(57)【要約】【課題】出力リレーの消費電力を低減するとともに信頼性と安全性を高める。【解決手段】出力リレー２のコイルＲＹに定格電流を供給して接点ＲＹ１，ＲＹ２が動作状態になったことを確認してからコイルＲＹに供給する電流を定格電流より小さくして、出力リレー２の省電力を図るとともに出力リレー２が動作状態になったことを確実に検出して、出力リレー２の誤動作を防止して安全性と信頼性を高める。【選択図】    図１
2011228110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力リレーと制御部及びリレー駆動部を有し、
前記出力リレーは、磁気保持特性を有しない有極形のリレーからなり、
前記制御部は、入力する外部からの制御入力信号が前記出力リレーを動作させる条件であるとき所定の交番周波数の交番信号を生成して前記リレー駆動部に出力し、交番信号を出力しているとき、一定周期で前記出力リレーの接点が動作状態であるか復旧状態であるかを確認し、出力リレーの接点が動作状態になると出力している交番信号の交番周波数を低い周波数に切り換え、
前記リレー駆動部は、コンデンサを使用したチャージ・ポンプ回路からなり、前記制御部から入力する交番信号の交番周波数に応じてコンデンサの放電電流を可変して前記出力リレーのコイルを励磁させることを特徴とする接点出力装置。
【請求項２】
前記リレー駆動部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と第１のコンデンサと第２のコンデンサを有し、
前記制御部から入力する交番信号がＬレベルのとき、前記第２のスイッチング素子をオフにし、前記第１のスイッチング素子をオンにして前記第１のコンデンサを充電し、入力する交番信号がＨレベルのとき、前記第１のスイッチング素子をオフにし、前記第２のスイッチング素子をオンにして前記第１のコンデンサに充電されている電荷により前記第２のコンデンサを充電し、前記第２のコンデンサの放電電流によって前記出力リレーのコイルを励磁することを特徴とする請求項１記載の接点出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道信号システムなどの各種電気機器に用いられる接点出力装置、特に省電力と安全性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば鉄道信号システムなどの各種電気機器には制御入力で駆動する直流リレーが用いられている。この直流リレーを動作状態にするためには直流リレーのコイルに最小動作電流以上の定格電流を流して励磁し、動作後もコイルに定格電流を流して動作状態を維持している。この動作状態の直流リレーはコイルに流している電流が復旧電流値以下になると復旧状態になる。
【０００３】
近年、地球環境保護の観点から省電力化が重要な課題となっており、直流リレーを通電駆動する際の消費電力を低減する直流リレー駆動回路が、特許文献１や特許文献２等に開示されている。この消費電力を低減する直流リレー駆動回路は、図４（ａ）に示すように、直流電源１０と直流リレーのコイルＲＹとの間に並列に接続された常閉のスイッチ１１と限流用の抵抗Ｒを設けている。そして直流リレーを動作状態にするため制御スイッチ１２をオンにしたとき、直流電源１０から常閉のスイッチ１１を通してコイルＲＹに電流を流して励磁して直流リレーを動作状態にする。直流リレーが動作状態になるとタイマー制御等により常閉のスイッチ１１をオフにして直流電源１０から限流用の抵抗Ｒを通してコイルＲＹに動作開始時より小さい電流を流して直流リレーの動作状態を維持している。
【０００４】
また、図４（ｂ）に示すように、直流リレーのコイルＲＹと制御スイッチ１２と並列に電解コンデンサＣを設け、制御スイッチ１２がオフの状態で電解コンデンサＣを直流電源１０からの電流で充電し、制御スイッチ１２をオンにしたとき電解コンデンサＣの放電電流でコイルＲＹを励磁し、電解コンデンサＣの放電電圧が直流電源１０の電圧より低くなると直流電源１０から限流用の抵抗Ｒを通してコイルＲＹに電解コンデンサＣの放電電流より小さい電流を流して直流リレーの動作状態を維持して消費電力を低減している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記直流リレー駆動回路はタイマー制御等により常閉のスイッチ１１をオフにして直流リレーのコイルＲＹに流れる電流を少なくしたり、電解コンデンサＣの放電特性を利用して直流リレーのコイルＲＹに流れる電流を少なくしているため、直流リレーのコイルＲＹが確実に励磁されているかを確認することはできず信頼性と安全性に問題があった。
【０００６】
この発明は、このような短所を改善し、消費電力を低減するとともに信頼性と安全性が高い接点出力装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の接点出力装置は、出力リレーと制御部及びリレー駆動部を有し、前記出力リレーは、磁気保持特性を有しない有極形のリレーからなり、前記制御部は、入力する外部からの制御入力信号が前記出力リレーを動作させる条件であるとき所定の交番周波数の交番信号を生成して前記リレー駆動部に出力し、交番信号を出力しているとき、一定周期で前記出力リレーの接点が動作状態であるか復旧状態であるかを確認し、出力リレーの接点が動作状態になると出力している交番信号の交番周波数を低い周波数に切り換え、前記リレー駆動部は、コンデンサを使用したチャージ・ポンプ回路からなり、前記制御部から入力する交番信号の交番周波数に応じてコンデンサの放電電流を可変して前記出力リレーのコイルを励磁させることを特徴とする。
【０００８】
前記リレー駆動部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と第１のコンデンサと第２のコンデンサを有し、前記制御部から入力する交番信号がＬレベルのとき、前記第２のスイッチング素子をオフにし、前記第１のスイッチング素子をオンにして前記第１のコンデンサを充電し、入力する交番信号がＨレベルのとき、前記第１のスイッチング素子をオフにし、前記第２のスイッチング素子をオンにして前記第１のコンデンサに充電されている電荷により前記第２のコンデンサを充電し、前記第２のコンデンサの放電電流によって前記出力リレーのコイルを励磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、出力リレーに定格電流を供給して接点が動作状態になったことを確認してから出力リレーに供給する電流を定格電流より小さくするから省電力を図ることができるとともに出力リレーが動作状態になったことを確実に検出することができ、出力リレーの誤動作を防止して安全性と信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の接点出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】リレー駆動部の構成を示す回路図である。
【図３】接点出力装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】従来の直流リレー駆動回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、この発明の接点出力装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、接点出力装置１は、出力リレー２と制御部３及びリレー駆動部４を有する。
【００１２】
出力リレー２は有極形の直流リレーからなり、コイルＲＹが正極性方向に励磁されて動作したときに閉じるＮ接点と、コイルＲＹが逆極性方向に励磁されて動作したときに閉じるＲ接点を有する照査用接点ＲＹ１及び出力接点ＲＹ２を有する。コイルＲＹのマイナス側は入力端子ｉに接続され、プラス側は入力端子ｊに接続されている。照査用接点ＲＹ１のコンモン接点であるＣ接点は照査入力端子ｋに接続され、Ｒ接点は照査出力端子ｌに接続され、Ｎ接点は照査出力端子ｍに接続されている。出力接点ＲＹ２のＣ接点は接点出力端子ｎに接続され、Ｒ接点は接点出力端子ｏに接続され、Ｎ接点は接点出力端子ｐに接続されている。
【００１３】
制御部３は交番信号生成部５と動作状態照査部６を有する。交番信号生成部５は入力端子ａに入力する外部からの制御入力信号が出力リレー２を動作させる条件であるとき交番周波数の交番信号を生成して出力端子ｂからリレー駆動部４に出力し、制御入力が出力リレー２を復旧させる条件のとき出力を停止する。動作状態照査部６は交番信号生成部５で交番信号を生成して出力しているとき、一定周期で接点照査信号を出力端子ｃから出力リレー２の照査用入力端子ｋに出力し、出力リレー２の照査出力端子ｌから出力する復旧状態信号を入力端子ｄから入力し、出力リレー２の照査出力端子ｍから出力する動作状態信号を入力端子ｅから入力して出力リレー２が動作状態であるか復旧状態であるかを判断して交番信号生成部５に出力する。
【００１４】
リレー駆動部４はチャージ・ポンプ回路を有し、交番信号生成部５で生成した交番信号を入力端子ｆから入力して負電圧を出力端子ｇから出力リレー２の入力端子ｉに出力し、ＧＮＤ電圧を出力端子ｈから出力リレー２の入力端子ｊに出力してコイルＲＹを励磁させて動作させる。
【００１５】
このリレー駆動部４の構成を図２の回路図に示す。リレー駆動部４は、第１のスイッチング素子であるＰＮＰ形トランジスタＴ１と、第２のスイッチング素子であるＮＰＮ形トランジスタＴ２と２個のコンデンサＣ１，Ｃ２とダイオードＤ１，Ｄ２を有する。トランジスタＴ１のエミッタは抵抗Ｒ１を介して直流電源に接続され一定電圧例えばＤＣ２４Ｖが印加され、トランジスタＴ１のベースは交番信号を入力する入力端子ｆに接続されているとともに抵抗Ｒ１を介して直流電源に接続されてＤＣ２４Ｖが印加され、トランジスタＴ１のコレクタはコンデンサＣ１の陽極とトランジスタＴ２のコレクタに接続されている。トランジスタＴ２のエミッタはＧＮＤに接続され、トランジスタＴ２のベースは入力端子ｆに接続されている。コンデンサＣ１の陰極はダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードに接続され、ダイオードＤ１のカソードはＧＮＤに接続されている。ダイオードＤ２のアノードはコンデンサＣ２の陰極と出力端子ｇに接続され、コンデンサＣ２の陽極はＧＮＤに接続されている。出力端子ｈはＧＮＤに接続されている。
【００１６】
このように構成されたリレー駆動部４の入力端子ｆに交番周波数Ｆの交番信号が入力されているとき、交番信号がＨレベルのときは、トランジスタＴ１はオフとなりトランジスタＴ２がオンとなってコンデンサに残留している電荷はＧＮＤに放電される。入力端子ｆに入力している交番信号がＬレベルのときは、トランジスタＴ１がオンとなり、トランジスタＴ２がオフとなって、コンデンサＣ１はＤＣ２４Ｖにより、抵抗Ｒ２とトランジスタＴ１とコンデンサＣ１とダイオードＤ１で形成される経路で充電される。次のサイクルで交番信号がＨレベルになると、トランジスタＴ１がオフ、トランジスタＴ２がオンとなって、コンデンサＣ１とトランジスタＴ２とコンデンサＣ２とダイオードＤ２及びコンデンサＣ１で形成される経路によりコンデンサＣ１に充電されている電荷によりコンデンサＣ２が充電される。このコンデンサＣ２の放電電流によって出力リレー２のコイルＲＹが正極性方向に励磁されて出力リレー２が動作し接点ＲＹ１，ＲＹ２のＲ接点を開放しＮ接点を閉じる。
【００１７】
このリレー駆動部４の入力端子ｆに制御部３から入力する交番信号の交番周波数を可変するとコンデンサＣ２から出力リレー２のコイルＲＹに供給する放電電流を可変することができる。ここで、時間をＴ（秒）、交番信号の交番周波数をＦ（Ｈｚ）、コンデンサＣ２に蓄積される静電エネルギをＷ、放電電力をＰ、放電電流をＩ（Ａ）、出力リレー２のコイル抵抗をＲ（オーム）とすると、放電電力ＰはＰ＝Ｗ／Ｔ＝ＷＦ＝Ｉ２Ｒとなり、コンデンサＣ２の放電電流Ｉは交番周波数Ｆの（１／２）乗に比例する。
【００１８】
一般に直流リレーを無励磁状態から動作状態にするためにはコイルを最小動作電流値以上の定格電流値の電流で励磁することが一般的であり、一旦動作した後、動作状態を維持するためには復旧状態にする復旧電流値以上の電流で励磁することが必要である。この復旧電流値は最小動作電流値以下であり、一般的に定格電流値を「１」とすると復旧電流値は「０．３」、最小動作電流値は「０．７」程度である。
【００１９】
したがってリレー駆動部４に入力する交番信号の交番周波数Ｆを１／２にすると、コンデンサＣ２の放電電流Ｉは約０．７倍となり、交番周波数Ｆを１／４にすると、コンデンサＣ２の放電電流Ｉは０．５倍になる。
【００２０】
そこで制御部３の交番信号生成部５は外部からの制御入力信号が出力リレー２を動作させる条件であるとき動作状態照査部６から入力する出力リレー２の状態に応じてリレー駆動部４に出力する交番信号の交番周波数を切り換える。
【００２１】
この接点出力装置１の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２２】
制御部３に外部から入力する制御入力信号が出力リレー２を動作させる条件になったとき（ステップＳ１）、交番信号生成部５は出力リレー２の定格電流値に対応した交番周波数Ｆ１の交番信号をリレー駆動部４に出力する（ステップＳ２）。リレー駆動部４は入力した交番信号の交番周波数Ｆ１に応じた放電電流を出力リレー２に出力し、コイルＲＹに定格電流を供給して励磁させる。一方、交番信号生成部５は交番信号をリレー駆動部４に出力しているとき、動作状態照査部６から出力リレー２の照査用接点ＲＹ１のコンモン接点に一定周期で接点照査信号を出力させる。動作状態照査部６は接点照査信号を出力しているとき、出力リレー２の照査用接点ＲＹ１のＲ接点の復旧状態を示す復旧状態信号とＮ接点の動作状態を示す動作状態信号を確認する（ステップＳ３）。この確認の結果、照査用接点ＲＹ１のＲ接点が開放し、Ｎ接点が閉じたことを確認すると、出力リレー２が動作状態になったことを示す信号を交番信号生成部５に出力する。交番信号生成部５は出力リレー２が動作状態になったことを示す信号を入力すると、出力している交番周波数Ｆ１の例えば１／２の交番周波数Ｆ２の交番信号に切り換えてリレー駆動部４に出力する(ステップＳ４)。リレー駆動部４は入力した交番信号の交番周波数Ｆ２に応じた放電電流を出力リレー２に出力し、コイルＲＹに定格電流の約７０％の電流を供給してコイルＲＹの励磁を保持させて出力リレー２の動作状態を維持する。この状態で制御部３に入力する制御入力信号が出力リレー２を復旧させる条件になると（ステップＳ５）、交番信号生成部３はリレー駆動部４に対する交番信号の出力を停止する（ステップＳ６）。リレー駆動部４は交番信号の入力が停止すると出力リレー２に対する放電電流の出力を停止して出力リレー２を復旧状態にする。
【００２３】
このようにして出力リレー２に定格電流を供給して動作状態になったことを確認してから出力リレー２に供給する電流を例えば定格電流の約７０％にするから省電力を図ることができるとともに出力リレー２が動作状態になったことを確実に検出することができ、出力リレー２の誤動作を防止して安全性を高めることができる。
【００２４】
また、接点出力装置１のリレー駆動部４は入力している交番信号がＬレベルになってトランジスタＴ１がオンになっているとき、トランジスタＴ２に短絡故障が生じた場合、コンデンサＣ１は充電されないため、出力リレー２のコイルＲＹは励磁されることはなく安全性を確保することができる。また、入力している交番信号がＨレベルになってトランジスタＴ２がオンになったとき、トランジスタＴ１に短絡故障が生じた場合もコンデンサＣ１は充電されず、出力リレー２のコイルＲＹは励磁されることはなく、安全性を確保することができる。さらに、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２のいずれかに短絡故障が生じても出力リレー２のコイルＲＹは励磁されることはなく、安全性を確保することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１；接点出力装置、２；出力リレー、３；制御部、４；リレー駆動部、
５；交番信号生成部、６；動作状態照査部、ＲＹ；コイル，ＲＹ１，ＲＹ２；接点。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開平５−２４２７８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８９８号公報
【図１】
2011228110.tif 000003
【図２】
2011228110.tif 000004
【図３】
2011228110.tif 000005
【図４】
2011228110.tif 000006