スイッチング装置の状態を示すためのデバイス

本発明は、第1の位置と第2の位置との間で可動な、可動接点を含む電気スイッチング装置の状態を示すためのデバイスに関する。

先行技術 スイッチング装置は、特に中・高電圧レベルで、電気回路を迅速に閉じるため、より近接していることがある。このようなスイッチング装置は通常、相互に可動な2つの接点を有する。通常、その動きは直線的である。相対運動は、接点の一方が可動で他方が固定された状態で、あるいは両接点が可動な状態で実現可能である。

電気回路を開閉するための技術アプリケーションでは、可動接点を含むスイッチング装置の使用は一般的で、多くの分野に広がっている。これに関連して、特定のスイッチング装置が開放又は閉鎖された状態にあるかどうかを判断すること、例えば、動作中又は開閉操作中にデバイスに触れても安全かどうかを判断することが必要である。この技術では、多数の様々な検出器及び表示器が知られている。

しかしながら、多くの位置検出器及び表示器は、アプリケーションによっては十分に動作しなくなる欠点に悩まされている。例えば、高電圧アプリケーションの高速クロージングスイッチの分野では、表示器にとっては高速にして高加速度で確実に動作することが重要である。多くのタイプの表示器は、より高速で高加速度を必要するアプリケーションで使用される場合には、故障しやすくなる。高速クロージングスイッチの接点の相対速度は、通常10m/秒を超える範囲にある。しかしながら、商用のマイクロスイッチは、約1m/秒にしか耐えられない。

光学表示器など高速での使用に適合されている検出器を使うことは、例えば、表示器によって使用される光信号を遮蔽しうる粒子又は塵がスイッチング装置に存在することにより、アプリケーションによっては欠点につながることもある。

現在では解決策として、システムがサービスを開始する前に、開位置にあることを再度確認するため、高速クロージングスイッチの付加的な操作を行うことになっている。したがって、破損のリスク又は信頼性の低下という結果を招くことなく、高速アプリケーションで機能しうる、より信頼性の高い効率的な検出器又は表示器が明らかに必要となっている。

本発明の目的は、上述の問題を取り除く又は最小限に抑えることにある。これは、添付の請求項1に記載のスイッチング装置の状態を示すためのデバイスによって実現される。

デバイスは、可動接点上に配置される少なくとも1つの突出した接触エレメントと、可動接点が第1の位置にあるときには接触エレメントが接触ピンに接触し、且つ可動接点が第2の位置にあるときには接触エレメントが接触ピンから離れているように可動接点の近傍に配置される接触ピンとを備え、接触エレメント及び接触ピンは電気スイッチを形成し、さらに検出器装置は、電気スイッチがいつ閉じられるのかを検出し、それによって可動接点がいつ第1の位置にあるのかを検出するように構成される。適切には、スイッチング装置は、可動接点が第1の位置にあるときには開状態にあり、可動接点が第2の位置にあるときには閉状態にある。

接触ピンは非常に強固に作られ、スイッチング装置の高速クロージングによる力と歪みに耐えることができる。本発明のおかげで、単純で、強固かつ信頼性の高い表示デバイスが実現される。したがって、高速クロージングスイッチング装置の状態は、スイッチが開いているか閉じているか、また操作が完全に実行されたかどうかを確認するように、決定されうる。

スイッチが開位置にあるかどうかを確実に決定しうることにより、例えば、保守を目的として機器の取り扱いを安全に行うことができる。単純かつ強固な構成のおかげで、表示デバイスは高信頼性で機器寿命は長く、保守をほとんど必要としない。

デバイスは機械部品と電気部品を備える。接触エレメントと接触ピンは機械部品で、検出器装置は電気部品である。2つの部品は有利には互いに距離を離して配置され、ケーブルなどの1つ又は2つの絶縁コネクタによって相互に結合される。したがって、より感度の高い検出器装置、或いは少なくともその主要部品は、スイッチング装置から安全な距離に配置することが可能で、同時に強固な機械部品はスイッチング装置の内部に配置することができる。さらに、本発明の機械的な特性及びスイッチング装置内部に機械部品を組み込むことが可能であることにより、塵粒子の存在は本発明の動作にとって有害とはならない。

本発明の実施形態により、デバイスは電源並びに、接触エレメントと接触ピンによって形成される電気スイッチと共に閉電気回路を形成するように配置される第1の抵抗器を備える。好ましくは、第1の抵抗器は、スイッチが閉じられるときに回路の短絡を避けるため、第1のスイッチと直列に配置される。

例えば、電気回路は、支持構造体を介して可動接点に電気的に結合されている。例えば、可動接点が接地結合されている場合には、電気回路内では同じ接地電位が使用可能である。局所接地など、可動接点と同じ電位を使用することにより、表示デバイスは検出器装置への結合に絶縁コネクタを1つしか必要としない。回路に含まれるコンポーネントは概して標準コンポーネントであるため、表示デバイスの製造及び適合を容易かつ費用効果の高いものにする。本発明では、特定の部位で利用可能な任意の電圧を使用できることにより、トランス又はアダプタを必要としなくなり、本発明はより費用効果が高く便利なものになる。

本発明の実施形態により、検出器装置は回路の電圧又は電流を測定するように配置される測定ユニットを備え、検出器装置は測定された電圧又は電流のレベルに基づいて、可動接点が第1の位置にあるときを検出するように構成される。電圧/電流レベルは、種々の既知の機器によって測定可能である。これはスイッチングユニットの状態を検出する簡単な方法である。

本発明の一実施形態により、デバイスは可動接点上に配置される1つ又は2つの突出した接触エレメントと、可動接点が第2の位置にあるときには1つ又は2つの接触エレメントのうちの1つが第2の接触ピン接触し、且つ可動接点が第1の位置にあるときには1つ又は2つの接触エレメントのうちの1つが第2の接触ピンから離れているように可動接点の近傍に配置される第2の接触ピンとを備え、可動接点と第2の接触ピンは第2の電気スイッチを形成し、さらに検出器装置は、第2のスイッチがいつ閉じられるのかを検出し、それによって可動接点がいつ第2の位置にあるのかを検出するように構成される。この実施形態により、スイッチング装置がいつ第2の状態にあるのかを検出することも可能になる。開状態と閉状態の両方を検出するために、同一の接触エレメントを使用することも可能であるが、スイッチング装置内部のスペース不足により、必ずしも使い勝手がよいとは限らない。

本発明の一実施形態により、デバイスは、可動接点上で互いに距離を離して配置される第1の接触エレメントと第2の接触エレメントを備え、さらに第1の接触ピンは、可動接点が第1の位置にあるときには第1の接触エレメントが第1の接触ピンに接触し、且つ可動接点が第2の位置にあるときには第1の接触エレメントが第1の接触ピンから離れるように配置されており、さらに第2の接触ピンは、可動接点が第2の位置にあるときには第2の接触エレメントが第2の接触ピンに接触し、且つ可動接点が第1の位置にあるときには第2の接触エレメントが第2の接触ピンから離れるように配置されている。この実施形態により、接触ピン間の距離を縮め、それにより接触ピンに必要とされる空間の高さを低減することが可能になる。

本発明の一実施形態により、第2の電気スイッチは閉電気回路の一部である。

本発明の一実施形態により、検出器装置は、測定された電圧/電流のレベルに基づいて、可動接点が第1の位置または第2の位置にあるかどうかを検出するように構成される。

本発明の一実施形態により、第2のスイッチは、第1のスイッチ及び電源と並列に配置され、電気回路は第2のスイッチと直列に配置される第2の抵抗器を備え、差動電圧及び電流レベルを第1のスイッチと比較するように第2の接触ピンと接触エレメントによって形成され、その結果、異なる位置を検出することが可能になる。

本発明の一実施形態により、検出器装置は、第1のスイッチと第2のスイッチの両方がいつ開放されているのかを検出し、それによって可動接点がいつ第1の位置と第2の位置との間の位置にあり、起こりうる誤動作が発生したことを検出するように構成される。この実施形態により、可動接点が開位置と閉位置の間の位置でいつ動かなくなるのかを検出することが可能になる。

本発明の一実施形態により、接触ピンは、可動接点上で接触ピンと接触エレメントとの間の接触を改善するため、バネ荷重されている。

本発明は、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。

本発明の実施形態により、スイッチング装置の状態を明らかにするためデバイスの一部の全体断面図を表示するもので、スイッチング装置は第1の状態にある。

図1によるデバイスの全体断面図を表示するもので、スイッチング装置は第2の状態にある。

図1及び図2のデバイスの断面図を拡大して表示している。

図1から図3によるデバイスの回路図を示す。

本発明の別の実施形態によるデバイスの回路図を示す。

本発明によるデバイスの別の実施例を示す。

図1及び図2は、スイッチング装置100に結合されるように組み込まれた位置表示器1の実施例を示している。位置表示器1はスイッチングの状態を示すためのデバイスの一部である。本発明の理解に関わる態様に焦点を当てるため、明確になるように図は単純化されている。したがって、スイッチの動作を制御するアクチュエータ、スイッチが組み込まれる外枠、及び他の一般的なコンポーネントなどの詳細部分は除外されている。この詳細部分は従来技術によるものであってもよく、本明細書では説明を必要としない。

スイッチング装置100は、固定接点101及び筐体103に組み込まれたロッド又はチューブの形態の可動接点102を有する。スイッチを閉じるには、可動接点102が作動されて固定接点101側へ移動し、固定接点101と可動接点102を結合する。スイッチング装置が、図1に示すように可動接点102が固定接点101に接触していない開位置に対応する第1の状態、或いは図2に示すように可動接点102と固定接点101が互いに接触している閉位置に対応する第2の状態にあるかどうかを検出するため、本発明による表示デバイスが使用される。スイッチング装置は、可動接点102を支持するための支持構造体12を含む。支持構造体は、典型的には局所接地電位を有する可動接点102に結合されている。支持構造体は可動接点102を取り囲む筐体103を含み、さらに可動接点、可動接点の動きを制御するための外部制御ユニットまで延在する導電性バー15に組み込まれた底部フランジを支持する。したがって、制御ユニット14及び可動接点102は同じ接地電位を有する。

位置表示器1は少なくとも1つの接触ピンを備えるが、好ましくは、表示デバイス用の可動接点を構成する可動接点102に隣接して組み込まれる、少なくとも2つの接触ピン2A、2Bを備える。可動接点102上には、少なくとも1つの突出する接触エレメントが組み込まれるが、好ましくは、可動接点102が開状態にあるときには第1の接触エレメント4Aが第1の接触ピン2Aに当接し、且つ可動接点102が閉状態にあるときには第2の接触エレメント4Bが第2の接触ピン2Bに当接するように、少なくとも2つの接触エレメント4A、4Bが組み込まれる。突出する接触エレメント4A、4Bは可動接点上に配置され、導電材料、好ましくは可動接点と同一の材料から作られる。接触エレメントは、可動接点と電気的に接触するように配置される。接触エレメントはまた、可動接点の一部であってもよい。したがって、第1の接触ピン2Aと可動接点102は第1の電気スイッチ10Aを形成し、第2の接触ピン2Bと可動接点102は第2の電気スイッチ10Bを形成する。

接触エレメント4A、4Bは、接触ピン2A、2Bの操作を確実かつ信頼性の高いものにするため、好ましくはくさび形をしており、これにより過度の磨滅を受けることなく、端子6A、6Bと連携して接触ピンを動かすことができる。

第1の接触ピン2Aと第2の接触ピン2Bはそれぞれ、可動接点102に向かって直線的に移動して、常に端子6A、6Bに接触しているように、導電性材料から作られた端子6A、6Bに組み込まれる。端子6A、6Bはそれぞれ、絶縁材料から作られた絶縁スリーブ6C、6Dに組み込まれる。さらに、第1の接触ピン2Aと第2の接触ピン2Bは、それぞれ接触ピン2A、2Bを可動接点102に向かって付勢する、従来の機械式バネ5A、5Bによってあらかじめ荷重がかけられている。

第1の端子6Aと第2の端子6Bはそれぞれ、表示デバイス1のコンポーネントにさらに結合されうる第1の結合端子7Aと第2の結合端子7Bを備える。接触ピン及び端子に使用される材料は、アルミニウム、銅、或いは鉄などの導電性金属材料である。したがって、結合端子7A、7Bに順次結合される端子6A、6Bの内部に第1の接触ピン2Aと第2の接触ピン2Bを配置することによって、接触ピン2A、2Bを結合端子7A、7Bに電気的に接触した状態にすることができる。可動接点102は、既知の電位、好ましくは接地又は局所接地(図示せず)に結合されている。図2に示すように、端子7A、7Bは抵抗器R1によって相互に結合されている。端子7Aは、例えば、ケーブル3を介してスイッチング装置の制御ユニット14に結合されている。制御ユニット14は、第1又は第2のスイッチがいつ閉じられるのかを検出し、それによって可動接点がいつ開放位置又は閉鎖位置にあるのかを検出するように構成される検出器装置8を含む。代替的な実施形態では、制御ユニットはまた、第1のスイッチと第2のスイッチの両方がいつ開放されているのかを検出し、それによって可動接点がいつ第1の位置と第2の位置との間の位置にあるのかを検出するように構成される。この実施形態により、誤動作が発生したこと、例えば、可動接点が第1の位置と第2の位置との間の位置で動かなくなったこと、を検出することができる。制御ユニットは、図4の検出ユニット8Cからの出力に基づいて、スイッチング装置の状態を判断する論理回路を含む。代替的な実施形態では、検出器装置8は制御ユニット14の外に配置可能である。

図3では、スイッチング装置100が第2の状態、すなわち、図2に示した閉位置にあるときの位置表示器1の機械部品の拡大断面図が示されている。この位置では、第2の接触エレメント4Bは、端子6Bの中のあらかじめ荷重がかけられているバネ5Bに押し付けられるように、第2の接触ピン2Bに当接している。したがって、第2の接触エレメント4Bは、電流が一方から他方へ流れるように、第2の結合端子7Bに電気的に結合されている。

図2からわかるように、第1の接触ピン2Aは、可動接点102或いは第1の接触エレメント4A及び第2の接触エレメント4Bのいずれかに接触しておらず、したがって、第1の結合端子7Aから可動接点102までの電気的結合は確立されていない。したがって、閉状態では、第2のスイッチ10Bは閉鎖され、第1のスイッチ10Aは開放される。

可動接点102とスイッチング装置100が開放位置にあった場合、第1の結合端子7Aと可動接点102の間には電気的な結合があるが、第2の結合端子7Bと可動接点102との間には電気的な結合がないように、状態は反転される。したがって、開状態では、第1のスイッチ10Aは閉鎖され、第2のスイッチ10Bは開放される。

このように、スイッチング装置100の第1の状態と第2の状態のそれぞれでは、電流は結合端子7A、7Bのうちの一方から可動接点102へ流れるが、他方からは流れない。

図4は、本発明の第1の実施形態による表示デバイスの回路図を示す。表示デバイスは位置表示器1と、スイッチ10A、10Bの状態、及びそれによって以下でより詳細に説明されるスイッチング装置100の状態を検出するための検出器装置8とを含む。検出器装置8は、電源8Aと、電源8Aに結合される抵抗器R2と、抵抗器R2と局所接地のような既知の電位との間の電圧を測定するように配置された電圧計などの測定ユニット8Cとを備える。この場合、制御ユニットは、測定された電圧のレベルに基づいて、可動接点102が第1又は第2の位置にあるかどうかを検出するように構成される。2つの検出器端子8D、8Eは、検出器装置8との間の入力及び出力用に提供される。検出器装置8はスイッチング装置の制御ユニット14の一部であってもよい。

代替的に、測定ユニット8Cは、抵抗器R2に対する電圧を測定するように構成可能である。代替的な実施形態では、測定ユニット8Cは回路の電流を測定する電流計である。電流計は、抵抗器R2と直列に又は電源8Aと局所接地との間で、検出器装置8内の異なる位置で電流を測定するように配置可能である。この場合、制御ユニットは、測定された電流のレベルに基づいて、可動接点102が第1の位置または第2の位置にあるかどうかを検出するように構成される。

検出器装置8は、回路図によって示したように第1の結合端子7Aに組み込まれる絶縁コネクタ/ケーブル3に沿って、第1の検出器端子8Dを介して、位置表示器1に結合される。抵抗器R1は第1の結合端子7Aと第2の結合端子7Bとの間に提供される。可動接点102は、前述のように、接地、局所接地又は電源8Aが結合される電位と同じ別の既知の電位に結合される。この結合は、図2に示すように、スイッチング装置の支持構造体12を介して、或いは別個のコネクタによって行うことができる。

抵抗器R1、R2は、例えば1kΩ、50Wなどの効果の高い抵抗器が好ましいが、その特性は具体的なアプリケーション及び電源8Aの特性に応じて変化することがある。電源8Aは、他のコンポーネントに応じて5〜500Vの間で変動することがある。概して、現場で使用可能な電圧が使用され、この電圧に基づいて抵抗器R1、R2が選択される。一例として、電源8Aで電圧が50Vの場合に使用するには、抵抗値R1=R2=25kΩの抵抗器が適している。抵抗器は同じ大きさであることが好ましい。

制御ユニット14は、例えば、測定された電圧又は電流レベルに基づいて、スイッチング装置の状態の判断に使用される、CPU、PLC或いはFPGAなどの論理回路を含む。制御ユニット14は、測定された電圧又は電流のレベルに基づいて、可動接点が第1の位置または第2の位置にあるかどうかを検出するように構成される。

表示デバイスの操作は、図面並びに本発明の第1、第2及び第3の好ましい実施形態を参照して、さらに詳細に説明される。

第1の好ましい実施形態では、表示デバイスは、図1から図3及び図4の回路図に示したように、第1の接触ピン2A及び第2の接触ピン2Bを備える。

スイッチング装置100が第1の状態、すなわち図1に示した開位置にあるとき、第1の接触エレメント4Aは、電流が第1の結合端子7Aと可動接点102との間で流れるように、第1の接触ピン2Aに接触しており、第1のスイッチ10Aが閉じられていることを意味する。スイッチング装置100の状態が決定されると、抵抗器R1の両端の間の電位差に対応する電位差が電圧計8Cによって測定される。第2の結合端子7Bが可動接点102に結合されていない、したがって第2のスイッチ10Bが開いている場合には、電流は抵抗器R1を流れず、電圧計8Cによって電位差は検出されない。

スイッチング装置100が第2の状態、すなわち図2及び図3に示した閉位置にあるとき、第2の接触エレメント4Bは、電流が第2の結合端子7Bと可動接点102との間で流れるように、第2の接触ピン2Bに接触しており、したがって第2のスイッチは閉じられている。第1の接触エレメント4Aは第1の接触ピン2Aに接触しておらず、したがって第1のスイッチ10Aは開いている。この第2の状態では、電流は抵抗器R1を流れる。R1=R2の場合、測定デバイス8Cによって測定される電圧レベルは、電源8Aの半分の電圧レベルである。

電源8Aによって与えられる電圧は、任意の大きさであってもよく、抵抗器R2、R1は適切になるように選択される。第1の状態と第2の状態の識別を容易にするため、抵抗器R2の抵抗値は抵抗器R1に等しくなるように選択することが有利である。したがって、電源が10Vで抵抗値が等しいとすると、開位置に対応するスイッチング装置100の第1の状態は、電圧計での電位を0Vにし、一方、第2の状態は電位を5Vにする。

スイッチング装置100が、例えば、接触エレメント4A、4Bがいずれも接触ピン2A、2Bに当接しない位置に可動接点があるような誤動作をする場合には、結合端子7A、7Bのどちらからも可動接点102へ電流が流れない。抵抗器R2を配置することにより、電圧計は電源によって与えられる電位と同じ電位、例えば、上述の実施例では10Vを示す。2つの異なる抵抗器R2、R1はこのように使用されるため、誤動作は明確に特定可能であり、第1及び第2の状態のいずれかと混同されることはない。

第2の好ましい実施形態では、図5に示すように、表示デバイス1は1つの接触ピン2すなわち第1の接触ピン2Aを含む唯一のスイッチ10A、並びにスイッチング装置100が開位置に対応する第1の状態にあるとき、第1の接触ピン2Aに接触するように配置される唯一の接触エレメントを備える。この実施形態は、必要となるコンポーネントがより少ないため、費用効果をより高めることが可能で、また表示デバイスの重量も極めて軽く保つことが可能である。開位置を検出することによって、例えば、保守操作のために、機器に触れても安全かどうかどうかを決定することができ、多くのアプリケーションでこの情報は、スイッチング装置100を安全に扱い操作するのに十分である。したがって、この実施形態は、本発明の主要な概念のすべての利点、すなわち表示器の信頼性及び高速性を維持する一方で、とりわけ単純でコスト効率のよい表示デバイスの一種とみなされる。

この第2の実施形態では、上述の実施例でのように、10Vの電源8Aが使用される場合、測定ユニット8Cは、スイッチング装置100が第1の状態、すなわち開状態にある場合には0Vを検出し、そうでない場合には10Vを検出する。この実施形態では、閉状態及び誤動作は共に、測定ユニット8Cに同じ値を与える。

この第2の好ましい実施形態に対する回路図は、第2のスイッチ10Bと抵抗器R1が取り除かれ、表示デバイス1の中に(ポイント8Dへの絶縁コネクタ及び支持構造体を経由するポイント8Eへの結合をそれぞれ介して)入力/出力結合と共に、抵抗器R2と第1のスイッチ10Aのみが残されている点で、図4に示した回路図とは異なる。

任意の実施形態による本発明により、高速クロージングスイッチング装置の状態は安全な方法で検出可能である。可動接点と接触エレメント、接触ピン及びバネとの相互作用によって、スイッチング装置の状態は、可動接点の高いスイッチング速度に耐えうる単純かつ強固な方法で検出可能である。また、スイッチング装置100の固定接点101及び可動接点102での塵又は粒子の存在は、概して表示デバイスの操作に影響することはなく、可動接点102及び電源8Aに対する接地又は局所接地などの共通電位の使用により、接触ピンの数とは無関係に表示デバイス1から検出器装置8まで必要とされる絶縁コネクタは1つのみである。その結果、表示デバイス1のスイッチング装置100及び絶縁コネクタ並びにその周囲に必要となる空間は非常に少なくなる。スイッチング装置100の外枠の内側の圧力は非常に高くなりうるため、絶縁コネクタを1つだけ使用することはまた、外枠内部からの漏れのリスクを低減する。

本発明による表示デバイスは、小さな修正しか必要とせずに種々のスイッチング装置と連動しうることに留意されたい。したがって、本発明は、本明細書に記載されているスイッチング装置のタイプに限定されるとはみなされない。本発明は、上記で詳細に説明されているように、低電圧、中電圧及び高電圧を使用するスイッチング装置と共に使用可能であり、スイッチが高速で動作することが重要である場合に特に有用である。

図6は、接触ピン20及び可動接点の複数の状態を検出するように配置された複数の接触エレメント22A〜22Cを含む、本発明による表示デバイスの別の実施例を示している。この実施例では、可動接点102には、可動接点から電気的に絶縁され、且つ抵抗器24を介して接地結合されるように配置された3つの突出する接触エレメント22が備わっている。代替的に、各接触エレメントは個別に、それ自体の抵抗器と共に接地結合される。デバイスは並列に結合された幾つかの接触ピンを含んでもよい。

本発明は、添付の特許請求の範囲内で、様々に変化しうる。例えば、接触ピンにあらかじめ荷重をかけることは、当業者によって容易に理解されるように、任意のタイプのバネエレメント、或いは可動部品に対して接触ピンを押圧する他の方法を用いても可能である。また、検出器装置及び位置表示器は、スイッチング装置に配置される一体型ユニットであってもよい。必要に応じて、スイッチング装置の状態は、上述のように、表示デバイスによって決定可能であるが、任意の好適な手段によって、遠隔の制御ユニット又はコンピュータなどの解析のためのデバイスに転送可能である。代替的な実施形態では、第1並びに第2の接触ピンを有するスイッチを形成するために、可動接点上の同一接触エレメントが使用可能である。さらなる接触ピンを追加すること及びこれらのピンに抵抗器を結合することによって、デバイスは付加的な位置を検出するように容易に拡張可能である。したがって、本発明の他の実施形態では、より多くの状態/位置の検出を可能にするように、3つ以上の接触ピン、及び複数の対応する接触部品を有することが可能である。電圧計の代替として、回路の電流を測定し、スイッチング装置の状態を決定するために電流計が使用可能である。