(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源で駆動される負荷と、この負荷への通電を継電器の接点で制御する継電器の制御回路であって、前記交流電源の零点に同期した矩形波を発生する電源同期発生手段と、前記電源同期発生手段の信号に基づき前記継電器の接点を前記交流電源の零点近傍で開閉する制御手段と、前記継電器の接点の開閉を検出すると共に前記接点が開離直後に再閉成する現象（以下、リバウンドと記載する）を検出するリバウンド検出手段とを備え、
前記制御手段が、前記電源同期発生手段の立ち上り信号または立ち下り信号に基づき接点開閉検出とリバウンド検出を切り換えて行う継電器の制御回路。
【請求項２】
制御手段が、リバウンド検出手段からの検出信号に基づき、リバウンドの発生回数をカウントすると共に、所定回数カウントした際に警報手段を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。
【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交流電源の零点検出をしながら継電器の接点を零点制御で駆動する継電器の制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に継電器の接点で交流電源の負荷を零点制御する技術は、例えば特公平３−３３２５号公報に示されるようなものが知られており、図６のようにマイクロコンピュータで継電器の接点を零点制御するものであった。すなわち１は交流電源、２は直流電源、３は負荷、４は負荷３に直列に設けられた継電器の接点、５は交流電源１の零点に同期した信号を発生する電源同期発生手段、６は継電器の接点４が開閉した位相を検知する開閉位相検知手段、７はマイクロコンピュータよりなる制御回路部、８は制御部７からの出力信号によって継電器を駆動する駆動手段である。
【０００３】
ここで電源同期信号発生手段５はダイオードブリッジ９、抵抗１０，１１、フォトカプラ１２より構成されており、開閉位相検知手段６はダイオードブリッジ１３、抵抗１４，１５、フォトカプラ１６より構成されており、また継電器駆動手段８は継電器コイル１７、トランジスタ１８、ダイオード１９、抵抗２０より構成されている。
【０００４】
制御部７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ入出力ポート等により構成され、ＲＯＭ内に前記電源同期信号発生手段５からの電源同期信号と、開閉位相検知手段６からの開閉信号とを入力し、その時間差を測定する時間差測定手段（図示せず）と、この時間差測定手段からの測定信号に基づき、前記継電器の駆動位相を決定する駆動位相決定手段（図示せず）とをもっている。
【０００５】
図７にその動作を示すフローチャートにより、簡単に継電器が制御され接点が閉じる動作例を説明する。
【０００６】
継電器の接点４が閉じる場合、電源同期信号の立ち下りが入力されると時間（位相）ｔ0の測定をスタートし（ステップ１）、ステップ２でその時間ｔ0がＲＡＭに記憶している時間ｔonと一致した位相で継電器駆動信号を出力する。継電器接点が閉じられるとステップ３で開閉信号の立ち下りが入力され、時間ｔ0の測定をストップする。この時間ｔ0と電源同期信号の周期Ｔ1とを比較し等しくない場合のみ時間ｔ0と周期Ｔ1の差を前記時間ｔonに加算し、その値を新しい時間ｔonとしてＲＡＭに記憶する（ステップ４）。
【０００７】
また接点４が開く場合は電源同期信号の立ち上りが入力されると、時間ｔ0の測定をスタートし（ステップ５）、その時間ｔ0がＲＡＭに記憶している時間ｔoffと一致した位相で継電器駆動信号の出力を停止する（ステップ６）というものであった。このように交流電源の零点で継電器の接点を制御するもので、零点同期信号の立ち下り時にｏｎ制御、立ち上り時にｏｆｆ制御するものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のごとく継電器を交流電源の零点付近で接点を開閉させると接点寿命が伸びることが知られている。しかし、小型継電器は接点の開離直後にリバウンドの出る可能性もあるため、継電器の接点を零点付近で開閉すると開離直後のリバウンドによって致命的なアーク放電が発生し著しく接点寿命を縮める恐れがある。
【０００９】
このリバウンドとは、継電器の接点開離時にアーマチュアのバックストップへの衝突によって起こるバウンシング現象で開放接点が再閉成（継電器のコイル信号がなくても接点が再度ＯＮ）する過渡的応答のことをいう（本現象のことを以下リバウンドと表現する）。これが接点寿命に与える影響は、特に従来例のような接点の零点制御方式を採用したときに致命的な悪影響が顕在化しヒータ負荷等を制御する機器では安全上の問題が残るのである。
【００１０】
すなわちリバウンドが発生すると、接点が零点制御された直後の交流電源半サイクル間に強力な接点間アーク放電を引き起こし、継続すると接点表面の異常加熱で溶着や接点金属の転移によるロッキングが発生するという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、このような課題を未然に解決するためのものであり、リバウンド発生を検出し、接点溶着（ロッキングも含む）が発生する前にメンテナンス警報および安全停止できる継電器の制御回路を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、交流電源で駆動される負荷と、継電器の接点で制御する継電器の制御回路であって、前記交流電源の零点を検出するための零点検出手段と、前記零点検出手段の信号に基づき前記継電器の接点を前記交流電源の零点近傍で開閉するための制御手段と、前記継電器の接点の開閉を検出するための接点開閉検出手段と、前記継電器の接点の開離直後の半サイクル間に発生するリバウンドを検出するためのリバウンド検出手段とを備えて継電器の制御回路を構成したものである。
【００１３】
本構成によれば継電器を駆動する際、接点の開離直後に発生するリバウンドを検出できるので、所定の回数発生した場合は警告信号を発し、さらに継続して発生する場合は、接点が溶着（ロッキングも含む）する前に継電器の駆動を強制的にストップさせる機能が付加できることによって安全確保が図れ本発明の目的が達成できるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、制御手段が、交流電源の零電位に同期した電源同期発生手段の出力信号である矩形波の立ち上り信号または立ち下り信号のいずれか一方の信号で接点開閉検知入力として接点の零点演算制御を行い、他方の信号でリバウンド検出を行う処理切り換えソフトアルゴリズムを有しており、この構成によれば、リバウンド検出が継電器の接点開閉毎に常時検出可能という効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項２記載の発明は、制御手段が、リバウンドの発生回数を所定回数カウントした際、継電器の異常報知のための警報手段を駆動させると共に、さらに継続する場合は継電器の動作を強制停止させるものであり、かかる構成によれば、継電器の接点寿命延長化を阻害するリバウンドやロッキング現象による接点溶着問題を回避でき、接点の長寿命化が図れるという効果を有するものである。
【００１８】
（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。図１において、１は交流電源、２は回路駆動用の直流電源、３は交流電源１に接続された負荷である。４は負荷３を制御する継電器接点、５は交流電源の零点に同期した信号を発生する零点検出手段、６は継電器１７の接点４が開閉した位相を検知する接点開閉検出手段と兼用になっているリバウンド検出手段である。７はマイクロコンピュータよりなる制御部、８は制御部７からの出力信号によって継電器１７を駆動する継電器駆動手段である。
【００１９】
ここで零点検出手段５は、トランジスタ９、トランジスタのベース・エミッタ間保護用ダイオード１０、ベース抵抗１１、コレクタ抵抗１２で構成されている。また接点開閉検出手段と兼用のリバウンド検出手段６は、トランジスタ１３、ベース・エミッタ間保護ダイオード１４、ベース抵抗１５、コレクタ抵抗１６で構成されている。さらに制御部７はマイクロコンピューで構成されており、零点検出手段５の零点検知入力ａ、接点開閉検出手段と兼用になっているリバウンド検出手段６から得られる接点開閉検知入力と兼用のリバウンド検知入力ｂ（ここでは接点開閉検知入力ｂと表現する）を有するとともに、リバウンドが所定回数発生したとき警報を出す警報出力ｄを有する。なお２１はその警報手段を示し、２２は警報のためのＬＥＤ表示素子、２３は電流制限抵抗である。また継電器駆動手段８は継電器駆動出力ｃで駆動され、継電器１７、トランジスタ１８、ベース抵抗１９、継電器１７の逆起電力吸収ダイオード２０から構成されている。ＶRは継電器１７の接点４の両端電圧を示す。
【００２０】
以下にその動作を図１の構成に基づいた図２のタイミングチャートを用いて、説明する。後で説明するリバウンド検出モードと分けるため、図２は接点開閉検知入力ｂの取り込み動作モードを説明する。
【００２１】
今、接点４がＯＮ状態にあるとき（継電器の接点両端電圧ＶRは信号が無い状態）、交流電源１の波形から零点検出手段５によって得られる零点検出入力ａの立ち上り信号（イ）点からＴ1後に制御部７で計測演算された継電器駆動出力ｃで継電器駆動手段８をＯＦＦする。継電器１７はこの（ロ）点でコイル信号が遮断され、継電器１７の接点４はＴ2後の（ハ）点でＯＦＦする。ここで接点開閉検知入力ｂが制御部７のマイクロコンピュータに取り込まれ、交流電源１の零点検出入力ａの立ち下り部（ニ）点までのＴ3を測定し、次回の演算制御に反映される。
【００２２】
次に図３のタイミングチャートでリバウンド検知入力ｂの取り込みモードを説明する。回路は接点開閉手段と兼用になっているリバウンド検出手段６から得られる接点開閉検知入力と兼用のリバウンド検知入力ｂがある（ここではリバウンド検知入力ｂと表現する。）。今、接点４がＯＮ状態にあるとき、交流電源１の波形から零点検出手段５によって得られる零点検出入力ａの立ち下り信号（ホ）点から、Ｔ4後に制御部７で前回計測されたＴ2と同じ継電器駆動出力ｃで継電器駆動手段８をＯＦＦする。継電器１７はこの（ヘ）点でコイル信号が遮断され、継電器１７の接点４はＴ5後の（ト）点でＯＦＦする。
【００２３】
ここで前記接点開閉検知入力ｂの取り込みモードと異なる点は、この（ト）点から交流電源１の零点検出入力ａの立ち上り信号（チ）点間はリバウンド検知入力ｂに信号が出ない点にある。これは零点検出入力ａがＬＯＷレベルにしており、接点開閉検知入力ｂが回路上取り込めないようにしているためである。正常時はこの後もリバウンド検知入力ｂに信号はこないのであるが、前記説明のごとくリバウンド現象は一度ＯＦＦした接点がアーマチュアのバックストップへの衝突跳ね返りによって起こるバウンシングで交流電源１の零点位置（チ）点からＴ7後にＯＦＦした接点４が再閉成（リバウンドで接点が再ＯＮすることの表現。）したポイントが（リ）点である。
【００２４】
この前記Ｔ7は機械的なアーマチュアの衝突跳ね返りであるので、構造的な影響も強くＴ6の範囲内でおさまる場合もある。この場合は交流電源１の電圧も零点に近いので接点劣化の影響は無いので検出できなくても問題にはならない。しかし交流電源１の零点（チ）を少しでも超えた点で再閉成した場合は、アーク発生電圧ＶA点（一般的に通常の空気中で１５Ｖぐらいから発生するといわれている）からアーク放電停止電圧ＶBの（ヌ）点までのＴ8の間、強力なアーク放電が接点間に発生する。いま交流電源１の零点を超えたところでリバウンドが発生すると、リバウンド検知入力ｂが（リ）点で検出され制御部７のマイクロコンピュータに取り込まれる。
【００２５】
次に制御部７のマイクロコンピュータに取り込まれた信号の処理アルゴリズムを次の図４で説明する。
【００２６】
図４は接点開閉検知入力とリバウンド検知入力を、信号処理アルゴリズムの中で切り換え処理できるようにしたマイクロコンピュータ内の動作フローチャートである。
【００２７】
(1)は交流電源の負の半サイクルの零点検出入力に立ち上り信号があれば接点開閉検知入力モードに、立ち上り信号がなければリバウンド検知入力モードに切り換える部分である。したがって図２でも説明した零点検出入力ａは、零点検出入力の立ち上り（フローチャートのＹＥＳ）から接点開閉検知入力モードに入る。
【００２８】
(2)は接点動作のモード（ＯＮさせるか、ＯＦＦさせるか）の切り換え部分を示す。ここで前記より条件にしていた接点のＯＮ状態からの動作モードは(3)の部分に相当し、図２で示していたＴ1のタイマーを構成する部分である。(4)は継電器駆動出力ｃがＯＦＦされてから接点が開くまでの時間Ｔ2を測定する部分である。以上のフローが接点開閉検知入力モードの処理部分となっている。
【００２９】
(5)は接点がＯＦＦからＯＮになるモードの処理部分で今回のリバウンドには無関係の部分であるため説明は省く。
【００３０】
次に、交流電源１の正の半サイクルの立ち下り部分（零点検出入力ａでＮＯ）のリバウンド検知入力モードを説明する。(6)は接点動作の切り換え（ＯＮさせるか、ＯＦＦさせるか）部分を示す。(7)は図３でも説明した継電器駆動出力ｃを前回測定ＤＡＴＡ（Ｔ2）をセットした駆動タイマーによりＴ4を作り出す部分である。
【００３１】
(8)は交流電源１の零点検出入力ａはハイレベル状態かを検知する部分である。(9)はそのハイレベル状態に基づいて、リバウンド検知期間を決めるタイマ部と後のリバウンド検知入力ｂの有無を判別する部分である。(10)はその中でリバウンド発生回数を数えるカウンター部と所定のカウントに達すると警報出力ｂをＯＮさせる警報機能部を示す。更にリバウンドが継続して別のカウンター部が所定のカウントに達すると継電器駆動出力ｃがＯＦＦし、継電器は強制停止される安全停止機能部を示す。
【００３２】
(11)は継電器の接点をＯＮさせる動作フローでリバウンドには関係しない部分であるので説明を省く。
【００３３】
なお、本実施の形態では交流電源の負の半サイクルを接点開閉検知とし、正の半サイクルをリバウンド検知としてきたが、負の半サイクルをリバウンド検知、正の半サイクルを接点開閉検知としても同様の効果が得られる。その回路構成を図５に示す。６は図１にも示した接点開閉検出手段であるが、２４のトランジスタをＰＮＰ型を採用することによって実現できるのは周知の通りである（当然図２〜図４も変わる）。２５は保護ダイオード、２６はベース抵抗、２７はコレクタ抵抗である。
【００３４】
また警報手段を設けて警報表示するとしたが、この部分にフォトカプラ等のアイソレーションできる素子（継電器も可能）を接続することによって、将来のセキュリティシステムへの情報伝達もでき、メンテナンス警報等にも利用できる効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のようにして得られる継電器の制御回路は、継電器の接点ＯＦＦ時のアーマチュアのバックストップからの跳ね返りによる接点再閉成が、接点の零点制御されるシステムに於いて致命的な接点劣化（接点溶着およびロッキング）が問題となるが、リバウンド検出手段を備えることによって、これを回避できるという効果が得られる。
【００３６】
さらに本発明は、このリバウンド検出手段を特別に設けるのではなく、零点制御に必要不可欠な接点開閉検出手段の回路は兼用とし、ソフト処理で切り換えるアルゴリズムを提供することによって、経済的負担無くこれを実現することができるという効果が得られるのである。
【００３７】
さらにもう一つの効果は、リバウンド検出手段で得られた結果をカウントするソフト処理を提供することによって、継電器の異常を警報すると共に、更に継続する場合は接点が溶着やロッキング発生前に動作を停止させるという安全確保の面からも有効な効果が得られるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による回路構成図
【図２】同実施の形態の接点開閉動作説明用タイミングチャート
【図３】同実施の形態のリバウンド検出動作説明用タイミングチャート
【図４】同実施の形態の接点開閉動作とリバウンド検出切り換えソフトアルゴリズムを示すフローチャート
【図５】図２、図３の交流電源零点同期信号から得られる零点検出入力信号の立ち上がり、立ち下りを逆に利用した例の回路構成図
【図６】従来例の回路構成図
【図７】従来例の動作フローチャート
【符号の説明】
１  交流電源
２  回路駆動用直流電源
３  負荷
４  継電器の接点
５  零点検出手段
６  リバウンド検出手段
７  制御部
８  継電器駆動手段
９  トランジスタ
１０  保護用ダイオード
１１  ベース抵抗
１２  コレクタ抵抗
１３  リバウンド検出手段のトランジスタ
１４  保護用ダイオード
１５  ベース抵抗
１６  コレクタ抵抗
１７  継電器コイル
１８  トランジスタ
１９  ベース抵抗
２０  逆起電力吸収ダイオード
２１  警報手段
２２  ＬＥＤ表示素子
２３  ＬＥＤ表示素子の電流制限抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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