JP3948093B2 - ハイブリッドリレー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば照明負荷への電流の供給及び遮断を行う機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドリレーの従来例としては、一般的に図６に示すものがある。図６において、Ｈはハイブリッドリレー、Ｆはリレー操作用の電源である。また電源ＦとリレーＨとの間にスイッチＧが接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、Ｉは負荷用の交流電源であり、交流電源ＩとリレーＨとの間に負荷Ｊが接続され負荷回路を構成している。交流電源Ｉと負荷Ｊとの間には、負荷電流通電用のトライアックＣと機械的接点対Ｅとが並列回路を成して接続されており、この機械的接点対Ｅは操作回路内の電磁石コイルＤが励磁されることにより駆動される。また、トライアックＣのゲート電流の通電経路にはフォトトライアックＢが接続されており、このフォトトライアックＢを駆動するための発光ダイオードＡが操作回路内に配置されている。
【０００３】
次に、上記のハイブリッドリレーの動作を説明する。まず、スイッチＧが投入されることにより電源Ｆより電流が供給され電磁石コイルＤが励磁されるとともに発光ダイオードＡが発光する。発光ダイオードＡから発せられる光をフォトトライアックＢが受光してフォトトライアックＢが導通状態となる。このため、交流電源ＩよりフォトトライアックＢを通ってトライアックＣのゲート電流が流れる。これにより、トライアックＣが導通し負荷への通電が開始される。一方、励磁されていた電磁石コイルＤにより電磁石の可動部が移動して機械的接点対Ｅが投入されるがその機械的動作は、電気的動作であるトライアックＣの導通よりも遅れて導通する。この種のハイブリッドリレーでは、投入時にはまずトライアックＣが導通した後に機械的接点対Ｅが導通するので機械的接点対Ｅにおけるアークの発生が防止されるようになっている。このため、機械的接点対Ｅの接触直前のアーク発生にともなう接点溶着が防止されるとともに接点消耗が減少するのでリレーの寿命を長くすることができる。また、トライアックＣが導通してからすぐに機械的接点対Ｅに通電が切り換えられるからトライアックＣの発熱は抑えられ熱容量の小さい小型のものとすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、照明器具の分野においてインバータ制御による照明器具が普及してきている。このインバータ制御による照明器具には、交流電圧を直流に変換するために用いられる大容量の平滑コンデンサを搭載しているものがある。このような照明器具を点灯する時には平滑コンデンサに大きな突入電流が流れることになる。また、１つのリレーで数台の照明器具を同時に点灯制御する場合には、リレー投入時に莫大な突入電流がリレー内に流れる。ところで、前記した従来例のハイブリッドリレーにおいては、スイッチＧを投入すればトライアックＣが導通した後に機械的接点対Ｅが導通する。次に、機械的接点対Ｅが一度投入すればトライアックＣの端子間に電圧が現れなくなりトライアックＣはオフ状態となるが、接点Ｅは機械的であるために接点がバウンスする可能性がある。接点バウンスが発生すれば、既にトライアックＣはオフ状態となっているから機械的接点対Ｅ間に現れる電圧でトライアックＣが再トリガするまでの間、機械的接点対Ｅはアークをともなって導通することとなる。したがって、前記したインバータ制御の照明器具のように突入電流が大きい場合は機械的接点対Ｅが溶着する可能性があり、また機械的接点対Ｅの消耗量が多くなってリレーの寿命が短くなる。このような状態を防止するためには、突入電流が十分に減衰してから機械的接点対Ｅを投入する必要があるが、従来例での構成ではトライアックＣがオンとなって突入電流が流れ始めてから機械的接点対Ｅが投入するでの動作時間差は、すなわち電磁石コイルＤを含む電磁石の動作時間程度となるので十分に確保できないという問題がある。
【０００５】
また、前記した従来例のハイブリッドリレーにおいては、初めに導通するトライアックＣに莫大な突入電流が流れることになり、トライアックが瞬間的に発熱して故障し開閉制御が不能となったり焼損するという問題が生ずる。また、このような莫大な突入電流に耐えうる熱的に強いトライアックは熱容量が大きな大型なものとなるので、リレー装置全体が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、機械的接点対の溶着と消耗を防止するとともに、半導体スイッチ素子が突入電流により瞬間的に熱破壊することを防止できるハイブリッドリレーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱により変位するバイメタルと、前記バイメタルにより前記機械的接点対を投入させ保持動作する可動片を有する前記機械的接点対を含む接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御される。
【０００８】
請求項２記載の発明では、機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱を可動片に伝える熱伝導体と、前記機械的接点対を投入させ保持動作するバイメタル機能を具備する可動片を有する接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御される。
【０００９】
請求項３記載の発明では、半導体スイッチ素子に電流制限素子を直列接続する。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記電流制限素子がＮＴＣ型サーミスタにより構成されている。
【００１１】
請求項５記載の発明では、リレー投入時には、前記開閉手段よりも早く接点を閉じる接点対をハイブリッドリレーに直列に挿入する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１及び図４に基づいて説明する。図１はハイブリッドリレーの回路図、図４はハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【００１３】
図１において、１はハイブリッドリレー、２はリレー操作用の電源である。また電源２とリレー１との間にスイッチ３が接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、４は負荷用の交流電源であり、交流電源４とリレー１との間に負荷５が接続され負荷回路を構成している。負荷回路である交流電源４と負荷５との間には、負荷電流通電用のトライアック６と機械的接点対７とが並列回路を成して接続されており、この機械的接点対７は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されることにより投入が可能な状態となり、励磁が停止すれば強制的に開放される構成となっている。
【００１４】
また、トライアック６のゲート電流の通電経路にはフォトトライアック９が接続されており、このフォトトライアック９を駆動するための発光ダイオード１０が接続されている。１１はバイメタルでトライアック６の発熱により変位し機械的接点対７を投入させるものである。
【００１５】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。まず、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より発光ダイオード１０に電流が供給され発光ダイオード１０が発光する。発光ダイオード１０から発せられる光をフォトトライアック９が受光してフォトトライアック９がオフ状態からオン状態となる。
【００１６】
このため、交流電源４よりフォトトライアック９を通ってトライアック６のゲート電流が流れることになり、トライアック６がオン状態となる。以上によって交流電源４から負荷５に電流を供給することができる。
【００１７】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００１８】
次に、スイッチ３が開かれると発光ダイオード１０の発光が停止して、フォトトライアック９がオフ状態となり、更に電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移行するが、このとき機械的接点対７を開放させて負荷５への電流を停止する。
【００１９】
次に、具体的な構成を示した図４を用いて更に詳しく動作を説明する。尚、図４においては、図１に示したものと同一の部材には同じ符号を付してある。図４の（ａ）において、固定台１２には、トライアック６と、機械的接点対７の一方が取り付けてある可動片１３と、機械的接点対７の他方が取り付けてある固定片１４と、バイメタル１１とがそれぞれ固定してある。トライアック６とバイメタル１１は互いに接触して固定された面を有する。更に、固定台１２には、固定鉄芯１５と、電磁石コイル８と、可動鉄芯１６と、可動鉄芯１６と固定台１２とを互いに引っ張るばね１７と、可動部１８とが直接または間接的に取り付けてあり、これらで電磁石を構成している。
【００２０】
また、引っ張りばね１９が、可動片１３の一点Ｐ１と固定台１２の一点Ｐ２とに固定され、前記両点Ｐ１，Ｐ２に引っ張り応力を加えている。上記可動片１３と固定台１２とばね１９とで反転機構を構成している。
【００２１】
次に、上記の構造を含めてハイブリッドリレー１の動作を説明する。図１に示すスイッチ３が開かれた初期の状態が、図４（ａ）の状態であり、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られ可動鉄芯１６が開いた状態となっている。そして可動片１３は点Ｐ１でばね１９により引っ張られてバイメタル１１側に倒れ、機械的接点対７が開いた状態となっている。次に、図１におけるスイッチ３が閉じられると前述したようにトライアック６が導通し負荷５への通電が開始される。そして、電磁石コイル８は励磁され可動鉄芯１６が固定鉄芯１５に吸着されて図４（ｂ）の状態となる。このとき、トライアック６は負荷５への電流が通電されることにより発熱し始めるが、熱はまだバイメタル１１に伝わっておらずバイメタル１１と可動片１３は初期の状態を保っており機械的接点対７は開いたままとなっている。そして、トライアック６の発熱がバイメタル１１に伝わり始めるとバイメタル１１が初期の状態から可動片１３を押して変位し図４（ｃ）の状態となる。更にトライアック６の発熱がバイメタル１１に伝えられバイメタル１１が更に変位していくと可動片１３は反転動作して固定片１４側に倒れ、図４（ｄ）の状態となり機械的接点対７が閉じて機械的接点対７を介して負荷５へ電流が流れる。
【００２２】
これと同時に、トライアック６へは負荷５の電流が流れなくなり発熱も停止するため、ただちにバイメタル１１は初期の状態へと復帰し始めている。そして図１のスイッチ３が開かれると電磁石コイル８への励磁が停止するので、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られて移動し可動部１８が可動片１３を押して機械的接点対７を開くので、図４（ａ）の状態となる。このとき、図１のスイッチ３が開かれておりトライアック６はオンできない状態となっているので負荷５への通電が停止する。
【００２３】
以上のようにトライアック６がオン状態となってから機械的接点対７への通電に切り替えるタイミングはバイメタル１１の熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、トライアック６とバイメタル１１の接触面積を替えて両者間の熱抵抗の調整すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００２４】
また、上記のハイブリッドリレー１は、通常は機械的接点対７は投入せずにトライアック６のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大しトライアック６の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点対７に通電を切り換えることができるから、トライアック６を過電流から保護することができる。
【００２５】
次に、第２の実施の形態を図１及び図５に基づいて説明する。図１はハイブリッドリレーの回路図、図５はハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。尚、図５においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００２６】
本実施の形態は、可動片２０をバイメタルで形成し、この可動片２０に機械的接点対７の一方が取り付けてある。可動片２０は固定台１２に固定してある。そして可動片２０とトライアック６とは、弾性を有する熱伝導体２１で接続してある。また可動片２０の一点Ｐ１と固定台１２の一点Ｐ２とに引っ張りばね１９が固定してあり、これらで反転機構を構成している。すなわち、第１の実施の形態の図４におけるバイメタル１１と可動片１３とを１つの部材にして、弾性をもつ熱伝導体を追加した構成としたものである。その他の部材については、第１の実施の形態と同一であるので説明は省略する。
【００２７】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。図１に示すスイッチ３が開かれた初期の状態が、図５（ａ）の状態であり、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られ可動鉄芯１６が開いた状態となっている。そして可動片２０は点Ｐ１でばね１９により引っ張られて固定片１４の反対側に倒れ、機械的接点対７が開いた状態となっている。
【００２８】
次に、図１におけるスイッチ３が閉じられると前述したようにトライアック６が導通し負荷５への通電が開始される。そして、電磁石コイル８は励磁され可動鉄芯１６が固定鉄芯１５に吸着されて図５（ｂ）の状態となる。このとき、トライアック６は負荷５への電流が通電されることにより発熱し始めるが、熱はまだバイメタルで構成された可動片２０に伝わっておらず、可動片２０は初期の状態を保っており、機械的接点対７は開いたままとなっている。
【００２９】
そして、トライアック６の発熱が弾性を有する熱伝導体２１を介して可動片２０に伝わり始めるとバイメタルで構成された可動片２０が初期の状態から変位し、図５（ｃ）の状態となる。
【００３０】
更にトライアック６の発熱が可動片２０に伝えられ、更に可動片２０が変位していくと、可動片２０は反転動作して固定片１４側に倒れ、図５（ｄ）の状態となり機械的接点対７が閉じて、機械的接点対７を介して負荷５へ電流が流れる。
【００３１】
これと同時に、トライアック６へは負荷５の電流が流れなくなり発熱も停止するため、バイメタルである可動片２０はただちに初期の状態へと復帰し始めている。そして図１のスイッチ３が開かれると電磁石コイル８への励磁が停止するので、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られて移動し可動部１８が可動片２０を押して機械的接点対７を開くので、図５（ａ）の状態となる。このとき、図１のスイッチ３が開かれておりトライアック６はオンできない状態となっているので負荷５への通電が停止する。
【００３２】
以上のようにトライアック６がオン状態となってから機械的接点対７への通電に切り替えるタイミングは可動片２０であるバイメタルの熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、熱伝導体２１の熱伝導特性、熱容量を調節するか、トライアック６及び可動片２０と熱伝導体２１との熱抵抗を調節すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００３３】
また、上記のハイブリッドリレー１は、通常は機械的接点対７は投入せずにトライアック６のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大しトライアック６の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点対７に通電を切り換えることができるから、トライアック６を過電流から保護することができる。
【００３４】
次に、第３の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２はハイブリッドリレーの回路図である。尚、図２においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００３５】
図２においては、トライアック６に直列に電流制限素子２４が接続してある。そしてトライアック６と電流制限素子２４との直列回路に機械的接点対７が並列接続された構成となっている。すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態に電流制限素子２４をトライアック６に直列に追加して接続したものである。
【００３６】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。図２において、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より発光ダイオード１０に電流が供給され発光ダイオード１０が発光する。発光ダイオード１０から発せられる光をフォトトライアック９が受光してフォトトライアック９がオフ状態からオン状態となる。
【００３７】
このため、交流電源４よりフォトトライアック９を通ってトライアック６のゲート電流が流れることになり、トライアック６がオン状態となる。したがって、通電開始時に負荷５への突入電流は電流制限素子２４によって低減される。
【００３８】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００３９】
次に、スイッチ３が開かれると発光ダイオード１０の発光が停止して、フォトトライアック９がオフ状態となり、更に電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移行するが、このとき機械的接点対７を開放させて負荷５への電流を停止する。
【００４０】
以上のように、負荷５に通電を開始するときの突入電流が大きい場合には、電流制限素子２４によって突入電流が低減されトライアック６を瞬間的な熱破壊から保護することができる。また第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にトライアック６の通電から機械的接点対７への通電を切り換えるタイミングは制御できるから、突入電流を十分に減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００４１】
また、突入電流が大きいため大幅に突入電流を低減させなければならないときにおいて、電流制限素子２４を例えば抵抗器で構成すると大きな抵抗値を選択する必要がある。このとき、突入電流は減衰し定常の電流が流れているにも係わらず抵抗値が大きいために電流制限素子２４としての抵抗器とトライアック６の電圧降下を合わせた電圧、すなわち機械的接点対７の両端電圧が、アークが発生する電圧以下にならない場合が生じる。この場合にトライアック６から機械的接点対７へと通電を切り換えるとアークが発生し機械的接点対７の寿命が短くなる。
【００４２】
そこで、電流制限素子２４をＮＴＣサーミスタとすれば、突入電流を低減させてトライアック６を保護すると同時に、通電にともなってＮＴＣサーミスタの抵抗は低下するので定常電流が大きい場合でも機械的接点対７の両端電圧をアーク電圧以下とすることをでき、アークの発生を防止することができる。更に、前記バイメタル１１へ付加する熱を電流制限素子２４から発生する熱を利用してもよい。
【００４３】
次に、第４の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３はハイブリッドリレーの回路図である。尚、図３においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００４４】
図３において、１はハイブリッドリレー、２はリレー操作用の電源である。また電源２とリレー１との間にスイッチ３が接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、４は負荷用の交流電源であり、交流電源４とリレー１との間に負荷５が接続され負荷回路を構成している。負荷回路である交流電源４と負荷５との間には、負荷電流通電用のトライアック６と機械的接点対７とが並列回路を成して接続されており、更に直列に絶縁用機械的接点対２２が接続されている。また、トライアック６のゲート電流の通電経路にはトリガ用機械的接点対２３が接続されている。これらの絶縁用機械的接点対２２及びトリガ用機械的接点対２３は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されて投入し、励磁が停止すれば開放する。これらは、例えば接点ギャップをそれぞれ異ならせることによって、絶縁用機械的接点対２２が先に投入し、その後にトリガ用機械的接点対２３が投入するようになっている。更に、機械的接点対７は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されることにより投入が可能な状態となり、励磁が停止すれば強制的に開放される構成となっている。
【００４５】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。まず、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より電磁石コイル８が励磁され、接点ギャップの小さい絶縁用機械的接点対２２が投入する。このとき、トリガ用機械的接点対２３は開いたままで、トライアック６にはゲート電流が供給されないのでトライアック６はオフ状態である。また機械的接点対７もバイメタル１１が変位すれば投入可能な状態であって開いており負荷５への電流は流れないので絶縁用機械的接点対２２にはアークが発生しない状態で投入が完了する。
【００４６】
次に、絶縁用機械的接点対２２より遅れてトリガ用機械的接点対２３が投入しトライアック６へのゲート電流が交流電源４より供給されるのでトライアック６はオン状態となる。以上によって交流電源４から負荷５に電流を供給することができる。
【００４７】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００４８】
次に、スイッチ３が開かれると、電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移動し、機械的接点対７を強制的に開放させ、また、トリガ用機械的接点対２３が開放するのでトライアック６がオフ状態となり絶縁用機械的接点対２２も開放するので、負荷５への電流が停止する。
【００４９】
以上のようにトリガ用機械的接点対２３よりも早く投入する絶縁用機械的接点対２２を設けたので、投入時に絶縁用機械的接点対２２にはアークを発生させず、リレーがオフ状態のときにはトライアック６の漏れ電流をなくして絶縁が図れるので感電防止ができ安全性が向上する。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、半導体スイッチ素子がオン状態となってから機械的接点対への通電に切り替えるタイミングをバイメタルの熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、半導体スイッチ素子とバイメタルの接触面積を替えて両者間の熱抵抗の調整すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００５１】
また、このハイブリッドリレーは、通常は機械的接点は投入せずに半導体スイッチ素子のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大し半導体スイッチ素子の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点に通電を切り換えることができるから、半導体スイッチ素子を過電流から保護することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果に加えて、接点機構の可動片をバイメタルで構成することにより、高価な可動片を用意しなくてもよいので、低コスト化が図れる。またバイメタルと可動片を機構的に連結しなくてもよくう、半導体スイッチ素子と可動片とを弾性を有する熱伝導体で接続しておくだけでよいので機構の構成が容易で小型化が図れるという効果を奏する。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、負荷に通電を開始するときの突入電流が大きい場合は、電流制限素子によって突入電流が低減されるので、半導体スイッチ素子を瞬間的な熱破壊から保護することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、突入電流が大きいために大幅に突入電流を低減させなければならないときにおいて、電流制限素子をＮＴＣサーミスタで構成したので、突入電流を低減させて半導体スイッチ素子を保護すると同時に、通電にともなってＮＴＣサーミスタの抵抗は低下するので定常電流が大きい場合でも機械的接点対の両端電圧をアーク電圧以下とすることができ、機械的接点対へのアークの発生を防止して接点溶着や消耗を防止することができるという効果を奏する。
【００５５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１又は２又は３又は４記載の発明の効果に加えて、半導体スイッチ素子を駆動する開閉手段よりも早く投入する絶縁用機械的接点対を設けたので、投入時にアークを発生させず、リレーがオフ状態のときには半導体スイッチ素子の漏れ電流をなくして絶縁が図れるので感電防止ができ安全性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【図６】従来例のハイブリッドリレーの回路図である。
【符号の説明】
１ ハイブリッドリレー
６ 半導体スイッチ素子
７ 機械的接点対
８ 電磁石（コイル）
９ 開閉手段
１０ 開閉手段
１１ バイメタル
１３ 可動片
１８ 可動部
２０ 可動片
２１ 熱伝導体
２２ 接点対
２３ 開閉手段
２４ 電流制限素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば照明負荷への電流の供給及び遮断を行う機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドリレーの従来例としては、一般的に図６に示すものがある。図６において、Ｈはハイブリッドリレー、Ｆはリレー操作用の電源である。また電源ＦとリレーＨとの間にスイッチＧが接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、Ｉは負荷用の交流電源であり、交流電源ＩとリレーＨとの間に負荷Ｊが接続され負荷回路を構成している。交流電源Ｉと負荷Ｊとの間には、負荷電流通電用のトライアックＣと機械的接点対Ｅとが並列回路を成して接続されており、この機械的接点対Ｅは操作回路内の電磁石コイルＤが励磁されることにより駆動される。また、トライアックＣのゲート電流の通電経路にはフォトトライアックＢが接続されており、このフォトトライアックＢを駆動するための発光ダイオードＡが操作回路内に配置されている。
【０００３】
次に、上記のハイブリッドリレーの動作を説明する。まず、スイッチＧが投入されることにより電源Ｆより電流が供給され電磁石コイルＤが励磁されるとともに発光ダイオードＡが発光する。発光ダイオードＡから発せられる光をフォトトライアックＢが受光してフォトトライアックＢが導通状態となる。このため、交流電源ＩよりフォトトライアックＢを通ってトライアックＣのゲート電流が流れる。これにより、トライアックＣが導通し負荷への通電が開始される。一方、励磁されていた電磁石コイルＤにより電磁石の可動部が移動して機械的接点対Ｅが投入されるがその機械的動作は、電気的動作であるトライアックＣの導通よりも遅れて導通する。この種のハイブリッドリレーでは、投入時にはまずトライアックＣが導通した後に機械的接点対Ｅが導通するので機械的接点対Ｅにおけるアークの発生が防止されるようになっている。このため、機械的接点対Ｅの接触直前のアーク発生にともなう接点溶着が防止されるとともに接点消耗が減少するのでリレーの寿命を長くすることができる。また、トライアックＣが導通してからすぐに機械的接点対Ｅに通電が切り換えられるからトライアックＣの発熱は抑えられ熱容量の小さい小型のものとすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、照明器具の分野においてインバータ制御による照明器具が普及してきている。このインバータ制御による照明器具には、交流電圧を直流に変換するために用いられる大容量の平滑コンデンサを搭載しているものがある。このような照明器具を点灯する時には平滑コンデンサに大きな突入電流が流れることになる。また、１つのリレーで数台の照明器具を同時に点灯制御する場合には、リレー投入時に莫大な突入電流がリレー内に流れる。ところで、前記した従来例のハイブリッドリレーにおいては、スイッチＧを投入すればトライアックＣが導通した後に機械的接点対Ｅが導通する。次に、機械的接点対Ｅが一度投入すればトライアックＣの端子間に電圧が現れなくなりトライアックＣはオフ状態となるが、接点Ｅは機械的であるために接点がバウンスする可能性がある。接点バウンスが発生すれば、既にトライアックＣはオフ状態となっているから機械的接点対Ｅ間に現れる電圧でトライアックＣが再トリガするまでの間、機械的接点対Ｅはアークをともなって導通することとなる。したがって、前記したインバータ制御の照明器具のように突入電流が大きい場合は機械的接点対Ｅが溶着する可能性があり、また機械的接点対Ｅの消耗量が多くなってリレーの寿命が短くなる。このような状態を防止するためには、突入電流が十分に減衰してから機械的接点対Ｅを投入する必要があるが、従来例での構成ではトライアックＣがオンとなって突入電流が流れ始めてから機械的接点対Ｅが投入するでの動作時間差は、すなわち電磁石コイルＤを含む電磁石の動作時間程度となるので十分に確保できないという問題がある。
【０００５】
また、前記した従来例のハイブリッドリレーにおいては、初めに導通するトライアックＣに莫大な突入電流が流れることになり、トライアックが瞬間的に発熱して故障し開閉制御が不能となったり焼損するという問題が生ずる。また、このような莫大な突入電流に耐えうる熱的に強いトライアックは熱容量が大きな大型なものとなるので、リレー装置全体が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、機械的接点対の溶着と消耗を防止するとともに、半導体スイッチ素子が突入電流により瞬間的に熱破壊することを防止できるハイブリッドリレーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱により変位するバイメタルと、前記バイメタルにより前記機械的接点対を投入させ保持動作する可動片を有する前記機械的接点対を含む接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御される。
【０００８】
請求項２記載の発明では、機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱を可動片に伝える熱伝導体と、前記機械的接点対を投入させ保持動作するバイメタル機能を具備する可動片を有する接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御される。
【０００９】
請求項３記載の発明では、半導体スイッチ素子に電流制限素子を直列接続する。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記電流制限素子がＮＴＣ型サーミスタにより構成されている。
【００１１】
請求項５記載の発明では、リレー投入時には、前記開閉手段よりも早く接点を閉じる接点対をハイブリッドリレーに直列に挿入する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１及び図４に基づいて説明する。図１はハイブリッドリレーの回路図、図４はハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【００１３】
図１において、１はハイブリッドリレー、２はリレー操作用の電源である。また電源２とリレー１との間にスイッチ３が接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、４は負荷用の交流電源であり、交流電源４とリレー１との間に負荷５が接続され負荷回路を構成している。負荷回路である交流電源４と負荷５との間には、負荷電流通電用のトライアック６と機械的接点対７とが並列回路を成して接続されており、この機械的接点対７は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されることにより投入が可能な状態となり、励磁が停止すれば強制的に開放される構成となっている。
【００１４】
また、トライアック６のゲート電流の通電経路にはフォトトライアック９が接続されており、このフォトトライアック９を駆動するための発光ダイオード１０が接続されている。１１はバイメタルでトライアック６の発熱により変位し機械的接点対７を投入させるものである。
【００１５】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。まず、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より発光ダイオード１０に電流が供給され発光ダイオード１０が発光する。発光ダイオード１０から発せられる光をフォトトライアック９が受光してフォトトライアック９がオフ状態からオン状態となる。
【００１６】
このため、交流電源４よりフォトトライアック９を通ってトライアック６のゲート電流が流れることになり、トライアック６がオン状態となる。以上によって交流電源４から負荷５に電流を供給することができる。
【００１７】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００１８】
次に、スイッチ３が開かれると発光ダイオード１０の発光が停止して、フォトトライアック９がオフ状態となり、更に電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移行するが、このとき機械的接点対７を開放させて負荷５への電流を停止する。
【００１９】
次に、具体的な構成を示した図４を用いて更に詳しく動作を説明する。尚、図４においては、図１に示したものと同一の部材には同じ符号を付してある。図４の（ａ）において、固定台１２には、トライアック６と、機械的接点対７の一方が取り付けてある可動片１３と、機械的接点対７の他方が取り付けてある固定片１４と、バイメタル１１とがそれぞれ固定してある。トライアック６とバイメタル１１は互いに接触して固定された面を有する。更に、固定台１２には、固定鉄芯１５と、電磁石コイル８と、可動鉄芯１６と、可動鉄芯１６と固定台１２とを互いに引っ張るばね１７と、可動部１８とが直接または間接的に取り付けてあり、これらで電磁石を構成している。
【００２０】
また、引っ張りばね１９が、可動片１３の一点Ｐ１と固定台１２の一点Ｐ２とに固定され、前記両点Ｐ１，Ｐ２に引っ張り応力を加えている。上記可動片１３と固定台１２とばね１９とで反転機構を構成している。
【００２１】
次に、上記の構造を含めてハイブリッドリレー１の動作を説明する。図１に示すスイッチ３が開かれた初期の状態が、図４（ａ）の状態であり、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られ可動鉄芯１６が開いた状態となっている。そして可動片１３は点Ｐ１でばね１９により引っ張られてバイメタル１１側に倒れ、機械的接点対７が開いた状態となっている。次に、図１におけるスイッチ３が閉じられると前述したようにトライアック６が導通し負荷５への通電が開始される。そして、電磁石コイル８は励磁され可動鉄芯１６が固定鉄芯１５に吸着されて図４（ｂ）の状態となる。このとき、トライアック６は負荷５への電流が通電されることにより発熱し始めるが、熱はまだバイメタル１１に伝わっておらずバイメタル１１と可動片１３は初期の状態を保っており機械的接点対７は開いたままとなっている。そして、トライアック６の発熱がバイメタル１１に伝わり始めるとバイメタル１１が初期の状態から可動片１３を押して変位し図４（ｃ）の状態となる。更にトライアック６の発熱がバイメタル１１に伝えられバイメタル１１が更に変位していくと可動片１３は反転動作して固定片１４側に倒れ、図４（ｄ）の状態となり機械的接点対７が閉じて機械的接点対７を介して負荷５へ電流が流れる。
【００２２】
これと同時に、トライアック６へは負荷５の電流が流れなくなり発熱も停止するため、ただちにバイメタル１１は初期の状態へと復帰し始めている。そして図１のスイッチ３が開かれると電磁石コイル８への励磁が停止するので、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られて移動し可動部１８が可動片１３を押して機械的接点対７を開くので、図４（ａ）の状態となる。このとき、図１のスイッチ３が開かれておりトライアック６はオンできない状態となっているので負荷５への通電が停止する。
【００２３】
以上のようにトライアック６がオン状態となってから機械的接点対７への通電に切り替えるタイミングはバイメタル１１の熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、トライアック６とバイメタル１１の接触面積を替えて両者間の熱抵抗の調整すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００２４】
また、上記のハイブリッドリレー１は、通常は機械的接点対７は投入せずにトライアック６のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大しトライアック６の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点対７に通電を切り換えることができるから、トライアック６を過電流から保護することができる。
【００２５】
次に、第２の実施の形態を図１及び図５に基づいて説明する。図１はハイブリッドリレーの回路図、図５はハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。尚、図５においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００２６】
本実施の形態は、可動片２０をバイメタルで形成し、この可動片２０に機械的接点対７の一方が取り付けてある。可動片２０は固定台１２に固定してある。そして可動片２０とトライアック６とは、弾性を有する熱伝導体２１で接続してある。また可動片２０の一点Ｐ１と固定台１２の一点Ｐ２とに引っ張りばね１９が固定してあり、これらで反転機構を構成している。すなわち、第１の実施の形態の図４におけるバイメタル１１と可動片１３とを１つの部材にして、弾性をもつ熱伝導体を追加した構成としたものである。その他の部材については、第１の実施の形態と同一であるので説明は省略する。
【００２７】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。図１に示すスイッチ３が開かれた初期の状態が、図５（ａ）の状態であり、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られ可動鉄芯１６が開いた状態となっている。そして可動片２０は点Ｐ１でばね１９により引っ張られて固定片１４の反対側に倒れ、機械的接点対７が開いた状態となっている。
【００２８】
次に、図１におけるスイッチ３が閉じられると前述したようにトライアック６が導通し負荷５への通電が開始される。そして、電磁石コイル８は励磁され可動鉄芯１６が固定鉄芯１５に吸着されて図５（ｂ）の状態となる。このとき、トライアック６は負荷５への電流が通電されることにより発熱し始めるが、熱はまだバイメタルで構成された可動片２０に伝わっておらず、可動片２０は初期の状態を保っており、機械的接点対７は開いたままとなっている。
【００２９】
そして、トライアック６の発熱が弾性を有する熱伝導体２１を介して可動片２０に伝わり始めるとバイメタルで構成された可動片２０が初期の状態から変位し、図５（ｃ）の状態となる。
【００３０】
更にトライアック６の発熱が可動片２０に伝えられ、更に可動片２０が変位していくと、可動片２０は反転動作して固定片１４側に倒れ、図５（ｄ）の状態となり機械的接点対７が閉じて、機械的接点対７を介して負荷５へ電流が流れる。
【００３１】
これと同時に、トライアック６へは負荷５の電流が流れなくなり発熱も停止するため、バイメタルである可動片２０はただちに初期の状態へと復帰し始めている。そして図１のスイッチ３が開かれると電磁石コイル８への励磁が停止するので、可動鉄芯１６はばね１７に引っ張られて移動し可動部１８が可動片２０を押して機械的接点対７を開くので、図５（ａ）の状態となる。このとき、図１のスイッチ３が開かれておりトライアック６はオンできない状態となっているので負荷５への通電が停止する。
【００３２】
以上のようにトライアック６がオン状態となってから機械的接点対７への通電に切り替えるタイミングは可動片２０であるバイメタルの熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、熱伝導体２１の熱伝導特性、熱容量を調節するか、トライアック６及び可動片２０と熱伝導体２１との熱抵抗を調節すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００３３】
また、上記のハイブリッドリレー１は、通常は機械的接点対７は投入せずにトライアック６のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大しトライアック６の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点対７に通電を切り換えることができるから、トライアック６を過電流から保護することができる。
【００３４】
次に、第３の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２はハイブリッドリレーの回路図である。尚、図２においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００３５】
図２においては、トライアック６に直列に電流制限素子２４が接続してある。そしてトライアック６と電流制限素子２４との直列回路に機械的接点対７が並列接続された構成となっている。すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態に電流制限素子２４をトライアック６に直列に追加して接続したものである。
【００３６】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。図２において、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より発光ダイオード１０に電流が供給され発光ダイオード１０が発光する。発光ダイオード１０から発せられる光をフォトトライアック９が受光してフォトトライアック９がオフ状態からオン状態となる。
【００３７】
このため、交流電源４よりフォトトライアック９を通ってトライアック６のゲート電流が流れることになり、トライアック６がオン状態となる。したがって、通電開始時に負荷５への突入電流は電流制限素子２４によって低減される。
【００３８】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００３９】
次に、スイッチ３が開かれると発光ダイオード１０の発光が停止して、フォトトライアック９がオフ状態となり、更に電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移行するが、このとき機械的接点対７を開放させて負荷５への電流を停止する。
【００４０】
以上のように、負荷５に通電を開始するときの突入電流が大きい場合には、電流制限素子２４によって突入電流が低減されトライアック６を瞬間的な熱破壊から保護することができる。また第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にトライアック６の通電から機械的接点対７への通電を切り換えるタイミングは制御できるから、突入電流を十分に減衰させることができる時間が経過してから機械的接点対７を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００４１】
また、突入電流が大きいため大幅に突入電流を低減させなければならないときにおいて、電流制限素子２４を例えば抵抗器で構成すると大きな抵抗値を選択する必要がある。このとき、突入電流は減衰し定常の電流が流れているにも係わらず抵抗値が大きいために電流制限素子２４としての抵抗器とトライアック６の電圧降下を合わせた電圧、すなわち機械的接点対７の両端電圧が、アークが発生する電圧以下にならない場合が生じる。この場合にトライアック６から機械的接点対７へと通電を切り換えるとアークが発生し機械的接点対７の寿命が短くなる。
【００４２】
そこで、電流制限素子２４をＮＴＣサーミスタとすれば、突入電流を低減させてトライアック６を保護すると同時に、通電にともなってＮＴＣサーミスタの抵抗は低下するので定常電流が大きい場合でも機械的接点対７の両端電圧をアーク電圧以下とすることをでき、アークの発生を防止することができる。更に、前記バイメタル１１へ付加する熱を電流制限素子２４から発生する熱を利用してもよい。
【００４３】
次に、第４の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３はハイブリッドリレーの回路図である。尚、図３においては、第１の実施の形態と実質的に同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、第１の実施の形態と異なるところだけを説明する。
【００４４】
図３において、１はハイブリッドリレー、２はリレー操作用の電源である。また電源２とリレー１との間にスイッチ３が接続されており、これらでリレー操作回路を構成している。また、４は負荷用の交流電源であり、交流電源４とリレー１との間に負荷５が接続され負荷回路を構成している。負荷回路である交流電源４と負荷５との間には、負荷電流通電用のトライアック６と機械的接点対７とが並列回路を成して接続されており、更に直列に絶縁用機械的接点対２２が接続されている。また、トライアック６のゲート電流の通電経路にはトリガ用機械的接点対２３が接続されている。これらの絶縁用機械的接点対２２及びトリガ用機械的接点対２３は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されて投入し、励磁が停止すれば開放する。これらは、例えば接点ギャップをそれぞれ異ならせることによって、絶縁用機械的接点対２２が先に投入し、その後にトリガ用機械的接点対２３が投入するようになっている。更に、機械的接点対７は操作回路内の電磁石コイル８が励磁されることにより投入が可能な状態となり、励磁が停止すれば強制的に開放される構成となっている。
【００４５】
次に、上記のハイブリッドリレー１の動作を説明する。まず、スイッチ３が閉じられると操作用の電源２より電磁石コイル８が励磁され、接点ギャップの小さい絶縁用機械的接点対２２が投入する。このとき、トリガ用機械的接点対２３は開いたままで、トライアック６にはゲート電流が供給されないのでトライアック６はオフ状態である。また機械的接点対７もバイメタル１１が変位すれば投入可能な状態であって開いており負荷５への電流は流れないので絶縁用機械的接点対２２にはアークが発生しない状態で投入が完了する。
【００４６】
次に、絶縁用機械的接点対２２より遅れてトリガ用機械的接点対２３が投入しトライアック６へのゲート電流が交流電源４より供給されるのでトライアック６はオン状態となる。以上によって交流電源４から負荷５に電流を供給することができる。
【００４７】
一方、スイッチ３が閉じられてから電磁石コイル８は励磁され電磁石の可動部がオフ状態の位置からオン状態の位置へと移動することによって、機械的接点対７は投入が可能な状態となっている。そしてトライアック６に負荷５への電流が流れることによってトライアック６は発熱するが、その熱はバイメタル１１に伝えられてバイメタル１１が変位し、機械的接点対７を移動させ、機械的接点対７が投入する。このため、トライアック６に流れていた負荷５への電流は機械的接点対７を流れトライアック６はオフ状態となる。
【００４８】
次に、スイッチ３が開かれると、電磁石コイル８への励磁が停止するので電磁石の可動部がオン状態の位置からオフ状態の位置へ移動し、機械的接点対７を強制的に開放させ、また、トリガ用機械的接点対２３が開放するのでトライアック６がオフ状態となり絶縁用機械的接点対２２も開放するので、負荷５への電流が停止する。
【００４９】
以上のようにトリガ用機械的接点対２３よりも早く投入する絶縁用機械的接点対２２を設けたので、投入時に絶縁用機械的接点対２２にはアークを発生させず、リレーがオフ状態のときにはトライアック６の漏れ電流をなくして絶縁が図れるので感電防止ができ安全性が向上する。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、半導体スイッチ素子がオン状態となってから機械的接点対への通電に切り替えるタイミングをバイメタルの熱伝導特性、温度に対する変位特性、熱容量を調節するか、半導体スイッチ素子とバイメタルの接触面積を替えて両者間の熱抵抗の調整すれば制御でき、突入電流を十分減衰させることができる時間が経過してから機械的接点を投入することができアーク発生にともなう接点溶着や消耗を防止することができる。
【００５１】
また、このハイブリッドリレーは、通常は機械的接点は投入せずに半導体スイッチ素子のみによって通電し、通電中に負荷電流が増大し半導体スイッチ素子の発熱が大きくなって熱破壊する前に機械的接点に通電を切り換えることができるから、半導体スイッチ素子を過電流から保護することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果に加えて、接点機構の可動片をバイメタルで構成することにより、高価な可動片を用意しなくてもよいので、低コスト化が図れる。またバイメタルと可動片を機構的に連結しなくてもよくう、半導体スイッチ素子と可動片とを弾性を有する熱伝導体で接続しておくだけでよいので機構の構成が容易で小型化が図れるという効果を奏する。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、負荷に通電を開始するときの突入電流が大きい場合は、電流制限素子によって突入電流が低減されるので、半導体スイッチ素子を瞬間的な熱破壊から保護することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、突入電流が大きいために大幅に突入電流を低減させなければならないときにおいて、電流制限素子をＮＴＣサーミスタで構成したので、突入電流を低減させて半導体スイッチ素子を保護すると同時に、通電にともなってＮＴＣサーミスタの抵抗は低下するので定常電流が大きい場合でも機械的接点対の両端電圧をアーク電圧以下とすることができ、機械的接点対へのアークの発生を防止して接点溶着や消耗を防止することができるという効果を奏する。
【００５５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１又は２又は３又は４記載の発明の効果に加えて、半導体スイッチ素子を駆動する開閉手段よりも早く投入する絶縁用機械的接点対を設けたので、投入時にアークを発生させず、リレーがオフ状態のときには半導体スイッチ素子の漏れ電流をなくして絶縁が図れるので感電防止ができ安全性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態のハイブリッドリレーの回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のハイブリッドリレーの構造図であり、（ａ）はスイッチ操作前、（ｂ）はスイッチ操作直後、（ｃ）は動作途中、（ｄ）は動作完了、を示す図である。
【図６】従来例のハイブリッドリレーの回路図である。
【符号の説明】
１ ハイブリッドリレー
６ 半導体スイッチ素子
７ 機械的接点対
８ 電磁石（コイル）
９ 開閉手段
１０ 開閉手段
１１ バイメタル
１３ 可動片
１８ 可動部
２０ 可動片
２１ 熱伝導体
２２ 接点対
２３ 開閉手段
２４ 電流制限素子
Claims (5)
- 機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱により変位するバイメタルと、前記バイメタルにより前記機械的接点対を投入させ保持動作する可動片を有する前記機械的接点対を含む接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成
され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御されることを特徴とするハイブリッドリレー。 - 機械的接点対と半導体スイッチ素子とが並列に接続されたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチ素子を制御する開閉手段と、前記半導体スイッチ素子の発熱を可動片に伝える熱伝導体と、前記機械的接点対を投入させ保持動作するバイメタル機能を具備する可動片を有する接点機構と、前記接点機構を復帰動作させる可動部を有する電磁石とで構成され、前記開閉手段と前記電磁石とは、同一の電源で駆動されることまたは同一のタイミングで制御されることを特徴とするハイブリッドリレー。
- 請求項１又は２記載のハイブリッドリレーにおいて、前記半導体スイッチ素子に電流制限素子を直列接続することを特徴とするハイブリッドリレー。
- 請求項３記載のハイブリッドリレーにおいて、前記電流制限素子がＮＴＣ型サーミスタにより構成されていることを特徴とするハイブリッドリレー。
- 請求項１又は２又は３又は４記載のハイブリッドリレーにおいて、リレー投入時には、前記開閉手段よりも早く接点を閉じる接点対をハイブリッドリレーに直列に挿入したことを特徴とするハイブリッドリレー。
Priority Applications (1)
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