JPS61256608A - 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の改良に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

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成
り、操作コイルを鳥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、従来第７図、第
８図ないし第９図に示すような電磁石駆動回路が用いら
れている。第７図において電磁石の操作コイル（１）は
電磁石で駆動される常閉接点（２）と節約抵抗（３）の
並列回路に直列に接続され、操作スイッチ（４）を介し
て直流電源端子Ｐ、Ｎに接続されている。操作スイッチ
（４）を閉じると直流電流が常閉接点（２）を通って操
作コイル（１）に流れ電磁石が作動し可動鉄心を吸引す
る。

ここで可動鉄心の投入により常閉接点（２）が開き、操
作コイル（１）と直列に抵抗（３）が挿入され。

保持状態ではコイル電流が低減される。このような構成
にすると保持電流を小さくしコイルの損失を小さくする
ことができる。しかし、抵抗（３）による損失が熱とし
て発生し無駄が生じ、装置およびその周辺の温度上昇に
悪影響を与える。

又、電磁石開放時は抵抗（３）を短絡している常閉接点
（２）は可動鉄心が固定鉄心に完全に吸着されて、はぼ
完全な閉磁気回路を構成してから開くのが確実な動作を
行う上でも好ましいが、常閉接点（２）は通常可動鉄心
に連動させるのが普通で、このような場合は可動鉄心が
固定鉄心に吸着される直前に接点（２）が開き吸着後の
接点開き距離を一定値以上保たねばならず、一方で接点
（２）の開離後抵抗挿入により励磁電流が小さくなった
後も惰性で可動鉄心吸着が完全に行なわれ、保持される
ようにしなければならず、製品のバラツキ等も考慮する
と電磁石を完全吸着させるための調整に困難性がある。

又１機構不良等により接点が開かなかったときは、操作
コイルに大電流が連続して流れコイルを焼損したり、常
閉状態で接点の導通不良を起したときは、操作スイッチ
（４）を閉じても起動電流が流れず動作しないおそれが
ある。

第８図においては、操作コイル（１）が投入コイルＣＣ
と保持コイルＨＣに分れ、投入コイルＣＣと常閉接点（
２）の直列回路に保持コイルＨＣを並列に接続した回路
が操作スイッチ（４）を介して直流電源端子Ｐ、Ｎに接
続されている。通常投入コイルＣＣの抵抗は保持コイル
ＨＣの抵抗より小さく選定されており、操作スイッチ（
４）を閉じるとコイル電流の大部分は常閉接点（２）を
通って投入コイルＣＣに流れ、大きな吸引力で可動鉄心
を吸着する。吸引後は常閉接点（２）が開きコイル電流
は保持コイルＨＣのみに流れ減少する。この場合第７図
におけるような抵抗（３）は不用となる利点はあるが、
常閉接点（２）が開かなかった場合、投入コイルＣＣに
連続的に大きな電流が流れ、コイルが焼損するおそれは
依然として残る。又、コイルを２ケ必要としコイル部の
構造が複雑になり、コストが上る等の欠点がある。

第９図においては電磁石の操作コイル（１）が、スイッ
チ素子（５）例えばトランジスタと直列に直流電源端子
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）、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）およびタイマ回路（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（５）へ入力されるようにしている。

次に、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（１０
）、抵抗（１１）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（ｔｉ時１截、
第１０図参照）、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。（Ｌ２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（ｔａ時点）、この断続信号はオア回路（１０）
および抵抗（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、オフを繰返す、これに
よりコイル（１）には断続した電圧が印加されることに
なり電磁石は小さい電流で保持状態を続ける。

第１０図はスイッチ素子（５）のオン、オフ動作状態の
時系列的変化を示したもので横軸に時間ｔ、縦軸にスイ
ッチ素子（５）の動作状態を表わす、ｔ１時点で電源端
子Ｐ、Ｎ間に一定値以上の電源電圧を印加すると、スイ
ッチ素子（５）がオンとなり電磁石が投入し、ｔ２時点
で完了した後、ｔ３時点でタイマ回路（８）の限時動作
による信号で発振回路（９）が動作して、その断続信号
によりスイッチ素子（５）を断続的に開閉し、操作コイ
ル（１）に断続電圧を印加し、電磁石を保持させる。こ
の場合、オン時間とオフ時間の比を適当に調整すること
によりコイル電流を自由に調整し、このようにして保持
電流を低減させるようにしている。

第９図の場合、第７図、第８図のような機械的常閉接点
を有しないので、信頼性は高まる。

しかし、第７図、第８図と同様に第９図の場合も、可動
鉄心と固定鉄心のギャップが大きい吸引初期においては
、電源電圧をそのまま印加しているため、電源電圧によ
り電磁石の吸引力は大きく変化する。

現在、電磁接触器の使用範囲は定格電圧の８５〜１１０
％とＪＩＳ規格で定められている。従って、電磁石部は
定格の８５％の電圧でも動作に必要な充分な吸引力を有
するように設計しておかなければならないＪところが、
電磁石の吸引力は印加電圧の２乗に比例するので、第１
１図の吸引力特性図に示すように、１００％や１１０％
の電圧では必要以上に大きな吸引力が生じることになり
、電磁石の鉄心やその他の部分に大きな衝撃が加わり、
機械的寿命が短くなったり主接触部が微小なチャタリン
グをおこし接点寿命が短くなる等の欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の欠点を除去するため、可動鉄心と固定鉄
心のギャップが大きい吸引初期においては、操作コイル
に直列に接続されたスイッチ素子のオン、オフの時間比
を電源電圧の大きさに応じて変化させ、断続した電圧を
操作コイルに印加することにより操作コイルに流れる実
効電流を一定にして、実効吸引力が電源電圧の大きさに
より変化しないようにし、吸引完了後は前記スイッチ素
子のオン、オフの時間比を電磁石を保持するに適切な値
に固定して、保持時の消費電力を低減させることにより
、第７図、第８図、第９図の回路の場合のように、電源
電圧が必要以上に大きくなった場合に発生する電磁石作
動時の衝撃力増加、電磁石鉄心、その他機構部の機械的
摩耗の増加、主接触部の接点寿命低下等を防止するとと
もに、第７図あるいは第８図の例のように、常閉接点を
用いて保持電流に切替えることによる動作の不安定及び
保持時の消費電力の増加を防止しようとするものである
。

〔発明の構成〕

本発明の電磁石装置は、電磁石を励磁する操作コイル（
１）、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）、電源電圧を検出しこの電
圧が一定値以上のときスイッチ素子（５）を閉路する出
力信号を出す電圧検出回路（７）、電源電圧の大きさに
応じてオン時間が変化する発振回路の出力によって、前
記電圧検出回路（７）よりスイッチ素子（５）に与える
閉路信号を断続する定電圧回路（１３）、前記電圧検出
回路（７）の信号により始動し、一定時間抜電圧検出回
路（７）からスイッチ素子（５）に与える閉路信号及び
この閉路信号を断続する定電圧回路（１３）の出力信号
を停止するタイマ回路（１２）、前記タイマ回路により
始動し、前記スイッチ素子（５）にオン及びオフ時間が
固定した断続信号を与える発振回路（９）、およびこれ
らの回路に直流制御電圧を与える制御電源回路（６）を
設けたものである。

このような構成により、吸引初期には操作コイルに直列
に接続されたスイッチ素子に与える信号のオン時間を、
電源電圧の大きさに応じて変化させて断続的にオン、オ
フし、操作コイルに流れる実効電流を一定にして、実効
吸引力が電源電圧の大きさにより変化しないようにする
。第５図（ａ）。

（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）はスイッチ素子に投入
時に印加される信号の時系列的変化状態を示し、図にお
いてそれぞれ電源電圧が８５％、１００％、１１０％、
１２０％の場合を例示している。これはそのまへ、スイ
ッチ素子の出力状態、操作コイル印加電圧の状態を示す
ものである。吸引完了後は一定時間後に前述の断続信号
を停止し、その後は発振回路から送られる保持のための
断続信号によりスイッチ素子をオン、オフする。

第６図はスイッチ素子に印加される信号の時系列変化状
態を示したもので、前記と同様にスイッチ素子の出力状
態、操作コイル印加電圧の状態を示すものであり、この
場合操作コイルにはフライホイールダイオードが接続さ
れているのでスイッチ素子をオフにしてもコイル電流は
急にはＯにならず、徐々に小さくなる。従ってスイッチ
素子を高速でオン、オフしている場合は、コイル電流は
断続せず連続した電流が流れて電磁石は円滑に保持され
る。

【実施例〕

本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図におい
てＰ、Ｎは直流電源の端子で、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）、定電圧回路
（１３）、タイマ回路（１２）１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（力は
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）、定電圧回路（１３）、タイマ回路（１２
）、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し、そ
の°出力はタイマ回路（１２）に動作信号を与えると共
に、アンド回路（１５）の一方の端子に閉路信号を与え
る。電源電圧が基準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。定電圧回
路（１３）は電源Ｐ、Ｎに接続され、電源電圧に応じて
オン時間が変化する断続信号が端子■よりアンド回路（
１５）の他方端子へ入力される。

第２図は定電圧回路の実施例の構成を示す回路図で、Ｐ
、Ｎは電源端子、Ｐｌ、　Ｎは制御電源回路（６）より
制御電源を与えられる端子、　（２４）は比較器、Ｒ，
、Ｒ，は電源端子Ｐ□、Ｎに接続された分圧抵抗、′Ｒ
１は比較器（２４）の出力から分圧点（２，３）へ接続
した帰還抵抗で１分圧点（２３）より比較器（２４）の
Φ入力端子へ基準電圧として印加される。

Ｒ１，Ｒ，は電源端子Ｐ、Ｎ間に接続された分圧抵抗で
分圧点（２０）より抵抗Ｒ３，Ｒ，、Ｒ，の直列回路を
経て、前記比較器（２４）のｅ入力端子へ入力される。

抵抗Ｒ，，Ｒ４の中間点（２１）よりダイオードＤ□を
経て比較器（２４）の出力端子へ接続する。抵抗Ｒ，，
Ｒ，中間点（２２）よりコンデンサＣ１を経て端子Ｎへ
接続する。

次に以上のように構成されたものの動作について説明す
る。第３図は端子Ｐ、Ｎに直流電圧を印加した場合の比
較器（２４）の入力電圧及び出力電圧の時系列的変化を
示す。当初コンデンサＣ□の端子電圧はＯで、抵抗Ｒ５
を通して接続されている比較器（２４）のｅ端子はＯで
あり、従って比較器（２４）の出力は１となっている。

比較器（２４）の出力は抵抗Ｒ１を通して比較器（２４
）のｅ端子に印加され、比較器（２４）のΦ端子はその
分高くなる。このときのΦ端子電圧をｖ２とする。分圧
点（２０）には、抵抗Ｒ，，Ｒイで決まる電圧ｖ１が発
生し、この電圧により抵抗Ｒ，，Ｒ４を通してコンデン
サＣ１へ充電される。充電が進みコンデンサＣＬの端子
電圧が比較器（２４）のｅ端子に印加されている電圧ｖ
２より高くなると（ｔｘ□点）、比較器（２４）の出方
は０となる。比較器（２４）の出力が０になると、比較
器（２４）のΦ端子は抵抗Ｒ１を通じてアースされるこ
とになるので、その分ｅ端子の電圧は下がる。このとき
のｅ端子電圧をｖｉとする。

同時に抵抗Ｒ３とＲ４の中間点（２１）をダイオードＤ
１を通じてアースすることになるので、コンデンサＣ０
に充電されていた電荷は抵抗Ｒ４，ダイオードＤ工を通
じて比較器（２４）の出力の方へ放電を　　　　。

開始する。一定時間後、コンデンサｃ０の端子電圧が比
較器（２４）の■端子電圧ｖ１より低くなると（ｔ１２
点）、比較器（２４）の出力は再び１になる。比較器（
２４）の出力が１になれば比較器（２４）のｅ端子電圧
は再びｖ２となり（ｔユ３点）、又今まで抵抗Ｒ４、ダ
イオードＤ１を通じて比較器の方へ放電していた電荷は
停止し、再び分圧点（２０）の電圧ｖ３によリコンデン
サＣ１へ充電を開始する。以後同じ動作をくり返す。

この場合、コンデンサＣ１の放電時間はコンデンサＣよ
と抵抗Ｒ４の値により決まるので、いつも同じ時間であ
り、この間は比較器（２４）の出力はＯとなるので出力
０の時間も一定となる。一方、コンデンサＣ１の充電時
間は抵抗Ｒ工、　Ｒ３，Ｒ，、コンデンサＣ工の値およ
び電源電圧の大きさに関係する。この場合抵抗Ｒ，，Ｒ
，、Ｒ，、コンデンサＣ工は固定しているので充電時間
は電源電圧により変化することになる。

第４図（ａ）、　（ｂ）は比較器（２４）の入力電圧、
出力電圧及び操作コイルに印加される電圧の時系列的変
化を示し、第４図（ａ）は電源電圧が高い場合、第４図
（ｂ）は低い場合を示す、コンデンサＣ１の充電時間は
電源電圧の大きさに関係するので、電源電圧が高い第４
図（ａ）の場合は、コンデンサＣ工の端子電圧がｖｉか
らｖ２に上昇する時間つまりｔｔｉｔｔｚが短く、電源
電圧が低い第４図（ｂ）の場合は同上昇時間ｔ′□３　
　ｔ’ｔｚが長くなる。

このようにして、電源電圧の大きさによりオン時間の変
化する断続信号を、比較器（２４）の出力端子のよりア
ンド回路（１５）の−右端子に入力する。

アンド回路（１５）の他端子には、前記電圧検出回路（
７）の出力が接続されており、電源電圧が基準値以上の
とき出される閉信号は、定電圧回路（１３）の断続信号
により制御を受け、オア回路（１０）、抵抗（１１）を
経てスイッチ素子（５）へ入力される。タイマ回路（１
２）は電圧検出回路（７）の出力により始動し、一定時
間後■端子より出される停止信号により、アンド回路（
１５）の出力を停止すると同時に０端子より発振回路（
９）を始動させる０発振回路（９）の断続信号はオア回
路（１０）、抵抗（１１）を経てスイッチ素子（５）へ
入力される。　（１４）は操作コイル（１）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
ルダイオードである。

次に第１図の構成のものの動作を説明する。第１図にお
いて端子Ｐ、Ｎに電源を印加すると、制御電源回路（６
）及び操作コイル（１）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）、定電圧回
路（１３）、タイマ回路（１２）、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下の
場合は出力信号を出さず、基準値を超えているときは出
力信号を出し、その出力はアンド回路（１５）に与えら
れる。アンド回路（１５）の他入力端子には定電圧回路
からの断続信号が与えられるので、アンド回路（１５）
の出力は定電圧回路の断続信号に同期した断続信号とな
り、オア回路（１０）、抵抗（１１）を通してスイッチ
素子（５）へ与えられる。これにより操作コイルには、
電源電圧の大きさに影響されない一定の実効電流が流れ
ることになり、電磁石は最適な吸引力で吸引されること
になる。

吸引完了後は、一定時間後にタイマ回路が動作し、端子
■からの出力により前記アンド回路（１５）の断続信号
を停止すると同時に端子０からの出力により発振回路（
９）を始動する０発振回路（９）の断続信号はオア回路
（１０）、抵抗（１１）を経てスイッチ素子（５）に与
えられる。電磁石はすでに吸引を完了しているので、こ
こでは電磁石を保持するために必要な最小電流を操作コ
イル（１）に流せばよく、発振回路（９）の断続信号は
、第６図のようにオン時間を短く、オフ時間を長く設定
した断続信号とすることにより、保持電流を低減して保
持時の消費電力を減少させる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、電源電圧の大きさに
応じてスイッチング素子に与えられる断続信号のオン、
オフ比を変化させることにより、吸引初期においては常
に最適な吸引力を得ることができ、又、保持時には電磁
石を保持するに必要な最小の電流を操作コイルに流すた
めの断続信号を発振回路よりスイッチング素子に与える
ようにしたので、電磁石が作動して可動鉄心と固定鉄心
が衝突する際の衝撃を小さくかつ一定値に抑えることが
でき、かつ保持時の消費電力が少なく、さらに、機械的
常閉接点を必要としないため信頼性の高い直流電磁石装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明における定電圧回路の実施例を示す回路図、第３図
は本発明における比較器の入力電圧、出力電圧の時系列
変化を示す説明図、第４図（ａ）、　（ｂ）は本発明に
おけ、る比較器の入力電圧、出力電圧等の時系列変化を
示す説明図で、第４図（ａ）は電源電圧が高い場合、第
４図（ｂ）は電源電圧が低い場合を示す。第５図（ａ）
、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）は本発明においてスイ
ッチ素子に投入時印加される信号の時系列変化状態を示
す説明図で、電源電圧がそれぞれ８５％、１００％、１
１０％、１２０％の場合を示す、第６図は同スイッチ素
子に印加される信号の時系列的変化状態を示す説明図で
ある。第７図。 第８図はそれぞれ、従来の電磁石回路の実施例を示す回
路図、第９図は従来の電磁石の他の実施例を示すブロッ
ク図、第１０図は同実施例におけるスイッチ素子の動作
状態を示す説明図、第１１図は電−磁石の吸引力特性図
である。 （１）：操作コイル、（５）：スイッチ素子、（６）：
制御電源回路、（７）：電圧検出回路、（１２）　：タ
イマ回路、（１３）　：定電圧回路、　（１４）　：フ
ライホイールダイオード、（２４）　：比較器。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 ’ＣＩｌ　　’ｃ１２ １５　　図 （ａ）１３５％電７Ｅ　　　　　　　　　　　（ｂ）１
００％電圧　”（ｃ）１１０％電圧　　　　　　　　　
（ｄ）１２０％電圧ｊ１６図 第　　４ （ａ） ｔ→ （ｂ） ｔ→ 第　　７　　図　　　　　　　　　　　　　　第　　８
　間第　　９ｖ！Ｊ オア回路 箆１ｏ図 第　　１１　図 ８５％１００％１１０％ 電圧□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電磁石を励磁する操作コイル（１）、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）、電源電圧を検出しこの電圧が一定値以上のと
   きスイッチ素子（５）を閉路する出力信号を出す電圧検
   出回路（７）、電源電圧の大きさに応じてオン時間が変
   化する発振回路の出力によって、前記電圧検出回路（７
   ）よりスイッチ素子（５）に与える閉路信号を断続する
   定電圧回路（１３）、前記電圧検出回路（７）の信号に
   より始動し、一定時間後電圧検出回路（７）からスイッ
   チ素子（５）に与える閉路信号及びこの閉路信号を断続
   する定電圧回路（１３）の出力信号を停止するタイマ回
   路（１２）、前記タイマ回路により始動し、前記スイッ
   チ素子（５）にオン及びオフ時間が固定した断続信号を
   与える発掘回路（９）、およびこれらの回路に直流制御
   電圧を与える制御電源回路（６）を備えたことを特徴と
   する直流電磁石装置。