スイッチング素子１５によりパルス波の交流としてスイッチングトランス１６により二次側へ伝達し、二次側ダイオードと二次側コンデンサを介して平滑化した直流として出力する電流制御回路１０と、電流指令の信号波に位置検出用の高周波搬送波を重畳させる搬送波発生装置３０と、ソレノイドの電圧帰還信号から搬送波の周波数成分を抽出し、その電圧振幅を検出して振幅信号を得る検出部４０と、を備え、振幅信号と予め設定された各弁スプール位置に対応する判定基準値とに基づいて弁スプール位置を判定して弁位置信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドへの通電励磁によって固定鉄心に吸着移動する可動鉄心が弁スプールを変位させて油圧回路の流路が切換えられる電磁切換弁の弁スプール位置を検出するシステムであって、
電源からの電流が流入されるブリッジダイオードと、該ブリッジダイオードからの直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化してソレノイド側へ出力する二次側平滑コンデンサとを備えた電流制御回路と、
指令信号に基づく電流指令と前記電流制御回路の出力側の検出結果とに基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御部と、
前記電流指令の信号波に位置検出用の高周波搬送波を重畳させる搬送波発生装置と、
前記ソレノイドの電圧帰還信号から前記位置検出用の搬送波周波数成分を抽出し、その電圧振幅を検出して振幅信号を得る検出部と、を備え、
前記制御部は、前記振幅信号と予め設定された各弁スプール位置に対応する判定基準値とに基づいて弁スプール位置を判定して判定信号を出力する位置判定部と、その判定信号に基づいて弁位置信号を出力する判定回路と、をさらに有することを特徴とする電磁切換弁位置検出システム。
【請求項２】
前記判定回路は、前記判定信号と前記指令信号とに基づいてソレノイドに対する駆動電流を決定して電流指令として出力する電流切換回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁切換弁位置検出システム。
【請求項３】
前記判定回路は、前記予め設定された各弁スプール位置の判定基準値として、ソレノイドの可動鉄心の固定鉄心に対する完全吸着位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する完全吸着位置基準値と、弁スプールが弁開位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁開位置基準と、弁スプールが弁閉位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁閉位置基準値と、を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁切換弁位置検出システム。
【請求項４】
前記判定回路は、前記弁スプールの位置が異常位置である場合に警告信号を出力する警告回路を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁切換弁位置検出システム。
【請求項５】
駆動方向が互いに対向する第１ソレノイドと第２ソレノイドとの一対のソレノイドを備えた電磁切換弁用の切換検出システムであって、
前記スイッチングトランスは、一個の一次側コイルに対して第１の二次側コイルと第２の二次側コイルとの二個の二次側コイルを有するものであり、
前記第１の二次側コイルからの交流電流が第１の二次側ダイオードで整流され第１の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を前記第１ソレノイドへ出力する第１の二次側回路と、前記第２の二次側コイルからの交流電流が第２の二次側ダイオードで整流され第２の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を前記第２ソレノイドへ出力する第２の二次側回路と、前記第１の二次側回路と前記第２の二次側回路とにそれぞれ配置された第１の二次側スイッチング素子と第２の二次側スイッチング素子と、が設けられ、
前記制御部は、指令信号に基づいて前記第１の二次側スイッチング素子と前記第２の二次側スイッチング素子とのオン／オフを制御し、前記第１の二次側回路による電流供給と前記第２の二次側回路による電流供給とを選択して第１ソレノイドの駆動と第２ソレノイドの駆動とを切換制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁切換弁位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出センサを用いることなくスプール位置を検出して電磁切換弁の位置検出を行うシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムに用いられる電磁切換弁は、一般的に、ソレノイドのコイルを通電励磁して可動鉄心を固定鉄心に吸着移動させることによって、該可動鉄心に連動する弁スプールの位置が軸方向で変位してポート接続が切換えられ、油圧回路の流路を切り換えるものである。
【０００３】
このような電磁切換弁には、弁スプールの一方の端部側に一つのソレノイドを備えたシングルソレノイドタイプや、弁スプールの両端側に一対のソレノイドを備えたダブルソレノイドタイプがある。シングルソレノイドタイプでは、一般的に位置数が２でソレノイドの非通電の際にバネの付勢力で可動鉄心と共に弁スプールが所定位置に戻る所謂スプリングオフセット形が一般的である。また、ダブルソレノイドタイプでは、位置数２ではバネ無しのもの、また位置数３では両ソレノイドの非通電の際に一対のバネの付勢力により弁スプールが中央位置に戻る所謂スプリングセンタリング形のものが一般的である。
【０００４】
また、弁スプールの位置検出は、切換えの安全性を向上させるため、リミットスイッチや近接スイッチなどの検出機構、センサによる位置検出信号を付加して行われる。
【０００５】
ソレノイドによる弁スプールの切換え移動の信頼性向上には、上記のような検出機構やセンサが必要であるが、これらを搭載することによって、電磁切換弁は全体的に長尺化や大型化することは避けられなかった。
【０００６】
そこで、このような大型化を招くようなセンサなしでの位置検出方式が検討されている。例えば、特許文献１には、物理的、機械的な位置検出装置を使用せずに磁気抵抗型電磁アクチュエータの電機子の位置を検出するための装置として、ソレノイドコイルからの電気信号に基づいて電機子位置を決定するものが開示されている。
【０００７】
この方式は、ソレノイドのインピーダンスが可動電機子の位置によって変化することを利用したものであり、低周波の帯域で有効な電流帰還を持つシステムにおいて、電流指令信号にこれより高周波の位置検出用信号を重畳させた合成信号をソレノイドに印可し、ソレノイドのインピーダンス変化に応じて変化する交流成分を抽出して、その検出された電流振幅から電機子の位置を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１５３２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の従来技術においては、検出用信号を重畳させるためにソレノイド負荷に電流帰還を掛けており、検出用信号を重畳させる方法としては、指令信号として入力するか、あるいは電流ループの外乱として入力する方法が考えられる。このようなシステムにおいて、電流制御の応答性とゲインを可能なまでに高めると、指令信号として入力した検出用信号は入力に一致してしまい負荷による変化はシステムが吸収してしまう。一方、検出用信号を外乱として入力した場合の重畳信号は可能な限り小さく減衰してしまう。その結果、位置変化に対してその変化が読み取れる重畳信号を得ようとすると、ループゲインが低い電流制御を行うか、重畳信号成分より低い応答性の電流制御を行うしかない。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ソレノイドに対して十分高い応答性とゲインを有する電流制御を行うことで、電磁切換弁の高速化を可能としたうえで、弁スプールの位置変化を読み取るための検出信号を劣化させることなく検出することが可能な電磁切換弁位置検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る電磁切換弁位置検出システムは、ソレノイドへの通電励磁によって固定鉄心に吸着移動する可動鉄心が弁スプールを変位させて油圧回路の流路が切換えられる電磁切換弁用の弁スプール位置を検出するシステムであって、
電源からの電流が流入されるブリッジダイオードと、該ブリッジダイオードからの直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化してソレノイド側へ出力する二次側平滑コンデンサとを備えた電流制御回路と、
指令信号に基づく電流指令と前記電流制御回路の出力側の検出結果とに基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御部と、
前記電流指令の信号波に位置検出用の高周波搬送波を重畳させる搬送波発生装置と、
前記ソレノイドの電圧帰還信号から前記位置検出用の搬送波周波数成分を抽出し、その電圧振幅を検出して振幅信号を得る検出部と、を備え、
前記制御部は、前記振幅信号と予め設定された各弁スプール位置に対応する判定基準値とに基づいて弁スプール位置を判定して判定信号を出力する位置判定部と、その判定信号に基づいて弁位置信号を出力する判定回路と、をさらに有するものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明に係る電磁切換弁位置検出システムは、請求項１に記載の電磁切換弁位置検出システムにおいて、前記判定信号と前記指令信号とに基づいてソレノイドに対する駆動電流を決定して電流指令として出力する電流切換回路を備えているものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係る電磁切換弁位置検出システムは、請求項１または２に記載の電磁切換弁位置検出システムにおいて、前記判定回路は、前記予め設定された各弁スプール位置の判定基準値として、ソレノイドの可動鉄心の固定鉄心に対する完全吸着位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する完全吸着位置基準値と、弁スプールが弁開位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁開位置基準値と、弁スプールが弁閉位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁閉位置基準と、を有していることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係る電磁切換弁位置検出システムは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁切換弁位置検出システムにおいて、前記判定回路は、前記弁スプールの位置が異常位置である場合に警告信号を出力する警告回路を備えているものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明に係る電磁切換弁位置検出システムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁切換弁位置検出システムにおいて、駆動方向が互いに対向する第１ソレノイドと第２ソレノイドとの一対のソレノイドを備えた電磁切換弁用の切換検出システムであって、
前記スイッチングトランスは、一個の一次側コイルに対して第１の二次側コイルと第２の二次側コイルとの二個の二次側コイルを有するものであり、
前記第１の二次側コイルからの交流電流が第１の二次側ダイオードで整流され第１の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を前記第１ソレノイドへ出力する第１の二次側回路と、前記第２の二次側コイルからの交流電流が第２の二次側ダイオードで整流され第２の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を前記第２ソレノイドへ出力する第２の二次側回路と、前記第１の二次側回路と前記第２の二次側回路とにそれぞれ配置された第１の二次側スイッチング素子と第２の二次側スイッチング素子と、が設けられ、
前記制御部は、前記指令信号に基づいて前記第１の二次側スイッチング素子と前記第２の二次側スイッチング素子とのオン／オフを制御し、前記第１の二次側回路による電流供給と前記第２の二次側回路による電流供給とを選択して第１ソレノイドの駆動と第２ソレノイドの駆動とを切換制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電磁切換弁位置検出システムによれば、スイッチングトランス電源方式の電流制御により、ソレノイドには一次電源によって制限されない高電圧が印可できる。これにより電磁弁の切換速度の高速化が可能となる。また、電源電圧の制約を受けるシステムに比べて電流制御の応答性が向上するため、結果的に位置検出用搬送波の周波数も高周波化でき、位置検出に利用するソレノイド電圧の搬送波成分の電圧を大きくできるため、位置検出のＳ／Ｎ比を向上できる。また、外乱により弁スプール位置が吸着位置から変化した場合、吸着位置から電磁弁の流路が実効的に変化するまでの時間差を利用して、ソレノイド電流を高速に増加させて流路が閉に切換わることを防止できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例による電磁切換弁位置検出システムとして、一つのソレノイドを備えたダブルソレノイドタイプの電磁切換弁を制御するための構成を示す概略回路図である。
【図２】図１中の判定回路の詳細を示すための回路図である。
【図３】本実施例の電磁切換弁位置検出システムによる電磁切換弁の駆動制御の例を示す説明図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ弁スプール位置の異なる判定結果に応じた駆動電流の切換状態を示すタイムチャート図である。
【図４】図４は、本実施例の電磁切換弁位置検出システムによる弁スプール位置の判定を行う手順を示す概念図である。
【図５】ソレノイドの可動鉄心の距離とインピーダンスの関係に対するソレノイドの電圧振幅の変位を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による電磁切換弁用制御装置は、ソレノイドへの通電励磁によって、固定鉄心に吸着移動される可動鉄心が弁スプールを変位させて油圧回路の流路が切換えられる電磁切換弁用の位置検出システムとして、電源から流入される電流が交流の場合はこれを整流し、直流の場合はこれを無極性化するブリッジダイオードと、該ブリッジダイオードからの直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化してソレノイド側へ出力する二次側平滑コンデンサとを備えた電流制御回路と、指令信号に基づく電流指令と前記電流制御回路の出力側の検出結果とに基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御（ＰＷＭ制御）する制御部と、前記電流指令の信号波に位置検出用の高周波搬送波を重畳させる搬送波発生装置と、前記ソレノイドの電圧帰還信号から前記位置検出用の搬送波周波数成分を抽出し、その電圧振幅を検出して振幅信号を得る検出部と、を備え、前記制御部は、前記振幅信号と予め設定された各弁スプール位置に対応する判定基準値とに基づいて弁スプール位置を判定して判定信号を出力する位置判定部と、その判定信号に基づいて弁位置信号を出力する判定回路と、をさらに有するものである。
【００１９】
以上の構成により、本発明においては、まず、ソレノイドが直接オン／オフ制御されることなく、電流制御回路の一次側で制御部からの電流指令に基づいて電源からの電圧を高周波でオン／オフ制御してから二次側に交流電力を伝え、それを整流、平滑化して出力されるため、該ソレノイドへはオン／オフの無い駆動電圧が供給される。しかも、トランスの二次側電圧は一次二次の巻数比とＰＷＭのデューティー比（オンタイムパルス幅／ＰＷＭ周期）によって決定されるため、元の電源電圧と無関係に負荷に対する任意の印可電圧が得られるので、電磁切換弁の駆動において、ノイズや損失を増大させることなくソレノイドへの印可電圧を容易に高圧化できるため、オン時の切換速度の高速化が可能である。そしてオフ時には逆電圧を立てることで高速化が可能となる。
【００２０】
従って、本発明においては、電源側の電流制御回路にてスイッチングトランスを直接制御し、要求されるソレノイド電流に必要な電力を高速に供給できる方式で、ソレノイドに対して電流応答性を十分に高くした電流帰還制御が可能であるため、電流指令に重畳させる位置検出の元となるソレノイドの搬送波電圧を大きくでき、安価でありながら簡便で効率的な弁スプールの位置検出が可能となり、電磁切換弁の切換状態を正確に把握し、その駆動制御に利用できる。
【００２１】
即ち、位置検出用の高周波搬送波を電流指令に重畳させ、ソノイドの出力側電圧から位置検出用の搬送波周波数成分の電圧振幅を検出し、その振幅信号と予め定められたソレノイドの可動鉄心位置に応じた電圧振幅に相当する判定基準値とに基づいて、弁スプール位置の検出、判定を行うことができる。基準となる判定位置は、可動鉄心の完全吸着状態が得られる位置、弁スプールの弁開位置および弁閉位置とし、それぞれ予め各位置に対応して設定された判定基準値と検出された振幅信号とを比較することで、電磁切換弁の弁位置状況が判定できる。
【００２２】
具体的には、図５に示す通り、ソレノイドにおける吸引力は、可動鉄心の固定鉄心からの距離に応じて小さくなり、ソレノイドの電圧の振幅も小さくなることから、予め可動鉄心の位置に応じた弁スプールの位置と電圧振幅との関係に基づいて、ソレノイドの電圧振幅を検出することによって、弁スプール位置を判定することができる。
【００２３】
そこで、位置判定部には、判定基準値として、少なくともソレノイドの可動鉄心の固定鉄心に対する完全吸着位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する完全吸着位置基準値と、弁スプールが弁開位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁開位置基準値と、弁スプールが弁閉位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁閉位置基準値とを備えておけば良い。検出された振幅信号が完全吸着位置基準値以上であれば可動鉄心が完全吸着状態であると判定でき、振幅信号が弁開位置基準値以上であれば弁スプールが弁開位置にあると判定でき、さらに振幅信号が弁閉位置基準値以下であれば、弁スプールが弁閉位置にあると判定できる。
【００２４】
本発明においては、さらに、この判定結果に基づいて、ソレノイドに対する駆動電流の切換を行って電磁切換弁を自動制御することも可能である。即ち、位置判定部からの判定信号と指令信号とに基づいて、ソレノイドに対して出力すべき駆動電流を決定し、決定された駆動電流を電流指令として出力する電流切換回路を判定回路に備えれば良い。
【００２５】
例えば、ソレノイドに対して弁開状態とするための駆動指令信号により、立ち上がり時に大きな駆動電流を供給する電流指令を出力し、可動鉄心が完全吸着位置にある判定信号と弁スプールが弁開位置にある判定信号とが得られた時点で、電流切換回路は定格以下の電流量を選択して切換える電流指令を出力する。これによって、判定回路は、駆動電流を減少させて最大流量を減らすことなく省エネ状態とすることができる。このような省エネ状態での駆動制御で弁自体の自己発熱も低下させることができる。
【００２６】
なお、本発明によれば、上述のようにスイッチングトランス電源回路方式の電流制御回路によって大きな駆動電流を供給できるため、多少切換え難い状態でも切換えることが可能であり、弁内にゴミが溜まり難く耐コンタミ性が高い電磁切換弁とすることができる。
【００２７】
なお、電磁切換弁は、ソレノイドの可動鉄心が完全吸着状態になったことにより切換え可能となるが、一般的に立ち上がり時に印可した大電流を単にタイマーの設定時間後に電流減少へと切換えが行われていたために可動鉄心の吸着状態が得られていない状態でも切換えが行われ、結果として切換え不良が発生する恐れがあった。本発明においては、判定結果により可動鉄心の完全吸着状態を確認してから切換えることが可能となるため、切換え不良は回避される利点がある。
【００２８】
さらに、省エネ状態において、外乱（流体力・振動）により可動鉄心位置が変化しても、弁スプールが開位置にある判定信号が得られている一方で可動鉄心が完全吸着位置にある判定信号が得られなくなれば、再度電流を増加させる電流指令を出力することで、外乱により弁スプールが弁閉位置へまで達することを防止できる。
【００２９】
なお、判定結果から、弁スプールが弁開位置と弁閉位置のいずれでもない中間に在る場合や、その他、可動鉄心が完全吸着状態から外れた場合、またソレノイドの通電励磁によって完全吸着状態が得られない場合などの異常位置であることを検出できるため、警告回路を備えてこれらの異常を示す警告信号を出力することもできる。さらに、弁スプールが弁開位置または弁閉位置に在る場合にそれぞれの状態を示す信号を出力することもできる。
【００３０】
また、本発明においては、ソレノイドの電圧を検出するものであるため、判定回路では、電圧の変化に基づく温度変化を推定して異常発生時にこれを検知し、警告信号として出力することも可能である。例えば、電圧上昇からソレノイド温度を推定し、異常発熱の検知、警告が可能である。また、電圧変化が負荷抵抗の温度変化以上に増加した場合には断線警告信号を、逆に減少した場合は短絡警告信号を警報として出力することも可能である。さらに、推定される温度と切換え時間から、正常な弁切換かどうかの判断も可能であり、異常時には警告信号を出力することができる。例えば、油圧回路の切換弁では、作動油温度によって切換え時間が変動するため、その温度に応じた適切な範囲での切換え時間であったかどうかで正常か異常かを判断できる。
【００３１】
本発明の電磁切換弁用制御装置によって駆動制御される電磁切換弁としては、シングルソレノイドタイプもダブルソレノイドタイプも可能である。シングルソレノイドタイプであれば、駆動制御されるソレノイドは一つであるが、ダブルソレノイドタイプでは、互いに逆方向の駆動を行う一対のソレノイドのそれぞれに対して電流供給を切換制御する必要がある。この場合、電流制御回路を、第１ソレノイドと第２ソレノイドのそれぞれに選択切換可能に電流供給できる構成とする。
【００３２】
即ち、電流制御回路のスイッチングトランスとして、一個の一次側コイルに対して第１の二次側コイルと第２の二次側コイルとの二個の二次側コイルを有するものを備え、第１の二次側コイルからの交流電流が第１の二次側ダイオードで整流され第１の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を第１ソレノイドへ出力する第１の二次側回路と、第２の二次側コイルからの交流電流が第２の二次側ダイオードで整流され第２の二次側平滑コンデンサで平滑化された直流を第２ソレノイドへ出力する第２の二次側回路と、前記第１の二次側回路と前記第２の二次側回路とにそれぞれ配置された第１の二次側スイッチング素子と第２の二次側スイッチング素子と、が設けられたものとし、制御部は、指令信号に基づいて前記第１の二次側スイッチング素子と前記第２の二次側スイッチング素子とのオン／オフを制御し、前記第１の二次側回路による電流供給と前記第２の二次側回路による電流供給とを選択して第１ソレノイドの駆動と第２ソレノイドの駆動とを切換制御するものとする。
【００３３】
なお、本発明の電磁切換弁位置検出システムにおける電流制御回路の二次側回路の構成は、一次側コイルに対する二次側コイルの極性を逆方向としたフライバックコンバータ形が簡便であるが、二次側コイルの極性を一次側コイルと同じにしてチョークコイルと転流ダイオードを備えたフォワードコンバータ形の構成も可能である。
【００３４】
また、本発明による電磁切換弁位置検出システムは、制御装置として既存の電磁切換弁に組み合わせることができ、簡便に、位置検出可能な電磁切換弁を大型化させることなく構築できる。
【実施例】
【００３５】
本発明の一実施例による電磁切換弁位置検出システムとして、一対のソレノイドを備えたダブルソレノイドタイプの電磁切換弁を制御するための構成を図１の概略回路図に示す。図２は、図１中の判定回路の詳細を示すための回路図である。また、図３は、本実施例の制御装置による電磁切換弁の駆動制御の例を示す説明図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ弁スプール位置の異なる判定結果に応じた駆動電流の切換状態を示すタイムチャート図である。図４は、本実施例の電磁切換弁位置検出システムによる弁スプール位置の判定を行う手順を示す概念図である。
【００３６】
本電磁切換弁用位置検出システム１は、制御部３からのソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）に基づく電流指令Ｒに従って、電源からの電流を電流制御回路１０を介してオン／オフの無い駆動電圧で電磁切換弁５のソレノイド６へ電流供給する電流帰還制御系において、図４の概念図に示すように、電流指令Ｒの信号波に、搬送波発生装置３０からの位置検出用の高周波、例えば０．１〜１ｋＨｚの搬送波（正弦波または三角波）ｆ１を重畳させるものである。そして検出部４０にて、ソレノイド６の電圧Ｖから帯域通過フィルタ４１によって搬送波周波数成分を抽出し、全波整流器４２を介して正の電圧振幅を検出し、得られた振幅信号ＶＡＳを位置判定部５０に出力し、この位置判定部５０にて弁スプール位置の判定を行うものである。
【００３７】
より詳細な構成として、図１および図２に示すように、電流制御回路１０は、供給電源２からの電流が交流の場合はこれを整流し、直流の場合はこれを無極性化するブリッジダイオード１１と、ブリッジダイオード１１からの直流を平滑化する一次側平滑コンデンサ１２と、一次側平滑コンデンサ１２により平滑化された直流をパルス信号発生装置１４により発生されたパルス信号に基づいた周期でオン／オフスイッチングを行ってパルス波の交流に変換する一次側スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１５と、パルス波交流を一次側コイルＬＰから二次側コイルへ予め定められた電圧へ変圧して伝達するスイッチングトランス１６とを備えている。二次側に伝達された交流は二次側整流ダイオードで整流され、二次側平滑コンデンサでさらに平滑化された直流として電磁切換弁５の一対のソレノイド（ＳＯＬａ，ＳＯＬｂ）へ送られる。
【００３８】
そして、本実施例においては、スイッチングトランス１６は、一個の一次側コイル（ＬＰ）に対してコイル極性が異なる二次側コイルを二個（ＬＳ１，ＬＳ２）備えたものであり、二次側では、各二次側コイル（ＬＳ１，ＬＳ２）から一対のソレノイドのそれぞれに対して電流供給が切換えられる構成を有するものである。即ち、第１の二次側コイルＬＳ１が第１の二次側回路１７Ａによって第１ソレノイドＳＯＬａに接続され、第２の二次側コイルＬＳ２が第２の二次側回路１７Ｂによって第２ソレノイドＳＯＬｂに接続されている。
【００３９】
第１の二次側回路１７Ａでは、一次側コイルＬＰから第１の二次側コイルＬＳ１に伝達された交流を整流する第１の二次側ダイオード１８Ａと、この整流された直流をさらに平滑化して第１ソレノイドＳＯＬａへ送る第１の二次側平滑コンデンサ１９Ａとを備えている。同様に、第２の二次側回路１７Ｂでは、第２の二次側コイルＬＳ２に伝達された交流を整流する第２の二次側ダイオード１８Ｂと、この整流された直流をさらに平滑化する第２の二次側平滑コンデンサ１９Ｂとを備えている。そして、これら第１と第２の二次側回路（１７Ａ，１７Ｂ）は、それぞれ、例えばＭＯＳＦＥＴから成る二次側スイッチング素子（２１Ａ，２１Ｂ）を各ソレノイド（ＳＯＬａ，ＳＯＬｂ）に対して高圧側でラインを断続する位置に備えている。
【００４０】
また、電流指令Ｒと電流センサ２２からの出力側の検出結果による電流フィードバック信号Ｉとに基づいた目標値との偏差から、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御部１３を介して実際の操作量が求められ該操作量に相当する振幅信号が生成され、パルス信号発生装置１４へ出力される。但し、電流指令Ｒの信号波には、前述のように予め、位置検出用の高周波搬送波ｆ１が重畳されている。パルス信号発生装置１４からのパルス信号によって一次側スイッチング素子１５のオン／オフ制御を行うことによってスイッチングトランス１６の一次側がＰＷＭ制御される。
【００４１】
なお、制御部３は、指令信号に基づいて、第１の二次側スイッチング素子２１Ａと第２の二次側スイッチング素子２１Ｂに対するオン／オフを切換制御するソレノイド切換回路２０が設けられている。ソレノイド切換回路２０からの信号に従って、第１ソレノイドＳＯＬａに対する第１の二次側コイルＬＳ１からの第１の二次側回路１７Ａによる電流供給と、第２ソレノイドＳＯＬｂに対する第２の二次側コイルＬＳ２からの第２の二次側回路１７Ｂによる電流供給とが切り換えられ、駆動するソレノイドが切換えられ、弁スプールの駆動方向が逆向きになる。
【００４２】
従って、電圧振幅を検出して弁スプール位置が判定されるのは、駆動指令が出力された一方のソレノイドに関して行われる。弁スプールの判定位置としては、可動鉄心の完全吸着位置と、弁スプールの弁開位置および弁閉位置とした。これに応じて位置判定部５０に設定される判定基準値は、ソレノイドの可動鉄心の固定鉄心に対する完全吸着位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する完全吸着位置基準値Ｄ１と、弁スプールが弁開位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁開位置基準値Ｄ２と弁スプールが弁閉位置に達している場合の電圧振幅の閾値に相当する弁閉位置基準値Ｄ３との３点とした。
【００４３】
なお、電磁切換弁５が３位置弁である場合、弁スプールの中央位置が共通の弁閉位置となり、第１ソレノイドＳＯＬａの駆動による弁スプールの弁開位置と第２ソレノイドＳＯＬｂの駆動による弁スプールの弁開位置とはそれぞれ異なるが、通常は互いに可動鉄心による押し出し駆動方向が対向しても各弁開位置までの可動鉄心、弁スプールの移動距離は同一であるため、距離に応じた電圧振幅および基準値の電圧振幅も共通するものとして設定できる。したがって、いずれかのソレノイド駆動においても、上記３つの共通する基準値（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）に基づいて弁スプール位置の判定を行うことができる。
【００４４】
本実施例では、図２に示すように、判定回路５１には、弁スプール位置の判定結果に基づいて駆動電流を４種の間で切換えて電流指令Ｒを出力する電流切換回路６０を備えている。即ち、電流切換回路６０によって、通常の駆動電流１００％に対して、立ち上がり時に供給する大電流を２００％、省エネ駆動電流を６０％、位置検出用低電流を５％とし、判定信号（ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３）に応じてこれらから選択し切換えて電流指令Ｒとして出力することができる。なお、各段階の駆動電流はこれらの設定に限定されるものではない。本実施例の電流制御回路１０によれば、例えば立ち上がり時の高速化のための大電流を３００％にするなど、任意に設定することができる。
【００４５】
また、弁スプール位置の判定結果から、可動鉄心が完全吸着状態から外れたり、ソレノイド駆動の指令、即ち第１ソレノイド駆動指令信号ＣＳＡあるいは第２ソレノイド駆動指令信号ＣＳＢの出力から一定時間経過しても完全吸着状態に達しない異常時、また弁スプールが開位置と弁閉位置との間に止まっている異常時が判定された場合には、警告回路７０により異常警告信号Ｗを出力する構成とした。また、電磁切換弁５の各ソレノイド駆動における弁位置信号、即ち第１ソレノイドにおける弁開信号Ｏａあるいは弁閉信号ＣＳａまたは第２ソレノイドにおける弁開信号Ｏｂ或いは弁閉信号Ｃｂも出力する構成とした。
【００４６】
以上の構成を備えた本実施例による電磁切換弁位置検出システム１によって、ダブルソレノイドタイプの電磁切換弁５に関して一方のソレノイド駆動における位置検出と電流制御の例を図３で説明する。
【００４７】
例えば、図３（ａ）のタイムチャートでは、電磁切換弁を一方の弁開位置へと油圧回路の流路を切換えるために、対応する一方のソレノイドの駆動指令信号（ＣＳＡまたはＣＳＢ）が出力されると、制御部３では立ち上がりの信号に応じて駆動電流２００％の電流指令Ｒが出力され、供給電流が２００％での高速化区間に入る。ソレノイド通電励磁により可動鉄心が固定鉄心に吸着移動し、同時に弁スプールも押されて移動し、弁開位置に達すると、検出されるソレノイドの電圧振幅の信号は、弁開位置基準値Ｄ２に達し、弁開位置となったことが判定され、判定結果の判定信号ＳＤ２が判定回路５１へ出力される。また、判定回路５１は、弁開信号（Ｏａ／Ｏｂ）を出力する。さらに可動鉄心の完全吸着状態に達すると、検出されるソレノイドの電圧振幅の信号は、完全吸着位置基準値Ｄ１に達し、可動鉄心が完全吸着状態となったことが判定され、その判位結果の判定信号ＳＤ１が判定回路５１へ出力される。
【００４８】
判定回路５１では、弁スプールが弁開位置にあることを示す判定信号ＳＤ２と可動鉄心が完全吸着状態にあることを示す判定信号ＳＤ１とが得られると、駆動電流を省エネモード、ここでは駆動電流６０％に切換えて電流指令Ｒとして電流制御回路１０へ出力する。通常、異常が発生しなければ、この省エネ区間がソレノイド駆動指令信号出力（ＣＳＡ／ＣＳＢ）が停止されるまで続く。
【００４９】
しかしながら、例えば、外乱で可動鉄心が完全吸着位置から外れてしまった場合、図３（ａ）のチャートに示されるように、検出されるソレノイドの電圧振幅の信号は、完全吸着位置基準値Ｄ１より小さくなり、判定回路５１は、判定信号ＳＤ１が得られなくなる。判定回路５１は、これを完全吸着状態から外れた判定結果として、駆動電流を省エネモードから増加させるように、ここでは駆動電流１００％に切換えて電流指令Ｒとして出力する。同時に、警告回路７０によって、可動鉄心の完全吸着状態が外れた状態を示す警告信号Ｗが出力される。
【００５０】
このように、可動鉄心の完全吸着状態からの外れが検出できたため、速やかな駆動電流増加の対応によって、弁スプールの弁開位置からの外れが生じる前に、再び可動鉄心の完全吸着状態が得られる。検出されるソレノイドの電圧振幅の信号が再び完全吸着位置基準値Ｄ１を超え、その判定信号ＳＤ１が出力されれば、判定回路５１は、また駆動電流６０％へ切換える電流指令を出力し、省エネ区間とすることができる。
【００５１】
そして、電磁切換弁５のソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）がオフになると、駆動電流も０％となる。可動鉄心は固定鉄心からの吸着が解かれ、離れていくと同時に弁スプールも弁開位置から戻って行く。これに従って、検出されるソレノイドの電圧振幅の信号は、完全吸着位置基準値Ｄ１および弁閉位置基準値Ｄ２より小さくなり、ソレノイドの非通電励磁状態で０値となる。弁スプールは、弁閉位置へ戻っているはずであるが、一定時間経過後、その弁閉状態を確認するため、判定回路５１は低電流、ここでは駆動電流５％を供給する電流指令Ｒを出力する。これによって、検出されるソレノイドの電圧振幅の信号が、弁閉位置基準値Ｄ３より小さければ、弁スプールが弁閉位置にあることが判定され、その判定信号ＳＤ３が判定回路５１に出力される。判定回路５１は、弁閉状態を示す弁閉信号（Ｃａ／Ｃｂ）を出力し、駆動電流をオフにする。
【００５２】
以上のように、ソレノイドの電圧振幅の検出により簡便に電磁切換弁５の弁スプールの位置判定や可動鉄心の吸着状態の判定が行えるため、外乱による影響が生じても、直ちに対応して良好な弁切換制御が行える。
【００５３】
また、別の位置検出と電流制御の例を図３（ｂ）のタイムチャートに示す。この場合、ソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）の出力に従って立ち上がりの駆動電流を大電流２００％とし、弁開位置の判定信号ＳＤ２が得られてから、ソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）の停止まで可動鉄心が完全吸着位置に達することができず、完全吸着状態の判定信号ＳＤ１が得られないままの状況が続いている。この場合、判定回路５１は、駆動電流を立ち上がりからの高速化区間を起動タイマーによる設定時間だけ維持した後、省エネモードまで減少させることなく、１００％の駆動電流を維持し続けるように電流指令信号を出力する。可動鉄心の完全吸着状態を示す判定信号ＳＤ１が得られない間、判定回路５１は、警告回路７０によって警告信号Ｗを出力している。ソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）の出力が停止されれば、その後は上記図３（ａ）の場合と同様に、駆動電流を０％とした後、弁スプールが弁閉位置にあることを確認する。
【００５４】
図３（ｃ）のタイムチャートに示すように、可動鉄心の完全吸着状態が、上記起動タイマーによる設定時間の間に得られず、その後遅れて完全吸着状態が得られる場合には、判定回路５１は、高速化区間の後、やはり駆動電流１００％を維持する電流指令を出力する。そして、可動鉄心の完全吸着状態を示す判定信号ＳＤ１が出力された時点で省エネモードの駆動電流６０％に減少させる電流指令が出力される。ここで、警告信号Ｗの出力も解除される。
【００５５】
なお、電磁切換弁５の何らかの不具合により、ソレノイドに通電励磁を開始しても、可動鉄心が吸着移動せず、弁スプールが弁開位置まで移動できない場合もある。この場合は、図３（ｄ）のタイムチャートに示すように、ソレノイド駆動指令信号（ＣＳＡ／ＣＳＢ）の出力で立ち上がりから駆動電流を２００％の大電流とする電流指令によって高速化区間が続けられても、可動鉄心の完全吸着状態を示す判定信号ＳＤ１も、弁スプールの弁開位置に達したことを示す判定信号ＳＤ２も得られない。起動タイマーによる設定時間が経過した時点でもこの状況が続いている場合、判定回路５１は、駆動電流をオフにする電流指令を出力し、ソレノイドを非通電励磁とする。その後、同様に、低電流を供給する電流指令を出力して弁スプールの弁閉位置状態を確認する。弁スプールの弁閉位置状態がその判定信号ＳＤ３により確認できれば、再度ソレノイド駆動指令信号にて弁開操作を行い、前回と同じ不良結果であれば、電磁切換弁５の検査、メンテナンスを行うことができる。
【００５６】
以上の実施例において、位置検出用の搬送波として、周波数ｆ１＝０．１〜１ｋＨｚの高周波（正弦波または三角波）が利用可能であり、このような高周波搬送波を用いてソレノイドの電圧振幅検出から弁スプールの位置判定を行うことができた。なお上記搬送波の周波数範囲は、下限としてそれより低い周波数では切換弁が応答しない恐れが生じる周波数０．１ｋＨｚを設定すると共に、上限としてそれより高い周波数ではソレノイドの磁性材料による損失とコイルの寄生容量の影響が出てしまう恐れが生じる周波数１ｋＨｚを設定したものである。
【符号の説明】
【００５７】
１：電磁切換弁位置検出システム
２：供給電源
３：制御部
５：電磁切換弁
６：ソレノイド
ＳＯＬａ：第１ソレノイド
ＳＯＬｂ：第２ソレノイド
１０：電流制御回路
１１：ブリッジダイオード
１２：一次側平滑コンデンサ
１３：ＰＩＤ制御部
１４：パルス信号発生装置
１５：一次側スイッチング素子
１６：スイッチングトランス
ＬＰ：一次側コイル
ＬＳ１：第１の二次側コイル
ＬＳ２：第２の二次側コイル
１７Ａ：第１の二次側回路
１７Ｂ：第２の二次側回路
１８Ａ：第１の二次側ダイオード
１８Ｂ：第２の二次側ダイオード
１９Ａ：第１の二次側平滑コンデンサ
１９Ｂ：第２の二次側平滑コンデンサ
２０：ソレノイド切換回路
２１Ａ：第１の二次側スイッチング素子
２１Ｂ：第２の二次側スイッチング素子
２２：電流センサ
３０：高周波搬送波発生装置
ｆ１：高周波搬送波
４０：検出部
４１：帯域通過フィルタ
４２：全波整流器
５０：位置判定部
５１：判定回路
６０：電流切換回路
７０：警告回路
Ｄ１：完全吸着位置基準値
Ｄ２：弁開位置基準値
Ｄ３：弁閉位置基準値
【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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