JP2018113222A - 直流開閉器のアーク消去装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化および低価格化を実現する。
【解決手段】アーク消去装置(1)は、機械式の第1スイッチ(SW1)に並列接続される半導体スイッチ(TR4)、第1スイッチ(SW1)の両接点間に発生する電圧により、半導体スイッチ(TR4)をオンにする電圧を出力する定電圧回路(22)、および半導体スイッチ(TR4)と直列に接続され、前記半導体スイッチが短絡故障した際に流れる電流により断線する保護抵抗R11を備える。
【選択図】図1
【解決手段】アーク消去装置(1)は、機械式の第1スイッチ(SW1)に並列接続される半導体スイッチ(TR4)、第1スイッチ(SW1)の両接点間に発生する電圧により、半導体スイッチ(TR4)をオンにする電圧を出力する定電圧回路(22)、および半導体スイッチ(TR4)と直列に接続され、前記半導体スイッチが短絡故障した際に流れる電流により断線する保護抵抗R11を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する直流開閉器のアーク消去装置に関する。
従来、直流開閉器に生じるアークを消去するアーク消去装置が知られている。アーク消去装置は、例えば特許文献1に開示されているように、直流開閉器と並列に接続され、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する。
特許文献1に記載のアーク消去装置は、具体的には、直流電源、機械式スイッチ、半導体スイッチ、電源回路および制御回路を備えている。機械式スイッチは直流電源と直列に接続され、半導体スイッチは機械式スイッチと並列に接続され、制御回路は半導体スイッチをオンオフさせ、電源回路は制御回路を駆動する。このような構成により、上記アーク消去装置は、機械式スイッチに流れるアークの電流を半導体スイッチに迂回させ、アークを消去するようにしている。
また、この種のアーク消去装置には、例えば特許文献2に開示されているように、半導体スイッチが短絡故障したときに、半導体スイッチを回路から切り離して、回路を保護するために、ヒューズが組み込まれている。
しかしながら、ヒューズは一般に定格電流が大きくなると、それに伴い部品形状が大きくなる。例えば、瞬時であっても大電流を通電できるヒューズは、相当に大きな部品形状となる。ヒューズは、例えば1msecの間だけ150Aを通電する必要がある場合、少なくとも定格電流17A以上のものを使用する必要がある。この場合、ヒューズは、外形寸法(長さ×幅×厚さ)が例えば6.1×2.5×2.5とかなり大きく、かつ高価になる。このため、ヒューズを使用することは、ヒューズを備えるアーク消去装置の基板サイズを大きくし、アーク消去装置の小型化および低価格化の障害になっている。
したがって、本発明の一態様は、小型化、および低価格化を実現することができる直流開閉器のアーク消去装置の提供を目的としている。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る直流開閉器のアーク消去装置は、負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第1スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、前記第1スイッチの両接点に接続され、前記第1スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、前記半導体スイッチと直列に接続され、前記半導体スイッチが短絡故障した際に流れる電流により断線する、チップ抵抗器からなる保護抵抗とを備えている。
上記の構成によれば、第1スイッチを開くと、第1スイッチの両接点間に電圧が発生し、電源回路は、その電圧により、半導体スイッチをオンにする電圧を出力し、半導体スイッチはオンとなる。半導体スイッチがオンになると、電流は第1スイッチを迂回して半導体スイッチに流れる。したがって、第1スイッチの接点間では、アークが解消し、あるいはアークが発生しない。
一方、半導体スイッチが短絡故障した場合、半導体スイッチと直列に接続されるチップ抵抗器は、断線し、半導体スイッチおよびチップ抵抗器を含む迂回回路に電流が流れ続けることが防止する。
チップ抵抗器は、一般に使用されるヒューズの代替品であり、小型かつ安価である。すなわち、ヒューズに代えて、チップ抵抗器を使用すれば、アーク消去装置の基板サイズの小型化すなわちアーク消去装置の小型化、および低価格化を実現することができる。
上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記チップ抵抗器は、導電部分が金属薄膜である構成としてもよい。
上記の構成によれば、チップ抵抗器は、電気が流れる導電部分(すなわち抵抗部分)が金属薄膜であり、過電流が流れた場合に金属薄膜が溶断して断線する。したがって、半導体スイッチが断線故障した場合に、溶断する電流や溶断するまでの時間等の条件を設定し易く、ヒューズの代替品として好適である。
上記の直流開閉器のアーク消去装置は、筐体(例えばソケット)を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第1スイッチと接続する接続部、並びに前記負荷装置の直流電源および負荷と接続する接続部が設けられている構成としてもよい。
上記の構成によれば、アーク消去装置は、回路の構成要素を筐体内に収容し、ユニット化した構成とすることができるので、各種負荷装置への適用が容易となる。
上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記負荷は車載用モータであり、前記第1スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーである構成としてもよい。
上記の構成によれば、アーク消去装置は、頻繁に動作するリレーに対してアークによる接点の摩耗を防止して長寿命化し、車載用に適した構成とすることができる。
本発明の一態様によれば、アーク消去装置の基板サイズの小型化すなわちアーク消去装置の小型化、および低価格化を実現することができる。
〔実施形態1〕
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。
(負荷装置1の構成)
負荷装置1は、図1に示すように、直流電源E1、負荷11および第1スイッチ(直流開閉器)SW1を備え、これらが閉ループを構成するように直列に接続されている。直流電源E1は例えば電池であり、負荷11は例えばモータであり、第1スイッチSW1は有接点を有する機械式のスイッチである。
負荷装置1は、図1に示すように、直流電源E1、負荷11および第1スイッチ(直流開閉器)SW1を備え、これらが閉ループを構成するように直列に接続されている。直流電源E1は例えば電池であり、負荷11は例えばモータであり、第1スイッチSW1は有接点を有する機械式のスイッチである。
(アーク消去装置2の構成)
アーク消去装置2は、図1に示すように、半導体スイッチTR4、第1タイマ回路21、電源回路22、保護回路23および保護抵抗R11を備えている。
アーク消去装置2は、図1に示すように、半導体スイッチTR4、第1タイマ回路21、電源回路22、保護回路23および保護抵抗R11を備えている。
半導体スイッチTR4は、本実施形態ではFET(電界効果トランジスタ)であり、ドレインが正側の第1通電路25aと接続され、ソースが負側の第2通電路25bと接続されている。第1通電路25aは正側接続端子T1と接続され、正側接続端子T1は、第1スイッチSW1の一方の端子と接続されている。また、第2通電路25bは負側接続端子T2と接続され、負側接続端子T2は、第1スイッチSW1の他方の端子と接続されている。正側接続端子T1から半導体スイッチTR4を経て負側接続端子T2に至る回路は、第1スイッチSW1に対する迂回回路28となっており、半導体スイッチTR4は、第1スイッチSW1と並列に接続されている。
電源回路22は、第1通電路25aおよび第2通電路25bと接続されている。電源回路22と第1通電路25aとの接続は、第1通電路25aから電源回路22に向う方向を順方向とするダイオードD2を介して行われている。電源回路22は、第1通電路25aおよび第2通電路25bから給電されて一定電圧を半導体スイッチTR4へ出力する定電圧回路である。
第1タイマ回路21は、第1通電路25aにおける、第1通電路25aと半導体スイッチTR4との接続部と第1通電路25aとダイオードD2との接続部との間に設けられている。第1タイマ回路21は、アーク消去装置2の動作開始から一定時間が経過すると、すなわちコンデンサC1の充電が完了すると(コンデンサC1の電荷が満杯になると)、第1通電路25aを遮断する。
保護回路23は、電源回路22と半導体スイッチTR4との間に設けられ、電源回路22から供給される電圧を半導体スイッチTR4のゲートに供給する。また、保護回路23は、半導体スイッチTR4のゲートに最大定格以上の電圧が掛からないようにして、半導体スイッチTR4を保護する。なお、保護回路23は、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
また、電源回路22に対する半導体スイッチTR4側とは反対側の位置における、第1通電路25aと第2通電路25bとの間には、ダイオードD1およびコンデンサC2が設けられている。ダイオードD1は、第2通電路25bから第1通電路25aへ向う方向を順方向として、第1通電路25aおよび第2通電路25bに接続されている。ダイオードD1は、第1タイマ回路21、半導体スイッチTR4およびダイオードD1によって形成される閉ループにより、第1タイマ回路21に蓄積された電荷を放電させ、第1タイマ回路21をリセットさせる。コンデンサC2は、第1通電路25aおよび第2通電路25bのノイズを除去し、第1通電路25aと第2通電路25bとの間の電圧を安定化する。なお、コンデンサC2は、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
(保護抵抗R11の構成)
保護抵抗R11は、迂回回路28において半導体スイッチTR4と直列に接続されている。なお、保護抵抗R11を設ける位置は、図1に示した半導体スイッチTR4と正側接続端子T1との間に限定されず、半導体スイッチTR4と負側接続端子T2との間であってもよい。例えば、保護抵抗R11は、負荷11と第1タイマ回路21との間(第1通電路25a)の半導体スイッチTR4の接続部と、半導体スイッチTR4との間に設けられてもよい。
保護抵抗R11は、迂回回路28において半導体スイッチTR4と直列に接続されている。なお、保護抵抗R11を設ける位置は、図1に示した半導体スイッチTR4と正側接続端子T1との間に限定されず、半導体スイッチTR4と負側接続端子T2との間であってもよい。例えば、保護抵抗R11は、負荷11と第1タイマ回路21との間(第1通電路25a)の半導体スイッチTR4の接続部と、半導体スイッチTR4との間に設けられてもよい。
保護抵抗R11は、抵抗値が例えば1mΩ〜10mΩ程度の小さい値のチップ抵抗器であり、好ましくは導電部分(すなわち抵抗部分)が金属薄膜であるチップ抵抗器である。この場合、チップ抵抗器において、金属薄膜は例えばセラミックス基板上に形成されている。保護抵抗R11は、半導体スイッチTR4が故障により短絡した場合に、例えば溶断して断線状態となり、迂回回路28に電流が流れ続けることを防止する。保護抵抗R11には、市販品の金属箔低抵抗チップ抵抗器を使用することができる。
(アーク消去装置2の具体的な回路)
図2は、図1に示した負荷装置1およびアーク消去装置2の回路図である。図2に示すように、アーク消去装置2の第1タイマ回路21は、直列接続されたコンデンサC1および抵抗R1を備えている。なお、コンデンサC1の静電容量は、電源回路22のコンデンサC3の静電容量よりもはるかに大きい。また、抵抗R1は、抵抗値が低い抵抗であり、回路に過大な電流が流れることを防止する上において設けることが好ましいものの、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
図2は、図1に示した負荷装置1およびアーク消去装置2の回路図である。図2に示すように、アーク消去装置2の第1タイマ回路21は、直列接続されたコンデンサC1および抵抗R1を備えている。なお、コンデンサC1の静電容量は、電源回路22のコンデンサC3の静電容量よりもはるかに大きい。また、抵抗R1は、抵抗値が低い抵抗であり、回路に過大な電流が流れることを防止する上において設けることが好ましいものの、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
電源回路22は、トランジスタTR1、コンデンサC3、抵抗R2,R3およびツェナーダイオードZD1を備えている。トランジスタTR1のエミッタは、このエミッタから半導体スイッチTR4のゲートに向う第3通電路27と接続されている。コンデンサC3は、トランジスタTR1のコレクタと第2通電路25bとの間、抵抗R2は、トランジスタTR1のベースとコレクタとの間、ツェナーダイオードZD1は、トランジスタTR1のベースと第2通電路25bとの間、抵抗R3は、トランジスタTR1のエミッタと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。なお、前述したダイオードD2のカソードは、トランジスタTR1のコレクタと接続されている。
保護回路23は、抵抗R10およびツェナーダイオードZD2を備えている。抵抗R10は、第3通電路27におけるトランジスタTR1のエミッタと半導体スイッチTR4のゲートとの間、ツェナーダイオードZD2は、半導体スイッチTR4のゲートと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。抵抗10は、ゲート抵抗と呼ばれているものであり、半導体スイッチTR4であるFETのゲートとソースとの間の寄生容量に流れ込む電流を制限している。
(アーク消去装置2の動作)
上記の構成において、アーク消去装置2の動作を以下に説明する。
上記の構成において、アーク消去装置2の動作を以下に説明する。
(第1スイッチSW1を閉じる場合)
負荷装置1およびアーク消去装置2の停止状態では、第1スイッチSW1が開状態である。したがって、第1スイッチSW1の接点間には、直流電源E1による電圧が生じている。
負荷装置1およびアーク消去装置2の停止状態では、第1スイッチSW1が開状態である。したがって、第1スイッチSW1の接点間には、直流電源E1による電圧が生じている。
上記の状態から、第1スイッチSW1を閉じると、直流電源E1、負荷11、第1スイッチSW1および直流電源E1の経路にて負荷11に電流が流れ、負荷11(負荷装置1)が動作する。
(第1スイッチSW1を開く場合)
第1スイッチSW1を開くと、負荷11に流れる電流が遮断され、負荷11(負荷装置1)が動作を停止する。
第1スイッチSW1を開くと、負荷11に流れる電流が遮断され、負荷11(負荷装置1)が動作を停止する。
この場合、第1スイッチSW1が開くと、第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生する。上記接点間に発生した電圧により電源回路22が動作し、電源回路22の出力電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。したがって、迂回回路28が閉状態となり、第1スイッチSW1の接点間でのアークの発生が抑制される。
具体的には、第1スイッチSW1が開くと、第1スイッチSW1の接点間に一瞬だけ電圧が発生する。第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子T1から第1タイマ回路21に向って第1通電路25aに電流が流れる。この電流は、第1タイマ回路21を経た後、ダイオードD2を介して電源回路22のコンデンサC3へ流れ込む。これにより、電源回路22のトランジスタTR1にベース電流が流れてトランジスタTR1がオンとなる。なお、トランジスタTR1のベースにはツェナーダイオードZD1の動作により一定の電圧が印加される。
トランジスタTR1がオンになると、電源回路22から出力された電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。半導体スイッチTR4がオンになると、迂回回路28が開状態から閉状態となる。したがって、第1スイッチSW1の接点間には電流が流れず、電流は迂回回路28に全て流れるため、第1スイッチSW1の接点間でのアークの発生が抑制される。
なお、アーク消去装置2では、第1スイッチSW1を開いたときの第1スイッチSW1の接点間電圧(例えば10V)が、第1スイッチSW1においてアークが発生する場合のSW1の接点間電圧(例えば12V)よりも低くなるように設定している。したがって、アーク消去装置2は、第1スイッチSW1を開いたときのアークの発生自体を防止することができる。この点は、他の実施形態においても同様である。
第1スイッチSW1の接点間は、迂回回路28が閉状態になることにより、低インピーダンスとなる。負荷装置1の負荷11にも同様に電流が継続して流れる。
その後、第1通電路25aに電流が流れなくなったことにより、電源回路22は動作を停止し、半導体スイッチTR4はオフとなり、迂回回路28は開状態となる。また、半導体スイッチTR4がオフになった場合、第1スイッチSW1は開状態であるので、負荷11には電流が流れず、第1スイッチSW1の接点間電圧は、直流電源E1の電圧に戻る。
また、第1タイマ回路21のコンデンサC1の充電が完了すると、第1タイマ回路21によって第1通電路25aが遮断される。したがって、アーク消去装置2は、負荷装置1すなわち直流電源E1から電気的に切り離された安定な状態となる。
なお、第1スイッチSW1を閉じる場合にも、第1スイッチSW1が完全に閉じるまでの過程において、第1スイッチSW1を開く場合と同様、第1スイッチSW1の接点間に発生する電圧によってアーク消去装置2が動作する。
(保護抵抗R11を備えることによる利点)
アーク消去装置3は、保護抵抗R11を備えていることにより、次のような利点を有する。
アーク消去装置3は、保護抵抗R11を備えていることにより、次のような利点を有する。
保護抵抗R11に使用するチップ抵抗器は小型かつ安価である。例えば1msecの間だけ150Aを通電する上記チップ抵抗器の場合、外形寸法(長さ×幅×厚さ)が、1.25×2.0×0.5のものがあり、同等の溶断特性のヒューズと比較して、体積比が約1/30である。したがって、ヒューズに代えて、チップ抵抗器からなる保護抵抗R11を使用すれば、基板サイズの小型化すなわちアーク消去装置3の小型化、および低価格化を実現することができる。
また、チップ抵抗器である保護抵抗R11は、電気が流れる導電部分(すなわち抵抗部分)を金属薄膜とすれば、半導体スイッチTR4が断線故障した場合に、溶断する電流や溶断するまでの時間等の条件を設定し易く、ヒューズの代替品として好適である。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図3は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。図4は、図3に示した負荷装置およびアーク消去装置の回路図である。
(アーク消去装置3の構成)
アーク消去装置3は、図3に示すように、アーク消去装置2に対して第2タイマ回路24を追加した構成であり、他の構成はアーク消去装置2と同様である。
アーク消去装置3は、図3に示すように、アーク消去装置2に対して第2タイマ回路24を追加した構成であり、他の構成はアーク消去装置2と同様である。
第2タイマ回路24は、電源回路22と保護回路23との間に設けられ、動作開始から一定時間が経過すると、電源回路22から半導体スイッチTR4への電圧供給を遮断し、半導体スイッチTR4をオフにする。
(アーク消去装置3の具体的な回路)
図4は、図3に示した負荷装置1およびアーク消去装置3の回路図である。図4に示すように、第2タイマ回路24は、トランジスタTR2,TR3、抵抗R4〜R9およびコンデンサC4を備えている。トランジスタTR2,TR3のエミッタは第2通電路25bと接続されている。コンデンサC4および抵抗R4は直列接続されて、第3通電路27とトランジスタTR2のベースとの間に設けられている。抵抗R5は、トランジスタTR2のベースと第2通電路25bとの間、抵抗R6は、第3通電路27とトランジスタTR2のコレクタとの間、抵抗R7は、トランジスタTR2のコレクタとトランジスタTR3のベースとの間、抵抗R8は、第3通電路27における、抵抗R6との接続部とトランジスタTR3のコレクタとの接続部との間、抵抗R9は、トランジスタTR3のベースと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。
図4は、図3に示した負荷装置1およびアーク消去装置3の回路図である。図4に示すように、第2タイマ回路24は、トランジスタTR2,TR3、抵抗R4〜R9およびコンデンサC4を備えている。トランジスタTR2,TR3のエミッタは第2通電路25bと接続されている。コンデンサC4および抵抗R4は直列接続されて、第3通電路27とトランジスタTR2のベースとの間に設けられている。抵抗R5は、トランジスタTR2のベースと第2通電路25bとの間、抵抗R6は、第3通電路27とトランジスタTR2のコレクタとの間、抵抗R7は、トランジスタTR2のコレクタとトランジスタTR3のベースとの間、抵抗R8は、第3通電路27における、抵抗R6との接続部とトランジスタTR3のコレクタとの接続部との間、抵抗R9は、トランジスタTR3のベースと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。
また、半導体スイッチTR4のゲートとドレインとの間には、直列接続されたダイオードD3およびツェナーダイオードZD3からなるサージ回路26が設けられている。サージ回路26は、半導体スイッチTR4に耐圧を超えるような過大な電圧が加わったときに、半導体スイッチTR4をオンにすることにより、半導体スイッチTR4を保護する。
(アーク消去装置3の動作)
上記の構成において、アーク消去装置3の動作を以下に説明する。第1スイッチSW1を開いたときには、アーク消去装置2の場合と同様、第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生する。第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子T1から第1タイマ回路21に向って第1通電路25aに電流が流れる。この電流は、第1タイマ回路21を経た後、ダイオードD2を介して電源回路22のコンデンサC3へ流れ込む。これにより、電源回路22のトランジスタTR1にベース電流が流れてトランジスタTR1がオンとなる。さらに、第2タイマ回路24のトランジスタTR2に、コンデンサC4および抵抗R4を介してベース電流が流れ、トランジスタTR2がオンとなる。
上記の構成において、アーク消去装置3の動作を以下に説明する。第1スイッチSW1を開いたときには、アーク消去装置2の場合と同様、第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生する。第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子T1から第1タイマ回路21に向って第1通電路25aに電流が流れる。この電流は、第1タイマ回路21を経た後、ダイオードD2を介して電源回路22のコンデンサC3へ流れ込む。これにより、電源回路22のトランジスタTR1にベース電流が流れてトランジスタTR1がオンとなる。さらに、第2タイマ回路24のトランジスタTR2に、コンデンサC4および抵抗R4を介してベース電流が流れ、トランジスタTR2がオンとなる。
第2タイマ回路24のトランジスタTR3は、トランジスタTR2がオンの状態ではオフの状態を維持する。したがって、電源回路22から出力された電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。半導体スイッチTR4がオンになると、迂回回路28が開状態から閉状態となる。したがって、第1スイッチSW1の接点間には電流が流れず、電流は迂回回路28に全て流れ、第1スイッチSW1の接点間でのアークの発生が抑制される。
半導体スイッチTR4がオンとなった後は、所定時間が経過すると、第2タイマ回路24が電源回路22から半導体スイッチTR4への電圧供給を遮断して半導体スイッチTR4をオフにし、迂回回路28が開状態となる。
具体的には、半導体スイッチTR4がオンとなった後は、電流が第1通電路25aに流れ込まないものの、電源回路22および第2タイマ回路24は、コンデンサC1,C3に蓄積された電荷を使用して動作を継続する。
半導体スイッチTR4がオンとなった後、コンデンサC4および抵抗R4の値によって決まる所定時間が経過すると、第2タイマ回路24のコンデンサC4の充電が完了する。これにより、トランジスタTR2にベース電流が流れなくなり、トランジスタTR2がオフとなる。
トランジスタTR2がオフになると、抵抗R6,R7を介してトランジスタTR3にベース電流が流れ、トランジスタTR3がオンとなり、トランジスタTR3によって第3通電路27が第1通電路25aと接続される。これにより、半導体スイッチTR4のゲート電圧が0Vとなって半導体スイッチTR4がオフとなり、迂回回路28が開状態となる。
半導体スイッチTR4がオフになった場合、第1スイッチSW1は開状態であるので、第1スイッチSW1の接点間電圧は、直流電源E1の電圧に戻る。その後、第1タイマ回路21のコンデンサC1の充電が完了すると、第1タイマ回路21によって第1通電路25aが遮断される。したがって、アーク消去装置3は、負荷装置1すなわち直流電源E1から電気的に切り離された安定な状態となる。
このように、アーク消去装置3では、電源回路22が正常に動作している期間内に、第2タイマ回路24が半導体スイッチTR4を強制的にオフにする。
また、第1タイマ回路21の機能は、上記のように、半導体スイッチTR4のオフ後にアーク消去装置3を負荷装置1から電気的に切り離して、電源回路22の動作を停止させることである。これにより、第1タイマ回路21は、負荷装置1の直流電源E1の電力がアーク消去装置3によって消費され続ける事態を阻止している。したがって、アーク消去装置3は、抵抗R1およびコンデンサC1からなる第1タイマ回路21に代えて、半導体スイッチTR4のオフ後にアーク消去装置3(特に電源回路22)を負荷装置1から電気的に切り離す回路を備えていてもよい。この点は、他の実施形態においても同様である。
(アーク消去装置3の利点)
アーク消去装置3が保護抵抗R11を備えていることによる利点は、アーク消去装置2の場合と同様である。
アーク消去装置3が保護抵抗R11を備えていることによる利点は、アーク消去装置2の場合と同様である。
また、アーク消去装置3では、第1スイッチSW1を開いたときに、半導体スイッチTR4がオンとなり、その後、所定時間が経過すると、第2タイマ回路24が電源回路22から半導体スイッチTR4への電圧供給を遮断して半導体スイッチTR4をオフにし、半導体スイッチTR4による迂回回路28が開状態となる。
この場合、第2タイマ回路24は、第1スイッチSW1への印加電圧および第1スイッチSW1の開閉速度に関係なく、半導体スイッチTR4の導通時間を任意に設定し、第1スイッチSW1の接点間でのアーク電流の消去に必要な最小時間だけ、半導体スイッチTR4をオンさせることができる。
すなわち、半導体スイッチTR4は、第2タイマ回路24の動作により、オン状態からオフ状態へ変化する場合の過渡期間を有することなく、オン状態からオフ状態へ移行することができる。
これにより、半導体スイッチTR4は、電力損失が低減し、発熱量が少なくなり、電力損失の増大に起因して故障する虞がない。したがって、半導体スイッチTR4には、高価かつ大型の素子を使用したり、放熱装置を設けたりする必要がない。この結果、アーク消去装置3は、信頼性が高く、かつ小型で安価な構成とすることができる。
なお、アーク消去装置3は、電源回路22として定電圧回路を備え、定電圧回路から安定した一定の直流電圧を出力する。したがって、第2タイマ回路24は、直流電源E1の電圧や負荷電流等が変化した場合であっても、半導体スイッチTR4を、オン時点からの所定時間の経過後に正確にオフにさせることができる。これにより、半導体スイッチTR4の熱損失を一定量に抑制し、半導体スイッチTR4を確実に保護することができる。
また、電源回路22は、定電圧回路に代えて、単に半導体スイッチTR4を駆動する電源回路を備えていてもよい。この場合の電源回路は、電源回路22から例えばトランジスタTR1、抵抗R2およびツェナーダイオードZD1を省いたものとなる。
また、本実施形態では、スイッチング素子としての半導体スイッチTR4がFETである場合を例に説明した。しかしながら、半導体スイッチTR4は、FETの他、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やその他のパワートランジスタであってもよい。この点は、以下に示すその他の実施形態においても同様である。
〔実施形態3〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図5は、本実施形態のアーク消去装置の適用例を示すブロック図である。前述の実施形態に示したアーク消去装置2,3は、トリガスイッチ41を有し、トリガスイッチ41に第1スイッチSW1を組み込んだ装置(例えば電動工具)に適用可能である。その他の適用例として、アーク消去装置2,3は、図5に示すように、負荷11に接続されるソケット31に組み込むことができる。この場合、アーク消去装置2,3は、筐体を有するユニットとして構成される。
図5に記載の構成では、負荷11は例えば車載用モータであり、第1スイッチSW1は、ソケット31に接続される例えばリレーである。この場合、ソケット31は、負荷11および直流電源E1との接続端子31a,31b、およびリレー(第1スイッチSW1)との接続端子31c,31dを備えていてもよい。
上記のような構成では、アーク消去装置2,3は、リレーの接点間でのアークの発生を防止し、あるいはリレーの接点間に発生したアークを消去し、リレーの寿命を長くする。
アーク消去装置2,3は、その他、スイッチを有する産業機器に適用可能である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1 負荷装置
2〜3 アーク消去装置
11 負荷
21 第1タイマ回路
22 電源回路
23 保護回路
24 第2タイマ回路
25a 第1通電路
25b 第2通電路
27 第3通電路
28 迂回回路
31 ソケット
E1 直流電源
T1 正側接続端子
T2 負側接続端子
SW1 第1スイッチ
TR4 半導体スイッチ
R11 保護抵抗
2〜3 アーク消去装置
11 負荷
21 第1タイマ回路
22 電源回路
23 保護回路
24 第2タイマ回路
25a 第1通電路
25b 第2通電路
27 第3通電路
28 迂回回路
31 ソケット
E1 直流電源
T1 正側接続端子
T2 負側接続端子
SW1 第1スイッチ
TR4 半導体スイッチ
R11 保護抵抗
Claims (4)
- 負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第1スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、
前記第1スイッチの両接点に接続され、前記第1スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、
前記半導体スイッチと直列に接続され、前記半導体スイッチが短絡故障した際に流れる電流により断線する、チップ抵抗器とを備えていることを特徴とする直流開閉器のアーク消去装置。 - 前記チップ抵抗器は、導電部分が金属薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
- 筐体を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第1スイッチを接続する接続部、並びに前記負荷装置の直流電源および負荷を接続する接続部が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
- 前記負荷は車載用モータであり、前記第1スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーであることを特徴とする請求項3に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017004386A JP2018113222A (ja) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | 直流開閉器のアーク消去装置 |
PCT/JP2017/038072 WO2018131250A1 (ja) | 2017-01-13 | 2017-10-20 | 直流開閉器のアーク消去装置 |
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JP2017004386A JP2018113222A (ja) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | 直流開閉器のアーク消去装置 |
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Family Applications (1)
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WO (1) | WO2018131250A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
-
2017
- 2017-01-13 JP JP2017004386A patent/JP2018113222A/ja active Pending
- 2017-10-20 WO PCT/JP2017/038072 patent/WO2018131250A1/ja active Application Filing
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Publication number | Publication date |
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WO2018131250A1 (ja) | 2018-07-19 |
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