JPH076678A - 電磁接触器のための電子式インターロック装置 - Google Patents

電磁接触器のための電子式インターロック装置

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JPH076678A
JPH076678A JP6053234A JP5323494A JPH076678A JP H076678 A JPH076678 A JP H076678A JP 6053234 A JP6053234 A JP 6053234A JP 5323494 A JP5323494 A JP 5323494A JP H076678 A JPH076678 A JP H076678A
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Mark E Innes
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気回路を形成するアーマチャーとコイルの
間の空隙に応じて変化する磁気回路のインダクタンスの
変化をモニターすることにより電磁接触器の開閉状態を
感知する。 【構成】 コントローラ６２は、接点閉鎖時アーマチャ
ー２４を加速或いは惰行させ、また接点が閉じるとアー
マチャーをその位置で保持するに必要な所定の電流が得
られるようにコイル２３への電圧印加時間を調整する。
接触器が現在開位置にあるか或いは閉位置にあるかを感
知するため、コントローラは前の電圧零交差点８０と電
圧印加開始点の間の位相角をモニターしてそれを記憶す
る。磁気回路のインダクタンスがアーマチャーとコイル
の間の空隙の開閉により急激に変化すると、コントロー
ラは位相角の対応変動を検出して記憶データと比較す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はモータ始動器及び同種装
置のための接触器の分野に関し、さらに詳細には、アー
マチャーと磁石の間の空隙に応じて変化する接触器コイ
ルのインダクタンスをモニターすることによって接触器
の開或いは閉状態を感知する電子式インターロック装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】少なくとも１組の接点がコイルへの電圧
の印加により開或いは閉となる電磁接触器は、種々のス
イッチング機能及び制御機能を実現する上で有用であ
る。接触器は一般的に磁気回路を有し、その磁気回路は
固定磁石と可動磁石或いはアーマチャーとを含んでい
て、接触器が開となるとそれらの間に空隙が生じる。電
磁コイルを指令により制御して接触器の主要接点に結合
可能な電圧源と相互作用させることにより、アーマチャ
ーを固定磁石の方へ電磁力により加速して空隙を減少さ
せることが可能である。
【０００３】アーマチャーは、磁気回路の付勢により移
動すると、接触器のハウジングに装着した固定接点を電
気接続する１組のブリッジ接点を支持している。負荷と
電圧源とは通常、これらの固定接点に接続されており、
ブリッジ接点が固定接点に接触すると相互接続されるよ
うに構成されている。
【０００４】アーマチャーが磁石に向って加速されると
その運動は２つのばね力による抵抗を受ける。第１のば
ね力はキックアウトばねによるものであり、このばねは
コイル印加電力が取り去られるとアーマチャーを反対方
向に移動させて接点を離間させるために利用される。こ
れは接点が開くときに起こる。もう一方のばね力は接触
ばねによるものであり、このばねはブリッジ接点が固定
接点と当接すると圧縮力を印加し始める。
【０００５】過電流状態に応答して接点を開くが、手動
リセットが必要な簡単な回路遮断器とは異なり、接触器
は、種々の態様で、時として反復的に、例えばモータの
始動、停止、惰行或いは逆転を行わせるために、接点を
開閉できるように構成されている。接触器は種々の過負
荷保護手段と組合わせることが可能であり、その場合接
触器は普通、モータコントローラと呼ばれる。単相及び
三相接触器によるスイッチング装置、また高電流スイッ
チング装置が可能である。
【０００６】接触器の特殊の用途には多くの可能性があ
る。双方向モータの場合、例えば、２つの接触器を一つ
は順方向に回転させるように、もう一つは逆方向に回転
させるようにモータ回路に結合する。他の可能性として
は、始動または停止を逐次ステップにおいて行うため、
またモータを単巻変圧器として接続するため、Ｙとデル
タ接続の間でスイッチングを行うため、モータの結線を
変化させることが含まれる。制御装置或いは手動スイッ
チング手段に結合された少なくとも１つの接触器の動作
を制御或いは協調させるため、接触器の現在の状態、即
ち接点が開か閉かを指示する信号を提供することが望ま
しい場合が多い。この信号を制御回路が利用してそれぞ
れの制御状態間の切換えを行うことが可能である。かか
る状態を指示させるためにスイッチングにより得られた
電圧を利用することが可能である。しかしながら、これ
は多くの理由により望ましくはない。その電圧は、接点
の跳ね返り、及び負荷が普通、誘導性であるため生じる
電圧変動により、非常にノイズが多い。接点の状態はそ
の接点で電圧が得られる前に、例えばさらに電源近くに
結合されたスイッチング手段を作動させる前に判定しな
ければならない場合がある。一方、接点の電圧を外部の
感知装置に結合するには別の部品が必要となる。これら
全ての理由により、それとは異なるタイプのインターロ
ックを提供するのが望ましい。
【０００７】電磁接触器を含む系統の動作を制御するた
め外部の制御回路に結合される信号とは別に、内部に設
けた接触器用制御回路が知られており、これらは種々の
目的に使用される。Ｂａｕｅｒへの米国特許第４，８９
３，１０２号は、接点閉鎖行程では接触器コイルに印加
される電力を変化させ、閉鎖行程の最初の部分ではアー
マチャーを高電力で加速し、その後アーマチャーを惰行
させて低電力で接点を最終的に保持する、マイクロプロ
セッサコントローラを備えた接触器装置を開示してい
る。この構成によると、機械的な衝撃、接点の跳ね返
り、閉鎖行程に亘ってアーマチャーを一定の電力で加速
する場合の他の悪い影響を軽減することができる。コイ
ル印加電力は、調時方式、即ち交流電流の半サイクルの
間トライアックを徐々に遅くなる時点でトリガーするこ
とによってコイル印加電流を漸減する方式によって変動
させる。
【０００８】Ｂａｕｅｒ特許の目的は、アーマチャーが
その行程を完了するに充分なだけの加速を加えた後、コ
イル駆動電流を保持レベルにまで減少させて、アーマチ
ャーの速度を制御することにある。かくして、アーマチ
ャーの速度は空隙が零になる時点で零となり、残りのコ
イル電流が接点を閉じた状態で保持する。しかしなが
ら、この関係を正確に設定すること、また一旦この関係
を設定すると時間が経過しても変化しないと想定するこ
とは困難である。Ｂａｕｅｒのコントローラでは空隙が
零になったときを検出するのが望ましい。こうすると、
キックアウトばねと接触ばねの力を克服するに必要なだ
けの特定加速量についてコントローラへフィードバック
を行うことにより電力を節減できる。
【０００９】Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌの米国特許第
４，８１９，１１８号も接触器装置のマイクロプロセッ
サコントローラを開示している。２つの接触器がそれぞ
れ関連のコントローラを具備しており、互いに反対の方
向に可逆モータが回転するように電力を印加する。これ
ら２つのコントローラは互いに通信可能なように結合さ
れ、モータの熱的過負荷が生じると各々が両方の接触器
を作動させてトリップを行なうことができる。２つの接
触器からそれぞれ負荷に供給される電流をアナログ−デ
ジタルコンバータがモニターする。各コントローラのマ
イクロプロセッサがアナログ−デジタルコンバータの出
力をサンプリングすることにより、可逆動作をするモー
タにより蓄積された熱の推定値を与える。このようにし
て、たまたま作動状態にある接触器を流れる電流だけで
なくて両方の接触器を流れる電流により負荷の加熱状態
が判定される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁気
回路のアーマチャーとコイルとの間の空隙に応じて変化
する磁気回路のインダクタンスの変化をモニターするこ
とにより電磁接触器の開閉状態を感知することにある。
【００１１】本発明の別の目的は、磁気回路のインダク
タンスの変化を検出するに充分な情報を集めるためにマ
イクロプロセッサ制御式電磁接触器の電流及び電圧レベ
ル感知手段を提供することにある。
【００１２】本発明のさらに別の目的は、接触器の開と
閉状態の間で生じるスイッチング位相角の変化を検出す
ることにより接触器コイルへの電流を半サイクルの一部
の調時点でスイッチングするマイクロプロセッサコント
ローラの動作を改善することにある。
【００１３】上記及び他の目的は、係合すると電気回路
を完成させる可動の第１及び第２の接点を有する接触器
において磁気回路を形成する電磁石とアーマチャーとに
より達成される。電磁石とアーマチャーとの間には、通
常は接点が閉じる接触器の第１作動位置で閉じるが、接
触器の第２作動位置で開く空隙が存在する。コントロー
ラは交流の各半サイクルの調時部分において電磁コイル
へ交流電圧を印加し、フィードバックループにおいてコ
イルの電流レベルを感知する。コントローラは、接点閉
鎖時アーマチャーを加速或いは惰行させ、また接点が閉
じるとアーマチャーをその位置で保持するに必要な所定
の平均電流が得られるように電圧印加時間を調整する。
接触器が現在開位置にあるか或いは閉位置にあるかを感
知するため、コントローラは前の電圧零交差点と電圧印
加開始点の間の位相角をモニターしてそれを記憶する。
電磁石とアーマチャーを含む磁気回路のインダクタンス
がそれらの間の空隙の開閉により急激に変化すると、コ
ントローラは位相角の対応変動を検出する。コントロー
ラとしては、コイル駆動電圧のある範囲に亘って位相角
を正規化するようにプログラムされたマイクロプロセッ
サを用いるのが好ましい。多数のかかる接触器に複数の
マイクロプロセッサを用いてそれらの間の動作を協調さ
せるために通信を行わせることが可能である。
【００１４】マイクロプロセッサは、接触器の状態が知
られている間にコイルとアーマチャーを含む磁気回路の
インダクタンスをテストすることができる。マイクロプ
ロセッサは、例えば、コイルへ広幅の電圧パルスを印加
することによって接点を閉方向に始動させ、接点が一旦
閉じた後にアーマチャーを保持するに充分な短幅のテス
トパルス列を出力することが可能であり、またこの保持
電流レベルを維持するために必要な電圧印加開始時点の
位相角をモニターしてそれを記憶させる。空隙が閉じる
につれてインダクタンスと位相角が変化すると、マイク
ロプロセッサは接点閉状態を示す適当な信号を出力する
か、或いは状態変化を考慮して制御ルーティンへ枝別れ
する。
【００１５】同様に、接点開放時、マイクロプロセッサ
は、キックアウトばねがアーマチャーを開方向に加速す
る力を印加できるように充分な時間の間電磁石への電流
の印加を停止し、その後一連のパルスを出力して電磁石
の電流レベルを所与の値に維持し、そして空隙の開放を
示すスイッチング位相角の変化及び磁気回路のインダク
タンスの減少があるか否かをモニターする。同じ動作に
より、接点が閉状態で保持されている間における突然の
開放（即ち機械的衝撃等による開放）を検出することが
できる。
【００１６】本発明によると、各々がその関連の接触器
の状態を検出するための制御マイクロプロセッサを有し
それらが互いにデータ通信可能なように結合された多数
の接触器を協調動作させることができる。その一例とし
て、順方向モードでモーターを作動させるための第１の
接触器と、逆方向モードで作動させるための第２の接触
器とを有する接触器システムにおけるモーターの協調可
逆運転がある。本発明は、アーマチャーを引き寄せるた
めに印加するエネルギーレベルをキックアウトばねと接
触ばねの力を克服するに必要な最小限の量に抑える軟閉
鎖動作を行わせるべく電磁コイルの電流レベルを変化さ
せるために、マイクロプロセッサ或いは同様なコントロ
ーラを有するタイプの接触器を容易に利用できる。
【００１７】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】本発明は、コイルまたは磁気回路のインダク
タンスの変化により接触器の開閉状態を感知する全電子
式インターロック装置を提供する。このインターロック
は接触器の開閉状態に関するフィードバック情報を与え
る外部の電気式インターロック装置に機能的にとって代
わるものである。しかしながら、コイル回路のインダク
タンスの変化がフィードバック式電流制御回路のスイッ
チングのタイミング（即ち、位相角）の変化により検出
されるため、別個のハードウエアは不要である。
【００１９】インターロックが指定する条件としては、
閉鎖の確認、開放・突然の開放の確認及び接触器の逐次
及び可逆制御動作の確認が含まれる。この情報は、接触
器から多数の接触器ユニットを含む接触器或いはモータ
ー始動器制御システムへ、例えばある種の接触器制御回
路において得られるマイクロウエーブ或いはＩＭＰＡＣ
Ｃ通信リンクのような個々の接触器コントローラのマイ
クロプロセッサ間のデータ通信リンクを介して送られ
る。かくして、状態レポートが単巻変圧器機能、Ｙ−デ
ルタ切換え機能及び他のスイッチング機能のような逐次
始動制御機能を容易にするパラメータとなり得る。
【００２０】図１を参照して、ブロック図で示したモジ
ュール式接触器制御システムは例えば三相電力系統から
モータへの電力の印加を制御するために使用される。図
２は、接触器制御システムの駆動装置及びコイル電流感
知回路の好ましい実施例である。順方向接触器及び逆方
向接触器を設けて、協調動作を実現すべくデータ通信可
能なように結合してもよい。図面にはたった１つの相と
たった１つの接触器を示した。
【００２１】接触器２０は電磁石２２を有し、この電磁
石は、駆動電流により付勢されるとアーマチャー２４へ
磁力を加えるコイル２３を含む。アーマチャー２４は永
久磁石よりなるのが一般的である。接触器のハウジング
には第１の接点２５が固定されており、第２の接点２６
はアーマチャー２４の変位により固定接点２５の方へ移
動してそれと接触可能である。接触器コントローラ３０
はコイル２３へ電力をスイッチングして接点２５と２６
の間を接続或いは遮断することにより負荷回路４２へ交
流電力をスイッチングする。キックアウトばね３３は、
アーマチャー２４を開方向に付勢するように、即ち付勢
時コイル２３によりアーマチャーに加えられる磁力に抵
抗するように設けられている。従って、コイル２３を流
れる電流が遮断されると接点２５と２６の間は遮断され
るが、電流が印加されると接点が接触係合する。キック
アウトばね３３とは別に、少なくとも接点２５，２６の
うちの一方に、アーマチャー２４がコイル２３の方に完
全に収縮移動したとき接点を押圧するように、接触ばね
が取り付けられており、コイル２３とアーマチャー２４
を含む磁気回路の空隙３４はこの時点で零である。
【００２２】接触器は電力線４４からモータ４２への交
流電力のスイッチングが可能であり、また別の回路と協
働してモータ４２の始動或いは停止、惰行、逆転等に必
要な一連の接点開閉動作を行わせることができる。負荷
電流を感知する変流器４６を負荷に通じる導体６８に結
合して接触器２０及びコントローラ３０により過負荷保
護機能を実行させることも可能である。
【００２３】接触器２０とコントローラ３０を作動させ
るための電力は開閉される電力線とは別のラインから、
或いは接触器電源側の電力線４４の２つの相から得るこ
とが可能である。コイル２３とコントローラ３０を作動
させるためには直流電源が必要であり、変流器５２、整
流器５４、フィルタ４６を設けてこの直流電力を得るよ
うにしてもよい。接触器のコントローラ３０は、例えば
米国特許第４，８９３，１０２号（Ｂａｕｅｒ）及び米
国特許第４，８１９，１１８号（Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ
ａｌ）に開示されたように、マイクロプロセッサ６２
で構成するのが好ましい。簡単な論理機能とは別に、マ
イクロプロセッサ６２とメモリ６３は負荷電流の平均
化、温度状態の間接的な算定、協働動作する複数の接触
器間における外部データ入力及び出力６４，６５を介す
る通信及び他の機能のようなさらに複雑な制御を接触器
に対して行うことが可能である。
【００２４】マイクロプロセッサ６２へは電流、電圧及
びタイミンング情報が送られる。アナログ−デジタルコ
ンバータ６６はコイル電流の瞬時レベルをサンプリング
するためコイル電流を感知する変流器６７に結合されて
いる。電圧零交差検出器７２は、コイル駆動回路へ送ら
れる交流電力の電圧零交差時８０（図３）にマイクロプ
ロセッサ６２へパルスを送ることによって、交流サイク
ル或いは半サイクルの始点を示すタイミング基準を与え
る。マイクロプロセッサのクロック信号を発生させるク
ロック発振器９２からのパルス出力をマイクロプロセッ
サ６２に結合されたカウンタ９４に印加することにより
経過時間情報を得るか、或いはプログラムされた状態チ
ェックループを介するサイクルの数をカウントするなど
のプログラム機能によってタイミング情報を求めること
が可能である。
【００２５】マイクロプロセッサ６２は、従来の動作モ
ードでは、各電圧半サイクルの接触器コイル２３の付勢
時間を調整することにより特定動作に必要な接触器コイ
ルの電流を制御する。接点の閉鎖が開始されると、マイ
クロプロセッサ６２は例えばトライアック或いは同様な
スイッチング素子１２４を用いて各電圧半サイクルの比
較的早い時点にコイル２３への電流の印加を開始する。
連続するサイクルにおける電流印加時点が早ければ早い
ほど全エネルギーの比較的大きい部分が各半サイクルか
ら得られ、各半サイクルの残りの部分で電流が積分され
るとアーマチャー２４が閉位置に向かって加速される。
アーマチャー２３が接点閉鎖開始後充分に早い時点で加
速されると、アーマチャーはキックアウトばね３３及び
接触ばね１２８の抵抗を克服するに充分な所定の速度に
加速される。
【００２６】各半サイクルの一部に亘ってコイル２３に
電圧が印加される間、マイクロプロセッサ６２はコイル
電流レベルを感知コイルを介して反復的に読み取る。コ
イル電流の読み取りは各半サイクルの所定の１つの時点
で行うのが好ましいが、複数の点で電流をサンプルする
ことも可能である。マイクロプロセッサは零交差点８０
と電流印加点１４０との間の遅延を増減することにより
フィードバック制御ループでコイル２３の電流レベルを
増減させる。それぞれの動作に必要な電流の特定レベル
をメモリ６３に記憶させるか或いは他の感知パラメータ
に基づいて計算することが可能である。
【００２７】アーマチャー２３を接点閉鎖時に必要な速
度にまで加速した後、各半サイクルの遅い時点でコイル
へ電流をスイッチングする、即ち電圧を印加することに
より電流レベルを減少させる。接点閉鎖行程のこの中間
部分において、コイル２３はアーマチャーの速度を実質
的に維持する（即ち、アーマチャーは惰行する）。コイ
ル電流を零に減少させることも可能であるが、本発明で
は、マイクロプロセッサ６２が後で比較を行うため電圧
印加時点の位相角を記録することを可能にするテストレ
ベルまで電流が減少されるに過ぎない。
【００２８】接点が閉じると、マイクロプロセッサは接
点を閉位置に保持するに充分なだけの電流をスイッチン
グする。印加されるエネルギーはコイル電流の関数であ
り、これはこの充分な保持エネルギーを維持するように
マイクロプロセッサにより制御される。接点が閉じる
と、アーマチャーとコイルの間の空隙は零になって磁気
回路のインダクタンスが増加するため、この磁気回路に
はさらに多くの電磁エネルギーが貯蔵される。その結
果、短い印加時間で同じ電流レベルを維持することがで
きる。
【００２９】ばね３３，１２８の力に抗してアーマチャ
ーを保持するに必要なエネルギーの量は変化しない。印
加エネルギーは電流と磁気回路インダクタンスの関数で
ある。インダクタンスが空隙が閉じることにより増加す
ると、所定の電流レベルを維持しているマイクロプロセ
ッサが応答して電圧印加点をさらに遅い時点に、即ち電
流半サイクルの大きい位相角の点に移動させる。
【００３０】この動作を、接触器２０が閉じている時
（実線）及び開いている時（破線）における電流のタイ
ミングを比較する図３及び図４に図式的に示した。マイ
クロプロセッサ或いは他の制御回路は、スイッチング時
の位相角の変化をモニターして、電流の位相角（即ち、
前の電圧零交差点からの遅延）が増加すると接触器の閉
状態を示す信号を出力するように構成してある。
【００３１】インダクタンスの変化を用いて接点開放を
確認することも可能である。標準の接点開放（即ち、制
御された開放）時及び急速な開閉（誤動作によるか或い
は制御が効かない）時にインダクタンスが変化すると、
それは空隙の開放及び接点２５、２６間における電気的
継続性が失われた状態或いはかかる状態が差し迫ってい
ることを指示する。
【００３２】制御された開放動作時、保持電流はコイル
２３から除かれている。保持電流印加時から、アーマチ
ャー２４をコイルの磁石から引き上げて接点２５と２６
の間を遮断する接触ばね１２８とキックアウトばね３３
の作用により空隙３４が開くまでに、短い時間が経過す
る。マイクロプロセッサ６２は、コイルに最小のテスト
電流を維持し、空隙３４が開いて磁気回路のインダクタ
ンスが減少すると生じる位相角の変化（零公差点からの
遅延の減少）をモニターすることによって、接点が開く
時点を測定することが可能である。
【００３３】接点の急速な開放は、マイクロプロセッサ
６２が保持電流をコイルに印加し続けている間に生じる
位相角の変化により検出される。保持電流のレベルは普
通、空隙が零のときアーマチャーを保持するのに充分な
だけであり、必要とされるだけのエネルギーを加えるの
が望ましい。アーマチャー２４を震動させて空隙３４を
開かせるような機械的衝撃等が発生すると、保持電流は
接触器を再び閉位置に戻すには充分な大きさではない。
しかしながら、本発明によると、マイクロプロセッサ６
２はこの急速な開放を直ちに検出してコイル駆動電流を
増加させることによりアーマチャーを再び閉位置に戻す
か、別の態様でその状態に反応する（例えば、大型の制
御システム或いは他の接触器に信号を送る）。
【００３４】空隙の開閉によるインダクタンスの変化の
大きさ及びそのインダクタンスの大きさは、接触器の磁
気回路の特定の構造により決まる。一例として、ウエス
チングハウス・エレクトリック・コーポレイションのモ
デルＦ３４接触器は磁石／アーマチャーの開放インダク
タンスが５０ｍＨであり、磁石／アーマチャーの閉鎖イ
ンダクタンスが８０ｍＨである。インダクタンスのこの
変化により、フィードバック制御で所定のコイル電流レ
ベルを制御すると、スイッチング位相角に容易に判別可
能な差が生じることが分かる。従って、この位相角を用
いてアーマチャーの位置を高い信頼度で測定することが
可能である。
【００３５】図２は、ウエスチングハウスの接触器−９
９デバイスの制御に用いるタイプの接触器コイル駆動回
路１５０を示す。マイクロプロセッサ６２（Ｕ１）は抵
抗１５２（Ｒ２６）を介して高レベルの信号を出力し、
この信号が光アイソレータ１５６（Ｕ２）を含むスイッ
チング回路を介してＦＥＴスイッチングトランジスタ１
５４（Ｑ４）を導通させる。この光アイソレータ１５６
は抵抗Ｒ１５とツェナーダイオードＣＲ５によりバイア
スされている。光アイソレータ１５４の出力はＮＰＮス
イッチングトランジスタ１５８（Ｑ３）を介してＦＥＴ
スイッチングトランジスタ１５４に結合されている。ト
ランジスタ１５８のエミッタはＦＥＴスイッチングトラ
ンジスタ１５４のゲートに結合されており、抵抗１６４
（Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８）によりバイアスされてい
る。このようにして、電流がオンにスイッチされてダイ
オードＣＲ１０−ＣＲ１３を介して接触器コイル２３を
流れる。この回路は、マイクロプロセッサ６２からの信
号を受け取ると電圧がオンにスイッチされる全波整流器
を形成する。
【００３６】コイル電流レベルは、サンプリングされた
のち抵抗１６７（Ｒ７）を介してマイクロプロセッサ６
２へフィードバックされる。コイル電流を調整するた
め、マイクロプロセッサ６２は抵抗１６７にかかる電圧
で表わされるコイル電流を図１のアナログ−デジタルコ
ンバータ６６を介してサンプリングする。マイクロプロ
セッサはポイント・オン・ウエーブ電流サンプリング法
によって前の電圧零交差点８０に関する各半サイクルの
同一位相角点１７０において電流レベルをサンプリング
する。図３及び４に示すようにサンプリング点１７０は
電源の零交差点８０に対応させることが可能である。測
定点の前または後におけるコイル電流の正確な波形及び
大きさをマイクロプロセッサによりサンプリングさせる
必要はないが、その波形及び大きさはインダクタンスに
よる影響を受けるため、電流を種々の位相角においてサ
ンプリングして電流波形を空隙３４の開閉時に生じるイ
ンダクタンスの変化を示すインジケータとして用いるこ
とも考えられる。
【００３７】図３はスイッチングされる電圧を時間を横
軸として示したものである。最も左にある半サイクルで
は利用可能な供給電圧を一点鎖線により示す。アーマチ
ャーを加速する際、マイクロプロセッサは半サイクルの
早い時点において、例えば電圧ピークに到達する前に電
圧を印加する。ハッチングで示したように、電圧は次の
零交差点８０に到達するまではオンの状態である。アー
マチャーを保持するため或いは磁気回路のインダクタン
スをテストするため、マイクロプロセッサは同じくハッ
チングで示す、零交差点８０の近傍で電圧を印加する。
図３及び図４の残りの部分は、マイクロプロセッサが電
流がサンプリングされる時点１７０で一定の電流レベル
を維持するため電圧印加点を調整してコイル電流を制御
する際、接触器が閉じた状態（実線）と接触器が開いた
状態（破線）との間における磁気回路のインダクタンス
の変化を示している。
【００３８】接触器が開いているとき、測定時点におい
て所与の電流を維持するためには、マイクロプロセッサ
６２は、接触器が閉じているときよりも電圧印加時間１
４０を長い値に維持する必要がある。接触器を開いた状
態ではインダクタンスが小さく磁気回路に貯蔵されるエ
ネルギーが少ないため、電圧印加時間を増加する必要が
ある。マイクロプロセッサは、接触器が閉じた時の遅延
時間、ｔ（閉）、よりも開いている時の遅延時間、ｔ
（開）、を短くすることによって電圧印加時間を増加さ
せる。
【００３９】閉鎖動作の確認は、接触器が開いている時
保持パルスを周期的に印加することにより行う。この保
持パルスは、例えば必要な閉鎖電流の１０分の１であっ
て、開いているときのコイル電流の位相角遅延をテスト
するために用いることができる。位相角の遅延は、図１
に示したバイナリカウンタ９４を用いるか、或いは例え
ば割り込みに応答するマイクロプロセッサのプログラム
動作により前の零交差点８０からクロックパルスをカウ
ントすることにより表わすことが可能である。保持電流
状態における接触器開放状態位相角の少なくとも１つの
測定結果を記憶させるか或いは多数の測定結果を平均す
るのが好ましい。
【００４０】閉鎖動作が開始されると、アーマチャー２
４は上述した期間の間加速される。そして、保持電流が
再びコイル２３に印加され、位相角遅延が接触器２０が
開いた状態にあったときに得たデータと比較される。位
相角は接触器が閉じた時の記憶データとは実質的に異な
るため、閉鎖動作が完了したことが指示される。
【００４１】マイクロプロセッサ６２により維持される
位相角遅延は電圧の関数として変動する必要がある。こ
れは、その目的が所定の電流レベルを維持することにあ
るからである。コイル駆動回路に印加される交流電圧
に、例えば接触器を介して同じ交流メインに結合された
モータによる負荷に起因して電圧シフトが生じた場合、
マイクロプロセッサ６２は、線形近似により位相角遅延
をそれが感知する電圧と相関させることができる。表Ｉ
の例示的な二進（１６進）カウントにより示されるよう
に、接触器の開いた状態と閉じた状態の間の位相角遅延
の差は容易に明らかである。
【００４２】
【表１】 開放動作の確認にも同じ操作を用いることができる。電
圧及び位相角遅延は接触器が閉じて保持電流の印加中
（即ち、開放動作の開始前に）に記録される。開放動作
が開始されると、コイル電流が完全にオフにスイッチさ
れ、マイクロプロセッサは先に進む前にコイル電流が間
違いなく零であるのを確認するためサンプリングするこ
とが可能である。或いは、コイル駆動電流をばね圧力を
克服するには不十分なレベルにまで減少させることも可
能である。接触ばねとキックアウトばねの圧力が作用し
始めるにつれて、一連のテストパルスが再び、例えば保
持レベルにおいて印加され、保持動作時（即ち、アーマ
チャーへの抵抗なしにばねの開放力が印加される前に）
電圧と位相角が記録データと比較される。空隙３４がば
ね３３，１２８がアーマチャー２４を強制的に開かせる
ことにより開くと、位相角遅延が短くなって、適当な状
態信号がマイクロプロセッサにより発生される。表ＩＩ
は開放動作の確認時に生じる位相角の一例を示す。
【００４３】
【表２】 この方式によると突然の開放も識別できる。滅多にない
が、大きな機械的衝撃或いは大きな故障電流が発生する
と接触器が突然開くことがある。この場合、制御システ
ムに全体として適当な応答を行わせるため接触器の開閉
状態を示す状態表示を得るのが適当であり、かかる情報
が欠落すると接触器回路が異常な状態になることがあ
る。突然の開放は位相角遅延と電圧の現在値を記録して
各半サイクルの間その位相角遅延と電圧を記録データと
比較することにより検出する。突然の開放が生じると位
相角が突然に減少するがそれに応じた電圧の減少は起こ
らず、マイクロプロセッサがこれを識別して適当な状態
信号を出力することができる。かかる状態信号を出力す
る前に２個或いは数個の半サイクルに亘って突然の開放
が感知されなければならないようにして、電力線の雑音
の結果として誤動作が生じる可能性を減少させるとよ
い。
【００４４】本発明は、閉鎖及び開放を確認するに必要
な情報が電圧及び電流感知手段から得られ、また接触器
回路及びマイクロプロセッサにはタイミング能力が備わ
っているため、接触器回路に別にハードウエアを付加す
る必要はない。それでも、コントローラはアーマチャー
とコイル磁石の間の空隙の存否により指示される接触器
の物理的状態に非常に直接的に応答する。従って、閉鎖
動作の確認、開放動作の確認及び突然の開放の検出を可
能にする完全なインターロック装置が提供される。状態
指示を行うための外部の電気式インターロックは不要で
あり、そのため状態確認信号に依存する大型の制御シス
テムにおいて、これらの接触器を作動・協調させること
ができる。
【００４５】本発明を特定の実施例につき詳細に説明し
たが、本発明の変形例及び設計変更が当業者にとって明
らかであろう。本発明は上述した特定の実施例に限定さ
れるものではなく、独占権の与えられる本願発明の技術
的範囲の評価については頭書した特許請求の範囲を参照
されたい。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による接触器及び制御システムを示す機
能的なブロック図。
【図２】接触器を付勢するコイル駆動回路の回路図。
【図３】接触器コイル電圧対時間のグラフであって、マ
イクロプロセッサ・コントローラの制御下において接触
器閉鎖（実線）状態と接触器開放（破線）状態の間の電
圧状態の変化を示す。
【図４】図３に対応する接触器コイル電流を示すグラ
フ。
【符号の説明】
２０ 接触器 ２２ 電磁石 ２３ コイル ２４ アーマチャー ２５ 第１の接点 ２６ 第２の接点 ３０ 接触器コントローラ ３２ 負荷回路 ３３ キックアウトばね ３４ 空隙 ４２ モータ ５２ 変圧器 ５４ 整流器 ６２ マイクロプロセッサ
フロントページの続き (72)発明者 マーク エドモンド アイネス アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 ア ッシュビル オーバーンデール ドライブ 10 (72)発明者 パーカー エイ ボリンガー ジュニア アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 フ レッチャーホワイト パイン サークル 50

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コイルを有する電磁石と、そのコイルに
    駆動電流を印加するとコイルに関して相対移動可能なア
    ーマチャーとを含む電磁装置であって、電磁石とアーマ
    チャは可変の空隙を有する磁気回路を形成し、さらにコ
    イルを流れる電流とコイルへの印加電圧のうちの少くと
    も１つをモニターするように作動可能な感知手段と、感
    知手段に結合された制御回路とを有し、その制御回路は
    コイルを流れる電流とコイルへの印加電圧のうちの前記
    少くとも一つの変化を検出するように作動可能であり、
    その変化は空隙の拡大或いは減少により磁気回路のイン
    ダクタンスの変化の関数として生じることを特徴とする
    電磁装置。
  2. 【請求項２】 空隙がアーマチャーの収縮位置で実質的
    に零に減少する請求項１に記載の電磁装置であって、さ
    らにコイルに可変電圧信号を印加する手段を備え、前記
    感知手段は制御回路のフィードバックループに結合され
    て前記電圧信号を制御することによりコイルに所定の駆
    動電流を発生させるコイル電流センサより成り、前記制
    御回路は前記所定の駆動電流を維持するに必要な前記可
    変電圧信号の変化を検出するように作動可能であること
    を特徴とする電磁装置。
  3. 【請求項３】 前記制御回路は可変のパルス幅の間電磁
    石に電圧を反復的に印加することにより前記所定の駆動
    電流を維持するように作動可能であり、前記制御回路は
    少くとも１つの前サイクルの可変パルス幅を記憶するよ
    うに作動可能なタイミング手段と、少くとも１つの後サ
    イクルの前記可変パルス幅と比較するように作動可能な
    コンパレータ手段とを含み、制御回路はコンパレータ手
    段の出力から空隙の消滅及び開放を判定するように作動
    可能であることを特徴とする請求項２に記載の電磁装
    置。
  4. 【請求項４】 前記制御回路は前記可変パルス幅を決め
    る半サイクルの部分において交流電圧信号をコイルに印
    加するように作動可能であることを特徴とする請求項３
    に記載の電磁装置。
  5. 【請求項５】 前記制御回路はタイミング手段を含むマ
    イクロプロセッサより成り、マイクロプロセッサは前記
    半サイクルの始点とコイルへの電圧信号印加点との間の
    位相角を数値的に記憶するメモリに結合されていること
    を特徴とする請求項４に記載の電磁装置。
  6. 【請求項６】 電磁石とアーマチャにそれぞれ取り付け
    た第１及び第２の接点より成り、前記第１及び第２の接
    点は係合すると電気回路の接続を実質的に完成させて前
    記空隙が零になることを特徴とする請求項５に記載の電
    磁装置。
  7. 【請求項７】 前記交流電圧信号は少なくともその一部
    が電気回路から取り出されるため電気回路に負荷がかか
    ると交流電圧信号のレベルが変化し、またマイクロプロ
    セッサは半サイクルの始点と電圧印加点との間の位相角
    を正規化して前記レベルの変動を補償することを特徴と
    する請求項６に記載の電磁装置。
  8. 【請求項８】 アーマチャーの収縮位置において前記空
    隙を開いて第１と第２の接点を分離させるように付勢さ
    れた少なくとも１つのばねを具備し、マイクロプロセッ
    サはコイルの方へのアーマチャーの加速、アーマチャー
    の惰行、前記少なくとも１つのばねの力に坑してのアー
    マチャーの保持、前記少なくとも１つのばねがアーマチ
    ャーを移動できるようにするためのアーマチャの解放を
    含む少なくとも２つの動作の間にアーマチャーにそれぞ
    れ異なる大きさの力を及ぼすためコイルに印加される前
    記所定の駆動電流を変化させるように作動可能であるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の電磁装置。
  9. 【請求項９】 マイクロプロセッサは前記動作のうちの
    少なくとも１つにおいて交流電圧信号を印加してテスト
    レベルの駆動電流を得ることにより磁気回路のインダク
    タンスを測定するように作動可能であることを特徴とす
    る請求項８に記載の電磁装置。
  10. 【請求項１０】 マイクロプロセッサは少なくともアー
    マチャーが第１と第２の接点係合位置へ惰行する時、そ
    して前記少なくとも１つのばねによるアーマチャの解放
    後で、前記インダクタンスを測定するように作動可能で
    あることを特徴とする請求項９に記載の電磁装置。
  11. 【請求項１１】 テストレベルは空隙が閉じているとき
    前記少なくとも１つのばねの力に坑してアーマチャーを
    保持するに充分な駆動電流と実質的に等しいことを特徴
    とする請求項１０に記載の電磁装置。
JP6053234A 1993-02-25 1994-02-24 電磁接触器のための電子式インターロック装置 Withdrawn JPH076678A (ja)

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