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KPA2シリーズと電磁比例弁の関係
 電磁比例弁のソレノイドとは

電磁比例弁に入っていて弁を開け閉めしているのは、ソレノイドというものです。

ソレノイドとは簡単にいうと、コイルの穴に中に鉄心が入っているものです。

そのコイルに電気が流れると磁力が発生します。つまり電磁石ですね。

磁石になれば中にある鉄心が磁力によって引き寄せられ、軸が飛び出すように作られています。

問題はこのままではスイッチを切って電気が流れなくなっても鉄心はそのままです。なにか考えねばなりません。





くっついた鉄心を戻すためにコイルバネを入れて、鉄心が戻るようにします。

するとスイッチを入れて電気を流すと鉄心が吸い寄せられてコイルにくっつきます。

スイッチを切ると鉄心は磁力の力を受けないのでバネの力で押し戻され、元の位置に戻ります。

これでスイッチonで弁を開き、スイッチoffで弁を閉じるなどができるようになります。

しかし比例弁というのは、油を少し流したい、多く流したいということを調整する弁なので、on/offではない中途半端な動きが求められます。






中途半端な動きをさせたい場合、バネの力は一定と考えられるので、電磁石の吸い付き力、つまり磁力が強弱できると軸の飛び出す量が変えられます。

磁力の強さはコイルに流れる電流に比例します。実際はコイルの抵抗などがあるためその分を考えなければなりませんが。

比例ソレノイドの働きは、電流(トルク)の変化に比例して変位(ストローク)に置き換えるということです。

比例弁用アンプは、制御信号に合わせてソレノイド(コイル)に流れる電流を可変しているのです。

余談ですが、比例ソレノイドの可動鉄心はコイルに完全にくっつかないようにできています。一度くっついてしまうと電流が少なくなっても離れません。

以上、簡単に比例ソレノイドの働きを説明してきましたが
詳細は新電元メカトロニクス様のサイトが参考になります

 電磁比例弁とは

 電磁比例弁を簡単に描くに左のようになります。
 ソレノイドに油の通る穴(ポート)を開けたり塞いだりするスプールというものがついています。
 ポンプからの油を通すか通さないか、通すならどれくらいの量を通すかは、スプールとポートの隙間の大きさで決まります。この隙間の大きさをソレノイドに流れる電流を制御することで決まります。

 ここでシリンダにつながる隙間が大きく開くと油がどんどん流れるのでシリンダに流れる油の量が増え、速く動きます。

 逆に少ししか隙間が開かないとゆっくりしか動きません。

 速さやどこで止まるか、どこで動かすかなどはセンサなどを使って上位コントローラからアンプに指令信号を流すことで制御できます。KPA2では差動入力があるので簡易的に制御することも可能です。

ちなみに図はソレノイドがひとつ(片ソレノイド)ですが、左右にソレノイドのついた両ソレノイドタイプもあります。


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 KPA2の設定

KPA2の各設定と電磁比例弁の関係を考えていきます。

左の図は片方のソレノイドだけをみた関係図です。両ソレノイドの場合は指令電圧がマイナスとして考えて下さい。
図のx軸はKPA2への指令信号電圧、y軸がKPA2から比例弁への電流出力です。

不感帯とは
1)ソレノイドが動作しはじめるまでの電流範囲
 (実際はその電流値までは通電しない)
2)バネ力によってスプールが動き始めるまでの範囲
3)実際に弁が開き油圧が働き始めるまでの範囲
の3つを合わせたものになります。

指令電圧±0.15Vの不感帯範囲は、工場出荷状態でに領域になります。
不感帯の設定は比例弁ごとに行ないます。
NULL(ヌル)とは
出力電流から見た不感帯を除いたゼロ点設定。見かけ上の指令信号の起点にすることができます。また両ソレノイドを使う場合、見かけ上不感帯がなく指令信号と出力電流がリニアに動いているようにすることができ、流量特性も擬似的にリニアにすることができます。

GAINとは
指令信号に対する出力電流の度合い。指令信号の変化になだらかに電流を増すか、急激に増すか(バルブの開度が比例します)など必要に応じて設定することができます。

ディザーとは
図としてはありませんが、ディザー信号という設定ができます。
KPA2の場合、0〜300mAで30〜200Hz程度の範囲で周波数設定ができますが、これは…
1)常に振動を与えることで動摩擦を維持すること
2)完全に止めるとスリープが固着して動かなくなる恐れがあること
などの理由で設けられています。

 サーボ弁との比較

電磁比例弁はソレノイドで重たい鉄心を動かそうとするため、応答性が10Hz程度です。簡易サーボ弁(高応答弁)はボイスコイルなどが用いられますが100Hz程度までです。

サーボ弁はトルクモータ(ノズルフラッパ)とバルブ内の差圧を利用して、言うなればテコの原理、圧力ですからパスカルの原理に基づいて小さな力で大きな圧力を高速に動かすことが可能です。そのため応答性も400Hz(高速タイプだと1kHzなど)くらいはあり、振動試験機などで使われます。

ただ電磁比例弁ではバルブを閉じればアクチュエータを固定することも可能ですが、サーボ弁は差圧を利用しているため常に油を回している必要があり待機時間があると省エネとはいえません。
 KPAシリーズ関連ページ

 ■KAP(電磁比例弁アンプ):トップページ
 ■KPA2シリーズの概要:パネル面と下部端子台の説明


 関連情報 

 ■KPA2シリーズと電磁比例弁の関係
 ■KPA2シリーズ取扱説明書(pdf)

 
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