JP2000501550A - 開閉機器のための制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に、電磁接触器或いは継電器は、通常、アーマチュアとヨークとからなるコイルを含む磁石系を持っている。既に、この磁石系における磁束を、それぞれ電磁石のモデルに合わせて正確に計算される目標曲線に応じて制御する装置が提案されている。この発明によれば、制御装置（１０）により磁束が時間と行程に無関係な所定の範囲に制御される。特に好ましくは、制御装置（１０）によりコイル（１、２１）を通る磁束（コイル磁束）が制御される。特に、コイル磁束の調整された狭い範囲が、従来の公知技術ではなし得なかった時間及び行程に無関係なものとなることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 開閉機器のための制御器 この発明は、アーマチュアとヨークとからなるコイルを含む磁石系及びこの磁 石系における磁束を制御するための制御装置を備えた開閉機器、特に電磁接触器 或いは継電器の制御器に関する。 開閉機器の駆動装置は、通常、磁石系でもって動作し、この磁石系は、従来そ れぞれ開閉機器及び／又は駆動装置の種類の電圧レベルに合わされねばならない 。このため特に多数の種類の異なるコイルが必要である。 特に直流電流で駆動される電磁接触器においては、公知のごとく、磁石系の起 動相の間、ばね力に打ち勝つために大きな電流が必要である。これに対して、磁 石系が閉じた場合には、遥かにより小さな電流でも確実な保持に充分である。直 流電流で駆動される電磁接触器において保持電力を低減するために、既に種々多 様な技術が適用されている。例えば、２つのコイルを一方では起動相のために、 他方では保持相のために使用し、その際コイルを補助開閉器によって切り換える ことが公知である。さらに、保持相の間コイル電圧をスイッチングモードで動作 させることも既に提案されている。このスイッチングモード比は有効コイル電流 を決定する。切り換えは、電磁接触器が確実に閉じられているとき、固定時間後 に行われる。 ドイツ特許出願公開第３０４７４８８号明細書からは電磁開閉機器のための電 子回路装置が公知であり、この回路装置においては２位置調節器によって保持磁 石の閉じた状態において保持コイルを通る電流が制御される。保持電力を低減さ せるために、電流制御のための閾値の切替えは所定の時間後に行われる。電流制 御のための測定量としては、その場合、ホール検出素子による磁束測定が利用さ れる。さらに、ドイツ特許公開第４１２９２６５号明細書からはヒンジ形アーマ チュア系を備えた電磁開閉器が公知であり、これにおいてはホールセンサにより 漏洩磁束が検出され、コイルに供給された電力が磁束に比例する検出量を介して 制御される。ドイツ特許第３６３７１３３号明細書においては漏洩磁束が同様に 最小空隙を認識するための磁気分路を生じた状態で検出される。さらにまた、ド イツ特許第３２４６７３９号明細書からは、磁石系のヨークにホールセンサが設 けられ、その信号が電磁接触器の電気的励磁を予め定められた磁束値に制御する ために利用される、磁束センサを備えた電磁接触器が公知である。 その他に、１９９５年１０月４日乃至６日において、カールスルーエ大学にお いて開催された第１３回接点セミナーにおける会議録「接点挙動と開閉」の１０ ｌ頁以下に、制御された電磁接触器駆動装置の種々の原理が検討されている。特 にそこには磁石系における磁束を制御するための装置も記載され、この装置にお いては磁束が磁石の１つの脚に巻回されたコイルにおける誘導電圧を積分するこ とによって求められ、正確な磁石モデルによって磁束に対する目標値がインバー スシミュレーション法で計算される。これにより特に磁束に対して時間に関連し た目標曲線が与えられる。磁束は駆動力を産み、それ故因果的には機械的運動と 関連している。 この発明の課題は、これに対して、冒頭に挙げた種類の開閉機器の制御器を簡 単化することにある。その場合、一方では磁石系の保持電力の低減が、他方では 機械的及び電気的寿命の向上が求められる。さらに、この制御装置は異なる種類 の開閉機器においても使用可能で、その結果必要なコイルの種類を少なくし、か つ磁石系そのものを従来のものに比べて小さく構成しようとするものである。 この課題は、この発明によれば、制御装置により磁束が時間及び行程に無関係 な所定の範囲に制御されることにより解決される。その場合、制御装置により、 好ましくは、コイルを通る磁束、即ちコイル磁束が制御される。 この発明によれば、開閉機器の緩やかな閉成が可能である。特にこれによる接 点のチャタリングの低減によりより長い寿命が達成される。 さらに、起動及び保持のために、狭い範囲として調整され得る磁束範囲しか必 要としないという利点がある。この調整されたコイル磁束の範囲の幅は特に磁束 の０．０１乃至１０％の間、好ましくは０．０５乃至５％の間にある。コイル磁 束の範囲の幅は特に開閉周波数に関連して選ぶことができる。 この発明は、コイルにおける磁束の目標値が有利に状態及び位置に無関係に選 ぶことができるという非凡な認識に基づいている。即ち、具体的な電磁接触器に おける測定により、磁石系の開放状態において吸引力を得、閉成状態において保 持力を得るためにコイル磁束に対してほぼ同一の値が必要であることが明らかに されている。閉成状態においては、比較的大きいインダクタンスもしくは比較的 小さな磁気抵抗が存在するので、かなり小さい電流でもこの磁束は作られる。磁 束の値は与えられた磁石系においてはコイルの巻き数を適合させることにより電 圧レベルに無関係である。 従って、磁石系の構成を簡単化する場合に磁束が時間に関係して予め選ばれね ばならない従来の技術に比較して決定的な利点がある。さらに、具体的な電磁接 触器で求められた関係を他の電磁接触器サイズにも適用できるという利点も生ず る。特に同様に適合された関係は磁石系のヨークにおける必然的空隙の変更によ っても達成可能である。 この発明のその他の詳細及び長所を実施例について以下の図面説明によりその 他の請求項と関連して説明する。図面において、 図１は磁石系の制御装置の原理的構成図、 図２は狭い範囲に制御された磁束及び電流曲線の図表、 図３は磁石系におけるコイル磁束を補助コイルにより検出する原理図、 図４はコイル磁束を磁界検出素子により検出する原理図、 図５はヨークとアーマチュアとからなる磁石系の構成を、特に必然的空隙の意義 がわかるように示す図 である。 なお、個々の図の同一作用をする部分は同一の記号を付してある。図は部分的 に共通に作図されている。 図において、１は開閉機器の磁石系の部分であるコイルを示す。特に図１にお いてコイル１は電気インダクタンスとして示され、整流器ブリッジ５を介して交 流電源の接続端子に接続されている。コイル１には磁束検出のためのセンサ２が 付属されている。 図１において１０は磁束を制御するための本来の装置を示す。この装置は閾値 を検出するためのユニット１１と電圧を監視するためのユニット１２と、さらに 可制御開閉素子１３とを含む。可制御開閉素子１３は例えばトランジスタであり 、 これを介してコイル１は整流器ブリッジの直流側端子電圧に接続されている。 ユニット１２における電圧監視により、投入は一定の投入閾値を越えたときに 初めて、例えば定格電圧の７０％において行われるようにされている。これによ り、電磁接触器はその主接点が引っ掛かって溶着することがない。 動作の後、コイル１を通る磁束、即ちコイル磁束、しかし投入の際の磁石系の 動作間隙における磁束ではない、が検出され、制御に使用される。コイル磁束に 対しては上限閾値及び下限閾値が決定される。開閉素子１３は、コイル磁束が上 限閾値以下にある間は、閉じたままである。この上限閾値を上回ると開閉素子１ ３は開かれ、コイル磁束は再び小さくなる。下限閾値を下回ると開閉素子１３は 再び閉じられる。 この制御によりコイル１を通る磁束は所定の限界内にとどまる。特にこれによ りコイル磁束は、コイル磁束の０．０１乃至１０％の間、特に０．０５乃至５％ の間の範囲に制御される。 この制御範囲をより詳細に特定するために、シーメンス社の電磁接触器３ＴＦ ５６について検討が行われ、シミュレーション計算の基礎を得た。このデータは 図２において、一方において磁束Φ、他方においてこれに属する電流Ｉを時間の 関数として示してある。例えば、１．３５乃至１．４Ｖ・ｓのコイル磁束に対し て４００Ｈｚの開閉周波数が凡そ３．６％の窓幅を実現していることが示されて いる。可能ならば可聴範囲外の周波数、即ち約２０ｋＨｚ以上が望まれるから、 これにより０．０１％までの値の窓幅が生ずる。それ故、今まで考察されなかっ たような狭い範囲が定められている。 さらに、図２によりコイル磁束Φ（ｔ）は時間に無関係であることが示されて いる。電流曲線Ｉ（ｔ）については、これに対して、電流が曲線経過Ｉに従って 約５０ｍｓ後から再び低下している。 コイル磁束を所定の狭い範囲に制御するためにコイル磁束を検出することが必 要であり、このコイル磁束の検出は公知の種々の方法で行うことができる。 図３においては、磁石系２０は図１のコイル１に相当するコイル２１、ヨーク ２２及びアーマチュア２３から形成されている。磁石系２０のヨーク２２には補 助コイル２４が設けられ、この補助コイル２４は誘起された電圧を検出する。こ の電圧の時間積分はコイル磁束の変化の尺度である。この到達可能な精度は起動 相の間は充分である。保持相において誘起された電圧は制御できないから、この 測定方法ではオフセット誤差が積分器のドリフトを招くことがあり、それ故適切 な補償手段が取られねばならない。 図４では図３におけると同じ磁石系２０に、Ｂ或いはＨ磁界を検出する磁界検 出素子３４が設けられている。このために場合によっては磁石系２０にスリット ２５が設けられねばならない。Ｂ或いはＨ磁界はコイル２１を通る磁束の尺度で ある。この場合積分器を必要としないという特別な利点がある。 図５は主要な点において図１と図４とを組み合わたものを表す。電気的制御モ ジュールにおいて図１のコイル１もしくは図４のコイル２１のための制御線がダ イオードによってブリッジされている。溝２５には適当な磁界検出素子３４が設 けられている。 図５においては、ヨーク２２に、有利なことに、必然的空隙３０が存在してい ることが利用される。このような必然的空隙は、通常、ヨークを積層鉄心で作る 際に既に存在するもので、絶縁物質の箔でもって満たされているので、両ヨーク 部分には安定した結合ができている。 図５による構成においてスリット２５と必然的空隙３０の特別な幾何学的形状 により必然的空隙３０と盲間隙２５との間には磁気的な分圧器が実現されている 。その場合、この幾何学的形状を変えることにより磁気関係が影響される。必然 的空隙が狭いと保持に必要なコイル磁束が著しく削減される。しかしながら、こ れは開放状態において吸引力を産むために必要なコイル磁束に殆ど作用しない。 それ故必然空隙の幅ｂを変えることは、特に、閉じた状態において必要なコイル 磁束を、開放された状態において必要な磁束と同じ値になるように適合させるた めに利用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アーマチュアとヨークとを備えたコイルを含む磁石系と、この磁石系におけ る磁束を制御するための制御装置とを備えた開閉機器、特に電磁接触器或いは継 電器のための制御器において、制御装置（１０）により磁束が時間及び行程に無 関係な所定の範囲に制御されることを特徴とするような開閉機器のための制御器 。 ２．投入及び保持の際に磁束が検出され、制御に使用されることを特徴とする請 求項１記載の制御器。 ３．制御装置（１０）によりコイル（１、２１）を通る磁束（コイル磁束）が制 御されることを特徴とする請求項２記載の制御器。 ４．コイル（１、２１）の磁束に対して上限閾値及び下限閾値が定められている ことを特徴とする請求項１記載の制御器。 ５．制御されたコイル磁束に対する範囲の幅が磁束の０．０１乃至１０％の間、 好ましくは０．０５乃至５％の間にあることを特徴とする請求項１記載の制御器 。 ６．制御されたコイル磁束に対する範囲の幅が望まれる開閉周波数に関連して選 ばれていることを特徴とする請求項５記載の制御器。 ７．コイル（１）が可制御開閉素子（１５）及び整流器（５）を介して端子電圧 に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御器。 ８．制御装置（１０）が電圧監視のためのユニット（１２）を含み、これにより 投入が一定の投入閾値を上回ったときに初めて、例えば定格電圧の７０％におい て行われることを特徴とする請求項１記載の制御器。 ９．磁束を検出するために積分器（２６）を備えた補助コイル（２４）が設けら れていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の制御器。 １０．補助コイル（２４）が磁石系（２０）のヨーク（２２）に設けられている ことを特徴とする請求項９記載の制御器。 １１．コイル磁束を検出するために磁界検出素子（３４）が設けられていること を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の制御器。 １２．磁界検出素子（３４）が磁石系（２０）のヨーク（２２）のスリット（２ ５）に設けられていることを特徴とする請求項１１記載の制御器。 １３．ヨーク（２２）におけるスリット（２５）と必然的空隙（３０）とが磁気 分圧器を形成していることを特徴とする請求項１２記載の制御器。 １４．必然的空隙（３０）が予め選ばれた幅（ｂ）を持っていることを特徴とす る請求項１３記載の制御器。