(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を整流した未平滑の整流電圧をスイッチングして出力するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の入力側に接続され、前記未平滑の整流電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段に接続され、前記電圧検出手段から入力された前記未平滑の整流電圧の積算電圧値が予め設定された所定電圧値に達するまでの時間を測定し、測定された時間の長さだけ駆動回路にオン信号を出力して前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御手段とを備えた、
ソレノイド用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁式ハンマーに用いられるソレノイドのように、瞬間的な電力供給により作動するソレノイドの電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
瞬間的に電力を供給することで作動するソレノイドは、従来より、ホッパーやタンク等における粉粒体の付着や閉塞を防止するための電磁式ハンマーなどに応用されている。例えば、特開平７−１６４３５０号公報において、ケーシング、ケーシングに取り付けられた励磁コイル、励磁コイル内をコイル軸線に沿って移動可能な可動鉄心とを備え、この励磁コイルにパルス電流を印加して可動鉄心を加速してケーシングの打撃部に衝突させ、被打撃物に衝撃力を繰り返し加える電磁式ハンマーが提案されている。
この電磁式ハンマーの励磁コイルを駆動する装置として、交流電圧を整流する整流器と、この整流器で整流された整流電圧が入力され、スイッチング回路として作用し励磁コイルに電圧パルスを供給するトランジスタ部と、この電圧パルスの幅及び間隔をトランジスタのオン・オフにより制御する制御部を備えた電源装置が記載されている。
【特許文献１】特開平７−１６４３５０号公報
【０００３】
しかしながら、この文献においては、トランジスタ部から励磁コイルに出力される電圧パルスがどのように生成されるか具体的な記載がない。一般に、励磁コイル内の可動鉄心を電磁力によって加速するためには比較的大きく瞬間的な電磁エネルギーが必要であるところ、比較的大きく瞬間的な電磁エネルギーを励磁コイルに発生させるための手段として以下のような技術がある。
【０００４】
特開平７−９３０４０号公報には、充電用コンデンサを用いて充電した電荷を瞬間的に励磁コイルに流すことにより行うことが記載されている。
【特許文献２】特開平７−９３０４０号公報
【０００５】
また、実開平５−１３４８７号公報には、可変直流電源とサイリスタとコンデンサとからなるパルス電流供給回路を励磁コイルに接続し、コンデンサの放電により電流値の高いパルス電流が供給できる旨が記載されている。
【特許文献３】実開平５−１３４８７号公報
【０００６】
以上よりすれば、励磁コイル内の可動鉄心を加速するための電磁エネルギーは、コンデンサを用いて充電された電荷を瞬間的に放電して励磁コイルに印加することによって得るのが一般的である。
すなわち、電磁式ハンマーに使用されるソレノイドのように、瞬間的な電力供給によって作動するソレノイドの電源として商用電源を用いる場合には、交流電圧を整流する整流器と、この整流器で整流された整流電圧を受けて充電し直流電圧を得るコンデンサと、このコンデンサに充電された直流電圧の励磁コイルへの印加制御を行う制御回路を備えた電源装置が必要となる。
【０００７】
他方、昨今、電源装置の小型化が求められているところ、電源装置にコンデンサが用いられていることにより、電源装置の小型化ができないという問題がある。特に、励磁コイルへの供給電力を得るためのコンデンサとしては、一般に大容量の電解コンデンサが用いられるため、電源装置は大型のものとならざるを得なかった。加えて、電解コンデンサは発熱しやすく、寿命が短いという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、コンデンサを用いることなく励磁コイル内の可動鉄心を加速させるのに必要な電力を励磁コイルに供給できるソレノイド用電源装置を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のソレノイド用電源装置は、交流入力電圧を整流した未平滑の整流電圧をスイッチングして出力するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の入力側に接続され、前記未平滑の整流電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段に接続され、前記電圧検出手段から入力された整流電圧の積算電圧値が予め設定された基準電圧値に達するまでの時間を測定し、測定された時間の長さだけ駆動回路にオン信号を出力して前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御手段とを備えたものとして構成する。
【００１０】
前記スイッチング素子に入力される整流電圧は、整流器などによって交流電圧が整流された未平滑の全波整流電圧又は半波整流電圧であり、前記電圧検出手段は、前記未平滑の整流電圧を検出可能な公知の電圧検出手段を用いることができる。
前記制御手段は、Ａ／Ｄコンバータや比較演算回路などを用いて、前記電圧検出回路から入力される整流電圧を積算して予め設定された基準電圧値と比較し、前記整流電圧の積算電圧値が前記基準電圧値に達するまでの時間を測定し、測定された時間の長さだけ駆動回路にオン信号を出力してスイッチング素子のオン・オフを制御することが考えられる。また、前記制御手段は上記機能がプログラミングされたマイクロコンピュータを用いることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、交流入力電圧を整流した未平滑の整流電圧をスイッチングして出力するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の入力側に接続され、前記未平滑の整流電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段に接続され、前記電圧検出手段から入力された整流電圧の積算電圧値が予め設定された基準電圧値に達するまでの時間を測定し、測定された時間の長さだけ駆動回路にオン信号を出力して前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御手段とを備えているので、コンデンサを用いることなくソレノイドの作動に必要な電圧をソレノイドに印加することができる。
すなわち、使用するソレノイドの作動に必要な電圧を基準電圧値として予め制御手段に設定しておくことで、スイッチング素子の入力側に接続された電圧検出手段で検出された未平滑の整流電圧がソレノイドの作動に必要な基準電圧値に達するまでの時間を測定することができる。そして、この測定された時間を通電時間としてスイッチング素子の駆動回路にオン信号を出力することで、ソレノイドの作動に必要な電圧をソレノイドに印加することができる。これにより、コンデンサを用いることなく励磁コイル内の可動鉄心を加速させるのに必要な電力を励磁コイルに供給できるソレノイド用電源装置とすることができる。
ここで、ソレノイドに印加される整流電圧は未平滑で脈流を含むものであるが、ソレノイドへの電圧印加が瞬間的な印加で足り、定常的な電圧印加までは要求されない電磁式ハンマー等の用途においては、この脈流はほとんど影響しない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施例の概要を示す図
【図２】同じくソレノイドの作動に必要な基準電圧と整流電圧の関係を示す図
【図３】同じく図１中の（ａ）〜（ｇ）の各部位における電圧波形と制御タイミングを示す図
【図４】従来のソレノイド用電源装置の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、この発明の概要を示す構成図である。
スイッチング素子１の入力側と全波整流器２との間には電圧検出手段３が接続され、この電圧検出手段３の出力側には制御手段４が接続されている。制御手段４はスイッチング素子１を駆動させるための駆動回路５に接続され、駆動回路５はスイッチング素子１に接続されている。そして、スイッチング素子１の出力側に、負荷であるソレノイドが接続されるようになっている。
制御手段４は、電圧検出手段３から入力された整流電圧を積算して整流電圧積算値Ｖｉを随時出力する電圧積算部４１と、電圧積算部４１に入力される整流電圧の積算の開始タイミングを指示するタイミング信号発生部４２と、使用するソレノイドの作動に必要な電圧が基準電圧値Ｖｒとして予め設定され、電圧積算部４１から入力される整流電圧積算値Ｖｉと比較して整流電圧積算値Ｖｉが基準電圧値Ｖｒに達したときに信号を出力する比較演算部４３と、整流電圧積算値Ｖｉが基準電圧値Ｖｒに達するまでの時間Ｔを測定して出力する時間測定部４４と、時間測定部４４から出力された時間Ｔに基づいて駆動回路５にオン信号を出力する制御信号出力部４５とを備えている。基準電圧値Ｖｒはソレノイドの性能に応じて適宜設定されるものである。
この制御手段４には、Ａ／Ｄコンバータや比較演算回路、マイクロコンピュータなどを用いることができる。
【００１４】
全波整流器２は交流電圧を整流して未平滑の全波整流電圧Ｖを出力し、この全波整流電圧Ｖが未平滑のままスイッチング素子１に入力される。
スイッチング素子１の入力側に接続された電圧検出手段３は、全波整流器２から出力された未平滑の全波整流電圧Ｖを検出して制御手段４に出力する。
制御手段４に入力された未平滑の全波整流電圧Ｖは、タイミング信号発生部４２からタイミング信号Ｓｔが入力されると電圧積算部４１において積算が開始され、整流電圧積算値Ｖｉとして比較演算部４３に出力される。
比較演算部４３に入力された整流電圧積算値Ｖｉは、比較演算部４３に予め設定されている基準電圧値Ｖｒと比較され、整流電圧積算値Ｖｉが基準電圧値Ｖｒに達したとき、整流電圧積算値Ｖｉがリセットされると同時に到達信号Ｓｒが比較演算部４３から時間測定部４４に出力される。
時間測定部４４は、整流電圧積算値Ｖｉの比較演算部４３への入力が開始される同時にオン状態となって時間測定を開始し、比較演算部４３から到達信号Ｓｒが入力されると時間測定を終了して測定された時間Ｔを制御信号出力部４５に出力する。
制御信号出力部４５は、時間測定部４４から入力された時間Ｔに基づいてオン信号Ｓｏを駆動回路５に出力する。
駆動回路５は、このオン信号Ｓｏに基づき、時間Ｔの間スイッチング素子１に駆動信号Ｓｄを出力する。
駆動信号Ｓｄを受けたスイッチング素子１はオン状態となり、全波整流器２から出力された全波整流電圧Ｖが時間Ｔの間、未平滑のままソレノイドに印加される。
【００１５】
図２は、使用するソレノイドの作動に必要な基準電圧値Ｖｒと、全波整流電圧Ｖの積算値が基準電圧値Ｖｒに達するのに必要な時間Ｔとの関係を示す図である。
従来の電源装置にあっては、ソレノイドを作動させるために、図２（ア）に示すようなパルス電圧を励磁コイルの両端に印加していた。このパルス電圧は、図４に示す電源装置において、整流器とスイッチング素子の入力側の間に接続されたコンデンサの充放電を利用することにより生成されるものである。ソレノイドに印加される電力は電圧と時間の積として捉えることができ、図２（ア）の例においては、ＤＣ１４０Ｖを約３４ｍｓの間ソレノイドに印加することによりソレノイドが作動するようになっていることから、ソレノイドに印加される積算電圧（ソレノイドの作動に必要な基準電圧値Ｖｒ）がＤＣ４７６０Ｖ・ｍｓであることが分かる。このことは、逆に言えば、積算電圧がＤＣ４７６０Ｖ・ｍｓとなるような電圧を瞬間的にソレノイドに印加することができれば、ソレノイドは作動するものと考えられる。
【００１６】
本願発明は、かかる点に着目してなされたものであり、スイッチング素子１に入力される整流電圧Ｖを検出し、その積算電圧値ＶｉがＤＣ４７６０Ｖ・ｍｓに達するまでの時間Ｔを測定して、測定された時間Ｔを通電時間としてスイッチング素子１のオン・オフ制御を行うことで、コンデンサを省略することを可能としたのである。
図２（イ）は、本願発明におけるスイッチング素子１への入力電圧波形と、この入力電圧の積算電圧がソレノイドの作動に必要な基準電圧値Ｖｒに達するまでの時間を示している。本願発明はコンデンサを用いていないので、スイッチング素子１に印加される電圧は脈流であり、基準電圧値Ｖｒに達する迄の時間が約５３ｍｓとなっている。図２（ア）に示す従来のコンデンサを用いた場合の時間３４ｍｓと比較すると通電時間が長くなっているが、この時間の差異は約１９ｍｓと僅かなものであって、本願発明においてもソレノイドへの電圧印加が瞬間的であることに変わりはない。また、ソレノイドに印加される整流電圧は未平滑で脈流を含むものであるが、ソレノイドへの電圧印加が瞬間的な印加で足り、定常的な電圧印加までは要求されない電磁式ハンマー等の用途においては、この脈流はほとんど影響しない。
【００１７】
図３は、図１中に示した（ａ）〜（ｇ）の各部位における電圧波形と制御タイミングを示す図である。
制御手段４において、タイミング信号発生部４２からのタイミング信号Ｓｔに基づいて整流電圧の積算を開始した電圧積算部４１から比較演算部４３に整流電圧積算値Ｖｉの入力が開始されると、時間測定部４４のスイッチがオンになり時間測定を開始する。比較演算部４３にはソレノイドの作動に必要な基準電圧値Ｖｒが予め設定されており、電圧積算部４１から入力される整流電圧積算値Ｖｉと比較され、整流電圧積算値Ｖｉが基準電圧値Ｖｒに達すると、時間測定部４３に対して到達信号Ｓｒを出力して時間測定を終了させるとともに、整流電圧積算値Ｖｉが基準電圧値Ｖｒに達するまでの時間Ｔを制御信号出力部４５に出力する。制御信号出力部４５は、時間測定部４４がオフになると同時にオンとなり、時間測定部４４から入力された時間Ｔの間オン信号Ｓｏを駆動回路５に出力する。
駆動回路５は、制御手段４の制御信号出力部４５からのオン信号Ｓｏを受けて、スイッチング素子１の制御を行い、時間Ｔの間、スイッチング素子１は整流電圧Ｖを出力し、時間Ｔが経過するとスイッチング素子はオフ状態となる。
スイッチング素子がオフ状態となって所定時間が経過すると、タイミング信号発生部４２から次のタイミング信号Ｓｔが電圧積算部４１に出力される。なお、スイッチング素子がオフ状態となる所定時間は使用するソレノイドの性能に応じて適宜設定されるものである。
以上がこの発明におけるスイッチング制御の１サイクルであり、このサイクルを繰り返すことによってソレノイドへの電力供給が行われる。
【００１８】
上記の通りの構成としたので、スイッチング素子１に入力される未平滑の整流電圧の積算値がソレノイドの作動に必要となる基準電圧値（印加電圧と印加時間の積）に達するまでの時間を測定し、この測定時間の間だけスイッチング素子１をオンするように制御してソレノイドの作動に必要な電圧をソレノイドに印加することができる。すなわち、ソレノイドの励磁コイル内の可動鉄心を加速するための電磁エネルギーを発生させるために必要な電力をソレノイドに供給する際にコンデンサによる充放電を利用する必要がないので、コンデンサレスのソレノイド用電源装置とすることができ、電源装置の小型が実現できる。
また、コンデンサレスのソレノイド用電源装置としたので、熱の発生や短寿命の問題も解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明は、ソレノイド用電源装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【００２０】
１    スイッチング素子
２    整流器
３    電圧検出手段
４    制御手段
４１  電圧積算部
４２  タイミング信号発生部
４３  比較演算部
４４  時間測定部
４５  制御信号出力部
５    駆動回路
【要約】
【課題】この発明は、コンデンサを用いることなく励磁コイル内の可動鉄心を加速させるのに必要な電力を励磁コイルに供給できるソレノイド用電源装置を得ることを課題とする。
【解決手段】この発明は、交流入力電圧を整流した未平滑の整流電圧Ｖをスイッチングして出力するスイッチング素子１と、前記スイッチング素子１の入力側に接続され、前記未平滑の整流電圧Ｖを検出する電圧検出手段３と、前記電圧検出手段３に接続され、前記電圧検出手段３から入力された整流電圧Ｖの積算電圧値Ｖｉが予め設定された基準電圧値Ｖｒに達するまでの時間Ｔを測定し、測定された時間Ｔの長さだけ駆動回路５にオン信号Ｓｏを出力して前記スイッチング素子１のオン・オフを制御する制御手段４とを備えたものとして構成する。
【選択図】図１【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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