KR20190053957A - 직류 개폐기의 아크 소거 장치 - Google Patents

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Abstract

전원의 기동 시에 있어서의 부하 장치의 불필요한 거동을 방지한다. 아크 소거 장치(2)는 기계식의 제1 스위치(SW1)에 병렬 접속되는 반도체 스위치(TR4), 제1 스위치(SW1)의 양 접점 사이에 발생하는 전압에 의해, 반도체 스위치(TR4)를 온으로 하는 전압을 출력하는 전원 회로(22) 및 개방 상태에 따라 반도체 스위치(TR4)의 온 동작을 저지하는 제2 스위치(SW2)를 구비한다.

Description

직류 개폐기의 아크 소거 장치
본 발명은, 직류 개폐기의 접점 사이에 발생하는 아크를 소거하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 관한 것이다.
종래, 직류 개폐기에 발생하는 아크를 소거하는 아크 소거 장치가 알려져 있다. 아크 소거 장치는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 직류 개폐기와 병렬로 접속되어, 직류 개폐기의 접점 사이에 발생하는 아크를 소거한다.
특허문헌 1에 기재된 아크 소거 장치는, 구체적으로는, 직류 전원, 기계식 스위치, 반도체 스위치, 전원 회로, 제어 회로 및 시한 회로를 구비하고 있다. 기계식 스위치는 직류 전원과 직렬로 접속되고, 반도체 스위치는 기계식 스위치와 병렬로 접속되고, 제어 회로는 반도체 스위치를 온 오프시키고, 전원 회로는 제어 회로를 구동한다. 시한 회로는 기계식 스위치의 한쪽의 접점과 전원 회로 사이에 접속되어, 전원 회로의 가동 시간을 설정한다. 이와 같은 구성에 의해, 상기 아크 소거 장치는 기계식 스위치에 발생하는 아크의 전압을 이용하여, 반도체 스위치를 온으로 하여 아크를 소거한다.
일본 특허 공보 「일본 특허 제3441813호 공보」
그러나, 특허문헌 1에 기재된 회로에서는, 기계식 스위치, 반도체 스위치 및 시한 회로를 포함하는 아크 소거 회로 및 부하와, 직류 전원과는 상시 접속된 회로 구성으로 되어 있다. 따라서, 기계식 스위치가 개방 상태라도, 예를 들어 직류 전원을 장착한 경우 등의 직류 전원의 기동 시에는, 시한 회로 및 전원 회로를 통해 제어 회로에 전압이 공급되어, 제어 회로가 동작한다. 그 결과, 반도체 스위치가 단시간 온으로 되고, 그 동안에 부하를 포함하는 주회로에 전류가 흐른다. 이 때문에, 부하 장치인, 예를 들어 전동 공구는, 사용자가 의도하지 않은 거동을 행하여, 사용자가 전동 공구의 신뢰성에 대하여 불신감을 갖는다는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태는, 전원의 기동 시에 있어서의 부하 장치의 불필요한 거동을 방지하는 아크 소거 장치의 제공을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는, 부하 장치의 직류 전원과 직렬로 접속된 기계식의 제1 스위치에 병렬로 접속되는 반도체 스위치와, 상기 제1 스위치의 양 접점에 접속되어, 상기 제1 스위치를 개방한 때에 상기 양 접점 사이에 발생하는 전압에 의해, 상기 반도체 스위치를 온으로 하는 전압을 출력하는 전원 회로와, 개방 상태에 따라 상기 반도체 스위치의 온 동작을 저지하는 제2 스위치를 구비하고 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 제2 스위치는 개방 상태에 따라 반도체 스위치의 온 동작을 저지한다. 따라서, 유저가 부하 장치(예를 들어, 전동 공구)에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 반도체 스위치를 경유하여 부하 장치에 펄스 전류가 흐르는 일은 없다. 이로써, 부하 장치는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없어, 아크 소거 장치는, 직류 전원의 기동 시에 있어서의 부하 장치의 불필요한 거동을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 아크 소거 장치를 구비한 부하 장치인 전동 공구의 일례를 도시하는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 부하 장치 및 아크 소거 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시한 부하 장치 및 아크 소거 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태를 도시하는 것이며, 아크 소거 장치의 적용예를 도시하는 블록도이다.
〔실시 형태 1〕
본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 이하에 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 구비한 부하 장치인 전동 공구의 일례를 도시하는 정면도이다. 도 2는 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태는, 일례로서, 부하 장치가, 예를 들어 도 1에 도시하는 휴대식의 전동 공구이고, 아크 소거 장치가 상기 부하 장치에 내장되어 있는 경우에 대하여 설명한다.
[부하 장치(1)의 구성]
도 2에 도시한 바와 같이, 부하 장치(1)는 직류 전원(E1), 부하(11) 및 제1 스위치(직류 개폐기)(SW1)를 구비하고, 이들이 폐루프를 구성하도록 직렬로 접속되어 있다. 직류 전원(E1)은, 예를 들어 전지이고, 부하(11)는, 예를 들어 모터이고, 제1 스위치(SW1)는 유접점을 갖는 기계식의 스위치이다.
[아크 소거 장치(2)의 구성]
아크 소거 장치(2)는 반도체 스위치(TR4), 제1 타이머 회로(21), 전원 회로(22), 보호 회로(23) 및 제2 스위치(SW2)를 구비하고 있다.
반도체 스위치(TR4)는, 본 실시 형태에서는 FET(전계 효과 트랜지스터)이고, 드레인이 플러스측의 제1 통전로(25a)와 접속되고, 소스가 마이너스측인 제2 통전로(25b)와 접속되어 있다. 제1 통전로(25a)는 플러스측 접속 단자(T1)와 접속되고, 플러스측 접속 단자(T1)는 제1 스위치(SW1)의 한쪽 단자와 접속되어 있다. 또한, 제2 통전로(25b)는 마이너스측 접속 단자(T2)와 접속되고, 마이너스측 접속 단자(T2)는 제1 스위치(SW1)의 다른 쪽 단자와 접속되어 있다. 플러스측 접속 단자(T1)로부터 반도체 스위치(TR4)를 거쳐서 마이너스측 접속 단자(T2)에 이르는 회로는, 제1 스위치(SW1)에 대한 우회 회로(28)로 되어 있고, 반도체 스위치(TR4)는 제1 스위치(SW1)와 병렬로 접속되어 있다.
전원 회로(22)는 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)와 접속되어 있다. 전원 회로(22)와 제1 통전로(25a)의 접속은 제1 통전로(25a)로부터 전원 회로(22)를 향하는 방향을 순방향으로 하는 다이오드 D2를 통해 행해지고 있다. 전원 회로(22)는 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)로부터 급전되어 일정 전압을 반도체 스위치(TR4)로 출력하는 정전압 회로이다.
제1 타이머 회로(21)는 제1 통전로(25a)에 있어서의, 제1 통전로(25a)와 반도체 스위치(TR4)의 접속부와 제1 통전로(25a)와 다이오드 D2의 접속부 사이에 마련되어 있다. 제1 타이머 회로(21)는 아크 소거 장치(2)의 동작 개시로부터 일정 시간이 경과하면, 즉 콘덴서 C1의 충전이 완료되면(콘덴서 C1의 전하가 가득차게 되면), 제1 통전로(25a)를 차단한다.
보호 회로(23)는 전원 회로(22)와 반도체 스위치(TR4) 사이에 마련되어, 전원 회로(22)로부터 공급되는 전압을 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 공급한다. 또한, 보호 회로(23)는 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 최대 정격 이상의 전압이 가해지지 않도록 하여, 반도체 스위치(TR4)를 보호한다. 또한, 보호 회로(23)는 아크 소거 장치(2)의 기본적인 동작상, 필수의 것은 아니고, 생략할 수 있다.
제2 스위치(SW2)는, 예를 들어 제1 통전로(25a)에 있어서, 반도체 스위치(TR4)와 제1 통전로(25a)의 접속부와 제1 타이머 회로(21) 사이에 마련되어, 제1 통전로(25a)를 개폐하도록 되어 있다. 제2 스위치(SW2)는 노멀 오픈(A접점)의 스위치이고, 예를 들어 수동 조작 자동 복귀 접점의 스위치이다.
본 실시 형태에 있어서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는, 도 1에 도시하는 부하 장치(1)인 휴대식의 전동 공구의 트리거 스위치(조작부)(41)에 내장되어 있다. 이 경우, 트리거 스위치(41)를 압입하면(혹은 당기면), 먼저 제2 스위치(SW2)가 폐쇄되고, 그 후, 제1 스위치(SW1)가 폐쇄된다. 트리거 스위치(41)를 복귀시키는 경우는, 반대로, 제1 스위치(SW1)가 개방되고, 이어서, 제2 스위치(SW2)가 개방된다.
또한, 전원 회로(22)에 대한 반도체 스위치(TR4)측과는 반대측의 위치에 있어서의, 제1 통전로(25a)와 제2 통전로(25b) 사이에는 다이오드 D1 및 콘덴서 C2가 마련되어 있다. 다이오드 D1은 제2 통전로(25b)로부터 제1 통전로(25a)를 향하는 방향을 순방향으로 하여, 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)에 접속되어 있다. 다이오드 D1은 제1 타이머 회로(21), 반도체 스위치(TR4) 및 다이오드 D1로 형성되는 폐루프에 의해, 제1 타이머 회로(21)에 축적된 전하를 방전시켜, 제1 타이머 회로(21)를 리셋시킨다. 콘덴서 C2는 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)의 노이즈를 제거하여, 제1 통전로(25a)와 제2 통전로(25b) 사이의 전압을 안정화한다. 또한, 콘덴서 C2는 아크 소거 장치(2)의 기본적인 동작상, 필수적인 것은 아니고, 생략할 수 있다.
[아크 소거 장치(2)의 구체적인 회로]
도 3은 도 2에 도시한 부하 장치(1) 및 아크 소거 장치(2)의 회로도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 아크 소거 장치(2)의 제1 타이머 회로(21)는 직렬 접속된 콘덴서 C1 및 저항 R1을 구비하고 있다. 또한, 콘덴서 C1의 정전 용량은 전원 회로(22)의 콘덴서 C3의 정전 용량보다도 훨씬 크다. 또한, 저항 R1은 저항값이 낮은 저항이고, 회로에 과대한 전류가 흐르는 것을 방지하는 데 있어서 마련하는 것이 바람직하지만, 아크 소거 장치(2)의 기본적인 동작상, 필수적인 것은 아니고, 생략할 수 있다.
전원 회로(22)는 트랜지스터 TR1, 콘덴서 C3, 저항 R2, R3 및 제너 다이오드 ZD1을 구비하고 있다. 트랜지스터 TR1의 이미터는 이 이미터로부터 반도체 스위치(TR4)의 게이트를 향하는 제3 통전로(27)와 접속되어 있다. 콘덴서 C3은 트랜지스터 TR1의 콜렉터와 제2 통전로(25b) 사이, 저항 R2는 트랜지스터 TR1의 베이스와 콜렉터 사이, 제너 다이오드 ZD1은 트랜지스터 TR1의 베이스와 제2 통전로(25b) 사이, 저항 R3은 트랜지스터 TR1의 이미터와 제2 통전로(25b) 사이에 각각 마련되어 있다. 또한, 전술한 다이오드 D2의 캐소드는 트랜지스터 TR1의 콜렉터와 접속되어 있다.
보호 회로(23)는 저항 R10 및 제너 다이오드 ZD2를 구비하고 있다. 저항 R10은, 제3 통전로(27)에 있어서의 트랜지스터 TR1의 이미터와 반도체 스위치(TR4)의 게이트 사이, 제너 다이오드 ZD2는 반도체 스위치(TR4)의 게이트와 제2 통전로(25b) 사이에 각각 마련되어 있다. 저항(10)은 게이트 저항이라고 불리고 있는 것이고, 반도체 스위치(TR4)인 FET의 게이트와 소스 사이의 기생 용량에 유입되는 전류를 제한하고 있다.
[아크 소거 장치(2)의 동작]
상기한 구성에 있어서, 아크 소거 장치(2)의 동작을 이하에 설명한다.
[제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)가 순차 폐쇄되는 경우]
부하 장치(1) 및 아크 소거 장치(2)의 정지 상태에서는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 개방 상태이다. 따라서, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에는 직류 전원(E1)에 의한 전압이 발생하고 있다.
상기한 상태로부터, 유저가 트리거 스위치(41)를 압입해 가는 경우의 동작에 대하여 설명한다. 부하 장치(1)의 유저가 트리거 스위치(41)를 압입해 가면, 먼저 제2 스위치(SW2)가 폐쇄되고, 부하 장치(1)의 직류 전원(E1)으로부터, 제1 통전로(25a)를 통해 전원 회로(22)로 전류가 흐른다. 이에 의해, 전원 회로(22)가 동작을 개시한다. 또한, 이 상태에서는 제1 스위치(SW1)는 개방된 채이다.
전원 회로(22)가 동작을 개시하면, 전원 회로(22)의 출력 전압이 보호 회로(23)를 통해 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 인가되어, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고, 우회 회로(28)가 폐쇄 상태로 된다.
구체적으로는, 제1 통전로(25a)를 흐르는 전류는 제2 스위치(SW2) 및 제1 타이머 회로(21)를 거친 후, 다이오드 D2를 통해 전원 회로(22)의 콘덴서 C3으로 유입된다. 이에 의해, 전원 회로(22)의 트랜지스터 TR1에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR1이 온으로 된다. 또한, 트랜지스터 TR1의 베이스에는 제너 다이오드 ZD1의 동작에 의해 일정한 전압이 인가된다.
트랜지스터 TR1이 온으로 되면, 전원 회로(22)로부터 출력된 전압이 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 인가되어, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된다. 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되면, 우회 회로(28)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 된다.
우회 회로(28)가 폐쇄 상태로 되면, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이는 저임피던스가 된다. 또한, 직류 전원(E1), 부하(11), 반도체 스위치(TR4) 및 직류 전원(E1)의 경로에서 부하 장치(1)의 부하(11)에 전류가 흐른다.
반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후에는 직류 전원(E1)으로부터, 반도체 스위치(TR4)보다도 임피던스가 높은 제1 통전로(25a)측으로는 전류가 유입되지 않게 된다. 따라서, 전원 회로(22)는 곧 동작을 정지하고, 반도체 스위치(TR4)는 오프로 된다. 반도체 스위치(TR4)가 오프로 된 경우, 제1 스위치(SW1)는 개방 상태이므로, 부하(11)에는 전류가 흐르지 않고, 제1 스위치(SW1)의 접점간 전압은 직류 전원(E1)의 전압으로 복귀된다.
상기와 같이, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고, 그 사이, 부하(11)에 전류가 흐르면, 부하 장치(1)는 일시적으로 진동하는 등, 유저가 의도하지 않은 거동을 행한다. 그러나, 이 거동은 유저가 부하 장치(1)를 움직이려고 하는 의지를 갖고 부하 장치(1)를 조작하는 과정에서 발생하는 것이기 때문에, 유저에게 있어서 놀람이 없어, 문제가 없다.
그 후, 유저가 트리거 스위치(41)를 더 압입해 가면, 제1 스위치(SW1)가 폐쇄되고, 직류 전원(E1), 부하(11), 제1 스위치(SW1) 및 직류 전원(E1)의 경로에서 부하(11)에 전류가 흘러, 부하(11)[부하 장치(1)]가 동작한다.
[제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 순차 개방되는 경우]
이어서, 유저가 트리거 스위치(41)를 눌러 오프로 하여 제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)가 폐쇄되어 있는 상태로부터, 트리거 스위치(41)를 복귀시켜 가는 경우의 동작에 대하여 설명한다.
유저가 트리거 스위치(41)를 복귀시켜 가면, 먼저 제1 스위치(SW1)가 개방된다. 이 상태에서는, 제2 스위치(SW2)는 폐쇄된 상태이다.
제1 스위치(SW1)가 개방되면, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에 전압이 발생한다. 상기 접점 사이에 발생한 전압에 의해 전원 회로(22)가 동작하고, 전원 회로(22)의 출력 전압이 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 인가되고, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된다. 따라서, 우회 회로(28)가 폐쇄 상태로 되고, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에서의 아크가 억제된다.
구체적으로는, 제1 스위치(SW1)가 개방되면, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에 순간적으로 전압이 발생한다. 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에 전압이 발생하면, 플러스측 접속 단자(T1)로부터 제1 타이머 회로(21)를 향해 제1 통전로(25a)에 전류가 흐른다. 이 전류는 제1 타이머 회로(21)를 거친 후, 다이오드 D2를 통해 전원 회로(22)의 콘덴서 C3으로 유입된다. 이에 의해, 전원 회로(22)의 트랜지스터 TR1에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR1이 온으로 된다. 또한, 트랜지스터 TR1의 베이스에는 제너 다이오드 ZD1의 동작에 의해 일정한 전압이 인가된다.
트랜지스터 TR1이 온으로 되면, 전원 회로(22)로부터 출력된 전압이 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 인가되어, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된다. 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되면, 우회 회로(28)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 된다. 따라서, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에는 전류가 흐르지 않고, 전류는 우회 회로(28)에 모두 흐르기 때문에, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에서의 아크의 발생이 억제된다.
제1 스위치(SW1)의 접점 사이는 우회 회로(28)가 폐쇄 상태로 되는 것에 의해, 저임피던스로 된다. 부하 장치(1)의 부하(11)에도 마찬가지로 전류가 계속해서 흐른다.
그 후, 제1 통전로(25a)에 전류가 흐르지 않게 된 것에 의해, 전원 회로(22)는 동작을 정지하고, 반도체 스위치(TR4)는 오프로 되고, 우회 회로(28)는 개방 상태로 된다. 또한, 반도체 스위치(TR4)가 오프로 된 경우, 제1 스위치(SW1)는 개방 상태이므로, 부하(11)에는 전류가 흐르지 않고, 제1 스위치(SW1)의 접점간 전압은 직류 전원(E1)의 전압으로 복귀된다.
또한, 제1 타이머 회로(21)의 콘덴서 C1의 충전이 완료되면, 제1 타이머 회로(21)에 의해 제1 통전로(25a)가 차단된다. 따라서, 아크 소거 장치(2)는 부하 장치(1), 즉 직류 전원(E1)으로부터 전기적으로 분리된 안정한 상태로 된다.
또한, 트리거 스위치(41)를 다시 복귀시켜 가면, 제2 스위치(SW2)가 개방된다.
여기서, 유저가 부하 장치(1)인 전동 공구의 트리거 스위치(41)를 조작하고 있지 않은 상태에서는, 제2 스위치(SW2)는 개방 상태이고, 제1 통전로(25a)는 차단되어 있다. 따라서, 유저가 전동 공구에 대하여 직류 전원(E1)(예를 들어, 축전지)을 분리한 후, 설치한 경우라도, 부하 장치(1)는 펄스 전류를 발생하지 않고, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되지 않아, 부하(11)에 펄스 전류는 흐르지 않는다. 따라서, 전동 공구는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없다.
[제2 스위치(SW2)를 구비하는 것에 의한 이점]
상기와 같이 유저가 부하 장치(1)인 전동 공구의 트리거 스위치(41)를 조작하고 있지 않은 상태에서는, 제2 스위치(SW2)에 의해 제1 통전로(25a)가 차단되어 있으므로, 유저가 전동 공구에 대하여 직류 전원(E1)을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 부하(11)에 펄스 전류가 흐르는 일은 없다. 따라서, 전동 공구는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없고, 아크 소거 장치(2)는 전원[직류 전원(E1)]의 기동 시에 있어서의 부하 장치(1)의 불필요한 거동을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 전원 회로(22)는 정전압 회로로 되어 있지만, 정전압 회로 대신에, 간소한 구성에 의해 반도체 스위치(TR4)를 구동하는 전원 회로여도 된다. 이 경우의 전원 회로는 전원 회로(22)로부터, 예를 들어 트랜지스터 TR1, 저항 R2 및 제너 다이오드 ZD1을 생략한 것이 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스위칭 소자로서의 반도체 스위치(TR4)가 FET인 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 반도체 스위치(TR4)는 FET 외에, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 그 밖의 파워 트랜지스터여도 된다. 이 점은 이하에 나타내는 그 밖의 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 제1 타이머 회로(21)의 기능은, 상기와 같이 반도체 스위치(TR4)의 오프 후에 아크 소거 장치(2)를 부하 장치(1)로부터 전기적으로 분리하고, 전원 회로(22)의 동작을 정지시키는 것이다. 이에 의해, 제1 타이머 회로(21)는 부하 장치(1)의 직류 전원(E1)의 전력이 아크 소거 장치(2)에 의해 계속해서 소비되는 사태를 저지하고 있다. 따라서, 아크 소거 장치(2)는 저항 R1 및 콘덴서 C1로 이루어지는 제1 타이머 회로(21) 대신에, 반도체 스위치(TR4)의 오프 후에 아크 소거 장치(2)[특히 전원 회로(22)]를 부하 장치(1)로부터 전기적으로 분리하는 회로를 구비하고 있어도 된다. 이 점은, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
〔실시 형태 2〕
본 발명의 다른 실시 형태를 도면에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시 형태에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.
도 4는 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다. 도 5는 도 4에 도시한 부하 장치 및 아크 소거 장치의 회로도이다.
본 실시 형태의 아크 소거 장치(3)에서는, 제2 스위치(SW2)는, (1) 제1 통전로(25a)[우회 회로(28)]에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제1 통전로(25a)의 접속부와, 플러스측 접속 단자(T1) 사이에 마련되어 있다. 또한, 제2 스위치(SW2)는 상기한 위치 대신에, (2) 제2 통전로(25b)[우회 회로(28)]에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제2 통전로(25b)의 접속과, 마이너스측 접속 단자(T2) 사이에 배치되어 있어도 된다.
상기 (1) 또는 (2)의 위치에 제2 스위치(SW2)를 배치한 경우의 아크 소거 장치(3)의 기본적인 동작은, 전술한 아크 소거 장치(2)의 경우와 마찬가지이다. 단, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 경우, 아크 소거 장치(3)는 다음의 이점을 갖는다.
즉, 제2 스위치(SW2)의 내압 시험을 행할 때에는, 제2 스위치(SW2)에, 예를 들어 1000 내지 2000V의 전압을 인가한다. 이 경우에는, 반도체 스위치(TR4)인 FET의 내압이 낮기 때문에, 제2 스위치(SW2)는 별도로, 예를 들어 유접점의 스위치를 마련하여 아크 소거 장치(3)로부터 완전히 분리할 필요가 있다. 제2 스위치(SW2)를 아크 소거 장치(3)로부터 분리하는 경우에는, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 경우, 분리용의 상기 스위치는, 제1 통전로(25a)에 있어서의 반도체 스위치(TR4)의 접속부와 제2 스위치(SW2) 사이에만 마련하면 된다. 따라서, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 상태는, 도 3의 위치에 배치한 상태보다도 제2 스위치(SW2)의 분리가 용이하다.
또한, 제2 스위치(SW2)의 개방 상태에 따라 반도체 스위치(TR4)를 부하 장치(1)로부터 분리하여 절연할 수 있다. 따라서, 예를 들어 반도체 스위치(TR4)가 단락 고장난 경우에, 제2 스위치(SW2)의 개방 상태에 따라 반도체 스위치(TR4)에 흐르는 전류의 경로를 차단하여, 아크 소거 장치(3)의 회로를 보호할 수 있다. 이에 의해, 아크 소거 장치(3)는 안전성을 높일 수 있다.
[제2 스위치(SW2)의 그 밖의 배치]
또한, 제2 스위치(SW2)의 배치 위치는 도 2 또는 도 3에 도시한 위치에 한정되지 않고,
(3) 우회 회로(28)에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제1 통전로(25a)의 접속부와, 반도체 스위치(TR4) 사이
(4) 우회 회로(28)에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제2 통전로(25b)의 접속부와, 반도체 스위치(TR4) 사이
(5) 제1 통전로(25a)에 있어서의 다이오드 D2와 제1 통전로(25a)의 접속부와, 제1 타이머 회로(21) 사이
(6) 콘덴서 C3과 제2 통전로(25b)의 접속부와, 콘덴서 C3 사이
(7) 제2 통전로(25b)에 있어서의 콘덴서 C3과 제2 통전로(25b)의 접속부와, 저항 R3과 제2 통전로(25b)의 접속부 사이의 어느 위치여도 된다.
이상과 같은 제2 스위치(SW2)의 배치는, 제2 스위치(SW2)가 개방됨으로써, 우회 회로(28)를 차단하고, 또한 반도체 스위치(TR4)를 온으로 하지 않는 배치, 또는 전원 회로(22)를 동작시키지 않고, 또한 반도체 스위치(TR4)를 동작시키지 않는 배치이다.
제2 스위치(SW2)를 상기 (3) 또는 상기 (4)의 위치에 배치한 경우에는, 반도체 스위치(TR4)를 우회 회로(28), 즉 부하 장치(1)로부터 분리하여 절연할 수 있다. 이에 의해, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 경우와 마찬가지로, 예를 들어 반도체 스위치(TR4)가 단락 고장난 경우에, 아크 소거 장치(3)의 회로를 보호하여, 아크 소거 장치(3)는 안전성을 높일 수 있다.
〔실시 형태 3〕
본 발명의 또 다른 실시 형태를 도면에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시 형태에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.
도 6은 본 실시 형태의 아크 소거 장치의 적용예를 도시하는 블록도이다. 상기한 실시 형태에 나타낸 아크 소거 장치(2, 3)는, 전술한 바와 같이, 트리거 스위치(41)를 갖고, 트리거 스위치(41)에 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 내장한 장치(예를 들어, 전동 공구)에 적용 가능하다. 그 밖의 적용예로서, 아크 소거 장치(2, 3)는, 도 6에 도시한 바와 같이 부하(11)에 접속되는 소켓(31)에 내장할 수 있다. 이 경우, 아크 소거 장치(2, 3)는 하우징을 갖는 유닛으로서 구성된다.
도 6에 기재된 구성에서는, 부하(11)는, 예를 들어 차량 탑재용 모터이고, 제1 스위치(SW1)는 소켓(31)에 접속되는, 예를 들어 릴레이다. 또한, 제2 스위치(SW2)는 제1 스위치(SW1)와 마찬가지로, 소켓(31)에 대하여 외부 부착되는 구성이어도 된다. 이 경우, 소켓(31)은 부하(11) 및 직류 전원(E1)과의 접속 단자(31a, 31b), 릴레이[제1 스위치(SW1)]와의 접속 단자(31c, 31d) 및 제2 스위치(SW2)(예를 들어, 릴레이)와의 접속 단자(31e, 31f)를 구비하고 있어도 된다.
상기와 같은 구성에서는, 아크 소거 장치(2, 3)는 릴레이[제1 스위치(SW1)]의 접점 사이에서의 아크의 발생을 방지하거나, 혹은 릴레이[제1 스위치(SW1)]의 접점 사이에 발생한 아크를 소거하여, 릴레이의 수명을 길게 한다.
아크 소거 장치(2, 3)는 그 밖에 스위치를 갖는 산업 기기에 적용 가능하다.
〔정리〕
본 발명의 일 형태에 관한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는, 부하 장치의 직류 전원과 직렬로 접속된 기계식의 제1 스위치에 병렬로 접속되는 반도체 스위치와, 상기 제1 스위치의 양 접점에 접속되어, 상기 제1 스위치를 개방한 때에 상기 양 접점 사이에 발생하는 전압에 의해, 상기 반도체 스위치를 온으로 하는 전압을 출력하는 전원 회로와, 개방 상태에 따라 상기 반도체 스위치의 온 동작을 저지하는 제2 스위치를 구비하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 제2 스위치는 개방 상태에 따라 반도체 스위치의 온 동작을 저지한다. 따라서, 유저가 부하 장치를 사용하지 않는 경우에, 제2 스위치를 개방 상태로 해 두면, 유저가 부하 장치(예를 들어, 전동 공구)에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 반도체 스위치를 경유하여 부하 장치에 펄스 전류가 흐르는 일은 없다. 이에 의해, 부하 장치는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없고, 아크 소거 장치는, 직류 전원의 기동 시에 있어서의 부하 장치의 불필요한 거동을 방지할 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의, 상기 반도체 스위치의 접속부와 상기 전원 회로 사이에 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 제1 스위치와 전원 회로를 접속하고, 또한 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로는 제2 스위치의 개방 상태에 따라 차단된다. 따라서, 제1 스위치를 개방한 때에, 제1 스위치의 양 접점 사이에 발생하는 전압이 전원 회로로 공급되지 않고, 전원 회로는 동작하지 않고, 반도체 스위치는 온 동작이 저지된다.
이에 의해, 유저가 부하 장치(예를 들어, 전동 공구)에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 반도체 스위치를 경유하여 부하 장치에 펄스 전류가 흐르는 일은 없고, 부하 장치는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 마련되고, 상기 제1 스위치 및 상기 반도체 스위치와 직렬로 접속되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 제1 스위치와 병렬로 접속된 반도체 스위치로 형성되는, 제1 스위치에 대한 우회 회로는 제2 스위치의 개방 상태에 따라 차단된다. 따라서, 제1 스위치를 개방한 때에, 제1 스위치의 양 접점 사이에 발생하는 전압이 전원 회로로 공급되어, 전원 회로로부터 반도체 스위치를 온으로 하는 전압이 출력된 경우라도, 반도체 스위치는 온 동작이 저지된다.
이에 의해, 유저가 부하 장치(예를 들어, 전동 공구)에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 반도체 스위치를 경유하여 부하 장치에 펄스 전류가 흐르는 일은 없고, 부하 장치는 유저가 예기치 못한 거동을 발생시키는 일이 없다.
또한, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치를 부하 장치로부터 분리하여 절연할 수 있다. 따라서, 예를 들어 반도체 스위치가 단락 고장난 경우에, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치에 흐르는 전류의 경로를 차단하여, 아크 소거 장치의 회로를 보호할 수 있다. 이에 의해, 아크 소거 장치는 안전성을 높일 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의 상기 반도체 스위치의 접속부와, 상기 제1 스위치 사이에 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.
예를 들어, 제1 스위치에, 예를 들어 1000 내지 2000V의 전압을 가하여 제1 스위치의 내압 시험을 행하는 경우, 반도체 스위치의 내압이 낮은 경우라도, 반도체 스위치는 제2 스위치에 의해 제1 스위치로부터 분리되어 있다. 이에 의해, 반도체 스위치의 내압이 낮아도, 반도체 스위치를 제1 스위치로부터 분리하기 위한 스위치를 별도로 마련하지 않고, 예를 들어 제1 스위치의 양단에(시험용 프로브 등으로)상기 전압을 가하여 내압 시험을 할 수 있다.
또한, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치 및 전원 회로를 부하 장치로부터 분리하여 절연할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 반도체 스위치가 단락 고장난 경우에, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치에 흐르는 전류의 경로를 차단하여, 아크 소거 장치의 회로를 보호할 수 있다. 이에 의해, 아크 소거 장치는 안전성을 높일 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의 상기 반도체 스위치의 접속부와, 상기 반도체 스위치 사이에 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치를 부하 장치로부터 분리하여 절연할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 반도체 스위치가 단락 고장난 경우에, 제2 스위치의 개방 상태에 따라 반도체 스위치에 흐르는 전류의 경로를 차단하여, 아크 소거 장치의 회로를 보호할 수 있다. 이에 의해, 아크 소거 장치는 안전성을 높일 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는 노멀 오픈의 스위치인 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 제2 스위치는 노멀 오픈의 스위치이기 때문에, 유저가 제2 스위치를 조작하는 일 없이, 유저가 예기치 못한 부하 장치의 거동을 방지할 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 상기 부하 장치에 있어서 조작되는 조작부에 연동하여 동작하고, 상기 부하 장치에 있어서 조작되는 조작부의 일방향으로의 이동에 따라, 먼저 상기 제2 스위치가 폐쇄되고, 그 후, 상기 제1 스위치가 폐쇄되는 한편, 상기 조작부의 상기 일방향과는 역방향으로의 이동에 따라, 먼저 상기 제1 스위치가 개방되고, 그 후, 상기 제2 스위치가 개방되도록 되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 조작부를 갖는 부하 장치에 있어서, 조작부에 대한 유저의 조작에 의한, 제1 스위치를 폐쇄하는 경우 및 개방하는 경우에 발생하는 아크를 소거할 수 있다. 또한, 유저가 조작부를 조작하고 있지 않은 경우에 있어서, 유저가 부하 장치에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우의 부하 장치의 유저가 예기치 못한 거동을 방지할 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치와 함께, 상기 부하 장치인 전동 공구의 트리거 스위치에 내장되고, 상기 트리거 스위치를 압입할 때에는, 먼저 상기 제2 스위치가 폐쇄되고, 그 후, 상기 제1 스위치가 폐쇄되는 한편, 상기 트리거 스위치를 복귀시킬 때에는, 먼저 상기 제1 스위치가 개방되고, 그 후, 상기 제2 스위치가 개방되도록 되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 트리거 스위치를 갖는 전동 공구에 있어서, 트리거 스위치에 대한 유저의 조작에 의한, 제1 스위치를 폐쇄하는 경우 및 개방하는 경우에 발생하는 아크를 소거할 수 있다. 또한, 유저가 트리거 스위치를 조작하고 있지 않은 경우에 있어서, 유저가 전동 공구에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우의 전동 공구의 유저가 예기치 못한 거동을 방지할 수 있다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는 하우징(예를 들어, 소켓)을 갖고, 상기 하우징에, 상기 부하 장치의 상기 제1 스위치와 접속하는 접속부, 그리고 상기 부하 장치의 상기 직류 전원 및 부하와 접속하는 접속부가 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 아크 소거 장치는 회로의 구성 요소를 하우징 내에 수용하여, 유닛화한 구성으로 할 수 있으므로, 각종 부하 장치로의 적용이 용이해진다.
상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 부하는 차량 탑재용 모터이고, 상기 제1 스위치는 상기 차량 탑재용 모터를 온 오프시키는 릴레이인 구성으로 해도 된다.
상기한 구성에 의하면, 아크 소거 장치는 빈번히 동작하는 릴레이에 대하여 아크에 의한 접점의 마모를 방지하여 장수명화하고, 차량 탑재용으로 적합한 구성으로 할 수 있다.
본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 상이한 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1 : 부하 장치
2 내지 3 : 아크 소거 장치
11 : 부하
21 : 제1 타이머 회로
22 : 전원 회로
23 : 보호 회로
25a : 제1 통전로
25b : 제2 통전로
27 : 제3 통전로
28 : 우회 회로
31 : 소켓
41 : 트리거 스위치(조작부)
E1 : 직류 전원
T1 : 플러스측 접속 단자
T2 : 마이너스측 접속 단자
SW1 : 제1 스위치(직류 개폐기)
SW2 : 제2 스위치
TR4 : 반도체 스위치

Claims (10)

  1. 부하 장치의 직류 전원과 직렬로 접속된 기계식의 제1 스위치에 병렬로 접속되는 반도체 스위치와,
    상기 제1 스위치의 양 접점에 접속되어, 상기 제1 스위치를 개방한 때에 상기 양 접점 사이에 발생하는 전압에 의해, 상기 반도체 스위치를 온으로 하는 전압을 출력하는 전원 회로와,
    개방 상태에 따라 상기 반도체 스위치의 온 동작을 저지하는 제2 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의, 상기 반도체 스위치의 접속부와 상기 전원 회로 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 마련되고, 상기 제1 스위치 및 상기 반도체 스위치와 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의 상기 반도체 스위치의 접속부와, 상기 제1 스위치 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 전원 회로를 접속하고 또한 상기 반도체 스위치가 접속되어 있는 통전로에 있어서의 상기 반도체 스위치의 접속부와, 상기 반도체 스위치 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 스위치는 노멀 오픈의 스위치인 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 상기 부하 장치에 있어서 조작되는 조작부에 연동하여 동작하고,
    상기 부하 장치에 있어서 조작되는 조작부의 일방향으로의 이동에 따라, 먼저 상기 제2 스위치가 폐쇄되고, 그 후, 상기 제1 스위치가 폐쇄되는 한편, 상기 조작부의 상기 일방향과는 역방향으로의 이동에 따라, 먼저 상기 제1 스위치가 개방되고, 그 후, 상기 제2 스위치가 개방되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 함께, 상기 부하 장치인 전동 공구의 트리거 스위치에 내장되고,
    상기 트리거 스위치를 압입할 때에는, 먼저 상기 제2 스위치가 폐쇄되고, 그 후, 상기 제1 스위치가 폐쇄되는 한편, 상기 트리거 스위치를 복귀시킬 때에는, 먼저 상기 제1 스위치가 개방되고, 그 후, 상기 제2 스위치가 개방되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징을 갖고, 상기 하우징에, 상기 부하 장치의 상기 제1 스위치를 접속하는 접속부, 그리고 상기 부하 장치의 상기 직류 전원 및 부하를 접속하는 접속부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 부하는 차량 탑재용 모터이고, 상기 제1 스위치는 상기 차량 탑재용 모터를 온 오프시키는 릴레이인 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
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