JP2019012676A

JP2019012676A - リレー装置

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Publication number: JP2019012676A
Application number: JP2017130190A
Authority: JP
Inventors: 敏之樋口; Toshiyuki Higuchi; 大知神園; Daichi Kamizono; 哲也福本; Tetsuya Fukumoto
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: CN109216113A; CN109216113B; JP6915410B2; US20190006138A1; EP3425654A1

Abstract

【課題】小型かつ安価なリレー装置を提供する。【解決手段】リレー装置（リレーユニット１）は、第１切換素子（２０）の動作故障を検知せずに第２切換素子（３０）の動作故障を検知する故障検知部（４１）を備えており、切換制御部（４２）は、外部の負荷回路を非導通から導通に切り換えるときに、前記第１切換素子を非導通から導通に切り換えた後に前記第２切換素子を非導通から導通に切り換えるとともに、前記負荷回路を導通から非導通に切り換えるときに、前記第２切換素子を導通から非導通に切り換えた後に前記第１切換素子を導通から非導通に切り換える。【選択図】図２

Description

外部の負荷回路に対して接続され、前記負荷回路の導通と非導通とを切り替えるリレー装置に関する。

外部から電気信号を受け取り、電気回路のＯＮ／ＯＦＦや切り替えを行うリレー装置において、リレー接点の溶着・固着が発生すると、切換素子の開放が行えなくなるという問題があった。そこで、例えば特許文献１のように、少なくとも２つの切換素子を直列で使用することにより、１つの切換素子が固着した場合であっても電源の安全接続解除が保証される安全切換装置が開示されている。また、特許文献１には、副接点の切換位置が動作接点の切換位置と機械的に連動することにより、副接点の位置から電源供給の安全接続解除をチェックできる強制ガイド式リレーを有する切換装置が開示されている。

特表２００３−５１４３６１号公報（２００３年４月１５日公開）特開２００３−１６２９４８号公報（２００３年６月６日公開）

特許文献１に記載の安全切換装置は、切換素子として強制ガイド式リレーを用いる必要があるが、強制ガイド式リレーは特別な機構を有していることから、複雑で高価である。図１に、切換素子として強制ガイド式リレーを用いたリレー装置の構成の例を示す。図示の例において、強制ガイド式リレーは、主接点としての常開接点と副接点としての常閉接点とを機械的に連動させた構造となっているので、切換素子として強制ガイドを有さない一般用途のリレーを用いた構成と比較すると、リレー自体のサイズが大きくなる。また、主接点の溶着などの理由による誤動作を防止するためには、これらのリレーが少なくとも２つ以上必要となるため、装置自体が大型化し、かつコストも増大するという問題があった。

本発明の一態様は、負荷回路の導通と非導通とを確実に切り替えることが可能で、小型かつ安価なリレー装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るリレー装置は、外部の負荷回路に対して第１出力端子および第２出力端子を介して接続され、前記負荷回路の導通と非導通とを切り替えるリレー装置であって、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に、互いに直列に接続される第１切換素子および第２切換素子と、切換素子の動作故障を検知する故障検知部と、前記第１切換素子および前記第２切換素子の切換を制御する切換制御部とを備え、前記故障検知部が、前記第１切換素子の動作故障を検知せずに、前記第２切換素子の動作故障を検知するものであり、前記切換制御部が、前記負荷回路を非導通から導通に切り換えるときに、前記第１切換素子を非導通から導通に切り換えた後に前記第２切換素子を非導通から導通に切り換えるとともに、前記負荷回路を導通から非導通に切り換えるときに、前記第２切換素子を導通から非導通に切り換えた後に前記第１切換素子を導通から非導通に切り換える構成である。

本発明の一態様に係るリレー装置において、前記第２切換素子が、常開接点と、該常開接点と機械的に連動する常閉接点とを備え、前記故障検知部が、前記切換制御部の制御状態、および、前記第２切換素子が備える前記常閉接点の導通状態によって前記動作故障の発生を検知する構成としてもよい。

本発明の一態様に係るリレー装置において、前記第１切換素子は、常開接点で形成されている構成としてもよい。

本発明の一態様に係るリレー装置において、前記第１切換素子の切換定格容量が、前記第２切換素子の切換定格容量よりも高い構成としてもよい。

本発明の一態様に係るリレー装置において、前記第１切換素子は、半導体素子である構成としてもよい。

本発明の一態様によれば、負荷回路の導通と非導通とを確実に切り替えることが可能で、小型かつ安価なリレー装置を提供することができるという効果を奏する。

２つの強制ガイド式リレーを直列に配列したリレーユニットの要部構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係るリレーユニットの要部構成の一例を示すブロック図である。図２のリレーユニットにおける各要素の切換タイミングの一例を示すタイミングチャートである。本発明の変形例に係るリレーユニットの要部構成の一例を示すブロック図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図２を用いて詳細に説明する。

（リレーユニットの構成）
本実施形態に係るリレーユニット１は、外部の交流電源１００および図示しない電気負荷（例えばモータなど）を含む負荷回路に接続され、当該負荷回路の導通と非導通とを切換えるリレー装置である。図示の例において、リレーユニット１は、第１切換素子２０、第２切換素子３０、制御部４０、非常停止スイッチ５０、およびリセットスイッチ６０を備えており、制御部４０は、故障検知部４１、および切換制御部４２を備えている。

リレーユニット１は、第１出力端子１１および第２出力端子１２にて負荷回路と電気的に接続される。リレーユニット１は、また、非常停止スイッチ５０が押下されたときは、負荷回路を非導通に切換えて、負荷回路の動作を停止させる。また、リレーユニット１は、リセットスイッチ６０が押下されたときは、負荷回路を導通に切換えて、負荷回路の動作を開始（再開）させる。

第１出力端子１１は、リレーユニット１に設けられた端子であって、図２に示す構成では、負荷回路に接続されている。

第２出力端子１２は、リレーユニット１に設けられた端子であって、図２に示す構成では、コンタクタＫＭ１およびＫＭ２を介して負荷回路に接続されている。

なお、第１出力端子１１および第２出力端子１２は、第１切換素子２０および第２切換素子３０のスイッチがともにＯＮであるとき、負荷回路に交流電源１００からの電流を入力することができる。

切換制御端子１３は、リレーユニット１に設けられた端子であって、制御部４０を第１切換素子２０および第２切換素子３０に接続するために用いられる。切換制御端子１３は、第１切換素子２０および第２切換素子３０の切換位置に作用する切換信号を、当該第１切換素子２０および第２切換素子３０へ送信する。

第１切換素子２０は、制御部４０から切換制御端子１３を介して切換信号を受信することによってＯＮ／ＯＦＦを切換可能なリレーである。換言すれば、第１切換素子２０は、制御部４０の制御にしたがって、内蔵するスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換える。第１切換素子２０は、第２切換素子３０とともに、リレーユニット１の第１出力端子１１と第２出力端子１２との間において互いに直列に配列されている。また、第１切換素子２０の切換定格容量は、第２切換素子３０の切換定格容量よりも高く設定されている。

本実施形態において、第１切換素子２０は常開接点で形成されている常開接点リレーである。常開接点リレーは、電圧が印加されていない状態ではリレー接点がＯＦＦとなっているリレーである。常開接点リレーは強制ガイド式リレーとは異なり、リレー接点が溶着などによって故障した場合に、当該故障を検知することはできないが、強制ガイド式リレーと比較すると単純な構成であり、安価である。

第２切換素子３０は、第１切換素子２０と同様に、制御部４０から切換制御端子１３を介して切換信号を受信することによってＯＮ／ＯＦＦを切換可能なリレーである。換言すれば、第２切換素子３０は、制御部４０の制御にしたがって、内蔵するスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換える。また、本実施形態において、第２切換素子３０は強制ガイド式リレーによって構成されている。ここで、強制ガイド式リレーとは、常開接点と常閉接点とがガイドによって機械的に接続されているリレーである。強制ガイド式リレーでは、常開接点が溶着（固着）した場合、ガイドによって連動する常閉接点が開路となる。すなわち、制御部４０は、常閉接点の状態を確認することによって常開接点の固着の有無を検知することができる。

なお、図２において、第１切換素子２０の常開接点、および、第２切換素子の常開接点は、それぞれ２つ図示されているが、特に限定されるものではなく、それぞれ１つでもよいし、３つ以上であってもよい。図２に記載のリレーユニットは、第１切換素子２０および第２切換素子３０の２つのリレーを直列に配列することによって、冗長化を図っている。

制御部４０は、リレーユニット１の各部を統括して制御するものであり、故障検知部４１および切換制御部４２を備えている。

切換制御部４２は、第１切換素子２０および第２切換素子３０の切換を制御する。より具体的には、切換制御部４２は、第１切換素子２０および第２切換素子３０に対して切換信号を生成する。切換制御部４２は、負荷回路を非導通から導通に切り換えるときに、第１切換素子２０を非導通から導通に切り換えた後に第２切換素子３０を非導通から導通に切り換える。切換制御部４２は、さらに、負荷回路を導通から非導通に切り換えるときに、第２切換素子３０を導通から非導通に切り換えた後に第１切換素子２０を導通から非導通に切り換える。なお、第１切換素子２０および第２切換素子３０の切換順を制御することが可能であれば、切換制御部４２はどのように構成されてもよい。例えば、任意の遅延回路を内蔵し、当該遅延回路を用いて切換信号の生成タイミングを遅延させてもよい。

故障検知部４１は、切換素子に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて当該切換素子の動作故障の発生を検知する。本実施形態において、故障検知部４１は、前記切換制御部４２の制御状態、および、第２切換素子３０において常開接点と機械的に連動する常閉接点の導通状態によって動作故障の発生を検知する。例えば、切換制御部４２が第２切換素子３０を非導通にする切換信号を送信しているときに、第２切換素子３０に設けられている常閉接点が非導通となっている場合には、故障検知部４１は、第２切換素子３０の常開接点に固着などの動作故障が発生していることを検知する。この検知の手法に関しては種々の公知の手法を適用すればよい。

また、故障検知部４１は、さらに動作故障が発生していることを検知した場合に、第１切換素子２０の常開接点を開く制御を行ってもよい。この制御は、回路構成によって実現してもよいし、論理回路によって実現してもよい。このような制御が行われることによって、第２切換素子３０において接点固着などの動作故障が発生した場合にも、第１切換素子２０において負荷回路を非導通に切り換えることが可能となる。

このように、本実施形態では、第２切換素子３０に設けられている常閉接点、および、故障検知部４１によって、第２切換素子３０におけるリレー接点の溶着などによる故障が発生したことが検知される。なお、第２切換素子３０におけるリレー接点の溶着などによる故障の検知は、上記の構成に限定されるものではなく、公知の任意の故障検知構成によって実現可能である。

非常停止スイッチ５０は、負荷回路を導通状態から非導通状態に切り換えるスイッチである。非常停止スイッチ５０は、解除状態と停止状態との間で切り換えることができる。ここで、停止状態とは、負荷回路を非導通とする状態であり、解除状態とは、負荷回路を導通状態とすることが可能な状態である。

図示の例において、非常停止スイッチ５０が押下されると、制御部４０にて停止信号が生成される。生成された停止信号にしたがって、制御部４０は、第１切換素子２０および第２切換素子３０をＯＦＦに切換え、負荷回路を導通から非導通に切り換える。

リセットスイッチ６０は、リレーユニット１の作動を開始（再開）させるスイッチである。図示の例において、リセットスイッチ６０が押下されると、当該リセットスイッチ６０に接続されているコンタクタＫＭ１およびＫＭ２に連動して、第２出力端子１２側に設けられたコンタクタＫＭ１およびＫＭ２が動作する。第２出力端子１２側に設けられたコンタクタＫＭ１およびＫＭ２の切換えにともなって、負荷回路に対する電流の入力をリセットすることができる。

すなわち、ユーザは、緊急事態などで負荷回路を非導通に切り換えたいときには、非常停止スイッチ５０を押して停止状態とする。また、非常停止を行った後、安全が確認された場合には、まず非常停止スイッチ５０を解除状態に戻し、その後リセットスイッチ６０を押すことによって負荷回路をリセットさせて、負荷回路を導通状態に移行させる。

（リレーユニットの動作）
本実施形態に係るリレーユニット１の動作について、以下に説明する。

リレーユニット１は、切換制御部４２によって、負荷回路を非導通から導通に切り換えるときには、第１切換素子２０を非導通から導通に切り換えた後に第２切換素子３０を非導通から導通に切り換える。また、切換制御部４２は、負荷回路を導通から非導通に切り換えるときには、第２切換素子３０を導通から非導通に切り換えた後に第１切換素子２０を導通から非導通に切り換える。

ここで、負荷回路を非導通状態から導通状態に切り換えるときに大電流が一度に流れる場合を考える。このとき、切換制御部４２によって第２切換素子３０よりも先に、第１切換素子２０のスイッチが先にＯＦＦからＯＮに切り換わる。第２切換素子３０は、第１切換素子２０に遅れてＯＮに切り換わるため、リレーユニット１と負荷回路とを接続する電流路は、第２切換素子３０がＯＮになったタイミングで形成される。よって、大電流によってリレー接点間にアークが発生する場合、第２切換素子３０のリレー接点間においてアークが発生することとなる。すなわち、本実施形態に係るリレーユニット１において、リレー接点の溶着などによる故障は、第２切換素子３０にて発生することが予想される。この場合、制御部４０は故障検知部４１にて第２切換素子３０の故障を検知すると、当該第１切換素子２０のスイッチをＯＦＦに切換えさせることができる。

なお、第１切換素子２０は、第２切換素子３０と同時に故障しないように、第２切換素子３０よりも高い切換定格容量を有する構成とすることが好適である。

（切換素子の切替タイミング）
本実施形態に係るリレーユニット１における各切換素子の切替タイミングについて、図３を用いて説明する。図３は、図２のリレーユニット１における各要素の切換タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

図示の例においては、非常停止スイッチ５０が停止状態となっている状態から開始されている。その後、安全が確認され、非常停止スイッチ５０が解除状態に移行する。このとき、常開接点リレーである第１切換素子２０と強制ガイド式リレーである第２切換素子３０とは、ともにＯＦＦ状態にある。すなわち、負荷回路に対して電流が流れない状態となっている。

次に、ある時点においてリセットスイッチ６０が押下され、当該リセットスイッチ６０の状態がＯＦＦからＯＮに切換わった場合を考える。このとき、常開接点リレーである第１切換素子２０は、切換制御部４２の制御により、強制ガイド式リレーである第２切換素子３０よりも早くＯＮに切換わる。図示の例では、第１切換素子２０は、第２切換素子３０よりも時間Ｔ１だけ早くＯＮに切換わっている。

その後、緊急停止が必要になったタイミングにおいて、非常停止スイッチ５０がユーザによって押下され、当該非常停止スイッチ５０が解除状態から停止状態へ切換わった場合を考える。このとき、常開接点リレーである第１切換素子２０は、切換制御部４２の制御により、強制ガイド式リレーである第２切換素子３０よりも遅くＯＦＦに切換わる。図示の例では、第１切換素子２０は、第２切換素子３０よりも時間Ｔ２だけ遅くＯＦＦに切換わっている。

このようにして、本実施形態に係るリレーユニット１は、第２切換素子３０の故障を制御部４０を用いて監視するとともに、例えば大電流がリレーユニット１に流れたときのアークなどが第２切換素子３０にて生じる可能性を高めることができる。これにより、故障が予測される範囲を局所化し、局所化された範囲を監視する構成とすることができる。さらに、第１切換素子２０を常開接点リレーとしたため、より安価なリレーユニット１を提供することができるという効果を奏する。したがって、小型かつ安価なリレーユニット１を提供することができるという効果を奏する。

なお、本実施形態に係るリレーユニット１は、例えば非常停止装置やドアインターロック装置などといった、安全制御回路・装置に適用することが好適である。

〔変形例〕
前記各実施形態において、第１切換素子２０はいずれもリレー接点に対して機械的にＯＮ／ＯＦＦを切換えるメカニカルリレーによって構成されていた。しかしながら、第１切換素子２０は、制御部４０から切換制御端子１３を介してＯＮ／ＯＦＦを切換可能なリレーであればよく、例えば半導体素子によって構成された半導体リレーであってもよい。半導体リレーである第１切換素子２０を備えている構成について、図４に示す。図示の例において、切換制御部４２は、切換制御端子１３を介してトランジスタのベース電流を制御することにより、エミッタ−コレクタ間の導通と非導通とを切換える。半導体リレーはリレー接点が存在しないため、アークなどによるリレー接点の溶着といった故障を抑制することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るリレー装置（リレーユニット１）は、外部の負荷回路に対して第１出力端子（１１）および第２出力端子（１２）を介して接続され、前記負荷回路の導通と非導通とを切り替えるリレー装置であって、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に、互いに直列に接続される第１切換素子（２０）および第２切換素子（３０）と、切換素子の動作故障を検知する故障検知部（４１）と、前記第１切換素子および前記第２切換素子の切換を制御する切換制御部（４２）とを備え、前記故障検知部が、前記第１切換素子の動作故障を検知せずに、前記第２切換素子の動作故障を検知するものであり、前記切換制御部が、前記負荷回路を非導通から導通に切り換えるときに、前記第１切換素子を非導通から導通に切り換えた後に前記第２切換素子を非導通から導通に切り換えるとともに、前記負荷回路を導通から非導通に切り換えるときに、前記第２切換素子を導通から非導通に切り換えた後に前記第１切換素子を導通から非導通に切り換える構成である。

前記の構成によれば、リレー装置は、第２切換素子の故障を故障検知部にて検知するとともに、例えば大電流が当該リレー装置に流れたときに、第２切換素子にて故障が発生しやすい構成とすることができる。これにより、故障範囲を局所化し、局所化された範囲を監視する構成とすることによって小型かつ安価なリレー装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の態様２に係るリレー装置（リレーユニット１）は、前記態様１において、前記第２切換素子（３０）が、常開接点と、該常開接点と機械的に連動する常閉接点とを備え、前記故障検知部（４１）が、前記切換制御部（４２）の制御状態、および、前記第２切換素子（３０）が備える前記前記常閉接点の導通状態によって前記動作故障の発生を検知する構成としてもよい。

前記の構成によれば、リレー装置は、切換制御部の制御状態、および、常閉接点の導通状態によって、第２切換素子の動作故障の発生の有無を判断することができる。

本発明の態様３に係るリレー装置（リレーユニット１）は、前記態様１または２において、前記第１切換素子（２０）は、常開接点で形成されている構成としてもよい。

前記の構成によれば、リレー装置は、常開接点リレーで構成された第１切換素子を備えているので、強制ガイド機構を有するリレーを冗長化したリレー装置よりも、より安価で小型化が可能となる。

本発明の態様４に係るリレー装置（リレーユニット１）は、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記第１切換素子（２０）の切換定格容量が、前記第２切換素子（３０）の切換定格容量よりも高い構成としてもよい。

前記の構成によれば、第１切換素子が第２切換素子と同時に故障する可能性を抑制することができる。

本発明の態様５に係るリレー装置（リレーユニット１）は、前記態様１から４のいずれかにおいて、前記第１切換素子（２０）は、半導体素子である構成としてもよい。

前記の構成によれば、第１切換素子を半導体素子とすることで、無接点で切換えを行う、接点の溶着による故障を抑制したリレー装置を提供することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１リレーユニット（リレー装置）
１１第１出力端子
１２第２出力端子
１３切換制御端子
２０第１切換素子
３０第２切換素子
４０制御部
４１故障検知部
４２切換制御部
５０非常停止スイッチ
６０リセットスイッチ
１００交流電源

Claims

外部の負荷回路に対して第１出力端子および第２出力端子を介して接続され、前記負荷回路の導通と非導通とを切り替えるリレー装置であって、
前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に、互いに直列に接続される第１切換素子および第２切換素子と、
切換素子の動作故障を検知する故障検知部と、
前記第１切換素子および前記第２切換素子の切換を制御する切換制御部とを備え、
前記故障検知部が、前記第１切換素子の動作故障を検知せずに、前記第２切換素子の動作故障を検知するものであり、
前記切換制御部が、前記負荷回路を非導通から導通に切り換えるときに、前記第１切換素子を非導通から導通に切り換えた後に前記第２切換素子を非導通から導通に切り換えるとともに、前記負荷回路を導通から非導通に切り換えるときに、前記第２切換素子を導通から非導通に切り換えた後に前記第１切換素子を導通から非導通に切り換える
ことを特徴とするリレー装置。
前記第２切換素子が、常開接点と、該常開接点と機械的に連動する常閉接点とを備え、
前記故障検知部が、前記切換制御部の制御状態、および、前記第２切換素子が備える前記常閉接点の導通状態によって前記動作故障の発生を検知することを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
前記第１切換素子は、常開接点で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のリレー装置。
前記第１切換素子の切換定格容量が、前記第２切換素子の切換定格容量よりも高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリレー装置。
前記第１切換素子は、半導体素子である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のリレー装置。