(57)【要約】  【課題】負荷電流による電圧降下に起因して電磁石コイルへの投入パルスが連続するのを防止し、過電流によるコイルの焼損を防ぐ。  【解決手段】電磁石励磁用のコイル６に印加される電圧を検出する電圧検出回路１０と、電圧検出回路１０の出力信号により、電磁石を投入するための投入パルスを出力してコイル６への通流を一定時間維持する投入パルスタイマ回路８、及び、電磁石の投入状態を保持するための保持パルスを出力する保持パルス発振回路９とを備えた電磁石駆動装置に関する。前記投入パルスが一度出力された後に、この投入パルスが消滅した後も所定時間にわたり電圧検出回路１０の出力信号を維持し、前記所定時間内に投入パルスが再度出力されるのを防止するタイマ回路１１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石励磁用のコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段からの出力信号により、電磁石を投入するための投入パルスを出力して前記コイルへの通流を一定時間維持する投入パルス出力手段、及び、電磁石の投入状態を保持するための保持パルスを出力する保持パルス出力手段と、
を備えた電磁石駆動装置において、
前記投入パルスが一度出力された後に、この投入パルスが消滅した後も所定時間にわたり前記電圧検出回路の出力信号を維持し、前記所定時間内に投入パルスが再度出力されるのを防止するタイマ手段を備えたことを特徴とする電磁石駆動装置。
【請求項２】
電磁石励磁用のコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段からの出力信号により、電磁石を投入するための投入パルスを出力して前記コイルへの通流を一定時間維持する投入パルス出力手段、及び、電磁石の投入状態を保持するための保持パルスを出力する保持パルス出力手段と、
を備えた電磁石駆動装置において、
前記投入パルスが一度出力されると同時に動作を開始するタイマ手段と、
このタイマ手段の動作中に前記投入パルスの出力回数をカウントするカウント手段と、
このカウント手段によるカウント値が所定値に達した場合に前記電圧検出手段の出力信号を停止させる電圧検出出力停止手段と、
を備えたことを特徴とする電磁石駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した電磁石駆動装置において、
前記カウント手段の出力信号を用いて外部に異常を通報することを特徴とする電磁石駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電磁接触器や電磁開閉器において可動接点を駆動するために用いられる電磁石の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、後述する特許文献１に記載された交直電源両用の電磁石装置が知られている。
図６は、この従来技術を簡略化して示した構成図であり、電源としては便宜的に直流電源を図示してある。
【０００３】
図６において、１は電磁石駆動装置であり、電源２及び投入指令用接点３の直列回路の両端が入力端子１０１，１０２に接続されている。これらの入力端子１０１，１０２には整流回路４の入力側（交流側）が接続されており、その出力側（直流側）には電磁石励磁用のコイル６とｎｐｎ形トランジスタ７との直列回路が接続され、また、この直列回路と並列に、コイル６への印加電圧を検出する電圧検出回路１０が接続されている。なお、コイル６にはダイオード５が並列に接続される。
前記電圧検出回路１０の出力側には、投入パルス出力手段としての投入パルスタイマ回路８、及び、保持パルス出力手段としての保持パルス発振回路９が並列に接続され、それぞれの出力側は前記トランジスタ７のベースに接続されている。
【０００４】
次に、図７のタイムチャートを参照しつつ各部の動作を説明する。
いま、時刻ｔ０で投入指令用接点３が閉じると、電磁石駆動装置１の入力端子１０１，１０２に電圧が印加される。整流回路４の出力電圧（電源電圧Ｓ１とする）が所定値（電圧検出ＯＮレベル）以上になった時点ｔ１で電圧検出回路１０が動作し、その出力信号Ｓ２が「Ｌｏｗ」レベルから「Ｈｉｇｈ」レベルに変化する。このパルスの立ち上がりで投入パルスタイマ回路８が動作し、パルス幅がＴpのワンショットパルス（以下、投入パルスという）を出力する。また、同時に保持パルス発振回路９が動作し、発振パルス（以下、保持パルスという）を出力する。
【０００５】
トランジスタ７は、前記投入パルス及び保持パルスのＯＲ出力により動作し、コイル６に電流を通流する。前記投入パルスが出力されている間はトランジスタ７はオン状態を維持し、コイル６に大きな電流を流して電磁石を投入させる。その後、電磁石の保持だけを目的として電流を流すために、保持パルスによりトランジスタ７を発振させ、コイル６の電流を低く抑えている。
また、図７の時点ｔ２において電源電圧が所定値（電圧検出ＯＦＦレベル）以下になると、電圧検出回路１０の出力が「Ｌｏｗ」レベルになって保持パルス発振回路９の動作も停止し、トランジスタ７もオフしてコイル６への給電を停止し、電磁石も復帰することとなる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３６５１８１号公報（請求項１、［００２８］〜［００３６］、図１〜図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の電磁石駆動装置により電磁接触器の可動接点を開閉制御する場合、可動接点が閉じると大きな負荷電流（特にモータの始動電流等）が流れて電圧降下が発生することがある。
ここで、電磁接触器及び電磁石駆動装置に共通する電源の容量が十分に大きい場合は、前記負荷電流による電圧降下が問題になることはないが、電源容量が小さい場合には前記電圧降下が電磁石駆動装置に与える影響が相対的に大きくなる。
【０００８】
このため、図８のタイムチャートに示すごとく、電磁石駆動装置内の電圧検出回路１０がオフ（コイル６への給電停止）→電磁接触器オフ→電源電圧（Ｓ１）が復帰→再び電圧検出回路１０がオン（コイル６への給電再開）→電磁接触器オン→電源電圧が低下→電圧検出回路１０がオフ→……というように、電圧検出回路１０のオン・オフが短時間の間に繰り返される事態を生じる。
このため、結果的に投入パルスがほぼ連続してしまい、トランジスタ７を介してコイル６に通流するためのパルスが保持パルスへ切り換わらずにコイル６には大きな電流が流れ続けるので、コイル６が焼損するおそれがあった。
【０００９】
そこで本発明の課題は、電源電圧が大幅に低下する際に電磁石励磁用のコイルに過大な電流が継続して流れるのを未然に防止してコイルの焼損を防止し、電磁石の保護を可能にした電磁石駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、電磁石励磁用のコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段からの出力信号により、電磁石を投入するための投入パルスを出力して前記コイルへの通流を一定時間維持する投入パルス出力手段、及び、電磁石の投入状態を保持するための保持パルスを出力する保持パルス出力手段と、を備えた電磁石駆動装置において、
前記投入パルスが一度出力された後に、この投入パルスが消滅した後も所定時間にわたり前記電圧検出回路の出力信号を維持し、前記所定時間内に投入パルスが再度出力されるのを防止するタイマ手段を備えたものである。
これにより、投入パルスが繰り返し発生してコイルに過大な電流が流れるのを未然に防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、電磁石励磁用のコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段からの出力信号により、電磁石を投入するための投入パルスを出力して前記コイルへの通流を一定時間維持する投入パルス出力手段、及び、電磁石の投入状態を保持するための保持パルスを出力する保持パルス出力手段と、を備えた電磁石駆動装置において、
前記投入パルスが一度出力されると同時に動作を開始するタイマ手段と、このタイマ手段の動作中に前記投入パルスの出力回数をカウントするカウント手段と、このカウント手段によるカウント値が所定値に達した場合に前記電圧検出手段の出力信号を停止させる電圧検出出力停止手段と、を備えたものである。
これにより、投入パルス出力手段、保持パルス出力手段等の動作を停止させてコイルへの給電を停止し、電磁石駆動装置としての動作を停止することによってコイルの焼損を防止することができる。
【００１２】
なお、請求項３に記載するように、前記カウント手段の出力信号を用いて外部に異常を通報することも可能である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１または請求項２に記載した発明によれば、負荷の増加に伴う電圧降下に起因して電源電圧が大幅に低下するような場合でも、過電流によるコイルの焼損を防止することができる。
また、請求項２の発明では、請求項１に比べて回路構成が若干複雑になるが、コイルへ通流するための駆動パルス（投入パルス、保持パルス）の出力自体を停止させるのでより確実に電磁石を保護することができると共に、必要に応じて外部へ電源異常の信号を出力することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。図６と同一の構成要素については同一の参照符号を付してあり、以下では異なる部分を中心に説明する。
すなわち、図１において、電圧検出回路１０の出力側にはタイマ回路１１が接続されており、その出力信号Ｓ３は再び電圧検出回路１０に入力されている。
【００１５】
図２は、前記電圧検出回路１０及びタイマ回路１１からなる部分の具体的な構成を示しており、図３は各部のタイムチャートである。
図２において、電圧検出回路１０の入力電圧Ｓ１は抵抗Ｒ１，Ｒ２にて分圧され、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力されていると共に、オペアンプＯＰの反転入力端子には基準電圧Ｖｆが入力されている。また、オペアンプＯＰの非反転入力端子と出力端子との間には抵抗Ｒ３が接続されており、オペアンプＯＰの出力にヒステリシスを持たせている。
【００１６】
オペアンプＯＰの出力端子には、タイマ回路１１の一部を構成するコンデンサＣ１と抵抗Ｒ４との直列回路が接続されており、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ４との接続点はｎｐｎ形トランジスタＴＲ１のベースに接続されている。
そして、トランジスタＴＲ１のコレクタは抵抗Ｒ５を介してｐｎｐ形トランジスタＴＲ２のベースに接続され、トランジスタＴＲ１のエミッタは抵抗Ｒ２，Ｒ４の接続点に接続されている。
また、トランジスタＴＲ２のエミッタは内部制御電源Ｖddに接続されており、トランジスタＴＲ２のコレクタはオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されている。
【００１７】
以下に、本実施形態の動作を図３を参照しつつ説明する。
いま、投入指令用接点３がオンして電源電圧が入力され、抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧値が基準電圧Ｖｆ及び抵抗Ｒ３によって決まる所定の値になると、オペアンプＯＰ（電圧検出回路１０）の出力信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルに変化する。この信号Ｓ２の変化を受けて、図６の従来技術と同様に投入パルスタイマ回路８及び保持パルス発振回路９が動作する。この動作の詳細については重複を避けるために省略する。
【００１８】
また、「Ｈｉｇｈ」レベルに変化したオペアンプＯＰの出力信号Ｓ２はコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ４の直列回路にも印加されるため、これらＣ１，Ｒ４による時定数で決まる時間Ｔ１の間、トランジスタＴＲ１はオン状態となり、同時に、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴＲ２もオン状態となる。
トランジスタＴＲ２のオンにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子の電位は内部制御電源Ｖddの電位と等しくなるため、オペアンプＯＰの出力信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルのままで保持されることになる。
【００１９】
従って、図３に示すように、トランジスタＴＲ２がオンしている時間（タイマ回路１１の出力信号Ｓ３が「Ｈｉｇｈ」レベルの時間）Ｔ１の間に、例えば電磁接触器の負荷電流が増加して電圧降下が大きくなり、電圧検出回路１０の入力電圧Ｓ１が低下したとしても、電圧検出回路の出力信号Ｓ２は「Ｌｏｗ」レベルにならず「Ｈｉｇｈ」レベルを維持することができる。従って、その後の電圧復帰によって電圧検出回路１０の入力電圧Ｓ１が電圧検出ＯＮレベルを超えて出力信号Ｓ２が「Ｈｉｇｈ」レベルに変化する際の、投入パルスの再出力を未然に防止することができる。
そして、図３に示す如く、時間Ｔ１の経過以前にパルス幅がＴpの投入パルス（投入パルスタイマ回路８の出力）が終了し、保持パルスに切り換わってトランジスタ７を発振させ、コイル６の電流を低い値に抑えるものである。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、タイマ回路１１の出力信号Ｓ３を時間Ｔ１にわたって「Ｈｉｇｈ」レベルに維持することにより、図３に示す如く、時間Ｔ１内に電圧降下に起因して電源電圧Ｓ１が電圧検出回路１０のＯＦＦレベル以下に低下したとしても、その後に電源電圧Ｓ１が電圧検出回路１０のＯＮレベル以上に復帰するまでの時間を確保することができ、結果的に電圧検出回路１０の出力信号Ｓ２を「Ｈｉｇｈ」レベルのまま維持することができる。
このため、タイマ回路１１によって決まる時間Ｔ１内で投入パルスが終了すると共に保持パルスに切り換わるので、図８のように投入パルスがほぼ連続的に発生することによってコイルに過大な電流が流れるのを防止することができる。
【００２１】
次に、図４は本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
この実施形態では、図１の構成にカウンタ回路１２が追加されており、タイマ回路１１の出力信号Ｓ３が、電圧検出回路１０の出力信号Ｓ２と共にカウンタ回路１２に入力されている。カウンタ回路１２の出力信号Ｓ４はｎｐｎ形トランジスタＴＲ３のベースに入力されており、そのコレクタ、エミッタは電圧検出回路１０の出力側を短絡可能に接続されている。
なお、前記タイマ回路１１の設定時間は第１実施形態よりも十分に長い時間Ｔ２に設定されている。
【００２２】
本実施形態の動作を、図５のタイミングチャートを参照しつつ説明する。
投入指令用接点３のオンにより電源電圧が入力され、電圧検出回路１０が動作して出力信号Ｓ２が「Ｈｉｇｈ」レベルになり、投入パルス、保持パルスが出力される動作は第１実施形態と同様である。
【００２３】
電圧検出回路１０の出力信号Ｓ２によってタイマ回路１１が動作し、このタイマ回路１１による設定時間Ｔ２の間、その出力信号Ｓ３は「Ｈｉｇｈ」レベルとなる。この信号Ｓ３はカウンタ回路１２に入力されており、カウンタ回路１２では、信号Ｓ３が「Ｈｉｇｈ」レベルである時間はカウント可能な状態になるように構成されている。
【００２４】
カウンタ回路１２には、前述したように電圧検出回路１０の出力信号Ｓ２が入力されており、この信号Ｓ２の立ち上がり毎にアップカウントする。そして、タイマ回路１１による設定時間Ｔ２の間に、カウンタ回路１２のカウント値が所定値（望ましくは、図５に示すように“２”）になると、カウンタ回路１２の出力信号Ｓ４が「Ｈｉｇｈ」レベルに変化する。
これにより、図４におけるトランジスタＴＲ３がオンし、電圧検出回路１０の出力側を短絡する。従って、投入パルス、保持パルスの出力も停止し、更にコイル６への給電も停止される。
【００２５】
すなわち、本実施形態では、電圧降下に起因する電源電圧Ｓ１の低下時に、タイマ回路１１による設定時間Ｔ２内で投入パルスの出力回数をカウントし、そのカウント値が所定値に達した時点でコイル６への給電を強制的に停止させることにより、コイル６の過大電流による焼損を防止するものである。特にこの実施形態では、コイル６へ通流するための駆動パルス（投入パルス、保持パルス）の出力自体を停止させるので、より確実に電磁石を保護することができる。
なお、図示されていないが、カウンタ回路１２の出力信号Ｓ４を外部に出力させて電源の異常信号として用いても良い。
【００２６】
以上のように第１，第２実施形態の何れにおいても、電磁石励磁用のコイル６に過大な電流が流れるのを未然に防止してその焼損を防止することができる。
なお、本発明は、電磁接触器や電磁開閉器に限らず、電磁石を駆動源とする種々の機器、装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１における主要部の具体的回路図である。
【図３】第１実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図５】第２実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図６】従来技術を示す回路構成図である。
【図７】図６の動作を示すタイムチャートである。
【図８】電圧降下時における図６の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１Ａ，１Ｂ：電磁石駆動装置
２：電源
３：投入指令用接点
４：整流回路
５：ダイオード
６：コイル
７：トランジスタ
８：投入パルスタイマ回路
９：保持パルス発振回路
１０：電圧検出回路
１１：タイマ回路
１２：カウンタ回路
１０１，１０２：入力端子
Ｒ１〜Ｒ５：抵抗
ＴＲ１〜ＴＲ３：トランジスタ
Ｃ１：コンデンサ
ＯＰ：オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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