JPS63254632A - 電磁接触器のコイル励磁回路 - 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〕 本発明はスイッチング素子を用いた電磁石コイルの駆動
装置に係り、特に投入時コイル電流による駆動電圧低下
に対して、コイルの連続した大電流を阻止し、コイル焼
損の防止に好適なコイル駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、電磁石吸引時に所定幅の連続駆動開始パ
ルスを発生し、所定時間遅延後にＯＮデュ力ｑ −ティの小さなパルス状電圧を印ガするようなっており
、前記所定時間遅延回路は、コイル印加電圧を検出して
その電圧が所定値に達したときコイール励磁、非励磁出
力を発生する電圧検出回路出力により動作開始、リセッ
トされる構成であり、配線抵抗による電圧降下または変
圧器のレギュレーションによる入力電圧低下については
配慮されていなかった。なお、この種の装置として関連
するものには例えば特開昭５９−１６８６０７号、特開
昭５９−１７２２１４号がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、電磁石吸引時の連続駆動開始パルスに
よるコイル電流により、入力電圧が降下することについ
て配慮がなされていなかった。

すなわち、電磁接触器コイルの電圧印加回路は第１図に
示すように、入力電源電圧をとコイル電圧定格が異なる
場合は変圧器１０１を介し、配線１０’２により操作ス
イッチ１０４とコイル入力端子１を接続して成される。

今、操作スイッチ１０４が閉じられ、入力電圧が所定の
電圧以上であると電圧検出回路出力が第１３図（Ｃ）に
示す波形の如くＨレベルとなりコイル電流が流れる。こ
のコイル電流は投入時第４図（ａ）に示す波形の如く流
れるが、これにより該配線１０２の電圧降下、操作トラ
ンス１０１のレギュレーションにより第１３図（ｂ）に
示す波形の如くコイル電流の大きさに応じて入力電圧が
低下するにの電圧低下が該電圧検出回路の所定非励磁電
圧以下でになると、第１３図（Ｃ）に示す波形のレベル
になる。このときコイル電流は漸減し、従って入力電圧
も上Ｅ。

し、再び励磁可能電圧に戻るため、励磁出力を得るよう
になる。以下非励磁、励磁を繰り返すため、コイル電流
は第１３図（ａ）に示す波形の如く投入時（励磁開始時
）の大電流が連続して流れるためコイル８の焼損または
スイッチング素子９の熱による破壊が発生するおそれが
あるという問題点があった。

本発明の目的は、コイル電流が配線抵抗を流れることに
よる電圧降下または変圧器のレギュレーションによる１
時的な入力電圧の低下に起因するコイル焼損の防止を図
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的はコイルと、該コイル電流の制御回路と、前記
コイルおよび前記制御回路に直流電源を供給する電源回
路とを備えて成るコイル励磁回路において、前記制御回
路を、該コイルの印加電圧を検出してその電圧が所定値
に達したときコイル励磁、非励磁出力を発生する電圧検
出回路と、該電圧検出回路に接続されて、電磁接触器投
入時は連続パルスを、保持時には断続パルスを発生する
パルス発生回路と、該断続パルスと該電圧検出回路出力
の論理和により該電圧検出出力を保持する回路とにより
構成し、電磁接触器投入時の連続パルス発生時に入力電
圧降下があっても断続パルス発生へ移行するよう構成す
ることにより、達成される。

〔作用〕

電源回路は交流電源を整流して安定した直流電圧をコイ
ルの制御回路に供給する。電圧検出回路は前記電源回路
からコイルに印加された電圧を検出してその電圧が所定
電圧以上であるとき励磁出力を、所定電圧以下であると
き非励磁出力を発生する。パルス発生回路は電磁接触器
投入時には連続パルスを保持時には断続パルスを発生し
、出力保持回路は前記断続パルスと前記電圧検出回路出
力の論理和をとることによりその出力を保持する。

それによって、連続パルス発生時に入力電圧降下があっ
ても断続パルス発生力移行するので、投入時の大電流が
コイルに連続して流れることなく、コイル焼損すること
がない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第１２図により説明す
る。本発明の第１の実施例を第１図〜第５図により説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例における励磁回路の構成
を示すブロック図である。

本実施例のコイル励磁回路は交流の電源に入力端子１を
介して接続された整流回路２及び電源回路３と電圧検出
回路４に接続された電圧検出回路出力保持回路５と、保
持回路５に接続されたパルス発生回路６と、パルス発生
回路６に接続され、その出力に応じてスイッチング素子
９を駆動する駆動回路１０コイル電流を制御するスイッ
チング素子９と、スイッチング素子９と直列に接続され
て整流回路２に接続されたコイル８とコイル８に並列に
接続されたホイール回路７より成る。

各回路の具体的構成を第２図により説明する。

第２図において、１は入力端子であり、電源回路３は一
般的なシリーズドロッパもしくはスイッチングによる安
定化回路により構成されている。電圧検出回路４はオー
プンコレクタ出力を有する比較器４１を中心に構成され
、比較器４１の非反転入力端子には該整流回路正極及び
負極に接続された抵抗４２とコンデンサ４３の直列接続
素子より成る平滑回路出力を抵抗４４．４５で分圧した
値が入力され１反転入力端子にはツェナダイオード４６
による基準電圧が入力される。電圧検出回路出力保持回
路５は抵抗４２、コンデンサ４３より成る平滑回路出力
に抵抗５１．ダイオード５２゜５４、コンデンサ５６を
直列接続し、ダイオード５２．５４の接続点にダイオー
ド５３のアノードを接続するとともにダイオード５３の
カソードを比較器４１の出力に接続し、ダイオード５４
のカソード及びアノードに各々トランジスタ５７のコレ
クタ、エミッタに接続された抵抗Ｒ＋　　が接続されて
いる。さらに抵抗Ｒ＋　　には電源回路出力から抵抗５
５が接続され、トランジスタ５７のベースにはパルス発
生回路６の出力がダイオード５８゜抵抗Ｒ２を介して接
続されている。パルス発生回路６は比較器６１．６３お
よびコンデンサ６２を中心としだ自励発振回路と１反転
入力端子にコンデンサ６２を、非反転入力端子にコンデ
ンサ５６を接続した比較器６４とから成り、比較器６３
゜６４出力とワイヤードアンド接続し、次段の駆動回路
、電圧検出回路出力保持回路へと出力する。

駆動回路１０はＭＯ３ＦＥＴＩＩとトランジスタ１２を
中心に構成されている。

なお、第２図においてＲユ１〜Ｒ３ｒは抵抗器、Ｃ２１
はコンデンサ、Ｄよ１〜Ｄ＞、７はダイオード、ＺＤ２
１はツェナダイオードである。次にその動作を説明する
。商用周波の入力交流電圧が入力端子に印加されると整
流器２により整流され、平滑回路コンデンサ４３の電流
が所定の電圧以下になると抵抗４４と抵抗４５で分圧さ
れた電圧がツェナダイオード４６のツェナ電圧以上にな
り、比較器４１の出力が反転する。これにより、コンデ
ンサ４３から抵抗５１、ダイオード５２、ダイオード５
４を介してコンデンサ５６へ充電電流が流れ、パルス発
生回路から連続したＬＯＷレベル出力があり、遂次ＨＩ
ＧＨレベルのデユーティが大きくなるパルスが出力され
、駆動回路１０により、ＭＯ３ＦＥＴ９が駆動され、コ
イル８には電磁接触器投入時は大きな電流が流れ、保持
時は小さな電流が流れる。さらに前記パルス発生回路６
の出力でトランジスタ５７のベース端子を制御する。次
に入力電圧が低下し、所定値以下になると、比較器４１
の出力が反転し、駆動回路１０の動作は停止し、コンデ
ンサ５６の電荷はパルス発生回路６のＨＩＧＨレベル出
力により、トランジスタ５７．抵抗Ｒ２、ダイオード５
３、比較器４１の出力を通り放電される。

今、投入時、入力電圧低下があっても前記コイル非励磁
出力発生の所定電圧以上の場合は、比較器４１の出力は
ハイインピーダンスであるため、トランジスタ５７のベ
ースにＨＩＧＨレベル信号が印那されてもコンデンサ５
６は放電されることはない。投入時のコイル電流による
配線抵抗電圧降下、変圧器レギュレーション等で、前記
所定電圧以下に入力電圧が低下した場合、比較器４１の
出力が反転しＬＯＷレベルになっても投入時の連続パル
ス出力時はトランジスタ５７が非導通であるためコンデ
ンサ５６は放電せず断続パルス時のみトランジスタ５７
を介し放電可能となる。一方、断続パルス発生時は、コ
イル電流はコア接極時に発生する逆起電力により減少す
るため、入力電圧低下は小さく、比較器４１出力はハイ
インピーダンス状態のため、コンデンサ５６は放電せず
保持状態パルス駆動へと移行する。駆動パルスとコイル
電流の時間的関係を第４、第５図に示す。第４図中（ａ
）の波形はコイル電流、（ｂ）の波形はパルス発生回路
出力をそれぞれ示す。

電源が投入されて、その電圧が所定値以上であると、電
圧検出回路４が励磁出力を発生し、これによりパルス発
生回路６が連続したＬＯＷレベルの信号を発生してコイ
ル８に投入電流が流れ、はぼ投入時のコイル電流が減少
を始める時刻に順次ＨＩＧＨレベルのデユーティが大き
くなる保持パルスに切換られて最初のパルスが出力され
る。

保持回路５の動作について第３図、第５図を用いて詳細
に説明すると、保持回路５の主要部は第３図に示すよう
に構成され、電圧検出回路４の出力から励磁信号（第５
図の波形イのＨｉ　ｇ　ｈレベル部分）が出力されると
コンデンサ５６が充電される（第５図の波形口）。コイ
ル電流により第５図（ｂ）に示すように入力電圧が低下
すると電圧検出回路出力から非励磁信号（第５図の波形
イのＬＯＷレベル部分）が出されるが、パルス発生回路
出力がＬであるためオープンコレクタ出力を有する論理
和素子５７ａの出力はハイインピーダンスであり、コン
デンサ５６の電荷は放電されない。

非励磁高力によりコイル電流が減少し、入力電圧が復帰
すると再び励磁出力となり、コンデンサ５６は充電され
、以下にこれがくり返されることにより、コンデンサ５
６の電位が上昇し、パルス動作へと移行する。第２図の
回路からも明らかなように、パルス発生回路のチョッパ
動作への移行およびオンデユーテイの変化はコンデンサ
５６の電源により決定される。これにより、コイル電流
は第５図の波形（ａ）に示すように、正常時よりも若干
長い時間流れるが、コイル焼損、スイッチング素子９の
破壊に至るようはるかに短時間でチョッパ動作へ移行す
ることができる。

従って、コイル電流による入力電圧降下があって、それ
が所定電圧以下に低下しても、コア吸引によってコイル
電流が減小し、入力電圧が所定電圧以上に復帰すれば、
確実に保持状態パルス駆動へと移行する。なお、第３図
のＱ工ｔは反転回路である。本実施例によれば、確実に
保持状態パルス駆動へと移行できるので、コイル焼損す
ることがない。又、釈放時は、パルス発生回路出力によ
りトランジスタ５７を介しコンデンサ５６、抵抗Ｒ／の
放電時定数にほぼ等しい時定数で放電するので、抵抗Ｒ
１を小さく選定することにより、早く放電でき、釈放時
間を短縮することができる。

本発明の第２の実施例を第６図、第７図により説明する
。

第６図は本発明の第２の実施例を示す回路図で保持回路
５を平滑コンデンサ４３と並列に抵抗５１とダイオード
５４とコンデンサ５６および抵抗式　の並列回路を直列
接続したものを接続することにより構成したものでる。

なお、他の部分の構成については第１の実施例と同様で
ある。本実施例の動作を説明すると、比較器４１の出力
が励磁信号を出力し、コンデンサ５６が充電開始される
と、その後コイル電流による入力電圧降下により比較器
４１出力がＬＯＷレベルに反転しても、コンデンサ４３
は抵抗Ｒ５で放電されるのみである。そのため、Ｒ５を
吸引時の電圧減小時間よりもコンデンサ４３の放電時間
が長くなるよう選定することにより、保持状態パルス駆
動へと移行することができる。本実施例では、コンデン
サ４３と抵抗Ｒ３で決まる放電時間だけ釈放時間が長く
なるが、回路構成を簡単にできる効果がある。

なお、第７図は本実施例の主要部を示すブロック図であ
る。

本発明の第３実施例を第８図、第９図により説明する。

第８図は本発明の第３実施例を示す回路図である。本実
施例は、抵抗Ｒｒ＋　、　Ｒ４、コンデンサ５６で構成
される第１の遅延回路と抵抗Ｒｒ　、ダイオードＤ１、
コンデンサＣ１で構成される等での遅延回路とを備え、
それらのコンデンサ５６．Ｃ１の電圧をダイオードＤ２
．Ｄ３でワイヤードＯＲ接続し、その出力に抵抗Ｒり　
を接続し、比較器６４の非反転入力とし、さらにコンデ
ンサｃ１にトランジスタＴｒｉのコレクタ・エミッタ間
を並列接続している。トランジスタＴｒｉのベース端子
にはパルス発生回路６の出力をバッファＢ１、ダイオー
ドＤ４を介して抵抗ＲＪ　　、コンデンサＣ２の積分回
路に供給し、その積分回路の出力を抵抗Ｒ４゜ｒ　Ｒ９
１とで分圧した出力が印加されている。

なお、他の部分の構成については第１の実施例と同様で
ある。次にその動作を説明する。オープンコレクタ出力
を有する比較器４１が非励磁出力のときはコンデンサＣ
７はダイオードＤりｔを介して接地されているが、比較
器４１が励磁出力を出力すると第１、第２の遅延回路が
動作開始する。本実施例ではコンデンサ５６の電流がコ
ンデンサＣ２の電源よりも数倍早く上昇するよう定数選
定されているため、入力電圧が非励磁所定電圧以下に低
下しない場合は第１の遅延回路が支配的に作用する。一
方、電圧が所定電圧以下に低下するとコンデンサ５６は
比較器４１の出力により充放電を繰り返すが、コンデン
サＣ／　の電流は漸増し、第２の遅延回路が支配的に作
用し、保持時はパルス駆動に移行し、コイル電流は漸減
する。このパルス出力が抵抗ＲＡ　、コンデンサＣλ　
により遅延し、トランジスタＴｒｉのベース端子に入力
されるが、トランジスタＴｒｉが導通状態になる時には
入力電圧も正常電圧に復帰しているため、コンデンサＣ
７放電後は第１の遅延回路が以降のパルス駆動には支配
的作用を与える。本実施例では、第２の遅延回路を備え
ているため、コイル電流とパルス駆動開始のタイミング
に係らず、確実にパルス駆動に移行でき、コイル焼損防
止ができる６なお、第９図は本実施例の主要部を示すブ
ロック図である。

次に、本発明の第４の実施例を第１０図〜第１２図によ
り説明する。

第１０図、第１１図に示す構成は、スイッチング素子を
用いた電磁接触器のコイル励磁回路に係り、特に該スイ
ッチング素子短絡モード破壊時、電磁接触器のコイル焼
損の回避に好適なコイル焼損防止回路に係るものである
。

スイッチング素子を用いたコイル励磁回路ではコイルに
印加される電流をスイッチング素子に供給するパルスの
パルス幅を制御することで過電圧に対してコイルの保護
を図っているが、過大な電圧が印加されるとスイッチン
グ素子が破壊されて短絡状態になることがあり、コイル
に大電流が流れて焼損することがある。

このような状態に対する保護として従来の装置は、実開
昭６１−９７５５号に記載のように、入カライン間接続
素子短絡時にヒユーズ溶断するようになっていた。又実
開昭６１−１１９４３１号では、半導体スイッチグ素子
の制御電極に温度依存素子を含んだ回路を接続するよう
になっていた。

しかし、従来の装置はスイッチング素子の破壊時のコイ
ル保護については配慮されてぃなかった。

本実施例は、このような場合にコイルを保護するよう構
成した例である。

本実施例の主要部は駆動回路１０に制御端子が接続され
た半導体スイッチング素子９と、スイッチング素子９に
直列接続されたコイル８と温度ヒユーズ７０より減り、
該温度ヒユーズ７０は、スイッチング素子９に接触する
よう（図示せずン実装されている。他の構成は第１〜第
３のいずれかの実施例と同様に設けられている。

今、何らかの原因で、スイッチング素子９が制御不能と
なり、主電極が短絡状態となるような破壊が生じた場合
、又は駆動回路１０がスイッチング素子９を連続通電す
るような信号を出す故障が生じた場合、コイル８、温度
ヒユーズ７０、スイッチング素子９に連続電流が流れて
、スイッチング素子９の温度が上昇し、温度ヒユーズ７
０の溶断温度以上になると温度ヒユーズ７０が溶断しコ
イル電流が遮断される。通常、半導体スイッチング素子
９の熱時定数はコイル８のそれより充分に小さいため、
コイル焼損を防止することができる。

第１１図は本実施例の１変形例を示したもので、その構
成は、コイル８とヒユーズ抵抗７１とスイッチング素子
９が直列接続されたものである。本変形例の動作を説明
するとスイッチング素子９が連続通電状態になると第１
２図に示すように正常な保持状態（第１２図の破線）に
比べ１０倍以上の電流（第１２図の実線）が流れるため
ヒユーズ抵抗７１が溶断し、コイル電流を遮断する。本
変形例によれば、コイル電流の大きさによりコイル電流
を遮断できるので、実装の自由度が大きいとともに確実
なコイル焼損防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸引時のコイル電流により。

配線抵抗電圧降下或いは変圧器のレギューションのため
入力電圧降下があっても、確実にパルス駆動へ移行する
ため、コイル焼損を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における電磁接触器のコ
イル励磁回路の構成を示すブロック図、第２図は本実施
例の具体的な回路の１例を示す回路図、第３図は本実施
例の主要部の構成を示すブロック図、第４図は本実施例
における正常時の波形図で同図（ａ）はコイル電流波形
、同図（ｂ）はパルス発生回路出力をそれぞれ示す波形
図、第５図は本実施例において、電圧変動がある場合の
波形図で同図（ａ）はコイル電流、同図（ｂ）は入力電
圧、同図イは電圧検出回路の励磁出力、同図口はコンデ
ンサ５６の充電電圧、同図ハはパルス発生回路出力をそ
れぞれ示す波形図、第６図。 第７図はそれぞれ本発明の第２の実施例の主要部を示す
回路図およびブロック図、第８図、第９図はそれぞれ本
発明の第３の実施例の主要部を示す回路図およびブロッ
ク図、第１ｏ図は本発明の第４実施例の主要部を示すブ
ロック図、第１１図は本実施例の１変形例の主要部を示
すブロック図。 第１２図は本実施例におけるコイル電流の波形を示す波
形図、第１３図は従来例のコイル励磁回路の波形図で、
同図（ａ）はコイル電流を、同図（ｂ）は入力電圧を、
同図（ｃ）は電圧検出回路の出力をそれぞれ示す波形図
である。 ２：整流回路、３：電源回路、４：電圧検出回路、５：
保持回路、６ニバルス発生回路、８：コイル、９ニスイ
ツチング素子、１０：駆動回路。 第　　（図 ＄　３　図 ２：登づえｌ！ｌ洛　　　　５１朱１今コｂ　　　　８
：　コ　４　ル３　　：ｌ；１７６７％−１：　＋ｙル
ＸＪし極ＩＩＪ）　　　　９　　：　　；１．４−ｙテ
ン７］ト子４：電ｆ＆出目Ｒｒ　　　７：ホＡ−ルＦＡ
３ｋ　　　　ｔｏ：！ｔｏｏｋ第　　４　　図 弗　５　図 千　７　　口 ＄　８　図 第　　９　　図 ＄　ｌＯ口 ＄ｌｌ　　凹 弗　１２　　凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電磁接触器の直流励磁されるコイルの電流を制御す
   るよう構成された電磁接触器のコイル励磁回路において
   、前記コイルに印加される電圧を検出する電圧検出回路
   と、前記電圧検出回路の出力を保持する保持回路と、前
   記コイルの励磁を制御するパルスを発生するパルス発生
   回路と、該パルス発生回路および前記電圧検出回路の出
   力に基いて前記コイルに直列に接続されたスイッチング
   素子を駆動する駆動回路と、前記電圧検出回路、保持回
   路、パルス発生回路、駆動回路およびコイルのそれぞれ
   に直流電源を供給する電源回路とを備え、前記電圧検出
   回路は前記コイルの印加電圧が所定値に達しないときは
   非励磁出力を前記駆動回路に供給するとともに前記コイ
   ルの印加電圧が所定値以上のときには励磁出力を前記保
   持回路を介して前記パルス発生回路に供給するよう構成
   され、前記パルス発生回路は前記電圧検出回路の励磁出
   力発生時に前記コイルの投入パルスおよび保持パルスを
   発生するよう構成され、前記保持回路は前記電圧検出回
   路の励磁出力と前記パルス発生回路の出力の論理和によ
   り前記電圧検出回路の出力を保持するよう構成されたこ
   とを特徴とする電磁接触器のコイル励磁回路。