JP5152566B2

JP5152566B2 - 電磁接触器の電磁コイル駆動回路

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Publication number: JP5152566B2
Application number: JP2007332346A
Authority: JP
Inventors: 剛之白石
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: JP2009158159A

Description

本発明は、電磁接触器の電磁コイル駆動回路に関する。

従来より、励磁用の電磁コイルを巻回してなる固定鉄心、可動鉄心、両鉄心間に離間方向への付勢力を作用させる付勢手段、固定接点と可動接点とからなる主接点を備えた電磁接触器が知られている。このものでは、電磁コイルを通電すると、両鉄心間に磁気吸引力が作用し、接離状態にあった可動鉄心を固定鉄心に引き寄せられる。そして、電磁接触器の可動接点は可動鉄心と一体的に変位する構成となっており、鉄心の引き寄せに連動して可動接点が固定接点に相対移動する結果、主接点が開状態から閉状態、或いは閉状態から開状態に切り替わる構成となっている。

そして、可動鉄心を固定鉄心に引き込んだ後にも、引き続き電磁コイルを通電して両鉄心間に磁気吸引力を作用させることで、可動鉄心を引き込んだ状態に保持でき、これをもって主接点の接続状態を維持できる（ホールド動作）。

係るホールド動作は、可動鉄心を引き込むピックアップ動作に比べて弱い磁気吸引力でよく、電磁コイルに対する通電量（励磁電流の供給量）を抑えることが可能である。そのため、下記特許文献１にもあるように、励磁用の電磁コイルとして、ピックアップ用コイルと、ホールド用コイルとを専用に設けて、動作に応じて使用するコイルを切り替えることで、電力の消費を抑える試みがなされている。

また、電磁接触器は一般に、上記固定接点と上記可動接点とにより構成される主接点の他、主接点に比較して電流容量の小さな補助接点を備えている。補助接点は主接点と機械的に連動しており、例えば、主接点による主回路の開閉の際に、信号ラインを開閉して他の回路との連動などを目的に使用される他、上述したピックアップ動作とホールド動作を切り変える切り替え回路としても使用されることがある。
特開２００５−２３５５１５公報

ところで、上述した主接点及び補助接点は、図７に示すように、非通電状態において接点同士（固定接点３５１と可動接点３５３）が接触して閉状態となる常閉式のタイプ（ノーマリクローズ）のものと、図８に示すように非通電状態において、接点同士（固定接点３５１と可動接点３５３）が離間して開状態となる常開式のタイプ（ノーマリオープン）のものがある。

ここで、電磁コイルを通電させて、可動鉄片３２０を固定鉄心３１０側に引き込んだ場合、図９にて示すように、ノーマリクローズの接点は引き込みの初期段階で閉状態から開状態に切り替わる。そのため、ノーマリクローズタイプの補助接点を用いて切り替え回路を構成すると、引き込みの初期段階で切り替え回路が動作し、磁気吸引力の強いピックアップ動作から、磁気吸引力の弱いホールド動作に移行してしまう。電気接触器の主接点をより確実に開閉動作させるには、引き込み動作途中は強い磁気吸引力を作用させ、引き込み完了後に磁気吸引力の弱いホールド動作に移行させてやることが好ましく、切り替え回路の作動タイミングを最適なタイミングに設定する必要があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電力の消費を抑えつつも、主接点をより確実に開閉動作させることが可能な電磁接触器の電磁コイル駆動回路を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）は、励磁用の電磁コイルに対する通電操作により開閉する主接点と、前記主接点に対して機械的に連動して開閉する補助接点とを備えた電磁接触器の電磁コイル駆動回路であって、一端がグラウンドに接続されたピックアップコイルと、前記ピックアップコイルに対して直列的に接続され前記ピックアップコイルと共に前記電磁コイルを構成するホールドコイルと、電源より引き出され、前記電磁コイルに励磁電流を供給する電源ラインと、前記ホールドコイルの両端を相互に接続し、前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を前記ホールドコイルをバイパスさせ前記ピックアップコイルにのみ流すバイパスラインと、前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を、前記ピックアップコイルにのみ供給する第一通電パターンと、前記ピックアップコイルと前記ホールドコイルの双方に供給する第二通電パターンとに切り替える切り替え回路と、を備えてなると共に、前記補助接点のうち、前記電磁コイルに励磁電流が供給されていない非通電時に接点同士が接触して閉状態となる常閉式の補助接点をノーマリクローズ接点、非通電時に接点同士が離間して開状態となる常開式の補助接点をノーマリオープン接点と定義したときに、前記切り替え回路は、前記バイパスラインに設けられる半導体スイッチング素子と、ノーマリオープン接点タイプの補助接点よりなる作動スイッチとを少なくとも含み、前記作動スイッチである補助接点がオープン状態からクローズ状態に切り替わることを条件に回路が作動して、前記バイパスラインを閉路するオン状態にある前記半導体スイッチング素子が前記バイパスラインを開路するオフ状態に切り替わることにより、前記第一通電パターンから前記第二通電パターンに通電パターンが切り替わる回路構成としてあるところに特徴を有する。

本発明（請求項２）は、励磁用の電磁コイルに対する通電操作により開閉する主接点と、前記主接点に対して機械的に連動して開閉する補助接点とを備えた電磁接触器の電磁コイル駆動回路であって、一端がグラウンドに接続され、他端が電源ラインに接続されたホールドコイルと、前記ホールドコイルに対して並列的に接続され前記ホールドコイルと共に前記電磁コイルを構成するピックアップコイルと、前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を、前記ピックアップコイルと前記ホールドコイルの双方に供給する第一通電パターンと、前記ホールドコイルにのみに供給する第二通電パターンとに切り替える切り替え回路と、を備えてなると共に、前記補助接点のうち、前記電磁コイルに励磁電流が供給されていない非通電時に接点同士が接触して閉状態となる常閉式の補助接点をノーマリクローズ接点、非通電時に接点同士が離間して開状態となる常開式の補助接点をノーマリオープン接点と定義したときに、前記切り替え回路は、前記ピックアップコイルを前記ホールドコイルに対して並列的に接続する並列ラインに設けられる半導体スイッチング素子と、ノーマリオープン接点タイプの補助接点よりなる作動スイッチとを少なくとも含み、前記作動スイッチである前記補助接点がオープン状態からクローズ状態に切り替わることを条件に回路が作動して、前記並列ラインを閉路するオン状態にある前記半導体スイッチング素子が、前記並列ラインを開路するオフ状態に切り替わることにより、前記第一通電パターンから前記第二通電パターンに通電パターンが切り替わる回路構成としてあるところに特徴を有する。

上記発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
本発明（請求項１）において、前記切り替え回路は、前記バイパスライン上において電源側にソースを接続し、前記ピックアップコイル側にドレインを接続した前記半導体スイッチング素子としてのＰチャンネル型電界効果トランジスタと、グラウンド側にソースを接続し、前記Ｐチャンネル型電界効果トランジスタのゲートにドレインを接続したＮチャンネル型電界効果トランジスタと、を備え、前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートを電流制限抵抗を介して前記電源側に接続して当該ゲートの電位をＨレベルにし、かつ前記電流制限抵抗の両端のうちの前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートに連なる側の端部を、前記ノーマリオープン接点タイプの補助接点によって前記グラウンドに接続する回路構成とする。
また本発明（請求項２）において、前記切り替え回路は、前記並列スライン上において電源側にソースを接続し、前記ピックアップコイル側にドレインを接続した前記半導体スイッチング素子としてのＰチャンネル型電界効果トランジスタと、グラウンド側にソースを接続し、前記Ｐチャンネル型電界効果トランジスタのゲートにドレインを接続したＮチャンネル型電界効果トランジスタと、を備え、前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートを電流制限抵抗を介して前記電源側に接続して当該ゲートの電位をＨレベルにし、かつ前記電流制限抵抗の両端のうちの前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートに連なる側の端部を、前記ノーマリオープン接点タイプの補助接点によって前記グラウンドに接続する回路構成とする。このようにしておけば、比較的簡単な回路構成にて切り替え回路を構成できる。

本発明によれば、切り替え回路の作動スイッチを、ノーマリオープン接点の補助接点により構成してある。従って、切り替え回路の作動タイミング、すなわち通電パターンの切り替えタイミングが適切な時期（引き込み動作の完了段階）になるので、主接点を開状態から閉状態に確実に切り替えることが可能となり、主接点の開閉動作について信頼性が高くなる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。
電磁接触器１０は図１に示すように、ケーシング２０内に固定鉄心３０、可動鉄心４０、主接点５１を下から積み上げるように配置したものである。

順を追って説明すると、ケーシング２０は底部にベース部２１を有し、概ね箱型をなしている。係るケーシング２０の中央には接点収容部２３が設けられ、更に同接点収容部２３を上下に貫通するようにして軸孔２５を形成している。ケーシング２０の軸孔２５は段差状に形成してあり、軸孔上部２６は孔径が小さく、軸孔下部２７は孔径が大きくしてある。

上記接点収容部２３内には一対の固定端子５３ａ、５３ｂからなる固定接点５３と、固定接点５３と共に主接点５１を構成する可動接点５５とが配置されている。固定端子５３ａ、５３ｂは接点収容部２３の下部側において、軸孔２５の左右両側に振り分けて配置されている。

可動接点５５は平板状をなし、固定接点５３の上方側において、後述する端子ホルダ４３によって上下移動可能に支持されている。係る可動接点５５の下面であって、左右両端部には可動端子５５ａ、５５ｂがそれぞれ配置されている。この可動端子５５ａ、５５ｂは固定端子５３ａ、５３ｂの相手となるものである。

固定鉄心３０は円柱状をなし、ベース部２１の中央部であって上記軸孔２５の真下に配置されている。係る固定鉄心３０の外周部には電磁コイル３５が巻回されている。詳細には後述するが、本電磁コイル３５はコイル抵抗の大きなホールドコイル３６と、コイル抵抗の小さいピックアップコイル３７の２種のコイルから構成されている。

可動鉄心４０は固定鉄心３０とほぼ同径の円柱状をなしている。係る可動鉄心４０はケーシング２０に設けられる軸孔下部２７に収容され、固定鉄心３０と上下に向かい合う構成としてある。

また、可動鉄心４０は上部に接点ホルダ４３を設けている。接点ホルダ４３は可動鉄心４０に固定される固定部４４と、固定部４４の上面中央に一体的に形成され、ケーシング２０の軸孔２５を上下に挿通するクロスバー４５とから構成されている。

クロスバー４５は上記した可動接点５５を上下移動可能に支持するものであって、長手方向の中央部に可動接点５５を水平に挿通させる接点挿通溝４６を備えている。係る接点挿通溝４６の内部には押圧ばね４８が収容してあり、接点挿通溝４６内に挿通された可動接点５５を装置下方に付勢している。

そして、上記可動鉄心４０と電磁コイル３５のコイルケース３５Ａとの間には、付勢用のコイルばね６０が配置されている。これにより、可動鉄心４０、接点ホルダ４３はコイルばね６０の付勢力を受けて、常には装置上方（固定鉄心３０から離間する方向）に押し上げられる構成となっている。

以上のことから、本電磁接触器１０は、電磁コイル３５に励磁電流を供給しない非通電状態では、図１の（ａ）に示すように可動接点５５が固定接点５３から離間した状態（以下、離間状態と呼ぶ）となり、主接点５１は開状態となる。

また、本電磁接触器１０は補助接点ＳＷを付属している。補助接点ＳＷというのは、上述した主接点５１と同じく可動接点と固定接点を備えたものであり、係る可動接点が主接点５１側の可動接点と機械的に連動し、可動鉄心４０の引き込みに伴う主接点５１の開閉動作と共に開閉動作するものである。そして、電磁コイル３５が通電されていない非通電時に接点同士が接触して閉状態になる常閉式の補助接点（以下、ノーマリクローズ接点）と、通電されていない非通電時に接点同士が離間して開状態となる常開式の補助接点（ノーマリオープン接点）の２種があり、本電磁接触器１０もノーマリクローズ接点と、ノーマリオープン接点の２種の補助接点ＳＷを付属している。

次に、図２を参照して電磁コイル駆動回路１００の具体的回路構成を説明する。
同図に示す符号３６はホールドコイル、符号３７はホールドコイル３６と共に電磁コイル３５を構成するピックアップコイルである。本実施形態のホールドコイル３６はコイル抵抗が大きく設定してあり、またピックアップコイル３７はコイル抵抗を小さく設定してある。

ホールドコイル３６とピックアップコイル３７は直列的に接続されると共に、ピックアップコイル３７の一端はグラウンドＧＮＤに接続されている。

一方、ホールドコイル３６の一端は電源Ｖに連なる電源ラインＬ１に接続されている。この電源ラインＬ１には、Ｐチャンネル型電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１よりなるロードスイッチが設けられており、ラインが開閉される構成としてある。

電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１はソースＳを電源Ｖに接続し、ドレインＤをコイル側に接続しており、ゲートは抵抗Ｒ１を介して、Ｎチャンネル型電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤに接続されている。抵抗Ｒ１はサージ吸収、寄生振動を抑える機能を担うものである。

電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２は、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１のゲートＧを駆動するためのものであり、ソースＳがグラウンドＧＮＤに接続され、ゲートＧには不図示の制御回路（ＣＰＵなど）を通じて制御信号（Ｈレベル／Ｌレベルの２値信号）Ｓｒが入力される構成となっている。

尚、電界効果トランジスタＭＯＳＴＦＥＴ１のゲートＧとソースＳ間には、ゲートバイアス抵抗Ｒ２が接続され、電界効果トランジスタＭＯＳＴＥＴ２のゲートＧとソースＳ間には、ゲートバイアス抵抗Ｒ３が接続されている。これら両抵抗Ｒ２、Ｒ３は、ゲート−ソース間の寄生容量にたまった電荷を放電する放電抵抗としての機能を担い、回路の安定動作に寄与する。

また、本電磁コイル駆動回路１００には、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４、抵抗対Ｒ６、Ｒ７、補助接点ＳＷなどから構成される切り替え回路１１０が設けられている。

順に説明すると、ホールドコイル３６のコイル両端を相互に接続するようにしてバイパスラインＬ２が設けられている。このバイパスラインＬ２には、Ｐチャンネル型電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３が設けられている。電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３は、本発明の「半導体スイッチング素子（Ｐチャンネル型電界効果トランジスタ）」に相当するものであって、ソースＳを電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１のドレインＤに接続し、ドレインＤをコイル同士の中間接続点Ｃに接続している。

そして、上記電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧとソースＳ間には抵抗Ｒ４が接続されると共に、同ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧは抵抗Ｒ５を介してＮチャンネル型電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４のドレインＤに接続されている。電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４は、本発明の「Ｎチャンネル型電界効果トランジスタ」に相当するものであって、ソースＳがグラウンドＧＮＤに接続されている。

また、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４のゲートＧは、２つの抵抗Ｒ６、Ｒ７を直列的に接続してなる抵抗対を備えた接続ラインＬ３によって、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１のドレインＤに接続されている。また、トランジスタＭＯＳＦＥＴ４のゲートＧとソースＳ間には抵抗Ｒ８が接続されている。

尚、上記構成により、本発明の「前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタ（ここでは、ＭＯＳＦＥＴ４）のゲートを電流制限抵抗（ここでは、抵抗Ｒ７）を介して前記電源側（ここでは、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１のドレインＤ）に接続して当該ゲートの電位をＨレベルにし」が実現されている。

そして、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７の中間接続点Ｋが、ノーマリオープン接点タイプの補助接点ＳＷによってグラウンドＧＮＤに接続されている。このノーマリオープン接点タイプの補助接点ＳＷは切り替え回路１１０を作動させる作動スイッチとしての機能を担っている。

尚、接続ラインＬ３上において、補助接点ＳＷから見て電源Ｖに近い側に抵抗Ｒ７が含まれているのは、抵抗Ｒ７を電流制限抵抗として機能させるためであり、抵抗Ｒ７は、抵抗値が大きく設定してある。このような構成としてやれば、補助接点ＳＷがクローズ状態にあるときに、接続ラインＬ３に流れる電流Ｌ３の電流値を小さく出来、回路の省電力化に効果的である（図４参照）。

次に、上述した電磁コイル駆動回路１００の回路動作について説明する。
ＣＰＵなどの制御装置から制御信号ＳｒとしてＬレベルの信号が出力された状態では、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２は、Ｖｇｓ（ソースＳ側を基準としたきのゲート／ソース間の電位差）がほぼゼロとなるから、オフ状態となる。

すると、ＭＯＳＦＥＴ１のゲートＧの電位が電源Ｖの電位にほぼ等しくなるので、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１は、Ｖｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。その結果、電源ラインＬ１が開放された状態となる。

以上のことから、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧがＬレベルの期間は、電磁コイル３５に対して励磁電流が供給されず、電磁接触器１０を構成する可動鉄心４０は、図１の（ａ）にて示すように固定鉄心３０から離間した状態となる。よって、固定接点５３と可動接点５５が離間状態となり、主接点５１は開状態を維持する。

そして、開状態にある主接点５１を閉状態に切り替えるには、制御信号ＳｒとしてＨレベルの信号を電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに入力させてやればよい。Ｈレベルの信号を入力させると、まず、Ｖｇｓが正の所定電圧になり、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２は、オフ状態からオン状態になる。

すると、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ１、ＭＯＳＦＥＴ２を通って電流が流れ、抵抗Ｒ２にて電圧降下が生ずる。そのため、Ｖｇｓが負の所定電圧になり電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１がオン状態となる結果、電源ラインＬ１が閉路された状態となる。

一方、切り替え回路１１０を構成する補助接点ＳＷはノーマリオープン接点であり、制御信号ＳｒとしてＨレベルの信号を電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに入力させた直後は、オープン状態にある。

従って、切り替え回路１１０を構成する電界効果トランジスタＦＥＴ４のゲートＧは、抵抗対Ｒ６、Ｒ７を介して電源側に接続された状態となり、当該ゲートＧの電位がＨレベルになる。そのため、電界効果トランジスタＦＥＴ４は、Ｖｇｓが正の所定電圧になり、オン状態となる。

電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４がオン状態になると、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、ＭＯＳＦＥＴ４を通って電流が流れ、抵抗Ｒ４にて電圧降下が生ずる。そのため、Ｖｇｓが負の所定電圧になり電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３がオン状態となる結果、バイパスラインＬ２は閉路された状態となる。

以上のことから、制御信号ＳｒとしてＨレベルの信号を電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに入力させた直後、図３にて実線で示すように電源ラインＬ１、バイパスラインＬ２の経路で励磁電流が流れ、ピックアップコイル３７にのみ励磁電流が供給される状態となる（第一通電パターン）。

ピックアップコイル３７はコイル抵抗が小さく設定してあり、大きな励磁電流が流れるため、両鉄心３０、４０間に強い磁気吸引力が生じ、図１の（ａ）に示す離間状態にある可動鉄心４０が固定鉄心３０側に引かれてゆく（引き込み動作）。これにより、接点ホルダ４３引いては、接点ホルダ４３に支持された可動接点５５が固定接点５３に接近移動してゆく。

このとき、補助接点ＳＷも主接点５１と機械的に連動しているから、補助接点ＳＷの可動接点（不図示）が補助接点ＳＷの固定接点（不図示）に接近移動してゆく。

そして、移動量が規定値Ａに達するまで可動鉄心４０が引き込まれると、図１の（ｂ）に示すように、鉄心３０、４０同士が相互に接触した状態となる。このときには、固定接点５３の各固定端子５３ａ、５３ｂに、可動接点５５の各可動端子５５ａ、５５ｂがそれぞれ接触した状態となる。かくして、非通電状態において開状態にあった主接点５１は、閉状態となる。

また、主接点５１が閉状態になると、同主接点５１と機械的に連動して作動する補助接点ＳＷも、可動接点と固定接点が接触した状態となり、図４にて示すようにクローズ状態になる。

かくして、Ｈレベル信号入力直後オープン状態にあった補助接点ＳＷが、クローズ状態になると、これをトリガとして切り替え回路１１０を構成する各ＦＥＴが作動して、電磁コイル３５に対する通電パターンが、ピックアップコイル３７にのみ励磁電流を供給する第一通電パターンから、ホールドコイル３６とピックアップコイル３７の双方に励磁電流を供給する第二通電パターンに切り替えられる。

図４を参照して具体的に説明すると、補助接点ＳＷがオープン状態からクローズ状態に切り替わると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４は、補助接点ＳＷによりゲートＧがグラウンドに接地された状態となるから、Ｖｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。すると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３は、Ｖｇｓがほぼゼロとなり、オフ状態となる結果、バイパスラインＬ２が開放された状態（開路）となる。そのため、図４にて一点鎖線で示すように、ホールドコイル３６、ピックアップコイル３７の双方のコイルに電源ラインＬ１を通じて励磁電流が供給されることとなる（第二通電パターン）。

以上のことから、ホールドコイル３６、ピックアップコイル３７が励磁され、固定鉄心３０と可動鉄心４０との間に両鉄心の接触状態を保持する磁気吸引力が生じ、両鉄心３０、４０が接触状態に保持されることとなる（ホールド動作）。これにより主接点５１が閉状態に維持される。

ここで、ホールドコイル３６のコイル抵抗は大きく設定してあるので、第二通電パターンにおいて流れる励磁電流の大きさは第一通電パターンのそれに比べて小さく、ホールド動作を行うために必要な程度の磁気吸引力のみが発生する。

すなわち、本実施形態のものは、二種の通電パターンを設けて、引き込み動作時には、電源Ｖから電磁コイル３５に大きな励磁電流を供給して強い磁気吸引力により可動鉄心４０を引き込む一方、ホールド時には、ホールド状態を維持するのに必要なレベルに励磁電流の大きさを抑えてやることで、回路の消費電力が抑えられる構成となっている。

そして更に、本実施形態の電磁コイル駆動回路１００によれば、通電パターンの切り替えを切り替え回路１１０により行っているが、係る切り替え回路１１０は、回路を作動させる作動スイッチとして、ノーマリオープン接点の補助接点ＳＷを用いて回路を構成している。

ノーマリオープン接点であれば、引き込みの初期段階ではオープン状態のままであり、可動鉄心４０が固定鉄心３０に接触するまで引き込まれる（引き込み動作完了）と、そこで始めて、オープン状態からクローズ状態に切り替わることとなる。

従って、切り替え回路１１０が作動するタイミングは、可動鉄心４０が固定鉄心３０に対して接触するまで引き込まれた後（引き込み動作完了後）となり、必然的に、第一通電パターンから第二通電パターンへの切り替えも、可動鉄心４０が固定鉄心３０に対して接触するまで引き込まれた状態となったところで行われる。

そのため、引き込み動作途中は常に、両鉄心３０、４０間に強い磁気吸引力が作用した状態となり、可動鉄心４０を固定鉄心３０に接触するまで確実に引き込める。

ここで仮に、作動スイッチとしてノーマリクローズ接点のものを用いたとすると、図７〜図９を参照して説明してあるように、可動接点３５３は元から固定接点３５１に接しているから、わずかでも離間方向に変位すると、固定接点３５１から離間する。その結果、補助接点ＳＷは、図９にて示すように可動鉄心３２０の引き込み動作の初期段階においてクローズ状態からオープン状態に切り替わる。

すると、可動鉄心４０を固定鉄心３０側に引き込む動作の途中（図１において可動鉄心４０の移動量が規定値Ａに達する以前の段階）で、通電パターンが第一通電パターンから第二通電パターンに切り替わってしまう。この場合、引き込み動作の途中であるにも拘わらず、磁気吸引力が下がってしまい、可動鉄心４０を固定鉄心３０側に確実に引き込むことが出来ず、主接点５１の開閉について信頼性が低下する。

この点、本実施形態であれば、通電パターンの切り替えが、既に説明してあるように可動鉄心４０の引き込み動作完了後という適切なタイミングでなされる結果、引き込み動作の途中で磁気吸引力が低下することがなく、可動鉄心４０を固定鉄心３０に接触するまで確実に引き込める。

そのため、通電パターンの切り替えを行うことで回路の消費電力を抑えつつも、主接点５１を開状態から閉状態に確実に切り替えることが可能となり、主接点５１の開閉動作について信頼性が高くなる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５、図６によって説明する。
実施形態１は、磁力を発生させる電磁コイル３５に、ホールドコイル３６とピックアップコイル３７を直列的に接続したものを用いたが、実施形態２では、電磁コイル１３５にホールドコイル１３６とピックアップコイル１３７を並列的に接続したものを用いている。

そして、コイル接続の変更に伴い電磁コイル駆動回路２００の構成を、実施形態１の電磁コイル駆動回路１００の構成に対して一部変更している。図５を参照して簡単に説明すると、実施形態２の電磁コイル駆動回路２００は、実施形態１の電磁コイル駆動回路１００中のバイパスラインＬ２に替えて、並列ラインＬ４を設けている。

並列ラインＬ４はホールドコイル１３６に対してピックアップコイル１３７を並列的に接続するものであり、同並列ラインＬ４には、切り替え回路１１０を構成するＰチャンネル型電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３が、ピックアップコイル１３７から見て電源Ｖに近い側に設けられている。係るＭＯＳＦＥＴ３はドレインＤをピックアップコイル１３７に接続し、ソースＳを電源ラインＬ上に設けられるＭＯＳＦＥＴ１のドレインＤに接続している。

切り替え回路１１０の回路構成は実施形態１の回路構成と同じであり、作動スイッチとしてノーマリオープン接点の補助接点ＳＷを備えている。

このような回路構成としておけば、実施形態１で行ったのと同様の回路動作、すなわち通電パターンの切り替えを行うことが可能である。

具体的に説明すると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧにＨレベルの制御信号Ｓｒを入力させると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ１、ＭＯＳＦＥＴ２がいずれもオン状態となり、通電ラインＬ１が閉路された状態となる。

また、このとき、切り替え回路１１０では、作動スイッチとして機能する補助接点ＳＷはオープン状態にあるため、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４がオン状態（ゲートＧの電位がＨレベル）となる。これにより、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３がオン状態となり、並列ラインＬ３は閉路された状態になる。

以上のことから、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧにＨレベルの制御信号Ｓｒを入力させると、図５にて示すように、ホールドコイル１３６とピックアップコイル１３７の双方のコイルに励磁電流が流れる（第一通電パターン）。

コイルに流れる励磁電流の大きさは、ホールドコイル１３６のそれに比べてピックアップコイル１３７の方が大きく、ピックアップコイル１３７が強く励磁される。これにより、鉄心間に強い磁気吸引力が生じ、可動鉄心４０が固定鉄心３０に引かれてゆく（引き込み動作）。

そして、移動量が規定値Ａに達するまで可動鉄心４０の引き込みがなされると、図１の（ｂ）に示すように、鉄心３０、４０同士が相互に接触した状態となる。このときには、非通電状態において開状態にあった主接点５１は、閉状態となる。

また、主接点５１が閉状態になると、同主接点５１と機械的に連動して作動する補助接点ＳＷも、可動接点と固定接点が接触した状態となり、図６にて示すようにクローズ状態になる。

かくして、Ｈレベル信号入力直後オープン状態にあった補助接点ＳＷが、クローズ状態になると、これをトリガとして切り替え回路１１０を構成する各ＦＥＴが作動して、電磁コイル３５に対する通電パターンが、上記第一通電パターンから、ホールドコイル３６にのみ励磁電流を供給する第二通電パターンに切り替えられる。

図６を参照して具体的に説明すると、補助接点ＳＷがオープン状態からクローズ状態に切り替わると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ４がオフ状態（ゲートＧの電位がＬレベル）となる。すると、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ３がオフ状態となる結果、並列ラインＬ４が開放された状態（開路）となる。そのため、図６にて一点鎖線で示すように、ホールドコイル１３６にのみ励磁電流が供給されることとなる（第二通電パターン）。

以上のことから、ホールドコイル１３６が励磁され、固定鉄心３０と可動鉄心４０との間に両鉄心の接触状態を保持する磁気吸引力が生じ、両鉄心３６、３７が接触状態に保持されることとなる（ホールド動作）。これにより主接点５１が閉状態に維持される。

この実施形態においても、切り替え回路を作動させる作動スイッチに、ノーマリオープン接点の補助接点ＳＷを使用しているから、切り替え回路１１０が作動するタイミングは、可動鉄心４０が固定鉄心３０に対して接触するまで引き込まれた後となり、必然的に、第一通電パターンから第二通電パターンへの切り替えも、可動鉄心４０が固定鉄心３０に対して接触するまで引き込まれた状態となったところで行われる。

そのため、引き込み動作の途中で磁気吸引力が低下することがなく、可動鉄心４０を固定鉄心３０に接触するまで確実に引き込めるから、主接点５１を開状態から閉状態に確実に切り替えることが可能となり、主接点５１の開閉動作について信頼性が高くなる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、実施形態２では、本発明の「半導体スイッチング素子」としていずれもユニポーラタイプのトランジスタ（すなわち、電界効果トランジスタＦＥＴ）を用いたが、バイポーラタイプのトランジスタを用いる構成としてもよい。

（２）実施形態１、実施形態２では、電磁コイルへの通電操作により、非通電状態において開状態にある主接点を閉状態に切り替える例を示したが、主接点の開閉は開から閉に限定されるものでなく、非通電状態において閉状態にある主接点を開状態に切り替えることも無論可能である。

実施形態１において、電磁接触器の機械的構造を示す断面図電磁コイル駆動回路の回路構成を示す図電磁コイル駆動回路の回路動作を説明する説明図（第一通電パターン）同じく電磁コイル駆動回路の回路動作を説明する説明図（第二通電パターン）実施形態２において、電磁コイル駆動回路の回路構成を示す図（第一通電パターン）電磁コイル駆動回路の回路構成を示す図（第二通電パターン）課題を説明する図同じく課題を説明する図同じく課題を説明する図

符号の説明

１０…電磁接触器
３０…固定鉄心
３５…電磁コイル
３６…ホールドコイル
３７…ピックアップコイル
４０…可動鉄心
５１…主接点
５３…固定接点
５５…可動接点
１００…電磁コイル駆動回路
１１０…切り替え回路
ＳＷ…補助接点（ノーマリオープン）
Ｌ１…電源ライン
Ｌ２…バイパスライン
Ｌ３…接続ライン
Ｌ４…並列ライン
ＭＯＳＦＥＴ３…Ｐチャンネル型電界効果トランジスタ
ＭＯＳＦＥＴ４…Ｎチャンネル型電界効果トランジスタ
Ｒ７…電流制限抵抗

Claims

励磁用の電磁コイルに対する通電操作により開閉する主接点と、前記主接点に対して機械的に連動して開閉する補助接点とを備えた電磁接触器の電磁コイル駆動回路であって、
一端がグラウンドに接続されたピックアップコイルと、
前記ピックアップコイルに対して直列的に接続され前記ピックアップコイルと共に前記電磁コイルを構成するホールドコイルと、
電源より引き出され、前記電磁コイルに励磁電流を供給する電源ラインと、
前記ホールドコイルの両端を相互に接続し、前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を前記ホールドコイルをバイパスさせ前記ピックアップコイルにのみ流すバイパスラインと、
前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を、前記ピックアップコイルにのみ供給する第一通電パターンと、前記ピックアップコイルと前記ホールドコイルの双方に供給する第二通電パターンとに切り替える切り替え回路と、を備えてなると共に、
前記補助接点のうち、前記電磁コイルに励磁電流が供給されていない非通電時に接点同士が接触して閉状態となる常閉式の補助接点をノーマリクローズ接点、非通電時に接点同士が離間して開状態となる常開式の補助接点をノーマリオープン接点と定義したときに、
前記切り替え回路は、前記バイパスラインに設けられる半導体スイッチング素子と、ノーマリオープン接点タイプの補助接点よりなる作動スイッチとを少なくとも含み、前記作動スイッチである補助接点がオープン状態からクローズ状態に切り替わることを条件に回路が作動して、前記バイパスラインを閉路するオン状態にある前記半導体スイッチング素子が前記バイパスラインを開路するオフ状態に切り替わることにより、前記第一通電パターンから前記第二通電パターンに通電パターンが切り替わる回路構成としてあることを特徴とする電磁接触器の電磁コイル駆動回路。
励磁用の電磁コイルに対する通電操作により開閉する主接点と、前記主接点に対して機械的に連動して開閉する補助接点とを備えた電磁接触器の電磁コイル駆動回路であって、
一端がグラウンドに接続され、他端が電源ラインに接続されたホールドコイルと、
前記ホールドコイルに対して並列的に接続され前記ホールドコイルと共に前記電磁コイルを構成するピックアップコイルと、
前記電源ラインを通じて供給される励磁電流を、前記ピックアップコイルと前記ホールドコイルの双方に供給する第一通電パターンと、前記ホールドコイルにのみに供給する第二通電パターンとに切り替える切り替え回路と、を備えてなると共に、
前記補助接点のうち、前記電磁コイルに励磁電流が供給されていない非通電時に接点同士が接触して閉状態となる常閉式の補助接点をノーマリクローズ接点、非通電時に接点同士が離間して開状態となる常開式の補助接点をノーマリオープン接点と定義したときに、
前記切り替え回路は、前記ピックアップコイルを前記ホールドコイルに対して並列的に接続する並列ラインに設けられる半導体スイッチング素子と、ノーマリオープン接点タイプの補助接点よりなる作動スイッチとを少なくとも含み、前記作動スイッチである前記補助接点がオープン状態からクローズ状態に切り替わることを条件に回路が作動して、前記並列ラインを閉路するオン状態にある前記半導体スイッチング素子が、前記並列ラインを開路するオフ状態に切り替わることにより、前記第一通電パターンから前記第二通電パターンに通電パターンが切り替わる回路構成としてあることを特徴とする電磁接触器の電磁コイル駆動回路。
前記切り替え回路は、
前記バイパスライン上において電源側にソースを接続し、前記ピックアップコイル側にドレインを接続した前記半導体スイッチング素子としてのＰチャンネル型電界効果トランジスタと、
グラウンド側にソースを接続し、前記Ｐチャンネル型電界効果トランジスタのゲートにドレインを接続したＮチャンネル型電界効果トランジスタと、を備え、
前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートを電流制限抵抗を介して前記電源側に接続して当該ゲートの電位をＨレベルにし、かつ前記電流制限抵抗の両端のうちの前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートに連なる側の端部を、前記ノーマリオープン接点タイプの補助接点によって前記グラウンドに接続する回路構成であることを特徴とする請求項１に記載の電磁接触器の電磁コイル駆動回路。
前記切り替え回路は、
前記並列ライン上において電源側にソースを接続し、前記ピックアップコイル側にドレインを接続した前記半導体スイッチング素子としてのＰチャンネル型電界効果トランジスタと、
グラウンド側にソースを接続し、前記Ｐチャンネル型電界効果トランジスタのゲートにドレインを接続したＮチャンネル型電界効果トランジスタと、を備え、
前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートを電流制限抵抗を介して前記電源側に接続して当該ゲートの電位をＨレベルにし、かつ前記電流制限抵抗の両端のうちの前記Ｎチャンネル型電界効果トランジスタのゲートに連なる側の端部を、前記ノーマリオープン接点タイプの補助接点によって前記グラウンドに接続する回路構成であることを特徴とする請求項２に記載の電磁接触器の電磁コイル駆動回路。