JP2007311345A - 電磁機器用の電子制御装置および電気スイッチ機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁アクチュエータの閉路移動を動的制御するための、開ループで機能する単純かつ経済的な電子制御装置を提供する。
【解決手段】電力回路を閉路するために励磁電流２６で給電される制御コイル１５を設けた電磁アクチュエータを備えたスイッチ機器１０のための電子制御装置２０は、時間の関数として複数の励磁電流値を供給する制御プロファイルの少なくとも一つを記憶する記憶部２２と、入力として外部閉路指令２５を受信し、出力として電力回路の閉路動作中、前記制御プロファイルに従って、前記励磁電流２６を出力するコントロール部２１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、単極または多極の電磁スイッチ機器、特にリレー、コンタクタまたはコンタクタ・ブレーカー形式の機器を制御するための電子制御装置に関する。

このような装置は、スイッチ機器に直接内蔵するか、既存のスイッチ機器の外部に配置できる。

このスイッチ機器は通常、制御コイルに流れる励磁電流に応じて移動可能な可動部を有する電磁石などの電磁アクチュエータを使用する。機器の種類によって、制御コイルは電磁アクチュエータの可動部の一部としてもしなくてもよい。電磁アクチュエータの可動部は、各電極において、一つまたは複数の可動接点に機械的に連結している。この可動部の移動によって可動接点を、対応する固定接点に当接させるかまたは固定接点から引き離して、電力回路と呼ばれる電気回路を開路または閉路する。

コイルに加えられる励磁電流は一般的に、全か無か（０／１またはオン／オフ）の形式による指令信号であり、電力回路の接点への開路または閉路の単純な指令に相当する。しかしながら、この広く使われている単純な手段では、移動される際にアクチュエータの可動部に加える移動力を調整、最適化することができない。したがって、アクチュエータの寸法は、最大必要移動力に基づいて計算しなければならないことが多く、アクチュエータの消費および／またはサイズが大きくなる。

既に、あるシステムでは、例えばコイル制御回路での切替可能な抵抗によって、または二つの切替可能な直列または並列の巻線からなるコイル（例えば特許文献１を参照）あるいは二つの切替可能なコイルによって、コイルに流れる励磁電流を二つの値に調整できるような単純な手段が提案されている。これによって、回路を閉路するための高い励磁電流と可動部を閉路位置に保持するための低い励磁電流とを区別できる。しかしながら、このようなシステムでは、コイル制御回路に切替手段を必要とし、しかも閉路段階と保持段階の初歩的な電流調整しかできない。

閉ループで機能するシステムもあり、特に特許文献２または特許文献３では、アクチュエータの可動部の位置を算出または測定して、コイルに出力する励磁電流の値を調整する。他のシステムでは、コイルに流れる磁束を測定でき、それによってこの磁束を調節する（特に特許文献４を参照）。

しかしながら、このシステムは、所定の値（位置、磁束など）をリアルタイムで測定する手段、またこの測定に基づいてコイル制御電流を調節するための手段を必要とし、大きな電子手段と高い費用を要する。
フランス国特許出願公開第２８０７８７１号明細書 フランス国特許出願公開第２８３５０６１号明細書 国際公開第２００５／０１７９３３号パンフレット 欧州特許出願公開第０８６５６６０号明細書

したがって、本発明の目的は、電磁アクチュエータの閉路移動を動的制御するための、開ループで機能する単純かつ経済的な電子制御装置およびこのような電子制御装置を備える電気スイッチ機器を提供することにある。有利には、この単純な装置は、いかなるセンサーも、移動、位置、速度、磁束、コイル電流などのスイッチ機器に関する情報収集も必要としない。したがって、リレー、コンタクタまたはコンタクタ・ブレーカー形式の既存装置と共に容易に使用できる。係る装置によれば、改造する必要なく、多くの装置の性能と寿命を大幅に改善できる。永久磁石のボイスコイルまたは極性または非極性のリラクタンス電磁石などの各種の電磁アクチュエータで使用できる。

このため、本発明は、電力回路を閉路するための励磁電流が供給される制御コイルを設けた電磁アクチュエータを備えたスイッチ機器用の電子制御装置を記載する。本発明によれば、制御装置は、少なくとも一つのコイル制御プロファイルを記憶するための記憶部と、記憶部に接続されたコントロール部を備え、制御プロファイルは時間の関数としての励磁電流を表す複数の値を含み、またコントロール部は外部閉路指令を入力として受信し、電力回路の閉路動作中、制御プロファイルに従って励磁電流を出力として供給する。

一つの態様によれば、装置は外部閉路指令によって給電され、他の電源は必要としない。

別の態様によれば、記憶部は不揮発性メモリを備え、複数の制御プロファイルを記憶する。装置はコントロール部に接続された選択手段を備え、前記制御プロファイルを選択する。

別の態様によれば、装置はスイッチ機器に内蔵され、外部閉路指令は機器のコイル制御端子に連絡される。あるいは、装置をスイッチ機器の外部に配置し、励磁電流を機器のコイル制御端子に供給する。

本発明はまた、電力回路を閉路するための励磁電流が供給される制御コイルを設けた電磁アクチュエータを有し、また上述の電子制御装置を備える電気スイッチ機器を記載する。

また別の特徴と利点については、付属の図面に示す実施例を参照しながら詳細な説明で明らかになる。

本発明によれば、電磁アクチュエータの閉路移動を動的制御するための、開ループで機能する単純かつ経済的な電子制御装置およびこのような電子制御装置を備える電気スイッチ機器が提供される。

図１の実施形態を参照すると、リレー、コンタクタまたはコンタクタ・ブレーカー形式の多極スイッチ機器１０は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の三相の電力回路を切り替えるためのものである。機器１０は、可動部１２および固定部１１を有する電磁アクチュエータを備える。可動部１２は電力回路の可動接点１８と機械的に連結され、可動接点１８は電力回路を切り替えるために、図示しない固定接点と当接する。機器１０は、各位相に対して一つまたは二つの可動接点１８を設ける。

電磁アクチュエータはまた、制御コイル１５を設ける。励磁電流２６をコイル１５に加えると、可動接点１８が電力回路を閉路するように、コイル１５が可動部１２を移動させる。励磁電流２６がコイル１５に加えられなくなると、通常、図示しないリターンバネなどのリターン手段によって可動部１２は初期位置に戻り、電力回路を開路する。図１は、開路位置となった機器１０を示す。

図１はまた、外部閉路指令２５に基づいて励磁電流２６を機器１０に供給するための電子制御装置２０を示す。外部閉路指令２５は、例えば自動化装置の出力から供給される電圧で行われる。

図２を参照すると、制御装置２０は記憶部２２に接続されたコントロール部２１を備える。記憶部２２は、電磁アクチュエータのコイル１５の少なくとも一つの制御プロファイルを記憶する。制御プロファイルは、少なくとも可動部１２が閉路する間に、時間の関数としての励磁電流を表すそれぞれの変数値を含む。制御プロファイルは、例えば０からｎまでのサンプル値ｉに対して、Ｖ_i、Ｔ_iの値のｎ個の組からなるテーブルから構成されてもよい。サンプル値ｉに対して、Ｔ_iは、例えば外部閉路指令２５が発せられることで明確になる開始時点からの時間を表し、またＶ_ｉは、Ｔ_ｉの時点でコイルに供給するべき励磁電流２６の指示に相当する値を表す。この指示値Ｖ_ｉは、例えばコイルの定格励磁電流Ｉ_ratedの値のパーセンテージとして表される。コントロール部２１はまた、例えばサーボ増幅器から構成される電流増幅モジュール２３を備え、Ｖ_i値から発生した信号を増幅して、相当する励磁電流２６を正確に発生し、電磁アクチュエータのコイル１５に供給できる。

記憶された制御プロファイルによって、制御装置２０はこのように、制御プロファイルのそれぞれの値Ｖ_iに従って、各サンプル値ｉごとに励磁電流２６を調整できる。従って、Ｉ＝ｆ（ｔ）という形の曲線になるコイル励磁電流の制御を得る。制御プロファイルは、電力回路の閉路動作中の閉路電流２６の指示値と、電力回路の保持中に閉路状態に維持するように、コイル１５に供給する保持電流２６の一つまたは複数の指示を含む。

制御プロファイルは、所定の電磁アクチュエータの種類に対して決定される。しかし、同一の機械的特性を有する電磁アクチュエータを備えた機器の場合、同じスイッチ機器の用途であれば、すべてが同一の制御プロファイルになる。従って、この装置は、センサー及び／または調節手段を必要とせず、所定のアクチュエータの種類の電磁アクチュエータのコイルに供給する励磁電流を動的制御するための単純な手段を供給する。

例えば、制御プロファイルは、閉路移動の始めに高い励磁電流が使用されるようにしてアクチュエータの可動部の発動を加速し、また、より低い励磁電流を使用されるようにして閉路動作の終わりに可動部を減速し、閉路位置でのアクチュエータの逆戻りを避け、および／または閉路時の雑音を減らす。その他のより複雑な制御プロファイルが記憶可能であることは言うまでもない。

有利には、例えばモデリング・シミュレーションのソフトを使用して、制御プロファイルの製作を予め決定する。スイッチ機器の機械的特性に応じて、閉路速度プロファイル、そして可動部の加速プロファイルを決定する。次に、シミュレーションによって、この加速プロファイル、すなわち速度プロファイルに従うためにアクチュエータが加える力の曲線を得る。次に、モデリング・シミュレーションのソフトにより、アクチュエータのモータ特性に応じて、時間の関数として、アクチュエータのコイルに供給する励磁電流のプロファイルを得、所望の力を得る。

記憶部２２は、例えばフラッシュメモリ形式の不揮発性メモリを備える。記憶部２２が、各種の電磁アクチュエータ類および／または各種のスイッチ機器の用途に応じて、複数の異なる制御プロファイルを保管できることは言うまでもない。この場合、情報２８をコントロール部２１に提供するための選択手段を設けることができ、これによってコントロール部２１が複数の記憶された制御プロファイルから一つのプロファイルを選択し、所望のプロファイルに従って励磁電流２６を供給することができる。次に、この選択手段によって、複数の異なるプロファイルを記憶する同様の制御装置２０を複数の異なる装置１０および／または複数の異なる用途に容易に使用できる。

本発明の構成においては各種の選択手段を使用することが考えられ、制御装置２０の一部である単純なマンマシンインターフェース形式の局所の手段（スイッチ、コードホイール、表示部など）あるいは各種の通信手段（バス、ネットワーク、ワイヤレスなど）によってコントロール部２１に接続された遠隔手段で、コントロール部２１に選択情報２８を供給できる。

好ましくは、制御装置２０は外部閉路指令２５のみで給電される。従来のスイッチ機器では、外部指令２５は通常、コイル１５を直接制御できる程度の電圧と電流を供給する。制御装置２０は、指令２５が存在する時、すなわち機器１０の閉路動作と閉路保持の間、この電圧と電流が装置２０の電子構成部品を給電するよう構成される。指令２５が存在しない時、すなわち機器１０の開路動作と開路保持の間、装置２０は給電されないので、励磁電流２６はコイル１５に供給されない。この時、アクチュエータはリターン手段によって開路位置に戻る。

したがって、装置２０の電子構成部品を給電するための付加的なエネルギー源を必要としない利点があり、解決手段の簡略化につながる。一方で、変形例として、制御装置２０に恒久的な電源を設け、アクチュエータの閉路指令を供給するための付加的な入力を設けることも考えられる。

閉路指令２５が発せられると、コントロール部２１に電力が供給され、開始（Ｔ＝０）として初期化される。そして、複数のプロファイルが記憶部２２に記憶された場合には所望の制御プロファイルを選択し、このプロファイルを実行し始めて、各サンプル時点Ｔ_iに対して、制御プロファイルに含まれる相当する値Ｖ_iによって指定された励磁電流２６を出力として供給する。

有利には、制御プロファイルの実行中にコントロール部２１はコイルの定格励磁電流値Ｉ_ratedより高い値の励磁電流２６を供給できる（例えば、Ｉ_rated値の１００％より高いＶ_i値に相当する）。このため、電流増幅器２３はこの過電流を一時的に供給できる補助装置を備える。係る補助装置は例えば、補助コンデンサと二つのミニスイッチあるいは電流チョッパ増幅の電子モジュールから構成されてもよい。

同様に、ボイスコイル、または極性のリラクタンス電磁石形式のアクチュエータの場合では、Ｖ_iの負の値に対応して、励磁電流２６の値の正負を一時的に逆にできる。これらの機能によって、アクチュエータの加速と減速を増強して、アクチュエータの制御をより柔軟かつ正確にする。

図１は、従来のスイッチ機器１０の外部に配置された制御装置２０を示す。通常、係る機器１０は、機器のコイル制御端子１４に連絡しているコイル制御指令を受ける。今後は、このコイル制御指令を外部閉路指令２５とするので、制御装置２０の入力に直接つながる。制御装置２０の出力は、コイル制御端子１４につながる励磁電流２６を供給する。したがって、機器１０のアクチュエータの制御プロファイルが分かると、制御装置２０を容易に設置し、機器１０を全く改造することなく、既存のいかなる機器１０のアクチュエータも制御できる。

変形例として、図３はスイッチ機器１０に内蔵された制御装置２０を示す。コイル制御指令は外部閉路指令２５と同様に取り扱い、機器の制御端子１４に直接配線する。

言うまでもなく、本発明の範囲内において、他の変形や変更または均等手段の使用を想定することができる。

スイッチ機器の外部に電子制御装置を配置した本発明の実施形態の実施例の略図を示す。 制御装置の内部構造の例を詳細に示す。 電子制御装置がスイッチ機器に内蔵された第２実施例を示す。

符号の説明

１０：スイッチ機器
１５：制御コイル
２０：電子制御装置
２１：コントロール部
２２：記憶部
２５：外部閉路指令
２６：励磁電流

Claims (10)

1. 電力回路を閉路するための励磁電流２６で給電される制御コイル１５を有する電磁アクチュエータを備えるスイッチ機器１０のための電子制御装置２０であって、
   時間の関数として励磁電流を表す複数の値を含む少なくとも一つのコイル制御プロファイルを記憶するための記憶部２２と、
   記憶部２２に接続され、入力として外部閉路指令２５を受信し、出力として電力回路の閉路動作中、前記制御プロファイルに従いながら、前記励磁電流２６を出力するコントロール部２１とを備え、
   前記コントロール部はスイッチ機器に関する情報を得る必要なく、開ループで機能する、
   電子制御装置。
2. 電子制御装置２０が外部閉路指令２５で給電されることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 記憶部２２が不揮発性メモリを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
4. 記憶部２２が複数の制御プロファイルを記憶し、電子制御装置２０が前記制御プロファイルの一つを選択するために、コントロール部２１に接続された選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
5. コントロール部２１が、制御プロファイルに応じて、コイル１５の定格電流の値より高い値の励磁電流２６を一時的に供給できることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
6. コントロール部２１が、励磁電流２６を供給することを可能とする電流増幅モジュール２３を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
7. 制御プロファイルが、電力回路の閉路動作中および電力回路を閉路状態に保持する間、時間の関数としての励磁電流を表す複数の値を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
8. 電子制御装置２０がスイッチ機器１０に内蔵され、外部閉路指令２５が機器１０のコイル制御用端子１４に連絡していることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
9. 電子制御装置２０がスイッチ機器１０の外部に配置され、機器のコイル制御用端子１４に励磁電流２６を供給することを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
10. 電力回路を閉路するために励磁電流２６で給電される制御コイル１５を設けた電磁アクチュエータを備える電気スイッチ機器１０であって、請求項１〜８のいずれか一つに記載の電子制御装置２０をさらに備える電気スイッチ機器。

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