JPH0244627A - 電磁接触器の直流電磁石制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁接触器の直流電磁石制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の電磁接触器の直流電磁石制御方式は第５図、第６
図、および、第７図に示すものが知れている。

第５図は従来から最も多く用いられている。図中、１は
直流電源、２は直流電磁石の電磁コイル、３は直列スイ
ッチ、８は保持用経済抵抗、９は保持用スイッチで電磁
石ストロークと連動したちのなどが用いられている。ス
イッチ９を閉路した状態でスイッチ３を閉路すると、コ
イル２には全電圧が印加されて始動電流が流れ、電磁石
に吸着エネルギが与えられて吸着する。吸着した後はス
イッチ９を開路して抵抗８をコイルに直列に挿入して保
持に必要な少ない電流とし、釈放時にはスイッチ３を開
路する。

第６図の方式は電磁コイルを吸着専用のコイル２Ｃと、
保持用のコイル２Ｈに分割し、吸着用コイル２Ｃにはス
イッチ９が直列に接続され、電磁石ストロークと連動し
たものなどが用いられる。

スイッチ９を閉路した状態で、スイッチ３を閉路すると
、コイル２Ｃ，２Ｈともに全電圧が印加され、吸着に必
要な電磁エネルギが与えられて電磁石は吸着する。吸着
した後は、スイッチ９を開路してコイル２　Ｈにより保
持に必要な少ない電磁エネルギが与えられる。スイッチ
３を開路すれば釈放する。

第７図の方式はスイッチ３を電子スイッチ１０３とし、
スイッチ開閉期間比率切換制御装置１０にイル２と並列
に接続される。開閉期間比率切換制御装置１０により閉
期間０％より１００％とすればコイル２に全電圧が印加
され吸着に必要な電流が流れ電磁石は吸着する。吸着し
た後は開閉期間托率切換制御装［１０により保持に必要
な少ない平均電圧となるような開閉期間比率に、電子ス
イッチ１０３は制御され、電磁石が保持される。この電
子スイッチ１０３を開閉制御する期間には、コイル２の
インダクタンスによる高い誘起電圧をリー 防止するため、）ｉｉホイールダイオード５を通じて電
流が流れるようにしている。釈放時は、電子スイッチ１
０３の閉期間を０％、即ち、電子スイッチ１０３を開路
することにより、電磁石は釈放される。尚、この種の装
置としては、特開昭６０−９０２４号公報を挙げること
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図、第６図および第７図に示した従来技術には次の
問題があった。すなわち、第５図に示す方式は、保持に
必要な少ない電流にするため、保持用経済抵抗８を使用
することにより無駄な電力を消費する欠点がある。

第６図に示す方式は、この欠点を改良したものであるが
、保持用コイル２Ｈは全電圧印加された状態で、少ない
保持エネルギを供給するため、コイルの巻数が甚しく多
くなり、従って、コイル線径は小さくなり巻線加工数も
増加し、且つ、信頼性の確保も困難となる。

第７図に示す方式は、保持動作はコイル２に電子スイッ
チによりスイッチングされた少ない平均電圧が印加され
るので、第６図の方式の欠点は改良されている。

但し、第５図、第６図、第７図の方式とも、次に示す多
くの欠点がある。即ち、吸着時に全電圧が印加されるの
みであるので、電源電圧の変動。

周囲温度の変化、コイルの温度上昇などにより吸着動作
時の電流が変化し、従って、吸着動作時に与えられる電
磁エネルギ量が変化し、これにより吸着速度が変化する
。今、電源電圧最低、周囲温度最高、かつ、コイル温度
上昇最大のとき、必要な吸着速度が得られるようにすれ
ば、この条件以外のときは、過大な速度、過大な衝突エ
ネルギを発生することとなり、電磁接触器の機械的開閉
寿命を短くする。また、電磁接触器の接点投入時のバウ
ンシング（接点投入後のはねかえりによる微小開閉動作
）が大となり重要な電気的開閉寿命が短くなる。

さらに、保持動作期間も電源電圧、コイル温度の変化な
どにより、保持電流が変化するので、最悪の条件で必要
な保持エネルギとする必要があり、最悪条件以外では、
余分な電力を消費する。更に、釈放動作時も、保持期間
に与えられた保持エネルギの変化、電磁コイル温度の変
化などにより、釈放速度が変化し、最悪条件で釈放速度
を確保すればこれ以外の条件では過大速度となり、釈放
端で過大な衝突エネルギを発生し、機械的開閉寿命を短
くする。本発明の目的は、電源電圧９周囲温度。

コイル温度上昇などの変化にもかかわらず、有害な余分
な衝突エネルギを排除して、長寿命とし、さらに、消費
電力も必要最低限とし、小形、軽量の電磁接触器の直流
電磁石制御方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

電磁接触器の吸着用直流電磁コイルと直列に第一の電子
スイッチを接続し、第二の電子スイッチとダイオードを
直列にしたものを電磁コイルと並列に接続したものにお
いて、吸着動作期間には第二の電子スイッチを閉路して
第一の電子スイッチ１０３と定電流自動制御装置６とに
より、吸着動作に必要な一定の電流、従って、コイルの
巻数、磁路形状が一定の場合は電磁接触器の接点投入速
度を電源電圧２周囲層度、コイル温度上昇の変化にかか
わらず、必要にして充分な一定値となるような電磁エネ
ルギを電磁石に供給する。

また、吸着後の保持期間も保持動作に必要な一定の電流
となるよう定電流自動制御装置６と第一の電子スイッチ
１０３により制御して、コイル巻数、磁路形状が一定な
ることにより、保持に必要にして充分な一定の電磁エネ
ルギに制御する。

さらに、釈放動作時には、第一の電子スイッチを開路し
、第二の電子スイッチ１０４と電流減少率一定制御装置
７と組合せ制御して、電磁コイルの電流減少率が必要な
一定値となるように制御する。従って、電磁石の釈放速
度は一定値となり、電磁接触器の接点開極速度を周囲温
度、コイル温虐上昇の変化にかかわらず必要にして充分
な一定値とする。従って、電磁接触器の接点投入時、開
極時とも余分な衝突エネルギは無くなり、電気的にも機
械的にも長寿命の電磁接触器となる。また、保持期間に
は電源電圧２周囲層度、コイル温度上昇などの変化にか
かわらず、必要にして充分な一定値となり、余分な電力
の消費を防ぐことにより、上記目的は達成される。

〔作用〕

以下、第４図により説明する。第４図において、１は直
流電源、２は電磁接触器の直流電磁石の直流電磁コイル
、１０３はコイル２に直列に接続された第一の電子スイ
ッチ、１０４は第二の電子スイッチで、フリーホイール
ダイオード５と直列に接続されたものをコイル２に並列
に接続する。６は定電流自動制御装置で、コイル２の電
流を検出して、必要な一定値となるように、電子スイッ
チ１０３を制御する。７はコイル２の電流減少率を一定
にする制御装置で第二の電子スイッチ１０４と組合せて
制御する。

電磁石の吸着動作期間には、電子スイッチ１０４を閉略
し、電子スイッチ１０’３を定電流自動制御装置６によ
り制御して吸着動作に必要にして充分な一定電流値とす
る。コイル２の巻数は一定であるので、電磁石に供給さ
れる吸着エネルギは電源電圧２周囲層度、コイル温度上
昇などにかかわらず、必要にして充分な一定値に制御さ
れる。

吸着動作完了後の保持期間は、同様に、電子スイッチ１
０３を制御して保持動作に必要にして充分な、吸着動作
時より大幅に少ない一定電流値に保つ、従って、保持エ
ネルギも電源電圧２周囲層度、コイル温度上昇などにか
かわらず、一定値に制御される。吸着動作期間、保持動
作期間とも電子スイッチ１０３は開閉動作を繰返してそ
の開閉期間比率を変えて必要一定電流に制御されるので
、この開路期間はコイル２の電流は第二の電子スイッチ
１０４と、フリーホイールダイオード５を経由して流れ
る。

釈放時に電子スイッチ１０３を開路し、電子スイッチ１
０４も開路して電子スイッチ１０４を電数減少率一定制
御装置７と組合せて制御し、コイルの電流の減少率を一
定にすることにより、蓄積電磁エネルギの放出時間率を
コイル２の温度の変化などにかかわらず一定値として、
釈放速度を必要にして充分な一定値に確保する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図に
おいて、１０３は第一の電子スイッチを、１０４は第二
の電子スイッチを示し、いずれも、ＰＯＷＥＲＭＯＳ　
　ＦＥＴが使用されている。

１１は電磁接触器の開閉を指令するスイッチ、１２　ａ
　、　１２　ｂ　、　１’２　ｃ　、　１２　ｄは単相
全波整流器を構成し、直流電源１が単相交流電源となっ
た場合も、直流電源同様に動作させるための整流器であ
って直流電源のみ使用する場合は不要である。

１３は抵抗、１４はツェナーダイオードで１３と１４に
より定電圧制御電源を構成する。１５゜１６は抵抗分圧
器、１７はヒステリシスコンパレータであり、電源電圧
が吸着可能電圧以上のとき出力を出し、電源電圧が保持
不能な電圧に低下したとき出力を停止する。１８はタイ
マ付電流指令器であり、１７が出力を発生した後、吸着
に必要な一定時間吸着電流指令値を出力し、一定時間後
は保持電流指令値を出力する。１９は増幅器で電流指令
値とコイル電流検出値とを比較して電磁コイル２の電流
を各指令値と同一となるように比較増幅制御出力を発生
する。２０は良く知られたＰＷＭ　（パルスワイドモジ
ュレーション）制御器で増幅器１９の出力に対応したオ
ン−オフ比率の出力を発生する。２１はコイル２の電流
検出用の抵抗であり、ダイオード２２．コンデンサー２
３゜抵抗２４は波高値検出器を構成し、検出抵抗２１の
検出電圧波高値がコイル２の電流に対応したオン−オフ
のパルス電流となるため、波高値に対応した直流電圧を
出力するためのものであり、抵抗２４の両端電圧がコイ
ル２の電流に対応したもの、即ち、検出電流に対応した
電圧となる。よって、定電流自動制御装置６はコイル２
の電流が指令値と同一値となるように、負帰還自動制御
を行う。

抵抗２５．ツェナーダイオード２６．コンデンサ芝７に
より、電子スイッチ１０３の開路検出器２８を構成し、
電子スイッチ１０３が閉路中、開閉繰返し中はフリーホ
イールダイオード５の逆電圧を検知して、電子スイッチ
（以下ＦＥＴ）１０４のゲート入力制御電圧を発生する
。電子スイッチ１０３が開路継続すれば、コンデンサ２
７の電荷は抵抗２５を経て放出され、ＦＥＴ１０３のゲ
ート入力電圧は無くなり、　ＦＥＴ１０４は開路する。

開路検出器２８は本構成によらなくても、ヒステリシス
コンパレータ１７の出力の有無により、Ｆ［ＥＴ１０４
のゲート信号とすれば充分であるが、この場合は、接続
電位が異ることよりホトカプラなどの絶縁信号伝送器に
より信号を伝える必要がある。７は電流減少率一定制御
装置で、例えば、酸化亜鉛非直線抵抗体２９のように定
電圧バリスタ特性のものから構成され、バリスタ電圧を
保持動作時にコイル２に印加する平均直流電圧の数倍以
上に選定し、ＦＥＴ１０４と組合せ制御した場合、コイ
ル２の電流減少率が周囲温度、コイル温度上昇値などの
変化にかかわらず、必要な一定値になるように制御され
る。従って、コイルの蓄積電磁エネルギの減少率も変化
しない。尚、コイル２の電流検出にはＦＥＴ１０３の電
流と波高値検出ＣＲよりなる構成としたが、これは第２
図に示すように、コイル２の電流を、直接、検出しても
同様な効果があるが、この場合は電位が異なる点よりホ
トダイオード３０Ｄ、ホトトランジスタ３０Ｔよりなる
ホトカプラーなどの絶縁信号伝送器を必要とする。

第１図の構成において、開閉指令スイッチ１１を閉路す
ると、電源電圧が所定値以上の場合、ヒステリシスコン
パレータ１７は出力を発生し、タイマ付電流指令器１８
は吸着動作に必要な時間の間、吸着電流指令値出力を定
電流自動制御装置６に指令し、ＦＥＴ１０３は吸着に必
要な一定電流をコイル２に流すように制御される。この
とき、開路検出器２８はダイオード５の逆電圧により、
ＦＥＴ１０３の開閉動作を検出し、出力を発生してＦＥ
Ｔ１０４のゲート入力を与え、ＦＥＴ１０４は閉路し続
ける。吸着動作後は電流指令器１８は保持に必要な電流
指令を発し、同様に、定電流自動制御装置６により、Ｆ
ＥＴ１０３を開閉制御して、コイル２の電流を保持に必
要な一定値に制御する。従って、電磁接触器は必要な一
定の接点投入速度で閉路した後、閉路保持動作を続ける
。今、電源電圧が定格値の８０％から１２０％まで、周
囲温度が０℃から４０°Ｃまで、コイル温度上昇が５５
ｄｅｇまでの範囲で動作が要求される場合、当然８ｏ％
電圧、４０℃。

５５ｄｅＨで必要な投入速度を発生して吸着する必要が
あるので、１２０％電圧、Ｏ’Ｃ，Ｏｄｅｇではコイル
電流は ０．８　　　２３４．５＋Ｏ＋０ 倍となる。電磁石磁路の飽和を無視すれば、電磁石の供
給されるｆｒｉ磁エネルギは電流の二乗に比例するので
、約４．４倍、従って、吸着時の衝突機械的エネルギも
約４．４倍以上となり、接点バウンシングを増加させ、
機械的開閉寿命を短くする。

本発明の場合、電圧２周囲温度、コイル温度上昇の如何
にかかわらず、コイル電流は一定値に制御されるので、
必要にして充分な電磁エネルギのみ供給される。

次に、開閉指令スイッチ１１を開路するか、電源電圧が
所定保持電圧以下に低下した場合は、コッパＦし１７　
（７）出カ、電流指令器、８．）出方、および、定電流
自動制御装置の出力が無くなり、ＦＥＴ１０３は開路す
る。また、開路検出器２８もダイオード５の逆電圧が無
くなることにより、出力が無くなりＦＥＴ１０４が開路
する。

ＦＥＴ１０４が開路すれば、コイル２の電流は電流減少
率一定制御装置７により、一定の逆電圧に抗して流れ、
コイル２の電流に一定の減少率で減少する。この動作を
第３図により説明する。

第３図はＦＥＴ１０３開路後の時間とコイル２の電流値
の変化を示し、曲線ＡはＦＥＴ　１０４と電流減少率−
定制御装置７が無い場合、即１ち、フリホイールダイオ
ード５のみの特性でコイル２の時定数により変化のゆる
やかな特性となり、かつ、コイル温度の変化により同一
′電流まで減少する時間も大幅に変化する。曲線Ｂは本
実施例の場合の電流変化特性で、コイル２に保持時のコ
イル２の端子平均電性の数倍以上の一定逆電圧が反抗電
圧として与えられるので、電流は約一定割合の急速な減
少となり、コイル２の温度が変化した場合も、同一電流
に減少する時間の変化が曲線Ａの場合に比して少ない。

この場合、釈放動作が開始されて電磁石の動作空隙が大
きい方に変化すれば、コイルには電流を増加させる方向
の誘起電圧が発生して、電流減少率は変化するが、本実
施例によらない曲線Ａの場合に比して、本実施例の８曲
線の場合は、その影響が少なく、釈放速度が低下するこ
とも少ない。

曲線Ｃは逆反抗電圧が電流零になった場合もあったと仮
定した場合の電流変化特性で、最終的に保持電流の数倍
以上の負の電流になる。尚、本実施例の場合、釈放動作
に入る直前の保持状態のコイル２の電流は電源電圧、コ
イル温度にかかわらず、一定値に制御されているので、
釈放動作時の電流変化も電源電圧２周囲温度、コイル温
度上昇にかかわらず一定となる。従って、コイル２に蓄
積された電磁エネルギの放出時間率も変化が少なく、よ
って、釈放速度は必要にして充分な値をとることが出来
る。

本実施例の場合：電磁接触器の特性は、電源電圧２周囲
温度、コイル温度上昇の変化にかかわらず、投入速度、
開極速度を必要、充分な一定値に保つことが可能で、余
分な衝突エネルギの増加もなく、また、保持電流も一定
値となり、余分な電力の消費などは無い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、余分な衝突エネルギの発生もなく、機
械的に長寿命となり、また、接点の電気的開閉寿命も良
くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は電ｄと検
出の説明図、第３図は電流減少率一定装置の動作特性図
、第４図は本発明の他の実施例のブロック図、第５図、
第６図、第７図は従来の方式のブロック図である。 １・・・直流電源、２・・・直′Ａ電磁コイル、１０３
・・・第一の電子スイッチ、１０４・・・第二の電子ス
イッチ、５・・・フリーホイールダイオード、６・・・
定電流自動制御装置、７・・・電流減少率一定装置、１
７・・・ヒス弔 図 第５図 第７１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁接触器の直流電磁石の吸着用の電磁コイルと直
   列に接続した第一の電子スイッチ、前記電磁コイルと並
   列に接続したフリーホィールダイオードと、前記電磁コ
   イルの電流を一定電流に自動制御する電流制御装置とか
   らなる前記電磁接触器の前記直流電磁石の制御装置にお
   いて、前記直流電磁石の吸着動作期間には前記直流電磁
   石の吸着動作に必要な一定電流に制御し、吸着動作後の
   吸着保持期間には保持に必要な一定電流に制御すること
   を特徴とする電磁接触器の直流電磁石制御方式。 ２、特許請求項第１項において、 第二の電子スイッチを前記フリーホィールダイオードと
   直列に接続し、前記第二の電子スイッチと前記フリーホ
   ィールダイオードとを直列に接続したものを前記直流電
   磁石の前記電磁コイルと並列に接続したものと、前記第
   二の電子スイッチと組合せて制御する電流減少率一定制
   御装置とからなる電磁接触器の直流電磁石制御装置にお
   いて、前記直流電磁石の釈放期間には前記第二の電子ス
   イッチと前記電流減少率一定制御装置とを組合せて制御
   し、前記直流電磁石の前記電磁コイルの電流減少率を一
   定に制御することを特徴とする電磁接触器の直流電磁石
   制御方式。