(57)【要約】【課題】電流を遮断したときの逆起電力による開閉素子の損傷を、簡易な構成で防止することができるリフティングマグネットの制御装置を提供する。【解決手段】  制御装置１を、電磁石１０と、交流電源２０と、交流電源に接続された整流器３０と、整流器で整流された電流を電磁石に、第一の方向に流して電磁石を励磁する第一回路と、第一の方向とは反対の方向に流す第二回路と、第一回路を開閉する一対の第一開閉素子４１，４２と、第二回路を開閉する一対の第二開閉素子４３，４４と、交流電源と整流器との間で電流路を開閉する交流開閉素子４５と、第一回路から第二回路への電流路の切り替えに先立ち、予め定めた第一時間だけ交流開閉素子をＯＦＦとすることにより電磁石と整流器との間を閉回路とし、第一時間の経過後に、第一開閉素子をＯＦＦとすると共に、交流開閉素子及び第二開閉素子をＯＮとする制御回路と、を具備する構成とする。【選択図】図１
2015117126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石と、
該電磁石の駆動電源である交流電源と、
該交流電源に接続された整流器と、
該整流器で直流に整流された電流を前記電磁石のコイルに、第一の方向に流して前記電磁石を励磁する第一回路、及び第一の方向とは反対の方向に流す第二回路と、
前記第一回路及び前記第二回路をそれぞれ開閉する第一開閉素子及び第二開閉素子と、
前記交流電源と前記整流器との間で電流路を開閉する交流開閉素子と、
前記第一回路から前記第二回路への電流路の切り替えに先立ち、予め定めた第一時間だけ前記交流開閉素子をＯＦＦとすることにより前記電磁石と前記整流器との間を閉回路とし、前記第一時間の経過後に、前記第一開閉素子をＯＦＦとすると共に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＮとする制御回路と、
を具備することを特徴とするリフティングマグネットの制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記交流開閉素子がＯＦＦとなった時点から前記第一時間の経過後に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＮとすると共に、前記第一開閉素子をＯＦＦとする第一タイマ、及び、
前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子がＯＮとなった時点から予め定めた第二時間の経過後に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＦＦとする第二タイマを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のリフティングマグネットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石を用いたリフティングマグネットの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料や金属系の廃材の運搬等に、電磁式のリフティングマグネットが使用されている。これは、鉄芯及びコイルで構成された電磁石を備えており、コイルに直流電流を流すことにより励磁した電磁石に運搬物が吸着され持ち上げられるものである。また、電流を一旦遮断し、その後、逆向きの電流をコイルに流すことによって、電磁石及び磁化した運搬物を消磁し、釈放することができる。
【０００３】
このような電磁式のリフティングマグネットは、磁力による吸着によって持ち上げるため、運搬物に損傷を与えることが少ない。また、通電時以外は磁束が発生しないため、永久磁石を使用したリフティングマグネットとは異なり、磁石に近づけてはならない機械等に近接した場合の危険性が少ないという利点がある。
【０００４】
また、運搬物の吸着・釈放が、電磁石への通電と遮断、及び電流の向きの切り替えで可能であるため、リフティングマグネットの動作の制御が容易である。この制御は、例えば、回路に設けられた電磁式継電器等の有接点の開閉素子、或いはトランジスタ等の無接点の開閉素子の開閉により行うことができる。
【０００５】
ところが、通電状態から電流を遮断する際、コイルに自己誘導作用による非常に大きな逆起電力が発生する。これによって、有接点の開閉素子においては、スパークによって接点が損傷を受け寿命が著しく短くなったり、また、無接点の開閉素子においては、高価な半導体素子が破損したりしてしまうことがあった。
【０００６】
そこで従前より、コイルへの電流路を開閉する開閉素子に対して、並列に、ダイオードとツェナーダイオード、コンデンサと電気抵抗、或いはバリスタ等を接続した保護回路により、開閉素子の保護が図られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術は、電源の電圧を可変とし、電流を遮断した後に逆方向の電流によって電磁石を消磁するときに電源からの出力電圧を高めることにより、消磁を開始するまでの時間を短縮することを意図したものであるが、電流を遮断したときの自己誘導による電流を、バリスタに流して開閉素子を保護する回路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５３９８３号公報
【０００８】
しかしながら、リフティングマグネットの電磁石はコイルが大きく、電流も大きいため、発生する逆起電力が非常に大きい。そのため、バリスタも大型のものが必要であり、高価となると共に入手が難しいことがあった。また、他の種類の素子を使用した保護回路に関しても、リフティングマグネットごとに、負荷の大きさや使用条件等を考慮して、適した保護回路を設計することは難しく、その試行錯誤も煩雑であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、電流を遮断したときの逆起電力による開閉素子の損傷を、簡易な構成で防止することができるリフティングマグネットの制御装置の提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明にかかるリフティングマグネットの制御装置（以下、単に「制御装置」と称することがある）は、「電磁石と、該電磁石の駆動電源である交流電源と、該交流電源に接続された整流器と、該整流器で直流に整流された電流を前記電磁石のコイルに、第一の方向に流して前記電磁石を励磁する第一回路、及び第一の方向とは反対の方向に流す第二回路と、前記第一回路及び前記第二回路をそれぞれ開閉する第一開閉素子及び第二開閉素子と、前記交流電源と前記整流器との間で電流路を開閉する交流開閉素子と、前記第一回路から前記第二回路への電流路の切り替えに先立ち、予め定めた第一時間だけ前記交流開閉素子をＯＦＦとすることにより前記電磁石と前記整流器との間を閉回路とし、前記第一時間の経過後に、前記第一開閉素子をＯＦＦとすると共に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＮとする制御回路と、を具備する」ものである。
【００１１】
「整流器」には、全波整流回路、半波整流回路、ブリッジ整流回路等を使用することができ、整流素子としては、ダイオードやサイリスタを使用することができる。
【００１２】
「交流開閉素子」、「第一開閉素子」、及び「第二開閉素子」は、電磁式継電器等の有接点の開閉素子、或いは、トランジスタやダイオード等の無接点の開閉素子のいずれも使用することができる。
【００１３】
本発明の制御装置は、以下のようにリフティングマグネットを制御する。まず、運搬物を運搬するときは、交流開閉素子をＯＮ、第一開閉素子をＯＮ、第二開閉素子をＯＦＦとして第一回路に電流を流すことにより、電磁石を励磁し運搬物を吸着させる。運搬物を釈放するときは、第一開閉素子をＯＦＦとしていた従来とは異なり、交流開閉素子をＯＦＦとし、この状態を予め定めた第一時間だけ保持する。このとき、第一開閉素子はＯＮ、第二開閉素子はＯＦＦのままであり、電磁石と整流器の間が閉回路となるため、それまでと同じ方向で、閉回路を電流が流れ続ける。交流電源からの電流の供給が遮断された状態で、閉回路を電流が流れ続ける間に、電磁石等の抵抗により消費されて電流が徐々に減衰し、電磁石の磁束も徐々に減少する。制御回路は、第一時間が経過し、電磁石がほぼ消磁した時点で、第一開閉素子をＯＦＦとすると共に第二開閉素子をＯＮとし、再び交流開閉素子をＯＮとする。これにより、第一の方向とは反対の方向に電流を流す第二回路に電流路が切り替えられ、運搬物に残留している磁力が打ち消され釈放される。
【００１４】
以上のように本構成の制御装置では、交流開閉素子を備えていることにより、第一回路から第二回路への電流路の切り替えに先立ち、交流開閉素子をＯＦＦとして閉回路を作ることができる。電源からの電流の供給が遮断された状態で、閉回路に電流が流れ続けることにより、電磁石の磁力が徐々に消費されるため、電磁石がほぼ消磁した状態で閉回路から第二回路に切り替えれば、逆起電力は殆ど発生しない。これにより、第一回路を開くための第一開閉素子の損傷を、防止することができる。従って、開閉素子を保護するための保護回路を別途設ける必要のない簡易な構成で、電流を遮断したときの逆起電力に起因する開閉素子の損傷を、有効に防止することができる。
【００１５】
本発明にかかる制御装置は、上記構成に加え、「前記制御回路は、前記交流開閉素子がＯＦＦとなった時点から前記第一時間の経過後に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＮとすると共に、前記第一開閉素子をＯＦＦとする第一タイマ、及び、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子がＯＮとなった時点から予め定めた第二時間の経過後に、前記交流開閉素子及び前記第二開閉素子をＯＦＦとする第二タイマを備える」ものとすることができる。
【００１６】
本構成では、第一タイマ及び第二タイマのそれぞれが、一つのタイマで複数の開閉素子の開閉を行うため、構成が簡易である。また、第二タイマにより、運搬物を消磁し釈放するための必要最小限の電流を第二回路に流す時間を、第二時間として設定することができる。これにより、運搬物の釈放の際に電磁石が励磁する程度を小さく抑えることが可能であり、第二回路を開く際の逆起電力による第二開閉素子の損傷を抑制することができる。なお、第二回路に電気抵抗を設けることにより、第二回路に流れる電流を小さくすれば、運搬物の消磁のための最小限の電流を流すための第二時間の設定が容易であり、好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の効果として、電流を遮断したときの逆起電力による開閉素子の損傷を、簡易な構成で防止することができるリフティングマグネットの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１の制御装置における交流開閉素子、第一開閉素子、及び第二開閉素子の開閉のタイミングを示す図である。
【図３】図１の制御装置の（ａ）第一回路、（ｂ）閉回路、及び、（ｃ）第二回路における電流の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態である制御装置１について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００２０】
本実施形態の制御装置１は、電磁石１０と、電磁石１０の駆動電源である交流電源２０と、交流電源２０に接続された整流器３０と、整流器３０で直流に整流された電流を電磁石１０のコイルに、第一の方向に流して電磁石１０を励磁する第一回路４０ａと、第一の方向とは反対の方向に流す第二回路４０ｃと、第一回路４０ａを開閉する一対の第一開閉素子４１，４２と、第二回路４０ｃを開閉する一対の第二開閉素子４３，４４と、交流電源２０と整流器３０との間で電流路を開閉する交流開閉素子４５と、第一回路４０ａから第二回路４０ｃへの電流路の切り替えに先立ち、予め定めた第一時間Ｔ１だけ交流開閉素子４５をＯＦＦとすることにより電磁石１０と整流器３０との間を閉回路４０ｂとし、第一時間Ｔ１の経過後に、第一開閉素子４１，４２をＯＦＦとすると共に、交流開閉素子４５及び第二開閉素子４３，４４をＯＮとする制御回路（図示しない）と、を具備している。
【００２１】
より詳細に説明すると、交流電源２０は車両駆動用の動力から発電する三相交流電源であり、整流器３０は三相全波整流回路である。
【００２２】
一対の第一開閉素子４１，４２は第一回路４０ａにおいて電磁石１０の両側に配されており、一対の第二開閉素子４３，４４は第二回路４０ｃにおいて電磁石１０の両側に配されている。整流器３０の正極側に第一開閉素子４１及び第二開閉素子４３の各正極端子が接続され、整流器３０の負極側に第一開閉素子４２及び第二開閉素子４４の各負極端子が接続されている。なお、本実施形態では、第一開閉素子４１，４２、第二開閉素子４３，４４、交流開閉素子４５として、それぞれ電磁式継電器を使用している。
【００２３】
また、制御装置１は、第二回路４０ｃに電気抵抗器４６，４７を備えており、電気抵抗器４６が第二開閉素子４３と、電気抵抗器４７が第二開閉素子４４と直列に接続されている。
【００２４】
制御装置１の制御回路は、作業者のレバー操作に基づきＯＮ・ＯＦＦする操作スイッチを備えている。操作スイッチがＯＮになっている間、交流開閉素子４５はＯＮとなり、操作スイッチがＯＦＦになると交流開閉素子４５がＯＦＦとなる。
【００２５】
また、制御回路は、交流開閉素子４５がＯＦＦとなった時点から第一時間Ｔ１の経過後に、交流開閉素子４５及び第二開閉素子４３，４４をＯＮとすると共に、第一開閉素子４１，４２をＯＦＦとする第一タイマ、及び、交流開閉素子４５及び第二開閉素子４３，４４がＯＮとなった時点から予め定めた第二時間Ｔ２の経過後に、交流開閉素子４５及び第二開閉素子４３，４４をＯＦＦとする第二タイマを備えている。
【００２６】
次に、本実施形態の制御装置１によるリフティングマグネットの制御について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２７】
運搬物を運搬するときは、まず、作業者のレバー操作により操作スイッチをＯＮとすると、交流開閉素子４５がＯＮ、第一開閉素子４１，４２がＯＮ、第二開閉素子４３，４４がＯＦＦとなる（図２における時点Ａ参照）。その結果、図３（ａ）に示すように、第一回路４０ａに電流が流れ、電磁石１０が励磁されて運搬物が吸着される。
【００２８】
運搬物を釈放するときは、第一開閉素子をＯＦＦとしていた従来とは異なり、操作スイッチをＯＦＦとすることにより、交流開閉素子４５をＯＦＦとする（図２における時点Ｂ参照）。この結果、交流電源２０からの電流の供給が遮断され、図３（ｂ）に示すように、電磁石１０と整流器３０の間が閉回路４０ｂとなり、電流は閉回路４０ｂを流れ続ける。また、交流開閉素子４５がＯＦＦとなった時点から、第一タイマは第一時間Ｔ１の計測を開始する。電流が閉回路４０ｂをそれまでと同じ方向に循環して流れ続けることにより、電流は電磁石１０等の抵抗により消費されて徐々に減衰し、電磁石１０の磁束も徐々に減少していく。本実施形態では、電磁石１０がほぼ消磁するまでの時間として、第一時間Ｔ１を２．５〜３秒に設定している。
【００２９】
第一時間Ｔ１が経過すると、第一タイマが交流開閉素子４５をＯＮとすると共に、第一開閉素子４１，４２をＯＦＦ、第二開閉素子４３，４４をＯＮとする（図２における時点Ｃ参照）。同時に、第二タイマが第二時間Ｔ２の計測を開始する。電流の流れは第二回路４０ｃに切り替わり、図３（ｃ）のように、電磁石１０にはそれまでと反対の方向に電流が流れる。また、第二回路４０ｃには電気抵抗器４６，４７が配されていることにより、電磁石１０に流れる電流は第一回路４０ａのときより小さい。このように反対方向に小さな電流を流すことにより、電磁石１０に反対方向の磁束が僅かに発生し、電磁石１０に吸着されている運搬物に残留している磁力が打ち消される。本実施形態では、残留磁力を打ち消すための必要最小限の電流を流す時間として、第二時間Ｔ２を０．２秒に設定している。第二時間Ｔ２が経過すると、第二タイマが交流開閉素子４５、第二開閉素子４３，４４をＯＦＦとする（図２における時点Ｄ参照）。なお、運搬物の重量等の条件に応じて、第一時間Ｔ１及び第二時間Ｔ２を変更する必要が生じた場合は、第一タイマ及び第二タイマでこれを変更することができる。
【００３０】
以上のように、本構成の制御装置１は交流開閉素子４５をＯＦＦとすることにより、第一回路４０ａから第二回路４０ｃへの電流路の切り替えに先立ち、閉回路４０ｂを作ることができる。交流電源２０からの電流の供給が遮断された状態で、閉回路４０ｂに電流が流れ続けることにより、電磁石１０の磁力が消費される。本実施形態では、電磁石１０がほぼ消磁した状態となる第一時間Ｔ１の経過後に閉回路４０ｂから第二回路４０ｃに切り替えているため、逆起電力は殆ど発生しない。従って、開閉素子を保護するための保護回路を別途設ける必要のない簡易な構成で、電流を遮断したときの逆起電力に起因する開閉素子の損傷を、有効に防止することができる。
【００３１】
更に、本構成の制御装置１は、第一タイマ及び第二タイマのそれぞれが、一つのタイマで複数の開閉素子の開閉を行うため、構成が簡易である。また、第二タイマにより、運搬物を消磁し釈放するための必要最小限の電流を第二回路４０ｃに流す時間を、第二時間Ｔ２として設定している。これにより、運搬物の釈放の際に電磁石１０が励磁する程度を小さく抑えることができるため、第二回路４０ｃを開く際の逆起電力による第二開閉素子４３，４４の損傷が抑制されている。なお、第二回路４０ｃに電気抵抗器４６，４７を設けることにより、第二回路４０ｃに流れる電流を低下させているため、運搬物の消磁のための最小限の電流を流すための第二時間Ｔ２の設定が容易である。
【００３２】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００３３】
例えば、本実施形態では、車両駆動の動力から発電した交流電源を用いる場合を例示したが、これに限定されず、商用の交流電源も使用可能である。従って、屋内設置のリフティングマグネットに対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  制御装置
１０  電磁石
２０  交流電源
３０  整流器
４０ａ  第一回路
４０ｂ  閉回路
４０ｃ  第二回路
４１，４２  第一開閉素子
４３，４４  第二開閉素子
４５  交流開閉素子
【図１】
2015117126.tif 000003
【図２】
2015117126.tif 000004
【図３】
2015117126.tif 000005