(57)【要約】【課題】装置の小型化が可能なリフティングマグネット駆動回路を提供する。【解決手段】マグネット駆動回路１は、三相交流電源ＡＣＧから供給された三相交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３を直流電源電圧ＶＤＣへ変換する直流変換部３と、正側電源ライン７と、負側電源ライン８と、リフティングマグネット２への励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部４と、エネルギ吸収部５とを備える。エネルギ吸収部５は、励磁電流の向きが切り替わる際に、電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔのうち一の電源端子と正側電源ライン７とが互いに接続されると同時に一の電源端子よりも高電位の電源端子と負側電源ライン８とが互いに接続されるように、三相交流電源ＡＣＧにおける各相の位相変化に応じて、各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと正側電源ライン７との接続状態、及び各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと負側電源ライン８との接続状態をそれぞれ切り替える。【選択図】図１
2007161402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフティングマグネットに励磁電流を供給するためのリフティングマグネット駆動回路であって、
Ｎ相（Ｎは２以上の整数）交流電源から供給されたＮ相交流電源電圧を直流電源電圧へ変換し、該直流電源電圧を正側出力端と負側出力端との間に提供する直流変換部と、
前記直流変換部の前記正側出力端に電気的に接続された正側電源ラインと、
前記直流変換部の前記負側出力端に電気的に接続された負側電源ラインと、
前記正側電源ラインと前記負側電源ラインとの間に電気的に接続され、少なくとも４つのトランジスタ、及び該少なくとも４つのトランジスタそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された少なくとも４つの整流素子を含んで構成され、前記リフティングマグネットへの前記励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部と、
前記Ｎ相交流電源における各相の電源端子、前記正側電源ライン、及び前記負側電源ラインに電気的に接続され、前記励磁電流の向きが切り替わる際に、一の前記電源端子と前記正側電源ラインとが互いに接続されると同時に前記一の電源端子よりも高電位の前記電源端子と前記負側電源ラインとが互いに接続されるように、前記Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて各電源端子と前記正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と前記負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替えるエネルギ吸収部と
を備えることを特徴とする、リフティングマグネット駆動回路。
【請求項２】
前記Ｎ相交流電源における各相が所定の位相となるタイミングを検出する位相検波部を更に備え、
前記エネルギ吸収部が、前記タイミングに応じて各電源端子と前記正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と前記負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替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駆動回路。
【請求項３】
前記エネルギ吸収部が、
前記Ｎ相交流電源の各電源端子と前記正側電源ラインとの間に電気的に接続されたＮ個の正側サイリスタと、
前記Ｎ相交流電源の各電源端子と前記負側電源ラインとの間に電気的に接続されたＮ個の負側サイリスタと
を有し、
前記Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて前記正側サイリスタ及び前記負側サイリスタの点弧角が制御されることにより、各電源端子と前記正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と前記負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替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駆動回路。
【請求項４】
前記Ｎ相交流電源における各相が所定の位相となるタイミングを検出する位相検波部と、
前記タイミングに応じて前記正側サイリスタ及び前記負側サイリスタの前記点弧角を制御するサイリスタ制御部と
を更に備えることを特徴とする、請求項３に記載のリフティングマグネット駆動回路。
【請求項５】
前記サイリスタ制御部が、前記点弧角を制御する際に、前記正側サイリスタ及び前記負側サイリスタのゲート端子へパルス状の電流を複数回供給することを特徴とする、請求項４に記載のリフティングマグネット駆動回路。
【請求項６】
前記正側電源ラインから前記エネルギ吸収部へ流れる電流の大きさ、または前記エネルギ吸収部から前記負側電源ラインへ流れる電流の大きさを測定する電流測定部を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリフティングマグネット駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフティングマグネット駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、荷役作業や建設作業等において鉄片を持ち上げるためのリフティングマグネットが知られている。リフティングマグネットとしては、工場等の設備となっているもののほか、車両に搭載されるものもある。リフティングマグネットを使用する際には、或る向きに電流を流してリフティングマグネットを励磁し、鉄片を吸着させて持ち上げる。そして、鉄片を解放する際には、逆向きに電流を流してリフティングマグネットを消磁する。
【０００３】
図４は、リフティングマグネットを駆動するための従来の回路を示す回路図である。駆動回路１００は、三相交流電源ＡＣＧからの交流電源電圧を直流電源電圧に変換するための複数のダイオード１０１ａからなる直流変換部１０１と、該直流変換部１０１に接続され、リフティングマグネット１０２を流れる励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路１０３とを備える。Ｈブリッジ回路１０３には４つのトランジスタ１０３ａ〜１０３ｄが配置されており、図４において、トランジスタ１０３ａ及び１０３ｄが導通すると、リフティングマグネット１０２に電流ＩＡが流れる。また、トランジスタ１０３ｂ及び１０３ｃが導通すると、リフティングマグネット１０２に電流ＩＡとは逆向きの電流ＩＢが流れる。
【０００４】
リフティングマグネット１０２に流れる電流を停止すると、リフティングマグネットには逆起電力による或る程度大きなエネルギが蓄積される。従って、リフティングマグネット１０２に流れる電流の向きの切り替えを素早く行うためには、この蓄積エネルギを効率よく逃がす必要がある。このため、駆動回路１００においては、Ｈブリッジ回路１０３の各トランジスタ１０３ａ〜１０３ｄのコレクタ−エミッタ間に、ダイオード１０４ａ〜１０４ｄが配置されている。また、Ｈブリッジ回路１０３と並列にコンデンサ１０５が配置されている。これにより、例えばトランジスタ１０３ａ及び１０３ｄが接続状態の後に非接続状態となった場合、蓄積エネルギによる電流は、リフティングマグネット１０２からダイオード１０４ｃを通ってコンデンサ１０５に吸収され、再び励磁に用いられる直流電力となる。
【０００５】
なお、リフティングマグネットを駆動する回路の他の例としては、特許文献１に開示されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４３１３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４に示した駆動回路１００には、次の問題点がある。例えばリフティングマグネット及びその駆動装置が車両に搭載されるような場合、車両の視認性やデザインの自由度を妨げないために、駆動装置をより小型にすることが求められる。他方、リフティングマグネットには数十アンペア（例えば７０［Ａ］）といった大電流を流すので、図４に示した駆動回路１００では、蓄積エネルギを吸収するためのコンデンサ１０５として大容量（例えば０．１８［Ｆ］）のものが必要となり、駆動回路１００を搭載する駆動装置が大型化してしまう。
【０００８】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、装置の小型化が可能なリフティングマグネット駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネット駆動回路は、リフティングマグネットに励磁電流を供給するためのリフティングマグネット駆動回路であって、Ｎ相（Ｎは２以上の整数）交流電源から供給されたＮ相交流電源電圧を直流電源電圧へ変換し、該直流電源電圧を正側出力端と負側出力端との間に提供する直流変換部と、直流変換部の正側出力端に電気的に接続された正側電源ラインと、直流変換部の負側出力端に電気的に接続された負側電源ラインと、正側電源ラインと負側電源ラインとの間に電気的に接続され、少なくとも４つのトランジスタ、及び該少なくとも４つのトランジスタそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された少なくとも４つの整流素子を含んで構成され、リフティングマグネットへの励磁電流の向きを制御するＨブリッジ回路部と、Ｎ相交流電源における各相の電源端子、正側電源ライン、及び負側電源ラインに電気的に接続され、励磁電流の向きが切り替わる際に、一の電源端子と正側電源ラインとが互いに接続されると同時に一の電源端子よりも高電位の電源端子と負側電源ラインとが互いに接続されるように、Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて各電源端子と正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替えるエネルギ吸収部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記したリフティングマグネット駆動回路は、次のように動作する。まず、Ｈブリッジ回路部の少なくとも４つのトランジスタのうち２つのトランジスタが導通することにより、直流変換部からの直流電流（励磁電流）は、正側電源ライン、リフティングマグネット、及び負側電源ラインの順に流れる。そして、トランジスタが不通となって励磁電流が停止され、リフティングマグネットに蓄積エネルギが生じると、該蓄積エネルギによる電流は整流素子及び正側電源ラインを通って、エネルギ吸収部へ流れる。
【００１１】
エネルギ吸収部は、Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて、各電源端子と正側電源ラインとの接続状態、及び各電源端子と負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替える。このとき、エネルギ吸収部は、一の電源端子と正側電源ラインとが互いに接続されると同時に、一の電源端子よりも高電位の電源端子と負側電源ラインとが互いに接続されるように、これらの接続状態を切り替える。一例を挙げると、三相交流電源を使用する場合（すなわちＮ＝３）、エネルギ吸収部は、三相の電源端子のうち低電位となる相の電源端子と正側電源ラインとを接続すると同時に、高電位となる相の電源端子と負側電源ラインとを接続する。三相の各電源端子における電位の上下関係は時間経過とともに（すなわち位相変化に応じて）変化するので、エネルギ吸収部は、三相交流電源における各相の位相変化に応じて接続状態を切り替える。
【００１２】
このエネルギ吸収部の動作により、蓄積エネルギによる電流は、三相交流電源の位相変化によらず、常に正側電源ラインから低電位の電源端子へ流れることができる。また、このエネルギ吸収部の動作により、三相交流電源の位相変化によらず、高電位の電源端子から負側電源ラインへの電流経路も常に生じることとなる。従って、上記したリフティングマグネット駆動回路によれば、励磁電流の向きを切り替える際に、リフティングマグネットの蓄積エネルギによる電流をＮ相交流電源に吸収させる（回生する）ことができるので、該電流を吸収するためのコンデンサ（図４参照）が不要となり、駆動装置を格段に小型化できる。
【００１３】
また、リフティングマグネット駆動回路は、Ｎ相交流電源における各相が所定の位相となるタイミングを検出する位相検波部を更に備え、エネルギ吸収部が、このタイミングに応じて各電源端子と正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替えることを特徴としてもよい。これにより、エネルギ吸収部は、Ｎ相交流電源の周波数が変動した場合であっても、Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて、これらの接続状態を好適に切り替えることができる。
【００１４】
また、リフティングマグネット駆動回路は、エネルギ吸収部が、Ｎ相交流電源の各電源端子と正側電源ラインとの間に電気的に接続されたＮ個の正側サイリスタと、Ｎ相交流電源の各電源端子と負側電源ラインとの間に電気的に接続されたＮ個の負側サイリスタとを有し、Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて正側サイリスタ及び負側サイリスタの点弧角が制御されることにより、各電源端子と正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と負側電源ラインとの接続状態をそれぞれ切り替えることを特徴としてもよい。これにより、上記リフティングマグネット駆動回路のエネルギ吸収部を好適に実現できる。
【００１５】
また、リフティングマグネット駆動回路は、Ｎ相交流電源における各相が所定の位相となるタイミングを検出する位相検波部と、タイミングに応じて正側サイリスタ及び負側サイリスタの点弧角を制御するサイリスタ制御部とを更に備えることを特徴としてもよい。これにより、エネルギ吸収部は、Ｎ相交流電源における各相の位相変化に応じて、各電源端子と正側電源ラインとの接続状態及び各電源端子と負側電源ラインとの接続状態それぞれを好適に切り替えることができる。
【００１６】
また、リフティングマグネット駆動回路は、サイリスタ制御部が、点弧角を制御する際に、正側サイリスタ及び負側サイリスタのゲート端子へパルス状の電流を複数回供給することを特徴としてもよい。これにより、サイリスタを確実にターンオンさせることができる。
【００１７】
また、リフティングマグネット駆動回路は、正側電源ラインからエネルギ吸収部へ流れる電流の大きさ、またはエネルギ吸収部から負側電源ラインへ流れる電流の大きさを測定する電流測定部を更に備えることを特徴としてもよい。この電流測定部を用いてエネルギ吸収部を流れる電流（蓄積エネルギによる電流）の大きさをモニタすることにより、該電流が解消するタイミングを精度よく掴むことができるので、リフティングマグネットへの励磁電流の向きを切り替える逆励磁（消磁）動作を素早く開始できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、小型化が可能なリフティングマグネット駆動回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるリフティングマグネット駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、トランジスタとは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ型トランジスタ、及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むものとする。トランジスタがＦＥＴである場合、ベースをゲート、コレクタをドレイン、エミッタをソースとそれぞれ読み替えるものとする。
【００２０】
図１は、本発明によるリフティングマグネット駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。図１を参照すると、本実施形態によるリフティングマグネット駆動回路（以下、マグネット駆動回路）１は、リフティングマグネット２に励磁電流を供給するための回路であって、直流変換部３、Ｈブリッジ回路部４、エネルギ吸収部５、位相検波部６、正側電源ライン７、負側電源ライン８、電流測定部９、吸収タイミング制御部１０、トランジスタ１３ａ及び１３ｂ、並びにサイリスタ制御部１５を備える。
【００２１】
直流変換部３は、三相交流電源ＡＣＧから供給された交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３を直流電源電圧ＶＤＣへ変換するための回路部分である。直流変換部３は、正側出力端３ａ及び負側出力端３ｂを有しており、生成した直流電源電圧ＶＤＣを正側出力端３ａと負側出力端３ｂとの間に提供する。なお、三相交流電源ＡＣＧとしては、例えば建設機械の動力で駆動する三相交流発電機や、エンジンを搭載して自家発電を行う三相交流発電機が好適に用いられる。
【００２２】
本実施形態の直流変換部３は、６個のダイオード３１ａ〜３１ｆを含むブリッジ回路によって構成されており、三相全波整流を行う。具体的には、ダイオード３１ａ〜３１ｆのうち、ダイオード３１ａ及び３１ｂが直列に接続され、ダイオード３１ｃ及び３１ｄが直列に接続され、ダイオード３１ｅ及び３１ｆが直列に接続されている。また、ダイオード３１ａ及び３１ｂからなる組と、ダイオード３１ｃ及び３１ｄからなる組と、ダイオード３１ｅ及び３１ｆからなる組とは、互いに並列に接続されている。そして、これらのダイオードの組のカソード側の一端は正側出力端３ａに電気的に接続されており、アノード側の他端は負側出力端３ｂに電気的に接続されている。
【００２３】
また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｂとの間には、三相交流電源ＡＣＧにおける第一相の電源端子Ｒから延びる交流電源ライン１１ａが電気的に接続されている。ダイオード３１ｃとダイオード３１ｄとの間には、第二相の電源端子Ｓから延びる交流電源ライン１１ｂが電気的に接続されている。ダイオード３１ｅとダイオード３１ｆとの間には、第三相の電源端子Ｔから延びる交流電源ライン１１ｃが電気的に接続されている。なお、直流変換部は、これ以外にも例えばサイリスタを用いた純ブリッジ回路や、ダイオード及びサイリスタを用いた混合ブリッジ回路によって構成されてもよい。直流変換部が純ブリッジ回路や混合ブリッジ回路によって構成される場合、サイリスタは、図示しない位相制御回路によって所定の制御角で位相制御される。
【００２４】
正側電源ライン７及び負側電源ライン８は、リフティングマグネット２へ励磁電流を供給するための配線である。正側電源ライン７の一端は、トランジスタ１３ａを介して直流変換部３の正側出力端３ａに電気的に接続されている。また、負側電源ライン８の一端は、トランジスタ１３ｂを介して直流変換部３の負側出力端３ｂに電気的に接続されている。
【００２５】
トランジスタ１３ａ及び１３ｂは、ｎｐｎ型のトランジスタであり、正側電源ライン７と負側電源ライン８との間へ供給される直流電源電圧ＶＤＣをオン・オフするためのスイッチ手段として機能する。トランジスタ１３ａのコレクタは直流変換部３の正側出力端３ａに電気的に接続されており、トランジスタ１３ａのエミッタは正側電源ライン７に電気的に接続されている。また、トランジスタ１３ｂのコレクタは負側電源ライン８に電気的に接続されており、トランジスタ１３ｂのエミッタは直流変換部３の負側出力端３ｂに電気的に接続されている。そして、トランジスタ１３ａ及び１３ｂのベース電流は、直流電源電圧ＶＤＣが正側電源ライン７及び負側電源ライン８へ供給される際に、図示しない制御回路によって提供される。なお、トランジスタ１３ａのコレクタ−エミッタ間、及びトランジスタ１３ｂのコレクタ−エミッタ間には、それぞれダイオード１４ａ及び１４ｂが逆並列に接続されている。
【００２６】
Ｈブリッジ回路部４は、リフティングマグネット２へ供給される励磁電流の向きを制御するための回路部分である。Ｈブリッジ回路部４は、４つのｎｐｎ型トランジスタ４１ａ〜４１ｄと、該４つのトランジスタ４１ａ〜４１ｄそれぞれのコレクタ−エミッタ間に電気的に接続された４つのダイオード（整流素子）４２ａ〜４２ｄと、リフティングマグネット２へ励磁電流を供給するための配線１２ａ及び１２ｂが接続される端子４３ａ及び４３ｂとを含むＨブリッジ回路によって構成されている。
【００２７】
具体的には、トランジスタ４１ａのコレクタは正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ４１ａのエミッタは端子４３ａに電気的に接続されている。トランジスタ４１ｂのコレクタは端子４３ａに電気的に接続されており、トランジスタ４１ｂのエミッタは負側電源ライン８に電気的に接続されている。トランジスタ４１ｃのコレクタは正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ４１ｃのエミッタは端子４３ｂに電気的に接続されている。トランジスタ４１ｄのコレクタは端子４３ｂに電気的に接続されており、トランジスタ４１ｄのエミッタは負側電源ライン８に電気的に接続されている。また、ダイオード４２ａ〜４２ｄのアノードは、それぞれトランジスタ４１ａ〜４１ｄのエミッタに電気的に接続されており、ダイオード４２ａ〜４２ｄのカソードは、それぞれトランジスタ４１ａ〜４１ｄのコレクタに電気的に接続されている。
【００２８】
各トランジスタ４１ａ〜４１ｄのベースは図示しない制御回路に電気的に接続されており、各トランジスタ４１ａ〜４１ｄにおけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御回路から提供される制御電流（または制御電圧）によって制御される。例えば、トランジスタ４１ａ及び４１ｄのベースに制御電流が提供されると、正励磁電流Ｉ１が、トランジスタ４１ａ、端子４３ａ、リフティングマグネット２、端子４３ｂ、及びトランジスタ４１ｄの順に流れる。また、トランジスタ４１ｂ及び４１ｃのベースに制御電流が提供されると、逆励磁（消磁）電流Ｉ２が、トランジスタ４１ｃ、端子４３ｂ、リフティングマグネット２、端子４３ａ、及びトランジスタ４１ｂの順に（すなわち、正励磁電流Ｉ１とは逆向きに）流れる。
【００２９】
なお、本実施形態のＨブリッジ回路部４は、サイリスタ４４を更に有する。サイリスタ４４のアノード及びカソードは、それぞれ端子４３ｂ及び４３ａに電気的に接続されている。
【００３０】
エネルギ吸収部５は、リフティングマグネット２への正励磁電流Ｉ１が逆励磁電流Ｉ２へ切り替わる際にリフティングマグネット２に蓄積されたエネルギを吸収するための回路部分である。エネルギ吸収部５は、ｎｐｎ型のトランジスタ５１ａ及び５１ｂ、ダイオード（整流素子）５２ａ及び５２ｂ、サイリスタ５３ａ〜５３ｆ、及び抵抗素子５４ａ〜５４ｆを有する。なお、トランジスタ５１ａ及び５１ｂはスイッチ素子であり、電流をスイッチングする機能があればトランジスタ以外の素子でも代用可能である。また、ダイオード５２ａ，５２ｂは必要に応じて配置され、省略することも可能である。
【００３１】
トランジスタ５１ａのコレクタは正側電源ライン７に電気的に接続されており、トランジスタ５１ａのエミッタは抵抗素子５４ａ〜５４ｃ及びサイリスタ５３ａ〜５３ｆを介してトランジスタ５１ｂのコレクタに電気的に接続されている。トランジスタ５１ｂのエミッタは、負側電源ライン８に電気的に接続されている。トランジスタ５１ａのコレクタ及びエミッタには、それぞれダイオード５２ａのカソード及びアノードが電気的に接続されている。同様に、トランジスタ５１ｂのコレクタ及びエミッタには、それぞれダイオード５２ｂのカソード及びアノードが電気的に接続されている。なお、トランジスタ５１ａ，５１ｂのベースには、後述する吸収タイミング制御部１０から制御電流Ｉ３（或いは制御電圧）が提供され、この制御電流Ｉ３によってトランジスタ５１ａ，５１ｂのコレクタ−エミッタ間の導通状態が制御される。
【００３２】
サイリスタ５３ａ〜５３ｃは、それぞれ三相交流電源ＡＣＧの各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと正側電源ライン７との間に電気的に接続された正側サイリスタである。また、サイリスタ５３ｄ〜５３ｆは、それぞれ電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと負側電源ライン８との間に電気的に接続された負側サイリスタである。本実施形態のサイリスタ５３ａ〜５３ｆは、トランジスタ５１ａのエミッタとトランジスタ５１ｂのコレクタとの間において、純ブリッジ回路を構成している。具体的には、サイリスタ５３ａ〜５３ｆのうち、サイリスタ５３ａ及び５３ｄが直列に接続され、サイリスタ５３ｂ及び５３ｅが直列に接続され、サイリスタ５３ｃ及び５３ｆが直列に接続されている。また、サイリスタ５３ａ及び５３ｄからなる組と、サイリスタ５３ｂ及び５３ｅからなる組と、サイリスタ５３ｃ及び５３ｆからなる組とは、互いに並列に接続されている。そして、サイリスタ５３ａ〜５３ｃのアノードは抵抗素子５４ａ〜５４ｃを介してトランジスタ５１ａのエミッタに電気的に接続されており、サイリスタ５３ｄ〜５３ｆのカソードはトランジスタ５１ｂのコレクタに電気的に接続されている。
【００３３】
また、サイリスタ５３ａとサイリスタ５３ｄとの間には、交流電源ライン１１ａが電気的に接続されている。サイリスタ５３ｂとサイリスタ５３ｅとの間には、交流電源ライン１１ｂが電気的に接続されている。サイリスタ５３ｃとサイリスタ５３ｆとの間には、交流電源ライン１１ｃが電気的に接続されている。また、サイリスタ５３ａ〜５３ｆのゲートはサイリスタ制御部１５に電気的に接続されている。このサイリスタ制御部１５からサイリスタ５３ａ〜５３ｆそれぞれへゲート電流Ｉａ〜Ｉｆが提供され、サイリスタ５３ａ〜５３ｆの点弧角が制御される。
【００３４】
抵抗素子５４ａ〜５４ｃは、それぞれサイリスタ５３ａ〜５３ｃとトランジスタ５１ａとの間に接続されている。抵抗素子５４ｄは、交流電源ライン１１ａとサイリスタ５３ａ及びサイリスタ５３ｄとの間に接続されている。抵抗素子５４ｅは、交流電源ライン１１ｂとサイリスタ５３ｂ及びサイリスタ５３ｅとの間に接続されている。抵抗素子５４ｆは、交流電源ライン１１ｃとサイリスタ５３ｃ及びサイリスタ５３ｆとの間に接続されている。なお、抵抗素子５４ａ〜５４ｃと抵抗素子５４ｄ〜５４ｆとは、いずれか一方のみ設けられてもよく、本実施形態のように双方が設けられてもよい。また、抵抗素子５４ａ〜５４ｆそれぞれは、必要な抵抗値や耐圧に応じて複数の抵抗素子を直列や並列に組み合わせて構成されていても良い。
【００３５】
電流測定部９は、エネルギ吸収部５から負側電源ライン８へ向かう電流の大きさを測定するための回路部分である。電流測定部９は、サイリスタ５３ｄ〜５３ｆのカソードと負側電源ライン８との間において、トランジスタ５１ｂと直列に接続されている。電流測定部９は、測定結果である電流の大きさを示す電流信号ＳＩを出力するための出力端９ａを有する。出力端９ａは吸収タイミング制御部１０に電気的に接続されており、電流信号ＳＩを吸収タイミング制御部１０へ提供する。なお、電流測定部は、正側電源ライン７からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさを測定してもよい。この場合、電流測定部は、正側電源ライン７とサイリスタ５３ａ〜５３ｃのアノードとの間において、トランジスタ５１ａと直列に接続されるとよい。
【００３６】
吸収タイミング制御部１０は、電流信号ＳＩに基づいて、エネルギ吸収部５のトランジスタ５１ａ，５１ｂにおける導通状態を制御するための回路部分である。吸収タイミング制御部１０は、励磁電流が停止された瞬間に、制御電流Ｉ３を出力してトランジスタ５１ａ，５１ｂのコレクタ−エミッタ間を導通させる。
【００３７】
また、吸収タイミング制御部１０は、トランジスタ５１ａ及び５１ｂが導通している状況において、エネルギ吸収部５から負側電源ライン８へ向かう電流の大きさ（電流信号ＳＩ、または正側電源ライン７からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさでもよい）が所定の閾値以下となったときに、制御電流Ｉ３の出力を停止してトランジスタ５１ａ，５１ｂのコレクタ−エミッタ間を不通にする。
【００３８】
位相検波部６は、三相交流電源ＡＣＧの各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔの位相が所定の位相となるタイミングを検出するための回路部分である。また、サイリスタ制御部１５は、位相検波部６からの出力信号に基づいて、エネルギ吸収部５のサイリスタ５３ａ〜５３ｆへゲート電流Ｉａ〜Ｉｆを提供し、サイリスタ５３ａ〜５３ｆの点弧角を制御するための回路部分である。
【００３９】
ここで、図２は、位相検波部６の構成例を示す回路図である。図２を参照すると、位相検波部６は、三相変圧器６１及び電圧リミッタ回路６２ａ〜６２ｃを有する。三相変圧器６１は、三相交流電源ＡＣＧから三相交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３に比例する電圧を取り込む。また、電圧リミッタ回路６２ａ〜６２ｃそれぞれは、互いに逆並列に接続された２個のダイオードからなり、三相変圧器６１から出力された三相の各電圧レベルを所定レベルに制限して矩形に近い波形を生成する。なお、この電圧波形は、三相交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３それぞれの位相が所定の位相となるタイミングを示す。この電圧波形は、位相検波部６からサイリスタ制御部１５へ送られる。なお、サイリスタ制御部１５における点弧角制御については、後に詳述する。
【００４０】
本実施形態のマグネット駆動回路１の動作について説明する。まず、三相交流電源ＡＣＧが駆動されることにより、交流電源ライン１１ａ〜１１ｃに三相の交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３が提供される。これらの交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３は、直流変換部３によって直流電源電圧ＶＤＣに変換される。そして、トランジスタ１３ａ及び１３ｂが導通されることにより、直流電源電圧ＶＤＣが正側電源ライン７及び負側電源ライン８の間に提供される。
【００４１】
続いて、リフティングマグネット２を励磁する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ａ及び４１ｄを導通させる。これにより、正側電源ライン７、トランジスタ４１ａ、リフティングマグネット２、トランジスタ４１ｄ、及び負側電源ライン８の順に正励磁電流Ｉ１が流れる。これにより、リフティングマグネット２が励磁され、鉄片等を吸着して持ち上げることができる。
【００４２】
続いて、リフティングマグネット２から鉄片等を解放するための動作に移る。まず、リフティングマグネット２の励磁を解除する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ａ及び４１ｄを不通とする。このとき、リフティングマグネット２に蓄積されたエネルギにより、リフティングマグネット２の両端（すなわち端子４３ａと端子４３ｂとの間）に逆起電力による電圧が生じる。同時に、この逆起電力に起因する電流が、ダイオード４２ｂ、リフティングマグネット２、及びダイオード４２ｃを流れる。このとき、吸収タイミング制御部１０が、制御電流Ｉ３を出力してトランジスタ５１ａ，５１ｂのコレクタ−エミッタ間を導通させる。これにより、蓄積エネルギによる電流は、正側電源ライン７からエネルギ吸収部５へ流れる。
【００４３】
また、トランジスタ５１ａ，５１ｂの導通とほぼ同時に、サイリスタ制御部１５は、エネルギ吸収部５のサイリスタ５３ａ〜５３ｆへのゲート電流Ｉａ〜Ｉｆを次のように制御する。すなわち、電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔのうち一の電源端子と正側電源ライン７とをサイリスタ５３ａ〜５３ｃのいずれかを介して接続させると同時に、この電源端子よりも高電位の電源端子と負側電源ライン８とをサイリスタ５３ｄ〜５３ｆのいずれかを介して互いに接続させる。その際、三相の各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔにおける電位の上下関係は時間経過とともに（すなわち位相変化に応じて）変化するので、サイリスタ制御部１５は、位相検波部６からの電圧波形に基づいて、ゲート電流Ｉａ〜Ｉｆを点弧する。こうして、エネルギ吸収部５が、三相交流電源ＡＣＧにおける各相の位相変化に応じて、各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと正側電源ライン７との接続状態、及び各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと負側電源ライン８との接続状態をそれぞれ切り替えることとなる。
【００４４】
ここで、サイリスタ５３ａ〜５３ｆの点弧角制御について更に詳しく説明する。図３（ａ）は、三相交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３の波形の一例を示すグラフである。また、図３（ｂ）〜（ｇ）は、サイリスタ制御部１５からサイリスタ５３ａ〜５３ｆへ提供されるゲート電流Ｉａ〜Ｉｆの波形の一例をそれぞれ示すグラフである。
【００４５】
なお、図３（ｂ）〜（ｇ）に示すように、本実施形態においては、ゲート電流Ｉａ〜Ｉｆとしてパルス状の電流を一定期間内に複数回供給している。通常、サイリスタ素子は一回のゲート電流の立ち上がりによってターンオンするものであるが、一回の立ち上がりではターンオンしない場合が希にある。これに対し、本実施形態のようにパルス状のゲート電流Ｉａ〜Ｉｆを一定期間内に複数回供給すれば、その期間内にサイリスタ５３ａ〜５３ｆを確実にターンオンさせることができる。
【００４６】
いま、代表的な区間Ａ（時刻ｔ１から時刻ｔ７まで）について説明する。区間Ａ内の第１の区間（ｔ１〜ｔ２）においては、電源端子Ｓから出力される電源電圧ＶＡＣ２が三相の中で最も高電位であり、電源端子Ｒから出力される電源電圧ＶＡＣ１が最も低電位である。このとき、図３（ｂ）及び（ｆ）に示すように、サイリスタ制御部１５は、ゲート電流Ｉａ及びＩｅをサイリスタ５３ａ及び５３ｅへ供給する。これにより、サイリスタ５３ａ及び５３ｅがターンオンし、正側電源ライン７と電源端子Ｒとが互いに接続状態となるとともに、電源端子Ｓと負側電源ライン８とが互いに接続状態となる。
【００４７】
蓄積エネルギによる電流は、トランジスタ５１ａを通過した後、抵抗素子５４ａ、サイリスタ５３ａ、及び抵抗素子５４ｄを介して電源端子Ｒへ流れる。また、同量の電流が電源端子Ｓから出力され、抵抗素子５４ｅ、サイリスタ５３ｅ、及びトランジスタ５１ｂを介して負側電源ライン８へ流れる。こうして、蓄積エネルギによる電流は、三相交流電源ＡＣＧに吸収されることとなる。
【００４８】
続いて、三相交流電源ＡＣＧの各相の位相が変化して第２の区間（ｔ２〜ｔ３）に移行すると、各相の電位の高低も変化し、電源端子Ｔから出力される電源電圧ＶＡＣ３が三相の中で最も高電位となる。なお、この区間においては、電源端子Ｒから出力される電源電圧ＶＡＣ１は最低電位のままである。このとき、図３（ｇ）に示すように、サイリスタ制御部１５は、ゲート電流Ｉｆをサイリスタ５３ｆへ供給する。これによりサイリスタ５３ｆがターンオンするので、電源端子Ｔと負側電源ライン８とが接続される。従って、蓄積エネルギによる電流と同量の電流は主に電源端子Ｔから出力され、抵抗素子５４ｆ、サイリスタ５３ｆ、及びトランジスタ５１ｂを介して負側電源ライン８へ流れる。
【００４９】
続いて、第３の区間（ｔ３〜ｔ４）に移行すると、電源端子Ｓから出力される電源電圧ＶＡＣ２が三相の中で最も低電位となる。電源端子Ｔから出力される電源電圧ＶＡＣ３は、最高電位のままである。このとき、図３（ｃ）に示すように、サイリスタ制御部１５は、ゲート電流Ｉｂをサイリスタ５３ｂへ供給する。これによりサイリスタ５３ｂがターンオンするので、電源端子Ｓと正側電源ライン７とが接続状態となる。従って、蓄積エネルギによる電流は、トランジスタ５１ａを通過した後、抵抗素子５４ｂ、サイリスタ５３ｂ、及び抵抗素子５４ｅを介して主に電源端子Ｓへ流れる。
【００５０】
以降、第４ないし第６の区間（ｔ４〜ｔ７）においては、第１〜第３の区間（ｔ１〜ｔ４）と同様にして、サイリスタ５３ａ〜５３ｃのうち、低電位となる電源端子に対応するサイリスタをターンオンさせ、該低電位の電源端子と正側電源ライン７とを互いに接続状態とする。また、サイリスタ５３ｄ〜５３ｆのうち、高電位となる電源端子に対応するサイリスタをターンオンさせ、該高電位の電源端子と負側電源ライン８とを互いに接続状態とする。これにより、蓄積エネルギによる電流は、正側電源ライン７から低電位の電源端子へ流れる。また、同量の電流が高電位の電源端子から出力され、負側電源ライン８へ流れる。このようにして、蓄積エネルギによる電流は三相交流電源ＡＣＧに吸収される。なお、蓄積エネルギによる電流は、三相交流電源ＡＣＧにおける発電機（モータ）及びその駆動系における機械損や発熱として消費され、また抵抗素子５４ａ〜５４ｆにおいて消費されつつ、次第に減衰する。
【００５１】
続いて、エネルギ吸収部５から負側電源ライン８へ向かう電流の大きさ（電流信号ＳＩ、または正側電源ライン７からエネルギ吸収部５へ向かう電流の大きさでもよい）が所定の閾値以下になると、吸収タイミング制御部１０は、蓄積エネルギによる電流が十分に減衰したことを認識する。そして、吸収タイミング制御部１０は、制御電流Ｉ３の出力を停止してトランジスタ５１ａ，５１ｂのコレクタ−エミッタ間を不通にする。なお、ここで用いられる所定の閾値は、０［Ａ］にできるだけ近い値であることが好ましい。
【００５２】
その後、リフティングマグネット２を消磁する。すなわち、図示しない制御回路によってＨブリッジ回路部４のトランジスタ４１ｂ及び４１ｃを導通させる。これにより、正側電源ライン７、トランジスタ４１ｃ、リフティングマグネット２、トランジスタ４１ｂ、及び負側電源ライン８の順に逆励磁電流Ｉ２が流れる。つまり、Ｈブリッジ回路部４の端子４３ａと端子４３ｂとの間に逆励磁（消磁）電圧が出力される。これにより、リフティングマグネット２が消磁され、吸着していた鉄片等を解放することができる。
【００５３】
消磁が終了したのち、Ｈブリッジ回路部４のトランジスタ４１ｂ及び４１ｃを不通とする。このとき、リフティングマグネット２に蓄積されたエネルギにより、リフティングマグネット２の両端（すなわち端子４３ａと端子４３ｂとの間）に逆起電力による電圧が生じる。同時に、この逆起電力に起因する電流が、ダイオード４２ｄ、リフティングマグネット２、及びダイオード４２ａを流れる。この蓄積エネルギによる電流は、上述した動作と同様にして三相交流電源ＡＣＧに吸収される。
【００５４】
本実施形態に係るマグネット駆動回路１による効果について説明する。マグネット駆動回路１においては、エネルギ吸収部５の動作により、蓄積エネルギによる電流が、三相交流電源ＡＣＧの位相変化によらず、常に正側電源ライン７から低電位の電源端子へ流れることができる。また、エネルギ吸収部５の動作により、三相交流電源ＡＣＧの位相変化によらず、高電位の電源端子から負側電源ライン８への電流経路も常に生じることとなる。従って、本実施形態のマグネット駆動回路１によれば、励磁電流の向きを切り替える際に、リフティングマグネット２の蓄積エネルギによる電流を三相交流電源ＡＣＧに吸収させる（回生する）ことができるので、該電流を吸収するためのコンデンサ（図４参照）が不要となり、マグネット駆動装置を格段に小型化できる。そして、このようなマグネット駆動装置の小型化によって、例えば小型の旋回型建設車両に搭載されることが可能となり、また、運転席からの視認性も妨げない。
【００５５】
また、本実施形態のように、マグネット駆動回路１は、三相交流電源ＡＣＧにおける各相が所定の位相となるタイミングを検出する位相検波部６を更に備え、エネルギ吸収部５が、このタイミングに応じて各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと正側電源ライン７との接続状態、及び各電源端子Ｒ，Ｓ，Ｔと負側電源ライン８との接続状態を切り替えることが好ましい。これにより、エネルギ吸収部５は、三相交流電源ＡＣＧの周波数が変動した場合であっても、三相交流電源ＡＣＧにおける各相の位相変化に応じて、これらの接続状態を好適に切り替えることができる。
【００５６】
また、本実施形態のように、マグネット駆動回路１は、正側電源ライン７からエネルギ吸収部５へ流れる電流の大きさ、またはエネルギ吸収部５から負側電源ライン８へ流れる電流の大きさを測定する電流測定部９を備えることが好ましい。この電流測定部９を用いてエネルギ吸収部５を流れる電流（蓄積エネルギによる電流）の大きさをモニタすることにより、該電流が解消するタイミングを精度よく掴むことができるので、リフティングマグネット２への励磁電流の向きを切り替える逆励磁（消磁）動作を素早く開始できる。
【００５７】
また、本実施形態のように、Ｈブリッジ回路部４は、端子４３ａと端子４３ｂとの間に接続されたサイリスタ４４を有することが好ましい。これにより、回路に故障が発生したときにフライホイル制御を行い、リフティングマグネット２に過電圧が加わるのを確実に防止できるので、このマグネット駆動回路１を搭載するリフティングマグネット装置の安全性を高めることができる。
【００５８】
本発明によるリフティングマグネット駆動回路は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではＮ相交流電源の一例として三相交流電源の場合を説明したが、本発明に係るリフティングマグネット駆動回路は、Ｎ≧２の（例えば六相など）交流電源に対して適用可能である。すなわち、Ｎ相交流電源に対しては、例えばエネルギ吸収部においてＮ個の正側サイリスタ及びＮ個の負側サイリスタによって純ブリッジ回路を構成し、蓄積エネルギによる電流が常に正側電源ラインから低電位の電源端子へ流れるように、また同量の電流が常に高電位の電源端子から負側電源ラインへ流れるように、これらのサイリスタを点弧するとよい。これにより、上記実施形態のマグネット駆動回路１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、Ｈブリッジ回路部が有するトランジスタ及びエネルギ吸収部が有するスイッチ素子としてｎｐｎ型トランジスタが用いられているが、ｐｎｐ型トランジスタを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明によるリフティングマグネット駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】位相検波部の構成例を示す回路図である。
【図３】（ａ）三相交流電源電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３の波形の一例を示すグラフである。（ｂ）〜（ｇ）サイリスタ制御部から各サイリスタへ提供されるゲート電流Ｉａ〜Ｉｆの波形の一例をそれぞれ示すグラフである。
【図４】リフティングマグネットを駆動するための従来の回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…マグネット駆動回路、２…リフティングマグネット、３…直流変換部、４…ブリッジ回路部、５…エネルギ吸収部、６…位相検波部、７…正側電源ライン、８…負側電源ライン、９…電流測定部、１０…吸収タイミング制御部、１５…サイリスタ制御部、６１…三相変圧器、６２ａ〜６２ｃ…電圧リミッタ回路、Ｉａ〜Ｉｆ…ゲート電流、Ｒ，Ｓ，Ｔ…電源端子、１１ａ〜１１ｃ…交流電源ライン。
【図１】
2007161402.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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