(57)【要約】【課題】ソレノイドに対する入力電圧の変動、コイル抵抗値の変動および可動磁極位置の変動にかかわらず、常に同等の吸引力を得ることができるソレノイド駆動制御回路およびソレノイドを提供する。【解決手段】ソレノイドの少なくとも近傍に設けられ、該ソレノイドとその周辺空間に形成される磁場の強さを検出する磁場検出手段と、磁場検出手段により検出された磁場の強さと予め定められた閾値とを比較する比較手段と、比較手段の比較結果に基づいて、ソレノイドに供給する電流量を制御する駆動制御手段と、を備える。【選択図】図２
2008028083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドの少なくとも近傍に設けられ、該ソレノイドとその周辺空間に形成される磁場の強さを検出する磁場検出手段と、
該磁場検出手段により検出された磁場の強さと予め定められた閾値とを比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果に基づいて、前記ソレノイドに供給する電流量を制御する駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするソレノイド駆動制御回路。
【請求項２】
前記比較手段が上限値に相当する閾値と下限値に相当する閾値とを有するウィンドコンパレータであることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動制御回路。
【請求項３】
前記磁場検出手段が、ホール素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソレノイド駆動制御回路。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３に記載のソレノイド駆動制御回路を備えたことを特徴とするソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドおよびソレノイドの周辺空間に形成される磁場の強さに応じて、ソレノイドに供給する電流量を制御するソレノイド駆動制御回路およびソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ソレノイドは、電気的エネルギーを機械的直線運動に変換し、ソレノイドの可動部に結合された外部機構（機械的負荷）を駆動するものである。その主要部の構造は、コイルと、シャフトと、プランジャ（可動磁極）と、ケースと、軸受けと、ボビンと、ベース（固定磁極）等とから構成されている。
【０００３】
ここで、コイルは、ケースとともに、主磁気回路を形成し、発生した磁界によってプランジャ（可動磁極）を駆動する。そして、プランジャ（可動磁極）は、主磁気回路において発生した磁界により、吸引方向に駆動される。ボビンは、コイルとケースとの絶縁部材である。
【０００４】
一般的なソレノイドでは、コイルは、ケースの内部に保持されており、シャフトは、コイルの中心軸上に配置され、ベースの中心に設けられた軸受けを貫通している。シャフトの外周にはフランジ状のプランジャ（可動磁極）が取り付けられ、シャフトが吸引方向に移動すると、プランジャ（可動磁極）の背面がベース上のプランジャの先端部に対向する面に設けられた金属箔などで構成されたエアギャップスペーサまで移動するような構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ソレノイドの駆動は、プランジャ（可動磁極）がコイルに電流を流した時に発生する磁束により、ベース（固定磁極）との間に作用する吸引力によって、ベース（固定磁極）に向かって、その軸方向に急速かつ直線的にベース（固定磁極）に密着するまで移動することにより行われ、これにより、外部機構に機械的運動を与える。ここで、コイルへの通電を継続すればプランジャ（可動磁極）は、ベース（固定磁極）に吸着した状態を保つが、コイルへの電流の供給を遮断すると、シャフト（可動磁極）に結合している外部機構又は復旧バネの力で元の位置に引き戻される。
【特許文献１】特開２００３−３３８４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、建設機械や自動車等のバルブの開閉コントロール等に用いられるオンオフソレノイドは、一般的に、電力量の制御が行われず、バッテリー等の動力源からソレノイドに対して直接電圧が投入される。
【０００７】
上記のようなソレノイドの駆動方式では、周囲温度の変化や電力の投入による自己発熱等の影響で、ソレノイドのコイル抵抗値が変動し、さらに、使用条件によって、バッテリー電圧も変動する。その結果、ソレノイドへの入力電力量が変動して、吸引力が変動するといった問題があった。
【０００８】
こうしたことから、上記のようなソレノイドを用いたシステムにおいては、図５に示すように、その正常な作動を保証するために、想定される最悪な条件下（図中、最悪条件時に相当）においても、必要最低限の吸引力（図中、吸引力限界値に相当）を確保するようソレノイドへのコイル抵抗値、コイル巻数、固定磁極寸法、可動磁極寸法を調整していたが、これにより、通常の条件下（図中、通常条件時に相当）では、必要以上に無駄な電力が投入されることになり、必要以上の無駄な吸引力を発生してしまうという問題があった。
【０００９】
さらに、上記の問題点に対応して、ソレノイドに流れる電流量をフィードバックさせて電流制御を行う方法も知られているが、この場合、図６に示すように、ソレノイドの磁極空隙量（図中、横軸に相当）の変動により吸引力が変動し、磁極空隙量が最大のときに、必要な吸引力を確保しようとすると、磁極空隙量が最小のときに、必要以上の無駄な電力が投入され、無駄な吸引力を発生してしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドに対する入力電圧の変動、コイル抵抗値の変動および可動磁極位置の変動にかかわらず、常に同等の吸引力を得ることができるソレノイド駆動制御回路およびソレノイドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の事項を提案している。
（１）本発明は、ソレノイド（例えば、図１のソレノイド１０に相当）の少なくとも近傍に設けられ、該ソレノイドとその周辺空間に形成される磁場の強さを検出する磁場検出手段（例えば、図１の磁場検出部２０に相当）と、該磁場検出手段により検出された磁場の強さと予め定められた閾値とを比較する比較手段（例えば、図１の比較部３０に相当）と、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ソレノイドに供給する電流量を制御する駆動制御手段（例えば、図１の駆動制御部４０に相当）と、を備えたことを特徴とするソレノイド駆動制御回路を提案している。
【００１２】
この発明によれば、磁場検出手段が、ソレノイドの少なくとも近傍に設けられ、ソレノイドとその周辺空間に形成される磁場の強さを検出する。比較手段は、磁場検出手段により検出された磁場の強さと予め定められた閾値とを比較する。駆動制御手段は、比較手段の比較結果に基づいて、ソレノイドに供給する電流量を制御する。したがって、磁場検出手段により検出される磁場の強さが一定になるように、フィードバックをかけることから、たとえ、周囲温度の変化やコイル抵抗値の変動があっても、ソレノイドの吸引力を一定にすることができる。
【００１３】
（２）本発明は、（１）のソレノイド駆動制御回路について、前記比較手段が上限値に相当する閾値と下限値に相当する閾値とを有するウィンドコンパレータであることを特徴とするソレノイド駆動制御回路を提案している。
【００１４】
この発明によれば、比較手段が上限値に相当する閾値と下限値に相当する閾値とを有するウィンドコンパレータであることから、ソレノイドの吸引力を磁極空隙量に関わらず一定に保持することができる。
【００１５】
（３）本発明は、（２）のソレノイド駆動制御回路について、前記磁場検出手段（例えば、図１の磁場検出部２０に相当）が、ホール素子（例えば、図２のホール素子２１に相当）であることを特徴とするソレノイド駆動制御回路を提案している。
【００１６】
この発明によれば、磁場検出手段として、磁界の強さに応じて電気信号を発生する小型のホール素子を用いていることから、ソレノイドに対して、装着容易であるとともに、簡単な構成でソレノイド駆動制御回路を構成することができる。
【００１７】
（４）本発明は、（１）から（３）のソレノイド駆動制御回路を備えたことを特徴とするソレノイドを提案している。
【００１８】
この発明によれば、ソレノイドが上記（１）から（３）のソレノイド駆動制御回路を備えていることから、上記（１）から（３）と同様の効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ソレノイドとその周辺空間に形成される磁場の強さを検出し、検出される磁場の強さが一定になるように、フィードバックをかけることから、たとえ、周囲温度の変化やコイル抵抗値の変動があっても、ソレノイドの吸引力を一定にすることができるという効果がある。
【００２０】
また、本発明によれば、ソレノイドの吸引力を一定にできることから、ソレノイドに無駄な電力を投入することや、ソレノイドが無駄な吸引力を発生することを防止して、簡単な回路構成でエネルギーを削減することができるという効果がある。
【００２１】
さらに、本発明によれば、ソレノイドの吸引力を一定にできることから、プランジャとベースとが当接する際に、過剰な吸引力がかからないことになるため、プランジャとベースとが当接する際に発生する衝突音に対して、消音効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係るソレノイド駆動制御回路について、図面を用いて詳細に説明する。
また、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２３】
本実施形態に係るソレノイド駆動制御回路は、図１に示すように、ソレノイド１０と、磁場検出部２０と、比較部３０と、駆動制御部４０とから構成されている。
【００２４】
磁場検出部２０は、ソレノイド１０とその周辺空間に形成される磁場の強さを検出するものであり、例えば、ホール素子のように、磁界の強さに応じて電気信号を発生する小型の素子が用いられる。なお、磁場検出部２０は、ソレノイド１０に直接装着されて、あるいは、部材を介して近傍に配置されている。
【００２５】
具体的には、図３（ａ）に示すように、ソレノイド１０の一部に直接貼り付けられた態様、図３（ｂ）に示すように、磁性体で囲まれて、ソレノイド１０の一部に直接貼り付けられた態様、図３（ｃ）に示すように、図示しない非磁性体を介して、ソレノイド１０の一部に貼り付けられた態様、図３（ｄ）のように、ソレノイド１０の一部に埋め込まれた態様等が考えられる。
【００２６】
比較部３０は、磁場検出部２０により検出された磁場の強さと予め定められた閾値とを比較する。駆動制御部４０は、比較部３０の比較結果に基づいて、ソレノイド１０に供給する電流量を制御して、必要な電力を供給する。したがって、比較部３０と駆動制御部４０により、ソレノイドの吸引力を一定にすることができる。
【００２７】
本実施形態に係るソレノイド駆動制御回路の具体的な回路構成の一例は、図２に示すように、ソレノイド１０と、ホール素子２１と、増幅器３１と、コンパレータ３２と、スイッチング素子４１とから構成されている。以下、この回路の動作について説明する。
【００２８】
ソレノイド１０に電力を供給すると、ソレノイド１０内部とその周辺空間に磁場が形成される。ホール素子２１は、この磁場の強さを検出し、検出した磁場の強さに応じた電圧を増幅器３１に出力する。
【００２９】
増幅器３１は、ホール素子２１から入力した電圧を所定の増幅度で増幅して、コンパレータ３２に供給する。コンパレータ３２は、入力した電圧と予め定めた閾値とを比較して、入力した電圧が予め定めた閾値を越えた場合には、スイッチング素子４１をＯＦＦにするよう制御して、ソレノイド１０への電流の供給を遮断する。
【００３０】
一方で、コンパレータ３２は、入力した電圧と予め定めた閾値とを比較して、入力した電圧が予め定めた閾値を越えていない場合には、スイッチング素子４１をＯＮにするよう制御して、ソレノイド１０へ電流の供給を行う。
【００３１】
なお、コンパレータ３２は、上限値に相当する閾値と下限値に相当する閾値とを有するウィンドコンパレータであることが好ましい。すなわち、比較部３０をウィンドコンパレータで構成することにより、ソレノイドの吸引力を磁極空隙量に関わらず一定に保持することができる。
【００３２】
このような制御を行うことにより、ホール素子２１の出力電圧は、ある一定の範囲内に制御される。すなわち、上記の制御を行うことにより、ホール素子２１が検出する磁場の強さがある一定の範囲内に制御されることになる。
【００３３】
ここで、ソレノイド１０の吸引力は、磁極部空間の磁場の強さ（磁束密度）に対応する。また、ソレノイド１０の磁極部空間の磁場の強さとソレノイド１０の周辺空間の磁場の強さとは、ほぼ対応関係にある。したがって、ホール素子２１が検出するソレノイド１０の周辺空間の磁場の強さが一定の値に制御されれば、ソレノイド１０の吸引力も一定の値に制御することができる。
【００３４】
したがって、本実施形態によれば、ソレノイド内部とその周辺空間に形成された磁場の強さをホール素子により検出し、検出した磁場の強さに応じて、ソレノイドに供給する電力を制御することから、ソレノイドの吸引力に影響を及ぼす、例えば、入力電圧、ソレノイドコイルの抵抗値、磁極空隙量等の要素が変動しても、図４に示すように、ソレノイドの吸引力を一定値に保持することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、本実施形態においては、ソレノイドにホール素子のみを装着する例について説明したが、固定磁極等に可動磁極の位置（磁極空隙）を検出するような位置センサをさらに設けて、吸引力限界値に対して平行な特性を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係るソレノイド駆動制御回路の構成図である。
【図２】本実施形態に係るソレノイド駆動制御回路の一例を示す回路図である。
【図３】ソレノイドに対するホール素子の装着形態を示した図である。
【図４】本実施形態に係るソレノイドの磁極空隙量に対する吸引力の特性を示した図である。
【図５】従来のソレノイドに係る磁極空隙量に対する吸引力の特性を示した図である。
【図６】従来のソレノイドに係る磁極空隙量に対する吸引力の特性を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ソレノイド
２０  磁場検出部
２１  ホール素子
３０  比較部
３１  増幅器
３２  コンパレータ
４０  駆動制御部
４１  スイッチング素子
【図１】
2008028083.tif 000003
【図２】
2008028083.tif 000004
【図３】
2008028083.tif 000005
【図４】
2008028083.tif 000006
【図５】
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【図６】
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