(57)【要約】  電気機械式リレーの電気コイルへの電圧印加及び電圧遮断用の電気リレー駆動装置は、ゼロ交差に近い又はゼロ交差周囲の定義可能な期間において出力可能な電圧を供給することによって、抵抗器と通信して利用可能な電流を供給するコンデンサ部を選択可能な電圧に充電する電力供給コントローラを有する。マイクロコントローラは、昇圧電流を供給するように構成され、電気機械式リレーの電気コイルに電圧が印加されると、電気コイルは、マイクロコントローラによって設定された時間間隔で初期に前記昇圧電流を受け、その後に電力供給コントローラから制御信号を受信するトランジスタを介して供給される利用可能な電流から昇圧電流を受ける。
2016527691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械式リレーの電気コイルへの電圧印加及び電圧遮断用の電気リレー駆動装置において、
交流電源から整流電圧の供給を受けて、ゼロ交差に近い又はゼロ交差周囲の定義可能な期間において出力可能な電圧であって、抵抗器と通信して利用可能な電流を供給するコンデンサ部を選択可能な電圧に充電するための前記出力可能な電圧を供給し、かつ制御信号を受信して前記電気機械式リレーの電気コイルに利用可能な電流を供給するトランジスタに前記制御信号を出力する電力供給コントローラと、
前記電気リレー駆動装置によって駆動される負荷回路に交流電源から電圧が供給される期間のゼロ交差において前記電気機械式リレーの機械的な接触電極が接続するように、所定の時間に前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧を印加するための昇圧電流を供給するように構成されるマイクロコントローラとを有し、
前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧を印加する場合に、前記電気コイルは、前記マイクロコントローラによって設定された時間間隔で初期に前記昇圧電流を受け、その後に前記昇圧電流を、前記電力供給コントローラから前記制御信号を受信する前記トランジスタを介して供給される前記利用可能な電流から受けるように構成される電気リレー駆動装置。
【請求項２】
前記コンデンサ部は、単一のコンデンサ又は並列接続された複数のコンデンサである請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械式リレーの前記電気コイルへの前記利用可能な電流を平滑化する平滑コンデンサを更に有する請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項４】
前記電力供給コントローラへの入力電圧は、交流電源から供給される前記整流電圧から複数の抵抗器を介して直接供給される請求項３記載の電気リレー駆動装置。
【請求項５】
前記電力供給コントローラは、前記コンデンサ部の単一のコンデンサ又は各コンデンサを所定の電圧まで充電する請求項４記載の電気リレー駆動装置。
【請求項６】
前記コンデンサ部の単一のコンデンサ又は各コンデンサは、電力供給コントローラによって５Ｖに充電される請求項５記載の電気リレー駆動装置。
【請求項７】
前記コンデンサ部は、並列接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有する請求項２記載の電気リレー駆動装置。
【請求項８】
前記第２のコンデンサは、前記マイクロコントローラに電力を供給する電圧レギュレータと通信する請求項７記載の電気リレー駆動装置。
【請求項９】
前記電気機械式リレーの前記電気コイルに前記利用可能な電流を供給する前記トランジスタを通過することができる設定可能な値を有する前記利用可能な電流を供給するための検出抵抗器を更に有する請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１０】
前記トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１１】
前記電力供給コントローラは、前記ＦＥＴのゲートへの電流の経路を形成することによって、前記電気コイルに前記昇圧電流によって初期に電圧が印加された場合に、その後の電流を前記ＦＥＴのゲートで利用可能とし、第１のコンデンサと通信する検出抵抗器によって決定されたレベルで前記利用可能な電流が前記ＦＥＴを通過できるようにする請求項１０記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１２】
前記第１のコンデンサの閾値電圧に到達している場合に、前記ＦＥＴは前記電気機械式リレーの前記コイルへの利用可能な電流をオフに切換える請求項１１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１３】
前記ＦＥＴをオン状態に維持するために電流が前記ＦＥＴのゲートに維持されるように、前記第１のコンデンサの電圧を前記第１のコンデンサの閾値電圧より低く維持するための短絡回路を有する請求項１２記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１４】
前記昇圧電流は、前記電気コイルに初期に１２−２５ｍｓの期間だけ供給される請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１５】
前記昇圧電流は、約２０ｍｓの期間だけ供給される請求項１４記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１６】
前記昇圧電流は、約６５ｍＡである請求項１５記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１７】
前記昇圧電流のピークは、約１５０ｍＡである請求項１６記載の電気リレー駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な接触電極の物理的な接続又は分離を切換及び維持することによって、交流電源からの電力が負荷回路に供給され又は遮断されるように、電気機械式リレーの電気コイルへの電圧を印加及び遮断するように構成された電気リレー駆動装置の改良に関する。
【０００２】
特に、本発明は、電気リレー駆動装置自体の動作におけるエネルギ効率及び最適性についての改良並びに電気機械式リレーの機械的に接触する複数の電極の寿命及び完全性の改良に関する。
【背景技術】
【０００３】
殆どの電気機械式リレーは、電圧が印加された状態で磁界を形成するコイルを有し、交流電源の電力端子間において電気回路を形成するために、平時は開いているリレーの機械式の固定接触電極に可動接触電極を物理的に接続させることができる。或いは、リレーが平時閉じるように構成されている場合であれば、コイルへの電圧の印加によって磁界を生成し、２つの接触電極間における物理的な接触が引き離される。その結果、交流電源の電力端子間における電気回路が開いた状態となる。
【０００４】
大部分において、本発明は、平時開いているリレー及び平時閉じているリレーの双方に関する。特に、本発明は、電気機械式リレーの機械式接触電極を分離又は物理的に接続するという要請を満たすために、電気リレー駆動装置がどのように電圧印加及び／又は電圧遮断を行うことができるようにすればよいかということに焦点を当てる。
【０００５】
本発明は、電気リレー駆動装置及び電気機械式リレー自体の双方の全体のエネルギ効率が最大となるように、電磁石式リレーの電気コイルに電圧印加することが可能な独自の方法を提供する一方、リレーの寿命及び耐用年数を最適化することが可能な機構を提供することを目的とする。
【０００６】
電気リレー駆動装置は電気リレーの電気コイルに電圧を印加及び遮断する機能を有するが、電気リレー駆動装置は、必要な磁場を形成するために、コイルに電圧を印加するための電力を提供又は取得しなくてはならない。
【０００７】
交流電源を利用できることが望ましい。好ましくは電磁石式リレーの負荷回路が電気機械式リレーの電気コイルへの電力供給のアシストを制御する交流電源と同じ交流電源を利用できることが望ましい。
【０００８】
交流電源からの電圧供給を利用できるようにすることが有利である。しかしながら、リニアレギュレータのような従来の手段を用いずに交流電源からの電圧供給を利用することは、電圧差による無駄が生じるので通常受け入れられない。これは、リニアレギュレータのような従来の手段は、リレーの操作に適した望ましい出力電圧を維持することができるものの、熱の形で余剰電力を大量に失い、その結果、出力電圧を維持するために電圧入力に対する電圧出力における最大全体効率も低下してしまうためである。
【０００９】
また、更に複数の電圧降下用の変圧器及びスイッチモード電源のスイッチを使用することによって、複数の交流電源から適切な出力電圧を供給できるようにすることが試みられている。しかしながら、電気機械式リレーの電気コイルに最終的に電圧を印加するために実際に出力電圧を継続的に供給することは、複数のコイルに効果的に電圧を印加しつつ電気機械式リレーの機械的な接触電極間における適切な接続及び／又は分離を行うことによって交流電源から負荷回路への電圧印加及び電圧遮断を行うための最適な方法ではない。
【００１０】
従って、電気コイルに電圧を印加しつつ、熱として大量の余剰電力を生成せずに電気機械式リレーの電気コイルを直接駆動することによって、入力電圧に対する出力電圧の電力効率を最大化するとともに電力消費も減少させ、その結果、回路部品の動作温度の低下によって電気機械式リレーの耐用年数を向上させることが可能な電気リレー駆動装置を提供することが特に有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５９３０１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述したような改善された電気リレー駆動装置を提供することを目的とする。
本発明の別の目的及び効果は、明細書全体の記載によって明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一形態によれば、電気機械式リレーの電気コイルへの電圧印加及び電圧遮断用の電気リレー駆動装置が提供される。この装置は、
交流電源からの整流された電圧の供給を受けて、ゼロ交差に近い又はゼロ交差周囲の定義可能な期間において出力可能な電圧であって、抵抗器と通信して利用可能な電流を供給するコンデンサ部を選択可能な電圧に充電するための前記出力可能な電圧を供給し、かつ制御信号を受信して前記電気機械式リレーの電気コイルに利用可能な電流を供給するトランジスタに前記制御信号を出力するように構成される、及び／又は、論理的な機能を有する電力供給コントローラと、
前記電気リレー駆動装置によって駆動される負荷回路に交流電源から供給される電圧供給期間のゼロ交差において前記電気機械式リレーの機械的な接触電極が接続するように、所定の時間に前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧を印加するための昇圧電流を供給するように構成される、及び／又は、内部に論理的な機能を有するマイクロコントローラとを有し、
前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧が印加されると、前記電気コイルは、前記マイクロコントローラによって設定された時間間隔で初期に前記昇圧電流を受け、その後に前記昇圧電流を、前記電力供給コントローラから前記制御信号を受信する前記トランジスタを介して供給される前記利用可能な電流から受けるように構成される。
【００１４】
好ましくは、コンデンサ部は単一のコンデンサ或いは並列接続された複数のコンデンサである。
【００１５】
そのような装置の利点は、複数の機械的な接触電極を接続又は分離する動作を通じて負荷回路を接続または解放する場合において、電圧レベルをできるだけ小さくすることによってリレーが開閉する間に生じるアーク放電を最小限に抑えることができるということである。この利点は、２段階で連続的かつ効果的に電気コイルに電圧を印加することによって得ることができる。すなわち、機械的な接触電極を物理的に接続または分離することが必要な場合において、マイクロコントローラによってまず電圧印加プロセスを所定の時間間隔で実行する。これは、交流電源からの電圧供給がゼロとなる時又はゼロとなっている間に機械的な接触電極の初期の接続が行われることを意味している。
【００１６】
機械的な接触電極における接点劣化が回避されるように、電気機械式リレーの電気コイルの初期の電圧印加はマイクロコントローラによって決定される。接続が完了すると、電力供給コントローラの動作によって電流の供給が継続する。電力供給コントローラからの出力電圧は、ゼロ交差付近及び／又は概ねゼロ交差の定められた期間において利用可能となる。
【００１７】
従って、その後、初期の昇圧電流の大部分がマイクロコントローラによって制御された後の電気コイルは、一連の形成された電流パルスによって利用可能な電流を用いて電圧印加される。一連の電流パルスは、交流電源から供給される電圧の測定値が、ゼロ交差周辺であるかまたはゼロ交差の近くとなる期間においてのみ電力供給コントローラから得られる電圧によって利用可能となる
【００１８】
従って、ある意味では電気リレー駆動装置は交流電源から供給される電圧がゼロ交差となる時に電気コイルを電圧印加している一方で、マイクロコントローラにより制御される昇圧電流によって実行される初期の電圧印加の後にのみ、この接続は行われる。マイクロコントローラは、正確なゼロ交差において電圧印加用の電流を実際には流さず、電気機械式リレーの機械的接触電極の物理的な接続によって定まる遅延時間を考慮して、交流電源から供給される電圧がゼロ交差となる好適な瞬間に負荷回路の機械的接触電極が機械的に動作するように決定された期間に電圧印加用の電流を流す。
【００１９】
従って、このリレーは交流電源から供給される電圧によって直接駆動されるかもしれないが、実際は、交流電源から供給される電圧のゼロ交差の近傍における交流電源からの電圧供給のみから電力を引き込んでいる。これは、これらの電流パルスがゼロ交差近傍又はほぼゼロ交差の期間において利用可能となるためである。また、コイルに電圧を印加する必要がある場合には、回路は、次のようになる。すなわち、マイクロコントローラが最初に昇圧電流によってコイルへの電圧印加を行う。しかし、その後、電力供給コントローラからのパルスによって利用可能となる電流によって、コイルに電圧を印加するための電力が維持される。電力供給コントローラは、交流電源から供給される入力電圧を測定するので、ゼロ交差付近又はほぼゼロ交差となる定義可能な期間に出力可能な電圧を取得することができる。
【００２０】
好ましくは、電気リレー駆動装置は、電気機械式リレーの電気コイルと並列接続されるコンデンサを有する。コンデンサは、利用可能な電流を平滑化する。
【００２１】
その利点は、ゼロ交差付近又はほぼゼロ交差の定義可能な期間において電力供給コントローラの出力電圧のみから電流が供給されるので、余剰電力が浪費されず、殆ど損失を発生させずに入力電圧に対する出力電圧について最大の電力効率が得られるということである。
【００２２】
またさらに、電流は、電気コイルを電圧印加する役割を最終的に担うパルスで供給される。このため、磁界を維持する一方、電気コイルへの電圧印加を維持することを目的として、従来の電気機械式リレー装置が必要とする連続的で操作可能な有効出力電圧を提供するか又は少なくとも取得するために、従来の降圧変圧器の線形調整やスイッチモード電源の切換を行う場合において通常想定される連続的な電圧出力がない。
【００２３】
効果として、電気コイルは電圧印加されるが電力消費は減少するので、エネルギ効率を最適化し、耐用年数を増加させつつ、電気リレーの複数の部品の動作温度を減少させることができる。
【００２４】
好ましくは、電力供給コントローラへの入力電圧は、交流電源から供給される整流電圧から複数の抵抗器を介して直接供給される。
【００２５】
好ましくは、電力供給コントローラは、コンデンサ部の単一のコンデンサ又は並列接続された各コンデンサを所定の電圧まで充電する。
【００２６】
好ましくは、コンデンサ部の単一のコンデンサ又は並列接続された各コンデンサは、電力供給コントローラによって約５Ｖに充電される。
【００２７】
好ましくは、コンデンサ部は、並列接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有する。
【００２８】
好ましくは、第２のコンデンサは、マイクロコントローラに電力を供給する電圧レギュレータと通信する。
【００２９】
好ましくは、電気リレー駆動装置は、電気機械式リレーの電気コイルに利用可能な電流を供給するトランジスタを通過する利用可能な電流値を設定する検出抵抗器を有する。
【００３０】
好ましくは、トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。
【００３１】
好ましくは、電力供給コントローラは、ＦＥＴのゲートへの電流の経路を形成することによって、作動している電気コイルにマイクロコントローラによって生成された昇圧電流によって電圧が印加される場合に、ＦＥＴのゲートへの電流が利用可能となり、第１のコンデンサと通信する検出抵抗器によって決定されたレベルで利用可能な電流がＦＥＴを通過できるようにする。
【００３２】
好ましくは、コンデンサ部における単一のコンデンサ又は並列接続された各コンデンサが閾値電圧に達した場合に、ＦＥＴは電気リレーへの電流を遮断することによって、閾値電圧を維持する。
【００３３】
好ましくは、電気コイルに電圧が印加される場合に電気リレー駆動装置は、短絡回路を用いる。短絡回路は、コンデンサ部の電圧を設定された第１のコンデンサの閾値電圧より低く維持することによって、ＦＥＴのゲートへの電流を維持してＦＥＴをオン状態に維持する。これにより、交流電源からの供給がゼロ交差となる度に、連続的な電流のパルスが平滑化コンデンサに供給される。
【００３４】
その利点は、電力供給コントローラが、交流電源からの供給がゼロ交差となる前後で電流パルスを供給し続けるが、好ましくは５ボルトに設定された閾値電圧によって制限されるということである。従って、電力供給コントローラは、電気コイルに電圧が印加されていない間に、回路において使用される待機電力を極端に小さくする電力供給コントローラの電圧レギュレータ及びマイクロコントローラが必要とする電流と同程度の電流のみを供給すればよいという効果が得られる。
【００３５】
予測される通り、電気コイルの初期の電気印加又は作動は、負荷回路への交流電源の電圧供給のゼロ交差とは同期しない。これは、機械的な接触電極を物理的に接続する際には、固有のタイムラグが生じるためである。従って、２つの機械的な接触電極間の実際の物理的接続が交流電源のゼロ交差において達成されるようにする場合、このタイムラグを考慮する必要がある。
【００３６】
従って、本発明では、マイクロコントローラは、機械的な接触電極を接続するための固有のタイムラグを認識して、負荷回路の電圧レベルがゼロ交差周辺の最低値となる時に機械的な接触電極間の物理的な接触が起こるような適切なタイミングで電気コイルに電圧が印加されるようにする機能を実現するための内部回路を有する。これにより、放電が発生する可能性を最小限にすることができる。
【００３７】
パルス自体というより昇圧回路によって供給される連続的な電流の昇圧によって、機械的な接触電極を素早く接続させ、マイクロコントローラにより接点が閉じられる瞬間を決定することができる。
【００３８】
定められた昇圧時間が終了した後、電気リレー駆動装置は、電力供給コントローラと通信して作動するコンデンサ部の充電回路によって確定される効率のために、交流電源からの電圧供給のゼロ交差と同期するように戻る。
【００３９】
好ましくは、昇圧電流は、電気コイルに初期に約１２−２５ｍｓの期間だけ供給される。
【００４０】
好ましくは、昇圧電流は、約２０ｍｓの期間だけ供給される。
【００４１】
好ましくは、昇圧電流は、約５０−１６０ｍＡである。
【００４２】
好ましくは、昇圧電流は約６５ｍＡであり、ピーク電流は約１５０ｍＡである。
【００４３】
好ましくは、昇圧電流の時間が終了した後、電気コイルへの電圧印加は電力供給コントローラに戻る。ここで、電気コイルへの電圧印加を昇圧時間よりも長く維持しなくてはならない場合、設定された閾値電圧を下回るようにコンデンサ部の電圧を維持しながら、コンデンサ部と連動して作動する短絡回路が設けられる。これにより、電気コイルにおいて平滑化されように平滑コンデンサに連続的な電流パルスを流し続けるＦＥＴのゲートに電流を流すことが可能となる。
【００４４】
従って、この電気リレー駆動装置は、交流電源からの整流電圧によって低電圧の電気機械式リレーを駆動させることができるようにするための手段を提供する。
【００４５】
電気機械式リレーの機械的な接触電極を物理的に閉じる場合における固有のタイムラグを認識する内部機能を備えたマイクロコントローラを設けることによって、電気コイルへの最初の電圧印加が、リレーが制御する負荷回路への交流電源からの電圧供給がゼロ交差に接近するか又はゼロ交差周辺となる場合にのみ起こる。また、好適な実施例では、昇圧回路の利用を伴って高レベルの電流をゼロ交差期間において出力することができる。これにより、リレー接点を瞬時に閉じることができる。すなわち、機械的な接触電極間の物理的な接触が完了するとすぐに、交流電源からの供給のゼロ交差においてのみ電力パルスを引き込んでいる電力供給コントローラによって電気リレー駆動装置が動作の実効モードに戻ることができる。
【００４６】
電気コイルへの電圧印加が必要でない場合には、第１のコンデンサにおいて提供された電圧閾値レベルに達することができる。これにより、待機中の電気リレー駆動装置の電力使用が低減されるように、電力の生成を終了することができる。
【００４７】
以下、本発明についてより詳細に記載するために、好ましい実施形態を次の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の望ましい実施形態における電気リレー駆動装置の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
（実施例の詳細な説明）
【００５０】
より詳細には図１に示すように、回路（１０）は交流電源作動部（１４）及びブリッジ整流器（１８）へのニュートラル端子（１５）を有する。作動部（１４）は、ワイヤの細い線路（２０）によってブリッジ整流器（１８）から分離される。このワイヤの細い線路（２０）はヒューズと同様に機能するが、回路（１０）に独立したヒューズを設ける場合において必要となる嵩張り及びスペースを不要にすることができる。
【００５１】
ブリッジ整流器（１８）は、回路線（２２）に整流された正パルス（２４）を供給する。複数の抵抗器（３０ａ）、（３０ｂ）及び（３０ｃ）として示される分圧器を通過する整流された正パルス（２４）は、電力供給コントローラ（２６）に電圧入力（２８）を与える。。
【００５２】
電力供給コントローラ（２６）は、交流電源から供給される正の整流電圧パルス（２８）を取得し、電力供給コントローラ（２６）に交流電源から入力された正の整流電圧のピーク電圧から離れた電圧出力を、好適な実施例においては５０Ｖ以下の選択可能な電圧で供給するための内部論理機能を有する。電圧は、５０Ｖ以下からゼロ交差に接近して５０Ｖに戻るので、この低レベルの電圧が、好適な実施例では５Ｖである閾値電圧までコンデンサ（３４）及びコンデンサ（３５）を充電するために出力される。
【００５３】
コンデンサ（３４）及び（３５）はコンデンサ部として本発明の概要に記載されたものである。コンデンサ（３４）及び（３５）は単により大きな電気容量を有する単一のコンデンサであってもよい。回路では、コンデンサ（３４）が電力供給コントローラ（２６）に近く、コンデンサ（３５）はマイクロコントローラ（６６）に電力を供給する電圧レギュレータ（２６）に近い。各コンデンサ（３４）及び（３５）は電力供給コントローラ（２６）及びマイクロコントローラ（６６）に電力を供給しているので、それらによって供給されている電流のリップリングの発生は、単一のコンデンサによる場合に比べて、低減される可能性がある。これはまた、電解コンデンサよりもセラミックコンデンサを使用する理由である。
【００５４】
コンデンサ（３４）及び（３５）は、ワイヤ（３６）を通じて電力供給コントローラ（２６）に電力（３６）を供給する。電力供給コントローラから電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（４０）のゲート（３９）への出力（３８）の切換特性については、以下により詳細に記載する。作動部（１４）は、電気コイル（５０）を介してＦＥＴ（４０）に、検出抵抗器（４８）を介してコンデンサ（３４）及び（３５）を充電するための電流を供給する。電気コイル（５０）は、電気コイル（５０）に電圧を印加するためにＦＥＴ（４０）を介して送られている電流パルスを平滑化するコンデンサ（５６）及びツェナーダイオード（５８）を備えた回路（１０）の負側ライン（５２）及び正側ライン（５４）と接続される。２４Ｖのツェナーダイオード（５８）は２４Ｖのリレーコイル（５０）を保護する。コイル（５０）の電圧が２４Ｖを超えないように、いかなるアクセス電流もツェナーダイオード（５８）で短絡される。
【００５５】
電気コイル（５０）が平時に開いている電気機械式リレーの一部を形成している場合には、電気コイル（５０）への電圧印加によって磁界が生成される。この磁界によって、機械的な可動接触電極（５１）が、機械的な固定接触電極（５３）と物理的に接触する。これにより、電気機械式リレーによって制御される電気負荷回路（５５）への２つの電力端子（交流電源から供給される電圧）（５７）間に負荷回路（５５）が接続される。
【００５６】
或いは、リレーが平時に閉じているタイプである場合には、磁界を形成する電気コイルへの電圧印加によって、２つの機械的な接触電極が物理的に分離される。この分離によって、電気機械式リレーによって制御される負荷回路に電力を供給する交流電源への電力端子間における電気回路が遮断される。
【００５７】
本発明は、以下でより詳細に説明されるように両方のタイプのリレーに適用される。マイクロコントローラ（６６）は、機械的な接触電極（５１）及び（５３）の初期の接触及び／又は分離のタイミングを制御する役割を担う。この制御により、交流電源から供給される電圧のゼロ交差付近の期間において充電可能なコンデンサ（３４）及び（３５）に利用可能とされるパルスと、電力供給コントローラ（２６）を通じた電気コイル（５０）への電圧印加との間に起きるアーク放電が防止される。
【００５８】
ＦＥＴ（４０）のコントロールスイッチにより電気コイル（５０）に供給される電流のレベルは、電力供給コントローラ（２６）の検知経路（４２）を経由する、メイン抵抗器（４８）に抵抗器（４４）及びコンデンサ（４６）を組合せて成る検知抵抗回路に加えてコンデンサ（３４）及び（３５）に対して設定された閾値電圧のレベルに依存する。
【００５９】
コンデンサ（３４）及び（３５）の電圧が閾値電圧に達すると、電力供給コントローラ（２６）はＦＥＴ（４０）のゲート（３９）に向かうライン（３８）を流れる電流の供給を停止させる。これにより、電気コイル（５０）に向かってＦＥＴ（４０）を流れる電流がオフに切換えられる。
【００６０】
マイクロコントローラ（６６）が最初に制御した後に、電気コイルに電圧を印加する必要がある場合には、以下で詳細に説明される破線（６０）で示される回路の昇圧電流部を通じた昇圧電流によって電気コイル（５０）への電圧印加が行われる。概ね破線（６２）で示す短絡回路は、複数のバイポーラ接合トランジスタＢＪＴ  ＮＰＮ（８２）、ＢＪＴ  ＮＰＮ（８３）、ＢＪＴ  ＮＰＮ（８４）、複数の抵抗器（８６）、（８８）、（９２）、（９４）及び複数のダイオード（９０）、（９１）を有し、閾値電圧に充電可能なコンデンサ（３４）及び（３５）の電圧を、設定されたレベルよりも小さい閾値電圧に維持する手段を提供する。上述したように好適な実施例においては、このレベルは、５Ｖである。これにより、電力供給コントローラ（２６）は、５０Ｖ以下の設定されたゼロ交差期間にパルスの供給を継続することができる。ここで、抵抗器（４８）を介してコンデンサ（３４）及び（３５）に蓄積される電荷によって、ＦＥＴ（４０）の出力側（４１）にパルス電流を供給することができる。その理由は、コンデンサ（３４）及び（３５）の閾値電圧が５Ｖ未満に保たれているため、ライン（３８）を流れるシグナル及び電流が、電流供給コントローラ（２６）からＦＥＴ（４０）のゲート（３９）に流れ続けるためである。
【００６１】
但し、電気コイル（５０）が、オン状態に切換えられたＦＥＴ（４０）を通じて交流電源から供給される正の整流電圧のゼロ交差と同期する前に、電気コイル（５０）の初期の動作又は電圧印加が、マイクロコントローラ（６６）の制御下において破線（６０）で参照される回路の部分を経由する昇圧電流によって行われることが重要である。
【００６２】
昇圧回路（６０）はＢＪＴ  ＰＮＰ（６８）、抵抗器（７０）、ＢＪＴ  ＮＰＮ（７４）、ＢＪＴ  ＰＮＰ（７２）、ダイオード（７８）、抵抗器（７６）及びＢＪＴ  ＰＮＰ（８０）を有する。（９６）は昇圧電流タイミングコンデンサである。抵抗器（７６）と接続されたコンデンサ（９６）は、昇圧電流が印加される時間の長さを決定する。
【００６３】
マイクロコントローラ（６６）は、交流電源に負荷回路を接続するために電気機械式リレーの機械的な接触電極（５１）及び（５３）が物理的に接触する時に、それらが有する固有の時間差を認識する機能を内部に有する。
【００６４】
マイクロコントローラ（６６）は、回路（６０）を通ってリレーの電気コイル（５０）に流れる昇圧電流のタイミングが、電気コイル（５０）への最初の電圧印加が必要となる時に、交流電源からの電圧がゼロ交差付近となる瞬間において、機械的な接触電極（５１）及び（５３）が物理的に接触するタイミングとなるようにプログラムされている。
【００６５】
昇圧回路（６０）は、好ましくは１５０ｍＡのピーク特性を伴う６５ｍＡの昇圧電流を供給する。１００ｍＡから１５０ｍＡの５０Ｈｚの交流電源に対しては、昇圧電流を２０ｍｓ供給する。
【００６６】
この２０ｍｓ間の６５ｍＡの昇圧によって、機械的な接触電極（５１）及び（５３）が非常に速く物理的に接触する。また、上述した通り、接触時間のタイミングは機械的な接触電極が接触する際に内在する時間差を考慮してマイクロコントローラによって決定される。従って、この接触は、交流電源のゼロ交差において行われ、機械的な接触電極を保護することによってそれらの耐用年数を増加させることができる。
【００６７】
２０ｍｓの昇圧時間が終了したあと、回路は、電力供給コントローラ（２６）との同期状態に戻る。電力供給コントローラ（２６）は、整流された正のゼロ交差又はその前後においてパルス電圧出力を利用しており、好適な実施例においては５０Ｖ以下でコンデンサ（３４）及び（３５）を充電するための交流電源からの電圧供給が開始される。また、短絡回路（６２）がコンデンサ（３４）及び（３５）の閾値レベルを５Ｖ未満に維持するので、連続的な電流パルスが電気コイル（５０）の電圧印加のために用いられる。
【００６８】
リレーコイル（５０）はＦＥＴ（４０）と直列に接続されており、（選択されたリレーに合わせてハードウェアにおいて調節可能な）６５ｍＡの電流は、短絡回路（６２）により短絡させることができる。１５０ｍＡの残余は、必要に応じて、閾値電圧までコンデンサ（３４）及び（３５）を充電するために使用できる。
【００６９】
電気コイル（５０）への電圧が遮断される場合には、電力供給コントローラ（２６）が交流電源のゼロ交差付近において電流パルスを供給し続けるが、電流の制限というより、コンデンサ（３４）及び（３５）自身の閾値の調節によって制限される。
【００７０】
コンデンサ（３４）及び（３５）の電圧が閾値電圧になると、ＦＥＴ（４０）のゲート（３９）へ流れる電流（３８）は遮断され、電流が電気コイル（５０）から除去される。
【００７１】
この状況下においてのみ、コントローラ（２６）の電源が、電力供給コントローラ（２６）に電力を供給するためにコンデンサ（３４）と、マイクロコントローラ（６６）に電力供給（１０８）するために出力電圧（１０２）を調節する電圧レギュレータ（６４）に印加される電圧（１００）とによって、必要とされる量の電流を供給する。上述したように、（９６）は昇圧電流タイミングコンデンサである。抵抗器（７６）と接続されたコンデンサ（９６）は、昇圧電流が出力される時間の長さを決定する。（１０６）はマイクロコントローラ（６６）の電力供給コンデンサである。これは３．３Ｖの電力を供給する。（１１２）はマイクロコントローラ（６６）への電力供給（１０８）のための高周波バイパスコンデンサである。
【００７２】
抵抗器（１１６）を経由して抵抗器（１２１）に入る信号は、交流電源から供給される電圧のゼロ交差についての情報をマイクロコントローラ（６６）に供給するために使用される。この信号は、フィルタリングされた主電源のゼロ交差信号を形成する。その信号は、分圧器を形成する抵抗器（１１８）及び（１１９）によって供給される参照信号と比較される。これら２つの信号は、マイクロコントローラ（６６）にゼロ交差情報を供給する比較器（図表せず）に送られる。これにより、リレー装置が閉じるタイミングを、主電源のゼロ交差又はゼロ交差付近とすることができる。コンデンサ（１２０）は平滑コンデンサとして機能する。
【００７３】
抵抗器（１０３）及び（１０５）は、この時点でリレーコイルから電流が引きまれていないことを確認するためにリレー開放（電圧遮断）動作の間、５Ｖから４Ｖへ電力供給コントローラの閾値電圧を調節する。これにより、開放期間をより予測通りにすることができる。
【図１】
2016527691.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月3日(2015.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械式リレーの電気コイルへの電圧印加及び電圧遮断に用いる場合の電気リレー駆動装置において、
電圧印加及び電圧遮断を受けることによって交流電源から供給される電圧による負荷回路への電力の供給を制御する電気機械式リレーの電気コイルと、
前記電気機械式リレーの制御下で前記交流電源から供給される電圧から得られる整流電圧の供給を受けて、前記電気機械式リレーの制御下で前記交流電源から供給される電圧のゼロ交差に近い又はゼロ交差周囲の定義可能な期間において出力可能な電圧であって、抵抗器と通信して利用可能な電流を供給するコンデンサ部を選択可能な電圧に充電するための前記出力可能な電圧を供給し、かつ制御信号を受信して前記電気機械式リレーの前記電気コイルに利用可能な電流を供給するトランジスタに前記制御信号を出力する電力供給コントローラと、
前記電気機械式リレーの制御下で前記交流電源から供給される電圧によって前記電力が前記負荷回路に供給されている場合において、前記電気機械式リレーの制御下で前記交流電源から供給される前記電圧のゼロ交差期間において前記電気機械式リレーの機械的な接触電極が接続するように、所定の時間に前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧を印加するための昇圧電流を供給するように構成されるマイクロコントローラとを有し、
前記電気機械式リレーの前記電気コイルに電圧を印加する場合に、前記電気コイルは、前記マイクロコントローラによって設定された時間間隔で初期に前記昇圧電流を受け、その後に前記昇圧電流を、前記電力供給コントローラから前記制御信号を受信する前記トランジスタを介して供給される前記利用可能な電流から受けるように構成される電気リレー駆動装置。
【請求項２】
前記コンデンサ部は、単一のコンデンサ又は並列接続された複数のコンデンサである請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械式リレーの前記電気コイルへの前記利用可能な電流を平滑化する平滑コンデンサを更に有する請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項４】
前記電力供給コントローラへの入力電圧は、前記電気機械式リレーの制御下で前記交流電源から供給される電圧から得られる前記整流電圧から複数の抵抗器を介して直接供給される請求項３記載の電気リレー駆動装置。
【請求項５】
前記電力供給コントローラは、前記コンデンサ部の単一のコンデンサ又は各コンデンサを所定の電圧まで充電する請求項４記載の電気リレー駆動装置。
【請求項６】
前記コンデンサ部の単一のコンデンサ又は各コンデンサは、電力供給コントローラによって５Ｖに充電される請求項５記載の電気リレー駆動装置。
【請求項７】
前記コンデンサ部は、並列接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有する請求項２記載の電気リレー駆動装置。
【請求項８】
前記第２のコンデンサは、前記マイクロコントローラに電力を供給する電圧レギュレータと通信する請求項７記載の電気リレー駆動装置。
【請求項９】
前記電気機械式リレーの前記電気コイルに前記利用可能な電流を供給する前記トランジスタを通過することができる設定可能な値を有する前記利用可能な電流を供給するための検出抵抗器を更に有する請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１０】
前記トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１１】
前記電力供給コントローラは、前記ＦＥＴのゲートへの電流の経路を形成することによって、前記電気コイルに前記昇圧電流によって初期に電圧が印加された場合に、その後の電流を前記ＦＥＴのゲートで利用可能とし、検出抵抗器によって決定されたレベルで前記利用可能な電流が前記ＦＥＴを通過できるようにする請求項１０記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１２】
前記コンデンサ部の第１のコンデンサの閾値電圧に到達している場合に、前記ＦＥＴは前記電気機械式リレーの前記コイルへの利用可能な電流をオフに切換える請求項１１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１３】
前記ＦＥＴをオン状態に維持するために電流が前記ＦＥＴのゲートに維持されるように、前記第１のコンデンサの電圧を前記第１のコンデンサの閾値電圧より低く維持するための短絡回路を有する請求項１２記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１４】
前記昇圧電流は、前記電気コイルに初期に１２−２５ｍｓの期間だけ供給される請求項１記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１５】
前記昇圧電流は、約２０ｍｓの期間だけ供給される請求項１４記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１６】
前記昇圧電流は、約６５ｍＡである請求項１５記載の電気リレー駆動装置。
【請求項１７】
前記昇圧電流のピークは、約１５０ｍＡである請求項１６記載の電気リレー駆動装置。
【国際調査報告】
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