(57)【要約】【課題】速やかな消磁を実現するだけでなく、コイルにおける電流の変化率の急変を防止することができる電力供給回路を提供することである。【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の電力供給回路は、コイル１の一端を電源Ｂａｔへ接続するとともに他端を接地させる電源ライン２と、電源ライン２の途中に設けられてコイル１への電力供給と遮断を選択する電源スイッチ３と、コイル２に並列されて電源ライン２に接続される消磁ライン４と、消磁ライン４の途中に設けた消磁用抵抗５と、消磁ライン４の途中に設けられて消磁用抵抗５に直列されるとともに接地側からコイル１側へ向かう方向を順方向とするダイオード６と、消磁用抵抗５の両端を短絡するバイパス７と、バイパス７の途中に設けられてバイパス７を開閉するバイパススイッチ８を備えて構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへ電力供給する電力供給回路において、コイルの一端を電源へ接続するとともに他端を接地させる電源ラインと、電源ラインの途中に設けられてコイルへの電力供給と遮断を選択する電源スイッチと、コイルに並列されて電源ラインに接続される消磁ラインと、消磁ラインの途中に設けた消磁用抵抗と、消磁ラインの途中に設けられて消磁用抵抗に直列されるとともに接地側からコイル側へ向かう方向を順方向とするダイオードとを備えたことを特徴とする電力供給回路。
【請求項２】
消磁用抵抗の両端を短絡するバイパスと、バイパスの途中に設けられてバイパスを開閉するバイパススイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力供給回路。
【請求項３】
電源スイッチは、コイルより電源側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給回路。
【請求項４】
消磁ラインの途中に消磁用抵抗と直列接続される消磁用コイルを設け、消磁用コイルにおけるインダクタンスを消磁用コイルと消磁用抵抗の合成レジスタンスを割った値が、電源ラインにおけるコイルのインダクタンスをコイルにおけるレジスタンスで割った値より小さくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力供給回路。
【請求項５】
コイルを消磁するときにバイパススイッチを開くことを特徴する請求項１から４のいずれかに記載の電力供給回路。
【請求項６】
上記電源スイッチをＰＷＭ制御する場合において、電源スイッチへの開度指令が所定値以下となる場合にバイパススイッチを開くことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力供給回路。
【請求項７】
コイルに流れる電流を閾値以上降下させる場合にバイパススイッチを開くことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電力供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルへ電力を供給する電力供給回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルへ電力を供給する電力供給回路は、たとえば、ソレノイドアクチュエータや電磁スイッチ、電磁石等におけるコイルへの電力供給に使用されている。このような電力供給回路は、種々の機器に適用されるコイルへ電力供給を行うものであるが、電源とコイルとの間に介装されるスイッチでコイルへの通電を単純に断つだけではコイルに過大なサージ電圧が生じてスイッチに過負荷がかかる虞があるので、一般的には、図５に示すように、コイルにフライホイールダイオードを並列接続しておき、サージの発生を阻止している。
【０００３】
しかしながら、このような一般的な電力供給回路では、通電を停止してもコイルに流れる電流は自己誘導によってある程度時間をかけて漸減し、すぐに解消されないので、コイルへの通電を断っても、ある程度の時間、コイルは励磁状態に維持されるため、ソレノイドアクチュエータや電磁スイッチにあっては、非通電時におけるポジションへ復帰させるには時間がかかり、電磁石では磁力を応答性よく消すことができないという問題がある。つまり、コイルにおけるレジスタンスとインダクタンスで時定数が固定的に決まっていて、この電力供給回路によりコイルを消磁した場合、図６に示すように、電流の応答特性が一時遅れとなり、この応答特性曲線を超えてこれよりも早く消磁させることはできず、消磁には応答遅れを伴うのである。
【０００４】
そこで、このような問題に対処するため、たとえば、特許文献１に開示された電力供給回路にあっては、図７に示すように、スイッチを二つ備えていて、コイルを消磁する際には励磁状態と逆向きに電源をコイルへ接続して、コイルを励磁時とは逆向きに励磁するよう電圧を印加して短時間で早期にコイルを消磁させるようにしている。この特許文献１の電力供給回路では、消磁時にコイルへ逆向きに電圧を印加するので、図８に示すように、単にコイルへの通電を停止する図５に示した回路に比較して、早期にコイルを消磁できることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２９１５号公報（実施例欄）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の電力供給回路では、上述した一般的な電力供給回路に比較して、早期に消磁させることができる点で有用であるが、消磁時にコイルへ逆向きに電圧を印加させるため２つのダイオードで整流しており、特に、電流が０となるときに、電流の変化率が急変する特性となる問題がある。
【０００７】
そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、速やかな消磁を実現するだけでなく、コイルにおける電流の変化率の急変を防止することができる電力供給回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、コイルへ電力供給する電力供給回路において、コイルの一端を電源へ接続するとともに他端を接地させる電源ラインと、電源ラインの途中に設けられてコイルへの電力供給と遮断を選択する電源スイッチと、コイルに並列されて電源ラインに接続される消磁ラインと、消磁ラインの途中に設けた消磁用抵抗と、消磁ラインの途中に設けられて消磁用抵抗に直列されるとともに接地側からコイル側へ向かう方向を順方向とするダイオードとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電力供給回路は、コイルの一端を電源へ接続するとともに他端を接地させる電源ラインと、電源ラインの途中に設けられてコイルへの電力供給と遮断を選択する電源スイッチと、コイルに並列されて電源ラインに接続される消磁ラインと、消磁ラインの途中に設けた消磁用抵抗と、消磁ラインの途中に設けられて消磁用抵抗に直列されるとともに接地側からコイル側へ向かう方向を順方向とするダイオードとを備えているので、コイルを速やかに消磁させることができるとともに、コイルの消磁完了時点にてコイルの電流変化を滑らかなものとして、電流の変化率の急変を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態における電力供給回路の回路構成を示した図である。
【図２】本発明の電力供給回路における消磁時のコイルの電流の応答特性を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施の形態の一変形例における電力供給回路の回路構成を示した図である。
【図４】本発明の一実施の形態の他の変形例における電力供給回路の回路構成を示した図である。
【図５】一般的な電力供給回路の回路構成を示した図である。
【図６】一般的な電力供給回路における消磁時のコイルの電流の応答特性を説明するための図である。
【図７】従来の電力供給回路の回路構成を示した図である。
【図８】従来の電力供給回路における消磁時のコイルの電流の応答特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における電力供給回路Ｃは、コイル１の一端を電源Ｂａｔへ接続するとともに他端を接地させる電源ライン２と、電源ライン２の途中に設けられてコイル１への電力供給と遮断を選択する電源スイッチ３と、コイル２に並列されて電源ライン２に接続される消磁ライン４と、消磁ライン４の途中に設けた消磁用抵抗５と、消磁ライン４の途中に設けられて消磁用抵抗５に直列されるとともに接地側からコイル１側へ向かう方向を順方向とするダイオード６と、消磁用抵抗５の両端を短絡するバイパス７と、バイパス７の途中に設けられてバイパス７を開閉するバイパススイッチ８を備えて構成されている。
【００１２】
なお、この電力供給回路Ｃは、たとえば、ソレノイドアクチュエータ、電磁スイッチ、電磁石、磁歪素子アクチュエータやスピーカ等に使用されるコイルへの電力供給に使用することができる。
【００１３】
詳しくは、電源ライン２は、電源Ｂａｔをコイル１へ接続してコイル１へ電力供給するラインであり、消磁ライン４は、一端が電源ライン２におけるコイル１と電源Ｂａｔとの間に接続され、他端が接地されており、消磁ライン４の途中に設けた消磁用抵抗５はコイル１に対して電源Ｂａｔと接地間で並列されている。
【００１４】
電源ライン２のコイル１および消磁ライン４の接続点よりも電源Ｂａｔ側には、電源スイッチ３が介装されており、電源スイッチ３を閉じると、コイル１が電源Ｂａｔに接続されて、コイル１へ通電してコイル１を励磁することができるようになっている。
【００１５】
また、消磁ライン４の途中には、接地側からコイル１側へ向かう方向を順方向とするダイオード６が設けられており、バイパス７は、消磁用抵抗５のみに並列し、消磁用抵抗５の両端を短絡するように消磁ライン４に接続されている。なお、ダイオード６は、バイパス７で迂回されないようにしておけば、消磁ライン４に消磁用抵抗５と直列に接続されていればよく、消磁用抵抗５に対して電源Ｂａｔ側に配置してもよいし、接地側に配置されてもよい。
【００１６】
そして、このバイパス７の途中には、バイパススイッチ８が設けられており、このバイパススイッチ８を開くと、バイパス７が遮断状態となって、上記消磁用抵抗５の両端が短絡されず、バイパススイッチ８を閉じるとバイパス７で消磁用抵抗５の両端を短絡できるようになっている。
【００１７】
なお、電力供給回路Ｃにおける電源スイッチ３としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）等のスイッチング素子を用いると、コイル１へ印加する電圧や電流を制御する場合に、ＰＷＭ制御等のパルス信号を用いて電源スイッチ３を駆動するのに便利であるが、スイッチング素子以外のスイッチを用いることも可能である。また、バイパススイッチ８においても、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子やその他のスイッチを用いることができる。
【００１８】
したがって、上記電源スイッチ３を閉じると、上述したように、コイル１へ通電してコイル１を励磁でき、このコイル１への通電（励磁）時には、バイパススイッチ８が閉じても開いていても、コイル１へ通電できる。他方、電源スイッチ３を開くと、コイル１と電源Ｂａｔとの接続が断たれて、コイル１への電力供給を停止することができる。
【００１９】
そして、電源スイッチ３を閉じて、コイル１へ励磁した後に、電源スイッチ３を開いて、コイル１への電力供給を停止して、コイル１の電流を０にする、つまり、コイル１を消磁したい場合、バイパススイッチ８を開いてバイパス７で消磁用抵抗５を短絡させずに、コイル１に直列に消磁用抵抗５を接続することで、コイル１への通電停止に伴ってコイル１に発生する逆起電力によりコイル１に流れる電流を消磁用抵抗５で消費してコイル１を消磁させる。
【００２０】
コイル１を電源Ｂａｔで励磁してコイル１の電圧が電源電圧となった状態から、電源スイッチ３を開いてコイル１への通電を停止するとき、消磁用抵抗５がない場合の応答特性は、図２の破線で示すように、コイル１のインダクタンスをＬとし、コイル１のレジスタンスをＲとすると、時定数Ｔ＝Ｌ／Ｒの一時遅れ特性となる。これに対して、本実施の形態の電力供給回路Ｃによって電力供給を停止する際に消磁用抵抗５をコイル１に直列させる場合には、消磁用抵抗５のレジスタンスをＲｒｅｔとすると、時定数Ｔ’＝Ｌ／（Ｒ＋Ｒｒｅｔ）となり、時定数Ｔ’＜時定数Ｔの関係となるので、その応答特性は、図２の実線で示すように、消磁用抵抗５のないものよりも、コイル１を早く消磁することができることが分かる。さらに、コイル１の消磁が完了する際のコイル１における電流の変化率を滑らかなものとすることができ、同変化率の急変を回避することができる。
【００２１】
すなわち、この電力供給回路によれば、コイル１を速やかに消磁させることができるとともに、コイル１の消磁完了時点にてコイル１の電流変化を滑らかなものとして、電流の変化率の急変を防止することができる。
【００２２】
ここで、消磁時に電源をコイルへ逆向きに接続して消磁させる図７に示した従来の電力供給回路にあっては、応答特性が時定数Ｔ＝Ｌ／Ｒの一時遅れ特性となる。つまり、図７の電力供給回路では、図８に示した逆印加による消磁における応答特性が限界であって、それ以上に、消磁時間を短縮化することはできない。これに対して、本発明の電力供給回路にあっては、電力供給回路で消磁する場合におけるコイルの電圧或いは電流が０クロスする時間より早く消磁できるように、消磁用抵抗５のレジスタンスＲｒｅｔの値を設定することができ、従来の電力供給回路よりもコイル１を速やかに消磁することができる。
【００２３】
そして、コイル１への通電（励磁）時には、バイパススイッチ８を閉じても開放してもよいので、コイル１への消磁のみを目的とするのであれば、バイパス７とバイパススイッチ８を省略することもできる。
【００２４】
しかしながら、電源スイッチ３をＰＷＭ制御等のパルス信号によってオンオフ駆動させてコイル１へ流す電流を所望の電流に制御する場合、電源スイッチ３のオフ時（開放時）にバイパススイッチ８が開放して消磁用抵抗５がコイル１に直列接続されると、コイル１が早急に消磁されて電流が素早く０に向かおうとするため、電源スイッチ３のオン時（閉時）とオフ時とでコイル１の電流のリップルが激しくなるので、このようなコイル１に流れる電流を所定電流に制御する場面では、バイパススイッチ８を閉じて消磁用抵抗５を短絡しておくことで、電源スイッチ３のオンオフ動作でコイル１の電流のリップルの発生を抑制することができる。
【００２５】
したがって、コイル１に流れる電流を所定電流に制御する場面では、バイパススイッチ８を閉じて消磁用抵抗５を短絡しておくとし、コイル１を消磁させる場合にのみ、電源スイッチ３を開きつつバイパススイッチ８を開放するように設定しておけば、コイル１の電流の制御をする際に、電流リップルを生じさせずにコイル１の電流を狙った値へ制御することができるとともに、コイル１の速やかな消磁を実現することができる。具体的には、電源スイッチ３をＰＷＭ制御によってオンオフ駆動させることを考えると、電源スイッチ３への開度指令が所定値以下となって、実質的に電源スイッチ３が開放状態となる場合に、バイパススイッチ８を開くようにすればよい。この場合の所定値は、実質的に電源スイッチ３が開放状態となる値に設定される。
【００２６】
また、コイル１に流れる電流を所定電流に制御する場面では、バイパススイッチ８を閉じて消磁用抵抗５を短絡しておくとしつつも、コイル１の電流を予め決めておいた閾値以上降下させる場合には、電源スイッチ３を開きつつバイパススイッチ８を開いて消磁用抵抗５をコイル１へ接続させるようにすることで、コイル１の電圧や電流を素早く低下させることができるので、コイル１の電流を狙った電流へ応答性よく追随させることができる。
【００２７】
上記閾値は、電流を降下させる場合における応答性への要求によって決定すればよい。なお、コイル１の電流を下降させる場合には、電源スイッチ３を開きつつ必ずバイパススイッチ８を開くようにして消磁用抵抗５をコイル１へ接続するようにしてもよい。
【００２８】
なお、消磁時に消磁用抵抗５をコイル１に直列させているが、コイル１の逆起電力によるサージを抑制したい場合には、図３に示すように、消磁ライン４に消磁用コイル９を消磁用抵抗５に直列接続するように設けるようにしてもよい。この場合、バイパス７を設ける際には、図３に示すように、バイパス７を消磁ライン４に消磁用コイル９と消磁用抵抗５を迂回するように接続して、消磁用コイル９と消磁用抵抗５に対してバイパススイッチ８を並列接続するようにすればよい。そうすることで、コイル１を消磁させるべく、電源スイッチ３とバイパススイッチ８を開くと、コイル１に消磁用抵抗５と消磁用コイル９とが直列接続されるので、消磁用コイル９の逆起電力によってコイル１のサージ電圧を抑制することができる。
【００２９】
また、このように、消磁ライン４に消磁用コイル９を設ける場合、消磁用コイル９のインダクタンスをＬｓとし、レジスタンスをＲｓとし、消磁用抵抗５のレジスタンスをＲｒｅｔとし、コイル１のインダクタンスをＬとし、コイル１のレジスタンスをＲとすると、Ｌｓ／（Ｒｓ＋Ｒｒｅｆ）＜Ｌ／Ｒの関係となるようにしておく。つまり、消磁用コイル９におけるインダクタンスＬｓを消磁用コイル９と消磁用抵抗５の合成レジスタンス（Ｒｓ＋Ｒｒｅｆ）で割った値が、電源ライン４におけるコイル１のインダクタンスＬをコイル１におけるレジスタンスＲで割った値より小さくすると、電源スイッチ３とバイパススイッチ８の双方を開いてできる電気回路における時定数Ｔ”＝（Ｌ＋Ｌｓ）／（Ｒ＋Ｒｓ＋Ｒｒｅｆ）は、コイル１のみで消磁する回路における時定数Ｔ＝Ｌ／Ｒより必ず小さくなるので、速やかにコイル１を消磁させることができる。
【００３０】
また、図４に示すように、電源スイッチ３を電源ライン２の途中であってコイル１および消磁ライン４の接続点より接地側に介装するようにしてもよい。この場合にも、電源スイッチ３を閉じるとコイル１へ電力供給することができ、電源スイッチ３を開くと、コイル１と消磁用抵抗５とが直接に接続されるので、コイル１を速やかに消磁させて、上記した作用効果をそっくりそのまま奏することができる。なお、図１および図３に示したように、電源スイッチ３を電源ライン２の途中であってコイル１および消磁ライン４の接続点より電源Ｂａｔ側に介装する場合、破線で示すようにコイル１に流れる電流を検知するシャント抵抗Ｓを電源ライン２のコイル１より接地側へ介装することができ、ローサイドで電流検知が可能となる。したがって、電源スイッチ３を電源ライン２の途中であってコイル１および消磁ライン４の接続点より電源Ｂａｔ側に介装することで、ノイズに曝されるコモンモード電圧の影響を受けずにコイル１の電流検出が可能となるとともに、ハイサイドで電流検出する場合に必要となる高価なアンプが不要となるので、安価な装置で電流検出を行うことができるメリットがある。
【００３１】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の電力供給回路Ｃは、コイルへの電力供給に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  コイル
２  電源ライン
３  電源スイッチ
４  消磁ライン
５  消磁用抵抗
６  ダイオード
７  バイパス
８  バイパススイッチ
９  消磁用コイル
Ｂａｔ  電源
Ｃ  電力供給回路
Ｓ  シャント抵抗
【図１】
2012033680.tif 000003
【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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