(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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換える第１および第２の駆動手段を前記継電器に並列接続し、
前記第１および第２の駆動手段を用いて接点溶着時に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。
【請求項２】
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項１記載の継電器の制御回路。
【請求項３】
接点溶着時にマイクロコンピュータにプログラムされた複数の制御パターンに基づいて第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項１記載の継電器の制御回路。
【請求項４】
第１の駆動手段を継電器のコイル定格電圧より小さい感動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コイル定格電圧より大きく最大連続印加電圧以内の電圧で駆動させることを特徴とする請求項２記載の継電器の制御回路。
【請求項５】
継電器を始動時に第２の駆動手段が最大連続印加電圧以内の電圧で強制駆動を一時的に行うとともに、その後、第１の駆動手段が感動電圧で駆動することを特徴とする請求項２記載の継電器の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、図６のような構成を有していた。すなわち、２１はマイクロコンピュータ、２１ａは＋ＤＣ電源ＶＤＤで、２１ｂは負荷電源と共通ラインとした電源ＶＳＳである。マイクロコンピュータ２１の継電器制御出力２１ｃにはドライバー用トランジスタ２３を介して継電器２２が接続され、継電器２２の接点２４ａは負荷２５を介して電源２６に、別の接点２４ｂは接点２４ａが溶着した場合の検出用としてマイクロコンピュータ２１の入力２１ｄに接続されている。
【０００３】
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る。
マイクロコンピュータ２１の継電器制御出力２１ｃがｏｎからｏｆｆに切り替わった時点で、継電器２２のコイル電圧はｏｆｆになり、負荷２５もｏｆｆになる。このとき、接点２４ａが溶着した場合は接点２４ａがｏｎのままとなり、接点溶着検知用の接点２４ｂからの復帰信号がマイクロコンピュータ２１の入力２１ｄ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２１の継電器制御出力２１ｃ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２２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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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続性に欠け、溶着解除能力が低くなるという課題を有していた。
【０００５】
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ｏｆｆ状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。
【０００６】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明による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換える第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。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、継電器の接点溶着を検出しその信号をマイクロコンピュータの入力とした接点溶着検出手段と、継電器を制御するマイクロコンピュータの出力ポートに第１の駆動手段を接続し、さらに他の並列出力ポートに第２の駆動手段を設け、継電器を並列駆動させる構成とした継電器の制御回路であり、この構成によれば、継電器の接点溶着時にマイクロコンピュータの２つの出力ポートで交互に有効な衝撃パルスを継電器のコイルに印加でき、確実な溶着解除ができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、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項１記載の継電器の制御回路であり、より確実な溶着解除ができるという作用を有する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、接点溶着時にマイクロコンピュータにプログラムされた複数の制御パターンに基づいて第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構成を有しており、この構成によれば、継電器のコイルにいろいろなパターンの衝撃パルスを切り換えて印加することができ、これにより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継電器によるインチング動作も可能になるという作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、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構成を有しており、これにより、溶着が発生しても溶着面積の小さい軽い溶着で済むとともに、接点がｏｎとするとき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いう作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、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構成を有しており、これにより、始動時の機械的摩擦による始動バラツキが抑えられ、繰り返し動作時間のバラツキが少なくなるとともに、継電器動作音の静音化が図れるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における継電器の制御回路の構成を示す回路図である。
【００１５】
図１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と整流ダイオード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と整流ダイオード９と平滑コンデンサ１０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１ａ，１ｂ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。
【００１６】
１１は継電器駆動時の電圧を確保するための定電圧素子、１２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イル温度上昇を抑える保持電流制限抵抗である。１４は商用電源で、継電器の接点２ａと２ｂを介して負荷１３が接続されている。接点２ｃは接点２ａと２ｂ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の入力ポート１ｃに接続されている。
【００１７】
以下に、図１を用いて同実施の形態における動作を説明する。
マイクロコンピュータ１の出力ポート１ａから継電器駆動信号が出るとトランジスタ３がｏｎし、平滑用コンデンサ５にチャージアップされたＤＣ電圧が継電器２に加わり駆動される。したがって継電器の接点２ａと２ｂはｏｎになり負荷１３が通電される。マイクロコンピュータ１の出力ポート１ａの継電器駆動信号をｏｆｆしたとき、継電器の接点２ｃに２ｂの接点が復帰した信号をマイクロコンピュータ１の入力ポート１ｃで検出する。
【００１８】
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１ａ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の出力ポート１ｂから短いパルス信号が加わる。この連続した出力ポート１ａと１ｂ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２ｃ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１ｃが溶着解除信号として受け取り、出力ポート１ａ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１ｂ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。
【００１９】
次に図１の実施の形態の中で図２を用いて他の動作を説明する。
図１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図２を用いて説明する。商用電源１４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ＤＣ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のコイ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１２で駆動電流を押さえつけられている。
【００２０】
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１２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１ａ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にチャージア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のコイル電流は必要最小限の保持電流ｇ点に落ち着く。
【００２１】
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の出力ポート１ａからの制御信号はｏｎ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ある。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１ｂ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ｏ点で接点は正常復帰する。
【００２２】
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、別の並列出力ポート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。
【００２３】
次に図３を用いて、マイクロ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並列駆動が行われる動作例を説明する。
【００２４】
図３はマイクロコンピュータの入力ポート１ｃが接点溶着検知をして出力ポート１ａおよび１ｂから出力される制御パターンを図示したものである。Ａ点は短いパルス信号（約５００ｍｓ程度）に切り替わった継電器２の制御信号が出力ポート１ａから出され、Ｂ点で切れると、継電器２の接点がｏｆｆする時間余裕をみてＣ点で出力ポート１ｂ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。
【００２５】
次に押圧モードではＦ点で長めのパルス（５００ｍｓ〜１ｓ）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ｏｆｆする時間余裕をみてＨ点で短いパルスを出力ポート１ｂ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。
【００２６】
また衝撃モードでは、出力ポート１ａからＫ点で極短パルス（２００ｍｓ以下）が出され、継電器２の接点がｏｆｆする時間余裕をみてＬ点で出力ポート１ｂ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る。
【００２７】
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って多面的な展開が可能となるものである。
【００２８】
以上のように、継電器の制御信号をマイクロ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って、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インチング動作も可能となる。
【００２９】
さらにプログラムを図４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。
【００３０】
図４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１ａと第２の駆動手段１ｂが動作し、継電器コイルは第２の駆動手段１ｂ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１ａ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。
【００３１】
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１ｂ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バラツキを抑えられ、繰り返しバラツキを少なくする有効な手段となる。
【００３２】
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１ｂ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イ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１ａおよび第２の駆動手段１ｂの駆動時間関係式は次式で示す。
【００３３】
0003724207.tif 000002
次に、図５（ａ）（ｂ）に本実施の形態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、２ａはＮＯ接点（固定接点）であり、２ｂはＣＯＭ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（２ｄ）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。
【００３４】
したがって、本実施の形態において、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ｏｎ時に発生するバウ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。
【００３５】
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。
【００３６】
【発明の効果】
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。
【００３７】
また、マイクロコンピュータ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っ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イ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。
【００３８】
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ｏｎ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。
【００３９】
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バラツキが抑えられるため、繰り返し動作時間のバ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１ａ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における継電器の制御回路の構成を示す回路図
【図２】同実施の形態における瞬時停電時の効果を説明するためのタイムチャート
【図３】同実施の形態における溶着解除制御パターンを説明するためのタイムチャート
【図４】同実施の形態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ャート
【図５】（ａ）同実施の形態における継電器の要部拡大図
（ｂ）同継電器の接点状態を示す要部拡大断面図
【図６】従来の溶着解除手段を有する継電器の制御回路図
【符号の説明】
１  マイクロコンピュータ
１ａ  第１の駆動手段の出力ポート
１ｂ  第２の駆動手段の出力ポート
２  継電器
２ａ  継電器のＮＯ接点
２ｂ  継電器のＣＯＭ接点
２ｃ  継電器のＮＣ接点
３，８  トランジスタ
４，９  整流ダイオード
５，１０  平滑用コンデンサ
６  第１の駆動手段
７  第２の駆動手段
１１  定電圧素子
１２  電流制限抵抗
１３  負荷
１４  商用電源
【図１】
0003724207.tif 000003
【図２】
0003724207.tif 000004
【図３】
0003724207.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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