EP1276120B1 - Appareil de commande d'un électroaimant - Google Patents

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EP1276120B1
EP1276120B1 EP20020014583 EP02014583A EP1276120B1 EP 1276120 B1 EP1276120 B1 EP 1276120B1 EP 20020014583 EP20020014583 EP 20020014583 EP 02014583 A EP02014583 A EP 02014583A EP 1276120 B1 EP1276120 B1 EP 1276120B1
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EP
European Patent Office
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clock generator
voltage
resistor
switch
clock
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Hermann Hoepken
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KA Schmersal GmbH and Co KG
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KA Schmersal GmbH and Co KG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B47/00—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T70/00—Locks
    • Y10T70/60—Systems

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an electromagnet according to the preamble of claim 1.
  • electromagnets In safety circuits for locking and unlocking of doors, flaps or the like electromagnets are used which have an actuatable according to the control of a solenoid armature, which locks or unlocks a door due to its position. It must be ensured that the armature moves correctly during a tightening section, and that a magnetic force exerted by the solenoid for holding the armature in position during a holding section at the lowest possible applied operating voltage is not reduced so far that the armature due to external disturbances, especially vibrations, drops.
  • a predetermined voltage loading of the solenoid does not account for control of the current flowing through the solenoid with respect to energy loss or the operating temperature of the solenoid, so that it is advantageous to interrupt the application of voltage when the solenoid heats up and / or certain current values are reached to prevent energy loss through heat generation of the solenoid.
  • the object of the invention is to provide a device for driving an electromagnet according to the preamble of claim 1, which uses simple components and has a simpler structure.
  • Fig. 1 shows a simplified and schematic representation of a circuit diagram of an embodiment of a circuit for driving an electromagnet.
  • FIG. 12 shows an example of a detailed circuit diagram of the embodiment of FIG Fig. 1 ,
  • Fig. 3 shows an example of a detailed circuit diagram of another embodiment of Fig. 1 .
  • the circuit after Fig. 1 has an electromagnet with a solenoid 1, which can be acted upon by a DC voltage of a voltage source 2 and serves to actuate an associated spring-loaded armature 3.
  • a timer 4 connected to the power source 2 is coupled to a switch 5 serially connected to the solenoid 1, whereby the switch 5 is closed and opened in accordance with the clock of the timer 4. When the switch 5 is closed, the DC voltage of the voltage source 2 is applied to the solenoid 1.
  • a first ohmic resistor 6 Connected in series with the switch 5 is a first ohmic resistor 6, which is coupled to ground, via which a voltage drop occurs when the switch 5 is closed and the DC voltage is applied to the solenoid 1.
  • a device comprising a current detection switch 7 is provided.
  • the current detection switch 7 is coupled in parallel to the first resistor 6 and serially to the switch 5 and temporarily turns off the power source 2 of the solenoid 1 by opening the switch 5 as long as a predetermined current flowing through the solenoid 1 is detected by the current detection switch 7. If the detected current drops again, the current detection switch 7 stops its influence on the switch 5 and this is again actuated by the clock 4.
  • the current flowing through the solenoid 1 is thus limited by the switching of the current detection switch 7, wherein the current flowing through the first ohmic resistor 6 current is detected by the current detection switch 7.
  • the size of the first resistor 6 in conjunction with the current detection switch 7 is selected so that that through the solenoid 1, a current can flow, which is sufficient to hold the armature 3 in its position - it then flows then a holding current.
  • the clock overlaps at least partially with that of the clock 4 and is lower than this, another, second resistor 9 is parallel to the first resistor 6 in the circuit via a switch 10 switchable, wherein the second resistor 9 at Mass is coupled.
  • the size of the second resistor 9 is chosen so that there is a smaller total resistance.
  • the size of the first resistor 6 is greater than that of the second resistor 9.
  • a freewheeling circuit for the solenoid 1 which comprises a parallel to the solenoid 1 coupled freewheeling diode 11.
  • the current through the solenoid 1 is maintained with the switch 5 open over a certain time by the inductance of the solenoid 1 time and short-circuited by the freewheeling diode 11.
  • the freewheeling circuit may optionally comprise a series connection of further diodes and / or transistors.
  • Fig. 2 is the voltage source 2 designed as a DC voltage control device for a via the terminals 12, 13 coupled operating AC voltage.
  • a rectifier 14 is provided, are coupled to the two mutually connected Zener diodes 15, 16 and a capacitor 17 in parallel.
  • the capacitor 17 is connected in series with ground.
  • the DC voltage control device further comprises a coupled to the capacitor 17 diode 18, which follows a field effect transistor 19.
  • the field effect transistor 19 is connected via two resistors 20, 21 connected in series, connected in series with the capacitor 17, a limiter diode 22 coupled to ground being provided between the two resistors 20, 21 and the field effect transistor 19. When closed, the field effect transistor 19 switches a resistor 23 and a capacitor coupled to ground 24 as a filter in the circuit of the DC voltage control device.
  • the clock 4 for clocked closing of the switch 5 formed in this embodiment as a field effect transistor comprises a clock NAND gate 25, from which an input to the voltage source 2 is coupled to the power supply and further supplied with a high level.
  • the output of clock NAND gate 25 is fed back to the other input of clock NAND gate 25 through a combination of one ohmic clock resistor 26, one clock diode 27 and one clock capacitor 28.
  • the output of the clock generator 4 is also connected to a SET input of a flip-flop 31 comprising two NAND gates 29, 30 which, due to the signal of the clock generator 4 applied to the SET input, opens or switches the switch 5 clocked by means of the signal at the Q output closes.
  • the current detection switch 7 is designed as a transistor whose base-emitter path detects the voltage on the circuit.
  • the emitter of the transistor is connected to ground, and the collector is coupled both via a high-potential ohmic resistor 32 and to a RESET input of the flipflop 31.
  • the parallel to the resistor 6 and connected in series with the solenoid 1 transistor becomes conductive when the voltage across the resistor 6 exceeds the voltage between the base and emitter of the transistor. Then the signal applied to the RESET input of the flip-flop 31 changes, since the current flowing through the resistor 32 flows through the current detection switch 7 to ground.
  • the flip-flop 31 then opens the switch 5, and the application of the DC voltage to the solenoid 1 is temporarily interrupted.
  • the clocked connection of the resistor 9 takes place in the clock of the other clock 8, which comprises a clock NAND gate 33.
  • the output of the clock NAND gate 33 is fed back to an input of the clock NAND gate 33 via a combination of two parallel ohmic clock resistors 34, 35, a clock diode 36, and a clock capacitor 37, one input Another input of the clock NAND gate 33 can be beaufschiagbar with a positive voltage.
  • the circuit combination of the clock resistors 34, 35, the clock diode 36 and the clock capacitor 37, a constant, clocked timing is achieved, the clock of the clock 8 is lower than the clock of the clock 4.
  • the clock capacitor 37 is discharged more slowly than charged, for example, when the size of the resistor 35 is ten times the size of the resistor 34, wherein the value of the resistor 34, for example, 1M ⁇ and the value of the resistor 35, for example, 10M ⁇ .
  • the clock 8 configured as a transistor switch 10 is switched, the resistor 9 in the cycle of the second clock 8 in the circuit parallel to the first resistor 6 and coupled to ground.
  • the other clock 8 is set via the clock NAND gate 33 at the beginning of a control of the electromagnet for attracting the armature 3 about a corresponding control in motion, while after tightening the armature 3 only the clock 4 is in action.
  • the another clock 8 also be switched on permanently, so that alternating tightening and holding sections.
  • a peak filter resistor 38 and a peak filter capacitor 39 are provided for filtering voltage spikes.
  • a filter 40 is provided which may comprise an inductance and / or a ferrite core.
  • the current detection switch 7 may also be formed as an inverting comparator whose output is coupled to the RESET input of the flip-flop 31.
  • a first of the two inputs of the comparator is serially coupled to the resistor 6 and detects the voltage on the circuit.
  • the other, second input of the comparator is supplied with a comparison voltage whose value is set by a voltage divider 41, which is connected between a rectified AC operating voltage supply terminal 42 and the second input of the comparator.
  • the voltage divider 41 comprises three series-connected ohmic resistors 43, 44, 45, of which the resistor 45 is coupled to ground.
  • the second input of the comparator is connected to a node which is between the resistor 44 and the resistor 45.
  • a node located between resistor 43 and resistor 44 is connected to ground via a forward biased diode 46.
  • the comparator supplies a high level to the RESET input of the flip-flop 31. If the detected voltage is greater, the comparator supplies a low level to the RESET input. Input of the flip-flop 31, and the switch 5 is opened by the flip-flop 31. If the detected voltage falls below the predetermined reference voltage value, the comparator supplies a high level to the RESET input of the flip-flop 31 and the switch 5 is opened and closed again in time with the clock 4.
  • a voltage divider 47 connected between the rectifier 14 and the clock NAND gate 25 may be provided.
  • This comprises two serially connected resistive voltage dividing resistors 48, 49, of which the voltage dividing resistor 49 is grounded, and a capacitor 50 connected in parallel with the voltage dividing resistor 49.
  • the voltage application of one input of the one clock NAND gate 25 to The clocking of the clock generator 4 is carried out via the voltage divider 47, wherein the clocking must be carried out in compliance with a predetermined condition, when the AC operating voltage is above 80% of its rated voltage and is interrupted when the AC operating voltage drops below 20% of its rated voltage.
  • the voltage dividing resistor 48 is adapted to the voltage applied to the terminals 12, 13 AC operating voltage in conjunction with the voltage dividing resistor 49 just so that at a certain percentage of operating AC voltage is greater than 20% and less than 80% of the AC operating voltage, the upper trigger threshold of the coupled to the voltage dividing resistor 48 clock NAND gate 25 is exceeded and the timing starts, so that the timing is performed at the latest at 80% of the rated voltage.
  • the clock NAND gate 25 Since the clock NAND gate 25 has a "hysteresis" due to Schmitt triggers on the inputs, the clock is maintained even if the voltage drops below the value of the upper trigger threshold and only interrupted when the lower threshold of the Schmitt trigger falls below the input.
  • a voltage value is defined, from which the clocking is performed, while it is further ensured that the clocking is interrupted at a drop below 20% of the rated voltage.
  • the capacitor 50 which is connected in parallel with the voltage-dividing resistor 49, bridges the zero crossing during AC operation.

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Claims (20)

  1. Dispositif pour le pilotage d'un électro-aimant, en particulier pour une commutation de sécurité, comportant un induit (3) piloté par un solénoïde (1), avec un commutateur (5) couplé en série avec le solénoïde (1) et qui peut être raccordé au solénoïde (1), et par lequel une tension continue peut être appliquée au solénoïde par la fermeture du commutateur (5), et qui comporte encore :
    - une installation pour l'interruption temporaire de la mise sous tension, aussi longtemps qu'un courant prédéterminé est décelé au travers du solénoïde (1), et
    - un premier générateur d'impulsions (4) pour le pilotage du commutateur (5) dans une première impulsion prédéterminée, ainsi que
    - une première et une deuxième résistances ohmiques (6, 9), qui sont en parallèle l'une avec l'autre, et en série avec le solénoïde (1),
    et où cette installation comporte un disjoncteur (7) lié en série au commutateur (5) pour la détection du courant circulant au travers du solénoïde,
    et où la grandeur de la première résistance ohmique (6) couplée en parallèle au disjoncteur (7) détermine, en relation avec le seuil de déclenchement du disjoncteur (7), la grandeur du courant de maintien pour l'induit (3),
    et où la deuxième résistance ohmique (9) est commutable par un autre commutateur (10) lors d'une deuxième impulsion prédéterminée et au moins partiellement en recouvrement avec la première impulsion, et sous l'action d'un autre, deuxième générateur d'impulsions (8) générant cette deuxième impulsion dans le circuit pour la production d'un courant d'actionnement pour l'induit (3), caractérisé en ce que :
    - le disjoncteur (7) et le premier générateur d'impulsions (4) sont disposés séparément l'un de l'autre, et que
    - le commutateur (5) est couplé avec le premier générateur d'impulsions (4) par un multivibrateur bistable ou flip-flop (31), par lequel le disjoncteur (7) est également couplé avec le commutateur (5).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première résistance (6) est plus grande que la deuxième résistance (9).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il prévoit un circuit de roue libre pour le solénoïde (1), qui comporte une diode de roue libre (11).
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'impulsion issue du premier générateur d'impulsions (4) est plus haute que celle issue du deuxième générateur d'impulsions (8).
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (4) comporte un seuil inférieur de déclenchement d'entrée et un seuil supérieur de déclenchement d'entrée pour l'activation, ou respectivement la clôture, de la génération d'impulsions, et qu'il est relié à un noeud situé entre deux résistances ohmiques diviseuses de tension (48, 49) installées en série, parmi lesquelles une résistance diviseuse de tension (48) est liée au courant du réseau, et l'autre résistance diviseuse de tension (49) est couplée à la masse, et où le rapport des deux valeurs des résistances diviseuses de tension (48, 49) détermine le début et la fin de la génération d'impulsion en ce qui concerne le courant du réseau ainsi que les seuils supérieur et inférieur de déclenchement d'entrée.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le courant est un courant alternatif redressé, et en ce qu'un condensateur (50) est installé en parallèle à l'autre résistance diviseuse de tension (49).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première résistance (6) est couplée à la masse.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la deuxième résistance (9) est couplable à la masse par un autre commutateur (10) commandé par le deuxième générateur d'impulsions (8).
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'autre commutateur (10) est un transistor.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le commutateur (5) est un transistor, de préférence à effet de champ.
  11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le disjoncteur (7) est un transistor, par lequel le courant à identifier est décelable au niveau de sa tension base-émetteur.
  12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le disjoncteur (7) comporte un comparateur.
  13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une ouverture du commutateur (5) par le disjoncteur (7) est prévue en cas d'interruption temporaire de l'établissement du courant.
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la sortie du premier générateur d'impulsions (4) est couplée avec l'entrée SET du flip-flop (31) et que le disjoncteur (7) est couplé avec l'entrée RESET du flip-flop (31), et que la sortie Q du flip-flop (31) est couplée au commutateur (5).
  15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le flip-flop (31) comporte deux portes NAND (29, 30).
  16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le premier générateur d'impulsions (4) comporte une porte NAND de générateur d'impulsion (25), dont la sortie est couplée en retour sur une des deux entrées par une combinaison de circuit issue d'une résistance de générateur d'impulsion (26), une diode de générateur d'impulsion (27) et un condensateur (28) de générateur d'impulsion, et où l'impulsion de sortie de la porte NAND de générateur d'impulsion (25) est préaccordée avec une constante de temps que l'on peut choisir au travers de la résistance de générateur d'impulsion (26) et du condensateur de générateur d'impulsion (28).
  17. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'autre des deux entrées de la porte NAND de générateur d'impulsion (25) est à un niveau constamment élevé.
  18. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'autre des deux entrées de la porte NAND de générateur d'impulsions (25) est reliée à un noeud situé entre deux résistances ohmiques diviseuses de tension (48 ; 49) disposées en série, dont l'une résistance ohmique diviseuse de tension (48) est reliée à un courant du réseau, et l'autre résistance ohmique diviseuse de tension (49) est reliée à la masse, et où le début et la fin de la génération d'impulsions concernant le courant du réseau et le seuil supérieur, respectivement inférieur, de déclenchement de la porte NAND de générateur d'impulsions (25), est réglable par la proportion des deux valeurs des résistances ohmiques diviseuses de tension (48 ; 49).
  19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que le courant du réseau est un courant alternatif redressé, et qu'un condensateur (50) est implanté en parallèle de l'autre résistance ohmique diviseuse de tension (49).
  20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le deuxième générateur d'impulsions (8) comporte une porte NAND de générateur d'impulsions (33), dont la sortie est ramenée à une entrée de la porte NAND de générateur d'impulsions par une combinaison de circuit issue de deux résistances ohmiques diviseuses de tension (34 ; 35), une diode générateur d'impulsion (36) et un condensateur (37) de générateur d'impulsion.
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