电磁线圈驱动电路的制作方法

1.本发明涉及对电磁螺线管、电磁接触器的操作线圈这样的电磁线圈进行驱动的电磁线圈驱动电路。


背景技术：

2.以往，已知下述技术，即，在使可动铁芯向固定铁芯吸附的吸附动作时、和对使可动铁芯吸附于固定铁芯的状态进行保持的吸附保持时，使在对电磁接触器的可动铁芯进行驱动的操作线圈流动的励磁电流不同。例如，在下述专利文献1中，关于施加于对在操作线圈流动的励磁电流进行控制的开关元件的脉冲信号，在吸附动作时将接通时间的比率相对地增大，在吸附保持时将接通时间的比率相对地减小，由此变更了向操作线圈的励磁电流。
3.专利文献1：日本特开2004－186052号公报


技术实现要素：

4.但是，在专利文献1中，为了在可动铁芯的吸附动作时和吸附保持时对在操作线圈流动的励磁电流进行变更，需要与励磁电流的大小相应地对脉冲信号的脉宽进行控制的脉宽调制(pulse width modulation：pwm)技术。因此，存在电路复杂化且大规模化，制造成本及消耗电力增加这一课题。
5.本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够抑制电路的复杂化及大规模化，实现制造成本及消耗电力的减少的电磁线圈驱动电路。
6.为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的电磁线圈驱动电路具有第1及第2开关元件、第1及第2驱动电路以及降压电路。第1开关元件经由电磁线圈而配置于高电位侧的第1电源线和低电位侧的第2电源线之间，且比电磁线圈配置于更靠低电位侧。第1驱动电路使用对第1电源线和第2电源线之间施加的第1电压对第1开关元件进行驱动。第2开关元件经由电磁线圈而配置于第1电源线和低电位侧的第3电源线之间，且比电磁线圈配置于更靠低电位侧。第2驱动电路使用对第1电源线和第3电源线之间施加的第2电压对第2开关元件进行驱动。降压电路使用第1电压而生成使第1电压降压后的第2电压。
7.发明的效果
8.根据本发明所涉及的电磁线圈驱动电路，具有下述效果，即，能够抑制电路的复杂化及大规模化，实现制造成本及消耗电力的减少。
附图说明
9.图1是表示实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的实施例的图。
10.图2是表示实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的结构例的图。
11.图3是在实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的动作说明中使用的时序图。
12.图4是表示实施方式2所涉及的电磁线圈和电感的结构例的图。
13.图5是表示图4所示的电磁线圈和电感的剖面的剖视图。
14.图6是表示实施方式3所涉及的电磁线圈驱动电路的结构例的图。
具体实施方式
15.以下，参照附图对本发明的实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路详细地进行说明。此外，本发明并不由以下的实施方式1限定。另外，以下不对电连接和物理连接进行区分而简称为“连接”进行说明。
16.实施方式1.
17.图1是表示实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的实施例的图。在图1中，图示出交流电源1、全波整流电路2、电磁线圈驱动电路3、电磁线圈5以及具有固定铁芯61和可动铁芯62的被驱动部6。
18.电磁线圈5的一个例子是断路器所具有的螺线管线圈。电磁线圈的另一例是电磁接触器的操作线圈。
19.电磁线圈驱动电路3具有直流输入端子t1、t2。对直流输入端子t1、t2之间施加由全波整流电路2整流后的整流电压。全波整流电路2使用从交流电源1输出的交流电压而生成整流电压。电磁线圈驱动电路3基于整流电压对在电磁线圈5中流动的励磁电流进行控制。励磁电流的控制的详细内容在后面记述。
20.如果在电磁线圈5中流动励磁电流，则通过由励磁电流引起的电磁力对可动铁芯62进行拉拽。由此，可动铁芯62被固定铁芯61吸附。在实施方式1中，在使可动铁芯62向固定铁芯61吸附的吸附动作时和对使可动铁芯62吸附于固定铁芯61的状态进行保持的吸附保持时，电磁线圈驱动电路3的动作不同。各个动作的详细内容在后面记述。
21.图2是表示实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的结构例的图。实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路3作为主要的结构要素而具有第1电容器31、降压电路32、第2电容器33、开关元件驱动电路34、第1开关元件41和第2开关元件42。并且，电磁线圈驱动电路3具有第1二极管43、第2二极管44、电流抑制电路45和第3二极管46。
22.开关元件驱动电路34具有第1驱动电路341、第2驱动电路342和电压检测电路343。降压电路32具有二极管321、电感322、电源ic 323和电压检测电路324。
23.第1电容器31的一端与第1电源线36连接。第1电容器31的另一端经由第3二极管46与第2电源线37连接。第3二极管46的正极与第1电容器31的另一端连接。第3二极管46的负极与第2电源线37连接。
24.第1电源线36是与直流输入端子t1连接的高电位侧的电源线。第2电源线37是与直流输入端子t2连接的低电位侧的电源线。如前述所示，对直流输入端子t1、t2之间施加由全波整流电路2整流后的整流电压。整流电压由从交流电源1输出的交流电压和全波整流电路2所具备的二极管的正向压降决定。对第1电源线36和第2电源线37之间施加整流电压。如果忽略第3二极管46的正向压降，则第1电容器31的两端电压都等于整流电压。此外，在下面的记载中，有时将对第1电源线36和第2电源线37之间施加的电压称为“第1电压”。
25.另外，在降压电路32中，二极管321的负极与第1电源线36连接。二极管321的正极与电感322的一端连接。电感322的另一端与第3电源线38连接。第3电源线38接地。在二极管321的正极和电感322的一端的连接点325与第3二极管46的正极之间插入有电源ic 323。在电源ic 323的内部具有用于将第1电源线36和第2电源线37的连接进行开闭的开关部323a。
降压电路32的动作的详细内容在后面记述。
26.第2电容器33的一端与第1电源线36连接。第2电容器33的另一端与第3电源线38连接。电压检测电路324连接于第1电源线36和第3电源线38之间，以使得能够对第2电容器33的两端电压进行测量。此外，在下面的记载中，有时将对第1电源线36和第3电源线38之间施加的电压称为“第2电压”。
27.另外，在开关元件驱动电路34中，第1驱动电路341的一端与第1电源线36连接。第1驱动电路341的另一端与第2电源线37连接。第2驱动电路342的一端与第1电源线36连接。第2驱动电路342的另一端与第3电源线38连接。电压检测电路343连接于第1电源线36和第2电源线37之间，以使得能够对第1电容器31的两端电压进行测量。开关元件驱动电路34的动作的详细内容在后面记述。
28.第1驱动电路341对第1开关元件41进行驱动。第2驱动电路342对第2开关元件42进行驱动。第1开关元件41及第2开关元件42的各一个例子是图示的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor：mosfet)。也可以取代mosfet而使用双极晶体管。
29.第1开关元件41的第1端子即源极与第2电源线37连接。第1端子是第1开关元件41的低电位侧的端子。第1开关元件41的第2端子即漏极经由电磁线圈5与第1电源线36连接。第2端子是第1开关元件41的高电位侧的端子。第1开关元件41的驱动端子即栅极与第1驱动电路341连接。在电磁线圈5的两端连接有第1二极管43。
30.如上述所示，第1开关元件41与电磁线圈5相比配置于更靠低电位侧。另外，第1开关元件41经由电磁线圈5而配置于高电位侧的第1电源线36和低电位侧的第2电源线37之间。
31.第2开关元件42的第1端子即源极经由电流抑制电路45与第3电源线38连接。第1端子是第2开关元件42的低电位侧的端子。第2开关元件42的第2端子即漏极经由电磁线圈5及第2二极管44而与第1电源线36连接。第2端子是第2开关元件42的高电位侧的端子。第2开关元件42的驱动端子即栅极与第2驱动电路342及电流抑制电路45连接。第2二极管44的正极与电磁线圈5连接。第2二极管44的负极与第2开关元件42的漏极连接。
32.如上述所示，第2开关元件42比电磁线圈5配置于更靠低电位侧。另外，第2开关元件42经由电磁线圈5而配置于高电位侧的第1电源线36和低电位侧的第3电源线38之间。
33.接下来，对实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路3的准备动作进行说明。首先，第1电容器31对与整流电压大致相等的第1电压进行保持。如前述所示，整流电压由从交流电源1输出的交流电压和全波整流电路2所具备的二极管的正向压降决定。在本说明书中，例示出第1电压为200[v]的情况。
[0034]
对降压电路32施加第1电压。降压电路32使用第1电压，生成使该第1电压降压后的第2电压。第2电压由第2电容器33保持。如果电源ic 323的开关部323a被控制为接通，则电流在直流输入端子t1、第2电容器33、电感322、电源ic 323、直流输入端子t2的路径流动。此时，在电感322积蓄电磁能。如果开关部323a被控制为断开，则在电感322积蓄的电磁能成为电动势，电流在电感322的一端、二极管321、第2电容器33、电感322的另一端的路径流动。
[0035]
通过对接通时间相对于开关部323a的接通时间与断开时间之和的比进行控制，从而在第2电容器33维持规定的第2电压。在第2电压被维持的期间，开关部323a的通断动作停
止。第2电压由电压检测电路324监视。如果第2电容器33的电荷被使用，则第2电压降低。如果第2电压降低，则开关部323a的通断动作恢复。
[0036]
此外，在本说明书中，例示出第2电压为20[v]的情况，但并不限定于此。第2电压只要为比第1电压低的电压即可，也可以为20[v]以外的电压。
[0037]
接下来，对实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路3的动作进行说明。图3是在实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路的动作说明中使用的时序图。从上层部起依次将(a)第1开关元件41的栅极电压、(b)第1开关元件41的漏极
·
源极间电压、(c)第2开关元件42的栅极电压、(d)第2开关元件42的漏极
·
源极间电压、(e)在电磁线圈5中流动的励磁电流的波形分别示出。
[0038]
在开关元件驱动电路34中，电压检测电路343始终监视第1电容器31的电压是否达到第1电压。第1电压是使可动铁芯62向固定铁芯61吸附的吸附动作所需充分的电压。换言之，第1电压是能够将使可动铁芯62向固定铁芯61吸附所需的电流在电磁线圈5流动的电压。
[0039]
在从上位的控制装置接收到向电磁线圈5的通电指令，且第1电容器31的电压达到第1电压的情况下，开关元件驱动电路34在时刻t1，使第1驱动电路341动作，对第1开关元件41施加栅极电压，使第1开关元件41导通。如果第1开关元件41导通，则第1开关元件41的漏极
·
源极间电压降低至零[v]附近为止。另外，如果第1开关元件41导通，则吸附动作所需的励磁电流在电磁线圈5中流动。由此，可动铁芯62被固定铁芯61吸附，吸附动作完成。
[0040]
此外，在第1开关元件41导通时，第2开关元件42的漏极的电位大幅地变动。因此，有可能对第2开关元件42施加所谓的逆电压。为了防止该情况，设置有第2二极管44。即，第2二极管44作为防止施加逆电压二极管而动作。
[0041]
在时刻t2，为了减小在电磁线圈5中流动的励磁电流，第1开关元件41从导通被控制为非导通，第2开关元件42从非导通被控制为导通。即，在时刻t2，第1驱动电路341解除向第1开关元件41的栅极电压，将第1开关元件41设为非导通。第2驱动电路342对第2开关元件42施加栅极电压，使第2开关元件42导通。由此，对电磁线圈5的两端施加比第1电压(200[v])低的第2电压(20[v])，在电磁线圈5中流动的励磁电流逐渐地降低。而且，在时刻t3，如果第2开关元件42完全地导通，则在电磁线圈5流动为了对使可动铁芯62吸附于固定铁芯61的状态进行保持所需的吸附保持电流。
[0042]
此外，如果为了在电磁线圈5中流动吸附保持电流，将第1开关元件41设为非导通，将第2开关元件42设为导通，则励磁电流急剧减小，因此如果试图维持励磁电流，则在电磁线圈5会产生反电动势。由于该反电动势，有可能在降压电路32流动大于或等于额定值的电流。详细地说，有可能经过途经电磁线圈5
→
第2二极管44
→
第2开关元件42
→
电感322
→
二极管321
→
电磁线圈5的电路，在降压电路32流动大于或等于额定值的电流。为了防止该情况，设置有电流抑制电路45。在时刻t2、t3之间，第2开关元件42的漏极
·
源极间电压的波形平缓地降低。该波形通过电流抑制电路45的作用而得到。
[0043]
电流抑制电路45的结构要素的一个例子为电阻器。例如，能够通过在第2开关元件42的源极和第3电源线38之间放入电阻器而构成。在第2开关元件42流动电流时，通过在电阻器产生的电压，能够使第2开关元件42的栅极
·
源极间的接通电压减小。其结果，能够抑制在第2开关元件42流动大于或等于一定值的电流。由此，不会大幅地受到在电磁线圈5产
生的反电动势的影响，能够对降压电路32的部件进行选定，能够通过所需最低限度的额定部件而构成降压电路32。
[0044]
另外，在图3的时序图没有示出，但为了将可动铁芯62向固定铁芯61的吸附解除，只要将第2开关元件42设为非导通即可。此外，如果将第2开关元件42设为非导通，则在电磁线圈5中流动的电流减小的过程中，在电磁线圈5产生反电动势。为了使该反电动势回流，在电磁线圈5设置有第1二极管43。即，第1二极管43作为续流二极管而动作。
[0045]
另外，在第1开关元件41导通时，设置有第3二极管46以使得第1电容器31的电荷不放电。即，第3二极管46作为防止第1电容器31的电荷的放电的放电防止二极管而动作。由此，能够顺利地进行向降压电路32的电力供给。
[0046]
如以上说明所述，实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路具有第1及第2开关元件、第1及第2驱动电路以及降压电路。第1开关元件经由电磁线圈而配置于高电位侧的第1电源线和低电位侧的第2电源线之间，与电磁线圈相比配置于更靠低电位侧。第1驱动电路使用对第1电源线和第2电源线之间施加的第1电压而对第1开关元件进行驱动。第2开关元件经由电磁线圈而配置于第1电源线和低电位侧的第3电源线之间，与电磁线圈相比配置于更靠低电位侧。第2驱动电路使用对第1电源线和第3电源线之间施加的第2电压而对第2开关元件进行驱动。降压电路使用第1电压而生成使第1电压降压后的第2电压。根据这些技术明确可知，实施方式1的方法没有使用如现有技术那样的pwm技术。因此，不需要控制微型计算机及复杂的控制电路。由此能够抑制电路的复杂化及大规模化，实现制造成本及消耗电力的减少。
[0047]
此外，实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路在电磁线圈的驱动开始时，通过第1驱动电路对第1开关元件进行驱动而对电磁线圈的可动铁芯进行吸附。另外，电磁线圈驱动电路在吸附可动铁芯后，停止第1驱动电路的驱动，通过第2驱动电路对第2开关元件进行驱动而对可动铁芯的吸附进行保持。
[0048]
通过上述动作，在电磁线圈产生反电动势。因此，实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路可以在第2开关元件的低电位侧的端子即第1端子和第3电源线之间具有电流抑制电路。电流抑制电路进行动作，以使得抑制由电磁线圈的反电动势产生的电流向降压电路的进入。由此，能够通过所需最低限度的额定部件构成降压电路。
[0049]
另外，可以具有正极与第1电容器的另一端连接，负极与第2电源线连接的二极管。该二极管作为防止第1电容器的电荷的放电的放电防止二极管而动作。由此，由于防止第1电容器的电荷的放电，因此降压电路的动作所需的电压保持于第1电容器。由此，能够顺利地进行向降压电路的电力供给。
[0050]
此外，在可动铁芯62的驱动力较小即可的情况下，能够减小在电磁线圈5流动的励磁电流。在如上所述的情况下，也能够将第1二极管43、第2二极管44及第3二极管46之中的至少1个省略。
[0051]
实施方式2.
[0052]
图4是表示实施方式2所涉及的电磁线圈和电感的结构例的图。图5是表示图4所示的电磁线圈和电感的剖面的剖视图。在实施方式1中将电磁线圈5和电感322由分体部件构成。在将电磁线圈驱动电路3在ac440v等高的电源电压中使用的情况下，对电感322施加将输入电压和由电磁线圈5的反电动势产生的浪涌电压相加后的电压。因此，需要使用具有该
相加后的电压以上的额定性能的电感322，如果通过市售品的电感进行选定，则外形变大，制造成本也提高。
[0053]
因此，在实施方式2中，如图4所示，在电磁线圈5的外周卷绕绕组350而构成电感322，构成了将电磁线圈5和电感322设为同一部件的电感部件50。更详细地说，如图5所示，具有线轴51、轭部52、固定铁芯53、可动铁芯54和轴55而构成了电感部件50。
[0054]
在线轴51的中央部设置贯通孔。在线轴51卷绕有用于构成电磁线圈5的绕组56。轭部52配置于线轴51的外侧。在固定铁芯53的中央部设置贯通孔。固定铁芯53设置于线轴51的贯通孔内。可动铁芯54设置于线轴51的贯通孔内，在线轴51的贯通孔内能够移动地设置。轴55保持于可动铁芯54，能够移动地将固定铁芯53的贯通孔贯通。电感322设置于电磁线圈5和轭部52之间，由卷绕于电磁线圈5的外侧的绕组350构成。
[0055]
如以上说明所述，根据实施方式2所涉及的电磁线圈驱动电路，降压电路所具有的电感是在电磁线圈的外周卷绕绕组而构成的。由此，能够将电磁线圈及电感构成为电感部件，因此能够削减部件个数及制造成本。另外，能够将电磁线圈及电感构成为电感部件，与从市售品选定同等的部件的情况相比，能够将电磁线圈驱动电路小型化。
[0056]
实施方式3.
[0057]
在实施方式3中，说明通过使用实施方式2所示的电感322，从而能够简化实施方式1的电路结构的情况。图6是表示实施方式3所涉及的电磁线圈驱动电路的结构例的图。
[0058]
实施方式3所涉及的电磁线圈驱动电路3a是在图1所示的实施方式1所涉及的电磁线圈驱动电路3的结构中，将开关元件驱动电路34置换为开关元件驱动电路34a。在开关元件驱动电路34a中，删除了第2驱动电路342。由此，第2开关元件42也被删除。因此，电流抑制电路45的高电位侧与第2二极管44的负极连接，电流抑制电路45的低电位侧与第3电源线38连接。其他结构与图1所示的结构相同或同等，对相同或同等的结构部标注同一标号，省略重复说明。
[0059]
在实施方式3所涉及的电磁线圈驱动电路3a中，如果将第1开关元件41设为非导通，则经过电流抑制电路45而流动吸附保持电流。电流抑制电路45进行动作以使得抑制由电磁线圈5的反电动势产生的电流进入至降压电路32的电感322。
[0060]
在实施方式3的结构中，在使用实施方式2所涉及的结构的电感322的情况下，在电感322的绕组350使用短时间的通电电流耐量大的绕组。如上所述，如图6的结构所示，能够削减第2开关元件42和第2驱动电路342。另外，电流抑制电路45即使使用电阻器等简单的电路元件而构成，也能够满足所需的性能。并且，在构成电感322的绕组350使用耐电压耐量大的绕组，由此也能够将电磁线圈驱动电路3a在ac440v等高的电源电压使用。
[0061]
如以上说明所述，根据实施方式3所涉及的电磁线圈驱动电路，降压电路具有在电磁线圈的外周卷绕绕组而构成的电感，电流抑制电路进行动作以使得抑制由电磁线圈的反电动势产生的电流进入降压电路的电感。在该结构中，如果在卷绕于电磁线圈的外周的绕组使用短时间的通电电流耐量大而耐电压耐量大的绕组，则能够削减第2开关元件42和第2驱动电路342。由此，能够实现电磁线圈驱动电路的进一步小型化。
[0062]
此外，以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
[0063]
标号的说明
[0064]
1 交流电源，2 全波整流电路，3、3a 电磁线圈驱动电路，5 电磁线圈，6 被驱动部，31 第1电容器，32 降压电路，33 第2电容器，34、34a 开关元件驱动电路，36 第1电源线，37 第2电源线，38 第3 电源线，41 第1开关元件，42 第2开关元件，43 第1二极管，44 第2二极管，45 电流抑制电路，46 第3二极管，50 电感部件，51 线轴，52 轭部，53、61 固定铁芯，54、62 可动铁芯，55 轴，56、350 绕组，321 二极管，322 电感，323 电源ic，323a 开关部，324、343 电压检测电路，325 连接点，341 第1驱动电路，342 第2驱动电路，t1、t2 直流输入端子。