JP2006164667A - 継電器制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は継電器制御装置に関し、交流電源の電源電圧や電源周波数に影響されない継電器制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電源１に接点２を介して接続された負荷３と、交流電源１の電源電圧を検出し電源電圧信号ａを出力する電源電圧検出手段４と、制御手段５が出力する駆動信号ｃにより駆動される接点駆動手段７と、この接点駆動手段７が駆動されて接点２が開閉動作し、この開閉時の開閉電圧ＶＢを検出して接点電圧信号ｂを出力する接点電圧検出手段６と、目標電圧ＶＳを生成し制御手段５に入力する目標電圧設定回路８とから継電器制御装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気調理器や電気ポットなどの電気機器に用いられる継電器制御装置に関するものである。

近年、リレーなどの継電器の接点開閉を交流電源の電圧が０ボルト（以後、ゼロ電位と記載する）の手前の時間で行う継電器制御装置が多く用いられている。

このような従来の継電器制御装置について、図５〜図６を用いて説明する。

図５は従来の継電器制御装置の回路ブロック図であり、同図において、１は商用電源の交流電源で、交流電源１の両端には、継電器の接点２を介して負荷３が接続されると共に、交流電源１のゼロ電位の位相（以後、時間と記載する）に同期した同期信号Ｇを出力する同期信号発生手段１０４が接続されている。

また、接点２の両端には、接点２の開閉のｏｎ／ｏｆｆ動作を検出して交流電源１の時間に対応した開閉検出信号Ｆを出力する接点開閉検出手段１０６が接続されている。

更に、１０５はマイクロコンピュータ（以後、ＣＰＵと記載する）からなる制御手段で、制御手段１０５には同期信号発生手段１０４と接点開閉検出手段１０６が接続されると共に、接点開閉手段１０７が接続され、この接点開閉手段１０７に開閉信号Ｅを出力している。

この接点開閉手段１０７は、制御手段１０５の開閉信号Ｅにより図示しないリレーなどの継電器の電磁石をｏｎ／ｏｆｆすることで接点２の開閉制御をし、接点２の開閉で負荷３へ交流電源１が断通電されるようにして継電器制御装置が構成されているものであった。

以上の構成において、図６の動作説明図により接点２がｏｆｆからｏｎするｏｎ動作について説明する。

その前提として、制御手段１０５には、あらかじめ実験などにより得られた、継電器の電磁石ｏｎから接点２がｏｎするまでのｏｎ時間Ｔ３から接点２のｏｎをゼロ電位の手前のどの時間に行うかの目標時間Ｔａと、この目標時間Ｔａで接点２をｏｎさせるために、いつの時間に開閉信号Ｅを出力すれば良いかの出力時間Ｔ２を記憶している。

まず、同期信号発生手段１０４が、交流電源１の電源電圧Ａのゼロ電位ａ１，ａ２，ａ３…の各時間に同期した同期信号Ｇを生成し、この同期信号Ｇを制御手段１０５に出力する。

そして、制御手段１０５は上記同期信号Ｇのいずれかのゼロ電位（この例では点ｇ１）からタイマーをスタートさせて同期信号Ｇの同期時間Ｔ１の計時を始め、あらかじめ実験などにより得られて記憶された出力時間Ｔ２が経過した点ｅ１で開閉信号Ｅ（この場合はｏｎ信号）を出力すると共に、このｏｎ信号を出力するとタイマーをストップする。

次に、接点開閉手段１０７が開閉信号Ｅのｏｎ信号を受信すると、継電器の電磁石をｏｎさせ、その接点２はｏｎ時間Ｔ３経過後の点ｅ２でｏｎし、更に、接点２がｏｎしたことを接点開閉検出手段１０６が検出して開閉検出信号Ｆを出力する。

そして、制御手段１０５は上記開閉検出信号Ｆを点ｅ２で受信すると、再びタイマーをスタートさせて目標時間Ｔａに対する実時間Ｔｂの計時を始める。

この、実時間Ｔｂの計時は開閉検出信号Ｆを受信した点ｅ２から同期信号Ｇの次のゼロ電位（この例では点ｇ２）までの時間であり、制御手段１０５は実時間Ｔｂの計時が終了するとタイマーをストップする。

次に、制御手段１０５は、記憶された目標時間Ｔａと計時した実時間Ｔｂとを比較して、この両時間が同じになるように出力時間Ｔ２を補正している。

そして、上記継電器制御装置は、電気機器を輸出するなどで交流電源１の電源電圧が１００Ｖから２００Ｖに変わった場合、図６に示すように１００Ｖの目標時間Ｔａでの接点２が開閉する電圧はＶ１で、２００Ｖで同じ目標時間Ｔａとすると接点２が開閉する電圧はＶ１からＶ２へと略２倍の大きさになるため、接点２の開閉で大きな電流が接点間に流れ接点を損傷する恐れがある。

このため、改めて２００Ｖにより実験を行い上記Ｖ２が略Ｖ１の電圧になるように、２００Ｖ用の目標時間Ｔａ、出力時間Ｔ２を求めるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１０−４０８５７５号公報

しかしながら、上記従来の継電器制御装置においては、電気機器を輸出するなどで交流電源１の電源電圧が変わった場合改めて実験を行い、電源電圧違いの目標時間Ｔａ、出力時間Ｔ２を求める必要がある。

この実験は意外に煩雑・面倒なもので、目標時間Ｔａ、出力時間Ｔ２は接点２が開閉する開閉時それぞれ毎に、また交流電源１の電源周波数５０／６０Ｈｚ毎に必要であり、これだけで４種類の目標時間Ｔａ、出力時間Ｔ２を得る実験が必要である。

更に、得られた目標時間ＴａなどのデータをＣＰＵに記憶することから、それをマスク化する時間及び交流電源１の電源電圧違いにより１００Ｖ用、２００Ｖ用それぞれのＣＰＵを揃える必要があり開発期間が長くかかる、などの問題があった。

また、この問題解決のために、輸出される国を想定して交流電源１の電源電圧や電源周波数による目標時間Ｔａなどのデータを事前に実験で得て１つのＣＰＵにした場合、各国毎に異なる目標時間Ｔａなどのデータを記憶する記憶容量が増大すると共に、各国毎の目標時間Ｔａなどのデータを切換える切換手段が別途必要になるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、交流電源の電源電圧や電源周波数が異なっても最初の実験のみで得られた目標時間Ｔａなどのデータを使用できる汎用性の有る継電器制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の継電器制御装置は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、制御手段が、開閉電圧ＶＢに基づいて駆動電圧ＶＡを補正し、補正後の駆動電圧ＶＡで開閉電圧ＶＢが一定になるように接点の開閉を制御するとしたものであり、交流電源の電源電圧や電源周波数に依存しないため、交流電源の電源電圧や電源周波数が異なってもそのまま使用できる汎用性の有る継電器制御装置を得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御手段が、接点を開閉する開閉電圧ＶＢの所望値となる目標電圧ＶＳを設けたものであり、駆動電圧ＶＡにより、開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳが略同じになるように制御できるため、交流電源の電源電圧や電源周波数が変わっても同じ目標電圧ＶＳで接点を開閉できるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御手段が、開閉電圧ＶＢの増減方向を検知して駆動電圧ＶＡを補正するものであり、開閉電圧ＶＢがゼロ電位を超えた位置で接点を開閉しても、制御手段は次の開閉電圧ＶＢはゼロ電位の手前の電圧にすぐ補正できるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、接点開閉時の開閉電圧ＶＢが、交流電源の正負交互の電圧としたものであり、開閉電圧ＶＢが交流電源の正側、または負側のいずれか一方のみの場合に接点間に流れる電流方向が一方向のみになって発生する接点材の転移現象が生じないという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、目標電圧ＶＳを生成する目標電圧設定回路を制御手段とは別に設けたものであり、制御手段の内部に目標電圧ＶＳを設ける場合に比べて、目標電圧ＶＳを自由に変えることができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、交流電源の電源電圧や電源周波数が変わっても使用できる汎用性の有る継電器制御装置を得ることができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。

なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

図１は本発明の一実施の形態による継電器制御装置の回路ブロック図、図２は同動作フローチャート、図３は同動作説明図であり、図１において、１は交流電源、２は接点、３は抵抗体のヒーターなどの負荷で、交流電源１の両端に接点２を介して負荷３が接続されている。

そして、４は電源電圧検出手段で、電源電圧検出手段４は交流電源１のゼロ電位を基準として電源電圧信号ａを検出し、ＣＰＵからなる制御手段５に電源電圧信号ａを出力している。

また、制御手段５が駆動信号ｃにより接点駆動手段７を駆動して接点２が開閉動作する。

更に、６は接点電圧検出手段で、この接点電圧検出手段６は接点２と負荷３との中点に接続され、制御手段５の制御により開閉する接点２の開閉時の、交流電源１のゼロ電位を基準として接点電圧信号ｂを検出し、その接点電圧信号ｂを制御手段５に出力している。

また、目標電圧設定回路８は、制御手段５の外部に設けられ制御手段５の外部で目標電圧ＶＳを独自に生成する回路である。

ここで、制御手段５は予め実験などにより得られた接点２を開閉する駆動電圧ＶＡや、接点２の開閉時の開閉電圧ＶＢの所望値となる目標電圧設定回路８から得られた目標電圧ＶＳを記憶すると共に、駆動電圧ＶＡにより開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳが略同じになるように制御する電圧演算手段を備えている。

なお、目標電圧ＶＳを予め設定して制御手段５に記憶させておくことも可能である。

更に、図示していない、交流電源１を整流・平滑して直流電圧を得る電源回路などを備えて継電器制御装置が構成されている。

以上の構成において、継電器制御装置の動作説明に入るが、その前に継電器制御装置が搭載された電気機器の動作の初期設定は、交流電源１の電源電圧が１００Ｖ、接点２はｏｆｆの開状態、更に制御手段５に記憶された駆動電圧ＶＡはＶＡ１の１０Ｖ、目標電圧ＶＳは１５Ｖとし、上記接点２がｏｆｆからｏｎになるｏｎ動作について説明する。

図２、図３において、使用者の操作により電気機器が調理などのスタート指示をされると、制御手段５はスタート指示を検知して、ステップ＃３０１で交流電源１のゼロ電位ａ１，ａ２，ａ３…が入力されることを検知する。

そして、ステップ＃３０２で、制御手段５がいずれかのゼロ電位（この例では、点ａ２）から交流電源１の電源電圧の電源電圧信号ａにより、電源電圧が１０Ｖの駆動電圧ＶＡであるＶＡ１を検知すると、ステップ＃３０３で駆動信号ｃを出力（点ｃ１）する。

上記駆動信号ｃにより接点駆動手段７は駆動されて継電器の電磁石がｏｎし、継電器の接点２はｏｎ時間Ｔ３経過後にｏｎ（ステップ＃３０４）する。この接点２のｏｎを制御手段５は接点電圧信号ｂにより検知すると共に、ステップ＃３０５で、この時の開閉電圧ＶＢであるＶＢ１を検知する。

なお、駆動電圧ＶＡや開閉電圧ＶＢなどは図３に示した電源電圧信号ａと接点電圧信号ｂから得られる本来直流電圧の値であるが、理解を容易にするために交流電源１の電源電圧に換算した値として図示している。

また、その電源電圧信号ａと接点電圧信号ｂの波形は、連続して値が変わるアナログ波形として図示したが、実際は電源電圧検出手段４と接点電圧検出手段６が交流電源１の電源電圧Ａ（アナログ波形）をＡ／Ｄ変換して得られた、波形が階段状に変わり制御手段５に入力されるデジタル波形である。

そして、ステップ＃３０６で、制御手段５の電圧演算手段が目標電圧ＶＳの１５Ｖと開閉電圧ＶＢ１とを比較して、ＶＢ１＜ＶＳであれば、制御手段５が駆動電圧ＶＡ１を補正することは無く、ＶＢ１＞ＶＳであれば、ステップ＃３０７に移行して駆動電圧ＶＡ１を補正する。

図３に示すＶＢ１＞ＶＳのこの例で、ｎ回目の開閉電圧ＶＢ１が３５Ｖの場合、ステップ＃３０７で、制御手段５の電圧演算手段がＶＢ１とＶＳの差から補正電圧Ｖｄ１の２０Ｖを得ると共に、ステップ＃３０８に移行して上記駆動電圧ＶＡ１にこの補正電圧Ｖｄ１を加算して得た、新たな駆動電圧ＶＡ２の３０Ｖを記憶する。

そして、制御手段５がｎ＋１回目の接点２のｏｎ動作時には、この新しい駆動電圧ＶＡ２を用いることで開閉電圧ＶＢ１が目標電圧ＶＳになるものである。

このようにして、制御手段５が、接点２を開閉する所望値となる目標電圧ＶＳを設け、接点２の開閉電圧ＶＢにより駆動電圧ＶＡを補正して、新たに得られた駆動電圧ＶＡにより開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳを略同じになるように制御している。

なお、制御手段５が目標電圧ＶＳを設けない場合は、制御手段５が駆動電圧ＶＡと開閉電圧ＶＢを検知して、駆動電圧ＶＡにより開閉電圧ＶＢが例えば略ゼロ電位になるように制御しても実施は可能である。

次に、交流電源１の電源電圧を１００Ｖから２００Ｖで動作させる場合、図３に示すように、電源電圧信号ａが１００Ｖの信号ｓ１から２００Ｖの信号ｓ２に変わっても、目標電圧ＶＳはその値を変える必要は無く、信号ｓ１のｍ１から信号ｓ２のｍ２に、その位置が変わるだけである。

そして、交流電源１の電源電圧が２００Ｖであっても、制御手段５がいずれかのゼロ電位（この例では、点ａ２）から交流電源１の電源電圧の電源電圧信号ａ（信号ｓ２）により電源電圧が１０Ｖの駆動電圧ＶＡ１で駆動信号ｃを出力する。

この駆動信号ｃの点ｃ１で接点駆動手段７は駆動されて継電器の電磁石がｏｎし、継電器の接点２がｏｎ時間Ｔ３経過後にｏｎする。この接点２のｏｎを制御手段５は接点電圧信号ｂにより検知すると共に、この時の開閉電圧ＶＢ２を検知する。

次に、制御手段５の電圧演算手段が目標電圧ＶＳの１５Ｖと開閉電圧ＶＢ２とを比較して、ＶＢ２＜ＶＳであれば駆動電圧ＶＡ１を補正することは無く、ＶＢ２＞ＶＳであれば駆動電圧ＶＡ１を補正する。

図３に示すＶＢ２＞ＶＳのこの例で、ｎ回目の開閉電圧ＶＢ２が１００Ｖの開閉電圧ＶＢ１の略２倍の７０Ｖとなり、制御手段５の電圧演算手段がＶＢ２とＶＳの差から補正電圧Ｖｄ２の５５Ｖを得ると共に、上記駆動電圧ＶＡ１にこの補正電圧Ｖｄ２を加算して新たな駆動電圧ＶＡ３の６５Ｖを得て記憶する。

そして、制御手段５がｎ＋１回目の接点２のｏｎ動作時には、この新しい駆動電圧ＶＡ３を用いることで開閉電圧ＶＢ２が目標電圧ＶＳになるものである。

このように１００Ｖの場合と同様に、制御手段５が、接点２を開閉する所望値となる目標電圧ＶＳを設け、駆動電圧ＶＡにより開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳを略同じになるように制御している。

つまり、交流電源１の電源電圧が何Ｖであっても、また交流電源１の電源周波数が何Ｈｚであっても、本発明の継電器制御装置は制御手段５のプログラムや記憶する目標電圧ＶＳなどを何ら変更する必要が無い。

なお、本実施の形態において、接点２のｏｎ動作について説明したが、これに限ることはなく、ｏｆｆ動作についても同様の制御を行うことによって実施は可能である。

また、接点２の開閉は、開閉電圧ＶＢが交流電源１の正負の正側のみで説明したが、負側のみで行うことも可能であり、更に正負側の両方で正負交互に行うとしても実施は可能である。

この開閉電圧ＶＢが交流電源１の正負交互に行うことで、接点２に流れる電流が正負交互にできるため、開閉電圧ＶＢが交流電源の正側、または負側のいずれか一方のみの場合に電流方向が一方向のみになって発生する接点材の転移現象を生じさせなくできる。

このように本実施の形態によれば、制御手段５が、開閉電圧ＶＢに基づいて駆動電圧ＶＡを補正するものであり、交流電源１の異なる電源電圧や電源周波数に影響されない演算が可能になるため、汎用性の有る継電器制御装置を得ることができる。

また、制御手段５が、接点２を開閉する開閉電圧ＶＢの所望値となる目標電圧ＶＳに対し、駆動電圧ＶＡを調整することにより開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳが略同じになるように接点２の開閉制御を行うため、交流電源１の電源電圧や電源周波数が変わっても同じ目標電圧ＶＳで接点２を開閉できる。

つまり、制御手段５の演算に用いるのは各電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＳの電圧値のみであり、従来の目標時間Ｔａなどの時間値を一切使用しないため、交流電源１の電源電圧や電源周波数の影響を受けることが無い。

なお、本実施の形態において、制御手段５は、検知した開閉電圧ＶＢが目標電圧ＶＳ未満なら駆動電圧ＶＡを補正せずに動作を終了するとして説明したが、開閉電圧ＶＢが目標電圧ＶＳ未満でも補正するとしても良い。

このことで、継電器の温度上昇などで接点２が開閉動作毎にばらつく動作時間バラツキや交流電源１の電源電圧や電源周波数の変動などに対しても、より細かく接点２の開閉が制御できる。

また、制御手段５の補正は、各電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＳが同じ交流電源１の＋側として、ＶＢ＞ＶＳの例を用いてＶＢとＶＳの差で補正するとして説明したが各電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＳが交流電源１の±何れの側であっても実施は可能である。

例えば図４に示すように、制御手段５がｎ回目の駆動電圧ＶＡはゼロ電位の点ａ２で接点２の開閉を制御した結果、接点２の開閉がゼロ電位の点ａ３を超えた−側の開閉電圧ＶＢの場合、制御手段５は開閉電圧ＶＢの増減方向を検知して、この例の−側に増加する矢印方向では、開閉電圧ＶＢを−ＶＢと認識してＶＢとＶＳの差、つまりＶＳ−（−ＶＢ）＝Ｖｄ３で駆動電圧ＶＡを補正する。

この例では、ｎ回目の駆動電圧ＶＡｎがゼロ電位だったので、ｎ＋１回目の駆動電圧ＶＡｎ１は、上記ＶＡｎにＶｄ３が加算された駆動電圧ＶＡ４であるが、制御手段５は開閉電圧ＶＢが−側に増加方向であることから、この駆動電圧ＶＡ４は上記ＶＡｎから手前で交流電源１の電源電圧が減少する矢印方向である駆動電圧ＶＡ４と判断する。

このように、制御手段５が、開閉電圧ＶＢは±何れの側の増減方向かを検知して駆動電圧ＶＡを補正するものであり、開閉電圧ＶＢがゼロ電位を超えた位置で接点２を開閉しても、制御手段５は次の開閉電圧ＶＢを目標電圧ＶＳになるように駆動電圧ＶＡを補正することもできる。

なお、本実施の形態で説明したように、目標電圧ＶＳを生成する目標電圧設定回路８を制御手段５の外部に設けるようにすると、目標電圧設定回路８の電子部品の定数などを変える等して目標電圧ＶＳを自由に変えることができる。

このことは、制御手段５の内部の目標電圧ＶＳを変えるには、ＣＰＵのマスクを新たに起こす必要があるが、上記の目標電圧設定回路８であればこのようなことを無くせて、経済性や開発期間の短縮化が図れるという新たな効果がある。

また、交流電源１は商用の商用電源である１００Ｖや２００Ｖで説明したが、正負の周期が一致しなくても周期的にゼロ電位が発生する交流電源であれば良く、今後、実用化が図られ各家庭に単独で設置される水素などを用いた家庭用交流電源など他の交流電源で実施することも可能である。

本発明による継電器制御装置は、交流電源の電源電圧や電源周波数が変わっても使用できるという効果を有し、電気調理器や電気ポットなどの電気機器等に有用である。

本発明の一実施の形態による継電器制御装置の回路ブロック図 同動作フローチャート 同動作信号図 同他の動作信号図 従来の継電器制御装置の回路ブロック図 同動作信号図

符号の説明

１ 交流電源
２ 接点
３ 負荷
４ 電源電圧検出手段
５ 制御手段
６ 接点電圧検出手段
７ 接点駆動手段
８ 目標電圧設定回路
Ａ 電源電圧
ａ 電源電圧信号
ｂ 接点電圧信号
ｃ 駆動信号
ｄ 目標電圧

Claims (5)

1. 交流電源のゼロ電位近傍で継電器の接点を開閉させる継電器制御装置であって、この継電器制御装置は、前記交流電源に接点を介して接続された負荷と、前記交流電源のゼロ電位を基準とする電源電圧信号を検出する電源電圧検出手段と、前記接点と負荷との中点に接続され前記交流電源のゼロ電位を基準とする接点電圧信号を検出する接点電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段と接点電圧検出手段が接続されると共に接点駆動手段を駆動する制御手段とを備え、
   この制御手段が、前記電源電圧信号により検知される駆動電圧ＶＡで駆動信号を出力して、この駆動信号で前記接点駆動手段が駆動されて前記接点が開閉され、この接点開閉時の開閉電圧ＶＢが前記接点電圧信号により検知されて前記制御手段に入力されることで、
   前記制御手段の電圧演算手段は、前記開閉電圧ＶＢに基づいて前記駆動電圧ＶＡを補正し、補正後の駆動電圧ＶＡで前記開閉電圧ＶＢが一定になるように前記接点の開閉を制御する継電器制御装置。
2. 制御手段が、接点を開閉する開閉電圧ＶＢの所望値となる目標電圧ＶＳを設け、駆動電圧ＶＡにより前記開閉電圧ＶＢと目標電圧ＶＳを略同じになるように制御する請求項１記載の継電器制御装置。
3. 制御手段が、開閉電圧ＶＢの増減方向を検知して駆動電圧ＶＡを補正する請求項１記載の継電器制御装置。
4. 接点開閉時の開閉電圧ＶＢが、交流電源の正負交互に行われる請求項１記載の継電器制御装置。
5. 目標電圧ＶＳを生成する目標電圧設定回路を制御手段とは別に設けた請求項１記載の継電器制御装置。

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