特開 2022-128467 電力アプリケーション向けの揮発性有機化合物制御リレー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128467

(43)【公開日】2022-09-01

(54)【発明の名称】電力アプリケーション向けの揮発性有機化合物制御リレー

(51)【国際特許分類】

   H01H 50/04 20060101AFI20220825BHJP

   H01H 9/00 20060101ALI20220825BHJP

【ＦＩ】

H01H50/04 E

H01H9/00 D

【審査請求】有

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096530

(22)【出願日】2022-06-15

(62)【分割の表示】P 2019560098の分割

【原出願日】2018-05-01

(31)【優先権主張番号】15/956,048

(32)【優先日】2018-04-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/501,842

(32)【優先日】2017-05-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】517077810

【氏名又は名称】アストロニクス アドバンスド エレクトロニック システムズ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジュパー、ジェフリー、エー．

(57)【要約】

【課題】過熱および故障状態中に電子部品からのガス放出によってしばしば発せられる揮発性有機化合物の存在によって制御される電力リレー（１０）を提供する。
【解決手段】リレーハウジング（１２）は、用途に応じて単極単投（ＳＰＳＴ）から多極双投リレーまでの標準的な電力リレー（２２）を収容する。マイクロＶＯＣ集積回路（２４）はハウジング（１２）内に配置され、リレー（１０）の側面のポート（１４）を通じて周囲空気にアクセスできるようにする。空気質は、システムが故障イベントを適切に監視し、リレー機構（２２）を開放にラッチして下流の回路への電気エネルギーの流れを遮断するため必要とされるように、周期的または連続的にサンプリングされる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子回路（４２）への電力（５０）を有効化および無効化するための切替リレー（１０）であって、
ガス濃度を測定するためのガスセンサ（２４）と、
通電されない場合の閉位置と、通電される場合の開位置とを有する、リレー（２２）と、
前記ガスセンサ（２４）および前記リレー（２２）の両方と通信するマイクロコントローラ（２６）であって、所定の時間間隔で測定された複数のガス濃度の値を前記ガスセンサ（２４）から受け取り、前記所定の時間間隔の間に測定された前記複数のガス濃度の値に基づいてトリップ値を決定し、前記トリップ値を超過したときに前記リレー（２２）に通電し、これによって前記電子回路（４２）を電源から絶縁するようにプログラムされた、前記マイクロコントローラ（２６）と
を備えることを特徴とする、切替リレー（１０）。

【請求項2】

前記ガスセンサ（２４）は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の濃度を検出するのに有効であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項3】

前記ガスセンサ（２４）は、周囲空気と気体連通（１４）していることを特徴とする、請求項２に記載の切替リレー（１０）。

【請求項4】

前記ガスセンサ（２４）は、前記周囲空気を連続的に監視するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項３に記載の切替リレー（１０）。

【請求項5】

前記ガスセンサ（２４）は、前記周囲空気を周期的に監視するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項３に記載の切替リレー（１０）。

【請求項6】

マイクロコントローラ（２６）が前記ガスセンサ（２４）に電気的に相互接続されていることをさらに特徴とする、請求項３に記載の切替リレー（１０）。

【請求項7】

前記マイクロコントローラ（２６）は、不揮発性メモリ内に格納されたＶＯＣのプログラムされた限界を有することを特徴とする、請求項３に記載の切替リレー（１０）。

【請求項8】

前記マイクロコントローラ（２６）は、ＶＯＣの前記プログラムされた限界を超過したときに前記リレー（２２）に通電するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項７に記載の切替リレー（１０）。

【請求項9】

無線機（２８）が前記マイクロコントローラ（２６）と通信しており、前記無線機（２８）は前記リレー（２２）との無線通信を行うことをさらに特徴とする、請求項８に記載の切替リレー（１０）。

【請求項10】

前記リレー（２２）は、通電されると開放して、前記電子回路（４２）を前記電源（５０）から絶縁する磁気コイル（３６）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の切替リレー（１０）。

【請求項11】

前記周囲空気は航空機の客室からであることを特徴とする、請求項１０に記載の切替リレー（１０）。

【請求項12】

揮発性有機化合物（ＶＯＣ）レベルが所定の閾値を超過したときに電子回路（４２）を電源（５０）から電気的に絶縁する方法であって、
ＶＯＣガスセンサ（２４）と、通電されない場合の閉位置と、通電される場合の開位置とを有するリレー（２２）と、前記ＶＯＣガスセンサ（２４）および前記リレー（２２）の両方と通信するマイクロコントローラ（２６）とを有する切替リレー（１０）を提供するステップと、
所定の時間間隔で測定された複数のガス濃度の値を提供するための前記ＶＯＣガスセンサ（２４）を用いて周囲空気を監視するステップと、
前記所定の時間間隔で測定された複数の前記ガス濃度の値に基づいて前記マイクロコントローラ（２６）によって前記所定の閾値を計算するステップと、
前記周囲空気の前記ＶＯＣレベルが、前記リレー（２２）を開放し前記電子回路を絶縁する前記所定の閾値を超過したときに前記リレー（２２）に通電するステップと、
を特徴とする、方法。

【請求項13】

前記所定の閾値は、
ベースライン値を確立するために周囲空気のいくつかの測定値を取得することと、
前記ベースライン値を所定の量だけ増加させることと、
によって確立されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記周囲空気の前記監視は連続的であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記周囲空気の前記監視は周期的であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記所定の閾値は、マイクロコントローラ（２６）の不揮発性メモリ内に格納されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記マイクロコントローラ（２６）は、電気的相互接続によって前記リレー（２２）と通信することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記マイクロコントローラ（２６）は電気的相互接続によって無線機（２８）と通信し、前記無線機（２８）は前記リレー（２２）と無線通信することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

前記マイクロコントローラ（２６）は、前記所定の閾値を超過したときに前記リレー（２２）に信号を送信し、磁気コイル（３６）に通電して前記リレー（２２）を開放させ、これによって前記電子回路（４２）を前記電源（５０）から絶縁することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

前記マイクロコントローラ（２６）はさらに、経時的なガス濃度の変化率が所定の変化率の閾値を超過したときに前記リレー（２２）に通電するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項21】

前記所定の時間間隔は、移動する時間窓を含むことを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項22】

前記マイクロコントローラ（２６）はさらに、経時的なガス濃度の変化率が所定の変化率の閾値を超過したときに前記リレー（２２）に通電するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【請求項23】

前記所定の時間間隔は、移動する時間窓を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

ヒューズは、最終的にそのヒューズをクリアする短絡回路または過負荷を生じる回路に基づいて、ハウジング内の火災を消すように期待されることが多い。温度ヒューズおよび温度スイッチなどの他の機構もまた使用されてきたが、意図される機能を実行するために、熱応力のポイントは熱的に過応力を受ける部品に機械的に接続されなければならないため、結果は限定的である。多くの小さなイベントおよび過渡的イベントで発煙する可能性があるが、熱的制限または入力ヒューズのいずれかをトリップするのに十分な規模にはならないだろう。これにより、ユニットが完全に故障するようなときまで損傷または故障した製品を動作したままになり、多くの場合、故障装置の、航空機の客室などの狭い領域内の人員にさらなるストレスをかける。

【発明の概要】

【0002】

電子回路への電力を有効化および無効化するための切替リレーとして利用される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）制御リレーが、本明細書に開示される。このＶＯＣ制御リレーは、高電力および高電力または電圧の操作が過応力、予測不能な入力変動、熱的過応力、部品故障、不十分な設計慣例、およびその他の故障メカニズムによる故障の危険性をはらむ電力変換エレクトロニクスに、特に適している。

【0003】

ＶＯＣ制御リレーの特徴は、単一のセンシングおよび電力制御装置にするために、小型化およびマイクロエレクトロニクスによって集積パッケージ内のセンサ、マイクロコントローラ、および電力リレーの集積を可能にすることである。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】本明細書に記載されるＶＯＣ制御リレーの等角図である。

【図2】ＶＯＣ制御リレーの断面図である。

【図3】ＶＯＣ制御リレーのブロック図である。

【図4】ＶＯＣ制御リレーの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

図１は、ハウジング１２およびガスポート１４を有するＶＯＣ制御リレー１０の等角図である。複数のリードは、ＶＯＣ制御リレーと外部回路との間に電気的相互接続を提供する。これらのリードは、コントローラリード１６およびリレーリード１８を含む。

【0006】

図２は、ＶＯＣ制御リレー１０の断面図である。ハウジング１２内には、コントローラ部２０およびリレー部２２が収容されている。コントローラ部２０は、ガスセンサ２４およびマイクロコントローラ２６を含む。任意選択的に、無線機２８が含まれてもよい。データおよび電力は、コントローラリード１６に電気的に相互接続されたバス３０を通じて供給される。ガスセンサ２４およびマイクロコントローラ２６は、リレー部２２への電力入力から、またはリレーアセンブリとは別の二次回路から、電力供給され得る。ガスセンサ２４およびマイクロコントローラ２６への別個の電源を有する自己完結型電力リレー部２２は、好適な一実施形態である。

【0007】

ガスセンサ２４は、ガスポート１４を通じてガス入力を受け取り、ＶＯＣのレベルを測定する。ガス入力は通常、周囲空気である。サンプリングは、故障イベントを適切に監視するためにシステムによって必要とされるように、連続的または周期的であり得る。ＶＯＣレベルは、ＶＯＣレベルを監視するためにマイクロコントローラ２６と通信される。ＶＯＣの濃度およびＶＯＣ濃度の変化率に応じて、マイクロコントローラは任意選択的な無線機２８を介して外部モニタにデータを送信する。プログラムされた閾値レベルを超過した場合、マイクロコントローラ２６はリレー３２を開放して管理対象ユニットからの電力を除去する。一例として、マイクロコントローラは、濃度で５０％などの所定量だけ、環境に基づいてＶＯＣ濃度が公称レベルを超過したときに開放するように、リレーに指示してもよい。公称レベルは、ベースラインを確立するために、経時的にいくつかの測定値を取得することによって決定されてもよい。ＶＯＣ濃度の上昇は、部品の過熱またはガス放出があるという兆候である。リレーを開放することで、管理対象装置から電力が除去される。一例として、ベースラインＶＯＣ濃度が４８０パーツパービリオン（ｐｐｂ：十億分率）である場合、および濃度が７００ｐｐｂを超えたという読み取りが行われたとき、リレーは電力を除去するように作動する。

【0008】

ＶＯＣガスは、ハウジング１２内に延在するガスポート１４を通じて侵入し、そこで物質の含有量について分析される。この情報は、ＶＯＣ粒子のグロス値をプログラム値に基づいて許容される最大値と比較するマイクロコントローラ２６によって処理される。プログラム値は、システムの誤ったトリガーが発生しないことを保証するために、埃またはその他の有機化合物など、他の環境汚染物質のオフセットを含むことができる。トリップ値の設定は、工場で、または任意選択的な無線機２８を使用して、行われることが可能である。この値は、監視している装置の場所で設定できる。無線機は、ＶＯＣレベルの連続的または周期的に監視された値を報告する。適切なガスセンサの１つは、ＣＣＳ８１１ガスセンサソリューションとしてＡＭＳ ＵＳＡ Ｉｎｃ．（カリフォルニア州クパチーノ）から販売されている室内空気質を監視するための超低電力デジタルガスセンサなどのマイクロＶＯＣ集積回路である。

【0009】

リレー３２は通常、第１のリレーリード１８Ａおよび第３のリレーリード１８Ｃが電気的に相互接続され、ＶＯＣ制御リレー１０によって制御される装置が正常に機能するように、第１接触器３４と電気的に接触して閉位置にある。ＶＯＣの閾値レベルを超過すると、磁気コイル３６に電力供給されて、リレー３２に第１接触器３４との接触を遮断させて第２接触器３８と接触させる。リレー３２が第２接触器３８と電気的に接触しているとき、第２のリレーリード１８Ｂおよび第３のリレーリード１８Ｃは電気的に相互接続されており、ＶＯＣ制御リレー１０によって制御される装置は電力を受け取らない。

【0010】

リレー３２は、用途に応じて単極単投（ＳＰＳＴ）リレーでも多極双投リレーでもよい。

【0011】

ＶＯＣレベルがプログラムされたレベルを超過したとマイクロコントローラ２６が判断すると、マイクロコントローラ２６はリレー部に信号を送り、これを開放にラッチするようにリレー３２を「設定」させる。これにより、管理対象ユニットからの電力を除去する。ラッチングリレー３２をリセットするには、第１接触器３４と電気的に接触している通常の閉位置にリレー３２を戻すために、追加の電気信号または機械的押しボタンが使用され得る。

【0012】

図１および図２は、リレー２２として同じハウジング１２内に収容されたガスセンサ２４を示すが、代わりに、ガスセンサは別のハウジング内に収容され、リレーから離れた位置にあってもよい。その場合、ガスセンサとリレーとの間の通信は、いずれか適切な有線または無線通信システムによって行われる。

【0013】

図３は、一実施形態のブロック図描写である。電力は、電力バス１３８および電力戻り４０線を介して供給される。電力は、用途に応じてＡＣ電力でもＤＣ電力でもよい。例示的な航空機の客室用途では、電力は通常、４００ＨｚでＡＣ１１５ボルトである。選択した電力バス源に応じて、回路の微調整が必要とされる可能性がある。電力は、リレー部２２の常閉第１接触器３４を通じて管理対象装置４２へ、リレー部２２の電力出力４８を通って供給される。ＶＯＣセンサ（ガスセンサ２４）は、管理対象ユニット４２内の空気質を連続的に監視する。ＶＯＣ含有量は、集積回路間（Ｉ２Ｃ）インターフェース４６を通じてマイクロコントローラ２６によって要求される。測定が完了すると、ＶＯＣセンサ２４はＩ２Ｃインターフェース４６を介してマイクロコントローラ２６にＶＯＣ含有量で応答する。マイクロコントローラ２６は、応答の値がプログラムされた限界よりも大きいか否かを判断する。プログラムされた限界は、工場で設定されるか、または無線を通じてマイクロコントローラ２６との無線インターフェースを通じてロードされてもよい。無線機が組み込まれたマイクロコントローラ２６は、装置１０をできるだけ小さく保つ設計方法である。

【0014】

図４は、部品から部品への電気的接続を概略的に示す。マイクロコントローラ２６とセンサ２４との間のＩ２Ｃインターフェース４６は、これらの装置間の双方向通信を可能にする。マイクロコントローラおよびセンサの電力は、入力電力から取られる適切な電力供給源から得られる。この方法は、入力電力バス１３８電圧および選択された形態によって決定される。

【0015】

図４のＪ１は、ファームウェアがマイクロコントローラ（２６）Ｕ２にロードできるようにするためのプログラミングポートである。Ｕ１は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースの５ＶＤＣをプログラミング中の動作のためにマイクロコントローラによって使用される安定化３．０ＶＤＣに変換するための、電圧調整器である。Ｙ１は、ファームウェア命令を動作可能に実行するようにマイクロコントローラ命令サイクルタイミングの動作周波数を設定するための水晶発振器である。ロードされたファームウェアは、集積回路間（Ｉ２Ｃ）インターフェース４６を通じてＶＯＣセンサ２４を監視するようになっている。マイクロコントローラ２６は、取得された動作読み取り値と比較するための公称動作条件下のＶＯＣセンサの公称値と共にファームウェアを格納するための、不揮発性メモリを収容する。

【0016】

マイクロコントローラがＶＯＣセンサ２４から、ＶＯＣ値の劇的な増加を示す読み取り値を受信すると、マイクロコントローラは、発煙、加熱、またはガス放出イベントが発生していると判断する。ポートＰＦ０を介したマイクロコントローラは、ポートをロジック１に設定してリレー制御Ｋ１を有効化する。次にＫ１は、リレー（２２）ＬＳ１を開放状態に駆動し、管理対象ユニットへの電力５２を除去する。故障時にのみリレーをオンに駆動することで、この回路の消費電力を削減する。オンまたはオフへの駆動、もしくはラッチ状態リレーの使用は、回路のわずかな変更によって行われてもよい。

【0017】

動作中のマイクロコントローラ２６への電力は、電力入力５０から得られる。マイクロコントローラ２６およびＶＯＣセンサ２４、ならびにリレー駆動回路Ｋ１も動作させるための３．０ＶＤＣバイアス電源を生じるために、電力入力形態からの電力の変換が必要とされる。線間電圧からＤＣ電圧への電力変換は、業界ではよく知られており、本開示には含まれない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2022-07-15

【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】

電子回路（４２）への電力（５０）を有効化および無効化するための切替リレー（１０）であって、
環境内においてガス濃度を測定し、測定された前記ガス濃度の兆候を提供可能なガスセンサ（２４）と、
前記電子回路への電力の供給を有効にする第１の位置と、前記電子回路への電力の供給を無効にする第２の位置とを有する、リレー（２２）と、
測定された前記ガス濃度の兆候を受信可能なコントローラであって、受信した測定された前記ガス濃度に基づいて、前記リレーが前記第１の位置または前記第２の位置となるように前記リレーに制御信号を提供可能な前記コントローラと
を備えることを特徴とする、切替リレー（１０）。

【請求項2】

前記ガスセンサ（２４）は、前記環境内における前記ガス濃度を連続的に測定可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項3】

前記ガスセンサ（２４）は、所定の時間間隔で前記環境内における前記ガス濃度を測定可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項4】

前記ガスセンサ（２４）は、１つ以上の測定されたガス濃度レベルに基づいてベースラインのガス濃度レベルを確立可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項5】

前記コントローラは、ガス濃度測定の移動する時間窓または所定の数の以前のガス濃度測定のいずれかに基づいて経時的に、ベースラインのガス濃度レベルを動的に調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項6】

測定された前記ガス濃度が所定の閾値レベルを超える場合、前記コントローラは、電力の供給を無効にするように前記リレーを制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項7】

前記所定の閾値レベルは、前記リレーの製造中に設定されるか、または無線通信を介して後に設定されることを特徴とする、請求項６に記載の切替リレー（１０）。

【請求項8】

測定された前記ガス濃度が所定の変化率を超える場合、前記コントローラは、電力の供給を無効にするように前記リレーを制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項9】

前記所定の変化率は、前記リレーの製造中に設定されるか、または無線通信を介して後に設定されることを特徴とする、請求項８に記載の切替リレー（１０）。

【請求項10】

前記ガスセンサ及び前記リレーは、互いに離れた位置にあることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項11】

前記ガスの測定のレベルがメモリに格納され、格納された前記測定のレベルは、要求されたときに外部のデバイスへ提供されることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項12】

前記第１の位置は、前記リレーの通常の閉位置であることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項13】

測定される前記ガスは、揮発性有機化合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項14】

ベースラインのレベルは、経時的に削減されることを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項15】

前記環境は、航空機の客室内の空気を含むことを特徴とする、請求項１に記載の切替リレー（１０）。

【請求項16】

電子回路（４２）への電力（５０）を有効化および無効化するために切替リレー（１０）を用いる方法であって、
環境内においてガス濃度を測定可能なガスセンサ（２４）を使用して、測定された前記ガス濃度の兆候を提供するステップと、
前記電子回路への電力の供給を有効にする第１の位置と、前記電子回路への電力の供給を無効にする第２の位置とを有するリレー（２２）を使用するステップと、
測定された前記ガス濃度の兆候を受信可能なコントローラであって、受信した測定された前記ガス濃度に基づいて、前記リレーが前記第１の位置または前記第２の位置となるように前記リレーに制御信号を提供可能な前記コントローラを使用するステップと
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項17】

前記環境は、航空機の客室内の空気を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。