特許 7053193 アクチュエータ・デバイス、関連するアクチュエータ・デバイスおよび関連するスイッチング・ユニットを制御するための方法

(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】

(24)【登録日】2022-04-04

(45)【発行日】2022-04-12

(54)【発明の名称】アクチュエータ・デバイス、関連するアクチュエータ・デバイスおよび関連するスイッチング・ユニットを制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01H 47/00 20060101AFI20220405BHJP

   H01H 50/16 20060101ALI20220405BHJP

【ＦＩ】

H01H47/00 K

H01H47/00 C

H01H50/16 Y

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017168602

(22)【出願日】2017-09-01

(65)【公開番号】P2018056116

(43)【公開日】2018-04-05

【審査請求日】2020-04-22

(31)【優先権主張番号】1658195

(32)【優先日】2016-09-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】594083128

【氏名又は名称】シュネーデル、エレクトリック、インダストリーズ、エスアーエス

【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＮＥＩＤＥＲ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ＳＡＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100096921

【弁理士】

【氏名又は名称】吉元 弘

(72)【発明者】

【氏名】バンサン、ジェフロワ

(72)【発明者】

【氏名】ジュリアン、アンリ－ルソー

【審査官】太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０６３１７３０８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２００２－５００４３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ４７／００－４７／３６

Ｈ０１Ｈ ４５／００－４５／１４

Ｈ０１Ｈ ５０／００－５０／９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁石（３５）と制御デバイス（４０）とを備えたアクチュエータ・デバイス（３０）を制御するための方法であって、前記電磁石（３５）は、コイル（４５）と、第１の位置と第２の位置との間で前記コイル（４５）に対して移動する移動部（５０）とを備えており、前記制御デバイス（４０）は、
－ 前記コイル（４５）に電流（Ｃ２）を供給するように構成された電源部材（５５）と、
－ 前記電流（Ｃ２）の測定量（Ｇ）の少なくとも１つの値（Ｖ）を測定するように構成された測定部材（６０）と、
－ 前記値（Ｖ）の少なくとも１つのサンプルを取得するように構成されたサンプリング部材（６５）と、
－ 設定点値（Ｖｃ）の周囲で前記測定量（Ｇ）の前記値（Ｖ）を調節することができる調節器（７０）と
を備えており、前記方法は、
－ 前記電流（Ｃ２）を用いて前記電磁石（３５）を励磁するステップであって、前記測定量（Ｇ）が、前記第１の位置から前記第２の位置への前記移動部（５０）の移動を生じさせることができる移動値（Ｖｄ）を有する、ステップ（２１０）と、
－ 前記移動部（５０）を前記第１の位置から前記第２の位置まで移動させるステップ（２２０）と、
－ あるサンプリング周期（Ｐｅ）を用いて、前記値（Ｖ）のサンプルを取得するステップ（２４０）と、
を備えており、前記方法は、
－ 比例－積分－微分アルゴリズムによって設定点値（Ｖｃ）の周囲で前記電流（Ｃ２）を調節するステップであって、前記設定点値（Ｖｃ）が、前記移動部（５０）を前記第２の位置に維持することができる維持値（Ｖｍ）以上である、ステップ（２６０）と、
－ 各サンプルを、前記維持値（Ｖｍ）よりも厳密に大きな所定の閾値（Ｓ）と比較するステップ（２５０）と、
－ 単一のサンプルが絶対値において前記閾値（Ｓ）以上である場合には、前記移動部（５０）の不所望な移動を検出するステップ（２７０）と、
を備えていることを特徴とする方法。

【請求項2】

不所望な移動の前記検出の後で、前記制御デバイス（４０）が、前記電流（Ｃ２）を用いて前記電磁石（３５）を励磁するステップ（２８０）を実行し、前記測定量（Ｇ）が前記移動値（Ｖｄ）を有する、請求項１に記載の制御方法。

【請求項3】

前記閾値（Ｓ）と前記維持値（Ｖｍ）との間の差が、絶対値で、前記維持値（Ｖｍ）の１５％以下であり、好ましくは、前記維持値（Ｖｍ）の５％以下である、請求項１および２のいずれか一項に記載の制御方法。

【請求項4】

前記比例－積分－微分アルゴリズムが、ゼロに等しい微分係数（Ｋｄ）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御方法。

【請求項5】

前記サンプリング周期（Ｐｅ）が５００マイクロ秒以下であり、比例係数（Ｋｐ）と積分係数（Ｋｉ）とが、前記比例－積分－部分アルゴリズムのために定義され、前記比例係数（Ｋｐ）が、前記積分係数（Ｋｉ）の１％と前記積分係数（Ｋｉ）の１０％との間にある、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御方法。

【請求項6】

電磁石（３５）と制御デバイス（４０）とを備えたアクチュエータ・デバイス（３０）であって、前記電磁石（３５）が、コイル（４５）と、第１の位置と第２の位置との間で前記コイル（４５）に対して移動可能な移動部（５０）とを備えており、前記制御デバイス（４０）が、
－ 電流（Ｃ２）を用いて前記コイル（４５）を励磁するように構成された電源部材（５５）であって、前記電流（Ｃ２）は、前記電流（Ｃ２）の測定量（Ｇ）が移動値（Ｖｄ）を有するときには、前記第１の位置から前記第２の位置への前記移動部（５０）の移動を生じさせることが可能であり、この測定量（Ｇ）が絶対値で前記移動値（Ｖｄ）よりも厳密に小さな維持値（Ｖｍ）を有するときには、前記移動部（５０）を前記第２の位置に保持することが可能である、電源部材（５５）と、
－ 前記測定量（Ｇ）の少なくとも１つの値（Ｖ）を測定するための測定部材（６０）と、
－ サンプリング周期（Ｐｅ）を用いて、前記値（Ｖ）のサンプルを取得するように構成されたサンプリング部材（６５）と、
－ 前記測定量（Ｇ）の前記値（Ｖ）を設定点値（Ｖｃ）の周囲で調節することが可能な調節器（７０）と、を備えるアクチュエータ・デバイス（３０）において、
前記調節器（７０）が、比例－積分－微分アルゴリズムによって、前記測定量（Ｇ）の前記値（Ｖ）を調節し、各測定されたサンプルを、前記維持値（Ｖｍ）よりも厳密に大きな所定の閾値（Ｓ）と比較し、前記測定された値（Ｖ）の単一のサンプルが絶対値で前記閾値（Ｓ）以上である場合には、前記移動部（５０）の不所望な移動を検出するように構成されていることを特徴とする、アクチュエータ・デバイス（３０）。

【請求項7】

入力端子（１５）と、出力端子（２０）と、移動接点（２５）と、前記入力端子（１５）が前記出力端子（２０）と電気的に接続されている閉鎖位置と前記入力端子（１５）が前記出力端子（２０）から電気的に分離されている開放位置との間で前記移動接点（２５）を移動させることが可能なアクチュエータ・デバイス（３０）とを備えた電気スイッチング・デバイス（１０）において、前記アクチュエータ・デバイス（３０）が請求項６に記載のものであることを特徴とする、電気スイッチング・デバイス（１０）。

【請求項8】

前記電気スイッチング・デバイス（１０）が接触器である、請求項７に記載の電気スイッチング・デバイス（１０）。

【請求項9】

前記電気スイッチング・デバイス（１０）が回路遮断器である、請求項７に記載の電気スイッチング・デバイス（１０）。

【請求項10】

前記電気スイッチング・デバイス（１０）がソース・インバータである、請求項７に記載の電気スイッチング・デバイス（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ・デバイスを制御するための方法に関する。本発明は、同様に、アクチュエータ・デバイスとそのようなアクチュエータ・デバイスを備えたスイッチング・ユニットとに関する。

【背景技術】

【0002】

電気スイッチング・デバイスが電磁気アクチュエータ・デバイスを有するのは、通常のことである。たとえば、電磁石は、コイルと、そのコイルに対して移動する移動部とを備えている。移動部は、たとえば、電気回路であるか、または、おそらくは磁心である。移動部は、コイルの中に受け取られ、移動部の移動は、コイルにおける電流の流れによって制御される。移動部は、電気的接点を形成する可動要素に、機械的に固定される。そして、移動部の移動は、可動要素の起動と、電気的接点の開放または閉鎖の命令とを可能にする。電流の第１の値に対しては、移動部が、電気的接点が開放状態にある位置から電気的接点が閉鎖状態にある位置へ、または、その逆に、移動する。システムの安全性を保証するために、反対方向の移動は一般的にバネによって実現され、停電の場合でも回路の開放を保証することを可能にしている。電流の第２の値は、移動部の移動を命令するには小さすぎるのであるが、それでも、システムの電力消費を最小化しながら接点を閉鎖位置に維持するように、バネの作用を相殺することができる。

【0003】

しかしながら、接点を閉鎖状態に維持するために加えられる力は比較的僅かなものであるから、そのような電気的接点は、外部的な衝撃がコイルに対する移動部の移動を生じさせる場合には、開放状態になりやすい。電気的接点が不適切な時点で開放状態になると、それらが相互に溶接されるまで、それらを加熱させる場合がある。

【0004】

よって、スイッチング・デバイスの設計の間に、これらのデバイスのうちのいくつかがこの目的のために加速度計を備えることになるまで、衝撃の検出が特定されることがしばしばある。しかし、このような加速度計は、スイッチング・デバイスの設計と制御とを複雑化させ、スイッチング・デバイスをより高価にさせる。

【0005】

ＦＲ２７８６９１５Ａ１という文献から、上述されたタイプのアクチュエータ・デバイスの制御の方法であって、電流が「調節ピーク」という種類のアルゴリズムによって第２の値に調節され、測定量のサンプルが設定点値よりも大きいかまたは小さいかに応じてスイッチが開放または閉鎖される方法が、知られている。アクチュエータが接点を閉鎖位置に保持している間に衝撃が生じ、４つの連続的な電流サンプルが設定点値よりも大きな場合には、コイルに対する移動部の移動が検出される。実際に、移動部の移動は、コイルを通過する電流を増加させる起電力をコイルにおいて生じさせる。そして、そのような移動を検出する場合には、電流が調節される値が、磁石上に加えられる起電力を増加させて電気的接点を再び閉鎖させるために、上昇させられる。

【0006】

しかし、そのような制御の方法は、強力な衝撃の場合に電気的接点の不適切な時期における開放を回避するのに十分なほどには迅速ではない場合があることが判明し、これは、スイッチング・デバイスに損傷を与える原因になりやすい。この問題は、部分的には、接点を閉鎖位置に保持する位相のための電流値を増加させることによって解決されるが、そのような選択肢は、電力消費を増加させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】ＦＲ２７８６９１５Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

よって、本発明の１つの目的は、電力消費を著しく増加させることなく、従来技術の場合よりも、より大きな衝撃に対して、接点を閉鎖位置に維持することができる、アクチュエータ・デバイスの制御方法を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

したがって、電磁石と制御デバイスとを備えたアクチュエータ・デバイスを制御するための方法が提案されるのであるが、電磁石は、コイルと、第１の位置と第２の位置との間でコイルに対して移動する移動部とを備えており、制御デバイスは、
－ コイルに電流を供給するように構成された電源部材と、
－ 電流の測定量の少なくとも１つの値を測定するように構成された測定部材と、
－ 値の少なくとも１つのサンプルを取得するように構成されたサンプリング部材と、
－ 設定点値の周囲で測定量の値を調節することができる調節器と、
を備えている。

【0010】

この方法は、
－ 電流を用いて電磁石を励磁するステップであって、測定量が、第１の位置から第２の位置への移動部の移動を生じさせることができる移動値を有する、ステップと、
－ 移動部を第１の位置から第２の位置まで移動させるステップと、
－ あるサンプリング周期を用いて、測定値のサンプルを取得するステップと、
－ 比例－積分－微分アルゴリズムによって設定点値の周囲で電流を調節するステップであって、設定点値が、移動部を第２の位置に維持することができる維持値以上である、ステップと、
－ 各サンプルを、維持値よりも厳密に大きな所定の閾値と比較するステップと、
－ 単一のサンプルが絶対値において閾値以上である場合には、移動部の不所望な移動を検出するステップと、
を備える。

【0011】

本発明の他の有利なしかし必須ではない態様によると、この方法は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を備えているが、これらの態様は、単独で、または、技術的に可能な組合せを取ることができる。

【0012】

－ 不所望な移動の検出の後で、制御デバイスが、電流を用いて電磁石を励磁するステップを実行し、測定量が移動値を有すること。

【0013】

－ 閾値と維持値との間の差が、絶対値で、維持値の１５％以下であり、好ましくは、維持値の５％以下であること。

【0014】

－ 比例－積分－微分アルゴリズムが、ゼロに等しい微分係数を有すること。

【0015】

－ サンプリング周期が５００マイクロ秒以下であり、比例係数と積分係数とが、比例－積分－部分アルゴリズムのために定義され、比例係数が、積分係数の１％と積分係数の１０％との間にあること。

【0016】

本発明は、同様に、電磁石と制御デバイスとを備えたアクチュエータ・デバイスに関するものであり、ここで、電磁石は、コイルと、第１の位置と第２の位置との間でコイルに対して移動可能な移動部とを備えており、制御デバイスは、
－ 電流を用いてコイルを励磁するように構成された電源部材であって、この電流は、この電流の測定量が移動値を有するときには、第１の位置から第２の位置への移動部の移動を生じさせることが可能であり、測定量が絶対値で移動値よりも厳密に小さな維持値を有するときには、移動部を第２の位置に保持することが可能である、電源部材と、
－ 測定量の少なくとも１つの値を測定するための測定部材と、
－ サンプリング周期を用いて、測定値のサンプルを取得するように構成されたサンプリング部材と、
－ 測定量の値を設定点値の周囲で調節することが可能な調節器と、を備え、
調節器は、比例－積分－微分アルゴリズムによって、測定量の値を調節し、各測定されたサンプルを、維持値よりも厳密に大きな所定の閾値と比較し、測定値の単一のサンプルが絶対値で閾値以上である場合には、移動部の不所望な移動を検出するように構成されている。

【0017】

本発明は、また、入力端子と、出力端子と、移動接点と、入力端子が出力端子と電気的に接続されている閉鎖位置と入力端子が出力端子から電気的に分離されている開放位置との間で移動接点を移動させることが可能なアクチュエータ・デバイスとを備えた電気スイッチング・デバイスに関するものであり、なお、このアクチュエータ・デバイスは、上で定義されたものである。

【0018】

有利には、電気スイッチング・デバイスが、接触器である。

【0019】

変形例として、電気スイッチング・デバイスが、回路遮断器である。

【0020】

別の変形例によると、電気スイッチング・デバイスが、電子継電器である。

【0021】

さらに別の変形例によると、電気スイッチング・デバイスが、ソース・インバータである。

【0022】

本発明の特徴および効果は、以下の説明を精読することにより、明らかになるはずであるが、以下の説明は、単に、非限定的な例として、次の添付の図面を参照しながら行われている。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】起動デバイスを備えた本発明によるスイッチング・デバイスの図である。

【図2】図１のデバイスの起動デバイスの図である。

【図3】図１および２の起動デバイスによって実装される本発明による制御方法のステップのフロー・チャートである。

【図4】従来技術による制御方法の実装の過程において測定される異なるパラメータの変動を記述する１組のグラフである。

【図5】本発明による制御方法の実装の過程において測定される図４のパラメータの変動を記述する１組のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

スイッチング・デバイス１０が、図１に表されている。

【0025】

スイッチング・デバイス１０は、電気入力端子１５と、電気出力端子２０と、移動接点２５と、アクチュエータ・デバイス３０とを備える。

【0026】

スイッチング・デバイス１０は、電気入力端子１５で第１の電流Ｃ１を受け取り、出力端子２０で第１の電流Ｃ１を提供するように構成されている。

【0027】

スイッチング・デバイス１０は、さらに、電気入力端子１５を電気出力端子２０から切り離す、すなわち、電気入力端子１５と電子出力端子２０との間で第１の電流Ｃ１を切断するように構成されている。

【0028】

スイッチング・デバイス１０は、たとえば、接触器である。特に、スイッチング・デバイス１０は、外部デバイスによって送られた接続コマンドを受け取ると、電気入力端子１５と電気出力端子２０とを電気的に接続し、前記外部デバイスによって送られた切断コマンドを受け取ると、電気入力端子１５を電気出力端子２０から切断するように構成されている。

【0029】

変形例としては、スイッチング・デバイス１０は、回路遮断器である。特に、スイッチング・デバイス１０は、最小電圧における回路遮断器のトリガであり、不適切な時点での電圧低下を検出すると、電気入力端子１５を電気出力端子２０から切断させることができる。

【0030】

別の変形例によると、スイッチング・デバイス１０は、電子継電器である。電子継電器とは、機械的または電子機械的素子に頼ることなく電流の切り替えを可能にするデバイスである。

【0031】

別の変形例によると、スイッチング・デバイス１０は、ソース・インバータである。ソース・インバータとは、２つのソースのうちの一方によって供給された電流を用いてデバイスを通電して２つのソースの間で電源を切り替えることができるデバイスである。

【0032】

移動接点２５は、電気入力端子１５に電気的に接続される。変形例としては、移動接点２５は、電気出力端子２０に電気的に接続される。

【0033】

移動接点２５は、開放位置と閉鎖位置との間で移動することができる。移動接点２５が開放位置にあるときには、電気入力端子１５は電気出力端子２０に電気的に接続されていない。移動接点２５が閉鎖位置にあるときには、電気入力端子１５は、移動接点２５によって電気出力端子２０に電気的に接続されている。

【0034】

起動デバイス３０は、開放位置と閉鎖位置との間で、および、閉鎖位置と開放位置との間で、移動接点２５を移動させるように構成されている。

【0035】

起動デバイス３０は、さらに、移動接点２５を閉鎖位置に保持するように構成されている。

【0036】

起動デバイス３０は、電磁石３５と制御デバイス４０とを備える。

【0037】

電磁石３５は、固定部３５としても知られているコイル４５と、移動部５０とを備える。

【0038】

コイル４５は、軸の周囲に巻かれた電気伝導体を備えている。

【0039】

移動部５０は、たとえば、電磁石３５の磁心である。

【0040】

移動部５０は、移動接点２５に固定されており、それに沿って移動することができる。

【0041】

移動部５０は、第１の位置と第２の位置との間で、コイル４５に対して移動することができる。たとえば、移動部５０は、コイル４５の軸に沿って、コイル４５に対して移動することができる。

【0042】

移動部５０が第１の位置にあるときには、移動部５０は、たとえば、少なくとも部分的にコイル４５に受け取られる。移動部５０が第２の位置にあるときには、移動部５０は、少なくとも部分的にコイル４５から引き出される。

【0043】

オプションとして、さらに、電磁石３５は、移動部５０に対し、移動部５０を第２の位置から第１の位置に動かす傾向を有する力を対して働かせることができるバネを備える。

【0044】

移動部５０が第１の位置にあるときには、移動接点２５は開放位置にある。移動部５０が第２の位置にあるときには、移動接点２５は閉鎖位置にある。

【0045】

制御デバイス４０は、移動部５０の第１の位置から第２の位置への移動を命じるように構成されている。

【0046】

制御デバイス４０は、電源部材５５と、測定部材６０と、サンプリング部材６５と、調節器７０とを備える。

【0047】

電源部材５５は、第２の電流Ｃ２を用いてコイル４５を励磁するように構成されている。

【0048】

電源部材５５は、図２に表されているように、電気回路７５を備える。

【0049】

第２の電流Ｃ２は、電流量Ｉを有する。第２の電流Ｃ２は、測定された量Ｇが移動値Ｖｄを有するときに、第１の位置から第２の位置への移動部５０の移動を生じさせることができる。測定された量Ｇは、たとえば、電流量Ｉである。

【0050】

たとえば、移動値Ｖｄは、５ミリアンペア（ｍＡ）と２５アンペア（Ａ）との間にある。

【0051】

変形例としては、測定された量Ｇは、第２の電流Ｃ２の電圧である。

【0052】

第２の電流Ｃ２は、さらに、測定された量Ｇが維持値Ｖｍに等しいときには、移動部５０を第２の位置に保持することができる。維持値Ｖｍは、厳密に、絶対値において、移動値Ｖｄよりも小さい。

【0053】

たとえば、維持値は、５ｍＡと２５Ａとの間にある。

【0054】

電源部材５５は、たとえば、パルス幅変調によって第２の電流Ｃ２を生成させるように構成されている。

【0055】

パルス幅変調すなわちＰＷＭとは、通電されているシステムの特性時間と比較して、非常に短い継続時間のパルス列の形式を有する電流を合成するのに広く用いられる技術である。たとえば、スイッチを高速で開放および閉鎖することにより、スイッチの開放時間と閉鎖時間との間の比で、その平均電流量が固定されている電流を用いて、システムが通電される。

【0056】

電気回路７５は、整流器ブリッジ８０と、保護ダイオード８５と、第１のスイッチ９０と、フリーホイール・ダイオード９５と、測定抵抗１００と、第２のスイッチ１０５と、ツェナー・ダイオード１１０とを備える。電磁石３５は、電気回路７５では、直列のインダクタンスとレジスタンスとによって表される。

【0057】

整流器ブリッジ８０は、その入力において入力電圧Ｕａを受け取り、その入力電圧Ｕａを全波整流電圧Ｕｃに変換するように構成されている。このように、整流器ブリッジ８０は、元の電流Ｃｏを消滅させるように構成されている。元の電流Ｃｏとは、スイッチ９０によってチョッピングされた電流である。入力電圧Ｕａは、たとえば、交流電圧である。変形例としては、入力電圧Ｕａは、直流電圧である。

【0058】

入力電圧Ｕａは、交流電圧生成器によって、図２において整流器ブリッジ８０の「Ａ」として図示されている点と「Ｂ」として図示されている点との間に、印加される。

【0059】

直流電圧Ｕｃは、図２において「Ｃ」として図示されている点と「Ｄ」として図示されている点との間で測定される。

【0060】

保護ダイオード８５は、整流器ブリッジ８０と第１のスイッチ９０との間に挿入されており、つまり、整流器ブリッジ８０と保護ダイオード８５と第１のスイッチ９０とが、直列になっている。

【0061】

第１のスイッチ９０は、調節器７０によって生成されるコマンド信号に応じて、保護ダイオード８５とコイル４５とを交互に接続および切断するように構成されている。

【0062】

第１のスイッチ９０は、たとえば、トランジスタである。ＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタが、トランジスタの特定の例である。絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）が、高出力回路に特に適したトランジスタの別の例である。

【0063】

第１のスイッチ９０は、パルス幅変調により元の電流Ｃｏに基づき第２の電流Ｃ２を変調するように、設けられている。特に、第２の電流Ｃ２は、元の電流Ｃｏに基づき、第１のスイッチ９０の連続的な開放および閉鎖によって得られる。

【0064】

フリーホイール・ダイオード９５は、整流器ブリッジ８０によって形成されるアセンブリと、保護ダイオード８５と、第１のスイッチ９０とに並列に、配置されている。

【0065】

測定抵抗１００は、コイル４５と直列に配置されている。特に、第２の電流Ｃ２がコイル４５を通過するときには、第２の電流は、同様に、測定抵抗１００を通過する。たとえば、第２の電流Ｃ２は、コイル４５と測定抵抗１００とを連続的に通過する。

【0066】

ある実施形態によると、第２のスイッチ１０５が、電気回路７５のグランドと測定抵抗１００との間に挿入される。第２のスイッチ１０５は、たとえば、ＭＯＳトランジスタまたはＩＧＢＴトランジスタである。

【0067】

ツェナー・ダイオード１１０が、第２のスイッチ１０５とは並列で、逆向きに、配置される。こうして、ツェナー・ダイオード１１０は、第２のスイッチ１０５をどのような電圧サージに対しても保護して、第２のスイッチ１０５が開放状態のときに、コイル４５のより速い放電も、可能にする。

【0068】

測定部材６０は、測定された量Ｇの値Ｖを測定するように構成されている。たとえば、測定部材６０は、測定抵抗１００の端子上での電圧を測定して、測定抵抗１００の端子上で測定された電圧から第２の電流Ｃ２の電流量Ｉを計算するように構成されている。

【0069】

変形例としては、測定部材６０は、コイル４５の端子上での電圧を測定するように構成されている。

【0070】

サンプリング部材６５は、サンプリング周期Ｐｅを用いて値Ｖのサンプルを取得するように構成されているのであって、すなわち、各サンプルは、先行のサンプルと後続のサンプルとに対応する時間から、サンプリング周期Ｐｅだけ分離された時間において、取得される。

【0071】

サンプリング周期Ｐｅは、たとえば、５００ｍｓ以下である。たとえば、サンプリング周期Ｐｅは、３００ｍｓと５００ｍｓとの間である。

【0072】

変形例としては、サンプリング周期Ｐｅは、３０ｍｓと７０ｍｓとの間である。

【0073】

調節器７０は、設定点値Ｖｃの周囲で、測定量Ｇの値Ｖを調整するように構成されている。

【0074】

調節器７０は、比例－積分－微分アルゴリズムによって、設定点値Ｖｃの周囲で、値Ｖを調節するように構成されている。比例－積分－微分アルゴリズムは、産業システムにおいて広く用いられる閉ループ制御アルゴリズムである。このアルゴリズムは、測定された各サンプルを設定点値Ｖｃと比較して、下記の総和に等しい制御変数を返す。すなわち、
－ 比例係数Ｋｐと、設定点Ｖｃと測定されたサンプルの値との間の計算された差との積と、
－ 積分係数Ｋｉと、設定点Ｖｃと問題の時間までに測定されたサンプルとの間で計算されたすべての差の総和との積と、
－ 微分係数（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）Ｋｄと、計算された差の値の導関数（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）との積と、
の総和である。

【0075】

制御変数は、たとえば、第１のスイッチ９０の開放の速度である。開放の速度は、第１のスイッチ９０の開放および閉鎖の連続的な継続時間の間の比率として定義される。

【0076】

調節器７０は、よって、パルス幅変調によって、測定量Ｇの値Ｖを調節するように構成される。特に、調節器７０は、比例－積分－微分アルゴリズムによって、測定されたサンプルの値の関数として、第１のスイッチ９０の開放および／または閉鎖を命じるように、構成されている。

【0077】

調節器７０は、さらに、維持値Ｖｍと移動値Ｖｄとの間で設定点値Ｖｃを修正するように構成される。

【0078】

測定部材６０と、サンプリング部材６５と、調節器７０とは、たとえば、プログラマブルな論理回路の形式で、または、専用の集積回路として、実現される。

【0079】

変形例としては、制御デバイス４０は、プロセッサと、メモリと、メモリに記憶されている測定ソフトウェアと取得ソフトウェアと調節ソフトウェアとを備える。測定ソフトウェアと取得ソフトウェアと調節ソフトウェアとは、プロセッサ上で実行されると、測定部材６０と取得部材６５と調節器７０とをそれぞれ形成する。

【0080】

起動デバイス３０の制御方法のステップに関するフロー・チャートが、図３に表されている。

【0081】

この制御方法は、当初ステップ２００と、第１の励磁ステップ２１０と、移動ステップ２２０と、移行ステップ２３０と、取得ステップ２４０と、比較ステップ２５０と、調節ステップ２６０と、検出ステップ２７０と、第２の励磁ステップ２８０とを含む。

【0082】

当初ステップ２００の間には、移動部５０が第１の位置にある。よって、移動接点２５は、開放位置にあり、スイッチング・デバイス１０は、第１の電流Ｃ１が入力端子１５から出力端子２０に伝搬することを防止する。

【0083】

第１の励磁ステップ２１０の間には、調節器７０が、第２の電流Ｃ２を用いてコイル４５の励磁を命じ、測定量Ｇは移動値Ｖｄを有する。特に、調節器７０は設定点値Ｖｃを移動値Ｖｄ以上に設定し、取得部材６５はサンプリング周期Ｐｅを用いて値Ｖのサンプルを取得して、調節器７０は、比例－積分－微分アルゴリズムを用いて、測定量Ｇの値Ｖを設定点値Ｖｃの周囲で調節する。

【0084】

第１の励磁ステップ２１０の間には、微分係数Ｋｄはたとえば０に等しいのであって、すなわち、アルゴリズムは比例－積分アルゴリズムである。比例－積分アルゴリズムは、比例－積分－微分アルゴリズムの特定の例である。

【0085】

第１の励磁ステップ２１０の間で、サンプリング周期Ｐｅが５００ｍｓ以下であるときには、比例係数Ｋｐは、たとえば、積分係数Ｋｉの１％と積分係数Ｋｉの１０％との間にある。

【0086】

第１の励磁ステップ２１０を実行した後で、移動ステップ２２０の間に、移動部５０は、第１の位置から第２の位置に移動する。移動ステップ２２０の最後では、移動接点２５は閉鎖位置にある。

【0087】

移行ステップ２３０の間には、調整器７０が、第１のスイッチ９０の開放を命じて、コイル４５を放電させ、コイル４５に含まれる電気エネルギーの一部を戻す。測定抵抗１００を通過する電流は、よって、コイル４５の放電の間に、移動値から開始して、次第に消滅する。

【0088】

測定抵抗１００を通過する電流が測定値Ｖｍに到達すると、調整器７０は、取得ステップ２４０を実行する。取得ステップ２４０の間には、取得部材６５が、測定量Ｇの値Ｖの少なくとも１つのサンプルを取得する。特に、取得部材６５は、測定量Ｇの値Ｖの単一のサンプルを取得する。

【0089】

比較ステップ２５０の間には、調節器は、測定されたサンプルを所定の閾値Ｓと比較する。閾値Ｓは、厳密に、移動値Ｖｄと維持値Ｖｍとの間にあるように構成されている。閾値Ｓと維持値Ｖｍとの間の差は、絶対値で、維持値Ｖｍの１５％以下である。好ましくは、閾値Ｓと維持値Ｖｍとの間の差は、絶対値で、維持値Ｖｍの５％以下である。

【0090】

取得ステップ２４０の間に取得された単一のサンプルが厳密に絶対値で閾値Ｓ未満である場合には、比較ステップ２５０の次に、調節ステップ２６０が続く。

【0091】

調節ステップ２６０の間には、調節器７０は、第２の電流Ｃ２を用いてコイル４５の励磁を命じ、測定量Ｇは移動値Ｖｄを有する。特に、調節器７０は設定点値Ｖｃを移動値Ｖｄと等しく設定し、比例－積分－微分アルゴリズムによって、測定量Ｇの値Ｖを、設定点値Ｖｃの周囲で調節する。

【0092】

調節ステップ２６０の間には、微分係数Ｋｄはたとえば０に等しいのであって、すなわち、アルゴリズムは比例－積分アルゴリズムである。比例－積分アルゴリズムは、比例－積分－微分アルゴリズムの特定の例である。

【0093】

調節ステップ２６０の間で、サンプリング周期Ｐｅが５００ｍｓ以下であるときには、比例係数Ｋｐは、たとえば、積分係数Ｋｉの１％と積分係数Ｋｉの１０％との間にある。

【0094】

取得２４０、比較２５０および調節２６０のステップは、サンプリング周期Ｐｅを用いて、この順序で反復される。これは、図３では、矢印２６５によって表されている。

【0095】

測定されたサンプルが絶対値で閾値Ｓ以上である場合には、比較ステップ２５０の次に、検出ステップ２７０が続く。

【0096】

検出ステップ２７０の間には、調節器７０が移動部５０の不所望な移動を検出するのであるが、すなわち、調節器７０は、取得ステップ２４０において取得され比較ステップ２５０において閾値Ｓと比較されたサンプルが、移動部５０の不所望な移動を結果的に生じさせる衝撃のために、閾値Ｓ以上であると考えるのである。たとえば、衝撃に起因して、移動部５０は、検出ステップ２７０の間には、第１の位置と第２の位置との間の中間的位置において発見されるのである。

【0097】

検出ステップ２７０の次には、第２の励磁ステップ２８０が続く。

【0098】

第２の励磁ステップ２８０の間には、調節器７０が、第２の電流Ｃ２を用いて、コイル４５の励磁を命じるが、測定量Ｇは移動値Ｖｄを有する。特に、調節器７０は設定点値Ｖｃを移動値Ｖｄと等しく設定し、取得部材６５はサンプリング周期Ｐｅを用いて値Ｖのサンプルを取得して、調節器７０は、比例－積分－微分アルゴリズムを用いて、測定量Ｇの値Ｖを設定点値Ｖｃの周囲で調節する。

【0099】

第２の励磁ステップ２８０の間には、微分係数Ｋｄはたとえば０に等しいのであって、すなわち、アルゴリズムは比例－積分アルゴリズムである。

【0100】

第２の励磁ステップ２８０の間で、サンプリング周期Ｐｅが５００マイクロ秒以下であるときには、比例係数Ｋｐは、たとえば、積分係数Ｋｉの１％と積分係数Ｋｉの１０％との間にある。

【0101】

さらに、第２の励磁ステップ２８０の間には、移動部５０は、第２の電流Ｃ２が流れることによって生成される電磁気的な力の効果により、中間的位置から第２の位置Ｐ２に移動するのであるが、コイル４５においては、測定量Ｇは移動値Ｖｄを有している。

【0102】

第２の励磁ステップ２８０の後では、次に、移行ステップ２３０が、もう一度、実行される。これは、図３では、矢印２８５によって表されている。

【0103】

４つのグラフ２９０、２９５、３００および３０５が、図４に表されている。

【0104】

グラフ２９０から３０５は、従来技術によるスイッチング・デバイスの動作態様を記述しており、これは、従来技術による制御方法を実装しているのであるが、約１２５ミリ秒に等しい時間ｔにおける、アクチュエータの移動部５０の不所望な移動を結果的に生じさせる衝撃を経験するものである。

【0105】

グラフ２９０は、アクチュエータのコイルを通過する電流の電流量の、時間経過に伴う変動を表す。衝撃は、コイルを通過する電流を増加させ、これは、ピーク３１０という形式で現れている。

【0106】

グラフ２９５は、時間経過に伴う、縦軸の「０」によって表される第２の位置と縦軸の「５．５」によって表される第１の位置との間での、移動部の位置を表す。縦軸は、グラフ２９５では、ミリメートル単位で目盛りが付せられている。

【0107】

グラフ２９５において見られるように、衝撃は、第２の位置から第１の位置への移動部５０の移動を生じさせるのであるが、移動部５０は、衝撃の後で第１の位置に留まる。

【0108】

グラフ３００は、電磁石の固定部によって、移動部５０に対し、時間経過に伴って、加えられる磁力を表す。グラフ３００から見られるように、加えられる磁力は、衝撃を検出した後で増加しない。

【0109】

グラフ３０５は、１つまたは複数のバネによって加えられる抵抗力を表す。抵抗力は、衝撃の瞬間において増加し、次に、最小の値まで減少するのであるが、これは、移動部５０が第１の位置に到達し、そこに留まることの徴候である。

【0110】

４つのグラフ３１５、３２０、３２５および３３０が、図５に表されている。

【0111】

グラフ３１５から３３０は、本発明によるスイッチング・デバイスの動作態様を記述しているのであり、これは、本発明による制御方法を実装しているものであるが、約１２５ミリ秒に等しい時間ｔでの、アクチュエータの移動部５０の不所望な移動を結果的に生じさせる衝撃を経験するものである。各グラフ３１５、３２０、３２５および３３０は、それぞれが、図４のグラフ２９０、２９５、３００および３０５に対応しており、比較のために、同じ目盛りで表されている。

【0112】

グラフ３１５は、コイル４５を通過する第２の電流Ｃ２の電流量Ｉの、時間経過に伴う変動を表す。衝撃の後で、電流量Ｉは、従来技術による方法の場合よりも、より著しく、そして、より長い期間にわたって、増加する。これは、調節器７０による衝撃の検出と、第２の励磁ステップ２８０の実装とに起因する。

【0113】

グラフ３２０は、時間経過に伴う、縦軸の「０」によって表される第２の位置と縦軸の「５．５」によって表される第１の位置との間での、移動部５０の位置を表す。縦軸は、グラフ３２０では、ミリメートル単位で目盛りが付せられている。グラフ３２０において見られるように、衝撃は、移動部５０の、第２の位置から第１の位置の方向への、ピーク３３５の形式において見ることが可能な若干の振幅の移動を生じさせるのであるが、移動部５０は、衝撃の後で、直ちに第２の位置に戻り、そこに留まる。この移動は、移動接点２５の開放を生じさせるのに十分ではない。

【0114】

グラフ３２５は、電磁石３５の固定部４５によって、移動部５０に対し、時間経過に伴って、加えられる磁力を表す。グラフ３２５から見られるように、加えられる磁力は衝撃を検出した後で、著しく増加する。これは、グラフ３２５における最大値３４０までの磁力の上昇によって見ることができ、電流Ｖｄに対応する。グラフ３３０は、１つまたは複数のバネによって加えられる抵抗力を表す。抵抗力は、衝撃の瞬間において増加し、次に、衝撃の直前のその値まで戻るのであるが、これは、移動部が第２の位置に戻り、そこに留まることの徴候である。これは、グラフ３３０においては、ピーク３４５の形式で現れている。

【0115】

比例－積分－微分調整アルゴリズムを用いることにより、測定量Ｇの調整は、非常に効果的であり、第２の電流Ｃ２は、衝撃がない場合には、ほとんど変動を示さない。閾値Ｓは、よって、維持値Ｖｍに近接しており、単一のサンプルが閾値Ｓ以上であることを検出することで、衝撃を検出することが可能になる。衝撃とそれから結果的に生じる移動部５０の不適切な時期での移動との検出は、したがって、非常に迅速である。よって、第２の励磁ステップ２８０の実装がより迅速に生じることにより、移動部５０の移動は、図５のピーク３３５によって示されているように、振幅において限定される。

【0116】

衝撃の後での移動接点２５の開放の危険は、このようにして低減されるのであって、スイッチング・デバイス１０は、したがって、より堅牢なものとなる。特に、移動接点２５、または、入力端子１５および／もしくは出力端子２０が融解する危険が、このようにして低減される。

【0117】

さらに、維持値Ｖｍが、相対的に小さい。よって、スイッチング・デバイス１０の電力消費が削減される。

【0118】

さらにまた、スイッチング・デバイス１０は、移動センサをまったく含まない。よって、スイッチング・デバイス１０は、製造および制御が容易であり、移動センサを有するスイッチング・デバイスよりも安価である。

【0119】

スイッチング・デバイス１０は、電磁石３５の移動部５０が磁心である場合について、説明されてきている。しかし、当業者であれば、本発明が、異なるタイプの移動部を備えた多様な電磁石に応用可能なものであることを理解するであろう。

【0120】

たとえば、移動部は、コイル４５に対して移動可能な電気回路である。

【0121】

さらに、本発明の制御方法は、測定量が第２の電流Ｃ２の電流量である場合について、説明されてきている。他の実施形態では、測定量は、第２の電流Ｃ２の電圧など、第２の電流Ｃ２の別の量である。

【符号の説明】

【0122】

１０ スイッチング・デバイス
１５ 電気入力端子
２０ 電気出力端子
２５ 移動接点
３０ アクチュエータ・デバイス
３５ 電磁石
４０ 制御デバイス
４５ コイル
５０ 移動部
５５ 電源部材
６０ 測定部材
６５ サンプリング部材
７０ 調節器
７５ 電気回路
８０ 整流器ブリッジ
８５ 保護ダイオード
９０ 第１のスイッチ
９５ フリーホイール・ダイオード
１００ 測定抵抗
１０５ 第２のスイッチ
１１０ ツェナー・ダイオード
２００ 当初ステップ
２１０ 第１の励磁ステップ
２２０ 移動ステップ
２３０ 移行ステップ
２４０ 取得ステップ
２５０ 比較ステップ
２６０ 調節ステップ
２７０ 検出ステップ
２８０ 第２の励磁ステップ
２９０ グラフ
２９５ グラフ
３００ グラフ
３０５ グラフ
３１０ ピーク
３１５ グラフ
３２０ グラフ
３２５ グラフ
３３０ グラフ
３３５ ピーク
３４０ 最大値
３４５ ピーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】