JP6005490B2 - 電磁接触器の温度の評価方法およびその方法を実施する接触器 - Google Patents

Description

本発明は、操作コイル電圧の制御手段上で動作するように設計された処理ユニットを含む電磁接触器の温度の評価方法に関する。測定手段は操作コイル中を流れる電流を測定する。

本発明は、このような方法を実施する接触器にも関する。そのような接触器は、磁気ヨークと強磁性可動コアを有する電磁アクチュエータ、および操作コイルの制御手段を含む。測定手段は操作コイル中を流れる電流を測定する。

電気接触器は温度に感応する製品である。特に、電力接触器の閉成段階では、高すぎる温度が機能不全を生じさせる。実際、制御電圧が接触器に印加されたとき、接触器の可動部品の動的な動きはコイルの電気抵抗に依存する。しかし、この抵抗は温度に依存する。このように、温度が高すぎるとき、電力接触は閉成上の困難性を有し、接点同士の溶着により接触器を開成させることが不可能になりかねない接点バウンスに至るというリスクがある。さらに、ホールド段階においては、接触器の動作中に加熱が発生することがある（例えば、正しくない締め付けによる接続端子の加熱、接触器が高すぎる電力の電流にさらされたときの電力接続ストリップの加熱、嵌め込まれたパネルの加熱、あるいは次々と短かすぎる時間に行われ、あるいは頻繁過ぎる開成／閉成動作など）。しかし、製品の過剰な加熱は、可動部品の動きを防止するブラスチック支持体の部分的な溶融および最悪ケースの場合、電力接続のブロック開放を引き起こす。

この理由のため、今日の若干の電気接触器は処理手段に結合された温度検出器を一体化している。接触器の温度をモニタする手順は、接触器の使用中に特に適切な保守を計画するために、接触器の処理手段中でますます頻繁に実行されるように要請される。温度検出器の使用は、接触器のコイルの温度とは一般に実際には対応していない局所的な温度測定をするという欠点を呈する。しかし、突入（ｉｎｒｕｓｈ）段階やホールド段階における不動作の危険はコイルの温度の値に強く関連している。さらに、特定のセンサの使用に基づいた局所的な温度を評価するためのこれらの方法の実行は、製品の産業上の使用に対してしばしば売買契約取消である追加コストをしばしば発生させる。

したがって、本発明の目的は、追加センサなしで、コイルの温度の決定に基づいて接触器の温度を評価する方法を提供することにより、最新技術における欠点を除去することである。

本発明にかかる方法は、
− コイル中を流れる電流が、第１の参照値まで変化することを可能にする電圧を操作コイルの端子に印加することを含む閉成指令を送り、
− 操作コイルの端子においてドロップアウト電圧と呼ばれる電圧を設定することを含むドロップアウト指令を送り、
− 前記操作コイル中を流れる電流を測定し、
− 電流信号上の特定の値の取得を行い、
− 操作コイルの動作温度の評価のために特定の値の解析を行うことにある。

本発明の第１の発展態様によれば、操作コイル中を流れる電流信号上の特定の値の取得段階は、減少時間後に到達する電流の第２の参照値を決定することを含む。

特別の実施例によれば、本発明の方法は、設定された減少時間後に操作コイル中を流れる電流値と等しく、第１の参照値よりも低い第２の参照値を定めることにある。

他の特定の実施例によれば、本発明の方法は、前記第２の参照値が固定され、前記第１の参照値よりも低くされて、操作コイル中を流れる電流がある電流値に達するまでの減少時間を定めることにある。

この第１の実施例では、本発明の方法は、前記第１および第２の参照値および減少時間から操作コイルの抵抗値を定めることにあり、前記操作コイルの抵抗は次の式により表現される。
ここで、
Ｕcoil はコイルの電圧と等しく、
Ｒeps は電気回路中に存在する追加的抵抗の合計に等しく、
Ｌcoil はコイルのインダクタンスであり、
ＤＴ＝ｔ２−ｔ１ は電流が減少時に２つの参照値Ｉ１およびＩ２を経由して通過する時の時点を分離する時間に対応する。

本発明の方法は、接触器の温度対操作コイルの抵抗を評価することにあることが有利であり、操作コイルの温度は、次の式の形で表現される。
ここで、
− α は電気抵抗の熱係数(thermal coefficient)であり、
− Ｒinit は初期温度Ｔinitと称される温度でのコイルの抵抗と等しく、
− Ｔinit は一般的に環境温度と等しい、初期温度と称される温度である。

本発明の第２の発展態様によれば、操作コイル中を流れる電流信号上の特定の値の取得段階は、前記コイル中の電流減少曲線を第１の参照値と第２の参照値間でプロットすることにある。

解析および評価段階は、減少曲線を接触器の特定の動作の参照曲線と比較すること、前記減少曲線の位置の参照曲線に関する位置に依存して接触器の温度抵抗を評価することにあることが有利である。

代替実施例によれば、操作コイルの端子におけるドロップアウト電圧と称される電圧を固定するドロップアウト指令を送る段階よりも、電流の安定段階が前に生ずる。

電流は、第１の参照値で安定化されることが有利である。

ドロップアウト電圧は、操作コイルが全減少時間を通じてフリーホイールモードにされた状態で、フリーホイールダイオードにより設定されることが好ましい。

上述した温度を評価する方法を実行するための本発明による接触器は、次の処理ユニットを有している。
− 電流信号上の特定の値の取得を行う手段、
− 操作コイルの動作温度を評価するために、特定の値を解析する手段。

接触器は少なくとも１つの操作コイルと測定手段に並列に接続された、少なくとも１つのフリーホイールダイオードを備えることが好ましい。

他の利点や特徴は、非限定的な例示の目的のみで与えられ、添付図面に表現された、以下の本発明の特別な実施例の記載より明らかになる。

本発明の実施例による評価方法の実行に適切な制御および調節の機能的な配線図を示す。 本発明の他の実施例による評価方法の実行に適切な制御および調節の機能的な配線図を示す。 異なる動作状態で、接触器の温度を評価する方法の過程において測定された電流の変動をプロットした曲線を示す。 ドロップアウト電流のプロットおよび接触器が許容される最低および最高温度での動作に対する電流変化の理論上の曲線にそれぞれ対応する参照曲線のプロットを示す。 本発明の一実施例による接触器のアクチュエータのブロック図を示す。

本発明による、接触器の動作状態における温度の評価方法は、磁気ヨーク４と強磁性体可動コア５（図６）により構成される磁気回路を有する電磁アクチュエータを有する接触器に特に意図されている。可動コアの動きは、第１及び第２の電源端子Ｂ１、Ｂ２にコイル電圧制御手段を介して接続された少なくとも1つの操作コイル３により指令される。処理装置２は、特にＭＯＳあるいはＩＧＢＴのような電圧制御手段２０上で作動するように設計されている。

接触器の動作状態における温度評価の方法は、次のような連続的なステップを含んでいる。
− 操作コイル３の準備段階、
− 測定手段２４による操作コイル3中の電流Ｉの測定段階、
− 操作コイル３を流れる電流Ｉの特定の値の取得段階、
− 操作コイル３の動作温度の評価のための特定の値の解析段階。

準備段階は、コイル中を流れる電流Ｉを第１の参照値Ｉ１にするために、操作コイル３の端子Ｌ１、Ｌ２に電圧Ｕを印加するために閉成指令を送る第１のステージにある。準備段階は、それから、操作コイルの端子Ｌ１、Ｌ２にドロップアウト電圧と称される電圧を設定するドロップアウト指令を送ることにある。より有利なやり方では、準備段階は安定化段階を統合することができる。電流Ｉは、アクチュエータ中の磁束を自身で安定化できる十分な時間中に、前記参照値Ｉ１に実際に安定化される。この中間安定化段階の後、ドロップアウト指令が送られることができる。

測定段階は、操作コイル中の電流の減少が第２の参照値Ｉ２に達することを測定することにある。

本発明の第１の好ましい実施例によれば、操作コイル３中を流れる電流Ｉの信号上の特定の値の取得段階は、電流の第２の参照値を決定することにある。第２の参照値には，減少時間ＤＴ後に達する。

第１の実施例の第１の特別なモードによれば、本発明の方法は、減少時間を設定すること、および第２の参照値を取得することにある。

第１の実施例の第２の特別なモードによれば、本発明の方法は、第２の参照値Ｉ２を設定すること、第１の参照値Ｉ１から第２の参照値Ｉ２に移行させるのに必要な電流Ｉの減少時間ＤＴを取得することにある。

それから、解析および評価段階は、第１および第２の参照値Ｉ１、Ｉ２および減少時間ＤＴから操作コイル３の抵抗Ｒcoilを決定することにある。この第１の実施例によれば、接触器の温度の評価は操作コイルの抵抗Ｒcoilの関数である。

電流減少の式は次のとおりである。
ここで、
Ｕcoil はコイル電圧に等しく、
Resp は電子回路中に存在する、測定手段２４の抵抗及び／又はオン状態での選択スイッチの抵抗などの付加的抵抗の総量に等しく、
Ｌcoil はコイルのインダクタンス、
ｔ１ は電流値Ｉ１に対する電流減少測定時間である。

もし、測定時間が値ｔ２と等しいときは、第２の参照値Ｉ２は次の形で書くことができる。
ここで、ＤＴ＝ｔ２−ｔ１ は減少時、電流が２つの参照値Ｉ１およびＩ２を介して電流が通過する各瞬間を分離する時間に対応する。

これは、次のようにも書くことができる。

したがって、既知のドロップアウト電圧Ｕcoilに支配される操作コイル３中の電流Ｉの変動は、そのコイルの抵抗Ｒcoilに直接関連している。他のパラメータは設定されているか、既知となっている。

温度評価段階はＲcoilを知ることにより行なわれる。操作コイル３の温度は次の式のような形で表される。
ここで、
α は電気抵抗の熱係数（約０．００４Ｋ^−１）
Ｒinit は初期温度Ｔinitと称される温度でのコイルの抵抗に等しく、
Ｔinit は一般には周囲温度に等しい初期温度と称される温度である。

本発明の第２の好ましい実施例によれば、操作コイル３を流れる電流Ｉの信号上の特定の値の取得段階は、操作コイル３中を流れる電流Ｉの第１の参照値Ｉ１と第２の参照値Ｉ２間の減少曲線Ｓｉをプロットすることにある。それから、解析および評価段階は、前記減少曲線Ｓｉを接触器の特定の動作の参照曲線Ｇ１と比較することにある。図４に表されるように、動作の参照曲線Ｇ１は、２つの理論的減少曲線ＳｉmaxおよびＳｉminを含む。

第１の理論的減少曲線Ｓｉmaxは、許容最低温度での接触器の動作に対応する。

第２の理論的減少曲線Ｓｉminは、許容最高温度での接触器の動作に対応する。

接触器の温度の評価は、それから２つの理論減少曲線Ｇに関する減少曲線Ｓｉの位置決めの関数である。

本発明による方法を実施するための接触器は、操作コイル３（図１）を流れる電流Ｉの測定手段２４を含む。この手段は操作コイル３に直列に置かれた抵抗シャントを含むことができる。最後に、電流Ｉの測定手段２４の少なくとも操作コイル３により構成される組み立て体に、フリーホイールダイオードＤ１が並列に接続される。

制御手段２０はドロップアウト電圧と称される電圧をセットすることよりなるドロップアウト指令を操作コイル３の端子Ｌ１およびＬ２に送る。このドロップアウト電圧はフリーホイールダイオードＤ１によりセットされる。そしてコイルは測定段階の間、「フリーホイール」モードとなる。

代替実施例によれば、操作コイル３に直列にゼナーダイオードＤｚが接続され得る。図２によれば、ゼナーダイオードＤｚは操作コイル３および電流Ｉの測定手段２４に直列に挿入されることが好ましい。ダイオードと並列に接続されたシャント手段２１はゼナーダイオードが閉成位置にあるときにこれをシャントするように設計されている。ドロップアウト電圧は、シャント手段を閉成位置にしておき、ゼナーダイオードによりセットされる。そしてコイルは測定段階の間、ゼナーモードにある。

図３に描かれているように、本発明による温度を評価する方法は、温度条件が好ましくない接触器の閉成段階の開始時に接触器の閉成を防止することができるように、適用することができる。さらに、本発明による温度の評価方法は、電磁接触器が閉成状態にある間に温度状態についての定期的な情報を提供するために、周期的なやり方でも適用することができる。

２ 処理ユニット
３ 操作コイル
４ 磁気ヨーク
５ 強磁性体可動コア
２０ 電圧制御手段
２１ シャント手段
２４ 電流測定手段
Ｄ１ フリーホイールダイオード
Ｇ１ 参照曲線

Claims (14)

1. 接触器の温度の評価方法であって、前記接触器は、
   操作コイルに印加される電圧の制御手段（２０）に作用するように設計された処理ユニット（２）、
   少なくとも1つの操作コイル（３）、
   前記少なくとも1つの操作コイル（３）中を流れる電流（Ｉ）の測定手段（２４）を備え、
   前記方法は、
   前記操作コイル（３）の端子（Ｌ１，Ｌ２）に電圧を印加することを含む閉成指令を送って前記コイル中を流れる電流（Ｉ）が第１の参照値（Ｉ１）にまで変更されることを可能にし、
   前記操作コイル（３）の前記端子（Ｌ１，Ｌ２）にドロップアウト電圧と称される電圧を設定することを含むドロップアウト指令を送り、
   前記操作コイル（３）中を流れる電流（Ｉ）を測定し、
   前記電流（Ｉ）の信号上の特定の値の取得を行い、
   前記操作コイル（３）の動作温度の評価のために、前記特定の値を解析する、
   ことにある、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の評価方法において、前記方法は、前記操作コイル（３）中を流れる電流（Ｉ）の信号上の特定の値の取得段階は、減少時間（ＤＴ）の後に達する、電流の第２の参照値（Ｉ２）を決定することにある、ことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の評価方法において、前記方法は、前記第２の参照値（Ｉ２）を、設定された減少時間（ＤＴ）後に操作コイル（３）を流れる電流（Ｉ）に等しい値に設定することにある、ことを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の評価方法において、前記方法は、前記操作コイル（３）を流れる電流（Ｉ）が前記第１の参照値より低く設定された第２の参照値である電流値（Ｉ２）に達するまでの減少時間（ＤＴ）の決定にある、ことを特徴とする方法。
5. 請求項２ないし４のいずれかの評価方法において、前記方法は、操作コイル（３）の抵抗（Rcoil）の値を前記第１および第２の参照値（Ｉ１、Ｉ２）および減少時間（ＤＴ）から決定されることにある、ことを特徴とする方法であって、前記抵抗（Rcoil）は次式で表現され、
   ここで、
   Ｕcoil はコイル電圧に等しく、
   Resp は電子回路中に存在する、測定手段２４の抵抗及び／又はオン状態での選択スイッチの抵抗などの付加的抵抗の総量に等しく、
   Ｌcoil はコイルのインダクタンスである。
6. 請求項５に記載の評価方法において、該方法は、前記操作コイルの抵抗（Rcoil）に基づいて接触器の温度を評価することにある、ことを特徴とする方法であって、操作コイルの温度は次式の形で表現され、
   ここで、
   α は電気抵抗の熱係数（約０．００４Ｋ^−１）であり、
   Ｒinit は初期温度Ｔinitと称される温度でのコイルの抵抗に等しく、
   Ｔinit は一般には周囲温度に等しい初期温度と称される温度である。
7. 請求項１に記載の評価方法において、前記操作コイル（３）を流れる電流（Ｉ）の信号上の特定の値の取得段階は、前記コイル中の電流（Ｉ）の前記第１の参照値（Ｉ１）と第２の参照値（Ｉ２）の間での減少曲線（Ｓｉ）をプロットすることにある、ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の評価方法において、解析および評価段階が、前記減少曲線（Ｓｉ）を接触器の動作の特定の参照曲線（Ｇ１）と比較することを含み、そして前記接触器の温度抵抗の評価は前記参照曲線（Ｇ１）に対する前記減少曲線の位置の関数であることにある、ことを特徴とする方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の評価方法において、前記操作コイル（３）の前記端子（Ｌ１，Ｌ２）にドロップアウト電圧と称される電圧を設定することを含むドロップアウト指令を送る段階よりも、前記電流（Ｉ）の安定化段階が先行することを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の評価方法において、前記電流（Ｉ）は前記第１の参照値（Ｉ１）に安定化されることを特徴とする方法。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の評価方法において、ドロップアウト電圧はフリーホイールダイオード（Ｄ１）により設定され、前記操作コイル（３）は全減少時間（ＤＴ）の間フリーホイールモードとされることにある、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の評価方法において、前記操作コイル（３）中を流れる電流（Ｉ）の測定段階と、前記電流（Ｉ）の信号上の特定の値の取得段階は、前記操作コイル（３）の前記端子（Ｌ１，Ｌ２）に前記ドロップアウト電圧と称される電圧を設定するドロップアウト段階の間に行われる、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１ないし１２の温度評価方法を実現する接触器であって、
    磁気ヨーク（４）と強磁性可動コア（５）を有する電磁アクチュエータと、
    操作コイルの制御手段（２０）と、
    前記制御手段（２０）に接続された操作コイル（３）と、
    前記操作コイル（３）中の電流（Ｉ）の測定手段（２４）とを備え、
    前記接触器は、
    前記電流（Ｉ）の信号上の特定の値の取得を行う手段と、
    前記操作コイル（３）の動作温度の評価のために前記特定の値の解析を行う手段とを備えたことを特徴とする接触器。
14. 請求項１３に記載の接触器において、少なくとも１つの前記操作コイル（３）と前記測定手段（２４）に並列に接続された少なくとも１つのフリーホイールダイオード（Ｄ１）を備えたことを特徴とする接触器。