JP6105231B2 - 開閉器 - Google Patents
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Description
本発明は、機械式のスイッチに発生するアークを消去する消弧装置を備えた開閉器に関する。
配線用遮断器、漏電遮断器、電磁接触器などの開閉器は、機械式のスイッチを開く際にアークが発生するという問題がある。
この問題を解決するために、例えば図１５に示すような従来技術が知られている。図１５に示すように、開閉器５０は、互いに並列に接続された機械式スイッチ５２と半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）５１とを含み、直流電源５４が開閉器５０と直列に補助スイッチ５３を介して負荷５５に接続されている。
この問題を解決するために、例えば図１５に示すような従来技術が知られている。図１５に示すように、開閉器５０は、互いに並列に接続された機械式スイッチ５２と半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）５１とを含み、直流電源５４が開閉器５０と直列に補助スイッチ５３を介して負荷５５に接続されている。
このような構成の従来技術では、直流電源５４から負荷５５に電流を供給する場合には、機械式スイッチ５２と補助スイッチ５３の双方を閉じ、ＩＧＢＴ５１はオフとする。一方、負荷５５に対する電流の供給を遮断する場合には、まずＩＧＢＴ５１をオンとし、引き続いて機械式スイッチ５２を開く。このとき、機械式スイッチ５２に流れていた電流は、機械式スイッチ５２が開くと同時にＩＧＢＴ５１側に転流する。その後、ＩＧＢＴ５１をオフにすることで、ＩＧＢＴ５１に流れていた電流も遮断される。
このように、図１５に示す従来技術では、機械式スイッチ５２に並列に接続されるＩＧＢＴ５１を含む分流回路を有するので、機械式スイッチ５２側を流れる電流がＩＧＢＴ５１側へ速やかに転流し、機械式スイッチ５２にアークが発生することがない。
このため、機械式スイッチ５２側には、アークを消弧するための付加的な構成が不要となり、機械式スイッチ５２は通常の容量を考慮して設計できる。さらに、分流回路を構成するＩＧＢＴ５１などの半導体スイッチ素子は、電流の遮断に必要な短時間だけの通電で良く、温度上昇がないという利点がある。
このため、機械式スイッチ５２側には、アークを消弧するための付加的な構成が不要となり、機械式スイッチ５２は通常の容量を考慮して設計できる。さらに、分流回路を構成するＩＧＢＴ５１などの半導体スイッチ素子は、電流の遮断に必要な短時間だけの通電で良く、温度上昇がないという利点がある。
また、図１５に示す従来技術に類似する技術として、例えば特許文献１には、機械式スイッチの接点間のアークの消去装置について記載されている。この消去装置は、機械式スイッチと、この機械式スイッチに発生するアークを消去するために機械式スイッチに並列に接続された半導体スイッチと、半導体スイッチをオンオフ制御する制御回路などを備えている。
しかしながら、図１５に示す従来技術では、ＩＧＢＴ５１などの半導体スイッチ素子の動作を制御する制御回路が必要になる上に、半導体スイッチ素子のオンオフ動作に同期して機械式スイッチ５２をオンオフ動作させるための構造を設ける必要がある。また、特許文献１に記載の消去装置は、図１５に示す従来技術と同様に、半導体スイッチ素子をオンオフ制御する制御回路を設ける必要がある。
機械式スイッチは、接点投入時に衝突現象によりバウンス（跳返り）が発生する。このバウンスにより機械式スイッチの接点は接触と開離を繰り返す。このようなバウンスは、電気的なノイズの原因や接点寿命に影響を与えるため、できるだけ小さくすることが望ましい。また、機械式スイッチの接点間に発生するアーク電圧を半導体スイッチ素子の制御端子に入力する場合、バウンスにより半導体スイッチ素子が不要動作を起こしてしまう。そこで、本発明は、機械式スイッチが閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止できる開閉器を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
上述した課題を解決するために、本発明のある態様による開閉器は、機械式スイッチと、開閉回路と、前記機械式スイッチに並列に接続され前記機械式スイッチが発生するアーク電圧を前記開閉回路を介して制御端子に入力する半導体スイッチ素子を含む消弧装置と、を含み、前記機械式スイッチは、閉状態及び開状態となる第１の電気接点と、当該第１の電気接点に同期して閉状態及び開状態となる第２の電気接点と、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点とを直列に接続する直列接続部と、を備え、前記開閉回路は、前記直列接続部と前記半導体スイッチ素子の制御端子との間に接続され、前記機械式スイッチの閉状態及び開状態と同期し、かつ前記機械式スイッチの状態と逆の状態となる、ことを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明のある態様による開閉器は、機械式スイッチと、開閉回路と、前記機械式スイッチに並列に接続され前記機械式スイッチが発生するアーク電圧を前記開閉回路を介して制御端子に入力する半導体スイッチ素子を含む消弧装置と、を含み、前記機械式スイッチは、閉状態及び開状態となる第１の電気接点と、当該第１の電気接点に同期して閉状態及び開状態となる第２の電気接点と、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点とを直列に接続する直列接続部と、を備え、前記開閉回路は、前記直列接続部と前記半導体スイッチ素子の制御端子との間に接続され、前記機械式スイッチの閉状態及び開状態と同期し、かつ前記機械式スイッチの状態と逆の状態となる、ことを特徴とする。
また、第１の電気接点と第２の電気接点とを備えた機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの第１の電気接点と第２の電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
上述した課題を解決するために、本発明の他の態様による開閉器は、機械式スイッチと、開閉回路と、前記機械式スイッチに並列に接続され前記機械式スイッチが発生するアーク電圧を前記開閉回路を介して制御端子に入力する半導体スイッチ素子を含む消弧装置と、を含み、前記機械式スイッチは、第１の固定接点と第２の固定接点と前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点との接続を行う可動接点と、を備え、前記開閉回路は、前記可動接点と前記半導体スイッチ素子の制御端子との間に接続され、前記機械式スイッチの閉状態及び開状態と同期し、かつ前記機械式スイッチの状態と逆の状態となる、ことを特徴とする。
この構成によれば、第１の固定接点と第２の固定接点と可動接点とを備えた機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
上述した課題を解決するために、本発明の他の態様による開閉器は、前記開閉回路は、前記機械式スイッチに電流が流れている期間は開状態となり、前記機械式スイッチに電流が流れていない期間は閉状態となる、ことを特徴とする。
この構成によれば、機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
この構成によれば、第１の固定接点と第２の固定接点と可動接点とを備えた機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
上述した課題を解決するために、本発明の他の態様による開閉器は、前記開閉回路は、前記機械式スイッチに電流が流れている期間は開状態となり、前記機械式スイッチに電流が流れていない期間は閉状態となる、ことを特徴とする。
この構成によれば、機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
本発明によれば、機械式スイッチが閉じる際に開閉回路が開くことにより消弧装置への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチの電気接点が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子の不要動作を防止することができる。
以下、開閉器の実施形態について図面に従って説明する。以下に参照する各図において、他の図と同等部分は同一符号を付して説明する。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態に係る開閉器の外観について、図１を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る開閉器の外観を示す平面図である。図１に示すように、開閉器１は、２極型の機械式スイッチ２と、消弧装置４とを備えている。２極型の機械式スイッチ２は、外部との接続を行うための端子１１〜１４と、手動レバー１６とを備えている。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態に係る開閉器の外観について、図１を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る開閉器の外観を示す平面図である。図１に示すように、開閉器１は、２極型の機械式スイッチ２と、消弧装置４とを備えている。２極型の機械式スイッチ２は、外部との接続を行うための端子１１〜１４と、手動レバー１６とを備えている。
次に、第１の実施形態に係る開閉器の構成について、図２を参照して説明する。
図２は、第１の実施形態に係る開閉器の構成を示す回路図である。図２に示すように、開閉器１は、２極型の機械式スイッチ２と、消弧装置４と、開閉回路４６と、を備えている。
機械式スイッチ２は、端子１１と端子１２との間に第１の電気接点２１を備え、端子１３と端子１４との間に第２の電気接点２２を備え、端子１２と端子１３とを直列に接続する直列接続部１５を備えている。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とは、手動レバー１６の操作により同時に開閉される。図２に示す第１の電気接点２１と第２の電気接点２２の状態は開状態であり、図４に示す第１の電気接点２１と第２の電気接点２２の状態は閉状態である。
図２は、第１の実施形態に係る開閉器の構成を示す回路図である。図２に示すように、開閉器１は、２極型の機械式スイッチ２と、消弧装置４と、開閉回路４６と、を備えている。
機械式スイッチ２は、端子１１と端子１２との間に第１の電気接点２１を備え、端子１３と端子１４との間に第２の電気接点２２を備え、端子１２と端子１３とを直列に接続する直列接続部１５を備えている。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とは、手動レバー１６の操作により同時に開閉される。図２に示す第１の電気接点２１と第２の電気接点２２の状態は開状態であり、図４に示す第１の電気接点２１と第２の電気接点２２の状態は閉状態である。
消弧装置４は、半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０と、抵抗４１と抵抗４２とが直列に接続された分圧回路４５と、過電圧抑制素子（バリスタ、Varistor）４３と、コンデンサ４４と、を備えている。
ＩＧＢＴ４０は、機械式スイッチ２の端子１１と端子１４との間に接続されている。ＩＧＢＴ４０の制御端子は、機械式スイッチ２がアーク電圧を発生する直列接続部１５に開閉回路４６と抵抗４１とを介して接続されている。抵抗４２は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。過電圧抑制素子４３は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。コンデンサ４４は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。
ＩＧＢＴ４０は、機械式スイッチ２の端子１１と端子１４との間に接続されている。ＩＧＢＴ４０の制御端子は、機械式スイッチ２がアーク電圧を発生する直列接続部１５に開閉回路４６と抵抗４１とを介して接続されている。抵抗４２は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。過電圧抑制素子４３は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。コンデンサ４４は、ＩＧＢＴ４０の制御端子と機械式スイッチ２の端子１４との間に接続されている。
開閉回路４６は、例えば電磁石式のスイッチで構成され、機械式スイッチ２の端子１４に電流が流れている期間は開状態となり、機械式スイッチ２の端子１４に電流が流れていない期間は閉状態となるように動作する。図２，３，６，７に示す開閉回路４６は閉状態であり、図４，５に示す開閉回路４６は閉状態である。なお、補助接点が付加されている機械式スイッチの場合は、補助接点を開閉回路として使用してもよい。その場合、主となる接点が閉状態となったら補助接点が開状態となるようにすればよい。
次に、第１の実施形態に係る開閉器の動作について、図２〜７を参照して説明する。
図２〜７は、直流電源１００が負荷１０１に開閉器１と閉状態の補助スイッチ１０２とを介して印加されている状態を示す。図３は、第１の実施形態に係る開閉器の第２の状態を示す回路図である。図４は、第１の実施形態に係る開閉器の第３の状態を示す回路図である。図５は、第１の実施形態に係る開閉器の第４の状態を示す回路図である。図６は、第１の実施形態に係る開閉器の第５の状態を示す回路図である。図７は、第１の実施形態に係る開閉器の第６の状態を示す回路図である。
図２〜７は、直流電源１００が負荷１０１に開閉器１と閉状態の補助スイッチ１０２とを介して印加されている状態を示す。図３は、第１の実施形態に係る開閉器の第２の状態を示す回路図である。図４は、第１の実施形態に係る開閉器の第３の状態を示す回路図である。図５は、第１の実施形態に係る開閉器の第４の状態を示す回路図である。図６は、第１の実施形態に係る開閉器の第５の状態を示す回路図である。図７は、第１の実施形態に係る開閉器の第６の状態を示す回路図である。
（初期状態）
先ず、図２では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態である初期状態を示す。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態なので、直流電源１００の電流は流れていない。また、開閉回路４６は閉状態である。
先ず、図２では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態である初期状態を示す。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態なので、直流電源１００の電流は流れていない。また、開閉回路４６は閉状態である。
（第２の状態）
次に、図３では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態から閉状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第２の状態を示す。端子１４に電流は流れていないので、開閉回路４６は閉状態を維持している。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように直列接続部１５から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。なお、アーク電圧Ｖａは、分圧回路４５により分圧されてＩＧＢＴ４０の制御端子に印加されるので、例えば抵抗４１と抵抗４２の抵抗値が等しければ、ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧はアーク電圧Ｖａの半分の電圧となる。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
次に、図３では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態から閉状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第２の状態を示す。端子１４に電流は流れていないので、開閉回路４６は閉状態を維持している。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように直列接続部１５から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。なお、アーク電圧Ｖａは、分圧回路４５により分圧されてＩＧＢＴ４０の制御端子に印加されるので、例えば抵抗４１と抵抗４２の抵抗値が等しければ、ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧はアーク電圧Ｖａの半分の電圧となる。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
（第３の状態）
次に、図４では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態になった第３の状態を示す。端子１４に電流が流れるので、開閉回路４６は開状態になる。第２の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３，ａ４のように並列に流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流は電流経路ａ４のように流れる。
次に、図４では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態になった第３の状態を示す。端子１４に電流が流れるので、開閉回路４６は開状態になる。第２の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３，ａ４のように並列に流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流は電流経路ａ４のように流れる。
（第４の状態）
次に、図５では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態になった直後にバウンスを起こしている第４の状態を示す。通常、電気接点で発生するバウンスは、ｍｓオーダーの期間に複数回繰り返される。端子１４に電流が流れた状態なので、開閉回路４６は開状態を維持している。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とがバウンスを起こしているためアーク電圧Ｖａが発生するが、開閉回路４６は開状態なのでアーク電圧Ｖａが流れる経路が存在しない。従って、バウンスによって発生するアーク電圧Ｖａは、ＩＧＢＴ４０の制御端子に影響を与えない。また、第４の状態でも、直流電源１００の電流は、電流経路ａ４のように流れ続ける。
次に、図５では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態になった直後にバウンスを起こしている第４の状態を示す。通常、電気接点で発生するバウンスは、ｍｓオーダーの期間に複数回繰り返される。端子１４に電流が流れた状態なので、開閉回路４６は開状態を維持している。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とがバウンスを起こしているためアーク電圧Ｖａが発生するが、開閉回路４６は開状態なのでアーク電圧Ｖａが流れる経路が存在しない。従って、バウンスによって発生するアーク電圧Ｖａは、ＩＧＢＴ４０の制御端子に影響を与えない。また、第４の状態でも、直流電源１００の電流は、電流経路ａ４のように流れ続ける。
（第５の状態）
次に、図６では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態から開状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第５の状態を示す。第１の電気接点２１及び第２の電気接点２２は開状態となり端子１４に電流が流れなくなるので、開閉回路４６は閉状態になる。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように直列接続部１５から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
次に、図６では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが閉状態から開状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第５の状態を示す。第１の電気接点２１及び第２の電気接点２２は開状態となり端子１４に電流が流れなくなるので、開閉回路４６は閉状態になる。第１の電気接点２１と第２の電気接点２２で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように直列接続部１５から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
（第６の状態）
次に、図７では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態になった第６の状態を示す。第５の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３のように流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流経路はなくなる。
次に、図７では、開閉器１の機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とが開状態になった第６の状態を示す。第５の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３のように流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流経路はなくなる。
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
本実施形態では、第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とを備えた機械式スイッチ２が閉じる際に開閉回路４６が開くことにより消弧装置４への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０の不要動作を防止することができる。
本実施形態では、第１の電気接点２１と第２の電気接点２２とを備えた機械式スイッチ２が閉じる際に開閉回路４６が開くことにより消弧装置４への信号経路を切り離すことができるので、機械式スイッチ２の第１の電気接点２１と第２の電気接点２２が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０の不要動作を防止することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る開閉器の断面について、図８を参照して説明する。
図８は、第２の実施形態に係る開閉器の断面を示す断面図である。図８に示すように、開閉器２００は、１極あたり２箇所の接点（２接点）を有する電磁接触器３と、消弧装置４とを備えている。
電磁接触器３は、図８に示すように、機械式スイッチを構成する電気接点３０と、端子３１、３２と、電気接点３０の開閉動作を行う電磁石３３とを備え、これらがフレームに一体に組み込まれている。
次に、第２の実施形態に係る開閉器の断面について、図８を参照して説明する。
図８は、第２の実施形態に係る開閉器の断面を示す断面図である。図８に示すように、開閉器２００は、１極あたり２箇所の接点（２接点）を有する電磁接触器３と、消弧装置４とを備えている。
電磁接触器３は、図８に示すように、機械式スイッチを構成する電気接点３０と、端子３１、３２と、電気接点３０の開閉動作を行う電磁石３３とを備え、これらがフレームに一体に組み込まれている。
電気接点３０は、第１の固定接点３０１と第２の固定接点３０２と１つの可動接点３０３とを備えている。可動接点３０３の両端は、図８に示すように、第１の固定接点３０１及び第２の固定接点３０２と電気的に接続するようになっている。第１の固定接点３０１及び第２の固定接点３０２のそれぞれは、端子３１、３２に接続されている。
電磁石３３は、図８に示すように、固定鉄心３３２と、可動鉄心３３４と、固定鉄心３３２に巻回されるコイル３３６とを備え、コイル３３６に電流を流すことにより可動鉄心３３４が可動できるようになっている。また、可動鉄心３３４には可動接点３０３を保持した可動接点ホルダが連結されている。このため、電磁石３３の励磁により、可動接点３０３は第１の固定接点３０１及び第２の固定接点３０２と接触し、励磁を解くことにより可動接点３０３は第１の固定接点３０１及び第２の固定接点３０２から離れることができる。
次に、第２の実施形態に係る開閉器の構成について、図９を参照して説明する。
図９は、第２の実施形態に係る開閉器の構成を示す回路図である。図９に示すように、開閉器２００は、電磁接触器３と、消弧装置４と、開閉回路４６と、を備えている。
消弧装置４は、半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０と、抵抗４１と抵抗４２とが直列に接続された分圧回路４５と、過電圧抑制素子４３と、コンデンサ４４と、を備えている。
図９は、第２の実施形態に係る開閉器の構成を示す回路図である。図９に示すように、開閉器２００は、電磁接触器３と、消弧装置４と、開閉回路４６と、を備えている。
消弧装置４は、半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０と、抵抗４１と抵抗４２とが直列に接続された分圧回路４５と、過電圧抑制素子４３と、コンデンサ４４と、を備えている。
ＩＧＢＴ４０は、電磁接触器３の端子３１と端子３２との間に接続されている。ＩＧＢＴ４０の制御端子は、電磁接触器３がアーク電圧を発生する可動接点３０３に開閉回路４６と抵抗４１とを介して接続されている。
開閉回路４６は、例えば電磁石式のスイッチで構成され、電磁接触器３の端子３２に電流が流れている期間は開状態となり、電磁接触器３の端子３２に電流が流れていない期間は閉状態となるように動作する。
開閉回路４６は、例えば電磁石式のスイッチで構成され、電磁接触器３の端子３２に電流が流れている期間は開状態となり、電磁接触器３の端子３２に電流が流れていない期間は閉状態となるように動作する。
次に、第２の実施形態に係る開閉器の動作について、図９〜１４を参照して説明する。
図９〜１４は、直流電源１００が負荷１０１に開閉器２００と閉状態の補助スイッチ１０２とを介して印加されている状態を示す。図１０は、第２の実施形態に係る開閉器の第２の状態を示す回路図である。図１１は、第２の実施形態に係る開閉器の第３の状態を示す回路図である。図１２は、第２の実施形態に係る開閉器の第４の状態を示す回路図である。図１３は、第２の実施形態に係る開閉器の第５の状態を示す回路図である。図１４は、第２の実施形態に係る開閉器の第６の状態を示す回路図である。
図９〜１４は、直流電源１００が負荷１０１に開閉器２００と閉状態の補助スイッチ１０２とを介して印加されている状態を示す。図１０は、第２の実施形態に係る開閉器の第２の状態を示す回路図である。図１１は、第２の実施形態に係る開閉器の第３の状態を示す回路図である。図１２は、第２の実施形態に係る開閉器の第４の状態を示す回路図である。図１３は、第２の実施形態に係る開閉器の第５の状態を示す回路図である。図１４は、第２の実施形態に係る開閉器の第６の状態を示す回路図である。
（初期状態）
先ず、図９では、開閉器２００の電気接点３０が開状態である初期状態を示す。電気接点３０が開状態なので、直流電源１００の電流は流れていない。また、開閉回路４６は閉状態である。
先ず、図９では、開閉器２００の電気接点３０が開状態である初期状態を示す。電気接点３０が開状態なので、直流電源１００の電流は流れていない。また、開閉回路４６は閉状態である。
（第２の状態）
次に、図１０では、開閉器２００の電気接点３０が開状態から閉状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第２の状態を示す。端子３２に電流は流れていないので、開閉回路４６は閉状態を維持している。電気接点３０で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように可動接点３０３から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。なお、アーク電圧Ｖａは、分圧回路４５により分圧されてＩＧＢＴ４０の制御端子に印加されるので、例えば抵抗４１と抵抗４２の抵抗値が等しければ、ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧はアーク電圧Ｖａの半分の電圧となる。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
次に、図１０では、開閉器２００の電気接点３０が開状態から閉状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第２の状態を示す。端子３２に電流は流れていないので、開閉回路４６は閉状態を維持している。電気接点３０で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように可動接点３０３から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。なお、アーク電圧Ｖａは、分圧回路４５により分圧されてＩＧＢＴ４０の制御端子に印加されるので、例えば抵抗４１と抵抗４２の抵抗値が等しければ、ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧はアーク電圧Ｖａの半分の電圧となる。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
（第３の状態）
次に、図１１では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態になった第３の状態を示す。端子３２に電流が流れるので、開閉回路４６は開状態になる。第２の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３，ａ４のように並列に流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流は電流経路ａ４のように流れる。
次に、図１１では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態になった第３の状態を示す。端子３２に電流が流れるので、開閉回路４６は開状態になる。第２の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３，ａ４のように並列に流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流は電流経路ａ４のように流れる。
（第４の状態）
次に、図１２では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態になった直後にバウンスを起こしている第４の状態を示す。端子３２に電流が流れた状態なので、開閉回路４６は開状態を維持している。電気接点３０がバウンスを起こしているためアーク電圧Ｖａが発生するが、開閉回路４６は開状態なのでアーク電圧Ｖａが流れる経路が存在しない。従って、バウンスによって発生するアーク電圧Ｖａは、ＩＧＢＴ４０の制御端子に影響を与えない。また、第４の状態でも、直流電源１００の電流は、電流経路ａ４のように流れ続ける。
次に、図１２では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態になった直後にバウンスを起こしている第４の状態を示す。端子３２に電流が流れた状態なので、開閉回路４６は開状態を維持している。電気接点３０がバウンスを起こしているためアーク電圧Ｖａが発生するが、開閉回路４６は開状態なのでアーク電圧Ｖａが流れる経路が存在しない。従って、バウンスによって発生するアーク電圧Ｖａは、ＩＧＢＴ４０の制御端子に影響を与えない。また、第４の状態でも、直流電源１００の電流は、電流経路ａ４のように流れ続ける。
（第５の状態）
次に、図１３では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態から開状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第５の状態を示す。電気接点３０は開状態となり端子３２に電流が流れなくなるので、開閉回路４６は閉状態になる。電気接点３０で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように可動接点３０３から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
次に、図１３では、開閉器２００の電気接点３０が閉状態から開状態に移行する途中でアーク電圧Ｖａが発生し始めた第５の状態を示す。電気接点３０は開状態となり端子３２に電流が流れなくなるので、開閉回路４６は閉状態になる。電気接点３０で発生したアーク電圧Ｖａは電流経路ａ１のように可動接点３０３から開閉回路４６と抵抗４１とを介してＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される。ＩＧＢＴ４０の制御端子に印加される電圧は、コンデンサ４４に蓄電される。
（第６の状態）
次に、図１４では、開閉器２００の電気接点３０が開状態になった第６の状態を示す。第５の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３のように流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流経路はなくなる。
次に、図１４では、開閉器２００の電気接点３０が開状態になった第６の状態を示す。第５の状態でコンデンサ４４に蓄電された電圧が電流経路ａ２に示すように残っている期間は、ＩＧＢＴ４０が導通状態なので、直流電源１００の電流は電流経路ａ３のように流れるが、コンデンサ４４が放電されるとＩＧＢＴ４０が非導通状態となり、電流経路ａ３はなくなり、直流電源１００の電流経路はなくなる。
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
本実施形態では、第１の固定接点３０１と第２の固定接点３０２と１つの可動接点３０３とを備えた機械式スイッチである電気接点３０が閉じる際に開閉回路４６が開くことにより消弧装置４への信号経路を切り離すことができるので、電気接点３０の可動接点３０が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０の不要動作を防止することができる。
なお、コンデンサ４４は、ＩＧＢＴ４０のゲートとエミッタ間の寄生容量を利用することで代用することができる。この場合、コンデンサ４４を削除しても本実施形態と同等の効果を得ることができる。
本実施形態では、第１の固定接点３０１と第２の固定接点３０２と１つの可動接点３０３とを備えた機械式スイッチである電気接点３０が閉じる際に開閉回路４６が開くことにより消弧装置４への信号経路を切り離すことができるので、電気接点３０の可動接点３０が閉じる時に発生する接点バウンスによる半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴ４０の不要動作を防止することができる。
なお、コンデンサ４４は、ＩＧＢＴ４０のゲートとエミッタ間の寄生容量を利用することで代用することができる。この場合、コンデンサ４４を削除しても本実施形態と同等の効果を得ることができる。
１ 開閉器
２ 機械式スイッチ
４ 消弧装置
１１〜１４ 端子
１５ 直列接続部
１６ 手動レバー
２１ 第１の電気接点
２２ 第２の電気接点
３０ 電気接点
３１，３２ 端子
３３ 電磁石
４０ ＩＧＢＴ
４１，４２ 抵抗
４３ 過電圧抑制素子
４４ コンデンサ
４５ 分圧回路
４６ 開閉回路
５０ 開閉器
５２ 機械式スイッチ
５３ 補助スイッチ
５４ 直流電源
５５ 負荷
１００ 直流電源
１０１ 負荷
１０２ 補助スイッチ
２００ 開閉器
３０１ 第１の固定接点
３０２ 第２の固定接点
３０３ 可動接点
３３２ 固定鉄心
３３４ 可動鉄心
３３６ コイル
２ 機械式スイッチ
４ 消弧装置
１１〜１４ 端子
１５ 直列接続部
１６ 手動レバー
２１ 第１の電気接点
２２ 第２の電気接点
３０ 電気接点
３１，３２ 端子
３３ 電磁石
４０ ＩＧＢＴ
４１，４２ 抵抗
４３ 過電圧抑制素子
４４ コンデンサ
４５ 分圧回路
４６ 開閉回路
５０ 開閉器
５２ 機械式スイッチ
５３ 補助スイッチ
５４ 直流電源
５５ 負荷
１００ 直流電源
１０１ 負荷
１０２ 補助スイッチ
２００ 開閉器
３０１ 第１の固定接点
３０２ 第２の固定接点
３０３ 可動接点
３３２ 固定鉄心
３３４ 可動鉄心
３３６ コイル
Claims (3)
- 機械式スイッチと、
開閉回路と、
前記機械式スイッチに並列に接続され前記機械式スイッチが発生するアーク電圧を前記開閉回路を介して制御端子に入力する半導体スイッチ素子を含む消弧装置と、
を含み、
前記機械式スイッチは、閉状態及び開状態となる第１の電気接点と、当該第１の電気接点に同期して閉状態及び開状態となる第２の電気接点と、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点とを直列に接続する直列接続部と、を備え、
前記開閉回路は、前記直列接続部と前記半導体スイッチ素子の制御端子との間に接続され、前記機械式スイッチの閉状態及び開状態と同期し、かつ前記機械式スイッチの状態と逆の状態となる、
ことを特徴とする開閉器。 - 機械式スイッチと、
開閉回路と、
前記機械式スイッチに並列に接続され前記機械式スイッチが発生するアーク電圧を前記開閉回路を介して制御端子に入力する半導体スイッチ素子を含む消弧装置と、
を含み、
前記機械式スイッチは、第１の固定接点と、第２の固定接点と、前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点との接続を行う可動接点と、を備え、
前記開閉回路は、前記可動接点と前記半導体スイッチ素子の制御端子との間に接続され、前記機械式スイッチの閉状態及び開状態と同期し、かつ前記機械式スイッチの状態と逆の状態となる、
ことを特徴とする開閉器。 - 請求項１又は請求項２に記載の開閉器において、前記開閉回路は、前記機械式スイッチに電流が流れている期間は開状態となり、前記機械式スイッチに電流が流れていない期間は閉状態となる、ことを特徴とする開閉器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012194937A JP6105231B2 (ja) | 2012-09-05 | 2012-09-05 | 開閉器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012194937A JP6105231B2 (ja) | 2012-09-05 | 2012-09-05 | 開閉器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014053085A JP2014053085A (ja) | 2014-03-20 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012194937A Expired - Fee Related JP6105231B2 (ja) | 2012-09-05 | 2012-09-05 | 開閉器 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3441813B2 (ja) * | 1994-10-05 | 2003-09-02 | アルプス電気株式会社 | 機械式スイッチの接点間アークの消去装置 |
| WO2011034140A1 (ja) * | 2009-09-16 | 2011-03-24 | 株式会社ワイ・ワイ・エル | スイッチ |
-
2012
- 2012-09-05 JP JP2012194937A patent/JP6105231B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2014053085A (ja) | 2014-03-20 |
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