起重磁铁用电源电路 本申请主张基于 2009 年 3 月 31 日申请的日本专利申请第 2009-087558 号的优先 权。其申请的全部内容通过参照援用在本说明书中。技术领域
本发明涉及一种起重磁铁用电源电路。 背景技术 通常， 公知有在装卸作业或建设作业等中用于吊起铁片的起重磁铁。作为起重磁 铁， 除了作为工厂等的设备的起重磁铁之外， 还有搭载于车辆的起重磁铁。使用起重磁铁 时， 对起重磁铁进行励磁， 并使之吸附并吊起铁片。而且， 放下铁片时， 对起重磁铁进行消 磁。
在专利文献 1 中， 记载有进行起重磁铁的励磁及消磁的起重磁铁驱动电路。这些 起重磁铁驱动电路具备 H 桥式电路部， 该 H 桥式电路部具有 4 个切换元件以及 4 个二极管， 并且控制起重磁铁的励磁。在专利文献 1 记载的起重磁铁驱动电路中， 作为 H 桥式电路部 的 4 个切换元件使用无触点开关。
在此， 无触点开关是指不具有机械地进行接触的触点的开关， 是晶体管等半导体 开关。
专利文献 1 ： 日本特开 2007-119160 号公报
然而， 在起重磁铁驱动电路中， 进行起重磁铁的励磁以及消磁时， H 桥式电路部的 切换元件进行切换工作。 然而， 由于无触点开关的内部电阻比较大， 所以若将无触点开关用 在 H 桥式电路部的切换元件， 则由于发热变大， 所以需要空冷风扇等冷却装置。因此， 存在 装置的结构变复杂的问题。
并且， 存在耐电压方面的半导体无触点开关的耐用性的问题。半导体无触点开关 具备 IC、 电容器、 电阻、 印刷基板等， 与有触点开关相比， 存在发生故障的忧虑。要求降低触 点中发生故障的危险， 进一步提高信赖度。
发明内容
因此， 本发明的目的在于， 提供一种能够以简单的结构实现低发热且能够实现信 赖度的提高的起重磁铁用电源电路。
本发明的起重磁铁用电源电路， 对起重磁铁供给电力， 其特征在于， 具备 H 桥式电 路部， 该 H 桥式电路部具有 ： 第 1 切换元件及第 2 切换元件， 在高电位侧电源和低电位侧电 源之间依次被串联连接， 上述第 1 切换元件及第 2 切换元件之间的节点与上述起重磁铁的 一端连接 ； 第 3 及第 4 切换元件， 在上述高电位侧电源和上述低电位侧电源之间依次被串联 连接， 上述第 3 切换元件及第 4 切换元件之间的节点与上述起重磁铁的另一端连接 ； 以及换 向用机构， 并且， 该 H 桥式电路部控制向上述起重磁铁的电力的供给， 上述第 1 切换元件至 第 4 切换元件中的至少一个为交流用有触点开关， 进一步具备缓冲电路， 该缓冲电路与上述交流用有触点开关并联连接。
在有触点开关中， 转换导通状态和非导通状态时， 有时发生较大的电弧放电。 根据 该发明， 在控制向起重磁铁的电力供给的 H 桥式电路部中， 因为是具备换向用机构 ( 例如， 二极管 )， 并且具备并联连接在交流用有触点开关的缓冲电路的结构， 所以能够吸收不需要 的电压， 并且能够将阻断触点时的电弧减小至在使用方面以及寿命方面不会成为问题的大 小。即， 能够将电弧维持在适当的大小而阻断触点。由此， 能够通过交流用有触点开关 ( 交 流用的通用接触器 ) 关掉向如起重磁铁这样的具有大的电感的负载流动的直流电流。并 且， 因为是具备缓冲电路、 换向用机构、 交流用有触点开关的结构， 所以能够抑制触点上的 发热， 不需要以往所必需的冷却装置而能够实现装置结构的简化。 并且， 通过使用交流用有 触点开关， 能够改善耐用性的问题且能够实现装置的信赖度的提高。
在此， 也可以将第 1 切换元件至第 4 切换元件中的至少 1 个设成无触点开关。根 据该结构， 因为具备切换速度比较快的无触点开关， 所以能够在不损害起重磁铁的控制性 的前提下实现低发热、 信赖度的提高、 低成本化。
发明效果
根据本发明的起重磁铁用电源电路， 能够以简单的结构实现低发热且实现信赖度 的提高以及低成本化。 附图说明 图 1 是表示本发明的实施方式所涉及的起重磁铁用电源电路的电路图。
图 2 是表示图 1 所示的起重磁铁用电源电路的励磁工作模式中的电流流动的图。
图 3 是表示图 1 所示的起重磁铁用电源电路的励磁工作模式中的电流流动的图。
图 4 是表示图 1 所示的起重磁铁用电源电路的消磁工作模式中的电流流动的图。
图 5 是表示图 1 所示的起重磁铁用电源电路的剩余磁力的消磁工作模式中的电流 流动的图。
图 6 是表示本发明的另一实施方式所涉及的起重磁铁用电源电路的电路图。
附图标记说明
1、 1A- 起重磁铁用电源电路， 2- 起重磁铁， 3- 直流转换部， 4-H 桥式电路部， 5- 消磁 用能量吸收部， 31a ～ 31f- 二极管， 41a ～ 41d- 切换元件 ( 有触点开关 )， 42a ～ 42d- 换向 用二极管 ( 换向用机构 )， 45a ～ 45d- 缓冲电路， 46a ～ 46d- 电阻元件， 47a ～ 47d- 电容元 件， 49a- 切换元件 ( 无触点开关 )， 51- 电容元件。
具体实施方式
以下， 参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。 另外， 对于各图中相同或 相当的部分附加相同的附图标记。
图 1 是表示本发明的实施方式所涉及的起重磁铁用电源电路的电路图。图 1 所示 的起重磁铁用电源电路 1 是对起重磁铁 2 供给电力的电源电路。起重磁铁用电源电路 1 是 进行起重磁铁 2 的励磁以及消磁的电路， 具备直流转换部 3、 H 桥式电路部 4、 消磁用能量吸 收部 5。
直流转换部 3 将由三相交流电源 ACG( 发电机 ) 供给的交流电压 VAC1 ～ VAC3 转换成直流电压 VDC。直流转换部 3 具有正侧输出端 3a 以及负侧输出端 3b， 并将产生的直流电源 电压 VDC 提供到正侧输出端 3a 和负侧输出端 3b 之间。在本实施方式中， 正侧输出端 3a 作 为高电位侧电源发挥功能， 负侧输出端 3b 作为低电位侧电源发挥功能。 另外， 直流转换部 3 也可以是从单相交流电源将交流电压转换成直流电压的方式。并且， 发电机为直流发电机 时， 也可以设置直流转换部。
本实施方式的直流转换部 3 由包括 6 个二极管 31a ～ 31f 的桥式电路构成， 进行 三相全波整流。具体地， 二极管 31a ～ 31f 中， 二极管 31a 和 31b 串联连接， 二极管 31c 和 31d 串联连接， 二极管 31e 和 31f 串联连接。并且， 由二极管 31a 及 31b 构成的组、 由二极管 31c 及 31d 构成的组、 由二极管 31e 及 31f 构成的组相互并联连接。而且， 这些二极管组的 负极侧的一端电连接在正侧输出端 30a， 正极侧的另一端电连接在负侧输出端 30b。
并且， 在二极管 31a 和二极管 31b 之间电连接有从三相交流电源 ACG 的一相电源 端子延伸的交流电源线 11a。 在二极管 31c 和二极管 31d 之间电连接有从三相交流电源 ACG 的另外一相电源端子延伸的交流电源线 11b。在二极管 31e 和二极管 31f 之间电连接有从 三相交流电源 ACG 的另一其他一相电源端子延伸的交流电源线 11c。 另外， 直流转换部除此 之外， 例如也可以由使用晶闸管的纯桥式电路或使用二极管以及晶闸管的混合型桥式电路 构成。直流转换部由纯桥式电路或混合型桥式电路构成时， 晶闸管通过未图示的相位控制 电路以预定的控制角被相位控制。
H 桥式电路部 4 控制起重磁铁 2 的励磁以及消磁。H 桥式电路部 4 由包含第 1 ～ 第 4 切换元件 41a ～ 41d、 电连接在该第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 各自的漏源极之间的 第 1 ～第 4 换向 ( 転流 ) 用二极管 ( 换向用机构、 第 1 ～第 4 整流元件 )42a ～ 42d 的 H 桥 式电路构成。
具体地讲， 第 1 切换元件 41a 的一端连接在直流转换部 3 的正侧输出端 3a， 而第 1 切换元件 41a 的另一端连接在第 2 切换元件 41b 的一端。第 2 切换元件 41b 的另一端连接 在直流转换部 3 的负侧输出端 3b。另一方面， 第 3 切换元件 41c 的一端连接在直流转换部 3 的正侧输出端 3a， 第 3 切换元件 41c 的另一端连接在第 4 切换元件 41d 的一端。第 4 切 换元件 41d 的另一端连接在直流转换部 3 的负侧输出端 3b。
并且， 第 1、 第 2、 第 4 换向用二极管 42a、 42b、 42d 的正极分别连接在第 1、 第 2、 第 4 切换元件 41a、 41b、 41d 的另一端， 第 1、 第 2、 第 4 换向用二极管 42a、 42b、 42d 的负极分别 连接在第 1、 第 2、 第 4 切换元件 41a、 41b、 41d 的一端。而且， 第 1 切换元件 41a 的另一端及 第 2 切换元件 41b 的一端连接在起重磁铁 2 的一端， 第 3 切换元件 41c 的另一端及第 4 切 换元件 41d 的一端连接在起重磁铁 2 的另一端。
并且， 第 3 换向用二极管 42c 的正极连接在第 3 切换元件 41c 的另一端， 第 3 换向 用二极管 42c 的负极并不是直接连接在直流转换部 3 的正侧输出端 3a 侧， 而是通过电阻元 件 46e 连接在直流转换部 3 的正侧输出端 3a 侧。为了将起重磁铁 2 的所有能量送回到消 磁用能量吸收部 5， 需要大的电容器电容， 所以用电阻元件 46e 转为热能且仅将必要量送回 消磁用能量吸收部 5。
第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 各自的控制端子连接在未图示的控制电路， 第1～ 第 4 切换元件 41a ～ 41d 各自的一端和另一端之间的导通状态通过由该控制电路提供的控 制电流 ( 或控制电压 ) 控制。第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 是交流用有触点开关 ( 交流用电磁接触器 )。作 为交流用有触点开关， 可以应用作为具有机械地进行接触的触点的开关的交流用电磁接触 器 (MC 开关 ) 等的机械式开关。
消磁用能量吸收部 5 是进行起重磁铁 2 的消磁时用于吸收积蓄在起重磁铁 2 的能 量的电路部分。消磁用能量吸收部 5 连接在直流转换部 3 的正侧输出端 3a 和负侧输出端 3b 之间。消磁用能量吸收部 5 具有电容元件 51。另外， 作为消磁用能量吸收部 5 可以应用 各种电路结构。
H 桥式电路部 4 进一步具备缓冲电路 45a ～ 45d。缓冲电路 45a ～ 45d 分别与第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 并联连接。
缓冲电路 45a 具备电阻元件 46a、 电容元件 47a、 二极管 48a。电阻元件 46a 和电容 元件 47a 被串联连接， 在电阻元件 46a 并联连接有二极管 48a。具体地， 二极管 48a 的正极 连接在电阻元件 46a 和电容元件 47a 之间的节点， 二极管 48a 的负极连接在电阻元件 46a 的另外一端。另外， 电容元件 47a 的电容例如成为 100μF。
同样， 缓冲电路 45b 具备电阻元件 46b、 电容元件 47b、 二极管 48b。电阻元件 46b 和电容元件 47b 被串联连接， 在电阻元件 46b 并联连接有二极管 48b。具体地， 二极管 48b 的正极连接在电阻元件 46b 和电容元件 47b 之间的节点， 二极管 48b 的负极连接在电阻元 件 46b 的另外一端。另外， 电容元件 47b 的电容例如成为 100μF。 同样， 缓冲电路 45c 具备电阻元件 46c、 电容元件 47c、 二极管 48c。电阻元件 46c 和电容元件 47c 被串联连接， 在电阻元件 46c 并联连接有二极管 48c。具体地， 二极管 48c 的正极连接在电阻元件 46c 和电容元件 47c 之间的节点， 二极管 48c 的负极连接在电阻元 件 46c 的另外一端。另外， 电容元件 47c 的电容例如成为 100μF。
同样， 缓冲电路 45d 具备电阻元件 46d、 电容元件 47d、 二极管 48d。电阻元件 46d 和电容元件 47d 被串联连接， 在电阻元件 46d 并联连接有二极管 48d。具体地， 二极管 48d 的正极连接在电阻元件 46d 和电容元件 47d 之间的节点， 二极管 48d 的负极连接在电阻元 件 46d 的另外一端。另外， 电容元件 47d 的电容例如成为 100μF。
接着， 一边参照图 2 ～图 5 一边说明起重磁铁用电源电路 1 的工作。图 2 ～ 5 是 表示图 1 所示的起重磁铁用电源电路的各工作模式中的电流流动的图。
( 起重磁铁的励磁工作模式 )
使 H 桥式电路部 4 的第 1 切换元件 41a 及第 4 切换元件 41d 导通。由此， 如图 2 所示， 励磁电流 I1 在直流转换部 3 的正侧输出端 3a、 第 1 切换元件 41a、 起重磁铁 2、 第4切 换元件 41d、 直流转换部 3 的负侧输出端 3b 流动。
接着， 将第 1 切换元件 41a 设成非导通。由此， 如图 3 所示， 回流电流 I2 在起重磁 铁 2、 第 4 切换元件 41d、 第 2 整流用二极管 42b 流动。其后， 使第 1 切换元件 41a 再次导通。 由此， 如图 2 所示， 励磁电流 I1 流动。
这样， 通过切换第 1 切换元件 41a， 起重磁铁 2 被励磁并且能够吸附并吊起铁片等。 另外， 第 4 切换元件 41d 不进行切换工作。
( 起重磁铁的消磁工作模式 )
将 H 桥式电路部 4 的第 1 切换元件 41a 及第 4 切换元件 41d 设成非导通， 使起重 磁铁 2 的两端电压进行反转 ( 反転 )。由此， 如图 4 所示， 消磁电流 I3 在起重磁铁 2、 第3
二极管 48c、 消磁用能量吸收部 5 的电容元件 51、 第 2 二极管 48b 中流动， 积蓄在起重磁铁 2 的能量移动到电容元件 51 中， 并且积蓄在电容元件 51 中。
由此， 起重磁铁 2 被消磁并且能够放下吸附的铁片等。
( 起重磁铁的剩余磁力的消磁工作模式 )
在此， 起重磁铁 2 因磁滞现象特性具有剩余磁力。因此， 使 H 桥式电路部 4 的第 2 切换元件 41b 及第 3 切换元件 41c 导通。由此， 如图 5 所示， 剩余磁力的消磁电流 I4 在消 磁用能量吸收部 5 的电容元件 51、 第 3 切换元件 41c、 起重磁铁 2、 第 2 切换元件 41b 中流 动。即， 通过积蓄在电容元件 51 的电荷， 在起重磁铁 2 中流动与消磁电流 I3 反方向的剩余 磁力的消磁电流 I4。
由此， 起重磁铁 2 被消磁并能够放下吸附的铁片等。在进行该剩余磁力的消磁时， 第 2 及第 3 切换元件 41b、 41c 不进行切换工作。因为在该第 2 及第 3 切换元件 41b、 41c 使 用内部电阻比较小的有触点开关， 发热被降低。
根据本实施方式所涉及的起重磁铁用电源电路 1， 在控制向起重磁铁 2 的电力的 供给的 H 桥式电路部 4 中， 由于是具备换向用二极管 42a ～ 42d， 并且具备并联连接在第 1 ～ 第 4 切换元件 41a ～ 41d( 交流用有触点开关 ) 的缓冲电路 45a ～ 45d 的结构， 所以通过这 些缓冲电路 45a ～ 45d， 能够吸收并消耗留在由零件、 配线构成的电感中的电能。 由此， 吸收 不需要的电弧电压而能够将阻断触点时的电弧减小到在使用方面以及寿命方面不成问题 的大小。能够抑制第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 的电弧放电的发生。由此， 能够通过交 流用通用接触器关掉如起重磁铁 2 向具有大的电感的负载流动的直流电流。 并且， 在起重磁铁用电源电路 1 中， 由于是具备缓冲电路 45a ～ 45d、 换向用二极管 42a ～ 42d、 交流用有触点开关 41a ～ 41d 的结构， 所以能够抑制发热， 不需要以往所必需的 冷却装置而能够实现装置结构的简化。
并且， 有触点开关与以往的无触点开关相比， 廉价且也容易维修， 所以能够实现信 赖度的提高以及低成本化。 并且， 也不需要用于吹灭电弧放电的装置， 所以能够实现装置结 构的简化以及低成本化。 另外， 有触点开关是指交流用电磁接触器， 作为具有机械地进行接 触的触点的开关的继电器等的机械式开关。
另外， 本发明不限于上述的本实施方式， 可以进行各种变形。 在上述实施方式的起 重磁铁用电源电路 1 中， 将第 1 ～第 4 切换元件 41a ～ 41d 设成有触点开关， 但也只要第 1 ～第 4 切换元件中的至少 1 个为有触点开关且进一步具备与有触点开关并联连接的缓冲 电路的结构即可。
图 6 是表示本发明的另一实施方式所涉及的起重磁铁用电源电路的电路图。图 6 所示的起重磁铁用电源电路 1A 与图 1 所示的起重磁铁用电源电路 1 的不同之处是 ： 代替作 为无触点开关的第 1 切换元件 41a 而具备作为有触点开关的第 1 切换元件 49a。
这样， 第 1 切换元件 49a 由于是切换速度比较快的无触点开关， 所以能够提高外加 在起重磁铁 2 上的电压的定电压控制或电流的定电流控制的控制性。
另外， 通过调整第 1 切换元件 41a 的切换比例， 能够调整外加在起重磁铁 2 的电 压， 并能够调整积蓄在起重磁铁 2 的能量。由此， 例如能够调整铁片的吸附强度。在本实施 方式中， 由于第 1 切换元件 41a 的切换速度比较快， 所以也能够提高这种调整的控制性。
并且， 直流转换部 3 的二极管 31a ～ 31f、 H 桥式电路部 4 的第 1 ～第 4 二极管
42a ～ 42d 只要在一方向具备整流功能即可， 可以用二极管以外的元件来代替。
并且， 在上述实施方式中， 虽然例示了 CRD 型缓冲电路， 但缓冲电路 45a ～ 45d 不 限于本实施方式。例如， 也可以是仅由电容元件 (C) 构成的缓冲电路， 也可以是由电容元件 和电阻元件 (R) 的组合构成的缓冲电路。 并且， 也可以是具备多个电容元件的缓冲电路。 并 且， 电容元件的电容可以按缓冲电路而不同。
并且， 在上述实施方式中， 作为换向用机构例示了二极管 42a ～ 42d， 但也可以将 切换元件作为换向用机构来使用。