JP2001267125A - 電磁石装置、励磁用回路、及び電磁石応用機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性・安全性の高い電磁石装置技術の提供。 【解決手段】励磁電流の波形包絡線の変極点を検知し、
これに基づいて該励磁電流通電時間を制御し該励磁電流
を減らす方向に切替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流入力を直流状出
力に変換し電磁石を励磁する電磁石装置技術に関し、特
に、励磁電流の切替え制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路における過電流などを検出し電
路の開閉を行う開閉部を電磁力で制御する電磁接触器
や、さらに該電磁接触器、過負荷保護装置などから構成
された電磁開閉器など（以下、これらを電磁石応用機器
という）では、その開閉部を制御するための電磁力発生
部に電磁石装置を備えている。かかる電磁石応用機器
は、例えば、電動機用の開閉操作部等にも用いられ、一
般には、交流入力を整流器により直流変換して用いる、
いわゆる、交流入力・直流励磁形電磁石装置が広く用い
られている。かかる従来技術の電磁石装置としては、例
えば、特公平１−４３９７２号公報に記載の構成があ
る。該構成の電磁石装置では、整流器と、当該整流器に
並列接続されたコイルと、該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、該コイ
ルに直列接続されたコンデンサと、該コンデンサと並列
接続された常閉接点、いわゆる、ｂ接点とが設けられて
いる。該接点は、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の接点であり、該切替えスイッチ
は、該可動コアの投入動作時には、電磁石応用機器の主
接点が閉路した後に閉路するようにされている。

【０００３】かかる従来技術では、電磁石制御装置の投
入時において、先ず、外部スイッチを閉路状態にしてコ
イルが励磁され、開放状態の可動コアが投入動作を開始
する。そして、電磁石応用機器の主接点が閉路動作した
後、投入動作の途中で切替えスイッチが開路動作してコ
ンデンサの短絡が解かれ、インピーダンス増加により、
コイルの通電電流が減って、投入吸引力が減る。しか
し、該可動コアの吸引力が主接点のばね力より大きいた
めに可動コアは固定コアに吸引されて動作を完了する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記技従来術において
は、電磁石と切替えスイッチの機械的連動による切替え
において、所望の特性が満足されるよう切替え接点の遮
断距離の調整を高精度に行っておく必要がある。もし
も、該距離調整の精度が悪く遮断距離が小さ過ぎた場合
には、連結部の開閉動作に伴う摩耗などによって遮断距
離を確保できなくなり、電磁石の投入から励磁の過程に
おける励磁電流の切替え、すなわち、保持動作への通電
電流の切替えが不可能となってコイル焼損等につなが
る。一方、もしも遮断距離が大き過ぎた場合には、電磁
石鉄心間の距離が大きい状態のまま保持動作電流への切
替えが行われ、電磁石の吸引力が大幅に低下して動作が
不安定となる。本発明は、かかる従来技術の欠点を改善
し、投入動作と保持動作との切替えを容易かつ適正に行
え、信頼性・安全性の高い電磁石装置技術を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、 １）交流入力を直流状出力に変換し電磁石を励磁する電
磁石装置であって、励磁電流投入時に該励磁電流の波形
包絡線の変極点を検知し、これに基づき該励磁電流の通
電時間を制御して該励磁電流を減らす方向に切替えるよ
うにした構成とする。 ２）上記１）において、励磁電流が、上記変極点発生時
から所定の設定時間（切替え遅延時間)経過後に切替え
られる構成とする。 ３）上記１）において、変極点が制限時間内に現れない
場合には、該制限時間経過後に自動的に上記励磁電流が
切替えられる構成とする。 ４）交流入力を直流状出力に変換し電磁石を励磁する励
磁用回路であって、励磁電流投入時に該励磁電流の波形
包絡線の変極点を検知し、該変極点の発生時点に応じ該
励磁電流の通電時間を制御して該励磁電流を減らす方向
に切替える回路構成とする。 ５）上記１）から３）のいずれかの電磁石装置を用いて
電磁石応用機器を構成する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、励磁電流波形の包絡線
変極点を検知することにより通電電流の切替えを適正時
期に行い、これによって励磁コイル焼損の防止、及び電
磁石投入動作の安定化を行うものであり、特に、検出し
た包絡線変極点の発生時期を基準に通電時間を制御でき
るようにしたものである。一般には、電磁石装置では、
吸引動作等で可動部と固定部が接触する、すなわち、可
動部の可動動作のストロークが零になると磁気回路の磁
気抵抗が大きく変化して励磁コイルのインダクタンスが
大きく変わる。このため、その時点で励磁電流波形に変
極点が現れる。本発明は、例えばこの特性を利用して包
絡線変極点を検知し、コイルの通電電流波形から通電時
間を決めるようにしている。本発明の電磁石装置におい
ても、可動部、固定部の物理的条件や、電磁石の磁気回
路的条件等が一定の場合には、一般の電磁石装置と同様
に、投入動作時に可動部ストロークが零になるまでの時
間は、主に励磁電流の大きさとその立上がり特性によっ
て決まるため、コイル温度、励磁電圧等の条件で変化す
ることになる。従って、例えば、可動部ストロークが零
になった時点から一定の遅延時間でコイル電流を切替え
ることにより、適切に投入動作コイル電流から保持動作
コイル電流へ切替えが行われる。さらに、所定の制限時
間内に投入電流波形の包絡線に変極点が出現しない、す
なわち、例えば、何らかの原因で可動部の動作が正常に
行われなかったり、可動部と固定部の接触が不可能とな
った場合等でも、励磁コイルに投入電流が流れ続けない
よう無条件にに切替え動作を行うようにする。これによ
ってコイルの異常過熱や過度の温度上昇によるコイル焼
損や磁気回路部材等の特性劣化等を防止できる。

【０００７】以下、本発明の実施の形態につき、図面を
用いて説明する。図１は、本発明の電磁石装置の一実施
例を示す回路図で、励磁過程において投入動作時と保持
動作時で励磁コイルを切替えるようにした構成例であ
る。図１において、１は交流のコイル操作電源、２は交
流を直流に変換する全波整流器、３は給電操作のための
操作用スイッチ、４は制御端子に励磁電流検出制御端子
を設けたゲート回路、５は該ゲート回路により電圧駆動
されるスイッチング素子としてのＦＥＴ(電界効果トラ
ンジスタ)、６は該ＦＥＴに直列に接続され投入時コイ
ルの通電電流波形を検出するための抵抗素子、７は投入
時のコイル励磁電流の変極点を検出するための励磁電流
制御回路、８は初期吸引力を発生するための投入コイ
ル、９は保持吸引力を発生するための保持コイルであ
る。

【０００８】以下、図１、図２により本発明の電磁石装
置の動作について説明する。まず、操作者によって操作
用スイッチ３が閉路状態にされる（図２（ａ）における
「ＯＮ」の状態)と、コイル操作電源１からの出力が全
波整流器２により整流される。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の出力電圧が立上
がり（図２（ｃ）における「ＯＮ」の状態）、ＦＥＴ５
が駆動されて導通状態（図２（ｄ）における「導通」の
状態）となる。これによって、図１における「投入動作
時コイル電流経路」のように、投入コイル８には投入動
作に必要な大きさの電流が流れ（図２（ｅ）における
「投入動作時コイル電流」参照）、その後は、上記ＦＥ
Ｔ５を介して全波整流器２に戻る。この投入動作時、図
１からも明らかなように、投入コイル８に通電された電
流は、上記ＦＥＴ５に直列接続された投入時コイル通電
電流検出用抵抗素子６により検出される。図２（ｂ）
は、上記の実施例構成において、励磁電流検出制御回路
７により検出される電流波形と、電流波形包絡線の変極
点の説明図である。電磁石装置の可動部ストロークが零
になった時点に上記変極点が現れる構成例を示してい
る。投入動作時、投入時コイル通電電流検出用抵抗素子
６の両端には投入コイル８の通電電流に対する電圧信号
が現われ、該電圧信号が励磁電流検出制御回路７に入力
されて電流波形包絡線の変極点が検知される(図２
（ｂ））。さらに、ゲート回路４において、上記励磁電
流検出制御回路７から受けた信号（変極点発生時期を示
す信号、すなわち、可動部ストロークが零になった時点
の信号）により、ＦＥＴ５は非導通状態（図２（ｄ）の
「非導通」状態）へと制御される。

【０００９】すなわち、上記励磁電流検出制御回路７で
は、Ａ／Ｄ変換器及びワンチップマイクロコンピュータ
などにより、検出電流波形をサンプリング等して解析
し、投入動作時コイル励磁電流波形の変極点、つまり、
電磁接触器内における可動部と固定部が接触したことを
検知する。そして、その接触時点から一定の遅延時間後
にコイル電流を切替えるようにゲート回路４に働きかけ
る。この遅延時間後にＦＥＴ５の導通状態は解除され
（図２（ｄ）の「非導通」の状態）、その結果、図１に
示す「保持動作時コイル電流経路」のように、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８
と保持コイル９中を流れる。すなわち、コイル電流は、
保持コイル９を流れる保持状態時の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」）、吸引
力を発生させる。なお、図２（ｅ）からも明らかなよう
に、この保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、その値は、上記投入コイル８
と保持コイル９のインピーダンスによって決まる。そし
て、図２（ｆ）にも示すように、操作用スイッチ３を開
路状態にした場合には、コイル電流は遮断され、電磁石
装置が開放状態となることは従来と同様である。

【００１０】なお、上記実施例の構成では、励磁電流検
出制御回路７としては、Ａ／Ｄ変換器内蔵のワンチップ
マイクロコンピュータなどを用いるとしたが、かかる回
路構成に限定されることなく、電流波形変極点を検出で
きる機能を達成するものであれば他のものでもよい。ま
た、励磁電流検出制御回路７では、電磁石装置の可動部
と固定部が接触した時点を検知するとしたが、該時点の
前後を検知する構成であってもよい。さらにまた、励磁
コイルに通電する電流は、交流を全波整流したものでな
くてもよい。

【００１１】かかる構成によれば、投入時から保持時へ
のコイル電流切替え動作を適正時期に行うことができ、
励磁コイルの過度の温度上昇による焼損や磁気回路部材
等の特性劣化を防止し、かつ電磁石投入動作を安定化し
た電磁石装置技術の実現が可能になる。また、コイル操
作電圧の大きさや、コイル温度などの条件の違いや、ば
らつきがあっても、上記適正時期の切替え動作を行うこ
とができる。

【００１２】

【発明の効果】以上からも明らかなように、本発明によ
れば、投入時から保持時へのコイル電流切替え動作を適
正時期に行うことができ、励磁コイルの焼損や磁気回路
部材等の特性劣化を防止し、かつ電磁石投入動作を安定
化した電磁石装置技術の実現が可能になる。また、従来
行われている機械的な切替えスイッチにおける距離調整
作業等をなくすこともできるため、低コスト化も図れ
る。また、電磁石応用機器においても、その信頼性・安
全性を高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁石装置の実施例を示す回路図であ
る。

【図２】図１の電磁石装置の動作及びコイル励磁電流波
形の説明図である。

【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…励磁電流検出制御回路、 ８…投入コイル、 ９…保持コイル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流入力を直流状出力に変換し電磁石を励
   磁する電磁石装置であって、 励磁電流投入時に該励磁電流の波形包絡線の変極点を検
   知し、これに基づき該励磁電流の通電時間を制御して該
   励磁電流を減らす方向に切替えるようにしたことを特徴
   とする電磁石装置。
2. 【請求項２】上記励磁電流は、上記変極点発生時から所
   定の設定時間経過後に切替えられる請求項１に記載の電
   磁石装置。
3. 【請求項３】上記変極点が制限時間内に現れない場合に
   は、該制限時間経過後に自動的に上記励磁電流が切替え
   られる請求項１に記載の電磁石装置。
4. 【請求項４】交流入力を直流状出力に変換し電磁石を励
   磁する励磁用回路であって、 励磁電流投入時に該励磁電流の波形包絡線の変極点を検
   知し、該変極点の発生時点に応じ該励磁電流の通電時間
   を制御して該励磁電流を減らす方向に切替えるようにし
   たことを特徴とする励磁用回路。
5. 【請求項５】請求項１から３のいずれかに記載の電磁石
   装置を用いて成ることを特徴とする電磁石応用機器。