JPH079781B2

JPH079781B2 - 電気的接触器

Info

Publication number: JPH079781B2
Application number: JP3011973A
Authority: JP
Inventors: リック・アラン・ハーレイ; ブルース・ロバート・クエイル
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: BR9100337A; DE69118937T2; AU640735B2; EP0440498B1; CA2034966A1; DE69118937D1; AU7003091A; EP0440498A3; ZA91505B; US5128825A; MX173293B; EP0440498A2; JPH04357638A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は、電気的接触器、特に電
磁石のコイルの電圧パルスの印加を制御することにより
接点が閉じられる電気的接触器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気的接触器は、電動機および他の型式
の電気的負荷を制御するために使用された電気的に操作
される開閉器である。そのような電気的接触器の一例は
米国特許第4,720,763号に開示されている。この接触器
は、１組の固定接点と接触されて接触器を閉じるための
１組の可動接点を含む。これら接点はキックアウトばね
によって開かれている。第２のばね、すなわち接触器ば
ねは、可動接点が固定接点にまず接触すると、圧縮し始
める。接触器のばねは、接触器によって通電され得る電
流の量および許容され得る接点摩滅の量を決定する。可
動接点は電磁石の接極子によって支持される。電磁石は
付勢されるとばねの力に打ち勝って接点を閉じる。

【０００３】初期の接触器では、電磁石のコイルに加え
られたエネルギーは、実質的には、接触器を閉成するの
に要するエネルギーを超えていた。積極的に閉成して接
点の密着を排除することが望ましいが、過剰なエネルギ
ーは不必要でかつ有害でさえある。もし電磁石の接極子
が高速で移行中に接触すると、過剰な運動エネルギーは
機械的装置によって、衝撃、雑音、熱、振動および接点
のはね返りとして吸収される。

【０００４】米国特許第4,720,763号は、トライアック
を点弧して全波整流した交流電圧パルスを電磁石のコイ
ルに印加し、もって接点を閉成するのに使用される電気
エネルギーをもっと精密に制御するマイクロコンピュー
タによって制御された接触器を開示する。制御は４段階
すなわち加速段階、惰走段階、グラブ段階および保持段
階に分けられる。加速段階では、充分な電気エネルギー
が供給され、ばねの力に逆らって接点を充分に閉じるの
に足りる運動エネルギーを装置に与える速度まで接極子
を加速する。積極的な閉成を確保するために、接極子が
磁石と接触する際に接極子がまだ低い速度を有するが、
初期の接触器での全閉位置に留めるエネルギーと比較し
て過剰なエネルギーが非常に小さいように、運動エネル
ギーは接極子に与えられる。加速段階中以前から経験に
よって決められた必要量のエネルギーを供給するよう
に、トライアックの導通角は選択される。

【０００５】米国特許第4,720,763号の例示的な装置で
は、加速段階中全波整流電圧の２つの半サイクルの一部
が電磁石コイルに印加される。これら２つの半サイクル
のための導通角はマイクロコンピュータのメモリに格納
される。惰走段階では、キックアウトばねが圧縮される
ので接極子は速度を失いかつ接点が接触するともっと速
く減速し、そしてより重い接触器ばねは圧縮し始める。
惰走段階中に供給された１つのパルスに対しより長い遅
延従ってより小さい導通角が使用される。グラブ段階で
は、接極子は電磁石に接触する。３つの大きなパルスす
なわち大きな導通角を持つパルスは、グラブ段階中接点
を密着しかつ接点のはね返りを防止するために使用され
る。理想的には、接極子が接触する直前に第１のグラブ
・パルスが印加されるように、グラブ段階の導通角は選
択される。保持段階では、小さいパルスすなわち位相が
実質的に遅らされたパルスを使って接点の閉成を維持す
る。

【０００６】加速段階、グラブ段階および保持段階で
は、フィードホワード制御が使用される。これら３段階
のためのトライアックの一定値の導通角はコンピュータ
のメモリに格納される。電圧パルスの振幅の変動に適応
するために、米国特許第4,720,763号は電圧振幅の３つ
の範囲に対して加速段階、惰走段階およびグラブ段階の
各導通角の３つの値を格納する。保持段階では、閉ルー
プ制御回路を使用して接点の閉成を維持するために選ば
れたコイル電流を維持する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第4,720,763
号のマイクロコンピュータ制御式接触器は、初期の接触
器を大幅に改善し、かつ接極子が電磁石に据わる時に接
極子の運動エネルギーを少なくするために閉成中コイル
電流を制御することに向かって長い径路をたどるが、こ
ゝに改善の余地がある。例えば、接点の閉成特性は、米
国特許第4,720,763号の制御装置によって考慮されない
コイル抵抗の変動に依存することが決定された。コイル
抵抗のこのような変動は、例えば温度変化および拡張さ
れたワイヤのような製造工程での変化のような要因に寄
与する。従って、多数回の操作後、特定数の位相遅延電
圧パルスを使用する良好な閉成シーケンスを実験的に決
定できるが、接点のはね返りのような閉成特性の劣下の
ために調節の必要があった。閉成シーケンスを調節する
ことの難しさはサイクル全体持続時間が非常に短いこと
である。

【０００８】従って、接点のはね返りがなく積極的な閉
成を行う改良した接触器が必要である。接点のはね返り
がなくそのような積極的に閉成のために要するエネルギ
ーを供給するために位相制御された電圧パルスを使用す
るような改良された接触器も必要である。接触器電磁石
の特性の動的変化を考慮するような接触器も必要であ
る。閉成シーケンスの非常に短い時間フレーム内で調節
できるような接触器も必要である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの必要性や他の必
要性は、接触器コイルの動的状態および給電電圧に適応
して低い衝撃速度および最少の接点はね返りという調和
した閉成特性を呈する電気的接触器に向けられたこの発
明によって満足される。この発明に係る接触器は、一定
の導通角望ましくは全導通角で接触器電磁石のコイルへ
第１の電圧パルスを印加し、かつコイルの電気的応答す
なわちピーク電流を監視する。第２の電圧パルスの導通
角は第１の電圧パルスによって生じられたピーク電流お
よび第１の電圧パルスの電圧に基づいて調節され、第１
の電圧パルスと一緒に、コイル抵抗および電源電圧が変
動するにもかゝわらず一定量の電気エネルギーをコイル
に供給する。

【００１０】接触器のコイルへの第３の電圧パルスおよ
び後続電圧パルスは予め選択された導通角で印加される
ので、第１および第２の電圧パルスによって一定のエネ
ルギーが供給されると、接点は接触した後に選択された
パルス中に事実上一定の点で密着する。接点の閉成は、
第３の電圧パルス或はもっと多いエネルギーを要する大
型の接触器では第４以後の電圧パルスで起こり得る。

【００１１】低い衝撃速度および最少の接点はね返りと
いう所望の結果を達成するため、接点の接触および密着
は終始一貫してコイル電流の減少時に起こる。

【００１２】通常、閉成限界状態下すなわち第１の電圧
パルスによって生じられたピーク電流が所定値よりも小
さい場合に、第３以後の電圧パルスが一定の導通角で接
触器コイルに印加されるが、第３以後の電圧パルスをコ
イルに印加するには第２組の導通角が使用される。第３
以後の電圧パルスの事実上全導通はこの第２組の導通角
によって生じられる。

【００１３】この発明は、添付図面に示された望ましい
実施例についての以下の説明から充分に理解されるだろ
う。

【００１４】

【実施例】この発明を、米国特許第4,720,763号に開示
されたような３相電気的接触器に適用されたものについ
て説明する。そのような接触器の特色の詳細は上記米国
特許を参照することによって得られる。図１はそのよう
な接触器の１極を示すが、他の２相も同様であることを
理解されたい。接触器１０は適当な電気絶縁材料で作ら
れたハウジング１２を備え、このハウジング１２上には
電気的負荷端子１４および１６が配置されており、これ
ら端子１４および１６は接触器１０によってサービスさ
れるべき或は制御されるべき電気装置、回路またはシス
テムと相互接続されるためのものである。端子１４，１
６はそれぞれ導体２０，２４から間隔があけられかつ各
導体２０，２４と内部的に相互接続されており、これら
導体２０および２４はハウジング１２の中央領域へ延び
ている。導体２０，２４はそれぞれ適当な固定接点２
２，２６によって終端されている。固定接点２２と２６
を相互接続することにより端子１４，１６間に回路連続
性を確立しかつ接触器１０にこれを流れる電流を通電さ
せる。

【００１５】コイル制御盤２８はハウジング１２中に水
平に緊着される。コイル制御盤２８上には、電気的なコ
イルまたはソレノイド３１を含み得るコイルまたはソレ
ノイドのアセンブリ３０が配置されている。コイル制御
盤２８から離れてアセンブリ３０の一端を形成するのは
ばね座３２であり、このばね座３２上にキックアウトば
ね３４の一端が緊着されている。このキックアウトばね
３４の他端はハウジング１２の部分１２Ａに載っている
が、それも支持体４２が後述する仕方で動きだすまでで
ある。支持体４２が動くと、その底部４２Ａにキックア
ウトばね３４をピックアップさせてこれをばね座３２に
押し付ける。これは、支持体４２の直径がキックアウト
ばね３４の直径よりも小さい場合に、図１の平面を横切
る平面で起こる。磁化材料で作られた固定磁石すなわち
スラグ３６は、通路３８内に配置されかつアセンブリ３
０のコイル３１と半径方向で整列されている。固定磁石
３６から軸方向に変位されかつ同一の通路３８中に配置
されているのは、磁気的に透磁性の材料で作られた接極
子４０である。この接極子４０は固定磁石３６に対して
通路３８中で長手方向（すなわち軸方向）に動き得る。
接極子４０は、長手方向に延びる絶縁性接点支持体４２
によって支持されている。この支持体４２は導電性接点
橋絡体４４も支持する。この橋絡体４４の２つのアーム
は接点４６および４８を支持する。もちろん、これら接
点は３極接触器の場合には３組あることを理解された
い。接触器１０が閉じるような端子１４，１６間に回路
が内部的に完成される時に、接点４６は固定接点２２に
そして接点４８は固定接点２６に当たる。他方、固定接
点２２が接点４６からそして固定接点２６が接点４８か
ら離れる時に、端子１４，１６間の内部回路は開く。こ
の開回路位置が図１に示されている。

【００１６】アーク箱５０は橋絡体４４、固定接点２２
および２６並びに接点４４および４８を囲んで、端子１
４，１６間を内部的に流れる電流が安全にしゃ断され得
る部分的に囲まれた体積を提供する。アーク箱５０の中
央に凹み５２が設けられ、この凹み５２に支持体４２の
クロス・バー５４が配置されかつ図１に示したように横
方向（半径方向）に動くのを制限されるが、上述した通
路３８の中心線38Aの長手方向（軸方向）に自由に動く
すなわち摺動する。

【００１７】橋絡体４４は接点ばね５６に助けられて支
持体４２中に維持される。固定接点２２と接点４６それ
に固定接点２６と接点４６が接触して“閉じた”後でさ
え、接点ばね５６は支持体４２を固定磁石３６に向けて
動かし続けるために圧縮する。接点ばね５６を更に圧縮
すると、閉じた接点２２−４６および２６−４８にかゝ
る圧力が大幅に増して端子１４，１６間の内部回路の通
電性能を増すと共に接点がかなり摩滅した後でさえ接点
に“閉”位置をとらせるための自動調節特色を提供す
る。固定磁石３６と可動の接極子４０との間の長手方向
領域は空隙５８を有し、こゝにはコイル３１が電気的に
付勢される時に磁束が存在する。端子ブロックＪ１中の
外部から近づける端子は、コイル制御盤２８上の印刷回
路または他の導体により、他の物の間で、コイル３１と
の相互接続のためにコイル制御盤２８上に得られる。例
えば端子ブロックＪ１上の外部から近づける端子に供給
された電力によってコイル３１が電気的に付勢されかつ
端子ブロックＪ１で得られた接点閉成信号に応答して、
固定磁石３６、空隙５８および接極子４０を通る磁束路
が生じる。周知のように、そのような状態は、空隙５８
を短くしたり無くしたりしようとする際に通路３８内で
接極子４０を長手方向に動かせて最終的に固定磁石３６
に当てる。この運動は、初期運動段階におけるキックア
ウトばね３４の圧縮力と反対すなわち圧縮力による抵抗
を受け、そして更に接極子４０の運動ストローク中の後
の段階で接点２２−４６および２６−４８が閉じた後に
接点ばね５６の圧縮力による抵抗を受ける。

【００１８】接触器１０のハウジング１２内には過負荷
リレーの印刷回路板すなわちプリント基板６０を設けて
も良く、この印刷回路板６０上には電流−電圧変換器６
２（その１個だけ６２Ｂが図１に示されている）が配置
されている。導体２４は、この導体２４に流れる電流が
検知されるように電流−電圧変換器６２Ｂのトロイダル
状開口を通って延びる。このようにして検知された電流
は後述する仕方でこの発明によって使用される。

【００１９】図２は、図１に示した開位置から接極子４
０が固定磁石３６に当たる閉位置まで、支持体４２、接
点４６および４８を有する橋絡体４４並びに接極子４０
を含む接触器動作装置を動かすのに要するエネルギーを
表す図である。図２中のハッチを付けた区域Ａは、図１
の全開位置から接点４６，４８がそれぞれ固定接点２
２，２６と丁度接触する接点接触位置まで接触器動作装
置を動かすのに要するエネルギーである。この点まで、
弱いキックアウトばね３４は運動に抵抗する。図２中の
ハッチを付けた区域Ｂは、接点接触位置から接極子４０
が固定磁石３６に座る接極子据え位置まで接触器動作装
置を動かすのに要するエネルギーである。この移動部分
は、キックアウトばね３４のみならずもっと強い接点ば
ね５６によっても抵抗される。

【００２０】図２の区域ＡおよびＢ内の総エネルギー
は、接点を閉じるために接触器動作装置へ与えられなけ
ればならない。もしこのエネルギーが供給されないと、
ばね力は優勢で接点は閉じないだろう。接点接触点にお
いては、接触器動作装置に印加される力が区域Ｂの左側
境界によって図示された力よりも大きいことがまた重要
であり、さもなければ接極子４０はこの位置に留り従っ
て接点２２−４６および２６−４８の接触を非常に弱め
る。これが望ましくない状況なのは、接点が閉じられた
溶接をするための傾向がこの状態下で大幅に増されるか
らである。従って、適用された技術は、接極子４０が接
触点に留らずこの点を通って接極子据え位置にまで続行
するように接極子４０を加速することが理解できる。理
想的には、接点を十分に閉じるのに要するエネルギー量
だけを供給することが望ましい。しかしながら、これ
は、装置中のやむをえない損失および制御不能なパラメ
ータ変動のせいで実際的ではない。従って、接極子４０
が固定磁石３６に確実に座るのに足りる速度で、しかし
不当なショックや接点のはね返りを避けるのに足りる低
い速度で達するのが所望プロフィルである。

【００２１】図３は、接触器１０のコイル３１がこの発
明に従って付勢される仕方を示す。後で分かるように、
全波整流した交流電圧パルス源はコイル３１の電源とし
て役立つ。スイッチは、マイクロコンピュータの制御下
でコイル３１のこれら電圧パルスの一部をゲートする。
マイクロコンピュータは、電圧パルスのゼロ交差点に対
するスイッチのターンオンを、コイル３１へのパルスの
位相制御点弧と同期させることにより、接触子動作装置
へ入力される電気的エネルギーを制御する。

【００２２】この発明によれば、図３のトレースＡ中の
第１のパルスＰ１は、装置の電気的パラメータを測定す
るために使用され得る普通のパルスである。第１のパル
スＰ１は一定の遅れ角α１および導通角β１を有する。
これらは任意所望の値に設定できる。例示的な装置で
は、遅れ角α１はゼロであり、従って導通角β１は１０
０％である。マイクロコンピュータ第１のパルスＰ１の
ためにゼロの遅れ角を生じるが、ハードウェアによる遅
れのせいでトレースＡから分かるように少し遅れる。全
導通の第１パルスＰ１を使用するのが望ましいのは、も
しパルス源が弱いならば、この大きいパルスが電圧を引
き出すようにするためである。そして、もし接触器を閉
じるのに十分な電力が得られないならば、中止の決定を
早い目に行える。マイクロコンピュータは第１のパルス
Ｐ１によって生じられた電流およびそのピーク値を電圧
測定値と共に監視して第２のパルスＰ２の導通角β２を
決定する。従って第２のパルスＰ２の導通角β２はコイ
ル３１の動的状態に適応するように調節される。

【００２３】図５のＡおよびＢは、接触器１０を制御す
るための制御回路の回路図を示す。制御回路用の商用１
２０ボルト６０Ｈzの電力は端子ブロックＪ１の端子１
および５を通して供給される。第１のＬＣフィルタ６４
は電力ラインから雑音を除きかつ抵抗６６はスパイクを
抑制する。交流電力は全波整流ブリッジ回路ＢＲ１に印
加され、この全波整流ブリッジ回路ＢＲ１は接触器のコ
イル３１へパルス化された直流電流を供給する。上述し
たように、コイル３１が付勢されると、橋絡体４４に接
続された接極子４０を引きつけて接点すなわち可動接点
４６−４８を電力ライン６８の３相用固定接点２２−２
６と電気的に接触させる。

【００２４】ろ波されたライン電流は回路７０へ供給さ
れて非調整−７ボルトおよび＋１０ボルトの電源とな
る。

【００２５】接触器１０のコイル３１の付勢は、スイッ
チ７２によって制御される。このスイッチ７２は、例え
ばＢＣＲＶ５ＡＭ−１２のようなトライアックでも良い
し、或はＦＥＴのような他の型式の電子スイッチでも良
い。第２のＬＣフィルタ７４は、スイッチ７２の両端間
の電圧の変化率を制限してスイッチ７２の雑音感度を下
げる。

【００２６】スイッチ７２は、マイクロコンピュータＵ
２から普通の集積回路Ｕ１を通して制御される。この集
積回路Ｕ１は米国特許第4,626,831号および第4,674,035
号に開示されたものに似ている。集積回路Ｕ１は、＋Ｖ
入力端子に印加された＋１０ボルト電源によって付勢さ
れる調整済電源ＲＰＳを含む。この調整済電源ＲＰＳ
は、ポテンシォメータ７６によって微調整され得る公称
＋５ボルトの直流信号を発生する。この＋５ボルトの直
流信号は、基準電圧としてマイクロコンピュータＵ２の
アナログ入力端子ＲＥＦに印加される。調整済電源ＲＰ
Ｓはまた、５ボルトのマイクロコンピュータ電源電圧と
してマイクロコンピュータＵ２へ印加される微細に調整
された＋５ボルトの直流信号ＶＤＤを発生する。調整済
電源ＲＰＳはまた、デッドマン回路ＤＭＣ（その機能は
簡単に説明する）へ電力を供給する。調整済電源ＲＰＳ
は、後述する目的のために比較器ＣＯＭＰへ印加される
３.２ボルトの信号ＣＯＭＰＯを更に発生する。

【００２７】ろ波された１２０ボルトの交流電流は、ラ
イン４１を通して集積回路Ｕ１のＬＩＮＥ入力端子およ
びマイクロコンピュータＵ２の入力端子へ供給される。
同様に、端子ブロックＪ１の端子２に入力されたＲＵＮ
信号、端子３を通して印加されたＳＴＡＲＴ信号および
端子５に印加されたＲＥＳＥＴ信号は集積回路Ｕ１およ
びマイクロコンピュータＵ２の対応する入力端子に印加
される。集積回路Ｕ１中のクリップ兼クランプ回路ＣＬ
Ａは、マイクロコンピュータＵ２へ供給されるこれらＬ
ＩＮＥ信号、ＲＵＮ信号、ＳＴＡＲＴ信号およびＲＥＳ
ＥＴ信号の範囲を、関連信号が直流または交流の電圧信
号かどうかと無関係に選ばれた限界値（例示的な回路で
は＋４.６ボルトおよび−０.４ボルト）に制限する。集
積回路Ｕ１によって発生された＋５ボルトの電源によっ
て給電される押ボタン７８はＲＥＳＥＴ信号を手動で発
生させる。

【００２８】マイクロコンピュータＵ２は、外部制御信
号およびそれ自体の内部プログラムに応答して出力ポー
トにトリガ・パルスＴＲＩＧを発生する。このトリガ・
パルスＴＲＩＧは集積回路Ｕ１のＴＲＩＧ入力端子へリ
ード線８０を通して印加される。集積回路Ｕ１内のゲー
ト増幅器ＧＡはトリガ・パルスＴＲＩＧを緩衝、増幅し
てこれをＧＡＴＥ出力端子からリード線４０を通してス
イッチ７２のゲート電極へ印加する。上述したように、
スイッチ７２の点弧は、マイクロコンピュータＵ２から
のトリガ・パルスＴＲＩＧのタイミングで交流ライン電
圧に対して位相制御され、接触器接点の閉成動作を調整
しかつ接触器を閉じた状態に維持する。抵抗８２の両端
間の電圧降下は、コイル３１に流れる電流の目安であ
り、ポテンシォメータ８４によって調節されて集積回路
Ｕ１のＣＣＩ入力端子へ印加され、利得Ｇの演算増幅器
ＣＣＡで増幅される。集積回路Ｕ１のＣＣＯ出力端子に
現れるＣＣＵＲ信号はマイクロコンピュータＵ２のアナ
ログ入力端子へ印加される。このＣＣＵＲ信号は、コイ
ル電流を表し、トリガ・パルスＴＲＩＧのタイミングを
調整するためにマイクロコンピュータＵ２によって使用
される。マイクロコンピュータＵ２は、その正常な動作
中約５０％のデュディ・サイクルを持つ方形波のデッド
マン信号ＤＭをＯ２２出力端子に発生する。このＤＭ信
号は抵抗８６を通して積分コンデンサ８８に印加され、
こゝで方形波信号から直流分が除かれる。この直流信号
は集積回路Ｕ１中のデッドマン回路ＤＭＣへそのＤＭ入
力端子を通して印加される。この直流信号がプリセット
された高い或は低い限界値を超える時にはいつでも、リ
セット信号が集積回路Ｕ１のＲＳ出力端子に発生され
る。このリセット信号はマイクロコンピュータＵ２のＲ
ＥＳ入力端子へ印加されてマイクロコンピュータＵ２を
リセットする。デッドマン回路ＤＭＣは、電源アップ時
かつまた停源時にマイクロコンピュータＵ２へリセット
信号を印加する。デッドマン回路ＤＭＣはまた、ゲート
増幅器ＧＡへ印加されてリセット信号が発生される時に
パルスの発生を終わらせる信号を発生する。

【００２９】調整済電源ＲＰＳによって発生された＋５
ボルトの調整済電源によって充電され続けるコンデンサ
９０は別な電源を提供して停電時にマイクロコンピュー
タＵ２中のランダム・アクセス・メモリＲＡＭの完全さ
を維持する。マイクロコンピュータＵ２は、もしデッド
マン回路ＤＭＣからのリセット信号および停電と共に減
少するＵＶ信号から発生された論理信号を検出するな
ら、ＲＡＭのみが付勢される停止モードに移る。コンデ
ンサ９０は短期間の停電中ＲＡＭへ電力を供給するのに
足りるサイズである。電源アップ時、ＲＡＭの完全さは
コンデンサ９０の両端間の電圧を比較器Ｃ０ＭＰへのＣ
ＯＭＰＯ信号と比較することによって検査され、正常な
電力のそう失中適切な電力がマイクロコンピュータＵ２
へ印加されたことを保証する。接触器のこの特色は、19
89年５月８日付けで出願された米国特許願第348,940号
の明細書に詳しく述べられている。

【００３０】この発明によれば、機械的装置へ与えられ
るエネルギーの総量が一定であるように図３のトレース
Ａ中の第２パルスＰ２の遅れは調節され、従って第１の
パルスＰ１の初めから図３のトレースＣに示された主接
点接触までの時間は電圧およびコイル抵抗の範囲に亘っ
て一定である。事実、接触器の閉成はコイル電圧および
コイル電流と同期するようになされ、そして接点のはね
返り衝撃速度に関する接触器１０の性能は予測できかつ
両方のパラメータに対して低い値で一定である。

【００３１】動作電圧およびコイル抵抗の全範囲に亘っ
て低い衝撃速度および少ない接点はね返りの所望性能を
達成するために、接点接触点がいつもコイル電圧および
コイル電流に対して同時に起こることが必要である。接
点接触点の決定は、コイルの動的状態を測定して調節す
るのに第１のパルス（Ｐ１）および第２のパルス（Ｐ
２）が必要であると云うことに基づく。従って、第３の
パルス（Ｐ３）は、接点接触点が起こり得る一番早いパ
ルスである。閉成のためにもっと多くのエネルギーを要
する大型装置では、第４または第５のパルスのような後
の方のパルスまで接点接触点が起こり得ない。しかしな
がら、経験によれば、接点接触点は最良の性能のための
減少するコイル電流でいつも起こる。接触器１０を接点
接触位置に座らせるのに要するエネルギー量により接点
接触位置は正確に決定される。図２から分かるように、
このエネルギーはハッチを付けた区域Ｂ中のエネルギー
である。接点接触位置（図３のトレースＣ参照）は、こ
の接点接触点での接極子４０の運動エネルギーと第３の
パルスＰ３のエネルギー（接触器１０を接点接触位置か
ら接極子据え位置まで動かす）との和によって確立され
る。なお、この接極子据え位置は、図３のトレースＤで
ある動作装置速度曲線上に示された衝撃点によって表さ
れ、図２に示されたエネルギーを少し超える。重要なの
は、コイル電流が主接点接触位置から接極子据え位置ま
で減少して低い衝撃速度と最小のはね返りを確保するこ
とである。図３のトレースＡおよびＢから理解できるよ
うに、電流は電圧より遅れてコイル３１のインダクタン
スのせいでパルス間でゼロにならないことである。

【００３２】接点接触位置が一度確立されると、低い衝
撃速度および動作装置速度（これらは低接点はね返り性
能を与える）のために適切な接点接触位置へ全開位置か
ら接点をもたらすのに十分なエネルギーを与えるのが次
の要件である。これは、接点接触パルスに先立って位相
制御されたパルスを調節することによって行われる。こ
の位相制御されたパルスは特定の入力電圧およびコイル
抵抗のために経験から確立されることができるが、もし
電圧やコイル抵抗が変わると接触器の性能が同一組のパ
ルスのために変わるという問題を残す。電圧およびコイ
ル抵抗の変化を補償する手段は、第１のパルスのピーク
電流すなわちＩ（ピーク）および電圧に基づいた制御パ
ルスを調節することである。第１のパルスは、Ｉ（ピー
ク）に基づいた計算を行うように常に同じ持続時間を持
たなければならない。

【００３３】例えば、図３の例では、電圧は交流１２２
ボルトであり、そして第１のパルスのピーク電流すなわ
ちＩ（ピーク）は第２のパルスの遅れ角α２が大きくか
つ導通角β２が比較的小さいように比較的大きい。図４
では電圧がわずか交流９８ボルトであり、そして電流は
比較的小さく、遅れ角α２がはるかに短くかつ導通角β
２がはるかに大きいことを理解できる。もし電圧が一定
のまゝであるが、電流が増加してコイル抵抗の減少を示
すなら、第２のパルスの遅れは延長される。他方、定電
圧で電流が減少すればコイル抵抗の増加を示し、そして
制御パルスの遅れは短くされる。

【００３４】コイル電流を表す電圧を発生させかつこの
電圧をパルス電圧と共にマイクロコンピュータへ入力さ
せることにより、第２のパルスＰ２の幅を変更すること
ができる。第２のパルスの遅れを決定するためのアルゴ
リズムが下記の通りであることが分かった。制御パルスの遅れ＝［Ｋ１＊Ｉ(ピーク)−Ｋ２＊ＶＯＬＴＳ−Ｋ３]＊Ｋ４たゞし、Ｋ１（ボルト／アンペア）は回路とマイクロプロセッサ
のソフトウェアとの少なくとも一方の尺変化によって決
定される。例示的な装置では、Ｋ１は抵抗８２の抵抗値
およびポテンシォメータ８４の実効抵抗値に普通のチッ
プ１１１中の演算増幅器ＣＣＡの利得Ｇを乗算した値に
等しい。Ｋ２（無単位）は直流抵抗の総インピーダンスの比（Ｚ
／Ｒ）または２５Ｃにある。Ｋ３（ボルト）はＫ１がその選択で制限される時に必要
とされるオフセットである。もしＫ１が総体的に選択可
能なら、定数Ｋ３はゼロである。Ｋ４（秒／ボルト）は遅れが電流または電圧の変化に関
連した１ボルトの変化のために変わるべき割合である。

【００３５】これら定数は、種々の電圧およびピーク電
流のデータを取りかつ所望の閉成のための制御パルスの
遅れをセットすることにより、経験から１番良く導出さ
れる。これから定数（ＫＳ）を導出できる。

【００３６】アルゴリズムの適用の一例は下記の通りで
ある。Ｋ１＝３０.３ボルト／アンペアＫ２＝０.５Ｋ３＝６８ボルトＫ４＝０.０００１秒／ボルト

【００３７】第４〜第７のパルスは、固定された接極子
に対して可動の接極子の衝撃に続くはね返りを最少にす
るのに十分なエネルギーを供給する一定の時間遅れを持
つ。

【００３８】図６は、この発明を実施するのにマイクロ
コンピュータＵ２に適したプログラムのフローチャート
図である。まずマイクロコンピュータＵ２はステップ９
２でスタート信号を認識しなければならない。例示的な
装置では、マイクロコンピュータＵ２は３つのスタート
信号を次々に検出し、閉ルートを初期化して偽閉成を排
除しなければならない。ステップ９４で電圧がチェック
される。もし電圧が低すぎるなら、たとえ制御パルスが
全導通であっても接触器１０を閉じるのは不可能であ
る。もし電圧が高すぎるなら、接触器１０は損傷を受け
ることがある。その結果、もし電圧が範囲内になけれ
ば、接触器１０の動作はステップ９６で中止され、そし
てプログラムはステップ９７で新しいスタート信号を待
つ。もし電圧が範囲内にあれば、スイッチ７２はステッ
プ９８でターンオンされ、一定の遅れ（例示的な装置で
はゼロ遅延）を持つ第１のパルスをゲートする。マイク
ロコンピュータＵ２は、ステップ１００にて第１のパル
スのある間コイル電流を読み取ってピーク電流としてＩ
（最大）を保つ。次にマイクロコンピュータはステップ
１０２においてＩ（最大）に基づいたルックアップ・テ
ーブル用ポインタを選択する。図７に示されているルッ
クアップ・ポインタは、第３〜第７のパルスの遅れ（ミ
リ秒）を決定する。もしＩ（最大）がプリセット値例え
ば４.０アンペアを超えるならば、ポインタ１が選択さ
れる。第１のパルスでのピーク電流が３.７アンペアと
４.０アンペアの間にあれば、ポインタ０が選択され、
そしてもし３.７アンペアのようなプリセット値よりも
小さいなら、ポインタＦが選択される。ポインタの選択
の仕方により接触器の応答性を調節する。もし第１のパ
ルスがある間に測定されたピーク電流が所望の最小値よ
り大きければ、ポインタ１が選択されかつこの発明の全
利点が得られる。もしピーク電流が所望のレベルよりも
低いが最小値よりも高ければ、状態は動作境界にあっ
て、ポインタ０が選択される。ポインタ０が選択される
と、第３〜第７のパルスは本質的に全導通である。ステ
ップ１０４にてポインタＦが選択されたと決定されるよ
うに、もし電流が最小値より小さいと、接触器の動作は
ステップ１０６で中止され、そしてプログラムはステッ
プ９７にて他のスタート信号を待つ。接極子は第１のパ
ルスに応答して動き始めるが、接極子に与えられたエネ
ルギーは図３および図４から理解できるように接点を接
触位置にさえもたらすのに不十分であり、そしてキック
アウトばねは接点を全開位置に戻す。

【００３９】ポインタ１か０が選択されると、マイクロ
コンピュータは上述した関係を使用してステップ１０８
にて第２の（制御）パルスの遅れを計算する。第１のパ
ルスはステップ１１０にて示されたようにゼロ交差でタ
ーンオフされ、そして第２のパルスはステップ１０８で
計算された遅れを使ってステップ１１２にてターンオン
される。第２のパルスはステップ１１４で示されるよう
にゼロ交差でターンオフされる。適切なポインタで示さ
れたルックアップ・テーブル中の遅れを使用して第３〜
第７のパルスはステップ１１６にてターンオンされる。
マイクロコンピュータはステップ１１８にてコイル保持
ルーチンを実行し、こゝでは小さいパルスが導体コイル
に印加され、接点開放信号がステップ１２０で受けられ
かつコイルの付勢が終らされるまで、接点を閉じ続け
る。

【００４０】この発明の特定の実施例について詳しく説
明したが、こゝに開示した全ての教示に鑑みて種々の変
形や変更を行えることは当業者によって理解されよう。
従って、こゝに開示された特定の構成は、例示にすぎ
ず、この発明の特許請求の範囲を限定するものではな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から、この発明は、電圧およ
びコイル抵抗の全範囲に亙って接点のはね返りおよび衝
撃速度の区域において優秀な接触器性能を呈することが
理解できる。この発明は、第１のパルスのピーク電流お
よび電圧を測定して第２のパルスの時間遅れを調節する
が、その際に２つのパルスの総エネルギーが一定である
ようにする点で特異である。これは、接点の接触時間が
同期しかつ接点のはね返りおよび衝撃速度が両方共低い
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が組み込まれた接触器の縦断面図であ
る。

【図２】第１図の接触器のばね反応曲線を示す図であ
る。

【図３】この発明に従って操作された図１の接触器のコ
イル電圧およびコイル電流、主接点の位置、接触器動作
装置の速度を示す図である。

【図４】接触器に印加された電圧パルスのピーク電圧が
異なることを除けば、図３と同様な図である。

【図５】この発明に従って図１の接触器を制御するため
のマイクロコンピュータ式制御回路の一部を示す回路図
である。

【図６】この発明に従って図１の接触器を制御するため
のマイクロコンピュータ式制御回路の残部を示す回路図
である。

【図７】この発明に従って制御回路中のマイクロコンピ
ュータ動作用に適したコンピュータ・プログラムの一部
を示すフローチャート図である。

【図８】コンピュータ・プログラムの残部を示すフロー
チャート図である。

【図９】この発明を実施する際にマイクロコンピュータ
によって使用されるルックアップ・テーブルを示す図で
ある。

【符号の説明】

１０接触器２２固定接点２６固定接点４６可動接点４８可動接点３１コイル３６磁石４０接極子３４キックアウトばね５６接点ばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通常開いている第１および第２の電気接
点と、コイルを持つと共に、このコイルに流れる電流に
応答して前記接点を閉じるように機械的に接続された可
動の接極子を持つ電磁石と、この電磁石による前記接点
の閉成に抵抗するばねと、を備えた電気的接触器におい
て、制御された導通角で前記コイルへ電圧パルスを印加
する付勢部を設け、この付勢部は、前記コイルへ第１の
電圧パルスを印加し、この第１の電圧パルスに対する前
記コイルの電気的応答を監視し、かつこの電気的応答の
関数として少なくとも１つの後続の電圧パルスが前記コ
イルへ印加される際の導通角を選択的に変え、これによ
り所定の閉成特性でもって前記ばねによる抵抗に逆らっ
て前記第１および第２の電気接点を閉じることを特徴と
する電気的接触器。
【請求項２】前記付勢部は、一定の導通角で前記コイ
ルへ前記第１の電圧パルスを印加する請求項１の電気的
接触器。
【請求項３】前記付勢部は、一定で、しかも事実上全
導通の導通角で前記コイルへ前記第１の電圧パルスを印
加する請求項２の電気的接触器。
【請求項４】前記付勢部によって監視された前記第１
の電圧パルスに対する前記コイルの前記電気的応答は、
前記第１の電圧パルスによって生じられて前記コイルに
通される電流を含む請求項２の電気的接触器。
【請求項５】前記付勢部によって監視された前記コイ
ルの前記電気的応答は、前記第１の電圧パルスによって
生じられて前記コイルに流されるピーク電流、および前
記第１の電圧パルスの電圧を含む請求項４の電気的接触
器。
【請求項６】前記付勢部は、所定の導通角の少なくと
も２組のうちの選ばれた１組の導通角に従って前記コイ
ルへ第２の電圧パルスに続く電圧パルスを印加し、前記
選ばれた１組の導通角は、前記第１の電圧パルスによっ
て前記コイルに流された前記電流の関数として選択され
る請求項４の電気的接触器。
【請求項７】前記付勢部は、前記第１の電圧パルスに
対する前記コイルの前記電気的応答が所定の限界内にな
い時に、前記コイルへの電圧パルスの印加を終わらせる
ことにより前記電気接点の閉成を中止させる請求項２の
電気的接触器。
【請求項８】前記付勢部は、前記第２の電圧パルスに
続く選択された電圧パルスで前記電気接点を常に閉じる
ために選択された導通角で前記コイルへ電圧パルスを印
加する請求項２の電気的接触器。
【請求項９】前記第１の電圧パルスによって生じられ
て前記コイルに流されたピーク電流および前記第１の電
圧パルスの電圧を監視するための、かつ電圧変動および
前記コイルの状態にかゝわらず、一定で所定量の電気エ
ネルギーが前記コイルへ供給されるように第２の電圧パ
ルスが前記コイルへ印加される際の導通角を選択的に変
え、これにより低い衝撃速度を持つ前記ばね手段による
抵抗に逆らって前記第１および第２の電気接点を閉じる
ための部分を含む請求項２の電気的接触器。
【請求項１０】前記付勢部は、前記第２の電圧パルス
に続く選択された電圧パルスで前記電気接点を常に閉じ
るために選択された導通角で前記コイルへ前記電圧パル
スを印加する請求項９の電気的接触器。
【請求項１１】前記付勢部は、前記第１の電圧パルス
によって生じられて前記コイルに流されたピーク電流が
第１の所定値よりも大きい時に、一定の導通角で前記コ
イルへ前記第２の電圧パルスに続く電圧パルスを印加す
る請求項１０の電気的接触器。
【請求項１２】前記付勢部は、少なくとも２組の導通
角のうちの選ばれた１組の導通角に従って前記第２の電
圧パルスに続く電圧パルスを印加し、前記選ばれた１組
の導通角は、前記第１の電圧パルスによって生じられて
前記コイルに流されたピーク電流によって決定される請
求項９の電気的接触器。
【請求項１３】前記第２の電圧パルスに続く電圧パル
スのための前記選ばれた１組の導通角は、前記第１の電
圧パルスに応答して前記コイルに流された前記ピーク電
流が第１の所定値よりも小さい時に事実上全導通角であ
る請求項１２の電気的接触器。