JPH0365881B2 - - Google Patents

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ヤツプを介して対向する可
動鉄心とより成り、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、前記ギヤツプだけ移
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つて移動す
る。

この場合、鉄心ギヤツ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
スイツチ４を介して直流電源端子Ｐ，Ｎに接続さ
れている。操作スイツチ４を閉じると直流電流が
常閉接点２を通つて操作コイル１に流れ電磁石が
作動して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、ほ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つた後も惰性で可
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、機構不良等により接点が開かなかつたとき
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、操作スイツチ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ツチ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、操作スイツチ４を閉じるとコイル電流
の大部分は常閉接点２を通つて投入コイル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が開かなかつた場合、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ヶ必要とし
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
イツチ素子５例えばトランジスタと直列に電流電
源端子Ｐ，Ｎに接続されている。このスイツチ素
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
ツチ素子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を経てスイツチ素子５
へ閉信号を与え、スイツチ素子５がオンになり
（t₁時点、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。（t₂時点）、このとき、スイツチ素子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
ツチ素子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（t₃時点）。この
断続信号はオア回路１０および抵抗１１を経てス
イツチ素子５へ印加され、スイツチ素子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図はスイツチ素子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、
縦軸にスイツチ素子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、スイツチ素子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ツチ素子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ヤツプが大きい吸引
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。従つて、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。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１１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
が短くなつたり主接触部が微小なチヤタリングを
おこし接点寿命が短くなる等の欠点があつた。

〔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
と固定鉄心のギヤツ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ツチ素子
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ツチ素
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つ
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ツチ素子５、電源電圧を
検出しこの電圧が一定値以上のときスイツチ素子
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
回路の出力によつて、前記電圧検出回路７よりス
イツチ素子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からスイツチ素子
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、前記スイツ
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ツ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はスイツ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。これはそのまゝ、スイツチ素
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ツチ素子をオ
ン、オフする。

第６図はスイツ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、前記と同様にスイツ
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ツ
チ素子をオフにしてもコイル電流は急には０にな
らず、徐々に小さくなる。従つてスイツチ素子を
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ツチ素子５
とが直列に電源Ｐ，Ｎに接続されている。このス
イツチ素子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、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、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の動作信
号に与えると共に、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、P₁，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、R₆，R₇は電源端子P₁，Ｎに接続された分圧
抵抗、R₈は比較器２４の出力から分圧点２３へ
接続した帰還抵抗で、分圧点２３より比較器２４
の入力端子へ基準電圧として印加される。R₁，
R₂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，R₄，R₅の直列回路を経
て、前記比較器２４の入力端子へ入力される。
抵抗R₃，R₄の中間点２１よりダイオードD₁を経
て比較器２４の出力端子へ接続する。抵抗R₄，
R₅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C₁の端
子電圧は０で、抵抗R₅を通して接続されている
比較器２４の端子は０であり、従つて比較器２
４の出力は１となつている。比較器２４の出力は
抵抗R₈を通して比較器２４の端子に印加され、
比較器２４の端子はその分高くなる。このとき
の端子電圧をV₂とする。分圧点２０には、抵
抗R₁，R₂で決まる電圧V₃が発生し、この電圧に
より抵抗R₃，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C₁の端子電圧が比
較器２４の端子に印加されている電圧V₂より
高くなると（t₁₁点）、比較器２４の出力は０とな
る。比較器２４の出力が０になると、比較器２４
の端子は抵抗R₈を通じてアースされることに
なるので、その分端子の電圧は下がる。このと
きの端子電圧をV₁とする。

同時に抵抗R₃とR₄の中間点２１をダイオード
D₁を通じてアースすることになるので、コンデ
ンサC₁に充電されていた電荷は抵抗R₄、ダイオ
ードD₁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C₁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の端子
電圧は再びV₂となり（t₁₃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
りコンデンサ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C₁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０
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R₁，R₃，R₄、コン
デンサC₁の値および電源電圧の大きさに関係す
る。この場合抵抗R₁，R₃，R₄、コンデンサC₁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C₁の端子
電圧がV₁からV₂に上昇する時間つまりt₁₃−t₁₂が
短く、電源電圧が低い第４図ｂの場合は同上昇時
間t′₁₃−t′₁₂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
子よりアンド回路１５の一方端子に入力する。
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１
１を経てスイツチ素子５へ入力される。タイマ回
路１２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端子よ
り発振回路９を始動させる。発振回路９の断続信
号はオア回路１０、抵抗１１を経てスイツチ素子
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
してスイツチ素子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からの出力
により発振回路９を始動する。発振回路９の断続
信号はオア回路１０、抵抗１１を経てスイツチ素
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ツチ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
振回路よりスイツ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ツク図、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
いてスイツ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％、110％、120％の場合を示す。第６
図は同スイツ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
ロツク図、第１０図は同実施例におけるスイツチ
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：スイツチ素子、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。

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
   イツチ素子５、電源電圧を検出しこの電圧が一定
   値以上のときスイツチ素子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つて、
   前記電圧検出回路７よりスイツチ素子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からスイツチ素子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、前記スイツチ素子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を備えたことを特徴とする直流電磁石
   装置。