JP2022547314A - 電力接点電極表面のプラズマセラピー - Google Patents
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Abstract
電力接点電極プラズマセラピー回路は、電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に接続されるように適合された一対の端子を含む。プラズマ発生検出器は、切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す切り替え可能な接点電極上の電気パラメータを検出し、検出された電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成される。プラズマ燃焼メモリは、プラズマ発生信号を受信して保存するように構成される。コントローラ回路は、プラズマ燃焼メモリからプラズマ発生信号を受信し、プラズマ発生信号の受信に基づいてタイマをスタートさせ、タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成される。プラズマ消滅回路は、トリガ信号を受信すると、一対の端子をバイパスして、切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成される。
Description
本出願は、概して、互いに並列または直列に接続された電気接点を含む、電気接点の健全性評価装置および技術に関する。
製品設計者、技術者、及びエンジニアは、電気機械式継電器及び接触器を選択する際に、製造業者の仕様を受け入れるように訓練されている。しかしながら、これらの仕様はいずれも、電気接点アークの発生が、継電器又は接触器の平均余命に重大な影響を及ぼすことを示していない。これは、高出力(例えば、2アンペアを超える)の用途に特に当てはまる。
電流接点アークの発生は、継電器及びある特定のスイッチなど、電気接点表面に有害な影響を有する可能性がある。アークの発生は、時間の経過とともに接触面を劣化させ、最終的に破壊する可能性があり、時期尚早な部品の不具合、品質性能の低下が生じ、比較的頻繁な予防保守が必要になる可能性がある。加えて、継電器、スイッチなどでのアークの発生により、電磁干渉(EMI:electromagnetic interference)放射が生じる可能性がある。電流接点アークの発生は、民生、商業、産業、自動車、及び軍事用途の分野にわたって、交流(AC)電力及び直流(DC)電力のいずれにおいても起こり得る。電流接点アークの発生は、電力接点電極の原子再結合、分子解離、蒸発および凝縮、材料の爆発および放出、電力接点電極の鍛造および溶接、電力接点電極のフレッティングおよびフリッティング、加熱および冷却、材料の液化および凝固、ならびにスパッタリングおよび堆積のプロセスを引き起こし得る。
図面は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、様々な図面において、類似した数字は同様の構成要素を説明する場合がある。図面は、概して、限定としてではなく、例として、本明細書で検討される様々な実施形態を図示しているものである。
いくつかの実施形態による、電力接点健全性評価装置を含むシステムの図である。
いくつかの実施形態による、例示的な電力接点健全性評価装置のブロック図である。
いくつかの実施形態による、例示的な電力接点健全性評価装置のブロック図である。
いくつかの実施形態による、電力接点健全性評価のための平均電力接点のスティック持続時間の対数目盛グラフを示す図である。
1つ又は複数の実施形態の例証的実装形態が以下に提供されているが、図1~図4を参照しながら説明されている本開示に記載のシステム、方法、及び/又は装置は、存在が現在既知であるか、又は未知であるかを問わず、任意の数の技法を使用して実施し得ることを初めに理解されたい。本開示は、本明細書に図示及び説明されている例示的な設計及び実装形態を含む、以下に図示されている例証的実装形態、図面、及び技法に決して限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で、それらの均等物の全範囲に沿って、修正することができる。
以下の説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照するが、これらの図面には、例証として、実践し得る特定の実施形態が示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明の主題を実践することが可能であるように十分に詳細に説明されており、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよいし、構造的、論理的、及び電気的な変更を行ってもよいことを理解されたい。したがって、実施形態の例の以下の説明は、限定する意味合いで解釈されるものではなく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
本明細書で使用する場合、(例えば、継電器又は接触器などのインタロックに関連して使用される場合の)「ドライ接点」という用語は、閉じたときにのみ負荷電流が流れる接点を指す。このような接点は、負荷を切り替えなくてもよいので、負荷電流下で開閉(make or break)しなくてもよい。本明細書で使用する場合、(例えば、継電器又は接触器などのインタロックに関連して使用される場合の)「ウェット接点」という用語は、閉じたときに負荷電流が流れるだけでなく、閉(make)と開(break)との移行の間に負荷電流を切り替える接点を指す。
電力接点電極表面プラズマセラピーおよび電力接点電極表面プラズマセラピーと協働してそこで利用される構成部品の例が、本明細書に開示されている。例は限定することなく提示され、開示されている実施形態は例証的なものであり、本明細書に記載の回路及びシステム設計は、回路及びシステム設計を様々な所望の状況において利用できるように、任意の適切な特定の構成部品で実施し得ることを認識し、理解されたい。このように、特定の構成部品が開示されているが、代替的な構成部品を適宜利用し得ることを認識し、理解されたい。
アーク抑制器を使用することにより、故障することなく、例えば、非導電状態であるのに導電性であったり、またその逆であったりすることで開閉に故障することなく開閉する接点の能力に対する電気接点の健全性を確認することができることが認識されている。特に、接点上のデブリの蓄積は、例えば、抑制されていないアークの発生および燃焼により、最終的に電気接点を劣化させ、電気接点の故障をもたらす可能性がある。アーク抵抗を含む様々なパラメータを測定することにより、接点の状態を判定することができる。そのようなパラメータが特定の閾値に達した場合、電気的接点性能が、接点の故障の可能性があり、かつ比較的差し迫った点まで劣化したと判定され得る。
さらに、アーク抑制器の動作を電気接点の特定の条件にタイミングを合わせることによって、アークの発生の特定の段階が電気接点からのデブリの除去に寄与し得ることが認識されている。特に、金属プラズマ相と呼ばれるプラズマの発生は、実際には、接点からデブリを除去する傾向があり、一方、アークが気体プラズマ相に遷移するときのアークの燃焼によって、接点が劣化して、金属プラズマ相の発生によって除去され得る量よりも多くのデブリが電気接点上に堆積することが認識されている。したがって、金属プラズマ相を燃焼させ、次いで、気体プラズマ相への遷移前または遷移時にアークを抑制することによって、気体プラズマの燃焼によってさらなるデブリを追加することなく、接点からデブリをある程度除去することができる。このプロセスが繰り返されると、電気接点の劣化が停止または逆転して、電気接点が確実に洗浄され得る。
本明細書で使用される場合、「スティック持続時間(stick duration)」という用語は、コイル(例えば、継電器接点の継電器コイル)の活性化/非活性化と電力接点の活性化/非活性化との間の時間差を意味する。いくつかの態様において、説明した電力接点健全性評価動作は、そのような動作が外部/計算装置または計算方法を必要とせずに、マイクロコントローラおよびマイクロプロセッサにおいて構成および実行され得るように構成され得る。様々な例において、電力接点健全性評価動作は、広範な数学的演算および/または微積分演算に依存していない。いくつかの態様において、ドライ接触器は、電力接点健全性評価に関して任意のものであり得る。ドライ接触器は、高い誘電体絶縁と非常に低いリーク電流が必要な場合に利用され得る。
アーク抑制器は、電力接点健全性評価装置の任意選択的な要素である。いくつかの態様では、開示されている電力接点健全性評価装置は、開と閉との移行の間にアーク発生からウェット接点を保護するために、かつ接点アークの発生による有害な影響を低減するためにウェット接点に結合されたアーク抑制回路(アーク抑制器とも呼ばれる)を組み込むことができる。本明細書で検討される電力接点健全性評価装置に組み込まれたアーク抑制器は、以下の発行済み米国特許、すなわち、米国特許第8,619,395号明細書及び米国特許第9,423,442号明細書に開示されているようなアーク抑制器を含むことができ、これらは両方とも、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。電力接点アーク抑制器は、任意の定格負荷の下での電力接点の電気的寿命を機械的寿命の範囲にまで延長する。図面では、内部のアーク抑制器を有する電力接点健全性評価装置1が描かれているが、本開示は、この点に関して限定されず、電力接点健全性評価装置1は、外部のアーク抑制器を使用するか、またはアーク抑制器を使用しなくてもよい。
電力接点が電極の微小溶接から時間内に開離できなくなった場合、接点は故障したと見なされる。事例として、電力継電器業界では、接点のスティック持続時間(CSD:contact stick duration)が1秒を超えると、接触器または継電器接点が故障したと見なす。継電器および接触器の不可避の寿命末期(EoL:end-of-life)イベントは故障である。電力接点EoLは、継電器/接触器が電気的または機械的に故障する瞬間として理解することができる。電力継電器および接触器の電力接点は、故障時閉状態、故障時開状態、またはそれらの間の状態のいずれかである。継電器および接触器のデータシートに公開されている電力接点の開放時間は、電力接点のスティック持続時間と同じではない。継電器業界では、2A以上の通電能力を有する接点を電力接点と考えている。2A未満の通電能力を有する接点は、電力接点とは見なされない場合がある。電力接点状態を判定するための従来の技術は、電力接点抵抗を測定することを含み得る。しかしながら、このような測定は、測定を行うために複雑で高価な機器を使用して現場外で実行される。
電力接点の電極表面の劣化/悪化は、増加し続ける電力接点のスティック持続時間と関連している。本明細書に開示された技術は、例えば、測定されたスティック持続時間に基づいて接点健全性評価を提供する接点のスティック持続時間を監視することによって、その場で、リアルタイムのスタンドアロン動作を使用して電力接点の電力接点健全性評価を実行するために使用され得る。その場とは、通常の条件または異常な条件下で動作しつつ、実際の実世界の用途で動作することを含むと理解され得る。リアルタイムとは、測定時に実際に利用可能な性能データを含むと理解され得る。例えば、リアルタイムの接点分離検出は、電力接点電圧のリアルタイムの電圧測定を使用して実行され得る。スタンドアロン動作では、本開示で概説したもの(例えば、主電力源接続、継電器コイルドライバ接続、および補助電力源接続)以外の追加の接続、デバイス、または操作を必要としない。
図1は、いくつかの実施形態による、電力接点健全性評価装置を含むシステムの図である。図1を参照すると、システムは、補助電力源2に結合された電力接点健全性評価装置1と、継電器コイルドライバ3と、主電力源4と、ドライ継電器5と、ウェット継電器6と、主電力負荷7と、データ通信インタフェース19と、を含むことができる。
ドライ継電器5は、ドライ継電器接点に結合されたドライ継電器コイルを含むことができ、ウェット継電器6は、ウェット継電器接点に結合されたウェット継電器コイルを含むことができる。ドライ継電器5は、電力接点健全性評価装置1を介して主電力源4に結合させることができる。ドライ継電器5は、電力接点健全性評価装置1を介してウェット継電器6と直列に結合させることができ、ウェット継電器6は、主電力負荷7に結合させることができる。加えて、ウェット継電器6は、ウェット継電器6のウェット継電器接点を横断して結合されたアーク抑制器によって(例えば、図2および図3に図示されているように)保護することができる。アーク抑制器が接続されていな場合、ウェット接触器または継電器6の接点が損傷または劣化して、電力接点健全性評価装置1の通常動作の間に、ドライ接触器または継電器5の接点を良好な状態に維持し、デバイスが、ウェット継電器接点が故障した場合の障害状態を除去することとなり得る。
主電力源4は、AC電力源であってもよいし、又はDC電力源であってもよい。AC電力の電力源は、発電機、交流発電機、変圧器などを含むことができる。AC電力の電力源は、正弦波電力源、非正弦波電力源、または位相制御された電力源とすることができる。AC電力源は、送電網上(例えば、商用電力、発電所、伝送路、等々)だけでなく、レール電力用など、送電網以外においても利用することができる。DC電力の電力源は、バッテリ、太陽電池、燃料電池、キャパシタバンクなどの様々なタイプの電力貯蔵装置、並びにサーモパイル、ダイナモ、及び電源を含むことができる。DC電力のタイプは、直流電流、パルス電流、可変電流、及び交流(重畳AC電流、全波整流電流、及び半波整流電流を含む場合がある)を含むことができる。DC電力は、自動推進用途、すなわち、駆動、飛行、水上移動、匍匐、潜水、インターナル、掘削、切断、等々を行う物品に関連付けさせることができる。図1では、主電力源4が外部に設けられているように図示されているが、本開示は、この点に関して限定されず、主電力源、例えば、バッテリ又は別の電力源を内部に設けてもよい。加えて、主電力源4は、単相電力源であってもよいし、又は多相電力源であってもよい。
図1では、継電器コイル及び継電器接点を含むドライ継電器5及びウェット継電器6に結合された電力接点健全性評価装置1が図示されているが、本開示は、この点に関して限定されず、スイッチ、接触器、又は他のタイプのインタロック装置などの、他のタイプのインタロック構成も同様に使用することができる。いくつかの態様では、接触器は、特定の、ヘビーデューティな、高電流の継電器の実施形態とすることができる。加えて、電力接点健全性評価装置1を使用して、単一の電力接点(継電器5および6の接点の1つ)または複数の電力接点(継電器5および6の両方の接点)に対するEoL予測を生成してもよい。
図1においてドライ継電器及びウェット継電器に関連付けされたドライ接点及びウェット接点はそれぞれ、電極など、一つのペアの接点を含むことができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、消費者向け照明、コンピュータデバイス、データ転送スイッチ、等々といった、汎用負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、抵抗器、ヒータ、電気めっきデバイス、等々といった、抵抗性負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、キャパシタ、キャパシタバンク、電源、等々といった、容量性負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、インダクタ、変圧器、ソレノイド、等々といった、誘導性負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、モータ、コンプレッサ、ファン、等々といった、電動機負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、タングステンランプ、赤外線ヒータ、産業用照明、等々といった、タングステン負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、蛍光灯、ネオン灯、発光ダイオード(LED)、等々といった、安定器負荷とすることができる。いくつかの態様では、主電力負荷7は、交通信号灯、信号ビーコン、制御回路、等々といった、パイロットデューティ負荷とすることができる。
補助電力源2は、電力接点健全性評価装置1に従って、(それぞれ、ウェット継電器6及びドライ継電器5の)ウェット継電器コイル及びドライ継電器コイルに電力を供給する外部電力源である。第1の補助電力源のノード21は、(例えば、図2の補助電力終端及び保護回路12への)第1のコイル電力終端入力として構成することができる。第2の補助電力源のノード22は、第2のコイル電力終端入力として構成することができる。補助電力源2は、単相電力源であってもよいし、多相電力源であってもよい。加えて、コイル電力源2は、AC電力タイプであってもよいし、DC電力タイプであってもよい。
継電器コイルドライバ3は、電力接点健全性評価装置1の制御に従って、ウェット継電器6のコイル及びドライ継電器5のコイルの通電状況に関する情報を提供する外部の継電器コイル信号源である。この点に関して、継電器コイルドライバ3は、制御信号を供給するように構成されている。第1の継電器コイルドライバのノード31は、(例えば、図2の継電器コイル終端及び保護回路14への)第1のコイルドライバ終端入力である。第2の継電器コイルドライバのノード32は、第2のコイルドライバ終端入力として構成することができる。継電器コイルドライバ3は、単相電力源であってもよいし、又は多相電力源であってもよい。加えて、継電器コイルドライバ3は、AC電力タイプであってもよいし、DC電力タイプであってもよい。
データ通信インタフェース19は、1つ又は複数の通信リンク182を介して電力接点健全性評価装置1に結合されたオプションの要素である。データ通信インタフェース19は、外部メモリに結合させることができるとともに、例えば、データを格納および検索するために使用することができる。
データ通信は、電力接点健全性評価装置1の完全な機能動作には必要ない場合がある。いくつかの態様では、データ通信インタフェース19は、以下の要素、すなわち、デジタル信号アイソレータ、内部送信データ(TxD)終端、内部受信データ(RxD)終端、外部受信データ(Ext RxD)終端、及び外部送信データ(Ext TxD)終端のうちの1つ又は複数を含むことができる。
データ信号フィルタリング、過渡現象、過電圧、過電流、及びワイヤ終端は、図1及び図2のデータ通信インタフェース19の例には示されていない。いくつかの態様では、データ通信インタフェース19は、電力接点健全性評価装置1と、以下の、ブルートゥース(Bluetooth)(登録商標)コントローラ、イーサネット(Ethernet)(登録商標)コントローラ、汎用データインタフェース、ヒューマン-マシンインタフェース、SPIバスインタフェース、UARTインタフェース、USBコントローラ、及びワイファイ(Wi-Fi)コントローラ、のうちの1つ又は複数と、の間のインタフェースとして構成することができる。
ドライ継電器5は、2つの区分、すなわち、ドライ継電器コイル及びドライ継電器接点を含むことができる。上述したように、「ドライ」とは、電流を流していない間に、接点間の電流の接続を開閉する、この継電器の接点の動作の特定のモードを指す。
第1のドライ継電器のノード51は、第1のドライ継電器5のコイルの、電力接点健全性評価装置1からの入力である。第2のドライ継電器のノード52は、第2のドライ継電器5のコイルの、電力接点健全性評価装置1からの入力である。第3のドライ継電器のノード53は、主電力源4との第1のドライ継電器接点接続部である。第4のドライ継電器のノード56は、(例えば、ウェット継電器6との)第2のドライ継電器接点接続部である。ドライ継電器5は、単相電力源又は多相電力源で動作するように構成することができる。加えて、ドライ継電器5は、AC電力タイプであってもよいし、又はDC電力タイプであってもよい。
ウェット継電器6は、2つの区分、すなわち、ウェット継電器コイル及びウェット継電器接点を含むことができる。上述したように、「ウェット」とは、電流を流している間に、接点間の電流の接続を開閉する、この継電器の接点の動作の特定のモードを指す。
第1のウェット継電器のノード61は、第1のウェット継電器6のコイルの、電力接点健全性評価装置1からの入力である。第2のウェット継電器のノード62は、第2のウェット継電器6のコイルの、電力接点健全性評価装置1からの入力である。第3のウェット継電器のノード63は、(例えば、ドライ継電器との)第1のウェット継電器接点接続部である。第4のウェット継電器のノード66は、(例えば、電流センサ127との)第2のウェット継電器接点接続部である。ウェット継電器6は、単相電力源又は多相電力源で動作するように構成することができる。加えて、ウェット継電器6は、AC電力タイプであってもよいし、又はDC電力タイプであってもよい。第1のウェット継電器のノード61および第2のウェット継電器のノード62または第3のウェット継電器のノード63および第4のウェット継電器のノード66は、ウェット継電器6の電力接点の一対の接点電極に結合される一対の端子を形成する。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1は、ノーマルオープン(NO)接点(フォームA接点とも呼ばれる)およびノーマルクローズ(NC)接点(フォームB接点とも呼ばれる)の両方に対応するように構成される。いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1は、コイルの活性化(または非活性化)と電力接点の活性化(または非活性化)との間の時間差を測定、記録、および分析する。これに関して、接点のスティック持続時間(例えば、複数の接点サイクルについて)を監視および測定することにより、電力接点電極表面の漸進的な劣化/悪化/低下を検出することができ、電力接点について推定EoLを絶対的な見地または相対的な見地から予測することができる。例えば、電力接点EoL予測は、EoLまでの残りのサイクルのパーセント、サイクル数などで表すことができる。本開示に関して、1サイクルは、接点の開閉、またはその逆であると理解され得、サイクル数は、接点が開閉または開閉した回数である。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1は、ウェット/ドライ電力接点シーケンサの要素を含む。いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1は、電力接点障害除去デバイスの要素を含む。いくつかの態様において、電力接点健全性評価装置1は、電力接点寿命末期予測器の要素を含む。いくつかの態様において、電力接点健全性評価装置1は、電力接点電極表面のプラズマセラピーデバイスの要素を含む。いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1は、アーク抑制器の要素を含む(アーク抑制器は、電力接点健全性評価装置1のオプションの要素であり得る)。
説明されている特定の電力接点健全性評価装置の動作は、内部または外部のいずれかのマイクロコントローラ/プロセッサのメモリ内にある命令に基づいていてもよい。いくつかの態様では、ウェット/ドライ電力接点の順序付け動作は、電力接点健全性評価装置1のサポートのために動作してもよい。いくつかの態様では、電力接点障害除去動作は、電力接点健全性評価装置1のサポートのために動作してもよい。いくつかの態様において、電力接点の寿命末期予測動作は、電力接点健全性評価装置1のサポートのために動作してもよい。いくつかの態様において、電力接点電極表面のプラズマセラピー動作は、電力接点健全性評価装置1のサポートのために動作してもよい。本明細書で説明される電力接点健全性評価動作は、接点が通常の動作条件または異常な動作条件下で機能している間に、その場でリアルタイムに実行され得る。いくつかの態様では、接点の保守スケジュールは、本明細書で説明される技術の1つまたは複数によって決定される、電力下で動作する接点の実際の健全性状態に基づいてもよい。
電力接点電極は、メイク中、特に、通電接点サイクルのメイクバウンス段階中に、マイクロ溶接され得る。アーク生成の段階については、米国特許第9,423,442号明細書の図8A-8Hおよび図9A-9Lを参照されたい。接点電極間のマイクロ溶接は、通電に必要な低い接点抵抗を提供するために望ましい。電力接点健全性評価装置1における接点のスティック持続時間分析は、接点電極表面の分解という形での侵食による不利な接点状態による接点性能の低下の尺度である。接点のスティック持続時間は、継電器コイルドライバの電源がオフになった瞬間と、電力接点が分離した瞬間との間の差である。
いくつかの態様において、スティック持続時間は、接点開放時間からコイルの非活性化時間を差し引いた時間として定義される。スティック持続時間は、従来の電気接点ではミリ秒単位で測定することができるが、問題の電気接点に応じて、より速いまたはより遅い持続時間が適用できる場合があることが認識され、および理解されるべきである。接点のスティック持続時間は、接点状態の健全性の指標であり得る(接点のスティック持続時間が時間の経過とともに長くなることは、接点の健全性が悪化していることを示している)。接点のスティック持続時間が比較的長い場合は、接点の状態が悪化していることの指標である。接点の固着(sticking)が永続的になると、接点が故障したことになる。継電器業界では、1秒を超える接点のスティック持続時間は、一般に接点故障と見なされる。いくつかの態様では、アークまでの停止時間からコイル信号遷移の開始時間を差し引いた時間は、接点のスティック持続時間に等しい。
いくつかの態様では、接点検出の分離によって、コイル非活性化フォームAと接点の開放との間の時間差を決定するために予測可能なタイミング基準が可能となる。この時間差は、通常の接点マイクロ溶接による接点固着の持続時間に大きく影響される。マイクロ溶接からの開離に1秒以上かかっても、通常の期待値を超えていたとしても、接点は機能していることが証明され得る。接点を開くか、またはマイクロ溶接から開離するように設計された接触器メカニズムの力によってマイクロ溶接からもはや開離できなくなると、接点は故障したと見なされ得る。いくつかの態様において、接点固着は、接点を開離させるためのコイル活性化信号と実際の接点分離との間の時間差である。この点で、接点固着は接点故障の指標であり、必ずしも接点抵抗の増加を示すものではない。
本明細書で説明する電力接点健全性評価装置は、以下の機能と利点、すなわち、ACまたはDCコイル電源および接点動作;真正性およびライセンス管理メカニズム;自動検出機能;サービスおよびメンテナンスコールの自動生成;自動モード設定;自動故障検出;自動停電コイル信号バイパス;電力接点電極表面分解度の評価;電力接点電極表面悪化の評価;電力接点電極表面悪化加速度の評価;電力接点電極表面悪化減速度の評価;電力接点電極表面分解度の評価;電力接点電極表面健全性状態の評価;電力接点電極表面性能レベルの評価;棒グラフ表示;パターン外の検出および表示をもたらす動作パターン学習;携帯電話アプリケーション;コード検証チップ;リアルタイム電力接点健全性診断の実施;現場での電力接点健全性診断の実施;電力接点健全性症状の診断;EMCコンプライアンス;オフサイトトラブルシューティングの実現;より速いサイクルタイムの実現;より低いデューティサイクルの実現;軽量の接触器または継電器による高負荷運転の実現;高誘電率運転の実現;高出力運転の実現;低リーク運転の実現;接触器に代わる継電器の実現;外部および内部接触器または継電器;ハイブリッド電力継電器、接触器、およびサーキットブレーカ;インテリジェントハイブリッド電力スイッチングコントローラー;インターネット機器;ローカルおよびリモートのデータアクセス;ローカルおよびリモートのファームウェアアップグレード;ローカルおよびリモートレジスタアクセス;ローカルおよびリモートのシステム診断;ローカルおよびリモートトラブルシューティング;電力接点寿命の最大化;機器の寿命の最大化;生産性の最大化;計画的メンテナンススケジュールの最小化;計画外のサービスコールの最小化;ダウンタイムの最小化;生産停止の最小化;モード制御選択;多相構成;オンサイトまたはオフサイトのトラブルシューティング;動作モード表示;電源表示;プロセッサステータス表示カラーコード;単相構成;電源と電力負荷の間の高誘電体絶縁のサポート;電源と電力負荷の間の低リーク電流のサポート;自動サービスコールのトリガに関連し得る。
いくつかの態様において、電力接点健全性評価装置1は、アクセス制御、ブルートゥース(Bluetooth)(登録商標)インタフェース、通信インタフェースおよびプロトコル、暗号化されたデータ送信、イーサネット(登録商標)インタフェース、LAN/WAN接続、SPIバスインタフェース、UART、ユニバーサルデータインタフェース、USBインタフェース、およびWi-Fiインタフェースのデータ通信インタフェースを使用し得る。
いくつかの態様において、電力接点健全性評価装置1は、以下の電力接点パラメータおよびインタフェース、すなわち、電力接点アーク電流、電力接点アーク持続時間、電力接点アークタイプ、電力接点アーク電圧、電力接点ブレークバウンスパラメータ、電力接点ブレークバウンス持続時間、電力接点電流、電力接点サイクル回数、電力接点サイクル持続時間、電力接点サイクル頻度、電力接点サイクル持続時間、電力接点デューティサイクル、電力接点エネルギー、電力接点の障害および故障アラートおよびアラーム、電力接点障害および故障コードクリア、電力接点の障害および故障の検出、電力接点の障害および故障のフラッシュコード、電力接点の障害および故障の履歴および統計、電力接点の障害および故障のアラート、電力接点障害および故障のパラメータ、電力接点の健全性、電力接点の履歴、電力接点の稼働時間、電力接点によるメイクバウンスパラメータ、電力接点によるメイクバウンス持続時間、電力接点のオン持続時間、電力接点のオフ持続時間、電力接点の電力、電力接点の抵抗、電力接点のスティック持続時間(PCSD;power contact stick duration)、電力接点の平均スティック持続時間(PCASD:power contact average stick duration )、電力接点のピークスティック持続時間(PCPSD:power contact peak stick duration)、電力接点のスティック持続時間の波高比(PCSDCF:power contact stick duration crest factor)、電力接点のスティックパラメータ、電力接点のパラメータ履歴、電力接点のパラメータ統計、電力接点統計、電力接点状態、電力接点電圧、および電力接点電圧の波高比を使用し得る。
電力接点健全性評価装置1は、予防保守プログラム要件の削減または排除、スケジュールされたサービスコールの削減または排除、予防的な接点、継電器、または接触器の交換の削減または排除、および電力接点の寿命の低下検出/悪化の検出といった結果および有益な結果に関連し得る。データ通信インタフェースは、説明した健全性評価装置に対するオプションであり得る。
これに対し、従来の手法は、電力接点の悪化の指標および差し迫った電力接点故障の予測のための測定基準として電力接点の抵抗値の増加の現場外の分析に基づいている。そのような従来の手法は、現場での健全性評価に基づいておらず、数学的分析に基づいておらず、電力接点分離の瞬間を考慮していない。
図2は、例示的な実施形態における、アーク抑制器126を備えた例示的な電力接点健全性評価装置1のブロック図である。電力接点健全性評価装置1は、補助電力終端及び保護回路12と、継電器コイル終端及び保護回路14と、論理電源15と、コイル信号変換器16と、モード制御スイッチ17と、コントローラ(マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサとも呼ばれる)18と、データ通信インタフェース19と、状況標識110と、コード制御チップ120と、電圧センサ123と、過電流保護回路124と、電圧センサ125と、アーク抑制器126(例えば、接点分離検出を備える)と、電流センサ127と、ドライコイル電力スイッチ111と、ドライコイル電流センサ113と、ウェットコイル電力スイッチ112と、ウェットコイル電流センサ114と、を含む。
補助電力終端及び保護回路12は、外部のワイヤ終端及び電力接点健全性評価装置1の全ての要素への保護を提供するように構成されている。補助電力終端及び保護回路12の第1のノード121は、論理電源15の第1の入力であり、コイル電力スイッチ111の第1の入力であり、かつコイル電力スイッチ112の第1の入力である。補助電力終端及び保護回路12の第2のノード122は、論理電源15の第2の入力であり、コイル電力スイッチ111の第2の入力であり、かつコイル電力スイッチ112の第2の入力である。
いくつかの態様で、補助電力終端及び保護回路12は、以下の要素、すなわち、第1の継電器コイルドライバ端子、第2の継電器コイルドライバ端子、過電圧保護、過電流保護、逆極性保護、オプションの過渡及びノイズフィルタリング、オプションの電流センサ、及びオプションの電圧センサのうちの、1つ又は複数を含む。
継電器コイル終端及び保護回路14は、電力接点健全性評価装置1の全ての要素に外部のワイヤ終端及び保護を提供する。コイル終端及び保護回路14の第1のノード141は、コイル信号変換器回路16の第1の入力である。コイル終端及び保護回路14の第2のノード142は、コイル信号変換器16の第2の入力である。
いくつかの態様では、継電器コイル終端及び保護回路14は、以下の要素、すなわち、第1の継電器コイルドライバ端子、第2の継電器コイルドライバ端子、過電圧保護、過電流保護、逆極性保護、オプションの過渡及びノイズフィルタリング、電流センサ(オプション)、及び電圧センサ(オプション)のうちの、1つ又は複数を含む。
論理電源15は、電力接点健全性評価装置1の全てのデジタル論理要素に論理レベル電圧を供給するように構成されている。論理電源の第1の出力151は、図2では正電力図記号によって表示された正電源端子である。論理電源の第2の出力152は、図2では接地参照記号によって表示された負電源端子である。
いくつかの態様では、論理電源15は、以下の要素、すなわち、AC-DC変換器、入力ノイズフィルタリング及び過渡保護、入力バルクエネルギー貯蔵、出力バルクエネルギー貯蔵、出力ノイズフィルタリング、DC-DC変換器(代替)、外部電力変換器(代替)、(内部又は外部の)誘電体絶縁、(内部又は外部の)過電圧保護、(内部又は外部の)過電流保護、(内部又は外部の)製品安全性認証、及び(内部又は外部の)電磁適合性認証のうちの、1つ又は複数を含む。
コイル信号変換器回路16は、ウェットコイル及びドライコイルの通電状況を表す継電器コイルドライバ3からの信号を、さらなる処理のためにノード187を介してコントローラ回路18に通信される論理レベルタイプの信号に変換する。
いくつかの態様では、コイル信号変換器16は、以下の要素、すなわち、電流制限要素、誘電体絶縁、信号表示、信号整流、オプションの信号フィルタリング、オプションの信号整形、及びオプションの過渡及びノイズフィルタリングのうちの、1つ又は複数で構成されている。
モード制御スイッチ17は、電力接点健全性評価装置1の特定の動作モードの手動選択を可能にする。いくつかの態様では、モード制御スイッチ17は、以下の要素、すなわち、ハードリセット、解除又は受信確認のための押しボタン、特定の動作モードを設定するためのディップスイッチ(DIP switch)、及び(二者択一で押しボタンの代わりに)キーパッド又はキーボードスイッチのうちの、1つ又は複数を含む。
コントローラ回路18は、適切な回路類、論理、インタフェース、及び/又はコードを含み、例えば、ソフトウェア/ファームウェアに基づいた動作、ルーチン、及びプログラムを通して、電力接点健全性評価装置1の動作を制御するように構成されている。コントローラの第1のノード181は、状況標識110の接続部である。コントローラの第2のノード182は、データ通信インタフェース19の接続部である。コントローラの第3のノード183は、ドライコイル電力スイッチ111の接続部である。コントローラの第4のノード184は、ウェットコイル電力スイッチ112の接続部である。コントローラの第5のノード185は、ドライコイル電流センサ113の接続部である。コントローラの第6のノード186は、ウェットコイル電流センサ114の接続部である。コントローラの第7のノード187は、コイル信号変換器回路16の接続部である。コントローラの第8のノード188は、コード制御チップ120の接続部である。コントローラの第9のノード189は、モード制御スイッチ17の接続部である。コントローラの第10のノード1810は、過電流電圧センサ123の接続部である。コントローラの第11のノード1811は、電圧センサ125の接続部である。コントローラの第12のノード1812は、アーク抑制器126のロック接続部である。コントローラの第13のノード1813は、電流センサ127の第1の接続部である。コントローラの第14のノード1814は、電流センサ127の第2の接続部である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18は、電力接点健全性評価装置1に関連付けされた以下の動作、すなわち、アルゴリズム管理;認証コード制御処理;自動検出動作;自動検出機能;常閉接点形式又は常開接点形式自動検出;自動モード設定;コイルサイクル(オフ、メイク、オン、ブレーク、オフ)のタイミング、履歴、及び統計;コイル遅延管理;履歴管理;接点順序付け;コイルドライバ信号のチャタリング履歴及び統計;データ管理(例えば、監視、検出、記録、ログ記録、表示、及び処理);現在データ値、最終データ値、過去データ値、最大データ値、最小データ値、算術平均(mean)データ値、平均(average)データ値、標準偏差値、等々のレジスタ;日付及び時間フォーマット化、ログ記録、及び記録;クロック発生、パワーオンリセット、及びウォッチドッグタイマを有する組み込み型マイクロコントローラ;エラー、障害、及び不具合の管理;工場出荷時デフォルト値復元管理;ファームウェアアップグレード管理;点滅コード生成;障害表示解除;障害レジスタリセット;ハードリセット;遮断管理;ライセンスコード制御管理;電力オン管理;電力アップ順序付け;電力ホールドオーバ管理;電力ターンオン管理;入力、メモリ、又はレジスタからの読み取り;アドレス編成を登録する;データの工場出荷時のデフォルト値を登録する;データ値のアドレスを登録する;マップ編成を登録する;ソフトリセット管理;SPIバスリンク管理;統計管理;システムアクセス管理;システム診断管理;UART通信リンク管理;ウェット/ドライ継電器コイル管理;及びメモリ、出力、及びレジスタへの書き込みのうちの、1つ又は複数を制御するように構成することができる。
状況標識110は、特定の色又は点滅パターンを介しての動作上、健全性、障害、コード表示を通して、可聴式、視覚的、又は他のユーザへの警報発信方法を提供する。いくつかの態様では、状況標識110は、以下のタイプの表示、すなわち、棒グラフ、グラフィック表示、LED、コイルドライバ障害表示、コイル状態表示、ドライコイル障害表示、動作モード表示、プロセッサの健全性表示、及びウェットコイル障害表示のうちの、1つ又は複数を提供することができる。
ドライコイル電力スイッチ111は、コマンド出力ノード183を介してコントローラ回路18から出力される信号に基づいて、ノード51及び52を介して、外部から供給されるコイル電力をドライ継電器コイル5に接続する。いくつかの態様では、ドライコイル電力スイッチ111は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、電流制限要素、及びオプションの電気機械式継電器のうちの、1つ又は複数を含む。
ウェットコイル電力スイッチ112は、コマンド出力ノード184を介してコントローラ回路18から出力される信号に基づいて、ノード61及び62を介して、外部から供給されるコイル電力をウェット継電器コイル6に接続する。いくつかの態様では、ウェットコイル電力スイッチ112は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、電流制限要素、及びオプションの電気機械式継電器のうちの、1つ又は複数を含む。
ドライコイル電流センサ113は、ドライ継電器コイル5の電流の値、及び/又は存在の有無を感知するように構成されている。いくつかの態様では、ドライコイル電流センサ113は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、逆極性保護要素、光アイソレータ、光結合子、リード継電器及び/又はホール効果センサ(オプション)、SSR AC入力若しくはDC入力(代替)、並びにSSR AC出力若しくはDC出力(代替)のうちの、1つ又は複数を含む。
ウェットコイル電流センサ114は、ドライ継電器コイル6の電流の値、及び/又は存在の有無を感知するように構成されている。いくつかの態様では、ウェットコイル電流センサ114は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、逆極性保護要素、光アイソレータ、光結合子、リード継電器及び/又はホール効果センサ(オプション)、SSR AC入力若しくはDC入力(代替)、並びにSSR AC出力若しくはDC出力(代替)のうちの、1つ又は複数を含む。
コード制御チップ120は、電力接点健全性評価装置1のオプションの要素であり、デバイスの完全機能動作には必要ない。いくつかの態様では、コード制御チップ120は、暗号化データ若しくは非暗号化データの機密保護を有する用途又はカスタマに特定のコードを含むように構成することができる。いくつかの態様では、コード制御チップ120の機能は、データ通信インタフェース19を介して外部から実装することができる。いくつかの態様では、コード制御チップ120は、以下の情報、すなわち、アクセス制御コード及びデータ、警報制御コード及びデータ、認証制御コード及びデータ、暗号化制御コード及びデータ、チップ制御コード及びデータ、ライセンス制御コード及びデータ、検証制御コード及びデータ、並びに/又は、チェックサム制御コード及びデータを格納するように構成することができる。いくつかの態様では、コード制御チップ120は、コントローラ回路18の内部の構成要素として実装してもよいし、(例えば、図2に図示されているような)又はコントローラ回路18の外部の別個の回路であってもよい。
電圧センサ123は、過電流保護回路124の状態を監視するように構成されている。いくつかの態様では、電圧センサ123は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、ブリッジ整流器、電流制限器、抵抗器、キャパシタ、逆極性保護要素、光アイソレータ、光結合子、リード継電器及びアナログ-デジタル変換器(オプション)のうちの、1つ又は複数を含む。
過電流保護回路124は、過電流状態の場合に、破壊から電力接点健全性評価装置1を保護するように構成されている。いくつかの態様では、過電流保護回路124は、以下の要素、すなわち、可融性要素、可融性プリント回路基板トレース、ヒューズ、及び回路ブレーカのうちの、1つ又は複数を含む。
電圧センサ125は、ウェット継電器6の接点間の電圧を監視するように構成されている。いくつかの態様では、電圧センサ125は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、ブリッジ整流器、電流制限器、抵抗器、キャパシタ、逆極性保護要素、並びに光アイソレータ、光結合子、ソリッドステート継電器、リード継電器、及びアナログ-デジタル変換器など、代替又はオプションの要素のうちの、1つ又は複数を含む。いくつかの態様では、電圧センサ125は、ウェット継電器6の接点電極の接点分離を検出するために使用され得る。より具体的には、接続部1811は、電圧センサ125によって測定されたウェット継電器6の接点電極間の電圧がプラズマ発生電圧レベル(またはアーク発生電圧レベル)以上であることをコントローラ回路18が検出するために使用され得る。コントローラ回路18は、そのような電圧レベルに到達したとき、またはそれを超過したときに、ウェット継電器6の接点電極の接点分離があると判定することができる。決定された接点分離時間は、電力接点健全性評価に使用され得る接点のスティック持続時間を決定するために使用され得る。
アーク抑制器126は、ウェット継電器6の接点のアーク抑制を提供するように構成されている。アーク抑制器126は、電力接点健全性評価装置1の外部にあるか、又はその代わりに、電力接点健全性評価装置1の一体化された部分として実装されるか、のいずれかとすることができる。アーク抑制器126は、単相電力源又は多相電力源で動作するように構成することができる。加えて、アーク抑制器8は、AC電力タイプであってもよいし、DC電力タイプであってもよい。
いくつかの態様では、アーク抑制器126は、通常の負荷状態に対して配備される場合がある。いくつかの態様では、アーク抑制器126は、過電流状態又は接点過負荷状態での接点故障アークを抑制するように設計されている場合もあれば、又は設計されていない場合もある。
コントローラ回路18は、本明細書に詳細に開示されるように、ウェット接点6の健全性を識別するタスク、およびウェット接点6をプラズマセラピーで洗浄するタスクの一方または両方を実行するように構成される。コントローラ回路18は、任意選択で、電子的に構成可能なマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであるか、またはディスクリートアナログ部品(例えば、オペアンプなど)として実装され得、これらは、所定の時間の経過後にトリガ信号をトリガ回路203に出力するように選択および構成される。対照的に、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサとして実装されたコントローラ回路18では、コントローラ回路18は、コントローラ回路18がウェット接点6の健全性を計算し、ウェット接点6の特性に基づいてプラズマセラピーのタイミングを適合させることを可能にする論理回路を含み得る。
いくつかの態様において、アーク抑制器126のロックとコントローラ回路18との間の接続1812は、アーク抑制器を有効化(ロック解除)する(例えば、継電器コイルドライバ信号がアクティブである場合)か、またはアーク抑制器を無効化(ロック)する(例えば、継電器コイルドライバ信号が非アクティブの場合)ために使用され得る。
いくつかの態様において、アーク抑制器126は、ウェット継電器6の電力接点電極が接点サイクルの一部として分離するときの時間インスタンスを検出するように構成された接点分離検出器(図2には図示せず)を含み得る。コントローラ回路18との接続部(例えば、1812)は、接点分離検出器がウェット継電器6の接点サイクル内で接点分離を検出したときの時間インスタンスの接点分離指標を通信するために使用され得る。接点分離指標は、コントローラ回路18によって、ウェット継電器6の接点電極の状態に関して電力接点健全性評価を提供するために使用され得る。
いくつかの態様では、アーク抑制器126は、単相のアーク抑制器であってもよいし、又は多相のアーク抑制器であってもよい。加えて、アーク抑制器は、AC電力タイプであってもよいし、又はDC電力タイプであってもよい。
電流センサ127は、ウェット継電器6の接点に流れる電流を監視するように構成されている。いくつかの態様では、電流センサ126は、以下の要素、すなわち、ソリッドステート継電器、ブリッジ整流器、電流制限器、抵抗器、キャパシタ、逆極性保護要素、並びに光アイソレータ、光結合子、リード継電器、及びアナログ-デジタル変換器など、代替又はオプションの要素のうちの、1つ又は複数を含む。
いくつかの態様では、コントローラ回路18の状況標識出力ピン(SIO:status indicator output)ピン181は、論理状態を状況標識110に送信する。SIOは、状況標識出力が「ハイ(high)」のときの論理ラベル状態であり、/SIOは、状況標識出力が「ロー(low)」のときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のデータ通信インタフェース接続部(TXD/RXD)182は、データの論理状態をデータ通信インタフェース19に送信する。RXDは、受信データ通信マークを識別する論理ラベル状態であり、/RXDは、受信データ通信空間を識別する論理ラベル状態である。TXDは、送信データ通信マークを識別する論理ラベル状態であり、/TXDは、送信データ通信空間を識別する論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のドライコイル出力(DCO:dry coil output)ピン183は、論理状態をドライコイル電力スイッチ111に送信する。DCOは、ドライコイル出力が通電されているときの論理ラベル状態であり、/DCOは、ドライコイル出力が電源を切られているときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のウェットコイル出力ピン(WCO:wet coil output)184は、論理状態をウェットコイル電力スイッチ112に送信する。WCOは、ウェットコイル出力が通電されているときの論理状態であり、/WCOは、ウェットコイル出力が電源を切られているときの論理状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のドライコイル入力ピン(DCI:dry coil input)185は、ドライコイル電流センサ113の論理状態を受信する。DCIは、ドライコイル電流が存在しないときの論理状態であり、/DCIは、ドライコイル電流が存在するときの論理状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のウェットコイル入力ピン(WCI:wet coil input)186は、ウェットコイル電流センサ114の論理状態を受信する。WCIは、ウェットコイル電流が存在しないときの論理ラベル状態であり、/WCIは、ウェットコイル電流が存在するときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のコイルドライバ入力ピン(CDI:coil driver input)187は、コイル信号変換器16の論理状態を受信する。CDIは、電源が切られているコイルドライバの論理状態である。/CDIは、通電されているコイルドライバの論理状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のコード制御接続部(CCC:code control connection)188は、コード制御チップ120の論理状態を受信及び送信する。CCRは、受信データ論理ハイを識別する論理ラベル状態であり、/CCRは、受信データ論理ローを識別する論理ラベル状態である。CCTは、送信データ論理ハイを識別する論理ラベル状態であり、/CCTは、送信データ論理ローを識別する論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18のモード制御スイッチ入力ピン(S)189は、モード制御スイッチ17から論理状態を受信する。Sは、モード制御スイッチが開いた論理状態を表し、/Sは、モード制御スイッチが閉じた論理状態を表す。
いくつかの態様では、コントローラ回路18の接続部1810は、過電流保護(OCP:overcurrent protection)電圧センサ123から論理状態を受信する。OCPVSは、OCPが溶断されていないときの論理ラベル状態であり、/OCPVSは、OCPが溶断されているときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18の接続部1811は、ウェット接点電圧センサ(VS:voltage sensor)125から論理状態を受信する。WCVSは、VSが論理ハイを送信しているときの論理ラベル状態であり、/WCVSは、VSが論理ローを送信しているときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18の接続部1812は、論理状態をアーク抑制器126のロックに送信する。ASLは、アーク抑制がロックされているときの論理ラベル状態であり、/ASLは、アーク抑制がロック解除されているときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18の接続部1813および1814は、接点電流センサ127から論理状態を受信する。CCSは、接点電流が存在しないときの論理ラベル状態であり、/CCSは、接点電流が存在するときの論理ラベル状態である。
いくつかの態様では、コントローラ回路18は、(例えば、障害状態を検出すること、及びウェット接点及びドライ接点の非アクティブ化を順序付けすることに関連して)1つ又は複数のタイマを構成することができる。タイマラベルの例、及びコントローラ回路18によって構成され得る様々なタイマの定義は、以下のタイマのうちの1つ又は複数を含む。
いくつかの態様では、コイルドライバ入力遅延タイマは、コイルドライバ入力信号の論理状態の処理を遅延させる。COIL_DRIVER_INPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、スイッチデバウンス(switch debounce)タイマは、スイッチ入力信号の論理状態の処理を遅延させる。SWITCH_DEBOUNCE_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、受信データタイマは、受信データ入力信号の論理状態の処理を遅延させる。RECEIVE_DATA_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、送信データタイマは、送信データ出力信号の論理状態の処理を遅延させる。TRANSMIT_DATA_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、ウェットコイル出力タイマは、ウェットコイル出力信号の論理状態の処理を遅延させる。WET_COIL_OUTPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、ウェット電流入力タイマは、ウェット電流入力信号の論理状態の処理を遅延させる。WET_CURRENT_INPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、ドライコイル出力タイマは、ドライコイル出力信号の論理状態の処理を遅延させる。DRY_COIL_OUTPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、ドライ電流入力タイマは、ドライ電流入力信号の論理状態の処理を遅延させる。DRY_CURRENT_INPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
いくつかの態様では、信号標識出力遅延タイマは、信号標識出力の論理状態の処理を遅延させる。SIGNAL_INDICATOR_OUTPUT_DELAY_TIMERは、タイマが作動中であるときのラベルである。
図3は、いくつかの実施形態による、例示的な電力接点健全性評価装置1を含むシステムのブロック図である。図3の電力接点健全性評価装置は、スタンドアロンの電力接点健全性評価装置1であり得るか、または図2に図示および説明された電力接点健全性評価装置1の例の特定の実施形態として存在し得る。したがって、図3に示すように電力接点健全性評価装置1に関して開示された原理は、図2の電力接点健全性評価装置1にも適用される。さらに、図3のアーク抑制器126は、図2のアーク抑制器126として実施され得る。
電力接点健全性評価装置1は、コントローラ回路18に結合されたアーク抑制器126を含む。アーク抑制器126は、一例のケルビン端子において、電圧および電流センサ212、213を含む。電圧および電流センサ212、213は、端子2121、2131でそれぞれ検出された電圧を出力し、端子2122、2132でそれぞれ検出された電流を出力する。電圧端子2121、2131は、アーク抑制器126のプラズマ発生検出器200に結合されている。プラズマ発生検出器は、ウェット継電器6の切り替え可能な接点電極上の切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す電気パラメータを検出し、検出された電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成される。電流端子2122、2132は、アーク抑制器のプラズマ燃焼メモリ201に結合されている。プラズマ燃焼メモリ201は、プラズマ発生信号を受信および記憶するように構成されている。
アーク抑制器は、プラズマ燃焼メモリ201に結合されたトリガ回路203、トリガ回路に結合されたプラズマ消滅回路206、および電流端子2122、2132間に結合された過電圧保護装置208をさらに含む。プラズマ燃焼メモリ201の出力は、コントローラ回路18の入力に結合され、コントローラ回路18の出力は、トリガ回路203に結合される。したがって、本明細書で詳細に開示されるように、コントローラ回路18は、プラズマ燃焼メモリ201からプラズマ燃焼の指示を受信し、プラズマ燃焼の存在と、ウェット接点6を洗浄する目的でのプラズマ燃焼の所望の持続時間とに基づいて、プラズマ燃焼を消滅させるためのコマンドをトリガ回路203に出力するように構成されている。
プラズマ発生検出器200は、電圧および電流センサ212の電圧出力2121に結合された伝送線路230と、電圧および電流センサ213の電圧出力2131に結合された伝送線路232とを含む。伝送線路230はコンデンサ234に結合され、伝送線路232は抵抗器236に結合されている。コンデンサ234は、伝送線路240を介して変圧器238に結合され、抵抗器236は、伝送線路242を介して変圧器238に結合される。ツェナーダイオード244は、変圧器238の両端に結合され、ツェナーダイオード244の端子は、それぞれ、伝送線路246、248に結合されている。伝送線路246はダイオード250に結合され、抵抗器252はダイオード250と伝送線路248との間に結合されている。コンデンサ254は、抵抗器252と並列に、かつプラズマ燃焼メモリ201の両端に結合されている。その結果、プラズマ燃焼検出器200は、電圧および電流センサ212、213によって検出されるような、ウェット接点6の両端の電圧を入力として受信し、電圧がプラズマ燃焼の開始を示す閾値条件に達したことを示すバイナリ信号を出力する。
プラズマ燃焼メモリ201は、電流が枯渇するまで特定の電圧を保持するように設定された回路部品を含むか、または回路部品から構成される。このようにして、プラズマ燃焼メモリ201は、プラズマ発生検出器200からプラズマ発生信号を受信し、電流が継電器6によって提供される限り、その信号を保持することができる。一例では、プラズマ燃焼メモリ201は、サイリスタ、半導体制御整流子(SCR:semiconductor controller rectifier)、または任意のトリガ可能なラッチスイッチを含むか、またはそれから構成される。
コントローラ回路18は、端子1815においてプラズマ燃焼メモリ201からの出力を受け取る。図示されていないが、コントローラ回路18はまた、電圧および電流出力を含む、図2のコントローラ回路18について示される追加の入力の一部または全てを受信し、本明細書に開示されるように、ウェット接点6の健全性およびプラズマセラピーのために論理的に制御された出力を出力するように構成され得る。しかしながら、コントローラ回路18がプログラム不可能な構成要素として実装される場合、コントローラ回路18は、プラズマ燃焼メモリ201から信号を受信し、タイマまたはカウンタを実施し、次いで、端子1812において論理信号をトリガ回路203に出力することができる。しかしながら、コントローラ回路18は、図2に関して開示されたコントローラ回路18の全ての機能に従って動作し得ることが強調される。コントローラ回路は、プラズマ燃焼メモリ201から、プラズマ発生信号の受信に基づいてプラズマ発生信号を受信し、タイマをスタートさせ、タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成される。コントローラ回路18がマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサではなく、したがって、論理回路、上記したタイプのレジスタなどで構成されていない場合、コントローラ回路18は、所定の時間(例えば、5マイクロ秒)に基づいてプラズマ消滅コマンドを出力するように設計され得る。
トリガ回路203は、コントローラ回路18からプラズマ消滅コマンドを受信し、プラズマ消滅コマンドに基づいてウェット接点6のプラズマセラピーを終了させるためのトリガ信号を出力するように構成されている。プラズマ消滅回路206は、トリガ信号を受信すると、一対の端子をバイパスして、切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成される。プラズマ消滅回路206は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第9,423,442号明細書の図6A~図6Fに示される接点バイパス回路の実施形態のいずれかを含む、任意の適切な切り替え可能なシャントであり得る。
ウェット接点6のプラズマセラピーは、ウェット接点6の開度の検出と、ウェット接点6の接点電極間に生成されたプラズマが金属プラズマ相から気体プラズマ相に遷移するまでの時間との間のタイミングであって、プラズマがウェット接点6の洗浄を停止し、ウェット接点6を劣化させ始めるタイミングとに基づくいて行われてもよい。コントローラ回路18がマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサである例では、図2および図3を参照すると、ウェット接点6が開くと、プラズマ発生検出器200の両端に誘導された電圧によって、最終的にプラズマ燃焼メモリ201が金属相の開始を登録し、コントローラ回路18に端子1815を介してプラズマ燃焼の開始の信号を出力する。次に、コントローラ回路18は、電圧センサ125から出力される電圧と、電流センサ114から出力される電流とを受信し、電圧を電流で除算して、プラズマ相の開始時(即ち、金属プラズマ相中)のアーク抵抗を取得する。
金属プラズマ相から気体プラズマ相への遷移は、アーク抵抗の大幅な増加によって特徴づけられる。コントローラ回路18は、アーク抵抗が所定の倍数Kだけ増加するまでアーク抵抗を計算し続け、増加した時点で、プラズマが気相に遷移する。コントローラ回路18は、アーク抑制器126、特に、トリガ回路203に、プラズマ発生回路206を開くことによってプラズマを消滅させるように命令する。
所定の倍数Kは、所与のウェット接点6に関して経験的に決定することができる。したがって、例えば、比較的小さなウェット接点6は、2のK値を有し得、一方、比較的大きなウェット接点6は、例えば、20以上までのK値を有し得る。コントローラ回路18は、例えば、モード制御スイッチ17を介して、コントローラ回路18が使用されているウェット接点6の特性に対応するK値でプログラムすることができる。
代替的に、コントローラ回路18は、ウェット接点6の健全性の変化に基づいてK値を繰り返し決定してもよい。例えば、K値は2から開始され得る。本明細書に開示されるように、電力接点のスティック持続時間が徐々に長くなる場合、コントローラ回路18は、ウェット接点6をより長く洗浄するためにK値を増加させることができる。電力接点のスティック持続時間が減少する場合、電力接点のスティック持続時間が所望の量に減少するまでK値を維持することができ、減少した時点において、電力接点のスティック持続時間が安定状態に留まるまでK値が増加または維持されてもよい。電力接点のスティック持続時間の増加が加速する場合、電力接点のスティック持続時間の増加が減速し、その後、所定の所望の持続時間に減少するまでK値を減少させることができる。全体として、コントローラ回路18は、電力接点のスティック持続時間の変化を追跡し、金属プラズマ相が短すぎることも、気体プラズマ相に遷移するのに十分な長さでアークが燃焼することもないように、アークが十分に長さで燃焼するようになるまで、k値を調節し得る。
コントローラ回路18が配線接続されたコントローラであり、プログラマブル論理回路を含まない代替例では、コントローラ回路18は、例えば、マイクロ秒で測定されるように、所定の持続時間のタイミングをベースにするように配線接続され得る。一例では、端子1815でのプラズマ燃焼メモリ201からの信号の受信から、端子1812を経由してトリガ回路への信号までの持続時間は、5マイクロ秒であり得る。比較的大きなウェット接点6のためのコントローラ回路18の構成は、例えば、最大50マイクロ秒まで、持続時間を増加させ得る。
ウェット接点6の健全性は、電力接点のスティック持続時間に基づいて判定することができる。電力接点のスティック持続時間、その成長、および一連の連続する観察ウィンドウ内の接点サイクル数に応じたその成長の変化、およびそれらの数学的分析は、電極表面の劣化/悪化の代用であり、電力接点の健全性評価の基礎となるものである。上記したように、電力接点のスティック持続時間は、電力接点を閉じるためのコイル活性化信号と実際の電力接点分離との間の時間差であり、例えば、プラズマ燃焼メモリ201がコントローラ回路18にプラズマ発火信号を出力する時間である。コイル活性化のためのコマンドは、電力接点のスティック持続時間を計算するためのコマンドの時間をコントローラ回路18に提供するために、ミラーリングされるか、他の方法でコントローラ回路18により実行され得る。
いくつかの態様では、電力接点のスティック持続時間(CSD:contact stick duration)は、接点分離の正確な瞬間を報告する。これは、接点がマイクロ溶接から開離し、2つの接点電極が互いに離れ始めるまさにその瞬間である。アーク抑制器を使用しない場合、接点が分離し、電極が互いに離れて移動しても、2つの電極間のアークが維持されるため、電流は接点の両端に電力負荷を通って流れる。電力CSDは、維持されたアークが終了するときに、分離する電力接点電極間で電流が流れなくなる瞬間を使用する場合と比較して、より高い予測精度を提供する。
いくつかの態様において、接点がその動作寿命を通して電力サイクルを継続するので、経時的な電力接点のスティック持続時間の分析により、健全性評価装置1による電力接点健全性評価が可能となる。例えば、接点サイクルの数が増えるにつれて、電力接点のスティック持続時間が長くなることは、電力接点の健全性が悪化していること(例えば、表面電極の劣化/悪化)の指標である。
継電器業界では、特定の電力接点のスティック持続時間は故障と見なされ、恒久的に溶接された接点は故障のある電力接点であるとしている。電力接点が古くなると、電力接点のスティック持続時間が長くなる。バネ力が経時的に弱くなると、電力接点のスティック持続時間が長くなる。電流が大きくなり、マイクロ溶接が強くなると、電力接点のスティック持続時間が長くなる。いくつかの態様において、電力接点のスティック持続時間を電力接点サイクルの関数として数学的分析することにより、電力接点健全性評価が可能となる。数学的分析では、2つの固定された重複しないサンプリングウィンドウ間での電力接点のスティック持続時間の増加が比較される。電力接点のスティック持続時間の増加は、電力接点の悪化の指標であり、差し迫った電力接点の故障予測の代用にもなる。
いくつかの態様では、コイルの非通電イベントによって持続時間タイマがスタートし、負荷電流接点開離時アーク(または接点分離の瞬間)によってタイマが停止するときに、接点の固着(例えば、ノーマルオープンNO(フォームA)接点の場合)を測定することができる。
接触器は、継電器の特定の、通常は高負荷、大電流の実施形態である。電力接点の電極表面侵食を調査した結果、接点のスティック持続時間が電力接点の健全性の代用として使用することができることが実験的証拠として示されている。さらなる研究により、電力用途における接点サイクルの総数として、電力接点のスティック持続時間がますます長くなることが示されている。接点のスティック持続時間は、細かい凹凸、クレータ、およびピットの形での電力接点電極表面の侵食の増加および複合化により、経時的に最悪な状態になる。この点で、電力接点のスティック持続時間は長くなると、電力接点の健全性は低下する。
さらに研究したところ、接点のスティック持続時間と接点の健全性の関係は線形でも、自然な指数関数的悪化法則にも従わず、A(N)=A(ref)*B^Nの形式の指数関数的悪化法則であることが示された。ここで、A(ref)は、継電器または接触器の新たな条件での電力接点からの最初の基準スティック持続時間であり、A(N)はN回の接点サイクル後のスティック持続時間であり、Bはスティック持続時間の増加係数であり、Nは接点サイクル数である。
A(ref)=40ms、初期基準電力接点のスティック持続時間A(N)=1000msの態様において、業界で認められている最大電力接点のスティック持続時間はN=10,000,000サイクル(典型的な「最大電力接点電気寿命期待値」と見なされ得る)である。したがって、B=321.87x10E-9である。この値はスティック持続時間の伸び率が非常に低く、定格電力負荷で動作させている際に、実際に経験した最大電力接点の電気的寿命と一致しない場合がある。一部の継電器および接触器製造業者は、データシートに負荷に依存する最大電気接点寿命表を公開している。
電力接点の電気的平均寿命予測に関連する不整合および混乱に起因して、本明細書で説明する技術は、スティック持続時間を測定し、電力継電器および接触器における接点の実際の健全性状態を計算し、かつ定量的および定性的に評価することが可能な電力接点健全性評価装置に使用することができる。いくつかの態様では、電力接点健全性評価は、2つ以上の観察ウィンドウ(WoO:windows-of-observation)間の電力接点の平均スティック持続時間の比に基づいてもよい。
図4は、いくつかの実施形態による、電力接点健全性評価のための平均電力接点のスティック持続時間の対数目盛グラフ400を示す。グラフ400に関して特定のタイミングが開示されているが、これらのタイミングは一例に過ぎず、それらの特定のタイミングは、使用されているウェット接点6の故障した電力接点を構成するものの基準に基づいて変化し得ることを認識および理解されたい。したがって、例えば、ウェット接点6が比較的感度が高い場合には、タイミングを短くすることができ、ウェット接点6がそれほど高感度である必要がない場合、タイミングを長くすることができる。
いくつかの態様において、観察ウィンドウは、以下のように(および、図4のグラフ400を参照して)確立され得る。電力接点健全性評価装置をリセットするか、またはスティック持続時間レジスタをクリアした後、第1の観察ウィンドウ(WoO1)402を設定することができる。第1の観察ウィンドウは、第1回の電力接点のスティック持続時間測定で始まり、例えば、100回目のスティック持続時間測定後に終了する(例えば、N1=100接点サイクル)。WoO1 402の電力接点の平均スティック持続時間は31.25msである。
後続の観察ウィンドウは、第1のウィンドウおよび第1のウィンドウの平均スティック持続時間に基づいて設定され得る。第2の観察ウィンドウWoO2 404は、第1の測定の100回目の測定から開始される。WoO2 404は、電力接点の平均スティック持続時間が、例えば、第1の観察ウィンドウの平均スティック持続時間の値の2倍(または別の倍数)になったときに終了するように設定され得る。WoO2 404は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が2x31.25ms=62.5msに達したときに終了する(接点サイクルN2で、N2はN1とは異なる場合がある)。
第3の観察ウィンドウ(WoO3)406は、Wo02 404の後で、例えば、N2接点サイクルの後に開始される。WoO3 406は、電力接点の平均スティック持続時間が、例えば、Wo02 404の平均スティック持続時間の値の2倍(または別の倍数)になったときに終了する。WoO3 406は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が2x62.5ms=125msに達したときに終了する。
第4の観察ウィンドウ(WoO4)408は、Wo03 406の後で、例えば、N3接点サイクルの後に開始される。WoO4 408は、電力接点の平均スティック持続時間が、例えば、Wo04 406の平均スティック持続時間の値の2倍(または別の倍数)になったときに終了する。WoO4 408は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が2x125ms=250msに達したときに終了する。
第5の観察ウィンドウ(WoO5)410は、Wo04 408の後で、例えば、N4接点サイクルの後に開始される。WoO5 410は、電力接点の平均スティック持続時間が、例えば、Wo04 408の平均スティック持続時間の値の2倍(または別の倍数)になったときに終了する。WoO5 410は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が2x250ms=500msに達したときに終了する。
第6の観察ウィンドウ(WoO6)412は、Wo05 412の後で、例えば、N5接点サイクルの後に開始される。WoO6 412は、電力接点の平均スティック持続時間が、例えば、Wo05 410の平均スティック持続時間の値の2倍(または別の倍数)になったときに終了する。WoO6 412は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が2x500ms=1000msに達したときに終了する。
いくつかの態様では、最後の観察ウィンドウ(または観察ウィンドウ)は、そのウィンドウの平均スティック持続時間が事前定義されたスティック持続時間閾値(例えば、接点が故障したことを示す業界の制限と見なされる1000ms)に等しくなるように設定される。取得された/設定された観察ウィンドウの各々は、電極の接点のスティック持続時間が対応するウィンドウ内にある場合に、接点電極の健全性を示す対応する健全性評価特性に関連付けることができる。例えば、接点のスティック持続時間が任意の瞬間に100msとして測定された場合、100msが観察ウィンドウWoO3内にあるため、「平均」の健全性評価が出力され得る。いくつかの態様では、設定された観察ウィンドウの各々に対して電力接点健全性評価を提供するために、健全性評価に対するパーセンテージ表示またはバー表示を使用することができる。
いくつかの態様では、電力接点のスティック持続時間(PCSD:power contact stick duration)は、接点開放時間からコイルの非通電時間を差し引いた時間のように、ありとあらゆる接点開離時の瞬間について測定され得る。いくつかの態様において、接点開放時間は、負荷電流ターンオフ時間と同じでない場合がある。アークが消失すると負荷電流がオフになる。アーク燃焼時間は、電力サイクルの最大で約半分までとすることができる。さらに、アークは次の電力半サイクルでも再発生して燃焼し続けてもよい。接点開放時間は、電力接点開離時アークが発生する時間である。
いくつかの態様では、電力接点のピークスティック持続時間(PCPSD:power contact peak stick duration)が測定され、電力接点健全性評価に使用され得る。PCPSDは、特定の観察時間ウィンドウ内の電力接点の最大スティック持続時間(PCSDmax)として測定および記録することができる(またはPCPSD=PCSDmax)。
いくつかの態様では、電力接点の平均スティック持続時間(PCASD:power contact average stick duration)が測定され、電力接点健全性評価に使用され得る。PCASDは、1つまたは複数の特定の観察ウィンドウに対して計算することができる。PCASDは、定義された時間ウィンドウ内の全てのスティック持続時間の合計を、特定の観察期間内の接点サイクル数で除算したものに等しくてもよい。
いくつかの態様では、電力接点のスティック持続時間の波高比(PCSDCF:power contact stick duration crest factor)が測定され、電力接点健全性評価に使用され得る。PCSDCFは、1つまたは複数の特定の観察時間ウィンドウに対して計算することができる。PCSTCFは、ピークスティック持続時間を特定の観察ウィンドウ内の平均スティック持続時間で除算した値に等しくてもよい。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価は、絶対値または相対値(例えば、0msと1000msとの間の電力接点ピークスティック持続時間を含む絶対定量的電力接点健全性状態)で定量的に表示および報告され得る。
いくつかの態様では、電力接点のスティック持続時間の波高比は、図3の観察ウィンドウについて以下のように、すなわち0~31.25msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれ128~32のPCSDCF(「未使用の/新品状態での故障」);31.25~62.5msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれ32~16のPCSDCF(「良品状態での故障」);62.5~125msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれ16~8のPCSDCF(「普通品状態での故障」);125~250msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれ8~4のPCSDCF(「不良品状態での故障」);250~500msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれ4~2のPCSDCF(「交換品状態での故障」);および500~1000msの平均スティック時間の観察ウィンドウに対して、それぞれで2~1のPCSDCF(「故障品状態での故障」)のように計算され、電力接点健全性評価に使用され得る。
いくつかの態様では、以下のような定量的な電力接点の健全性状態、すなわち100%から97%までの電力接点健全性状態(新品);97%から94%までの電力接点健全性状態は(新品);94%から87.5%までの電力接点健全性状態(普通);87.5%から75%までの電力接点健全性状態(不良);75%から50%までの電力接点健全性状態(交換);50%から0%までの電力接点健全性状態(故障)が提供され得る。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価は、以下のように、すなわち0~31.25msの電力接点平均スティック持続時間(PCASD)は「新品」;31.25~62.5msの電力接点平均スティック持続時間(PCASD)は、「良品」;62.5~125msの電力接点平均スティック持続時間(PCASD)は、「普通品」;125~250msの電力接点平均スティック持続時間(PCASD)は「不良品」;250~500msの電力接点平均スティック持続時間(PCASD)は「交換品」;および500~1000msの電力接点の平均スティック持続時間(PCASD)は「故障品」のように定性的に表示および報告され得る。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1のレジスタは、コントローラ回路18の内部または外部に配置され得る。例えば、コード制御チップ120は、以下に説明される電力接点健全性評価装置1のレジスタを格納するように構成することができる。
いくつかの態様では、アドレスおよびデータは、UART、SPI、または任意の他のプロセッサ通信方法のいずれかを使用して、通信インタフェースを介してレジスタに書き込まれるか、またはレジスタから読み戻され得る。
いくつかの態様では、レジスタは、以下の動作のためのデータを含むことができる。すなわち、計算は、数学的演算を実行することを伴うと理解することができる;制御は、入力データを処理して所望の出力データを生成することを伴うと理解することができる;検出は、定常状態の変化に気付くこと、又はそれ以外の方法で検出することを伴うと理解することができる;表示は、ユーザに通知を出すことを伴うと理解することができる;ログ記録は、日付、時間、及び事象を関連付けすることを伴うと理解することができる;測定は、物理的なパラメータに関するデータ値を取得することを伴うと理解することができる;監視は、定常状態に変化がないかを観察することを伴うと理解することができる;処理は、1つ又は複数の事象に対してコントローラ又はプロセッサのタスクを実行することを伴うと理解することができる;そして、記録は、関心事象をマップされたレジスタに書き込み、及び格納することを伴うと理解することができる。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1のレジスタは、データアレイ、データビット、データバイト、データマトリックス、データポインタ、データ範囲、及びデータ値を含むことができる。
いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1のレジスタは、制御データ、デフォルトデータ、機能データ、履歴データ、動作データ、及び統計データを格納することができる。いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1のレジスタは、認証情報、暗号化情報、処理情報、生産情報、セキュリティ情報、及び検証情報を含むことができる。いくつかの態様では、電力接点健全性評価装置1のレジスタは、外部制御、外部データ処理、工場ユース、フューチャユース、内部制御、内部データ処理、及びユーザタスクに関連して使用することができる。
いくつかの態様では、特定のレジスタのバイト、複数のバイト、又はビットを読み出しすることにより、値をゼロ(0)にリセットすることができる。
本明細書に開示される技術は、電力接点の接点電極の状態(または健全性)の指標を提供するための電力接点健全性評価装置(例えば、図1~図3の電力接点健全性評価装置1)の設計および構成に関する。健全性評価の判定は、接点のスティック持続時間または接点のスティック持続時間に基づいて導出された他の特性に基づいて実行することができる。より具体的には、異なる観察ウィンドウ(WoO:windows of observation)が設定され得、各ウィンドウが特定の接点健全性状態(例えば、新品、良品、普通品、不良品、交換品、故障品)に関連付けられる。WoOを設定するために、ウィンドウ内の電力接点の事前定義された接点サイクル数の間、接点スティック持続時間を測定することによって、第1の観察ウィンドウが設定される。平均スティック持続時間は、測定されたスティック持続時間とウィンドウ内のサイクル数とに基づいて決定される。後続の各ウィンドウの平均スティック持続時間は、前のウィンドウの接点のスティック持続時間を使用して導き出される。例えば、第2のウィンドウの平均スティック持続時間は、第1の観察ウィンドウの平均スティック持続時間の2倍である。第3の観察ウィンドウの平均スティック持続時間は第2の観察ウィンドウの平均スティック持続時間の2倍であり、以下同様である。最後の観察ウィンドウは、平均スティック持続時間が最大(事前設定)しきい値に達したときに決定される(例えば、平均スティック持続時間が1000msに達した場合、これは故障した接点の業界標準である)。対応する平均スティック持続時間を有する観察ウィンドウを設定した後、各ウィンドウを健全性評価特性に関連付けることができる(例えば、図4に示すように、6つの観察ウィンドウは、合計6つの可能性のある健全性評価特性に対して設定することができる)。電力接点の動作中に、接点のスティック持続時間を周期的に測定し、設定された観察ウィンドウに対して参照して、測定されたスティック持続時間がどのウィンドウに適合するかを判定し、次に、測定された接点のスティック持続時間に関連する接点の現在の状態の対応する健全性評価特性を決定することができる。
本明細書に開示される技術は、電力接点の接点電極の状態(または健全性)の指標を提供するための電力接点健全性評価装置(例えば、図1~図3の電力接点健全性評価装置1)の設計および構成に関する。健全性評価の判定は、接点のスティック持続時間または接点のスティック持続時間に基づいて導出された他の特性に基づいて実行することができる。より具体的には、異なる観察ウィンドウ(WoO:windows of observation)が設定され得、各ウィンドウが特定の接点健全性状態(例えば、新品、良品、普通品、不良品、交換品、故障品)に関連付けられる。WoOを設定するために、ウィンドウ内の電力接点の事前定義された接点サイクル数の間、接点スティック持続時間を測定することによって、第1の観察ウィンドウが設定される。平均スティック持続時間は、測定されたスティック持続時間とウィンドウ内のサイクル数とに基づいて決定される。後続の各ウィンドウの平均スティック持続時間は、前のウィンドウの接点のスティック持続時間を使用して導き出される。例えば、第2のウィンドウの平均スティック持続時間は、第1の観察ウィンドウの平均スティック持続時間の2倍である。第3の観察ウィンドウの平均スティック持続時間は第2の観察ウィンドウの平均スティック持続時間の2倍であり、以下同様である。最後の観察ウィンドウは、平均スティック持続時間が最大(事前設定)しきい値に達したときに決定される(例えば、平均スティック持続時間が1000msに達した場合、これは故障した接点の業界標準である)。対応する平均スティック持続時間を有する観察ウィンドウを設定した後、各ウィンドウを健全性評価特性に関連付けることができる(例えば、図4に示すように、6つの観察ウィンドウは、合計6つの可能性のある健全性評価特性に対して設定することができる)。電力接点の動作中に、接点のスティック持続時間を周期的に測定し、設定された観察ウィンドウに対して参照して、測定されたスティック持続時間がどのウィンドウに適合するかを判定し、次に、測定された接点のスティック持続時間に関連する接点の現在の状態の対応する健全性評価特性を決定することができる。
追加の例
様々な実施形態の説明は、事実上、単なる例示であるため、これらの例の要旨及び本明細書の詳細な説明から逸脱しない変形例は、本開示の範囲内にあることを意図している。このような変形例は、本開示の主旨及び範囲からの逸脱とは見なされないものとする。
様々な実施形態の説明は、事実上、単なる例示であるため、これらの例の要旨及び本明細書の詳細な説明から逸脱しない変形例は、本開示の範囲内にあることを意図している。このような変形例は、本開示の主旨及び範囲からの逸脱とは見なされないものとする。
例1では、電気回路は、電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に接続されるように適合された一対の端子と、一対の端子に動作可能に結合されたプラズマ発生検出器と、プラズマ発生検出器は、切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す電気パラメータを検出し、検出された電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成されており、プラズマ発生信号を受信して保存するように構成されたプラズマ燃焼メモリと、プラズマ燃焼メモリに動作可能に結合され、プラズマ燃焼メモリからプラズマ発生信号を受信し、プラズマ発生信号の受信に基づいて、タイマをスタートさせ、タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成されたコントローラ回路と、コントローラ回路に動作可能に結合され、プラズマ消滅コマンドを受信し、プラズマ消滅コマンドに基づいてトリガ信号を出力するように構成されたトリガ回路と、トリガ信号を受信すると、一対の端子をバイパスして、切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成されたプラズマ消滅回路とを含む。
例2において、例1の電気回路は、任意選択で、時間要件が、プラズマが金属プラズマから気体プラズマに遷移する時間に基づくことを含む。
例3において、例1および2のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、時間要件が、一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことをさらに含む。
例3において、例1および2のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、時間要件が、一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことをさらに含む。
例4において、例1~3のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、一対の端子およびコントローラ回路にそれぞれ動作可能に結合された電圧センサおよび電流センサをさらに含み、コントローラ回路は、電圧センサによって検出された一対の端子間の電圧を、電流センサによって検出された一対の端子間の電流で除算することによってるアーク抵抗を決定するようにさらに構成される。
例5において、例1~4のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、時間要件が、コントローラ回路がプラズマ発生信号を受信した後、所定の倍数Kだけ増加するアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことを含む。
例6において、例1~5のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、所定の倍数Kが切り替え可能な接点電極の物理的特性に基づくことをさらに含む。
例7において、例1~6のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、所定の倍数Kが2から20であることをさらに含む。
例7において、例1~6のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、所定の倍数Kが2から20であることをさらに含む。
例8において、例1~7のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、コントローラ回路が、切り替え可能な接点電極の接点のスティック持続時間の変化を決定し、スティック持続時間に基づいて所定の倍数Kを調整するようにさらに構成されることをさらに含む。
例9において、例1~8のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、コントローラ回路がスティック持続時間の増加に応答して所定の倍数Kを増加するようにさらに構成されることをさらに含む。
例10において、例1~9のいずれか1つまたは複数の電気回路は、任意選択で、時間要件が5マイクロ秒であることをさらに含む。
例11において、電力接点の切り替え可能な接点電極を洗浄する方法は、一対の端子を電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に結合するステップと、一対の端子間にアーク抑制器を動作可能に結合するステップと、アーク抑制器は、一対の端子に動作可能に結合されたプラズマ発生検出器と、プラズマ発生検出器は、切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す電気パラメータを検出し、検出された電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成されており、プラズマ発生信号を受信して保存するように構成されたプラズマ燃焼メモリと、プラズマ消滅コマンドを受信してプラズマ消滅コマンドに基づいてトリガ信号を出力するように構成されたトリガ回路と、トリガ信号を受信すると、一対の端子をバイパスして、切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成されたプラズマ消滅回路とを含み、コントローラ回路をプラズマ燃焼メモリおよびトリガ回路に結合するステップと、を含み、コントローラ回路は、プラズマ燃焼メモリからプラズマ発生信号を受信し、プラズマ発生信号の受信に基づいて、タイマをスタートさせ、タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成される。
例11において、電力接点の切り替え可能な接点電極を洗浄する方法は、一対の端子を電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に結合するステップと、一対の端子間にアーク抑制器を動作可能に結合するステップと、アーク抑制器は、一対の端子に動作可能に結合されたプラズマ発生検出器と、プラズマ発生検出器は、切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す電気パラメータを検出し、検出された電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成されており、プラズマ発生信号を受信して保存するように構成されたプラズマ燃焼メモリと、プラズマ消滅コマンドを受信してプラズマ消滅コマンドに基づいてトリガ信号を出力するように構成されたトリガ回路と、トリガ信号を受信すると、一対の端子をバイパスして、切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成されたプラズマ消滅回路とを含み、コントローラ回路をプラズマ燃焼メモリおよびトリガ回路に結合するステップと、を含み、コントローラ回路は、プラズマ燃焼メモリからプラズマ発生信号を受信し、プラズマ発生信号の受信に基づいて、タイマをスタートさせ、タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成される。
例12において、例11の方法は、任意選択で、時間要件が、プラズマが金属プラズマから気体プラズマに遷移する時間に基づくことを含む。
例13において、例11および12のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、時間要件が、一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことをさらに含む。
例13において、例11および12のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、時間要件が、一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことをさらに含む。
例14において、例11~13のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、電圧センサおよび電流センサの各々を一対の端子およびコントローラ回路に結合するステップをさらに含み、コントローラ回路は、電圧センサによって検出された一対の端子間の電圧を、電流センサによって検出された一対の端子間の電流で除算することによってアーク抵抗を決定するようにさらに構成されている。
例15において、例11~14のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、時間要件が、コントローラ回路がプラズマ発生信号を受信した後、所定の倍数Kだけ増加するアーク抵抗に少なくとも部分的に基づくことを含む。
例16において、例11~15のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、所定の倍数Kが、切り替え可能な接点電極の物理的特性に基づくことをさらに含む。
例17において、例11~16のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、所定の倍数Kが2から20であることをさらに含む。
例17において、例11~16のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、所定の倍数Kが2から20であることをさらに含む。
例18において、例11~17のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、コントローラ回路が、切り替え可能な接点電極の接点のスティック持続時間の変化を決定し、スティック持続時間に基づいて所定の倍数Kを調整するようにさらに構成されることをさらに含む。
例19において、例11~18のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、コントローラ回路がスティック持続時間の増加に応答して所定の倍数Kを増加するようにさらに構成されることをさらに含む。
例20において、例11~19のいずれか1つまたは複数の方法は、任意選択で、時間要件が5マイクロ秒であることをさらに含む。
例21において、方法は、例1~10のいずれか1つまたは複数の電気回路を使用することを含む。
例21において、方法は、例1~10のいずれか1つまたは複数の電気回路を使用することを含む。
例22において、非一時的なコンピュータ可読媒体は、コントローラ回路による実行時に、コントローラ回路に例1~21のいずれか1つまたは複数の動作を実行させる命令を含む。
上記の詳細な説明は、この詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含む。図面は、例証として、特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では「例」とも呼ばれる。このような例は、図示、及び説明したものに加えて、要素を含むことができる。しかしながら、本発明者は、図示、及び説明した要素だけが設けられる例もまた企図している。
本明細書で言及したすべての出版物、特許、及び特許文献は、あたかも参照によって個々に組み込まれているかのように、参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本明細書と、参照によって組み込まれた文献との間で使用法が矛盾している場合には、組み込まれている参考文献における使用法は、本明細書の使用法の補足であると見なされるものとする。すなわち、相容れない矛盾については、本明細書における使用法が支配する。
本明細書において、「a(1つ)」又は「an(1つ)」という用語は、特許文献で一般に使用されているように、1つ以上を含むように使用され、「at least one(少なくとも1つ)」又は「one or more(1つ又は複数)」の任意の他の事例又は使用法とは別に使用される。本明細書では、「or(又は)」という用語は、包括的でないものを指すために使用され、又は「A又はB」は、別段の指示がない限り、「AであるがBでない」と、「BであるがAでない」と、「A及びB」と、を含むように使用される。添付の特許請求の範囲では、「including(含む)」及び「in which(において)」という用語は、簡易化法律英語における「comprising(備える)」及び「wherein(において)」という用語にそれぞれ相当するものとして使用される。同様に、以下の特許請求の範囲では、「including(含む)」及び「comprising(備える)」という用語は、オープンエンドであり、すなわち、特許請求の範囲において、このような用語の後に列挙された用語に加えて、要素を含むシステム、デバイス、物品、又はプロセスは、やはりその特許請求の範囲内に入ると見なされる。なおまた、以下の特許請求の範囲では、「first(第1の)」、「second(第2の)」、及び「third(第3の)」等々という用語は、単に標識として使用されており、それら対象物に対して数字的な要件を課すことを意図するものではない。
加えて、様々な実施形態において離散的又は別個であるものとして説明及び図示された技法、システム、サブシステム、及び方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のシステム、モジュール、技法、又は方法と組み合わせるか、又は統合することができる。結合、若しくは直接接続されているもの、又は互いに通信するものとして示されるか、又は検討される他の項目が、電気的にであれ、機械的にであれ、又はそれ以外であれ、何らかのインタフェース、デバイス、又は介在構成要素を通して間接的に結合、又は通信することができる。変更、置き換え、及び改変の他の例は、当業者であれば確認することができ、本明細書に開示されている範囲から逸脱することなく、実施することができる。
上記の説明は、限定的でないことを意図するものである。例えば、上記の例(又はそれらの態様の1つ又は複数)は、互いに組み合わせて使用することができる。例えば当業者によって、上記の説明を再検討したときに他の実施形態も使用することができる。要約書は、読者が技術的な開示の性質を迅速に確認できるようにするために、米国特許法規則第1.72条(b)に準拠して提出されている。要約書は、特許請求の範囲若しくは意味を解釈、又は限定するためには使用されないという理解に基づいて提出されている。加えて、上記の詳細な説明において、様々な特徴は、本開示を簡素化するためにまとめてグループ化することができる。これは、特許請求の範囲に記載されていない開示特徴が、すべての特許請求の範囲に必須であることを意図していると解釈されないものとする。むしろ、本発明の主題は、開示されている特定の実施形態のすべての特徴よりも少ない場合がある。したがって、以下の特許請求の範囲は、これによって、詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態としてそれ自体で存在している。
Claims (20)
- 電気回路であって、
電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に接続するように適合された一対の端子と、
前記一対の端子に動作可能に結合されたプラズマ発生検出器と、前記プラズマ発生検出器は、前記切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す前記切り替え可能な接点電極上の電気パラメータを検出し、検出された前記電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成されており、
前記プラズマ発生信号を受信および保存するように構成されたプラズマ燃焼メモリと、
前記プラズマ燃焼メモリに動作可能に結合されたコントローラ回路であって、
前記プラズマ燃焼メモリから前記プラズマ発生信号を受信し、
前記プラズマ発生信号の受信に基づいて、タイマをスタートさせ、
前記タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成された前記コントローラ回路と、
前記コントローラ回路に動作可能に結合され、前記プラズマ消滅コマンドを受信し、前記プラズマ消滅コマンドに基づいてトリガ信号を出力するように構成されたトリガ回路と、
前記トリガ信号を受信すると、前記一対の端子をバイパスして、前記切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成されたプラズマ消滅回路と、を備える電気回路。 - 前記時間要件は、プラズマが金属プラズマから気体プラズマに遷移するための時間に基づく、請求項1に記載の電気回路。
- 前記時間要件は、前記一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づく、請求項2に記載の電気回路。
- 前記一対の端子および前記コントローラ回路にそれぞれ動作可能に結合された電圧センサおよび電流センサをさらに備え、前記コントローラ回路は、前記電圧センサによって検出された前記一対の端子間の電圧を前記電流センサによって検出された前記一対の端子間の電流で除算することによって前記アーク抵抗を決定するようにさらに構成される、請求項3に記載の電気回路。
- 前記時間要件は、前記コントローラ回路が前記プラズマ発生信号を受信した後、所定の倍数Kだけ増加する前記アーク抵抗に少なくとも部分的に基づく、請求項4に記載の電気回路。
- 前記所定の倍数Kは、前記切り替え可能な接点電極の物理的特性に基づく、請求項5に記載の電気回路。
- 前記所定の倍数Kが2から20である、請求項6に記載の電気回路。
- 前記コントローラ回路は、前記切り替え可能な接点電極の接点のスティック持続時間の変化を決定し、前記スティック持続時間に基づいて前記所定の倍数Kを調整するようにさらに構成される、請求項7に記載の電気回路。
- 前記コントローラ回路は、前記スティック持続時間の増加に応答して前記所定の倍数Kを増加するようにさらに構成される、請求項8に記載の電気回路。
- 前記時間要件は、5マイクロ秒である、請求項1に記載の電気回路。
- 電力接点の切り替え可能な接点電極を洗浄する方法であって、
一対の端子を電力接点の一組の切り替え可能な接点電極に結合するステップと、
前記一対の端子間にアーク抑制器を動作可能に結合するステップと、前記アーク抑制器は、
前記一対の端子に動作可能に結合されたプラズマ発生検出器と、前記プラズマ発生検出器は、前記切り替え可能な接点電極間のプラズマの形成を示す前記切り替え可能な接点電極上の電気パラメータを検出し、検出された前記電気パラメータに基づいてプラズマ発生信号を出力するように構成されており、
前記プラズマ発生信号を受信および保存するように構成されたプラズマ燃焼メモリと、
プラズマ消滅コマンドを受信し、前記プラズマ消滅コマンドに基づいてトリガ信号を出力するように構成されたトリガ回路と、
前記トリガ信号を受信すると、前記一対の端子をバイパスして、前記切り替え可能な接点電極間のプラズマを消滅させるように構成されたプラズマ消滅回路と、を含んでおり、
コントローラ回路を前記プラズマ燃焼メモリおよび前記トリガ回路に結合するステップと、を含み、前記コントローラ回路は
前記プラズマ燃焼メモリから前記プラズマ発生信号を受信し、
前記プラズマ発生信号の受信に基づいて、タイマをスタートさせ、
前記タイマが時間要件を満たすと、プラズマ消滅コマンドを出力するように構成されている、方法。 - 前記時間要件は、プラズマが金属プラズマから気体プラズマに遷移する時間に基づく、請求項11に記載の方法。
- 前記時間要件が、前記一対の端子上のアーク抵抗に少なくとも部分的に基づく、請求項12に記載の方法。
- 前記一対の端子にそれぞれ動作可能に結合された電圧センサおよび電流センサを前記コントローラ回路に結合するステップをさらに含み、前記コントローラ回路は、前記電圧センサによって検出された前記一対の端子間の電圧を前記電流センサによって検出された前記一対の端子間の電流で除算することによって前記アーク抵抗を決定するようにさらに構成される、請求項13に記載の方法。
- 前記時間要件は、前記コントローラ回路が前記プラズマ発生信号を受信した後、所定の倍数Kだけ増加するアーク抵抗に少なくとも部分的に基づく、請求項14に記載の方法。
- 前記所定の倍数Kが、前記切り替え可能な接点電極の物理的特性に基づく、請求項15に記載の方法。
- 前記所定の倍数Kが2から20である、請求項16に記載の方法。
- 前記コントローラ回路は、前記切り替え可能な接点電極の接点のスティック持続時間の変化を決定し、前記スティック持続時間に基づいて前記所定の倍数Kを調整するようにさらに構成される、請求項17に記載の方法。
- 前記コントローラ回路は、前記スティック持続時間の増加に応答して前記所定の倍数Kを増加するようにさらに構成される、請求項18に記載の方法。
- 前記時間要件は、5マイクロ秒である、請求項11に記載の方法。
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