JPH06260068A - 電磁スイッチの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁スイッチを、複雑化することなく、エネ
ルギー効率に優れていてかつ安定な作動ができるように
制御する。 【構成】 電磁スイッチ３を、スイッチ部分３ａ、３
ｂ、３ｃの閉成作動の立ち上がりに必要な磁気吸引力を
発揮できるように電磁コイル３ｄに所定時間トリガー電
流を供給するためのトリガー電流回路７と、スイッチ部
分を閉成状態に保持し得る程度の磁気吸引力を発揮でき
るように電磁コイル３ｄにトリガー電流よりも低レベル
のホールド電流を供給するためのホールド電流回路９と
によって制御する。 【効果】 １つの電磁コイル３ｄを、トリガー電流とホ
ールド電流との２つの電流で制御するので、電磁スイッ
チ自体の構造が簡単で済み、各電流値は回路的に設定で
きるので精密な設定が可能であり、応じて消費電力も可
及的に無駄なく利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力供給ラインを閉成
または開成するスイッチ部分と、電源スイッチの投入時
戻しばねのばね力に抗して前記スイッチ部分を閉成する
方向に磁気吸引する電磁コイルとを有する電磁スイッチ
の制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、蓄電池と負荷とを結ぶ電力供給
ラインを、別のラインに設けられた電源スイッチをオン
・オフすることで閉成または開成するための電磁スイッ
チが様々な分野で利用されている。この電磁コイルは、
上記電力供給ラインを閉成または開成するスイッチ部分
と、電源スイッチの投入することで、戻しばねのばね力
に抗してスイッチ部分を閉成する方向に磁気吸引する電
磁コイルとからなる構造のものが一般的である。

【０００３】上記のような電磁スイッチでは、電源スイ
ッチを投入した状態では戻しばねのばね力に抗してスイ
ッチ部分を閉成（オン）状態に保持しなければならず、
そのためには電磁コイルへの通電を維持しなければなら
ず、その間電力は消費され続けることとなる。

【０００４】このような電磁スイッチを、蓄電池を電源
とする電動車輌などの電力供給ラインに適用する場合に
は、省エネルギーの観点からみてスイッチ部分の保持に
伴う消費電力をいかに小さくするかが技術的課題となっ
ている。

【０００５】そこで、スイッチ部分の保持に伴う消費電
力を小さくする技術として、例えば実開昭５８−１５５
７９３号公報には、電磁コイルを吸引コイルと、この吸
引コイルよりも少なく巻かれた保持コイルとの分巻き構
造にし、保持時の磁気吸引力よりも大きな力を必要とす
る電源スイッチ投入時には、吸引コイルあるいは吸引コ
イルと保持コイルの両方を電力付勢し、その後は保持コ
イルのみでスイッチ部分の閉成状態を保持するものが開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電磁スイッチでは、吸引コイルと保持コイルとの２つの
電磁コイルを設けなければならないため、電磁スイッチ
の構造が複雑となってしまい、コスト的にはあまり好ま
しくないことである。また、各コイルの磁気吸引力の配
分は、各コイルの巻数と各コイルへの供給電流との少な
くとも２つの要素で設定しなければならないことから、
精密な設定がしにくい難点もあった。更に、蓄電池の電
圧降下に伴って、各コイルの磁気吸引力も比例的に低下
することから、特にそのエネルギー源を蓄電池に依存し
た電動車輌にあっては、蓄電池の電圧降下は避けられな
いことであり、保持力が低下することによってスイッチ
部分が開成してしまう虞があった。

【０００７】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明の主な目的は、電磁スイッチを複雑化することなく、
エネルギー効率に優れていると共に、安定な作動ができ
る電磁スイッチの制御回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、電力供給ラインを閉成または開成するスイ
ッチ部分と、電源スイッチの投入時、戻しばねのばね力
に抗して前記スイッチ部分を閉成する方向に磁気吸引す
る電磁コイルとを有する電磁スイッチの制御回路であっ
て、前記電源スイッチの投入時、前記スイッチ部分の閉
成作動の立ち上がりに必要な磁気吸引力を発揮できるよ
うに、前記電磁コイルに所定時間トリガー電流を供給す
るためのトリガー電流回路と、前記スイッチ部分を閉成
状態に保持し得る程度の磁気吸引力を発揮できるよう
に、前記電磁コイルに前記トリガー電流よりも低レベル
のホールド電流を供給するためのホールド電流回路とを
備えることを特徴とする電磁スイッチの制御回路、及び
前記電源スイッチの投入時、前記スイッチ部分の閉成作
動に必要な磁気吸引力を発揮できるように、前記電磁コ
イルに所定の時間トリガー電流を供給するためのトリガ
ー電流回路と、前記スイッチ部を閉成状態に保持し得る
程度の磁気吸引力を発揮できるように、前記電磁コイル
に前記トリガー電流より短かなパルス幅のホールド電流
を供給するためのホールド電流回路とを備えることを特
徴とする電磁スイッチの制御回路を提供することにより
達成される。

【０００９】

【作用】このようにすれば、電源スイッチの投入時には
スイッチ部分の閉成作動の立ち上がりに必要な磁気吸引
力を発揮できるようなトリガー電流を所定時間電磁コイ
ルに供給し、その後は閉成状態を保持し得る程度の磁気
吸引力を発揮できるような前記ホールド電流よりも小さ
なホールド電流を供給するため、電源電力を効率よく利
用して安定な動作を行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。

【００１１】図１は、本発明が適用された電磁スイッチ
の制御回路の第１の実施例の回路構成を示す電気回路図
であり、例えば電動車輌に於ける蓄電池から負荷に至る
電力供給ラインをオン・オフするための電磁スイッチを
制御するための回路である。バッテリ１のプラス極に接
続された電力供給ライン２には、電磁スイッチ３を介し
て負荷４が接続されている。電磁スイッチ３は、電源供
給ライン２を閉成または開成するための可動片３ａ、常
開接点３ｂ、戻しばね３ｃからなるスイッチ部分と、こ
のスイッチ部分を閉成する方向に磁気吸引するための電
磁コイル３ｄから構成されている。また負荷４は、この
場合駆動用モータを示しているのではなく、アクセル操
作に従ってモータに電流を供給する駆動回路や他の負荷
を総じて示している。

【００１２】バッテリ１のプラス極には、この場合キー
スイッチである電源スイッチ５を介し、更にダイオード
Ｄ１を順方向に介して電源回路６が接続されている。こ
の電源回路６は、抵抗Ｒ１、ツェナーダイオードＤ２、
コンデンサＣ１〜Ｃ３、そして３端子レギュレータＩＣ
１から構成されており、バッテリ１の電源電圧を所定の
安定した電圧値に変換し電源端子Ｖccに出力するための
ものである。

【００１３】電源端子Ｖccには、コンデンサＣ４と抵抗
Ｒ２からなる微分回路８を介し、更に抵抗Ｒ４を介して
ＮＰＮ型のトランジスタＱ１のベースが接続されてい
る。このトランジスタＱ１のエミッタは接地されている
と共に、そのコレクタとダイオードＤ１のカソードとの
間には、前記した電磁スイッチ３の電磁コイル３ｄが接
続されている。これらコンデンサＣ４、抵抗Ｒ２、Ｒ
４、トランジスタＱ１からトリガー電流回路７が構成さ
れていて、微分回路８のもつ時定数に応じた、抵抗Ｒ４
によるバイアスされたベース電流をトランジスタＱ１に
供給し、電磁スイッチ３のスイッチ部分の閉成作動の立
ち上がりに必要な磁気吸引力を発揮できるトリガー電流
としてのコレクタ電流を電磁コイル３ｄに供給するよう
になっている。

【００１４】更に電源端子Ｖccと接地間には、抵抗Ｒ３
とツェナーダイオードＤ３が接続されていて、このツェ
ナーダイオードＤ３のツェナー電圧をコンデンサＣ５に
より平滑してオペアンプＩＣ２の非反転入力端子＋に供
給している。オペアンプＩＣ２の出力端子には抵抗Ｒ５
を介してＮＰＮ型のトランジスタＱ２のベースが接続さ
れていて、そのコレクタは上記トランジスタＱ１のコレ
クタに接続されていると共に、そのエミッタは抵抗Ｒ６
を介して接地されている。またトランジスタＱ２のエミ
ッタは、オペアンプＩＣ２の反転入力端子−に接続され
ている。これら抵抗Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６、ツェナーダイオ
ードＤ３、コンデンサＣ５、オペアンプＩＣ２、そして
トランジスタＱ２から、吐き出し型の定電流回路である
ホールド電流回路９が構成されていて、前記したトラン
ジスタＱ１のコレクタ電流よりも低レベルのホールド電
流としてのコレクタ電流がトランジスタＱ２に流れるよ
うに、抵抗Ｒ３及びツェナーダイオードＤ３で決定され
るオペアンプＩＣ２の非反転入力端子＋に入力される電
圧と、抵抗Ｒ６で決定されるオペアンプＩＣ２の反転入
力端子−に入力される電圧とで適宜設定されている。

【００１５】このように構成された電気回路の作動要領
について、図２に示されるタイミングチャートを参照し
ながら説明する。この図に示された、Ａは蓄電池１の電
源電圧、Ｂは微分回路８の出力電圧、Ｃは電磁コイル３
ｄの端子電圧を示すものである。特にＣについては、Ｃ
１をトランジスタＱ１のオン・オフ状態に依存した電圧
とし、Ｃ２をトランジスタＱ２のオン・オフ状態に依存
した電圧として示す。

【００１６】図中イのタイミングをもって電源スイッチ
５が投入されると、微分回路８からは図に示すような微
分波形が出力される。この微分された電圧は抵抗Ｒ４を
介してトランジスタＱ１のベースに供給され、トランジ
スタＱ１をオンさせるためのレベル（図に想像線で示
す）に達した場合、トランジスタＱ１がオン状態となり
そのコレクタ電流が電磁コイル３ｄに供給されるわけで
ある。トランジスタＱ１がオンしている間は、ホールド
電流回路９内のトランジスタＱ２にはコレクタ電流が供
給されないことから、このトランジスタＱ２は動作する
ことができない。そして、図中ロのタイミングをもって
トランジスタＱ１がオフし、代わってトランジスタＱ２
がオンするため、このトランジスタＱ１のコレクタ電
流、即ちトランジスタＱ１のコレクタ電流よりも低レベ
ルであってしかも一定した電流が電磁コイル３ｄに供給
されることとなる。更に、図中ハに示されるように蓄電
池１の電源電圧が降下した場合であっても、ホールド電
流回路９のトランジスタＱ２には所定の電流が吸い込ま
れることから、電磁コイル３ｄにかかる電圧が降下する
ことがない。

【００１７】このように、電源スイッチ５の投入時に
は、トリガー電流回路７内のトランジスタＱ１が所定時
間オンすることにより、電磁スイッチ３のスイッチ部分
の閉成作動の立ち上がりに必要な磁気吸引力を発揮でき
るコレクタ電流が電磁コイル３ｄに供給されるため、ス
イッチ部分が確実に閉成され蓄電池１の電源電力が負荷
４に供給されることとなる。そして前記所定時間を経過
した後は、ホールド電流回路９によって、トランジスタ
Ｑ１のコレクタ電流よりも低レベルの電流が電磁コイル
３ｄに供給されるため、スイッチ部分を閉成状態に保持
し得る程度の磁気吸引力を得ることができ、スイッチ部
分は閉成状態を保持することができる。したがって、閉
成状態保持時の消費電力を小さくすることができる。ま
たホールド電流回路９が吐き出し型の定電流回路から構
成されていることから、蓄電池１の電圧が降下してもト
ランジスタＱ２のコレクタには所定の電流が常に吸い込
まれるため、電圧降下によって電磁スイッチ３が開成作
動することなどなく、更にノイズの発生源となる発振回
路を持たないことから、この制御回路全体に悪影響を及
ぼすことがない。これらのことから、前記従来技術にあ
る２つのコイルを用いる場合には、機械的な要素（各コ
イルの巻数など）や電圧降下分などを考慮して余分な電
流を電磁コイルに供給するようにして電磁スイッチの動
作を安定させていたが、本実施例にあっては、電磁コイ
ル３ｄに流れるトリガー電流及びホールド電流は、各回
路の素子によって精密に設定されていることから、無駄
な電力を消費することがない。

【００１８】次に、本考案の第２の実施例を図３及び図
４を参照しながら説明する。尚、この第２の実施例に於
いて、第１の実施例と同様な部分には同一符号を付与
し、その詳しい説明は省略する。

【００１９】この電気回路が図１に示された電気回路と
異なる点は、トリガー電流回路７及びホールド電流回路
８が、トリガー回路１１と三角波発生回路１２と、これ
ら２つの回路に共有された共有回路１３とによって構成
されていることである。

【００２０】トリガー回路１１は、上記した微分回路８
とダイオードＤ１４とから構成されており、微分回路８
により微分された電源端子Ｖccからの供給電圧を、ダイ
オードＤ１４を介して共有回路１３内のコンパレータＩ
Ｃ１４の非反転入力端子＋に出力している。

【００２１】また三角波発生回路１２は、電源端子Ｖcc
と接地間に接続された抵抗Ｒ１７、Ｒ１８による分圧さ
れた電圧を、抵抗Ｒ１５を介してオペアンプＩＣ１２の
非反転入力端子＋に供給すると共に、コンデンサＣ１５
を介してこのアンプＩＣ１２の反転入力端子−にも供給
している。オペアンプＩＣ１２の出力端子には、抵抗Ｒ
１３及び抵抗Ｒ１４が各入力端子＋及び−に接続されて
いて、この出力端子から出力された信号をそれぞれ帰還
している。またオペアンプＩＣ１２の出力端子には、抵
抗Ｒ１６を介してオペアンプＩＣ１３の反転入力端子−
が接続されている。このオペアンプＩＣ１３の非反転入
力端子＋は、上記した抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１８とのノー
ドに接続されていて、その出力端子からは、コンデンサ
Ｃ１６を介して負帰還がなされている。そしてオペアン
プＩＣ１３の出力端子もまた、ダイオードＤ１３を介し
て上記オペアンプＩＣ１４の非反転入力端子に接続され
ている。このように構成された三角波発生回路１２から
は、抵抗Ｒ１４、１５、１６、及びコンデンサＣ１６に
よって決定される周波数をもって発振する所定の三角波
信号が出力されるわけである。

【００２２】トリガー回路１１からの微分波信号及び三
角発生回路１２からの三角波信号が供給されるコンパレ
ータＩＣ１４の非反転入力端子−は、抵抗Ｒ１９と抵抗
Ｒ２０とのノードに接続されており、電磁スイッチ３の
電磁コイル３ｄの端子電圧をこれら抵抗Ｒ１９、Ｒ２０
により分圧し、この分圧された電圧を基準電圧として非
反転入力端子＋に入力された電圧との比較基準としてい
る。そして、コンパレータＩＣ１４の出力端子には、抵
抗Ｒ２２を介してＰＮＰ型のトランジスタＱ１１のベー
スが接続されている。トランジスタＱ１１のエミッタは
接地されていると共に、そのコレクタとダイオードＤ１
のカソードとの間には、電磁コイル３ｄが接続されてい
る。

【００２３】またトリガー回路１１と共有回路１３と
で、前記したトリガー電流回路７が構成されており、ト
リガー回路１１からの微分波信号が上記基準電圧を超え
た際に、トランジスタＱ１１をオンさせて、トリガー電
流としてのコレクタ電流を電磁コイル３ｄに供給してい
る。更に、三角波発生回路１２と共有回路１２とで前記
したホールド電流回路９が構成されていて、この三角波
発生回路１２からの所定の周期で振幅する三角波信号が
上記基準電圧を超えた際に、トランジスタＱ１１をオン
させて、ホールド電流としてのコレクタ電流を電磁コイ
ル３ｄに供給している。この場合のホールド電流回路
は、基準電圧の変動に応じてコンパレータＩＣ１４から
出力されるパルス信号の幅が変化する、所謂パルス幅変
調（ＰＷＭ）回路が構成されている。

【００２４】次に、上記構成の電気回路の作動要領につ
いて、図４に示される波形図を参照しながら説明する。
この図に示されたＤは三角波発生回路１３から出力され
た三角波信号、Ｅはトリガー回路１１から出力された微
分波信号と上記三角波発生回路１３から出力された三角
波信号との合成波信号、ＦはコンパレータＩＣ１４から
出力されたパルス信号である。

【００２５】図中ホのタイミングをもって電源スイッチ
５が投入されると、トリガー回路１１からは微分波信号
が、三角波発生回路１２からは三角波信号がそれぞれ出
力される。これらの信号が合成されて共有回路１３内の
コンパレータＩＣ１４の非反転入力端子＋に供給され、
図中にヘで示される電磁コイル３ｄにかかる電圧を抵抗
Ｒ１９とＲ２０とで分圧された基準電圧と比較される。
電源スイッチ投入から所定時間（微分回路８の時定数に
依存する）は主に微分波信号が基準電圧を超えることか
ら幅の長いパルス信号がコンパレータＩＣ１４から出力
される。よって、トランジスタＱ１１がこの幅の長いパ
ルス信号に応じて上記所定時間オン状態となり、そのコ
レクタ電流が電磁コイル３ｄに供給されるわけである。
そして、所定時間経過後（図にトで示す）は、三角波信
号と基準電圧とが比較され、その結果短い幅のパルス信
号がコンパレータＩＣ１４から出力される。よって、ト
ランジスタＱ１１がこの短い幅のパルス信号に応じてオ
ン状態となることから、前記に比べて細かくスイッチン
グ（ＰＷＭ制御）されたコレクタ電流が電磁コイル３ｄ
に供給されることになる。したがって、電源スイッチ５
投入時に比べて少ない電流をもって電磁コイル３ｄは励
磁されることとなる。また、図にチで示されるように蓄
電池１の電源電圧が降下した場合には、基準電圧も比例
的に降下することから、コンパレータＩＣ１４からは前
記した蓄電池１に充電されていた電力容量が多かった時
に比べて、長い幅のパルス信号が出力される。したがっ
て、トランジスタＱ１１がこの長い幅のパルス信号に応
じてオン状態となることから、それに応じてコレクタ電
流も多く流れることとなり、蓄電池１の電圧降下分を補
償することができる。

【００２６】以上の作動からも明らかなように、電源ス
イッチ５の投入時には、トリガー回路１１からの微分波
信号によってトランジスタＱ１１が所定時間オンするた
め、電磁スイッチ３のスイッチ部分の閉成作動の立ち上
がりに必要な磁気吸引力を発揮できるコレクタ電流が電
磁コイル３ｄに供給されることとなり、スイッチ部分を
確実に閉成することができる。そしてスイッチ部分を閉
成状態に保持し得る程度の磁気吸引力は、前記所定時間
経過後に、三角波発生回路１２と共有回路１３とによっ
て、電源スイッチ投入時に電磁コイル３ｄに流れたコレ
クタ電流よりも更にデューティ比を小さくＰＷＭ制御す
ることで短かなパルス幅のホールド電流を得ることがで
き、このコレクタ電流をコイル３ｄに供給することで、
少ない電気エネルギーを有効に利用している。また、蓄
電池１の電源電圧が降下した場合には、コンパレータＩ
Ｃ１４から出力されるパルス信号のデューティ比が増大
するため、電磁コイル３ｄの吸引力が減少することなど
ない。以上のことから、本実施例に於いても第１の実施
例と同様な効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】このように本発明によれば、１つの電磁
コイルを、トリガー電流とホールド電流との２つの電流
で制御するので、電磁スイッチの構造が簡単で済み、各
電流値は回路的に設定できるので精密な設定が可能であ
り、応じて消費電力も可及的に無駄なく利用できる。ま
た、電源電圧が降下した場合であっても、その降下分を
補償するようにホールド電流が電磁コイルに流れること
から、常に一定の保持力を得ることができ、安定な動作
が約束される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された電磁スイッチの制御回路の
構成を示す電気回路図である。

【図２】図１に示す電気回路の作動を説明するためのタ
イミングチャートである。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す電気回路図で
ある。

【図４】図３に示す電気回路の作動を説明するためのタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１ 蓄電池 ２ 電力供給ライン ３ 電磁スイッチ ４ 負荷 ５ 電源スイッチ ６ 電源回路 ７ トリガー電流回路 ８ 微分回路 ９ ホールド電流回路 １１ トリガー回路 １２ 三角波発生回路 １３ 共有回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力供給ラインを閉成または開成するス
   イッチ部分と、電源スイッチの投入時、戻しばねのばね
   力に抗して前記スイッチ部分を閉成する方向に磁気吸引
   する電磁コイルとを有する電磁スイッチの制御回路であ
   って、 前記電源スイッチの投入時、前記スイッチ部分の閉成作
   動の立ち上がりに必要な磁気吸引力を発揮できるよう
   に、前記電磁コイルに所定時間トリガー電流を供給する
   ためのトリガー電流回路と、 前記スイッチ部分を閉成状態に保持し得る程度の磁気吸
   引力を発揮できるように、前記電磁コイルに前記トリガ
   ー電流よりも低レベルのホールド電流を供給するための
   ホールド電流回路とを備えることを特徴とする電磁スイ
   ッチの制御回路。
2. 【請求項２】 前記ホールド電流回路が、吐き出し型の
   定電流回路から構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の電磁スイッチの制御回路。
3. 【請求項３】 電力供給ラインを閉成または開成するス
   イッチ部分と、電源スイッチの投入時、戻しばねのばね
   力に抗して前記スイッチ部分を閉成する方向に磁気吸引
   する電磁コイルとを有する電磁スイッチの制御回路であ
   って、 前記電源スイッチの投入時、前記スイッチ部分の閉成作
   動に必要な磁気吸引力を発揮できるように、前記電磁コ
   イルに所定の時間トリガー電流を供給するためのトリガ
   ー電流回路と、 前記スイッチ部を閉成状態に保持し得る程度の磁気吸引
   力を発揮できるように、前記電磁コイルに前記トリガー
   電流より短かなパルス幅のホールド電流を供給するため
   のホールド電流回路とを備えることを特徴とする電磁ス
   イッチの制御回路。
4. 【請求項４】 前記電力供給ラインが蓄電池を電源とし
   ており、前記ホールド電流が該蓄電池に依存した電源電
   圧の減少に応じてデューティ比が増大するように制御さ
   れること特徴とする請求項３に記載の電磁スイッチの制
   御回路。