JPH06236813A

JPH06236813A - 直流電磁石装置

Info

Publication number: JPH06236813A
Application number: JP5152523A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ishikawa; 稔石川; Kimitada Ishikawa; 公忠石川; Tsuneo Ebisawa; 恒雄海老澤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】電源電圧の変化により生じる不要の投入コイル
電流の通電を防止する。【構成】操作コイル１と、この操作コイルに直列に接続
されたスイッチング素子７および電流検出用抵抗８と、
操作コイル１の投入コイル電流の通電期間に対応するパ
ルス幅のワンショットパルスを出力するワンショットパ
ルス発生回路６と、このワンショットパルス発生回路か
ら出力されたワンショットパルスが入力され所定の立ち
上がり速度，波高値およびこのワンショットパルスのパ
ルス幅にほぼ等しいパルス幅の台形波パルスを出力する
ミラー回路２９と、投入コイル電流をこのミラー回路の
台形波パルスに比例した電流値に制御する制御信号をス
イッチング素子７に出力するコンパレータ３とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁接触器などの駆動用
として用いられる直流電磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電磁石装置は操作コイルが巻かれ
た固定鉄心とこの固定鉄心にギャップを介して対向する
可動鉄心とより成り、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、前記ギャッ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
の反発力に打ち勝って移動する。この場合、鉄心ギャッ
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。

【０００３】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
ような駆動回路が用いられた電磁石装置がある。図１０
はその従来回路を示すものであり、同図において、電磁
石の操作コイル１は、スイッチ素子５ｄ、例えばトラン
ジスタと直列にして直流電源端子Ｐ，Ｎに接続されてい
る。このスイッチ素子５ｄ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およびタイマ回路８の信号と発振
回路９の信号がオア回路１０，抵抗１１を経てスイッチ
素子５ｄへ入力されるようにしている。また電源回路を
開閉する操作スイッチ４が設けられている。

【０００４】次に、図１０の回路の動作を図１１に示す
動作波形図を参照して説明すると、操作スイッチ４が投
入され、端子Ｐ，Ｎから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を経てスイッチ
素子５ｄへ閉信号を与え、スイッチ素子５ｄがオンにな
り（図１１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（図１１のｔ ₂時
点）。このとき、スイッチ素子５ｄはオンのままで操作
コイル１には大きなコイル電流が流れている。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ッチ素子５ｄ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（図１１のｔ
₃時点）。この断続信号はオア回路１０および抵抗１１
を経てスイッチ素子５ｄへ印加され、スイッチ素子５ｄ
はオン，オフを繰返す。これにより操作コイル１には断
続した電圧（実際に操作コイル１に流れるコイル電流は
フライホィールダイオード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，オフの時間を適
正に選ぶことにより電磁石は小さいコイル電流で保持状
態を続ける。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の直流電磁石装置
においては次のような問題点がある。この問題点を図１
２により説明する。図１０の回路の場合投入時は電源電
圧をそのまま印加している為、電源電圧により電磁石の
吸引力が大きく変化する。現在、電磁接触器の使用電圧
範囲は定格電圧の８５〜１１０％と規格で定められてお
り、従って電磁石部は定格の８５％の電圧でも投入動作
に必要な充分な吸引力を有するように設計しておかなけ
ればならない。ところが、電磁石の吸引力は印加電圧の
２乗に比例するので、図１２に示す通り印加電圧が大き
くなるにつれ必要以上に大きな吸引力が生じ、電磁石の
鉄心やその他の部分に大きな衝撃が加わり機械的寿命が
短かくなったり、主接触部がチャタリングを起して接点
寿命が短かくなる等の問題があった。

【０００６】図１２は電磁石の一般的な吸引力特性図
で、横軸に印加電圧ｖで、縦軸に吸引力ｆを表わし、ｆ
は電磁石の吸引力、ｆ₀は電磁石の動作に必要な吸引力
である。電磁石の最低動作電圧のときの吸引力に比し、
印加電圧ｖが増すに従って吸引力ｆが急速に増大してい
ることが分る。前述の問題点を解決するために特開昭６
１−１８７３０４号公報で記載された直流電磁石装置が
提案されている。図１３はその回路を示し、図１４は図
１３における操作コイル１の電流変化に対する定電流回
路１６の出力関係を示す動作波形図である。この内容の
説明は省略するが、要は操作コイル１に流れるコイル電
流ｉを検出し、電磁石投入時において定電流回路１６の
設定レベルＶ₁より小さい場合は出力を出して操作コイ
ル１に電圧を印加し、これによりコイル電流ｉを増加さ
せる。コイル電流ｉが設定レベルＶ₁より大きくなる
と、定電流回路１６は出力を停止してこれによりコイル
電流ｉを減少させる。コイル電流ｉが設定レベルＶ₁よ
り小さくなると、定電流回路１６は再び出力を出してコ
イル電流ｉを増加させ、以上のような動作を繰り返して
コイル電流ｉを一定に保つようにする。また電磁石保持
時において設定レベルＶ₁より低い値の設定レベルＶ₂
に対して制御を行い、同様電磁石保持に必要な低い値の
コイル電流ｉに保つようにしたものである。

【０００７】しかしながら、この直流電磁石装置におい
ても、次のような問題点がある。図１５は電源電圧ｖが
低い値のｖ₁と高い値のｖ₂における電磁石の動作を示
す波形図であり、図１５において電源電圧が時刻ｔ₀で
印加されると｛図１５（１）｝、操作コイルに流れるコ
イル電流ｉは電源電圧ｖが低いｖ₁の時は実線で示すｉ
₁のように低い立ち上がりで上昇し、電源電圧ｖが高い
ｖ₂の時は破線で示すｉ₂のように高い立ち上がりで上
昇する｛図１５（２）｝。このためにコイル電流ｉの大
きさを設定値Ｖ₁に抑えても、電磁石は低い電源電圧ｖ
₁の時は長い動作時間ＴＭ₁の後に、高い電源電圧ｖ₂
の時には短かい動作時間ＴＭ₂後に、それぞれ時刻ｔ₁
およびｔ₂で投入されるようになる。なお、図１５
（２）においてコイル電流ｉが上昇後一時低下する点は
電磁石が投入された点であり、この電流低下は電磁石が
投入されたため操作コイル１のインダクタンスが増加す
るために生じたものである。このように電源電圧ｖが高
いｖ₂のときには、投入動作時間ＴＭ₂で投入が完了し
ているにもかかわらず、電源電圧ｖがｖ₁で低いときの
投入動作時間ＴＭ₁をカバーする時刻ｔ₃までの期間Ｔ
Ｃの間、操作コイルに通電する必要があり、Ｔ₂−Ｔ₁
の時間の不要な投入コイル電流が流れることにより投入
時の衝撃の低減を困難にしている。

【０００８】また、前述の各直流電磁石装置の動作は電
源電圧が時間に対しほぼ一定の直流電圧の場合について
述べたが、実際には電源電圧が、例えば単相交流電圧を
全波整流して得られる脈動波の直流電圧（以下脈動電圧
と称する）の場合も多い。電源電圧がこのような脈動電
圧の場合、電磁石の吸引力が低下するので、投入コイル
電流を脈動電圧のときに適正な値に設定すると、ほぼ一
定の直流電圧の場合は急速に吸引されて不要な投入コイ
ル電流が通電されて、同様電磁石の鉄心やその他の部分
に大きな衝撃が加わり機械的寿命が短かくなったり、主
接触部がチャタリングを起して接点寿命が短かくなるな
どの問題を生じる。図１６はこのような場合の電磁石の
動作を説明するための波形図であり、図１６において
（１）は電源電圧が脈動電圧ｖ_lの場合のコイル電流ｉ
_l、（２）は電源電圧がほぼ一定の直流電圧ｖの場合の
コイル電流ｉ、および（３）はこれら脈動電圧ｖ_lある
いはほぼ一定の直流電圧ｖが印加されたときの電磁石の
動作を示したものである。図１６（１）において、時刻
ｔ₀に脈動電圧ｖ_lが印加されるとコイル電流ｉ_lは時
刻ｔ₁まで通電されて図１６（３）に示すように電磁石
は投入され、多少余裕を見た時刻ｔ₂から保持コイル電
流に切り換えられるが、図１６（２）に示すように時刻
ｔ₀に一定の直流電圧ｖが印加されるとコイル電流ｉは
時刻ｔ_sまで通電されると、図１６（３）に示すように
電磁石は投入されて一時電流値は低下する（電磁石の吸
引によって電磁石コイルのインピーダンスが増加するた
め）。しかし、再び上昇して保持コイルに切り換えられ
る時刻ｔ₂までの間、不要な投入コイル電流が流れるよ
うになる。このために投入時の衝撃の低減が更に困難に
なる。

【０００９】本発明の目的は電源電圧の変化により操作
コイルに生じる不要な投入コイル電流の通電を防止した
直流電磁石装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明の第１形態の直流電磁石装置は、操作コイル
が巻かれた固定鉄心と、この固定鉄心にギャップを介し
て対向する可動鉄心と、前記操作コイルにそれぞれ直列
に接続されたスイッチング素子および電流検出用抵抗
と、電源電圧を検出し、この電圧が設定値以上のとき検
出信号を出力する電圧検出回路と、この電圧検出回路か
ら出力された検出信号により始動し、前記操作コイルの
投入コイル電流の通電期間に対応するパルス幅のワンシ
ョットパルスを出力するワンショットパルス発生回路
と、このワンショットパルス発生回路から出力されたワ
ンショットパルスが入力され所定の立ち上がり速度，波
高値および前記ワンショットパルスのパルス幅にほぼ等
しいパルス幅の台形波パルスを出力するミラー回路と、
一方の入力端子に前記電圧検出回路の検出信号の分圧電
圧と前記ミラー回路の台形波パルスのうちいずれか電圧
値が高い方が入力され、他方の端子に前記電流検出用抵
抗の電圧降下が積分回路を介し入力され、前記一方の入
力端子に入力される信号の大きさが他方の入力端子に入
力される信号の大きさより大きいときオンの制御信号を
前記スイッチング素子の制御端子に出力するコンパレー
タとからなるようにする。この直流電磁石装置におい
て、電源電圧の脈動を検出するリップル検出回路と、こ
のリップル検出回路が電源電圧の脈動を検出したとき、
ミラー回路から出力される台形波パルスの電圧値を上昇
させる基準電圧切換回路を設ける。

【００１１】また、本発明の第２形態の直流電磁石装置
は、操作コイルが巻かれた固定鉄心と、この固定鉄心に
ギャップを介して対向する可動鉄心と、前記操作コイル
にそれぞれ直列に接続されたスイッチング素子および電
流検出用抵抗と、電源電圧を検出し、この電圧が設定値
以上のとき検出信号を出力する電圧検出回路と、この電
圧検出回路から出力された検出信号により始動し、前記
操作コイルの投入コイル電流の通電期間に対応するパル
ス幅のワンショットパルスを出力するワンショットパル
ス発生回路と、電源電圧の脈動を検出するリップル検出
回路と、前記ワンショットパルス発生回路のワンショッ
トパルスおよび前記リップル検出回路の検出信号が入力
され、電源電圧がほぼ一定の直流電圧のときは所定の波
高値で前記ワンショットパルスのパルス幅にほぼ等しい
パルス幅の第１の短形波パルスを出力し、電源電圧が脈
動電圧のときは前記第１の短形波パルスの波高値より高
い波高値で、前記ワンショットパルス幅にほぼ等しいパ
ルス幅の第２の短形波パルスを出力する可変基準電圧発
生回路と、一方の入力端子に前記電圧検出回路の検出信
号の分圧電圧と前記可変基準電圧発生回路の短形波パル
スのうちいずれか電圧値が高い方が入力され、他方の端
子に前記電流検出用抵抗の電圧降下が積分回路を介し入
力され、前記一方の入力端子に入力される信号の大きさ
が他方の入力端子に入力される信号の大きさより大きい
ときオンの制御信号を前記スイッチング素子の制御端子
に出力するコンパレータとからなるようにする。前記電
圧検出回路はその正側入力端子に電源電圧の分圧電圧
が、その負側入力端子に定電圧回路の出力電圧の分圧電
圧がそれぞれ入力され、前記電源電圧の分圧電圧が前記
定電圧回路の出力電圧の分圧電圧より大きいとき、その
出力端子から検出信号を出力するオペアンプとからなる
ようにし、前記ワンショットパルス発生回路は電圧検出
回路から出力された検出信号が入力されるコンデンサと
抵抗とが直列に接続された充電回路と、その正側入力端
子に定電圧回路の出力電圧の分圧電圧が、その負側入力
端子に前記充電回路の抵抗の電圧降下がそれぞれ入力さ
れ、この抵抗の電圧降下が前記定電圧回路の分圧電圧よ
り大きいときその出力端子から信号電圧を出力するオペ
アンプとからなるようにする。前記ミラー回路はその正
側入力端子に基準電圧が入力され、その負側入力端子に
ワンショットパルス発生回路から出力されたワンショッ
トパルスが入力され、このワンショットパルスが前記基
準電圧より大きいときその出力端子から信号電圧を出力
するオペアンプと、このオペアンプの出力端子とワンシ
ョットパルス発生回路の間に接続された充・放電回路と
からなるようにする。更に前記ミラー回路の台形波パル
スの立ち上がり速度は使用時における電源電圧の変化範
囲で生じる電流検出用抵抗の電圧降下の立ち上がり速度
より低く設定する。前記リップル電圧検出回路は電源電
圧の分電圧が入力され、この電源電圧が零点近くに低下
したとき動作するトランジスタと、このトランジスタの
動作により検出信号を出力するラッチ回路とからなるよ
うにする。前記基準電圧切換回路はミラー回路の出力電
圧の分圧抵抗の一部に並列に接続され、リップル検出回
路の検出信号によって動作するトランジスタからなるよ
うにする。前記可変基準電圧発生回路は定電圧回路の出
力電圧を分圧して所定の電圧値を出力する分圧抵抗と、
この分圧抵抗の一部に並列に接続され、リップル検出回
路の検出信号によって動作するトランジスタと、ワンシ
ョットパルス発生回路のワンショットパルス出力期間中
導通し、前記分圧抵抗の分電圧で定まる各電圧をコンパ
レータに出力する第２のトランジスタとからなるように
する。

【００１２】

【作用】本発明の第１形態の直流電磁石装置において
は、ワンショットパルス発生回路から出力されたワンシ
ョットパルス（このパルス幅は操作コイルの通電期間に
対応する）によってミラー回路は所定の立ち上がり速
度，波高値およびワンショットパルスのパルス幅にほぼ
等しいパルス幅の台形波パルスを出力する。この台形波
パルスの波高値は電圧検出回路の検出信号の分圧電圧よ
り高く設定されているので、この台形波パルスの出力時
はコンパレータの一方の入力端子にはこの台形波パルス
が入力される。同時にコンパレータの他方の入力端子に
は、電流検出用抵抗を介して操作コイルのコイル電流
（投入コイル電流になる）に比例した電圧が入力される
ので、電磁石投入時にはスイッチング素子はこのコンパ
レータから出力される制御信号によって、投入コイル電
流をミラー回路の台形波パルスで定まる立ち上がり速
度，電流値および通電期間を越えないように制御する。
ここで、使用時における電源電圧の変化範囲内で生じる
操作コイルの投入コイル電流の立ち上がり速度（厳密に
は投入コイル電流によって生じる電流検出用抵抗の電圧
降下の立ち上がり速度）よりミラー回路の台形波パルス
の立ち上がり速度を低く設定することで、投入コイル電
流は電源電圧の変化に関係なく一定の立ち上がり速度に
制御される。ここで台形波パルスの立ち上がり速度，波
高値，パルス幅を投入コイル電流の立ち上がり速度，電
流値，通電期間に対応させることにより、電源電圧に変
化があっても投入コイル電流は一定となり不要な投入コ
イル電流の通電は防止される。更に、この直流電磁石装
置において、電源電圧の脈動を検出するリップル検出回
路と、このリップル検出回路が電源電圧の脈動を検出し
たとき、ミラー回路から出力される台形波パルスの電圧
値を上昇させる基準電圧切換回路とを設けたので、電源
電圧が脈動電圧のときミラー回路の台形波パルスの電圧
値が増加し、脈動電圧のときの電磁石の吸引トルクは電
源電圧がほぼ一定の直流電圧のときと同じになるように
増加される。

【００１３】本発明の第２形態の直流電磁石装置におい
ては、電源電圧の脈動を検出するリップル検出回路と、
前記ワンショットパルス発生回路のワンショットパルス
および前記リップル検出回路の検出信号が入力され、電
源電圧がほぼ一定の直流電圧のときは所定の波高値で前
記ワンショットパルスのパルス幅にほぼ等しいパルス幅
の第１の短形波パルスを出力し、電源電圧が脈動電圧の
ときは前記第１の短形波パルスの波高値より高い波高値
で、前記ワンショットパルス幅にほぼ等しいパルス幅の
第２の短形波パルスを出力する可変基準電圧発生回路
と、一方の入力端子に前記電圧検出回路の検出信号の分
圧電圧と前記可変基準電圧発生回路の短形波パルスのう
ちいずれか電圧値が高い方が入力され、他方の端子に前
記電流検出用抵抗の電圧降下が積分回路を介し入力さ
れ、前記一方の入力端子に入力される信号の大きさが他
方の入力端子に入力される信号の大きさより大きいとき
オンの制御信号を前記スイッチング素子の制御端子に出
力するコンパレータとを設けたので、電源電圧がほぼ一
定の直流電圧のときはコンパレータの一方の入力端子に
はその波高値が所定電圧値の第１の短形波パルスが入力
され、電源電圧が脈動電圧のときは前記第１の短形波パ
ルスの波高値より高い波高値の第２の短形波パルスが入
力され、脈動電圧のときの電磁石の吸引トルクは電源電
圧がほぼ一定の直流電圧のときと同じになるように増加
される。これらによって不要な投入コイル電流の通電は
防止される。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第１形態の直流電磁石装置の
一実施例を示す回路図である。図１において、直流電磁
石装置は、操作コイル１が巻かれた図示しない固定鉄心
と、この固定鉄心にギャップを介して対向する図示しな
い可動鉄心と、操作コイル１にそれぞれ直列に接続され
たスイッチング素子７および電流検出用抵抗８と、電源
電圧ｖを検出し、この電圧が設定値以上のとき検出信号
を出力する電圧検出回路５と、この電圧検出回路５から
出力された検出信号により始動し操作コイル１の投入コ
イル電流の通電期間に対応する時間幅のワンショットパ
ルスを出力するワンショットパルス発生回路６と、この
ワンショットパルス発生回路６から出力されたワンショ
ットパルスが入力され所定の立ち上がり速度，波高値お
よびワンショットパルスのパルス幅にほぼ等しいパルス
幅を有する台形波パルスを出力するミラー回路２９と、
その一方の入力端子ａに分圧抵抗１５，１６により分圧
された電圧検出回路５の検出信号の分電圧とミラー回路
２９の台形波パルスとがそれぞれダイオード３０および
３１を介し入力され（ダイオード３０および３１の作用
でこれら検出信号の分電圧か台形波パルスのいずれか電
圧値の高い方が入力される）、その他方の入力端子ｂに
電流検出用抵抗８の電圧降下がダイオード１０，コンデ
ンサ１１，抵抗１２からなる積分回路１３を介し入力さ
れ、その一方の入力端子ａに入力される信号の大きさが
他方の入力端子ｂに入力される信号の大きさより大きい
ときオンの制御信号をスイッチング素子７の制御端子に
ゲート用抵抗９を介し出力するコンパレータ３とからな
っている。なお、Ｐ，Ｎは電源端子、１４は操作コイル
１に逆極性並列に接続されたフライホィールダイオー
ド、２は電源電圧ｖが入力されて定電圧Ｖ_sの制御電圧
を出力する定電圧回路である。また、ミラー回路２９は
定電圧回路２の出力側に直列に接続された抵抗２３およ
びツェナーダイオード２８からなり、このツェナーダイ
オード２８の両端子間に基準電圧を発生する基準電圧回
路と、その正側入力端子にこの基準電圧が入力され、そ
の負側入力端子にワンショットパルス発生回路６から出
力されたワンショットパルスが抵抗２１およびダイオー
ド２０を介して入力され、その出力端子からの信号電圧
が分圧抵抗２６および２７で分圧されてコンパレータ３
側に出力されるオペアンプ２２と、このオペアンプ２２
の出力端子と負側入力端子との間に接続されたコンデン
サ１７と、前記抵抗２１およびダイオード２０からなる
直列回路と逆極性並列に接続された抵抗１９およびダイ
オード１８とからなる直列回路とからなっている。

【００１５】この直流電磁石装置の動作を図１の他に図
４の動作波形図を参照して説明する。図４において、
（１）は電源電圧ｖを示しており、時刻ｔ₀で電源端子
Ｐ，Ｎに印加され、時間とともに徐々に上昇している。
これは、例えば誘導モータを起動するときスイッチ投入
直後は、この誘導モータは短絡状態に近く電源電圧は大
きく低下し、誘導モータの回転の上昇とともに正規の電
源電圧に回復する場合の一例を示したもので、通常この
ような場合電磁石装置は動作不良を生じ易いので、特に
このような悪い条件における電源電圧を示したものであ
る。そして電源電圧ｖが時刻ｔ₁において設定値以上に
なると電圧検出回路５から検出信号が出力される｛図４
（２）｝。この検出信号はワンショットパルス発生回路
６に入力され、このワンショットパルス発生回路６から
操作コイル１の投入コイル電流の通電期間に対応するパ
ルス幅ＴＣのローレベルのワンショットパルスが出力さ
れる｛図４（３）｝。また、電圧検出回路５の検出信号
は抵抗１５，１６によって分圧される。ここで、ミラー
回路２９は初期状態として抵抗２３およびツェナーダイ
オード２８とからなる基準電圧回路のツェナーダイオー
ド２８の基準電圧がオペアンプ２２の正側入力端子に入
力されている。一方、このオペアンプ２２の負側入力端
子にはワンショットパルス発生回路６からこの基準電圧
より電圧値の高いハイレベルの出力信号が抵抗２１，ダ
イオード２０を通して入力されるので、オペアンプ２２
の出力端子はローレベルとなっている。この状態におい
て、時刻ｔ₁にワンショットパルス発生回路６のハイレ
ベルの出力信号がパルス幅ＴＣのローレベルのワンショ
ットパルスに切り換わるとオペアンプ２２の出力端子は
ハイレベルに切り換わり、この出力端子からコンデンサ
１７，ダイオード１８，抵抗１９を通してワンショット
パルス発生回路６に電流が流れコンデンサ１７が充電さ
れる。この充電の時定数は主にコンデンサ１７の容量と
抵抗１９の抵抗値によって定まり、オペアンプ２２から
立ち上がり速度ｄｅ₁／ｄｔの電圧が出力される。コン
デンサ１７の充電が完了するとこのオペアンプ２２の出
力電圧で定まる一定の電圧ｅ₂となる。更に時間ＴＣの
後時刻ｔ₃において、このワンショットパルスが消滅す
るとワンショットパルス発生回路６の出力は再びハイレ
ベルとなり、ワンショットパルス発生回路６から抵抗２
１，ダイオード２０，コンデンサ１７を通してオペアン
プ２２の出力端子に電流が流れコンデンサ１７が放電さ
れる。この放電の時定数は主にコンデンサ１７の容量と
抵抗２１の抵抗値によって定まり、この出力電圧は立ち
下がり速度ｄｅ₃／ｄｔ降下して０となる。この台形波
パルスは分圧抵抗２６，２７で分圧され図４（４−２）
に示すような立ち上がり速度ｄＥ₁／ｄｔ，波高値
Ｅ₂，立ち下がり速度ｄＥ₃／ｄｔの台形波パルスが出
力される。

【００１６】ここで、ミラー回路２９の台形波パルスは
その電圧値を高くして投入パルスを与え、電圧検出回路
５の検出信号の分電圧はその電圧値を低くして保持パル
スを与えるように設定する。すなわち、ミラー回路２９
から時刻ｔ₁に電圧値の高い台形波パルスが出力される
と、この電圧値はｄＥ₁／ｄｔで上昇するので、出力直
後に電圧値の低い電圧検出回路５の検出信号の分電圧を
越えるので、コンパレータ３の一方の端子ａにはこの台
形波パルスが入力される。コンパレータ３の他方の入力
端子ｂには電流検出用抵抗８の電圧降下分が印加されて
いるが、時刻ｔ ₁〜ｔ₂の期間においては入力端子ｂに
印加される電圧に対して入力端子ａに印加される電圧の
方が高いことからコンパレータ３からハイレベルの出力
信号がスイッチング素子７のベースに供給されてスイッ
チング素子７がオンする。これにより操作コイル１には
コイル電流ｉが流れ、電流検出用抵抗８に電圧降下を生
じ｛図４（５）｝、この電圧降下は積分回路１３で平滑
化されコンパレータ３の他方の入力端子ｂに入力される
｛図４（６）｝。コンパレータ３は、前述したように入
力端子ａに入力される電圧の大きさが入力端子ｂに入力
される電圧の大きさより大きいときオンの制御信号をス
イッチング素子７の制御端子に出力してスイッチング素
子７がオンすることによりコイル電流ｉが流れる。この
コイル電流ｉの増加によりコンパレータ３の入力端子ｂ
に印加される電圧が入力端子ａに印加される電圧を超え
るとコンパレータ３の出力からローレベルの制御信号が
出力されてスイッチング素子７がオフする。時刻ｔ₂〜
ｔ₃の期間においてはコンパレータ３の出力がローレベ
ル，ハイレベルを繰り返してスイッチング素子７を制御
する。このようにしてコイル電流ｉは（投入コイル電流
となる）他方の入力端子ｂに入力された台形波パルスに
対応した電流値を越えないように制御され、操作コイル
１にはフライホィールダイオード１４で平滑化されたコ
イル電流ｉが流れる｛図４（７）｝。そして、次に時刻
ｔ₃において、ワンショットパルスの出力期間が終ると
｛図４（３）｝、ミラー回路２９の台形波パルスは低下
して消滅し、コンパレータ３の一方の端子ａには電圧検
出回路５から出力された検出信号を抵抗１５，１６で分
圧した分圧電圧が印加され、この分圧電圧の電圧値は前
記台形波パルスの電圧値より小さく設定されているの
で、操作コイル１には電流値の低いコイル電流（保持コ
イル電流となる）が流れる｛図４（４），（５），
（６），（７）｝。

【００１７】ここでミラー回路２９の台形波パルスの立
ち上がり速度ｄＥ₁／ｄｔを、例えば使用時における電
源電圧の変化範囲で生じる投入コイル電流ｉの立ち上が
り速度（厳密には投入コイル電流ｉによって生じる電流
検出用抵抗８の電圧降下の立ち上がり速度）より低く設
定すると、電源電圧の変化に関係なく投入コイル電流ｉ
は一定の立ち上がり速度に制御される。また、ミラー回
路２９の台形波パルスの波高値Ｅ₂を、この直流電磁石
装置の投入時に機械的衝撃を与えることのない投入コイ
ル電流ｉの電流値（厳密には投入コイル電流ｉによって
生じる抵抗８の電圧降下）に等しく設定することによっ
て、必要な電流値の投入コイル電流となる（投入コイル
電流の通電期間は台形波パルスのパルス幅、すなわちワ
ンショットパルスのパルス幅で必要とされる通電期間に
定められる）。このようにして不要な投入コイル電流が
流れることが防止され、投入時の衝撃が低減される。な
お、台形波パルスの立ち下がり速度ｄＥ₃／ｄｔは高く
して、できるだけ早く低い電流値の保持コイル電流に切
り換えることが望ましい。

【００１８】また、この直流電磁石装置では、投入コイ
ル電流は前述のようにミラー回路２９の台形波パルスに
よって定められるので使用電源電圧範囲を、例えば１０
０Ｖから２００Ｖの範囲に拡大できる。図８は電圧検出
回路５およびワンショットパルス発生回路６の回路の一
例を示す。図８において電圧検出回路５はその正側入力
端子に分圧抵抗５１，５２によって分圧された電源電圧
ｖの分電圧が、その負側入力端子に分圧抵抗５３，５４
によって分圧された定電圧回路２の出力電圧ｖ_sの分圧
電圧がそれぞれ入力され、電源電圧ｖの分圧電圧が定電
圧回路２の出力電圧ｖ_sの分電圧より大きいとき、その
出力端子から検出信号を出力するオペアンプ５５からな
っている。従って電源電圧ｖが定電圧回路２の出力電圧
ｖ_sの分圧電圧で定められる設定値以上のとき検出信号
を出力する。

【００１９】また、図８においてワンショットパルス発
生回路６は、電圧検出回路５から出力された検出信号が
入力されるコンデンサ６１と抵抗６２とが直列に接続さ
れた充電回路６３と、その正側入力端子に分圧抵抗６
４，６５によって分圧された定電圧回路２の出力電圧ｖ
_sの分圧電圧が、その負側入力端子に前記充電回路６３
の抵抗６２の電圧降下がそれぞれ入力されるオペアンプ
６６とからなっている。図９はその動作を示し、電圧検
出回路５の検出信号が入力されると｛図９（１）｝、充
電回路６３は充電され、その抵抗６２には、初期電流か
らその時定数で立ち下がる電流が流れ図９（２）に示す
電圧降下を生じる。この電圧降下が定電圧回路２の出力
電圧ｖ_sの分圧電圧より大きいとき、図９（３）に示す
ように信号電圧が、すなわちワンショットパルスがオペ
アンプ６６の出力端子から出力される。そして前述した
ようにこのワンショットパルスのパルス幅ＴＣを電磁石
の投入動作時間ＴＭにほぼ合せるようにする。

【００２０】図２は本発明の直流電磁石装置の異なる実
施例を示す回路図である。図２に示す本発明の直流電磁
石装置は、図１に示す直流電磁石装置においてミラー回
路２９の出力側に基準電圧切換回路４２とこの基準電圧
切換回路４２を制御するリップル検出回路３８を設けた
もので、このリップル検出回路３８は直流電源端子Ｐ，
Ｎ間に直列に接続された抵抗３３および３４と、そのコ
レクタが抵抗３５を介し定電圧回路２の正側出力端子に
そのエミッタが直流電源端子Ｎにそのベースが抵抗３３
と３４の接続点に接続されたトランジスタ３６と、その
入力端子がトランジスタ３６のコレクタに接続されたラ
ッチ回路３７とからなっている。また、基準電圧回路４
２はそのコレクタ・エミッタが電流ミラー回路２９の抵
抗２６に抵抗４１を介し並列に接続され、そのベースが
リップル検出回路３８のラッチ回路３７の出力端子に接
続されたトランジスタ４０からなっている。

【００２１】この直流電磁石装置の動作を図２の他に図
５の動作波形図を参照して説明する。この直流電磁石装
置の動作は図４に示す直流電磁石装置の動作と基本的に
同様であるが、電源電圧が脈動電圧ｖ_lのとき、リップ
ル検出回路３８のトランジスタ３６のベースに入力され
る電圧がほぼ零になる期間があり、このときトランジス
タ３６はオフしてそのコレクタ電圧は上昇しラッチ回路
３７に「Ｈ」信号を出力する。この「Ｈ」信号はラッチ
回路３７でラッチされ出力端子から「Ｈ」検出信号が出
力される。この「Ｈ」検出信号は基準電圧切換回路４２
のトランジスタ４０に入力されこのトランジスタ４０を
オンする。トランジスタ４０のオンによって、オペアン
プ２２の出力電圧の分圧抵抗の一部を構成する抵抗２６
に抵抗４１が並列に接続され、オペアンプ２２の出力電
圧の分圧比は式（１）に示すように上昇する。

【００２２】

【数１】 α＝（Ｒ₂₇＋Ｒ₂₆）（Ｒ₂₆＋Ｒ₄₀）／Ｒ₂₇（Ｒ₂₆＋Ｒ₄₀）＋Ｒ₂₆・Ｒ₄₀ ・・・・式（１）但し α：分圧比の上昇率Ｒ₂₆：抵抗２６の抵抗値Ｒ₂₇：抵抗２７の抵抗値Ｒ₄₀：抵抗４０の抵抗値図５（４−２）に示すようにミラー回路２９の出力電圧
はこの分圧比の上昇率α分上昇するので、この分圧比の
値を適当に設定することによって、図７に示すように電
源電圧がほぼ一定の直流電圧のときと脈動電圧のときの
電磁石の吸引力を同じにして不要な投入コイル電流の通
電を防止できる。

【００２３】図３は本発明の第２形態の直流電磁石装置
の実施例を示す回路図である。図３に示す本発明の直流
電磁石装置は図１に示す直流電磁石装置において、ミラ
ー回路２９を廃止して、可変基準電圧回路５３と、この
可変基準電圧回路５３を制御するリップル検出回路３８
とを設けたもので、リップル検出回路３８は図２におけ
るリップル検出回路３８と同様であり、可変基準電圧回
路５３は定電圧回路２の正側出力端子と負側直流電源端
子Ｎ間に直列に接続され分圧抵抗を構成する抵抗４６，
４７および４８と、そのコレクタが抵抗４７と４８の接
続点にそのエミッタが負側直流電源端子Ｎにそのベース
がリップル検出回路３８のラッチ回路３７の出力端子に
接続されたトランジスタ４９と、抵抗４６と４７の接続
点と負側直流端子Ｎとの間に接続されたコンデンサ４３
と、定電圧回路２の正側出力端子と負側直流電源端子Ｎ
間に直列に接続された抵抗４４および４５と、その−入
力端子が抵抗４６と４７の接続点にその＋入力端子が抵
抗４４と４５の接続点に接続されたオペアンプ５２と、
そのエミッタがオペアンプ５２の出力端子にそのベース
が抵抗５０を介しワンショットパルス発生回路６の出力
端子に、そのコレクタが抵抗１５と１６の接続点および
ダイオード３１を介しコンパレータ３の一方の入力端子
ａに接続されたトランジスタ５１とからなっている。こ
の直流電磁石装置の動作を図３の他に図６の動作波形図
を参照して説明する。図６において（１）は電源電圧ｖ
を示しており、時刻ｔ₀で電源端子Ｐ，Ｎに印加され時
間とともに徐々に上昇している。そして電源電圧ｖが時
刻ｔ₁において設定値以上になると電圧検出回路５から
検出信号が出力される｛図６（２）｝。この検出信号は
ワンショットパルス発生回路６に入力され、このワンシ
ョットパルス発生回路６から操作コイル１の投入コイル
電流の通電期間に対応するパルス幅ＴＣのローレベルの
ワンショットパルスが出力される｛図６（３）｝。ここ
までは図４に示す動作と同様である。そしてこのワンシ
ョットパルスは可変基準電圧回路５３のトランジスタ５
１に入力されこのトランジスタ５１はオンする。トラン
ジスタ５１がオンすると、コンパレータ３の一方の入力
端子ａの電圧にはオペアンプ５２の出力電圧が入力され
る。このオペアンプ５２の出力電圧はこの−入力端子の
入力電圧ｅと＋入力端子の入力電圧の差に比例する。こ
こでこの−入力端子の入力電圧ｅは、電源電圧がほぼ一
定の直流電圧ｖのときは、リップル検出回路３８から基
準電圧切換回路５３のトランジスタ４９に「Ｈ」検出信
号が出力されておらずトランジスタ４９はオフ状態にあ
るので、式（２）に示すように定電圧Ｖ_Sを抵抗４６，
４７および４８で分圧した電圧値ｅ₁となる。

【００２４】

【数２】ｅ₁＝Ｖ_S・Ｒ₄₇＋Ｒ₄₈／Ｒ₄₆＋Ｒ₄₇＋Ｒ₄₈ ・・・・式（２）但しＲ₄₈：抵抗４８の抵抗値また、電源電圧ｖが脈動電圧ｖ_lのときは、リップル検
出回路３８のトランジスタ３６のベースに入力される電
圧がほぼ零になる期間が生じ、このときこのトランジス
タ３６はオフしてそのコレクタ電圧は上昇しラッチ回路
３７に「Ｈ」信号を出力する。この「Ｈ」信号はラッチ
回路３７でラッチされ、その出力端子から「Ｈ」検出信
号が出力される。この「Ｈ」検出信号は基準電圧切換回
路５３のトランジスタ４９に入力されこのトランジスタ
４９はオンする。トランジスタ４９のオンによって抵抗
４８が短絡されるので、オペアンプ５２の−入力端子に
入力される電圧ｅは式（３）に示すように定電圧Ｖ_Sを
抵抗４６および４７で分圧した電圧値ｅ₂になる。

【００２５】

【数３】ｅ₂＝Ｖ_S・Ｒ₄₇／Ｒ₄₆＋Ｒ₄₇ ・・・・式（３）但しＲ₄₆：抵抗４６の抵抗値Ｒ₄₇：抵抗４７の抵抗値従って、基準電圧切換回路５３のオペアンプ５２の出力
端子からは電源電圧がほぼ一定の直流電圧のときは、入
力電圧ｅ₁により定まる基準電圧Ｅ₁が、電源電圧が脈
動電圧のときは入力電圧ｅ₂により定まる基準電圧Ｅ₂
が出力される。ここでこの基準電圧Ｅ₂を図７に示すよ
うに、電源電圧がほぼ一定の直流電圧のときと脈動電圧
のときの電磁石の吸引力が同じになるように設定する。
そしてこれら基準電圧Ｅ₁あるいはＥ₂はワンショット
パルス発生回路６のワンショットパルスでオンするトラ
ンジスタ５１を通してコンパレータ３の一方の入力端子
ａに入力される。以下の動作は図４に示す動作と同様で
ある。このようにリップル検出回路３８および可変基準
電圧回路５３を設け、基準電圧Ｅ₁およびＥ₂を適当に
設定することにより、電源電圧がほぼ一定の直流電圧の
ときと、脈動電圧のときの電磁石装置の吸引力を合せて
不要の投入コイル電流の通電を防止できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の直流電磁石装置においては、電
源電圧の変化に対し操作コイルの投入コイル電流の立ち
上がり速度を一定に制御することにより不要の投入コイ
ル電流の通電を防止したので投入時の衝撃が低減され
る。また投入コイル電流の電流値および通電期間は電源
電圧に関係なく定められるので、使用電圧範囲を、例え
ば１００Ｖから２００Ｖまでの範囲に拡大できる。また
電源電圧が、例えば単相交流を全波整流して得られる脈
動電圧であっても、電磁石の吸引力をほぼ一定の直流電
圧のときの吸引力に合せるようにして不要の投入コイル
電流の通電を防止したので同様投入時の衝撃が低減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形態の直流電磁石装置の一実施例
を示す回路図

【図２】本発明の直流電磁石装置の異なる実施例を示す
回路図

【図３】本発明の第２形態の直流電磁石装置の実施例を
示す回路図

【図４】図１に示す本発明の直流電磁石装置の動作波形
図

【図５】図２に示す本発明の直流電磁石装置の動作波形
図

【図６】図３に示す本発明の直流電磁石装置の動作波形
図

【図７】図２あるいは図３に示す本発明の直流電磁石装
置において、電源電圧がほぼ一定の直流電圧の場合と脈
動電圧の場合における動作状態を示し、（１）は電源電
圧が脈動電圧の場合のコイル電流の波形図、（２）は電
源電圧がほぼ一定の直流電圧の場合のコイル電流の波形
図、（３）は電源電圧が脈動電圧の場合およびほぼ一定
の直流電圧における電磁石の動作特性図

【図８】図１ないし図３に示す本発明の直流電磁石装置
の電圧検出回路およびワンショットパルス発生回路の回
路図

【図９】図１ないし図３に示すワンショットパルス発生
回路の動作波形図

【図１０】従来の電磁石装置の一例を示す回路図

【図１１】図１０に示す従来の電磁石装置の動作波形図

【図１２】電磁石の一般的な吸引力特性図

【図１３】従来の電磁石装置の異なる例を示す回路図

【図１４】図１３に示す従来の電磁石装置の動作波形図

【図１５】図１３に示す従来の電磁石装置の動作波形図

【図１６】図１０あるいは図１３に示す従来の直流電磁
石装置において、電源電圧がほぼ一定の直流電圧の場合
と脈動電圧の場合における動作状態を示し、（１）は電
源電圧が脈動電圧の場合のコイル電流の波形図、（２）
は電源電圧がほぼ一定の直流電圧の場合のコイル電流の
波形図、（３）は電源電圧が脈動電圧の場合およびほぼ
一定の直流電圧における電磁石の動作特性図

【符号の説明】

１操作コイル２定電圧回路３コンパレータ５電圧検出回路６ワンショットパルス発生回路７スイッチング素子８電流検出用抵抗１３積分回路１７コンデンサ１８ダイオード１９抵抗２０ダイオード２１抵抗２２オペアンプ２８ツェナーダイオード２９ミラー回路３０ダイオード３１ダイオード３３抵抗３４抵抗３６トランジスタ３７ラッチ回路３８リップル検出回路４０トランジスタ４２基準電圧切換回路４６抵抗４７抵抗４８抵抗４９トランジスタ（第１の）５１トランジスタ（第２の）５３可変基準電圧回路５５オペアンプ６１コンデンサ（充電回路６３の）６２抵抗（充電回路６３の）６３充電回路６６オペアンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作コイルが巻かれた固定鉄心と、この固
定鉄心にギャップを介して対向する可動鉄心と、前記操
作コイルにそれぞれ直列に接続されたスイッチング素子
および電流検出用抵抗と、電源電圧を検出し、この電圧
が設定値以上のとき検出信号を出力する電圧検出回路
と、この電圧検出回路から出力された検出信号により始
動し、前記操作コイルの投入コイル電流の通電期間に対
応するパルス幅のワンショットパルスを出力するワンシ
ョットパルス発生回路と、このワンショットパルス発生
回路から出力されたワンショットパルスが入力され所定
の立ち上がり速度，波高値で前記ワンショットパルスの
パルス幅にほぼ等しいパルス幅の台形波パルスを出力す
るミラー回路と、一方の入力端子に前記電圧検出回路の
検出信号の分圧電圧と前記ミラー回路の台形波パルスの
うちいずれか電圧値が高い方が入力され、他方の端子に
前記電流検出用抵抗の電圧降下が積分回路を介し入力さ
れ、前記一方の入力端子に入力される信号の大きさが他
方の入力端子に入力される信号の大きさより大きいとき
オンの制御信号を前記スイッチング素子の制御端子に出
力するコンパレータとからなることを特徴とする直流電
磁石装置。
【請求項２】請求項１記載の直流電磁石装置において、
電源電圧の脈動を検出するリップル検出回路と、このリ
ップル検出回路が電源電圧の脈動を検出したとき、ミラ
ー回路から出力される台形波パルスの電圧値を上昇させ
る基準電圧切換回路とを設けたことを特徴とする直流電
磁石装置。
【請求項３】請求項１記載の直流電磁石装置において、
ミラー回路はその正側入力端子に基準電圧が入力され、
その負側入力端子にワンショットパルス発生回路から出
力されたワンショットパルスが入力され、このワンショ
ットパルスが前記基準電圧より大きいときその出力端子
から信号電圧を出力するオペアンプと、このオペアンプ
の出力端子とワンショットパルス発生回路の間に接続さ
れた充・放電回路とからなることを特徴とする直流電磁
石装置。
【請求項４】請求項１あるいは３記載の直流電磁石装置
において、ミラー回路の台形波パルスの立ち上がり速度
は使用時における電源電圧の変化範囲で生じる電流検出
用抵抗の電圧降下の立ち上がり速度より低く設定される
ことを特徴とする直流電磁石装置。
【請求項５】請求項２記載の直流電磁石装置において、
基準電圧切換回路はミラー回路の出力電圧の分圧抵抗の
一部に並列に接続され、リップル検出回路の検出信号に
よって動作するトランジスタからなることを特徴とする
直流電磁石装置。
【請求項６】操作コイルが巻かれた固定鉄心と、この固
定鉄心にギャップを介して対向する可動鉄心と、前記操
作コイルにそれぞれ直列に接続されたスイッチング素子
および電流検出用抵抗と、電源電圧を検出し、この電圧
が設定値以上のとき検出信号を出力する電圧検出回路
と、この電圧検出回路から出力された検出信号により始
動し、前記操作コイルの投入コイル電流の通電期間に対
応するパルス幅のワンショットパルスを出力するワンシ
ョットパルス発生回路と、電源電圧の脈動を検出するリ
ップル検出回路と、前記ワンショットパルス発生回路の
ワンショットパルスおよび前記リップル検出回路の検出
信号が入力され、電源電圧がほぼ一定の直流電圧のとき
は所定の波高値で前記ワンショットパルスのパルス幅に
ほぼ等しいパルス幅の第１の短形波パルスを出力し、電
源電圧が脈動電圧のときは前記第１の短形波パルスの波
高値より高い波高値で、前記ワンショットパルス幅にほ
ぼ等しいパルス幅の第２の短形波パルスを出力する可変
基準電圧発生回路と、一方の入力端子に前記電圧検出回
路の検出信号の分圧電圧と前記可変基準電圧発生回路の
短形波パルスのうちいずれか電圧値が高い方が入力さ
れ、他方の端子に前記電流検出用抵抗の電圧降下が積分
回路を介し入力され、前記一方の入力端子に入力される
信号の大きさが他方の入力端子に入力される信号の大き
さより大きいときオンの制御信号を前記スイッチング素
子の制御端子に出力するコンパレータとからなることを
特徴とする直流電磁石装置。
【請求項７】請求項６記載の直流電磁石装置において、
電圧検出回路はその正側入力端子に電源電圧の分圧電圧
が、その負側入力端子に定電圧回路の出力電圧の分圧電
圧がそれぞれ入力され、前記電源電圧の分圧電圧が前記
定電圧回路の出力電圧の分圧電圧より大きいとき、その
出力端子から検出信号を出力するオペアンプからなるこ
とを特徴とする直流電磁石装置。
【請求項８】請求項６記載の直流電磁石装置において、
ワンショットパルス発生回路は電圧検出回路から出力さ
れた検出信号が入力されるコンデンサと抵抗とが直列に
接続された充電回路と、その正側入力端子に定電圧回路
の出力電圧の分圧電圧が、その負側入力端子に前記充電
回路の抵抗の電圧降下がそれぞれ入力され、この抵抗の
電圧降下が前記定電圧回路の分圧電圧より大きいときそ
の出力端子から信号電圧を出力するオペアンプとからな
ることを特徴とする直流電磁石装置。
【請求項９】請求項６記載の直流電磁石装置において、
リップル検出回路は電源電圧の分電圧が入力され、この
電源電圧が零点近くに低下したとき動作するトランジス
タと、このトランジスタの動作により検出信号を出力す
るラッチ回路とからなることを特徴とする直流電磁石装
置。
【請求項１０】請求項６記載の直流電磁石装置におい
て、可変基準電圧発生回路は定電圧回路の出力電圧を分
圧して所定の電圧値を出力する分圧抵抗と、この分圧抵
抗の一部に並列に接続され、リップル検出回路の検出信
号によって動作するトランジスタと、ワンショットパル
ス発生回路のワンショットパルス出力期間中導通し、前
記分圧抵抗の分電圧で定まる各電圧をコンパレータに出
力する第２のトランジスタとからなることを特徴とする
直流電磁石装置。