JP2006108041A - 電磁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を効果的に抑制することができるようにする。
【解決手段】 励磁コイルを構成する接点起動用の第１のコイル１６及び接点保持用の第２のコイル１７、接点を閉路する起動時の所定時間だけ第１のコイル１６に通電する第１の通電回路３８、接点を閉路した状態を保持するために第２のコイル１７に通電する第２の通電回路３９、及び、第１のコイル１６の温度が所定値を超えたときに第１の通電回路３８を遮断して第１のコイル１６への通電を停止する遮断回路４０を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一対の入力端子間に入力される駆動電圧により励磁される励磁コイルによって接点が開閉駆動される電磁開閉装置に関する。

この種の電磁開閉装置は、複数の接点を閉路する接点起動用の第１のコイル、及び、接点を閉路した状態を保持する接点保持用の第２のコイルから構成された励磁コイルを備えている。このような電磁開閉装置において、第１のコイルと第２のコイルとに通電し、あるいは第１のコイルのみに通電することで接点が閉路され、接点が閉路された後は第１のコイルへの通電が停止され、第２のコイルへの通電のみで接点を閉路した状態が保持される。このように、第１のコイルには、接点を閉路する起動時の所定時間だけしか通電されないことから省電力化が促進され、励磁コイルからの放射ノイズを低減させることができる（例えば、特許文献１）。
特開２００３―２２９０４３号公報

ところが、上記従来の電磁開閉装置では、第１のコイルが起動用のコイルであることから、第２のコイルよりも大きな電流が流れるように構成されており、誤動作などによって入力端子間に供給される駆動電源の遮断が短時間のうちに繰り返し行われると、起動用の第１のコイルには通常の状態では短時間しか流れない起動時の大きな電流が断続的に流れることになり、第１のコイルが発熱し易くなる。このような発熱は、第１のコイルを放熱効果が高められるような構成にすることで抑制することができるが、励磁コイルの構成に制約を受けるなどの別の問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を効果的に抑制することができる電磁開閉装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、一対の入力端子間に入力される駆動電圧により励磁される励磁コイルによって接点が開閉駆動されるようにした電磁開閉装置であって、前記励磁コイルを構成する接点起動用の第１のコイルと、この第１のコイルと共に前記励磁コイルを構成する接点保持用の第２のコイルと、前記接点を閉路する起動時の所定時間だけ前記第１のコイルに通電する第１の通電回路と、前記接点を閉路した状態を保持するために前記第２のコイルに通電する第２の通電回路と、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第１の通電回路を遮断して前記第１のコイルへの通電を停止する遮断回路とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記第１のコイル及び前記第２のコイルが、前記一対の入力端子間に互いに並列に接続されたものであり、前記第１の通電回路及び前記第２の通電回路が、互いの通電期間の少なくとも一部が重なるように前記第１のコイル及び前記第２のコイルにそれぞれ通電すると共に、前記第２の通電回路が、前記第１のコイルへの通電が停止された後も前記駆動電圧の供給が停止されるまで前記第２のコイルへの通電を維持するものであることを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記第１のコイル及び前記第２のコイルが、前記一対の入力端子間に互いに直列に接続されたものであり、前記第１の通電回路が、前記接点を閉路する起動時の所定時間だけ前記第１のコイルのみに通電するものであり、前記第２の通電回路が、前記第１の通電回路による前記第１のコイルへの通電が停止されるときに前記接点を閉路した状態を保持するために前記第１のコイルを介して前記第２のコイルに通電するものであることを特徴としている。

また、請求項４の発明は、請求項２又は３に係るものにおいて、前記第１の通電回路が、前記第１のコイルと直列接続された制御端子付きの第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第１のスイッチ素子を導通させる第１の駆動回路とを備え、前記第２の通電回路が、前記第２のコイルと直列接続された制御端子付きの第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第２のスイッチ素子を導通させる第２の駆動回路とを備え、前記遮断回路が、前記第１の駆動回路における第１のスイッチ素子の制御端子への信号供給ラインと接地電位との間に接続された制御端子付きの第３のスイッチ素子と、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第３のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第３のスイッチ素子を導通させる第３の駆動回路とを備えたことを特徴としている。

また、請求項５の発明は、請求項４に係るものにおいて、前記第３の駆動回路が、前記第１のコイルの温度を検知する感温抵抗素子と固定抵抗素子との直列接続回路から構成され、前記一対の入力端子間に供給される駆動電圧を分圧することで前記第３のスイッチ素子に供給する制御信号として出力するものであり、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第３のスイッチ素子を導通させる所定レベルの制御信号を出力するものであることを特徴としている。

また、請求項６の発明は、請求項４又は５に係るものにおいて、前記遮断回路が、アノードが接地電位に接続され、カソードが前記第３のスイッチ素子の制御端子に接続されたツェナーダイオードを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、接点起動用の第１のコイルの温度が所定値を超えたときに第１の通電回路が遮断されることで第１のコイルへの通電が停止される。このため、第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を効果的に抑制することができる。

請求項２の発明によれば、第１のコイル及び第２のコイルの両方のコイルに通電されて所定の電磁力が生成されることで接点が閉路される。このため、接点を閉路する起動時の大きな電磁力を生成するのに必要な電流が両方のコイルに分担されることで第１のコイルに流れる電流が抑制され、通常動作時における第１のコイルの発熱を抑制することができるようになる結果、第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を効果的に抑制することができる。

請求項３の発明によれば、第１のコイルにのみ通電されて所定の電磁力が生成されることで接点が閉路され、接点が閉路された後は第１のコイルを介して第２のコイルに通電されることで接点を閉路した状態が保持される。このため、接点を閉路する起動時には第１のコイルに所定の電磁力の生成に必要な大きな電流が流れても、接点が閉路された後は第１のコイルを介して第２のコイルに通電されることで第１のコイルには小さな電流しか流れないことになる結果、第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を効果的に抑制することができる。

請求項４の発明によれば、第１のスイッチ素子が導通されて第１のコイルに通電されることで、あるいは、第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子が導通されて第１のコイル及び第２のコイルに通電されることで接点が閉路されると共に、第１のコイルへの通電が停止された後も第２のスイッチ素子が導通されて第２のコイルに通電されることで接点の閉路された状態が保持される一方、第１のコイルへの通電時に当該第１のコイルの温度が所定値を超えると、第３のスイッチ素子が導通されて第１の駆動回路が遮断されることで第１のコイルへの通電が停止される。このため、第１のコイルに起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイルの発熱を確実に抑制することができる。

請求項５の発明によれば、第１のコイルの温度が所定値を超えたことが感熱抵抗素子により検知されて第３のスイッチ素子が導通されることで第１の駆動回路が遮断され、これにより第１のコイルへの通電が停止される。このため、簡単な回路構成で遮断回路を構成することができ、第１のコイルの発熱を確実に抑制することができる。

請求項６の発明によれば、第３のスイッチ素子の制御端子と接地電位との間にツェナーダイオードが接続されることで、第３のスイッチ素子の制御端子に規定値を超える電圧が供給されないようになる。このため、第３のスイッチ素子の静電気放電破壊などを効果的に防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁開閉装置（封止接点装置）の構成を概略的に示す図で、同図（ａ）は内部構成を示す正面図、同図（ｂ）は内部構成を示す側面図である。この図において、電磁開閉装置１０は、継電器１１と、継電器１１を駆動制御するための駆動制御回路を構成した駆動制御回路基板１２とから構成されている。

継電器１１は、合成樹脂などの絶縁材料で構成されたハウジング１３と、ハウジング１３の下半部に配設された継鉄１４と、継鉄１４内に配設されたもので、コイルボビン１５の径方向の外側位置に巻成された起動用の第１のコイル１６及びコイルボビン１５の径方向の内側位置に巻成された保持用の第２のコイル１７からなる励磁コイル１８と、励磁コイル１８の中心部に配設された上面開口状で有底状の筒体１９と、筒体１９の開口面に気密的に接合された接合部材２０と、ハウジング１３の上半部に配設され、接合部材２０に気密的に接合された封止容器２１とを備えている。

また、この継電器１１は、先端に固定接点２２，２３を有し、封止容器２１に気密的に固定された一対の固定端子２４，２５と、筒体１９内に上下動可能に配設された可動鉄心２６と、可動鉄心２６に連設された可動軸２７と、可動軸２７の上端に連設された可動接触子２８と、可動接触子２８を一対の固定接点２２，２３に弾性的に接触させる圧接ばね２９と、可動鉄心２６を下方向に付勢する復帰ばね３０とを備えている。なお、筒体１９内及び封止容器２１内には、水素あるいは水素を主体とするガスが充填される。

ここで、第１のコイル１６は、可動鉄心２６を上方に移動させて可動接触子２８を持ち上げ、この持ち上げた可動接触子２８を固定接点２２，２３に当接させることで固定接点２２，２３間を短絡する接点起動用のものであって、可動鉄心２６と可動接触子２８の移動開始時（起動時）に大きな電磁力を必要とすることから、流れる電流値が第２のコイル１７よりも大きくなるように第２のコイル１７よりも径の大きな線材が用いられると共に、第２のコイル１７よりも巻回数が少なくなるように構成されたものである。

また、第２のコイル１７は、可動接触子２８が固定接点２２，２３に当接された状態を保持する接点保持用のものであって、可動鉄心２６と可動接触子２８の移動開始時のような大きな電磁力を必要としないことから、流れる電流が第１のコイル１６よりも小さくなるように当該第１のコイル１６よりも径の小さな線材が用いられると共に、第１のコイル１６よりも巻回数が多くなるように構成されたものである。

駆動制御回路基板１２は、図略の電子部品を搭載した配線基板により構成されたものであり、コイルボビン１５の上部の鍔に突出形成した突起部３１に立直した状態で取り付けられ、封止容器２１の外周位置に配設されたもので、配線基板に取り付けられた所要の配線端子が第１のコイル１６と第２のコイル１７とに接続されたものである。

図２は、この駆動制御回路基板１２に構成される第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａの構成例を示す図である。この図において、第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａは、外部回路から直流の駆動電圧（操作信号）が入力される一対の入力端子３６，３７と、第１のコイル１６に一対の入力端子３６，３７間の駆動電圧を供給することにより通電制御する第１の通電回路３８と、第２のコイル１７に一対の入力端子３６，３７間の駆動電圧を供給することにより通電制御する第２の通電回路３９と、第１のコイル１６の温度が所定値を超えたときに第１の通電回路３８を遮断して第１のコイル１６への通電を停止する遮断回路４０とを備えている。ここで、一方の入力端子３６に接続されるラインには、一対の入力端子３６，３７間に駆動電圧の極性を誤って逆方向に接続した場合に、第１のコイル１６や第２のコイル１７などに電流が流れないようにする回路保護用の第１のダイオード４１が接続されている。

第１の通電回路３８は、一対の入力端子３６，３７間において第１のコイル１６と直列接続された制御端子付きの第１のスイッチ素子である第１のＭＯＳＦＥＴ４２と、この第１のＭＯＳＦＥＴ４２の制御端子であるゲートＧに制御信号を供給することで当該第１のＭＯＳＦＥＴ４２を導通させる第１の駆動回路４３とを備えている。ここで、第１のコイル１６の一端は正電位である一方の入力端子３６に接続され、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレインＤは第１のコイル１６の他端に接続され、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のソースＳは接地電位である他方の入力端子３７に接続されている。

第１の駆動回路４３は、一対の入力端子３６，３７間に供給される駆動電圧を分圧する分圧回路４４と、この分圧回路４４で分圧された駆動電圧を制御信号として所定時間だけ第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧと接地電位であるソースＳ間に供給するワンショットパルス発生回路４５とを備えている。

分圧回路４４は、一対の入力端子３６，３７間において互いに直列接続された第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７とから構成されている。また、ワンショットパルス発生回路４５は、第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７の接続点と第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧとの間に互いに直列接続された第１のコンデンサ４８及び第３の抵抗素子４９と、第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７の接続点と接地電位である他方の入力端子３７との間に接続された第１のツェナーダイオード５０と、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧと接地電位である他方の入力端子３７との間に互いに並列接続された第４の抵抗素子５１及び第２のダイオード５２とから構成されている。

ここで、第１のツェナーダイオード５０は、第１のＭＯＳＦＥＴ４２の静電気放電破壊などを防止するための保護素子として機能するものであり、アノードが接地電位である他方の入力端子３７に接続され、カソードが第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７の接続点に接続されている。また、第２のダイオード５２は、第１のコンデンサ４８に充電された電荷を放電する放電回路の一部を構成するものであり、アノードが接地電位である他方の入力端子３７に接続され、カソードが第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧに接続されている。

第２の通電回路３９は、一対の入力端子３６，３７間において第２のコイル１７と直列接続された制御端子付きの第２のスイッチ素子である第２のＭＯＳＦＥＴ５４と、この第２のＭＯＳＦＥＴ５４の制御端子であるゲートＧに制御信号を供給することで当該第２のＭＯＳＦＥＴ５４を導通させる第２の駆動回路５５とを備えている。ここで、第２のコイル１７の一端は正電位である一方の入力端子３６に接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ５４のドレインＤは第２のコイル１７の他端に接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ５４のソースＳは接地電位である他方の入力端子３７に接続されている。なお、第２のコイル１７の両端にサージ吸収素子５６が設けられており、第２のコイル１７への通電が停止されたときに生じる逆起電力を吸収し、他の電子部品の破壊を防止するようになっている。

第２の駆動回路５５は、一対の入力端子３６，３７間に供給される駆動電圧を分圧すると共に、この分圧した駆動電圧を制御信号として第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲートＧと接地電位であるソースＳ間に供給する分圧回路５７と、第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲートＧと接地電位である他方の入力端子３７との間に接続された第２のツェナーダイオード５８とを備えている。

分圧回路５７は、一対の入力端子３６，３７間において互いに直列接続された第５の抵抗素子５９と第６の抵抗素子６０とから構成され、第５の抵抗素子５９と第６の抵抗素子６０の接続点が第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲートＧに接続されている。また、第２のツェナーダイオード５８は、第２のＭＯＳＦＥＴ５４の静電気放電破壊などを防止するための保護素子として機能するものであり、アノードが接地電位である他方の入力端子３７に接続され、カソードが第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲートＧ（第５の抵抗素子５９と第６の抵抗素子６０の接続点）に接続されている。

遮断回路４０は、第１の通電回路３８における第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７の接続点と接地電位である他方の入力端子３７との間に接続された制御端子付きの第３のスイッチ素子である第３のＭＯＳＦＥＴ６２と、第１のコイル１６の温度が所定値を超えたときに第３のＭＯＳＦＥＴ６２に制御信号を入力することで当該第３のＭＯＳＦＥＴ６２を導通させる第３の駆動回路６３とを備えている。ここで、第３のＭＯＳＦＥＴ６２のドレインＤは第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７の接続点に接続され、第３のＭＯＳＦＥＴ６２のソースＳは接地電位である他方の入力端子３７に接続されている。

第３の駆動回路６３は、一対の入力端子３６，３７間に供給される駆動電圧を分圧すると共に、この分圧した駆動電圧を制御信号として第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧとソースＳ間に供給する分圧回路６４と、第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧと接地電位との間に接続された第３のツェナーダイオード６５とを備えている。

分圧回路６４は、一対の入力端子３６，３７間において互いに直列接続された負特性サーミスタである感温抵抗素子６６、第７の抵抗素子６７及び第８の抵抗素子６８から構成され、第７の抵抗素子６７と第８の抵抗素子６８の接続点が第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧに接続されている。ここで、感温抵抗素子６６は、第１のコイル１６の発熱を検出するためのものであり、第１のコイル１６から所定距離だけ離間した位置に配置することで第１のコイル１６の温度を間接的に測定するようにしたものである。また、第３のツェナーダイオード６５は、第３のＭＯＳＦＥＴ６２の静電気放電破壊などを防止するための保護素子として機能するものであり、アノードが接地電位である他方の入力端子３７に接続され、カソードが第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧ（第７の抵抗素子６７と第８の抵抗素子６８の接続点）に接続されている。

図３は、駆動制御回路基板１２に構成される第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａの正常時の動作を概略的に説明するためのタイミングチャートである。いま、一対の入力端子３６，３７間に駆動電圧Ｖが供給開始されると（時刻ｔ０）、分圧回路４４を構成する第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７とにより分圧された駆動電圧が制御信号として第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される。この制御信号が時刻ｔ０から駆動電圧Ｖに達するまでの昇圧期間において第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値（ドレイン・ソース間を導通させるのに必要な電圧値）Ｖｔｈ１を超えると、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が導通することにより第１のコイル１６の両端に駆動電圧Ｖｃ１が供給され、これにより第１のコイル１６に通電される（時刻ｔ１）。

同じく、分圧回路５７を構成する第５の抵抗素子５９と第６の抵抗素子６０とにより分圧された駆動電圧が制御信号として第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲート・ソース間に供給される。この制御信号が時刻ｔ０から駆動電圧Ｖに達するまでの昇圧期間において第２のＭＯＳＦＥＴ５４の閾値（ドレイン・ソース間を導通させるのに必要な電圧値）Ｖｔｈ２を超えると、第２のＭＯＳＦＥＴ５４のドレイン・ソース間が導通することにより第２のコイル１７の両端に駆動電圧Ｖｃ２が供給され、これにより第２のコイル１７に通電される（時刻ｔ１）。

すなわち、この第１の実施形態においては、第１のコイル１６及び第２のコイル１７に、駆動電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２がそれぞれ同一時刻に供給されることで通電が開始され、第１のコイル１６及び第２のコイル１７により生成される電磁力により可動鉄心２６が上方に移動することで可動接触子２８が持ち上げられ、この可動接触子２８が固定接点２２，２３に当接することにより固定接点２２，２３が閉路されるように構成されている。

一方、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号の電位は、第１のコンデンサ４８、第３の抵抗素子４９、第４の抵抗素子５１などにより定まる時定数にしたがって第１のコンデンサ４８が充電されることで徐々に低下し、第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を割ると、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が不導通となって第１のコイル１６への駆動電圧Ｖｃ１の供給が停止される（時刻ｔ２）。

すなわち、第１のコイル１６には、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を超えている期間（時刻ｔ１−ｔ２間）だけ駆動電圧Ｖｃ１が供給されて通電され、これにより固定接点２２，２３が閉路される。そして、第１のコイル１６への駆動電圧Ｖｃ１の供給が停止されても、固定接点２２，２３が閉路された後はその状態を保持するのに大きな電磁力を必要としないので、一対の入力端子間３６，３７間の駆動電圧Ｖの供給が停止されるまで第２のコイル１７への通電のみで固定接点２２，２３の閉路された状態が保持される。

なお、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給が停止されると、第１のコンデンサ４８に充電された電荷は第２の抵抗素子４７、第２のダイオード５２及び第３の抵抗素子４９を介して放電されることになる。このため、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給を停止した後の短時間のうちに再び駆動電圧Ｖを供給した場合でも固定接点２２，２３を閉路することができる。

このように、この第１の実施形態では、接点保持用の第２のコイル１７は、接点起動用の第１のコイル１６に通電されるときに同時に通電されるようになっており、第１のコイル１６と第２のコイル１７とにより所定の電磁力が生成され、この電磁力により固定接点２２，２３が閉路される。このため、起動時の大きな電磁力を生成するのに必要とする電流が第１のコイル１６と第２のコイル１７とに分担されることで、第１のコイル１６に流れる電流が抑制され、通常動作時における第１のコイル１６の発熱を抑制することができるようになる結果、第１のコイル１６に電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイル１６の発熱を効果的に抑制することができる。

図４は、第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａの異常時の動作を概略的に説明するためのタイミングチャートである。すなわち、駆動電源の誤動作などによって入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給・遮断が短時間のうちに繰り返し行われると（時刻ｔ１０，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１７，ｔ１８，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２５，…）、接点起動用の第１のコイル１６に正常動作時には短時間しか供給されない駆動電圧Ｖｃ１が断続的に供給され、第１のコイル１６には起動時の大きな電流が断続的に流れることになり（時刻ｔ１１−ｔ１２間，ｔ１５−ｔ１６間，ｔ１９−ｔ２０間）、これにより第１のコイル１６が発熱することになる。

一方、第７の抵抗素子６７と第８の抵抗素子６８の接続点の電位は、正常動作時において第３のＭＯＳＦＥＴ６２の閾値（ドレイン・ソース間を導通させるのに必要な電圧値）Ｖｔｈ３を超えないように設定されているため、第１のコイル１６の温度が正常動作範囲内にある場合、第１のコイル１６に駆動電圧Ｖｃ１が供給されることになるが、第１のコイル１６が発熱すると感熱抵抗素子６６の抵抗値が低下することになって第７の抵抗素子６７と第８の抵抗素子６８の接続点の電位が次第に高くなり、第１のコイル１６の温度が所定値を超えるとその接続点の電位が第３のＭＯＳＦＥＴ６２の閾値Ｖｔｈ３を超えることになり（時刻ｔ２３−ｔ２４）、これにより第３のＭＯＳＦＥＴ６２のドレイン・ソース間が導通する。

このように、第３のＭＯＳＦＥＴ６２のドレイン・ソース間が導通すると、第１の通電回路４３の分圧回路４４を構成する第１の抵抗素子４６と第２の抵抗素子４７との接続点が接地されることになるため、この分圧回路４４による第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号の電位が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１に達しないことになり、入力端子３６，３７間に駆動電圧Ｖが供給されても第１のＭＯＳＦＥＴ４２は不導通のままとなって第１のコイル１６に駆動電圧Ｖｃ１が供給されないことになる。このため、第１のコイル１６に起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイル１６への通電が停止されて第１のコイル１６の発熱を効果的に抑制することができる。

図５は、駆動制御回路基板１２に構成される本発明の第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂの構成例を示す図である。この第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂは、第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａと基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａとの相違点を中心に説明する。この第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂは、第１の通電回路３８における第１の駆動回路４３の構成が第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａのものと相違するのみであり、その他の構成は第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａと同一である。

すなわち、この第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂは、第１の駆動回路４３が、一対の入力端子３６，３７間に供給される駆動電圧Ｖを分圧すると共に、この分圧した駆動電圧を制御信号として所定時間だけ第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧと接地電位であるソースＳ間に供給するワンショットパルス発生回路７１と、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧのラインと接地電位との間に接続された第４のツェナーダイオード７２とから構成されている。

ワンショットパルス発生回路７１は、一対の入力端子３６，３７間において互いに直列接続された第８の抵抗素子７３、第２のコンデンサ７４及び第９の抵抗素子７５から構成され、第２のコンデンサ７４と第９の抵抗素子７５の接続点が第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートＧに接続されている。また、第４のツェナーダイオード７２は、第１のＭＯＳＦＥＴ４２の静電気放電破壊などを防止するための保護素子として機能するものであり、アノードが接地電位である他方の入力端子３７に接続され、カソードが第８の抵抗素子７３と第２のコンデンサ７４の接続点に接続されたものである。

図６は、駆動制御回路基板１２に構成される第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂの正常時の動作を概略的に説明するためのタイミングチャートである。いま、一対の入力端子３６，３７間に駆動電圧Ｖが供給開始されると（時刻ｔ０）、第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５により分圧された駆動電圧が制御信号として第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給されると共に、第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０により分圧された駆動電圧が制御信号として第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲート・ソース間に供給される。

ここで、駆動電圧Ｖは、一対の入力端子３６，３７間への供給が開始された一定時間後に所定値Ｖに達するように所定の割合で電圧値が昇圧するように設定されたものであり、この昇圧期間において第２のＭＯＳＦＥＴ５４が先に導通し、第１のＭＯＳＦＥＴ４２が後で導通するように、第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５による駆動電圧の分圧比と、第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０による駆動電圧の分圧比とが設定されている。

このため、先に第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０による制御信号の電位が第２のＭＯＳＦＥＴ５４の閾値Ｖｔｈ２を超えることで、第２のＭＯＳＦＥＴ５４のドレイン・ソース間が導通して第２のコイル１７の両端に駆動電圧Ｖｃ２が供給され、これにより第２のコイル１７に通電される（時刻ｔ１）。その後、第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５による制御信号の電位が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を超えることで、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が導通して第１のコイル１６の両端に駆動電圧Ｖｃ１が供給され、これにより第１のコイル１６に通電される（時刻ｔ２）。

すなわち、この第２の実施形態においては、第２のコイル１７に駆動電圧Ｖｃ２が供給されることで通電が開始された後に、第１のコイル１６に駆動電圧Ｖｃ１が供給されることで通電が開始され、第１のコイル１６及び第２のコイル１７により生成される電磁力により可動鉄心２６が上方に移動されることで可動接触子２８が持ち上げられ、この可動接触子２８が固定接点２２，２３に当接することにより固定接点２２，２３が閉路されるように構成されている。

一方、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号の電位は、第８の抵抗素子７３、第２のコンデンサ７４及び第９の抵抗素子７５により定まる時定数にしたがって第２のコンデンサ７４が充電されることで徐々に低下し、第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を割ると、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が不導通となって第１のコイル１６への駆動電圧Ｖｃ１の供給が停止される（時刻ｔ３）。

すなわち、第１のコイル１６に、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号の電位が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を超えている期間（時刻ｔ２−ｔ３間）だけ駆動電圧Ｖｃ１が供給されて通電され、この期間に固定接点２２，２３が閉路される。その後、固定接点２２，２３が閉路された後はその状態を保持するのに大きな電磁力を必要としないので、一対の入力端子間３６，３７間の駆動電圧Ｖの供給が停止されるまで第２のコイル１７への通電のみで固定接点２２，２３の閉路された状態が保持される。

なお、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給が停止されると、第２のコンデンサ７４に充電された電荷は、第８の抵抗素子７３、第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０を介して放電されることになる。このため、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給を停止した後の短時間のうちに再び駆動電圧Ｖを供給した場合でも固定接点２２，２３を閉路することができる。

このように、この第２の実施形態では、第１のコイル１６への通電開始が第２のコイル１７よりも少し遅れるように設定され、第１のコイル１６と第２のコイル１７とに同時に通電開始されないようになっているため、第１のコイル１６に大きな電流が流れることで第２のコイル１７に逆方向の電流が流れるといった第１のコイル１６と第２のコイル１７の互いの干渉を効果的に回避することができる。

また、この第２の実施形態では、第１のコイル１６と第２のコイル１７とにより所定の電磁力が生成され、この電磁力により固定接点２２，２３が閉路される。このため、第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａと同様に、起動時の大きな電磁力を生成するのに必要とする電流が第１のコイル１６と第２のコイル１７とに分担されることで、第１のコイル１６に流れる電流が抑制され、通常動作時における第１のコイル１６の発熱を抑制することができるようになる結果、第１のコイル１６に電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイル１６の発熱を効果的に抑制することができる。また、この第２の実施形態における異常時の動作は、図４を参照して説明する第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａの場合と同様であるので、その説明を省略する。

図７は、駆動制御回路基板１２に構成される本発明の第３の実施形態に係る駆動制御回路３２ｃの構成例を示す図である。この第３の実施形態に係る駆動制御回路３２ｃは、第２の実施形態の駆動制御回路３２ｂと基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には第２の実施形態の駆動制御回路３２ｂとの相違点を中心に説明する。この第３の実施形態に係る駆動制御回路３２ｃは、第１のコイル１６に対する第２のコイル１７の接続構成が異なる点で相違するのみであり、その他の構成は第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂと同一である。

すなわち、この第３の実施形態に係る駆動制御回路３２ｃは、第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂにおける第１のコイル１６及び第２のコイル１７が第１のＭＯＳＦＥＴ４２及び第２のＭＯＳＦＥＴ５４の導通時に一対の入力端子３６，３７間において互いに並列に接続されるようになっているのに対し、第２のコイル１７の第２のＭＯＳＦＥＴ５４側とは反対側の端部が第１のコイル１６及び第１のＭＯＳＦＥＴ４２の接続点に接続されることで、第１のコイル１６及び第２のコイル１７が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の非導通時で第２のＭＯＳＦＥＴ５４の導通時に一対の入力端子３６，３７間において互いに直列に接続されるように構成されている。なお、第２のコイル１７の第２のＭＯＳＦＥＴ５４側とは反対側の端部が第１のコイル１６及び第１のＭＯＳＦＥＴ４２の接続点に接続される結果、サージ吸収素子５６は第１のコイル１６と第２のコイル１７の直列回路の両端に接続された回路構成となる。

図８は、駆動制御回路基板１２に構成される第３の実施形態に係る駆動制御回路３２ｃの正常時の動作を概略的に説明するためのタイミングチャートである。いま、一対の入力端子３６，３７間に駆動電圧Ｖが供給開始されると（時刻ｔ０）、第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５により分圧された駆動電圧が制御信号として第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給されると共に、第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０により分圧された駆動電圧が制御信号として第２のＭＯＳＦＥＴ５４のゲート・ソース間に供給される。

ここで、駆動電圧Ｖは、一対の入力端子３６，３７間への供給が開始された一定時間後に所定値Ｖに達するように所定の割合で電圧値が昇圧するように設定されたものであり、この昇圧期間において第１のＭＯＳＦＥＴ４２が先に導通し、第２のＭＯＳＦＥＴ５４が後で導通するように、第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５による駆動電圧Ｖの分圧比と、第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０による駆動電圧Ｖの分圧比とが設定されている。

このため、先に第１の通電回路４３における第８の抵抗素子７３及び第９の抵抗素子７５による制御信号の電位が第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を超えることで、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が導通して第１のコイル１６の両端に駆動電圧Ｖｃ１が供給され、これにより第１のコイル１６に通電される（時刻ｔ１）。

この第１のＭＯＳＦＥＴ４２のゲート・ソース間に供給される制御信号の電位は、第８の抵抗素子７３、第２のコンデンサ７４及び第９の抵抗素子７５により定まる時定数にしたがって第２のコンデンサ７４が充電されることで徐々に低下し、第１のＭＯＳＦＥＴ４２の閾値Ｖｔｈ１を割ると、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が不導通となって第１のコイル１６への駆動電圧Ｖｃ１の供給が停止される（時刻ｔ２）。

一方、第２の通電回路３９における第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０による制御信号の電位は第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が不導通となるまでに第２のＭＯＳＦＥＴ５４の閾値Ｖｔｈ２を超えるように設定されており、これにより第２のＭＯＳＦＥＴ５４が導通するようになっているが（時刻ｔ１´）、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が導通している間は第２のコイル１７には実質的に通電されないことになる。

ところが、第１のＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン・ソース間が不導通になると、この時点で第２のコイル１７には第１のコイル１６を介して第２のコイル１７の両端に駆動電圧Ｖｃ２が供給され、これにより第２のコイル１７に通電される（時刻ｔ２）。このとき、第１のコイル１６にも僅かに駆動電圧Ｖｃ１´が供給され、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給が停止されるまで第１のコイル１６及び第２のコイル１７に通電されることで固定接点２２，２３が閉路された状態が保持される。

すなわち、この第３の実施形態においては、第１のコイル１６により生成される電磁力だけで可動接触子２８が上方に移動され、この可動接触子２８が固定接点２２，２３に当接することにより固定接点２２，２３が閉路されると共に、固定接点２２，２３が閉路された後は、第１のコイル１６及び第２のコイル１７により生成される電磁力により固定接点２２，２３の閉路された状態が保持されることになる。このため、第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａ及び第２の実施形態に係る駆動制御回路３２ｂの場合に比べ、接点の起動時に第１のコイル１６に大きな電流を流す必要がある反面、接点の保持時には安定した保持状態を維持することができる。また、第２のコイル１７には、第１のコイル１６への起動時の大きな電流が流れ終わった後で通電されるようになっているので、第１のコイル１６と第２のコイル１７の互いの干渉を効果的に回避することができる。

なお、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給が停止されると、第２のコンデンサ７４に充電された電荷は、第８の抵抗素子７３、第５の抵抗素子５９及び第６の抵抗素子６０を介して放電されることになる。このため、一対の入力端子３６，３７間への駆動電圧Ｖの供給を停止した後の短時間のうちに再び駆動電圧Ｖを供給した場合でも固定接点２２，２３を閉路することができる。また、本実施形態における異常時の動作は、図４を参照して説明する第１の実施形態に係る駆動制御回路３２ａの場合と同様であるので、その説明を省略する。

本発明は、上記各実施形態に示すように構成されているので、電磁開閉装置１０における第１のコイル１６に起動時の大きな電流が断続的に流れるような事態が生じた場合でも、その第１のコイル１６の発熱を効果的に抑制することができる。なお、本発明は、上記の各実施形態のものに限定されるものではなく、以下に述べるような種々の変形態様を必要に応じて採用することができる。

（１）上記の各実施形態では、電磁開閉装置１０における継電器１１は、図１に示すように密封構造に構成され、ガスが封入されてものであるが、これに限定されるものではない。例えば、ガスが封入されていない非密封構造のものであってもよい。また、一組の固定接点２２，２３を有するものであるが、これに限るものではない。例えば、二組以上の固定接点２２，２３を有していてもよい。

（２）上記の各実施形態では、一方の入力端子３６に接続されるラインに回路保護用の第１のダイオード４１が接続されているが、これに限るものではない。例えば、この第１のダイオード４１を除去することもできる。

（３）図２に示す第１の実施形態及び図５に示す第２の実施形態では、第２のコイル１７の両端にサージ吸収素子５６を設けているが、これに限るものではない。例えば、このサージ吸収素子５６を除去することもできる。また、第１のコイル１６の両端に同様のサージ吸収素子を設けるようにしてもよい。

（４）図２に示す第１の実施形態では、第１の通電回路３８に第１のツェナーダイオード５０を備えると共に、第２の通電回路３９に第２のツェナーダイオード５８を備え、遮断回路４０に第３のツェナーダイオード６５を備えているが、これに限るものではない。例えば、これらのツェナーダイオード５０，５８，６５を除去することもできる。

（５）図５に示す第２の実施形態及び図７に示す第３の実施形態では、第１の通電回路３８に第１のツェナーダイオード５０を備えると共に、第２の通電回路３９に第４のツェナーダイオード７２を備え、遮断回路４０に第３のツェナーダイオード６５を備えているが、これに限るものではない。例えば、これらのツェナーダイオード５０，７２，６５を除去することもできる。

（６）図５に示す第２の実施形態では、第１のコイル１６への通電開始を第２のコイル１７よりも遅れるように設定しているが、これに限るものではない。例えば、第２のコイル１７への通電開始を第１のコイル１６よりも遅れるように設定してもよい。この場合でも、同様の作用効果を奏する。また、第１のコイル１６への通電開始と第２のコイル１７への通電開始とが一致するようにすることもできる。この場合でも、第１のコイル１６に流れる電流と第２のコイル１７に流れる電流とを適切に調整することにより、第１のコイル１６と第２のコイル１７の互いの干渉を回避することができる。

（７）図２に示す第１の実施形態では、図５に示す第２の実施形態と同様に第１のコイル１６及び第２のコイル１７を一対の入力端子３６，３７間において互いに並列に接続するようにしているが、これに限るものではない。例えば、図７に示す第３の実施形態のように、第１のコイル１６及び第２のコイル１７を一対の入力端子３６，３７間において互いに直列接続するようにしてもよい。

（８）上記の各実施形態では、各スイッチ素子４２，５４，６２として、ＭＯＳＦＥＴを用いているが、これに限るものではない。例えば、各スイッチ素子４２，５４，６２として、バイポーラトランジスタを用いることも可能である。

（９）上記の各実施形態では、遮断回路４０を構成する感温素子である感温抵抗素子６６は、第１のコイル１６から所定距離だけ離間した位置に配置することで第１のコイル１６の温度を間接的に測定するようにしたものであるが、これに限るものではない。例えば、第１のコイル１６の表面に当接して配置したり、第１のコイル１６の内部に埋設したりすることで第１のコイル１６に密着して配置し、第１のコイル１６の温度を直接的に測定するようにしてもよい。

（１０）上記の各実施形態では、遮断回路４０を構成する感温素子として、負特性サーミスタを用いているが、これに限るものではない。例えば、負特性サーミスタに代えて正特性サーミスタを用いることもできる。この場合、例えば図９に示すように、第１０の抵抗素子８０、正特性サーミスタ８１及び第１１の抵抗素子８２を直列接続すると共に、第１０の抵抗素子８０及び正特性サーミスタ８１の接続点を第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧに接続するようにすればよい。

また、負特性サーミスタや正特性サーミスタなどの感温抵抗素子に代えてダイオードやトランジスタなどの半導体素子を用いることもできる。この場合、例えば図１０に示すように、複数個（図では３個）のダイオード８３，８４，８５と第１２の抵抗素子８６とを直列接続すると共に、ダイオード８５及び第１２の抵抗素子８６の接続点を第３のＭＯＳＦＥＴ６２のゲートＧに接続するようにすればよい。この構成では、各ダイオード８３，８４，８５の両端に約１．８ｍＶ／℃の電圧が生成されることから、各ダイオード８３，８４，８５を感温素子として機能させることができる。

このように、負特性サーミスタや正特性サーミスタなどの感温抵抗素子に代えてダイオードやトランジスタなどの半導体素子を用いる場合であっても、第１のコイル１６から所定距離だけ離間した位置に配置することで第１のコイル１６の温度を間接的に測定したり、第１のコイル１６に密着して配置することで第１のコイル１６の温度を直接的に測定したりすることができる。

本発明の一実施形態に係る電磁開閉装置の構成を示す図で、（ａ）は内部構成を示す正面図、（ｂ）は内部構成を示す側面図である。 本発明の電磁開閉装置における第１の実施形態に係る駆動回路の構成例を示す図である。 図２に示す駆動回路の正常時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図２に示す駆動回路の異常時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の電磁開閉装置における第２の実施形態に係る駆動回路の構成例を示す図である。 図５に示す駆動回路の正常時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の電磁開閉装置における第３の実施形態に係る駆動回路の構成例を示す図である。 図７に示す駆動回路の正常時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 遮断回路の変形例を示す回路図である。 遮断回路の別の変形例を示す回路図である。

符号の説明

１０ 電磁開閉装置
１１ 継電器
１２ 駆動制御回路基板
１６ 第１のコイル
１７ 第２のコイル
２２，２３ 固定接点（接点）
３６，３７ 入力端子
３８ 第１の通電回路
３９ 第２の通電回路
４０ 遮断回路
４２ 第１のＭＯＳＦＥＴ（第１のスイッチ素子）
５４ 第２のＭＯＳＦＥＴ（第２のスイッチ素子）
６２ 第３のＭＯＳＦＥＴ（第３のスイッチ素子）
６５ ツェナーダイオード
６６ 負特性サーミスタ（感温素子）
８１ 正特性サーミスタ（感温素子）
８３，８４，８５ ダイオード（感温素子）

Claims (6)

1. 一対の入力端子間に供給される駆動電圧により励磁される励磁コイルによって接点が開閉駆動されるようにした電磁開閉装置であって、前記励磁コイルを構成する接点起動用の第１のコイルと、この第１のコイルと共に前記励磁コイルを構成する接点保持用の第２のコイルと、前記接点を閉路する起動時の所定時間だけ前記第１のコイルに通電する第１の通電回路と、前記接点を閉路した状態を保持するために前記第２のコイルに通電する第２の通電回路と、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第１の通電回路を遮断して前記第１のコイルへの通電を停止する遮断回路とを備えたことを特徴とする電磁開閉装置。
2. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記一対の入力端子間に互いに並列に接続されたものであり、前記第１の通電回路及び前記第２の通電回路は、互いの通電期間の少なくとも一部が重なるように前記第１のコイル及び前記第２のコイルにそれぞれ通電すると共に、前記第２の通電回路は、前記第１のコイルへの通電が停止された後も前記駆動電圧の供給が停止されるまで前記第２のコイルへの通電を維持するものであることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉装置。
3. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記一対の入力端子間に互いに直列に接続されたものであり、前記第１の通電回路は、前記接点を閉路する起動時の所定時間だけ前記第１のコイルのみに通電するものであり、前記第２の通電回路は、前記第１の通電回路による前記第１のコイルへの通電が停止されるときに前記接点を閉路した状態を保持するために前記第１のコイルを介して前記第２のコイルに通電するものであることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉装置。
4. 前記第１の通電回路は、前記第１のコイルと直列接続された制御端子付きの第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第１のスイッチ素子を導通させる第１の駆動回路とを備え、前記第２の通電回路は、前記第２のコイルと直列接続された制御端子付きの第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第２のスイッチ素子を導通させる第２の駆動回路とを備え、前記遮断回路は、前記第１の駆動回路における第１のスイッチ素子の制御端子への信号供給ラインと接地電位との間に接続された制御端子付きの第３のスイッチ素子と、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第３のスイッチ素子に所定レベルの制御信号を供給することで当該第３のスイッチ素子を導通させる第３の駆動回路とを備えたことを特徴とする請求項２又は３記載の電磁開閉装置。
5. 前記第３の駆動回路は、前記第１のコイルの温度を検知する感温抵抗素子と固定抵抗素子との直列接続回路から構成され、前記一対の入力端子間に供給される駆動電圧を分圧することで前記第３のスイッチ素子に供給する制御信号として出力するものであり、前記第１のコイルの温度が所定値を超えたときに前記第３のスイッチ素子を導通させる所定レベルの制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項４記載の電磁開閉装置。
6. 前記遮断回路は、アノードが接地電位に接続され、カソードが前記第３のスイッチ素子の制御端子に接続されたツェナーダイオードを備えたことを特徴とする請求項４又は５記載の電磁開閉装置。

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