JP2021170902A - 放電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的に直列に接続された電磁接触器及び放電用抵抗を有する放電部が、電気的に直列に複数接続された放電回路において、前記電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されない構成を、安価で且つ簡単な構成によって実現する。【解決手段】放電回路１は、放電用抵抗１３，１４，２３，２４と放電用抵抗１３，１４，２３，２４に電気的に直列に接続された直流電磁接触器１２，２２とを有し、且つ、電気的に直列に接続された複数の放電部１１，２１と、複数の放電部１１，２１における直流電磁接触器１２，２２に対して、それぞれ、電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサ１５，２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源の直流電圧を放電する放電回路に関する。

電源の直流電圧を放電する放電回路として、放電用抵抗と、前記放電用抵抗に流す電流を制御する電磁接触器とを有する構成が知られている。このような構成を有する放電回路として、例えば特許文献１には、放電用抵抗及び交流電磁接触器が電気的に直列に接続された回路が、直流電源部及び平滑用コンデンサに対して電気的に並列に接続されている直流出力回路のコンデンサ放電回路が開示されている。

前記特許文献１に開示されているコンデンサ放電回路では、前記直流電源部に電気的に接続された正極ラインにおいて、前記直流電源部と前記平滑コンデンサとの間にスイッチが設けられている。前記コンデンサ放電回路では、前記スイッチがオフ状態のときに、前記交流電磁接触器をオン状態にする一方、前記平滑用コンデンサの端子間電圧が前記交流電磁接触器の遮断可能電圧以下に低下したときに、前記交流電磁接触器をオフ状態にする。

これにより、遮断する直流電圧が高電圧の場合でも、高価で且つ大型である、耐電圧の高い直流電磁接触器を用いることなく、安価で小型な交流電磁接触器を使用してコンデンサ放電回路を形成することができる。

特開２０１２−１９１７１６号公報

ところで、放電する直流電圧が高電圧の場合には、前記特許文献１の構成以外にも、例えば、電磁接触器及び放電用抵抗が電気的に直列に接続された回路（以下では、放電部という）を、複数、電気的に直列に接続する構成が考えられる。これにより、高電圧の直流電圧を放電する際に、複数の放電部の各電磁接触器に印加される電圧を低下させることができる。そのため、放電回路で高電圧の直流電圧を放電する場合でも、耐電圧があまり高くない電磁接触器を用いることができる。

しかしながら、前記電磁接触器は、コイルに電流を流した際に生じる電磁力によってリレーを駆動させることにより接点の開閉を行う機器である。そのため、複数の電磁接触器に同じタイミングで信号を入力した場合でも、コイルによって生じる電磁力の大きさが各電磁接触器で異なる。よって、上述のように複数の放電部を電気的に直列に接続した場合、前記複数の放電部の電磁接触器をオン状態に切り替える際に、複数の電磁接触器でタイミングのずれが生じる。

上述のように、電気的に直列に接続された複数の放電部の電磁接触器において、オン状態のタイミングがずれると、前記複数の放電部の電磁接触器のうち一部の電磁接触器のみに電圧が印加される。そうすると、上述のように高電圧の直流電圧を放電する放電回路では、一部の電磁接触器に、該電磁接触器の耐電圧よりも高い直流電圧が印加される場合がある。そのため、前記一部の電磁接触器が損傷を受ける可能性がある。

本発明の目的は、電気的に直列に接続された電磁接触器及び放電用抵抗を有する放電部が、電気的に直列に複数接続された放電回路において、前記電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されない構成を、安価で且つ簡単な構成によって実現することにある。

本発明の一実施形態に係る放電回路は、直流電源の直流電圧を放電させる放電用抵抗を有する放電回路である。この放電回路は、前記放電用抵抗と前記放電用抵抗に電気的に直列に接続された電磁接触器とを有し、且つ、電気的に直列に接続された複数の放電部と、前記複数の放電部における前記電磁接触器に対して、それぞれ、電気的に並列に接続された複数のコンデンサと、を備える（第１の構成）。

この構成により、電気的に直列に接続された複数の放電部の各電磁接触器でオン状態のタイミングが異なる場合でも、前記各電磁接触器に対して電気的に並列に接続されたコンデンサによって、オン状態になるタイミングが遅い電磁接触器の直流電圧の上昇を遅らせることができる。すなわち、前記複数の放電部の電磁接触器のうち一部の電磁接触器におけるオン状態のタイミングが、他の電磁接触器のオン状態のタイミングよりも遅い場合には、前記一部の電磁接触器に対して電気的に並列に接続されたコンデンサによって、前記一部の電磁接触器における急激な電圧上昇を抑制できる。これにより、前記一部の電磁接触器に対して、耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されることを防止できる。

なお、前記コンデンサは、前記複数の電磁接触器のうちオン状態のタイミングが早い電磁接触器がオン状態になってから、前記複数の電磁接触器のうちオン状態のタイミングが遅い電磁接触器がオン状態になるまでに、該タイミングの遅い電磁接触器が耐電圧を超えないような電気容量に設定される。

以上の構成により、電気的に直列に接続された電磁接触器及び放電用抵抗を有する放電部が、電気的に直列に複数接続された放電回路において、前記電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されない構成を容易に実現できる。しかも、放電回路に耐電圧が高い電磁接触器を用いる必要がないため、放電回路を安価な構成によって実現できる。

前記第１の構成において、前記複数のコンデンサは、電気的に直列に接続され、且つ、前記複数の放電部に対して、それぞれ、電気的に並列に接続されている（第２の構成）。

これにより、放電回路のコンデンサを、電源側の平滑用コンデンサと兼用することができる。よって、放電回路専用のコンデンサを設ける必要がない。

前記第１の構成において、前記複数のコンデンサは、前記複数の放電部における前記電磁接触器に対して、それぞれ、電気的に並列に接続され、且つ、前記複数の放電部における前記抵抗に対して、それぞれ電気的に直列に接続されている（第３の構成）。

これにより、放電回路のコンデンサとして、電磁接触器を保護するための専用のコンデンサを用いることができる。よって、電源側の回路構成に影響を受けることなく、電源回路に対して放電回路を容易に設けることができる。しかも、放電回路のコンデンサを電源側の平滑用コンデンサと兼用する構成に比べて、安価なコンデンサを用いることができるため、放電回路を安価に構成することができる。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記電磁接触器は、直流電磁接触器である（第４の構成）。

耐電圧の高い直流電磁接触器は、高価で大型である。これに対し、放電回路を上述の各構成のように構成することで、耐電圧の高い直流電磁接触器を用いることなく、安価で小型な、耐電圧の低い直流電磁接触器を用いて放電回路を構成することができる。

前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記放電部は、前記放電用抵抗を複数、有する。前記複数の放電用抵抗は、電気的に直列に接続されている（第５の構成）。これにより、放電部によって直流電源の直流電圧をより効率良く放電することができる。

本発明の一実施形態に係る放電回路によれば、放電用抵抗と前記放電用抵抗に電気的に直列に接続された電磁接触器とを有し、且つ、電気的に直列に接続された複数の放電部と、前記複数の放電部における前記電磁接触器に対して、それぞれ電気的に並列に接続された複数のコンデンサとを備える。これにより、前記複数の放電部の電磁接触器でオン状態になるタイミングが異なる場合でも、オン状態になるタイミングが遅い電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されることを防止できる。よって、前記放電回路において、前記電磁接触器の耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されない構成を安価で且つ簡単な構成によって実現することができる。

図１は、実施形態１に係る放電回路の概略構成を示す回路図である。 図２は、放電回路の動作の様子を模式的に示す図である。 図３は、放電回路に放電回路用コンデンサを設けない場合において、前記放電回路における２つの直流電磁接触器のうち一方の直流電磁接触器がオン状態になったときの前記２つの直流電磁接触器の電圧の変化を示す図である。 図４は、放電回路に放電回路用コンデンサを設けた場合において、前記放電回路における２つの直流電磁接触器のうち一方の直流電磁接触器がオン状態になったときの前記２つの直流電磁接触器の電圧の変化を示す図である。 図５は、実施形態２に係る放電回路の概略構成を示す図１相当図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る放電回路１の概略構成を示す回路図である。放電回路１は、直流電源２の直流電圧を放電する。放電回路１は、例えば、直流電源２に対して出力側に設けられる。直流電源２は、例えば、バッテリーを模擬するバッテリーシミュレータ装置である。なお、直流電源２は、一般的な直流電源装置であってもよいし、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータを備えた電源装置であってもよい。

本実施形態の放電回路１は、直流電源２の出力側に設けられた平滑用コンデンサ３を放電させる。放電回路１は、負荷４に対して直流電力を供給する直流電源２、及び、直流電源２から出力される直流電力を平滑化する平滑用コンデンサ３に対して、電気的に並列に接続されている。

放電回路１は、電気的に直列に接続された一対の放電部１１，２１を有する。一対の放電部１１，２１は、同じ構成を有する。よって、以下では、放電部１１のみについて説明する。

放電部１１は、直流電磁接触器１２と、電気的に直列に接続された一対の放電用抵抗１３，１４とを有する。放電部１１において、直流電磁接触器１２及び一対の放電用抵抗１３，１４は、電気的に直列に接続されている。放電部１１は、一対の放電用抵抗１３，１４で直流電力を消費することにより、平滑用コンデンサ３に蓄電された直流電圧を放電する。

直流電磁接触器１２は、図示しない制御装置から入力される制御信号に応じて、オン状態またはオフ状態に切り替えられる。本実施形態の直流電磁接触器１２は、耐電圧があまり高くない安価な電磁接触器である。直流電磁接触器１２は、例えば、コイルに電流を流した際に生じる電磁力によって動作するリレーを有する。直流電磁接触器１２の構成は、一般的な電磁接触器の構成と同様であるため、詳しい説明を省略する。

放電用抵抗１３，１４は、直流電圧を放電させるための抵抗器である。本実施形態では、放電回路１は、電気的に直列に接続された一対の放電用抵抗１３，１４を有する。

放電部２１は、直流電磁接触器２２と、電気的に直列に接続された一対の放電用抵抗２３，２４とを有する。

上述の構成を有する放電回路１において、図示しない制御装置から直流電磁接触器１２，２２に対して制御信号が入力されると、直流電磁接触器１２，２２はそれぞれオン状態になる。そうすると、放電回路１における放電用抵抗１３，１４，２３，２４にそれぞれ直流電流が流れる。

ところで、既述のとおり、直流電磁接触器１２，２２は、それぞれ、コイルに電流を流した際に生じる電磁力によって動作するリレーを有する。そのため、直流電磁接触器１２，２２で電気的特性が異なる。したがって、直流電磁接触器１２，２２に対して同じタイミングで制御信号を入力しても、各直流電磁接触器のリレーが動作するタイミングがずれる。そうすると、直流電磁接触器１２，２２がオン状態になるタイミングがずれて、後からオン状態になる直流電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加される可能性がある。なお、高電圧は、例えば、７５０Ｖ以上である。

本実施形態では、上述のように直流電磁接触器１２，２２のオン状態のタイミングがずれた場合でも、後からオン状態になる直流電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されないように、放電回路１は、放電部１１，２１に対してそれぞれ設けられた放電回路用コンデンサ１５，２５を有する。放電回路用コンデンサ１５，２５は、直流電磁接触器１２，２２に対して電気的に並列に接続されている。

このように、放電回路１が直流電磁接触器１２，２２に対して電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサ１５，２５を有することにより、直流電磁接触器１２，２２のうち後からオン状態になる直流電磁接触器に対して電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサに、直流電流を流して直流電圧を印加することができる。これにより、前記後からオン状態になる直流電磁接触器が、耐電圧を超えるような高い直流電圧によって損傷を受けるのを防止できる。

具体的には、図２に示すように、例えば直流電磁接触器１２が早くオン状態になった場合、直流電磁接触器１２に電流が流れるとともに、オフ状態である直流電磁接触器２２に対して電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサ２５に直流電流が流れる（図２の実線矢印参照）。その後、直流電磁接触器２２がオン状態になると、直流電磁接触器２２に直流電流が流れる。

なお、放電回路用コンデンサ１５，２５は、直流電磁接触器１２，２２のうちオン状態になるタイミングが早い電磁接触器がオン状態になってから、直流電磁接触器１２，２２のうちオン状態になるタイミングが遅い直流電磁接触器がオン状態になるまでに、該タイミングの遅い直流電磁接触器が耐電圧を超えないような電気容量に設定される。

図３は、放電回路１に放電回路用コンデンサを設けない場合において、放電回路１における２つの直流電磁接触器１２，２２のうち一方の直流電磁接触器がオン状態になったときの２つの直流電磁接触器１２，２２の電圧の変化を示す図である。上述の例では、例えば、図３（ａ）が直流電磁接触器２２の電圧の変化を示す図であり、図３（ｂ）が直流電磁接触器１２の電圧の変化を示す図である。図３（ｂ）に示すように直流電磁接触器１２が直流電磁接触器２２よりも先にオン状態になると、図３（ａ）に示すように直流電磁接触器２２の電圧が急激に上昇する。

図４は、放電回路１に放電回路用コンデンサ１５，２５を設けた場合において、放電回路１における２つの直流電磁接触器１２，２２のうち一方の直流電磁接触器がオン状態になったときの２つの直流電磁接触器１２，２２の電圧の変化を示す図である。上述の例では、例えば、図４（ａ）が直流電磁接触器２２の電圧の変化を示す図であり、図４（ｂ）が直流電磁接触器１２の電圧の変化を示す図である。図４（ｂ）に示すように直流電磁接触器１２が直流電磁接触器２２よりも先にオン状態になっても、図４（ａ）に示すように放電回路用コンデンサ２５に直流電流が流れるため、直流電磁接触器２２の電圧は緩やかに上昇する。

以上より、本実施形態の放電回路１は、直流電源２の直流電圧を放電させる放電用抵抗１３，１４，２３，２４を有する放電回路１である。この放電回路１は、放電用抵抗１３，１４，２３，２４と放電用抵抗１３，１４，２３，２４に電気的に直列に接続された直流電磁接触器１２，２２とを有し且つ電気的に直列に接続された複数の放電部１１，２１と、複数の放電部１１，２１における直流電磁接触器１２，２２に対して、それぞれ、電気的に並列に接続された複数の放電回路用コンデンサ１５，２５と、を備える。

この構成により、電気的に直列に接続された複数の放電部１１，２１の各直流電磁接触器１２，２２におけるオン状態のタイミングが異なる場合でも、各直流電磁接触器１２，２２に対して電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサ１５，２５によって、オン状態になるタイミングが遅い直流電磁接触器の直流電圧の上昇を遅らせることができる。すなわち、複数の放電部１１，２１の直流電磁接触器のうち一方の直流電磁接触器におけるオン状態のタイミングが、他方の直流電磁接触器のオン状態のタイミングよりも遅い場合には、前記一方の直流電磁接触器に対して電気的に並列に接続された放電回路用コンデンサによって、前記一方の直流電磁接触器における急激な電圧上昇を抑制できる。これにより、前記一方の直流電磁接触器に対して、該直流電磁接触器の耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されることを防止できる。

以上の構成により、電気的に直列に接続された直流電磁接触器１２，２２及び放電用抵抗１３，１４，２３，２４を有する放電部１１，２１が、電気的に直列に複数接続された放電回路１において、直流電磁接触器１２，２２の耐電圧を超えない構成を容易に実現できる。しかも、耐電圧が高い直流電磁接触器を用いる必要がないため、安価な構成によって実現できる。

また、放電回路用コンデンサ１５，２５は、複数の放電部１１，２１における直流電磁接触器１２，２２に対して、それぞれ、電気的に並列に接続され、且つ、複数の放電部１１，２１における放電用抵抗１３，１４，２３，２４に対して、それぞれ電気的に直列に接続されている。

これにより、放電回路１のコンデンサとして、直流電磁接触器１２，２２を保護するための専用の放電回路用コンデンサ１５，２５を用いることができる。よって、直流電源２側の回路構成に影響を受けることなく、放電回路１を容易に設けることができる。しかも、放電回路用コンデンサ１５，２５を電源側の平滑用コンデンサと兼用する構成に比べて、安価なコンデンサを用いることができるため、放電回路１を安価に構成することができる。

［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る放電回路１０１の概略構成を示す回路図である。この実施形態２の放電回路１０１は、一対の放電部に設けられたコンデンサが電気的に直列に接続されていて、それらのコンデンサが平滑用コンデンサとしても機能している点で、実施形態１の放電回路１とは異なる。以下では、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、放電回路１０１は、電気的に直列に接続された一対の放電部１１１，１２１を有する。放電回路１０１は、直流電源２の出力側に設けられている。

放電部１１１は、直流電磁接触器１２と、電気的に直列に接続された一対の放電用抵抗１３，１４とを有する。直流電磁接触器１２及び一対の放電用抵抗１３，１４は、電気的に直列に接続されている。放電回路１０１は、放電部１１１に対して電気的に並列に接続されたコンデンサ１１５を有する。

放電部１２１は、直流電磁接触器２２と、電気的に直列に接続された一対の放電用抵抗２３，２４とを有する。直流電磁接触器２２及び一対の放電用抵抗２３，２４は、電気的に直列に接続されている。放電回路１０１は、放電部１２１に対して電気的に並列に接続されたコンデンサ１２５を有する。

コンデンサ１１５，１２５は、実施形態１の放電回路用コンデンサ１５，２５と同様、直流電磁接触器１２，２２においてオン状態になるタイミングにずれが生じている際に、後からオン状態になる直流電磁接触器に耐電圧を超えるような高い直流電圧が印加されることを抑制する。

コンデンサ１１５，１２５は、電気的に直列に接続されている。電気的に直列に接続されたコンデンサ１１５，１２５は、直流電源２に対して電気的に並列に接続されている。これにより、コンデンサ１１５，１２５は、直流電源２の平滑用コンデンサとしても機能する。

このように、本実施形態では、コンデンサ１１５，１２５は、電気的に直列に接続され、且つ、放電部１１１，１２１に対して、それぞれ、電気的に並列に接続されている。

これにより、放電回路１０１のコンデンサ１１５，１２５を、直流電源２側の平滑用コンデンサと兼用することができる。よって、放電回路１０１に専用のコンデンサを設ける必要がない。したがって、電源回路に放電回路１０１をよりコンパクトに設けることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態１では、放電回路１は、電気的に直列に接続された一対の放電部１１，２１を有する。同様に、前記実施形態２では、放電回路１０１は，電気的に直列に接続された一対の放電部１１１，１２１を有する。しかしながら、放電回路は、電気的に直列に接続された３つ以上の放電部を有していてもよい。

前記各実施形態では、放電部１１，１１１は、それぞれ、一対の放電用抵抗１３，１４を有し、放電部２１，１２１は、一対の放電用抵抗２３，２４を有する。しかしながら、放電部は、１つの放電用抵抗を有していてもよいし、３つ以上の放電用抵抗を有していてもよい。

前記実施形態１では、放電回路１は、放電部１１，２１に対してそれぞれ設けられた放電回路用コンデンサ１５，２５を有する。前記実施形態２では、放電回路１０１は、電気的に直列に接続され、且つ、放電部１１１，１２１に対して、それぞれ、電気的に並列に接続されたコンデンサ１１５，１２５を有する。しかしながら、放電回路は、各放電部に対して複数のコンデンサを有していてもよい。

本発明は、直流電源の直流電圧を放電可能な放電回路に利用可能である。

１、１０１ 放電回路
２ 直流電源
３ 平滑用コンデンサ
４ 負荷
１１、１１１ 放電部
１２、２２ 直流電磁接触器
１３、１４、２３、２４ 放電用抵抗
１４ 放電用抵抗
１５、２５ 放電回路用コンデンサ
２１、１２１ 放電部
１１５、１２５ コンデンサ

Claims (5)

1. 直流電源の直流電圧を放電させる放電用抵抗を有する放電回路であって、
   前記放電用抵抗と前記放電用抵抗に電気的に直列に接続された電磁接触器とを有し、且つ、電気的に直列に接続された複数の放電部と、
   前記複数の放電部における前記電磁接触器に対して、それぞれ、電気的に並列に接続された複数のコンデンサと、
   を備える、放電回路。
2. 請求項１に記載の放電回路において、
   前記複数のコンデンサは、電気的に直列に接続され、且つ、前記複数の放電部に対して、それぞれ、電気的に並列に接続されている、放電回路。
3. 請求項１に記載の放電回路において、
   前記複数のコンデンサは、前記複数の放電部における前記電磁接触器に対して、それぞれ、電気的に並列に接続され、且つ、前記複数の放電部における前記放電用抵抗に対して、それぞれ電気的に直列に接続されている、放電回路。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の放電回路において、
   前記電磁接触器は、直流電磁接触器である、放電回路。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の放電回路において、
   前記放電部は、前記放電用抵抗を複数、有し、
   前記複数の放電用抵抗は、電気的に直列に接続されている、放電回路。

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