JPH0418445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流電源又は交流電源を整流した電
源に適用する直流電磁石装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

一般に電磁石装置は操作コイルを巻いた固定鉄
心とこの固定鉄心にギヤツプを介して対向する可
動鉄心とよりなり、操作コイルを励磁すると固定
鉄心に可動鉄心が吸引され、前記ギヤツプだけ移
動し吸着される。このとき可動鉄心は駆動すべき
負荷とスプリングの反発力に打ち勝つて移動す
る。

この場合、鉄心ギヤツプが大きい吸引初期にお
いては、大きい吸引力を要し、吸着完了後は小さ
い吸引力で維持することができる。

このような特性に対応するものとして、従来、
例えば特開昭59−168607号公報に記載されたよう
な電磁石駆動回路が用いられている。

第６図はその従来回路を示すものであり、同図
において電磁石と操作コイル１は、スイツチ素子
５例えばトランジスタを直列に介して直流電源端
子Ｐ、Ｎに接続されている。このスイツチ素子５
は制御電源回路６、電圧検出回路７、タイマ回路
８、発振回路９により制御されるもので、電圧検
出回路７及びタイマ回路８の信号と発振回路９の
信号がオア回路１０、抵抗１１を経てスイツチ素
子へ入力されるようにしている。

次に、第６図の回路の動作について説明する
と、端子Ｐ、Ｎに電源電圧が供給され電源電圧が
一定値以上になると、電圧検出回路７が出力信号
を出し、この信号はオア回路１０、抵抗１１を経
てスイツチ素子５へ閉信号を与え、スイツチ素子
５がオンになり（第７図のt₁時点）、電磁石投入
に必要な、大きな電流を操作コイル１に供給す
る。この電流により電磁石は投入動作を行ない、
投入状態となる（第７図のt₂時点）。このとき、
スイツチ素子５はオンのままで操作コイル１には
大きな電流が流れている。電圧検出回路７の出力
信号は、またタイマ回路８を始動させ、所定時間
後タイマ回路８が出力を出し、電圧検出回路７か
らの信号を停止してスイツチ素子５はオフとな
る。同時にタイマ回路８の出力は発振回路９にも
印加され、発振回路９が動作を開始し、断続出力
信号を出す（第７図のt₃時点）。この断続信号は
オア回路１０及び抵抗１１を経てスイツチ素子５
へ印加され、スイツチ素子５はオン・オフを繰り
返す。これにより、コイル１には断続した電圧
（実際にコイル１に流れる電流はフライホイール
ダイオード１４により平滑化されている）が印加
されることになり、前記オン・オフの時間比を適
正に選ぶことにより電磁石は小さい電流（平均
値）で保持状態を続ける。

第３図ａは第６図の従来の電磁石の可動鉄心と
固定鉄心間のギヤツプとコイル電流の変化を示す
図で、横軸に時間ｔ、縦軸にコイル電流値ｉを表
す。時間ｔは鉄心移動の経過時間で、鉄心移動ス
トローク即ち鉄心ギヤツプに対応する。

第３図ａに示すように可動鉄心と固定鉄心のギ
ヤツプが大きいt₁時点で、操作コイルに電圧を印
加すると印加電圧に応じた起動電流が流れる。そ
の後可動鉄心と固定鉄心のギヤツプが小さくなる
に従つて、磁気抵抗が減少し磁束は増加してい
き、そしてギヤツプがほぼ０になつた瞬間（t₂時
点）に磁束は急激に増大する。

この磁束変化により操作コイルには、−NΔφ／
Δt（Ｖ）の逆起電力が発生し（但し、Ｎ：コイル
巻数、φ：磁束、ｔ：時間）、これによりコイル
電流は急激に減少し、その後は完全な閉磁気回路
を形成するため磁束の変化がなくなり、逆起電力
も消滅して電源電圧に応じたコイル電流に復帰す
る。そしてt₃時点でタイマ回路８（第６図）の限
時動作により、操作コイル１への印加電圧が断続
電圧に切り替わり、励磁電流が小さくなり保持電
流となる。

この場合、電圧検出回路７により始動し、一定
時間後に発振回路９を始動させてスイツチ素子５
を入、切させるタイマ回路８の時限は、可動鉄心
が固定鉄心とのギヤツプの分移動するに要する時
間（t₂−t₁）は少なくとも必要であり、それにバ
ラツキを考慮して若干の余裕時間を加え、さら
に、その他機械的な摩耗や摩擦による前記移動時
間の延長等も考慮すると、可動鉄心の移動時間の
２〜３倍に設定されるのが一般的である。従つて
このような場合、可動鉄心の正常な移動に要する
時間の２〜３倍の時間大きな電流が操作コイル１
に流れ、操作コイル消費電力も２〜３倍に増加
し、過熱することになる。このようなことから上
述の制御回路で電磁石装置を高頻度で入、切した
場合、操作コイルが焼損するおそれがあつた。

上記において、例えば起動電流２アンペアの電
磁石で具体的な設定時間はt₂−t₁＝25ｍｓ、t₃−
t₁＝75ｍｓとなつている。

このような問題を解消するものとして、特開昭
57−172705号公報には、操作コイルに流れる電流
を検出し、可動鉄心が移動することにより操作コ
イルに流れる電流が変化することを検出して全電
源電圧から保持電流に切り換える回路が記載され
ている。これにより、保持時の消費電力の低減と
操作コイルの過熱を抑えている。

即ち、第３図ａの説明で述べたように、コイル
電流が急激に減少した時点t₂をとらえれば鉄心が
完全に吸着したことを検出でき、その後、保持電
流に切り換えた状態を示したのが第３図ｂであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記の特開昭57−172705号公報に記
載された回路では、瞬間停電等により電源電圧が
瞬間的に零になり、しかも可動鉄心は吸引された
まま電源電圧が復帰したときは、制御回路は再起
動するが、操作コイルに流れる電流からは可動鉄
心が吸引するときの逆起電力は検出できないた
め、全電源電圧から保持電流に切り換える信号が
得られず、したがつて操作コイルには全電源電圧
が印加されたままの状態が継続し、操作コイルの
過熱が発生するという問題がある。

そこで本発明は、瞬間停電等が生じた場合で
も、消費電力の増加及び操作コイルの温度上昇を
防止することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の問題点を解決するため、電磁
石操作コイルに全電源電圧を印加するのは、可動
鉄心が固定鉄心とのギヤツプを移動しほぼ完全な
閉磁気回路を形成する瞬間までとし、その瞬間に
生ずる操作コイルの電流変化を検出して、その後
は発振回路を始動させ、断続する印加電圧による
保持電流に切り替えて保持時の消費電力を低減さ
せる直流電磁石装置において、可動鉄心が固定鉄
心に吸引された後においても、一定周期で前記発
振回路の始動条件に相当するリセツトパルスを発
生するリセツトパルス発振回路を設けたものであ
る。

〔作用〕

リセツトパルス発振回路を設けたことにより、
一定周期で発振回路が起動をかけられるため、瞬
間停電等により電源電圧が瞬間的に零になり、し
かも可動鉄心は吸引されたまま電源電圧が復帰し
たときに、操作コイルを全電源電圧印加から保持
電流状態に切り換えるための信号である操作コイ
ルからの電流変化が検知されず、発振回路が起動
されなかつた場合でも、リセツトパルス発振回路
からのリセツトパルスにより発振回路が起動する
ため、操作コイルは保持電流に切り替わり、全電
源電圧が印加されたままの状態が一定時間以上継
続することを防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。第１図において、Ｐ、Ｎは直流電源の端
子、４は操作スイツチであり、端子Ｐより操作ス
イツチ４を経た端子をP₁とする。電磁石操作コ
イル１とトランジスタなどのスイツチ素子５とが
直列に電源P₁、Ｎに接続されている。このスイ
ツチ素子５は制御電源回路６、電圧検出回路７、
電流検出回路１３、発振回路９により制御され
る。制御電源回路６と電圧検出回路７は端子P₁、
Ｎ間に接続され、制御電源回路６は電圧検出回路
７、電流検出回路１３、リセツトパルス発振回路
１８及び発振回路９に制御電源を与える。

電圧検出回路７は電源電圧を検出し、その電圧
が基準値以下のときは出力を出さず、基準値以上
のときは出力を出すものであり、その出力は電流
検出回路１３及びリセツトパルス発振回路１８に
動作信号を与えるとともに、オア回路１０、抵抗
１１を経てスイツチ素子５に閉路信号を与える。
電源電圧が基準値以下のある値以下に下ればその
閉路信号を停止する。この場合の基準値はその値
以上では全ての制御回路及び電磁石が正常に作動
するように定める。

電流検出回路１３は操作コイルに流れる励磁電
流を検出し、その励時電流が急激に立下り変化を
したとき出力信号を出し、Ｂ端子より発振回路９
へ動作信号を与え、またＣ端子より電圧検出回路
６の出力信号を停止する信号を与える。

上記の電圧検出回路７よりスイツチ素子５へ与
えられる信号と発振回路９と発振信号は、オア回
路１０、抵抗１１を経てスイツチ素子５へ至る。

リセツトパルス発振回路１８は、電流検出回路
１３に対し、Ｄ端子より一定周期間隔で常にリセ
ツトパルス信号を与える。

１４は操作コイル１に並列に、電源と逆方向に
接続されたダイオード即ちフライホイールダイオ
ード、１２はコイル励磁電流検出素子で、この場
合抵抗を挿入し、その端子電圧の変化を検出し、
電流検出回路１３のＡ端子へ入力する。

第１図の構成の回路において、操作スイツチ４
を閉じると制御電源回路６及び操作コイル１に電
源電圧が印加され、同時に制御電源回路６より、
電圧検出回路７、電流検出回路１３、リセツトパ
ルス発振回路１８及び発振回路９等各制御回路に
制御電源が供給される。

電圧検出回路７において、電源電圧が基準値以
上の場合は出力信号を出し、その出力はオア回路
１０、抵抗１１を通してスイツチ素子５に印加さ
れ、スイツチ素子５はオンとなり操作コイル１に
起動電流が流れ電磁石が吸引される。この電流は
前記スイツチ素子５に直列に接続された電流検出
素子である抵抗１２にも流れ、抵抗１２の両端に
は電流に比例した電圧が得られ、この電圧を信号
として電流検出回路１３に送る。

第２図は、電流検出回路１３の実施例の構成を
示す回路図であり、ｐ、ｎは回路に与えられる制
御電源端子、２１は第１の比較器、２２は第２の
比較器、R₁、R₂は端子ｐ、ｎ間に接続された分
圧抵抗で分圧点２３より比較器２１の基準入力端
子（−）に第１の基準電圧v₁が与えられる。

R₃、R₄は端子ｐ、ｎ間に接続された分圧抵抗
であり、分圧点２４より比較器２２の基準入力端
子（＋）に第２の基準電圧v₂が与えられる。また
分圧点２４には、ダイオードD₂を介してリセツ
トパルス発振回路１８の出力信号がＤ端子より与
えられる。

R₅は第１の比較器２１の出力端子２５を端子
ｐに接続する抵抗、R₆は第２の比較器２２の出
力端子２６を端子ｐに接続する抵抗である。

また、Ａは入力端子であり、この入力端子Ａか
らの入力信号は、抵抗R₇、R₈を介して第１の比
較器２１の（＋）入力端子に入力される。第１の
比較器２１の出力端子２５から出力される信号の
一方はアンド回路２８に与えられるが、他方はダ
イオードD₁を抵抗R₇、R₈の中間点２７へ接続す
ることにより、第１の比較器２１に正帰還信号を
与える。

端子Ａからの入力信号は抵抗R₉を介して第２
の比較器２２の（−）端子に入力され、第１及び
第２の比較器２１，２２の出力はアンド回路２８
を経て出力端子Ｂへ出力し、出力端子Ｂよりイン
バータ２９を経て出力端子Ｃへ出力する。

第４図に示すように、比較器２１，２２はそれ
ぞれ異なつた基準値を持ち、その基準電圧はそれ
ぞれv₁、v₂である。この場合、v₁＞v₂とする。第
４図イはコイル励磁電流の時系列的変化を示した
もので、縦軸をコイル電流値、横軸を時間で表し
ている。第４図ロは電流検出抵抗１２の端子電圧
の時系列的変化を示したもので、縦軸を端子電
圧、横軸を時間で表している。第４図ハは第１の
比較器２１の出力、第４図ニは第２の比較器２２
の出力、第４図ホは電流検出回路１３のＢ端子出
力、ヘは電流検出回路１３のＣ端子出力、トは可
動鉄心の入切状態を表し、いずれも横軸を時間で
表している。

ここで、電流検出抵抗端子電圧（以下検出電圧
という）がt₁₁時点で基準値v₂を超えると、第２
の比較器２２の出力は１から０となる。さらに検
出電圧がt₁₂点で基準値v₁を超えると第１の比較
器２１の出力は０から１となる。この場合、第２
図に示すようにR₅、D₁、R₈を通して電源電圧が
（＋）入力端子に印加されるため、比較器２１の
（＋）入力は基準電圧v₁より常に大きくなり、第
１の比較器２１の出力は１に保持される。さらに
可動鉄心の移動が進み固定鉄心とのギヤツプが０
に近づくと検出電圧は急激に下がり、t₁₃点で基
準点v₁より下がるが上述のように比較器２１は１
の状態を保持しているため、出力は１のままであ
る。そして、いよいよ可動鉄心が固定鉄心とほぼ
完全な閉磁路を形成する瞬間に、検出電圧はt₁₄
点で基準値v₂より下がり、第２の比較器２２の出
力は０から１になる。

第１及び第２の比較器２１，２２の出力はアン
ド回路２８に接続されており、アンド回路２８の
出力つまりＤ端子出力は、この瞬間に０から１と
なり発振回路９を始動させる。同時にＣ端子出力
は１から０となり、電圧検出回路７よりスイツチ
素子へ与える出力信号を停止する。発振回路９か
らの断続信号はオア回路１０、抵抗１１を通して
スイツチ素子５に印加され、スイツチ素子５はオ
ン・オフを繰り返す。これにより操作コイルに流
れる励磁電流は減少する。従つて第４図のt₁₄時
点以降は前記検出電圧が基準値v₂を超えることは
なく、電流検出回路のＢ端子出力は１の状態を保
つ。これにより操作スイツチ４が閉じている間、
発振回路９は断続信号をスイツチ素子５に送り続
け、スイツチ素子５はオン・オフを繰り返し、電
磁石は小さい励磁電流（平均値）で保持状態を続
ける。

以上は基本的な動作の説明であるが、万一何ら
かの異常により第２の比較器２２が出力を出さな
かつた場合、あるいは瞬時停電等により一時的に
制御電源が低下し、しかも電磁石は開放に至らな
い場合は、制御電圧が復帰してもＢ端子及びＣ端
子の出力が出ないため、起動状態のままとなり、
大きな電流が連続して流れ、操作コイル１が焼損
するおそれがある。

このようなことを防止するため、更にリセツト
パルス発振回路１８を設け、電流検出回路１３へ
信号を与えるようにする。即ち、電流検出回路１
３のＤ端子よりダイオードD₂を通して第２の比
較器２２の（＋）入力端子２４へ、一定周期間隔
で常にリセツトパルス信号を与える（第４図チ参
照）。このリセツトパルス信号は、第２の比較器
２２の（−）入力端子に印加される電圧より大き
い値であるため、リセツトパルス信号が与えられ
た瞬間に第２の比較器２２の出力は０から１とな
り、端子Ｂ、端子Ｃの出力により保持状態となつ
て操作コイル１の焼損を防止する。リセツトパル
ス信号は、異常時保護のためのものであるため、
その周期は、異常に操作コイル１が焼損しない間
隔、例えば１秒に１回程度でよい。第４図の右側
の部分はそのときの回路動作を示すものである。

なお、第１図に示す実施例では、発振回路９は
電流検出回路１３の信号により始動するようにし
ているが、第５図に示すように電圧検出回路７に
より始動する構成とすることもできる。この場
合、起動時は電圧検出回路７の入信号と発振回路
９の断続信号はオア回路１０を通り、両方の信号
がスイツチ素子５に印加されることになるが、ス
イツチ素子５は電圧検出回路７の入信号によりオ
ンするので発振回路９からの断続信号は無視でき
る。その後、電磁石吸引動作完了の瞬間に電流検
出回路１３の出力により電圧検出回路７の入信号
を停止するので、この瞬間から発振回路９からの
断続信号のみとなり、スイツチ素子５はオン・オ
フを繰り返し、第４図の動作と同様にして保持を
行う。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、電磁石が投入
してほぼ完全な閉磁気回路を形成したことを検出
して、その検出信号により、投入電流を停止し、
かつ発振回路を始動させ断続する印加電圧による
保持電流に切り替えるようにしたので、投入保持
に必要な電力を必要最小限の量にすることがで
き、高頻度で電磁石装置を開閉しても操作コイル
の発熱が小さく、また保持時の消費電力が少な
く、更に、瞬間停電等が発生した場合や、保持電
流への切り替えを行う電流検出回路の動作に異常
が発生した場合でも、リセツトパルス発振回路で
発振回路を一定周期で始動して保持電流に切り換
えるようにしたので、コイル焼損がなく信頼性の
高い直流電磁石装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図
は本発明による電流検出回路の実施例を示す回路
図、第３図は電磁石の可動、固定両鉄心間のギヤ
ツプとコイル励磁電流の変化を示す説明図、第４
図は回路の動作を示すタイムチヤート、第５図は
本発明の他の実施例を示す回路図、第６図は従来
の電磁石駆動回路図、第７図はスイツチ素子のオ
ン・オフ状態の時間的推移を示す説明図である。 １：操作コイル、４：操作スイツチ、５：スイ
ツチ素子、６：制御電源回路、７：電圧検出回
路、９：発振回路、１０：オア回路、１１：抵
抗、１２：抵抗（電流検出素子）、１３：電流検
出回路、１４：フライホイールダイオード、１
８：リセツトパルス発振回路、２１：第１の比較
器、２２：第２の比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁石を励磁する操作コイル１と、この操作
   コイルに直列に接続され入力信号により開閉する
   スイツチ素子５と、電源電圧を検出しこの電圧が
   一定値以上のとき前記スイツチ素子５を閉路する
   出力信号を出す電圧検出回路７と、前記操作コイ
   ル１の励磁電流が一定値以下に下降したときに出
   力信号を出し、その出力信号により電圧検出回路
   ７よりスイツチ素子５に与える出力信号を停止さ
   せる電流検出回路１３と、この電流検出回路１３
   の出力信号により始動し前記スイツチ素子５を開
   閉させる断続信号を与える発振回路９と、前記電
   圧検出回路７の出力信号により始動し、一定周期
   間隔のリセツトパルス信号を連続的に発生して前
   記電流検出回路１３に与えるリセツトパルス発振
   回路１８と、これらの回路に直流制御電圧を与え
   る電源回路とを備えたことを特徴とする直流電磁
   石装置。 ２ 電磁石を励磁する操作コイル１と、この操作
   コイルに直列に接続された入力信号により開閉す
   るスイツチ素子５と、電源電圧を検出しこの電圧
   が一定値以上のとき前記スイツチ素子５を閉路す
   る出力信号を出す電圧検出回路７と、前記操作コ
   イル１の励磁電流が一定値以下に下降したときに
   出力信号を出し、その出力信号により電圧検出回
   路７よりスイツチ素子５に与える出力信号を停止
   させる電流検出回路１３と、前記電圧検出回路７
   の出力信号により始動し前記スイツチ素子５を開
   閉させる断続信号を与える発振回路９と、同発振
   回路９と同時に始動し、一定周期間隔のリセツト
   パルス信号を連続的に発生し前記電流検出回路１
   ３に与えるリセツトパルス発振回路１８と、前記
   電圧検出回路７の出力信号と発振回路９の出力信
   号とを入力し、その論理和を前記スイツチ素子５
   に与えるオア回路１０と、これらの回路に直流制
   御電圧を与える電源回路とを備えたことを特徴と
   する直流電磁石装置。