JP2014120371A

JP2014120371A - 継電器

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Publication number: JP2014120371A
Application number: JP2012275583A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yasui; 努安井
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP6104593B2

Abstract

【課題】継電器が寿命に近づいたことを予測し易くする。
【解決手段】継電器１は、固定接点１５ａ，１５ｂを有する電力ライン１０と、固定接点１５ａ，１５ｂ間を断接する可動接点１４を動作させるための駆動部材１３と、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４の接触部から生ずる熱の影響を受ける場所での空気の温度を検出する温度センサ２１と、外気温度を検出する外気温度センサ２０と、温度センサ２１による検出値と、外気温度センサ２０によって検出された外気温度に電力ライン１０を流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値を加算した基準温度値と、の差分が予め設定された値以上になると、寿命に達したことを示す信号を出力する演算回路２３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機に搭載される電子機器に好適に用いられる継電器に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されているように、航空機に搭載される電子機器に好適に用いられる継電器が知られている。この種の継電器は、駆動部材と、固定接点と、可動接点とを有していて、磁気回路で発生する磁気力によって駆動部材を駆動することにより、可動接点を動作させ、固定接点及び可動接点のオン・オフ切り換えを行う。

特開平５−２０５５９９号公報

継電器では、固定接点及び可動接点間の断接（オン・オフ）が繰り返されるため、継電器には寿命が存在する。すなわち、固定接点及び可動接点間の断接が繰り返されると、発熱するようになり、最終的には故障に至る。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、継電器が寿命に近づいたことを予測し易くすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、互いに間隔をおいて配置された一対の固定接点を有する電力ラインと、前記一対の固定接点間を断接する可動接点を動作させるための駆動部材と、前記一対の固定接点及び前記可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値を検出する発熱量検出手段と、外気温度を検出する外気温度センサと、前記発熱量検出手段による検出値と、前記外気温度センサによって検出された外気温度に前記電力ラインを流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値を加算した基準温度値と、の差分が予め設定された値以上になると、寿命に近づいたことを示す信号を出力する制御部と、を備えている継電器である。

本発明では、発熱量検出手段による検出値により、一対の固定接点及び可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値が得られる。一方、電力ラインを流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値から、電力ラインの電流値が変化することによって変化する温度上昇値が得られ、この温度上昇値に外気温度センサによる外気温度値を加算することにより、電力ラインの電流値が変化したときに得られる外気温度が求められる。このとき、電気抵抗値の変化は考慮されていない。一方、一対の固定接点及び可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値の変化は、接触部において電気抵抗値が変化したことによって生ずる電流値の変化（すなわち発熱量の変化）の影響を受けたものとなっている。このため、発熱量検出手段による検出値と、前記外気温度センサによって検出された外気温度に電力ラインを流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値を加算した基準温度値との差分を求めることにより、一対の固定接点及び可動接点の接触部での電気抵抗値の変化量に基づく、温度変化値が得られることになる。したがって、一対の固定接点及び可動接点の接触部での電気抵抗の変化値が擬似的に得られることになり、継電器の寿命を推測することができる。したがって、制御部から信号が出力されることにより、継電器が寿命に近づいたことを判断することができる。しかも、外気温度（前記接触部による発熱の影響を受けない場所での空気の温度）との差分が用いられるため、外気温度が変化した場合にもその影響が排除され、正確な判断を行うことができる。

また本発明は、互いに間隔をおいて配置された一対の固定接点を有する電力ラインと、前記一対の固定接点間を断接する可動接点を動作させるための駆動部材と、前記一対の固定接点及び前記可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値を検出する発熱量検出手段と、前記発熱量検出手段による検出値が予め設定された値以上になると、寿命に近づいたことを示す信号を出力する制御部と、を備えている継電器である。

本発明において、一対の固定接点及び可動接点の接触部での電気抵抗値が変化すれば、当該接触部での発熱量が変化するため、発熱量検出手段の検出値は、その発熱量の影響を受けた値となる。したがって、例えば継電器が寿命に近づき発熱しているときの温度を実験などによって予め求めておいて、当該温度を基準値として、発熱量検出手段の検出値が該基準値になると、寿命に近づいたと判断することができる。

以上説明したように、本発明によれば、継電器が寿命に近づいたことを予測し易くすることができる。

本発明の実施形態に係る継電器の構成を説明するための図である。前記継電器に設けられた演算回路の構成を説明するための図である。接点間の断接繰り返し数と差分値との相関を示す図である。接点間の断接繰り返し数と温度値との相関を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態に係る継電器は、航空機に搭載される電子機器に用いられる継電器であり、図１に示すように、継電器１は、電力ライン１０と、駆動部材１３と、外気温度センサ２０と、温度センサ２１と、制御部としての演算回路２３とを備えている。

電力ライン１０は、図外の入力側（一次側）に接続可能に構成される入力部１６と、図外の出力側（二次側）に接続可能に構成される出力部１７と、入力部１６及び出力部１７間において互いに間隔をおいて設けられた一対の固定接点１５ａ，１５ｂと、を備えている。

駆動部材１３は、可動接点１４を動作させる。すなわち、駆動部材１３は、磁性体によって構成されていて、コイル１２に近接して配置されている。コイル１２には、給電部４０から電力が供給される。なお、図１中の符号１１は鉄心である。

演算回路２３は、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４の寿命を判断するために設けられており、図２に示すように、変換器２３ａと、演算器２３ｂと、比較器２３ｃとを含む。なお、変換器２３ａ、演算器２３ｂ及び比較器２３ｃは、演算回路２３の一機能として含まれていてもよい。

変換器２３ａは、熱電対で構成された温度センサ２１から送られる電流値に応じて、温度センサ２１によって検出された温度の値Ｔ２を導出するように構成されている。温度センサ２１は、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４間の接触部から生ずる熱の影響を受ける場所に配置されている。すなわち、温度センサ２１は、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４間から生ずる熱の発熱量を代表する値を検出する発熱量検出手段として機能する。本実施形態では、接点間から生ずる熱の発熱量を代表する値として、接点近傍の空気温度が用いられているが、これに限られるものではない。例えば、発熱量検出手段は、接点自体の温度、あるいは接点から伝熱する部材（図示省略）の温度を、発熱量を代表する値として検出する構成であってもよい。つまり、接点間での発熱の影響を受ける部材や同影響を受ける場所での空気の温度が発熱量を代表する値と検出されればよい。

なお、図例では、温度センサ２１が固定接点１５ａに近接して配置された例を示しているがこれに限られない。例えば、温度センサ２１は固定接点１５ｂに近接して配置されていてもよい。また、温度センサ２１は接点１５ａ，１５ｂ，１４に接触するように配置されていてもよい。

演算器２３ｂには、電力ライン１０を流れる電流の電流値を検出するためのコイル２２と、外気温度センサ２０とが接続されている。演算器２３ｂの機能には、電流値導出部３１と、外気温度導出部３２と、基準温度導出部３３とが含まれている。コイル２２は、電力ライン１０における一次側ライン１０ａ、すなわち、入力部１６と固定接点１５ａとをつなぐライン１０ａに配置されているが、これに限られない。例えば、コイル２２は、電力ライン１０における二次側ライン１０ｂ、すなわち、固定接点１５ｂと出力部１７とをつなぐライン１０ｂに配置されていてもよい。またコイル２２は、継電器１の筐体内側に配置されていてもよく、筐体外側に配置されていてもよい。

電流値導出部３１は、コイル２２を流れる電流値（の変化）を検出し、その検出値に応じて、電力ライン１０に流れる電流の値Ｉを導出する。

外気温度導出部３２は、熱電対で構成された外気温度センサ２０から送られる電流値に応じて、外気温度センサ２０によって検出された温度の値Ｔ１を導出する。外気温度センサ２０は、継電器１の内部に配置されていてもよく、或いは継電器１の外側に配置されていてもよい。ただし、外気温度センサ２０は、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４間の接触部から生ずる熱の影響を受けない場所での空気の温度を検出するように配置されている必要がある。

基準温度導出部３３は、電流値導出部３１によって導出された電流値Ｉを用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値ΔＴを導出する。以下、具体的に説明する。

一般に、入力電流Ｉによる発熱量Ｑは、以下の関係式（１）
Ｑ＝ｍ・ｃ・ΔＴ・・・（１）
で表される。ここで、ｍは、可動接点１４および固定接点１５ａ，１５ｂとそれを保持する部品の質量であり、ｃは、可動接点１４および固定接点１５ａ，１５ｂとそれを保持する部品の比熱であり、ΔＴは、温度上昇値である。また、Ｑ＝Ｉ^２・Ｒ（ただし、Ｒは、可動接点１４および固定接点１５ａ，１５ｂ間の接触部における抵抗値）であるので、以下の関係式（２）
ΔＴ＝Ｉ^２・Ｒ／（ｍ・ｃ）・・・（２）
が成立する。基準温度導出部３３は、この関係式（２）を用いて温度上昇値ΔＴを導出する。なお、抵抗値Ｒ、質量ｍ及び比熱ｃは、既知の値である。

また、基準温度導出部３３は、外気温度導出部３２によって導出された温度値Ｔ１に温度上昇値ΔＴを加算して、基準温度値Ｔ３を導出する。すなわち、
Ｔ３＝Ｔ１＋ΔＴ・・・（３）
なので、関係式（２）（３）より以下の関係式（４）
Ｔ３＝Ｔ１＋Ｉ^２・Ｒ／（ｍ・ｃ）・・・（４）
が成立する。基準温度導出部３３は、この関係式（４）を用いて基準温度値Ｔ３を導出する。この基準温度値Ｔ３は、抵抗値Ｒが変化しない（一定）との条件下で導出される温度である。つまり、基準温度値Ｔ３は、外気温度Ｔ１に、理想モデルとしての発熱量に基づく温度上昇値ΔＴを加えたものである。

比較器２３ｃは、変換器２３ａによって導出された温度値Ｔ２と、基準温度導出部３３によって導出された基準温度値Ｔ３との差分を求める。すなわち、変換器２３ａによって導出された温度値Ｔ２は、温度センサ２１によって検出された温度に対応する温度値となっているが、温度センサ２１によって検出される温度は、外気温度Ｔ１に、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４間の接触部における発熱に基づく温度上昇値を加算した値に相当する。このときの発熱量Ｑ’は、Ｉ^２・Ｒ’（Ｒ’は、固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４間の接触部における実際の抵抗値）で表されるが、抵抗値Ｒ’は、接点間の断接が繰り返し行われるに従って徐々に変化する。そして、寿命が近づくと急に上昇する。換言すれば、温度センサ２１によって検出される温度は、接点間の抵抗値が変化した場合に、その変化した抵抗値に応じた発熱量Ｑ’に左右される温度上昇値を外気温度Ｔ１に加えたものとなっている。これに対し、基準温度値Ｔ３は、抵抗値Ｒが変化しない（一定）との条件下で導出される温度である。したがって、変換器２３ａによって導出された温度値Ｔ２と、基準温度値Ｔ３との差分を求めることにより、接点間の抵抗値の変化量を導出することができる。そして、差分値Ｔ２−Ｔ３が、予め設定された値（閾値）以上になったか否かを判定することにより、継電器１が寿命に達したか否かを判定することができる。なお、閾値は、実験等によって求めておくことができる。

例えば、図３は、接点間の断接繰り返し数Ｎと、差分値Ｔ２−Ｔ３との相関を示しており、寿命に近づいたと推測される繰り返し数Ｎ＝５×１０^４回のときの差分値Ｔ２−Ｔ３を求め、この値を閾値とすることができる。

そして、比較器２３ｃは、得られた差分が予め設定された値以上になると、継電器１が寿命に近づいたことを示す信号（Ｆａｕｌｔｓｉｇｎａｌ）を出力する。この信号は、故障出力部４１を通して継電器１の外部に出力される。

以上説明したように、本実施形態では、温度センサ２１による検出値により、一対の固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４の接触部から生ずる熱の影響を受けた空気温度が、発熱量を代表する値として得られる。一方、電力ライン１０を流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値から、電力ライン１０の電流値が変化することによって変化する温度上昇値が得られ、この温度上昇値に外気温度センサ２０による外気温度値を加算することにより、電力ライン１０の電流値が変化したときに得られる温度（基準温度）が求められる。この基準温度は、電流値の変化による発熱量の変化が考慮されるのであって、抵抗値の変化は加味されない。すなわち、抵抗値が一定であるとの条件下で計算された値である。その一方で、一対の固定接点１５ａ，１５ｂ及び可動接点１４の接触部から生ずる熱の影響を受けた空気温度（発熱量の代表値）の変化は、接点１５ａ，１５ｂ，１４同士の接触部において電気抵抗値が変化したことによって生ずる電流値の変化（すなわち発熱量の変化）の影響を受けたものとなっている。このため、温度センサ２１による検出値と、外気温度センサ２０によって検出された外気温度に電力ライン１０を流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値を加算した基準温度値との差分を求めることにより、接点１５ａ，１５ｂ，１４同士の接触部での電気抵抗値の変化量に基づく、温度変化値が得られることになる。したがって、接点同士の接触部での電気抵抗の変化値が擬似的に得られることになり、継電器１の寿命を推測することができる。したがって、演算回路２３から信号が出力されることにより、継電器１が寿命に近づいたことを判断することができる。しかも、外気温度（接点１５ａ，１５ｂ，１４同士の接触部による発熱の影響を受けない場所での空気の温度）との差分が用いられるため、外気温度が変化した場合にもその影響が排除され、正確な判断を行うことができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、差分値Ｔ２−Ｔ３が予め設定された閾値以上になったか否かによって寿命に近づいたか否かが判定される構成としたが、これに限られない。例えば、変換器２３ａによって導出された温度値Ｔ２（温度センサ２１によって検出された温度による温度値Ｔ２）が予め設定された閾値以上になったか否かによって判定してもよい。すなわち図４に示すように、温度値Ｔ２自体も接点間の断接繰り返し数Ｎの増加に伴って徐々に上昇し、継電器１が寿命に近づくと、急に上昇し始める。したがって、寿命に近づいたと推測される繰り返し数Ｎ＝５×１０^４回のときの温度値Ｔ２を閾値として設定してもよい。ただし、この形態では、外気温度の影響を排除しきれないため、外気温度が所定範囲内に収まっていることが前提の場合に有効となる。

この形態において、接点同士の接触部での電気抵抗値が変化すれば、当該接触部での発熱量が変化するため、温度センサ２１の検出値は、その発熱量の影響を受けた値となる。したがって、例えば継電器が寿命に近づき発熱しているときの温度を実験などによって予め求めておいて、当該温度を基準値として、温度センサ２１の検出値が該基準値になると、寿命に近づいたと判断することができる。

前記実施形態では、外気温度センサ２０、温度センサ２１、コイル２２、演算回路２３が何れも継電器１の筐体内側に配置された構成としたが、これに限られるものではない。温度センサ２１以外の構成部品、すなわち、外気温度センサ２０、コイル２２、演算回路２３の少なくとも１つが継電器１の筐体外側に配置された構成としてもよい。これらは、別体の部品として筐体に取り付けられていてもよい。

１継電器
１０電力ライン
１２コイル
１３駆動部材
１４可動接点
１５ａ固定接点
１５ｂ固定接点
１６入力部
１７出力部
２０外気温度センサ
２１温度センサ（発熱量検出手段の一例）
２２コイル
２３演算回路
２３ａ変換器
２３ｂ演算器
２３ｃ比較器
３１電流値導出部
３２外気温度導出部
３３基準温度導出部
４０給電部
４１故障出力部

Claims

互いに間隔をおいて配置された一対の固定接点を有する電力ラインと、
前記一対の固定接点間を断接する可動接点を動作させるための駆動部材と、
前記一対の固定接点及び前記可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値を検出する発熱量検出手段と、
外気温度を検出する外気温度センサと、
前記発熱量検出手段による検出値と、前記外気温度センサによって検出された外気温度に前記電力ラインを流れる電流の電流値を用いて計算された発熱量に基づく温度上昇値を加算した基準温度値と、の差分が予め設定された値以上になると、寿命に近づいたことを示す信号を出力する制御部と、を備えている継電器。
互いに間隔をおいて配置された一対の固定接点を有する電力ラインと、
前記一対の固定接点間を断接する可動接点を動作させるための駆動部材と、
前記一対の固定接点及び前記可動接点の接触部から生ずる熱の発熱量を代表する値を検出する発熱量検出手段と、
前記発熱量検出手段による検出値が予め設定された値以上になると、寿命に近づいたことを示す信号を出力する制御部と、を備えている継電器。