特開 2023-39605 継電器保護システム

(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】P2023039605

(43)【公開日】2023-03-22

(54)【発明の名称】継電器保護システム

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/05 20060101AFI20230314BHJP

   G05B 9/02 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H02H3/05 Z

G05B9/02 A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021146814

(22)【出願日】2021-09-09

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】596016557

【氏名又は名称】上銀科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】張順凱

(72)【発明者】

【氏名】陳毅弘

(72)【発明者】

【氏名】黄彦舜

【テーマコード（参考）】

5G142

5H209

【Ｆターム（参考）】

5G142AB05

5G142AC01

5G142BB05

5G142BD02

5G142BD06

5G142FF15

5H209AA07

5H209DD20

5H209EE03

5H209GG20

5H209HH04

5H209JJ03

5H209JJ05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】継電器の接点に異常が発生した際、継電器に関連する電源を遮断し、継電器を使用する際の安全性を確保することができる継電器保護システム及びそれを応用するロボットアームコントローラーとを提供する。
【解決手段】継電器保護システム１０は、継電器１１、緊急停止装置１３、トリガー検出回路１５、スティッキング検出回路１７及び電源オフ回路１９を備える。緊急停止装置は、緊急停止信号を発する。トリガー検出回路は、継電器及び急停止装置に接続され、緊急停止信号をトリガー信号に転換する。スティッキング検出回路は、トリガー検出回路及び継電器に接続され、継電器からのスティッキング信号を検出し、トリガー信号及びスティッキング信号に基づいて電源オフ信号を発する。電源オフ回路は、緊急停止装置、継電器及びスティッキング検出回路に接続されて電源オフ信号をキャッチし、続いて電源オフ信号に基づいて継電器の電源を遮断する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

継電器、緊急停止装置、トリガー検出回路、スティッキング検出回路および電源オフ回路を備え、
前記緊急停止装置は緊急停止信号を発し、
前記トリガー検出回路は前記継電器および前記緊急停止装置に接続され、前記緊急停止信号をトリガー信号に転換し、
前記スティッキング検出回路は前記トリガー検出回路および前記継電器に接続され、前記継電器からのスティッキング信号を検出し、前記トリガー信号および前記スティッキング信号に基づいて電源オフ信号を発し、
前記電源オフ回路は前記緊急停止装置、前記継電器および前記スティッキング検出回路に接続されて前記電源オフ信号をキャッチし、続いて前記電源オフ信号に基づいて前記継電器の電源を遮断することを特徴とする、
継電器保護システム。

【請求項2】

前記電源オフ回路は第一スイッチユニットおよび第二スイッチユニットを有し、前記第一スイッチユニットは前記緊急停止装置および第一電源に接続され、前記第二スイッチユニットは前記継電器のＮＯ接点および第二電源に接続され、前記電源オフ回路は前記電源オフ信号に基づいて前記第一スイッチユニットおよび前記第二スイッチユニットを制御し、遮断状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の継電器保護システム。

【請求項3】

前記電源オフ回路はフォトカプラおよびトランジスタを有し、前記フォトカプラは一次側が前記第一電源および前記電源オフ回路の前記トランジスタに電気的に接続され、二次側が前記第二電源および前記第二スイッチユニットに電気的に接続され、前記電源オフ回路は前記電源オフ信号に基づいて前記電源オフ回路の前記トランジスタの導通を制御することを特徴とする請求項２に記載の継電器保護システム。

【請求項4】

前記スティッキング検出回路はトランジスタを有し、前記トランジスタは前記継電器のＮＣ接点、前記トリガー検出回路および前記電源オフ回路に接続され、前記トリガー信号に基づいて遮断され、前記スティッキング検出回路が前記トリガー信号をキャッチしなければ、前記スティッキング検出回路の前記トランジスタは導通状態であることを特徴とする請求項３に記載の継電器保護システム。

【請求項5】

前記トリガー検出回路は第一オペアンプおよび第二オペアンプを有し、前記第一オペアンプは逆相入力端が前記緊急停止装置に電気的に接続され、正相入力端が前記第一電源に電気的に接続され、出力端が前記第二オペアンプの逆相入力端に電気的に接続され、前記第二オペアンプは正相入力端が前記第一電源に電気的に接続され、出力端が前記スティッキング検出回路に電気的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の継電器保護システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械設備のコントローラーに関し、詳しくは継電器保護システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

継電器（ｒｅｌａｙ）はロボットアーム、機械設備またはその他の電気機械設備などの自動制御領域に幅広く応用される。しかし、継電器の機械接点において、使用温度および電気などの要素に関わって、ＮＯ接点とＣＯＭ接点（共同接点）がスティッキング状態になるか、相互にくっ付いて剥がれないという現象が発生する。

【0003】

特許文献１により開示された継電器の接点故障検出システムは制御回路ユニットによって制御システムを触発させて警告を発すると同時に制御システムを遮断するものである。特許文献１の別の一つの実施形態は保護回路ユニットによって内部の低電圧を制御する電力を遮断する。まとめると、特許文献１は常に継電器の状態を検出することが必要なだけでなく、高圧電源の作動を遮断する際、内部の低電圧の伝送を制御および遮断する方法を採用するため、内部の低電圧および高電圧源の伝送経路を単独で遮断することができない。また二つの継電器のいずれかの接点に異常が発生する時、直接継電器の電源を遮断できず、警告を発して次の起動を阻止するが、二つの継電器に異常が同時に発生する時の対応は具体的に開示されていなかった。

【0004】

特許文献２により開示された電源制御装置および継電器の異常検出方法はコンデンサの充電の仕組みによって継電器の状態を判断することである。

【0005】

特許文献３により開示された継電器装置は継電器内部に配置された制御部によって故障検出および切替制御を行うことである。しかし、特許文献３は制御部を増設するために継電器の構造を設計し直さなければならないため、体積が一般の継電器の体積より大きく、空間的に制限された制御器に対応することが難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】台湾実用新案Ｍ４７２１９６号公報

【特許文献2】中国ＣＮ１０１４２７３３５号公報

【特許文献3】中国公開ＣＮ１０９２１６１１３Ａ号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上述した欠点に鑑み、継電器の接点に異常が発生した際、継電器に関連する電源を遮断し、継電器を使用する際の安全性を確保することができる継電器保護システムと、それを応用するロボットアームコントローラーとを提供することを主な目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するため、継電器保護システムは継電器、緊急停止装置、トリガー検出回路、スティッキング検出回路および電源オフ回路を備える。緊急停止装置は緊急停止信号を発する。トリガー検出回路は継電器および緊急停止装置に接続され、緊急停止信号をトリガー信号に転換する。スティッキング検出回路はトリガー検出回路および継電器に接続され、継電器からのスティッキング信号を検出し、トリガー信号およびスティッキング信号に基づいて電源オフ信号を発する。電源オフ回路は緊急停止装置、継電器およびスティッキング検出回路に接続され、キャッチした電源オフ信号に基づいて継電器の電源を遮断する。

【0009】

上述した課題を解決するため、ロボットアームコントローラーは継電器保護システムを応用するものである。

【0010】

上述した技術的特徴により、本発明による継電器保護システムおよびそれを応用するロボットアームは緊急停止装置からの緊急停止信号に基づいてトリガー検出回路を介してスティッキング検出回路を作動させ、継電器にスティッキング現象、即ち異常が発生したか否かをスティッキング検出回路に判断させる。継電器にスティッキング現象が発生した場合、電源オフ回路は継電器に関連する電源を遮断し、継電器を使用する際の安全性を確保する。また緊急停止装置は継電器にスティッキング現象が発生したか否かという問題を検出し、継電器を使用する際の信頼性を向上させることができる。

【0011】

本発明による継電器保護システムの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法について、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。なお、以下の詳細な説明および本発明により開示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかる領域において常識がある者ならば理解できるはずである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態による継電器保護システムの構築を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態による継電器保護システムを示すハード図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明による継電器保護システムを図面に基づいて説明する。なお、本明細書において接続や電気的接続などの導通に関わる用語と、高出力や低出力などの電力信号または電位信号に関わる用語とは本発明の請求範囲を限定するものではなく、明細書の記述に合わせて挙げられる。

【0014】

（一実施形態）
図１に示すように、継電器保護システム１０はロボットアームまたは継電器が必要な環境に応用される。

【0015】

継電器保護システム１０は継電器１１、緊急停止装置１３、トリガー検出回路１５、スティッキング検出回路１７および電源オフ回路１９を備える。継電器１１はコイル１１１、ＮＯ接点１１３、ＮＣ接点１１５およびＣＯＭ接点１１７を有する。緊急停止装置１３は緊急停止信号を発する。トリガー検出回路１５、スティッキング検出回路１７および電源オフ回路１９は回路基板（図中未表示）に配置される。

【0016】

トリガー検出回路１５は継電器１１のコイル１１１および緊急停止装置１３に接続され、緊急停止信号をキャッチする。スティッキング検出回路１７はトリガー検出回路１５および継電器１１のＮＣ接点１１５に接続され、緊急停止信号および継電器１１の接点信号に基づいて電源オフ信号を発する。電源オフ回路１９はスティッキング検出回路１７、継電器１１および緊急停止装置１３に接続され、電源オフ信号に基づいて継電器１１の電源を遮断する。

【0017】

正常な状況下で電気を供給する際、継電器１１はＮＯ接点１１３とＣＯＭ接点１１７とが導通することによって負荷３０に電力を供給する。このときＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７とは導通せず、遮断される。
正常な状況下で電源を遮断する際、継電器１１のＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７とは導通し、ＮＯ接点１１３とＣＯＭ接点１１７とは導通せず、遮断されるため、ロボットアームコントローラーのほかの回路またはモーターなどの負荷３０に電力を供給することはできない。

【0018】

継電器１１に異常が発生した際、継電器１１のＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７とは導通させられる。つまり、ＮＯ接点１１３とＣＯＭ接点１１７とは相互にくっ付いて剥がれない状態またはスティッキング状態になる。或いは、継電器１１はＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７とを導通させないため、負荷に供給する電力を効果的に遮断することができない。

【0019】

異常状態下で本発明はトリガー検出回路１５によって緊急停止信号の内容を検出する。このときトリガー検出回路１５はキャッチした緊急停止信号をトリガー信号に転換し、続いてトリガー信号をスティッキング検出回路１７に伝送する。スティッキング検出回路１７はトリガー信号に基づいて継電器１１の接点状態を検出する。

【0020】

本実施形態において、スティッキング検出回路１７はＮＣ接点１１５の作動状態を検出する。緊急停止信号が発生したうえでＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７との間が遮断されたこと、即ち、継電器のＮＯ接点１１３が相互にくっ付いて剥がれない状態またはスティッキング状態になることが検出されれば、スティッキング検出回路１７は電源オフ信号を電源オフ回路１９に発する。続いて電源オフ回路１９は電源オフ信号に基づいて継電器１１の電源を遮断し、メンテナンス作業を進行させる。

【0021】

緊急停止信号が発生した際、ＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７が接続状態であれば、継電器１１は正常な状態である。

【0022】

本実施形態において、電源オフ回路１９は第一スイッチユニット１９１および第二スイッチユニット１９３を有する。第一スイッチユニット１９１は第一電源ＶＳ１および緊急停止装置１３に接続され、電源オフ信号に基づいて緊急停止装置１３への給電を遮断する。第二スイッチユニット１９３は第二電源ＶＳ２およびＮＯ接点１１３に接続され、電源オフ信号に基づいて継電器１１のＮＯ接点１１３への給電を遮断する。上述した技術的特徴により、継電器１１に関連する電源を遮断すれば、電源オフを達成することができる。

【0023】

正常な状態下でＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７との間が遮断状態であることをスティッキング検出回路１７が検出すれば、スティッキング状態が解除され、継電器１１が正常な状態に戻るため、電源オフ信号は発生しない。

【0024】

図２において、図１との違いは二つの継電器１１を配置することである。言い換えれば、別の実施形態において、継電器１１の数は本実施形態に限定されず、三つか三つ以上増加してもよい。

【0025】

緊急停止装置１３はヒューズ１３１および緊急停止スイッチユニット１３３を有する。緊急停止装置１３は緊急停止スイッチユニット１３３の作動または起動によって緊急停止信号を発する。別の実施形態において、緊急停止装置１３は別のユニットまたは電子回路によって緊急停止信号を発することができる。

【0026】

トリガー検出回路１５は入力保護ユニット１５１、第一オペアンプＯＰＡ１および第二オペアンプＯＰＡ２を有する。スティッキング検出回路１７はトリガー信号に基づいて作動し、第一Ｎチャネルトランジスタ（Ｎ－ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１を有する。電源オフ回路１９はフォトカプラ１９５、第二ＮチャネルトランジスタＱ２、第一Ｐチャネルトランジスタ（Ｐ－ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ３、第二ＰチャネルトランジスタＱ４および出力保護ユニット１９７を有する。第一スイッチユニット１９１は第一ＰチャネルトランジスタＱ３からなる。第二スイッチユニット１９３は第二ＰチャネルトランジスタＱ４からなる。

【0027】

入力保護ユニット１５１は緊急停止装置１３の出力端ＶＤ（即ち緊急停止装置１３の緊急停止スイッチユニット１３３）および第一オペアンプＯＰＡ１の逆相入力端に電気的に接続される。第一オペアンプＯＰＡ１は正相入力端が第一電源ＶＳ１に電気的に接続され、出力端が第二オペアンプＯＰＡ２の逆相入力端に電気的に接続される。第二オペアンプＯＰＡ２は正相入力端が第一電源ＶＳ１に電気的に接続され、出力端が第一ＮチャネルトランジスタＱ１のゲート（ｇａｔｅ）に電気的に接続される。
第一ＮチャネルトランジスタＱ１はソース（ｓｏｕｒｃｅ）が接地端に接続され、ドレイン（ｄｒａｉｎ）が継電器１１のＮＣ接点１１５、第一電源ＶＳ１、第二ＮチャネルトランジスタＱ２のゲートおよび第一ＰチャネルトランジスタＱ３のゲートに電気的に接続される。第二ＮチャネルトランジスタＱ２のソースは接地端に電気的に接続される。第一ＰチャネルトランジスタＱ３のソースは第一電源ＶＳ１に電気的に接続される。出力保護ユニット１９７は第一ＰチャネルトランジスタＱ３のドレインおよび緊急停止装置１３の入力端、即ち緊急停止装置１３のヒューズ１３１に電気的に接続される。
フォトカプラ１９５は一次側が第一電源ＶＳ１および第二ＮチャネルトランジスタＱ２のドレインに電気的に接続され、二次側が第二電源ＶＳ２および第二ＰチャネルトランジスタＱ４のゲートに電気的に接続される。第二ＰチャネルトランジスタＱ４はソースが第二電源ＶＳ２に電気的に接続され、ドレインが継電器１１のＮＯ接点１１３に電気的に接続される。緊急停止装置１３の出力端ＶＤは継電器１１のコイル１１１に電気的に接続される。

【0028】

本実施形態において、入力保護ユニット１５１および出力保護ユニット１９７は構成が同じであり、ダイオードと過渡電圧ダイオードを含む。本発明は入力保護ユニット１５１および出力保護ユニット１９７を配置するため、第二電源ＶＳ２および第一電源ＶＳ１の配線が間違ったことで給電システム（即ち第二電源ＶＳ２および第一電源ＶＳ１による電源環境）を損壊させることを避けることができる。

【0029】

一般的または正常な給電状況下で継電器１１のＮＯ接点１１３はＣＯＭ接点１１７に接続される。ＮＣ接点１１５はオープン状態下で負荷に給電することを許容する。このとき、緊急停止装置１３が作動しないか、起動されない場合であれば、緊急停止装置１３は第一運算増幅器ＯＰＡ１の逆相入力端に高出力が生じ、第一運算増幅器ＯＰＡ１の出力端に低出力が生じる。第二運算増幅器ＯＰＡ２の出力は高出力である。
上述した構造の特徴により、第一ＮチャンネルトランジスタＱ１は導通状態に維持される。つまり、第一ＮチャンネルトランジスタＱ１はドレインとソースとの間が導通し、ドレインが低出力である。それに対し、第二ＮチャンネルトランジスタＱ２、第一ＰチャンネルトランジスタＱ３および第二ＰチャンネルトランジスタＱ４のゲートは低入力である。第一ＮチャンネルトランジスタＱ２を遮断し、第一ＰチャンネルトランジスタＱ３と第二ＰチャンネルトランジスタＱ４を導通させれば、継電器１１への給電が持続する。

【0030】

緊急停止装置１３が作動するか、起動される際、緊急停止装置１３は第一運算増幅器ＯＰＡ１の逆相入力端に低出力が生じ、第一運算増幅器ＯＰＡ１の出力端に高出力が生じ、第二運算増幅器ＯＰＡ２の出力は低出力である。このとき第一ＮチャンネルトランジスタＱ１を遮断し、継電器１１のＮＣ接点１１５とＣＯＭ接点１１７とを接続する、即ち継電器１１を正常な状態に維持すれば、第一ＰチャンネルトランジスタＱ３および第二ＰチャンネルトランジスタＱ４は導通状態になり、継電器１１への給電を持続させる。

【0031】

緊急停止装置１３が作動するか、起動される際、緊急停止装置１３は第一運算増幅器ＯＰＡ１の逆相入力端に低出力が生じ、第一運算増幅器ＯＰＡ１の出力端に高出力が生じ、第二運算増幅器ＯＰＡ２の出力は低出力である。第一ＮチャンネルトランジスタＱ１は遮断されるのに対し、継電器１１のＮＣ接点１１５がＣＯＭ接点１１７に接続されず、ＮＯ接点１１３およびＣＯＭ接点１１７がスティッキング状態になる、即ち継電器１１に異常が発生した場合、第一ＰチャンネルトランジスタＱ３および第二ＮチャンネルトランジスタＱ２のゲートに高入力が生じ、第二ＮチャンネルトランジスタＱ２を導通させれば、フォトカプラ１９５の作動によって第二ＰチャンネルトランジスタＱ４のゲートに高入力が生じる。このとき第一ＰチャンネルトランジスタＱ３および第二ＰチャンネルトランジスタＱ４は導通せず遮断状態になり、第二電源ＶＳ２および第一電源ＶＳ１の伝送経路を遮断する。

【0032】

電源オフ回路１９はフォトカプラ１９５の第一電源ＶＳ１を介して第二ＰチャンネルトランジスタＱ４のゲート電圧を制御するため、第一ＰチャンネルトランジスタＱ３および第二ＰチャンネルトランジスタＱ４の切り替えを同調にすることができる。第一電源ＶＳ１および第二電源ＶＳ２はフォトカプラ１９５によって距離があって離れるため、相互に影響を与えることを避けることができる。

【0033】

上述をまとめると、本発明による継電器保護システムは緊急停止装置からの緊急停止信号を介して緊急停止を指示し、トリガー検出回路およびスティッキング検出回路を介してスティッキング現象、即ち異常が継電器に発生したか否かを検出する。継電器に異常が発生した場合、電源オフ回路はすべての継電器に関連する電源を遮断する。ロボットアームコントローラーは継電器保護システムによって継電器の電源を遮断し、ロボットアームのメンテナンス作業または継電器の交換を実行させることができる。以上より、継電器を使用する際の安全性を確保する。また緊急停止装置は継電器にスティッキング現象が発生したか否かの問題を検出し、継電器を使用する際の信頼性を向上させることができる。

【0034】

本明細書において、オペアンプおよびトランジスタ（ＮチャンネルトランジスタまたはＰチャンネルトランジスタ）の数および配置位置は上述に限定されず、論理的に変更されてもよい。言い換えれば、本発明は、上記の実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0035】

１０ 継電器保護システム
１１ 継電器
１１１ コイル
１１３ ＮＯ接点
１１５ ＮＣ接点
１１７ ＣＯＭ接点
１３ 緊急停止装置
１３１ ヒューズ
１３３ 緊急停止スイッチユニット
１５ トリガー検出回路
１５１ 入力保護ユニット
１７ スティッキング検出回路
１９ 電源オフ回路
１９１ 第一スイッチユニット
１９３ 第二スイッチユニット
１９５ フォトカプラ
１９７ 出力保護ユニット
３０ 負荷
ＯＰＡ１ 第一オペアンプ
ＯＰＡ２ 第二オペアンプ
Ｑ１ 第一Ｎチャネルトランジスタ
Ｑ２ 第二Ｎチャネルトランジスタ
Ｑ３ 第一Ｐチャネルトランジスタ
Ｑ４ 第二Ｐチャネルトランジスタ
ＶＳ１ 第一電源
ＶＳ２ 第二電源
ＶＤ 出力端

【図1】

【図2】