JPS6362305A - 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、特に広範な電圧範囲、周囲温度範囲及び、
高頻度開閉適用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、特開昭５９−１７２２１４号に記載のよ
うに、電磁石吸引時に所定幅の連続駆動開始パルスを発
生し、所定時間後にＯＮデユーティの小さなパルス状電
圧を印加するようになっておリ、前記駆動開始パルス幅
は印加電圧に応じて変化させるようになっていた。しか
し１周囲部度やコイル温度については配慮されていなか
った。又。

実公昭６０−４２５２１号に記載のように、電磁石吸引
時のコイル電流減少点を検知し、検知以降ＯＮデユーテ
ィの小さなパルス状電圧を印加するようになっていた。

しかし、交流を整流したリップル分の大きい入力電圧に
対しては配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、周囲温度、コイル温度について配慮が
されていなかった。一般にコイルの吸引力Ｆは 　ｄＰ Ｆ；−・（１・団）・項　　　　　で表わされる。

ここに工は電流、Ｎはコイル巻数、Ｐはパーミアンス、
Ｘはコア間隔離である。一方、直流電磁石のコイル電流
は純直流の場合は勿論、交流全波整流の場合でもコイル
抵抗が支配的であり、コイルに鋼線を巻回した時の温度
によるコイル抵抗値は２３４．５＋ｔ　ｏ　　　　（Ｒ
ｏ　：温度ｔＯ（”Ｃ）における抵抗値、Ｒ１：温度Ｔ
〔℃〕における抵抗値）で表わされるので、例えば−５
℃〜＋８０”Ｃの温度範囲を考えると各々の温度でのコ
イル抵抗値比は約１．３７である。よって吸引力比は約
０．５３となり吸引時間は より約０．７３となる。

上記温度範囲は保持時コイル温度上昇を想定したもので
あるが、開閉頻度が高い場合には吸引電流が大きいため
、さらに大きな温度範囲を考慮しなければならない０以
上から特開昭５９−１７２２１４号では連続駆動パルス
からＯＮデユーティの小さなパルスへの切換を時間で設
定しているため該切換時間は最大コイル温度でも充分な
吸引力が得られるように設定する必要がある。

そのため１周囲部度が低く、かつ、開閉頻度も小さくて
コイル温度の低い場合（通常動作では最大コイル温度に
比べ充分低い）は、コイル抵抗値が小さいので投入時電
流は電流値、通電時間とも余剰となる。この余剰電流は
、コイル温度の上昇、投入時衝撃の増大をひきおこす問
題点があった。

又、実公昭６０−４２５２１号ではリップル分の大きな
入力電圧に対しては配慮されておらず、交流入力を整流
した直流については適用できず、コイル電流減少のどの
時点でパルス駆動に切換えるかは、早過ぎると安定投入
不可となり遅すぎると衝撃が大となる問題点があった。

本発明の目的は、広範な温度範囲、入力電圧範囲、高頻
度開閉のそれぞれの条件に対し、適格な投入時コイル電
流を与え、衝撃の小さなコイル駆動回路を提供すること
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
、前記電源回路の電圧を検出してその電圧が所定値に達
したとき出方を発生する電圧検出回路と、該電圧検出回
路に接続されて電源電圧に応じてパルス幅が変動すると
ともにＯＮデユーティが漸減するパルス列を発生する第
１のパルス発生回路と、前記電源回路に接続されて電源
電圧に応じてパルス幅が変動するとともにほぼ一定のＯ
Ｎデユーティを有するパルス列を発生する第２のパルス
発生回路と、前記第１のパルス発生回路の出力と前記第
２のパルス発生回路の出力との論理和をとる論理和回路
と、該論理和回路の出力に基いて前記コイルを駆動する
スイッチング素子とにより構成し、該スイッチング素子
を投入時には前記第１のパルス発生回路の出力に基く出
力を、保持時には前記第２のパルス発生回路の出力に基
く出力をそれぞれ前記コイルに印加するよう制御するこ
とにより達成される。

好ましい実施態様によれば前記第１のパルス発生回路は
温度補償手段を備え、該温度補償手段の出力に基いて発
生するパルスのＯＮデユーティの漸減の度合を変化させ
るよう構成される。

〔作用〕

電源回路は交流電源を整流して直流電源をコイルおよび
コイルの制御回路に供給する。電圧検出回路は電源回路
の電圧を検出してその電圧がコイルを励磁するのに充分
な大きさであるときコイル励磁を可能とする出力を発生
する。

第１のパルス発生回路は電圧検出回路の出力が発生され
た時点から動作を開始し、電源電圧に応じてパルス幅が
変動するとともに、ＯＮデユーティが漸減するパルス列
を発生する。第２のパルス発生回路は電源回路の出力に
接続され、電圧検出回路の出力とは無関係に電源が投入
された時点から動作を開始し、電源電圧に応じてパルス
幅が変動するとともに、はぼ一定のＯＮデユーティを有
するパルス列を発生する。論理和回路は、第１のパルス
発生回路と、第２のパルス発生回路の出力の論理和をと
り、スイッチング素子に供給する。スイッチング素子の
入力側には論理和回路の出力と、電圧検出回路の出力が
論理積回路を介して接続され、電源電圧がコイルを励磁
するのに充分な大きさであるときに、投入時には第１の
パルス発生回路の出力に基く出力を、保持時には第２の
パルス発生回路の出力に基く出力をそれぞれコイルに印
加する。それによって、コイルには投入に必要な最小の
電流が通電されるようになるので余剰電流がなくコイル
温度上昇が小さくなり、又、コア移動時にコイル電流が
漸減するため投入時の余剰力がなくなり衝撃を小さくす
る。

また、温度補償手段は温度が高くなるに応じて、第一の
パルス発生回路の第一パルス幅を大きく。

かつその漸減の度合が長くなるよう作用する。

それによって、周囲温度あるいはコイル温度が上昇して
もコイルを流れる電流が抑制され、余剰電流がなくなる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第５図により説明する
。

第１図は本発明の１実施例におけるコイル励磁回路の構
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
介して接続された電源回路３と、電源回路３に接続され
た電圧検出回路５と、＠圧検出回路５に接続された第１
のパルス発生回路６と、電源回路３に接続された第２の
パルス発生回路７と、第１のパルス発生回路６と第２の
パルス発生回路７とに接続されてそれぞれの出力の論理
和をとる論理和回路２０と、論理和回路２０と電圧検出
回路５とに接続されてそれぞれの出力の論理積をとる論
理積回路３０と、論理積回路３０に接続されその出力に
応じてコイル電流を制御するスイッチング素子８と、ス
イッチング素子と直列に接続されて電源回路３に接続さ
れたコイル９とコイル９に並列に接続されたホイール回
路１０とより成る。

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、］は入力端子であり、電源回路３は整
流器２、一般的な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た制御回路用電源３１、抵抗
４１とコンデンサ４２との直列回路により構成された平
滑回路とにより構成されている。電圧検出回路５はオー
プンコレクタ出力を有する比較器５１を中心に構成され
、該比較器５１の非反転入力端子には前記平滑回路の出
力を抵抗５３．５４で分圧した値が入力され、反転入力
端子にはツエダイオード５２による基準電圧が入力され
る。第２のパルス発生回路７は比較器臼 ７１およびコンデンサ７３による弁動発振回路で構成さ
れコンデンサ７３の充電電流は前記平滑回路の出力より
供給されるよう成されている。第１のパルス発生回路６
はオーブンコレクタ出力を有する比較器６１を中心に構
成され、該比較器６１の非反転入力端子には前記電圧検
出回路５の出力を充電開始信号として前記平滑回路の出
力を温度補償手段である負性抵抗を有する感熱素子６３
を介して充電されるコンデンサ６２の電圧が入力され１
反転入力端子には前記コンデンサ７３の電位が入力され
る。

主スイツチング素子８”はコイル９の電流を直接制御す
るＭＯＳ−ＦＥＴであり、その制御電極は前記第一のパ
ルス発生回路６の出力と前記第二のパルス発生回路７の
出力の論理和出力により駆動される。ホイール回路１０
は一般的にはダイオードをコイルに並列接続した構成が
用いられ、又、釈放時間を短縮するための回路も用いら
れる。

ホイール回路１０の詳細について以下に説明する。

本実施例において電圧検出回路５の比較器５１の出力は
ダイオードＤ２を介してフォトカプラＰＣＩに接続され
、入力電圧が所定値以上で電圧検出回路５が出力を発生
すると、フォトカプラＰＣｔの発光部を発光させるよう
接続されている。フォトカプラＰｃｔの発光部とサージ
アブソーバ８が並列接続された回路をトランジスタＱ、
１７）コレクターエミッタ間に接続し、トランジスタＱ
４とフライホイールダイオードＤ７の直列接続回路に並
列にコイル９を接続したものである。なお、サージ吸収
のため、トランジスタＱρベース、エミッタ間にはサー
ジ吸収素子Ｚ２が並列に接続され、さらに、トランジス
タＱ４とダイオードＤ７の直列回路と並列にコンデンサ
Ｃ３，抵抗器Ｒ／Ｊ’との直列回路が接続される。

なお、第２図において、Ｒ／−Ｒｌｆは抵抗器、Ｃｔ〜
Ｃμコンデンサ、Ｄ、−Ｄ、はダイオード、ｐｃ、はフ
ォトカプラ、　２．、２２はサージ吸収素子、Ｑ、、　
Ｑ、は反転回路、　Ｑ、、　Ｑ４ｉｔ　トランジスタで
ある８次に本実施例のコイル励磁回路の動作を説明する
。第３図は第２図の英符号を付した各都電圧波形を示し
たものである。商用周波の入力交流電圧が入力端子に印
加されると整流器により整流され。

平滑回路のコンデンサ４２の電位は第３図のｂのように
なる。この電圧が所定の電圧以上になると抵抗５３と抵
抗５４で分圧された電圧がツェナダイオード５２のツェ
ナ電圧以上になり、比較器５１の出力が反転し、第３図
のＣの如くなる。一方。

第２のパルス発生回路において、コンデンサ７３の電圧
は第３図ｄの鋸歯状況となるが、入力印加電圧が大きく
なるに応じて、該コンデンサ７３の電圧上昇時間は短く
なり下降時間は長くなる。第３図Ｃ出力により、コンデ
ンサ６２電位は、入力印加電圧が大きい若しくは、コイ
ル温度又は周囲温度が低い時は第３図ｅの如く、各々の
逆の場合はｅ′の如く変化する。よって以降は各回路素
子の動作により、ｅ、ｅ’　に各々対応したり、ｈ’の
ゲート出力となる。なお、波形ｄ、ｆ、ｇ、ｈは約２０
ｋＨｚの高周波である。これにより、ｔイル電流は、ｈ
、ｈ’　に応じて各々第４図Ａの実線、破線波形となる
。なお、第４図Ｂはコアのストロークの変化を示す、ま
た、本実施例におけるコイルの通電電流およびスイッチ
ング素子の電流と従来例におけるコイルの通電電流およ
びスイッチング素子の電流との比較を第５図に示す０本
実施例のコイルの通電電流およびスイッチング素子の電
流の波形をそれぞれ第５図のａおよびＣに示す、従来例
は、電磁石吸引時に所定幅の駆動開始パルスを発生し、
所定時間後にＯＮデユーティの小さなパルス状電圧を印
加するようにしたものであり、かつ、駆動開始パルス幅
を印加電圧に応じて変化させるようにしたものである。

従来例においては、コイルの通電電流およびスイッチン
グ素子の電流の波形はそれぞれ第５図のｂおよびｄに示
すように、コアの吸引終了後もスイッチング素子の電流
が流れるため、コイルの通電電流には、余剰電流による
ピークが発生し、コイルの発熱を増加させる０本実施例
においては、コアの吸引終了に近づく頃からスイッチン
グ素子の電流の○Ｎ。

ＯＦＦが開始されるので、吸引終了後の余剰電流による
電流のピーク発生を防止できる。

また、本実施例によれば１周囲塩度又はコイル温度によ
る投入時コイル電流への影響は、感熱素子６３の採用に
より、適格な通電パルス幅が得られて除去することがで
きる。又、これにより、漸減するパルス出力の漸減の度
合が周囲温度又はコイル温度に応じて変化し、又、入力
電圧に応じて変化するため、温度に影響を受けず、衝撃
力、余剰電流を低減することができる６本実施例では温
度補償手段として負性抵抗の感熱素子を用いたが。

これに限ることなく、温度変化を電気信号に変換し得る
ものなら他の素子であってもよい。

次に本実施例におけるホイール回路１０の動作を説明す
る。今、入力電圧が所定の値以上であった時は、電圧検
知回路５の出力により、フォトカプラＰＣ１の発光部が
発光して受光部が導通状態となり、同時に第１のパルス
発生回路６が動作し。

比較器５１のオープンコレクタ出力がＨレベルとなるの
で論理積回路３０のＡＮＤ条件が成立し、スイッチング
素子８が導通する、本実施例ではＭＯＳ−ＦＥＴが論理
積回路３０として、用いられているが、ゲー）−ＩＣを
用いて論理積回路３０を構成してもよい。

スイッチング素子８の導通時はトランジスタＱ４には電
流は流れない。パルス制御時のスイッチング素子８の非
導通時には、コイル９の電流は、ダイオードＤり→トラ
ンジスタｑのコレクターエミッタを通じて流れる。なお
、フォトカプラＰＣｌの受光部はトランジスタｑのベー
ス電流供給を行なう。

次に釈放時は、フォトカプラ受光部が非導通となるので
、コイル電流はダイオ−トンサージ吸収素子ｚ２→トラ
ンジスタＱ４のベース→エミッタを流電 れるため、電流は、急速に減襄し、釈放時間は早くなる
。

本実施例によれば、パルス制御時はトランジスタｑのコ
レクタ、ニミッタ間を通電するので、トランジスタ＋と
して電流定格の小さいものを選定することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コアの吸引終了に近づく頃からスイッ
チング素子の電流のＯＮ、ＯＦＦが開始されるので、吸
引終了後における余剰電流による電流のピーク発生を防
止でき、広範な入力電圧、温度範囲、高頻度開閉に対し
、コイル温度上昇が小さく、衝撃を小さくできる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例におけるコイル励磁回路の構
成を示すブロック図、第２図は本発明の１実施例におけ
るコイル励磁回路の具体的回路例を示す回路図、第３図
は第２図の回路における各部の波形図、第４図は本実施
例におけるコイル電流とコアのストロークの関係を示す
図で、同図Ａはコイル電流波形図、同図Ｂは投入開始か
ら吸引終了までのコアのストロークを示す図、第５図は
本実施例におけるコイル電流波形とスイッチング素子の
電流波形とをそれぞれ従来例のコイル電流波形およびス
イッチング素子の電流波形と比較して示す波形図である
。 ３：電源回路、５：＠圧検出回路、６：第］のパルス発
生回路、７：第２のパルス発生回路。 ８ニスイツチング素子、９：コイル、１ｏ：ホイール回
路、２０：論理和回路、３０：論理積回路。 ６３：温度補償手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コイルと、該コイルの制御回路と、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、前記制御回路は、前記
   電源回路の電圧を検出してその電圧が所定値に達したと
   き出力を発生する電圧検出回路と、該電圧検出回路に接
   続されて電源電圧に応じてパルス幅が変動するとともに
   ＯＮデューティが漸減するパルス列を発生する第１のパ
   ルス発生回路と、前記電源回路に接続されて電源電圧に
   応じてパルス幅が変動するとともにほぼ一定のＯＮデュ
   ーティを有するパルス列を発生する第２のパルス発生回
   路と、前記第１のパルス発生回路の出力と前記第２のパ
   ルス発生回路の出力との論理和をとる論理和回路と、該
   論理和回路の出力に基いて前記コイルを駆動するスイッ
   チング素子とを備え、該スイッチング素子は投入時には
   前記第１のパルス発生回路の出力に基く出力を保持時に
   は前記第２のパルス発生回路の出力に基く出力をそれぞ
   れ前記コイルに印加するよう構成されたことを特徴とす
   るコイル励磁回路。 ２、前記第１のパルス発生回路は温度補償手段を備え、
   該温度補償手段の出力に基いて発生するパルスのＯＮデ
   ューティの漸減の度合を変化させるよう構成されたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のコイル励磁回
   路。