JP7716256B2 - 電気スイッチング・デバイスの特性を推定するための方法、関連デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電気スイッチング・デバイスの特性を推定するための方法、およびこれらの方法を実施するための関連デバイスに関する。

より詳細には、本発明は、コイルを備える電磁アクチュエータを含む電気接触器に関する。

そのような電気スイッチング・デバイスは、例えば、電気負荷への電力供給を制御するために、開状態と閉状態との間を切り替えるように構成される。可動電気接点が、通常、アクチュエータの可動部分に接続され、アクチュエータの可動部分は、適切な電流がコイルを通過するときにコイルによって作り出された磁場の作用によって移動される。

例えば、状態を見出すために、および／または機能不全の出現を検出し、それにより、適切な予防保守を行うために、動作中にデバイスの１つまたは複数の特性を自動的に推定できることが望ましい。

いくつかのデバイスは、温度または電気接点の摩耗状態などのデバイスの特性を測定するための専用センサを有する。しかしながら、これらのセンサは、デバイスの製造コストを増加させる。その上、新しいセンサを既存のデバイスに統合することは必ずしも可能とは限らない。

本発明は、より詳細には、電気スイッチング・デバイスの１つまたは複数の特性を推定するための方法を提案することによってこれらの欠点を克服するように意図される。

この目的のために、本発明の１つの態様は、電気スイッチング・デバイスの特性を推定するための方法に関し、前記デバイスは、コイルを備える電磁アクチュエータを含み、この方法は、
コイルを流れる電流を測定するステップと、
アクチュエータのための制御回路の供給電圧を測定するステップと、
アクチュエータのコイルに電流パルスを注入するステップと、
前記電流がパルスの注入の後に増加するとき、コイルを流れる電流が所定の閾値に達する時間に対応する第１の時間を識別するステップと、
前記電流がスパイクの後に減少するとき、コイルを流れる電流が再び所定の閾値に達する時間に対応する第２の時間を識別するステップと、
第２の時間と第１の時間との間に測定された前記電流の値の合計に対する第２の時間と第１の時間との間に測定された前記電圧の値の合計の比に基づいてコイルの抵抗を推定するステップと
からなるステップを含む。

本発明は、専用のセンサを必要とすることなく、デバイスの動作中に、アクチュエータのコイルの抵抗の値を自動的に確実に決定することを可能にする。

いくつかの有利であるが必須でない態様によれば、そのような方法は、以下の特徴の１つまたは複数を単独でまたは技術的に許容される組合せで組み込むことができる。

－ この方法は、推定された抵抗値に基づいてアクチュエータのコイルのインダクタンスを推定するステップをさらに備える。

－ 前記インダクタンスは、以下の式によって計算され、

ここで、Ｒｂｏｂは、推定された抵抗値であり、Ｉｃｏｉｌ_ＴｏｎおよびＩｃｏｉｌ_Ｔｏｆｆは、それぞれ、パルスのピークでおよび電流のパルスの終りに測定された電流値であり、Ｔｏｆｆは、パルスのピークが達せられた後の電流パルスの残りの期間であり、Ｄｒｌ、Ｒｓｈ、およびＲＴ１は、メモリに記録されたデバイスの設計定数である。

－ この方法は、推定された抵抗値に基づいてアクチュエータのコイルの温度を推定するステップをさらに備える。

－ コイルの温度は、以下の式によって反復して計算され、

ここで、Ｔｅｍｐ２は、コイルの温度の現在の値であり、Ｔｅｍｐ１は、温度の前の推定値であり、Ｒｂｏｂ２は、コイルの抵抗の現在の値であり、Ｒｂｏｂ１は、はコイルの抵抗の前の値であり、Ｋは、コイルを形成する材料の熱係数である。

－ コイルの抵抗は、以下の式によって推定され、

ここで、合計の

は、第１の時間と第２の時間との間に測定された電流値の合計であり、「ｔｒｓ」は、測定されたコイル電圧であり、「ｔ」は、上述で定義された第１の時間であり、Ｔｏｎは、第１の時間ｔ１から電流パルスのピーク値に達するまでの間の電流パルスの期間であり、Ｔｏｆｆは、ピーク電流が達せられた後の第２の時間までの電流パルスの残りの期間であり、Ｄｒｌ、Ｒｓｈ、Ｒ１、Ｒ２、ＲＴ４、およびＲＴ１は、メモリに記録されたデバイスの設計定数である。

－ この方法は、スイッチング・デバイスが開状態にあるときに実施される。

－ この方法は、スイッチング・デバイスが閉状態にあるときに、好ましくは、電流パルスが周期的に繰り返される保持段階中に実施される。

－ 第２の時間は、前記電流がパルスのスパイクの後に減少しているときに、測定電流値が所定の閾値に最も近い測定電流値である時間として識別される。

別の態様によれば、本発明は、コイルおよび制御回路を備える電磁アクチュエータを含む電気スイッチング・デバイスに関し、制御回路は、
－ コイルを流れる電流を測定するステップと、
－ アクチュエータのための制御回路の供給電圧を測定するステップと、
－ アクチュエータのコイルに電流パルスを注入するステップと、
－ 前記電流がパルスの注入の後に増加するとき、コイルを流れる電流が所定の閾値に達する時間に対応する第１の時間を識別するステップと、
－ 前記電流がスパイクの後に減少するとき、コイルを流れる電流が再び所定の閾値に達する時間に対応する第２の時間を識別するステップと、
－ 第２の時間と第１の時間との間に測定された前記電流の値の合計に対する第２の時間と第１の時間との間に測定された前記電圧の値の合計の比に基づいてコイルの抵抗を推定するステップと
からなるステップを実施するように構成される。

添付の図面を参照し、単に例として提供される方法の一実施形態の以下の説明に照らして、本発明はより容易に理解され、本発明の他の利点はより明確に明らかになるであろう。

本発明の実施形態よる電磁アクチュエータを含む電気スイッチング・デバイスの概略図である。 図１のスイッチング・デバイスの電磁アクチュエータの制御回路の一例の概略図である。 いくつかの動作段階における図２の電磁アクチュエータの電気制御電流の変化を表すグラフである。 図２の電磁アクチュエータの１つまたは複数の特性を推定するために使用される電流パルスの一例の図である。 本発明の実施形態による図１のスイッチング・デバイスの特性を評価するための方法のステップを表す図である。

図１は、接触器などの電気スイッチング・デバイス２を示す。

デバイス２は、電流が流れることを可能にする閉状態と、電流の流れを防止する開状態との間で切り替えられるように構成される。

例えば、デバイス２は、電気エネルギー源によってモータなどの電気負荷に提供される電力供給を制御するために電気設備に設置されることができる。エネルギー源は、例えば、電力供給ネットワークまたは発電機である。

図示の例では、デバイス２は、一方では上流の電気ライン４に、および他方では下流の電気ライン６に接続される。

電気ライン４および６は、例えば３相交流を伝送するために、複数の電気相を含むことができる。相の数にかかわらず、デバイス２は、相の各々における電流の流れを遮断するかまたは代替として許容するように構成される。しかしながら、図１を簡単にするために、電気ライン４および６の各々に対して１つの電気相導体のみが示されている。

デバイス２は、例えば、ケーシング８を含む。

電気相ごとに、デバイス２は、可動部分１２に配置された分離可能接点１０と、上流の電気ライン４および下流の電気ライン６に接続された固定接点１４とを備える。接点１０および１４の各々は、導体パッド１６を備え、導体パッド１６は、この場合、金属、好ましくは、銀合金または任意の等価の材料で製作される。

デバイス２の可動部分１２は、可動接点１０が固定接点１４と接触している閉位置と、可動接点１０が固定接点１４から分離されている図１に示された開位置との間で移動可能である。

実際には、閉段階と開段階とを備える各サイクルの間に、接点パッド１６は、例えば、開の最中の電気アークの作用に起因して、またはマイクロ溶接によって引き起こされる材料の分離に起因して摩耗する。この材料の損失により、接点パッド１６の厚さはデバイス２の寿命の全体を通して減少し、それによって、開段階または閉段階の最中の可動部分の移動の振幅が増加する。

これを改善するために、デバイス２は、図１のばねによって概略的に示された機構を含むことができ、機構は、可動部分のバーに接続され、固定接点と可動接点を十分な接触圧力で電気接触したままにすることができる。

機構は、十分な接触圧力を作り出すために、閉位置で接点を押し込むように調節されることができる。この目的のために、機構は、オーバー・トラベルを備えることができ、すなわち、閉位置において、接点は、固定接点と可動接点との間の電気接触を行うのに厳密に必要である位置を越える位置まで押し進められる。

接点パッド１６の厚さが不十分である場合、またはパッド１６の表面状態が悪い場合、デバイス２の機能不全のリスクが高まる。そのとき、デバイス２は、交換されなければならない。この理由から、接点の押し込みの状態の診断により、デバイス２の劣化の進行を評価することができる。

デバイス２は、閉位置と開位置との間で可動部分１２を移動させるように構成された電磁アクチュエータ２０をさらに含む。

電磁アクチュエータ２０は、可動部分１２を移動させるために、電気制御電流が供給されたときに磁場を生成するように構成されたコイル２２を含む。

例えば、コイル２２は、導電性ワイヤの巻線を含む。可動部分１２は、磁気コアに一体化して装着されることができ、磁気コアは、コイル２２と同軸に配置され、コイル２２が適切な電流の注入によって通電されるときにコイル２２によって生成された磁場の作用によって移動される。

デバイス２は、電力をコイル２２に供給するように構成された電力供給回路２４と、電力供給回路２４を制御するように構成された電子制御デバイス２６とをさらに含む。

数多くの実施形態において、デバイス２は、ユーザからの開コマンドまたは閉コマンドを受け取るように構成された入力インタフェースを備える。例えば、制御電圧は、入力インタフェースの端子間に印加されることができる。

数多くの実施形態において、デバイス２は、上流のライン４の相の各々に流れる電流を測定するように構成された電流センサ２８をさらに備える。他の実施形態では、電流センサおよび電子制御デバイスは、デバイス２とは別のケーシングに統合される。

図２は、電力供給回路２４の一実施形態を示す。

図示の例では、電力供給回路２４は、外部電源によってまたはデバイス２により受け取られた制御信号によって電力が供給されるように構成された電力供給バスＶｃを含む。

好ましくは、電力供給回路２４は、回路２４の電力供給バスＶｃと電気アースＧＮＤとの間の電圧の値を測定するように構成された測定デバイスを備える。

例えば、測定デバイスは、電力供給バスＶｃと電気アースＧＮＤとの間にダイオードＤｔと直列に接続された２つの抵抗器Ｒ１およびＲ２を備える。この場合、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との間に配置された第１の測定点は、電力供給バスＶｃと電気アースＧＮＤとの間に存在する電圧を表す第１の測定電圧Ｖ１を収集するために使用されることができる。

電力供給回路２４は、コイル２２を、選択的に、電力供給バスＶｃおよびアースＧＮＤに接続するかまたは電力供給バスＶｃおよびアースＧＮＤから切断するために、コイル２２に接続された１つまたは複数の電力スイッチをさらに含む。

例えば、第１のスイッチＴ１は、コイル２２とアースＧＮＤとの間に接続される。第２のスイッチＴ２は、コイル２２と電力供給バスＶｃとの間に接続される。

例えば、２つのスイッチＴ１およびＴ２が閉じられると、電圧Ｖｃに応じた電圧がコイル２２の端子に印加され、通電電流がコイル２２に流れる。第２のスイッチＴ２のみが開かれると、コイル２２は放電されることができ、残留電流がコイル２２に一時的に流れ続けることができる。

スイッチＴ１およびＴ２は、例えば、電子制御デバイス２６によって制御される。実施形態の例によれば、スイッチＴ１およびＴ２は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、または他の等価のデバイスなどの半導体タイプ電力スイッチである。

図示の例において、フリーホイーリング・ダイオードと呼ばれるダイオードＤｒｌが、第２のスイッチＴ２とアースＧＮＤとの間に接続される。ツェナー・ダイオードＤｚが、第１のスイッチＴ１と並列に接続されることができる。ダイオードＤ１は、測定デバイスの方への電流の戻りを防止するために、第２のスイッチＴ２と測定デバイスとの間の電力供給バスＶｃに配置されることができる。

数多くの実施形態において、コイル２２に流れる電流を表す第２の測定電圧Ｖ２を収集するために、抵抗器Ｒｓｈが第１のスイッチＴ１と直列に接続される。

電力供給回路２４の構成は、限定的なものではなく、他の可能な実施態様がある。

通例、電子制御デバイス２６は、適切な制御コマンドを受け取ると、デバイス２に切り替えを行わせるように構成される。

有利には、電子制御デバイス２６はまた、以下の本文の通読からより容易に明らかになるように、デバイス２の動作中にデバイス２の少なくとも１つの特性、特に、コイル２２の抵抗、コイル２２のインダクタンス、およびコイル２２の温度などのコイル２２の１つまたは複数の特性を推定するように構成される。

数多くの実施形態において、電子制御デバイス２６は、１つまたは複数の電子回路によって実現される。

例えば、電子制御デバイス２６は、プログラマブル・マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのプロセッサと、コンピュータ・メモリまたはコンピュータ可読データを記録するための任意の媒体とを含む。

例によれば、メモリは、ＲＯＭ、またはＲＡＭ、またはＥＰＲＯＭもしくはフラッシュもしくは同等のタイプの不揮発性メモリである。メモリは、プロセッサによって実行されたときに以下で説明される実施形態のうちの１つまたは複数に従って制御デバイス２６を動作させるための実行可能命令および／またはコンピュータ・コードを含む。

変形によれば、電子制御デバイス２６は、信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、リプログラマブル論理コンポーネント（ＦＰＧＡ）、もしくは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または任意の等価の要素を含むことができる。

図３は、デバイス２が閉状態に切り替えられ、次いで、開状態に再び切り替えられる場合に、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４で表されたデバイス２の異なる連続的な動作段階における時間（ｔ）の間にコイル２２に流れる電流（Ｉ）の変化を示すグラフ４０を示す。この電流は、以下の本文では「コイル電流」と呼ばれる。

第１の段階Ｐ１は、デバイス２が安定して開状態にある初期段階である。実際には、第２のスイッチＴ２は開いたままであり、コイル電流はゼロのままである。

オプションとして、図に見られるように、前記特性を推定するために、電流パルスがコイル２２に注入されてもよい。

第２段階Ｐ２は、閉コマンドがデバイス２によって受け取られた後の閉段階である。例えば、スイッチＴ１およびＴ２が閉じられる。コイル電流は、可動部分１２が開位置から閉位置に移動し始める閾値に達するまで増加する。閉段階の残りの部分では、コイル電流は、可動接点１０が固定接点１４を圧迫するようになるときのプラトー値まで増加する。そのとき、デバイス２は閉状態にある。

保持段階と呼ばれる第３の段階Ｐ３では、コイル電流は閾値より上に保持され続ける。実際には、コイル電流は、この保持段階の間、閉段階で達せられたプラトー値より下にとどまることができる。

オプションとして、図に見られるように、コイル電圧は、不必要なエネルギー損失を避けるために、コイル電流を前記閾値より上に保持しながら、できるだけコイル電流を減少させるように周期的に変化されてもよい。

図示の例では、コイル電圧の周期的な変化は、事前定義されたチョッピング周波数で交互に第２のスイッチＴ２を開閉し、それにより、事前定義されたプロファイルに従ってコイル電圧の振動を作り出すことによって得られる。その結果、コイル電流は、同様に、２つの強度値の間の振動４２を有する。この時間の間、第１のスイッチＴ１は閉じたままであってもよい。

これらの振動によって引き起こされる機械振動が人間の耳に聞こえる雑音を生成しないようにするために、チョッピング周波数は、有利には、１００Ｈｚ未満または２５ｋＨｚ超に選ばれる。図示の例では、チョッピング周波数は１００Ｈｚ未満である。

開段階Ｐ４は、電子制御デバイス２６が開コマンドを受け取ると開始する。スイッチＴ１およびＴ２は両方とも開かれる。

デバイス２の特性を推定するための方法の動作の一例が、次に、図４および図５を参照して説明されることになる。

図５の図によって示されるように、方法は、最初に、ステップ１００によって初期化される。

次いで、制御回路２６は、コイルに流れる電流を測定する（ステップ１０２）こと、および電力供給回路２４によって設定された供給電圧Ｖｃを測定する（ステップ１０４）ことを開始する。

例えば、これらの測定は、ある期間にわたって逐次サンプリングで繰り返される。図２に示される例では、これらの測定は、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２の値の測定から構成される。測定値は、制御デバイス２６のメモリに記録されることができる。

次いで、ステップ１０６において、例えばコイル２２の端子に印加される電圧を変化させることにより、電流パルスが、電力供給回路２４によってアクチュエータ２０のコイル２２に注入される。この目的のために、スイッチＴ１およびＴ２は、一時的に閉じられてもよい。

時間（ｔ）の関数としてのコイル電流（Ｉ）の変化を表す図４の例に示されるように、電流パルス５０は、例えば指数関数的変化の法則に従って、最大値Ｉ２まで増加する上昇フロントを有することができる。

この最大値への到達は、ここでは、パルス５０のスパイク５２に対応する。

この上昇フロントは、その後に降下フロントが続き、降下フロントは、最大値Ｉ２から元の値またはゼロ値などの最終値まで降下し、ここでは、指数法則に従って減少する。したがって、電流パルスは、ここでは、サメのヒレの形状として知られているものを有する。

ここではＩ１で表される所定の閾値が定義され、コイル電流の最小値と最大値Ｉ２との間にある。電流パルス５０が注入されると、コイル電流は、上昇フロント中の第１の時間にこの所定の閾値Ｉ１を通過し、次いで、降下フロント中の第２の時間に所定の閾値Ｉ１を通過する。

したがって、ステップ１０６の後のステップ１０８において、制御デバイス２６は、前記電流がパルスの注入の後に増加するとき、コイルを流れる電流が所定の閾値Ｉ１に達する時間に対応する第１の時間（ｔ１）を識別する。

所定の閾値Ｉ１は、予め固定され、例えば、メモリに記録されてもよい。例えば、閾値は、十分な信号を保持し、測定を行うために十分に低くなるように選ばれる。例として、閾値は、最大値Ｉ２の１０％に等しくすることができる。

次いで、ステップ１１０において、制御デバイス２６は、前記電流がパルスのスパイクの後に減少するとき、コイルを流れる電流が再び所定の閾値Ｉ１に達する時間に対応する第２の時間（ｔ２）を識別する。

例えば、第１の時間および第２の時間の識別は、ステップ１０２において開始され、引き続いて行われるコイル電流測定に基づく。

ステップ１１２において、コイルの抵抗が、第２の時間ｔ２と第１の時間ｔ１との間に測定された前記電流の値の合計に対する第２の時間ｔ２と第１の時間ｔ１との間に測定された前記電圧の値の合計の比に基づいて推定される。

実施形態の一例によれば、閾値Ｉ１の通過が時間ｔ１において検出されるとすぐに、制御デバイス２６は、時間ｔ２においてコイル電流の閾値Ｉ１の通過が検出されるまで電圧値を合計することを開始し、対応する合計ΣＵをメモリに記録する。制御デバイス２６は、コイル電流の測定値に対して同様に続行し、対応する合計ΣＩをメモリに記録する。

次いで、Ｒで表される抵抗値が、以下の式によって示されるように、これらの２つの合計の比として推定される。

言い換えれば、コイル電流および電圧のサンプルの加算は、電流閾値Ｉ１から開始されることができ、この加算は、コイル電流が再びこの閾値に達するときに停止される。

抵抗を推定するための方法は、デバイス２が開状態にあるとき、好ましくは、上述の段階Ｐ１の間に実施される。この場合、オプションとして、しかし有利には、推定方法は、デバイス２のスイッチがオンにされるとすぐに実施され、閉段階が開始されることができる前に、デバイスの動作状態が安全要件に適合していることを確認することができる。

抵抗を推定するための方法はまた、デバイス２が閉状態にあるとき、特に、上述の保持段階Ｐ３の間に実施されてもよい。この場合、電流パルスは、電力供給回路２４によって実施されるコイル電圧のチョッピングによる電流の周期的振動４２のうちの１つであってもよい。

このようにして、デバイス２の状態にかかわらず、抵抗を推定する信頼性のある比較的簡単な方法が提供される。

変形では、この計算は、以下の式を使用して抵抗Ｒを推定することによって簡易化されることができる。

ここで、合計の

は、時間ｔ１と時間ｔ２との間に測定されたコイル電流の合計であり、「ｔｒｓ」は、測定されたコイル電圧（第１の測定電圧Ｖ１）であり、「ｔ」は、上述で定義された時間ｔ１であり、Ｔｏｎは、第１の時間ｔ１と電流スパイク５２（最大値）との間の電流パルスの期間であり、定数Ｒ１、Ｒ２、Ｒｓｈは、電力供給回路２４の以前に定義された同名の抵抗の値であり、Ｄｒｌは、導通状態のダイオードＤｒｌの電圧であり、ＲＴ１は、第１のスイッチＴ１のインピーダンスであり、ＲＴ４は、第２のスイッチのインピーダンスであり、Ｔｏｆｆは、電流スパイク５２の後の第２の時間ｔ２までのパルスの残りの期間である。

Ｒ１およびＲ２の値は、デバイス２に固有の設計定数であると考えられ、例えばデバイス２の構築中にメモリに記録されることができる。定数Ｄｒｌ、ＲＴ４、Ｒｓｈ、ＲＴ１は、デバイス２に固有の定数であり、それらはまた、メモリに記録されることができるが、それらの値は温度依存である可能性がある。

実際には、これらの定数の既知の値は、予めメモリに記録され、次いで、デバイス２が開始されるときにロードされることができ、次いで、デバイスの動作中に、例えば補正動作中に、以下で説明されるステップ１１４において推定された温度値、および温度の関数としての各定数の変化を規定する法則に基づいて更新されることができる。

オプションとして、時間ｔ１およびｔ２の識別は、検出の正確さを改善するために修正サブステップを含む。

これは、閾値Ｉ１が横切られるときを検出するために使用される方法次第で、横切りが遅延を伴って検出され、それにより、抵抗の推定に誤差を導入する場合がある可能性があるためである。

特に、ステップ１１０において、降下段階中の測定誤差を最小にするために、閾値Ｉ１未満の値を有する最初の電流測定で停止する代わりに、時間ｔ２は、この測定値が閾値Ｉ１よりも大きい場合でも、閾値Ｉ１に最も近い電流値が測定された時間であると見なされる。

言い換えれば、この修正が実施されると、第２の時間ｔ２は、前記電流がパルスのスパイクの後に減少しているときに、測定電流値が閾値Ｉ１に最も近い測定電流値である時間として識別される。

特に、この方法は、主として、コイル２２の抵抗を評価することを可能にすることが明らかであろう。有利には、温度およびインダクタンスなどのコイル２２の他の特性は、推定された抵抗値に基づいて後続のステップで推定されることができる。

例えば、ステップ１１４において、制御デバイス２６は、推定されたコイル抵抗値Ｒに基づいてコイル２２の温度を推定する。

実施形態の一例によれば、コイル温度の推定は、前の温度値から開始して、ある期間にわたって反復して実行されることができる。

この推定は、以下の式によって実行されることができ、

ここで、Ｔｅｍｐ２は、新しい温度推定値であり、Ｔｅｍｐ１は、前の温度推定値であり、Ｒｂｏｂ２は、コイル２２の抵抗の現在の値であり、Ｒｂｏｂ１は、コイル２２の抵抗の前の値であり、Ｋは、コイルを形成する材料（例えば、銅）の熱係数である。コイルの抵抗値は、例えば、上述の方法によって推定される。

ステップ１１４は、ある期間にわたって、例えば周期的に、何度も繰り返されてもよい。ステップ１１４の最初の反復では、デバイス２の最初のスイッチ・オン中に測定または推定され、次いで、制御デバイス２６のメモリに記録された初期値からのものを初期値Ｒｂｏｂ１およびＴｅｍｐ１として使用することが可能である。

他の実施形態では、ステップ１１６において、制御デバイス２６は、推定された抵抗値に基づいてコイル２２のインダクタンスを推定する。

例えば、Ｌで表されるコイルのインダクタンスは、以下の式に基づいて推定されることができる。

ここで、提示された値は、以前に定義されたものである。値Ｉｃｏｉｌ_ＴｏｎおよびＩｃｏｉｌ_Ｔｏｆｆは、それぞれ、電流スパイク５２でおよび電流パルスの終りｔ２に測定された電流値に対応する。

したがって、インダクタンスは、すべての電圧降下を考慮に入れて、簡単に推定されることができる。結果は、多かれ少なかれ不正確さを引き起こす可能性があるすべてのパラメータ、例えば、残留電圧および寄生抵抗などを考慮に入れているので、より正確である。その上、計算は、実施することが容易である、すなわち、わずかな計算リソースしか必要とされない。

これらの例は、限定的なものではなく、ステップ１１４または１１６は、異なる方法で実施されてもよい。

変形では、方法のステップは、異なる順序で実行されてもよい。いくつかのステップは、省略されることがある。記載された例は、他の実施形態では、他のステップが、記載されたステップと共同してまたは順次に実施されることを妨げない。

本発明は、専用のセンサを必要とすることなく、デバイスの動作中に、アクチュエータのコイルの抵抗の値を自動的に確実に決定することを可能にする。次いで、温度およびインダクタンスなどの他の特性が、抵抗の推定値に基づいて推定されることができる。このようにして、補足のセンサ（コイル２２の近くの温度のセンサなど）を追加する必要なしに、コイル２２の状態に関する信頼できる値を得るための容易に実施される方法が提供される。

オプションとして、デバイス２の状態（開状態または閉状態）は、上述の方法によって推定された特性のうちの１つまたは複数から決定されることができる。

例えば、デバイス２の状態を決定する方法は、これらの推定された特性のうちの１つまたは複数を１つまたは複数の基準値と比較する、図示されていないステップを含むことができる。デバイス２の状態は、この比較の結果に基づいて決定される。

上述の実施形態または変形のうちの１つの特徴は、他の記載された実施形態および変形において実施されることができる。

２ 電気スイッチング・デバイス
４ 電気ライン
６ 電気ライン
８ ケーシング
１０ 分離可能接点、可動接点
１２ 可動部分
１４ 固定接点
１６ 導体パッド、接点パッド
２０ 電磁アクチュエータ
２２ コイル
２４ 電力供給回路
２６ 電子制御デバイス
２８ 電流センサ
４０ グラフ
４２ 周期的振動
５０ 電流パルス
５２ 電流スパイク
Ｄ１ ダイオード
Ｄｔ ダイオード
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｔ１ 第１のスイッチ
Ｔ２ 第２のスイッチ
Ｖ１ 第１の電圧
Ｖ２ 第２の電圧
Ｄｒｌ ダイオード
Ｄｚ ツェナー・ダイオード
Ｒｓｈ 抵抗器
ＧＮＤ 電気アース
Ｐ１ 第１の段階
Ｐ２ 第２段階
Ｐ３ 第３の段階、保持段階
Ｐ４ 開段階
Ｉ１ 所定の閾値
Ｉ２ 最大値
ｔ１ 第１の時間
ｔ２ 第２の時間

Claims (10)

1. 電気スイッチング・デバイス（２）の特性を推定するための方法であって、前記デバイスが、コイル（２２）を備える電磁アクチュエータ（２０）を含み、前記方法が、
   － 前記コイルを流れる電流を測定するステップ（１０２）と、
   － 前記アクチュエータのための制御回路の供給電圧を測定するステップ（１０４）と、
   － 前記アクチュエータ（２０）の前記コイル（２２）に電流パルスを注入するステップ（１０６）と、
   － 前記コイルを流れる電流が、前記電流パルスの前記注入の後に増加するとき、前記コイルを流れる電流が所定の閾値（Ｉ１）に達する時間に対応する第１の時間（ｔ１）を識別するステップ（１０８）と、
   － 前記コイルを流れる電流が、前記電流パルスのスパイクの後に減少するとき、前記コイルを流れる電流が再び前記所定の閾値（Ｉ１）に達する時間に対応する第２の時間（ｔ２）を識別するステップ（１１０）と、
   － 前記第２の時間と前記第１の時間との間に測定された前記コイルを流れる電流の値の合計に対する前記第２の時間と前記第１の時間との間に測定された前記電圧の値の合計の比に基づいて前記コイルの抵抗を推定するステップ（１１２）とからなるステップを含む、方法。
2. 前記方法が、前記推定された抵抗値に基づいて前記アクチュエータの前記コイル（２２）のインダクタンスを推定するステップ（１１６）をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記インダクタンス（Ｌ）が、以下の式によって計算され、
   ここで、Ｒｂｏｂは、前記推定された抵抗値であり、Ｉｃｏｉｌ_ＴｏｎおよびＩｃｏｉｌ_Ｔｏｆｆは、それぞれ、前記パルスのピーク（５２）でおよび前記電流のパルスの終り（ｔ２）に測定された電流値であり、Ｔｏｆｆは、前記パルスの前記ピーク（５２）が達せられた後の前記電流パルスの残りの期間であり、Ｄｒｌ、Ｒｓｈ、およびＲＴ１は、メモリに記録された、前記デバイス（２）に固有の設計定数である、請求項２に記載の方法。
4. 前記方法が、前記推定された抵抗値に基づいて前記アクチュエータの前記コイルの温度を推定するステップ（１１４）をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記コイルの温度が、以下の式によって反復して計算され、
   ここで、Ｒｂｏｂ２は、前記第２の時間（ｔ２）において推定された前記コイルの前記抵抗の最新の値であり、Ｒｂｏｂ１は、前記コイルの前記抵抗の前の値であり、Ｔｅｍｐ２は、前記Ｒｂｏｂ２が推定された前記第２の時間（ｔ２）に対応する前記コイルの前記温度の値であり、Ｔｅｍｐ１は、前記コイルの前記温度の前の値であり、Ｋは、前記コイルを形成する材料の熱係数である、請求項４に記載の方法。
6. 前記コイルの前記抵抗が、以下の式によって推定され、
   ここで、合計の
   は、前記第１の時間（ｔ１）と前記第２の時間（ｔ２）との間に測定された前記電流値の合計であり、「ｔｒｓ」は、測定されたコイル電圧であり、「ｔ」は、上述で定義された前記第１の時間（ｔ１）であり、Ｔｏｎは、前記第１の時間（ｔ１）から前記電流パルスのピーク値（５２）に達するまでの間の前記電流パルスの期間であり、Ｔｏｆｆは、前記電流パルスのピーク値（５２）が達せられた後の前記第２の時間（ｔ２）までの前記電流パルスの残りの期間であり、Ｄｒｌ、Ｒｓｈ、Ｒ１、Ｒ２、ＲＴ４、およびＲＴ１は、メモリに記録された、前記デバイス（２）の設計定数である、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記方法は、前記スイッチング・デバイス（２）が開状態にあるときに実施される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記方法は、前記スイッチング・デバイス（２）が閉状態にあるときに、好ましくは、前記電流パルスが周期的に繰り返される保持段階中に実施される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第２の時間（ｔ２）は、前記電流が、前記パルスの前記スパイクの後に減少しているときに、前記電流のパルスの終り（ｔ２）に測定された電流値が前記所定の閾値（Ｉ１）に最も近い測定電流値である前記時間として識別される、請求項３に記載の方法。
10. コイルおよび制御回路を備える電磁アクチュエータを含む電気スイッチング・デバイスであって、前記制御回路が、
    － 前記コイルを流れる電流を測定するステップ（１０２）と、
    － 前記アクチュエータのための制御回路の供給電圧を測定するステップ（１０４）と、
    － 前記アクチュエータ（２０）の前記コイル（２２）に電流パルスを注入するステップ（１０６）と、
    － 前記コイルを流れる電流が、前記電流パルスの前記注入の後に増加するとき、前記コイルを流れる電流が所定の閾値（Ｉ１）に達する時間に対応する第１の時間（ｔ１）を識別するステップ（１０８）と、
    － 前記コイルを流れる電流が、前記電流パルスのスパイクの後に減少するとき、前記コイルを流れる電流が再び前記所定の閾値（Ｉ１）に達する時間に対応する第２の時間（ｔ２）を識別するステップ（１１０）と、
    － 前記第２の時間と前記第１の時間との間に測定された前記コイルを流れる電流の値の合計に対する前記第２の時間と前記第１の時間との間に測定された前記電圧の値の合計の比に基づいて前記コイルの抵抗を推定するステップ（１１２）と
    からなるステップを実施するように構成される、電気スイッチング・デバイス。