TWI321333B - - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 “本發明係有關於把握例如藉由電磁操作裝置而操作電 力斷路态等之開關裝置時的被操作機器之 =置之狀態、或開關裝置之狀態之狀態把握裝 :、系有關於具備該狀態把握裝置的開關控制裝置之相關技 術。 【先前技術】 作為量測斷路器（circui t breaker^態量之一的開 =點消耗量之計測裝置，例如附加指標於連接於電磁致 裒置（magnet! c actuator)之驅動線圈的驅動棒，並使用 測器來檢測其位置，且調查來自因接點之消耗而 ^致來自_的位置之指標的移動f。（參考例如專利文獻 專利文獻1 :英國專利公開公報筮 f- ^ 1P 张弟235〇724號公報（第 5頁第15行至第20行、以及第$圖） 【發明内容】 〔發明欲解決的課題〕 由於習知之量測開關接點的消耜旦 4 月耗里之計測裝置係如上 述之構成，故需要光學性檢測器，且鐵 需要光學性地確定目標來掌握指 ' :外’： 軸移等之調整。而且由於接點㈣耗不會 述調整必須以高精密度來進行。並里"s mm左右，故上 光學性檢丨則哭Ί a 的致動裝置品要2個，三相斷路器 、时口 J而要6個檢測器，故 3J8466 6 具有裝置成本高的問題。 本考X明為解決上述問題而研創者，其目的係獲得能小 二二且廉價而精密度高的狀態把握裝置。此外，其目的 4得具備此狀態把握裝置之開關控制裝置。 〔解決課題之手段〕 本發明之狀態把握裳置係設置於具傷固定鐵心、相對 於該固定鐵心以能蔣叙夕古4' π碰1、 動之方式所構成之可動鐵心、藉由驅 <要電源而激磁’使上述可動鐵心移動之電磁線圈、以及 ^置於可_心的相部之永久磁鐵之電磁操作裝置，並 =上边電磁操作襄置的狀態之狀態把握裝置中，其係由 下列所構成·· 電机測疋手段，係測定流通於上述電磁線圈的電流； 磁通測定手段，係測定上述固定鐵心内部的磁通 (magnetic flux); 质异手段，係演算表示來自上述電流 ==間性變化之電流變化波形，以及表示來自上= U疋手&之輸出信號的時間性變化之 作成演算波形；以及 亚 主。判疋手^又’係求知上逑演算波形的特徵點，且根 據該特欲點的資訊而判定上述電磁操作裝置的狀態。 此外本發明之開關控制裝置係根據藉由中請專利第 1至6項之任-項的狀態把握裝置而獲得之電磁 的狀；，故障的程度，且進行對應上述故障程度= 不，並且控制重故障發生時之開關操作。 ’、 318466 7 〔發明之功效〕 而」本發明，藉由演算磁通變化波形和電流變化波形 而^知可動鐵心的驅動特性，且具有獲得小形、廉^ 且旎正確地把握電磁操作 、 置而操作之被操作機器jr:二ί電磁操作裝 把握裝置。 ，狀L、或開關裝置的狀態之狀態 ::二根據本發明’由於使用上述狀態把握裝置來進 =嫩11 早程度之故障顯示，故能藉由定期性的維修而省 略讀認機器的狀態之作業，且能減低維修作業所花費的費 -用。此外’由於控制重故障發生時之開關操作，故具有： '防範因被操作機器的動作不良而導致事㈣產生於来块之 功效。 ’' 【實施方式】 實施形態1 第1圖及第2圖係顯示使用有本發明實施形態1之電 磁操作機構(電磁致動裝置)的電力開關器之概略構成圖， 係顯示有關於具有3相之電力系統的！相部份。第J圖係 將電力系統作成開極之狀態，第2圖係顯示關極之狀態。 電力系統的開關係藉由真空閥3〇内部的可動接點（被 操作機器）34的作動而進行。可動接點 磁致動裝置1而進行。此外，連接可動接點34=動電 裝置1的軸上係配置有使電力系統和電磁致動裝置〗絕緣 的絕緣棒3卜以及用以附予接觸麗力於可動接點34和固 定接點33之間的壓縮彈簧32(此行業稱此彈簧為^卯彈 318466 8 ，，而將轉黃之伸展動作稱為wipe)。塵縮彈菩 I縮狀態而予以叙裝，其係以無法伸展至固定的長戶以上 之方式而以機械式地固定。電磁致動裝置1係根據來自外 糊關指令信號，且自電源電路20進行通電至電 裝置1來作動。 迅王电磁致動 通常’和可動接點34連接之電磁致動裘置】的 3之驅動距離L係設定成較可動接點34之驅動距離尺更 大因此’例如，自開極狀態驅動成關極狀態時，首先 以可動子3和可動接點34為連接之狀態往關極方向移動， 且在可動子3和可動接點34僅移動輯κ之時點，可動 點34係抵接於以接點33而停止，繼而可動子3僅移動 (L-K)的距離，且ι縮彈篑32㈣短α_κ)的距離。此時， 可動接點34係以因應ι縮彈簧的縮短量（L_K)的彈力而舞 置於固定接點33。 土 此外，當自關極狀態驅動成開極狀態時，首先，開始 移動可動子3,使壓縮彈簧32跟著伸展。其間，可動 34係於接觸固定接點33時即停止。可動子3 (Η)之時點’使壓縮彈簧32伸展至最大長度，且自= 點形成使可動子3和可動接點34連接而移動之狀態。將^ 時點稱為伸展（wipe)結束點。 第3圖係顯示本發明實施形態1之電磁致動裝置及狀 態把握裝置之概略構造之構成圖，第3圖⑷係顯示電磁致 動裝置及狀態把握裝置的構成，第3圖化）係顯示電磁致動 裝置之軛（固定鐵心）的一部份之圖，第3圖（b)係第3圖（ 318466 9 的β-β線之剖面構成圖。 • 1磁致動裝置1係由14、以可姉4移動之方式 、而構成之可動子（可動鐵心）3、藉由驅動用電源電路2〇而 激磁之關極側線圈2a和開極側線圈2b、設置於可動子3 的外周部且保持開極狀態或關極狀態的永久磁鐵5、可動 軸9以及插入軛4内部之磁通感測器6a及6b所構成。 可動子3和可動車由9係被固定，且可動子3係於輛4的内 卩=大致直線地朝可動軸9的軸方向移動之方式而構成。 鲁在第3圖中，可動子3係接觸於軛4之真空閥側（上側）的 _端面。 -電源電路20係藉由自外部所供應的電源而對内部的 電容器（未圖示）進行電荷之充電，並根據外部所提供的關 指令信號或開指令信號，對線圈2a或線圈2b充電之電荷 予以放電。 並且，在此雖顯示將電容器充電之電荷進行線圈放電 的方法，但亦可為將外部所供應的電流直接通電於線圈“ 響或線圈2b之方式。 如第3圖（b)所示，磁通感測器6a、6b係插入至設置 於軛4的磁通感測器插入孔8。關極側磁通感測器仏係以 可動子3為保持關極位置的狀態，配置於通過永久磁鐵5 的磁通之位置。開極側磁通感測器6b係以可動子3為保持 開極位置的狀態，配置於通過永久磁鐵5的磁通之位置。 磁通感測器6a、6b係霍爾（hall )元件或將校正功能組 合於霍爾元件之霍爾IC，藉由波形取得手段21供應電力， 318466 10 1321333 並且將在磁通感測器 成電壓或電流。 6a、6b的位置所量測的磁通予以變換 波形取得手段21係於自接此鬥μ &、 目摆收開關指令信號的時點至 電源電路2 0放電結束為止之期門 <朋間，以固定的取樣間隔脾兮 輸出信號作Λ/D變換，且將所變# 將^ 盯r/r爻換之磁通變化波形 存於記憶體22。 针保 並且’結束A/D變換的時序，鉦雹盘 無而與電源電路20結 束放電的日寸序嚴密地一致’預弈 作決定即可。 預先於波形取仔手段21的内部 -電流感測器7雖係使用霍爾j c或分流電阻之直产電& -感測器，但亦可根據放電電流波形的條件而使訂//瓜 (Cunent transf_er;變流器）方式的交流電流感測哭。 電流感測II 7係將自電源電路2()流通於線圈“或線圈別 之電流值予以變換成電壓或電流信號而輸出。 波形取得手段21係於自接收開關指令信號的時點至 電源電路20放電結束為止之期間，以固定的取樣間隔將該 輸出ϋ進行A/D變換，且將所變換之電流變化波形資料 保存於記憶體（記憶手段）22。 ' 波形演算手段23係自記憶體22讀取由波形取得手段 21作A/D變換過之磁通變化波形資料和電流變化波形資 料，並根據後述之順序進行上述磁通變化波形資料和上述 電流變化波形資料的演算’且作成演算波形資料。作成之 肩异波形資料係暫時地保存於記憶體2 2。 狀態判定手段24係根據保存於記憶體22之演算波形 3】8466 11 1321333 資料、電流變化波形資料、以及磁通變化波形資料而 表不致動裝置之驅㈣始時序、摩擦結束時序、結 時序、驅動速度等之致動裝置之動作狀態的數值資料（:雜 並且，判定這些狀態值是否在預先決定之狀態值之^ 系h圍内，並輸出狀態判定信號。 此外’根據判定結果而進行例如設置於開關袭置盤面 或盤内之狀態顯示燈之點燈。此外，亦可根據接點信號或 有線/無線的通信手段將狀態判定結果交予受配 監視系統。 有之 - 第4圖係用以說明本發明實施形態1之狀態把握裝置 -及開關控制裝置的動作之流程圖，係顯示自關極狀態移動 至開極狀態之開極時的動作。在步驟S1中，當輸入門浐入 =號時，則在步驟S2S步驟⑺中，電源電路2()“二 容器所充電之電荷於固定時間内放電至開極側線圈別。另 一方面，在步驟S4至步驟S7中，在波形取得手段21當中， 以固定的取樣間隔將來自電流感測器7和磁通感測器田卜 6b之輸出信號作A/D變換，且將所變換之時間性的變化 波形資料保存於記憶體22。在步驟S8至步驟sl〇中，係 在波形肩异手段23當中，讀取記憶於記憶體22之磁通變 化波形資料和f流變化波形諸，絲據包含於距電流峰 值位置之固定時間前的區域s之磁通變化波形資料和電流 變化波形資料而決定後述之係數α、0，且作成演算波形。 在步驟SI 1中，將作成之演算波形保存於記憶體22。在步 驟幻2巾’係在狀態判定手段24當中，自記憶於記憶體 318466 丄321333 22之演异波形e抽出致動裝置之作動開始點、摩擦結束點 '等之特徵點，在步驟S13中，使用該抽出之特㈣的波形 '之值和時刻，且自演算波形f推定致動裝置之驅動速度。 在步驟S14至步驟S16中，判定所推定之驅動速度值是否 在預先.決定之正常範圍内，並輸出正常或異常之判定結果。 接著詳細說明有關磁通感測器6a、6b所測定之信號， =及來自磁通感測器6a、6b之磁通變化波形資料和來自電 流感測器7之電流變化波形資料的演算方法。 • 第5圖（a)至«)係顯示對應可動子3的位置之電磁致 --動裝置内部主要的磁通流通之圖，第5圖⑷係顯示關極狀 -態’第5圖⑻係顯示開極狀態之永久磁鐵主要的磁通流 通。此外’第5圖（c)至⑴係顯示永久磁鐵5和開極側線 圈2b所作動之磁通之流動❶並且，磁通線雖左右對稱，但 圖中係僅顯示右半份之磁通線。 如第5圖（a)所示，藉由永久磁鐵5所作之磁通，可動 '3係以保持和軛4接觸狀態之力(保持力)而作動。在該 狀態當中，在開極側線圈2 b當將電流通電至取消永久磁鐵 5所產生之磁通的方向時，若電流夠大時，永久磁鐵5之 ㈣力即消滅’且藉由線圈2b所作動之磁通，使可動子3 朝向下部方向（開極方向）移動，並接觸輛4的下側面（開極 側端面^在該狀態中’藉由永久磁鐵5所產生之磁通，可 動子3係以保持和開極側端面接觸之方式而產生保持力 (第5圖⑻）。在可動子3接觸開極側端面之狀態下， 關極側線圈2a進行通電時，根據相同的動作能使可動；3 318466 13 移動至關極側，並保持在該位置（第5圖（&))。 在可動子3靜止於關極側之狀態，且不進行往線圈 2a 2b的通電之狀態下（第5圖，磁通感測器6a所測 定之磁通係永久磁鐵5所作動之磁通卜。惟實際上除了 0 PM之外亦同#測定因輕4磁化所產生之磁通 0 y係於後述。 ' 如苐5圖（C)之虛線所示，當進行通電至線圈汕時， 以磁通感測器6a、6b測定線圈2b所作動之磁通心」、八。 線圈2b所產生之磁通流通之路徑係自軛4和可動子3 的關極侧端面（圖中之上嫂；、 ^之上為面）之接觸面通過可動子3的開 〜極側端面（圖中之下端面）， 且具有流通於軛4之路徑（^c 至0 c」），以及自軛4通過永夂磁鈣 , 、尺久磁鐵5且通過可動子3的— #而返_4之路徑W至U這兩個路徑。 在軛4和可動子3的關極側端面之 鐵5所作動之磁通 ㈣上水久磁 心之流通方向為:反方；1方―所作動之磁通 心、‘-丨、Κ間的關係為 ^0.1+ 0C_2 此外，在（0 e至必2)之 、 可動子3之間且有4 中由於在水久磁鐵5和 空氣間隔層而作動，故星有下/久磁鐵5本身亦作為 φ > 文/、有下列之關係 I則裔65所測定之成份為0C。 3J8466 14 下 * 例 其;^進仃通電至線圈2b，在可動子3作動前之狀態 、通必c、0 亦與流向線圈2b之通電電流1成比 可動2圖（d)所不，當藉由增大線圈2b之通電電流使 /乍動時，磁通感測器仏所測定之永久磁鐵5之磁 之垆士以通著可動子3的關極側端面和軛4之間的間隔層 係依存於可動m m鐵5之磁通φρ[2的大小 、 纟位置，且形成單調減少之特性。 感測ΪΓ之此/Γ線圈2b所作動之磁通，在通過磁通 C_1 可動子3的開極側端面和軛4之間、 則^面和輛4之間係常時具有間隔層，且由於開極 :、關極側之間隔層的和係即使移動可動子3亦不會產生 ’史匕’故0 c」係減少可動子 子3的位置之變化，而形成與流 線圈2b之電流值成比例的大小。 、另方面，以開極側之磁通感測器6b所量測之磁通係 水久磁鐵5所作動之磁通0pMi和線目^所作動之磁通f 之和。由於在可動子3移動的同時’可動子3的開極側端 面和輛4之間的間隔層亦變窄，故磁通^係形成單調辦 加之特性。 曰 士此外，$ c的變動傾向係疊合由於在可動子3移動的同 日寸，軛4和可動子3的關極側端面之間的間隔層亦變窄而 使4 c增加之功效，以及與線圈2b的通電電流成比例而使 I產生變化之功效。然而，自必。流通至0。_2之磁通路徑， 由於永久磁鐵5係常時存在空氣間隔層，故因可動子3二的 318466 15 位置變動而產生0 小0 的變化程度係較¢) PJU的變化程度更 之說明雖以輛4未磁性飽和為前提來說明，惟產 性設計中，去呈有上述關係不成立之情形。在通常之磁 斗2从，1可動子3接㈣尼4的開極側或關極側時產 "和’在移動可動子3時未產生磁性飽和即可。呈 體而言，第5圖⑷中，即使一部份產生 ，、 圖⑹、⑷中村考量為相性鮮。 弟5圖（e)雖為結束移動可動子3之後的狀熊， -但在該時點中，線圈2b仍進行通電，由於線圈2心動 '之磁通红的方向和永久磁鐵5所作動之磁it知的方向為 相同方向，故有產生磁性飽和之情形。 經由―可動子3之移動結束時點（第5圖（e))經過固定時 間之後u際上為自往線圈2b的通電開始經過固定時間之 後^ ’即結束往'線目2b的通f，並形成帛5圖⑴之狀態。 鲁在第5圖⑴中，在第5圖⑷至第5圖⑷之間，因藉由線 圈2b而激磁輛4和可動子3的影響，而使殘留磁化殘留於 軛4和可動子3，並藉由該殘留磁化而使磁通、0yl、 必1作動。因此，磁通感測器“係量測必y」，磁通感測器 扑係量測附加$ y於永久磁鐵5所作動之磁通必之值。 如此，以磁通感測器6a、6b所量測之磁通變化則形成 使因可動子3之位置變化而產生的成份，以及因線圈電流 值I之义化而產生的成份進行複合。例如，由磁通感測器 6a所檢測之值係依存於可動子3的位置χ之永久磁鐵 318466 16 ' 動之磁^φρ"~63(χ)，以及依存於可動子3的位置x 成線圏2b的電流幻之雙方的仏（X，I)之和，而能寫 06a(t)^PM-6a(x⑴）+仏⑽），I⑴）......⑴ 此處，由於可動子3的位置X、線 存於時心，故表記為x⑴、z⑴。 “糸刀別依 :c_6a(x’ n係考量與電流值I為比例關係即 改寫成 1 j，故可

必 C-6a(x，I) = Φ c 6a (χ) · k】· I 此處，ki為比例係叙。〜（2) ’J你数。此外，6a (χ)為 ^ 〇之x的關係之函數。 句表不相對於 0 PM_6a和Φ c_6a兩者*长！达士 _ 3马表示可動子3和軛 的大小，以及通過該間隔層 之間隔層 相同之函數而近似時，則能作成下式 口數’ t能以 φ cJa (X) = k2 ' ψ PM_6a ...(3) 此處，k2為比例係數。 因此，形成 〔數學式1〕

φ6α{() = ΦρΜ-6α(Χ)+ '<1>ΡΜ^6α(χ).]ζ] . J (j)6aif)二 ΦΡΜ-6α(Χ、’ Ο + 匕1，k2 · I、 (γ\_ φόα{ΐ) 作成下式 若判定0 PUa和X之關係，則能 〔數學式2〕 b 318466 17 .·，··(4) (5) 1321333 ‘而求:：動：3的位置χ和時間闕係。 卜’如上述’當對^上之X的變 的變化更小時，係對χ能大致 $對^山之乂 下式 為固定，故能作成

0 6a (X)=必 PiL6a (x) + k3.J 此處’ k3為比例常數。 · (6 ) 该結果’第（5 )式即形成 x ⑴=⑴―k3 · l(t)) 例如，若R6a⑴為j次函數時，即⑺ (8) X Ct) = k4 ( φ 6a(t)-k3 * ICt)) + k5 月匕乍成下式 此處，k4，k5為常數。 因此，取得表示可動子3自關極位置移動 時之來自磁通感測器6a，之輸出信號的時 化 通變化波形，相同地，在取得表示線圈⑶之通電電流的時 化之波形（表示來自電流感測器7之輸出信㈣ =性逢化之電流變化波形）之後’對該磁通變化波形和電流 邊化波形進行適當之演算處理’而能自磁通變化波形消除 電流變化成份，且由該結果所取得之波形係形成表示可動 子3之位置的時間變化之波形。 第6圖係顯示可動子3自關極位置往開極位置移動時 之可動子3的位置（波形a)、磁通感測器6a之輸出（波形 b)、磁通感測器6b之輸出（波形c)、以及開極側線圈仏 3]8466 18 1321333 的通電電流（波形dl)的時間變化。在第β圖中，橫軸係表 不時間，縱軸左側為表示相對於電流感測器7之輸出信號 的刻度，右側為表示相對於磁通感測器之輸出信號的刻 度。又，相對於波形a之縱軸係表示可動子3的位置的刻 度。 波形b係於可動子3的作動（時刻T2)至全部移動距離 的1 / 3左右之處單調地使輸出產生變化，而於丨/ 3以後 輸出係大致平坦。此係伴隨著可動子3的移動，使永久磁 .籲鐵5所作動之磁通流通開極側，而關極側則幾乎不流通之 ，故。 ▲另-方面，波形c係跨越全部工程而單調地使輸出產 生變化。此係由於致動裝置在第7圖（3)的Α部和β部當中 形成非對稱之形狀，即使可動子3自開極側移動至關極側 第7圖（a)—第7圖（b))，Α部的磁路之磁性電阻變大， 而磁通0 亦持續流通於B部之故。 第8圖係顯示在步驟u中所演算之演算例 『化波形對電流變化波形乘以常數之後，進行減法的結果 圖不。波形e係磁通變化波形b和電流變化波形以乘以 數α之差分，波形"系磁通變化波形 乘以係數θ之差分。 此處，係數a Lx可動子3在開始作動 波形e以及波形f各能形成平坦之區域s之條 一 此係由於演异結果之波形e、f如第（丨）气 ^ 、 並須表示可動子3的位置x和時間t ^尸 ）弋所示 的關係，故在開始 318466 19 動可動子3之前，根據無波形 定之條杜u_ 4 , 的4間變化之理由而決 又保件。此處，形成平坦之條件， s之銘®如 丁 丹體而S ’係在區域 α '万。 支化形成極小之狀態而決定 此外’區域S之決定係考詈子旨洙+ 動ϋο、# , . ά 員先决疋固有的區域於致 間區域的方十 、疋義為固疋牯間別之時 — 式、^及由磁通感測器的磁通變化波形來推定 之方式。 •、乂在第8圖中’將凟异波形e和表示可動子3的位置之 .波形a加以比較時，則在可動子3的作動而動作的1 /3 .左右之區，，獲得和表示可動子3的變位之波形&的相關 性。尤其是再現可動子3的作動時點（T2)、摩擦結束時點 (Τ5)另方面，演异波形f其可動子3的作動時點（Τ2) 之感度雖較演算波形e更低，但可跨越衝程（str〇ke)全域 而取得和表示可動子3的變位之波形a的相關性。 在此，說明有關係數α、冷具體性的決定方法。此處， 籲在使用電容器充電之電荷而驅動線圈之方式當中，係根據 自線圈驅動電流之峰值位置而決定平坦區域s之方式來說 明。 首先’第1順序係決定平坦區域s(第4圖之步驟8至 步驟9)。 在第8圖中，演算波形e、f係於開始放電（地點TO) 後，急劇地使該值產生變動，之後形成平坦之區域s。致 動裝置之軛4係在靜止狀態下，藉由永久磁鐵5所作動之 20 318466 Ϊ321333 =:=達到飽和。當開始放電時，線圈之作動磁通 於杨水久磁鐵5所作動之磁通的方向。自放電電 除輛4内部之磁性的餘和狀態之時點至可動子 〜 i〇CB之關係。上述平垣區域S係可考量解 除磁性飽和之時點至可動子3作動為丘的時間 係大致根據致動裝置1的構造和線嶋 值而決疋，故相同構成之開關裝置係大致形成相同的時 二二員先f測解除磁性飽和之時點，且作為η保存 -於以—22,即能蚊平坦區域3之開始的時點。此外， -如前述，由於解除磁性飽和之時點係根據線圈電流值而決 疋，故在第6圖當中，亦可將等於預先決定線圈電流值I 之固定值Ιχ之時點作成平坦區域s之開始的時點η。 接著為了決定平坦區域5之結束的時點（可動子3作動 的地點）Τ2，而檢測電流+值時點Τ3。線圈驅動電流一般 ，而言係具有如第6圖之波形W。雖由電容器之放電開始時 ，TO至電容器之靜電容f c和線圈之電感L所決定之時間 ^數來增加線圈電流，但當致動裝置的可動子3開始作動 日寸，由於電感L急劇的增加’故限制綠圈電流。藉此使電 流變化波形di具有如第6圖所示之峰值。可動子3開始作 動之時序雖較電流學值時點更前，但若為相同構成之致動 裝置，電流峰值時點和可動子3開始作動之時點係大致形 成固定之時間間隔。因此，若預先測定該時間間隔並作為 △T保存於記憶體22,則能根據電流峰值時點T3推定可動 318466 21 1321333 子3開始作動之時點T2為（Τ3 — ΔΤ)。 成J二為電流.值時點之推定方法，係於電流值形 取V、日守點之近傍的變化波形資料進行二次函數近 二似函數取得極值之時點作成峰值時點。然而，若 出的雜訊成份报小，則將電流值形成最大 之牯點作為该峰值時點即可。 此=對電流變化波形資料進行平滑化處理之後的資 4中W可將形成最大值之時點作為峰值時點。 此外，根據致動裝置或電容器電容量 ί第1電流，值之後，出現第2電流·值之二，：:J 第2電流峰值較第j電流峰值更大之 么 八 將第1電流峰值作成電流峰值時點。/ °亥清形'’係 作為第2順序，係在平坦區 匕码 s，亦即 Τ1 至 Τ2( = Τ3 “或第⑴）、（12)式所表示之σ ()式所表不之 生變化而評價其值，而求得使 形^^或^產 之值(第4圖之步驟10)。 t 4成最小❹3 〔數學式3〕 的二]^{{bk-a.lhb}1 (9) -

Sb 二 Μ-— Μ 318466 22 (10) U21333

ου (12) 日奴杜从 叫心心取樣週期進行Λ/D變換， 且保持於記憶體22之磁通咸測哭R 、 iV α ^ ，次利斋6a、6b的變化波形資料 以及電流感測器的變化波形資料。 各感測器的取樣週期係 作成共通的方式，且資料數係分別作成_ 〔數學式4〕 ω 係表示在上述取樣的資料之内，取得附加於包含於區域 之和。亚且，Μ係在取樣的各感測器的變化波形資料之中 包含於區域s之資料的數量。

私並且，在上述第（11)、（12)式中，附加-號於磁通資 料c,者係補償磁通感測“a和磁通感測器⑼的方向之差 異，若令-方之磁通感測器的方向反轉⑽度，則無需附 算出演算波形 並且’使用該α 之步驟11)。 e、f如下（第4圖 ei == bi — α · I, ……（13) ……（14) 個取樣資料， f i = — Ci — · I i 此處，bi、Ci係表示變化波形資料之第 且為1 S iSN。 318466 23 丄 第9圖係顯示可動子3自開極位置往關極位置移動時 =可動子3的位置（波形a)、磁通感測器心之輸出（波形 、、磁通感測器6b之輸出（波形c)、以及關極側線圈 的通電電流（波形d2)的時間變化。在帛9圖中，横袖係表 广1，縱軸左側為表示對電流感測器7之輸出信號的刻、 、又：右側為表示對磁通感測器之輪出信號的刻度。又，對 波形a之縱軸係表示可動子3的位置的刻度。 二關於k些波形亦和上述相同，藉由在可動子3的作動 #之前波形即形成平坦之條件來決定電流變化 數r、C5,並算出演算波形g、h如下。 一 (15) (16)

Ii hi

Ci- δ 卜第i0圖係顯示演算磁通變化波形和電流變化波形而 ，得之演算波形g、h之圖示。演算波形g和演算波形h 係在可動子3的作動時點至作動結束為止，獲得和可動子 3之位置極佳的相關性。 ^接著詳細說明有關根據演算波形資料而進行表示開關 哀置的狀態之茶數之可動子3的驅動速度之算出以及狀態 判定之順序。 首先’ 5兒明有關開極動作時（第4圖之步驟12至步驟 16)&。第1順序係參考演算波形e，並根據該波形 資料來探 索第11圖所示之3個特徵點P4、P5、P6，並算出T4、T5、 T6特彳政點P4係在平坦區域s之後，值開始急劇下降之點， 亚表不可動子3的作動開始時點Τ4(與T2 —致之時點）之 24 318466 f。特徵點Ρ5^Τ4以後單調地減少 加之點，且盥^之波形，暫時轉為增 &鈿弹頁結束點T5 一致砵 係T5以後轉為減少之波开，而五库姑時點。特诞點⑼ 子3的驅動結束點Τ6_致。 ” 了動 並且’特徵點p5和特微々ρ 亦古T山 P6係根據開關裝置的構成， 斜A叁…/ 點’而出現彎曲點，亦即傾 沐此各 m❿作為探索該特徵點的方 成’係有和電流峰值點的檢測 作 饮列万去相同地將極大、極小值 户马特欲點之方法，或蔣、、由游 — / W形之2 &微分值之絕對值超過 預先決疋之臨界值之點作為特徵點之方法。 L ^ * (ft = T4 — / ί = Γ6, 士第2順序係參考波形f而求得相當於上述丁4和丁6的 :間之波形f之值匕’和f"6，並作成各值之差分。當 =形f近似地與衝程波形a一致時，則該差分係相當於可 子3的驅動距離L。亦即使用補正係數己即能作成

/ . = _ /" X 内 V ……（17) ,可動子3的驅動距離L係由於相同形狀之開關裝置大 致為固定之值，故若算出波形f的差分，即能以 〔數學式5〕

L (18) (jt=T6 ~ ft=T4 求得補正係數£：。使用該補正係數ε進修正波形f

Fi- 並以下式 £ -d-β · Ii) 318466 25 (19) 重新求得演算波形F。 苐3順序係經由波 #八品々々山 反卞F的T5之值和T5+ ΔΤ7之值的 差分而异出可動子3 土 — — π 開極日守的驅動速度ν。△ Τ7係預先 決定之固定值。 〔數學式6〕

V

Ft=T5+AT7 ΛΤ7 / 、 ……（20) 且Π處雖以摩擦結束時點T5為基準而求得速度， 择、"乂 ’ &的時刻或特定的波形F之值為基準點而求得 速度。 ρρ枯^ 4 R序係將速度V和預先決定之速度的下限值、上 ::巧’當速度較下限值更低或超過上限值時，判定 為逮度異吊’麵異常判定㈣輸出於外部裝置。 ，關於Μ極動作時亦同樣可藉由第ig圖所示之演算波 進行表示開關震置狀態的參數之可動子3之驅動 、度的异出和狀態判定。然而，藉由第圖所示之演算波 形g、h來算㈣擦結束_ T5雖較為_，但藉由檢測 可動子之驅動開始點Τ4和驅動結束點了6，則大致和開極 動乍π相同#由下式而能求得相對於演算波形忌和演算 波形h之各補正係數t、u。 〔數學式7〕

L t=T6 ~ S t=T4 318466 26 (21) 1321333 Η --- {huT6 ~ ht^T4 ) ……(22) 此外，使用邊補正係數t、u重新求得演算波形G、Η ! Gi = t.(b十1 丨) ……C23)

HiH0 .1丨) ……(24) 根據新的演算波形G、H，能以特定的時刻或特定的波形ρ 之值為基準點來進行關極時的速度之算出。 〃將求彳于之速度和預先決定之速度的下限值、上限值（一 U日;f 極4相異之值）作比較，當速度較下限值更低或 '超過上限值時，判定為速度異常，並將異常判定信號輸出 至外部裝置。 田開極動作時之可動子3之驅動速度下降時，透過壓 縮彈簧而連接於可動子3之可動接點的驅動速度係下降， 在包力開關裝置當中，導致開極時之電流遮斷性能降 低。亦即，即使啟開接點，弧電流（arccurrentW持續流 =且在事故發生時必須遮斷電力之狀況時，亦無法遮斷 電^，而導致事故擴大。因此，檢測出速度下降時，必須 立即實施維修。 ★當關極動作時之可動子3之驅動速度下降時，因關極 ㈣產生之弧電流而使電極溶化’且具有無法進行之後的 開極動作的可能性。該情形時，亦同樣需要緊急維修。 此外’不論在開極動作、關極動作之任何一個情… 中，驅動速度之下降係起因於驅動機構上機械性的摩痒力田 318466 27 1321333 上升，或驅動電流量之不足 異常之癥兆。由於這此里 -勺可考量為些許的機器 可能性#古# 二異吊關連到驅動機構之動作不良的 了此性極兩，故同樣需要實施維修。 π良的 -束::機】L?子:之驅動速度較特定值更快時，‘驅動 年：==變“成為降低開關裝置的耐用 廿曰二 耐用年數之重新評估等之處置。 的雔古夕诂☆ 衣丁疏視開極動作和關極動作 >又方之速度之例。機械性的摩捧^ ^ ^ ^ 動作而考量為相同程度時，若僅;:==/_ 狀態為相同，但電氣性方面開極和嶋 亦有僅開極動作，關極動作的-方產生 ^ \ :之情形。此外，開極動作/關極動作基於速 又之基準值不同等之理由，故雙方為佳。 如上，根據本實施形態'，能藉由演算石兹通變化波形和 1電流變化波形而求得之演算波形得知可動子之驅動速度， 並根據該驅動速度而能掌握致動裝置之狀態，或藉由致動 裝置而操作之可動接點之狀態，或開關裝置之狀態，故具 有能獲得小型、廉價、且正確之狀態把握裝置的功效。一 此外，當電流感測器7或磁通感測器6a、6b的感度產 生變化時，例如將各感測器的感度比分別作成p、q、I•時， Ii—P · Ii bi-> q · bi Ci-^ r · Ci 318466 28 叫 1333 則波形F即產生如下之變化：

Fl~ ε * (-ra-j3 · p · Ii) ……(25) ' 此雖係可改寫為

Fl~ ε ^ · (~α-β 1 · L) ......(26) 但由於/5 1和ε i係僅由平坦區域能於可動子3驅動前 形成之條件、以及可動子3之驅動距離為L這2個條件來 決定’故即使感測器的感度產生變動，由於在求得係數石 和補正係數ε之時點，使該變動部份被這些係數吸收，故 -鲁可吊日守獲得相同的結果。關於波形e、g、h、G、Η之相關 -仏數α、r6、以及補正係數t，u，亦能在求得這些係 數之日τγ點，使該變動部份被這些係數吸收，故可常時獲得 相同的結果。 因此 “、 错甶使用本貫施形態之狀態把握裝置，即無需 電机感測器或磁通感測器之初期的校正試驗，並且亦不受 電流感測器和磁通感測器的感度之時間性的變動之影響。 因此，使用廉價之感測器亦能進行精密度良好之判定。 並且，永久磁鐵所作動之磁通和可動子3之位置的關 係非線形之相關關係，例如第12圖所示之關係。具有這種 非f形之相關關係時，例如即使可動子3係以固定的速度 自敢初作動至最後，亦能詈、、丨 里而出例如以波形F為基準而算 出之速度相較於可動子3之作 傍的速度更緩慢之㈣。㈣近傍，而較驅動結束點近 之特定基準點的速度時， 正係數z而變換成正確之 因此，在量測伸展結束點等 即能藉由使用該基準點的速度補 318466 29 1321333 速度。 並且’ 4先以測疋值為基準而決定速度之正常範圍的 定義時，則無須導入速度補正係數。 必須跨越全部區域進行正確之速度的算出時，則必需 因應波形F之速度補正係數。具體而言，磁通感測器輪： b和可動子3之位置X之間係具有 (27) (28) Y(b) 之關係式、或近似性之關係式之情形時， 鲁〔數學式8〕 -v—dx__dY db - dt ~~db'~dt 由於db/dt係對應於由波形F而求得的 將 又 〔數學式9〕 01 ~db 00 ……（29) 作為速度補正函數予以定義即可。 田作成X和b之近似式具有困難時，亦可採取藉由X 和b之相關關係而作成離散性的速度補正係數資料^，且 =資料庫而保存於記憶體_，在速度算出時使用記憶 體内之上述資料庫的方法。 肤能:上1ί係敘述有關於使用可動子3之驅動速度而作為 之㈣’但亦可使用動作開始點之線圈電流值而作 '·、、個狀值。*外，亦可使用速度和動作開始點之雙 3】8466 30 ΙόΖΙόόό 方0 使用動作開始點時，和使用速度時之方法相同，導出 演算波形e、f、g、h，且算出各波形之動作開始點，該時 點之電流值係較預先決定之下限值更低時，或超過上限值 時，則判定為異常，且進行外部的異常判定輪出。 可動子3之動作開始時點係平衡可動子3的保持力和 線圈的電磁力之點。因& ’藉由動作開始點之電流值即能 得知可動子3的保持力。 • 動作開始點之電流值的降低係表示保持力的降低，且 考量為因抵接面的異常或永久磁鐵的減磁而產生之情形 -時，形成開關裝置之錯誤動作的原因。 檢測保持力降低之癥兆而實施驅動機構之維修，藉此 即月b防乾開關裝置之錯誤動作於未然。 此外，動作開始點之電流值的上升係表示可動子3的 保持力上升，且時間性的保持力上升可考量為靜止摩擦力 上升。由於靜止摩擦力的增大係引起致動裝置的動作不良 的原因，故藉由判定來自靜止摩擦力的基準值的增大之癌 兆而在產生障礙之前實施維修’藉此即能防範開關裝置動 作不良的發生。 又，上述貫施形態雖係表示演算開極時之演算波形 e、i’以㈣極時之演算波形g、h，且使用藉由=算波形 e而求得之特徵點，並藉由演算波形f來進行開極時之可 ，子的速度計算，並且使用藉由演算波形g、h所求得之特 徵點，且藉由演算波形g、h來進行關極時之可動子之速度 318466 31 丄义1333 十：之例’但所使用之演算波形亦可為演算波 h中之任一個。 g 時之亦可使用複數個演算波形來求得開極時或關極 〇 之速度’或動作開始點之電流值，並以求得之 =或動相始點之電錄作為基準时掌握_裳置之 此外，上述實施形態在藉由磁通變化波形 ^算出演算波形e、h、h時，雖使料過㈣係數α •人、7、5而將磁通變化波形和電流變化波形予以線形紝 二之演算式’但亦可使用邏輯性所導出之演算式 -舁波形。 例如可根據第（4)式 Φ^(ή=φρΜ_6α(χ)+ ·/) 或藉由第（1)、（2)式而求得之關係式 Φδα {t) φΡΜ_6 a (x) +Φ〇_6α (x) ..··.· (3〇) 而作成演算式。 •實施形態2 第13圖係顯示本發明實施形態2之電磁致動裝置之構 成圖（關極狀態）。磁通感測器6a、6b係於軛4的内面側施 行溝加工，並組裝於該溝加工部份。 相較於第3圖（b)所示之實施形態}之構成，由於無須 軛4的孔加工，故能廉價地進行製造。 實施形態3 第14圖係顯示本發明實施形態3之電磁致動裳置之構 318466 32 成圖（關極狀態）。磁通咸測 於輛4的内面側。她63，係以點附之形態固定 、藉由貼附於扼4的角部份等之磁通為易於飽和的部 h ：能求得以軛4内部的磁通測定為基準之測定值。 :無須進行軛4的孔加工，而能廉價地進行製造。 η施形癌4 第15圖係顯示本發明實施形態4之電磁致動裝置之構 成圖（關極狀態）。探測線圈1Ga、邊係構成為分別和線圈 .春2a、2b重壺之形態來卷曲’並獲得與貫穿探測線圈他、 -l〇b之磁通變化率為比例的輸出信號。 -藉由將该輪出信號予以積分，即能求得貫穿探測線圈 l〇a、l〇b之磁通，且能求得以將磁通感測器6&、肋插入 至軛4内部時為基準之輸出。 實施形態5 第16圖係顯示本發明實施形態5之電磁致動裝置之構 成圖（關極狀態）。探測線圈lla、nwf、構成為卷曲於輕4, 且獲得與貫穿探測線圈lla、Ub之磁通的變化率為比例之 輸出信號。 藉由將該信號予以積分，即能求得貫穿探測線圈 1 la、1 lb之磁通，且能求得以將磁通感測器6a、肋插入 至軛4内部時為基準之輸出。 實施形態6 上述各貫施形態雖藉由演算磁通變化波形和電流變化 波形來判定機器狀態，但亦可自磁通變化波形直接判定機 318466 33 器狀態。在第1 7 im占, 以1磁、產^,圖中，如磁通感測器輸出波形b 以及磁通感測器私 T u 化之點俘盥可叙之V，波形之曲率特徵性地變 化之點知與可動子之： 點一致。 /手烁，、.σ求點、動作結束 口此’即使僅檢測磁通感測器的信號 地得知可動子3之動作的特徵性之時點， 來推定開關裝置之狀態。 具體而言，求得磁通感測器輸出波形b、c之曲 徵性地變化之時點而作 θ 局特μ '，，；錯由各特徵點之時間間 隔疋否根據標準值而變動，^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 夂勒而此推疋開關裝置之狀態。 貫施形態7 弟18圖係顯示本發明實施形態7的開關控制裝置之區 塊構成圖。開關控_ 4〇係'具備有··波

，由於亦能簡便 故能從這些資訊 ，她、記憶手段(記憶體)22、波形演算手段23、狀 。判定手奴24、狀態資訊顯示手段41、狀態資訊送信手段 42開關才曰令达#手段43、開關指令控制手段μ、開關指 令輸入手段45、以及跳脫信號輸入手段铛。 開關扣令送心手段43係對丄個或複數個驅動電源 2〇以此傳送開指令或關指令之方式而構成。開關指令輸 入手焱45係從外部的控制裝置接收相對於各驅動電源之 開才曰·？仏唬或關指令信號。開關指令控制手段料係根據輸 =至開關指令輸入手段45的開關指令信號，由開關指令送 仏手段43將開關指令傳送至各個驅動電源2〇。此外，開 關才曰々彳工制手段44係在傳送開關指令的同時或經過固定 318466 34 的時間之後，對波形取得手段21下達AD變換開始之指令( 驅動電源20係在接收開關指令之後，對致動裝置】之線圈 • 2進行固定時間的通電。 波形取得手段21係讀取自驅動電源2〇通電至致動裝 置1之線圈電流值、以及内藏於致動裝置^之磁通感測器 (未圖不）的信號’並重覆進行以較的取樣間隔所讀取之 值的AD變換，在僅進行特定的取樣次數或特定的時間變換 j後、、、。束AD ·交換，並將取得之磁通波形資料和電流波形 .鲁資料保存於記憶體22。 ……波形演算手段23係在AD變換結束之後，進行磁通波 《ί料f电机波形負料之演异處理，並將演算波形資料保 存於記憶體22。 狀態判定手段24係在波形演算處理結束之後，讀取保 存於記憶體22之演算資料，且算出可動子3之驅動速度、 致動裝置保持力、致動裝置靜止摩擦力等之狀態量，並進 行和保存於記憶體22之各狀態量的基準值之比較，來判定 故障的程度。亦即進行必須緊急維修之重故障狀態、要求 維修時期的提早之輕故障狀態、或正常狀態之判定，並將 判定結果保存於記憶體22。 狀態顯示手段41係根據狀態判定手段24之判定結 果並藉由LED之點燈或顯不器而進行對應故障程度之顯 不° 狀心貝。孔送手|又42係藉由接點信號、&、網際 網路功能，而對外部控制機器進行狀態資訊之送信。 318466 35 已接===手段44係根據狀態判定結果，在 否傳送#人、""，射相指令送信手段43判斷是 能=“在前次動作時，對被判定為重故障狀 心之致動裝置，係禁止開關指令的傳送。 ^進行這種開關控制，即能防範因開關裝置的動作 良而¥致事故的發生於未然。 亚且’跳脫信號輸人手段4β係在已接收跳脫信號時， ::是否為重故障狀態，開關指令控制手段44係藉由開關 > "达信手段43來傳送開指令，此係由於在產生電力機器 0事故時，優先進行事故遮斷之故。 此外對重故障/大態之開關裝置已接收跳脫信號時， ，開關指令控制手段、44 #巾，藉由進行傳送職信號或開 才曰7於更上位之開關裝置之控制，而能防止事故的擴大。 【圖式簡單說明】 ~ 之電磁操作機構 之電磁操作機構 第1圖係顯示使用本發明實施形態i _的電力開關器之概略構成圖（開極狀態）。 第2圖係顯示使用本發明實施形態J 的電力開關器之概略構成圖（關極狀態）。 第3圖（a)及（b)係顯示本發明實施形態1之電磁操作 機構及狀態把握裝置之概略構成圖。 第4圖係用以說明本發明實施形態1之狀態把握裝置 及開關控制裝置的動作之流程圖。 第5圖（a)至（f)係顯示對應有本發明實施形態1之可 動子的位置之電磁致動裝置内部的磁通流動之圖。 36 318466 -往門：狀本發明實施形態1之可動子自關極狀態 • ί==可動子位置、開極侧線圈電流、以及 兹通感測益的輸出之特性圖。 把r:二=:(b)係用以說明本發明實施形態1之狀態 把握裝置的每作之圖。 往二圖 =示本發明實施形態1之可動子自關極狀態 :開極嶋動時之可動子位置以及演算波形η之特性 圖〇 .㈣：二:：示本發明實施形態1之可動子自開極狀態 ^關極狀態移動時之可動子位置、關極側線圈電流、以及 -磁通感測器的輸出之特性圖。 弟1 〇圖係顯示本發明管：祐开$能彳 士態可動子自開極狀態 闻Λ &、移動時之可動子位置以及演算波形g、h之特性 圖0 第11圖係用以說明本發明實施形態丨之演算波形f 的特徵點之圖。 / ) 第12圖係顯示本發明實施形態i之磁通感測 可動子的位置之關係的一例之圖。 第13圖係顯示本發明實施形態2之電磁操作機構之 略構成圖（關極狀態）。 第14圖係顯示本發明實施形態3之電磁操作機構之 略構成圖（關極狀態^ 第15圖係顯示本發明實施形態4之電磁操作機 略構成圖（關極狀態）。 318466 37 略槿：二圖係顯示本發明實施形態5之電磁操作機構之概 略構成圖（關極狀態）。 再芝概 註第二圖#顯示本發明實施形態6之可動子自關極狀態 I、移動時之可動子位置、以及磁通感測 之特性圖。 J出 第18圖係顯示本發明實施形態7的開關控制裝 塊構成圖。 ° 【主要元件符號說明】 • 1 電磁操作機構 2a 關極側線圈 -2b .開極側線圈 3 可動子 -4 軛 5 永久磁鐵 6a、 6b磁通感測器 7 電流感測器 8 磁通感測器插入孔 9 可動軸 10a 、l〇b、11a、lib探測線圈 20 電源電路 21 波形取得手段 22 記憶手段 23 波形演算手段 罾24 狀態判定手段 30 真空閥 31 絕緣棒 32 壓縮彈簧 33 固定接點 34 可動接點 40 開關控制裝置 41 狀悲資訊顯示手段 42 狀態資訊送信手段 43 開關指令送信手段 44 開關指令控制手段 45 開關指令輸入手段 46 跳脫信號輸入手段 318466 38

Claims (1)

1321333 十、申請專利範圍： 1.—種狀態把握裝置， 具有δ又置於具備有·固定鐵心、對該固定鐵心以可 私動之方式所構成之可動鐵心、藉由驅動用電源來激磁 而使上述可動鐵心移動之電磁線圈、以及設置於可動鐵 心的外周部之永久磁鐵之電磁操作裝置，並把握上述電 磁知作褒置的狀態者’此狀態把握裝置之特徵係具備 有：

電/爪測疋手奴，係測定流入前述電磁線圈的電流； 磁，測定手段，係測定前述固定鐵心内部的磁通； 二凉异手段，係演算表示來自前述電流測定手段之輸 出信號的時間性變化之電流變化波形，以及表示來自前 述磁通測定手段之輸出信號的時間性變化之磁通變化 波形，並作成演算波形；以及 狀態判定手段，係求得前述演算波形的特徵點，且 根，該特徵點的資訊而料前述電磁操料置的狀能。 如申請專利範圍第i項之狀態把握裝置，其中，’。 該演算手段係使用透過演算係數而使磁通變化 :和電流變化波形作線形結合的演算式，而作成演算波 3.如申請專利範圍第2項之狀態把握裝置，其中， 手段係在可動鐵心的動作開始;前，以演算 =具有平坦之區域為條件而求得演算係數，並決定 318466 39 1321333 4.如申請專利範圍苐〗項之狀態把握裝置，其中， 該狀態判定手段係使用演算波形之特徵點的資訊 來進行可動鐵心的驅動速度之計算，且以前述驅動速度 之值為基準來判定電磁操作裝置之狀態。 5.如申請專利範圍第4項之狀態把握裝置，其中， °玄狀態判疋手4又係在永久磁鐵所作動之磁通和可 動鐵心的位置之間具有非線形之相關關係時，根據前述 相關關係來求得速度補正函數，並根據該速度 • 來補正特徵點之驅動速度。 「.如U利|&圍第1至5項+任—項之狀態把握裝置， - 其中， 狀態判定手段係根據演算波形之特徵點來求得可 動作開m以該動作㈣點之電流值 準來判定電磁操作裝置之狀態。 一種開關控制裴置，其特徵在於·· 根據藉由申請專利第彳 裝置而取得之電二= 中任—項的狀態把握 且逸t料广义、、知作裝置的狀態，判定故障的程度， 時之開關操作。 Lb，並且㈣重故障發生 318466 40