JPH10149919A - 電磁石用電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁石に吸着したワークを通電の停止により
解放する場合、残留磁気を無くしてワークの確実な解放
を可能にする。その場合、電磁石の磁気特性やワークの
磁気特性に依ることなく確実なワークの解放を行い得る
ようにする。しかもその為の制御を磁束の簡単な演算に
基づいて行い得て、制御のための構成の簡素化を図り得
るようにする。 【解決手段】 励磁コイルへの通電制御を行うスイッチ
回路を、正極性での通電から一定時間のあいだ逆極性の
通電に切り替え、その後再び正極性での通電に切り替え
る。逆極性での通電の間の磁束の第１の変化量を、電流
センサによって検出する電流値の積分によって算出す
る。又、正極性での再通電の過程での磁束の第２の変化
量を同様にして算出する。そして第２の変化量が第１の
変化量の２分の１となったらスイッチ回路を開放して励
磁コイルへの通電を断つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はワークを吸着する為
の電磁石に対して励磁用の電流を供給するようにした電
磁石用電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークを吸着する為の電磁石及びその電
磁石に対する電源回路は例えば図４に示すように構成し
ている。即ち、図４においてＡはマグネットチャックと
も呼ばれる電磁石で、磁性材料製のワーク４例えば鉄板
を吸着する為のもので、鉄心１とそれを励磁する為の励
磁コイル２とからなる。Ｂは上記コイル２に対する通電
の為の電源回路を示し、商用交流電源５から商用の交流
電力を受け入れてそれをマグネット作動用の直流にする
為の直流電源６、励磁コイル２に流す電流の開閉及びそ
の正逆の極性の切り替えを行うためのスイッチ回路７、
サージ電圧の吸収の為のバリスタ８、及び、上記スイッ
チ回路７を制御する為の制御回路９とを備えている。上
記制御回路９は、接点7a，7aを閉じてコイル２にａで示
す極性で通電したり、一定時間のあいだ接点7b，7bを閉
じてｂで示す極性で通電したり、両接点7a，7bを共に開
いてコイル２への通電を停止したりする制御を行うよう
にしてある。

【０００３】上記構成のものにあっては、電磁石Ａを電
源回路Ｂに接続し、制御回路９に吸着指令を与えると、
制御回路９は接点7a，7aを閉じてコイル２にａの極性で
通電する。該通電により鉄心１が励磁され、電磁石Ａは
ワーク４を吸着する。一方、吸着したワーク４を解放さ
せたい場合、制御回路９に解放指令を与えると、制御回
路９はスイッチ回路７を制御して図５に示す如く励磁コ
イル２に対して一定時間Ｔ11だけ逆電圧51を加える。即
ち、制御回路９のタイマーに設定された時間Ｔ11だけ接
点7aに代えて接点7bを閉じ、逆極性ｂでの通電を行う。
そしてその時間Ｔ11の経過後に励磁コイル２への通電を
停止する。この為、上記逆極性での通電のときに励磁コ
イル２には逆方向に僅かな電流52が流れて磁束が減少
し、磁束が０となったところ53で通電を停止させること
ができる。従って電磁石Ａの残留磁気は無く、ワーク４
を確実に解放させることが出来る。又上記構成のもの
は、上記のように一定時間の逆極性での通電後に通電を
停止するものであるので、単に電磁石を接続するのみで
（電磁石に付加物を必要とすることなく）上記のように
残留磁気が無い状態での通電停止ができ、汎用の電磁石
の利用が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の電磁
石用電源回路では、上記電源回路Ｂに接続する電磁石の
磁気特性が異なると、上記一定時間Ｔ11の逆極性での通
電では、通電の停止時に符号54で示す如く磁束が残留し
てワーク４の解放不良を起こしてしまう。従ってそのよ
うなことの無いよう、接続する電磁石Ａに応じて上記逆
極性での通電を行うタイマーの設定時間を、上記の如く
磁束が０となったところで通電を停止させるように符号
Ｔ11’で示す如く調整する必要がある。このことは、例
えば電磁石メーカーにおいて多種の電磁石と一種の上記
のような電源回路Ｂとを準備しておき、注文に応じて電
源回路Ｂと電磁石Ａとを一組にして出荷する場合に、組
み合わせる電磁石に応じていちいち上記タイマーの設定
時間を調整せねばならず、非常に手間がかかって面倒で
あるという問題点があった。

【０００５】上記のような問題点を解決しようとするも
のとして、本件発明者は図６に示される電磁石用電源回
路を案出した。この回路においては、励磁コイル２に加
わる電圧を電圧検出手段12によって検出する。また励磁
コイル２への回路に電流検出用抵抗Ｒを介入させ、その
抵抗Ｒの両端に現れる電圧から、励磁コイル２に流れる
電流を電流検出手段13によって検出する。ワーク解放の
場合には、制御回路14によって以下の制御及び演算を行
う。即ち、励磁コイル２への通電をスイッチ回路７によ
って正極性の通電から一定時間のあいだ逆極性の通電に
切り替える。そしてその切替に伴う磁束の変化を、上記
電圧検出手段12と電流検出手段13によって得られる電圧
値と電流値とから演算する。上記一定時間が経過したな
らば、励磁コイル２への通電を再び正極性での通電に切
り替える。そしてこの状態での通電の過程での磁束の変
化を、上記電圧値と電流値とから演算する。この過程に
おいて、上記後者の変化量が上記前者の変化量の２分の
１となったならば、上記スイッチ回路７を開放し、励磁
コイル２への通電を停止する。この図６の回路では、電
磁石Ａの磁気特性や吸着されるワークの磁気特性に依る
ことなく、常に残留磁束が零となったところで励磁コイ
ルへの通電を停止して、ワークの開放を確実に行うこと
が出来る。

【０００６】しかし上記図６の構成のものにあっては、
励磁コイル２に流れる電流を求める為に抵抗Ｒを介入さ
せているので、上記逆極性での通電及び再度の正極性で
の通電のときの磁束の演算の場合に、抵抗Ｒの存在によ
る影響を除く補正が必要であり、演算が大がかりとなっ
て高機能で高価な演算回路例えばマイクロコンピュータ
を必要とする問題点があった。又、上記抵抗Ｒの介入に
よる電力のロスが常時生ずる問題点もあった。

【０００７】本件出願の電磁石用電源回路は上記従来技
術の問題点を解決する為に提供するもので、その目的
は、電磁石に通電して電磁石にワーク吸着の作用を行わ
せることができる電磁石用電源回路を提供することであ
る。上記電磁石に吸着したワークを電磁石への通電の停
止によって解放させる場合、電磁石の残留磁気を無くす
ることができてワークを確実に解放させられるようにす
ることである。しかも上記解放の場合には、電磁石の磁
気特性やワークの磁気特性に依ることなく、常に残留磁
束が零となったところで励磁コイルへの通電を停止出来
るようにすることにより、汎用の電磁石に対して上記の
ような残留磁気の無い状態での確実なワークの解放を行
い得るようにすることである。しかも上記電磁石やワー
クの磁気特性に依ることの無い残留磁束が零の状態での
励磁コイルへの通電の停止の制御を、磁束の簡単な演算
に基づいて行うことが出来るようにすることにより、制
御のための構成の簡素化を図り得るようにすることであ
る。更に、上記磁束の演算に基づく励磁コイルへの通電
の停止の制御を、電力ロスを生じたりすることなく行い
得るようにすることである。他の目的及び利点は図面及
びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになる
であろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における電磁石用電源回路は、直流電源
と、電磁石の励磁コイルに向けて励磁用の電流を出力す
る為の出力端とを有すると共に、それらの間には、上記
直流電源から上記出力端への通電の開閉及び正極性での
通電と逆極性での通電の切替を行う為のスイッチ回路を
接続している電磁石用電源回路において、上記スイッチ
回路を正極性での通電から一定時間のあいだ逆極性の通
電に切り替え、その後再び正極性での通電に切り替える
手段と、上記励磁コイルに流れる電流値を検出する電流
センサと、上記一定時間のあいだの磁束の第１の変化量
を、上記電流センサによって検出する電流値を積分する
ことによって算出する手段と、上記正極性での再通電の
過程での磁束の第２の変化量を、上記電流センサによっ
て検出する電流値を積分することによって算出する手段
と、上記第２の変化量が上記第１の変化量の２分の１と
なったときに上記スイッチ回路を開放させる手段とを備
えたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本願発明の実施の形態を示す
図面について説明する。図１において、電磁石の一例と
して例示されるマグネットチャックへの通電を行うため
の電磁石用電源回路は、マグネットチャックの作動用の
電力を供給する電力回路20と、そのその電力回路の制御
を行うための制御回路30とからなる。電力回路20におけ
る21はマグネットチャックの励磁コイルに対する電力供
給のための直流電源を示し、例えば商用の交流を受け入
れてそれをマグネット作動用の直流にするものである。
22は直流平滑化用のコンデンサである。23は直流電源21
から出力端への通電の開閉及び正極性での通電と逆極性
での通電の切替を行う為のスイッチ回路を示し、夫々個
別の開閉を行う複数のスイッチ素子24，24’，25，25’
から構成している。各スイッチ素子は半導体スイッチ例
えばパワートランジスタを例示するが機械的接点を用い
ても良い。26は各スイッチ素子をマグネットチャックに
おける励磁コイルの逆電圧から保護する為の保護素子で
ダイオードを例示する。27ａ，27ｂは電磁石の励磁コイ
ルに向けて励磁用の電流を出力する為の出力端で、例え
ばマグネットチャックを接続するための端子である。28
はマグネットチャックにおける励磁コイルを示し、Lcは
そのインダクタンス分、Rcは純抵抗分を夫々示す。

【００１０】次に制御回路30を説明する。該制御回路30
はマイクロコンピュータを用いたものを例示するが、後
述の如き制御作用を行う種々の制御要素を組み合わせて
構成したものであっても良い。31は励磁コイルに流れる
電流値を検出する為の電流センサで、上記電流値を直接
に検出するものであり、例えばホール素子である。該電
流センサ31の介入による上記直流の出力の電力ロスは例
えば０．１Ｗ程度の僅かなものである。32はマイクロコ
ンピュータで、例えばワンチップマイコンと称せられる
簡易で安価なものであり、33はＣＰＵ、34は後述の如き
制御作用のプログラムが収められているＲＯＭ及びプロ
グラムの遂行のために用いられるＲＡＭ等の記憶装置、
35はバスライン、36〜39は入出力インターフェースを夫
々示す。40はＡ／Ｄ変換器で、そのビット数は例えば８
ビットである。尚入出力インターフェース37は例えばア
ナログスイッチでもって構成される。41はＡ／Ｄ変換器
40に与えられる電流値の信号を増幅する為の増幅器で、
ゲインが可変の増幅器である。42〜45は該増幅器41のゲ
インを設定する為の設定要素で、例えばゲイン設定抵抗
である。46はスイッチ回路23における多数のスイッチ素
子の開閉を制御するプリドライバである。

【００１１】上記構成の動作を図２に基づき説明する。
操作盤から吸着指令が与えられると、例えば制御回路30
のインターフェース36に与えられる指令信号がＯＮとな
ると（符号T1の時点）、マイクロコンピュータ32はプリ
ドライバ46を介してスイッチ回路23のスイッチ素子24，
24’を導通させる。すると出力端27ａ，27ｂには正極性
（例えば出力端27ａがプラス、出力端27ｂがマイナス）
で直流が出力され、それが励磁コイル28に与えられる。
その結果、マグネットチャックは励磁コイル28によって
発せられる磁束によりワークの吸着を行う。この動作の
間、マイクロコンピュータ32は定期的に励磁コイルに流
れる電流値をチェックする。即ち、電流センサ31により
検出した電流値の信号（この信号自体は電圧信号であ
る）を、増幅器41を通さない経路47で読み込む。定期的
とは例えば数ｍｓから数１０ｍｓおき程度である。

【００１２】上記吸着されたワークを解放する場合の動
作は以下の通りである。操作盤から解放指令が与えられ
る。例えば指令信号がＯＦＦとなる（符号T2の時点）。
するとマイクロコンピュータ32は、前記定期的にチェッ
クしていた最終の電流値でもって、増幅器41のゲインを
決定する。このゲインの決定の直接目的は、Ａ／Ｄ変換
器40の能力を最大限に発揮させる為である。又Ａ／Ｄ変
換器40の能力を最大限に発揮させる目的は、後述する磁
束の変化量Φ１、Φ２の算出精度を向上させて、電磁石
の残留磁束を限りなく０に近付けるようにする為であ
る。上記ゲインの決定は、増幅器41が電流センサ31から
の電流値の信号を、Ａ／Ｄ変換器40の最大入力電圧まで
増幅するように決定する。上記電流値の信号をＡ／Ｄ変
換器40の最大入力電圧まで増幅すると、Ａ／Ｄ変換され
た電流値の信号の出力のビット数を多くすることが出
来、後述の如き電流値の積分演算による磁束の算出の精
度を向上させることが出来る。上記ゲインの決定の手段
はゲイン設定抵抗42〜45を選択することによって行う。
上記ゲインの決定の後はマイクロコンピュータ32は、電
流センサ31からの電流値の信号を増幅器41を経た経路で
受ける。

【００１３】上記ゲインの決定の後、マイクロコンピュ
ータ32は上記スイッチ回路23を正極性での通電から一定
時間のあいだ逆極性の通電に切り替える。例えば、プリ
ドライバ46を介してスイッチ回路23のスイッチ素子24，
24’を遮断させ、スイッチ素子25，25’を導通させる。
すると出力端27ａ，27ｂには逆極性（例えば出力端27ｂ
がプラス、出力端27ａがマイナス）で直流が出力され
る。その結果、励磁コイル28には逆極性で通電がなされ
る。上記一定時間は、励磁コイル28に流れる電流が、前
記正極性での通電の際の電流と反対の極性で、値が同じ
となるまでの時間である。即ち、図２においてコイル電
流が正極性での通電時の電流値IMに対して、−IMとなる
時点T3までである。

【００１４】上記通電の切替の後、マイクロコンピュー
タ32は、上記一定時間のあいだの磁束の第１の変化量Φ
１を算出する。該算出は、上記一定時間のあいだ上記電
流センサ31によって検出する電流値ｉを積分することに
よって算出する。演算式で示せば、Φ１＝ｋΣ（IM＋
ｉ）△Ｔである。尚ｋは比例定数、△Ｔは時間である。
上記磁束の第１の変化量Φ１は、図２において示せば符
号Φ１を付した斜線の領域の面積である。

【００１５】励磁コイル28に流れる電流値が−IMとなっ
たならば、マイクロコンピュータ32は上記スイッチ回路
23を再び正極性での通電に切り替える。例えば、プリド
ライバ46を介してスイッチ回路23のスイッチ素子25，2
5’を遮断させ、スイッチ素子24，24’を導通させる。
すると出力端27ａ，27ｂには正極性で直流が出力され
る。その結果、励磁コイル28には再び正極性で通電がな
される。

【００１６】この正極性での再通電の過程において、マ
イクロコンピュータ32は該過程での磁束の第２の変化量
Φ２を算出する。該算出も、上記電流センサによって検
出する電流値ｉを積分することによって算出する。演算
式で示せば、Φ２＝ｋΣ（IM−ｉ）△Ｔである。上記算
出は、上記第２の変化量が上記第１の変化量の２分の１
となる（Φ２＝Φ１／２）時点T4まで行う。上記磁束の
第２の変化量Φ２は、図２において示せば符号Φ２を付
した斜線の領域の面積である。

【００１７】上記第２の変化量Φ２が上記第１の変化量
Φ１の２分の１となると、マイクロコンピュータ32は上
記スイッチ回路23を開放させる。例えば、プリドライバ
46を介してスイッチ回路23の全スイッチ素子24，24’，
25，25’を遮断させる。その結果、励磁コイル28への通
電が断たれる。

【００１８】以上のような動作がなされることにより、
マグネットチャックからワークが解放される。

【００１９】上記動作の場合における電磁石の電流とそ
れによって電磁石が生ずる磁束との関係を示す図３につ
いて説明する。励磁コイル28への非通電時においては原
点P0の状態にある。励磁コイル28に正極性で通電すると
状態はラインL1に沿って変化し、ワークを吸着した状態
ではP1の状態にある。励磁コイル28への通電が逆極性に
切り替えられると、状態はラインL2に沿って変化し、励
磁コイル28に流れる電流が−IMとなったときにはP2の状
態にある。上記状態P1から状態P2までの間の磁束の変化
量がΦ１である。励磁コイル28への通電が再び正極性に
切り替えられると、状態はラインL3に沿って変化する。
このラインL3に沿った変化の過程における磁束の変化量
は符号Φ２で示される。図から明らかなように、変化量
Φ２が変化量Φ１のちょうど２分の１となったP3の状態
のときに、電磁石の磁束は０となっている。この時点で
前述の如くスイッチ回路23を開放することにより、状態
は原点P0に戻る。従って電磁石に残留する磁束は無く、
ワークは確実に解放される。

【００２０】以上のような動作が行われるので、電磁石
やワークの磁気的特性の違い、例えば電磁石の大小の違
いやワークの大小及び厚薄の違いに何等依ることなく、
電磁石の残留磁束を無にしてワークを確実に解放するこ
とが出来る。

【００２１】次に、上記構成のものにあっては、ワーク
の解放の場合、電流センサ31による電流値の信号を増幅
器41で増幅してＡ／Ｄ変換器40に与えるようにしている
ので、Ａ／Ｄ変換器40のビット数が少なくても、比較的
広い範囲の種々の電流値の電磁石に対して、精度良く上
記のような残留磁束を０にした状態でのワークの解放を
行うことが出来る。例えば８ビット程度のＡ／Ｄ変換器
でもって、１０倍のレンジにわたる電磁石に対する対応
が可能である。例えば許容範囲が２．５Ａの電源回路の
場合、０．２５Ａから２．５Ａ程度の電流容量の電磁石
に対して、精度良く上記のような残留磁束が０の状態で
のワークの解放を行うことが出来る。因みに、増幅器41
を備えない場合には、上記１０倍のレンジに対して対応
可能にするには１２ビット以上のＡ／Ｄ変換器が必要と
なる。又、上記構成のものにあっては、電力回路20と制
御回路30とが電流センサ31によって電気的に絶縁されて
いるので、電源21の高電圧（例えば１００Ｖ）が制御回
路に波及することはなく、人が近付く可能性の高い制御
系の安全を確保することが出来る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、スイ
ッチ回路23を閉じることにより電磁石に通電してワーク
吸着の作用を行わせられる。しかも上記電磁石に吸着し
たワークを解放させる場合、励磁コイル28への通電の極
性を正極性から逆極性に切り替えてその間における磁束
の第１の変化量Φ１を検出し、その後上記励磁コイル28
への通電の極性を正極性に切り替え、その過程での磁束
の変化量Φ２が上記第１の変化量Φ１の２分の１となっ
たときに上記励磁コイル28への通電を停止させることが
できるから、磁束が丁度０となったところで、即ち残留
磁束が０となったところで上記励磁コイル28への通電を
停止させることができて、ワークを確実に解放できる効
果がある。又上記のように通電の極性を正極性から逆極
性に切り替えて上記磁束の第１の変化量Φ１を算出し、
その後再び正極性に切り替えてその際の磁束の変化量Φ
２が上記第１の変化量Φ１の２分の１となったときに通
電を停止させるので、接続した電磁石の磁気特性がどの
ようなものであってもその違いに拘わらず、又何等の調
整も要することなく上記のように残留磁気の無い状態で
のワークの解放を行わせ得る効果がある。更に上記のよ
うに磁束の変化量を算出して上記のような操作を行うも
のであっても、その磁束の変化量の算出は、上記励磁コ
イル28に流れる電流値を電流センサによって直接に検出
しその検出した電流値を積分して算出するから、その演
算は非常に簡単であり、低機能で低価格な演算回路の利
用によって上記残留磁気の無い状態でのワークの解放を
実現できる効果がある。しかも上記のように励磁コイル
28に流れる電流値を電流センサ31によって直接に検出す
るので、そこでの電力ロスは無に等しく、省エネ効果も
期待できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路図。

【図２】動作説明用波形図。

【図３】磁気回路のヒステリシスループを示す図。

【図４】従来の回路図。

【図５】図４の回路の動作を示す波形図。

【図６】従来の他の回路図。

【符号の説明】

21 直流電源 23 スイッチ回路 28 励磁コイル 31 電流センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源と、電磁石の励磁コイルに向け
   て励磁用の電流を出力する為の出力端とを有すると共
   に、それらの間には、上記直流電源から上記出力端への
   通電の開閉及び正極性での通電と逆極性での通電の切替
   を行う為のスイッチ回路を接続している電磁石用電源回
   路において、上記スイッチ回路を正極性での通電から一
   定時間のあいだ逆極性の通電に切り替え、その後再び正
   極性での通電に切り替える手段と、上記励磁コイルに流
   れる電流値を検出する電流センサと、上記一定時間のあ
   いだの磁束の第１の変化量を、上記電流センサによって
   検出する電流値を積分することによって算出する手段
   と、上記正極性での再通電の過程での磁束の第２の変化
   量を、上記電流センサによって検出する電流値を積分す
   ることによって算出する手段と、上記第２の変化量が上
   記第１の変化量の２分の１となったときに上記スイッチ
   回路を開放させる手段とを備えることを特徴とする電磁
   石用電源回路。