WO1999013482A1 - Unite de commande pour relais - Google Patents

Description

明 細 書 継電器の制御回路 技術分野

本発明は、 マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ で継電器を駆動制御する際 に利用される継電器の制御回路に関するものである。 背景技術

マイ ク ロ コ ン ピュー タで継電器を制御し、 かつ接点溶着を自 力解除する技術は、 従来よ り提案されており、 第 6図のような 構成を有していた。 すなわち、 2 1 はマイ ク ロ コ ン ピュ ー タ、 2 1 aは + D C電源 V D Dで、 2 l bは負荷電源と共通ラ ィ ンと した電源 V S Sである。 マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 2 1の継 電器制御出力 2 1 cには ド ライ パー用 ト ラ ン ジス タ 2 3を介し て継電器 2 2が接続され、 継電器 2 2の接点 2 4 aは負荷 2 5 を介して電源 2 6に、 別の接点 2 4 bは接点 2 4 aが溶着した 場合の検出用と してマイ ク ロ コ ン ピュータ 2 1の入力 2 1 dに 接続されている。

次に上記構成による接点溶着時の制御動作を簡単に説明す マイ ク σコ ン ピュ ー タ 2 1の継電器制御出力 2 1 c力 0 ηか ら 0 f f に切り替わった時点で、 継電器 2 2のコイ ル電圧は 0 f f になり、 負荷 2 5も 0 f f になる。 このと き、 接点 24 a が溶着した場合は接点 2 4 aが o nのまま となり、 接点溶着検 知用の接点 2 4 bからの復帰信号がマイ ク ロ コ ン ピュ ータ 2 1 の入力 2 1 dに戻らないため溶着と判断される。 これにより、 マイ ク ロ コ ン ピュータ 2 1 の継電器制御出力 2 1 c の制御信号 は溶着を解除するモー ドに切り替わり、 短いパルス信号が継電 器 2 2 のコイ ルに印加され、 その衝撃が接点溶着部に伝わり溶 着が解除される。 こ こで、 一回で溶着が解除すればその時点で 溶着解除モー ドは正常な制御モー ドに戻り、 も し溶着が解除で きない場合は解除できるまで続行するという ものであった。

しかしながら上述した従来構成では、 溶着解除のパルスを一 回印加すると次のパルス印加まで継電器駆動電源の立ち上がり 時間が必要となり、 そのため衝撃パルスの連铳性に欠け、 溶着 解除能力が低く なるという課題を有していた。

また継電器が正常動作中に瞬時停電が発生した際に、 継電器 の駆動電源が感動電圧レベルに満たないま ま電源が復帰する と、 継電器の接点が 0 f f 伏態のままになったり、 あるいは接 点圧が十分得られないという問題が発生し、 最悪の場合は接点 が発熱し、 機器の信頼性を低下させる と い う課題も有してい た。

本発明は、 このよ う な従来の課題を解決するための ものであ り、 接点溶着時に並列駆動回路で有効な衝撃パルスを印加する こ と によ り、 短時間で接点溶着を解除可能にすると と もに、 駆 動電源の立ち上がり不足による継電器の復帰問題があった場合 でも、 他の並列出力ポー トから駆動信号を継電器に供給する こ とによって、 この問題を同時に解決することができる制御回路 を提供することを目的とする ものである。 発明の開示

本発明の継電器の制御回路は、 継電器の接点で負荷を制御す る回路であって、 前記継電器を制御するためのマイ ク 口 コ ン ピュータ と、 前記マイ ク ロ コ ン ピュータに前記継電器の接点溶 着を検出しその信号を入力する接点溶着検出手段と、 前記接点 溶着検出手段の信号に基づき接点溶着時に前記マイ ク ロ コ ン ピュータ の継電器制御信号を短いパルス信号に切り替える第 1 および第 2 の駆動手段を備え、 前記第 1および第 2 の駆動手段 を用いて前記継電器を並列駆動させる構成と したものである。

この構成によれば、 接点溶着時に継電器を並列駆動させるこ とにより、 接点に有効な衝撃パルスを印加するこ とが可能とな り、 短時間で接点溶着の解除を行う こ とができると と もに、 駆 動電源の立ち上がり不足による接点の復帰問題があった場合で も、 並列に設けられた他の出力ポー トから継電器駆動信号を供 給する こ と によ って接点を復帰させる こ とができ、 これらの問 題を同時に解決できる。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の一実施例における継電器の制御回路の構成 を示す回路図、 第 2図は同実施例における瞬時停電時の効果を 説明するためのタ イ ムチ ヤ一ト、 第 3図は同実施例における溶 着解除制御パタ一ンを説明するためのタ イ ムチ ャ ー ト、 第 4図 は同実施例における他の溶着解除制御を説明するためのタイ ミ ングチ ヤ一卜、 第 5図 (a)は同実施例における継電器の要部拡大 図、 （b)は同継電器の接点状態を示す要部拡大断面図、 第 6図は 従来の溶着解除手段を有する継電器の制御回路図である。

以下、 本発明の一実施例について図を用いて説明する。

第 1図は本発明の一実施例における継電器の制御回路の構成 を示す回路図である。

第 1図において、 1はマイ ク ロ コ ンピュータ、 2は継電器、 6は第 1の駆動手段であり、 ト ラ ンジスタ 3 と整流ダイ ォー ド 4と平滑用コ ンデンサ 5 とから構成されている。 7は第 2の駆 動手段であり、 ト ラ ン ジス タ 8 と整流ダイォ一 ド 9 と平滑コ ン デンサ 1 0から構成されている。 ト ラ ン ジス タ 3 と 8のベース はそれぞれマイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 1の出力ポー ト l a , l bに 接続されており、 コ レク タは継電器 2に並列接続されている。

1 1 は継電器駆動時の電圧を確保するための定電圧素子、 1 2は定電圧素子の電流制限抵抗であり、 かつ継電器作動時の コィ ル温度上昇を抑える保持電流制限抵抗である。 1 4は商用 電源で、 継電器の接点 2 a と 2 bを介して負荷 1 3が接続され ている。 接点 2 cは接点 2 a と 2 bが溶着したと きの検出用で あり、 マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 1の入力ボー ト 1 cに接続されて いる。

以下に、 第 1図を用いて同実施例における動作を説明する。 マイ ク ロ コ ンピュータ 1の出力ボー ト 1 aから継電器駆動信号 が出る と ト ラ ン ジス タ 3が o n し、 平滑用コ ンデンサ 5にチ ヤ — ジア ッ プされた D C電圧が継電器 2に加わり駆動される。 し たがつて継電器の接点 2 a と 2 bは o nになり負荷 1 3が通電 される。 マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 1の出力ポー ト l aの継電器駆 動信号を o f f したとき、 継電器の接点 2 cに 2 bの接点が復 帰した信号をマイ ク ロ コ ンピュータ 1 の入力ボー ト 1 c で検出 する。

もしも接点が溶着して復帰信号が検出できない場合は、 出力 ポー ト 1 aは短いパルス信号に切り替わり、 第 1 の駆動手段 6 によ って接点溶着部に衝撃を与える。 さ らに第 1 の駆動手段 6 のパルス印加終了後、 すかさず第 2 の駆動手段 7 によるマイ ク ロ コ ンピュータ 1 の出力ボー ト 1 bから短いパルス信号が加わ る。 この連続した出力ポー ト 1 a と 1 b の強力な衝撃パルスで 接点溶着が外れるまで続行される。 接点溶着が外れる と接点 2 c に復帰レベルを得て、 マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 1の入力ポー ト 1 cが溶着解除信号と して受け取り、 出力ポー ト l a の短い パルス信号は正常動作信号に切り替わる。 また出力ポー ト 1 b は出力停止状態になり、 正常時は以下に記載する動作以外は何 も行わない。

次に第 1図の実施例の中で第 2図を用いて他の動作を説明す る。

第 1図の回路構成において商用電源が瞬時停電したと きの動 作を第 2図を用いて説明する。 商用電源 1 4が a点で入ったと すると、 ほぼ同時にマイ ク ロ コ ン ピュータ 1 の D C電源が供給 される。 継電器 2の駆動電源は上述したよ うに継電器 2のコィ ルの温度上昇を抑えるため、 平滑コ ンデンサにチ ャ ー ジア ッ プ された電圧で継電器 2を駆動し、 作動後は必要最小限の保持電 流で維持するよう電流制限抵抗 1 2で駆動電流を押さえつけら れている。

したがって継電器 2 の第 1 の駆動手段 6 は平滑コ ンデンサ 5 と抵抗 1 2の時定数で電源投入から少し遅れた b点で所定の電 圧に落ち着く。 通常この時間は数秒以下であり実用上はなんら 差し支えない。 c点も同様に第 2の駆動手段 7で所定の電圧に 落ち着く 。 d点でマイ ク ロ コ ン ピュータ 1 の出力ポー ト 1 aか ら継電器 2 の制御信号が出力される と、 平滑コ ンデ ンサ 5 に チ ャ ー ジァ ッ プされていた高い電圧 e点が継電器 2 に印加さ れ、 継電器 2の接点が f 点で閉じ作動状態になると、 継電器 2 のコ ィ ル電流は必要最小限の保持電流 g点に落ち着く 。

こ こで突然瞬時停電が h点で発生したとすると、 第 1 の駆動 手段 6 の電圧も低下し、 コ イ ル電流は i 点の保持電圧以下に なって継電器 2 の接点も j 点で開状態になる。 停電が k点で復 帰してもマイ ク ロ コ ン ピュータ 1 の出力ボー ト 1 aからの制御 信号は 0 nのままなので継電器 2の再起動できる電圧は①点の ように期待できず、 継電器 2の接点は②点の開状態のままで負 荷を駆動できない状態に陥る。 たとえ接点が閉状態となっても 十分な接点圧が確保できず接点発熱等で信頼性の低下を招く恐 れがぁる。 そこで停電復帰後、 マイ ク ロ コ ン ピュータ 1 の出力 ポー ト 1 b の m点で第 2の駆動手段 7 の制御信号を出すと継電 器 2は n点の高いコ イ ル電流を得て 0点で接点は正常復帰す る。

以上のようにして得られる継電器 2の制御回路は、 接点溶着 時に複数の駆動回路で有効な衝撃パルスを印加する こ と によ り、 短時間で接点溶着を解除する こ とができ る と と もに、 駆動 電源の立ち上がり不足による継電器の復帰問題があった場合で も、 別の並列出力ボ一卜から駆動信号を供給する こ と によ って 接点を復帰させることができ、 これらの問題を同時に解決でき る継電器の制御回路を提供でき る と いう有利な効果が得られ る。

次に第 3図を用いて、 マイ ク ロ コ ンピュー夕でプログラムさ れた複数の制御パター ンに基づいて並列駆動が行われる動作例 を説明する。

第 3図はマイ ク ロ コ ン ピュ ー タ の入力ポー ト 1 cが接点溶着 検知をして出力ポ一 ト 1 aおよび 1 bから出力される制御バタ 一ンを図示したものである。 A点は短いパルス信号 （約 5 0 0 m s 程度） に切り替わった継電器 2 の制御信号が出力ポー ト l aから出され、 B点で切れると、 継電器 2 の接点が 0 f f す る時間余裕をみて C点で出力ポー ト 1 bから制御信号が出され る。 同様に D， Eへと接点溶着が外れるまで繰り返される。 こ の動作が基本モー ドである。

次に押圧モー ドでは F点で長めのパルス （ 5 0 0 m s〜 1 s ) が出され、 G点で切れる。 その後は前記同様、 継電器 2の接点 が 0 f ίする時間余裕をみて Η点で短いパルスを出力ポー ト 1 b から出力される。 同様に I， J へと接点溶着が外れるまで繰り 返される。

また衝撃モー ドでは、 出力ボー ト 1 aから K点で極短パルス ( 2 0 0 m s以下） が出され、 継電器 2 の接点が 0 f f する時 間余裕をみて L点で出力ポー ト 1 bからも極短パルスが出力さ れる。 同様に M， N点へと接点溶着が外れるまで繰り返され ο

以上の 3つのモー ドは単独で実行される場合、 組み合わせて 実行される場合、 組み合わせ加工する場合等があるが、 も っ と も有効な結果が出るようなプログラムを組むこ と によつて多面 的な展開が可能となるものである。

以上のように、 継電器の制御信号をマイ ク 口コ ンピュータで プロ グラ ムされた複数の制御パター ンに基づいて第 1 の駆動手 段と第 2の駆動手段をそれぞれ交互に駆動させる こ と によ つ て、 接点の溶着解除に有効な衝撃パルスを短時間に印加する こ とができるため、 確実な溶着解除効果が得られると と もに、 従 来困難とされていたィ ンチ ング動作も可能となる。

さ らにプログラムを第 4図のようにする事によって他の効果 を得る こ とができ るので、 それについて説明する。

第 4図において、 継電器の駆動信号が A点で入ったとする と、 ほぼ同時に第 1 の駆動手段 6 と第 2 の駆動手段 7が動作 し、 継電器コ イ ルは第 2 の駆動手段 7 の継電器駆動最大電圧印 加により、 接点移動区間 E の初期 （A〜 B ) は勢いよ く接点が 閉成方向に始動する。 その後 B点以降は第 1 の駆動手段 6の比 較的低い電圧で接点動作区間の残りを移動しつつ接点閉成区間 ( C〜D ) へと移る。

この一連の始動モー ドの動作には 2つの効果を得る ことがで きる。 1つは駆動初期に、 第 2の駆動手段 7 で強制駆動を接点 移動区間 E ( A〜 C間） を行う事によって、 始動時の機械的摩 擦による動作時間パラ ツキを抑えられ、 繰り返しパラ ツキを少 なく する有効な手段となる。

もう一つは、 接点移動区間 Eの終盤 （ B〜 C ) から接点閉成 区間 Fの必要最低限度の低電圧モー ド駆動は、 接点閉成時の機 械的衝撃音を抑えるこ とができ、 継電器の静音化に有効な手段 となる。 また、 第 2の駆動手段 7で接点閉成区間 Fの終了後、 継電器駆動信号 Gを出力するこ と によ って、 接点閉成時の接点 圧が不足しているような時でもコィ ル吸引力を補強し接点圧を 確保することができるのである。 尚、 第 1の駆動手段 6および 第 2 の駆動手段 7 の駆動時間関係式は次式で示す。

E X k > H E ： 接点移動区間の時間

k ： 係数で 0 . 1 〜 0 . 9

H ： 第 2の駆動手段の動作時間

次に、 第 5図 (a) (b)に本実施例で用いた継電器の接点部分の状 態モデルを示す。 図において、 2 aは N 0接点 （固定接点） で あり、 2 bは C O M接点 （可動接点） であり、 その表面には酸 化皮膜や汚染皮膜等の皮膜 （ 2 d ) が付着している。 図に示さ れるように、 電流が流れる際の接点の状態は、 複数個の金属の 微小突起同士が、 その先端部でのみ接触 （矢印 A ) しており、 これによ り電流経路が形成されている ことがわかる。

したがって、 本実施例において、 第 1の駆動手段を継電器の 制御可能な範囲で継電器の定格より も低い電圧で駆動させてや れば、 万一接点溶着が発生しても溶融溶着部分の面積を最小限 に抑えることができると と もに、 接点表面の微小突起の成長も 最小限に抑えることができるため、 軽い溶着で済ませる ことが できると と もに、 軽溶着も発生しにく く する ことができる。 ま た、 接点 0 n時に発生するパゥ ン シ ング現象も低い電圧で行う 程、 最小限に抑えるこ とができ、 接点寿命を飛躍的に延ばすこ とが可能となる。 なお、 駆動電圧を低く すると、 接点が溶着した際の自力解除 能力が低下、 すなわちノ ッキ ングパルスが弱く なるが、 第 2 の 駆動手段の駆動電圧を第 1 の駆動手段の駆動電圧よ り も高く (例えば、 定格より大き く最大定格以内の電圧） して並列駆動 させてやれば、 より強い衝撃を加える ことができ、 自力解除能 力も十分確保する ことが可能となる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明の継電器の制御回路によれば、 接点溶 着時に継電器を並列駆動させるこ と によ り、 接点に有効な衝撃 パルスを印加することができ、 短時間で接点溶着の解除を行う ことができると と もに、 駆動電源の立ち上がり不足による継電 器の復帰問題があ っ た場合でも、 並列に設け られた他の出力 ポー トから駆動信号を継電器に供給するこ と によ って接点を復 帰させることができ、 これらの問題を同時に解決できるという 有利な効果が得られる ものである。

また、 マイ ク ロコ ンピュー夕にプロ グラ ムされた複数の制御 パター ンに基づいて、 継電器を並列駆動させるため、 第 1 の駆 動手段と第 2 の駆動手段を交互に駆動させてもつ と も有効な衝 撃パルスを印加するこ とができ、 確実な溶着解除効果が得られ ると と もに、 従来困難とされていたィ ンチ ング動作もできると いう有利な効果が得られる ものである。

さ らに、 第 1 の駆動手段は、 定格より も低い電圧で駆動され るため、 溶着が発生しても軽い溶着で済むと と もに、 接点 0 n 時のバウ ン シ ングも小さいため、 接点表面の微小突起部を成長 させる こ と もなく 、 接点寿命を大幅に延ばすことができると と もに、 接点溶着時には定格より も大きい電圧で第 2の駆動手段 が駆動されるため、 強い衝撃を溶着部に加えることができ、 接 点溶着時の自己復帰がより確実に行えるという有利な効果が得 られる ものである。

さ らに、 第 2の駆動手段は継電器の駆動最大電圧で始動モー ド時に強制動作を一時的に行わせる こ と によ って、 継電器動作 初期の機械的摩擦による始動パラ ツキが抑えられるため、 繰り 返し動作時間のパラツキが少なく なる効果がある。 さ らに、 そ の後は第 1 の駆動手段で必要最小限の駆動電圧で接点を閉成さ せるため、 継電器動作音の静音化に有利な効果が得られる もの である。

Claims

請 求 の 範 囲 継電器の接点で負荷を制御する回路であって、 前記継電器を 制御するためのマイ ク ロ コ ンピュータと、 前記マイ ク ロ コ ン ピュータに前記継電器の接点溶着を検出しその信号を入力す る接点溶着検出手段と、 前記接点溶着検出手段の信号に基づ き接点溶着時に前記マイ ク ロコ ン ピュータの継電器制御信号 を短いパルス信号に切り替える第 1および第 2の駆動手段を 備え、 前記第 1および第 2 の駆動手段を用いて前記継電器 を並列駆動させる ことを特徴とする継電器の制御回路。 第 1の駆動手段の駆動電圧と第 2の駆動手段の駆動電圧を 異ならせたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の継電 器の制御回路。

接点溶着時にマイ ク ロ コ ン ピュ 一 タ にプロ グラ ムされた複 数の制御パタ―ンに基づいて第 1および第 2の駆動手段を 制御して継電器を並列駆動させる ことを特徴とする請求の 範囲第 1項記載の継電器の制御回路。

第 1 の駆動手段を継電器の定格より小さい電圧で駆動させ ると と もに、 第 2の駆動手段を前記継電器の定格よ り大き く最大定格以内の電圧で駆動させるこ とを特徴とする請求 の範囲第 1項記載の継電器の制御回路。

始動時に第 2の駆動手段を継電器の駆動最大電圧の近傍で 強制駆動を一時的に行わせると と もに、 その後、 第 1 の駆 動手段を必要最小限の駆動電圧で駆動させることを特徴と する請求の範囲第 1項記載の継電器の制御回路。