JP5434835B2

JP5434835B2 - 回路遮断器の電気操作装置

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Publication number: JP5434835B2
Application number: JP2010165115A
Authority: JP
Inventors: 和志佐藤; 康平倉田; 伸治横田; 昌典河村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2011165644A

Description

この発明は、回路遮断器のハンドルを遠隔で操作する回路遮断器の電気操作装置に関し、詳しくは、該装置の駆動源となるモーターへの制御に関するものである。

回路遮断器には、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断する役目があるとともに、この回路遮断器に具備されたハンドルを操作することで電路の開閉、いわゆるスイッチの機能も兼ね備えている。この開閉は、例えば電気管理者による手動操作が一般的ではあるものの、該回路遮断器が例えば盤の奥まった箇所に設置された場合に備え、該回路遮断器のハンドルに係合する電気操作装置をこの回路遮断器に付設し、該電気操作装置に外部からＯＮ信号（開〜閉）、あるいはＯＦＦ信号（閉〜開）を与えることで、該回路遮断器の操作を遠隔で行うことも知られている（例えば、特許文献１参照）。

この回路遮断器の操作の遠隔は、上述した「操作の不便さ」を解消する以外に、例えば、船舶などにおける「電路の素早い系統代え」にも用いられている。その際、特許文献１の電気操作装置では図１０からも明らかなように、モーターの制御、すなわち駆動電流の入切が、リレーの励磁、さらにはその接点の開閉に委ねられているため、リレーの動作時間あるいは復帰時間を考慮すると、該電気操作装置の高速投入には自ずと限界があるとともに、開極時に生じるアークによって接点が消耗することで、その開閉回数も制限する必要がある。この点、半導体スイッチによって駆動電流を入切すれば、その高速化・高寿命化が期待できる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−３４００９０号公報（第４頁左欄第２０行〜右欄第２１行、図１０）特開平３−２２６９２９号公報（第３頁左上欄第１８行〜左下欄第１０行、第１図）

一方で、半導体スイッチでは、特許文献１の第１図からも明らかなように、（特許文献１の図１０のように）モーターの正負両電源入力端に接点を設けなくて済む半面、その半導体素子の洩れ電流により、該モーターを制御電源に対して完全に絶縁することが困難である。このため、モーターのフレームが、例えば機構部を介してアースされているような場合、このフレームと該モーターの巻線の間に電位差が発生することで、特に高温多湿の環境下においては、該巻線が腐食・断線する、いわゆる電食を起こす恐れがあった。なお、この電食を防ぐために、単にモーターの正負両電源入力端に接点を設けてしまうと、「半導体スイッチによる駆動電流の入切」のメリットの一つである「高寿命化」が得られなくなるのは言うまでもない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、モーターの駆動電流の入切が、高速化・高寿命化に有利な半導体スイッチでありながら、なおかつ電食の発生を防止した回路遮断器の電気操作装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器の電気操作装置は、機構部を介して回路遮断器のハンドルを作動させる動力源となるモーターと、このモーターの正負両電源入力端に対し直列にそれぞれ接続され上記モーターの駆動時に閉となる常開接点と、上記モーターの正負両電源入力端に対し並列に接続され上記モーターの駆動時に開となる常閉接点と、これら常開および常閉接点を制御するリレーと、ＯＮ信号および該回路遮断器の開状態から閉状態への切り換わりに追従するリミットスイッチの信号もしくはＯＦＦ信号および該回路遮断器の閉状態から開状態への切り換わりに追従する上記リミットスイッチの信号によって制御されて上記モーターの駆動電流を通電させる第一の半導体スイッチング素子とを有し、上記モーターの始動は、上記第一の半導体スイッチング素子がＯＮ状態となったのちに上記常開接点が閉となることで上記モーターの駆動が開始され、また、上記モーターの停止は、上記常開接点が閉から開へ移行するより早く上記第一の半導体スイッチング素子がＯＦＦ状態となることで行なわれるものである。

この発明は以上説明したように、高速化・高寿命化に加え、耐環境性にも優れた回路遮断器の電気操作装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１を示す回路遮断器の電気操作装置の回路図である。図１における各部の動作を示すタイミングチャート図である。この発明の実施の形態２を示す図１相当図である。この発明の実施の形態３を示す図１相当図である。この発明の実施の形態３における検出回路および自己保持回路を示す回路図である。図４における各部の動作を示すタイミングチャート図である。この発明の実施の形態３における検出回路および自己保持回路の別の実施の形態を示す回路図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回路遮断器の電気操作装置の回路図、図２は各部における動作を示すタイミングチャート図である。なお、本発明では、回路遮断器を高速で投入するにあたり、ＯＦＦ操作時に（図示しない電気操作装置の）バネを蓄勢しておき、ＯＮ操作時にこのバネの力で該回路遮断器を瞬時に閉状態にせしめる、いわゆる「オフチャージ式電気操作装置」として説明する。

図１において、１０１は、ＯＮ信号の発生源となるＯＮスイッチ４１、ＯＦＦ信号の発生源となるＯＦＦスイッチ４２、電気操作装置（以下、装置と称す）のカムに追従するリミットスイッチ４３、および該装置の機構部を介して図示しない回路遮断器（以下、遮断器と称す）のハンドルを作動させる動力源となるモーター４４を含めた装置の回路図であり、周知の通り、制御電源として供給される電気エネルギーをモーター４４にて運動エネルギーに変換、すなわち、モーター４４にて発生する回転力でもって機構部によりハンドルを動かし、装置が付設される遮断器を閉状態〜開状態、あるいは開状態〜閉状態にせしめている。

この図１では、リミットスイッチ４３がａ側にある閉状態であることから、まず、閉状態〜開状態、すなわちＯＦＦ操作を行ったときの動作について、図２とあわせて詳述する。このＯＦＦ操作はＯＦＦスイッチ４２を押下することで開始され、この押下によるＯＦＦ信号が自己保持回路２２にて、前述した通りリミットスイッチ４３がａ側にあることから電気的に保持される。このとき、図２（ｃ）で示すように、ＯＦＦスイッチ４２を押下して自己保持回路２２が出力信号を出力するまで時間遅れＴ１が存在するが、これはＯＦＦスイッチ４２のチャタリングやノイズを除去するために生じる時間遅れである。

自己保持回路２２からの出力信号は、ダイオード２を介して半導体スイッチング素子６のゲートに入力され、この半導体スイッチング素子６はＯＮ状態となる。これにより、リレー３２の操作コイルが励磁され、ａ接点３２ａが閉およびｂ接点３２ｂが開となり、続いて、閉となったａ接点３２ａによりリレー３１の操作コイルも励磁され、第一および第二のａ接点３１ａ１・３１ａ２が閉となることで、（ｂ接点３２ｂが開であることから）電源Ｖｃｃからダイオード３を介してモーター４４に電源が供給されて、このモーター４４が回転を開始する。なお、図２（ｆ）はモーター４４の回転状態を示したものであるが、上述したＴ１および両リレー３１・３２の動作遅れによる時間遅れＴ２は、（ａ）に示すＯＦＦ操作時間Ｔｏｆｆに対して充分に小さな値であるため、これら時間遅れＴ１およびＴ２が本操作に影響を与えることはない。

モーター４４が回転を開始すると、図２（ｇ）および（ｉ）に示すように、該装置のギヤによる減速・連動したカムが回転を、バネが蓄勢を、それぞれ開始し、このうち、回転するカムに遮断器のハンドルが連動して、該遮断器は閉状態から開状態へと移行していく。ここで、図２（ｃ）、（ｆ）、および（ｉ）からも明らかなように、ハンドルの開状態への移動およびバネの蓄勢が確実に完了するまでは、自己保持回路２２によりモーター４４の回転は維持されることになるが、これは、仮にＯＦＦスイッチ４２の押下を途中で止めても、「開状態への移行」および「オフチャージ」を確実に成し得るためであり、それゆえ「自己保持」を形成しているわけである。

上述した「開状態への移行」および「オフチャージ」が確実に完了した状態で、モーター４４はその回転を停止することになるが、これは、図２（ｇ）および（ｈ）に示すように、カムの所定の回転角度θにてリミットスイッチ４３が切り換わることで行われる。すなわち、閉状態〜開状態への移行においてカムに連動して動作するリミットスイッチ４３が、前述したカムの所定の回転角度θにてａ側からｂ側に切り換わり、自己保持回路２２への電源供給が停止される。この結果、「自己保持」が解除されることで半導体スイッチング素子６への出力信号が喪失し、半導体スイッチング素子６は瞬時にＯＦＦ状態となり、リレー３１・３２、およびモーター４４への電源供給も停止される。

モーター４４への電源供給が停止されることで、モーター４４は慣性回転状態となり、さらにリレー３２、リレー３１の順で、その操作コイルの励磁が解かれ、第一および第二のａ接点３１ａ１・３１ａ２がともに開となることで、モーター４４は図１に示す状態、すなわち制御電源から完全に絶縁された状態になるとともに、ｂ接点３２ｂが閉となり、このｂ接点３２ｂに直列に接続された抵抗１１によって、モーター４４の回生エネルギーが消費されることで、短時間でモーター４４の制動が行われる。なお、ダイオード４は、ｂ接点３２ｂが閉となるまでの短時間にモーター４４から発生されるサージ電圧を抑制するものである。またダイオード３は、第一および第二のａ接点３１ａ１・３１ａ２が開となるまでの短時間に、モーター４４の回生電流がリレー３１・３２の操作コイルに逆流して、両リレー３１・３２の復帰時間、すなわち励磁を解く時間が遅くなることを防止するものである。

このように、本発明においては、リミットスイッチ４３の切り換わりと同時に半導体スイッチング素子６がＯＦＦ状態となることで、モーター４４への電源供給が停止され、この停止と同時に、上述したサージ電圧抑制のためのダイオード４によって、ｂ接点３２ｂが閉となるまでのわずかな時間であるものの、この時間も無駄にせず、モーター４４の回生エネルギーの消費を始めることで、モーター４４は減速を開始するため、図２（ｆ）で示す、リミットスイッチ４３の切り換わりからモーター４４が制動動作を開始するまでの時間遅れＴ３を短縮することができる。この時間遅れＴ３の短縮効果は、次に述べる、開状態〜閉状態、すなわちＯＮ操作で活かされることになる。

ＯＮ操作はＯＮスイッチ４１を押下することで開始され、この押下によるＯＮ信号が、リミットスイッチ４３がｂ側にある開状態であることと相俟って、図２（ｅ）に示すように、ワンパルス回路２１により、ＯＮスイッチ４１が押下されてから所定の出力時間Ｔ５のみ出力されるワンパルス信号に変換される。このとき、ＯＮスイッチ４１を押下してワンパルス回路２１が出力信号を出力するまで時間遅れＴ４が存在するが、これは、ＯＦＦ操作と同様、ＯＮスイッチ４１のチャタリングやノイズを除去するために生じる時間遅れである。

ワンパルス回路２１からの出力信号は、ダイオード１を介して半導体スイッチング素子６のゲートに入力され、この半導体スイッチング素子６はＯＮ状態となるが、これ以降の両リレー３１・３２およびモーター４４の作動はＯＦＦ操作と同様につき割愛する。なお、図２（ｆ）に示すように、やはりＯＦＦ操作と同様、両リレー３１・３２の動作遅れによる時間遅れＴ２が生じるので、上述した出力時間Ｔ５は、これ以降述べるＯＮ操作が確実に行われるよう、このＴ２を考慮した時間としている。

モーター４４が回転を開始すると、図２（ｇ）に示すように、カムが回転角θから僅かに越えた角度から回転を開始し、デッドポイントの回転角（この場合、ＯＦＦ操作開始時から３６０度回転した初期の回転角）に達した時点で、該装置のラッチが外されて蓄勢されたバネが開放される。この開放されたバネの力によって遮断器のハンドルが開状態から閉状態に移動すると同時に、リミットスイッチ４３がｂ側からａ側に切り換えられ、図２（ａ）、および（ｉ）からも明らかなように、遮断器は閉状態へ、装置の機構部はディスチャージ状態へ、とそれぞれ移行が完了する。

リミットスイッチ４３がａ側に切り換えられることで、ワンパルス回路２１への電源供給が停止され、上述した所定の出力時間Ｔ５を待たずに、このワンパルス回路２１の半導体スイッチング素子６への出力信号が喪失し、半導体スイッチング素子６は瞬時にＯＦＦ状態となるが、これ以降の両リレー３１・３２およびモーター４４の作動はＯＦＦ操作と同様につき割愛する。なお、図２（ｆ）で示すように、モーター４４は、その制動が行われ、完全に停止した時点でＯＦＦ操作開始前の、いわゆる初期状態となる。

このように、本発明では、モーター４４を制御電源から完全に絶縁させて電食を防止しつつ、半導体スイッチング素子６のＯＮ−ＯＦＦによる「高速化・高寿命化」を達成させたが、これは、これまでの説明で明らかなように、モーター４４の駆動と停止に対するａ接点３１ａ１・３１ａ２の電気的作用を工夫したところによることが大きい。すなわち、駆動時は、両リレー３１・３２を作動させたのち、閉となったａ接点３１ａ１・３１ａ２を介してモーター４４に電源が供給されるのに対し、停止時は、半導体スイッチング素子６をＯＦＦ状態にして、一旦、電源供給を断ったのちに、この断たれた電源により、ａ接点３１ａ１・３１ａ２が開となるようにした。一般に接点は「入」より「切」の方が、アーク発生などでダメージを受けることは言うまでもなく、よって本発明のように構成することで、モーター４４の正負両電源入力端に接点を設けていても、高寿命化が達成できる。

半導体スイッチング素子６のＯＮ−ＯＦＦでは、もう一点「高速化」が挙げられるが、本発明では、上述した「時間遅れＴ３の短縮」による「更なる高速化」を実現している。つまり、時間遅れＴ３を短縮したことで、カムのラッチが外れる回転角とリミットスイッチ４３が切り換わる回転角θとの差が小さくなり、これにより、この切り換わるポイントがバネを開放するデッドポイントに近づけられたので、ＯＮ操作時のカムの回転角度が少なくてすみ、図２（ａ）に示すＯＮ操作時間Ｔｏｎを短くした。これは、カムの所定の回転角度θにてリミットスイッチ４３が切り換わると同時に、半導体スイッチング素子６がＯＦＦ状態となり、モーター４４への電源供給が停止されると、直ちに慣性回転状態にあるモーター４４をダイオード４により制動動作を開始させたことに起因している。したがって、半導体スイッチング素子６によりモーター４４への電源供給を停止することで、バラツキの大きい両リレー３１・３２の復帰時間がＴｏｎに影響を及ぼさないとともに、モーター４４の正負両電源入力端に接点を設けることが可能となり、「高速化・高寿命化」と「電食防止」を同時に実現させた。

この結果、半導体スイッチング素子６の洩れ電流に関係なく、モーター４４の停止状態における巻線と制御電源の絶縁が行われるので、対地との絶縁を確実に行うことが可能となる。これにより、安全上アースされることが多い機構部フレームに対して絶縁の確保が比較的困難な小形のモーターであっても、巻線と外郭の間に電位差が生じないので、高温多湿環境下で電位差によって発生する巻線の電食現象を防止することができる。また、モーター４４と両リレー３１・３２とダイオード３・４および抵抗１１を「一つの負荷ユニット」と見立てて半導体スイッチング素子６で制御する構成としたことにより、図１に示すように、体積が大きく電流容量も大きいモーター４４への配線および両リレー３１・３２などで構成される第一の基板ユニット５１と、半導体スイッチング素子６を除けば小信号電子部品のみでプリント配線板などで構成できる第二の基板ユニット５２に分離することが可能となるので、配線が簡略化されるだけでなく、プリント配線板の組立が容易となる。

なお、図１で示す、自己保持回路２２からワンパルス回路２１への禁止信号は、使用者が誤ってＯＦＦスイッチ４２とＯＮスイッチ４１を同時に押下した場合に、ＯＦＦ操作を優先してＯＮ操作をキャンセルすることで、ＯＮ操作とＯＦＦ操作を繰り返す、いわゆるポンピング動作と呼ばれる不具合現象を防止するもので、自己保持回路２２から出力された禁止信号により、ワンパルス信号は出力されないように構成されている。また、本発明では、リレー３１とリレー３２という２個のリレーを用いているが、これは半導体スイッチング素子６がＯＮするときに、ｂ接点３２ｂが開となる前にａ接点３１ａ１・３１ａ２が閉となって過大な電流が流れないように、リレー３２の動作後にリレー３１を動作させることで、確実にｂ接点３２ｂが先に開となるようにしているためであり、常にｂ接点３２ｂがａ接点３１ａ１・３１ａ２の閉より早く開とさせることが可能であれば、１個のリレーで構成してもよい。さらに、モーター４４の制動用に抵抗１１を設けているが、モーター４４および両リレー３１・３２の各接点に影響がなければ、この抵抗１１を省略できることは言うまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＯＮ操作あるいはＯＦＦ操作であれ、モーター４４の駆動に要する時間は不変であるものとして説明したが、例えば、遮断器の接点の溶着や装置の機構部の異常などによって、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合、前述した時間が増えることが考えられる。この実施の形態２では、この増えた時間、すなわち装置の異常を検知して動作を停止させることで、この異常を使用者に知らしめるとともに過負荷による装置の焼損を防止する機能を付加した。なお、図３はこの実施の形態２における図１相当図である。

モーター４４が駆動されている間は、自己保持回路２２もしくはワンパルス回路２１のいずれか一方から、半導体スイッチング素子６に対して出力信号を出力しており、半導体スイッチング素子６の入力には該素子固有のオン電圧（ＭＯＳＦＥＴの場合、一般的に２Ｖから４Ｖ）が生じている。このモーター４４の駆動と半導体スイッチング素子６の入力電圧の有無は常に連動していることにより、この入力電圧が発生している時間が正常なＯＦＦ操作時間もしくはＯＮ操作時間を連続して越えている場合には、遮断器もしくは装置に異常が生じていると判別することができる。

そこで、半導体スイッチング素子６の入力端にて、ダイオード５を介して積分回路２３に入力させ、この積分回路２３の電圧が所定の電圧に達した場合は、想定される時間以上に半導体スイッチング素子６がＯＮの状態に陥っている異常状態とみなし、サイリスタ７をＯＮさせる。すると、半導体スイッチング素子６の入力端の電圧が抑制され、半導体スイッチング素子６がＯＦＦとなり、モーター４４はその駆動を速やかに停止する。また、サイリスタ７のアノードには抵抗１３を介してＬＥＤ８が接続されており、このＬＥＤ８が点灯されることで使用者は異常状態を知り得ることができる。なお、この点灯は、異常に気付き制御電源を断とするまで、サイリスタ７に対し保持電流が供給されることで継続する。なお、請求項で述べている「第一の自己保持回路」はサイリスタ７である。

ここで、ダイオード５は抵抗１３とＬＥＤ８からの電流が半導体スイッチング素子６に廻り込み、この半導体スイッチング素子６を誤動作させないようにする逆流阻止用である。また、抵抗１２は、サイリスタ７がＯＮ時に、自己保持回路２２もしくはワンパルス回路２１の各出力からサイリスタ７へ過大な電流が流れないように制限している。なお、この実施の形態２では、積分回路２３にて半導体スイッチング素子６のＯＮ時間を判別しているが、積分回路２３に代わり、入力される時間が所定の時間を越えた場合に出力信号を発するタイマー回路を用いても同様の効果が期待できる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における回路遮断器の電気操作装置の回路図、図５は検出回路および自己保持回路を示す回路図、図６は各部における動作を示すタイミングチャート図、図７は検出回路および自己保持回路における別の実施の形態を示す回路図である。実施の形態２では、遮断器の接点の溶着などによって、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合に、モーター４４の駆動に要する時間が所定の時間より長くなる事を検出しているが、この実施の形態３は、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合にモーター４４の駆動電流が増加することを検出することにより動作を停止させて、この異常を使用者に知らしめるとともに過負荷による電気操作装置の焼損を防止するものである。

図４において、実施の形態１、２との構成上の相違点について説明する。実施の形態１、２では、第一および第二のリレーの操作コイルとモーター４４は共に半導体スイッチング素子６で駆動されていたが、本実施の形態では、モーター４４は半導体スイッチング素子６で駆動されるが、第一および第二のリレーの操作コイルは、半導体スイッチング素子６と同期して動作するように、そのベースが半導体スイッチング素子６のゲートに抵抗６２を介して接続された第二の半導体スイッチング素子６１により駆動される。

また、モーター４４の駆動電流が流れる経路、すなわち、半導体スイッチング素子６とグランド間には、電流検出用抵抗である抵抗６３が挿入されており、この抵抗６３の両端に発生するモーター４４の駆動電流に比例した電圧を検出回路６４により検出する。検出回路６４の出力には、第二の自己保持回路６５が接続されており、モーター４４の駆動電流が所定値（例えばモーターの定格電流の１２０％）を越えたときには検出回路６４の出力により第二の自己保持回路６５が導通状態となり、第二の自己保持回路６５にダイオード６７を介して接続された半導体スイッチング素子６の入力電圧が抑制され、半導体スイッチング素子６をオフ状態とする。

第二の自己保持回路６５とダイオード６７の接続点には、他方を電源Ｖｃｃに接続された抵抗６９及びＬＥＤ６８が直列に接続されている。第二の自己保持回路６５が導通状態となると、同時に、ＬＥＤ６８にも電流が流れ、ＬＥＤ６８が点灯することにより異常を使用者に知らしめるとともに、このＬＥＤ６８に流れる電流がサイリスタ６５ａの保持電流となって、半導体スイッチング素子６のオフ状態が維持される。

図５に示すように、検出回路６４は抵抗６３の両端に発生する電圧を分圧するように接続された抵抗６４ａ１および６４ａ２から構成されている。抵抗６４ａ１と抵抗６４ａ２の接続点は、第二の自己保持回路６５を構成するサイリスタ６５ａのゲートに接続され、抵抗６４ａ１と抵抗６４ａ２の接続点の電圧が、サイリスタ６５ａの該素子固有のオン電圧に達するとサイリスタ６５ａは導通状態となる。モーター４４の駆動電流が抵抗６３および抵抗６４ａ１、６４ａ２の分圧比によって決定される所定値以上になった場合にサイリスタ６５ａが導通状態となり、ダイオード６７を介して半導体スイッチング素子６の入力電圧が抑制され、半導体スイッチング素子６をオフ状態とする。

上記のように、抵抗６３および抵抗６４ａ１、６４ａ２を適正に設定することで、モーター４４の駆動電流が異常に増加した場合、半導体スイッチング素子６をオフして過負荷による装置の焼損を防止することが可能となるが、このままだと、正常な状態にもかかわらずモーター４４の始動電流を異常電流として検出してしまう不具合が生じる。

その為、本実施の形態では、半導体スイッチング素子６と同一の入力信号でタイマーが動作を開始し、半導体スイッチング素子６が導通した後、モーター４４の駆動電流が始動電流から定常電流になる所定時間が経過した後に作動する第二のタイマー回路７１と、この第二のタイマー回路７１の作動により抵抗６３の両端の短絡を開放する第三の半導体スイッチング素子７０とを設けている。第三の半導体スイッチング素子７０は、通常時には導通状態であるが、第二のタイマー回路７１の遅延したＬｏ出力により非導通状態となるので、モーター４４の始動時から所定時間は抵抗６３の両端を短絡状態として、検出回路６４の機能を停止させている。

次に、遮断器の接点が溶着して、遮断器のハンドルが正常に断路位置に戻せない状態での各部の動作について図６を用いて説明する。
図６（ａ）において、Ｘは正常な遮断器で接点が開極してＯＮからＯＦＦに切り替わるポイントを示しており、Ｙは遮断器の接点が溶着状態で遮断器のハンドルの操作荷重が大きくなるポイントを示している。

図６（ｅ）は、モーター４４の負荷電流を示したもので、モーター４４の始動開始からタイマー回路７１の動作時間Ｔ６の間は、第三の半導体スイッチング素子７０が導通状態であり、抵抗６３の両端を短絡状態にしているので、サイリスタ６５ａが動作することはない。よって、モーター４４の始動電流を検出することはない。

一方、モーター４４の始動開始から第二のタイマー回路７１の動作時間Ｔ６を経過した後は、第三の半導体スイッチング素子７０がオフされ、抵抗６３の両端の短絡を開放するので、抵抗６３の両端に生じるモーター４４の負荷電流に比例した電圧によって異常電流の検出が検出回路６４により行われる。検出回路６４により検出される電流の大きさは前述の通り、サイリスタ６５ａの素子固有のオン電圧と、抵抗６３および抵抗６４ａ１、６４ａ２によって決定される所定の閾値Ｉｔとなるので、図６（ｅ）に示すＡの領域にモーター４４の負荷電流が達すると図６（ｇ）に示すようにサイリスタ６５ａが導通する。

サイリスタ６５ａの導通により、半導体スイッチング素子６および第三の半導体スイッチング素子７０が非導通となるとともに、第二のタイマー回路７１の入力もオフとなり、図６（ｆ）に示すように第二のタイマー回路７１の出力がＨｉとなる。

また、抵抗６３は電流検出用抵抗として電流を電圧に変換すると同時に、モーター４４の駆動電流を抑制する限流抵抗としても機能しており、最もトルクが必要となるモーター４４の始動時から定速回転に至る間は抵抗６３に並列に接続された第三の半導体スイッチング素子７０が導通状態であるので、電力損失が少なくモーター４４が駆動させられ、動作時間Ｔ６の経過後は第三の半導体スイッチング素子７０が非導通状態となって抵抗６３がモーター４４の駆動電流を制限するように機能する。

この限流作用によってモーター４４のトルクが低下するために、回路遮断器の接点が溶着状態にある場合は、モーターの回転速度も連鎖的に低下することで、モーター４４の電流変化が大きくなって異常電流として検出がしやすくなると同時に、遮断器のハンドルなどの操作部への過大な荷重や衝撃を低減することが可能となる。

また、実施の形態２では、半導体スイッチング素子６がモーター４４およびリレー３１・３２の操作コイルを一括して駆動していたが、実施の形態３では、半導体スイッチング素子６と同一の入力信号によって作動する第二の半導体スイッチング素子６１を設けて、リレー３１・３２の操作コイルをモーター４４と分離して駆動する方法としている。実施の形態２ではモーター４４の回生電流がリレー３１・３２の操作コイルへ逆流しないように逆流阻止用のダイオード３が必要であったが、モーター４４の駆動電流が大きい場合には、ダイオード３も容量の大きなものが必要となり、またモーター４４に低圧のモーターを使用する場合はダイオード３による電圧降下も無視できなくなる。そこで、実施の形態３では半導体スイッチング素子６と同じ動作を行う第二の半導体スイッチング素子６１を設けてリレー３１・３２の操作コイルを駆動することにより、逆流阻止用のダイオード３を廃止している。

なお、リレー３１・３２の操作コイルの駆動電流はモーター４４の駆動電流と比べ非常に小さいため、第二の半導体スイッチング素子６１には小信号用の汎用トランジスタが使用できることから、実施の形態２でダイオード３に容量の大きいものが必要となる場合は、実施の形態３の方が実装スペースやコスト面で有利となる。

また、この実施の形態３では、第二のタイマー回路７１にて第三の半導体スイッチング素子７０のＯＮ時間を設定しているが、第二のタイマー回路７１に代わり、入力される時間が所定の時間を越えた場合に出力信号をＬｏとする積分回路を用いても同様の効果が期待できる。

また、図７に示すように検出回路６４は、抵抗６３の両端に抵抗６４ｂ１を介して接続されたツェナーダイオード６４ｂ２と、ツェナーダイオード６４ｂ２のアノードにベースが接続されたトランジスタ６４ｂ３と、トランジスタ６４ｂ３のコレクタに抵抗６４ｂ４を介してそのベースが接続されたトランジスタ６４ｂ５とから構成してもよい。トランジスタ６４ｂ５のコレクタには、抵抗６４ｂ６を介して第二の自己保持回路６５のゲートに接続されており、抵抗６３の両端の電圧がツェナーダイオード６４ｂ２のツェナー電圧を超えると、トランジスタ６４ｂ３およびトランジスタ６４ｂ５がオンして、第二の自己保持回路６５が導通状態となる。検出回路６４としては、コンパレータやシュミットトリガ回路を用いた比較回路により電流検出回路を構成してもよく、同様の効果が期待できる。

また、第二の半導体スイッチング素子６１がリレー３１・３２の操作コイルを駆動し、半導体スイッチング素子６がモーター４４を駆動するとしたが、第二の半導体スイッチング素子６１がモーター４４を、半導体スイッチング素子６がリレー３１・３２の操作コイルを駆動するようにしてもよい。この場合には、第二の半導体スイッチング素子６１に小信号用の汎用トランジスタは使用できないが、第一の半導体スイッチング素子６に小信号用の汎用トランジスタが使用できる。

３ダイオード、６半導体スイッチング素子、７サイリスタ、１１抵抗、
２１ワンパルス回路、２２自己保持回路、２３積分回路、
３１第一のリレー、３１ａ１第一のａ接点、３１ａ２第二のａ接点、
３２第二のリレー、３２ｂｂ接点、
４１ＯＮスイッチ、４２ＯＦＦスイッチ、４３リミットスイッチ、
４４モーター、
１０１電気操作装置。

Claims

機構部を介して回路遮断器のハンドルを作動させる動力源となるモーターと、このモーターの正負両電源入力端に対し直列にそれぞれ接続され上記モーターの駆動時に閉となる常開接点と、上記モーターの正負両電源入力端に対し並列に接続され上記モーターの駆動時に開となる常閉接点と、これら常開および常閉接点を制御するリレーと、ＯＮ信号および該回路遮断器の開状態から閉状態への切り換わりに追従するリミットスイッチの信号、もしくはＯＦＦ信号および該回路遮断器の閉状態から開状態への切り換わりに追従する上記リミットスイッチの信号によって制御されて上記モーターの駆動電流を通電させる第一の半導体スイッチング素子とを有し、上記ＯＮ信号もしくは上記ＯＦＦ信号の入力により該回路遮断器を操作させる回路遮断器の電気操作装置において、
上記モーターの始動は、上記第一の半導体スイッチング素子がＯＮ状態となったのちに上記常開接点が閉となることで上記モーターの駆動が開始され、また、上記モーターの停止は、上記常開接点が閉から開へ移行するより早く上記第一の半導体スイッチング素子がＯＦＦ状態となることで行なわれることを特徴とする回路遮断器の電気操作装置。
モーターとリレーの操作コイルとの間に設けられ、上記モーターに発生する回生エネルギーが上記操作コイルへ流入することを阻止するダイオードを有し、第一の半導体スイッチング素子は上記モーターおよび上記操作コイルの両方に駆動電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の電気操作装置。
第一の半導体スイッチング素子の入力端の電圧に連動して作動する第一の積分回路またはタイマー回路と、この第一の積分回路またはタイマー回路の出力によって導通を保持する第一の自己保持回路とを有し、上記第一の自己保持回路が導通することで上記電圧を抑制するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の回路遮断器の電気操作装置。
第一の半導体スイッチング素子と同期して動作する第二の半導体スイッチング素子を備え、この第二の半導体スイッチング素子はモーターまたはリレーの操作コイルの一方に、上記第一の半導体スイッチング素子は上記モーターまたはリレーの操作コイルの他方に、駆動電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の電気操作装置。
モーターの駆動電流が流れる経路に設けられた第一の半導体スイッチング素子および電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗の両端の電圧により上記モーターの駆動電流を検出する検出回路と、上記第一の半導体スイッチング素子の入力信号の入力端の電圧に連動し、上記第一の半導体スイッチング素子が導通した後、所定の時間が経過したのちに作動する第二の積分回路またはタイマー回路と、この第二の積分回路またはタイマー回路の作動により上記電流検出用抵抗の両端の短絡を開放する第三の半導体スイッチング素子と、上記検出回路の検出電流が所定値以上になったとき上記第一の半導体スイッチング素子を非導通に保持する第二の自己保持回路と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の回路遮断器の電気操作装置。