JP7012872B2 - 電圧引き外し装置および遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、遮断器に設けられたオフ機構に作用して遮断器をオフにするための電圧引き外し装置および遮断器に関する。

電圧引き外し装置は、一般にソレノイドと呼ばれる電磁アクチュエータを有しており、操作スイッチを導通状態にしてソレノイドを駆動することで遮断器内部のオフ機構に作用し遮断器をオフさせる。

ソレノイドは、ソレノイドコイルと、固定鉄心と、可動鉄心とを有しており、ソレノイドコイルに励磁電流が流れると可動鉄心が固定鉄心に引き寄せられる。そして、可動鉄心の移動に伴って可動鉄心に取り付けられたシャフトが移動し、シャフトが遮断器内部のオフ機構を押すことで、遮断器がオフになる。

このようにソレノイドを用いて遮断器をオフさせる装置において、ソレノイドを用いて遮断器をオフさせる前にソレノイドコイルの断線を監視する技術が知られている。例えば、特許文献１には、コイルに直列に接続されたスイッチング素子の制御端子にパルス電圧を印加して接触子が動作しない短い時間にコイルに電流を流し、流した電流が設定値以上であるか否かに基づいて、コイルおよびスイッチング素子が正常であるか異常であるかを判定する技術が開示されている。

特開平４－１９０６１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、プロセス量と設定値とを比較する比較器の出力でスイッチング素子を駆動する技術で、異常検出の範囲が限られており、スイッチング素子を駆動する駆動回路全体の健全性を監視することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御電源が接続される電圧引き外し装置において、ソレノイドコイルおよびソレノイドコイルを駆動するための駆動回路全体の故障を監視することができる電圧引き外し装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電圧引き外し装置は、第１端子と、第２端子と、第３端子と、第４端子と、スイッチング素子と、駆動部と、電源回路と、判定部とを備える。第１端子は、制御電源の一端が操作スイッチを介して接続される。第２端子は、制御電源の他端が接続される。第３端子は、制御電源の一端が接続される。第４端子は、ソレノイドコイルと固定鉄心と可動鉄心とを有するソレノイドのソレノイドコイルの断線を監視する監視回路を介して制御電源の一端が接続される。スイッチング素子は、第１端子と第２端子との間と、第２端子と第４端子との間とに、ソレノイドコイルに直列に接続された状態で配置される。駆動部は、制御電源の電圧が第１端子に印加される場合に、スイッチング素子を駆動することでソレノイドコイルに励磁電流を流し、可動鉄心を第１の位置から第２の位置に移動させた状態にする。電源回路は、第１端子または第３端子を介して制御電源から供給される電圧に基づいて駆動部の電源電圧を生成する。判定部は、制御電源の電圧が第１端子に印加されているか否かを判定する。電源回路は、制御電源の電圧が第１端子に印加されない場合に、第３端子を介して制御電源から供給される電圧に基づいて、電源電圧を生成する。駆動部は、判定部によって制御電源の電圧が第１端子に印加されていないと判定された場合、スイッチング素子にパルス電圧を出力して可動鉄心が第２の位置にならない電流をソレノイドコイルに流す。

本発明によれば、制御電源が接続される電圧引き外し装置において、ソレノイドコイルおよびソレノイドコイルを駆動するための電子部品の故障を監視することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電圧引き外し装置を備える遮断器の構成の一部を示す図 実施の形態１にかかるマイクロコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図 本発明の実施の形態２にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態３にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態４にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電圧引き外し装置および遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電圧引き外し装置１は、第１端子１１と、第２端子１２と、第３端子１３と、第４端子１４と、整流回路２１，２２と、ダイオード２３，３１，３２と、ソレノイドコイル４０と、フライホイールダイオード４１と、スイッチング素子５０と、電源回路６０と、マイクロコンピュータ７０と、電圧検出部８０とを備える。

第１端子１１および第２端子１２は、制御電源２の交流電圧Ｖａｃを入力するための入力端子である。第１端子１１には、交流電圧Ｖａｃを出力する制御電源２の一端が操作スイッチ３を介して接続される。操作スイッチ３は、例えば、遠隔から操作可能な操作スイッチであり、遠隔からの操作によって非導通状態から導通状態になるオフ操作スイッチである。以下、操作スイッチ３が非導通状態である場合をオフ状態と呼び、操作スイッチ３が導通状態である場合をオン状態と呼ぶ場合がある。

第２端子１２には、制御電源２の他端が接続される。操作スイッチ３の状態がオン状態である場合に、制御電源２の交流電圧Ｖａｃが電圧引き外し装置１に入力され、操作スイッチ３の状態がオフ状態である場合に、制御電源２の交流電圧Ｖａｃは、電圧引き外し装置１に入力されない。

第１端子１１および第２端子１２は、整流回路２１と電圧検出部８０とに接続される。整流回路２１は、例えば、ブリッジ接続された４つのダイオードが１つのパッケージに収納されたダイオードスタックである。整流回路２１の出力側は、ダイオード２３，３１のアノードに接続される。整流回路２１は、操作スイッチ３の状態がオン状態である場合に第１端子１１と第２端子１２を介して入力される制御電源２の交流電圧Ｖａｃを全波整流し、全波整流した電圧をダイオード２３，３１に出力する。

ダイオード２３のカソードは、電源回路６０に接続されており、整流回路２１によって全波整流された電圧は、ダイオード２３を介して電源回路６０に入力される。電源回路６０は、ダイオード２３を介して入力される電圧からマイクロコンピュータ７０の電源電圧Ｖｃｃを生成する。かかる電源電圧Ｖｃｃは、直流電圧である。

ダイオード３１のカソードは、ソレノイドコイル４０の一端と、フライホイールダイオード４１のカソードに接続される。ソレノイドコイル４０の他端とフライホイールダイオード４１のアノードは、スイッチング素子５０に接続される。

図１に示すスイッチング素子５０は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。なお、スイッチング素子５０は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、例えば、接合型ＦＥＴまたはバイポーラトランジスタであってもよい。

ソレノイドコイル４０とスイッチング素子５０とは、直列に接続されており、第１端子１１と第２端子１２との間に、整流回路２１およびダイオード３１を介して接続されている。そのため、ソレノイドコイル４０とスイッチング素子５０の直列体の両端には、操作スイッチ３の状態がオン状態である場合、第１端子１１と第２端子１２を介して入力される制御電源２の交流電圧Ｖａｃに基づく全波整流電圧が印加される。

マイクロコンピュータ７０は、電源回路６０で生成された電源電圧Ｖｃｃによって動作する。かかるマイクロコンピュータ７０は、駆動部７１と、判定部７２と、ＡＤ（Analog to Digital）変換部７３とを備える。駆動部７１は、スイッチング素子５０の制御端子であるゲートに接続されており、スイッチング素子５０を駆動する駆動信号Ｓｇをスイッチング素子５０のゲートに出力する。

電圧検出部８０は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧に応じた電圧信号Ｓｖをマイクロコンピュータ７０のＡＤ変換部７３に出力する。例えば、電圧検出部８０は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧に正比例する電圧信号Ｓｖを出力することができる。なお、電圧検出部８０は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧に応じた電圧信号Ｓｖを出力することができる構成であればよく、整流回路２１の出力側に接続されてもよい。この場合、電圧検出部８０は、例えば、整流回路２１の出力電圧に正比例する電圧信号Ｓｖを出力する。

第３端子１３および第４端子１４は、ソレノイドコイル４０の断線などを監視するために用いられる。第３端子１３は、制御電源２の一端に接続されており、制御電源２の電圧が印加される。また、第３端子１３は、整流回路２２に接続される。かかる整流回路２２は、整流回路２１と同様の構成であり、例えば、ダイオードスタックである。整流回路２２の出力側は、電源回路６０に接続される。整流回路２２によって全波整流された電圧は、電源回路６０に入力される。

電源回路６０は、整流回路２１によって全波整流された電圧または整流回路２２によって全波整流された電圧から電源電圧Ｖｃｃを生成する。また、電源回路６０は、整流回路２１によって全波整流された電圧が入力されない場合、整流回路２２によって全波整流された電圧から電源電圧Ｖｃｃを生成する。

第４端子１４は、制御電源２の一端が監視回路４を介して接続される。監視回路４は、ソレノイドコイル４０の断線などを監視する回路であり、制御電源２から第４端子１４を介して供給される電流Ｉｄを監視し、かかる電流Ｉｄに基づいてソレノイドコイル４０の断線を検出する。

第４端子１４は、ダイオード３２のアノードに接続される。ダイオード３２のカソードは、ソレノイドコイル４０とフライホイールダイオード４１の並列体の一端に接続される。ソレノイドコイル４０およびソレノイドコイル４０に接続される電子部品が正常である場合、監視回路４に微小な電流Ｉｄが流れる。監視回路４は、かかる微小な電流Ｉｄを検出することで、ソレノイドコイル４０の断線などの故障とソレノイドコイル４０に接続される電子部品の故障などを検出することができる。なお、ソレノイドコイル４０に接続される電子部品は、例えば、スイッチング素子５０、マイクロコンピュータ７０、および電源回路６０である。

以下、電圧引き外し装置１の動作について具体的に説明する。図２は、実施の形態１にかかる電圧引き外し装置を備える遮断器の構成の一部を示す図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる遮断器１００は、電圧引き外し装置１と、電路をオフにするオフ機構１１０とを備える。電圧引き外し装置１は、実装基板１０１と、ソレノイド１０２とを有する。

実装基板１０１には、上述した整流回路２１，２２、ダイオード２３，３１，３２、フライホイールダイオード４１、スイッチング素子５０、電源回路６０、マイクロコンピュータ７０、および電圧検出部８０などが実装される。ソレノイド１０２は、上述したソレノイドコイル４０と、固定鉄心１０３と、可動鉄心１０４とを備える。可動鉄心１０４には遮断器１００のオフ機構１１０を押すためのシャフト１０５が取り付けられ、図示しない付勢手段により、固定鉄心１０３から離れる方向に付勢されている。

ソレノイドコイル４０の内部には、固定鉄心１０３が配置される。ソレノイドコイル４０に励磁電流が流れることによって生じる電磁力によって、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に引き寄せられ、可動鉄心１０４は、第１の位置から第２の位置に移動する。かかる可動鉄心１０４の動きに同期してシャフト１０５が動作し、シャフト１０５が遮断器１００のオフ機構１１０を押すことによりオフ機構１１０のラッチが外れて遮断器１００が電路を遮断するオフ動作を行う。なお、第１の位置は、電磁力が働いていない状態の可動鉄心１０４の位置であり、第２の位置は、固定鉄心１０３に引き寄せられた状態の可動鉄心１０４の位置であり、例えば、固定鉄心１０３に吸着した状態の可動鉄心１０４の位置である。

遮断器１００が大型の遮断器である場合、オフ機構１１０のラッチを外すための荷重が大きいため、ソレノイドコイル４０に大電流を流して、可動鉄心１０４を大きな電磁力で動かす必要がある。しかし、ソレノイドコイル４０に大電流を流し続けるとソレノイドコイル４０が焼けて断線してしまう可能性がある。そのため、図１に示すマイクロコンピュータ７０の駆動部７１は、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に吸着した後は、吸着を維持できる最小限の励磁電流が流れるように励磁電流を低減する制御を行う。

例えば、マイクロコンピュータ７０の駆動部７１は、スイッチング素子５０を数百ｍｓの間だけ導通状態にする駆動信号Ｓｇをスイッチング素子５０の制御端子に出力することで、可動鉄心１０４を固定鉄心１０３に吸着させる。その後、駆動部７１は、スイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すようにパルス電圧を駆動信号Ｓｇとして出力する。スイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すことによって、ソレノイドコイル４０にパルス電流が流れる。これにより、ソレノイドコイル４０の発熱を抑制し、ソレノイドコイル４０の断線を抑制することができる。

また、駆動部７１が駆動信号Ｓｇとしてパルス電圧をスイッチング素子５０に出力している状態では、遮断器１００のオフ機構１１０はシャフト１０５によって押され続けている状態である。そのため、遮断器１００のオン操作は受け付けられず、遮断器１００はオフ状態でロックされたオフロック状態となっている。かかるオフロック状態は、操作スイッチ３を非導通状態にすることで解除される。

なお、フライホイールダイオード４１は、逆起電力を抑制し、且つ励磁電流を流し続けることを目的として設けられる。具体的には、フライホイールダイオード４１によって、スイッチング素子５０の状態が導通状態から非導通状態となった際に生じるソレノイドコイル４０の逆起電力が抑制される。また、フライホイールダイオード４１によって、スイッチング素子５０の状態が非導通状態の間もソレノイドコイル４０に生じる逆起電力でスイッチング素子５０がソレノイドコイル４０に励磁電流を流し続ける。

上述したように、制御電源２の一端は操作スイッチ３を介して第１端子１１に接続され、制御電源２の他端は第２端子１２に接続される。操作スイッチ３が操作されて操作スイッチ３が導通状態になると、第１端子１１と第２端子１２との間に制御電源２の交流電圧Ｖａｃが印加される。交流電圧Ｖａｃは、整流回路２１によって整流された後、ダイオード２３を介して電源回路６０に印加されると同時にダイオード３１を介してソレノイドコイル４０にも印加される。電源回路６０は、整流回路２１によって整流された交流電圧Ｖａｃに基づいて電源電圧Ｖｃｃを生成し、かかる電源電圧Ｖｃｃをマイクロコンピュータ７０に供給することができる。

また、第１端子１１と第２端子１２との間に入力される交流電圧Ｖａｃは、電圧検出部８０にも印加されるため、電圧検出部８０は、交流電圧Ｖａｃに応じた電圧信号Ｓｖをマイクロコンピュータ７０のＡＤ変換部７３に出力する。ＡＤ変換部７３は、電圧信号Ｓｖをアナログからデジタルに変換し、判定部７２に出力する。

判定部７２は、電圧信号Ｓｖが予め設定された設定範囲Ｒｖ内になった場合に、スイッチング素子５０を数百ｍｓの間だけ導通状態にする駆動信号Ｓｇをスイッチング素子５０の制御端子に出力する。これにより、ソレノイドコイル４０に励磁電流が流れて可動鉄心１０４が動き、かかる可動鉄心１０４に固定されたシャフト１０５がオフ機構１１０を押して電路を遮断する。その後、判定部７２は、駆動信号Ｓｇとしてパルス電圧をスイッチング素子５０に出力することで、遮断器１００をオフロック状態にする。

電圧引き外し装置１には、上述した第３端子１３と第４端子１４とが設けられており、操作スイッチ３が非導通状態で、監視回路４を用いたテストを行うことができる。かかるテストによって、ソレノイドコイル４０の断線などの故障に加え、スイッチング素子５０およびマイクロコンピュータ７０などの電子部品の故障も検出することが可能になる。

第３端子１３には、制御電源２の交流電圧Ｖａｃが印加され、かかる交流電圧Ｖａｃは、整流回路２２によって整流された後、電源回路６０に供給される。そのため、電源回路６０は、操作スイッチ３が非導通状態であっても、整流回路２２によって交流電圧Ｖａｃが整流されて得られる電圧から電源電圧Ｖｃｃを生成することができる。なお、ダイオード２３によって、電源回路６０からダイオード３１を介して電圧が流れることが防止される。

操作スイッチ３が非導通状態の場合、第１端子１１と第２端子１２との間に交流電圧Ｖａｃが印加されないため、電圧検出部８０には交流電圧Ｖａｃが印加されない。そのため、電圧検出部８０は、検出した電圧の大きさがゼロであることを示す電圧信号Ｓｖを出力する。したがって、ＡＤ変換部７３が判定部７２に出力するデジタル信号は検出された電圧の大きさがゼロであることを示す信号である。

マイクロコンピュータ７０の判定部７２は、電圧信号Ｓｖが設定範囲Ｒｖ外になった場合、操作スイッチ３が非導通状態になって第１端子１１と第２端子１２との間に交流電圧Ｖａｃが印加されなくなったと判定し、駆動部７１の状態を通常モードからテストモードに変更する。

駆動部７１は、テストモードにおいて、スイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Ｓｇとしてパルス電圧を出力する。テストモードにおけるパルス電圧は、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が吸着状態にならないように、微小な励磁電流をソレノイドコイル４０に流すパルス幅に設定される。これにより、テストモードにおいて、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が吸着していない場合にはソレノイドコイル４０の可動鉄心１０４が動かず、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が吸着している場合には、かかる吸着が解除される。したがって、テストモードにおいて、遮断器１００がオフロック状態になることを防止することができる。

監視回路４は第４端子１４に接続され、第４端子１４は、ダイオード３３を介してソレノイドコイル４０に接続される。そのため、テストモードにおけるパルス電圧によってスイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すことによって、監視回路４を介してソレノイドコイル４０に電流が流れる。

ソレノイドコイル４０が断線している場合、ソレノイドコイル４０に電流が流れず、監視回路４に電流Ｉｄが流れないため、監視回路４は、ソレノイドコイル４０の断線を検出することができる。なお、ダイオード３１は、監視回路４を介して流れる電流Ｉｄが電源回路６０および整流回路２１などに流れないようにする役割を果たしている。

また、スイッチング素子５０の故障によってソレノイドコイル４０に電流が流れない場合、電源回路６０が故障して電源電圧Ｖｃｃを生成できない場合、またはマイクロコンピュータ７０が故障してスイッチング素子５０を駆動できない場合などにおいても、監視回路４を介して電流Ｉｄが流れない。そのため、監視回路４は、スイッチング素子５０の故障、電源回路６０、およびマイクロコンピュータ７０の故障も検出することができる。

また、スイッチング素子５０の故障が短絡故障である場合、またはマイクロコンピュータ７０の故障によって駆動信号Ｓｇがスイッチング素子５０を駆動できる程度の電圧で固定された場合、監視回路４に流れる電流Ｉｄは大きい。そのため、監視回路４は、電流Ｉｄが閾値以上である場合には、スイッチング素子５０またはマイクロコンピュータ７０の故障を検出することもできる。

このように、電圧引き外し装置１は、監視回路４によって、ソレノイドコイル４０のみならず、スイッチング素子５０、電源回路６０、およびマイクロコンピュータ７０の故障も検出することができる。

図３は、実施の形態１にかかるマイクロコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。図３に示すように、マイクロコンピュータ７０は、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、インタフェース回路２０３とを備えるコンピュータを含む。

プロセッサ２０１、メモリ２０２およびインタフェース回路２０３は、バス２０４によって互いにデータの送受信が可能である。駆動部７１の一部とＡＤ変換部７３は、インタフェース回路２０３によって実現される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、駆動部７１の一部の機能および判定部７２の機能を実行する。プロセッサ２０１は、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processer）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）のうち一つ以上を含む。なお、上述した例では、駆動部７１、判定部７２、およびＡＤ変換部７３は、マイクロコンピュータ７０に形成されるが、各々独立したＩＣ（Integrated Circuit）などで構成してもよい。

なお、上述した電圧引き外し装置１では、電源回路６０はダイオード２３と整流回路２２の出力側に接続されているが、電源回路６０はダイオード２３に接続されずに整流回路２２の出力側のみに接続された構成であってもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる電圧引き外し装置１は、第１端子１１と、第２端子１２と、第３端子１３と、第４端子１４と、スイッチング素子５０と、駆動部７１と、電源回路６０と、判定部７２とを備える。第１端子１１は、制御電源２の一端が操作スイッチ３を介して接続される。第２端子１２は、制御電源２の他端が接続される。第３端子１３は、制御電源２の一端が接続される。第４端子１４は、ソレノイドコイル４０と固定鉄心１０３と可動鉄心１０４とを有するソレノイド１０２のソレノイドコイル４０の断線を監視する監視回路４を介して制御電源２の一端が接続される。スイッチング素子５０は、第１端子１１と第２端子１２との間と、第２端子１２と第４端子１４との間とに、ソレノイドコイル４０に直列に接続された状態で配置される。駆動部７１は、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加される場合に、スイッチング素子５０を駆動することでソレノイドコイル４０に励磁電流を流し、可動鉄心１０４を第１の位置から第２の位置に移動させた状態にする。電源回路６０は、第１端子１１または第３端子１３を介して制御電源２から供給される電圧に基づいて駆動部７１の電源電圧Ｖｃｃを生成する。判定部７２は、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されているか否かを判定する。電源回路６０は、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されない場合に、第３端子１３を介して制御電源２から供給される電圧信号Ｓｖに基づいて、電源電圧Ｖｃｃを生成する。駆動部７１は、判定部７２によって制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されていないと判定された場合、スイッチング素子５０にパルス電圧を出力して可動鉄心１０４が第２の位置にならない電流をソレノイドコイル４０に流す。これにより、ソレノイドコイル４０およびソレノイドコイル４０を駆動するための電子部品の故障を監視することができる。

また、電圧引き外し装置１は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧に応じた電圧信号Ｓｖを出力する電圧検出部８０を備える。判定部７２は、電圧信号Ｓｖに基づいて、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されているか否かを判定する。これにより、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されているか否かを精度よく判定することができる。

また、電圧引き外し装置１は、整流回路２１，２２を備える、整流回路２１は、第１整流回路の一例であり、第１端子１１と第２端子１２との間に接続され、制御電源２の電圧である交流電圧Ｖａｃを整流する。整流回路２２は、第２整流回路の一例であり、第２端子１２と第３端子１３との間に接続され、交流電圧Ｖａｃを整流する。電源回路６０は、整流回路２１または整流回路２２によって整流された電圧から電源電圧Ｖｃｃを生成すると共に、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されない場合、整流回路２２によって整流された電圧に基づいて、電源電圧Ｖｃｃを生成する。これにより、制御電源２の電圧が交流電圧Ｖａｃである場合において、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されていない状態において、駆動部７１および判定部７２を動作させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、入力ポートを用いて第１端子に制御電源の電圧が印加されているか否かを判定することができる点で、実施の形態１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の電圧引き外し装置１と異なる点を中心に説明する。

図４は、本発明の実施の形態２にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる電圧引き外し装置１Ａは、電圧引き外し装置１の構成に加え、ダイオード２４と、ポート駆動抑制部８１と、ポート駆動部８２とを備える。また、電圧引き外し装置１Ａは、マイクロコンピュータ７０に代えて、マイクロコンピュータ７０Ａを備える。マイクロコンピュータ７０Ａは、マイクロコンピュータ７０の構成に加え、入力ポート７４を有する。また、マイクロコンピュータ７０Ａは、判定部７２に代えて判定部７２Ａを有する。

ダイオード２４は、整流回路２１によって交流電圧Ｖａｃが整流された電圧が電源回路６０に印加された際に、電源回路６０を介してポート駆動部８２に電流が流れないようにするために設けられる。これにより、ポート駆動部８２が電源回路６０を介して動作することを防止することができる。

ポート駆動抑制部８１は、整流回路２１の出力側に接続される。かかるポート駆動抑制部８１は、第１端子１１と第２端子１２との間に制御電源２の交流電圧Ｖａｃが印加された場合に、整流回路２１によって整流された電圧によって動作し、ポート駆動部８２の動作を抑制するためのポート駆動抑制信号Ｓｓを出力する。ポート駆動抑制部８１は、第１端子１１と第２端子１２との間に制御電源２の交流電圧Ｖａｃが印加されていない状態では、動作せず、ポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓは出力されない。ポート駆動抑制信号Ｓｓは、ハイレベルの信号である。

ポート駆動部８２は、整流回路２２の出力側に接続される。ポート駆動部８２は、第２端子１２と第３端子１３との間に制御電源２の交流電圧Ｖａｃが印加された場合に整流回路２２によって整流された電圧によって動作する。かかるポート駆動部８２は、整流回路２２によって整流された電圧が印加され、且つポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓが出力されない場合、ポート駆動信号Ｓｄを入力ポート７４に出力する。また、ポート駆動部８２は、ポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓが出力される場合、ポート駆動信号Ｓｄを入力ポート７４に出力しない。ポート駆動信号Ｓｄは、ハイレベルの信号である。

判定部７２Ａは、判定部７２の機能に加え、ポート駆動部８２から入力ポート７４にポート駆動信号Ｓｄが入力された場合に、操作スイッチ３の状態が非導通状態であると判定し、駆動部７１にテストモードの動作を実行させる機能を有する。駆動部７１は、テストモードにおいて、スイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Ｓｇとしてパルス電圧を出力する。これにより、監視回路４がソレノイドコイル４０の断線およびソレノイドコイル４０に接続された電子部品の故障を検出することが可能になる。

また、ポート駆動部８２は、整流回路２２によって整流された電圧が印加され、且つポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓが出力されている場合、ポート駆動信号Ｓｄを入力ポート７４に出力しない。判定部７２Ａは、ポート駆動部８２からポート駆動信号Ｓｄが入力されない場合、通常モードであると判定し、駆動部７１に通常モードの動作を実行させる。

電圧引き外し装置１Ａは、緊急時に遮断器１００をオフするためにも用いられるため、操作スイッチ３の状態が非導通状態から導通状態になったタイミングから遮断器１００がオフ状態になるタイミングまでの時間が短い短時間動作仕様の電圧引き外し装置であることが求められることがある。そこで、電圧引き外し装置１Ａの判定部７２Ａは、短時間動作仕様の動作が行えるように、入力ポート７４にポート駆動信号Ｓｄが入力された状態から入力ポート７４にポート駆動信号Ｓｄが入力されなくなった状態に変化したと判定した場合、ＡＤ変換部７３の情報を読み込む前に、駆動部７１によってスイッチング素子５０を数百ｍｓ間導通状態にさせる。これにより、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に吸着するため、遮断器１００は電路を遮断するオフ動作を行う。

その後、判定部７２Ａは、ＡＤ変換部７３から電圧信号Ｓｖの情報を読み込み、読み込んだ電圧信号Ｓｖが設定範囲Ｒｖ内であるか否かを判定する。駆動部７１は、判定部７２Ａによって電圧信号Ｓｖが設定範囲Ｒｖ外であると判定された場合、スイッチング素子５０への駆動信号Ｓｇの出力を停止する。

判定部７２Ａは、読み込んだ電圧信号Ｓｖが設定範囲Ｒｖ内であれば、可動鉄心１０４を固定鉄心１０３に吸着させるようにスイッチング素子５０を数百ｍｓ間導通状態にする。これは、例えば、操作スイッチ３の状態が非導通状態から導通状態になった後において、ポート駆動信号Ｓｄが入力ポート７４に入力されなくなるタイミングと、電圧信号ＳｖがＡＤ変換部７３から読み込まれるタイミングとの時間間隔が短い場合、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が吸着できていない可能性があるためである。また、制御電源２が起動したときに操作スイッチ３が導通状態である場合、マイクロコンピュータ７０Ａの起動後のソレノイドコイル４０の通電だけでは制御電源２の電圧が動作電圧に達しない場合があり、この場合も、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が吸着できていない可能性がある。その後、駆動部７１は、スイッチング素子５０の状態が導通状態と非導通状態を繰り返すように駆動信号Ｓｇをパルス電圧にして出力し、遮断器１００をオフロック状態にする。

実施の形態１にかかる電圧引き外し装置１では、ＡＤ変換部７３から読み込んだ電圧信号Ｓｖが設定範囲Ｒｖ内であるか否かに基づいて、動作モードの切り替えを行う。そのため、電圧引き外し装置１では、ＡＤ変換部７３のサンプリング周期が例えば商用周波数５０Ｈｚの半サイクル分の周期である場合、操作スイッチ３の状態が非導通状態から導通状態になってから最大で１０ｍｓの間、動作モードを切り替える制御ができない期間がある。

実施の形態２にかかる電圧引き外し装置１Ａは、ＡＤ変換部７３の読み込み前において入力ポート７４への信号のレベル変化に基づいて、動作モードの切り替えを行う。そのため、電圧引き外し装置１Ａは、電圧引き外し装置１に比べて、オフ機構１１０に作用する時間を短縮することができる。

なお、判定部７２Ａは、ポート駆動部８２から入力ポート７４にポート駆動信号Ｓｄが入力され、且つ電圧信号Ｓｖが予め設定された設定範囲Ｒｖ外である場合に、駆動部７１にテストモードの動作を実行させることができる。また、判定部７２Ａは、入力ポート７４の状態とは無関係に、電圧信号Ｓｖが予め設定された設定範囲Ｒｖ外である場合に、駆動部７１にテストモードの動作を実行させることができる。

また、上述した電圧引き外し装置１Ａでは、電源回路６０はダイオード２３とダイオード２４に接続されているが、電源回路６０はダイオード２３，２４に接続されずに整流回路２２の出力側に直接接続された構成であってもよい。

また、実施の形態２にかかる電圧引き外し装置１Ａのマイクロコンピュータ７０Ａについてのハードウェア構成例は、図３に示すハードウェア構成例と同じである。入力ポート７４は、インタフェース回路２０３によって実現される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、駆動部７１の一部および判定部７２Ａの機能を実行することができる。

以上のように、実施の形態２にかかる電圧引き外し装置１Ａは、ポート駆動抑制部８１と、ポート駆動部８２とを備える。ポート駆動抑制部８１は、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加される場合にポート駆動抑制信号Ｓｓを出力し、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されない場合にポート駆動抑制信号Ｓｓを出力しない。ポート駆動部８２は、ポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓが出力されない場合に、ポート駆動信号Ｓｄを出力し、ポート駆動抑制部８１からポート駆動抑制信号Ｓｓが出力される場合に、ポート駆動信号Ｓｄを出力しない。判定部７２Ａは、入力ポート７４に入力されるポート駆動信号Ｓｄが入力される場合に、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されていないと判定し、入力ポート７４にポート駆動信号Ｓｄが入力されない場合に、制御電源２の電圧が第１端子１１に印加されていると判定する。これにより、電圧引き外し装置１に比べ、オフ機構１１０に作用する時間を短縮することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、制御電源が直流電源である点で、制御電源が交流電源である実施の形態１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の電圧引き外し装置１と異なる点を中心に説明する。

図５は、本発明の実施の形態３にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図５に示すように、実施の形態３にかかる電圧引き外し装置１Ｂは、制御電源２が直流電源であり、制御電源２は、直流電圧Ｖｄｃを出力する。

電圧引き外し装置１Ｂには、図１に示す整流回路２１，２２に代えて、ダイオード２５，２６が設けられる。電源回路６０は、第１端子１１からダイオード２５を介して入力される直流電圧Ｖｄｃまたは第３端子１３からダイオード２６を介して入力される直流電圧Ｖｄｃに基づいて電源電圧Ｖｃｃを生成する。また、電圧引き外し装置１Ｂには、ダイオード２６が設けられているため、ダイオード２４が設けられていない。このように、電圧引き外し装置１Ｂは、電圧引き外し装置１と同様の効果を有しつつ、電圧引き外し装置１に比べて部品削減を行うことができる。

なお、図５に示す電圧引き外し装置１Ｂは、電源回路６０が第１端子１１にダイオード２３，２５を介して接続されているが、電源回路６０は、ダイオード２３を設けずに、ダイオード２５を介して第１端子１１に接続されない構成であってもよい。

実施の形態４．
実施の形態４では、制御電源が直流電源である点で、制御電源が交流電源である実施の形態２と異なる。以下においては、実施の形態２と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態２の電圧引き外し装置１Ａと異なる点を中心に説明する。

図６は、本発明の実施の形態４にかかる電圧引き外し装置の構成例を示す図である。図５に示すように、実施の形態４にかかる電圧引き外し装置１Ｃは、制御電源２が直流電源であり、制御電源２は、直流電圧Ｖｄｃを出力する。

電圧引き外し装置１Ｃには、図４に示す整流回路２１，２２に代えて、ダイオード２５，２６が設けられる。電源回路６０は、第１端子１１からダイオード２５を介して入力される直流電圧Ｖｄｃまたは第３端子１３からダイオード２６を介して入力される直流電圧Ｖｄｃに基づいて電源電圧Ｖｃｃを生成する。また、電圧引き外し装置１Ｃには、ダイオード２６が設けられているため、ダイオード２４が設けられていない。そのため、電圧引き外し装置１Ｃは、電圧引き外し装置１Ａと同様の効果を有しつつ、電圧引き外し装置１Ａに比べて部品削減を行うことができる。

なお、図６に示す電圧引き外し装置１Ｃは、電源回路６０が第１端子１１にダイオード２３，２５を介して接続されているが、電源回路６０は、ダイオード２３を設けずに、ダイオード２５を介して第１端子１１に接続されない構成であってもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電圧引き外し装置、２ 制御電源、３ 操作スイッチ、４ 監視回路、１１ 第１端子、１２ 第２端子、１３ 第３端子、１４ 第４端子、２１，２２ 整流回路、２３，２４，２５，２６，３１，３２ ダイオード、４０ ソレノイドコイル、４１ フライホイールダイオード、５０ スイッチング素子、６０ 電源回路、７０，７０Ａ マイクロコンピュータ、７１ 駆動部、７２，７２Ａ 判定部、７３ ＡＤ変換部、７４ 入力ポート、８０ 電圧検出部、８１ ポート駆動抑制部、８２ ポート駆動部、１００ 遮断器、１０１ 実装基板、１０２ ソレノイド、１０３ 固定鉄心、１０４ 可動鉄心、１０５ シャフト、１１０ オフ機構、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ インタフェース回路、２０４ バス、Ｉｄ 電流、Ｒｖ 設定範囲、Ｓｄ ポート駆動信号、Ｓｇ 駆動信号、Ｓｓ ポート駆動抑制信号、Ｓｖ 電圧信号、Ｖａｃ 交流電圧、Ｖｃｃ 電源電圧、Ｖｄｃ 直流電圧。

Claims (6)

1. 制御電源の一端が操作スイッチを介して接続される第１端子と、
   前記制御電源の他端が接続される第２端子と、
   前記制御電源の一端が接続される第３端子と、
   ソレノイドコイルと固定鉄心と可動鉄心とを有するソレノイドの前記ソレノイドコイルの断線を監視する監視回路を介して前記制御電源の一端が接続される第４端子と、
   前記第１端子と前記第２端子との間と、前記第２端子と前記第４端子との間とに、前記ソレノイドコイルに直列に接続された状態で配置されるスイッチング素子と、
   前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加される場合に、前記スイッチング素子を駆動することで前記ソレノイドコイルに励磁電流を流し、前記可動鉄心を第１の位置から第２の位置に移動させた状態にする駆動部と、
   前記第１端子または前記第３端子を介して前記制御電源から供給される電圧に基づいて前記駆動部の電源電圧を生成する電源回路と、
   前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されているか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記電源回路は、
   前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されない場合に、前記第３端子を介して前記制御電源から供給される電圧に基づいて、前記電源電圧を生成し、
   前記駆動部は、
   前記判定部によって前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されていないと判定された場合、前記スイッチング素子にパルス電圧を出力して前記可動鉄心が前記第２の位置にならない電流を前記ソレノイドコイルに流す
   ことを特徴とする電圧引き外し装置。
2. 前記第１端子と前記第２端子との間の電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部を備え、
   前記判定部は、
   前記電圧検出部から出力される前記電圧信号に基づいて、前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧引き外し装置。
3. 前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加される場合にポート駆動抑制信号を出力し、前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されない場合に前記ポート駆動抑制信号を出力しないポート駆動抑制部と、
   前記ポート駆動抑制部から前記ポート駆動抑制信号が出力されない場合に、ポート駆動信号を出力し、前記ポート駆動抑制部から前記ポート駆動抑制信号が出力される場合に、前記ポート駆動信号を出力しないポート駆動部と、
   前記ポート駆動部に接続される入力ポートと、を備え、
   前記判定部は、
   前記入力ポートに入力される前記ポート駆動信号が入力される場合に、前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されていないと判定し、前記入力ポートに前記ポート駆動信号が入力されない場合に、前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されていると判定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電圧引き外し装置。
4. 前記第１端子と前記第２端子との間に接続され、前記制御電源の電圧である交流電圧を整流する第１整流回路と、
   前記第２端子と前記第３端子との間に接続され、前記交流電圧を整流する第２整流回路と、を備え、
   前記電源回路は、
   前記第１整流回路または前記第２整流回路によって整流された電圧に基づいて、前記電源電圧を生成すると共に、前記制御電源の電圧が前記第１端子に印加されない場合、前記第２整流回路によって整流された電圧に基づいて、前記電源電圧を生成する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置。
5. 前記制御電源の電圧は、直流電圧である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の電圧引き外し装置と、
   前記電圧引き外し装置によってオフされるオフ機構と、を備える
   ことを特徴とする遮断器。

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