JPS61182204A - 直流電磁石装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流電源又は交流電源を整流した電源に適用
する直流電磁石装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に電磁石装置は操作コイルを巻いた固定鉄心とこの
固定鉄心にギャップを介して対向する可動鉄心とよりな
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。

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５１−１６８６０７号公報に記載されたような電磁
石駆動回路が用いられている。

第６図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５例えばトラン
ジスタを直列に介して直流電源端子Ｐ、Ｈに接続されて
いる。このスイッチ素子５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及びタイマ回路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
子へ入力されるようにしている。

次に、第６図の回路の動作について説明すると、端子Ｐ
、Ｎに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ＩＯ１抵抗ｉｔを経てスイッチ素子５へ閉信号を与
え、スイッチ素子５がオンになり（第７図の１．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（第７図のｔ２時点）。このとき、スイッチ素子５
はオンのままで操作コイル１には大きな電流が流れてい
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５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（第７
図のｔ３時点）。この断続信号はオア回路１０及び抵抗
１１を経てスイッチ素子５へ印加され、スイッチ素子５
はオン・オフを繰り返す。これにより、コイルｌには断
続した電圧（実際にコイル１に流れる電流はフライホイ
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・オフの時間比を適正に選ぶ
ことにより電磁石は小さい電流（平均値）で保持状態を
続ける。

この場合、電圧検出回路７により始動し、一定時間後に
発振回路９を始動させてスイッチ素子５を人、切させる
タイマ回路８の時限は、可動鉄心が固定鉄心とのギャッ
プの分移動するに要する時間（ｔ２−ｔｌ）は少なくと
も必要であり、それにバラツキを考慮して若干の余裕時
間を加え、さらに、その他機械的な摩耗や摩擦による前
記移動時間の延長等も考慮すると、可動鉄心の移動時間
の２〜３倍に設定されるのが一般的である。従ってこの
ような場合、可動鉄心の正常な移動に要する時間の２〜
３倍の時間大きな電流が操作コイル１に流れ、操作コイ
ル消費電力も２〜３倍に増加し、過熱することになる。

このようなことから上述の制御回路で電磁石装置を高顧
度で人、切した場合、操作コイルが焼損するおそれがあ
った。

上記において、例えば起動電流２アンペアの電磁石で具
体的な設定時間はｔｘ　　　ｔ＋＝２５ｍｓ、ｊａ　　
？＋＝７５ｍｓとなっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、第６図の従来の回路のように必要以上にコイ
ルに全電源電圧、全電流を印加することにより発生する
消費電力の増加及び操作コイルの温度上昇を防止しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の問題点を解決するため、電磁石操作コ
イルに全電源電圧を印加するのは、可動鉄心が固定鉄心
とのギャップを移動しほぼ完全な閉磁気回路を形成する
瞬間までとし、その瞬間に生ずる操作コイルの電流変化
を検出して、その後は発振回路を始動させ、断続する印
加電圧による保持電流に切り替えて保持時の消費電力を
低減させるものである。

〔作用〕

第３図は電磁石の可動鉄心と固定鉄心間のギャップとコ
イル電流の変化を示す図で、横軸に時間ｔ、縦軸にコイ
ル電流値ｉを表す。時間ｔは鉄心移動の経過時間で、鉄
心移動ストローク即ち鉄心ギャップに対応する。第３図
（ａｌは第６図の従来の直流電磁石における場合を示し
、ｔｂ＋は本発明における場合を示す。

第３図（ａｌに示すように可動鉄心と固定鉄心のギャッ
プが大きい１１時点で、操作コイルに電圧を印加すると
印加電圧に応じた起動電流が流れる。

その後可動鉄心と固定鉄心のギャップが小さくなるに従
って、磁気抵抗が減少し磁束は増加していき、そしてギ
ャップがほぼＯになった瞬間（ｔｚ時点）に磁束は急激
に増大する。

この磁束変化により操作コイルには、−ＮΔφ／Δｔ　
　（Ｖ）の逆起電力が発生しく但し、Ｎ：コイル巻数、
φ：磁束、ｔ；時間）、これによりコイル電流は急激に
減少し、その後は完全な閉磁気回路を形成するため磁束
の変化がなくなり、逆起電力も消滅して電源電圧に応じ
たコイル電流に復帰する。そしてｔ３時点でタイマ回路
８の限時動作により、操作コイル１への印加電圧が断続
電圧に切り替わり、励磁電流が小さくなり保持電流とな
る。

上記のようにコイル電流が急激に減少した時点ｔ２をと
らえれば鉄心が完全に吸着したことを検出できる。電流
検出素子の一例として、この場合、操作コイル及びスイ
ッチ素子と直列に抵抗を接続してその両端の電圧を取り
出すことによりコイル電流を検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図において、Ｐ、Ｎは直流電源の端子、４は操作ス
イッチであり、端子Ｐより繰作スイッチ４を経た端子を
Ｐｌとする。電磁石操作コイル１とトランジスタなどの
スイッチ素子５とが直列に電源Ｐ、、Ｎに接続されてい
る。このスイッチ素子５は制御電源回路６、電圧検出回
路７、電流検出回路１３、発振回路９により制御される
。

制御電源回路６と電圧検出回路７は端子Ｐ、、Ｎ間に接
続され、制御電源回路６は電圧検出回路７゜電流検出回
路１３、リセットパルス発振回路１８及び発振回路９に
制御電源を与える。

電圧検出回路７は電源電圧を検出し、その電圧が基準値
以下のときは出力を出さず、基準値以上のときは出力を
出すものであり、その出力は電流検出回路１３及びリセ
ットパルス発振回路１８に動作信号を与えるとともに、
オア回路１０、抵抗１１を経てスイッチ素子５に閉路信
号を与える。

電源電圧が基準値以下のある値以下に下ればその閉路信
号を停止する。この場合の基準値はその値以上では全て
の制御回路及び電磁石が正常に作動するように定める。

電流検出回路１３は操作コイルに流れる励磁電流を検出
し、その励磁電流が急激に立下り変化をしたとき出力信
号を出し、Ｂ端子より発振回路９へ動作信号を与え、ま
たＣ端子より電圧検出回路６の出力信号を停止する信号
を与える。

上記の電圧検出回路７よりスイッチ素子５へ与えられる
信号と発振回路９の発振信号は、オア回路１０、抵抗１
１を経てスイッチ素子５へ至る。

リセットパルス発振回路１８は、電流検出回路１３に対
し、Ｄ端子より一定周期間隔で常にリセットパルス信号
を与える。

１４は操作コイルｌに並列に、電源と逆方向に接続され
たダイオード即ちフライホイールダイオード、１２はコ
イル励磁電流検出素子で、この場合抵抗を挿入し、その
端子電圧の変化を検出し、電流検出回路１３のＡ端子へ
入力する。

第１図の構成の回路において、操作スイッチ４を閉じる
と制御電源回路６及び操作コイルｌに電源電圧が印加さ
れ、同時に制御電源回路６より、電圧検出回路７、電流
検出回路１３、リセットパルス発振回路１８及び発振回
路９等各制御回路に制御電源が供給される。

電圧検出回路７において、電源電圧が基準値以上の場合
は出力信号を出し、その出力はオア回路１０、抵抗１１
を通してスイッチ素子５に印加され、スイッチ素子５は
オンとなり操作コイル１に起動電流が流れ電磁石が吸引
される。この電流は前記スイッチ素子５に直列に接続さ
れた電流検出素子である抵抗１２にも流れ、抵抗１２の
両端には電流に比例した電圧が得られ、この電圧を信号
として電流検出回路１３に送る。

第２図は、電流検出回路１３の実施例の構成を示す回路
図であり、ｐ、ｎは回路に与えられる制御電源端子、２
１は第１の比較器、２２は第２の比較器、Ｒ１，Ｒ’２
は端子９．０間に接続された分圧抵抗で分圧点２３より
比較器２１の基準入力端子（−）に第１の基準電圧■１
が与えられる。

Ｒ３□Ｒ４は端子ｐ、ｎ間に接続された分圧抵抗であり
、分圧点２４より比較器２２の基準入力端子（→−）に
第２の基準電圧ｖ２が与えられる。また分圧点２４には
、ダイオードＤ２を介してリセットパルス発振回路１８
の出力信号がＤ端子より与えられる。

Ｒ５は第１の比較器２１の出力端子２５を端子ｐに接続
する抵抗、Ｒ６は第２の比較器２２の出力端子２６を端
子ｐに接続する抵抗である。

また、Ａは入力端子であり、この入力端子へからの入力
信号は、抵抗Ｒ７，Ｒ，を介して第１の比較器２１の（
＋）入力端子に入力される。第１の比較器２１の出力端
子２５から出力される信号の一方はアンド回路２８に与
えられるが、他方はダイオードＤ１を抵抗Ｒ７，Ｒ８の
中間点２７へ接続することにより、第１の比較器２１に
正帰還信号を与える。

端子Ａからの入力信号は抵抗Ｒ７を介して第２の比較器
２２の（−）端子に入力され、第１及び第２の比較器２
１．２２の出力はアンド回路２８を経て出力端子Ｂへ出
力し、出力端子Ｂよりインバータ２９を経て出力端子Ｃ
へ出力する。

第４図に示すように、比較器２１．２２はそれぞれ異な
った基準値を持ち、その基準電圧は讐れぞれＶ、、Ｖｇ
である。この場合、ｖｌ〉ｖ２とする。第４図（イ）は
コイル励磁電流の時系列的変化を示したもので、縦軸を
コイル電流値、横軸を時間で表している。第４図（ロ）
は電流検出抵抗１２の端子電圧の時系列的変化を示した
もので、縦軸を端子電圧、横軸を時間で表している。第
４図（ハ）は第１の比較器２１の出力、第４図（ニ）は
第２の比較器２２の出力、第４図（ホ）は電流検出回路
１３のＢ端子出力、（へ）は電流検出回路１３のＣ端子
出力、（ト）は可動鉄心の大切状態を表し、いずれも横
軸を４間で表している。

ここで、電流検出抵抗端子電圧（以下検出電圧という）
がｔ１１時点で基準値ｖ２を超えると、第２の比較器２
２の出力は１からＯとなる。さらに検出電圧がｔ＋ｇ点
で基準値■１を超えると第１の比較器２１の出力は０か
ら１となる。この場合、第２図に示すようにＲｓ、　Ｄ
　Ｉ＋　Ｒａを通して電源電圧が（＋）入力端子に印加
されるため、比較器２１の（＋）入力は基準電圧Ｖ、よ
り常に大きくなり、第１の比較器２１の出力はｌに保持
される。

さらに可動鉄心の移動が進み固定鉄心とのギャップが０
に近づくと検出電圧は急激に下がり、ｔ１３点で基準値
■１より下がるが上述のように比較器２１は１の状態を
保持しているため、出力は１のままである。そして、い
よいよ可動鉄心が固定鉄心とほぼ完全な閉磁路を形成す
る瞬間に、検出電圧は１１４点で基準値■２より下がり
、第２の比較器２２の出力はＯから１になる。

第１及び第２の比較器２１．２２の出力はアンド回路２
８に接続されており、アンド回路２８の出力つまりＢ端
子出力は、この瞬間に０から１となり発振回路９を始動
させる。同時にＣ端子出力は１からＯとなり、電圧検出
回路７よりスイッチ゛素子へ与える出力信号を停止する
。発振回路９からの断続信号はオア回路１０、抵抗１１
を通してスイッチ素子５に印加され、゛スイッチ素子５
はオン・オフを繰り返す。これにより操作コイルに流れ
る励磁電流は減少する。従って第４図のｔ１４時点以降
は前記検出電圧が基準値ｖ２を超えることはなく、電流
検出回路のＢ端子出力は１の状態を保つ。これにより操
作スイッチ４が閉じている間、発振回路９は断続信号を
スイッチ素子５に送り続け、スイッチ素子５はオン・オ
フを繰り返し、電磁石は小さい励磁電流（平均値）で保
持状態を続ける。

以上のように本発明によれば、基本的には理想的な動作
となるが、万−何らかの異常により第２の比較器２２が
出力を出さなかった場合、あるいは瞬時停電等により一
時的に制御電源が低下し、しかも電磁石は開放に至らな
い場合は、Ｂ端子及びＣ端子の出力が出ないため、起動
状態のままとなり、大きな電流が連続して流れ、操作コ
イル１力く焼を員するおそれがある。

このようなことを防止するため、本発明では更にリセッ
トパルス発振回路１８を設け、電流検出回路１３へ信号
を与えるようにする。即ち、電流検出回路１３のＤ端子
よりダイオードＤ２を通して第２の比較器２２の（＋）
入力端子２４へ、一定周期間隔で常にリセットパルス信
号を与える（第４図（チ）参照）。このリセットパルス
信号は、第２の比較器２２の（−）入力端子に印加され
る電圧より大きい値であるため、リセットパルス信号が
与えられた瞬間に第２の比較器２２の出力は０から１と
なり、端子Ｂ、端子Ｃの出力により保持状態となって操
作コイル１の焼損を防止する。

リセットパルス信号は、異常時保護のためのものである
ため、その周期は、異常時に操作コイル１が焼損しない
間隔、例えば１秒に１回程度でよい。

第４図の右側の部分はそのときの回路動作を示すもので
ある。

なお、第１図に示す実施例では、発振回路９は電流検出
回路１３の信号により始動するようにしているが、第５
図に示すように電圧検出回路７により始動する構成とす
ることもできる。この場合、起動時は電圧検出回路７の
大信号と発振回路９の断続信号はオア回路１０を通り、
両方の信号がスイッチ素子５に印加されることになるが
、スイッチ素子５は電圧検出回路７の大信号によりオン
するので発振回路９からの断続信号は無視できる。

その後、電磁石吸引動作完了の瞬間に電流検出回路１３
の出力により電圧検出回路７の大信号を停止するので、
この瞬間から発振回路９からの断続信号のみとなり、ス
イッチ素子５はオン・オフを繰り返し、第４図の動作と
同様にして保持を行う。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、電磁石が投入してほぼ
完全な閉磁気回路を形成したことを検出して、その検出
信号により、投入電流を停止し、かつ発振回路を始動さ
せ断続する印加電圧による保持電流に切り替えるように
したので、投入保持に必要な電力を必要最小限の量にす
ることができ、高頻度で電磁石装置を開閉しても操作コ
イルの発熱が小さく、また保持時の消費電力が少なく更
に、保持電流への切り替えを行う電流検出回路の動作に
異常が発生した場合でも、リセットパルス発振回路でバ
ックアップするようにしたので、コイル焼損がなく信頼
性の高い直流電磁石装置を得ることができるという効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は本発明
による電流検出回路の実施例を示す回路図、第３図は電
磁石の可動、固定両鉄心間のギャップとコイル励磁電流
の変化を示す説明図、第４図は回路の動作を示すタイム
チャート、第５図は本発明の他の実施例を示す回路図、
第６図は従来の電磁石駆動回路図、第７図はスイッチ素
子のオン・オフ状態の時間的推移を示す説明図である。 １：操作コイル ４：操作スイッチ ５：スイッチ素子 ６：制御電源回路 ７：電圧検出回路 ９：発振回路 １０：オア回路 １１：抵抗 １２：抵抗（電流検出素子） １３：電流検出回路 １４：フライホイールダイオード １８：リセットパルス発振回路 ２１：第１の比較器 ２２：第２の比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁石を励磁する操作コイル（１）と、この操作コ
   イルに直列に接続され入力信号により開閉するスイッチ
   素子（５）と、電源電圧を検出しこの電圧が一定値以上
   のとき前記スイッチ素子（５）を閉路する出力信号を出
   す電圧検出回路（７）と、前記操作コイル（１）の励磁
   電流が一定値以下に下降したときに出力信号を出し、そ
   の出力信号により電圧検出回路（７）よりスイッチ素子
   （５）に与える出力信号を停止させる電流検出回路（１
   ３）と、この電流検出回路（１３）の信号により始動し
   前記スイッチ素子（５）を開閉させる断続信号を与える
   発振回路（９）と、電圧検出回路（７）により始動し、
   一定周期間隔のリセットパルス信号を連続的に発生して
   前記電流検出回路（１３）に与えるパルス発振回路（１
   ８）と、これらの回路に直流制御電圧を与える電源回路
   とを備えたことを特徴とする直流電磁石装置。 ２、電磁石を励磁する操作コイル（１）と、この操作コ
   イルに直列に接続され入力信号により開閉するスイッチ
   素子（５）と、電源電圧を検出しこの電圧が一定値以上
   のとき前記スイッチ素子（５）に閉路信号を与える電圧
   検出回路（７）と、前記操作コイル（１）の励磁電流が
   一定値以下に下降したときに出力信号を出し、その出力
   信号により電圧検出回路（７）よりスイッチ素子（５）
   に与える出力信号を停止させる電流検出回路（１３）と
   、前記電圧検出回路（７）の信号により始動し前記スイ
   ッチ素子（５）を開閉させる断続信号を与える発振回路
   （９）と、同発振回路（９）と同時に始動し、一定周期
   間隔のリセットパルス信号を連続的に発生し前記電流検
   出回路（１３）に与えるパルス発振回路（１８）と、こ
   れらの回路に直流制御電圧を与える電源回路とを備えた
   ことを特徴とする直流電磁石装置。