JP3018857B2 - 電磁石装置の駆動回路 - Google Patents

電磁石装置の駆動回路

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JP3018857B2
JP3018857B2 JP5221505A JP22150593A JP3018857B2 JP 3018857 B2 JP3018857 B2 JP 3018857B2 JP 5221505 A JP5221505 A JP 5221505A JP 22150593 A JP22150593 A JP 22150593A JP 3018857 B2 JP3018857 B2 JP 3018857B2
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    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁開閉器などを投入
・遮断する電磁石装置の駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】電磁開閉器などの投入・遮断は、普通電
磁石装置の固定鉄心に巻かれたコイルに通電・遮断し、
可動鉄片を吸引・釈放することによりなされるが、この
電磁石装置の駆動回路は小形安価で、吸引・釈放時間は
短いことが望まれる。このため、コイルにはフライホイ
ール回路を設けたものが知られている。このような電磁
開閉器に用いられる電磁石装置の駆動回路の従来例を図
4に示す。図4において、図示しない固定鉄心に巻かれ
たコイル1はトランジスタ2のコレクタ・エミッタと直
列に接続され、このトランジスタのベースは方形波発振
回路3に接続されている。コイル1にはサージアブソー
バ4とダイオード5の直列回路が並列に接続され、この
サージアブソーバ4と並列にトランジスタ6のコレクタ
・エミッタが接続されている。コイル1とトランジスタ
2の直列回路の両端は、直列に接続された2つのダイオ
ード71,72とスイッチ9の直列回路を介して直流電
源10に接続されている。トランジスタ6のベースは、
抵抗73を介してダイオード72とスイッチ9の接続点
に接続されている。ここでダイオード71,72および
抵抗73で、トランジスタ6の制御回路7Aを構成して
いる。
【0003】この電磁石装置の駆動回路の動作を図5に
示すタイムチャートを参照して説明する。図5におい
て、時刻t0 にスイッチ9を閉じると{図5(1)}、
コイル1とトランジスタ2の直列回路および方形波発振
回路3に2つのダイオード71,72を介して電源10
が印加され、発振回路3からトランジスタ2のベースに
幅の広い投入パルスVp1と、引続き時刻t1 から幅の狭
い保持パルスVp2からなる方形波パルス電圧Vp が印加
されるから、コイル1に電流I1 が流れコイル1は図示
しない可動鉄片を吸引する。このときトランジスタ6
は、2つのダイオード71,72の電圧降下により導通
状態にあるから、パルス電圧Vp が印加されない期間、
固定鉄心に蓄積された電磁エネルギーがコイル1から電
流I2 として流れる。すなわち、電流I1 は電源10か
らの電流と電流I2 との和である。時刻t4 にスイッチ
9を開けば電圧E1 は除かれ、発振回路3の出力も消滅
し、かつトランジスタ6がオフして電流I2 は遮断され
る。しかし、固定鉄心には電磁エネルギーが蓄えられて
いるから、この電磁エネルギーによりダイオード5を介
してサージアブソーバ4に電流iが流れる。サージアブ
ソーバ4の抵抗値は大きいので、この電流iは急速に減
衰して、時刻t6 に可動鉄片は釈放され電磁開閉器は遮
断される。
【0004】しかしながら、この電磁石装置の駆動回路
は次のような問題を有している。すなわち、図6に示す
ように、時刻t0 にスイッチ9が閉じられて、発振回路
3からトランジスタ2のベースに幅の広い投入パルスV
p1が出力された直後の時刻t 1 にスイッチ9が開かれる
と{図6(1)および(2)}、コイル1に流れている
電流値の大きい電流I1 (以下投入コイル電流I11と称
する)は、直ちにサージアブソーバ4に電流iとして流
れるので、サージアブソーバ4が過熱され、場合によっ
て破損する事故を生じることがある。
【0005】この問題点を解決するために、図7に示す
電磁石装置の駆動回路が提案されている。図7に示す電
磁石装置の駆動回路は、図4に示す電磁石装置の制御回
路7Aのダイオード71,72に並列にコンデンサ74
が接続されたもので、ダイオード71,72,抵抗73
およびコンデンサ74で制御回路7Bを構成している。
【0006】この電磁石装置の駆動回路の動作を図8を
参照して説明する。図8は、図6と同様に時刻t0 にス
イッチ9が閉じられて、発振回路3からトランジスタ2
のベースに幅の広い投入パルスVp1が出力された直後の
時刻t1 にスイッチ9が開かれた場合を示したものであ
る。図8において、時刻t0 にスイッチ9が閉じられる
と、制御回路7Bのコンデンサ74はダイオード71,
72の電圧降下により充電され、時刻t1 でスイッチ9
が開くと、電圧E1 は除かれ発振回路3の出力も消滅す
るが、トランジスタ6はコンデンサ74の電荷により、
この電荷が放電し終るまでの遅延時間Tの間オンを継続
する。この間、コイル1の電流I1 はトランジスタ6に
電流I2 として流れ、このトランジスタ6の抵抗分によ
り次第に減衰し、サージアブソーバ4の許容電流i0
下に低下する。遅延時間T1 が経過した時刻t3 におい
て、トランジスタ6はオフし、サージアブソーバ4には
許容電流i0 以下の電流iが流れ、この電流iは急速に
減衰して時刻t6 に可動鉄片は釈放され、電磁開閉器は
遮断される。サージアブソーバ4に流れる電流iは、許
容電流i0 以下に制限されるので過熱あるいは焼損の事
故は防止される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述の新しく提案され
た電磁石装置の駆動回路では、サージアブソーバに並列
に接続されたトランジスタにオフ動作の遅延時間を持た
せているが、この遅延時間はスイッチを閉じて投入パル
スが出力され、電磁開閉器が投入された直後にスイッチ
を開いて直流電源を遮断する動作条件では、電流値の大
きい投入コイル電流をサージアブソーバの許容電流値以
下に低減するのに効果はあるが、投入パルスの後に保持
パルスが出力されて、電磁石装置が投入から保持に切り
換えられた状態でスイッチを開いて直流電源を遮断する
動作条件(図9参照)では、電流値の小さい保持コイル
電流は低減する必要がないので、この遅延時間は単に遮
断動作の遅れとなってしまう。
【0008】電磁開閉器では、通常投入パルスが出力さ
れ電磁開閉器が投入された直後にスイッチを開いて遮断
する動作条件は、頻度の低い動作条件であり、投入パル
スの後に保持パルスが出力され、電磁開閉器が投入から
保持に切り換えられた状態でスイッチを開いて遮断する
動作条件が頻度の高い動作条件であるので、このような
頻度の高い動作条件で遮断動作の遅れがあることは望ま
しくない。
【0009】本発明の目的は、投入パルスが出力され電
磁開閉器が投入された直後にスイッチを開いて遮断する
頻度の低い動作条件では、サージアブソーバに並列に接
続されたトランジスタのオフ動作に遅延時間を持たせ
て、この電流値の大きい投入コイル電流の通電によるサ
ージアブソーバの過熱あるいは焼損事故を防ぎ、投入パ
ルスが出力された後に保持パルスが出力されて、電磁開
閉器が投入から保持に切り換えられた状態でスイッチを
開いて電磁開閉器を遮断する頻度の高い動作条件では、
このトランジスタを直ちにオフして遮断動作の遅れを防
止した電磁石装置の駆動回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は電磁石装置のコイルと並列に接続された
サージアブソーバとダイオードとの直列回路と、前記サ
ージアブソーバに並列に接続されたスイッチング素子
と、前記コイルに給電する直流電源および前記コイルに
通電する電流を制御する発振回路とを備えた電磁石装置
の駆動回路において、前記直流電源を印加後投入パルス
幅より長い所定の遅延時間の間スイッチング素子を導通
可能状態に維持する制御回路を設ける。そして、スイッ
チング素子は、例えば逆極性に接続されたトランジスタ
からなり、制御回路は直流電源の投入信号で所定時間パ
ルスを発生するワンショットパルス回路と、このワンシ
ョットパルス回路の出力信号と、前記直流電源の投入信
号とが入力されるOR回路と、このOR回路の出力信号
で前記トランジスタを制御するベース電流回路とからな
るようにする。そして、この制御回路のベース電流回路
は、例えばその負側端子がトランジスタのエミッタに接
続された制御用直流電源と、そのフォトトランジスタの
エミッタがこの制御用直流電源の負側端子に、そのコレ
クタが抵抗を介し制御用直流電源の正側端子にそれぞれ
接続され、OR回路の出力信号で制御されるフォトカプ
ラと、そのエミッタが前記制御用直流電源の負側端子
に、そのコレクタが抵抗を介し前記制御用直流電源の正
側端子および前記トランジスタのベースに、そのベース
が前記フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタに
それぞれ接続された制御用トランジスタとからなるよう
にする。
【0011】
【作用】本発明の電磁石装置の駆動回路は、スイッチン
グ素子は、例えば逆極性に接続されたトランジスタから
なり、制御回路は直流電源の投入信号で所定時間パルス
を発生するワンショットパルス回路と、このワンショッ
トパルス回路の出力信号と、前記直流電源の投入信号と
が入力されるOR回路と、このOR回路の出力信号で前
記トランジスタを制御するベース電流回路とからなり、
このベース電流回路は、例えばその負側端子がトランジ
スタのエミッタに接続された制御用直流電源と、そのフ
ォトトランジスタのエミッタがこの制御用直流電源の負
側端子に、そのコレクタが抵抗を介し制御用直流電源の
正側端子にそれぞれ接続され、OR回路の出力信号で制
御されるフォトカプラと、そのエミッタが前記制御用直
流電源の負側端子に、そのコレクタが抵抗を介し前記制
御用直流電源の正側端子および前記トランジスタのベー
スに、そのベースが前記フォトカプラのフォトトランジ
スタのコレクタにそれぞれ接続された制御用トランジス
タとからなる制御回路を設けたので、スイッチを閉じて
直流電源が印加された後に、トランジスタは所定の遅延
時間の間オンし、この遅延時間の後にスイッチを開いて
直流電源を遮断したときは、このトランジスタは直ちに
オフする。従って、投入パルスが出力され電磁開閉器が
投入された直後にスイッチを開いて遮断する頻度の低い
動作条件では、前記遅延時間を投入コイル電流がサージ
アブソーバに並列に接続されたトランジスタに流れて、
この抵抗分でサージアブソーバの許容電流値まで減衰す
る時間に設定することによって、投入コイル電流の通電
によるサージアブソーバの過熱あるいは焼損事故を防ぐ
ことができる。また、投入パルスが出力された後に保持
パルスが出力され、電磁開閉器が投入から保持に切り換
えられた状態でスイッチを開いて電磁開閉器を遮断する
頻度の高い動作条件では、このトランジスタは直ちにオ
フし動作の遅れは防止される。
【0012】
【実施例】図1は本発明の電磁石装置の駆動回路の一実
施例を示す回路図である。図1に示す本発明の電磁石装
置の駆動回路は、図4あるいは図7に示す従来の電磁石
装置の駆動回路において、制御回路7Aあるいは7Bに
代えて制御回路7Cを設けたものである。この制御回路
7Cは、その負側端子がトランジスタ6のエミッタに接
続された制御用直流電源78と、そのフォトトランジス
タのエミッタが制御用直流電源78の負側端子に、その
フォトトランジスタのコレクタが抵抗80を介し制御用
直流電源78の正側端子に接続されたフォトカプラ76
と、そのエミッタが制御用直流電源78の負側端子に、
そのコレクタが抵抗79を介し制御用直流電源78の正
側端子とトランジスタ6のベースに、そのベースがフォ
トカプラ76のフォトトランジスタのコレクタに接続さ
れた制御用トランジスタ75と、その一方の入力端子が
トランジスタ6のエミッタに接続されたORゲート81
と、そのアノードが抵抗82を介しORゲート81の出
力端子に、そのカソードがトランジスタ2のエミッタに
接続された前記フォトカプラ76の発光ダイオードと、
抵抗82とフォトカプラ76の発光ダイオードの直列回
路に並列で、かつそれぞれ直列に接続された抵抗83お
よびコンデンサ84と、その入力端子が抵抗83とコン
デンサ84の接続点に接続されたインバータ85と、そ
の一方の入力端子がインバータ85の出力端子に、その
他方の入力端子がORゲート81の出力端子に、その出
力端子がORゲート81の他方の入力端子に接続された
ANDゲート86とからなり、抵抗83,コンデンサ8
4,インバータ85およびANDゲート86でワンショ
ットパルス回路87を構成し、制御用直流電源78,フ
ォトカプラ76,抵抗80,制御用トランジスタ75,
抵抗79および抵抗82でベース電流回路88を構成し
ている。なお、77は電源インピーダンス低減用コンデ
ンサである。
【0013】この電磁石装置の駆動回路の動作を図2お
よび図3に示すタイムチャートを参照して説明する。図
2は、図6あるいは図8と同様に時刻t0 にスイッチ9
が閉じられて、発振回路3からトランジスタ2のベース
に幅の広い投入パルスVp1が出力された直後の時刻t1
にスイッチ9が開かれた場合を示したものである。図2
において、時刻t0 にスイッチ9が閉じられると、OR
ゲート81の一方の入力端子に電源10の電圧E1 、す
なわち「H」信号が印加されるので、ORゲート81の
出力端子は「H」信号になる。ORゲート81の出力端
子の「H」信号によってフォトカプラ76の発光ダイオ
ードに通電され、このフォトトランジスタがオンする。
このフォトトランジスタのオンにより制御用トランジス
タ75はオフし、この制御用トランジスタ75のオフに
よりトランジスタ6はオンの状態となる{図2(1)お
よび(3)}。また、ANDゲート86はその一方の入
力端子に「H」信号が印加され(この時点ではコンデン
サ84はまだ充電されておらず、インバータ85の入力
端子には「L」信号が印加されて、出力端子は「H」の
信号となるので)、その他方の入力端子にはORゲート
81からの「H」信号が印加されて、その出力端子は
「H」信号になる。この「H」信号はORゲート81の
他方の入力端子に印加されるが、抵抗83とコンデンサ
84とで定まる時定数によって、コンデンサ84の電圧
がTで示す遅延時間の後の時刻t2 にANDゲート86
のしきい値まで達すると「L」信号に切り換わる。すな
わち、ANDゲート86の出力端子から遅延時間Tに相
当するパルス幅のワンショットパルスが出力される。一
方、発振回路3からトランジスタ2のベースに幅の広い
投入パルスVp1が印加されて、コイル1に電流値の大き
い投入コイル電流I11が流れ、時刻t1 に電磁開閉器は
投入される{図2(2)および(6)}。そして丁度、
この時刻t1 にスイッチ9が開かれると(この時刻t1
に投入コイル電流I 11は最大値となり最悪条件を与え
る)、ORゲート81の一方の入力端子は「L」信号と
なるが、この時刻t1 は遅延時間Tの範囲内にあるの
で、他方の入力端子は前述したように「H」信号であ
り、ORゲート81の出力は図2(3)に示すように
「H」信号に維持され、時刻t2 において初めて「L」
信号に切り換わる。従って、この時刻t1 からt2 の間
はORゲート81の出力端子は「H」信号で、トランジ
スタ6はオンに維持され、コイル1に流れる電流値の大
きい投入コイル電流I11はトランジスタ6を流れ、この
抵抗分で次第に減衰してスイッチ9を閉じてから遅延時
間T後の時刻t2 までに、この投入コイル電流I11の電
流値がサージアブソーバ4の許容電流値i0 以下に低下
する。時刻t2 にトランジスタ6がオフすると、図2
(8)に示すようにサージアブソーバ4に電流iとして
流れ、この電流iは急速に減衰し時刻t6 に電磁開閉器
は遮断される。このようにして、サージアブソーバ4に
許容値以上の電流が流れることが防止され、サージアブ
ソーバ4の過熱あるいは焼損事故を防ぐことができる。
【0014】図3は図9と同様に時刻t0 にスイッチ9
が閉じられて、発振回路3からトランジスタ2のベース
に幅の広い投入パルスVp1と、引続き時刻t1 から幅の
狭い保持パルスVp2が印加され、保持パルスVp2が出力
されている時刻t4 にスイッチ9が開かれた場合を示し
たものである。この場合、図3(5)に示すANDゲー
ト86の出力端子は、スイッチ9が閉じられてから遅延
時間T後の時刻t2 に図2(5)と同様に「L」信号に
切り換わり、ORゲート81の他方の入力端子は「L」
信号になるが、この一方の入力端子はスイッチ9が閉じ
られているので「H」信号であり、その出力端子は図3
(3)に示すように「H」信号に維持され、時刻t4
スイッチ9が開かれた時点で初めて「L」信号に切り換
わる。従って、スイッチ9が開かれると直ちにトランジ
スタ6はオフし、図3(8)に示すようにサージアブソ
ーバ4の許容値以下の保持コイル電流I12がサージアブ
ソーバ4に電流iとして流れる。この電流iは急速に減
衰して時刻t6 に電磁開閉器は遮断されるので、動作遅
れを生じることはない。
【0015】
【発明の効果】本発明の電磁石装置の駆動回路では、投
入パルスが出力され電磁開閉器が投入された直後にスイ
ッチを開いて遮断する頻度の低い動作条件では、サージ
アブソーバに並列に接続されたトランジスタのオフ動作
に遅延時間を持たせて、この電流値の大きい投入コイル
電流の通電によるサージアブソーバの過熱あるいは焼損
事故を防ぎ、投入パルスが出力された後に保持パルスが
出力されて、電磁開閉器が投入から保持に切り換えられ
た状態でスイッチを開いて電磁開閉器を遮断する頻度の
高い動作条件では、このトランジスタを直ちにオフして
遮断動作の遅れを防止したので、信頼性および性能が著
るしく高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁石装置の駆動回路の一実施例を示
す回路図
【図2】図1に示す本発明の電磁石装置の駆動回路の一
動作条件におけるタイムチャート
【図3】図1に示す本発明の電磁石装置の駆動回路の異
なる動作条件におけるタイムチャート
【図4】従来の電磁石装置の駆動回路の一例を示す回路
【図5】図4に示す従来の電磁石装置の駆動回路の一動
作条件におけるタイムチャート
【図6】図4に示す従来の電磁石装置の駆動回路の異な
る動作条件におけるタイムチャート
【図7】従来の電磁石装置の駆動回路の異なる例を示す
回路図
【図8】図7に示す従来の電磁石装置の駆動回路の一動
作条件におけるタイムチャート
【図9】図7に示す従来の電磁石装置の駆動回路の異な
る動作条件におけるタイムチャート
【符号の説明】
1 コイル 3 発振回路 4 サージアブソーバ 5 ダイオード 6 トランジスタ(スイッチング素子) 7C 制御回路 75 制御用トランジスタ 76 フォトカプラ 78 制御用直流電源 79 抵抗 80 抵抗 81 OR回路 87 ワンショットパルス回路 88 ベース電流回路 10 直流電源

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁石装置のコイルと並列に接続されたサ
    ージアブソーバとダイオードとの直列回路と、前記サー
    ジアブソーバに並列に接続されたスイッチング素子と、
    前記コイルに給電する直流電源および前記コイルに通電
    する電流を制御する発振回路とを備えた電磁石装置の駆
    動回路において、前記直流電源を印加後投入パルス幅よ
    り長い所定の遅延時間の間前記スイッチング素子を導通
    可能状態に維持する制御回路を設けたことを特徴とする
    電磁石装置の駆動回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、スイッチン
    グ素子は逆極性に接続されたトランジスタからなり、制
    御回路は直流電源の投入信号で所定時間パルスを発生す
    るワンショットパルス回路と、このワンショットパルス
    回路の出力信号と、前記直流電源の投入信号とが入力さ
    れるOR回路と、このOR回路の出力信号で前記トラン
    ジスタを制御するベース電流回路とからなることを特徴
    とする電磁石装置の駆動回路。
  3. 【請求項3】請求項2記載のものにおいて、ベース電流
    回路はその負側端子がトランジスタのエミッタに接続さ
    れた制御用直流電源と、そのフォトトランジスタのエミ
    ッタがこの制御用直流電源の負側端子に、そのコレクタ
    が抵抗を介し制御用直流電源の正側端子にそれぞれ接続
    され、OR回路の出力信号で制御されるフォトカプラ
    と、そのエミッタが前記制御用直流電源の負側端子に、
    そのコレクタが抵抗を介し前記制御用直流電源の正側端
    子および前記トランジスタのベースに、そのベースが前
    記フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタにそれ
    ぞれ接続された制御用トランジスタとからなることを特
    徴とする電磁石装置の駆動回路。
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