JP5319400B2 - リレー異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷に対して両切りとなるリレーを介して交流電力を供給するリレー回路の故障を検出するリレー異常検出装置に関する。

交流電力により駆動される負荷のオン・オフを制御する場合、専ら、負荷に対して両切りとなるリレー（スイッチ）を用いることで地絡対策が施される。しかしながらリレー接点の溶着等の異常が生じると、負荷に対する電力供給を安全に制御することができなくなる。これ故、リレー接点等の異常を監視する等して、リレー出力の安全性を保証することが重要となる。

ちなみにリレーの異常を検出する手法として、例えば特許文献１に開示されるように、入力信号によりオン・オフされる主リレー接点（第１のリレー接点）と共にオン・オフされる補助リレー接点（第２のリレー接点）を利用し、該補助リレー接点の動作状態を示す信号と前記入力信号とを論理処理して該リレーの異常を検出することが提唱されている。

特開平３−２７３８１１号公報

しかしながら特許文献１に示される手法においては、例えば補助リレー接点を含む故障検出回路に異常が生じると故障検出自体ができなくなるので、リレー出力の安全性を確実に保証することができないと言う問題がある。
本発明はこのような事情してなされたもので、その目的は、負荷に対して両切りとなるリレーを介して交流電力を供給するリレー回路の故障を確実に検出して、そのリレー出力の安全性を確保することのできるリレー異常検出装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明は、電力の供給をオン・オフ制御するリレーが、通常、コモン端子に選択的に接続される常開端子と常閉端子とを備えていること、またこの種のリレーは、負荷に対して両切りとなるように交流電力をオン・オフするように用いられること、更に両切りとなる２つのリレーが同時に故障することは極めて希であることに着目してなされている。

そこで本発明に係るリレー異常検出装置は、非駆動時にはコモン端子と常閉端子との間を接続し、駆動時には前記コモン端子と常開端子との間を接続する複数のリレーを備え、これらのリレーの各コモン端子を交流電源における複数の出力端子に各別に接続すると共に、前記複数のリレーの各常開端子を負荷における複数の電源入力端子に各別に接続してなるリレー出力回路において、
前記複数のリレーの各常閉端子間にダイオードを介して前記交流電源により駆動される疑似負荷を設け、前記複数のリレーの非駆動時における前記疑似負荷の動作状態から前記複数のリレーの故障の有無を判定する判定手段と、前記負荷の一方の電源入力端子に一端を接続すると共に、他端を前記複数のリレーの各コモン端子にそれぞれダイオードを介して接続して第２の疑似負荷を設け、前記複数のリレーの非駆動時における前記第２の疑似負荷の動作状態から前記複数のリレーの故障の有無を判定する第２の判定手段と、を設けたことを特徴としている。

ちなみに前記負荷が単相交流により駆動されるものである場合には、前記複数のリレーは第１および第２のリレーからなり、前記負荷が三相交流により駆動されるものである場合には、前記複数のリレーは第１、第２および第３のリレーからなる。そして三相交流の場合には、前記疑似負荷は、例えばＵ−Ｖ対、Ｖ−Ｗ対、およびＷ−Ｕ対のそれぞれにデルタ結線、またはスター結線して設けられる。

ちなみに前記疑似負荷および第２の疑似負荷は、例えば前記交流電源により駆動される発光素子と、この発光素子に光結合された受光素子とからなるフォトカプラとして構成され、前記判定手段は、前記複数のリレーの駆動回路の作動を制御する制御器が有し、前記フォトカプラにおける受光素子の出力を検出する機能として実現される。

上記構成のリレー異常検出装置によれば、複数のリレーの常開接点を利用して非駆動時におけるリレーの接点復帰を確認することができるので、コモン端子と常開接点との溶着異常を確実に検出することができる。しかもリレーの非駆動時における疑似負荷の動作状態から、その異常検出系自体の異常についても自己診断することができる。
更には第２の疑似負荷の動作状態についても判定することで、リレーにおけるコモン端子、常開接点および常開接点間の全溶着故障についても確実に検出することができる。この結果、異常検出時には前記リレーの駆動自体を停止することで、そのリレー出力の安全性を保証することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るリレー異常検出装置の要部概略構成図。 本発明の第２の実施形態に係るリレー異常検出装置の要部概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るリレー異常検出装置について、単相交流にて負荷を駆動するリレー回路を例に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るリレー異常検出装置の要部概略構成図であり、ＰＳは単相交流電源、ＲＬは上記単相交流電源ＰＳから交流電力を受けて駆動されるモータ等の負荷である。そして前記単相交流電源ＰＳから前記負荷ＲＬに供給する交流電力のオン・オフ制御は、該負荷ＲＬに対して両切りとなる第１および第２のリレー（スイッチ）Ｋ１,Ｋ２を用いることで遠隔的に行われる。

ちなみに前記第１および第２のリレー（スイッチ）Ｋ１,Ｋ２は、その駆動部である電磁コイルＬの通電によってコモン端子Ｃに接続された可動接片を機械的に変位させ、非駆動時には前記可動接片を常閉端子（ノーマルクローズ側）ＮＣに接続し、また駆動時には前記可動接片を常開端子（ノーマルオープン側）ＮＯに接続することで、前記コモン端子Ｃの接続先を択一的に切り替えるスイッチ機能を備えたものである。尚、ここでは第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２として、互いに独立したリレーを用いるものとして説明するが、１つの電磁コイルＬによって２つの可動接片を同時駆動する、いわゆる２回路型のリレーを用いることも勿論可能である。

さてこの実施形態においては、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２は、そのコモン端子Ｃ,Ｃを交流電源ＰＳにおける一対の電源出力端子に各別に接続すると共に、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の各常開端子ＮＯ,ＮＯを負荷ＲＬにおける一対の電源入力端子に接続して設けられる。従って前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２は、それぞれその駆動時に各コモン端子Ｃから常開端子ＮＯを介して交流電源ＰＳと負荷ＲＬとを同時に接続することによって前記負荷ＲＬを介する閉回路を形成し、前記交流電源ＰＳから負荷ＲＬに対して交流電力を供給する。

ちなみに前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の各電磁コイルＬ,Ｌは、並列に設けられた２つの駆動回路Ｄ,Ｄにより各別に通電制御されるものである。そして各駆動回路Ｄ,Ｄは、例えば前記各電磁コイルＬ,Ｌにそれぞれ直列接続された２段構成のトランジスタＱ１Ａ,Ｑ１ＢおよびトランジスタＱ２Ａ,Ｑ２Ｂからなる。これらの各トランジスタＱ１Ａ,Ｑ１Ｂ,Ｑ２Ａ,Ｑ２Ｂは、並列に設けられた２つの制御器（例えばＣＰＵ）１,２からそれぞれ出力されるスイッチ駆動信号を受けて導通動作するものであり、従って前記制御器（例えばＣＰＵ）１,２から同時にスイッチ駆動信号が出力されているときにだけ、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２をそれぞれ導通駆動する。

尚、ここでは２つの制御器（例えばＣＰＵ）１,２を並列に設けることでその制御系の多重化を図り、これによってその動作安全性を高めているが、基本的には１系統の制御系を構築するだけでも十分である。またここでは第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２を用いて負荷ＲＬに対する交流電力のオン・オフを制御するものとして説明するが、前述したように２回路分のスイッチ接点を備えた１つのリレーを用いて負荷ＲＬに対する電源の両切り制御を行うことも勿論可能である。

さて基本的には上述した如く構成されるリレー出力回路において、本発明に係るリレー異常検出装置は、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の各常閉端子ＮＣ,ＮＣ間にダイオード３を介して前記交流電源ＰＳにより駆動される疑似負荷４を設け、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の非駆動時における前記疑似負荷４の動作状態から、前記各制御器１,２においてそれぞれ前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の故障の有無を判定するように構成したことを特徴としている。具体的には前記疑似負荷４は、前記ダイオード３に直列接続された発光素子ＰＤと、この発光素子ＰＤに光結合された受光素子ＰＴＲとからなるフォトカプラからなる。そして前記制御器１,２においては、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の非駆動時に前記疑似負荷４が駆動されているか否かを判定することで、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２が故障しているか否かを判定し、異常検出時には前記各リレーＫ１,Ｋ２の駆動を禁止するものとなっている。

具体的には上述した第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の故障の有無は次のようにして判定される。
即ち、第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２に異常がない場合（正常に機能する場合）には、該リレーＫ１,Ｋ２の駆動によってコモン端子Ｃが常開端子ＮＯ側に接続されるので、該常開端子ＮＯを介して前記負荷ＲＬに交流電力が供給される。このとき、常閉端子ＮＣ側には交流電力が出力されることはない。そしてリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止したとき（非駆動時）にはコモン端子Ｃが常閉端子ＮＣ側に接続されるので、その常開端子ＮＯ側には交流電力が出力されなくなり、これに代わって常閉端子ＮＣ側に交流電力が出力されることになる。するとその交流電力はダイオード３を介して半波整流されて疑似負荷４に印加されるので、疑似負荷４の発光素子ＰＤは、交流電源周波数に同期して半周期毎に発光駆動される。そしてこの発光素子ＰＤに光結合された受光素子ＰＴＲは、該発光素子ＰＤの発光を検出する都度、導通することでパルス信号を生成する。

これに対して前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の駆動時に、一方のリレーＫ１（Ｋ２）の可動接片が常開端子ＮＯに溶着した場合、リレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止した（非駆動）としても前記常開端子ＮＯに溶着した可動接片が常閉接点ＮＣ側に切り替わることがない。従ってこの場合には、常閉接点ＮＣ側に交流電力が出力されることがないので前述した疑似負荷４に交流電源が供給されることがなく、これ故、発光素子ＰＤが発光駆動されず、前述したパルス信号が生成されることはない。従ってリレーＫ１,Ｋ２の駆動時には前述したパルス信号が検出されず、且つ該リレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止したとき（非駆動時）にのみ前述したパルス信号が検出されることを確認することで、リレーＫ１,Ｋ２の接点異常を検出することが可能となる。換言すればリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止したにも拘わらずパルス信号が検出されないとき、これをリレーの接点異常であるとして検出することができる。

また同時に前記リレーＫ１,Ｋ２の駆動時に前述したパルス信号が検出されなくなり、且つ、前記リレーＫ１,Ｋ２の非駆動時には前述したパルス信号が確実に検出されることを定常的にモニタすることで、その検出回路自体に異常が発生していないかを確認することができる。従って簡易にしてリレー出力が正常に機能するか否かを判定し、異常検出時にはリレーＫ１,Ｋ２の駆動自体を停止し、異常が発生していない側のリレーＫ１（Ｋ２）にて負荷ＲＬに対する電流路を遮断することでリレー出力の安全性を保証することが可能となる。

ところで上述した構成においては、リレーＫ１,Ｋ２の一方におけるコモン端子Ｃ、常開端子ＮＯおよび常閉端子ＮＣ間が共に一括して短絡した場合、リレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止した場合でも溶着した端子Ｃ,ＮＯ,ＮＣを介して疑似負荷４に対して交流電力が供給されるのでパルス信号が得られることになる。従って前述したようにリレーＫ１,Ｋ２の非駆動時におけるパルス信号の有無からだけではその異常を判定することができなくなる。しかもこのような場合にはリレーＫ１,Ｋ２を駆動したとしても、正常に機能するリレーを介して前記疑似負荷４に対する交流電力の供給が遮断されるので、両リレーＫ１,Ｋ２が正常に機能している場合と同様にパルス信号が消失する。従って前述した構成においてはコモン端子Ｃ、常開端子ＮＯおよび常閉端子ＮＣの一括短絡による故障（異常）を検出することができない。

従ってこのような不具合に対処するには、例えば次のようにして異常判定を行うようにすれば良い。
図２はその実施形態を示すもので、図１に示す装置と同一部分には同一符号を付して示してある。この実施形態に係る装置は、前述した図１に示す実施形態に加えて、更に前記負荷ＲＬの一方の電源入力端子にヒューズ５を介して第２の疑似負荷６の一端を接続すると共に、この第２の疑似負荷６の他端を前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の各コモン端子にそれぞれダイオード７,８を介して接続して実現される。この第２の疑似負荷６も前述した疑似負荷４と同様に発光素子ＰＤと、この発光素子ＰＤに光結合された受光素子ＰＴＲとからなるフォトカプラからなる。そしてこの第２の疑似負荷６にて生成される第２のパルス信号を、前述したパルス信号と並列に前記制御器１,２にそれぞれ与え、各制御器１,２においてはこれらの２種類のパルス信号の有無から前述したリレーＫ１,Ｋ２の正常性を判定するようにしたことを特徴としている。

このように構成された装置における疑似負荷４の動作については、前述した実施形態と同様である。しかしこの実施形態の場合、例えば第２のリレーＫ２に溶着が生じた場合には、第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止しても（非駆動時）、該第２のリレーＫ２からヒューズ５、第２の疑似負荷６、そしてダイオード７を順に介して交流電流が流れるので前記第２の疑似負荷６にてパルス信号が生成される。また第１のリレーＫ１に溶着が生じた場合には、第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止しても（非駆動時）、該第１のリレーＫ１から負荷ＲＬ、ヒューズ５、第２の疑似負荷６、そしてダイオード８を順に介して交流電流が流れるので、前記第２の疑似負荷６にてパルス信号が生成される。

そして第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止したとき（非駆動時）、該リレーＫ１,Ｋ２が正常に常閉端子ＮＣ側に切り替わったときにだけ、前記第２の疑似負荷６を介する電流ルートが遮断されることになる。従って第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の非駆動時に前記第２の疑似負荷６を介してパルス信号が検出されるか否かを判定することで、第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の異常を検出することができる。

ちなみにこの実施形態の場合、前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２の駆動時には、基本的には前記第２のリレーＫ２、ヒューズ５、第２の疑似負荷６、そしてダイオード８を順に介して交流電流が流れる。そして本来的にはリレーＫ１,Ｋ２の常閉端子ＮＣ側に接続された疑似負荷４を介する電流ルートは形成されない筈である。従ってリレーＫ１,Ｋ２の駆動時に前記疑似負荷４にてパルス信号が生成されているか否かを調べてその正常性を判断するようにすれば良い。即ち、第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２が正常な場合には、その駆動時には第２の疑似負荷６においてだけパルス信号が生成され、非駆動時には前記疑似負荷４においてだけパルス信号が生成されるので、これらの関係を総合判定して前記第１および第２のリレーＫ１,Ｋ２に対する異常判定を行うようにすれば良い。

尚、前記ヒューズ５については、負荷ＲＬの駆動電流よりも十分に小さい定格電流のものを用いるようにすれば良い。このようにヒューズ５の定格電流を定めておけば、仮にリレーＫ１が溶着しても、リレーＫ１、負荷ＲＬ、ヒューズ５、疑似負荷６、そしてダイオード８を順に介して流れる交流電流によってヒューズ５が溶断するので、負荷ＲＬに異常な電流が供給されることは無い。またヒューズ５の溶断に伴って第２の疑似負荷６での不本意なパルス信号の生成がなくなるので、その検出系の異常を検出することができる。

かくして上述した構成の異常検出装置によれば、負荷ＲＬへの交流電力の供給をオン・オフ制御するリレーＫ１,Ｋ２の異常のみならず、その異常検出系の異常を含めて確実に検出することができる。そして異常検出時には、負荷ＲＬへの電力供給を両切り制御するリレーＫ１,Ｋ２の駆動を停止させることで、少なくとも接点溶着が生じていない側のリレーを用いて負荷ＲＬへの電力供給を確実に停止させることができる。従ってリレー出力の安全性を十分に確保することが可能となる。また前述した実施形態においては、リレーＫ１,Ｋ２の駆動系についても二重化されているので、その動作安全性を確実に保証することが可能となる等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばリレーＫ１,Ｋ２の駆動系については三重化することも可能である。また前述したように２回路型のリレーを用いて負荷ＲＬに対する電力供給を両切り制御することも可能である。またここでは負荷が一対の電源入力端子を供える場合を説明したが、これに限らない。負荷が三本一組の電源入力端子を供えている（例えば三相電動機など）の場合、それぞれの電源入力端子への電源入力を開閉する３つのリレーが設けられるが、これにも本発明を同様に適用することができる。即ち、その電源端子をＵ，Ｖ，Ｗとすると、Ｕ−Ｖ対、Ｖ−Ｗ対、Ｗ−Ｕ対にそれぞれ上記の実施例と同様の擬似負荷をデルタ結線またはスター結線状に接続して、これらの擬似負荷の動作状態から各リレー接点の異常を検出するようにすれば良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

ＰＳ 交流電源
ＲＬ 負荷
Ｋ１,Ｋ２ リレー
Ｃ コモン端子
ＮＯ 常開端子（ノーマル・オープン）
ＮＣ 常閉端子（ノーマル・クローズ）
１,２ 制御器（ＣＰＵ）
３,７,８ ダイオード
４ 疑似負荷（フォトカプラ）
５ ヒューズ
６ 第２の疑似負荷（フォトカプラ）
ＰＤ 発光素子
ＰＴＲ 受光素子

Claims (3)

1. 非駆動時にはコモン端子と常閉端子との間を接続し、駆動時には前記コモン端子と常開端子との間を接続する複数のリレーを備え、これらのリレーの各コモン端子を交流電源における複数の出力端子に各別に接続すると共に、前記リレーの各常開端子を負荷における複数の電源入力端子に各別に接続してなるリレー出力回路において、
   前記複数のリレーの各常閉端子間にダイオードを介して前記交流電源により駆動される疑似負荷を設け、前記複数のリレーの非駆動時における前記疑似負荷の動作状態から前記複数のリレーの故障の有無を判定する判定手段と、
   前記負荷の一方の電源入力端子に一端を接続すると共に、他端を複数のリレーの各コモン端子にそれぞれダイオードを介して接続して第２の疑似負荷を設け、前記複数のリレーの非駆動時における前記第２の疑似負荷の動作状態から前記複数のリレーの故障の有無を判定する第２の判定手段と、を備えたことを特徴とするリレー異常検出装置。
2. 前記疑似負荷は、前記交流電源により駆動される発光素子と、この発光素子に光結合された受光素子とからなるフォトカプラであって、
   前記判定手段は、前記各リレーの駆動回路の作動を制御する制御器が有し、前記受光素子の出力を検出する機能として実現されるものである請求項１に記載のリレー異常検出装置。
3. 前記第２の疑似負荷は、前記交流電源により駆動される発光素子と、この発光素子に光結合された受光素子とからなるフォトカプラであって、
   前記第２の判定手段は、前記複数のリレーの駆動回路の作動を制御する制御器が有し、前記受光素子の出力を検出する機能として実現されるものである請求項１又は２に記載のリレー異常検出装置。

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