JP5311866B2

JP5311866B2 - 電磁比例弁駆動制御装置

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Publication number: JP5311866B2
Application number: JP2008107568A
Authority: JP
Inventors: 信幸戸部; 茂徳青木; 浩史島田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: JP2009261140A

Description

本発明は、電磁比例弁駆動制御装置に関し、特に、建設機械等の油圧制御で使用される電磁比例弁で生じる線間短絡故障、電源短絡故障に対応可能な電磁比例弁駆動制御装置に関する。

建設機械等の油圧制御装置に設けられる電磁比例弁等の誘導性負荷を駆動する装置の従来技術として特許文献１に開示された技術がある。

図６に、上記特許文献１に開示される誘導性負荷駆動装置に基づく過電流制限に関連する構成を示す。

図６において、６０１は演算処理部をあらわすブロック、６０２は誘導性負荷である電磁比例弁（ソレノイドに相当）、６０３は電磁比例弁６０２に対して駆動電流を供給する電源、６０４は電磁比例弁の駆動電流の供給量を調整するためのオン・オフ動作を行う励磁電流給電用スイッチング素子、６０５は電源６０３と励磁電流給電用スイッチング素子６０４の間に介設される過電流制限部を表すブロック、６０６は電磁比例弁６０２に並列配置された負荷電流環流素子である。

演算処理部６０１は、指令値発生部６１１、デューティ比演算部６１２、ＰＷＭ信号発生部６１３、故障判定部６１４、故障保護部６１５、およびＡ／Ｄ変換部６１６から構成されている。

指令値発生部６１１は、電磁比例弁６０２の動作状態を決める指令値を出力する。デューティ比演算部６１２は、指令値を受けてデューティ比を算出し、出力する。ＰＷＭ信号発生部６１３は、デューティ比演算部６１２から出力されたデューティ比に基づいて、当該デューティ比を有するＰＷＭ信号を発生する。Ａ／Ｄ変換部６１６は、電磁比例弁６０２側から提供される通電量に係るアナログ信号をデジタル値に変換し、故障判定部６１４に与える。故障判定部６１４は、指令値発生部６１１から出力される指令値に係る信号とＡ／Ｄ変換部６１６から出力される信号とを対比し、故障か否かを判定する。故障判定部６１４から出力される判定に係る信号は、故障保護部６１５に与えられる。故障保護部６１５は、線間短絡故障と判定されるときには、駆動装置を保護するためＰＷＭ信号をオフさせるための信号をデューティ比演算部６１２に出力する。

演算処理部６０１のＰＷＭ信号発生部６１３から出力されるＰＷＭ信号は電圧変換部６２１に入力され、所要レベルの電圧に変換され、さらに次段でフィードバック回路／ＰＷＭ信号発生部６２２に入力される。フィードバック回路／ＰＷＭ信号発生部６２２から出力されたＰＷＭ信号は上記励磁電流給電用スイッチング素子６０４に入力され、そのオン・オフ動作を制御する。励磁電流給電用スイッチング素子６０４のオン時に電磁比例弁６０２に電流が供給される。電磁比例弁６０２に供給された電流はアース６９９側に流れ、その途中で電流・電圧変換器６２３で電圧信号に変換される。励磁電流給電用スイッチング素子６０４がオフ時に電磁比例弁６０２に生じる逆起電力は、電流・電圧変換器６２３のアース側端子と上記電磁比例弁６０２の入力側端子との間に設けられた負荷電流環流素子６０６を介して電磁比例弁６０２の入力側に環流される。電流・電圧変換器６２３から出力される電圧信号は増幅器６２４で増幅され、増幅器６２４からの出力される電圧信号は、前述のＡ／Ｄ変換部６１６とフィードバック回路／ＰＷＭ信号発生部６２２とに入力される。

過電流制限部６０５は、電流・電圧変換器６３１と過電流制限用スイッチング素子６３２とから構成される。電流・電圧変換器６３１は、励磁電流給電用スイッチング素子６０４がオン動作して電流が電源６０３から電磁比例弁６０２に流れると、その電流値を電圧値に変換する。当該電圧値は過電流制限用スイッチング素子６３２に入力される。過電流制限用スイッチング素子６３２は、電流・電圧変換器６３１から入力される電圧値に基づき、当該電圧値が過電流である所定値を超えるときには、上記の励磁電流給電用スイッチング素子６０４に供給されるＰＷＭ信号を阻止する。

また、誘導性負荷を駆動する装置において、電磁比例弁と電流・電圧変換手段とを接続するケーブルや端子が電源短絡故障した場合に装置を保護する電源ショート保護回路の従来例として特許文献２に記載された回路が知られている。

図７に上記特許文献２に開示されている電源ショート保護回路と同等の構成を示す。

図７において、７２０は演算処理部、７０２は電磁比例弁（ソレノイド）、７０３は電磁比例弁７０２に対して電源を供給する電源、７０４は電磁比例弁の駆動電流の供給量を調整するためのオン・オフ動作を行う励磁電流給電用スイッチング素子、７０５は過電流制限用スイッチング素子、７０６は過電流制限用スイッチング素子と並列に設けられた過電流制限用抵抗、７０７は電流・電圧変換器、７０８は演算処理部の信号で励磁電流給電用スイッチング素子７０４を駆動する駆動回路、７０９は電流・電圧変換手段７０７が変換した電圧を増幅する増幅回路である。

通常状態の場合、駆動回路７０８は、演算処理部７２０からの指令信号に基づいて、励磁電流給電用スイッチング素子７０４と過電流制限用スイッチング素子７０５を同時にオン・オフ制御する。

電磁比例弁７０２のオン時には、電磁比例弁７２０の励磁電流は、電源７０３から、励磁電流給電用スイッチング素子７０４と、電磁比例弁７０２と、過電流制限用スイッチング素子７０５と、電流・電圧変換手段７０７とを経由して流れる。

電磁比例弁７０２のオン時に装置への電源短絡が発生した場合、過電流は、電源７０３から、過電流制限用スイッチング素子７０５と、電流・電圧変換手段７０７とを経由して流れる。過電流により発生した通常以上の検出電圧は、電流・電圧変換手段７０７から、増幅器７０９を経由して、演算処理部７２０で検出される。演算処理部７２０は規定値以上の電圧検出から電源短絡故障と判定する。演算処理部７２０は、電源短絡故障発生時に励磁電流給電用スイッチング素子７０４と、過電流制限用スイッチング素子７０５をオフにする。過電流制限用スイッチング素子７０５がオフ状態になると、電流が過電流制限用抵抗７０６を経由して電流・電圧変換手段７０７に流れるため、電流は制限されて過電流とはならず装置が過電流により破損されることを防ぐ。

電磁比例弁７０２のオフ時に装置への電源短絡が発生した場合、過電流制限素子７０５はオフ状態となり通電しない。このとき電流は過電流制限用抵抗７０６を経由して電流・電圧変換手段７０７に流れるため、電流は制限されて過電流とはならず装置が過電流により破損されることを防ぐ。
特開２００２−１７６３４６号公報特開２００７−９７３３３号公報

特許文献１に記載された誘導性負荷駆動装置では、電磁比例弁６０２と電流・電圧変換器６２３を接続するケーブルが電源６０３に短絡するような電源短絡（後述する図２（ｃ）（ｄ）の場合）には、装置に過電流が印加されるのを防ぐことができず、駆動装置が破損する問題がある。

また、故障保護部６１５が装置保護のためにＰＷＭ信号を完全にオフすると、装置の動作を復帰する手段を備えていないため、故障判定部６１４が誤った判定を行った場合には駆動を再開することができない。さらに、故障状態から回復しても誘導性負荷の駆動を再開することができないという問題がある。

特許文献２に記載された電源ショート保護回路では、特許文献１の課題であった電源短絡時の装置保護は可能である。しかし、過電流を抑制するために過電流制限用スイッチング素子７０５と並列に過電流制限用抵抗７０６を設けることが必要であり、部品数やコストの増加、過電流制限時の過電流制限用抵抗７０６の発熱という問題がある。

また、励磁電流給電用スイッチング素子７０４のオン・オフ制御に連動して過電流制限用スイッチング素子７０５を制御する必要があり、演算処理部７２０での処理が複雑になる問題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、電源ライン等の短絡時に電磁比例弁駆動制御装置を保護することができる電磁比例弁駆動制御装置を提供することにある。

本発明に係る電磁比例弁駆動制御装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１の電磁比例弁駆動制御装置（請求項１に対応）は、
電源と電磁比例弁の間に演算処理手段から供給されるＰＷＭ信号に応じて電磁比例弁のコイルに通電を行う励磁電流給電用スイッチング素子を設け、電磁比例弁での通電の下流側に、電磁比例弁に流れた励磁電流を電圧に変換し演算処理手段に供給する電流・電圧変換手段を設けた電磁比例弁駆動制御装置において、
電磁比例弁から電流・電圧変換手段への戻り側ラインに配置され、電源から戻り側ラインへの電源短絡または電磁比例弁の上流側のラインから戻り側ラインへの線間短絡により生じる過電流から電流・電圧変換手段および演算処理手段を保護するための過電流遮断用スイッチング素子と、
電源短絡または線間短絡により戻り側ラインに対して過電流が流れたとき、電流・電圧変換手段が変換した検出電圧に基づいて、過電流遮断用スイッチング素子をオフ制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を遮断させ、その後、過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を行わせる通電オン・オフ制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

上記の構成では、電源と電磁比例弁の間に演算処理手段から供給されるＰＷＭ信号に応じて電磁比例弁のコイルに通電を行う励磁電流給電用スイッチング素子を設け、電磁比例弁での通電の下流側に、電磁比例弁に流れた励磁電流を電圧に変換し演算処理手段に供給する電流・電圧変換手段を設けた電磁比例弁駆動制御装置において、電磁比例弁から電流・電圧変換手段への戻り側ラインに配置され、電源から戻り側ラインへの電源短絡または電磁比例弁の上流側のラインから戻り側ラインへの線間短絡により生じる過電流から電流・電圧変換手段および演算処理手段を保護するための過電流遮断用スイッチング素子を設け、さらに、電源短絡または線間短絡により戻り側ラインに対して過電流が流れたとき、電流・電圧変換手段が変換した検出電圧に基づいて、過電流遮断用スイッチング素子をオフ制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を遮断させ、その後、過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を行わせる通電オン・オフ制御手段を設けるようにした。これにより、駆動制御装置の外部で電源短絡や線間短絡が生じ、駆動装置に過電流が印加されたとき、過電流遮断用スイッチング素子で電磁比例弁から電流・電圧変換手段や演算処理手段等への通電を遮断することができる。また遮断後に、過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を自動的に行わせることができる。

また、本発明による第２の電磁比例弁駆動制御装置（請求項２に対応）は、上記第１の電磁比例弁駆動制御装置において、過電流遮断用スイッチング素子が、励磁電流給電用スイッチング素子のオン・オフ状態と関連することなく、通常状態の場合にはオンとなり、過電流を遮断する場合のみオフとなることを特徴とする。

上記構成によれば、励磁電流給電用スイッチング素子と過電流遮断用スイッチング素子をそれぞれ個別に制御することができ、さらに過電流遮断用スイッチング素子は過電流遮断時以外には変化しないため、複雑な回路や演算装置を不要にすることができる。

また、第３の電磁比例弁駆動制御装置（請求項３に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、通電オン・オフ制御手段は、電流・電圧変換手段が変換した検出電圧をトリガとして、過電流遮断用スイッチング素子をオフ制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を遮断させ、その後、演算処理手段から供給される初期状態に戻す指示信号を受けて過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して電磁比例弁から電流・電圧変換手段への通電を行わせるラッチ素子であることを特徴とする。

これにより、特別な演算処理等を行うことなしに、過電流遮断用スイッチング素子を制御することができる。

第４の電磁比例弁駆動制御装置（請求項４に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、演算処理手段は、ラッチ素子の作動に伴う過電流遮断用スイッチング素子へのオン・オフ制御信号を入力し、このオン・オフ制御信号に基づき過電流に対する保護の実行状態を監視する監視手段を有することを特徴とする。

これにより、過電流が生じているか否かを容易に把握することができる。

第５の電磁比例弁駆動制御装置（請求項５に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、演算処理手段は、監視手段からの信号を入力し、当該信号が過電流に対する保護の実行状態である場合、過電流遮断用スイッチング素子を遮断状態から通電状態へ復帰させるために、ラッチ素子を初期状態に戻す指示信号を生成する復帰処理手段を有することを特徴とする。

これにより、過電流状態から通常状態に戻った場合に自動的に通電状態に復帰させることができる。

第６の電磁比例弁駆動制御装置（請求項６に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、演算処理手段は、電流・電圧変換手段が変換した検出電圧を入力し、この検出電圧に基づき過電流発生の有無を判別し、この判別結果に応じて過電流遮断用スイッチング素子をオン・オフ制御する通電オン・オフ制御手段を有することを特徴とする。

第７の電磁比例弁駆動制御装置（請求項７に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、演算処理手段は、通電オン・オフ制御手段から過電流遮断用スイッチング素子へ出力されるオン・オフ制御信号に基づき過電流に対する保護の実行状態を監視する監視手段を有することを特徴とする。

第８の電磁比例弁駆動制御装置（請求項８に対応）は、上記の電磁比例弁駆動制御装置において、演算処理手段は、監視手段からの信号を入力し、当該信号が過電流に対する保護の実行状態である場合、過電流遮断用スイッチング素子を遮断状態から通電状態へ復帰させるために、過電流遮断用スイッチング素子に対し直接復帰信号を出力する復帰処理手段を有することを特徴とする。

第９の電磁比例弁駆動制御装置（請求項９に対応）は、上記の第１の電磁比例弁駆動制御装置において、過電流遮断用スイッチング素子として過熱時出力遮断機能を有するスイッチング素子を用いたことを特徴とする。

第１０の電磁比例弁駆動制御装置（請求項１０に対応）は、上記の第１〜第９の電磁比例弁駆動制御装置において、電磁比例弁は建設機械の油圧回路に設けられた電磁比例弁であることを特徴とする。

本発明によれば次の効果を奏する。

請求項１に係る本発明によれば、電磁比例弁と電流・電圧変換手段の間に設けた過電流遮断用スイッチング素子をオフすることで、線間短絡故障や電源短絡故障の発生時に電磁比例弁駆動装置に印加される過電流が電磁比例弁駆動装置内に流れることを防ぎ、電磁比例弁駆動装置の保護ができる。

請求項２に係る本発明によれば、励磁電流給電用スイッチング素子のオン・オフ状態とは関係なく、過電流遮断用スイッチング素子を制御できるため、制御に必要な回路や演算処理を容易にすることができる。

請求項３に係る本発明によれば、通電オン・オフ制御手段として簡単なラッチ素子を用いることで過電流遮断用スイッチング素子を制御することができるため、例えば保護のための演算処理等が不要になる。

請求項４に係る本発明によれば、過電流遮断用スイッチング素子の状態を監視することにより、電磁比例弁駆動制御装置の過電流保護の状態を検出することが可能となる。これにより保護状態に基づいて電磁比例弁制御や車体制御を変更するという制御の高度化や、メンテナンス時の故障箇所特定の補助が可能となる。

請求項５に係る本発明によれば、過電流に対する保護状態から通常状態へ自動的に復帰させることができる。これにより、例えば故障状態から回復した場合や故障が誤判定されてしまった場合などに、速やかに装置を通常動作に復帰させることができ、装置の信頼性を向上することができる。

請求項６に係る本発明によれば、演算処理手段で異常状態の検出と、過電流遮断用スイッチング素子を制御することができるため、保護のための特別な検出回路の追加が不要となる。

請求項７に係る本発明によれば、請求項４と同様に、過電流遮断用スイッチング素子の状態を監視することにより、電磁比例弁駆動制御装置の過電流保護の状態を検出することが可能となる。これにより保護状態に基づいて電磁比例弁制御や車体制御を変更するという制御の高度化や、メンテナンス時の故障箇所特定の補助が可能となる。

請求項８に係る本発明によれば、請求項５と同様に、過電流に対する保護状態から通常状態へ自動的に復帰させることができる。これにより、例えば故障状態から回復した場合や故障が誤判定されてしまった場合などに、速やかに装置を通常動作に復帰させることができ、装置の信頼性を向上することができる。

請求項９に係る本発明によれば、過電流遮断用スイッチング素子に備えられている過熱時出力遮断機能によって過電流遮断用スイッチング素子の制御が可能となり、保護のための制御回路や演算処理の追加が不要となる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して本発明に係る電磁比例弁駆動制御装置の実施形態を説明する。図１は電磁比例弁駆動制御装置の全体構成を示す。

図１において、１４１は制御装置、１１４は駆動制御対象である電磁比例弁、１１２は電磁比例弁１１４に駆動電流を供給する電源である。また、１１１は演算処理部、１１３は電磁比例弁１１４の駆動電流の供給量を調整するためのオン・オフ動作を行う励磁電流給電用スイッチング素子、１１７は電磁比例弁１１４の励磁電流を検出電圧に変換する電流・電圧変換素子、１１８は検出電圧を演算処理部に適した電圧に変換する増幅器、１１５は励磁電流給電用スイッチング素子１１３をオフした際に発生する逆起電力を電磁比例弁１１４に環流させる負荷電流環流素子、１１６は信号に基づいて電磁比例弁１１４と電流・電圧変換器１１７との接続を制御する過電流遮断用スイッチング素子、１１９は電流・電圧変換器１１７の検出電圧に基づいて、過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作（制御）信号を生成するラッチ素子である。

演算処理部１１１は、本実施の形態ではマイクロコンピュータであり、機能的要素として、指令値発生部１３１と、デューティ比演算部１３２と、ＰＷＭ信号発生部１３３と、Ａ／Ｄ変換部１３４と、検出電圧保存部１３５と、デジタル出力１３８と、デジタル入力１３７と、故障監視部１３６と、復帰処理部１３９とを備えている。これらの機能的要素はソフトウェアで実現されている。

以上のように構成した本実施の形態による電磁比例弁駆動制御装置では、例えば、図２（ａ）に示す正常状態の場合、電磁比例弁１１４は、演算処理部１１１の制御の下、励磁電流給電用スイッチング素子１１３のオン・オフ動作に基づき駆動される。電磁比例弁１１４の駆動電流Ｉは、電流・電圧変換器１１７で電圧Vに変換され、増幅器１１８を経由して演算処理部１１１に取込まれる。演算処理部１１１は検出電圧Ｖに基づき電磁比例弁１１４を駆動する。すなわち、指令値発生部１３１の指令値と、検出電圧Ｖとから、デューティ比演算部１３２でフィードバック演算処理を行い、デューティ比を出力する。出力されたデューティ比はＰＷＭ信号発生部１３３からＰＷＭ信号として励磁電流給電用スイッチング素子１１３に供給され、電磁比例弁１１４を駆動する。

次に、図１、図２を参照して線間短絡故障、電源短絡故障について説明する。図２（ｂ）にＴ１で示すように、制御装置１４１への戻り側ライン１５０（電磁比例弁１１４と過電流遮断用スイッチング素子１１６を接続するライン）と励磁電流給電用スイッチング素子１１３と電磁比例弁１１４とを接続するライン１５１とが短絡する現象を線間短絡故障という。また、図２（ｃ），（ｄ）にＴ２で示すように電源１１２側と戻り側ライン１５０とが短絡する現象を電源短絡故障という。

戻り側ライン１５０でこのような短絡による故障が発生した場合、戻り側ライン１５０には過電流が印加され、この過電流が流れ続けると、電流・電圧変換器１１７が破損する可能性がある。

次に、正常時、線間短絡故障、電源短絡故障による過電流が発生した場合の動作について図１および図３を用い説明する。なお、図３は電流・電圧変換器１１７への印加電流Ｉ、検出電圧Ｖ、ラッチ素子１１９による過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作信号Ｓ１、演算処理部１１１からラッチ素子１１９へ出力されるデジタル出力信号Ｄ１、ラッチ素子１１９の動作を時系列に表したものである。横軸は時間軸であり、それぞれ正常時、故障発生時、保護動作時、復帰動作時の各信号および挙動を示す。

図３に符号４０１で示す通常（正常）動作時には、演算処理部１１１のデジタル出力１３８よりオン信号が出力され（図３（ｄ））、ラッチ素子１１９はオフ状態（図３（ｅ））、すなわち、デジタル出力１３８と過電流遮断用スイッチング素子１１６とを接続する状態を保持する。このため、過電流遮断用スイッチング素子１１６へは操作信号Ｓ１としてオン信号が供給される（図３（ｃ））。なお、過電流遮断用スイッチング素子１１６へ供給される操作信号Ｓ１は、デジタル入力１３７を介し、演算処理部１１１に設けた故障監視部１３６に入力されている。過電流遮断用スイッチング素子１１６は、ラッチ素子１１９を介しオンの操作信号Ｓ１を入力した状態では電磁比例弁１１４側と電流・電圧変換器１１７との通電状態を保持する。

次に、図３に符号４０２で示す（短絡）故障が発生すると、電磁比例弁１１４を経由せずに電源１１２から電流・電圧変換器１１７に電流が流れるため、電流・電圧変換器１１７に過電流が印加され、検出電圧Ｖが高電圧となる（図３（ａ），（ｂ））。検出電圧Ｖはラッチ素子１１９に入力され、ラッチ素子１１９はオン状態、すなわち、デジタル入力１３７とアース６９９とを接続するように切換る。このため、過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作信号Ｓ１がオフとなり、電磁比例弁１１４と電流・電圧変換器１１７との接続を遮断する。これにより、電流・電圧変換器１１７への印加電流Ｉおよび検出電圧Ｖは、０に近い値となる。なお、この故障発生状態にあっても演算処理部１１１によるデジタル出力１３８への出力指示信号としてはオンを保持する（図３（ｄ）横軸の符号４０２の状態）。また、過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作信号Ｓ１はデジタル入力１３７を介し故障監視部１３６へ入力されており、操作信号Ｓ１がオフを検出することにより故障監視部１３６では故障（過電流）が生じたことを検知する。

演算処理部１１１では、故障を検知すると故障修復の有無によらず自動的に復帰動作を開始する。すなわち、故障監視部１３６から故障を示す信号が復帰処理部１３９に入力されると、復帰処理部１３９では、所定の遅延時間ΔＴをもってデジタル出力１３８からの出力信号を短時間オフとする（図３（ｄ）横軸の符号４０３の状態）。ラッチ素子１１９は、デジタル出力１３８よりオフ信号を入力すると、オフ状態、すなわち、過電流遮断用スイッチング素子１１６とデジタル出力１３８とを再び接続するように切換る（図３（ｅ）横軸４０４の状態）。これにより、過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作信号Ｓ１がデジタル出力１３８からの信号Ｄ１と同じオンとなり、過電流遮断用スイッチング素子１１６は通電状態に切換る。

このとき、過電流の状態が修復されていなければ、電流・電圧変換器１１７へは再び過電流が流れることになり、電流・電圧変換器１１７による検出電圧Ｖが高電圧となり、ラッチ素子１１９は再びオン状態となる。これにより、過電流遮断用スイッチング素子１１６が遮断状態に切換り、電流・電圧変換器１１７と電磁比例弁１１４との接続が遮断される。

逆に、過電流の状態が何らかの原因により修復されていれば、電流・電圧変換器１１７による検出電圧Ｖは正常値となり、ラッチ素子１１９はオフ状態を保持し、過電流遮断用スイッチング素子１１６が通電状態を保持する（図３横軸の符号４０６〜４０７の状態）。

したがって、本実施形態によれば、線間短絡故障や電源短絡故障により、電流・電圧変換器１１７に過電流が流れた場合、ラッチ素子１１９がオン状態となり、これにより過電流遮断用スイッチング素子１１６が戻り側ライン１５０と電流・電圧変換器１１７との接続関係を遮断するため、過電流が制御装置１４１内に流れなくなり、制御装置１４１は保護される。なお、過電流の発生から保護を行うまでは制御装置内に過電流が流れてしまうが、この時間は電流・電圧変換器１１７が破損する時間に比べて十分に短いため、制御装置は保護される。

また、本実施の形態では、故障監視部１３６により故障の発生の有無、すなわち過電流保護の実行状態を監視しており、例えば故障発生時には電磁比例弁１１４に関連する他の機器の制御方法を変更する、あるいは、メンテナンス時に故障箇所を特定することが可能となる。

さらに、過電流保護を実施している状態から通常状態に復帰させることができるため、故障状態から回復した場合や、あるいは、誤った故障判定が行われた場合でも通常動作に自動的に復帰することができる。

（第２の実施形態）
次に、図４、図５を参照して本発明に係る電磁比例弁駆動制御装置の第２の実施形態について説明する。図４は電磁比例弁駆動制御装置の全体構成を示している。なお、上述した第１の実施形態と同一のものには同一の符号を付しており、その説明は省略する。

上述した第１の実施の形態では、過電流遮断用スイッチング素子１１６への操作信号Ｓ１を、ラッチ素子１１９によりハード的に制御していたが、この第２の実施形態では、演算処理部１１１Ａにより演算処理によりソフト的に制御する点で相違する。

すなわち、本実施の形態では、電流・電圧変換器１１７からの検出電圧Ｖを増幅器１１８、Ａ／Ｄ変換部１３４を介し入力すると、故障判定部２３７により検出電圧Ｖの値に基づき故障の有無を判別し、この判別結果に基づきデジタル出力１３８からの出力信号を制御するようになっている。このデジタル出力１３８からの出力信号は、直接過電流遮断用スイッチング素子１１６へ操作信号Ｓ２として入出力される。

故障判定部２３７における故障判定処理を図５を参照して説明する。図５は、この故障判定処理のフローチャートを示す。

最初の手順Ｓ１では、変数Ｎを０とする。

次の手順Ｓ２では、Ａ／Ｄ変換部１３４から、検出電圧Ｖを読み込む。

次の手順Ｓ３では、読み込んだ検出電圧Ｖが所定の電圧Ｖjudgeより高いか否かを判別する。この手順Ｓ３が否定されると、この処理を終了し、肯定された場合には、次の手順Ｓ４に移行する。

手順Ｓ４では、変数Ｎに１を加算する。

次の手順Ｓ５では、変数Ｎが所定の値Ｎjudgeに達したか否かを判別する。この手順Ｓ５が否定された場合には、手順Ｓ２に戻り、再び手順Ｓ２以降を繰り返す。手順Ｓ４が肯定された場合には次の手順Ｓ６に移行する。

手順Ｓ６では、検出電圧Ｖが所定の電圧Ｖjudgeすなわち過電流か否かを判断する値を連続して所定回数（Ｎjudge）検出したことにより、過電流が実際に発生したものと判断し、故障信号を出力し、処理を終了する。

デジタル出力１３８は、故障判定部２３７から故障信号を入力すると、過電流遮断用スイッチング素子１１６へ故障を知らせる操作信号Ｓ２を出力し、過電流遮断用スイッチング素子１１６はこの信号Ｓ２を受け、戻り側ライン１５０と電流・電圧変換器１１７との接続を遮断する。

また、デジタル出力１３８からの操作信号Ｓ２は故障監視部１３６にも出力され、第１の実施形態同様、復帰処理部１３９に出力される。

したがって、この第２の実施形態による構成によっても、演算処理部１１１Ａではデジタル出力１３８の出力状態を故障監視部１３６で監視することができるため、過電流遮断用スイッチング素子１１６の動作状態を監視でき、過電流保護の実行状態を監視することができる。これにより、第１の実施形態と同様に、制御の高度化やメンテナンス性の向上が図られる。

さらに、過電流遮断用スイッチング素子１１６の動作状態は、デジタル出力１３８からの操作信号Ｓ２で制御されているため、デジタル出力１３８からオフ信号を出力して過電流遮断用スイッチング素子１１６をオフしている状態から、復帰処理部１３９の指令により、デジタル出力１３８から再び過電流遮断用スイッチング素子１１６をオンする信号を出力し通常状態に復帰させることができる。これにより、前述の実施形態１と同様に、当該故障状態から回復した場合や、誤った故障判定が行われた場合でも通常動作に復帰することができ、装置の信頼性向上が可能となる。

なお、過電流遮断用スイッチング素子１１６として過熱時出力遮断機能を備えたスイッチング素子を用いることによって、故障判定部２３７を設けること無しに過電流遮断用スイッチング素子１１６のオン・オフ制御が可能となる。

過熱時出力遮断機能はスイッチング素子内部が一定の温度以上に過熱した場合に、出力を遮断する機能である。線間短絡故障または電源短絡故障発生時に制御装置１４１に印加される過電流によって過電流遮断用スイッチング素子１１６が瞬間的に過熱され、過熱時出力遮断機能が動作する。過電流遮断用スイッチング素子１１６はオフ状態となり、過電流が回路内に流れなくなり、回路を保護する。これにより、故障を検出する回路や演算処理無しに保護を実施することが可能となる。

また、過熱時出力遮断機能は過電流遮断用スイッチング素子への信号をオフすることで初期化できる。そのため常時オン信号を出力しているデジタル出力１３８からオフ信号を出力することで、保護状態から通常状態に復帰することができ、装置の信頼性向上が可能となる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限りさまざまな形態に変更することができる。

本発明は、建設機械等に設けられた電磁比例弁で線間短絡故障が生じたときの駆動制御装置として利用される。

本発明の第１の実施形態に係る電磁比例弁駆動制御装置の全体構成を示すブロック図である。制御装置、電源、電磁比例弁の接続に係る故障状態を示すブロック図である。第１の実施形態における各部の動作波形の全体的な変化を示す波形図である。本発明の第２の実施形態に係る電磁比例弁駆動制御装置の全体構成を示すブロック図である。第２の実施形態における故障判定処理の流れを示すフローチャートである。特許文献１に示される従来の誘導性負荷駆動装置のブロック図である。特許文献２に示される従来の電磁弁駆動装置のブロック図である。

符号の説明

１１１演算処理部
１１２電源
１１３励磁電流給電用スイッチング素子
１１４電磁比例弁
１１５荷電流環流素子
１１６過電流遮断用スイッチング素子
１１７電流・電圧変換器
１１８増幅器
１１９ラッチ素子
１３１指令値発生部
１３２デューティ比演算部
１３３ＰＷＭ信号発生部
１３４Ａ／Ｄ変換部
１３５検出電圧保存部
１３６故障監視部
１３７デジタル入力
１３８デジタル出力
１３９復帰処理部

Claims

電源と電磁比例弁の間に演算処理手段から供給されるＰＷＭ信号に応じて前記電磁比例弁のコイルに通電を行う励磁電流給電用スイッチング素子を設け、前記電磁比例弁での前記通電の下流側に、前記電磁比例弁に流れた励磁電流を電圧に変換し前記演算処理手段に供給する電流・電圧変換手段を設けた電磁比例弁駆動制御装置において、
前記電磁比例弁から前記電流・電圧変換手段への戻り側ラインに配置され、前記電源から前記戻り側ラインへの電源短絡または前記電磁比例弁の上流側のラインから前記戻り側ラインへの線間短絡により生じる過電流から前記電流・電圧変換手段および前記演算処理手段を保護するための過電流遮断用スイッチング素子と、
前記電源短絡または前記線間短絡により前記戻り側ラインに対して過電流が流れたとき、前記電流・電圧変換手段が変換した検出電圧に基づいて、前記過電流遮断用スイッチング素子をオフ制御して前記電磁比例弁から前記電流・電圧変換手段への通電を遮断させ、その後、前記過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して前記電磁比例弁から前記電流・電圧変換手段への前記通電を行わせる通電オン・オフ制御手段と、
を備えたことを特徴とする電磁比例弁駆動制御装置。
前記過電流遮断用スイッチング素子が、前記励磁電流給電用スイッチング素子のオン・オフ状態と関連することなく、通常状態の場合にはオンとなり、過電流を遮断する場合のみオフとなることを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記通電オン・オフ制御手段は、前記電流・電圧変換手段が変換した前記検出電圧をトリガとして、前記過電流遮断用スイッチング素子をオフ制御して前記電磁比例弁から前記電流・電圧変換手段への通電を遮断させ、その後、前記演算処理手段から供給される初期状態に戻す指示信号を受けて前記過電流遮断用スイッチング素子をオン制御して前記電磁比例弁から前記電流・電圧変換手段への前記通電を行わせるラッチ素子であることを特徴とする請求項１または２記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記演算処理手段は、前記ラッチ素子の作動に伴う前記過電流遮断用スイッチング素子へのオン・オフ制御信号を入力し、このオン・オフ制御信号に基づき前記過電流に対する保護の実行状態を監視する監視手段を有することを特徴とする請求項３記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記演算処理手段は、前記監視手段からの信号を入力し、当該信号が前記過電流に対する保護の実行状態である場合、前記過電流遮断用スイッチング素子を遮断状態から通電状態へ復帰させるために、前記ラッチ素子を前記初期状態に戻す前記指示信号を生成する復帰処理手段を有することを特徴とする請求項４記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記演算処理手段は、前記電流・電圧変換手段が変換した検出電圧を入力し、この検出電圧に基づき前記過電流発生の有無を判別し、この判別結果に応じて前記過電流遮断用スイッチング素子をオン・オフ制御する前記通電オン・オフ制御手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記演算処理手段は、前記通電オン・オフ制御手段から前記過電流遮断用スイッチング素子へ出力されるオン・オフ制御信号に基づき前記過電流に対する保護の実行状態を監視する監視手段を有することを特徴とする請求項６記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記演算処理手段は、前記監視手段からの信号を入力し、当該信号が前記過電流に対する保護の実行状態である場合、前記過電流遮断用スイッチング素子を遮断状態から通電状態へ復帰させるために、前記過電流遮断用スイッチング素子に対し直接復帰信号を出力する復帰処理手段を有することを特徴とする請求項７記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記過電流遮断用スイッチング素子として過熱時出力遮断機能を有するスイッチング素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁駆動制御装置。
前記電磁比例弁は建設機械の油圧回路に設けられた電磁比例弁であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁比例弁駆動制御装置。