JP7341048B2 - 溶着検出装置及び溶着検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶着検出装置及び溶着検出方法に関する。

従来、リレーの接点が溶着しているか否かを検出する方法としては、リレーにかかる電圧を監視してリレーの溶着を検出する手段が一般的であるが、この方法では、電圧が印加されていないときに、リレーの溶着を正確に検出することができない。そこで、特許文献１には、リレーが開状態に制御されているときに、リレーを介して流れる電流の有無を検出素子で検出することによってリレーの溶着を検出する溶着検出装置が開示されている。

特開２０００?１７３４２８号公報

例えば、負荷に接続する電源を単相３線式の交流電源から別の交流電源に切り替える切替装置に上記の溶着検出装置を用いる場合、溶着検出装置が溶着を誤検出するおそれがある。具体的には、図４に示すように、溶着検出装置９０で負荷と電源とを開閉するリレー９１の溶着を検出する場合において、中性線Ｎと電力線Ｌ１間の交流１００Ｖの電圧がリレー９１に印加されていると、負荷と電源とを接続するライン９２からリレー９１を介さずに溶着検出装置９０に交流電流が流れ込み、その電流が検出素子に流れて、溶着検出装置９０がリレー９１の溶着を誤検出するおそれがある。

本発明の課題は、検出素子に流れる電流の有無によってリレーの溶着を検出する溶着検出装置において、溶着の誤検出を防止することにある。

本発明の一態様に係る溶着検出装置は、負荷と負荷に交流電力を供給する電源との接続を開閉するメインリレーの溶着を検出する。溶着検出装置は、第１回路と、第１回路電源と、第２回路とを備える。第１回路は、電源とメインリレーを接続する第１ラインと、負荷とメインリレーを接続する第２ラインとに接続される。第１回路は、検出素子を含む。第１回路電源は、第１回路に直流電源を供給する。第２回路は、第１回路に接続され、第１ライン記第２ライン間の電圧差を検出する。第１回路は、メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときに、第１回路電源からの電流がメインリレーを経由して検出素子に流れたか否かに基づいてメインリレーの溶着を検出する。第２回路は、メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、第１ラインと第２ライン間に電圧差が生じているときにのみ第１回路を遮断する。

この溶着検出装置では、メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、第１ラインと第２ライン間に電圧差が生じているときにのみ第２回路によって第１回路を遮断して、第１回路の検出素子を無効にする。すなわち、メインリレーに電圧が印加されている場合において、電源の交流電流が第２ラインからメインリレーを介さずに第１回路に流れ込むことを防止できる。このため、電源の交流電流が第２ラインからメインリレーを介さずに第１回路に流れ込み、その電流が検出素子に流れて溶着検出回路がメインリレーの溶着を誤検出することを防止することができる。

第１回路は、第１ラインとの接続を開閉する第１リレーと、第２ラインとの接続を開閉する第２リレーとをさらに含んでもよい。

溶着検出装置は、負荷に交流電力を供給する電源を第１系統電源及び第２系統電源の一方から他方に切り替える切替装置に設けられてもよい。切替装置は、メインリレーを含んでもよい。メインリレーは、第１系統電源と負荷との接続を開閉する第１メインリレーと、第２系統電源と負荷との接続を開閉する第２メインリレーとを含んでもよい。

本発明の一態様に係る溶着検出方法は、負荷と負荷に交流電力を供給する電源との接続を開閉するメインリレーの溶着を検出する。溶着検出装置は、第１回路と、第１回路電源と、を備える。第１回路は、電流を検出する検出素子を含み、電源とメインリレーを接続する第１ラインと負荷とメインリレーを接続する第２ラインとに接続される。第１回路電源は、第１回路に直流電流を供給する。溶着検出方法は、メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときに、第１回路電源からの電流が前記メインリレーを経由して前記検出素子に流れたか否かに基づいて前記メインリレーの溶着を検出するステップと、メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、第１ラインと第２ライン間に電圧差が生じているときにのみ第１回路を遮断するステップとを備える。

本発明によれば、検出素子に流れる電流の有無によってリレーの溶着を検出する溶着検出装置において、溶着の誤検出を防止することができる。

溶着検出装置が組み込まれた電源切替装置の構成を模式的に示した図である。 溶着検出装置の回路図を模式的に示した図である。 メインリレー、第１リレー及び第２リレーが動作するタイミングを示すタイミングチャートである。 溶着検出装置の課題を説明するための図である。

図１は、本発明の一態様に係る溶着検出装置１０が組み込まれた電源切替装置１の構成を模式的に示した図である。電源切替装置１は、負荷２に交流電力を供給する電源を第１系統電源及び第２系統電源の一方から他方に切り替える。具体的には、停電などの障害によって商用電源Ａから負荷２への交流電力の供給が遮断された場合に、負荷２に交流電力を供給する電源を商用電源Ａから別の商用電源、或いは自立電源Ｂに切り替える。自立電源Ｂは、例えば太陽光発電システムによって生成された電力による電源である。

本実施形態における電源切替装置１は、負荷２に交流電力を供給する電源を商用電源Ａ及び自立電源Ｂの一方から他方に切り替える。商用電源Ａ及び自立電源Ｂは、単相３線式の交流電源である。単相３線式では、中性線Ｎを基準に電力線Ｌ１，Ｌ２にAC１００Ｖの電圧がかかっている。

電源切替装置１はメインリレー３ａ，３ｂと、メインリレー４ａ，４ｂと、制御部５と、を備えている。メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは、ａ接点のラッチングリレーである。メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは、負荷２と負荷２に交流電力を供給する電源との接続を開閉する。メインリレー３ａ，３ｂは、第１メインリレーの一例であり、メインリレー４ａ，４ｂは、第２メインリレーの一例である。なお、メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは、ラッチング以外のリレーであってもよい。例えば、コイルが励磁されている間だけ接点の開状態或いは閉状態が維持されるリレーであってもよい。

メインリレー３ａ，３ｂは、商用電源Ａと負荷２との接続を開閉する。メインリレー３ａは、商用電源Ａの電力線Ｌ１と負荷２との接続を開閉する。メインリレー３ｂは、商用電源Ａの電力線Ｌ２と負荷２との接続を開閉する。メインリレー４ａ，４ｂは、自立電源Ｂと負荷２との接続を開閉する。メインリレー４ａは、自立電源Ｂの電力線Ｌ１と負荷２との接続を開閉する。メインリレー４ｂは、自立電源Ｂの電力線Ｌ２と負荷２との接続を開閉する。なお、メインリレーを中性線Ｎ上に配置して、中性線Ｎ上に配置されたメインリレーによっても商用電源Ａおよび自立電源Ｂと負荷２との接続を開閉するように構成してもよい。

制御部５は、メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを開閉制御する。制御部５は、メインリレー３ａとメインリレー３ｂを同時に開閉制御する。制御部５は、メインリレー４ａとメインリレー４ｂを同時に開閉制御する。例えば、商用電源Ａから負荷２に交流電力を供給する場合は、制御部５は、メインリレー３ａ，３ｂを閉状態に制御し、メインリレー４ａ，４ｂを開状態に制御する。なお、中性線Ｎにもメインリレーを設けて、中性線Ｎに設けられたメインリレーをメインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに連動して開閉制御するように構成してもよい。

制御部５は、負荷２に接続する電源を商用電源Ａから自立電源Ｂに切り替えるときは、メインリレー３ａ，３ｂを閉状態から開状態に制御し、メインリレー４ａ，４ｂを開状態から閉状態に制御する。反対に、負荷２に接続する電源を自立電源Ｂから商用電源Ａに切り替えるときは、制御部５は、メインリレー３ａ，３ｂを閉状態から開状態に制御し、メインリレー４ａ、４ｂを開状態から閉状態に制御する。制御部５は、例えば、商用電源Ａから負荷２への交流電力の供給が遮断されたことを検出すると、メインリレー３ａ，３ｂを閉状態から開状態に制御し、メインリレー４ａ，４ｂを開状態から閉状態に制御する。

溶着検出装置１０は、電源切替装置１が負荷２に接続する電源を切り替えるときに、メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの溶着を検出する。例えば、負荷２に接続する電源を商用電源Ａから自立電源Ｂに切り替えるときは、メインリレー３ａ、３ｂを閉状態から開状態にし、メインリレー３ａ、３ｂの溶着を検出する。そしてメインリレー３ａ、３ｂの溶着が検出されなければ、制御部５がメインリレー４ａ、４ｂを開状態から閉状態に制御する。本実施形態では、１つの溶着検出装置１０によって、全てのメインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの溶着を検出可能に構成されている。なお、溶着検出装置１０をメインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに個別に設けて、メインリレー３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの溶着を個別に検出するように構成してもよい。

図２は、溶着検出装置１０の回路図を模式的に示した図である。溶着検出装置１０は、第１回路１２と、第１回路電源１４と、第２回路１６と、を備えている。第１回路１２は、商用電源Ａの電力線Ｌ１とメインリレー３ａを接続する第１ライン２１と、負荷２とメインリレー３ａを接続する第２ライン２２とに接続されている。

第１回路１２は、第１ライン２１に接続される第３ライン２３と、第２ライン２２に接続される第４ライン２４とを含む。第３ライン２３及び第４ライン２４は、１回路電源１４に接続されている。第３ライン２３には、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。また、第４ライン２４には、回路を保護するためのダイオードＤ１が設けられている。

第１回路１２は、第１リレー１２ａと、第２リレー１２ｂとを含む。第１リレー１２ａは、第３ライン２３上に設けられており、第１ライン２１と第１回路１２との接続を開閉する。第２リレー１２ｂは、第４ライン２４上に設けられており、第２ライン２２と第１回路１２との接続を開閉する。第１リレー１２ａ及び第２リレー１２ｂは、例えば制御部５からの制御信号に応じて同時に開閉制御される。第１リレー１２ａ及び第２リレー１２ｂは、メインリレー３ａの溶着を検出するときにおいて、開状態から閉状態に制御される。第１リレー１２ａ及び第２リレー１２ｂは、トランジスタやＦＥＴなどのスイッチング素子で構成されてもよい。

第１回路１２は、検出素子３０と、トランジスタ３１とを含む。検出素子３０は、例えばフォトカプラであり、発光ダイオードと、フォトトランジスタとを含む。検出素子３０は、第４ライン２４に流れる電流を検知する。第１回路１２は、第１回路電源１４からの電流がメインリレー３ａを経由して検出素子３０に流れたか否かに基づいてメインリレー３ａの溶着を検出する。

検出素子３０の出力端には、抵抗を介して電源が接続されている。検出素子３０に電流が流れなければ、検出素子３０はオフ状態となる。すなわち、検出素子３０は電源からの電圧が付与された状態にあり、検出素子３０から高電圧を表すハイ信号が出力される。一方、検出素子３０に電流が流れると、検出素子３０がオン状態となり、ロー信号が出力される。検出素子３０からロー信号が出力されると、アラームなどの周知の報知手段によってメインリレー３ａが溶着していることを報知する。

トランジスタ３１は、第４ライン２４に設けられている。トランジスタ３１は、検出素子３０と第１回路電源１４との間に設けられている。トランジスタ３１は、第１回路１２が正常に動作するように常にオン状態にあるように制御されている。

第１回路電源１４は、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータによって構成され、第１回路１２に直流電流を供給する。第１回路電源１４は、図２に示すように、第３ライン２３からメインリレー３ａを介して第４ライン２４に流れるように第１回路１２に直流電流を供給する。

第２回路１６は、第１回路１２に接続され、第１ライン２１と第２ライン２２間の電圧差を検出する。すなわち、第２回路１６は、メインリレー３ａの接点間の電圧差を検出する。第２回路１６は、メインリレー３ａが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、第１ライン２１と第２ライン２２間に電圧差が生じているときにのみ第１回路１２を遮断し検出素子３０を無効にする。

第２回路１６は、第３ライン２３と第４ライン２４とに接続されている。第２回路１６は、全波整流４１と、平滑回路４２と、定電流回路４３と、フォトカプラ４４とを含む。第１ライン２１と第２ライン２２間に電圧差が生じているときは、全波整流４１、平滑回路４２、定電流回路４３を介してフォトカプラ４４がオフ状態からオン状態になる。フォトカプラ４４がオン状態になることで、第１回路１２に設けられたトランジスタ３１のＧ－Ｓ間が短絡し、トランジスタ３１がオン状態からオフ状態になる。これにより、第１回路１２が遮断される。

次に、図２及び図３を参照して、負荷２に接続する電源を商用電源Ａから自立電源Ｂに切り替えるときにおいて、溶着検出装置１０がメインリレー３ａの溶着を検出するときの動作を説明する。図３は、メインリレー３ａ、第１リレー１２ａ及び第２リレー１２ｂが動作するタイミングを示すタイミングチャートである。制御部５は、メインリレー３ａを閉状態から開状態に制御した後で、第１リレー１２ａと第２リレー１２ｂを開状態から閉状態に制御する。これにより、第１回路１２が電力線Ｌ１に接続される。

メインリレー３ａが溶着している場合は、図３に破線で示すように、第１回路電源１４からの直流電流が第３ライン２３からメインリレー３ａを介して検出素子３０に流れる。これにより、検出素子３０からロー信号が出力されて、アラームなどの報知手段によって溶着が報知される。

メインリレー３ａが溶着していない場合は、第１回路電源１４からの直流電流が検出素子３０に流れない。このため、検出素子３０はオフ状態のままであり、検出素子３０からはハイ信号が出力され続けることになる。これにより、制御部５はメインリレー３ａが溶着していないと判断して、メインリレー４ａを開状態から閉状態に制御して、負荷２に接続する電源を商用電源Ａから自立電源Ｂに切り替える。なお、実際には、メインリレー３ｂについても、同様の方法により溶着検出装置１０でメインリレー３ｂが溶着していないことを判断してから負荷２に接続する電源を切り替える。

ここで、メインリレー３ａが溶着してない場合であって、中性線Ｎを基準に電力線Ｌ１に１００Ｖの電圧がかかっている場合は、第１ライン２１と第２ライン２２間に交流１００Ｖの電圧差が生じる。このため、第１回路１２を電力線Ｌ１に接続したときに、交流１００Ｖの電流が逆流して、図２に２点鎖線で示すように、第２ライン２２側から第１回路１２の第３ライン２３に電流が流れ込み、その電流が検出素子３０に流れて、溶着検出装置１０がメインリレー３ａの溶着を誤検出するおそれがある。

このような誤検出を防止するために、第１ライン２１と第２ライン２２間に１００Ｖの電圧差が生じているときは、第２回路１６によって第１回路１２を遮断する。詳細には、第１ライン２１と第２ライン２２間に電圧差（ここでは、例えば１００Ｖの電圧差）が生じているときは、第２回路１６のフォトカプラ４４がオン状態となる。そして、フォトカプラ４４をオン状態にすることで、トランジスタ３１を強制的にオン状態からオフ状態にして、第１回路１２を遮断する。これにより、交流１００Ｖの電流が検出素子３０に流れ込むことを防止できる。すなわち、検出素子３０のオフ状態が維持されて、検出素子３０からはハイ信号が出力され続けることになるので、その結果、溶着検出装置１０が溶着を誤検出することを防止できる。

なお、第１ライン２１と第２ライン２２間に電圧差が生じていなければ、交流１００Ｖの電流が逆流して第２ライン２２側から第１回路１２に流れ込むことがないので、前述したように、第１回路１２を用いて第１回路電源１４からの直流電流が検出素子３０に流れたか否かによってメインリレー３ａの溶着を検出する。

負荷２に接続する電源を自立電源Ｂから商用電源Ａに切り替えるときの溶着検出装置１０の動作については、溶着を検出するメインリレー（この場合は、メインリレー４ａ，４ｂ）が異なるのみであり、メインリレー３ａの溶着を検出するときの動作と同じであるため、説明を省略する。

以上、本発明の一態様に係る電磁継電器の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、検出素子３０に電流が流れることでメインリレー３ａが溶着していることを検出していたが、例えば、検出素子３０に電流が流れないことでメインリレー３ａが溶着していることを検出するように溶着検出装置１０を構成してもよい。

前記実施形態では、電源切替装置１が負荷２に交流電力を供給する電源を商用電源A及び自立電源Bの一方から他方に切り替える構成を例示したが、電源切替装置１が切り替える電源は、前記実施形態に限定されるものではない。負荷２に交流電力を供給する電源を第１系統電源及び第２系統電源の一方から他方に切り替える構成であればよい。例えば、電源切替装置１は、商用電源Aとバックアップ電源とを切り替える構成であってもよいし、必ずしも商用電源でなくてもよい。

前記実施形態では、電源切替装置１に溶着検出装置１０を採用した構成を例示したが、溶着検出装置１０の用途は特に限定されない。溶着検出装置１０は様々な装置や回路に採用することができる。

本発明によれば、検出素子に流れる電流の有無によってリレーの溶着を検出する溶着検出装置において、溶着の誤検出を防止することができる。

２ 負荷
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ メインリレー
１０ 溶着検出装置
１２ 第１回路
１４ 第１回路電源
１６ 第２回路
３０ 検出素子
２１ 第１ライン
２２ 第２ライン

Claims (4)

1. 負荷と前記負荷に交流電力を供給する電源との接続を開閉するメインリレーの溶着を検出する溶着検出装置であって、
   電流を検出する検出素子を含み、前記電源と前記メインリレーを接続する第１ラインと前記負荷と前記メインリレーを接続する第２ラインとに接続される第１回路と、
   前記第１回路に直流電流を供給する第１回路電源と、
   前記第１回路に接続され、前記第１ラインと前記第２ライン間の電圧差を検出する第２回路と、
   を備え、
   前記第１回路は、前記メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときに、前記第１回路電源からの電流が前記メインリレーを経由して前記検出素子に流れたか否かに基づいて前記メインリレーの溶着を検出し、
   前記第２回路は、前記メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、前記第１ラインと前記第２ライン間に電圧差が生じているときにのみ前記第１回路を遮断する、
   溶着検出装置。
2. 前記第１回路は、前記第１ラインとの接続を開閉する第１リレーと、前記第２ラインとの接続を開閉する第２リレーとをさらに含む、
   請求項１に記載の溶着検出装置。
3. 溶着検出装置は、前記負荷に交流電力を供給する前記電源を第１系統電源及び第２系統電源の一方から他方に切り替える切替装置に設けられ、
   前記切替装置は、前記メインリレーを含み、
   前記メインリレーは、前記第１系統電源と前記負荷との接続を開閉する第１メインリレーと、前記第２系統電源と前記負荷との接続を開閉する第２メインリレーとを含む、
   請求項１又は２に記載の溶着検出装置。
4. 負荷と前記負荷に交流電力を供給する電源との接続を開閉するメインリレーの溶着を検出する溶着検出装置の溶着検出方法であって、
   前記溶着検出装置は、
   電流を検出する検出素子を含み、前記電源と前記メインリレーを接続する第１ラインと前記負荷と前記メインリレーを接続する第２ラインとに接続される第１回路と、
   前記第１回路に直流電流を供給する第１回路電源と、
   を備え、
   前記メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときに、前記第１回路電源からの電流が前記メインリレーを経由して前記検出素子に流れたか否かに基づいて前記メインリレーの溶着を検出するステップと、
   前記メインリレーが閉状態から開状態に制御されたときにおいて、前記第１ラインと前記第２ライン間に電圧差が生じているときにのみ前記第１回路を遮断するステップとを備える、溶着検出方法。

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