特許 6559906 構成可能なアイソレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559906

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】構成可能なアイソレータ

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/00 20060101AFI20190805BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20190805BHJP

   G05B 19/042 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H02H9/00 Z

   H05K1/02

   G05B19/042

【請求項の数】13

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-544529(P2018-544529)

(86)(22)【出願日】2017年1月25日

(65)【公表番号】特表2019-511041(P2019-511041A)

(43)【公表日】2019年4月18日

(86)【国際出願番号】GB2017050187

(87)【国際公開番号】WO2017144845

(87)【国際公開日】20170831

【審査請求日】2018年9月27日

(31)【優先権主張番号】1603108.0

(32)【優先日】2016年2月23日

(33)【優先権主張国】GB

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518042280

【氏名又は名称】イートン インテリジェント パワー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｅａｔｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】特許業務法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】フレデリック・ウラジミール・エスポジット

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２１０９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００８２７２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４０９９２１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１４７０９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００４／０１００８３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／１１７４５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１９８０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４４０１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ９／００− ９／０８

Ｇ０５Ｂ １９／０４２

Ｈ０５Ｋ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁及び安全機能を有し、アイソレータモジュール（１０１）、安全モジュール（１００）を含む電子アイソレータ装置であって、前記アイソレータモジュール（１０１）は、前記安全モジュール（１００）に対して少なくとも２つの向き及び／または構成で、前記安全モジュール（１００）への取り外し可能な物理的及び／または電気的接続のために配設され、前記少なくとも２つの向き及び／または構成の各々における前記安全モジュール（１００）への前記電気的接続が、前記安全モジュール（１００）の前記電気的機能性を構成する働きをする、電子アイソレータ装置。

【請求項2】

前記安全モジュール（１００）がバリア機能を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

構成可能なアイソレータを含む、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

多機能アイソレータを含む、請求項１、２、または３に記載の装置。

【請求項5】

ユニバーサルアイソレータを含む、請求項１、２、３、または４に記載の装置。

【請求項6】

本質安全環境内で動作する装置に絶縁を提供するように配設されている、請求項１〜５のいずれか一項以上に記載の装置。

【請求項7】

前記安全モジュール（１００）の潜在的な向き及び／または構成の数は、少なくとも、接続性を提供する前記安全モジュール（１００）の領域（１１０、１２０、１３０、１４０）の数に等しい、請求項１〜６のいずれか一項以上に記載の装置。

【請求項8】

異なる接続領域（１１０、１２０、１３０、１４０）が、前記安全モジュール（１００）の異なる側面に設けられている、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記側面のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの異なる接続の向き及び／または構成を提供するように配設されている、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記安全モジュール（１００）の向き及び／または構成によって構成される前記電気的機能性が、入力及び／または出力の電圧及び／または電流のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜９のいずれか一項以上に記載の装置。

【請求項11】

前記安全モジュール（１００）の向き及び／または構成によって構成される前記電気的機能性が、デジタル及び／またはアナログドメインのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１０のいずれか一項以上に記載の装置。

【請求項12】

前記安全モジュール（１００）への前記アイソレータモジュール（１０１）の前記物理的接続が、選択された動作モードの視覚的表示を提供する、請求項１〜１１のいずれか一項以上に記載の装置。

【請求項13】

前記安全モジュール（１００）への前記アイソレータモジュール（１０１）の前記物理的接続が、前記装置の処理機能の視覚的表示を提供するように配設されている、請求項１〜１２のいずれか一項以上に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ユニバーサルアイソレータに関し、特に、本質安全環境内に位置付けられた装置の絶縁を提供するように配設されたユニバーサルアイソレータに関する。

【0002】

絶縁、例えばバリア安全機能を提供する安全装置は、プロセス制御システムの一部として、特に本質安全環境に関連して動作するプロセス制御システムの一部として広く使用されている。

【0003】

従来、アイソレータが設けられているシステムの動作要件に関する安全部品の適切な組み合わせを提供するプリセット機能を有するアイソレータ装置が提供されてきた。

【0004】

しかしながら、近年、プロセス制御システムの動作要件を考慮して様々な可能な動作設定のうちの選択された１つで動作するように構成することができる単一の装置を含む、いわゆるユニバーサルアイソレータが出現している。また一方、そのような既知のユニバーサルアイソレータは、本質安全環境に対して使用するために一般に提供され、そのような配置の要件は、既知のユニバーサルアイソレータにおいて見出された限界及び欠点を際立たせる働きをする。

【0005】

例えば、Ｅｘ−ｉ型ユニバーサルアイソレータとして本質的な安全性を提供するユニバーサルアイソレータに対して、安全素子が固定され、アイソレータが動作するように配設されたモードにはいかなる形でも適応できない。例えば、デジタル入力（ＤＩ）では、１３Ｖ／１４ｍＡの利用可能な電圧／電流最大値を必要とする可能性があり、デジタル出力（ＤＯ）は、アイソレータが動作可能に接続されているアプリケーションに応じて、２７Ｖの出力及び様々な異なる電流値も提供する必要がある。異なる接続部に従って異なるピンを提供することによってこの問題を解決しようとすることが知られているが、これは必要な可能性すべてをカバーするものではなく、危険ケーブル上の誤った接続が潜在的に非常に危険であるという点でさらに不利益である。

【0006】

本発明は、既知のこのようなアイソレータに優る利点を有するユニバーサルアイソレータを提供することを目的とする。

【0007】

特に、本発明は、アイソレータの動作モードに関するユニバーサルアイソレータ内の安全部品の容易な選択の可能性を提供することを目的とする。

【0008】

本発明の１つの態様によれば、絶縁及び安全機能を有し、アイソレータモジュール、安全モジュールを含む電子アイソレータ装置が提供され、アイソレータモジュールは、安全モジュールに対して少なくとも２つの向き／構成で、安全モジュールへの取り外し可能な物理的／電気的接続のために配設され、少なくとも２つの向き／構成の各々における安全モジュールへの電気的接続は、安全モジュールの電気的機能性を設定する働きをする。

【0009】

したがって、本発明は、アイソレータが動作するモードに関する正確な安全部品の自動選択を提供するのに有益である。本発明は、絶縁回路を安全電子機器から分離し、それにより安全電子機器への絶縁回路の選択された接続方法に応じて安全部品の適切な選択を可能にするように機能する限り特に有益である。

【0010】

好都合なことに、安全モジュールはバリアモジュールを含む。

【0011】

さらに、アイソレータは、好都合なことにユニバーサルアイソレータを含む。

【0012】

また、アイソレータは、本質安全環境内で動作するデバイスの絶縁を提供するように配設されている。

【0013】

さらに、安全モジュールの潜在的な向き／構成の数は、接続性を提供する安全モジュールの少なくとも側面の数に等しくすることができる。加えて、安全モジュールを１８０度回転／反転させることによって、各面を２回使用することも可能である。好都合なことに、安全モジュールの向き／構成によって構成される電気的機能性は、入力電圧及び／または出力電圧のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0014】

アイソレータモジュールの位置を安全モジュールに対してシフトするだけで、異なる機能を達成できることも理解されたい。

【0015】

しかし、モジュールは任意の選択可能な機能を提供することができることも理解すべきである。例えば、ｍＶ、ＲＴＤ及び／または熱電対計測モジュールなどの異なる測定機能を絶縁の一部として提供することができる。

【0016】

さらに、安全なモジュールの向き／構成によって構成される電気的機能性は、好都合なことに、デジタル及び／またはアナログドメインのうちの少なくとも１つを含むことができる。したがって、安全モジュールの選択的な物理的／電気的接続性は、配置されるシステムの必要に応じ、アイソレータの機能性に関する安全部品の適切な選択を提供することが理解されよう。

【0017】

このように、絶縁回路を安全電子機器から分離することによって、接続がそのような適切な使途のために設計されている場合、絶縁モジュールを正しい安全素子に自動的に接続することが可能であることがわかる。例えば、アイソレータをＤＩ位置の安全器に差し込むと、選択されたモードが示されるだけでなく、実際には１３Ｖ／１４ｍＡの入力安全部品も選択される。よって、危険コネクタは、誤配線／誤接続の危険なしに安全に使用できる。

【0018】

好都合なことに、アイソレータモジュールを安全モジュールに物理的に接続する方法は、選択された動作モードの視覚的表示を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本発明は、添付の図面を参照して以下に実施例としてのみさらに説明される。

【0020】

【図1】本発明を具体化し、２つのモジュールが１つの向き／構成で接続されたアイソレータモジュール及びバリアモジュールを有するアイソレータ装置の概略図である。

【図2】第２の向き／構成で接続されたモジュールを備えた同様の概略図である。

【図3】モジュールが第３の向き／構成で接続されたさらに別の概略図である。

【図4】第４の向き／構成に従って接続されたモジュールを備えたアイソレータ装置の図示された実施形態の概略図である。

【0021】

４つの図面の各々は、本発明を具体化した電子アイソレータ装置を概略的に示しており、同じアイソレータモジュール及びバリアモジュールが４つの異なる向き／構成、すなわち、４つの異なる接続設定の各々に従ってバリア部に接続された効果的に回転可能なアイソレータで接続されている。

【0022】

最初に図１を参照すると、本質安全環境で動作するフィールド装置に関連してアイソレータ／バリアとして使用されるようなバリア機能を含むアイソレータが図示されている。

【0023】

機能的電子装置は、本発明によれば、例えば図示されているように時計方向にも回転可能な取り外し可能で、かつ回転可能な部分を効果的に含むアイソレータ部分１０１に接続されたバリア基部分を効果的に含むバリア部１００を含む。このモジュールは、連続する図面への参照が示す働きをする異なる設定で、回転可能なアイソレータ部１０１をバリア基部１００に再接続することを可能にするように配設されている。図１の接続設定を参照すると、回転可能なアイソレータ部１０１は、機能的なデジタル出力「ＤＯ」のようなやり方でバリア基部１００に接続されていることが理解されよう。上記の内容からわかるように、アイソレータ部１０１内の接続パターンを考慮し、かつ図１に示す実施例で構成されたとき、バリア基部１００への接続と同様に、例えばＤＯ位置に対する接続１１０、及びＤＯ構成リンク１１１によって接続が達成される。また、明確に図示されているように、バリア基部１００は、単一のコネクタ１０２、安全部品１０５、危険側線１０４及び安全側線１０３などの様々な要素を含む。

【0024】

アイソレータ部１０１は、ＤＩ位置１４０用のコネクタ、ＤＩ構成リンク１４１、ＡＩ位置用のコネクタ１２０、ＡＩ構成リンク１２１、ＡＯ位置用のコネクタ１３０、ＡＯ構成リンク１３１などの他の接続部分を含む。しかしながら、図１を参照して説明したように、これらの接続要素は、アイソレータ部１０１とバリア基部１００との間の接続の向き／構成の観点から、バリア基部１００に能動接続されていない。

【0025】

図１はまた、アイソレータ部１０１の処理部１５０の接続性が、処理部１５０と接続部品との間の配線１５１によって達成されることを示している。

【0026】

しかしながら、ここで図２を参照し、図１に示すようにバリア基部１００からアイソレータ部１０１を切り離した後、アイソレータ部１０１のＤＩエッジコネクタをバリア基部の接続要素と係合させるようにアイソレータ部１０１の時計回り（図示の例では）後、ＡＩ構成におけるこのようなその後の再接続が図２に示されている。

【0027】

したがって、ここで図２の向き／構成は、ＡＩ位置１２０用のコネクタと、図示されているように安全側線１０３、危険側線１０４、安全素子１０５、基部１０２上の単一のコネクタを有するバリア１００として構成されたバリア基部にここで接続されたＡＩ構成リンク１２１とを有する。

【0028】

図１のアイソレータ部１０１のＤＯ部の接続性を図２のアイソレータ１０１のＡＩ部の接続部と比較すると、このような異なる接続構成によってアイソレータ装置のモードに効果的に適応するたびに、ベースバリアの安全機能性が変化するように、適切な／必要とされる電圧電流値を自動的に選択する役割を果たす異なる方法で、機能ベースバリア１０５と達成される異なる接続性を示している。

【0029】

図２を参照すると、アイソレータ部１０１は、ＤＯ位置のためのコネクタ１１０、ＤＩ部のための１４０、及びＡＯ部のための１３０のようなＤＯ、ＤＩ及びＡＯ側に関係する潜在的な接続性を含むことをさらに示している。また、構成リンク１１１、１４１、及び１３１は、それぞれＤＯ、ＤＩ及びＡＯ部に設けられており、図２の構成において事実上冗長であるＡＯ、ＤＩ、及びＤＯ側のコネクタを含む。

【0030】

図１と同様に、図２のアイソレータ部１０１の処理部１５０の接続性は、処理部１５０と接続部品との間の配線１５１によって達成される。

【0031】

バリアベース１００に対して時計回り方向にアイソレータ部を切断してさらに回転させると、図３を参照して説明した接続、ひいては構成が得られる。ここでは、ＡＯ位置及びＡＯ構成リンク１３１用のコネクタ１３０は、異なる構成１００に従ってバリアベースに接続し、安全側線１０３、危険側線１０４、及び安全部品１０５を再び使用する。

【0032】

図３の図示された配設では、ＤＩ構成リンク１４１、ＤＯ構成リンク１１１、及びＡＩ構成リンク１２１とともに、かつ冗長として図示されているようにこの向き／構成で、それぞれのＤＩ、ＤＯ及びＡＩ側のコネクタ１４０、１１０、及び１２０を含む接続性が示されている。

【0033】

先の図と同様に、アイソレータ部１０１の処理部１５０の図３の接続性は、処理部１５０と接続部品との間の配線１５１を経て達成される。

【0034】

最後に、図４を参照すると、アイソレータ部１０１とベースバリア部１００との間の接続性が、装置全体がＤＩ機能性のために配設されるようになっている構成／向きが示されている。このように、この実施形態では、ＤＩ位置用のコネクタ１４０とＤＩ構成リンク１４１とが、安全側線１０３、危険側線１０４、及び安全電子機器１０５を再度使用するベースバリア１００への接続を達成する。

【0035】

また一方、アイソレータ部１０１の処理部１５０は、コネクタ１５１を経て接続部品への接続を達成する。

【0036】

したがって、図１〜図４を参照すると、絶縁回路をバリア回路／安全電子機器から効果的に分離することにより、アイソレータ装置１０１のそれぞれ４つの側面の各々の、適切な組のコネクタをベースバリア１００に接続することで、アイソレータが単純に動作しているモードに適切な安全部品を選択することが可能になる。

【0037】

図示された実施例では、図示されたアイソレータ装置１０１の４つの側面のうちのどれがベースバリア１００に接続されているかによって、適切な組のコネクタの選択が決定される。すなわち、ＡＩ、ＡＯ、ＤＩ、またはＤＯ側のどれがベースバリア１００に接続されているかである。しかしながら、代わりの、場合によってはさらに、オプション及び選択可能性は、アイソレータ装置を１８０度反転／回転／シフトさせることによって、異なる再接続構成を達成することによって達成することができる。例えば、図１を参照すると、アイソレータ装置１０１は、図の垂直軸を中心にして１８０度単純に切り離されて反転され、その後再接続される。このようにして、図のアイソレータ装置１０１の４つの側面の各々は、合計８つの可能なオプションを可能にする２つの接続／構成オプションを提供することができる。

【0038】

さらに、アイソレータとバリアとの間の物理的接続の変化は、動作のためにバリアが接続されている４つのモードに応じて、識別可能な視覚的表示を提供する働きをする。

【0039】

ベースバリア１００に対するアイソレータ装置１０１の向き／構成は、処理部１５０上で実行される処理の性質を示す働きもすることができる。

【0040】

したがって、上記のように、本発明は、アイソレータが動作しているモードに関して、そして主に安全電子機器から絶縁回路を分離することによって、正しい安全部品の選択を効果的に自動的に可能にする点で有益である。そのような使途のために接続が設計されている場合、そのような分離は、絶縁モジュールを正しい安全部品に自動的に接続することを可能にする。例えば、アイソレータをＤＩ位置の安全バリア器に差し込むと、接続の目視検査によって選択されたモードが示されるだけでなく、例えば、適切な１３Ｖ／１４ｍＡコネクタも自動的に選択される。

【0041】

その結果、間違った、かつ危険な配線構成の危険なしに、外部危険コネクタを使用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】