JP2001250717A - 電磁石装置及びそれを利用した電磁接触器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投入から保持動作への励磁電流切替遅れ・不
能によるコイルの過熱や焼損を解消した信頼性と安全性
の高い電磁石装置と電磁接触・開閉器を提供する。 【解決手段】 交流電源１からの交流入力を全波整流器
２により直流励磁電流に変換し、電磁石の励磁過程にお
いて、投入コイル７による投入動作時と保持コイル８に
よる保持動作時でコイル励磁電流を強制的に切替える電
磁石装置は、投入動作時における電磁コイルである投入
コイル７に通電される電流値をゲート回路４の積分要素
により積分し、これが所定の閾値を超えるまで通電し、
もって、投入コイル７への電流通電時間を、検出した励
磁電流値の大きさに反比例させて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流入力により電
磁力を発生する電磁石装置に関し、さらに、かかる電磁
石装置を用いた電磁接触器や電磁開閉器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路における過電流などを検出して
電路の開閉を行う開閉器を電磁力で制御する電磁接触器
や、さらには、かかる電磁接触器と過負荷保護装置など
を一つの容器内に収容した電磁開閉器（以下、これらを
纏めて、単に「電磁接触・開閉器」という）では、その
開閉器を制御するための電磁力を発生するための電磁石
装置を備えている。なお、かかる電磁接触・開閉器は、
例えば、電動機回路などにおける開閉操作に用いられて
おり、一般に、交流源からの交流電流を操作入力として
これを整流器によって直流励磁電流に変換する、所謂、
交流入力直流励磁形電磁石装置が広く用いられている。

【０００３】なお、かかる従来技術の電磁石装置とし
て、例えば特公平１−４３９７２号公報に記載されてい
る構造が既に知られている。すなわち、この従来技術に
なる電磁石装置では、整流器と、当該整流器に並列接続
されたコイルと、このコイルに加わる励磁電圧を分圧す
るインピーダンス素子としてのコイルと、そして、これ
に直列接続されたコンデンサとが設けられている。

【０００４】また、かかる電磁石装置では、コンデンサ
と並列接続された常閉接点（所謂、「ｂ接点」）が設け
られており、これは可動コアの動作により機械的に開閉
される切替えスイッチである。なお、この切替えスイッ
チは、可動コアの投入動作時には、電磁接触・開閉器の
主接点が閉路した後に閉路するように、所謂、ヒステリ
シス特性を備えた接続動作機構から構成されている。

【０００５】このように構成された従来の電磁石装置の
投入時の動作について説明する。まず、外部スイッチを
閉路すると、励磁用のコイルが励磁されて開放状態の可
動コアが投入動作を開始する。

【０００６】そして、電磁接触・開閉器の主接点が閉路
した後、投入動作の途中で、切替えスイッチが閉路す
る。これにより、コンデンサの短絡が解かれるので、イ
ンピーダンスが増加し、このインピーダンスの増加によ
り、コイルの通電電流が小さくなり、もって、投入吸引
力が小さくなる。しかしながら、可動コアの吸引力が主
接点のばね力より大きく設定されているので、可動コア
は固定コアに吸引され、動作を完了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
技術においては、切替えスイッチにおいて、上述したヒ
ステリシス特性を備えた特別なものが必要であった。ま
た、かかる切替えスイッチを用いた電磁接触・開閉器で
は、電磁石と切替えスイッチによる機械的連動による切
替え時期において所望の特性が満足されるためには、上
記切替えスイッチの接点の遮断距離の調整を、厳密に行
っておく必要があった。

【０００８】具体的には、遮断距離の調整精度が悪くこ
の遮断距離が小さ過ぎると、連結部の開閉動作に伴う摩
耗などにより遮断距離が確保できなくなることから、電
磁石の投入動作から電磁石の励磁過程における動作時
に、そのコイル励磁電流を強制的に切替えること、すな
わち、保持動作への通電電流の切替えが不能となり、そ
のため、コイルが焼損を引き起こすことにもつながる。

【０００９】逆に、この遮断距離が大き過ぎると、電磁
石鉄心間の距離が大きな状態で保持動作電流への切替え
がなされてしまう。そのため、電磁石の吸引力が大幅に
低下してしまい、これでは、動作が不安定となる。

【００１０】そこで、本発明では、かかる従来技術にお
ける問題点を鑑み、すなわち、ヒステリシス特性を備え
た調整の難しい上記切替えスイッチを用いることのない
電磁石装置を提供することを目的とする。

【００１１】すなわち、本発明によれば、電磁石励磁過
程における投入動作と保持動作との切替えを、従来のよ
うな切替えスイッチによる電磁石の位置検出によるもの
ではなく、電磁石を駆動する投入時のコイル通電電流値
を検出することにより、常に適正な時期での確実な切替
え動作を達成し、もって、信頼性・安全性の高い電磁石
装置を得、さらに、かかる電磁石装置を用いた信頼性・
安全性の高い電磁接触・開閉器を提供することをその目
的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記に述べた従来技術に
おける課題を解決するために、本発明では、交流入力を
直流励磁電流に変換し、電磁石の励磁過程における投入
動作時と保持動作時においてコイル励磁電流を強制的に
切替える電磁石装置であって、前記投入動作時において
電磁コイルに通電される電流値を検出し、もって、検出
電流値の大きさに応じて前記電磁コイルへの電流通電時
間を制御するための手段を設けた電磁石装置が提供され
る。

【００１３】なお、本発明によれば、前記した電磁石装
置において、さらに、前記電磁コイル電流通電時間制御
手段は、電磁コイルへの電流通電時間を前記検出電流値
の大きさに反比例させて制御するようにし、前記電磁コ
イル電流通電時間制御手段は、電磁コイルへの電流通電
時間を、前記検出電流値の大きさ積分することにより制
御するようにし、さらには、前記電磁石装置の動作の開
始時点を、前記直流励磁電流が安定するまで遅延する手
段を設けられる。

【００１４】加えて、本発明によれば、前記した電磁石
装置を、電路の開閉を行う開閉器を制御する電磁力を発
生するために利用した電磁接触・開閉器が提供される。

【００１５】このように、本発明によれば、積分要素内
蔵のタイマー回路を用い、交流入力直流励磁形電磁石装
置、及び、かかる電磁石装置を有する電磁接触・開閉器
において、特に、その切替え動作の適正な時期を投入時
の電流により決定し、励磁コイル焼損防止及び電磁石投
入動作不安定を防止するものであり、特に、検出したコ
イル通電電流値の積分値に応じて、コイルの通電時間を
制御できるようにしたものである。

【００１６】より具体的には、コイル通電電流値から通
電時間を1つに決めるために、コイル通電電流値と電磁
石が投入動作を完了するに要する時間とがほぼ反比例の
関係にあり、即ち、コイル通電電流値が大きい程投入コ
イルの励磁時間が短いという特性を利用するものであ
る。

【００１７】投入動作時のコイル電流積分値がある一定
の値に達する迄の時間は、操作コイルヘの入力電圧が一
定の場合、コイル電流の大きさと反比例の関係となる。
従って、コイル電流積分値がある一定の値に達した時点
でコイル電流を切替えることにより、電磁石投入動作完
了後の適切な時間において、投入動作コイル電流から保
持動作コイル電流への切替えが行われるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】まず、図１には、本発明の一実施の形態に
なる電磁石装置の構成を示す回路図が示されている。な
お、この電磁石装置は、図示しないが、やはり、電気回
路における過電流などを検出して電路の開閉を行う開閉
器を電磁力で制御する電磁接触器、さらには、かかる電
磁接触器と過負荷保護装置などを一つの容器内に収容し
た電磁開閉器（電磁接触・開閉器）の開閉器を制御する
ための電磁力を発生するための電磁石装置であり、電磁
石の励磁過程において、投入動作時と保持動作時におい
て、コイル励磁電流を強制的に切替える方式のものであ
る。

【００２０】最初に、図１中の符号１は交流のコイル操
作電源であり、例えば、電磁接触・開閉器が取り付けら
れる交流電源が利用される。すなわち、交流入力直流励
磁形電磁石装置である。また、図中の符号２は、交流電
源を直流にする全波整流器を、３は給電操作のための操
作用スイッチを、４はタイマー回路として用いられる積
分要素を内蔵したゲート回路を、５は上記ゲート回路に
より電圧駆動されるスイッチング素子であるＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）を、６は、上記ＦＥＴに直列に接
続され、投入時コイルの通電電流を検出するための投入
時コイル通電電流用抵抗素子を、７は、上記電磁接触・
開閉器の開閉器において、初期吸引力を発生するための
投入コイルを、そして、8はかかる開閉器の保持吸引力
を発生するための保持コイルを示している。

【００２１】次に、上記にその構成を説明した本発明に
なる電磁石装置の動作について、上記の図１、さらに
は、添付の図２に示す信号波形を用いながら説明する。

【００２２】まず、操作者によって操作用スイッチ３が
閉路されると（図２（ａ）に「ＯＮ」で示す）、上記交
流のコイル操作電源１からの電力が全波整流器２により
全波整流される。この時、全波整流器２に対して直列に
接続されたゲート回路４の出力電圧が立ち上がり（図２
（ｃ）の「ＯＮ」信号）、これが特定の値に達した時点
でＦＥＴ５が駆動され、導通状態となる（図２（ｄ）を
参照）。これによって、図１における一点鎖線「投入動
作時コイル電流経路」で示すように、投入コイル７には
投入動作時に必要な大きな電流が流れ（図２（ｅ）の
「投入動作時コイル電流」を参照）、その後は、上記Ｆ
ＥＴ５を介して全波整流器２に戻る。

【００２３】この時（すなわち、投入動作時）、上記図
１からも明らかなように、投入コイル７を通電した電流
は、上記ＦＥＴ５に直列に接続された抵抗素子を流れ、
投入時コイル通電電流用抵抗素子６により検出される。
すなわち、投入時コイル通電電流用抵抗素子６の両端に
は、上記投入動作時に投入コイル７を通電した電流に比
例した電圧信号が現われ、そして、この電圧信号が上記
ゲート回路４に入力され、内蔵した積分要素によって積
分される（図２（ｂ）の波形を参照）。

【００２４】すなわち、上記ゲート回路４では、内蔵さ
れた積分要素により、投入時のコイル通電電流値を積分
し、そして、この積分値がある一定の値（閾値）に到達
する時間は一つに定まる。この積分時間が、すなわち、
投入時のコイル電流通電時間である。

【００２５】そして、この積分時間後、すなわち、上記
積分要素による積分値が閾値に到達すると、上記ゲート
回路４はＦＥＴ５の導通状態は解除される（図２（ｄ）
の「非導通」）。すなわち、ＦＥＴ５が非導通状態とな
る結果、上記図１に破線「保持動作時コイル電流経路」
で示すように、全波整流器２からの整流電流は、直列に
接続された投入コイル７と保持コイル8を流れる。すな
わち、コイル電流は保持コイル8に流れる保持時コイル
電流に切り替わり（図２（ｅ）の「保持動作時コイル電
流」）、これにより、保持コイル8に吸引力を発生させ
る。なお、図からも明らかなように、この持動作時コイ
ル電流は、上記投入動作時コイル電流に比較して小さ
く、なおその値は、上記投入コイル７と保持コイル8の
インピーダンスによって決定される。そして、図２
（ｆ）にも示すように、電磁石ストロークが吸引状態を
完了した後には、コイル電流（図２（ｅ）を参照）が遮
断され、もって、釈放状態となることは従来と同様であ
る。

【００２６】このように、上記ゲート回路４に内蔵され
た積分要素をタイマー回路として用い、さらに、これに
より、検出した投入動作時のコイル通電電流値の積分値
に応じて通電時間を制御できるように、即ち、その切替
え動作の適正な時期を決定し、もって、励磁コイル焼損
防止及び電磁石投入動作不安定を防止するようにしたも
のである。なお、このゲート回路４の一例を、添付の図
３に示すように、コンデンサー４１、比較器４２、トラ
ンジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子４３、ツェナー
ダイオード４４、さらには、前記スイッチング素子４３
のベース電流制限用抵抗及び上記比較器４２の出力ＯＦ
Ｆ時の安定化用抵抗等から構成することが出来る。しか
しながら、このゲート回路４は、かかる回路構成に限定
されることなく、上記の機能を達成するものであれば他
の構成になるものでもよいことは当然であろう。

【００２７】また、図４は、上記の実施の形態における
電磁石装置の構成において、上記タイマー回路として用
いているゲート回路４の積分動作を示すための動作説明
図である。

【００２８】ところで、電磁石装置では、その使用環
境、例えば、コイル温度、操作電源電圧の変動等によ
り、投入動作時におけるコイル電流が異なるものとな
る。より具体的には、電流値の比較的大きい投入動作時
においては、電磁石が投入動作を完了するまでに要する
時間は短くなり、他方、電流値の比較的小さい投入動作
時においては、電磁石が投入動作を完了するまでに要す
る時間は長くなる。すなわち、コイル通電電流値と電磁
石が投入動作を完了するまでに要する時間とは、ほぼ反
比例の関係にあり、そこで、コイル通電電流値からその
通電時間を決定するためには、コイル通電電流値が大き
い程、投入コイルの励磁時間が短いという特性を満たす
必要がある。

【００２９】そこで、上記の本発明の実施の形態になる
電磁石装置のゲート回路４のように、その内蔵した積分
要素によれば、上記図４に示すように、積分要素からの
積分出力値は、コイル電流（すなわち、投入コイル７に
流れる電流）の大きさｉ₁、ｉ₂に応じて変化し、その積
分値が閾値に達するための時間（すなわち、電磁石が投
入動作を完了する迄の時間：積分時間ｔ₁、ｔ₂）もそれ
に応じて変化する為、結果的に適切な通電時間が確保で
きることとなる。

【００３０】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。なお、この他の実施の形態では、図示しない
が、上記図1におけるゲート回路４に、更に、コイル操
作電源電圧レベル検出機能を追加したものである。

【００３１】すなわち、上記図1の実施の形態における
構成では、操作電源電圧は一時に立ち上がるものしてお
り、この操作電圧が徐々に印加された場合については考
慮がなされていなかった。そこで、この他の実施の形態
になる電磁石装置では、さらに、操作電源からの電圧レ
ベルを検出する機能を追加することにより、上記図1の
実施の形態におけるＦＥＴ５の駆動及びコイル電流積分
動作の開始を制御する。すなわち、この操作電圧が電磁
石動作が安定して行われるレベルになる迄、その動作を
開始させないようにし、もって、投入時における動作の
更なる安定化を図るようにしたもである。

【００３２】この他の実施の形態になる電磁石装置にお
ける動作が、添付の図５に示されている。すなわち、こ
の電磁石装置では、操作用スイッチ３が時点Ｔ１で投入
されたにも関わらず（図５（ａ）参照）、特に、図５
（ｂ）の波形からも明らかなように、操作電源電圧が徐
々に印加されて上昇し、その値が所定の値（閾値１：電
磁石装置が安定して動作することが可能な電圧値）にな
った時点Ｔ２からその動作が開始される。なお、その後
の動作は、上記図1の実施の形態におけると同様であ
り、ここでは、その説明を省略する。

【００３３】なお、この他の実施の形態になる電磁石装
置においても、投入動作の開始する時間は遅れるもの
の、やはり、上記ゲート回路４の働きにより、投入動作
時のコイル電流積分値がある一定の値に達する迄の時間
（図５（ｃ）において閾値２に達するまで）は、コイル
電流の大きさと反比例の関係となる。従って、コイル電
流積分値がある一定の値（閾値２）に達した時点でコイ
ル電流を切替えることにより、電磁石の投入動作完了後
の適切な時間において、投入動作コイル電流から保持動
作コイル電流への切替えが行われるようになる。

【００３３】すなわち、投入動作の適切な通電時間が確
保できるため、その切替え動作の適正な時期を決定し、
励磁コイル焼損防止及び電磁石投入動作不安定を防止す
ることの可能な電磁石装置を実現することが可能とな
る。また、投入動作から保持動作への励磁電流の切替え
時期尚早に伴う電磁石吸引力低下による投入不安定動作
を防止できる。また、コイル操作電圧の大きさや、使用
状態のコイル温度などの条件の違いによりばらつきの大
きいコイル通電電流について、いかなる条件下であって
も、適正な時期で投入動作から保持動作への励磁電流切
替えが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明になる電磁石装置によれば、投入動作から保
持動作への励磁電流の切替えの遅れ・不能によるコイル
の過大な温度上昇に伴う劣化またはコイル焼損を確実に
防止し、もって、かかる電磁石装置を、開閉器を制御す
る電磁力を発生するために使用することにより、電磁接
触・開閉器の信頼性・安全性を高め、加えて、従来採用
されているヒステリシス特性の切替えスイッチの調整等
の面倒な作業を省略できることから、電磁石装置そして
電磁接触・開閉器の製作作業工数を低減することによっ
て、経済的な効果をも得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態になる、電磁接触・開閉
器のための電磁石装置の構成を示す回路図である。

【図２】上記本発明の電磁石装置の構成における動作を
説明するための波形図である。

【図３】上記本発明の電磁石装置におけるゲート回路の
一構成例を示す回路図である。

【図４】上記本発明の電磁石装置の構成中、タイマー回
路として用いているゲート回路の積分動作を説明する動
作説明図である。

【図５】さらに、本発明の他の実施の形態になる電磁石
装置を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１ コイル操作電源 ２ 全波整流器 ３ 操作用スイッチ ４ ゲート回路 ５ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ） ６ 投入時コイル通電電流検出用抵抗素子 ７ 投入コイル ８ 保持コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E048 AA10 AB04 5G057 AA11 BB04 BD01 BD06 KK07 KK23 KK26 KK33 RR04 XX06 YY03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を直流励磁電流に変換し、電磁
   石の励磁過程における投入動作時と保持動作時において
   コイル励磁電流を強制的に切替える電磁石装置であっ
   て、前記投入動作時において電磁コイルに通電される電
   流値を検出し、もって、検出電流値の大きさに応じて前
   記電磁コイルへの電流通電時間を制御するための手段を
   設けたことを特徴とする電磁石装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載した電磁石装置にお
   いて、前記電磁コイル電流通電時間制御手段は、電磁コ
   イルへの電流通電時間を前記検出電流値の大きさに反比
   例させて制御することを特徴とする電磁石装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載した電磁石装置にお
   いて、前記電磁コイ前記電磁コイル電流通電時間制御手
   段は、電磁コイルへの電流通電時間を、前記検出電流値
   の大きさ積分することにより制御することを特徴とする
   電磁石装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１に記載した電磁石装置にお
   いて、さらに、前記電磁石装置の動作の開始時点を、前
   記直流励磁電流が安定するまで遅延する手段を設けたこ
   とを特徴とする電磁石装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至請求項４に記載した電
   磁石装置を、電路の開閉を行う開閉器を制御する電磁力
   を発生するために利用したことを特徴とする電磁接触・
   開閉器。