JPS61140015A - 電磁石の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はパルス駆動方式による電磁石の駆動装置に係り
、例えば交流回路用電磁接触器を直流励磁により開閉操
作するような場合に好適なものである。

〔発明の背景〕

、　従来、パルス駆動方式による電磁石の駆動装置とし
ては、例えば特開昭５５−１０３６８４号公報に開示さ
れているように、電磁石の初期駆動時と定常状態での駆
動時とで印加電圧のパルス幅を変え、初期駆動時にはパ
ルス幅を大きくして電磁石の吸引動作に必要な電力を確
保しながら、定常状態での駆動時にはパルス幅を小さく
して電磁石を吸着状態に保持するのに必要な最小限の電
力を供給するようにしたものがある。

また同公報には、定常状態での駆動時に電源電圧の変動
を検知して発振回路の発振パルス幅を変えることにより
、電磁石のコイルに流れる保持電流の時間的平均値が常
に一定となるように印加電圧のパルス幅を制御すること
も開示されている。

しかし、上記従来技術では、電磁石の始動吸引力を決定
する初期駆動時のパルス幅が常に一定となっているため
、定常状態での駆動時に電源電圧の変動に対応したパル
ス幅制御を行なったとしても、入力電源電圧の許容範囲
は比較的せまい範囲に限られ、電磁接触器等で交流電源
電圧を直流に変換してコイルに印加する場合には、最も
需要の多いＡＣ１００Ｖ電源用およびＡＣ２００Ｖ電源
用として、それぞれ定格電圧がＡＣｌｏｏ　〜１３０Ｖ
、　ＡＣ２００〜２５０ｖ等の２種類のコイルを用意す
る必要があり、さらにそれ以外の特殊電圧仕様に対して
は、その都度定格電圧の異なる別個のコイルを供給する
必要があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、コイル”の入力許容電圧の範囲を拡大
し、Ａ　Ｃ１００〜２５０ｖのような広範囲の電圧仕様
に対して同一定格電圧のコイルを使用することができる
電磁石の駆動装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、電磁石のコイルに接続されたスイッチング素
子と、該スイッチング素子にスイッチング用制御パルス
信号を供給する駆動制御回路と。

駆動用電源とを備えた電磁石の駆動装置において、上記
駆動制御回路は、少なくとも電磁石の初期駆動時に所定
の周期で基準パルス信号を繰り返し発生する基準パルス
発生回路と、上記基準パルス信号に同期して上記駆動用
電源からの入力電圧を繰り返し積分する積分回路と、該
積分回路の毎回の積分開始時点からそれぞれの積分値が
所定レベルになるまでの間制御パルス信号を発生する制
御パルス発生回路とを備えてなることを特徴とするもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図〜第６図により説明
する。

第１図（イ）は回路構成を示す概要図である。

図中１は入力電源、２は電磁石の駆動用電源を構成する
整流回路で、入力電源１が交、直いずれでｌｙｖ　ｒ４
ｉ！ＥｆｆｌｌＨＥｔｃｔ！！　Ｌ、　＋（７）ｌＥｌ
ｔ／ＥＥ°１１　　　１ツチング素子であるトランジス
タ４を介して電磁石のコイル３に印加されるとともに、
駆動制御回路５にも入力され、駆動制御回路５から出力
される制御パルス信号によりトランジスタ４がスイッチ
ング動作してコイル３を励磁する。６はトランジスタ４
のオフ時にフリーホイール電流をコイル３に流すダイオ
ードである。

第１図（ロ）は駆動制御回路５の構成例を示すブロック
図で、本例では電圧検出回路７、信号遅延回路８、比較
レベル変更回路９、基準パルス発生回路１０．積分回路
１１．制御パルス発生回路１２により駆動制御回路５が
構成されており、整流回路２の直流出力電圧を図示しな
い分圧器等により適当に降圧して駆動制御回路５の入力
信号とするとともに、これを定電圧化して動作用直流電
源電圧Ｖｃｃを得ている。

第２図、第３図、第４図はそれぞれ第１図中の基準パル
ス発生回路１０、制御パルス発生回路１２、電圧検出回
路７の構成例を示す詳細図、第５図、第６図は各部の動
作波形を示す図である。

次に、駆動制御回路５の各部の構成と動作を説明する。

今、入力電源１から交流電圧が印加され、整流回路２の
出力波形が第５図ａのようになったとする。このとき、
電圧検出回路７は整流回路２に発生する電圧のレベルを
判断し、電磁石の吸引動作に支障のない電圧が発生して
いる場合には第５図すに示すような信号を出力する。

周知の構成からなる信号遅延回路８により、信号すが立
ち上がってから、時間Ｔ１を経過した後に第５図Ｃに示
す信号が立ち上がる。信号Ｃは信号すの立ち下がりと同
期して立ち下がる！時間Ｔ工は電磁石の吸引動作に要す
る時間より少し長目に設定されている。

一方、比較レベル変更回路９により、信号ＣがＩｔ　Ｏ
Ｉ＋レベルになっているとき、信号ｄの電圧レベルはＬ
工となり、信号Ｃが１”レベルになっているとき、信号
ｄの電圧レベルはＬ２となる。

比較レベル変更回路９は信号Ｃによりオンオフ動作する
アナログスイッチと分圧器とで構成することができる。

第２図に示す基準パルス発生回路１０は、比較器１３、
抵抗１４〜１８、ダイオード１９〜２３、コンデンサ２
４、ツェナダイオードｚ５およびインバータ２６からな
り、比較器１３の出力端子から十入力端子へ抵抗１５と
ダイオード２１を介して出力電圧が正帰還されるととも
に、出力端子から一入力端子へ抵抗１７とダイオード２
２および抵抗１８とダイオード２３を介して出力電圧が
負帰還され、−入力端子に接続したコンデンサ２４の充
、放電により自励発振する公知の方形波発振回路であり
、制御信号として比較器１３の十入力端子にはダイオー
ド１９を介して信号ｄが入力され、−入力端子にはダイ
オード２０を介して信号すが入力さ１れている。

信号すが“Ｏｎレベルのとき、比較器１３の出力信号ｅ
／、は′１”レベルに固定されているが、信号すが１１
１１１レベルになると、発振動作を開始する。

良く知られているように、動作時に比較器１３の出力信
号ｅ′１がＩＩ　Ｉ　Ｉ＋レベルにある時間Ｔ２はコン
デンサ２４と抵抗１６．１７の値および比較器１３の十
入力端子とアース間に接続されたツェナダイオード２５
のツェナ電圧により決定され、また出力信号ｅ′１がＩ
Ｉ　Ｏ１１レベルにある時間Ｔ３はコンデンサ１４と低
置１８の値および信号ｄの電圧レベルにより決定される
。

ここで、信号ｄの電圧レベルがＬ４からＬ２に変化する
（低くなる）と、コンデンサ２４の放電時間が長くなる
のに伴い、出力信号ｅ′、がｎ　Ｏ＋ｔレベルにある時
間もＴ３からＴ′、へと変化する。

基準パルス信号ｅ１は信号ｅ　／、のレベルをインバー
タ２６で反転させることにより得られる信号で、電磁石
の初期駆動時に相当するＴ１時間内ではＴ２＋Ｔ、の繰
り返し周期で発生し、Ｔ１時間以降はＴ、　＋　Ｔ’、
の繰り返し周期で発生する。

積分回路１１は演算増幅器を用いた公知の回路で、基準
パルス信号ｅ工に同期して、ｅｌがＪｊ　Ｉ　ＩＩレベ
ルにある期間に整流回路２からの入力電圧（第５図波形
ａ）を積分する。その積分値は１次に信号。、ヵ１６．
。”ＬｉＲ）Ｉｉｋｔ。□□。。、ヨツ、　　　１ンサ
をスイッチで短絡することによりリセットされ、第５図
ｆ１で示すような出力波形となる。

第３図に示す制御パルス発生回路１２では、比較器２７
を用いて積分回路１１の出力波形ｆ□と比較レベル変更
回路９の出力波形ｄとを比較し信号ｇ１を発生する。信
号ｇ１は、被比較入力である積分回路１１の出力波形ｆ
工の電圧レベルが比較レベル変更回路９の出力波形ｄで
与えられる比較電圧レベルＬ１またはＬ２より大きけれ
ば“０ルベルとなり、逆であれば＃　Ｉ　ＩＦレベルと
なる。信号ｇ工の電圧レベルは比較器２７の出力レベル
と抵抗２８を介して印加される直流電源電圧Ｖｃｃによ
って決まる。この信号ｇ工をアンド回路２９の一方の入
力とし、他方の入力である基準パルス信号ｅ１との一致
をとることにより、制御パルス信号ｈ工が得られる。

この制御パルス信号ｈ工は、積分回路１１の毎回の積分
開始時点である基準パルス信号ｅ１の立上がりと同期し
て立ち上がり、それぞれの積分値が所定の比較電圧レベ
ルＬ１またはＬ２になった時点で立ち下がる信号であり
、そのパルス幅、すなわち信号ｈ工がＩＩ　Ｉ　Ｉ＋レ
ベルにある時間Ｔ４は、この時間内の整流回路２からの
入力電圧の平均値に反比例する。

したがって、この制御パルス信号ｈｉで第１図（イ）に
示すトランジスタ４をスイッチング動作させることによ
り、コイル３に印加される電圧の時間的平均値は、入力
電圧が変動しても、時間Ｔ□内と時間Ｔ１以降でそれぞ
れほぼ一定に保たれることになる。この場合、時間Ｔ１
内では基準パルス信号ｅ□が“１″レベルにある時間Ｔ
３を比較的短くとり、比較電圧レベルをＬ工のように大
きくとることにより、制御パルス信号ｈ１のデユーティ
サイクルを大きくして電磁石の吸引動作に必要な電力を
コイル３に供給し、時間Ｔ工以降は基準パルス信号ｅ１
が″１′″レベルにある時間Ｔ′１を比較的長くとり、
比較電圧レベルをＬ２のように小さくとることにより、
制御パルス信号ｈ□のデユーティサイクルを小さくして
電磁石を吸着状態に保持するのに必要な最小限の電力を
コイル３に供給するようにしている。

ここで、ｆｔ磁石の初期駆動時（第５図Ｔよ時間内）の
印加電圧に注目すると、電磁石の吸引動作がｌθ〜３０
１ＩＩｓ程度の短時間に行なわれる場合、従来例におけ
るように電圧変動検出回路により電源電圧の変動を検知
して発振パルス幅を制御する方式では、電源の投入位相
などにより発振パルス幅が変化し、初期駆動時の印加電
圧の時間的平均値を一定に保つことが困難であるのに対
し、本実施例の初期駆動時にも電源の投入位相などにか
かｂらず入力電圧の大きさに対応したパルス幅制御がで
き、入力電圧が変動してもコイルへの印加電圧の時間的
平均値を初期駆動時・および定常状態での駆動時にそれ
ぞれほぼ一定に保持できることにより、コイルの入力電
圧の許容範囲を例えばＡＣ１００〜２５０　Ｖのように
大幅に拡大することができる。

第５図に示すＴ１時間内の基準パルス信号ｅ工のパルス
幅Ｔ３は電源周波数により異なるが１例えば電源周波数
５０Ｈｚの場合、Ｔ、＝３〜５ｍｓ程度に設定するのが
適当である。基準パルス信号のオフ時間Ｔ２はせいぜい
Ｌｍｓ程度でよい。

次に、第４図に示す電圧検出回路７の動作を第６図を暦
いて説明する。

今、電源が投入されたときの整流回路２の出力波形が第
６図ａのようになったとする。このとき、出力波形ａを
減衰器３０により減衰して得られた信号はコンデンサ３
１．抵抗３２．３３．ダイオード３４を含む回路で平滑
され、コンデンサ３１の電圧波形は第６図ＶＣ□のよう
になる。そして、この電圧ＶＣよは比較器３５の一入力
端子に印加される。比較器３５の出力端子と直流電源Ｖ
ｃｃとの間には抵抗３６とツェナダイオード３７とが直
列に接続され、抵抗３６とツェナダイオード３７の接続
点Ａとアースとの間にはツェナダイオード３８が接続さ
れており、比較器３５の十入力端子にはＡ点の出力電圧
が帰還されるので、最初コンデンサ３１の電圧がゼロで
あるときＯＪ′ｌＪｌ°゛″８″（９′“１０ゝ゛″“
′”″１イオード３８のツェナ電圧ＶＺ、を示し、１１
１　ｒｒレベルにある。

コンデンサ３１の電圧がＶｚ２より大きくなると。

比較器３５の出力ｂ′は反転してツェナダイオード３７
のツェナ電圧ＶＺ□を示し、パ○″レベルとなる（Ｖｚ
、＞ｖｚｌ）。

この出力ｂ′のレベルを比較器３９（Ｖｚ工くｖア。ｆ
（Ｖｚ、）を用いて反転さでることにより信号すを得て
おり、比較器３９の出力が゛′１″レベルにあるときは
、直流電源電圧Ｖｃｃが抵抗４０を介して出力される。

ここで、第６図に示す波形ａの範囲ＡＬ工の電圧値では
電磁石の吸引動作が完全に行なわれず、波形ａの範囲Ａ
Ｌ、に示すように入力電圧がある値７１以上になったと
きに電磁石の吸引動作が完全に行なわれるとした場合、
コンデンサ３１、抵抗３２．３３の値およびツェナダイ
オード３８のツェナ電圧ＶＺ、を適当に選ぶことにより
、第６図の波形すに示すように、入力電圧が範囲ＡＬ２
の値になった時点ではじめて立ち上がる信号が得られる
。

比較器３５ノ出力ｂ′がＶＺｔ　（”　Ｏ”　レベル）
となった後は、コンデンサ３１の電圧がＶｚ工より／ｈ
さくならないと、出力ｂ′は反転しない。ここで。

ツェナダイオード３７のツェナ電圧Ｖｚ工を適当に選ぶ
ことにより、波形ａの範囲ＡＬ、で示すように、入力電
圧がある値ｖ２以下になった時点で信号すを立ち下がら
せることができる。

このように入力電圧がある値■、以上になると立ち上が
り、これとは別のある値ｖ２以下になると立ち下がる信
号すを用いて基準パルス信号ｅ１の発生、停止を制御す
ることにより１幅広い電圧範囲で電磁石を安定に動作さ
せることができ、不足電圧によるコイルの焼損や電磁接
触器の接点の溶着などを防止できる。

次に、第１実施例とは異なる駆動制御回路を用いた本発
明の第２実施例を第７図〜第９図により説明する。

第７図は駆動制御回路５のブロック図、第８図は第７図
中の増幅器４１の構成例を示す詳細図、第９図は各部の
動作波形を示す図である。

第７図に示す駆動制御回路５は、電圧検出回路７、信号
遅延回路８、基準パルス発生回路１０、積分回路１１、
制御パルス発生回路１２、および増幅器４１により構成
されている。

第９図に示すａ、ｂ、ｃの波形は第１実施例と同じであ
り、ａは整流回路２の出力波形、ｂは整流回路２からの
入力電圧がある値以上になると立ち上がり、これとは別
のある値以下になると立ち下がる電圧検出回路７の出力
波形、Ｃは信号すが立ち上がってからめ時間Ｔ１を経過
した後に立ち上がり、信号すの立ち下がりに同期して立
ち下がる信号遅延回路８の出力波形である。

第７図中の基準パルス発生回路１０は、信号すと第９図
のＬ３で示す一定の電圧レベルの信号ｄ′を入力し、Ｔ
□時間内および１０時間以降に第９図波形ｅ２に示すよ
うな単一周期（Ｔｉ　＋　Ｔ３）の基準パルス信号を発
生する。積分回路１１は、この基準パルス信号ｅ２に同
期して第９図波形ａに示す整流回路２からの入力電圧を
積分し、第９図波形ｆ２に示す出力を発生する６ 本実施例では、積分回路１１の出力ｆ２は次段の増幅器
４１に入力される。

第８図に示す増幅器４１は、演算増幅器４２、抵抗４３
．４４．４５で構成される非反転増幅回路に帰還抵抗４
５とアース間をオンオフするトランジスタ４６を付加し
で増幅度を可変としたもので、トランジスタ４６のベー
スには信号遅延回路８の出力信号Ｃが抵抗４７を介して
入力される。

ここで、信号Ｃが゛１０″レベルのとき、すなわち第９
図に示すＴ工時閣内はトランジスタ４６がオフ状態にあ
るので、抵抗４５はないのと同様であり、増幅器４１は
増幅度ｆ３／ｆ２＝１である。一方、信号Ｃが“１″レ
ベルとなるＴ１時間以降は、トランジスタ４６がオン状
態となるため、抵抗４５の一端が接地される。

この状態では増幅度ｆ　３　／　ｆ　ｘ　＝　Ｌ　＋　
Ｒ□／　Ｒｚ（Ｒ，、Ｒ２はそれぞれ抵抗４４．４５の
値）となり、Ｒ工＞Ｒ，としておくことにより、出力信
号ｆ、は第９図に示すような波形となる。

本実施例でも、第１実施例と同様の制御パルス発生回路
１２を用いて、基準パルス信号・２の立ち　　　　　　
ｊ上がりと同期して立ち上がり、信号ｆ、がある所定の
比較電圧レベルＬ３より大きくなった時点で立ち下がる
制御パルス信号ｈ２を得ており、この信号ｈ２で第１図
（イ）に示すトランジスタ４をスイッチング動作させる
ことにより、第１実施例と同様の効果が得られる。

上記第２実施例は、増幅器４Ｉの増幅度を変えることに
より制御パルス信号ｈ２のパルス幅Ｔ４を変えて、電磁
石の初期駆動時（Ｔ　１時間内）と定常状態での駆動時
（Ｔ　１時間以降）にそれぞれ適応した電力をコイル３
に供給するようにした点が第１実施例と異なるが、増幅
器４１を設ける代わりに、信号遅延回路８の信号Ｃによ
り積分回路１１の積分定数を変化させ、必要に応じてさ
らに基準パルス信号の周期や制御パルス発生回路の比較
電圧レベルを変化させる等の他の手段によっても初期駆
動時と定常状態での駆動時に応じたパルス幅制御を行な
うことができる。

また、回路構成は多少複雑になるが、上記駆動制御回路
５による制御パルス信号を電磁石の初期駆動時にのみ用
い、定常状態での駆動時には、従来例と同様に電圧変動
検出回路の電源電圧変動を検知した信号により発振パル
ス幅が制御される別に設けた発振器からの制御パルス信
号を用いてトランジスタ４をスイッチング動作させるよ
うにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電源電圧が変化しても、初期駆動時よ
りコイルに印加される電圧の時間的平均値をほぼ一定と
するように印加電圧のパルス幅制御が行なえるため、コ
イルの入力電圧許容範囲を大幅に拡大することができ、
例えばＡＣ１００〜２５０Ｖのような幅広い電圧範囲に
対して同一定格電圧の１種類のコイルで対応できるよう
になり、生産者側、使用者側の双方にとって管理コスト
の低減など、大きな利益が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）は本発明の第１実施例を示す概要
図および駆動制御回路のブロック図、第２図、第３図、
第４図はそれぞれ第１図中の基準パルス発生回路、制御
パルス発生回路および電圧検出回路の構成例を示す詳細
図、第５図は第１図中の各部動作波形図、第６図は電圧
検出回路の動作を説明するための波形図、第７図は本発
明の第７図中の各部動作波形図である。 ２・・・駆動用電源　　　　３・・・コイル４・・・ス
イッチング素子　５・・・駆動制御回路１０・・・基準
パルス発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電磁石のコイルに接続されたスイッチング素子と、該ス
   イッチング素子にスイッチング用制御パルス信号を供給
   する駆動制御回路と、駆動用電源とを備えた電磁石の駆
   動装置において、上記駆動制御回路は、少なくとも電磁
   石の初期駆動時に所定の周期で基準パルス信号を繰り返
   し発生する基準パルス発生回路と、上記基準パルス信号
   に同期して上記駆動用電源からの入力電圧を繰り返し積
   分する積分回路と、該積分回路の毎回の積分開始時点か
   らそれぞれの積分値が所定レベルになるまでの間制御パ
   ルス信号を発生する制御パルス発生回路とを備えてなる
   ことを特徴とする電磁石の駆動装置。