(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電源と、該励磁電源の両端に接続した励磁コイルと、前記励磁電源と励磁コイルとの間に直列接続した励磁電流検出抵抗及び第１のスイッチング素子とからなる励磁回路であって、前記第１のスイッチング素子と前記励磁電源との間に電圧を昇圧させる昇圧手段を設け、励磁電流立ち上げ時に、前記励磁電源の電圧に前記昇圧手段により得られた電圧をたし合わせた電圧にする第２のスイッチング素子をオンにし、前記第１のスイッチング素子がオンしたときに前記たし合わせた電圧を前記励磁コイルに供給するようにし、
前記励磁電流が一定のときに、前記第２のスイッチング素子をオフにして、前記励磁電源の電圧を前記励磁コイルに供給するようにしたことを特徴とする電磁流量計の励磁回路。
【請求項２】
前記昇圧手段は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計の励磁回路。
【請求項３】
前記昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータは、励磁電源の両端に直列接続したコンデンサ及びダイオード及び開閉スイッチと、励磁電源のプラス側端子と前記ダイオードと前記開閉スイッチとの間に並列接続したコイルとからなり、前記開閉スイッチがオンのときは前記励磁電源のプラス側からの電流をコイルに流し、前記開閉スイッチがオフのときは前記コイルから発生する逆起電力を前記コンデンサに流して蓄積することを繰り返し行って前記コンデンサに所定の電圧を蓄積することを特徴とする請求項２記載の電磁流量計の励磁回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁流量計の励磁回路に関し、詳しくは、励磁電源の電圧に更に電圧を付加して励磁コイルに供給するようにしてスイッチング素子の発熱量を抑え且つ励磁コイルへ流れる励磁電流の迅速化を図った回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、電磁流量計の励磁回路は、シリーズ方式の励磁回路とスイッチング方式の励磁回路があり、シリーズ方式の励磁回路は、図３に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する励磁タイミング回路Ｕ２と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４とから構成されている。
【０００３】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１と直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子とスイッチング素子Ｑ１のゲートに並列に定電流制御回路Ｕ１を接続する。又、スイッチング素子Ｑ１のドレイン側には、電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続してある。このスイッチング素子Ｑｅｘ１とＱｅｘ２との中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３とＱｅｘ４との中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは励磁タイミング回路Ｕ２に接続されている。
【０００４】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源の励磁電流を定電流制御回路Ｕ１によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、タイミング回路Ｕ２は、Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルに電流を流し、又、Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルに逆方向の電流を流すように制御する。
【０００５】
又、スイッチング方式の励磁回路は、図４に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４とから構成されている。又、この励磁定電流制御回路Ｕ１は、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する機能も備えている。
【０００６】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１を直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子を定電流制御回路Ｕ１に接続する。又、抵抗Ｒ１には、電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続されている。このスイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ２の中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３及びＱｅｘ４の中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは定電流制御回路Ｕ１に接続されている。
【０００７】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源の励磁電流を定電流制御回路Ｕ１は制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、定電流制御回路Ｕ１は、Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルに電流を流し、又、Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルに逆方向の電流を流すように制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における励磁回路においては、▲１▼励磁による消費電力を小さくすると、起電力を大きくするために励磁コイルＬｅｘの巻数を多くする必要があり、その分、励磁コイルＬｅｘのインダクタンスは大きくなり励磁方向切り換え時の励磁電流立ち上がりは遅くなり高周波励磁（５０Ｈｚ以上）には無理であるという問題がある。
【０００９】
▲２▼励磁コイルＬｅｘのインダクタンスが大きいときに、高周波励磁をしようとすると励磁電源電圧Ｖｅｘは極めて高くなるため、電源トランスの巻数が多くなり、電源回路自体が大きくなるという問題がある。
【００１０】
▲３▼更に、従来技術で説明したシリーズ方式の励磁回路の場合、励磁電流が一定値のとき励磁電源Ｖｅｘ（高電圧）と励磁コイル両端の電圧（低電圧）の電圧差は大きくなり、励磁定電流制御用のスイッチング素子Ｑ１（ＦＥＴ）の発熱が大きくなり、その分、スイッチング素子Ｑ１に取りつける放熱板が大きくなり、励磁回路自体が大きくなってしまうという問題がある。
【００１１】
▲４▼また、従来技術で説明したスイッチング方式の励磁回路の場合、励磁電流の定電流制御がスイッチングで行われるため、スイッチングノイズが流量信号にのりサンプリングされてしまうため、出力揺動の原因になるという問題がある。
【００１２】
従って、▲１▼起電力を大きくするため励磁コイルの巻数を多くした低消費電力の電磁流量計励磁回路で５０Ｈｚ以上の高周波励磁を可能にする回路構成、▲２▼励磁コイルの巻数を多くした低消費電力の電磁流量計励磁回路において、励磁回路電源として高電圧を必要としないで、電源トランスを小型化することができる回路構成に解決しなければならない課題を有する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、次に示す構成にすることである。
【００１４】
（１）励磁電源と、該励磁電源の両端に接続した励磁コイルと、前記励磁電源と励磁コイルとの間に直列接続した励磁電流検出抵抗及び第１のスイッチング素子とからなる励磁回路であって、前記第１のスイッチング素子と前記励磁電源との間に電圧を昇圧させる昇圧手段を設け、励磁電流立ち上げ時に、前記励磁電源の電圧に前記昇圧手段により得られた電圧をたし合わせた電圧にする第２のスイッチング素子をオンにし、前記第１のスイッチング素子がオンしたときに前記たし合わせた電圧を前記励磁コイルに供給するようにし、
前記励磁電流が一定のときに、前記第２のスイッチング素子をオフにして、前記励磁電源の電圧を前記励磁コイルに供給するようにしたことを特徴とする電磁流量計の励磁回路。
（２）前記昇圧手段は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする（１）記載の電磁流量計の励磁回路。
（３）前記昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータは、励磁電源の両端に直列接続したコンデンサ及びダイオード及び開閉スイッチと、励磁電源のプラス側端子と前記ダイオードと前記開閉スイッチとの間に並列接続したコイルとからなり、前記開閉スイッチがオンのときは前記励磁電源のプラス側からの電流をコイルに流し、前記開閉スイッチがオフのときは前記コイルから発生する逆起電力を前記コンデンサに流して蓄積することを繰り返し行って前記コンデンサに所定の電圧を蓄積することを特徴とする（２）記載の電磁流量計の励磁回路。
【００１５】
このように、励磁電源のほかに昇圧手段を設けて、励磁電源からの励磁電圧に、昇圧手段で昇圧した電圧を加えて励磁コイルに供給するようにしたことにより、定電流回路、スイッチング素子で構成する励磁回路であっても発熱が少ない回路を提供することができ、これは、又、回路を小型化にすることが可能になる。又、定電流制御がスイッチングによるものではないので、スイッチングノイズが流量信号にのることがなく、安定した出力信号を得ることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁流量計の励磁回路の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００１７】
本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、シリーズ方式の励磁回路であり、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えた回路構成になっており、それは、図３に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する励磁タイミング回路Ｕ２と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４と、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路とから構成されている。
【００１８】
昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、昇圧用コンデンサＣ１、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、コイルＬ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ２とから構成されている。
【００１９】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１と直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子とスイッチング素子Ｑ１のゲートＧに並列に定電流制御回路Ｕ１を接続する。又、スイッチング素子Ｑ１のドレインＤ側には、励磁電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続してある。このスイッチング素子Ｑｅｘ１とＱｅｘ２との中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３とＱｅｘ４との中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは励磁タイミング回路Ｕ２に接続されている。
【００２０】
昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の接続状態は、励磁電源Ｖｅｘの両端子に直列接続したコンデンサＣ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ２を並列に接続し、励磁電源Ｖｅｘのプラス側端子とコンデンサＣ１との間とダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ２との間にコイルＬ１を接続している。又、励磁電源Ｖｅｘのプラス端子とコンデンサＣ１との間と励磁電流検出抵抗Ｒ１との間にダイオードＤ２を接続し、ダイオードＤ１のアノード側と、ダイオードＤ２のアノードと抵抗Ｒ１との間に、スイッチング素子Ｑ３を接続している。
【００２１】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源Ｖｅｘの励磁電流Iｅｘを定電流制御回路Ｕ１によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、タイミング回路Ｕ２は、スイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルＬｅｘに電流を流し、又、スイッチング素子Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルＬｅｘに逆方向の電流を流すように制御する。
【００２２】
さて、このような接続状態を有するＤＣ−ＤＣコンバータ回路の動作は、先ず▲１▼励磁立ち上げ時でないときに、スイッチング素子Ｑ２をオンすると、励磁電源Ｖｅｘからの電流がコイルＬ１、スイッチング素子Ｑ２方向への電流ｉ１が流れる。この時、コイルＬ１にエネルギーが貯えられる。充分にエネルギーが貯えられたところで、スイッチング素子Ｑ２をオフすると、コイルＬ１のエネルギー（逆起電力）がコイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１方向への電流ｉ２が流れることにより、コイルＬ１に貯まっていたエネルギーが電流となってコンデンサＣ１に貯えられる。このときスイッチング素子Ｑ３はオフを維持する。スイッチング素子Ｑ２をオン／オフすること、即ち、スイッチングすることでコンデンサＣ１の電圧は段々に高くなってゆく。
【００２３】
このようにして、コンデンサに所定の電圧Ｖｃ１を蓄積しておいた状態で、励磁立ち上げ、即ち、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘを流す時には、スイッチング素子Ｑ３をオンして、コンデンサＣ１にチャージしている電圧Ｖｃ１と、励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃをたし合わせた電圧にし、スイッチング素子Ｑ１をオンすれば、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧を供給できると共に励磁電源Ｖｅｘの低電圧の電流が供給することができるため、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流Iｅｘを迅速に立ち上げることができる。又、電圧は高電圧であっても、励磁電流Iｅｘは励磁電源Ｖｅｘの低電圧の電流であるため、スイッチング素子Ｑ１から発生する発熱を抑えることができる。これは、従来の如くスイッチング素子Ｑ１からの発熱を放熱させるための放熱板等を小さくすることができ、その分回路自体の小型化を図ることが可能になる。更に、励磁電源Ｖｅｘからの電圧Ｖｃを低電圧にすることができるため、電源トランスの巻線数を少なくすることも可能であり、電源トランス自体を小型化にできる。このように電源部分の回路も励磁回路自体も小型化できるために、電磁流量計自体も小型化できる。また、定電流の制御はシリーズ方式であるため、スイッチングノイズが流量信号サンプリングに入ることはないので、安定した出力を得ることができる。
【００２４】
図２は、この昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路によるコンデンサＣ１によりチャージした電圧Ｖｃ１を励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃに加えて励磁コイルＬｅｘに印加する様子を示したタイミングチャートである。
【００２５】
先ず、励磁電流Iｅｘが流れる方向を決定するスイッチング素子Ｑｅｘ１・Ｑｅｘ４がオン、Ｑｅｘ３・Ｑｅｘ２がオフの状態で、スイッチング素子Ｑ２をオン／オフのスイッチングをしてコンデンサＣ１に電圧Ｖｃ１なる電圧をチャージした状態でスイッチング素子Ｑ３をオンする（Ｐ１の位置）。すると、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧が印加でき（Ｐ２の位置）、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘが流れる（Ｐ３の位置）。励磁電流ｌｅｘが流れている間にスイッチング素子Ｑ３がオフになる（Ｐ４の位置）と、スイッチング素子Ｑ２が再度オン／オフのスイッチングが開始してコンデンサＣ１にチャージして電圧Ｖｃ１を得る（Ｐ５の位置）。
【００２６】
次に、励磁電流Iｅｘの流れる方向を逆方向に決定するスイッチング素子Ｑｅｘ１・Ｑｅｘ４がオフ、Ｑｅｘ３・Ｑｅｘ２がオンの状態でスイッチング素子Ｑ３がオンすると（Ｐ６の位置）と、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧が印加できる（Ｐ７の位置）。すると、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘの電流が逆方向に流れる（Ｐ８の位置）。励磁電流Iｅｘが流れている間にスイッチング素子Ｑ３がオフになる（Ｐ９の位置）と、スイッチング素子Ｑ２が再度オン／オフのスイッチングが開始してコンデンサＣ１にチャージして電圧Ｖｃ１を得る（Ｐ１０の位置）。
【００２７】
このようにしてコンデンサＣ１にチャージをしては、チャージした電圧Ｖｃ１を励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃに加えた高電圧にして励磁コイルに供給することができることは、所謂、起電力を大きくすることと同じであり、これは、励磁コイルＬｅｘを多巻線にした低消費電力型の電磁流量計でも、早い励磁電流の立ち上げが必要な、例えば５０Ｈｚ以上の高周波励磁にも適用可能になる。
【００２８】
尚、実施例においては、励磁コイルＬｅｘに対して、順方向及び逆方向に励磁電流Iｅｘを流す２値励磁について説明したが、これに限定されることなく、３値励磁、２周波励磁などの全ての励磁方式に提供できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、励磁コイルに電圧を印加するときに励磁電源の電圧にコンデンサでチャージした電圧を加えて印加するようにしたことによって、励磁電源の低電圧の電流を、高電圧にして励磁コイルに供給することができるため、励磁電流を迅速に立ち上げることができるばかりでなく、励磁電圧を供給するスイッチング素子からの発熱を抑えることができ、放熱板等を小型化にできるため、その分励磁回路自体を小型化にすることができるという効果がある。
【００３０】
又、起電力を大きくとれるため、多巻線にした零時コイルを持つ低消費電力の電磁流量計励磁回路でも、例えば５０Ｈｚ以上の高周波励磁が可能になる。
【００３１】
更に、励磁回路電源に高電圧を必要としないため、電源トランス等を小型化、及び電源回路及び励磁回路を小型化することができるため、電磁流量計自体も小型化にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁流量計の励磁回路の略示的な回路図である。
【図２】同タイミングチャートである。
【図３】従来技術におけるシリーズ方式の電磁流量計の励磁回路を示した略示的な回路図である。
【図４】従来技術におけるスイッチング方式の電磁流量計の励磁回路を示した略示的な回路図である。
【符号の説明】
Ｕ１      励磁定電流制御回路
Ｕ２      励磁タイミング回路
Ｖｃ１    コンデンサＣ１チャージ電圧
Ｖｅｘ    励磁電源
Ｖｃ      励磁電源の電圧
Ｌｅｘ    励磁コイル
Iｅｘ    励磁電流
【図１】
0004378765.tif 000002
【図２】
0004378765.tif 000003
【図３】
0004378765.tif 000004
【図４】
0004378765.tif 000005