JPS63170825A - 電磁コイル励磁用制御回路 - 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、電磁弁、ソレノイド、リレーあるいは電磁開
閉器等に用いられる電磁コイルの励磁のための制御回路
に関する。

〔従来の技術〕

最近、電磁弁において、消費電力を低減し且つ電磁コイ
ルの電磁雑音を低減するために、永久磁石を用いて強磁
性体のアーマチャを弁のオープン位置あるいはクローズ
位置に保持することが行われるようになった。すなわち
、電磁弁は、第７Ａ図および第７Ｂ図に示すように、磁
性体の枠２１の上端および下端に強磁性体よりなるキャ
ップ２２および環状のプレート２３が設けられており、
枠２１の中央部にスプリング２６によって押圧された強
磁性体よりなるアーマチャ２４が上下移動可能に設けら
れている。また、枠２１とプレート２３との間に環状の
永久磁石２５が設けられ、枠２１内の該アーマチャの周
囲には電磁コイル９が設けられている。

アーマチャ２４は次の２つの位置のいずれかに安定的に
保持される。すなわち、閉弁状態は、第７Ａ図に示すよ
うに、スプリング２６により押圧されて保持される位置
であり、この場合、弁座２８は閉じられている。他方、
開弁状態は、第７Ｂ図に示すように、永久磁石２５によ
る磁界によって保持される位置であり、この場合、弁座
２８は開放され、矢印に示すごとく流体たとえば空気が
流れることができる。

アーマチャ２４を上述の２つの状態間を移動させる力は
電磁コイル９を励磁することにより行われる。たとえば
、第７Ａ図の閉弁状態において、電磁コイル９に一方向
の直流電流を流して電磁コイル９による磁界方向を永久
磁石２５の磁界方向と同一にすると、電磁コイル９の磁
力と永久磁石２５の吸引力との和がスプリング２６の押
圧力より大きくなり、この結果、アーマチャ２４は上昇
して第７Ｂ図の状態となる。ここで、電磁コイル２７の
電流は停止しても永久磁石２５の磁力によりこの状態は
保持される。すなわち、第７Ｂ図において、磁性体要素
２１−２５−２３−２４−２２によって形成されたルー
プに永久磁石２５による磁気回路が形成され、電磁コイ
ル７に電流がなくなっても、該磁気回路は保持される。

また、第７Ｂ図の開弁状態において、電磁コイル９に前
述と逆方向の電流を流すと、磁界が永久磁石２５の磁界
と反対方向に発生し、この結果、アーマチャ２４には永
久磁石２５の磁界に対して反撥磁力が発生してスプリン
グ２６の押圧と相まって、アーマチャ２４をキャップ２
２から引離す。

従って、アーマチャ２４は下降して再び第７Ａ図の状態
となる。この場合、キャップ２２とアーマチャ２４との
間の空隙が存在するので、電磁コイル９に電流がなくな
ると前述の永久磁石２５による磁気回路は形成されない
。

第８図に、示す回路は、この電磁弁を作動させるための
従来の電磁コイル励磁用制御回路の最も改良されたもの
として、以前に本発明者によって考案されたものである
（特願昭６１−１８０２０２号）。

以下、第８図に従って、これらの回路の詳細を説明する
。

第８図の９は電磁コイル励磁用制御回路によって制御さ
れた電流が供給される電磁コイル、１は交流電源、１０
３はリレー接点１０３′を作動させるリレーコイル、１
０３′は電磁コイルに正の電流を供給する回路を閉とす
るリレー接点、１０４はリレー接点１０４′を作動させ
るリレーコイル、１０４′は電磁コイルに負の電流を供
給する回路を閉とするリレー接点、１０６，１０７，１
０８、および１０９はそれぞれ整流用のダイオード、１
０１は電磁コイルへ供給する電流の方向を選択する選択
スイッチ、１０２は上記リレー接点１０３’および１０
４　’の各々が閉となる時間を規定するコンデンサであ
る。

以下に、第８図の回路の動作を説明する。

まず、スイッチ１０１がＣ１が閉となる位置からＣｓが
閉となる位置に切り替える場合について説明する。スイ
ッチ１０１でＣ１が閉のときは、交流電源１およびダイ
オード１０９によって、コンデンサ１０２は（第８図で
）下側が正、スイッチ１０１側が負に充電されている。

このときスイッチ１０１をＣ６が閉となるように切り替
えると、ダイオード１０９とダイオード１０８の向きが
逆なので、コンデンサ１０２を正負逆の電圧に充電すべ
く、ダイオード１０８およびリレーコイル１０３を通し
て電流が流れる。この電流が所定Ｍ（’）レー作動開放
電流値）以上になるとリレーの働きにより常開接点Ｃ９
が閉となる。このときダイオード１０６の働きにより電
磁コイル９には、第９Ａ図に示されるような電流が流れ
る。これにより第９Ａ図に示されろ電磁弁のアーマチャ
２４が、この電磁コイルの磁力と永久磁石の力とにより
引き上げられ、第７Ｂ図の位置に吸引保持される。前記
のコンデンサ１０２は逆向きに充電されると、前記リレ
ーコイル１０３に流れる電流は減少して、やがて前記常
開接点Ｃ９を閉とするに必要なリレー作動開放電流値を
下まわり、再び該常開接点Ｃ９を開とする。

次にスイッチ１０１をＣ８が閉となる位置から０７が閉
となる位置に切り替えると、上記とは逆に、リレーコイ
ル１０４にリレー作動開放電流値以上の電流が流れるこ
とにより、常開接点ＣＩ６が閉となり、電磁コイル９に
は、今度は、第９Ｂ図に示すような前記と逆の向きの電
流が流れる。これによる電磁力は、アーマチャ２４を下
方へ押し下げる方向に働き、アーマチャ２４は下降して
第７Ａ図の位置に保持される。

上記の２つの場合各々において、電磁コイル９における
通電時間、すなわち前記常開接点Ｃ，或いは常開接点Ｃ
ＩＯが閉となっている時間は、コンデンサ１０２が充電
されるに要する時間、すなわち、コンデンサ１０２の容
量を調整することによって電磁コイルの動作を確実に行
うに必要な最小の値に設定することができる。

この回路では、第９Ａ図、および第９Ｂ図に示すように
、前記交流の２周期に相当する時間に設定されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の制御回路においてはリレー接点を有する電磁リレ
ーを用いているため故障が多く短寿命であるという問題
点を有していた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題を解決するために、本発明は、上記のリレ一
部分を無接点化した電磁コイル励磁用制御回路を実現す
るものである。本発明による電磁コイル励磁用制御回路
は、第１図に示すように、交流電源１からの電流を制御
して電磁コイル９に供給し、該電磁コイル９を励磁する
ための電磁コイル励磁用制御回路であって、 制御入力端子５ａに一方の極性の制御電圧を入力するこ
とによってのみオンとなる第１のスイッチング素子５と
、 制御入力端子６ａに前記一方の極性と逆の極性の制御電
圧を入力することによってのみオンとなる第２のスイッ
チング素子６と、 一方向の整流方向をもって、前記第１のスイッチング素
子５と直列接続される第１のダイオード７と、 前記第１のダイオード７と逆方向の整流方向をもち前記
第２のスイッチング素子６と直列接続される第２のダイ
オード８と、 一端がコンデンサ３の一端に接続され、一方の選択によ
って前記第１のスイッチング素子５の制御入力端子５ａ
に接続され、他方の選択によって前記第２のスイッチン
グ素子６の制御入力端子６ａに接続される選択スイッチ
２とを備え、前記第１のスイッチング素子５と第１のダ
イオード７との直列接続、および、前記第２のスイッチ
ング素子６と第２のダイオード８との直列接続は互いに
並列に接続されてスイッチング部を形成し、 該スイッチング部、前記交流電源１５そして前記電磁コ
イル９の３者は互いに直列に接続されて１つの閉回路を
形成し、 前記第１および第２のスイッチング素子５，６の各々に
おける、前記制御入力端子５ａ、６ａと、前記第１また
は第２のダイオード７．８の側の一端５ｂ、６ｂとの間
が、それぞれ第１および第２の電気抵抗１０．１１をも
って導通しており、前記コンデンサ３の他端は、前記閉
回路のうち、前記第１および第２のスイッチング素子５
．６の他端５ｃ、６ｃ側に接続されていることを特徴と
するものである。

〔作用〕

第１図の回路において、選択スイッチ２の接点Ｃ３が閉
となっている間はダイオード８によりコンデンサ３の該
選択スイッチ２の側が負に充電され、一方、選択スイッ
チ２の接点Ｃ２が閉となっている間は該コンデンサ３の
該選択スイッチ２の側が正に充電される。

ここで、該選択スイッチ２を、上記のように接点Ｃ２を
閉として保持していた状態から、接点Ｃ１を閉とする状
態に切り換えると、前記コンデンサ３の前記選択スイッ
チ２の側が正となっているので第２のスイッチング素子
６の制御入力端子６ａに正の電圧が印加され、該第２の
スイッチング素子６はオンとなり、電磁コイル９には、
端子Ａから端子Ｂの方向への電流のみが流れる。また、
前記コンデンサ３に充電されていた電荷は抵抗１１を経
て放電され、やがて前記のよに該コンデンサ３の前記選
択スイッチ２の側は負に充電される。

この間、コンデンサ３の選択スイッチ２の側の電位が低
下するにつれ、前記第２のスイッチング素子６の制御入
力端子６ａへの印加電圧が次第に低下し、この低下によ
ってやがて該第２のスイッチング素子６はオフとなって
前記電磁コイル９に電流が流れなくなる。

逆に、前記選択スイッチ２を、前記のように接点Ｃ１を
閉としていた状態から、接点Ｃ２を閉とする状態に切換
えた場合は、前記の場合と全く逆に、電磁コイル９には
ＢからＡの方向へ電流が流れ、またコンデンサ３の前記
選択スイッチ２の側は正に充電される。

〔実施例〕

第２図は、本発明の一実施例として、前記第１のスイッ
チング素子５および第１の抵抗１０の両者の機能を有す
るものとしてＰＮＰ　　トランジスタ１５を、前記第２
のスイッチング素子６および第２の抵抗１１の両者の機
能を有するものとしてＮＰＮ　　トランジスタ１６を用
いたものである。

第２図において１は交流電源、２は２つの接点ＣＩおよ
びＣ２の一方を選択する選択スイッチ、４および１４は
抵抗、９は電磁コイル、７．８および１２はダイオード
、１３は後述する２端子素子である。

第２図においてコンデンサ３に直列に抵抗４が接続され
ているのは、コンデンサ３の充放電時間を適当な値に定
めるためであり、第２図では第１図の抵抗１０　、１１
をそれぞれＰＮＰ　　トランジスタ１５とＮＰＮトラン
ジスタ１６の各々固有のエミッタ−ベース間の抵抗によ
り置き換えたことにより必要となったものである。

第２図においてその他に新たに付加されている構成要素
は抵抗１４、ダイオード１２および２端子素子１３であ
るが、以下ではまず、これら３つの構成要素を付加しな
い構成の回路についてその動作を説明して、その後、こ
れらの構成要素を付加したときの意義を明確にする。

第２図の回路の動作は基本的に前述の第１図の回路の動
作と同様であるが、前記のようにＰＮＰ　トランジスタ
１５およびＮＰＮ　　トランジスタ１６を用いたことに
より、（ａ）接点ＣＩを閉としたとき、および接点Ｃ２
を閉としたときに電磁コイル９を流れる電流は、（前述
のように抵抗１４、ダイオード１２、および２端子素子
１３は接続されていないものとする）それぞれ第３図（
ａ）および（ｂ）に示すような波形となる。第３図（ａ
）および（ｂ）において各波形が小さい逆極性の波形を
伴っているのは、電磁コイル９の逆起電力によるもので
、前記ＰＮＰ　　トランジスタ１５およびＮＰＮトラン
ジスタ１６のコレクターベース間が有限の電気抵抗をも
って導通していることにより、例えば接点Ｃ３が閉のと
きダイオード８がオフとなる位相においても、該電磁コ
イル９−ＮＰＮ　　トランジスタ１６のコレクターベー
ス接点Ｃ１−コンデンサ３−抵抗４からなる閉回路が形
成され、逆起電力による電流が該電磁コイル９に流れる
ためである。

ところでダイオード７とＰＮＰ　　トランジスタ１５と
の直列接続より形成される第１のライン、およびダイオ
ード８とＮＰＮ　　ｌ−ランジスタ１６との直列接続よ
り形成される第２のラインは、それぞれ、電磁コイル９
に、前記電磁弁のアーマチャ２４を上昇保持させる電流
を供給するラインと該アーマチャ２４を下降させろ電流
を供給するラインの一方に対応するが、該アーマチャ２
４を下降させるに要する電磁力（前記永久磁石２５の磁
界に対向する力）は該アーマチャ２４を上昇保持させる
に要する電磁力に比較して小さいために、該アーマチャ
２４を下降させる際に該電磁コイル９を流れる電流は該
アーマチャ２４を上昇保持させるに要する電流より小さ
くしてよい。

前述の電磁コイルの逆起電力による逆極性の電流の防止
と、上記の第１および第２のラインの一方を流れる電流
を減少させるために、第２図に示される回路においては
、該第１のラインに直列に抵抗１４を接続し、また、該
第１のラインのダイオード７と同一方向をもつ第３のダ
イオードと２端子素子１３との直列接続を該電磁コイル
９に並列に接続している。ここで２端子素子１３として
は、例えば、抵抗、コンデンサ、ツェナダイオード、バ
リスタ等が用いられる。これらはいずれも、接点Ｃ，が
閉のときには、前記逆起電力による電流を吸収し、ある
いは分流させて電磁コイルに逆極性の電流が流れること
を防ぎ、また接点Ｃ２が閉のときにも、交流電源１より
供給された電流を分流あるいは吸収して電磁コイル９を
流れる電流を調節することができる。前記抵抗１４およ
び上記２端子素子１３の値は上記の逆極性電流の防止と
アーマチャ下降時の電流低減の両方の条件を満足するよ
うに調整される。上記の抵抗１４、ダイオード１２およ
び２端子素子１３を備えた第２図の回路により電磁コイ
ル９を流れる電流の波形は、第４図（ａ）および（ｂ）
に示されるとおりである。

なお、第３図および第４図において電磁コイル９を流れ
る電流波形において交流電源１の各周期に対応するピー
クの高さが順次低下するのはコンデンサ３の電荷がＰＮ
Ｐ　　トランジスタ１５またはＮＰＮ　　！−ランジス
タ１６のベース−エミッタ間を経て放電されるにつれ、
該ＰＮＰ　　トランジスタ１５またはＮＰＮ　　トラン
ジスタ１６のベース電位と該トランジスタ１５または１
６がオン・オフするしきい値との差の絶対値が小さくな
り、該トランジスタ１５または１６のコレクターエミッ
タ間電流もそれにつれて低下するためである。そしてベ
ース電位が該しきい値に達すると前記トランジスタ１５
または１６はオフとなって電磁コイル９の励磁電流は流
れなくなる。前述のように、抵抗４の値によって、コン
デンサ３の充放電の時定数は適当な値に設定可能である
。

第５図は本発明の第２実施例を示す図である。

第５図の第２実施例と第２図の第１実施例との違いは、
基本的には、第２図のＰＮＰ　　トランジスタ１５をＰ
チャンネルＦＥＴ３５に、ＮＰＮ　　トランジスタ１６
をＮチャンネルＦＥＴ３６に置き換えた点にある。

ＦＥＴにおいてはゲートとソースの間は絶縁膜で隔てら
れているので、第１図におけるように、両ＦＥ↑のゲー
ト−ソース間をそれぞれ抵抗１０．１１にて接続してい
る。この抵抗１０　、１１によってコンデンサ３の充放
電の時定数が設定されるので、第２図の抵抗４は不要と
なる。

また、ゲートとドレイン間も絶縁されているので、第２
図の回路におけるトランジスタ１５または１６のコレク
ターベース間の電流に相当するものが存在しない、従っ
て例えば接点Ｃｔが閉のときダイオード８がオフとなっ
ているときに電磁コイル９に逆起電力による逆極性の電
流が流れる回路が存在せず、従って逆電流は流れない。

その他の点については、この第２の実施例は、前述の第
１実施例と全く同様である。

第５図の回路により電磁コイル９を流れる電流は第６図
に示されるとおりである。　　　　　　″〔発明の効果
〕 本発明は、長寿命で故障の少ないスイッチング機能を有
する、単純な構成の電磁コイル励磁用制御回路を提供す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す図、第２図は、本発
明の第１実施例の構成を示す図、第３図は、第２図の回
路において、抵抗１４、ダイオード１２および２端子素
子１３を取りはずしたとき電磁コイル９を流れる電流を
示す図、第４図は第２図の回路において電磁コイル９を
流れる電流を示す図、 第５図は本発明の第２実施例の構成を示す図、第６図は
第５図の回路において電磁コイル９を流れる電流を示す
図、 第７Ａ図および第７Ｂ図は、本発明が適用される電磁弁
の断面図であって、第７Ａ図は、該電磁弁の閉止状態を
、第７Ｂ図は開放状態を示す図、第８図は、従来の電磁
コイル励磁用制御回路の１例を示す図、 第９Ａ図は、第８図の回路においてスイッチ１０１の接
点Ｃ１を閉としたときに電磁コイルを流れる電流を示す
図、第９Ｂ図は、スイッチ１０１の接点Ｃ１を閉とした
ときに電磁コイルを流れる電流を示す図である。 （符号の説明） ｌ・・・交流電源、 ２・・・選択スイッチ、 ３・・・コンデンサ、 ５・・・第１のスイ・ノチング素子、 ６・・・第２のスイッチング素子、 ７・・・第１のダイオード、 ８・・・第２のダイオード、 ９・・・電磁コイル、 １０　、１１　、１４・・・抵抗、 １２・・・第３のダイオード、 １３・・・２端子素子、 １５・・・ＰＮＰ　　トランジスタ、 １６・・・ＮＰＮ　　ｌ−ランジスタ、２１・・・枠、 ２２・・・キャップ、 ２３・・・プレート、 ２４・・・アーマチャ、 ２５・・・永久磁石、 ２６・・・スプリング、 ２８・・・弁座、 ３５・・・ＰチャンネルＦＥＴ　。 ３６・・・ＮチャンネルＦＥＴ　。 １０１　・・・スイッチ、 １０２・・・コンデンサ、 １０３、１０４　・・・リレー、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源（１）からの電流を制御して電磁コイル（
   ９）に供給し、該電磁コイル（９）を励磁するための電
   磁コイル励磁用制御回路であって、制御入力端子（５ａ
   ）に一方の極性の制御電圧を入力することによってのみ
   オンとなる第１のスイッチング素子（５）と、 制御入力端子（６ａ）に前記一方の極性と逆の極性の制
   御電圧を入力することによってのみオンとなる第２のス
   イッチング素子（６）と、 一方向の整流方向をもって、前記第１のスイッチング素
   子（５）と直列接続される第１のダイオード（７）と、 前記第１のダイオード（７）と逆方向の整流方向をもち
   前記第２のスイッチング素子（６）と直列接続される第
   ２のダイオード（８）と、 一端がコンデンサ（３）の一端に接続され、一方の選択
   によって前記第１のスイッチング素子（５）の制御入力
   端子（５ａ）に接続され、他方の選択によって前記第２
   のスイッチング素子（６）の制御入力端子（６ａ）に接
   線される選択スイッチ（２）とを備え、 前記第１のスイッチング素子（５）および第１のダイオ
   ード（７）と、前記第２のスイッチング素子（６）およ
   び第２のダイオード（８）とは互いに並列に接続されて
   スイッチング部を形成し、該スイッチング部、前記交流
   電源（１）、そして前記電磁コイル（９）の３者は互い
   に直列に接線されて１つの閉回路を形成し、 前記第１および第２のスイッチング素子（５、６）の各
   々における、前記制御入力端子（５ａ、６ａ）と、前記
   第１または第２のダイオード（７、８）の側の一端（５
   ｂ、６ｂ）との間が、それぞれ第１および第２の電気抵
   抗（１０、１１）をもって導通しており、 前記コンデンサ（３）の他端は、前記閉回路のうち、前
   記第１および第２のスイッチング素子（５、６）の他端
   （５ｃ、６ｃ）側に接続されていることを特徴とする電
   磁コイル励磁用制御回路。 ２、前記第１のスイッチング素子（５）がＰＮＰトラン
   ジスタ（１５）であって、前記第１の電気抵抗（１０）
   は該ＰＮＰトランジスタ（１５）のエミッタ−ベース間
   に内在する電気抵抗により実現され、前記第２のスイッ
   チング素子（６）がＮＰＮトランジスタ（１６）であっ
   て、前記第２の電気抵抗（１１）は該ＮＰＮトランジス
   タ（１６）のエミッタ−ベース間に内在する電気抵抗に
   よって実現される特許請求の範囲第１項記載の電磁コイ
   ル励磁用制御回路。 ３、前記第１のスイッチング素子（５）がＰチャンネル
   ＦＥＴ（３５）であって、前記第２のスイッチング素子
   （６）がＮチャンネルＦＥＴ（３６）である特許請求の
   範囲第１項記載の電磁コイル励磁用制御回路。 ４、前記第１のスイッチング素子（５）と第１のダイオ
   ード（７）との直列接続に更に抵抗（１４）を直列接続
   した特許請求の範囲第１項記載の電磁コイル励磁用制御
   回路。 ５、前記コンデンサ（３）の前記一端または他端のいず
   れかの側に該コンデンサ（３）と直列に抵抗（４）を接
   続した特許請求の範囲第２項記載の電磁コイル励磁用制
   御回路。 ６、前記交流電源（１）に対して前記第１のダイオード
   （７）と同一方向に接続された第３のダイオード（１２
   ）と抵抗との直列接続を、前記電磁コイル（９）に並列
   に接続した特許請求の範囲第１項記載の電磁コイル励磁
   用制御回路。 ７、前記交流電源（１）に対して前記第１のダイオード
   （７）と同一方向に接続された第３のダイオード（１２
   ）とコンデンサとの直列接続を、前記電磁コイル（９）
   に並列に接続した特許請求の範囲第１項記載の電磁コイ
   ル励磁用制御回路。 ８、前記交流電源（１）に対して前記第１のダイオード
   （７）と同一方向に接続された第３のダイオード（１２
   ）とツェナダイオードとの直列接続を、前記電磁コイル
   （９）に並列に接続した特許請求の範囲第１項記載の電
   磁コイル励磁用制御回路。 ９、前記交流電源（１）に対して前記第１のダイオード
   （７）と同一方向に接続された第３のダイオード（１２
   ）とバリスタとの直列接続を、前記電磁コイル（９）に
   並列に接続した特許請求の範囲第１項記載の電磁コイル
   励磁用制御回路。 １０、前記交流電源（１）に対して前記第１のダイオー
   ド（７）と同一方向に接続された複数のダイオードの直
   列接続を、前記電磁コイル（９）に並列に接続した特許
   請求の範囲第１項記載の電磁コイル励磁用制御回路。