JP2013026217A - 電磁接触器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電磁接触器の状態をフィードバックされて電力を再投入できるようにするため、振動等が激しい現場で外部衝撃によって解放現象が発生しても、工場管理システムに発生する損失を最小化できる電磁接触器を提供する。
【解決手段】本発明に係る電磁接触器は、動作電力を入力する動作電力供給部、動作電力供給部から電力の供給を受けて負荷の電力供給を駆動する電磁開閉駆動部、パルス信号によりスイッチングされて前記電磁開閉駆動部を駆動するスイッチング部、電磁接触器が開放状態にあるか或いは閉路状態にあるかを判断する動作状態判断部、動作電流供給部に供給する入力電圧の大きさをセンシングする入力電圧センシング部、並びに動作状態判断部で判断された判断結果及び入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果に基づいて、前記電磁接触器の投入可否を決めるための投入信号を発生する投入信号発生部を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁接触器に関し、より詳細には動作状態入力を有する電磁接触器に関する。

工場自動化システムを構成する要素のうち負荷に電力を供給したり遮断する装置の一つである電磁接触器（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）は、モータ負荷が焼損されるのを防止する。前記電磁接触器は熱動型継電器（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｌａｙ）と電磁開閉器（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈ）等の電子素子と、その電子素子を一つに組み立てるためのフレームで構成される。そして、前記電磁接触器は、開閉器の構成物のうちの一つである電磁石コイルの励磁可否に従って負荷に電力を供給したり遮断する。

前記電磁接触器を動作させるためには初期に電磁石コイルに投入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を印加して、稼動コア（ｍｏｖｉｎｇ ｃｏｒｅ）を稼動しなければならず、稼動コアが固定コア（ｆｉｘｅｄ ｃｏｒｅ）に付くと投入電流に比べて相当少ない維持電流（ｈｏｌｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）を電磁石コイルに印加しても動作状態が維持できるように内部で電子的に制御するようになっている。

しかし、接触器の電磁石に投入電流が印加される時点で、接触器の動作電力の容量不足現象、起動負荷による電圧変動、落雷等によって生じる瞬時電圧低下または過度電圧流入等によって投入不良が生じる問題がある。そして、これは内部にある電子制御装置においては、入力電圧の大きさだけをセンシングして投入信号を与えるために生じる問題であり、これによって自動化システムの運営に莫大な被害を与えることとなる。

しかし、従来の電磁接触器はこのように電磁石コイル６０のみを内蔵しているため、前記問題を解決することができなかった。

本発明の目的は、電磁接触器の状態をフィードバックされて電力を再投入できる電磁接触器を提供することである。

本発明の他の目的は、振動等が激しい現場で外部衝撃によって解放現象が発生しても再投入が可能にして、工場管理システムに生じる損失を最小化できる電磁接触器を提供することである。

前記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る電磁接触器は、動作電力を入力する動作電力供給部、前記動作電力供給部から電力の供給を受けて負荷の電力供給を駆動する電磁開閉駆動部、パルス信号によりスイッチングされて前記電磁開閉駆動部を駆動するスイッチング部、電磁接触器が開放状態にあるか或いは閉路状態にあるかを判断する動作状態判断部、前記動作電流供給部から供給する入力電圧の大きさをセンシングする入力電圧センシング部、並びに前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果に基づいて、前記電磁接触器の投入可否を決めるための投入信号を発生する投入信号発生部、を含む電磁接触器である。

さらに、前記動作状態判断部は、前記電磁接触器が開放状態の場合、ハイ（ｈｉｇｈ）出力を有し、前記電磁接触器が閉路状態の場合、ロー（ｌｏｗ）出力を有する比較器、を含んでもよい。

また、前記入力電圧センシング部は、前記動作電流供給部から供給する入力電圧の大きさを基準電圧と比較して、前記基準電圧の大きさより前記入力電圧の大きさが大きい場合、ハイ出力を有し、前記基準電圧の大きさより前記入力電圧の大きさが小さい場合、ロー出力を有することができる。

また、前記投入信号発生部は、前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果により、少なくとも一つのハイの結果が出力されるか否かを判断するためのＯＲゲート及び前記ＯＲゲートの出力に基づいて、前記電磁接触器の投入可否を決めるための投入信号を発生するための比較器、を含んでもよい。

さらに、前記投入信号発生部は、前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果により、少なくとも一つのハイの結果が出力される場合、前記電磁接触器の投入を指示する投入信号を発生することができる。

さらに、前記動作電力供給部は、過度電圧を吸収するサージ吸収部、前記サージ吸収部の出力電力のノイズを除去するノイズフィルタ回路部、及び前記ノイズフィルタの出力電力を整流して前記スイッチング部に前記整流された直流電力を供給するための整流回路部、を含んでもよい。

さらに、前記電磁開閉駆動部は、前記動作電力供給部と前記スイッチング部との間に備えられて、前記スイッチング部のスイッチングによって駆動される電磁石コイル、及び前記電磁石コイルと並列接続され、前記スイッチング部がオフ状態の場合に、前記電磁石コイルに蓄積された電力が継続的に流れるようにする放電回路部、を含んでもよい。

さらに、前記スイッチング部は、前記負荷に電力を供給する場合にパルス信号を発生するパルス幅変調部、及び前記スイッチング部に流れる電流を検出して前記パルス幅変調部に出力する電流センシング回路部、を含み、前記パルス幅変調部は、前記電流センシング回路部の出力信号によってパルス信号の幅を可変させることができる。

本発明の電磁接触器により、電磁接触器の状態をフィードバックされて電力を再投入できるため、振動等が激しい現場で外部衝撃によって解放現象が発生しても再投入が可能にして、工場管理システムに発生する損失を最小化できる。

一般の電磁接触器の構成を示した図面である。 本発明の一実施形態に係る電磁接触器の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電磁接触器の一つの構成中、動作状態判断部１３６の構成を示した回路図である。 本発明の一実施形態に係る電磁接触器の構成中、入力電圧センシング部、投入信号発生部、及び動作状態判断部の動作を説明するための図面である。 図４Ａの回路構成を詳細に示した図面である。 本発明の一実施形態に係る電磁接触器の全体的な動作を説明するための図面である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定実施形態を図面に例示して詳細に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。

第１、第２等の序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために使われるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名できる。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または接続されている場合もあるが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する時には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。本願に使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。

本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

さらに、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。

本発明について添付図を参照して詳細に説明し、図面の符号に関係なく同一または対応する構成要素は、同一参照符号を付け、これに関する重複説明は省略する。本発明の説明に当たり、関連公示技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不要に不透明なものにすると判断される場合、それに対する詳細な説明は省略する。

図１は、一般の電磁接触器の構成を示した図面である。一般の電磁接触器は、サージ吸収部２０、ノイズフィルタ回路部３０、整流回路部４０、放電回路部５０、電磁石コイル６０、スイッチング部７０及びパルス幅変調部８０を含む。

符号１０は、動作電力である。動作電力１０は、直流電力または交流電力となってもよい。

サージ吸収部２０は、動作電力１０に含まれているサージ電圧を吸収して除去する。

ノイズフィルタ回路部３０は、サージ吸収部２０でサージ電圧が除去された電力に含まれているノイズを除去する。

整流回路部４０は、ノイズフィルタ回路部３０から出力される電力を整流して直流電力に変換する。

放電回路部５０及び電磁石コイル６０は、相互間並列接続され、その並列接続された一側端子は、整流回路部４０の出力端子と接続される。

パルス幅変調部８０は、所定の幅を有するパルス信号をスイッチング信号に発生させる。

スイッチング部７０は、トランジスタ（ＦＥＴ１）のゲートに前記パルス幅変調部８０の出力端子及び電磁石コイル６０に流れる電流を検出するため接地抵抗（Ｒ１）が接続され、トランジスタ（ＦＥＴ１）のドレーンは、前記並列接続された電磁石コイル６０及び放電回路部５０の他側端子が接続される。

このような構成を有する電磁接触器は、動作電力１０に電力を供給する場合に、その入力される電力からサージ吸収部２０がサージ電圧を吸収し、ノイズフィルタ回路部３０がノイズをフィルタリングして除去し、整流回路部４０が整流して直流電力を出力する。

ここで、動作電力１０に入力される電力が直流電力の場合に、前記整流回路部４０を備えなくても良い。

このような状態で電力を供給する場合に、パルス幅変調部８０は所定の幅を有するパルス信号を発生し、発生したパルス信号はスイッチング部７０のトランジスタ（ＦＥＴ１）のゲートに印加される。すると、トランジスタ（ＦＥＴ１）は、前記パルス幅変調部８０が出力するパルス信号によって導通状態及び遮断状態を繰り返す。

前記トランジスタ（ＦＥＴ１）が導通状態の場合に、前記整流回路部４０の出力電力が電磁石コイル６０及びトランジスタ（ＦＥＴ１）を介して接地に流れる。

なお、前記トランジスタ（ＦＥＴ１）が遮断状態の場合には、トランジスタ（ＦＥＴ１）が導通状態時に前記電磁石コイル６０に蓄積されていた電力が放電回路部５０を介して流れる。

このため、電磁石コイル６０は継続的に励磁状態を維持するようになり、これによって電磁接触器の電磁開閉器は継続的に閉路状態を維持して負荷に電力を供給する。

図２は、本発明の一実施形態に係る電磁接触器の構成を示したブロック図である。図２に示したように本発明の一実施形態に係る電磁接触器は、動作電力供給部１００、電磁開閉駆動部１１０、スイッチング部１２０及び投入有可否判断部１３０を含む。

さらに、動作電力供給部１００は、サージ吸収部１０４、ノイズフィルタ回路部１０６、整流回路部１０８を含み、電磁開閉駆動部１１０は、放電回路部１１２、電子式コイル１１４を含み、スイッチング部１２０は、パルス幅変調部１２２、電流センシング回路部１２４を含み、投入有可否判断部１３０は、入力電圧センシング部１３２、投入信号発生部１３４、動作状態判断部１３６を含む。

ここで、動作電力１０２は、直流電力や交流電力となってもよい。サージ吸収部１０４は、動作電力１０２に含まれているサージ電圧を吸収して除去し、ノイズフィルタ回路部１０６は、サージ吸収部１０４でサージ電圧が除去された電力に含まれているノイズを除去する。

整流回路部１０８は、ノイズフィルタ回路部１０６から出力される電力を整流して直流電力に変換する。

放電回路部１１２及び電磁石コイル１１４は、相互間並列接続され、その並列接続された一側端子は、整流回路部１０８の出力端子に接続され、動作電力オフ時またはパルス幅変調時に電磁石コイル１１４に発生する逆起電力を吸収する機能を有する。

パルス幅変調部１２２は、所定の幅を有するパルス信号をスイッチング信号に発生させ、電流センシング回路部１２４で検出された電磁石コイル１１４に流れる電流のフィードバックを受ける。

一方、入力電圧センシング部１３２は、入力電圧の大きさをセンシングする機能を有し、動作状態判断部１３６は、電磁接触器の動作状態を判断する機能を有する。入力電圧センシング部１３２でセンシングされた入力電圧、すなわち、動作電力供給部１００から供給する電圧のセンシング結果及び動作状態判断部１３６で判断された電磁接触器の動作状態、すなわち、電磁接触器が開放状態にあるか或いは閉路状態にあるかを判断した結果は、投入信号発生部１３４に伝達される。

投入信号発生部１３４は、電磁接触器を投入状態にするための信号を生成して、スイッチング部１２０に伝達し、スイッチング部１２０は、電磁開閉駆動部１１０を制御して、電磁接触器の動作に係る。

前記投入の有無判断部１３０の動作、すなわち、入力電圧センシング部１３２、投入信号発生部１３４、動作状態判断部１３６の動作に関しては、以下に詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る電磁接触器の一つの構成中、動作状態判断部１３６の構成を示した回路図である。

図３に示したように動作状態判断部１３６は、物理的内部スイッチ（Ｓ１）と内部抵抗（Ｒ１）で構成されてもよい。電磁接触器の開放（ｏｆｆ）及び閉路（ｏｎ）状態により連動されて動作する物理的内部スイッチ（Ｓ１）は、比較器のマイナス（−）入力と連結されて、物理的内部スイッチ（Ｓ１）が開放される場合、抵抗（Ｒ１）を解してＨ（１）の入力を有し、物理的内部スイッチ（Ｓ１）が閉路時には接地を介してＬ（０）の入力を有する。

比較器のプラス（＋）入力には基準電圧が連結され、比較器はこの２つの入力を互いに比較して出力を送信し、物理的内部スイッチ（Ｓ１)が開放される場合、出力がＨ（１）となり、物理的内部スイッチ（Ｓ１）が閉路時には出力がＬ（０）となる。

従って、電磁接触器の物理的状態の確認が可能で、これによって電磁接触器が開放時にはこれを確認して投入信号を発生できるようにして、電磁接触器が閉路状態になるようにする。

図４Ａは本発明の一実施形態に係る電磁接触器の構成中入力電圧センシング部１３２、投入信号発生部１３４、及び動作状態判断部１３６の動作を説明するための図面である。

入力電圧センシング部１３２は、比較器で構成され、整流回路部１０８で直流電圧に整流された入力電圧と基準電圧を比較して、入力電圧が基準電圧より大きいとＨ（１）の出力を有し、入力電圧が基準電圧より小さいとＬ（０）の出力を有する。

一方、動作状態判断部１３６は、物理的内部スイッチ（Ｓ１)と内部抵抗（Ｒ１）で構成され、物理的内部スイッチ（Ｓ１）からの入力と基準電圧を比較して、物理的内部スイッチ（Ｓ１）が開放される場合、Ｈ（１）を出力し、物理的内部スイッチ（Ｓ１）の閉路時にはＬ（０）を出力する。

投入信号発生部１３４は、入力電圧センシング部１３２の比較器出力と動作状態判断部１３６の比較器出力を各々入力として受け、２つの出力のうち少なくとも一つがＨ（１）の出力を有する場合、投入信号を発生するため誤動作を防止できる。

具体的には、入力電圧のみに基づいて電磁接触器の投入可否を決める場合、解放現象が起きる場合には投入が適宜行われない場合があるが、このように振動や衝撃によって発生する解放現象による誤動作を未然に防止できる。

図４Ｂは、図４Ａの回路構成をより具体的に示した図面である。

入力電圧センシング部１３２は、比較器で構成され、前記のように入力電圧（Ｖｉｎ）と基準電圧（Ｖｒｅｆ）を入力として有する。入力電圧（Ｖｉｎ）は、動作電力供給部１００に供給される電圧のことであり、比較器は入力電圧（Ｖｉｎ）が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より大きい場合はＨ（１）の出力を、入力電圧（Ｖｉｎ）が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より小さい場合はＬ（０）の出力を有する。

動作状態判断部１３６は、物理的内部スイッチ（Ｓ１）、内部抵抗（Ｒ）、比較器で構成され、既に図３で説明したためその説明を省略する。

投入信号発生部１３４は、２つのキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）とＯＲゲート及び比較器で構成されている。入力電圧センシング部１３２の比較器出力と動作状態判断部１３６の比較器出力は、各々キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）を介してＯＲゲートの入力に連結される。入力電圧センシング部１３２の出力及び動作状態判断部１３６の出力が、Ｈ（１）になる瞬間にだけキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）を通るようになる。投入信号発生部１３４の比較器のプラス（＋）入力は、ＯＲゲートの出力電圧を、比較器のマイナス（−）入力は、基準電圧に連結される。

仮に入力電圧センシング部１３２で電圧の動作電圧を感知してＨ（１）信号を発生した後、電磁接触器が閉路状態にならなくても物理的内部スイッチ（Ｓ１）がこれを感知して、Ｈ（１）信号を与えるため誤動作を防止できる。

図５は、本発明の一実施形態に係る電磁接触器の全体的な動作を説明するための図面である。入力電圧センシング部１３２、投入信号発生部１３４及び動作状態判断部１３６の具体的な動作に関しては、前述したとおりであり、ここでは入力電圧センシング部１３２、投入信号発生部１３４及び動作状態判断部１３６の入力及び出力信号を中心に説明する。特に、入力電圧センシング部１３２及び動作状態判断部１３６の出力が、いずれもＨ(１)の場合を想定して説明する。

投入信号発生部１３４は、入力電圧センシング部１３２のＨ（１）出力と動作状態判断部１３６のＨ（１）出力を入力とするＯＲゲートを経て出力された信号を比較器を利用して出力信号を生成する。この時、比較器を経て出力された信号はａからｂまではＨ（１）の信号を維持する。従って、動作状態判断部１３６の出力がＬ（０）に変わる場合にも、出力はそのままＨ（１）を維持できる。

結果的に、電磁接触器の状態のフィードバックを受けて電力を再投入できるため、振動等が激しい現場で外部衝撃によって解放現象が発生しても再投入が可能にして、工場管理システムに発生する損失を最小化できる。

以上、代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、前記実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定めるべきである。

１０ 動作電力
２０、１０４ サージ吸収部
３０、１０６ ノイズフィルタ回路部
４０、１０８ 整流回路部
５０、１１２ 放電回路部
６０ 電磁石コイル
７０、１２０ スイッチング部
８０、１２２ パルス幅変調部
１００ 動作電力供給部
１１０ 電磁開閉駆動部
１２４ 電流センシング回路部
１３０ 投入可否判断部
１３２ 入力電圧センシング部
１３４ 投入信号発生部
１３６ 動作状態判断部

Claims (8)

1. 動作電力を入力する動作電力供給部、
   前記動作電力供給部から電力の供給を受けて負荷の電力供給を駆動する電磁開閉駆動部、
   パルス信号によりスイッチングされて前記電磁開閉駆動部を駆動するスイッチング部、
   電磁接触器が開放状態にあるか或いは閉路状態にあるかを判断する動作状態判断部、
   前記動作電流供給部から供給する入力電圧の大きさをセンシングする入力電圧センシング部、並びに
   前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果に基づいて、前記電磁接触器の投入可否を決めるための投入信号を発生する投入信号発生部、を含むことを特徴とする、電磁接触器。
2. 前記動作状態判断部は、前記電磁接触器が開放状態の場合、ハイ（ｈｉｇｈ）の出力を有し、前記電磁接触器が閉路状態の場合、ロー（ｌｏｗ）の出力を有する比較器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電磁接触器。
3. 前記入力電圧センシング部は、前記動作電流供給部から供給する入力電圧の大きさを基準電圧と比較し、前記基準電圧の大きさより前記入力電圧の大きさが大きい場合ハイの出力を有し、前記基準電圧の大きさより前記入力電圧の大きさが小さい場合ローの出力を有することを特徴とする、請求項１及び２に記載の電磁接触器。
4. 前記投入信号発生部は、前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果により、少なくとも一つのハイの結果が出力されるか否かを判断するためのＯＲゲート及び前記ＯＲゲートの出力に基づいて、前記電磁接触器の投入可否を決めるための投入信号を発生するための比較器を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁接触器。
5. 前記投入信号発生部は、前記動作状態判断部で判断された判断結果及び前記入力電圧センシング部でセンシングされたセンシング結果により、少なくとも一つのハイの結果が出力される場合、前記電磁接触器の投入を指示する投入信号を発生することを特徴とする、請求項４に記載の電磁接触器。
6. 前記動作電力供給部は、
   過度電圧を吸収するサージ吸収部、
   前記サージ吸収部の出力電力のノイズを除去するノイズフィルタ回路部、及び
   前記ノイズフィルタの出力電力を整流して前記スイッチング部に前記整流された直流電力を供給するための整流回路部を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁接触器。
7. 前記電磁開閉駆動部は、
   前記動作電力供給部と前記スイッチング部との間に備えられて前記スイッチング部のスイッチングによって駆動される電磁石コイル、及び
   前記電磁石コイルと並列接続され、前記スイッチング部がオフ状態の場合に前記電磁石コイルに蓄積された電力が継続的に流れるようにする放電回路部を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電磁接触器。
8. 前記スイッチング部は、
   前記負荷に電力を供給する場合にパルス信号を発生するパルス幅変調部、及び
   前記スイッチング部に流れる電流を検出して前記パルス幅変調部に出力する電流センシング回路部、を含み、
   前記パルス幅変調部は、前記電流センシング回路部の出力信号によりパルス信号の幅を可変させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電磁接触器。

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