JPS6010709A - 交流電磁石装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は単相交流電源を操作電源とする交流電磁石装置
に係り、特に電磁石装置の操作コイルの励磁回路を改良
した交流電磁石装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の単相交流電源を操作電源とした交流電磁石装置の
操作コイルの励磁回路の一例として第１図のように構成
されたものがあり、図中１は単相交流電源、２は操作ス
イッチ、３は操作コイルである。

この操作コイル３は第２図に示すＥ字形固定鉄心２１の
中央脚に巻装され、固定鉄心２１に対して所定ギャップ
Ｇを介してＥ字形可動鉄心２２が対向配置されている。

このような構成の電磁石の吸引力の零点をなくす為に、
固定鉄心２１の外側脚の一脚端部にくま取り部２３が形
成され、これにくま取りコイル２４が巻装されている。

なお、図中φＩはくま取り部２３中を通るくま取り部磁
束、φ２は非くまとり部２５中を通るくま取り部磁束を
示している。

いま、第１図の操作スイッチ２を閉じると、操作コイル
３が励磁され、第２図の可動鉄心２２が固定鉄心２１に
吸引される。交流電磁石はギャップＧが大きい時は、一
般にインダクタンスＬが小さく、操作コイル３には大き
な突入電流が流れる。この為に、直流電磁石と比較して
、大きな吸引力を発生させる事が出来る。固定鉄心２１
と可ｖｌ鉄心２２とが、吸引完了して磁気回路が閉じる
と、インダクタンスＬは大となり操作コイル３に流れる
電流は小となる。くま取りコイル２４による、くま取り
部磁束φｌと非くま取り部磁束φ２との間に位相差が出
来　するため、電磁石の吸引力は零となることがなくな
って電磁石は吸引状態を保持する。

“従来の交流電磁石装置に於ては、吸引力の最小値をい
かにして大きく設計するかが、電磁石装置製作のポイン
トとなっていた。

然しなから、交流電磁石装置は、いかに最適設計したと
しても吸引力の脈動はさけられず、鉄心２１と２２の騒
音は大きな問題点として残っていた。初期吸引力を比較
的大とする事により、吸引時間は短縮する事が出来るが
、これにともない投入１時の衝撃力が大きく、構成部品
、機構部分及び寿命に対して大きな悪影響があるという
欠点があった。

さらに鉄心２１．２２内を通る磁束は交番する磁束であ
る為、鉄心内のヒステリシス損、及びくま取りコイル２
４ｆ、流れる電流による枦失、即ちくま取り損失は回避
出来ず、吸着状態での電力損失が大きかった。また構造
材料の面から見ると、ヒステリシス損を小さくする為に
、高価なケイ素犠板を積層した積層鉄心を使用せざるを
得々＜、くま取りコイル部の製作にも困難な製作技術を
要していた。

これらの問題を解決する為に、従来第３図に示すような
直流操作の電磁石装置が公開されている。図中１は単相
交流電源、２は常時開路状態にあるａ接点（以下常開接
点と称す）２−１と常時閉路状態にあるｂ接点（以下常
時閉接点と称す）２−２を有する操作スイッチ、３は操
作コイル、４は無極性コンデンサ、互はダイオード５−
１　、５−２　、５−３　、５−４からなる単相全波整
流器である。

このような励磁回路において、操作コイル３は、操作ス
イッチ！の投入時には、常閉接点２−２が導通している
為に、常開接点２−１が閉じると、単相交流電源１の電
圧が単相全波整流器！で整流された全電圧が操作コイル
３に印加される。例えば第２図の固定鉄心２１に可動鉄
心２２が吸着寸前、あるいは吸着後、常閉接点２−２が
開放される。この為に、無極性コンデンサ４と操作云イ
ル３の抵抗分とにより分圧された電圧が、操作コイル３
に印加される。操作スイッチ２の投入時は操作コイル３
の内部抵抗によって決まる大きな投入電流が流れて、投
入時に必要な起磁力が得られる。保持時あるいは無極性
コンデンサ４と操作コイル３の内部抵抗によって決まる
、小さな値の保持電流が流れて鉄心の吸着状態を保持す
る。この時に、鉄心を通る磁束はあくまでも、交番しな
い。中相全波整流＠正によるフライホイール回路により
、電流が流れ続ける為に、鉄心の騒音は皆無といえる。

この為に鉄心は、積層する必要がなく、安価な鉄板、成
形鋼、及び鋳鋼等が使用可能となり、更にくま取りコイ
ルも不要となる。この為にくま取妙コイル損及びヒステ
リシス損もなくなる。

ところが、第３図の場合には、コンデンサ４の充電電荷
は常閉接点２−２が閉となった時に、短絡放電されるの
で、無極性コンデンサ４が破壊するか、もしくは寿命が
極端に短縮される。

更に常閉接点２−２の閉により無極性コンデンサ４０両
端子が短絡され、コンデンサ４の充電電荷が放電し、大
きな短絡電流が常閉接点２−２に流れる為に、常閉接点
２−２は著しく摩耗し、極めて短寿命となる致命的な欠
点があった。

このようなことから、第３図の交流電磁石装置は、電磁
接触器のようにＪＩ８８３２５．、ＴＦＭ１０３８の規
格に於て１０万回〜１００万回の電気的開閉操作を保証
する義務７！ｌｔあるものには使用できなかった。

このため、従来やむをえず第４図または第５図に示す回
路構成とせざるを得なかった。第４図は、第３図の常閉
接点２−２に抵抗器６が直列に接続されている点が第３
図とは異っている。

この抵抗器６が接続されていることにより、無極性コン
デンサ４の充電電荷を常閉接点２−２が閉となった時に
、抵抗器６により無極性コンデンサ４の放電電流を安全
領域の値までに制限することができる。ところが、投入
時に、抵抗器６の抵抗値により投入電流は抑制される為
に、投入力が下がる為に、抵抗器６の抵抗値を余り　３
大きな値に出来ないという大きな欠点があった。

反対に抵抗器６の抵抗値を小さな値とすると、無極性コ
ンデンサ４の充電電荷を放電する場合の放電値を安全領
域まで抑制出来ないという相反する不具合があった。

そこで、第５図では第３図の無極性コンデンサ４に抵抗
器６が直列に接続されている。従って、投入時は操作コ
イル３の内部抵抗によってのみ決まる投入力を確保でき
、投入寸前又は投入後には、無極性コンデンサ４と抵抗
器６及び操作コイル３の内部抵抗との直列インピーダン
スによって決まる保持型、流を流すことができ、第４図
の欠点を除去できる。ところが、無極性コンデンサ４の
充電電荷を常閉接点２−２が閉となった時に、無極性コ
ンデンサ４０安全領域の放電値まで抑制する為に、抵抗
器６の抵抗値も必然的に限定される。この抵抗値はほば
数十から数百オームを要する。抵抗器６には常時電流が
流れる為に、常時、電力損失を招くという大きな欠点が
あった。この為に省エネ形電磁石装置が得られないとい
う重大な欠点があった。

また、電磁接触器のように電気的保証開閉回数が１０万
回〜１００万回と多く、且つ高速度多頻度開閉するもの
に第５図を適用した場合には、抵抗器６の発熱も大きく
、抵抗器６の電力損失も６ワツト位と大きく、電力損失
大、発熱大、スペース大、更にコストアップとなるとい
う大きな欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、鉄心騒
音もなく、無極性機能を有するコンデンサの充電電荷を
安全領域値に放電でき、放電制限用の抵抗器も不要で、
これによる消費電力がなく、投入力が大きく電力損失が
小さく、コンパクトで安価な交流電磁石装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、主たる構成として
単相交流電源の一方の出力端子に無極性機能を有するコ
ンデンサの第１の端子と操作スイッチの常閉接点の第１
の端子とを接続し前記常閉接点の第２の端子を、３相全
波整流器の第１ストリングの交流入力端子に接続し、前
記３相全波整流器の第２ス）　ＩＪングの交流入力端子
に前記コンデンサの第２の端子を接続し、前記３相全波
整流器の第３ス）　ＩＪンダの交流入力端子に前記単相
交流電源の他方の出力端子を接続し、前記３相全波整流
器の直流出力端子に電磁石装置の操作コイルを接続した
ものである。

このように構成して操作スイッチの投入時には操作コイ
ルに直接単相交流型４圧を３相全波整流器で整流して全
電圧を印加して大きな投入力を得るようにし、吸着寸前
又は吸着後においては操作スイッチの常閉接点を開路さ
せ無極性機能を有するコンデンサをインピーダンスとし
て作用させ電力損失を零とすることに特徴を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明について図面を参照して説明する。はじめ
に本発明の第１の実施例について第６図を参照して説明
する。、第６図の励磁回路は、単相交流電源１１常間接
点２−１と常閉接点２−２を有する操作スイッチ！、操
作コイル３、無極性コンデンサ４（以下コンデンサ４と
称す）およびダイオード５−１　、５−２　、５−３　
、５−４　、５−５　、５−６からなる３相全波整流器
互で構成され、これらは以下のように接続されている。

すなわち、単相交流電源Ｉの一方の出力端子（所定の極
性の端子）には常開接点２−１の第１の端子が接続され
、常開接点２−１の第２の端子には常閉接点２−２の第
１の端子に接続されている。常閉接点２−２の第２の端
子は３相全波整流器正の第１ス）　ＩＪングの交流入力
端子に接続されている。コンデンサ４の第１の端子は常
閉接点２−２の第１の端子に接続され、コンデンサ４の
第２の端子は３相全波整流器Ａの第２、ストリングの交
流入力端子に接続されている。単相交流電源１の他方の
出力端子（前述の一方の端子の極性とは反対の楠件の端
子）ｌｄ、３相全波整流器Ａの第３ストリングの交流入
力端子に接続されている。ダイオード５　町−１、５−
２、５−３のカソードは共通に接続され、３相全波整流
器！の正極となる。ダイオード５−４．、５−５　、５
−６のアノードは共通接続され、３相全波整流器Ａの負
極となる。３相全波整流器互の正極と負極の直流出力端
子間には操作コイル３が接続されている。

以下、このように構成された本発明の交流電磁石装置の
励磁回路の作用について述べる。第６図に於て、操作ス
イッチ互の操作により、常開接点２−１が閉になると、
単相交流電源ｌの交流電流の例えば正の半波が、常閉接
点２−２を介して３相全波整流器！の交流入力端子に流
れる。そしてダイオード５−１１操作コイル３、ダイオ
ード５−６、用相交流電源ｌの閉回路により、操作コイ
ル３に直流電流が流れる。また交流電流の負の半波はダ
イオード５−３、操作コイル３．ダイオード５−４、常
閉接点２−２、常開接点２−１の閉回路により操作コイ
ル３に直流電流が流れる。

（Ｉ）このように、単相交流電源２の交流全電圧が３相
全波整流器５で全波整流されて操作コイル３に印加され
、操作コイル３にはこの内部抵抗によってのみ決まる大
きな投入励磁電流が流れ、投入時に必要な大きな起磁力
を得ることができる。

これについて、第４図と第６図の回路をそれぞれ電磁接
触器に適用し両者の投入力を測定してみると、発明によ
る電磁接触器は従来の電磁接触器の約２倍の起磁力が得
られたことからも、本発明装置がすぐれていることが明
らかである。

（１）電磁石装置の操作コイル３が励磁されると操作ス
イッチ互の投入完了寸前もしくは完了後は常閉接点２−
２が開となる為、単相交流電源１から操作コイル３に供
給される保持電流は、コンデンサ４を通して流れる。即
ち、単相交流電源１からの正の半波の電流は、閉じられ
ている常開接点２−１を通り、コンデンサ４、ダイオー
ド５−２、操作コイル３、ダイオード５−６を通して、
保持用の励磁電流が供給され、また単相交流電源Ｉの負
の半波の電流は、ダイオード５−：ｉ、操作コイル３、
ダイオード５−５、コンデンサ４、閉じられている常開
接点２−１を介して供給される。

この場合、励磁電流は、コンデンサ４のインピーダンス
値によって制限され、鉄心の吸着状態を保持するのに必
要な最小値となる。この場合直列インピーダンスとして
作用するコンデンサ４は無効電力しか発生せず、電力損
失が生じない。

従って、保持時の消皆電力は第５図の半分以下にできる
ことから、省エネルギーの面からも好しい。

（１）また第６図において、常開接点２−１が開となる
と、常閉接点２−２が閉となるが、コンデンサ４は図示
極性に充電されている時は、常閉接点２−２が閉じられ
ている為に、常閉接点２−２を介し、ダイオードＳ−Ｘ
、操作コイル３、ダイオード５−５の通路を通してコン
デンサ４の充電電荷が放電される。第６図のコンデンサ
４の極性が図示極性とは逆の極性に充電されている時は
、ダイオード５−２、操作コイル３、ダイオード５−４
、閉じられた常閉接点２−２の通路を通してコンデンサ
４の充電電荷が放電される。この為にコンデンサ４の放
電電流は、常時に於て、保持電流を流している時の電流
値領域であり、ごく自然な形で放電が行われる。一方、
閉じられた常閉接点２−２に流れるコンデンサ４の放電
電荷も常時操作コイル３に流れている保持電流領域値で
あり、この放電による接点の消耗は全熱発生せず、又接
点の身命に対しても全熱支障とならない放電電流値であ
る。このようなことから第３図の欠点を除去できる。

（５）更に常時に於て、操作コイル３に流れる電流は３
相全波整流器５のダイオード５−１〜５−６を通してフ
ライホイル回路を形成する為に、操作コイル３の電流値
は零となる事はなく、常に連続した直流電流が流れる。

このために例えば容量の小さい電磁接触器、出力リレー
等にも適用でき、交流電磁石使用時にうなりを発生す　
］る事がなく、無騒音の良好な運転が出来る。このよう
なことから、鉄心は積層する必要もなくなり、安価な鉄
板、成形鋼および鋳鋼等を使用することが可能となり、
くま取りコイルも不要となる。従って、くま取りコイル
相もなく、ヒステリシス損もなくなる。

（Ｖ）更にまた操作コイル３の投入時に常閉接点２−２
が開となる時にサージ電圧が発生するが、そのサージ電
圧はコンデンサ４と３相全波整流器亙を介して操作コイ
ル３により吸収される。

このため、シーケンスコントローラ等を直接接続でき、
外部の電子回路等にサージ電圧の影響はない。いま単相
交流電源１の電圧がある極性に於ては、コンデンサ４、
ダイオード５−２、操作コイル３、ダイオード５−４の
通路を通してコンデンサ４と操作コイル３とに吸収され
る。

逆の極性の場合には、ダイオード５−１１操作コイル３
、ダイオード５−５、コンデンサ４の通路を通して、コ
ンデンサ４と操作コイル３に吸収されるので、常閉接点
２−２の荒れもまた消耗もなく、高寿命を維持する事が
出来、第４図および第５図の従来装置のようにコンデン
サ４の電流制限用の直列抵抗が全く必要でなく、これに
よりコンパクト化が可能となる。

次に第７図により本発明の第２の実施例につに直列に非
直線定電圧素子例えば定電圧ダイオード２を接続したも
のである。

このように構成されているので、前述の第１の実施例の
作用効果以外に以下のような作用効果が得られる。すな
わち、操作コイル３を励磁して投入した後にコンデンサ
４全通して保持電流を流して鉄心の吸着状態を保持して
いる状態で、常開接点２−１を開として操作コイル３に
対する単相交流電源１からの電源供給を停止すると、操
作コイル３のインダクタンスＬ分に蓄積されたエネルギ
ーは、定電圧ダイオード７を介し３相全波整流器Ａのダ
イオード５−１から５−６を通して消費される。

この場合、前述の第６図の実施例に比べて定電圧ダイオ
ード７のツェナー電圧分だけエネルギーの消耗をはやめ
ることができる。従って、操作コイル３の励＠をはやく
解くことができ、交流電磁石装置の次の投入動作までの
時間を短縮することができ、これにより高速度多頻度開
閉が可能となる。

なお、定電圧ダイオード７の代りにＮＰＮ）ランジスタ
のベースとコレクタ間に定電圧ダイオードを接続したパ
ワ一定重圧ダイオードまたはパワ一定電圧ダイオードの
ＮＰＮ）ランジスタのコレクタと定電圧ダイオードのカ
ソード間に抵抗器を接続し九回路を使用しても同様の効
果を得ることができる。

次に第８図により本発明の第３の実施例について説明す
る。第８図は、第６図のコンデンサ４の代わりに第１の
無極性コンデンサ（以下コンデンサと称す）４−１と第
２の無極性コンデンサ（以下コンデンサと称す）４−２
とを直列に接続したコンデンサユニット夏を使用した場
合である。即ち、コンデンサ４−１と４−２の接続点を
３相全波整流器５の第２ス）　ＩＪソング交流入力端子
に接続し、コンデンサ４−２０他の端子を３相全波整流
器王の第３ストリングの交流入力端子に接続した構成と
した場合であムこれ以外の構成は第６図と同一であるの
で、とこてはその説明を省略する。このように構成され
ているので、前述の第１の実施例の作用効果以外に以下
のような作用効果が得られる。すなわち、操作コイル３
０投入励磁は、第６図と同様、常閉接点２−２及び３相
全波整流器Ａを介して励磁される。保持時は、コンデン
サ４−１に対し直列接続されるコンデンサ４−２と操作
コイル３との並列インピーダンスとの分圧比によって決
まる分圧電圧、即ち、コンデンサ４−２０両端電圧が３
相全波整流器Ａによシ整流されて操作コイル３に保持電
流が流れる。この場合コンデンサ４−１と４−２は前述
の分圧電圧値以上の電圧を分担することが表＜、コンデ
ンサ４−１と４−２の耐電圧を下げることができる。こ
の為に、主回路電圧が、より高い場合で　１も、コンデ
ンサ４−Ｚ、４−２を直列接続することにより対応可能
となる利点がある。

ここで、単相交流電源１からの例えば正の半波の電流の
ときの操作コイル３の保持電流は、コンデンサ４−１、
ダイオード５−２、及び操作コイル３、ダイオード５−
６を介して供給され、負の半波の極性の電流の場合に於
ては単相交流電源１、ダイオード６−３、操作コイル３
、ダイオード５−５、コンデンサ４−１、常開接点２−
１、単相交流電源１の通路を介して操作コイルに保持電
流が供給される。

なお、前述の実施例の無極性コンデンサ４は、以下に述
べるように第１、第２の有極性コンデンサと、’Ｍ：１
、第２のダイオードで組合せたコンデンサユニットを用
いてもよい。すなわち、？Ｊ　ｉ　、第２の有極性コン
デンサの同−極性例えば負極性の端子同士を接続し、と
の固有極性コンデンサにそれぞれ並列に第１、第２のダ
イオードを接続する。この場合、例えば第１のダイオー
ドで交流の正の半波を短絡するように接続し、また第２
のダイオードで負の半波を短絡するように接続する。こ
のような構成のコンデンサユニットを、前述した無極性
コンデンサ４に代えることにより、小形になることから
スペースの限られているところに用いる場合に適する。

因みに、有極性コンデンサとしてタンタルコンデンサを
用いた場合には無極性コンデンサ４に比べてスペースが
１１５程度になり、また有極性コンデンサとして電解コ
ンデンサを用いた場合には１／３程度になる。さらに、
有極性コンデンサは無極性コンデンサ４に比べて安価で
あることから、実用的である。その他本発明の要旨を変
更しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、鉄心騒音もなく、無極性コ
ンデンサの充電電荷を安全領域値に放電でき、放電制限
用の抵抗器も不要で、これによる消費電力がなく、投入
力が大きく電力損失が小さく、コンパクトで安価な交流
電磁石装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流電磁石装置の励磁°回路図、第２図
は第１図の交流電磁石装置の概略構成図、第３図、第４
図および第５図はそれぞれ異る従来の電磁石装置の直流
駆動方式の励磁回路を示す図、第６図は本発明による交
流電磁石装置の第１の実施例の励磁回路図、第７図およ
び第８図は本発明による交流電磁石装置の旭２および第
３の実施し１１の励磁回路図である。 １・・・単相交流電源、２・・・操作スイッチ、２−１
・・・常開接点、２−２・・・常閉接点、３・・・操作
コイル、４．４−２．４−２・・・無極性コンデンサ、
夏・・・コンデンサユニット、Ａ・・・３相全波整流器
、５−１〜５−６・・・ダイオード、７・・・定電圧ダ
イオード。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦２３− 第１図　第２図 第　３　図 第４図 第５図 、　１ ♂ ７　１〜５−２ へ４ ３ 第　６　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単相交流電源の一方の出力端子に、無極性機能を
   有するコンデンサの第１の端子と操作スイッチの常閉接
   点の第１の端子とを接続し、前記常閉接点の第２の端子
   を３相全波整流器の第１ストリングの交流入力端子に接
   続し、前記３相全波整流器の第２ストリングの交流入力
   端子に前記コンデンサの第２の端子を接続し、前記３相
   全波整流器の第３ストリングの交流入力端子に前記単相
   交流電源の他方の出力端子を接続し、前記３相全波整流
   器の直流出力端子間に電磁石装置の操作コイルを接続し
   た交流電磁石装置。
2. （２）単相交流電源の一方の出力端子に、無極性機能を
   有するコンデンサの第１の端子と操作スイッチの常閉接
   点の第１の端子とを接続し、前記常閉接点の第２の端子
   を、３相全波整流器の第１ストリングの交流入力端子に
   接続し前記３相全波整流器の第２ストリングの交流入力
   端子に前記コンデンサの第２の端子を接続し、前記３相
   全波整流器の第３ストリングの交流入力端子に前記単相
   交流電源の他方の出力端子を接続し、前記３相全波整流
   器の直流出力端子間に電磁石装置の操作コイルと非直線
   定電圧素子とを直列に接続した交流電磁石装置。
3. （３）単相交流電源の一方の端子に第１の無極性機能を
   有するコンデンサの第１の端子と、操作スイッチの常閉
   接点の第１の端子とを接続し、前記常閉接点の第２の端
   子を、３相全波整流器の第１ストリングの交流入力端子
   に接続し、前記３相全波整流器の第２ストリングの交流
   入力端子に前記第１のコンデンサの第２の端子および第
   ２の無極性機能を有するコンデンサの第１の、端子をと
   もに接続し、前記３相全波整流器の第３ストリングの交
   流入力端子に前記単相交流電源の他方の端子およ、び前
   記第２のコンデンサの、第２の端子をともに接続し、前
   記３相全波整流器の直流出力端子間に電磁石装置”の操
   作コイルを接続した交流電磁石装置。