KR20190059948A

KR20190059948A - 직류 개폐기의 아크 소거 장치

Info

Publication number: KR20190059948A
Application number: KR1020197012356A
Authority: KR
Inventors: 고지 오모리; 마키토 모리이; 히로유키 오츠카
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-31
Also published as: US20190279830A1; DE112017006826B4; JP2018113221A; CN109891542B; US11087934B2; CN109891542A; JP6708136B2; KR102189335B1; WO2018131248A1; DE112017006826T5

Abstract

신뢰성이 높고, 또한 소형이고 저렴한 장치를 제공한다. 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 정전압 회로(22), 및 반도체 스위치(TR4)의 온으로부터 소정 시간 경과 후에, 반도체 스위치(TR4)를 오프로 하는 제2 타이머 회로(23)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.

또한, 기계식 스위치에 발생하는 아크는 기계식 스위치를 폐쇄하는 경우 및 개방하는 경우의 어느 경우에나 발생한다. 그러나, 기계식 스위치를 폐쇄하는 경우의 아크는 작은 것에 비해, 기계식 스위치를 개방하는 경우의 아크는 크기 때문에, 기계식 스위치에 부여하는 대미지가 크다.

일본 특허 공보 「일본 특허 제3441813호 공보」 일본 공고 특허 공보 「일본 특허 공고 평7-62970호 공보」

특허문헌 1의 구성에서는, 기계식 스위치에 아크가 발생하여 반도체 스위치가 온으로 된 경우, 그 후 반도체 스위치가 오프되는 경우에는 다음과 같은 과정을 따라간다. 즉, 반도체 스위치가 오프되는 과정에서는, 시한 회로가 동작을 정지하고, 이에 의해 전원 회로의 출력 전압이 저하되고, 곧 제어 회로가 반도체 스위치의 온 상태를 유지할 수 없게 되어, 반도체 스위치가 오프된다.

이 경우, 반도체 스위치는, 임피던스가 충분히 낮은 도통 상태로부터 임피던스가 극히 높은 불도통 상태로 서서히 변화된다. 이 때문에, 반도체 스위치는, 온 상태로부터 오프 상태로 변화되는 경우의 과도 기간이 길어지고, 이에 의해 전력 손실이 증가하여, 발열량이 많아진다. 따라서, 반도체 스위치는 전력 손실이 허용 손실의 한계를 초과하여 증가하는 결과, 고장날 우려가 있다.

그래서, 반도체 스위치로서는, 허용 손실에 충분히 여유가 있는 고가의 소자를 사용할 필요가 있다. 또한, 반도체 스위치가 더 큰 전류를 차단하는 경우, 아크 소거 장치에는 반도체 스위치의 온도 상승을 억제하는 방열 구조가 필요해진다. 이 경우에는, 아크 소거 장치의 구조가 복잡해져, 장치의 소형화의 장해가 된다.

따라서, 본 발명의 일 형태는, 신뢰성이 높고, 또한 소형이고 저렴한 직류 개폐기의 아크 소거 장치의 제공을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 일 양태에 관한 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, 상기 전원 회로와 상기 반도체 스위치 사이에 마련되어, 상기 전원 회로의 출력 전압을 받아 동작하고, 상기 반도체 스위치의 온으로부터 소정 시간 경과 후에, 상기 전원 회로로부터 상기 반도체 스위치로의 전압 공급을 차단하고, 상기 반도체 스위치를 오프로 하는 타이머 회로를 구비하고 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 반도체 스위치는, 타이머 회로의 동작에 의해, 온 상태로부터 오프 상태로 변화되는 경우의 과도 기간을 갖는 일 없이, 온 상태로부터 오프 상태로 이행할 수 있다. 이에 의해, 반도체 스위치는, 전력 손실이 저감하여, 발열량이 적어지고, 전력 손실의 증대에 기인하여 고장날 우려가 없다. 따라서, 반도체 스위치에는, 고가이고 또한 대형의 소자를 사용하거나, 방열 장치를 마련하거나 할 필요가 없어, 아크 소거 장치는 신뢰성이 높고, 또한 소형이고 저렴한 구성으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 부하 장치 및 아크 소거 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태의 아크 소거 장치를 구비한 부하 장치인 전동 공구의 일례를 도시하는 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 아크 소거 장치의 각 부의 동작을 도시하는 타이밍 차트이다.
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. 본 실시 형태는, 일례로서, 부하 장치가 휴대식의 전동 공구이고, 아크 소거 장치가 상기 부하 장치에 내장되어 있는 경우에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 블록도이다.

[부하 장치(1)의 구성]

도 1에 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 축전지이고, 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(차단 회로)(21), 정전압 회로(22), 제2 타이머 회로(타이머 회로)(23) 및 보호 회로(24)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.

정전압 회로(22)는 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)와 접속되어 있다. 정전압 회로(22)와 제1 통전로(25a)의 접속은 제1 통전로(25a)로부터 정전압 회로(22)를 향하는 방향을 순방향으로 하는 다이오드 D2를 통해 행해지고 있다. 정전압 회로(22)는 제1 통전로(25a) 및 제2 통전로(25b)로부터 급전되어 일정 전압을 반도체 스위치(TR4)로 출력하는 전원 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.

제2 타이머 회로(23) 및 보호 회로(24)는 정전압 회로(22)와 반도체 스위치(TR4) 사이에 마련되고, 제2 타이머 회로(23)는 정전압 회로(22)의 바로 뒤의 후단에 마련되고, 보호 회로(24)는 제2 타이머 회로(23)의 후단에 마련되어 있다.

제2 타이머 회로(23)는 동작 개시로부터 일정 시간이 경과하면 동작을 정지하고, 이에 의해 정전압 회로(22)로부터 반도체 스위치(TR4)로의 통전을 차단한다.

보호 회로(24)는 제2 타이머 회로(23)를 통해 정전압 회로(22)로부터 공급되는 전압을 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 공급한다. 또한, 보호 회로(24)는 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 최대 정격 이상의 전압이 가해지지 않도록 하여, 반도체 스위치(TR4)를 보호한다. 또한, 보호 회로(24)는 아크 소거 장치(2)의 기본적인 동작상, 필수적인 것은 아니고, 생략할 수 있다.

또한, 정전압 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 2는 도 1에 도시한 부하 장치(1) 및 아크 소거 장치(2)의 회로도이다. 도 2에 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 정전압 회로(22)의 콘덴서 C3 및 제2 타이머 회로(23)의 콘덴서 C4의 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.

정전압 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.

제2 타이머 회로(23)는 트랜지스터 TR2, TR3, 저항 R4 내지 R9 및 콘덴서 C4를 구비하고 있다. 트랜지스터 TR2, TR3의 이미터는 제2 통전로(25b)와 접속되어 있다. 콘덴서 C4 및 저항 R4는 직렬 접속되고, 제3 통전로(27)와 트랜지스터 TR2의 베이스 사이에 마련되어 있다. 저항 R5는 트랜지스터 TR2의 베이스와 제2 통전로(25b) 사이, 저항 R6은 제3 통전로(27)와 트랜지스터 TR2의 콜렉터 사이, 저항 R7은 트랜지스터 TR2의 콜렉터와 트랜지스터 TR3의 베이스 사이, 저항 R8은 제3 통전로(27)에 있어서의, 저항 R6과의 접속부와 트랜지스터 TR3의 콜렉터와의 접속부 사이, 저항 R9는 트랜지스터 TR3의 베이스와 제2 통전로(25b) 사이에 각각 마련되어 있다.

보호 회로(24)는 저항 R10 및 제너 다이오드 ZD2를 구비하고 있다. 저항 R10은, 제3 통전로(27)에 있어서의 트랜지스터 TR3의 콜렉터와의 접속부와 반도체 스위치(TR4)의 게이트 사이, 제너 다이오드 ZD2는 반도체 스위치(TR4)의 게이트와 제2 통전로(25b) 사이에 각각 마련되어 있다. 저항 R10은 게이트 저항이라고 불리고 있는 것이고, 반도체 스위치(TR4)인 FET의 게이트와 소스 사이의 기생 용량에 유입되는 전류를 제한하고 있다.

또한, 반도체 스위치(TR4)의 게이트와 드레인 사이에는, 직렬 접속된 다이오드 D3 및 제너 다이오드 ZD3으로 이루어지는 서지 회로(26)가 마련되어 있다. 서지 회로(26)는 반도체 스위치(TR4)에 내압을 초과하는 과대한 전압이 가해졌을 때에, 반도체 스위치(TR4)를 온으로 하는 것에 의해, 반도체 스위치(TR4)를 보호한다.

[아크 소거 장치(2)의 동작]

상기한 구성에 있어서, 아크 소거 장치(2)의 동작을 이하에 설명한다. 제1 스위치(SW1)를 개방한 때에는, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에 전압이 발생한다. 상기 접점 사이에 발생한 전압에 의해 정전압 회로(22)가 동작하여, 정전압 회로(22)의 출력 전압이 반도체 스위치(TR4)의 게이트에 인가되고, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고, 우회 회로(28)가 폐쇄 상태로 되어, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이의 아크의 발생이 억제된다.

구체적으로는, 제1 스위치(SW1)를 개방한 때에는, 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 정전압 회로(22)의 콘덴서 C3으로 유입된다. 이에 의해, 정전압 회로(22)의 트랜지스터 TR1에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR1이 온으로 된다. 또한, 제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR2에, 콘덴서 C4 및 저항 R4를 통해 베이스 전류가 흘러, 트랜지스터 TR2가 온으로 된다. 또한, 트랜지스터 TR1의 베이스에는 제너 다이오드 ZD1의 동작에 의해 일정한 전압이 인가된다.

제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR3은, 트랜지스터 TR2가 온인 상태에서는 오프의 상태를 유지한다. 따라서, 정전압 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)에서의 아크의 발생이 억제된다.

또한, 아크 소거 장치(2)에서는, 제1 스위치(SW1)를 개방한 때의 제1 스위치(SW1)의 접점간 전압(예를 들어, 10V)이, 제1 스위치(SW1)에 있어서 아크가 발생하는 경우의 SW1의 접점간 전압(예를 들어, 12V)보다도 낮아지도록 설정하고 있다. 이에 의해, 아크 소거 장치(2)는, 제1 스위치(SW1)를 개방한 때의 아크 발생 자체를 방지할 수 있다. 이 점은, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.

반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후에는 소정 시간이 경과하면, 제2 타이머 회로(23)가 정전압 회로(22)로부터 반도체 스위치(TR4)로의 전압 공급을 차단하여 반도체 스위치(TR4)를 오프로 하고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다.

구체적으로는, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후에는 전류가 제1 통전로(25a)에 유입되지 않지만, 정전압 회로(22) 및 제2 타이머 회로(23)는 콘덴서 C1, C3에 축적된 전하를 사용하여 동작을 계속한다.

반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후, 콘덴서 C4 및 저항 R4의 값에 의해 결정되는 소정 시간이 경과하면, 제2 타이머 회로(23)의 콘덴서 C4의 충전이 완료된다. 이에 의해, 트랜지스터 TR2에 베이스 전류가 흐르지 않게 되고, 트랜지스터 TR2가 오프로 된다.

트랜지스터 TR2가 오프로 되면, 저항 R6, R7을 통해 트랜지스터 TR3에 베이스 전류가 흘러, 트랜지스터 TR3이 온으로 되고, 트랜지스터 TR3에 의해 제3 통전로(27)가 제1 통전로(25a)와 접속된다. 이에 의해, 반도체 스위치(TR4)의 게이트 전압이 0V로 되어 반도체 스위치(TR4)가 오프로 되고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다.

반도체 스위치(TR4)가 오프로 된 경우, 제1 스위치(SW1)는 개방 상태이므로, 제1 스위치(SW1)의 접점간 전압은, 직류 전원(E1)의 전압으로 복귀된다. 그 후, 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 안정된 상태로 된다.

이와 같이, 아크 소거 장치(2)에서는, 정전압 회로(22)가 정상적으로 동작하고 있는 기간 내에, 제2 타이머 회로(23)가 반도체 스위치(TR4)를 강제적으로 오프로 한다.

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, 정전압 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 정전압 회로(22)]를 부하 장치(1)로부터 전기적으로 분리하는 회로를 구비하고 있어도 된다. 이 점은, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.

[아크 소거 장치(2)의 이점]

아크 소거 장치(2)에서는, 제1 스위치(SW1)를 개방한 때에, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고, 그 후, 소정 시간이 경과하면, 제2 타이머 회로(23)가 정전압 회로(22)로부터 반도체 스위치(TR4)로의 전압 공급을 차단하여 반도체 스위치(TR4)를 오프로 하고, 반도체 스위치(TR4)에 의한 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다.

이 경우, 제2 타이머 회로(23)는 제1 스위치(SW1)로의 인가 전압 및 제1 스위치(SW1)의 개폐 속도에 관계없이, 반도체 스위치(TR4)의 도통 시간을 임의로 설정하고, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에서의 아크 전류의 소거에 필요한 최소 시간만, 반도체 스위치를 온으로 할 수 있다.

즉, 반도체 스위치(TR4)는 제2 타이머 회로(23)의 동작에 의해, 온 상태로부터 오프 상태로 변화되는 경우의 과도 기간을 갖는 일 없이, 온 상태로부터 오프 상태로 이행할 수 있다.

이에 의해, 반도체 스위치(TR4)는 전력 손실이 저감되고, 발열량이 적어져, 전력 손실의 증대에 기인하여 고장날 우려가 없다. 따라서, 반도체 스위치(TR4)에는, 고가이고 또한 대형의 소자를 사용하거나, 방열 장치를 마련하거나 할 필요가 없다. 이 결과, 아크 소거 장치(2)는 신뢰성이 높고, 또한 소형이고 저렴한 구성으로 할 수 있다.

또한, 아크 소거 장치(2)는 제1 스위치(SW1)가, 예를 들어 트리거 스위치인 경우에, 바운스에 의해 제1 스위치(SW1)가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 변화된 경우의 제1 스위치(SW1)에서의 아크의 방지에도 유효하다.

또한, 아크 소거 장치(2)는 전원 회로로서 정전압 회로(22)를 구비하고, 정전압 회로(22)로부터 안정된 일정한 직류 전압을 출력한다. 따라서, 제2 타이머 회로(23)는 직류 전원(E1)의 전압이나 부하 전류 등이 변화된 경우라도, 반도체 스위치(TR4)를, 온 시점으로부터의 소정 시간 경과 후에 정확하게 오프로 할 수 있다. 이에 의해, 반도체 스위치(TR4)의 열손실을 일정량으로 억제하여, 반도체 스위치(TR4)를 확실하게 보호할 수 있다.

또한, 아크 소거 장치(2)는 정전압 회로(22) 대신에, 단순히 반도체 스위치(TR4)를 구동하는 전원 회로를 구비하고 있어도 된다. 이 경우의 전원 회로는 정전압 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.

〔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 3은 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 부하 장치에 접속한 상태를 도시하는 회로도이다. 도 4는 본 실시 형태의 아크 소거 장치를 구비한 부하 장치인 전동 공구의 일례를 도시하는 정면도이다.

본 실시 형태의 아크 소거 장치(3)는 상기 아크 소거 장치(2)에 대하여, 보호 저항 R11 및 제2 스위치(SW2)를 추가한 구성이다. 보호 저항 R11 및 제2 스위치(SW2) 이외의 아크 소거 장치(3)의 구성은, 전술한 아크 소거 장치(2)와 마찬가지이다. 또한, 아크 소거 장치(3)는, 보호 저항 R11 또는 제2 스위치(SW2)의 어느 한쪽만을 구비하고 있는 구성이어도 된다.

(보호 저항 R11의 구성)

보호 저항 R11은 우회 회로(28)에 있어서 반도체 스위치(TR4)와 직렬로 접속되어 있다. 또한, 보호 저항 R11을 마련하는 위치는, 도 3에 도시한 반도체 스위치(TR4)와 플러스측 접속 단자(T1) 사이에 한정되지 않고, 반도체 스위치(TR4)와 마이너스측 접속 단자(T2) 사이여도 된다. 예를 들어, 보호 저항 R11은 부하(11)와 제1 타이머 회로(21) 사이[제1 통전로(25a)]의 반도체 스위치(TR4)의 접속부와, 반도체 스위치(TR4) 사이에 마련되어도 된다.

보호 저항 R11은 저항값이, 예를 들어 1mΩ 내지 10mΩ 정도의 작은 값의 칩 저항기이고, 바람직하게는 도전 부분이 금속 박막인 칩 저항기이다. 이 경우, 칩 저항기에 있어서, 금속 박막은, 예를 들어 세라믹스 기판 상에 형성되어 있다. 보호 저항 R11은 반도체 스위치(TR4)가 고장에 의해 단락한 경우에, 예를 들어 용단되어 단선 상태로 되고, 우회 회로(28)에 전류가 계속해서 흐르는 것을 방지한다.

구체적으로는, 보호 저항 R11은 제2 타이머 회로(23)에 의해 설정되는, 반도체 스위치(TR4)의 온 시간보다도 긴 시간(예를 들어, 10msec 이상의 시간), 우회 회로(28)에 전류가 흐른 경우에, 단선되도록 되어 있다. 보호 저항 R11에는 시판품의 금속박 저저항 칩 저항기를 사용할 수 있다.

(보호 저항 R11을 구비하는 것에 의한 이점)

아크 소거 장치(3)는 보호 저항 R11을 구비하고 있는 것에 의해, 다음과 같은 이점을 갖는다.

우회 회로(28)에 마련된 반도체 스위치(TR4)가 단락된 경우의 회로의 보호에는 종래, 퓨즈를 사용하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 특허문헌 2에 기재된 구성에서는, 직류 전원과 부하 사이에 접속된 기계식 스위치, 상기 기계식 스위치와 병렬 접속된 반도체 스위치, 상기 반도체 스위치를 온 오프하는 제어 회로, 및 상기 반도체 스위치와 상기 기계식 스위치에 직렬로 접속된 퓨즈를 구비하고 있다. 퓨즈는 과전류에 의해 반도체 스위치가 단락 고장난 때에, 반도체 스위치를 회로로부터 분리하는 기능을 갖는다.

그러나, 퓨즈는 일반적으로 정격 전류가 커지면, 그것에 수반하여 부품 형상이 커진다. 예를 들어, 순시라도 대전류를 통전할 수 있는 퓨즈는 상당히 큰 부품 형상이 된다. 퓨즈는, 예를 들어 1msec의 동안만 150A를 통전할 필요가 있는 경우, 적어도 정격 전류 17A 이상의 것을 사용할 필요가 있다. 이 경우, 퓨즈는 외형 치수(길이×폭×두께)가, 예를 들어 6.1×2.5×2.5로 상당히 크고, 또한 고가로 된다. 이 때문에, 퓨즈를 사용하는 것은, 퓨즈를 구비하는 아크 소거 장치의 기판 사이즈를 크게 하고, 아크 소거 장치의 소형화 및 저가격화의 장해로 되어 있다.

이에 비해, 보호 저항 R11에 사용하는 칩 저항기는 소형이고 또한 저렴하다. 예를 들어, 1msec의 동안만 150A를 통전하는 상기 칩 저항기의 경우, 외형 치수(길이×폭×두께)가 1.25×2.0×0.5인 것이 있고, 동등한 용단 특성의 퓨즈와 비교하여, 체적비가 약 1/30이다. 따라서, 퓨즈 대신에, 칩 저항기로 이루어지는 보호 저항 R11을 사용하면, 기판 사이즈의 소형화, 즉 아크 소거 장치(3)의 소형화, 및 저가격화를 실현할 수 있다.

[제2 스위치(SW2)의 구성]

도 3에 도시한 바와 같이, 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 마련되고, 제1 통전로(25a)를 개폐하도록 되어 있다. 제2 스위치(SW2)는 노멀 오픈(A 접점)의 스위치이고, 예를 들어 수동 조작 자동 복귀 접점의 스위치이다.

본 실시 형태에 있어서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는, 도 4에 도시하는 부하 장치(1)인 휴대식의 전동 공구의 트리거 스위치(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.

[아크 소거 장치(3)의 동작]

아크 소거 장치(3)의 보호 저항 R11을 구비하는 것에 의한 동작은 상술한 바와 같고, 그 이외의 동작에 대하여, 이하에 설명한다. 도 5는 아크 소거 장치(3)의 각 부의 동작을 도시하는 타이밍 차트이다.

[제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)가 순차 폐쇄되는 경우]

부하 장치(1) 및 아크 소거 장치(3)의 정지 상태에서는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 개방되어 있다. 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 t1에서 제2 스위치(SW2)가 폐쇄되고, 부하 장치(1)의 직류 전원(E1)으로부터, 제1 통전로(25a)를 통해 정전압 회로(22)로 전류가 흐른다. 이에 의해, 정전압 회로(22)가 동작을 개시한다. 또한, 이 상태에서는 제1 스위치(SW1)는 개방된 채이다.

정전압 회로(22)가 동작을 개시하면, 정전압 회로(22)의 출력 전압이 제2 타이머 회로(23) 및 보호 회로(24)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 제1 타이머 회로(21)를 거친 후, 다이오드 D2를 통해 정전압 회로(22)의 콘덴서 C3으로 유입된다. 이에 의해, 정전압 회로(22)의 트랜지스터 TR1에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR1이 온으로 된다. 또한, 제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR2에 콘덴서 C4 및 저항 R4를 통해 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR2가 온으로 된다. 또한, 트랜지스터 TR1의 베이스에는 제너 다이오드 ZD1의 동작에 의해 일정한 전압이 인가된다.

제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR3은, 트랜지스터 TR2가 온인 상태에서는 오프의 상태를 유지한다. 따라서, 정전압 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. 그 후, 제2 타이머 회로(23)가 동작하면, 반도체 스위치(TR4)의 게이트의 전압이 하강하여, t2에서 반도체 스위치(TR4)가 오프로 되고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다. 또한, t2 경과 후에는, 정전압 회로(22)가 동작을 정지한다.

구체적으로는, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후에는 직류 전원(E1)으로부터, 반도체 스위치(TR4)보다도 임피던스가 높은 제1 통전로(25a)측으로는 전류가 유입되지 않는다. 그러나, 정전압 회로(22) 및 제2 타이머 회로(23)는 콘덴서 C1, C3에 축적된 전하를 사용하여 동작을 계속한다.

반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후, 콘덴서 C4 및 저항 R4의 값에 의해 결정되는 소정 시간이 경과하면, 제2 타이머 회로(23)의 콘덴서 C4의 충전이 완료된다. 이에 의해, 트랜지스터 TR2에 베이스 전류가 흐르지 않게 되어, 트랜지스터 TR2가 오프로 된다.

트랜지스터 TR2가 오프로 되면, 저항 R6, R7을 통해 트랜지스터 TR3에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR3이 온으로 되고, 트랜지스터 TR3에 의해 제3 통전로(27)가 제1 통전로(25a)와 접속된다. 이에 의해, 반도체 스위치(TR4)의 게이트 전압이 0V로 되어 반도체 스위치(TR4)가 오프로 되고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다.

반도체 스위치(TR4)가 오프로 된 경우, 제1 스위치(SW1)는 개방 상태이므로, 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.

또한, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고 나서 오프될 때까지의 동안, 정전압 회로(22)는 동작하고 있으므로, 반도체 스위치(TR4)는 정전압 회로(22)로부터 안정된 전압을 받아, 온으로부터 소정 시간 후에 정확하게 오프로 된다.

그 후, 유저가 트리거 스위치(41)를 더 압입해 가면, t3에서 제1 스위치(SW1)가 개방되고, 직류 전원(E1), 부하(11), 제1 스위치(SW1) 및 직류 전원(E1)의 경로에서 부하(11)에 전류가 흐르고, 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 t4에서 제1 스위치(SW1)가 개방된다. 이 상태에서는, 제2 스위치(SW2)는 폐쇄된 채이다.

제1 스위치(SW1)가 개방되면, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이에 전압이 발생한다. 상기 접점 사이에 발생한 전압에 의해 정전압 회로(22)가 동작하고, 정전압 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 아크의 발생이 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 정전압 회로(22)의 콘덴서 C3으로 유입된다. 이에 의해, 정전압 회로(22)의 트랜지스터 TR1에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR1이 온으로 된다. 또한, 제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR2에, 콘덴서 C4 및 저항 R4를 통해 베이스 전류가 흘러, 트랜지스터 TR2가 온으로 된다. 또한, 트랜지스터 TR1의 베이스에는 제너 다이오드 ZD1의 동작에 의해 일정한 전압이 인가된다.

제2 타이머 회로(23)의 트랜지스터 TR3은, 트랜지스터 TR2가 온인 상태에서는 오프의 상태를 유지한다. 따라서, 정전압 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, 우회 회로(28)에 모두 흐르기 때문에, 제1 스위치(SW1)에서의 아크의 발생이 억제된다.

또한, 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, 제2 타이머 회로(23)가 동작하면, 반도체 스위치(TR4)의 게이트의 전압이 하강되어, t5에서 반도체 스위치(TR4)가 오프로 되고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다. 이 경우에는, 부하(11)를 흐르는 전류가 차단되어, 제1 스위치(SW1)의 접점 사이의 전압이 부활한다.

구체적으로는, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 된 후에는 아크에 의한 전류가 제1 통전로(25a)에 유입되지 않지만, 정전압 회로(22) 및 제2 타이머 회로(23)는 콘덴서 C1, C3에 축적된 전하를 사용하여 동작을 계속한다. 또한, t5 경과 후에는, 정전압 회로(22)가 동작을 정지한다.

트랜지스터 TR2가 오프로 되면, 저항 R6, R7을 통해 트랜지스터 TR3에 베이스 전류가 흘러 트랜지스터 TR3이 온으로 되고, 트랜지스터 TR3에 의해 제3 통전로(27)가 제1 통전로(25a)와 접속된다. 이에 의해, 반도체 스위치(TR4)의 게이트 전압이 역치 이하로 되어 반도체 스위치(TR4)가 오프로 되고, 우회 회로(28)가 개방 상태로 된다.

또한, 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되어 있는 동안(t4-t5 사이)은, 예를 들어 1msec이다. 또한, 이 경우에도 반도체 스위치(TR4)가 온으로 되고 나서 오프될 때까지의 동안, 정전압 회로(22)는 동작하고 있으므로, 반도체 스위치(TR4)는 정전압 회로(22)로부터 안정된 전압을 받고, 온으로부터 소정 시간 후에 정확하게 오프로 된다.

그 후, 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, t6에서 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 떼어낸 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(3)는 전원[직류 전원(E1)]의 기동 시에 있어서의 부하 장치(1)의 불필요한 거동을 방지할 수 있다.

(제2 스위치(SW2)의 그 밖의 배치)

또한, 제2 스위치(SW2)의 배치 위치는 도 3에 도시한 위치에 한정되지 않고,

(1) 제1 통전로(25a)[우회 회로(28)]에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제1 통전로(25a)의 접속부와, 플러스측 접속 단자(T1) 사이

(2) 제2 통전로(25b)[우회 회로(28)]에 있어서의 반도체 스위치(TR4)와 제2 통전로(25b)의 접속부와, 마이너스측 접속 단자(T2) 사이

(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 정전압 회로(22)를 동작시키지 않고, 또한 반도체 스위치(TR4)를 동작시키지 않는 배치이다.

제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 경우에는, 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, 반도체 스위치(TR4)를 제1 스위치(SW1)로부터 완전히 분리할 필요가 있다.

이 경우, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치하면, 반도체 스위치(TR4)는 제2 스위치(SW2)에 의해 제1 스위치(SW1)로부터 분리된다. 이에 의해, 반도체 스위치(TR4)의 내압이 낮아도, 예를 들어 제1 스위치(SW1)의 양단에(시험용 프로브 등으로) 상기 전압을 가하여 내압 시험을 할 수 있다. 따라서, 제2 스위치(SW2)를 상기 (1) 또는 상기 (2)의 위치에 배치한 경우에는, 반도체 스위치(TR4)를 제1 스위치(SW1)로부터 분리하기 위한 스위치를 별도 마련할 필요가 없어, 제1 스위치(SW1)의 내압 시험을 용이하게 행할 수 있다.

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)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)만, 또는 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. 이 경우, 소켓(31)은 부하(11) 및 직류 전원(E1)과의 접속 단자(31a, 31b), 및 릴레이[제1 스위치(SW1)]와의 접속 단자(31c, 31d)를 구비하고 있어도 된다. 또한, 소켓(31)에 아크 소거 장치(3)를 내장하는 경우, 제2 스위치(SW2)(예를 들어, 릴레이)는 제1 스위치(SW1)와 마찬가지로, 소켓(31)에 대하여 외부 부착되는 구성이어도 된다. 이 경우, 소켓(31)은 제2 스위치(SW2)와의 접속 단자(31e, 31f)를 더 구비한 구성으로 된다.

상기와 같은 구성에서는, 아크 소거 장치(2, 3)는 릴레이의 접점 사이에서의 아크의 발생을 방지하거나, 혹은 릴레이의 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 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, 상기 전원 회로와 상기 반도체 스위치 사이에 마련되어, 상기 전원 회로의 출력 전압을 받아 동작하고, 상기 반도체 스위치의 온으로부터 소정 시간 경과 후에, 상기 전원 회로로부터 상기 반도체 스위치로의 전압 공급을 차단하여, 상기 반도체 스위치를 오프로 하는 타이머 회로를 구비하고 있다.

상기한 구성에 의하면, 제1 스위치를 개방하면, 제1 스위치의 양 접점 사이에 전압이 발생하고, 전원 회로는 그 전압에 의해, 반도체 스위치를 온으로 하는 전압을 출력하고, 반도체 스위치는 온으로 된다. 반도체 스위치가 온으로 되면, 전류는 제1 스위치를 우회하여 반도체 스위치에 흐른다. 따라서, 제1 스위치의 접점 사이에서는, 아크가 해소되거나, 혹은 아크가 발생하지 않는다.

한편, 타이머 회로는 반도체 스위치의 온으로부터 소정 시간 경과 후에, 전원 회로로부터 반도체 스위치로의 전압 공급을 차단하여, 반도체 스위치를 오프로 한다. 이 경우, 타이머 회로는 반도체 스위치의 도통 시간을 임의로 설정하고, 제1 스위치의 접점 사이에서의 전류의 소거에 필요한 최소 시간만, 반도체 스위치를 온으로 할 수 있다.

즉, 반도체 스위치는 타이머 회로의 동작에 의해, 온 상태로부터 오프 상태로 변화되는 경우의 과도 기간을 갖는 일 없이, 온 상태로부터 오프 상태로 이행할 수 있다. 이에 의해, 반도체 스위치는 전력 손실이 저감되어, 발열량이 적어지고, 전력 손실의 증대에 기인하여 고장날 우려가 없다. 따라서, 반도체 스위치에는 고가이고 또한 대형의 소자를 사용하거나, 방열 장치를 마련하거나 할 필요가 없고, 아크 소거 장치는 신뢰성이 높고, 또한 소형이고 저렴한 구성으로 할 수 있다.

상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 전원 회로는 정전압 회로인 구성으로 해도 된다.

상기한 구성에 의하면, 타이머 회로에는 전원 회로로서의 정전압 회로로부터, 안정된 일정한 전압이 공급된다. 따라서, 타이머 회로는 직류 전원의 전압이나 부하 전류 등이 변화된 경우라도, 반도체 스위치를, 온 시점으로부터의 소정 시간 경과 후에 정확하게 오프로 할 수 있다. 이에 의해, 반도체 스위치의 열손실을 일정량으로 억제하여, 반도체 스위치를 확실하게 보호할 수 있다.

상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는 상기 제1 스위치의 한쪽의 접점과 상기 전원 회로 사이의 통전로에 마련되어, 상기 반도체 스위치가 오프로 된 후에, 상기 통전로를 차단하는 차단 회로를 구비하고 있는 구성으로 해도 된다.

상기한 구성에 의하면, 차단 회로(예를 들어, 다른 타이머 회로)는 반도체 스위치가 오프로 된 후에, 제1 스위치의 한쪽의 접점과 전원 회로 사이의 통전로를 차단한다. 따라서, 아크 소거 장치는 부하 장치의 직류 전원으로부터 전기적으로 분리된 안정한 상태로 된다. 이에 의해, 직류 전원의 전력이 아크 소거 장치에 의해 계속해서 소비되는 사태를 저지할 수 있다.

상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에, 상기 타이머 회로에서 설정되어 있는 시간보다도 긴 시간, 상기 반도체 스위치가 온으로 되어 있는 경우에, 상기 반도체 스위치를 흐르는 전류에 의해 단선되는 칩 저항기가 직렬로 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.

상기한 구성에 의하면, 칩 저항기는, 예를 들어 반도체 스위치의 단락 고장에 의해, 타이머 회로에서 설정되어 있는 시간보다도 긴 시간, 반도체 스위치가 온으로 되어 있는 경우에, 단선되어 반도체 스위치를 흐르는 전류를 차단하여, 회로를 보호한다.

여기서, 칩 저항기는 종래 사용되고 있는 퓨즈보다도, 소형이고 또한 저렴하므로, 아크 소거 장치의 소형화 및 저가격화를 실현할 수 있다.

상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치에 있어서, 상기 칩 저항기는 도전 부분이 금속 박막인 구성으로 해도 된다.

상기한 구성에 의하면, 칩 저항기는 도전 부분이 금속 박막이므로, 타이머 회로에서 설정되어 있는 시간보다도 긴 시간, 반도체 스위치가 온으로 되어 있는 경우에, 용단되어 단선되므로, 회로를 확실하게 보호한다.

상기한 직류 개폐기의 아크 소거 장치는 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치의 접속을 차단하는 위치, 혹은 상기 전원 회로의 동작을 정지시키는 위치에 마련된 노멀 오픈의 제2 스위치를 구비하고 있는 구성으로 해도 된다.

상기한 구성에 의하면, 제1 스위치와 반도체 스위치의 접속을 차단하는 위치, 혹은 전원 회로의 동작을 정지시키는 위치에 노멀 오픈의 제2 스위치가 마련되어 있다. 따라서, 유저가 부하 장치에 대하여 직류 전원을 떼어낸 후, 설치한 경우라도, 노멀 오픈의 제2 스위치가 마련되어 있음으로써, 부하 장치에 펄스 전류가 흐르는 경우는 없다. 따라서, 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 함께, 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(차단 회로)
22 : 정전압 회로
23 : 제2 타이머 회로(타이머 회로)
24 : 보호 회로
25a : 제1 통전로
25b : 제2 통전로
27 : 제3 통전로
28 : 우회 회로
31 : 소켓
41 : 트리거 스위치
E1 : 직류 전원
T1 : 플러스측 접속 단자
T2 : 마이너스측 접속 단자
SW1 : 제1 스위치(제1 스위치)
SW2 : 제2 스위치
TR4 : 반도체 스위치

Claims

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,
상기 전원 회로와 상기 반도체 스위치 사이에 마련되어, 상기 전원 회로의 출력 전압을 받아 동작하고, 상기 반도체 스위치의 온으로부터 소정 시간 경과 후에, 상기 전원 회로로부터 상기 반도체 스위치로의 전압 공급을 차단하고, 상기 반도체 스위치를 오프로 하는 타이머 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 회로는 정전압 회로인 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 스위치의 한쪽의 접점과 상기 전원 회로 사이의 통전로에 마련되어, 상기 반도체 스위치가 오프로 된 후에, 상기 통전로를 차단하는 차단 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에, 상기 타이머 회로에서 설정되어 있는 시간보다도 긴 시간, 상기 반도체 스위치가 온으로 되어 있는 경우에, 상기 반도체 스위치를 흐르는 전류에 의해 단선되는 칩 저항기가 직렬로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제4항에 있어서, 상기 칩 저항기는 도전 부분이 금속 박막인 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스위치와 상기 반도체 스위치의 접속을 차단하는 위치, 혹은 상기 전원 회로의 동작을 정지시키는 위치에 마련된 노멀 오픈의 제2 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.
제6항에 있어서, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 함께, 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.
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.
제8항에 있어서, 상기 부하는 차량 탑재용 모터이고, 상기 제1 스위치는 상기 차량 탑재용 모터를 온 오프시키는 릴레이인 것을 특징으로 하는 직류 개폐기의 아크 소거 장치.