TWI686834B

TWI686834B - 切換裝置

Info

Publication number: TWI686834B
Application number: TW104142403A
Authority: TW
Inventors: 八木誠; 高橋昌秀
Original assignee: 日商日本信號股份有限公司
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2020-03-01
Also published as: CN105720548B; JP5740524B1; TW201640550A; CN105720548A; JP2016119197A

Abstract

切換裝置具備有於既定條件成立時總括接通作動、將輸入供給於下游側之複數繼電器1、2。複數繼電器係以操作線圈生成不同朝向磁束φ1、φ2的方式來配置，當操作線圈流入了產生電流之外界擾亂φA的情況，至少一個操作線圈所產生的電流值較繼電器為接通作動時之電流值來得小。當流入外界擾亂之情況，由於至少一個繼電器未接通作動，故切換裝置不會接通作動，而阻斷輸入供給至下游側。使得複數通用品之繼電器成為多重化構成來抑制共通原因故障，藉此可確保安全性並謀求小型化與低價格化。

Description

切換裝置

本發明係關於一種用以對於實現各種機能之電路或是裝置來供給電源、訊號之切換裝置。

此種切換裝置係例如使用繼電器來切換電源或訊號之供給/停止。但是，通用品之繼電器無法排除因為外界擾亂而發生錯誤動作之可能性，而無法適用於要求高安全性之系統。

是以，鐵道訊號系統中係採用能有效對抗外界擾亂之架構的繼電器、即所謂的訊號繼電器。訊號繼電器不僅不易受到外界擾亂的影響，且例如日本專利公開第2012-138867號所揭示般，在發生故障之情況下係被控制在安全側。因此，下游側之電路或是裝置接收電源或訊號一事意味著搭載切換裝置之系統的硬體或軟體處於正常動作狀態，可保障安全性。

但是，例如日本專利公開第2007-62483號所記載般，由於訊號繼電器為大型物且昂貴，故使用此訊號繼電器之製品或系統也勢必為大型物且昂貴。

是以，本發明之目的在於提供一種切換裝置，可抑制外界擾亂所致錯誤動作並確保安全性，同時可謀求小型化與低價格化。

為了達成上述目的，本發明之切換裝置，具備有在既定條件成立時總括產生接通作動而對下游側供給輸入之複數繼電器；該複數繼電器係以各操作線圈為並聯而生成不同朝向磁束的方式所配置，且各繼電器之輸出端為串聯，當操作線圈流入會產生電流之外界擾亂的情況，至少一個操作線圈所產生的電流值較該繼電器為接通作動時之電流值來得小。

依據本發明，當操作線圈流入了會產生電流之外界擾亂之情況，至少一個繼電器不會接通作動，輸入往下游側之供給受到阻斷。藉此，可抑制因外界擾亂造成複數繼電器以同樣模式形成錯誤作動的共通原因故障。如此般，使得複數繼電器成為多重化構成，可抑制切換裝置因外界擾亂所致錯誤動作並確保安全性，同時可謀求小型化與低價格化。

1,2‧‧‧引線繼電器

3‧‧‧印刷配線板

3a‧‧‧配線(金屬膜圖案)

4‧‧‧引線開關

5‧‧‧操作線圈(激磁線圈)

6‧‧‧玻璃管

7,8‧‧‧引線

11‧‧‧切換裝置

12‧‧‧基準電源

13‧‧‧控制裝置

14‧‧‧電路

15‧‧‧印刷配線板

16‧‧‧引線繼電器

T1‧‧‧第1外部端子

T2‧‧‧第2外部端子

T3‧‧‧第3外部端子

T4‧‧‧第4外部端子

φ1、φ2‧‧‧磁束

φA‧‧‧外界擾亂

圖1A係顯示本發明之實施形態之切換裝置之概略構成例立體圖。

圖1B係從外部流入磁束之情況下2個引線繼電器之作動狀態之示意圖。

圖2A係圖1A所示切換裝置中沿著X-X’線之截面圖。

圖2B係圖1A所示切換裝置中沿著Y-Y’線之截面圖。

圖3係顯示圖1A、圖2A以及圖2B所示切換裝置中各引線繼電器之電路構成例的電路圖。

圖4A係針對圖1A、圖2A以及圖2B所示切換裝置之電路構成做說明者，顯示2個引線繼電器之輸入關係之示意圖。

圖4B係針對圖1A、圖2A以及圖2B所示切換裝置之電路構成做說明者，顯示2個引線繼電器之輸出關係之示意圖。

圖5係顯示使用圖1A、圖2A以及圖2B所示切換裝置之電源供給系統之構成例的方塊圖。

圖6係顯示圖1所示切換裝置之變形例之立體圖。

本實施形態之切換裝置如圖1A所示般，構成上包括複數通用品之繼電器(例如引線繼電器)1、2與印刷配線板(PWB：Printed Wiring Board)3。引線繼電器1、2係夾著印刷配線板3而於雙面(表面與內面)對向構装著。此等引線繼電器1、2係以個別操作線圈生成不同朝向磁束的方式來配置，於操作線圈所生成之磁束φ1與φ2所成角度為180度。換言之，引線繼電器1、2之操作線圈的中心軸為同方向、且個別操作線圈所生成之磁束φ1、φ2之朝向為相反方向。

如此之配置，當於引線繼電器1、2之操作線圈出現產生電流之外界擾亂、例如箭頭所示般從外部流入磁束φA之情況，磁場會施加於同一方向。從而，磁束會以對一方的引線繼電器而言為N側、對另一方之引線繼電器而言為S側的條件穿越。此結果，即使一方出現錯誤動作但另一方進行正常動作，並不會發生雙方同時接通之情況。

圖1B示意顯示此狀態。本例中顯示因著磁束φA之流入造成引線繼電器1之接點短路、引線繼電器2之接點維持解放之狀態。如此般，即便引線繼電器1發生錯誤動作，由於引線繼電器2正常動作，而可進行正常的輸出。引線繼電器2發生錯誤動作而引線繼電器1為正常動作之情況也同樣。

圖2A顯示沿著圖1A之X-X’線之截面構成，圖2B顯示沿著同圖之Y-Y’線之截面構成。引線繼電器1具備有：引線開關4、從外部驅動此引線開關4之操作線圈(激磁線圈)5。引線開關4係2條強磁性體引線7、8之一端隔離做對向配置而封入玻璃管6中者。玻璃管6之中封入了惰性氣體等以防止接點之活性化。操作線圈5捲繞於玻璃管6之周圍，以此操作線圈5之磁束來驅動引線7、8端部之對向的引線片進行接點開閉。

圖2A以及圖2B中，係針對引線繼電器2也具有和引線繼電器1為實質同樣構成的情況來說明，但只要從外部流入磁束之情況，以其中一者之引線繼電器不會接通的方式來配置即可，而可使用不同構成之引線繼電器。

本實施形態之引線繼電器1、2分別如圖3所示般具備有：第1、第2外部端子T1、T2，係連接於進行接通/斷開切換之引線開關4處；以及第3、第4外部端子T3、T4，用以使電流流經操作線圈5。此外，如圖2A以及圖2B所示般，藉由在印刷配線板3上所形成之配線(金屬膜圖案)3a使得引線繼電器1、2之外部端子T3、T4彼此個別共通連接，而外部端子T1、T2之一方彼此連接著。

藉此，如圖4A所示，引線繼電器1、2之操作線圈5會並聯，如圖4B所，成為引線繼電器1、2之輸出端的引線開關4(接點)會串聯。此結果，引線繼電器1、2以同一輸入條件來動作，基於兩引線繼電器1、2之接通/斷開之加法運算來進行輸出。亦即，以下述切換裝置的方式運作：於既定條件成立時，兩引線繼電器1、2之操作線圈5受到激磁，引線繼電器1、2總括進行接通作動，藉此供給於引線繼電器1之外部端子T1(或是T2)的電源或是訊號係從引線繼電器2之外部端子T2(或是T1)供給至下游側之電路。

另一方面，當操作線圈5流入產生電流之外界擾亂(例如磁束φA)之情況，由於引線繼電器1、2之磁束φ1、φ2之朝向錯開180度，故磁束φA之影響成為相反關係。從而，即使一方的引線繼電器出現接通作動，另一方的引線繼電器維持在斷開(解放)。如此般，可抑制引線繼電器1、2之雙方同時出現接通作動，即使一方的引線繼電器因著外界擾亂而錯誤作動，只要另一方之引線繼電器為正常，則經加法運算後之輸出會成為正常。從而，藉由採行複數繼電器不會因為外界擾亂而同時作動之多重化構成配置，可提高安全性。

此外，因故障繼電器成為斷開之側因無危險故不成為問題。

如上述般，本實施形態之切換裝置，複數引線繼電器係以操作線圈生成不同朝向磁束的方式來配置，當操作線圈流入了產生電流之外界擾亂的情況，至少一個操作線圈所產生的電流值會較當引線繼電器接通作動時之電流值來得小。藉此，具有該操作線圈之引線繼電器即使流入外界擾亂也可維持斷開，故可確保高安全性。從而，只要不會同時發生兩個引線繼電器錯誤成為接通的故障，危險側不會成為接通，可降低共通原因故障。此外，引線繼電器即使發生故障之情況由於維持著解放，而可控制在安全側。

圖5係顯示搭載著圖1、圖2A以及圖2B所示切換裝置之電源供給系統之構成例。此系統係對於實現各種機能之電路、例如輸出電路或介面電路等(或是也可為裝置)供給電源者。

切換裝置11係從基準電源12被供給電源電壓VREF。此切換裝置11中之引線繼電器1、2之操作線圈係從CPU等控制裝置13被供給控制訊號CS，以於既定條件成立時總括進行接通作動的方式受到驅動。此切換裝置11係將安全條件分配至引線繼電器1、2之斷開側，當控制裝置13之硬體或軟體發生異常之情況，此等繼電器1、2成為解放狀態。從而，電源電壓VREF被供給至下游側之各種電路14意味著控制裝置13、亦即搭載著切換裝置11之系統的硬體、軟體處於正常動作狀態。

以往，上述般電源供給系統中當因著硬體或軟體之異常造成系統停止之情況或是失去控制之情況，無法確保輸出是處於正常或是危險狀態。此外，若以電路的輸出未以不會因為單一故障而成為危險側的方式設置安全電路進行保護，則有輸出固定在危險狀態之虞。對此，當本電源供給系統發生故障之情況，由於電源對於下游側各種電路14之供給被停止，而可確保系統處於安全狀態，無須設置安全電路，可將經確認安全性之電源供給至電路14。從而，藉由事先將安全側的條件分配至斷開側，可實現故障安全(fail-safe)。

此外，圖5中係以電源供給系統為例，但取代電源而將各種訊號(輸入訊號)供給於下游的各種電路之情況也同樣可適用，可得到實質同樣的作用效果。

如上述般，藉由將繼電器設定為多重化構成可提高裝置之安全性，可提高使用此切換裝置之系統的安全性。實施形態所使用之引線繼電器1、2為通用品，小型且價格低廉。從而，可抑制因外界擾亂所致錯誤動作並確保安全性，同時可謀求使用切換裝置之製品或系統的小型化與低價格化。

圖6顯示本發明之實施形態之切換裝置之變形例。此切換裝置係相對於第1印刷配線板3之表面以垂直方式設置第2印刷配線板15，於此等第1、第2印刷配線板3、15分別構裝了引線繼電器1、16。

依據如此之構成，相對於箭頭所示從外部流入之磁束φA，引線繼電器1、16之磁束φ1、φ3之角度差成為90度。藉此，引線繼電器1、16不會同時接通作動，如圖1B示意顯示般，即使一方出現錯誤作動，另一方仍進行正常動作(維持繼電器之解放狀態)。從而，可抑制外界擾亂所致錯誤動作而確保安全性，並可謀求小型化與低價格化。

此外，本發明不限定於上述實施形態及其變形例，可做各種變形來實施。

<變形例1>

例如，雖舉出於印刷配線板上構裝2個繼電器之情況為例來說明，但只要以至少一個繼電器對於從外部流入之同一磁束不會產生接通作動的方式來配置即可，而當然可配置3個以上的繼電器。

<變形例2>

此外，當以本切換裝置處理大電流的情況，也可於上述印刷配線板上並聯構裝複數繼電器以成為必要的電流量。於此情況同樣地以至少一個繼電器不會因為從外部流入的磁束而被同時接通作動的方式來配置。

<變形例3>

再者，雖就2個繼電器之磁束朝向以180度做配置之情況以及以90度做配置之情況做了說明，但未必限定於此等角度。只要在從外部流入磁束之情況下，至少一個繼電器不會產生接通作動來進行配置即可，不限定於90度或是180度等特定的角度。換言之，從外部流入磁束之情況，只要於至少一個繼電器之驅動線圈(操作線圈)所產生的電流值較該繼電器接通作動時之電流值來得小即可。

<變形例4>

在通用品之繼電器一例方面雖舉出相對小型且低價格之引線繼電器為例來說明，但不限於引線繼電器，也可適用電磁繼電器之類。

<變形例5>

於驅動線圈(操作線圈)產生電流之外界擾亂方面雖舉出磁束為例來說明，但即使是流入了電磁波等雜訊之情況，藉由以在至少一個操作線圈所產生的電流值較該繼電器接通作動時的電流值來得小的方式來配置複數繼電器，可得到同樣的作用效果。

以上之實施形態以及變形例所說明之構成、形狀、大小以及配置關係充其量不過是概略顯示出可理解、實施本發明之程度。從而本發明不限於已說明過的實施形態以及變形例，在不脫離申請專利範圍所顯示之技術思想範圍內可變更為各種形態。