JPS606083B2 - 電磁石に対する駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデータ処理装置に用いられる高速印字機の印打
ハンマーまたはニードルを作動するのに用いられる電磁
石などの高速電磁石に対する駆動回路に関係する。

知られているように、このような電磁石に対する駆動回
路は厳格な要件を満たさなければならない。

特に、電磁石の高速磁化を行わなければならないが、さ
らに、限られた範囲の印字動作ならびにその動作時間に
関し、後続する励磁の際においても、顕著な反復性を有
さなければならない。このような結果を達成する既知の
種々の具体例のうちで、第１の高い励磁電圧および適当
な以後の時間間隔中に加えられる比較的低い維持電圧を
用いる電圧制御励磁装置を設けることが知られている。
この目的のために精密な電圧制御電源を設けることが必
要とされそしていずれの場合でも回路の完全な磁化を確
実に行うようにするため相当のエネルギー消費が必要と
され「 これは電源の大型化および費用の増大を意味す
る。

他の１つの具体例によれば「非制御励磁装置が用いられ
、この非制御励磁装置では励磁は予め定めた電源レベル
が達成されるまで維持され、次いで励磁はオフ状態に切
換えられながらしかも電磁石巻線を少なくとも或る時間
の間は回路上で短絡されたままとして電磁石が磁化され
たままとされる。

この具体例はコアを飽和させるのに必要な励磁時間が電
磁石キーパー（可動電機子）の移動に必要とされる時間
よりも短いときは特に有効である。

これは非常に高い供給電圧を必要とし、結果としてこの
ような電圧に耐える構成要素の使用を必要とする。

本発明の目的は上述した要件を満たすと共に更に別の利
点を有する特に簡単な駆動回路を提供することである。

特に本発明による回路は下記の特徴を有する。｛ィ｝
非常に高い電圧源も安定化電圧も必要としない。【ｏー
磁気回路を飽和させるのに必要な起磁力を供給しそし
ていずれの場合でも、供給電圧が変化した場合において
でも、適当なけん引力および電磁石キーパー（可動電機
子）により必要とされる運動量を確実に与える。

し一 各励磁サイクルにおいてコイル内のオーム効果に
対し消費されるエネルギーの値を実質上一定にし、従っ
て、周囲との熱交換の観点からそれの大きさを最適のも
のにすることができる。この駆動回路は、電流スイッチ
とコイルを流れる電流の検出器とを具備すると共に「オ
ン状態への切換え指令」に従って前記スイッチを閉じて
コイルを流れる電流が予め定めた値（これは供給電圧に
従って自動的に調整される）に達するまでそれをオンに
切換えられた状態に維持するための制御されたトリガー
レベルを有する双安定回路を具備することを特徴とする
。以下図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図において、印字電磁石のコィルーが正の非調整電
圧源＋Ｖと共通の基準電圧または大地との間にこのコイ
ルの下流側すなわち大地側に配置されることの好ましい
トランジスタスイッチ２を介して接続されている。この
選択はよく知られたようにトランジスタに対する駆動の
問題を簡単にするためになされる。

このトランジスタ２はコアの一つの端子に接続されたコ
レク夕を有する。トランジスタ２のェミツタと大地との
間には電流検出器として作用する例えば０．５オームと
いうような比較的に低い値の抵抗器３が接続されている
。

トランジスタ２のェミツタは更に例えば１０キロオーム
というような比較的に高い値の抵抗器４を介して差動増
幅器５の反転入力に後続されている。

差動増幅器５の非反転入力は電圧源Ｖと大地との間に直
列に接続された抵抗器６および７からなる電圧デバィダ
の中点に接続されている。

抵抗器６および７に対し通した値は例えばそれぞれ１０
０キロオームおよび１０キロオームである。

このようにしてこの電圧デパィダは差敷増幅器５の非反
転入力に電圧Ｖの１／１１の電圧を加える。差動増幅器
５には直列接続された抵抗器８およびダイオード９から
なる正帰還ループが設けられこれは非反転入力と増幅器
の出力との間に単方向電路を与える。

抵抗器８は好ましくは１０キロオームの値を有する。

この帰還ループは差動増幅器の出力の電圧が非反転入力
に加えられる電圧よりも低いならばその出力の電圧が抵
抗器８でのオーム電圧降下およびダイオード９の順方向
電圧降下を無視して差動増幅器５の非反転入力に加えら
れるようなものにされている。

差動増幅器５の非反転入力は更に非反転入力の方に導適
する犠牲をもつダイオード量０を介して入力ピン１７に
接続されている。

差動増幅器５の出力は例えばＩＫＱに等しい値の抵抗器
１１を介し、そしてダイオード１２（出力の方に導適す
る極性をもつ）を介して大地に接続されると共にトラン
ジスタスイッチ２のベースに戻されている。

この回路は初期設定のためのりセット回路網によって完
成させられている。

この回路網は抵抗器１３と該抵抗器に直列接続されたツ
ェナーダィオード１４とから構成されている。

抵抗器１３は電圧源十Ｖに接続され、ツェナ−ダイオー
ド１４は大地に接続され、このツェナーダィオード１４
は大地から抵抗器１３の方に導適する極性を有する。

抵抗器１３およびッェナーダイオード１４に対する共通
点はリセット入力１５に接続されると共にダイオード１
６を介して増幅器５の反転入力に接続されている。

このダイオードは反転入力の方に導適する犠牲を有する
。この回路の動作は下記の通りである。

この回路に電圧源＋Ｖが加えられたとき抵抗器６および
７の間の比によって定まる正電圧が差動増幅器５の非反
転入力に加えられる。

同時に、ダイオード１４のツェナー電圧に等しくかつ最
初のものよりも大きいことの好ましい正電圧がダイオー
ド１６を介して反転入力も加えられる。

従って、差動増幅器５の出力は負電圧にありそして非反
転出力はダイオード９および抵抗器８を介して負電圧値
に維持される。

従って、差動増幅器５は出力が低い電圧レベルにある安
定な状態に維持される。

従ってトランジスタ２のベースは僅かに負の電圧（ダイ
オード１２での電圧降下に等しい）にあり、トランジス
タ２は非導通状態にある。

供給電圧（および付加的には図示されていない論理回路
に給電するための他の電圧源）を充分に上昇させるに充
分な時間間隔の後に、初めは浮遊状態にあったかまたは
電源＋Ｖに接続されていたりセット入力に受電圧が加え
られる。

これは例えばリセツトピンを接地することによって行わ
れる。

点１８の電圧は「０」に下り、ダイオード１６は導通を
止め、反転入力は抵抗器４を介して与えられる電圧、す
なわち上述した情況では抵抗器３に電流が流れていない
という理由で大地レベルにもたらされる。

それにもかかわらず差動増幅器５は出力を負電圧としな
がら安定状態にとどまる。

しかしながらこの状態では回路は動作をする準備を済ま
せている。

この回路の作動は入力ピン１７に加えられる適当な持続
時間（例えば１００マイクロ秒）の正のパルス（入力コ
マンド）によってトリガーされる。

このようなパルスは差動増幅器５の直接入力を正の電圧
に立上らせ、その結果差動増幅器５はトリガーされて出
力は正電圧に上昇する。従って、一方ではトランジスタ
２が導適状態へと切換えられ「他方ではダイオード９が
逆バイアスされて帰還回路を阻止する。

この時点では、制御パルスが「０」に降下してもＬ非反
転入力にはやはり抵抗器６および７からなる電圧デパィ
ダにより与えられる正電圧が供給され、それ故、差動増
幅器は正の出力電圧を発生し続ける。

しかしながら、コイル１内で指数関数的に上昇する電流
は抵抗器３における電圧降下を生じさせて差動増幅器５
の反転入力に加えられる電圧が指数関数的に上昇するよ
うにさせる。

このような電圧が非反転入力の電圧に等しいとき、双安
定回路として作用する差動増幅器５は負出力電圧を整流
して発生する。

差動増幅器５は帰還路（ダイオード９、抵抗器８）を介
してこのような電圧によりこの状態に維持される。

結果としてトランジスタ２はオフ状態に切換えられそし
てコイル１は減磁される。

この瞬間から電磁石１により受け入れられ得る励磁周波
数によって定まる遅延の後に、新しいトリガーパルスを
（入力コマンド）を入力１７に加えることができ、電磁
石を再び励磁することができる。

このような回路によってコイル内に生ぜしめられた電流
レベルおよび励磁パルスの印加時間が供給電圧の変化の
関数としていかにして変更されるかを調べるのは興味の
あることである。

明らかなこととして、差動増幅器５の非反転入力に加え
られる基準電圧はＶｒ＝Ｑ・Ｖであり、ここではＱ‘ま
２つの抵抗器６および７の間の比である。

結果として、電圧Ｖが変化すると（Ｖは安定化されてい
ないものと仮定されている）基準電圧Ｖｒも変化する。

他方、抵抗器３での電圧降下は穣ｉ・ｒで与えられ、こ
こでｉ（トランジスタ２のベース電流「差動増幅器の入
力でドレィンされる電流およびダイオード１６の逆電流
は全て数けた低いので無する）はコイルを流れる電流を
表わす。一定の値のィンダクタンスを有し、しかも特が
ィンダクタンスのみにより定まる理想的なィンダクタン
スであって、さらに最初は放電されているインダクタン
スを流れる電流は式「ｊ＝音（・−ｅ÷で与えられるこ
地触れてし、る。

ここで「 Ｖは供給電圧〜 Ｒは回路の抵抗値、Ｔは回
路の時定数「例えばィンダクタンスＬと抵抗値Ｒの間の
比、ｔは最初の励磁の瞬間から始まって測った時間変量
である。

基準電圧ｙｒを電圧降下ｉ 。

ｒに等しくすることによりこの等値が検証される時刻ｔ
ｉ、従って励磁期間の持続時間は供給電圧によって左右
されないと直ちに結論することができる。逆に「回路内
に生ぜしめられる電流ｉト従って励磁レベルおよび磁気
回路に貯えられるエネルギーはこのような電圧に比例関
係にある。

しかしながら電磁石１は普通のィンダクタ（すなわち線
形特性をもつもの）ではなくて飽和および維持装置の移
動に従うヱアギャップの厚さの変化によるィンダクタン
スの変化を受け、従って電流の振舞の仕方は僅かに異な
る。

第２図はコイルに生ぜしめられる電流の概略図を示し、
電流値は常態のレベルのものとはるかに異なるものと考
えられるので指数関数的に立上る曲線は適当な勾配の複
数の線分によって表わされている。

電流が飽和値ｌｓａｔよりも小さくなるまでそれは下記
の式で定められる勾配をもって立上る。

ｄｉ Ｖ Ｖｄｔ−ＲＴ−Ｌ ここでいま比較的に大きな値を有する。

電流値が飽和値を越したときはィンダクタンスは相当に
減少する。

従って勾配は最初は極めて高くなり「次いで指数関数に
従って減少する。曲線ＡおよびＢは供給電圧の２つの異
なる値Ｖ＾およびＶＢ（ＶＢ＞Ｖ＾）の関数として変化
する。供給電圧が高いほど飽和電流レベルに短い励磁時
間で達するのが知られる。その結果、励磁期間は、少な
くとも飽和状態に達するまで、電圧Ｖの増加につれて短
か〈なっていく。

この励磁期間は、第２図の点ＣおよびＤで示されるよう
な時点「すなわち、それぞれ電流ｉがＱＶＡ／ｒおよび
ＱＶＢ／ｒという値に達するような時点によって定めら
れる。電流の特性を図示されたように直線線分で近似す
ることによってＣおよびＤなどの点の軌跡すなわち点線
Ｅで表わされる軌跡は双曲線であることを解析学的に証
明することができる。

云い換えればｔ電磁石に与えられる最終磁化状態は磁化
時間と逆比例的に変化する。

供給電圧の変化の関数として励磁時間および励磁レベル
をこの形式で訂正することは電磁石の振舞に対して種々
の有利な効果を与えることが知られた。

定性的観点からキーパー（可動電機子）に加えられる運
動量ｍ８Ｙ（この運動量は印打エネルギーを規定する）
はよく知られた式ｆ＝ｍ位ａ（ここでｆは力「ｍは質量
ち ａは加速度）の積分によって得られる。

すなわち、ｍＧＶ＝肌ノもａｄｔ＝ノもｆｄｔキーパー
に対し各瞬間瞬間に加えられるけん引力は磁気回路に各
瞬間瞬間に誘起される磁束値めによって定まる。

云い換えれば瞬間的な磁イＱ伏態によって定まる。説明
のために許容される大まかな簡単化を行えば、回路のイ
ンダクタンスは一定にとどまると仮定され得る。

従って、瞬間的な力ｆは励磁電流の瞬時値の平方に比例
する。

従って「供給電圧の２つの異なる条件下での電流の特性
を考察すれば、仮に電磁石の励磁が等しい電流レベルで
オフ状態に切換えられたと仮定したら、キーパーの運動
量はＢの場合の方がＡの場合よりも小さくなるであろう
。

逆に、Ｂの場合はより高い電流に達したとき励磁を遮断
することによって、加えられる運動量も高くなり、Ａに
より表わされる電圧供給条件の下で加えられる運動量に
ほぼ等しい結果が得られる。

そのように、加えられる修正の定量的評価はここでの説
明の範囲を越える。

ここでは、実用的な目的に対してはこのような修正は高
速印字電磁石の場合に存在する要件、すなわち±２０％
の間に含まれる電圧変化に対して適しているということ
を注目すれば充分である。

他の見方をすれば、各サイクルにおける励磁電流の平方
の積分が実際上一定であれば電圧変化に無関係に各印字
サイクルにおいて抵抗損は一定であるということが知ら
れる。この事実によって、そのような抵抗損に等しい値
の熱エネルギーを各印字サイクルにおいて消散するよう
に「 コイルを最適化することが可能になる。

，一方「従来技術においては、励磁電流の最大値は固定
されているが、励磁期間の長さや電流の懐きは電圧変化
に応じて変化する。

さら亀こ、各印字サイクルにおける抵抗損も、電圧変化
に応じて変化し、電圧が減少すると抵抗損は増加する。
従って、もし調整されていない電源電圧によって回路が
付勢されるなけよ、コイルの大きさはｔ最小の電圧が供
給される最悪の場合を考慮して定められなければならな
かった。第亀図を参照して説明された回路は本発明の好
ましい一形態であって本発明の範囲内で種々の変形が可
能であることを理解すべきである。

特に、上述した実施例においては、電圧源の変化に関し
厳格に比例的な法則に従って基準電圧（従ってトランジ
スタがオフ状態に切換えられる最大電流値）を変える基
準が用いられた。

しかしながら、このような法則を変える各場合に従って
導入される訂正の特性を減らし或いは高める効果をもっ
て固定電圧べデスタルを導入するように例えば非線形電
気回路網ならびに電圧デパィダまたは抵抗器３に直列の
ダイオードを用いることによってそれを特定の要件に適
応させることが可能である。また〜上述した回路は例え
ば本譲受人によりｉ９７３王ｌｉ月２８日に出願された
イタリャ国特許出願３１７７１／７３に説明されたもの
のように有り得べき電気的故障を検出し識別することを
目的とする補助的電気回路をもって完成される。

【図面の簡単な説明】

第量図は本発明に従う駆動回路の実施例の好ましい一形
態の電気回路図、第２図は供給電圧の２つの異なる値に
対してコイル内を流れる電流を示す概略図である。 １…コイルト２…トランジスタスイッチ、５…差動増幅
器「 １４・・・ッェナーダィオード。 ＦＩＧ．２ＦＩＧ」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非制御電圧源から得られる制御された電流パルスで
   もつて可動電機子を有する電磁石コイルを励磁し、各励
   磁パルスで前記電圧源の電圧変化の影響を実質上受けな
   い印打エネルギを前記電機子に与える駆動回路において
   、 前記コイルと直列に接続され、オン状態では前記電
   圧源から前記コイルに電流を流流すよう動作し、オフ状
   態では前記電流をしや断するよう動作するスイツチ装置
   と、 前記コイルを流れる前記電流を検出し、前記電流
   に関係する電圧信号を与える電流検出器と、 前記電圧
   源の供給電圧に比例して変化する基準電圧を発生するた
   めの回路と、 入力コマンドを受取る第１の入力と、前
   記電圧信号を受取る第２の入力と、前記スイツチ装置に
   接続される出力とを有する双安定回路と、 を具備し、 前記双安定回路は、前記入力コマンドによりトリガさ
   れて第１の電気的安定状態になり、その状態に対応した
   第１の出力信号を発生し、 前記第１の出力信号は、前
   記スイツチ装置に作用し、前記双安定回路が前記第１の
   状態にある期間中前記スイツチ装置をオン状態に維持せ
   しめ、 前記双安定回路は、前記電圧信号が前記基準電
   圧を超えたとき第２の電気的安定状態にリセツトして第
   ２の出力信号を発生し、 前記第２の出力信号は前記ス
   イツチ装置に作用してこれをオフ状態にする。 ことを特徴とする駆動回路。