JPS6053445B2 - プランジャソレノイドコイルの電流制限回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプランジャソレノイドコイル（以後、ソレノイ
ドという）の電流制限回路に関するものである。

一般にソレノイドは第１図に示す如く、ストロークが大
きい時（第１日Ａ点）は吸引力は小さくストロークが小
さく （特に吸引後、第１図Ｂ点）なれば非常に大きな
吸引力を有する。

所が吸引後はこのような大きな吸引力を必要としない装
置においては従来第２図及び第３図に示す如く吸引中は
３又は４のトランジスタをＯＮ（飽和状態とする）とし
、ソレノイド１の両端に全電源電圧を供給しソレノイド
に大きな吸引力を与え、吸引後は大電力用の抵抗２又は
大電力用のトランジスタ４によつて電源電圧を分圧しソ
レノイド１の両端にかかる電圧を数分の１にする事によ
つてソレノイドに流れる電流を制限し吸引後のソレノイ
ドに必要な保持力（第１図°点）を維持するに必要な電
流値（保持電流という）にまで制限していた。

さらに、この吸引後の電流制限によつてソレノイドの吸
引後の消費電力の低減及びソレノイドの温度上昇による
焼損を防いでいた。尚第１図のａカーブはソレノイドに
全電圧がか、かつた時のストロークと吸引力の関係、を
カーブはソレノイドにかかる電圧を落とした（電流制限
）時のストロークの吸引力の関係を示し、ｃカーブは装
置の負荷である。

第１図によればこのソレノイドに要求される吸Ｊ引力は
（負荷はストロークに関係なく一定である）ストローク
に関係なく２．７に９以上の吸引力を必要とし４点より
吸引し８点まで動カルて保持したとすると４点では２．
８に９の吸引力であつたのに８点では７に９もの吸引力
を有している。

そこで第′−２図及び第３図の様な方法で吸引後電流制
限を行い負荷を保持するに必要な保持力Ｃ点を得ている
。所が一方ソレノイド１の電流を制限する為に直列に入
れた抵抗器２及びトランジスタ４には保持電流が流れる
為ソレノイドを保持する為に必要な電力以外に余分に抵
抗器２又はトランジスタ４によつて電力を消費する事に
なる。

例えば直列に入れた抵抗値（ｒ）をソレノイドの抵抗値
（Ｒ）の２倍とし電源電圧を（■）吸引後ソレノイドで
消費される電力を（Ｐｓ）、直列抵抗器で消費される電
力を（Ｐｒ）とすれば（但し、トランジスタのスイッチ
ング動作における電圧降下は無視するものとする）とな
り、抵抗器２はソレノイド１で消費される電力の２倍も
の電力を余分に消費する事になり、大電力用の抵抗器を
必要とする上、発熱に対する配慮も必要である。

又トランジスタ４についても抵抗器２の場合と同じ事が
いえ、トランジスタ４は大電力用のものが必要な上発熱
に対する配慮も必要となる。そこで本発明はこの無駄な
電力の消費をなくししかも電流制限を行なうようソレノ
イドに供給される電流を２電源とし吸引中に高い電圧を
供給し吸引後は低い電圧が供給されるように半導体回路
によるスイッチングを行い吸引後の消費電力をほとんど
ソレノイドのみで消費するようにしたソレ．ノイドの電
流制限回路を提供せんとするものである。

以下本発明回路の具体化例を図面を参照しながら詳細に
説明する。

第４図において外部より吸引中に必要な電流■１及び吸
引後に必要な電源Ｖ２（Ｖ１〉Ｖ２＝眉、〜↓Ｖ１）が
供給され、Ｖ１はＰＮＰトランジスタｑのエミッターと
バイアス抵植只、に、Ｖ２はＮＰＮトランジスタＱ３の
コレクタに接続される。

Ｑ２のコレクタ−ー及びαのエミッターは直接接続され
ソレノイド１の一方に直結され、又ソレノイド１の他方
は共通のアースに接続される。さらにＲ１の他方はｑの
ベース及び３の該回路の制御回路（電流制限回路には直
接関係がないので図の様なスイッチで代用する）に接続
されると共に制御回路３のスイッチが０Ｎ（閉成される
）のときには放電、０ＦＦのときには充電されるような
コンデンサＣ１に接続される。該Ｃ１の他方はＣ１が充
電中には０Ｎになる様なＱ１のベースに接続されＱ１の
コレクターはＲ，を介してＱ１が０ＮのときＱ２も０Ｎ
になる様なＱ２のベースに接続される。尚、Ｄｌ，Ｒ２
は回路保護用のダイオード及び抵）抗であり、また、Ｄ
２は回路保護を行なうと共にコンデンサＣ１の放電を急
速に行わせるためのダイオードである。

次に以上の如く構成される本発明回路の動作について説
明する。該回路を０Ｎ１０ＦＦさせる為の・制御回路３
のスイッチが０Ｎされアース回路に接続されているとき
Ｑ３のベース及びＱ１のベースは直流的にアース電位に
接続されＱ，は０ＦＦ．．Ｑ１もＯＦＦ．．Ｑ１のコレ
クタよりＲ３を介してベースに接続されているＱ２も０
ＦＦである。従つてソレノイード１はＯのエミッター、
Ｑ２のコレクターによりそれぞれの電源から遮断されて
いる。次に３のスイッチが０ＦＦ（開成される）となる
と■１に接続されたＲ１→Ｃ１→Ｑ１のベース→Ｑ１の
エミッター→アースを通してＣ１に充電が始まると同時
にＱ１が０ＮとなりＱ１のコレクタ―電流（＝Ｑ２のベ
ース電流）がＶ，→Ｑ２のエミッター→Ｑ２のベース→
Ｒ３→Ｑ１のコレクター→Ｑ１のエミッター→アースを
通して流れると共にＱ２が０Ｎとなり、ソレノイドにＶ
１→Ｑ２のエミッターＱ２のコレクター→ソレノイド→
アースを通して電流が流れソレノイドが吸引される。

このときＱ３のエミッター電位はほぼＶ１（実際にはＱ
２のコレクターエミッター間による飽和電圧（０．１Ｖ
〜０．５■）が差し引かれる）に等しく又Ｑ３のベース
電位はＣ１の充電電圧がかかつているが■１より大きく
なる事はなく、Ｑ３は０ＦＦの状態にある。而してソレ
ノイドがＶ１により完全に吸引される。さらにＲ１によ
るＣ１への充電が進みＱ１を０Ｎにするに足りる充電電
流が流れなくなり始めるとＱ１のコレクタ電流つまりＱ
２のベース電流も減り始め、さらにＱ２のコレクター電
流が減り始める。するとＱ２はもはやＯＮの状態を維持
できなくなり０ＦＦになろうとし始める。ということは
Ｑ２のコレクターエミッター間の電圧降下が大きくなり
始め、ソレノイドにかかる電圧が小さくなり始める。

この頃になるとＣ１はほぼ充電が完了しＣ１の電位がＶ
１近くになつている。このＣ１の電位がソレノイドにか
かる電圧より大きくなると、いいかえればＱ３のベース
電圧がＱ３のエミッター電圧より高く（約０．７Ｖ位）
なると急激にＱ３が０ＮとなりＱｌ，Ｑ２は０ＦＦとな
る。従つてソレノイドはらによつてＶ１より切り離され
、Ｖ１よりＪ−！氏いＶ２に接続され吸引後は吸
２４１引中の糺ヒ〜−の電流値て保持する。

２４ この後、ソレノイドの駆動を停止させる場合には、３の
スイッチを０ＮすることによりＱｌ，Ｑ２，ｑは全て０
ＦＦされるため、ソレノイドは電源から遮断される。

また、充電状態にあるＣ１は３のスイッチ及びＤ２を介
して急速に放電が行われる。尚Ｑ３が０Ｎとなつた時Ｑ
ｌ，Ｑ２が０ＦＦになるのはＱ３はエミッターフォロワ
ーとして使用されている為Ｏが０ＮになればＱ３のエミ
ッター電位は即Ｖ２となり、ｑのベース電圧は■２＋０
．７Ｖとなる。

という事はＱ２が０Ｎの間はＣ１はほぼＶ１まで充電さ
れていたものがＱ３の０ＮにによりＶ２＋０．７Ｖまで
放電した事になりＣ１のマイナス側、つまりＱ１のベー
スには−（Ｖ１−（Ｖ２＋０．７））■なる負電圧が現
われＱｌ，Ｑ２を直ちに０ＦＦとしているが、実際には
この負電圧によつてＱ１が破壊されるのを防止する為Ｄ
２なるダイオードを入れてこの負電圧をＤ２によつてバ
イパスしＤ２の電圧降下による約一０．７■の逆バイア
スをＱ１のベースに与えている。このＱ２ＯＮからＱ，
ＯＮに切り変る過程は一瞬の内に行われ使用されている
トランジスタは全てス！ツチング動作を行なわせている
ためＱ２及びｑが能動領域を通過する時間は一瞬であり
よく見られる様な能動領域を通過する時間が長いための
トランジスタのランナウェイによる破壊もしくは発熱が
全くない。従つてＱ２及びらは許容損失の小さなトラン
ジスタで十分まかなえる事になり従来の様にソレノイド
で消費させる電力を減らす変りに大電力用の抵抗又は大
電力用のトランジスタで電力を消費させる必要はなく又
系全体の消費電力が数分の１小さくてすむような事を特
徴とする回路である。

また、本発明による回路ではＣ１の放電を急速に行うＤ
２を設け、３のスイッチが短時間の間に０Ｎ，．０ＦＦ
された場合でもＣ１を完全に放電させる．ことができる
ため、ソレノイドが駆動されなくなることを防ぐことが
できる。以下に従来の回路と本発明による回路の比較を
行ないながら更に本発明回路の特徴を説明する。

条件を同じくする為従来の回路、本発明回路のソレノイ
ドの抵抗をＲ１電源電圧を■１（本発明回路は吸引中に
必要な高い方の電源とする）とし吸引後の電流を吸引中
の電流ちの人に制限するものとすると、第２図では吸引
後の電流をＡにするには抵抗器２の抵抗値ｒはｒ＝訳と
なる。従つて吸引中の電流１。

：Ｖ１／Ｒ吸引後の電流 又吸引中におけるソレノイドの消費電力 吸引後におけるソレノーＹＦの消！亨力 吸引後における抵抗の消費電力 吸引後における全体の消費電力 となり吸引後におけるソレノイドの消費電力は吸引中の
Δになる。

にもかかわらず抵抗によつても電力消費が行われ系全体
としては吸引中のＡの電力消費となる。第３図では吸引
後の電流をＡにするにはトランジスタ４によつ寸，の電
圧降下を生じさせる事・になり同図ａの抵抗による消費
電力分をトランジスタで消費させる事により吸引後のソ
レノイドで消費される電力は吸引中のΔ、トランジスタ
はト全体でＡとなる。

（尚Ａ，ｂともスイッチングにおけるトランジスタの電
圧降下は無視する。）本発明回路では吸引後の電流を一
にするにはＶ２はＶ２＝１！１となる。従つて吸引中の
電流 ち＝■１／Ｒ 吸引後の電流 吸引中におけるソレノイドの消費電力 ＰＯ＝ＰＯＲ＝１０Ｖ１ 吸引後におけるソレノイドの消費電力ニ系全体の消費電
力となり、従来の回路ど比較して吸引中における電力は
全く変わらないが、吸引後はソレノイドとしては同じよ
うに吸引中の六の電力であるが従来の回路はさらに余分
に抵抗又はトランジスタによつてソレノイドに必要な電
力の２倍にあたる電力を消費し全体として本発明回路の
３倍の電力を消費する事になる。

此様に本発明回路は無駄な電力消費がなくなりしかも電
源制限を行なうことによりソレノイドに供給される電源
を２電源とし、吸引中は高い電圧を供給し、吸引後は低
い電圧が供給されるようにスイッチングを行い吸引後の
電力消費を殆んどソレノイドのみでなされるようにした
ものでソレノイドの電源制限回路としてはきわめて有効
なもの−である。

【図面の簡単な説明】

第１図はプランジャソレノイドコイルのストロークと吸
引力との関係図、第２図及び第３図は従来一般に用いら
れているプランジャソレノイドコイルの電流制限回路の
回路図、第４図は本発明の一実施例に於けるプランジャ
ソレノイドコイルの電流制限回路の回路図である。 １・・・・・・プランジャソレノイドコイル、Ｑ２，Ｑ
，・・・トランジスタ、Ｃ１・・・・・コンデンサ、Ｄ
２・・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プランジャソレノイドコイルに異なる値の電流を供
   給する第１及び第２の電源と、この第１及び第２の電源
   にそれぞれ接続されプランジャソレノイドコイルに供給
   する電源のＯＮ、ＯＦＦを行う第１及び第２のトランジ
   スタと、前記第１及び第２のトランジスタの制御電極間
   に接続されたコンデンサと、上記コンデンサの１端と電
   源の帰線との間に接続され、その放電を急速に行わせる
   放電手段とを設け、コンデンサの充電時に第１のトラン
   ジスタをオンさせて第１の電源をプランジャソレノイド
   コイルに供給し、コンデンサの充電完了時に第２のトラ
   ンジスタをオンさせると共にこの第２のトランジスタの
   オンにより第１のトランジスタをオフさせて第２の電源
   をプランジャソレノイドコイルに供給させるようにして
   制限された電流が流れるようにしたプランジャソレノイ
   ドコイルの電流制限回路。