JP3792314B2 - 電磁石励磁コイル用電源供給回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの１次巻線及び１つの２次巻線を含んでいる電磁石の励磁コイルに直流又は整流された交流を供給する電源供給回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コイルの過熱と、電源から必要とされる電流消費とを低減させることを目的として、電磁石に２重巻線コイルを使用することが知られている。この目的のため、このコイルは、呼び巻線及び保持巻線を含んでいる。
【０００３】
これらの巻線が並列接続されている場合、これらの双方には、当初、強い呼び電流が供給され、電磁石の可動磁気回路の初期動作が引き起こされる。それから、保持巻線だけに弱い電流が供給され続け、可動磁気回路は保持位置に保持され続ける。このとき、呼び巻線への電流供給は、スイッチングにより停止される。選択された遅延時間後に、電子的手段によってこれら巻線のうちの１つに電流供給についてのスイッチングを行うことは、ドイツ特許ＤＥ２１２８６５１号により知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この選択された遅延時間の長さを制御することは困難である。実際、磁気回路が閉じる前にスイッチングが行われてしまうことがあるが、この場合には、電磁石は閉じるものの、保持位置での保持動作を継続することは不可能となる。また、スイッチングが遅すぎることもあるが、これによってコイルが過熱し、電磁石の出力によって動作を行う場合の動作速度の低減という結果をもたらすことになる。
【０００５】
それ故、本発明は、電磁石が閉じた後、コイルの電流が、可動磁気回路を保持位置に保持し続けるのに充分な保持電流に非常に接近した場合のみ、コイルの２つの巻線のうちの１つに対する電源供給についてのスイッチングを確実に行う電子回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による電源供給回路は、２次巻線への電流供給又はその遮断を可能にすべく導通制御される第１の半導体要素をスイッチングするスイッチング手段を含んでいることを特徴とする。このスイッチング手段は、１次巻線とこの半導体要素との間に配置されており、第２の半導体要素を含んでいる。このスイッチング手段は、第１の半導体要素の制御部と第２の半導体要素の出力側との間の電圧が、電磁石閉動作時に対応する値よりも大きく設定されている電圧しきい値に達した時に、第１の半導体要素のスイッチングを実行するようになっている。
【０００７】
本発明によれば、スイッチング手段は、１次巻線と第２の半導体要素の制御部とに接続されている電圧調整回路を含んでいる。第２の半導体要素は、第１の半導体要素の制御部に接続されており、第１の半導体要素の制御部と第２の半導体要素の出力側との間の電圧がしきい値に達した時に、この第１の半導体要素を遮断するようになっている。
【０００８】
電圧調整回路は、好ましくは、並列接続された抵抗要素及びキャパシタから成るＲＣフィルタを含んでおり、第２の半導体要素の制御部がこの電圧調整回路の入力側に接続される。
【０００９】
抵抗要素は、好ましくは、直列接続された２つの抵抗体を有する分圧ブリッジから成り、一方の抵抗体は１次巻線に接続され、他方の抵抗体はキャパシタと並列接続されると共に、コイルの電源供給戻りライン側に接続されている。
【００１０】
このように、スイッチング手段が配置され構成されているので、電磁石の全部が閉じた後、電流が保持電流値付近に達した時に、第１の半導体要素のスイッチングを確実に実行することが可能となる。
【００１１】
本発明の特徴及び効果は次の説明及び添付図面によって明らかにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による電磁石励磁コイル用電源供給回路を示す構成図である。図示を省略した電磁石は、励磁コイルと、固定磁気回路と、励磁コイルへの電流供給時に固定磁気回路により引きつけられるようになっている可動磁気回路とを含んでいる。電磁石のこの励磁コイルは、２つの巻線すなわち１次巻線Ｂ１及び２次巻線Ｂ２を備えている。
【００１３】
巻線Ｂ１，Ｂ２は、２つの電流供給ラインすなわち電流供給源Ｓの正極及び負極にそれぞれ接続されている外側ラインａと戻りラインｂとの間に並列接続されている。この回路は、直流電流源からの電流により（図１乃至図３）、または、交流電流を整流した電流により（図４）機能する。
【００１４】
１次巻線Ｂ１及び２次巻線Ｂ２は、可動磁気回路を動作させることが可能なものである。１次巻線Ｂ１のみに対しては、電磁石が一旦閉じられた後も、可動磁気回路を保持位置に保持し続けるために継続して電流が供給される。
【００１５】
１次巻線Ｂ１は、電流供給ラインａ，ｂ間に抵抗Ｒ１と直列接続されている。２次巻線Ｂ２への電流供給は、例えば、トランジスタタイプの半導体要素Ｔ２の導通制御により制御される。
【００１６】
バイポーラタイプ又は他のタイプのトランジスタＴ２は、電圧しきい値回路２０に接続されている。この電圧しきい値回路２０は、回路がスイッチオンされると直ちに必要な電圧しきい値を出力するようになっている。
【００１７】
第１の実施形態の回路は直流電流が供給されるものであり、図２に示すように、回路２０はラインａ，ｂ間に直列接続された２つの抵抗Ｒ３、Ｒ４により構成することができる。そして、トランジスタＴ２の制御部は、この２つの抵抗体の共通接続点Ｃに接続されている。
【００１８】
第２の実施形態の回路も直流電流が供給されるものであり、図３に示すように、回路２０はラインａ，ｂ間に直列接続された抵抗Ｒ２及びツェナーダイオードＺ２により構成することができる。そして、トランジスタＴ２の制御部は、この抵抗体及びダイオードの共通接続点Ｃに接続されている。
【００１９】
トランジスタＴ２は、電磁石の磁気回路が閉じられた後開放されるようになっており、２次巻線Ｂ２への電源供給が遮断されるようになっている。このトランジスタは、その制御部と１次巻線Ｂ１との間に配置されたスイッチング手段１０を介して開放される。
【００２０】
スイッチング手段１０は、電圧調整回路１１と、トランジスタタイプの導通制御可能な半導体要素Ｔ１とを含んでいる。
【００２１】
電圧調整回路１１は、１次巻線Ｂ１に接続されると共にＲＣ型フィルタに直列接続された抵抗Ｒ５を含んでいる。このＲＣ型フィルタは、並列接続された抵抗Ｒ６及びキャパシタＣ１により構成され、戻りラインｂ側に接続されている。この回路は電圧積分器を構成している。
【００２２】
バイポーラタイプ又は他のタイプのトランジスタＴ１の入力側はトランジスタＴ２の制御部に接続されており、出力側は戻りラインｂに接続されている。そして、制御部は、回路１１の抵抗Ｒ５，Ｒ６間の接続点Ｄに接続されている。
【００２３】
図４は、交流の２重半波整流源から電流が供給される回路を示している。この実施形態では、交流電流源Ｓと回路の電源供給ラインａ，ｂとの間に整流ブリッジが配設されており、交流電流を２重に半波整流した電流が回路に供給されるようになっている。この２重半波整流の各半波は、整流された正弦波により構成されている。さらに、整流された正弦波の波形を平滑にするため、平滑化手段を任意に付加することができる。手段３０は、１次巻線Ｂ１と戻りラインｂとの間で直列接続されたダイオードＤ２及びキャパシタＣ２を含んでいる。そして、回路１１の抵抗Ｒ５は、ダイオードＤ２及びキャパシタＣ２の接続中点Ｅに接続されている。
【００２４】
次に、この回路の動作につき説明する。ラインａ，ｂ間に電圧が印加されると、最初に１次巻線Ｂ１及び抵抗Ｒ１を通して電流が確立され、次いで、電圧しきい値回路を通して電流が確立される。トランジスタＴ２の制御部の電位は、すぐに電流出力を行うのに充分なレベルまで上昇し、２次巻線Ｂ２に電流を供給するようになる。
【００２５】
図５（ａ），図５（ｂ）は、それぞれ１次巻線Ｂ１及び２次巻線Ｂ２の中を流れる電流の変化速度を示している。２次巻線Ｂ２の中を流れる電流の変化速度は、電流値が負の値を取ることがないという事実を別にすれば１次巻線Ｂ１と同じである。したがって、コイルの電流特性を調べるためには、１次巻線の電流の変化速度を調べれば充分である。
【００２６】
整流された交流電流の場合、電流速度は同じであるが、特性曲線は正弦波により構成されることになる。結果として、電圧調節回路１１の構成については、直流電流の場合のものをそのまま変えることなく用いることができる。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、２つの相すなわち呼び相Ａと保持相Ｂとの間は、はっきりと区別されている。これら２つの相間での移行が生じた時点は、電磁石が閉じた後、電流が保持値において安定化した時点に対応している。
【００２８】
呼び相Ａの期間において、電流レベルは２つの巻線を通って電流値ｌ1 まで上昇し、可動磁気回路が固定磁気回路に向かって移動を開始する。この後、すぐに図中の時刻ｔ１に対応する電磁石閉成時点まで電流は減少することになる。これらの段階は、第１のサージ電流Ｏ１の特性である。
【００２９】
電磁石が閉じられると、電流は再びべき指数的なカーブに沿って上昇する。このカーブは第２のサージ電流Ｏ２に対応するものであり、電流は、保持位相Ｂの開始点に対応する保持値ｌc に達する。２次巻線Ｂ２への電源供給はスイッチング手段１０を用いて遮断され、電圧調整回路１１は、電磁石がすでに閉じられているので、この遮断状態への変化を許容する。
【００３０】
図６は、抵抗Ｒ１の両端電圧を示しており、その変化速度は図５（ａ）に示された１次巻線Ｂ１の電流変化速度と同じである。何故なら、この電圧は１次巻線Ｂ１の電流特性と同じに表されているからである。電圧調整回路１１が扱うのはこの電圧である。それ故、コイル内を流れる電流の特性が必要とされる。この特性は、抵抗Ｒ１又はツェナーダイオードにより構成される測定手段によって得られるものである。
【００３１】
図７は、電圧調整回路１１のＲＣ回路の両端電圧すなわちトランジスタＴ１の制御部及び出力部間の電圧を示している。
【００３２】
図６，７に示すように、抵抗Ｒ１の両端電圧が第１のサージ電圧Ｏ１′の最大値Ｖm に上昇するまでの期間において、キャパシタＣ１には電圧値Ｖ1 になるまで電圧が印加される。これらの電圧値Ｖm 及びＶ1 は、可動磁気回路の移動開始時点に対応する。
【００３３】
キャパシタＣ１には、電圧がしきい値Ｖs よりも低い状態を維持するように、その最大容量に達しないように電圧が印加される。このしきい値Ｖs は、トランジスタＴ１の導通動作に必要な電圧に対応するものである。
【００３４】
ＲＣ回路の両端電圧の値、及びトランジスタＴ１の制御部と出力部との間の電圧の値Ｖ1 を、電磁石が閉じられている限りしきい値Ｖs よりも低く維持しておくために、段階的な変化が採用されており、抵抗Ｒ１の両端における第１のサージ電圧Ｏ１′の値Ｖm が第２のサージ電圧Ｏ２′の保持電圧Ｖc （電磁石を閉状態に維持するのに充分な保持電流ｌc に対応）よりも低くなることを確実にしている。これらの動作は電圧調整回路１１を通して実行される。
【００３５】
２つの抵抗Ｒ５，Ｒ６及びキャパシタＣ１は、抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧信号を処理する積分器を構成している。そして、この信号から、トランジスタＴ１の動作しきい値Ｖｓに到達するのに必要な時間を調節する。
【００３６】
それから、キャパシタＣ１は、可動磁気回路の移動期間に対応する、抵抗Ｒ１の両端電圧下降期間において、放電を行う。
【００３７】
電磁石が閉じられると、抵抗Ｒ１の両端電圧は再び上昇し、これによりキャパシタＣ１は再び充電される。キャパシタが最大電流出力容量に達した時には、抵抗Ｒ１の両端電圧は保持値Ｖｓに達していると共に、ＲＣ回路の両端電圧もしきい値Ｖｓに達しており、トランジスタＴ１に導通動作を生じさせ、これを導通させる。
【００３８】
それから、トランジスタＴ２の制御部の電位は消え、トランジスタＴ２は遮断される。したがって、２次巻線Ｂ２にはもはや電流は供給されず、１次巻線Ｂ１に対してのみ保持値における電流の供給が継続される。この保持値は、電磁石が閉じている間は、キャパシタがその最大電流出力容量の状態で充電されるよう充分に維持されていなければならない。これにより、トランジスタＴ１の導通が遮断され、２次巻線Ｂ２に新たに電流が供給されることのないように、トランジスタＴ１の制御部と出力部との間の電圧が低下するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源供給回路の構成図。
【図２】図１の構成において直流電流が供給される場合の実施形態の構成図。
【図３】図１の構成において直流電流が供給される場合の実施形態の構成図。
【図４】図１の構成において整流された交流電流が供給される場合の実施形態の構成図。
【図５】１次巻線及び２次巻線の電流変化特性を示す特性図。
【図６】図１乃至図４における抵抗Ｒ１の両端電圧の変化特性を示す特性図。
【図７】図１乃至図４における電圧調整回路内のＲＣ回路の両端電圧の変化特性を示す特性図。
【符号の説明】
Ｓ 電流供給源
ａ 外側ライン
ｂ 戻りライン
Ｂ１ １次巻線
Ｂ２ ２次巻線
Ｔ２ トランジスタ（第１の半導体要素）
Ｔ１ トランジスタ（第２の半導体要素）
Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗
Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ
Ｚ２ ツェナーダイオード
Ｄ２ ダイオード
１０ スイッチング手段
１１ 電圧調整回路
２０ 電圧しきい値回路

Claims (8)

1. 少なくとも１つの１次巻線（Ｂ１）及び２次巻線（Ｂ２）を備えた電磁石のコイルに直流電流又は整流された交流電流を供給する電源供給回路において、
   ２次巻線（Ｂ２）への電流供給又はその遮断を可能にするように第１の半導体要素（Ｔ２）の導通制御を行うスイッチング手段（１０）を含んでおり、
   このスイッチング手段（１０）は、１次巻線（Ｂ１）と第１の半導体要素（Ｔ２）の制御部との間に配設されると共に、この第１の半導体要素（Ｔ２）の制御部に接続されている第２の半導体要素（Ｔ１）を含んでおり、
   −この第２の半導体要素（Ｔ１）は、 第２の半導体要素（Ｔ１）の制御部と出力部との間の電圧が、電磁石の閉動作開始時点に対応する値（Ｖ１）よりも大きな電圧しきい値（Ｖｓ）に達した時に、第１の半導体要素（Ｔ２）を開放し、
   −このスイッチング手段（１０）は、１次巻線（Ｂ１）内における電流を示す電圧を測定し、そして電圧しきい値（Ｖｓ）に到達するのに必要な時間を調節するためのこの電圧を積分するために、１次巻線（Ｂ１）及び第２の半導体要素（Ｔ１）の制御部に接続されている電圧調整回路（１１）を含む
   ことを特徴とする電源供給回路。
2. 請求項１記載の電源供給回路において、
   電圧調整回路（１１）は、直列接続された２つの抵抗（Ｒ５，Ｒ６）を備えた抵抗要素とキャパシタ（Ｃ１）とから構成されるＲＣフィルタを含んでおり、
   一方の抵抗（Ｒ５）は１次巻線（Ｂ１）に接続されており、他方の抵抗（Ｒ６）はキャパシタ（Ｃ１）に並列接続されると共にコイルの電流供給戻りライン（ｂ）に接続されている、
   ことを特徴とする電源供給回路。
3. 請求項２記載の電源供給回路において、
   第２の半導体要素（Ｔ１）の制御部は、２つの抵抗（Ｒ５，Ｒ６）の間にある、電圧調整回路（１１）の入力部（Ｄ）に接続されている、
   ことを特徴とする電源供給回路。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源供給回路において、
   第１の半導体要素（Ｔ２）の制御部が、コイルの２つの電流供給ライン（ａ，ｂ）間で直列接続された抵抗（Ｒ３）と抵抗（Ｒ４）との間の接続点（Ｃ）に接続されている、
   ことを特徴とする電源供給回路。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源供給回路において、
   第１の半導体要素（Ｔ２）の制御部が、コイルの２つの電流供給ライン（ａ，ｂ）間で直列接続された抵抗（Ｒ２）とツェナーダイオード（Ｚ２）との間の接続点（Ｃ）に接続されている、
   ことを特徴とする電源供給回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源供給回路において、
   ２つの半導体要素（Ｔ１，Ｔ２）はトランジスタである、
   ことを特徴とする電源供給回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源供給回路において、
   １次巻線（Ｂ１）及び２次巻線（Ｂ２）は、コイルの２つの電流供給ライン（ａ，ｂ）間で並列接続されている、
   ことを特徴とする電源供給回路。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電源供給回路において、
   １次巻線（Ｂ１）内を流れる電流の特性を測定する手段を含んでおり、
   これらの手段は、前記１次巻線（Ｂ１）に直列接続されると共に電圧調整回路（１１）に並列接続されるものである、
   ことを特徴とする電源供給回路。

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