JP2789899B2 - 電磁コンタクタの制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば産業車両の電気
回路系に用いられる電磁コンタクタに係り、その接点を
作動するためのコイルへの電流を制御する電磁コンタク
タの制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリフォークリフト等の電動車両を
例にすると、その電気回路系は、荷役回路，走行回路，
油圧制御回路等の各ブロックに分かれ、荷役モータや走
行モータ，ポンプ駆動モータ等を負荷とし、該負荷を駆
動する電流を断続したり、逆転するための電磁コンタク
タを随所に設けることで、所要の動作を行うようになっ
ている。

【０００３】このような電動車両の電気回路系に使われ
る電磁コンタクタは、接点とこれを作動するコイルとか
ら成り、通常は、コイルに電流を流したときに、接点が
投入され導通状態となり、電流を遮断したときに接点が
離落され非導通状態となる。そして、導通状態時は、コ
イルに直列に接続したスイッチング素子のスイッチング
時間を制御することで、コイルに流す電流（以下、コイ
ル電流と呼ぶ）の大きさを変化させている。すなわち、
投入時におけるコイルへの初期電流は大きくなるよう
に、投入信号（以下、ＯＮ信号という）でスイッチング
素子を導通状態にし、一定時間経過するとコイル電流が
小さな電流に下がるように、上記スイッチング素子をチ
ョッパ動作させている。これは、電磁コンタクタの性質
が、接点投入時には大きな初期電流が必要であるが、導
通状態に移行後は小さな電流（以下、保持電流という）
で十分に導通状態を保持できるからである。

【０００４】また、このような回路では、導通状態時に
は、マイコンによって常時、接点状態を監視し、外的な
振動によって接点が離落した場合に、これを認識して再
度ＯＮ信号を発生して再投入させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁コ
ンタクタの性質に従った上記従来の制御回路は、接点投
入時の大きな初期電流を流す期間を時間設定し、保持電
流の大きさを電源の電圧によって設定しているため、
コイルの抵抗温度特性、機械的ばらつき、コイルの
電源電圧変動を考慮して、上記初期電流を流す期間に時
間的マージンを持たせるとともに、保持電流の値にもマ
ージン分を持たせている。このため、コイルとスイッチ
ング素子での損失が増え、余分なエネルギーの消費とな
る。

【０００６】また、マイコンで上記制御を行う場合は、
投入中の接点状態監視をマイコンで行っているが、振動
等による接点の離落を検出したとき、マイコンより再投
入信号を発生しなければ、接点の導通状態を復元するこ
とができない。そこで本発明の目的は、投入時に必要な
電流が最小限で済み、コイルやスイッチング素子での損
失を抑えるようにした電磁コンタクタの制御回路を提供
する。

【０００７】本発明の更なる目的は、投入中に接点が離
落しても、マイコン等により監視することなく、容易に
離落状態を検出し再投入することができる電磁コンタク
タの制御回路を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コイルに流す
電流が通電及び遮断されることにより、接点端子間が導
通状態と非導通状態とに切換えられる電磁コンタクタの
通電状態を制御する制御回路であって、前記コイルに接
続された電圧源と、前記コイルに流れる電流を断続する
スイッチング素子と、前記コイルに流れる電流を検出す
る電流検出素子をもち、該電流検出素子の両端に生じる
電圧レベルに比例したモニタ信号を発生するコイル電流
検出手段と、前記接点端子間の電圧を監視し、導通状態
と非導通状態とで異なるレベルに変化する監視信号を前
記コイル電流検出手段に出力して導通状態の時に該コイ
ル電流検出手段を動作させる接点状態監視手段と、ＰＷ
Ｍ原信号を前記モニタ信号に応じて変調して単位波形時
間幅の変化するＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で前
記スイッチング素子を制御すると共に、その制御中、前
記接点端子間が導通状態から離脱したときの前記監視信
号に基づいて前記スイッチング素子を通電初期時と同等
の信号で制御するＰＷＭ発生手段とを具備している。

【０００９】

【作用】したがって上記構成によれば、ＯＮ信号の発生
前は監視信号によりモニタ信号のレベルが決定され、チ
ョッパ制御信号は無変調となっている。ＯＮ信号が発生
すると、その初期は、ＰＷＭ発生手段から無変調のチョ
ッパ制御信号がスイッチング素子に加わり、コイルに大
きな初期電流を流すことができる。この初期電流が流れ
ると、接点が導通するため、監視信号がレベル変化し、
初期電流期間が決定される。この監視信号のレベル変化
により、モニタ信号は電流検出素子の両端に生じる電圧
によって決まるようになり、このときのモニタ信号とＰ
ＷＭ信号との比較により得られるチョッパ制御信号は、
単位波形時間幅が徐々に小さくなり、コイル電流は徐々
に小さくなって、接点端子間の例えば導通状態を維持す
る最小限の保持電流に安定し、接点の導通状態を維持す
る。

【００１０】そして、電流検出素子の両端に生じる電圧
が温度等の環境や電源電圧の変動によって変わっても、
コイル電流が一定となるように、チョッパ制御信号の単
位波形時間幅が制御される。また、導通状態の期間に、
接点の離落が生じた場合は、接点状態監視手段からの監
視信号に基づいてモニタ信号が電流検出素子の両端電圧
に従わないレベルに変化し、初期電流と同等の大きなコ
イル電流を流すようなチョッパ制御信号が形成される。
故に、導通状態の期間に、接点の離落が生じた場合で
も、速やかに導通状態を復元することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をメイクとブレークとに変化す
る電磁コンタクタを例にした実施例によって詳細に説明
する。図１は本発明に係る電磁コンタクタの制御回路の
基本構成を示す。制御される電磁コンタクタ１は、接点
１ａとコイル１ｂとから成り、コイル１ｂに流れる電流
によって接点１ａが投入される結合体である。接点１ａ
は、可動端子ｐが電源回路９に、固定接点ｓが負荷１０
に接続されて、電源回路９と負荷１０との間を断続する
スイッチとなっている。コイル１ｂには、電流検出抵抗
１２が直列に接続され、この直列接続にコレクタエミッ
タ通路を更に直列に接続したチョッパ用スイッチングト
ランジスタ６が設けられている。これらコイル１ｂ，検
出抵抗１２及びトランジスタ６から成る直列回路は、電
源回路９からの電圧が印加されるようになっている。な
お、コイル１ｂと検出抵抗１２の直列接続には、フライ
ホイールダイオード１１が並列に接続されている。

【００１２】ところで、検出抵抗１２は、両端をコイル
電流検出手段４に接続されている。コイル電流検出手段
４は、上記検出抵抗１２の両端電圧によってコイル１ｂ
に流れる電流ｉ₂ のレベルに比例したモニタ信号４ａを
ＰＷＭ発生手段５に供給するようになっている。ＰＷＭ
発生手段５は、端子８からのＯＮ信号によってトランジ
スタ６を導通させるとともに、導通後におけるトランジ
スタ６のチョッパ動作を、同トランジスタ６のベースに
供給するチョッパ制御信号５ａによって制御するように
なっている。上記コイル電流検出手段４から送出される
電流ｉ₂ のモニタ信号４ａは、上記チョッパ制御信号５
ａの単位波形時間幅を制御することになる。

【００１３】また、コイル電流検出手段４には、接点状
態監視手段３からの検出信号３ａも入力されており、上
記電流ｉ₂ のモニタ信号４ａ中に前記検出信号３ａに基
づく情報も重畳されるようになっている。接点状態監視
手段３は、運転者等に接点状態を認識させるための信号
３ｂを発生して、該信号３ｂを状態チェック回路７に供
給している。そして状態チェック回路７の出力７ａによ
って接点の状態を知ることができるようになっている。

【００１４】このような構成によれば、接点投入時、端
子８よりＯＮ信号がＰＷＭ発生手段５に供給されると、
ＰＷＭ発生手段５は、ＯＮ信号のタイミングでトランジ
スタ６を導通させる。これによってコイル１ｂには、電
源回路９から電流ｉ₂ が流れて、接点１ａは投入動作す
る。その後、コイル１ｂに流れる電流ｉ₂ が検出抵抗１
２の両端電圧として検出され、それに基づくモニタ信号
４ａによってＰＷＭ発生手段５が制御される。すなわ
ち、ＰＷＭ発生手段５は、電流ｉ₂ のモニタ信号４ａに
基づいて、接点投入後のトランジスタ６を電流ｉ₂ が一
定となるように制御するものである。

【００１５】また、投入中に、振動等で接点１ａが離落
した場合は、接点状態監視手段３からの監視信号３ａに
よってコイル電流検出手段４から導出されるモニタ信号
４ａのレベルを変え、これによりＰＷＭ発生手段５によ
って形成されるチョッパ制御信号５ａを、ＯＮ信号と同
等の信号に変化させる。したがって、接点１ａが途中に
離落しても、投入状態を復元することができる。

【００１６】以上の基本構成に基づいた具体的実施例を
図２によって説明する。図２において、図１の基本構成
と対応するブロックには、同一符号を付してある。電源
回路９は、例えば電動車両のバッテリに相当するもの
で、接点状態監視手段３，電流検出回路４，ＰＷＭ発生
手段５及び状態チェック手段７は、上記バッテリの電圧
或いはこれを基に作成した電圧源によって駆動されるよ
うになっている。上記電源回路９のバッテリ出力端子と
接地点との間には、コイル１ｂ，検出抵抗１２及びトラ
ンジスタ６の直列回路が接続されている。

【００１７】接点状態監視手段３は、抵抗２２，定電圧
ダイオード２３，コイル電流検出手段４のフォトトラン
ジスタ２１−２と光結合素子を構成する発光ダイオード
２１−１及び状態チェック手段７のフォトトランジスタ
３０−２と光結合素子を構成する発光ダイオード３０−
１から成る直列回路を、接点１ａに並列に接続して成
り、上記発光ダイオード２１−１及び３０−１に流れる
電流によって、接点状態を示す監視信号３ａ，３ｂを出
力するようになっている。なお、発光ダイオード２１−
１と発光ダイオード３０−１の直列接続には、抵抗２４
が並列接続され、更に、上記定電圧ダイオード２３を含
めた発光ダイオード２１−１と発光ダイオード３０−１
の直列接続には、発光ダイオード２１−１及び３０−１
に逆電圧が印加しないようにしたダイオード２５が並列
に接続されている。

【００１８】次に、コイル電流検出手段４は、ＰＷＭ発
生手段５のフォトトランジスタ１８−２と光結合素子を
構成する発光ダイオード１８−１，抵抗１７及びシャン
ト・レギュレータ１９の直列回路が設けられ、該直列回
路の両端に補助電源１４からの電圧を印加するととも
に、上記シャント・レギュレータ１９のＲＥＦに抵抗２
０を介して検出抵抗１２からの両端電圧を印加し、更
に、上記補助電源１４の保護用抵抗１５と逆流阻止用ダ
イオード１６から成る直列回路が、発光ダイオード１８
−１と電源回路９との間に挿入されている。なお、シャ
ント・レギュレータ１９のＲＥＦとアノード間には、接
点状態監視手段３の上記発光ダイオード２１−１と光結
合したフォトトランジスタ２１−２のコレクタエミッタ
通路が並列に接続されている。

【００１９】ＰＷＭ発生手段５は、チョッパ制御信号５
ａの基になるＰＷＭ信号を発生する比較器２７と、比較
器２７の出力と端子８からのＯＮ信号との論理積を出力
してトランジスタ６を制御するＡＮＤ回路２９とで構成
されている。比較器２７は、一方の入力端子に例えば鋸
歯状波発生回路２８からのＰＷＭ原信号が印加され、他
方の入力端子にコイル電流検出手段４の発光ダイオード
１８−１と光結合したフォトトランジスタ１８−２のエ
ミッタからの信号が印加されている。なお、フォトトラ
ンジスタ１８−２のエミッタには抵抗２６が接続されて
いる。

【００２０】また、状態チェック手段７は、接点状態監
視手段３の発光ダイオード３０−１と光結合したフォト
トランジスタ３０−２のエミッタに現れる電圧と参照電
圧とを比較する比較器３４によって、接点１ａの状態を
示す出力７ａを端子１３に導出する。詳しく説明すれ
ば、抵抗３２，３３による参照電圧が比較器３４の一方
の入力端子に印加され、比較器３４の他方の入力端子
に、フォトトランジスタ３０−２のエミッタ抵抗３１か
らの電圧が印加されている。

【００２１】なお、図１と図２を対比すると、監視信号
３ａは発光ダイオード２１−１から発する光情報に相当
し、監視信号３ｂは発光ダイオード３０−１から発する
光情報に、モニタ信号４ａは発光ダイオード１８−１の
発する光情報に、チョッパ制御信号５ａはＡＮＤ回路２
９の出力ｖ２９に相当する。次に上記具体回路の動作を
図３〜図５を参照し、各場合に分けて説明する。

【００２２】投入前： 接点１ａが非導通となっている
ときは、（Ａ）に示す端子８からのＯＮ信号が低レベル
であり、比較器２７の出力にかかわらずトランジスタ６
は非導通とされるので、コイル電流ｉ₂ は流れず、接点
１ａの非導通状態が保たれる。因みに、この非導通状態
では、フォトトランジスタ１８−２に電流が流れないた
め、比較器２７の出力は高レベルとなっている。

【００２３】投入時： 時刻ｔ₀ にてＯＮ信号が高レベ
ルに変わると、（Ｇ）に示すＡＮＤ回路２９の出力ｖ２
９が殆ど同時に高レベルとなる。これによってトランジ
スタ６が導通し、コイル１ｂにｉ₂ が流れ始める。ｉ₂
は瞬時に大きくなり（初期電流）、接点１ａを導通させ
る。 投入後： 接点１ａが導通すると、（Ｂ）に示すよう
に、接点端子間電圧ｖ₁が低下する。接点端子間電圧ｖ
₁ の低下が定電圧ダイオード２３と抵抗２４にて定まる
電圧ｖ_Z より低下する時刻ｔ₁ で、定電圧ダイオード２
３が非導通となる。その後、（Ｃ）に示すように、発光
ダイオード１８−１（及び３０−１）に流れる電流ｉ
_21-1が低下する。電流ｉ_21-1がある値以下になると、フ
ォトトランジスタ２１−２が非導通となり、シャント・
レギュレータ１９のＲＥＦ電圧が検出抵抗１２の両端電
圧ｖ₁₂によって決まり、ｖ₁₂に応じた電流ｉ_18-1が
（Ｄ）に示すように、発光ダイオード１８−１に流れ始
める。このときｉ₂ は大きな値となっているため、ｉ
_18-1も大きな値となる。フォトトランジスタ１８−２に
流れる電流ｉ_18-2は、電流ｉ_18-1に比例するため、
（Ｅ）に示すように、電流ｉ_18-2も大きくなり、抵抗２
６の両端電圧である比較器２７への一方の入力電圧ｖ₂₆
（モニタ信号４ａに相当）が（Ｆ）に示すように大きく
なる。ここで、鋸状波発生回路２８の出力ｖ₂₈（ＰＷＭ
原信号）と電圧ｖ₂₆とは、ｖ₂₆がｖ₂₈より大きくなる
と、比較器２７の出力が低レベルとなり、コイル電流ｉ
₂ は、接点１ａの導通後、即座に減じられる。さらにｖ
₂₆がそのピークから低下するに応じて、ｖ₂₆がｖ₂₈より
大きくなる期間が短くなるため、比較器２７の出力にお
ける高レベルのパルス時間幅が徐々に長くなり、トラン
ジスタ６に加わるチョッパ制御信号５ａの高レベルのパ
ルス幅がしだいに長くなって、例えばパルスデューティ
が５０％となる点で安定する。（Ｇ）は以上のようなチ
ョッパ制御信号５ａのパルス時間幅変化を示しており、
パルスデューティが５０％となる安定点が、本発明によ
る保持電流を与えることになる。

【００２４】投入中： 接点１ａが導通状態の期間に、
温度変化，バッテリ電圧の変動等によって、電流ｉ₂ が
図４のように変化したとすると、各ｖ₁₂，ｉ_18-1及びｉ
_18-2は、ｉ₂ の変動に追随した変化を示す。ｉ_18-2は比
較器２７の一方の入力電圧ｖ ₂₆を決定しているので、図
５に示すｖ₂₆とｖ₂₈の関係より、チョッパ制御信号５ａ
となるＡＮＤ回路２９の出力ｖ₂₉は、コイル電流ｉ₂ が
下がるとｖ₂₉の高レベルパルス幅が長くなり、コイル電
流ｉ₂ が上がるとｖ₂₉の高レベルパルス幅が短くなる関
係を呈している。このことにより、ｉ₂ が下がると、ト
ランジスタ６の導通時間が長くなって、ｉ₂ が上がるよ
うにされ、反対に、ｉ₂ が上がると、トランジスタ６の
導通時間が短くなって、ｉ₂ が下がるようにされる。す
なわち、ｉ₂ を一定に保つような制御が働くことにな
る。

【００２５】なお、一定に保つｉ₂ の値を変更するとき
は、検出抵抗１２の値を変えればよい。また、投入中に
接点１ａが離落した場合、ＯＮ信号は高レベルのままで
あるが、接点端子間電圧ｖ₁ がＶｚを超えて上昇するの
で、電流ｉ_21-1が流れ始める。これによってフォトトラ
ンジスタ２１−２が導通し、シャント・レギュレータ１
９を遮断して電流ｉ_18-1をゼロとする。故に、フォトト
ランジスタ１８−２が非導通となって、比較器２７の出
力が高レベルとなり、接点投入時ｔ₀ と同じ、高レベル
幅の広いパルスでトランジスタ６を導通させる。よっ
て、接点１ａはＯＮ信号を再度入力し直さなくとも、自
動的に接点１ａの再投入がなされることになる。

【００２６】接点状態チェック： 状態チェック手段７
は、接点１ａが導通されていないときは、上述したごと
く発光ダイオード３０−１が導通するため、その電流ｉ
_30-1に比例した電流ｉ_30-2がフォトトランジスタ３０−
２に流れ、抵抗３１の両端に電圧ｖ₃₁が発生する。この
とき、抵抗３２と３３で決定する電圧ｖ₃₃が、ｖ₃₁＞ｖ
₃₃であれば、比較器３４が出力するチェック信号７ａは
ゼロ電位を示す。また、接点１ａが導通されているとき
は、発光ダイオード３０−１に電流が流れないので、抵
抗３１の電圧ｖ₃₁はゼロ電位であり、ｖ₃₁＜ｖ₃₃より、
チェック信号７ａは高レベルを示す。したがって、信号
７ａによって、接点状態を認識することができる。

【００２７】なお、図２の本実施例によれば、端子１３
と８の間にマイコンを接続した制御が可能となり、この
場合、マイコンは、従来のように、接点状態を監視する
必要も、不測の離落時にＯＮ信号を再度発生する必要も
なくなるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、コイ
ルに接続したスイッチング素子をチョッパ駆動するにあ
たり、接点端子間の電圧を監視した信号及び電流検出素
子の両端に生じる電圧に基づいてチョッパ制御信号の単
位波形時間幅を制御しているので、コイルの抵抗温度特
性，機械的ばらつき及び電源電圧の変動等にかかわら
ず、ＯＮ信号の発生時より接点の導通に必要だけの期
間、初期電流をコイルに流すことができ、その後、コイ
ルには電流検出素子の両端電圧に基づく最小限の保持電
流を供給することができる。

【００２９】また、導通状態の期間に、接点の離落が生
じた場合でも、接点状態の監視信号により初期電流と同
等のコイル電流を流し、再投入を速やかに行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電磁コンタクタの制御回路の基
本構成を示すブロック図

【図２】 図１の基本構成に基づく具体的実施例を示す
回路図

【図３】 図２の回路による本発明の動作を説明するタ
イムチャート

【図４】 同じく図２の回路の動作を説明する各部動作
波形図

【図５】 同図２の回路の動作を説明する各部動作波形
図

【符号の説明】

１…電磁コンタクタ、３…接点状態監視手段、４…コイ
ル電流検出手段、５…ＰＷＭ発生手段、６…トランジス
タ（スイッチング素子）、７…状態チェック手段、９…
電源回路、１０…負荷、１２…検出抵抗。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルに流す電流が通電及び遮断される
   ことにより、接点端子間が導通状態と非導通状態とに切
   換えられる電磁コンタクタの通電状態を制御する制御回
   路であって、 前記コイルに接続された電圧源と、 前記コイルに流れる電流を断続するスイッチング素子
   と、 前記コイルに流れる電流を検出する電流検出素子をも
   ち、該電流検出素子の両端に生じる電圧レベルに応じた
   モニタ信号を発生するコイル電流検出手段と、 前記接点端子間の電圧を監視し、導通状態と非導通状態
   とで異なるレベルに変化する監視信号を前記コイル電流
   検出手段に出力して導通状態の時に該コイル電流検出手
   段を動作させる接点状態監視手段と、 ＰＷＭ原信号を前記モニタ信号に応じて変調して単位波
   形時間幅の変化するＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号
   で前記スイッチング素子を制御すると共に、その制御
   中、前記接点端子間が導通状態から離脱したときの前記
   監視信号に基づいて前記スイッチング素子を通電初期時
   と同等の信号で制御するＰＷＭ発生手段とを、 具備したことを特徴とする電磁コンタクタの制御回路。