JP2007119160A - リフティングマグネット駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能であり、且つ高い信頼性を有するリフティングマグネット駆動回路を提供する。
【解決手段】マグネット駆動回路１は、交流電源電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３を直流電源電圧Ｖ_ＤＣへ変換する直流変換部３と、リフティングマグネット２への励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部４と、互いに直列に接続されたトランジスタ５１及び抵抗素子５３、並びにトランジスタ５１及び抵抗素子５３に対して並列に接続されたコンデンサ５４を有し、励磁電流の向きが切り替わる際にリフティングマグネット２に蓄積されたエネルギを吸収するエネルギ吸収部５と、Ｈブリッジ回路部４とエネルギ吸収部５との間の正側電源ライン７に流れる電流の向き及び大きさ、並びに正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差に基づいて、エネルギ吸収部５のトランジスタ５１における導通状態を制御する制御部６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフティングマグネット駆動回路に関するものである。

一般に、荷役作業や建設作業等において鉄片を持ち上げるためのリフティングマグネットが知られている。リフティングマグネットとしては、工場等の設備となっているもののほか、車両に搭載されるものもある。リフティングマグネットを使用する際には、或る向きに電流を流してリフティングマグネットを励磁し、鉄片を吸着させて持ち上げる。そして、鉄片を解放する際には、逆向きに電流を流してリフティングマグネットを消磁する。

図３は、リフティングマグネットを駆動するための従来の回路を示す回路図である。駆動回路１００は、３相交流電源ＡＣＧからの交流電源電圧を直流電源電圧に変換するための複数のダイオード１０１ａからなる直流変換部１０１と、該直流変換部１０１に接続され、リフティングマグネット１０２を流れる励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路１０３とを備える。Ｈブリッジ回路１０３には４つのトランジスタ１０３ａ〜１０３ｄが配置されており、図３において、トランジスタ１０３ａ及び１０３ｄが導通すると、リフティングマグネット１０２に電流Ｉ_Ａが流れる。また、トランジスタ１０３ｂ及び１０３ｃが導通すると、リフティングマグネット１０２に電流Ｉ_Ａとは逆向きの電流Ｉ_Ｂが流れる。

リフティングマグネット１０２に流れる電流を停止すると、リフティングマグネットには逆起電力による或る程度大きなエネルギが蓄積される。従って、リフティングマグネット１０２に流れる電流の向きの切り替えを素早く行うためには、この蓄積エネルギを効率よく逃がす必要がある。このため、駆動回路１００においては、Ｈブリッジ回路１０３の各トランジスタ１０３ａ〜１０３ｄのコレクタ−エミッタ間に、ダイオード１０４ａ〜１０４ｄが配置されている。また、Ｈブリッジ回路１０３と並列にコンデンサ１０５が配置されている。これにより、例えばトランジスタ１０３ａ及び１０３ｄが接続状態の後に非接続状態となった場合、蓄積エネルギによる電流は、リフティングマグネット１０２からダイオード１０４ｃを通ってコンデンサ１０５に吸収され、再び励磁に用いられる直流電力となる。

なお、リフティングマグネットを駆動する回路の他の例としては、特許文献１，２に開示されたものがある。

特開２０００−１４３１３８ 特開２００２−３５９１１２

しかしながら、図３に示した駆動回路１００には、次の問題点がある。例えばリフティングマグネット及びその駆動装置が車両に搭載されるような場合、車両の視認性やデザインの自由度を妨げないために、駆動装置をより小型にすることが求められる。他方、リフティングマグネットには数十アンペア（例えば７０［Ａ］）といった大電流を流すので、図３に示した駆動回路１００では、蓄積エネルギを吸収するためのコンデンサ１０５として大容量（例えば０．１８［Ｆ］）のものが必要となり、駆動回路１００を搭載する駆動装置が大型化してしまう。

なお、このような従来の駆動回路における問題点を解決するため、例えば特許文献１に記載された回路は、Ｈブリッジ回路と並列にバリスタを備え、また、このバリスタと並列に接続され且つ互いに直列に接続された抵抗素子及びスイッチを備えている。そして、リフティングマグネットの蓄積エネルギをバリスタ及び抵抗素子によって吸収している。しかし、この回路では抵抗素子と直列に設けられたスイッチを時間制御しているため、スイッチを接続する前にバリスタを流れる電流量が過大となってバリスタが破壊してしまうおそれがあり、信頼性に課題が残る。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、小型化が可能であり、且つ高い信頼性を有するリフティングマグネット駆動回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネット駆動回路は、リフティングマグネットに励磁電流を供給するためのリフティングマグネット駆動回路であって、交流電源から供給された交流電源電圧を直流電源電圧へ変換し、該直流電源電圧を正側出力端と負側出力端との間に提供する直流変換部と、直流変換部の正側出力端に電気的に接続された正側電源ラインと、直流変換部の負側出力端に電気的に接続された負側電源ラインと、正側電源ラインと負側電源ラインとの間に電気的に接続され、少なくとも４つのトランジスタ、及び該少なくとも４つのトランジスタそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された少なくとも４つの整流素子を含んで構成され、リフティングマグネットへの励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部と、正側電源ラインと負側電源ラインとの間に電気的に接続され且つ互いに直列に接続された抵抗素子及びスイッチ素子、並びに抵抗素子及びスイッチ素子に対して並列に接続された容量素子を有し、励磁電流の向きが切り替わる際にリフティングマグネットに蓄積されたエネルギを吸収するエネルギ吸収部と、Ｈブリッジ回路部とエネルギ吸収部との間の正側電源ラインに流れる電流の向き及び大きさを測定する電流測定部、及び正側電源ラインと負側電源ラインとの間の電位差を測定する電位差測定部のうち少なくとも一方の測定部と、電流の向き及び大きさ、並びに電位差のうち少なくとも一方の測定結果に基づいて、エネルギ吸収部のスイッチ素子における導通状態を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

上記したリフティングマグネット駆動回路は、次のように動作する。まず、Ｈブリッジ回路部の少なくとも４つのトランジスタのうち２つのトランジスタが導通することにより、直流変換部からの直流電流（励磁電流）は、正側電源ライン、リフティングマグネット、及び負側電源ラインの順に流れる。そして、トランジスタが不通となって励磁電流が停止され、リフティングマグネットに蓄積エネルギが生じると、該蓄積エネルギによる電流は整流素子及び正側電源ラインを通って、エネルギ吸収部へ流れる。このとき、エネルギ吸収部のスイッチ素子を制御部が導通させるまでの微小な時間、蓄積エネルギによる電流は容量素子へ流れる。そして、制御部によってエネルギ吸収部のスイッチ素子が導通すると、蓄積エネルギによる電流の殆どが抵抗素子によって消費されることとなる。従って、上記したリフティングマグネット駆動回路によれば、例えば図３に示した従来の駆動回路と比較して、容量素子の容量を格段に小さくできるので、駆動装置を小型化できる。

また、上述したように、蓄積エネルギによる電流は、正側電源ラインを通ってエネルギ吸収部へ流れる。従って、リフティングマグネット駆動回路が電流測定部を正側電源ラインに備え、この蓄積エネルギによる電流の向き及び大きさを測定することにより、蓄積エネルギによる電流の発生タイミングや解消タイミングを精度良く知ることができる。また、蓄積エネルギによる電流が容量素子へ流れると該容量素子の両端電圧が次第に増す。従って、リフティングマグネット駆動回路が電位差測定部を備え、正側電源ラインと負側電源ラインとの間の電位差すなわち容量素子の両端電圧を測定することにより、蓄積エネルギによる電流の発生タイミングや解消タイミングを精度良く知ることができる。上記したリフティングマグネット駆動回路によれば、制御部が、電流測定部により測定された電流の向き及び大きさ、並びに電位差測定部により測定された電位差のうち少なくとも一方の測定結果に基づいてエネルギ吸収部のスイッチ素子における導通状態を制御するので、容量素子の両端電圧が過大となる前に、制御部がスイッチ素子を導通させて蓄積エネルギによる電流を抵抗素子へ流すことができる。これにより、例えば特許文献１に記載された回路と比較して高い信頼性を有するリフティングマグネット駆動回路を提供できる。

また、リフティングマグネット駆動回路は、電流測定部を備え、正側電源ラインにおいてＨブリッジ回路部からエネルギ吸収部へ向かう電流が生じたときに、制御部がスイッチ素子を導通させることを特徴としてもよい。或いは、リフティングマグネット駆動回路は、電位差測定部を備え、正側電源ラインと負側電源ラインとの間の電位差が所定の第１の閾値以上となったときに、制御部がスイッチ素子を導通させることを特徴としてもよい。これらのリフティングマグネット駆動回路によれば、蓄積エネルギによる電流の発生タイミングを精度良く掴み、エネルギ吸収部の抵抗素子へ蓄積エネルギによる電流を好適に流すことができる。

また、リフティングマグネット駆動回路は、電流測定部を備え、スイッチ素子が導通された後、正側電源ラインにおいてＨブリッジ回路部からエネルギ吸収部へ向かう電流の大きさが所定の第２の閾値以下となったときに、制御部がスイッチ素子を不通にすることを特徴としてもよい。或いは、リフティングマグネット駆動回路は、電位差測定部を備え、スイッチ素子が導通された後、正側電源ラインと負側電源ラインとの間の電位差が所定の第３の閾値以下となったときに、制御部がスイッチ素子を不通にすることを特徴としてもよい。これらのリフティングマグネット駆動回路によれば、蓄積エネルギによる電流の解消タイミングを精度良く掴み、励磁電流とは逆向きの消磁電流をリフティングマグネットへ素早く流すことができる。

本発明によれば、小型化が可能であり、且つ高い信頼性を有するリフティングマグネット駆動回路を提供できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるリフティングマグネット駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、トランジスタとはバイポーラ型トランジスタ及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の双方を含むものとする。トランジスタがＦＥＴである場合、ベースをゲート、コレクタをドレイン、エミッタをソースとそれぞれ読み替えるものとする。

図１は、本発明によるリフティングマグネット駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。図１を参照すると、本実施形態によるリフティングマグネット駆動回路（以下、マグネット駆動回路）１は、リフティングマグネット２に励磁電流を供給するための回路であって、直流変換部３、Ｈブリッジ回路部４、エネルギ吸収部５、制御部６、正側電源ライン７、負側電源ライン８、電流測定部９、及び電位差測定部１０を備える。

直流変換部３は、３相交流電源ＡＣＧから供給された交流電源電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３を直流電源電圧Ｖ_ＤＣへ変換するための回路部分である。直流変換部３は、正側出力端３ａ及び負側出力端３ｂを有しており、生成した直流電源電圧Ｖ_ＤＣを正側出力端３ａと負側出力端３ｂとの間に提供する。

本実施形態の直流変換部３は、６個のダイオード３１ａ〜３１ｆを含むブリッジ回路によって構成されており、三相全波整流を行う。具体的には、ダイオード３１ａ〜３１ｆのうち、ダイオード３１ａ及び３１ｂが直列に接続され、ダイオード３１ｃ及び３１ｄが直列に接続され、ダイオード３１ｅ及び３１ｆが直列に接続されている。また、ダイオード３１ａ及び３１ｂからなる組と、ダイオード３１ｃ及び３１ｄからなる組と、ダイオード３１ｅ及び３１ｆからなる組とは、互いに並列に接続されている。そして、これらのダイオードの組のカソード側の一端は正側出力端３ａに電気的に接続されており、アノード側の他端は負側出力端３ｂに電気的に接続されている。

また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｂとの間には、３相交流電源ＡＣＧにおける一相の電源端子から延びる交流電源ライン１１ａが電気的に接続されている。ダイオード３１ｃとダイオード３１ｄとの間には、３相交流電源ＡＣＧにおける他の一相の電源端子から延びる交流電源ライン１１ｂが電気的に接続されている。ダイオード３１ｅとダイオード３１ｆとの間には、３相交流電源ＡＣＧにおける更に他の一相の電源端子から延びる交流電源ライン１１ｃが電気的に接続されている。なお、直流変換部は、これ以外にも例えばサイリスタを用いた純ブリッジ回路や、ダイオード及びサイリスタを用いた混合ブリッジ回路によって構成されてもよい。直流変換部が純ブリッジ回路や混合ブリッジ回路によって構成される場合、サイリスタは、図示しない位相制御回路によって所定の制御角で位相制御される。

正側電源ライン７及び負側電源ライン８は、リフティングマグネット２へ励磁電流を供給するための配線である。正側電源ライン７の一端は、直流変換部３の正側出力端３ａに電気的に接続されている。また、負側電源ライン８の一端は、直流変換部３の負側出力端３ｂに電気的に接続されている。

Ｈブリッジ回路部４は、リフティングマグネット２へ供給される励磁電流の向きを制御するための回路部分である。Ｈブリッジ回路部４は、４つのｎｐｎ型トランジスタ４１ａ〜４１ｄと、該４つのトランジスタ４１ａ〜４１ｄそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された４つのダイオード（整流素子）４２ａ〜４２ｄと、リフティングマグネット２へ励磁電流を供給するための配線１２ａ及び１２ｂが接続される端子４３ａ及び４３ｂとを含むＨブリッジ回路によって構成されている。

具体的には、トランジスタ４１ａのコレクタは正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ４１ａのエミッタは端子４３ａに電気的に接続されている。トランジスタ４１ｂのコレクタは端子４３ａに電気的に接続されており、トランジスタ４１ｂのエミッタは負側電源ライン８に電気的に接続されている。トランジスタ４１ｃのコレクタは正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ４１ｃのエミッタは端子４３ｂに電気的に接続されている。トランジスタ４１ｄのコレクタは端子４３ｂに電気的に接続されており、トランジスタ４１ｄのエミッタは負側電源ライン８に電気的に接続されている。また、ダイオード４２ａ〜４２ｄのアノードは、それぞれトランジスタ４１ａ〜４１ｄのエミッタに電気的に接続されており、ダイオード４２ａ〜４２ｄのカソードは、それぞれトランジスタ４１ａ〜４１ｄのコレクタに電気的に接続されている。

各トランジスタ４１ａ〜４１ｄのベースは図示しない制御回路に電気的に接続されており、各トランジスタ４１ａ〜４１ｄにおけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御回路から提供される制御電流（または制御電圧）によって制御される。例えば、トランジスタ４１ａ及び４１ｄのベースに制御電流が提供されると、正励磁電流Ｉ_１が、トランジスタ４１ａ、端子４３ａ、リフティングマグネット２、端子４３ｂ、及びトランジスタ４１ｄの順に流れる。また、トランジスタ４１ｂ及び４１ｃのベースに制御電流が提供されると、逆励磁（消磁）電流Ｉ_２が、トランジスタ４１ｃ、端子４３ｂ、リフティングマグネット２、端子４３ａ、及びトランジスタ４１ｂの順に（すなわち、正励磁電流Ｉ_１とは逆向きに）流れる。

エネルギ吸収部５は、リフティングマグネット２への正励磁電流Ｉ_１が逆励磁電流Ｉ_２へ切り替わる際にリフティングマグネット２に蓄積されたエネルギを吸収するための回路部分である。エネルギ吸収部５は、ｎｐｎ型のトランジスタ５１、ダイオード（整流素子）５２、抵抗素子５３、及びコンデンサ（容量素子）５４を有する。なお、トランジスタ５１は本実施形態におけるスイッチ素子であり、電流をスイッチングする機能があればトランジスタ以外の素子でも代用可能である。また、ダイオード５２は必要に応じて配置され、省略することも可能である。

トランジスタ５１及び抵抗素子５３は、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間に電気的に接続されており、且つ互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ５１のコレクタが正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ５１のエミッタが抵抗素子５３の一端に電気的に接続されている。また、抵抗素子５３の他端は、負側電源ライン８に電気的に接続されている。トランジスタ５１のコレクタ及びエミッタには、それぞれダイオード５２のカソード及びアノードが電気的に接続されている。また、コンデンサ５４は、トランジスタ５１及び抵抗素子５３に対して並列に接続されている。なお、トランジスタ５１のベースには、後述する制御部６から制御電流Ｉ_３（或いは制御電圧）が提供され、この制御電流Ｉ_３によってトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間の導通状態が制御される。また、抵抗素子５３としては、必要な抵抗値や耐圧に応じて複数の抵抗素子を直列や並列に組み合わせても良い。コンデンサ５４についても同様に、必要な容量や耐圧に応じて複数のコンデンサを直列や並列に組み合わせても良い。

電流測定部９は、Ｈブリッジ回路部４とエネルギ吸収部５との間の正側電源ライン７において、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流の向き及び大きさを測定するための回路部分である。電流測定部９は、測定結果である電流の向き及び大きさを示す電流信号Ｓ_Ｉを出力するための出力端９ａを有している。出力端９ａは制御部６に電気的に接続されており、電流信号Ｓ_Ｉを制御部６へ提供する。

電位差測定部１０は、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差を測定するための回路部分である。電位差測定部１０は、測定結果である電位差を示す電位差信号Ｓ_Ｖを出力するための出力端１０ａを有している。出力端１０ａは制御部６に電気的に接続されており、電位差信号Ｓ_Ｖを制御部６へ提供する。

なお、本実施形態のマグネット駆動回路１は電流測定部９及び電位差測定部１０の双方を備えているが、マグネット駆動回路１は、電流測定部９及び電位差測定部１０のうち一方のみを備えても良い。

制御部６は、電流信号Ｓ_Ｉ及び電位差信号Ｓ_Ｖのうち少なくとも一方の信号に基づいて、エネルギ吸収部５のトランジスタ５１における導通状態を制御するための回路部分である。制御部６は、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流が生じたときに、制御電流Ｉ_３を出力してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を導通させる。或いは、制御部６は、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差（すなわち電位差信号Ｓ_Ｖ）が所定の第１の閾値以上となったときに、制御電流Ｉ_３を出力してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を導通させる。

また、制御部６は、トランジスタ５１が導通している状況において、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさ（電流信号Ｓ_Ｉ）が所定の第２の閾値以下となったときに、制御電流Ｉ_３の出力を停止してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を不通にする。或いは、制御部６は、トランジスタ５１が導通している状況において、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差（電位差信号Ｓ_Ｖ）が所定の第３の閾値以下となったときに、制御電流Ｉ_３の出力を停止してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を不通にする。

ここで、本実施形態のマグネット駆動回路１の動作について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、リフティングマグネット２の両端に印加される電圧（すなわち端子４３ａと端子４３ｂとの間における電圧）（図２（ａ））、正側電源ライン７におけるＨブリッジ回路部４とエネルギ吸収部５との間の電流量（図２（ｂ））、及び正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差（図２（ｃ））の、それぞれ時間波形を示すグラフである。なお、図２（ｂ）における電流量については、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５への電流の向きを正としている。

まず、或る時刻ｔ_０において、３相交流電源ＡＣＧが駆動されることにより、交流電源ライン１１ａ〜１１ｃに３相の交流電源電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３が提供される。これらの交流電源電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３は、直流変換部３によって直流電源電圧Ｖ_ＤＣに変換され、直流電源電圧Ｖ_ＤＣが正側電源ライン７及び負側電源ライン８の間に提供される（図２（ｃ）参照）。

続いて、時刻ｔ_１において、リフティングマグネット２を励磁する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ａ及び４１ｄを導通させる。これにより、正側電源ライン７、トランジスタ４１ａ、リフティングマグネット２、トランジスタ４１ｄ、及び負側電源ライン８の順に正励磁電流Ｉ_１が流れる（図２（ｂ）参照）。つまり、Ｈブリッジ回路部４の端子４３ａと端子４３ｂとの間に正励磁電圧Ｖが出力される（図２（ａ）参照）。これにより、リフティングマグネット２が励磁され、鉄片等を吸着して持ち上げることができる。

続いて、リフティングマグネット２から鉄片等を解放するための動作に移る。まず、時刻ｔ_２において、リフティングマグネット２の励磁を解除する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ａ及び４１ｄを不通とする。このとき、リフティングマグネット２に蓄積されたエネルギにより、リフティングマグネット２の両端（すなわち端子４３ａと端子４３ｂとの間）に逆起電力による電圧が生じる（図２（ａ）のＡ部分）。同時に、この逆起電力に起因する電流（図２（ｂ）のＢ部分）が、ダイオード４２ｂ、リフティングマグネット２、及びダイオード４２ｃを流れる。

このとき、エネルギ吸収部５のトランジスタ５１を制御部６が導通させるまでの微小な時間、蓄積エネルギによる電流はエネルギ吸収部５のコンデンサ５４へ流れる。そして、コンデンサ５４の両端電圧が上昇することにより、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差が上昇する（図２（ｃ）のＣ部分）。

蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン７を流れると、この電流はＨブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かうので、正側電源ライン７における電流の向きが逆転する。制御部６は、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流が生じたことを電流信号Ｓ_Ｉによって認識することにより、蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン７を流れていることを認識する（図２（ｂ）の点Ｐ_１）。そして、制御部６は、制御電流Ｉ_３を出力してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を導通させる。これにより、蓄積エネルギによる電流は、トランジスタ５１を介して抵抗素子５３へ流れ、抵抗素子５３において消費されつつ、次第に減衰する。

或いは、蓄積エネルギによる電流がコンデンサ５４へ流れることによりコンデンサ５４の両端電圧が上昇することから、制御部６は、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差が所定の第１の閾値Ｖ_ｔｈ１以上となることによっても、（すなわち電位差測定部１０からの電位差信号Ｓ_Ｖが所定の閾値以上となることによっても、）蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン７を流れていることを認識できる（図２（ｃ）の点Ｐ_２）。制御部６は、このような場合に、制御電流Ｉ_３を出力してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を導通させてもよい。

続いて、Ｈブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさ（電流信号Ｓ_Ｉ）が所定の第２の閾値Ｉ_ｔｈ２以下になると（図２（ｂ）の点Ｐ_３）、制御部６は、蓄積エネルギによる電流が十分に減衰したことを認識する。そして、制御部６は、制御電流Ｉ_３の出力を停止してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を不通にする。なお、所定の第２の閾値Ｉ_ｔｈ２は、０［Ａ］にできるだけ近い値であることが好ましい。

或いは、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差が所定の第３の閾値Ｖ_ｔｈ３以下となることによっても、（すなわち電位差測定部１０からの電位差信号Ｓ_Ｖが所定の閾値以下となることによっても、）蓄積エネルギによる電流が十分に減衰したことを認識できる（図２（ｃ）の点Ｐ_４）。制御部６は、このような場合に、制御電流Ｉ_３の出力を停止してトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を不通にしてもよい。

その後、時刻ｔ_３において、リフティングマグネット２を消磁する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ｂ及び４１ｃを導通させる。これにより、正側電源ライン７、トランジスタ４１ｃ、リフティングマグネット２、トランジスタ４１ｂ、及び負側電源ライン８の順に逆励磁電流Ｉ_２が流れる（図２（ｂ）参照）。つまり、Ｈブリッジ回路部４の端子４３ａと端子４３ｂとの間に逆励磁（消磁）電圧−Ｖが出力される（図２（ａ）参照）。これにより、リフティングマグネット２が消磁され、吸着していた鉄片等を解放することができる。

消磁が終了したのち、時刻ｔ_４においてＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ｂ及び４１ｃを不通とする。このとき、リフティングマグネット２に蓄積されたエネルギにより、リフティングマグネット２の両端（すなわち端子４３ａと端子４３ｂとの間）に逆起電力による電圧が生じる（図２（ａ）のＤ部分）。同時に、この逆起電力に起因する電流（図２（ｂ）のＥ部分）が、ダイオード４２ｄ、リフティングマグネット２、及びダイオード４２ａを流れる。この蓄積エネルギによる電流は、上述した動作と同様にして、エネルギ吸収部５及び制御部６によって吸収される。

本実施形態に係るマグネット駆動回路１による効果について説明する。マグネット駆動回路１においては、リフティングマグネット２に蓄積されるエネルギの殆どを抵抗素子５３によって消費している。従って、該エネルギの全てをコンデンサに蓄える従来の駆動回路と比較して、コンデンサ５４の容量を格段に小さくできる。一例を挙げると、本実施形態のマグネット駆動回路１において好適なコンデンサ５４の容量は、例えば２０００［μＦ］である。これに対し、従来の駆動回路におけるコンデンサに必要な容量は、例えば０．１８［Ｆ］である。このように、本実施形態のマグネット駆動回路１によれば、コンデンサ容量を格段に小さくできるので、マグネット駆動装置の飛躍的な小型化が可能となる。そして、このようなマグネット駆動装置の小型化によって、例えば小型の旋回型建設車両に搭載されることが可能となり、また、運転席からの視認性も妨げない。

また、本実施形態のマグネット駆動回路１によれば、蓄積エネルギによる電流の向きや大きさを電流測定部９において測定することにより、蓄積エネルギによる電流の発生タイミング（図２（ｂ）の点Ｐ_１）や減衰後の解消タイミング（図２（ｂ）の点Ｐ_３）を制御部６において精度良く知ることができる。或いは、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差すなわちコンデンサ５４の両端電圧を電位差測定部１０において測定することにより、蓄積エネルギによる電流の発生タイミング（図２（ｃ）の点Ｐ_２）や減衰後の解消タイミング（図２（ｃ）の点Ｐ_４）を制御部６において精度良く知ることができる。そして、制御部６が、電流測定部９により測定された電流の向き及び大きさ、並びに電位差測定部１０により測定された電位差のうち少なくとも一方の測定結果に基づいてエネルギ吸収部５のトランジスタ５１における導通状態を制御するので、コンデンサ５４の両端電圧が過大となる前に、制御部６がトランジスタ５１を導通させて蓄積エネルギによる電流を抵抗素子５３へ流すことができる。これにより、コンデンサ５４の負担を低減し、高い信頼性を有するマグネット駆動回路１を提供できる。

また、本実施形態のように、マグネット駆動回路１は、電流測定部９を備え、正側電源ライン７においてＨブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流が生じたときに、制御部６がトランジスタ５１を導通させることが好ましい。或いは、マグネット駆動回路１は、電位差測定部１０を備え、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差が所定の第１の閾値Ｖ_ｔｈ１以上となったときに、制御部６がトランジスタ５１を導通させてもよい。これにより、蓄積エネルギによる電流の発生タイミングを精度良く掴み、エネルギ吸収部５の抵抗素子５３へ蓄積エネルギによる電流を好適に流すことができる。

また、本実施形態のように、マグネット駆動回路１は、電流測定部９を備え、トランジスタ５１が導通された後、正側電源ライン７においてＨブリッジ回路部４からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさが所定の第２の閾値Ｉ_ｔｈ２以下となったときに、制御部６がトランジスタ５１を不通とすることが好ましい。或いは、マグネット駆動回路１は、電位差測定部１０を備え、トランジスタ５１が導通された後、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間の電位差が所定の第３の閾値Ｖ_ｔｈ３以下となったときに、制御部６がトランジスタ５１を不通としてもよい。これにより、蓄積エネルギによる電流の解消タイミングを精度良く掴み、正励磁電流Ｉ_１とは逆向きの逆励磁電流Ｉ_２をリフティングマグネット２へ素早く流すことができる。

本発明によるリフティングマグネット駆動回路は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、Ｈブリッジ回路部が有するトランジスタ及びエネルギ吸収部が有するスイッチ素子としてｎｐｎ型トランジスタが用いられているが、ｐｎｐ型トランジスタを用いることもできる。また、上記実施形態のリフティングマグネット駆動回路は３相交流電源に対応する直流変換部を備えているが、直流変換部は、６相交流電源など他の形式の交流電源に対応する構成であってもよい。

本発明によるリフティングマグネット駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。 （ａ）リフティングマグネットの両端に印加される電圧の時間波形を示すグラフである。（ｂ）正側電源ラインにおけるＨブリッジ回路部とエネルギ吸収部との間の電流量の時間波形を示すグラフである。（ｃ）正側電源ラインと負側電源ラインとの間の電位差の時間波形を示すグラフである。 リフティングマグネットを駆動するための従来の回路を示す回路図である。

符号の説明

１…リフティングマグネット（マグネット）駆動回路、２…リフティングマグネット、３…直流変換部、４…Ｈブリッジ回路部、５…エネルギ吸収部、６…制御部、７…正側電源ライン、８…負側電源ライン、９…電流測定部、１０…電位差測定部、１１ａ〜１１ｃ…交流電源ライン、３１ａ〜３１ｆ…ダイオード、４１ａ〜４１ｄ，５１…トランジスタ、４２ａ〜４２ｄ，５２…ダイオード、５３…抵抗素子、５４…コンデンサ。

Claims (5)

1. リフティングマグネットに励磁電流を供給するためのリフティングマグネット駆動回路であって、
   交流電源から供給された交流電源電圧を直流電源電圧へ変換し、該直流電源電圧を正側出力端と負側出力端との間に提供する直流変換部と、
   前記直流変換部の前記正側出力端に電気的に接続された正側電源ラインと、
   前記直流変換部の前記負側出力端に電気的に接続された負側電源ラインと、
   前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間に電気的に接続され、少なくとも４つのトランジスタ、及び該少なくとも４つのトランジスタそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された少なくとも４つの整流素子を含んで構成され、前記リフティングマグネットへの前記励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部と、
   前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間に電気的に接続され且つ互いに直列に接続された抵抗素子及びスイッチ素子、並びに前記抵抗素子及び前記スイッチ素子に対して並列に接続された容量素子を有し、前記励磁電流の向きが切り替わる際に前記リフティングマグネットに蓄積されたエネルギを吸収するエネルギ吸収部と、
   前記Ｈブリッジ回路部と前記エネルギ吸収部との間の前記正側電源ラインに流れる電流の向き及び大きさを測定する電流測定部、及び前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間の電位差を測定する電位差測定部のうち少なくとも一方の測定部と、
   前記電流の向き及び大きさ、並びに前記電位差のうち少なくとも一方の測定結果に基づいて、前記エネルギ吸収部の前記スイッチ素子における導通状態を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする、リフティングマグネット駆動回路。
2. 前記電流測定部を備え、
   前記正側電源ラインにおいて前記Ｈブリッジ回路部から前記エネルギ吸収部へ向かう電流が生じたときに、前記制御部が前記スイッチ素子を導通させることを特徴とする、請求項１に記載のリフティングマグネット駆動回路。
3. 前記電位差測定部を備え、
   前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間の前記電位差が所定の第１の閾値以上となったときに、前記制御部が前記スイッチ素子を導通させることを特徴とする、請求項１に記載のリフティングマグネット駆動回路。
4. 前記電流測定部を備え、
   前記スイッチ素子が導通された後、前記正側電源ラインにおいて前記Ｈブリッジ回路部から前記エネルギ吸収部へ向かう前記電流の大きさが所定の第２の閾値以下となったときに、前記制御部が前記スイッチ素子を不通にすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフティングマグネット駆動回路。
5. 前記電位差測定部を備え、
   前記スイッチ素子が導通された後、前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間の前記電位差が所定の第３の閾値以下となったときに、前記制御部が前記スイッチ素子を不通にすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフティングマグネット駆動回路。

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