JP3368706B2 - ハイブリッドスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、電磁接触器と，主半
導体スイッチ素子と，電磁接触器が有する主接点が開路
動作および閉路動作を行う時間だけ主半導体スイッチ素
子をオンさせる駆動信号を主半導体スイッチ素子に与え
る制御回路とを備えたハイブリッドスイッチに係わり、
従来のハイブリッドスイッチが持っている諸問題を解決
する改良されたその構成に関する。 【０００２】 【従来の技術】電磁接触器と半導体スイッチ素子とを組
み合わせて、電磁接触器が有する主接点の損耗を軽減す
ることができるように構成されたハイブリッドスイッチ
が、頻繁に開閉動作が繰り返される用途に対して設置さ
れるスイッチとして広く使用されている。この種のハイ
ブリッドスイッチが同じ出願人より特願平６−８２１３
７号により出願されている。以下に、この特願平６−８
２１３７号によるハイブリッドスイッチの内容を基にし
て、従来例のハイブリッドスイッチを説明する。 【０００３】図５は、従来例のハイブリッドスイッチを
周辺装置と共に一部ブロック化して示すその回路図であ
り、図６は、図５中に示した制御回路と半導体スイッチ
素子対を一部ブロック化すると共に一部省略して示すそ
の回路図である。図７は、図５，図６に示したハイブリ
ッドスイッチの正常時の動作を説明するための要部の波
形図である。図８は、図５，図６に示したハイブリッド
スイッチの異常時の動作を説明するための要部の波形図
で、（ａ）は補助接点に接触不良が発生した場合の波形
図であり、（ｂ）は主接点に接触不良が発生した場合の
波形図である。 【０００４】図５〜図７において、９は、電磁接触器６
と、主半導体スイッチ素子対７の群と、制御回路８を備
えるハイブリッドスイッチである。電磁接触器６は、こ
の事例の場合には３個の主接点６１１でなる主接点部６
１と、常時は閉路されている補助接点６２と、操作コイ
ル６３とを備える、公知の電磁接触器である。操作コイ
ル６３には、外部の操作電源９１から操作指令用のスイ
ッチ９２を介して、操作電圧Ｖｃが供給される。主半導
体スイッチ素子対７の群には、主接点６１１の個数に対
応させて３個の主半導体スイッチ素子対７Ａ，７Ｂ，７
Ｃが備えられている。それぞれの主半導体スイッチ素子
対７（以降、主半導体スイッチ素子対７Ａ，７Ｂ，７Ｃ
を総称する場合には、このように言うことがある。）
は、主半導体スイッチ素子である主サイリスタ７１，７
２を逆並列に接続して構成され、それぞれの主サイリス
タ７１，７２の相互接続点は、対応するそれぞれの主接
点６１１と電気的に並列に接続されている。 【０００５】制御回路８は、整流・平滑回路８１と、電
圧安定化回路８２と、入力電圧検出回路８３と、判別回
路８４と、ワンショットパルス発生回路８５と、駆動回
路８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃとを備えている。また、制御
回路８は、操作電圧Ｖｃを取り入れるための端子８１
ａ，８１ｂと、補助接点６２に接続されている端子８４
ａ，８４ｂを備えている。整流・平滑回路８１は、端子
８１ａ，８１ｂに入力された交流電圧である操作電圧Ｖ
ｃを、直流電気に変換すると共に，脈動成分を平滑化す
るためのコンデンサ等を備えており、その出力端から平
滑化された直流電圧を出力する。電圧安定化回路８２
は、整流・平滑回路８１から出力された直流電圧を入
力、この電圧が操作電圧Ｖｃの電圧値の変動に対応して
変動する値を持つので、これを安定化された一定値を持
つ直流電圧に変換して出力する。 【０００６】入力電圧検出回路８３は、電圧安定化回路
８２から出力された直流電圧を入力し、この電圧値が、
ハイブリッドスイッチ９の動作に必要な電圧値に到達し
ている条件でハイレベル（以降、「Ｈ」と略称すること
がある。）となり、規定値に到達していない場合にはロ
ーレベル（以降、「Ｌ」と略称することがある。）とな
る信号Ｓ₈₃を出力する。該規定値に到達していない場合
にローレベルとなる信号Ｓ₈₃が、ハイブリッドスイッチ
９における、操作コイル６３に印加される操作電圧Ｖｃ
の印加タイミングに対応する信号である。判別回路８４
は、端子８４ａ，８４ｂに接続されており、補助接点６
２が閉路されているか開路されているかの接点の状態に
対応して、「Ｈ」および「Ｌ」となる信号Ｓ₈₄を出力す
る。該補助接点の状態に対応して「Ｈ」および「Ｌ」と
なる信号Ｓ₈₄が、ハイブリッドスイッチ９における、電
磁接触器６が有する補助接点６２の開閉タイミングに対
応する信号である。 【０００７】ワンショットパルス発生回路８５は、信号
Ｓ₈₃と信号Ｓ₈₄とを入力してパルス出力Ｓ₈₅を出力す
る。このパルス出力Ｓ₈₅は、信号Ｓ₈₃が「Ｈ」であり，
しかも信号Ｓ₈₄が「Ｈ」から「Ｌ」に変化した条件であ
る場合に、信号Ｓ₈₄が「Ｈ」から「Ｌ」に立下がった時
点において出力される時間幅ｔ_a を持つワンショットパ
ルスであり、また、信号Ｓ₈₄が「Ｌ」であり，しかも信
号Ｓ₈₃が「Ｈ」から「Ｌ」に変化した条件である場合に
は、信号Ｓ₈₃が「Ｈ」から「Ｌ」に立下がった時点にお
いて出力される時間幅ｔ_b のワンショットパルスであ
る。 【０００８】駆動回路８６（以降、駆動回路８６Ａ，８
６Ｂ，８６Ｃを総称する場合には、このように言うこと
がある。）は、回路素子としてフォトカプラ８７と、ダ
イオード８８１，８８２と、抵抗素子８８３〜８８６
と、コンデンサ８８７と、サージアブソーバ８８８を備
えており、これ等の回路素子は、図６中に図示するよう
に相互に接続されている。フォトカプラ８７は、発光素
子８７１とフォトトライアック８７２とを備える公知の
構成を持つ素子であり、フォトカプラ８７Ａ，８７Ｂ，
８７Ｃがそれぞれ備える発光素子８７１は、電気的に互
いに直列に接続され、この直列接続回路にパルス出力Ｓ
₈₅が入力されている。これにより駆動回路８６は、パル
ス出力Ｓ₈₅が「Ｈ」である場合に半導体スイッチ素子対
７に，これをオンさせる駆動信号である点弧出力を与え
ると共に、サージアブソーバ８８８，抵抗素子８８６，
コンデンサ８８７によって、半導体スイッチ素子対７を
過電圧などから保護している。 【０００９】ハイブリッドスイッチ９は、前記した電磁
接触器６と半導体スイッチ素子対７とを電気的に並列に
接続しており、この事例の場合には３組が備えられた主
接点６１１と半導体スイッチ素子対７の並列接続体のそ
れぞれは、その一方の端部がハイブリッドスイッチ９の
入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続され、その他方の端部がハイ
ブリッドスイッチ９の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されて
いる。この入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔは、例えば、図示しない
３相の主電源に接続され、この出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに
は、例えば、図示しない３相の負荷が接続される。その
場合には、ハイブリッドスイッチ９は、主電源から負荷
へ供給される交流電力の投入・遮断を、スイッチ９２に
よる指令に従って司ることになり、主電源が投入されて
いる期間には負荷への負荷電流Ｉを通流させることにな
る。 【００１０】そうして、電磁接触器６が持つ主接点６１
１の投入・遮断を行う操作機構は、すでに公知のことで
あるのでその図示は省略したが、操作コイル６３と組み
合わされた固定子鉄心，可動鉄心を有しており、主接点
６１１と補助接点６２とがそれぞれに持つ可動接点は、
この可動鉄心の移動に対応して移動されるように構成さ
れている。操作コイル６３に操作電圧Ｖｃが印加される
と、可動鉄心は固定子鉄心に向けて移動を開始する。そ
の際、補助接点６２は、主接点６１１が閉路され電磁接
触器６が投入状態となる前に、開路されるように構成さ
れている。また、操作コイル６３への操作電圧Ｖｃの供
給が停止されると、可動鉄心は固定子鉄心から離れるよ
うに移動を開始する。そうして、その際、補助接点６２
は、主接点６１１が開路され電磁接触器６が遮断状態と
なった以降に、閉路されるように構成されている。 【００１１】前記の如く構成された従来例のハイブリッ
ドスイッチ９の正常時の動作を図５を用いて説明する。
スイッチ９２による指令に従い操作電圧Ｖｃが印加され
ると、主接点６１１は時刻ｔ₃ で閉路されるが、信号Ｓ
₈₄は、補助接点６２の閉・開の状態に対応して「Ｈ」お
よび「Ｌ」となる信号であるので、時刻ｔ₃ よりも前の
時刻ｔ₂ で「Ｈ」から「Ｌ」に切り換わる。信号Ｓ
₈₃は、操作電圧Ｖｃが印加されると「Ｌ」から「Ｈ」に
切り換わる信号であるので、可動鉄心の移動に要する時
間だけ遅れる時刻ｔ₂ よりも前の時刻ｔ₁ で「Ｈ」に切
り換わっている。これ等から、ワンショットパルス発生
回路８５からは、時刻ｔ₂ において、時刻ｔ₃ 以降まで
続く時間幅ｔ_a を持つパルス出力Ｓ₈₅が出力される。 【００１２】このパルス出力Ｓ₈₅を受けることで駆動回
路８６から出力された点弧出力により、主半導体スイッ
チ素子対７が持つ主サイリスタ７１，７２はオン状態に
なる。そうして、この時刻ｔ₂ においてハイブリッドス
イッチ９は投入状態となり、負荷電流Ｉは主サイリスタ
７１，７２中を通流することで、その通流が開始され
る。やがて時刻ｔ₃ になると主接点６１１が閉路される
ので、負荷電流Ｉのほとんどは電気抵抗値の小さい主接
点６１１中を通流することとなり、時間幅ｔ_a 後に主サ
イリスタ７１，７２がオフとなっても、負荷電流Ｉは何
ら変わることなくその通流を継続する。ハイブリッドス
イッチ９の投入動作時に、主サイリスタ７１，７２に負
荷電流Ｉが通流する時間幅ｔ_aTは、時刻ｔ₂ から時刻ｔ
₃ までのごく短い時間である。 【００１３】また、スイッチ９２による指令に従い操作
電圧Ｖｃの供給が停止されると、主接点６１１は時刻ｔ
₅ で開路されるが、信号Ｓ₈₄は、時刻ｔ₅ およびそれよ
り前では「Ｌ」状態を継続し、時刻ｔ₅ よりも遅れて
「Ｌ」から「Ｈ」に切り換わる。信号Ｓ₈₃は、操作電圧
Ｖｃの供給が停止されると「Ｈ」から「Ｌ」に切り換わ
る信号であるので、可動鉄心の移動に要する時間だけ遅
れる時刻ｔ₅ よりも前の時刻ｔ₄ で「Ｌ」に切り換わっ
ている。これ等から、ワンショットパルス発生回路８５
からは、時刻ｔ₄ において、時刻ｔ₅ 以降まで続く時間
幅ｔ_b を持つパルス出力Ｓ₈₅が出力される。このパルス
出力Ｓ₈₅を受けることで駆動回路８６から出力された点
弧出力により、主サイリスタ７１，７２はこの時刻ｔ₄
において再びオン状態になる。 【００１４】このために、時刻ｔ₅ になり主接点６１１
が開路されると、負荷電流Ｉは主サイリスタ７１，７２
中を通流することになる。時間幅ｔ_b 後である時刻ｔ₆
においてパルス出力Ｓ₈₅が「Ｌ」となり、駆動回路８６
からの点弧出力が停止されるので、交流電源の次の零ク
ロス点である時刻ｔ₇ において、主サイリスタ７１，７
２がオフとなる。そうして、この時刻ｔ₇ においてハイ
ブリッドスイッチ９は遮断状態となり、負荷電流Ｉの負
荷への供給は停止される。ハイブリッドスイッチ９の遮
断動作時に、主サイリスタ７１，７２に負荷電流Ｉが通
流する時間幅ｔ_bTは、時刻ｔ₅ から時刻ｔ₇ までのごく
短い時間である。 【００１５】ところで、電磁接触器６が単体で使用され
る場合には、周知のようにその投入および遮断時には、
主接点６１１が完全に閉路されない状態から主接点６１
１に負荷電流Ｉの通流が開始され、また、主接点６１１
が完全に開路されきれていない状態においては負荷電流
Ｉの通流が継続されることから、主接点６１１の可動接
点と固定接点との間にはアークが発生する。従って、頻
繁に開閉が行われるなどの苛酷な条件で使用される電磁
接触器６においては、このアークが原因となる主接点６
１１の損耗が激しくなることが問題になるのである。 【００１６】これに対してハイブリッドスイッチ９は、
その投入および遮断動作時に前記のごとく動作するの
で、投入動作時の主接点６１１が閉路される以前の時刻
ｔ₂ からの時間幅ｔ_aTの間、および、遮断動作時の主接
点６１１が開路された以降の時刻ｔ₅ からの時間幅ｔ_bT
の間は、それぞれ主サイリスタ７１，７２がオンされ、
この時間幅の間は負荷電流Ｉは主サイリスタ７１，７２
に通流する。これにより、投入および遮断動作時のアー
クが原因となることによる主接点６１１の損耗は発生し
ないので、ハイブリッドスイッチ９では、その投入，遮
断が頻繁に行われても、あるいは、負荷がアークを発生
し易い誘導性負荷等の場合であっても、長期間の投入，
遮断動作を行うことが可能となるのである。しかも、主
サイリスタ７１，７２に負荷電流Ｉが通流される時間は
短時間であるので、主サイリスタ７１，７２には小さな
容量のサイリスタを用いることが可能なのである。 【００１７】しかしながら、このようなハイブリッドス
イッチ９であっても、主接点６１１や補助接点６２に不
良状態が発生することは零では無い。次に図８を用い
て、主接点６１１，補助接点６２に不良状態が発生した
場合のハイブリッドスイッチ９の動作について説明す
る。図８（ａ）に補助接点６２が接触不良を起こした場
合の波形図を示してある。操作電圧Ｖｃが印加されるこ
とで、時刻ｔ₁₀において信号Ｓ₈₃が「Ｌ」から「Ｈ」に
切り換わったものとする。この補助接点６２が接触不良
を起こしている場合には、操作電圧Ｖｃの有無に係わら
ず、信号Ｓ₈₄は「Ｌ」をキープし続ける。このためにワ
ンショットパルス発生回路８５からは、パルス出力Ｓ₈₅
は出力されず、従って、主サイリスタ７１，７２はこの
場合にはオン状態にはならない。そうして、主接点６１
１が閉路された時刻ｔ₁₁から、負荷電流Ｉが通流を開始
する。 【００１８】また、この状態において操作電圧Ｖｃの供
給が停止されて、時刻ｔ₁₂において信号Ｓ₈₃が「Ｈ」か
ら「Ｌ」に切り換わったものとする。この場合には、信
号Ｓ₈₄は「Ｌ」であるので、ワンショットパルス発生回
路８５からは時間幅ｔ_bを持つパルス出力Ｓ₈₅が出力さ
れる。これにより、時刻ｔ₁₂から時間幅ｔ_b の間、駆動
回路８６から点弧出力が出力される。主サイリスタ７
１，７２は、これにより時間幅ｔ_b の間オン状態とな
り、時刻ｔ₁₃で主接点６１１が開路された以降、時間幅
ｔ_bTの間だけ負荷電流Ｉが通流されることになる。従っ
て、この場合においては、ハイブリッドスイッチ９の遮
断動作時に主サイリスタ７１，７２に負荷電流Ｉが通流
する時間幅ｔ_bTは、正常時における時間幅と同等であ
る。 【００１９】また図８（ｂ）には、主接点６１１が接触
不良を起こした場合の波形図を示してある。操作電圧Ｖ
ｃが印加されることで、時刻ｔ₂₀において信号Ｓ₈₃が
「Ｌ」から「Ｈ」に切り換わったものとする。信号Ｓ₈₄
は、図５による正常時の場合と同様に、時刻ｔ₂₀から遅
れた時刻ｔ₂₁において「Ｈ」から「Ｌ」に切り換わる。
ワンショットパルス発生回路８５には、正規の信号
Ｓ₈₃，Ｓ₈₄が入力されるので、ワンショットパルス発生
回路８５は、時刻ｔ₂₁において時間幅ｔ_a を持つパルス
出力Ｓ₈₅を出力し、主サイリスタ７１，７２はオン状態
になる。主接点６１１は閉路されないので、主サイリス
タ７１，７２は、時刻ｔ₂₁に負荷電流Ｉの通流を開始
し、時間幅ｔ_a 後である時刻ｔ₂₂においてパルス出力Ｓ
₈₅が「Ｌ」となり、駆動回路８６からの点弧出力が停止
されることで、交流電源の次の零クロス点である時刻ｔ
₂₃において、負荷電流Ｉの通流を停止する。従って、こ
の場合においては、ハイブリッドスイッチ９の投入動作
時に主サイリスタ７１，７２に負荷電流Ｉが通流する時
間幅ｔ_aT2 は、正常時における負荷電流Ｉが通流する時
間幅ｔ_aTよりも僅かではあるが長くなる。 【００２０】また、この状態において操作電圧Ｖｃの供
給が停止されて、時刻ｔ₂₄において信号Ｓ₈₃が「Ｈ」か
ら「Ｌ」に切り換わったものとする。この場合には、信
号Ｓ₈₄は「Ｌ」であるので、ワンショットパルス発生回
路８５からは時間幅ｔ_bを持つパルス出力Ｓ₈₅が出力さ
れる。これにより、時刻ｔ₂₄から時間幅ｔ_b の間、駆動
回路８６から点弧出力が出力される。主サイリスタ７
１，７２は、これによりオン状態となり、時刻ｔ₂₅で駆
動回路８６からの点弧出力が停止された以降の、交流電
源の次の零クロス点である時刻ｔ₂₆において、負荷電流
Ｉの通流を停止する。従って、この場合においては、ハ
イブリッドスイッチ９の遮断動作時に主サイリスタ７
１，７２に負荷電流Ｉが通流する時間幅ｔ_bT2 は、正常
時における負荷電流Ｉが通流する時間幅ｔ_bTよりも僅か
ではあるが長くなる。 【００２１】前記のとおり、ハイブリッドスイッチ９で
は、主接点６１１や補助接点６２に接触不良が発生した
としても、主接点６１１が不良であることによるハイブ
リッドスイッチとしての機能の低下は止むをえないが、
主サイリスタ７１，７２が過負荷によって損傷すること
は防止することができているのである。 【００２２】 【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るハイブリッドスイッチにおいては、その投入および遮
断動作時に主接点６１１にアークの発生が無く、このた
めに、長期信頼性の高いスイッチを得ることが出来てい
る。しかしながら、まだ次記するような問題点が残存し
ている。すなわち、 制御回路８が備える入力電圧検出
回路８３から出力される信号Ｓ₈₃は、操作指令用のスイ
ッチ９２により投入指令が出された以降、速やかにスイ
ッチ９２の指令に対応する「Ｈ」に切り換わることが要
求される。これは、ワンショットパルス発生回路８５が
持つ機能から、補助接点６２が開路される前に、従っ
て、判別回路８４から出力される信号Ｓ₈₄が「Ｈ」から
「Ｌ」に切り換えられる前に、「Ｈ」に切り換わってい
ることが必須のためである。ところが、操作電圧Ｖｃ
は、制御回路８に入力されると、整流・平滑回路８１，
電圧安定化回路８２とによって、直流に変換され、続い
てコンデンサ等によって平滑化された直流電圧にされ、
かつ、一定電圧値に安定化されている。 【００２３】このために、信号Ｓ₈₃にはコンデンサの容
量などに従う時定数によって定まる遅延時間が必ず存在
している。従来例のハイブリッドスイッチ９では、この
遅延時間を極力短い時間とするために、コンデンサ容量
値を平滑化に必要な下限値付近に設定している。しかし
ながら、このようにコンデンサ容量値に余裕を持ってい
ないと、操作電圧Ｖｃの値の変動に対する余裕が減少し
てしまうことになる。ハイブリッドスイッチ９では、遅
延時間と操作電圧Ｖｃの値の変動への対処とが、両立す
るようにコンデンサ容量値を設定しているので、遅延時
間と操作電圧Ｖｃの値の変動の両者共にその余裕度が少
ないものであった。また、 制御回路８が備えるワンシ
ョットパルス発生回路８５からパルス出力Ｓ₈₅が出力さ
れていて、主接点６１１がまだ閉路されていない場合に
は、駆動回路８６から主サイリスタ７１，７２に与えら
れる点弧出力は、主接点６１１を構成している固定接点
と可動接点との間の電圧、すなわち、主電源の電圧から
直接に供給されている。すなわち、例えば、入力端子Ｒ
→ダイオード８８１→抵抗素子８８５→フォトトライア
ック８７２→抵抗素子８８４→出力端子Ｕの経路で電流
が流れることで、抵抗素子８８５とフォトトライアック
８７２との直列回路体で得られる電圧が、主サイリスタ
７１，７２がそれぞれに持つ制御極であるゲート間に与
えられる点弧出力である。 【００２４】この場合には、入力端子Ｒと出力端子Ｕ間
の電圧値、すなわち、主接点６１１の固定接点と可動接
点との間の電圧値は、かなり高い値となる。一方、主接
点６１１は、閉路状態になる場合には、可動接点が固定
接点といったん接触したとしてもまた離れてしまう、い
わゆるバウンスを数回程度起こしがちなものである。主
接点６１１がこのバウンスを起こすと、固定接点と可動
接点との間に加わっている電圧が高いので、固定接点と
可動接点との間にアークが発生し主接点６１１はこのア
ーク発生による損耗を受けて、ハイブリッドスイッチ９
の長期信頼性が損なわれることになっている。また、
制御回路８が備えるワンショットパルス発生回路８５
は、信号Ｓ₈₃と、信号Ｓ₈₄とを必須としている。このた
めに、制御回路８では信号Ｓ₈₄の元となる補助接点６２
からの入力を不可欠なものとしている。しかしながら、
ハイブリッドスイッチ９の用途の中には、ハイブリッド
スイッチ９の外部に補助接点６２の出力を供給しなけれ
ばならない場合がある。例えば、可逆運転を行う電動機
のインターロック用、電動機のブレーキ制御用などであ
る。こうした場合には、非標準ではあるが、複数の補助
接点を備える電磁接触器を備えたハイブリッドスイッチ
を準備する必要が有るのである。さらにまた、ハイブリ
ッドスイッチ９が備える主半導体スイッチ素子である主
サイリスタ７１，７２には、主接点６１１の開閉時しか
負荷電流Ｉが通流しないので、主サイリスタ７１，７２
を小容量のもので済ますことができている。しかし、ハ
イブリッドスイッチ９をさらに頻繁に開閉する用途に用
いる場合等では、主サイリスタ７１，７２に負荷電流Ｉ
が通流する時間をさらに短縮することが要求されるよう
になってきている。 【００２５】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、主接点のアークに
よる損耗の一層の軽減が可能なハイブリッドスイッチを
提供することにある。 【００２６】 【課題を解決するための手段】この発明では、前述の目
的は、主接点と，補助接点と，主接点および補助接点に
開閉動作を行わさせる操作コイルとを有する電磁接触器
と、電磁接触器が有する主接点に対して互いに電気的に
並列に接続される主半導体スイッチ素子対と、電磁接触
器が有する主接点が開路動作および閉路動作を行う時間
だけ主半導体スイッチ素子対をオンさせる駆動信号を主
半導体スイッチ素子対に与える制御回路とを備えるハイ
ブリッドスイッチであって、主半導体スイッチ素子対
は、互いに電気的に逆並列に接続された半導体スイッチ
素子で構成され、制御回路は、少なくとも電磁接触器が
有する操作コイルに印加される操作電圧の印加タイミン
グに対応する信号を入力し，該印加タイミングに対応す
る信号と電磁接触器が有する補助接点の開閉タイミング
に対応する信号とに基づいて主半導体スイッチ素子に与
える駆動信号を生成するものであるハイブリッドスイッ
チにおいて、制御回路が有し，主半導体スイッチ素子対
を構成する主半導体スイッチ素子が持つ制御極に向けて
駆動信号を出力する駆動回路部は、主半導体スイッチ素
子対を構成するそれぞれの半導体スイッチ素子の，カソ
ードと制御極との間に接続された抵抗素子と、この抵抗
素子と電気的に並列にしかも制御極側にカソードが配置
されるように接続されたダイオードと、それぞれのダイ
オードが持つカソード側の間に抵抗素子を介して入力端
子が接続された整流回路部と、整流回路部の直流出力端
子間に接続された補助半導体スイッチ素子と、整流回路
部の直流出力端子間に少なくとも抵抗素子を介して接続
されたコンデンサと、コンデンサと補助半導体スイッチ
素子が有する制御極との間に接続されたホトトランジス
タと、ホトトランジスタに対して導通信号を光で与える
発光素子とを備え、発光素子は、制御回路において生成
された主半導体スイッチ素子に与える駆動信号に対応す
る信号により，導通信号用の光を発光するものである構
成とすること、により達成される。 【００３０】 【作用】この発明においては、ハイブリッドスイッチに
おいて、制御回路が有し，主半導体スイッチ素子対を構
成する主半導体スイッチ素子が持つ制御極に向けて駆動
信号を出力する駆動回路部は、主半導体スイッチ素子対
を構成するそれぞれの半導体スイッチ素子の，カソード
と制御極との間に接続された抵抗素子と、この抵抗素子
と電気的に並列にしかも制御極側にカソードが配置され
るように接続されたダイオードと、それぞれのダイオー
ドが持つカソード側の間に抵抗素子を介して入力端子が
接続された整流回路部と、整流回路部の直流出力端子間
に接続された補助半導体スイッチ素子と、整流回路部の
直流出力端子間に少なくとも抵抗素子を介して接続され
たコンデンサと、コンデンサと補助半導体スイッチ素子
が有する制御極との間に接続されたホトトランジスタ
と、ホトトランジスタに対して導通信号を光で与える発
光素子とを備え、発光素子は、制御回路において生成さ
れた主半導体スイッチ素子に与える駆動信号に対応する
信号により，導通信号用の光を発光するものである構成
とすることにより、前記したスイッチ９２による投入指
令が出されていない期間においては、主電源の電圧か
ら、例えば、入力端子Ｒ→ダイオード→ダイオードが持
つカソード側に接続された抵抗素子→整流回路部の一方
の入力端→整流回路部の他方の入力端→ダイオードに並
列に接続された抵抗素子→出力端子Ｕの経路で電流が流
れることになる。 【００３１】そうして、スイッチ９２による投入指令が
出されていない状態では、ホトトランジスタはオフされ
ているので、整流回路部の直流出力側の両端子間に接続
された補助半導体スイッチ素子もオフされている。この
結果前記の電流は、整流回路部の直流出力側の両端子間
に抵抗素子を介して接続されたコンデンサを充電するこ
とに主として費やされる。この状態でスイッチ９２によ
る投入指令が出されて、従来例における信号Ｓ₈₃に相当
する信号が出されると、ホトトランジスタがオンされ
て、コンデンサの充電電圧が、補助半導体スイッチ素子
の制御極に印加され、補助半導体スイッチ素子がオンさ
れる。補助半導体スイッチ素子がオンされると、整流回
路部の両出力端子間が短絡された状態となるので、入力
端子Ｒから整流回路部を経由して出力端子Ｕに至る前記
した経路で流れる電流の値が増大する。電流が増大する
ことにより、この電流によりダイオードが持つカソード
側に接続された抵抗素子に発生する電圧値も上昇する。
この発明による場合には、この抵抗素子に発生する電圧
が主半導体スイッチ素子に対する点弧出力であるので、
主半導体スイッチ素子はオンするのである。 【００３２】そうして、この発明による場合には、コン
デンサの充電電圧は、補助半導体スイッチ素子の制御極
に印加されて，補助半導体スイッチ素子をオンするのに
十分である値であればよいので、たかだか１〔Ｖ〕程度
でよいものである。従って、ホトトランジスタがオフさ
れている期間における、例えば、入力端子Ｒと出力端子
Ｕとの間の電圧値は、従来例と比較して十分小さい値と
することが可能である。この結果、電磁接触器が持つ主
接点を閉路しようとする際に、主接点にバウンスが発生
したとしても、固定接点と可動接点との間にアークはほ
とんど発生しないのである。 【００３３】 【実施例】図１は、この発明によるハイブリッドスイッ
チを周辺装置と共に一部ブロック化して示すその回路図
であり、図２は、図１中に示した制御回路と半導体スイ
ッチ素子対を一部ブロック化すると共に一部省略して示
すその回路図である。図１，図２において、図５，図６
に示した従来例によるハイブリッドスイッチと同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図
１，図２中には、図５，図６で付した符号については、
代表的な符号のみを記した。 【００３４】図１，図２において、１は、図５，図６に
示した従来例によるハイブリッドスイッチ９に対して、
制御回路８に替えて制御回路２を用いると共に、電源回
路３を備えるようにしたハイブリッドスイッチである。
電源回路３は、整流・平滑回路３１と、電圧安定化回路
８２とを備えている。整流・平滑回路３１は、操作指令
用のスイッチ９２を介さずに、外部の操作電源９１から
直接に操作電圧Ｖｃを入力している。そうしてこの交流
電圧である操作電圧Ｖｃを、直流電気に変換すると共
に，脈動成分を平滑化するためのコンデンサ等を備えて
おり、その出力端から平滑化された直流電圧を、電圧安
定化回路８２に出力する。整流・平滑回路３１が従来例
による整流・平滑回路８１と異なる点は、整流して得ら
れた直流電圧が持つ脈動成分を平滑化するためのコンデ
ンサの容量値を、制御回路２が必要とする十分な値とし
ていることにある。制御回路２は、図６に示した従来例
による制御回路８に対して、整流・平滑回路８１に替え
て整流・平滑回路２１を用いるようにすると共に、電圧
安定化回路８２を削除している。制御回路２が備える入
力電圧検出回路８３、判別回路８４、ワンショットパル
ス発生回路８５は、その直流電源を、制御回路２が備え
る端子２ａ．２ｂから取り入れられた、電源回路３が備
える電圧安定化回路８２から出力された直流出力電圧に
依存している。 【００３５】以下この発明の実施例を図面を参照して詳
細に説明する。実施例１；図３は、この発明の一実施例
によるハイブリッドスイッチが備える制御回路の要部を
周辺装置と共に示すその回路図である。図３において、
図５，図６に示した従来例によるハイブリッドスイッチ
と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
なお、図３中には、図５，図６で付した符号について
は、代表的な符号のみを記した。図３において、２Ｂ
は、図５，図６に示した従来例によるハイブリッドスイ
ッチ９が備える制御回路８に対して、駆動回路８６に替
えて駆動回路３を用いるようにした制御回路である。な
お、図３中には、従来例における駆動回路８６Ａに対応
する駆動回路３だけを示している。 【００３９】駆動回路３は、従来例における駆動回路８
６に対して、フォトカプラ８７に替えてフォトカプラ３
１を用いると共に、回路素子として、全波整流回路３２
と、補助半導体スイッチ素子である補助サイリスタ３３
と、半導体制御素子としてのバイポーラトランジスタ３
４と、定電圧ダイオード３５と、ダイオード３６と、コ
ンデンサ３７と、抵抗素子３８１〜３８６を追加して備
えており、これ等の回路素子は、図３中に図示するよう
に相互に接続されている。フォトカプラ３１は、発光素
子８７１とフォトトランジスタ３１１とを備える公知の
構成を持つ素子である。フォトカプラ３１が備える発光
素子８７１には、従来例の制御回路８の場合と同様に、
パルス出力Ｓ₈₅が入力されている。 【００４０】図３に示す実施例では前述の構成としたの
で、駆動回路３は次記するように動作する。すなわち、
操作指令用のスイッチ９２からの投入指令が出されてい
ない場合には、パルス出力Ｓ₈₅が「Ｌ」であるので、フ
ォトトランジスタ３１１はオフとなっている。また、主
接点６１１は開路されているので、主半導体スイッチ素
子対７を構成している主サイリスタ７１，７２の相互接
続点には、主電源の電圧が印加されている。この電圧に
よって駆動回路３には次の経路を主な経路として電流が
流れる。すなわち、例えば、入力端子Ｒ→ダイオード８
８１→抵抗素子８８５→全波整流回路３２→抵抗素子３
８２〜３８５の直列回路と、抵抗素子３８６とコンデン
サ３７の直列回路との、並列回路→全波整流回路３２→
抵抗素子８８４→出力端子Ｕの経路である。 【００４１】この電流の内、抵抗素子３８２〜３８５の
直列回路に通流する電流によって、抵抗素子３８５に電
圧が発生し、バイポーラトランジスタ３４がオンされる
ので、補助サイリスタ３３はオフされる。また、前記の
電流の内、抵抗素子３８６とコンデンサ３７の直列回路
に通流する電流によってコンデンサ３７は充電される。
コンデンサ３７の充電電圧値が定電圧ダイオード３５が
持つツェナー電圧値に到達すると、コンデンサ３７への
充電は終了され、余分となった電流は、ダイオード３６
を介して定電圧ダイオード３５中を通流することにな
る。かくして、スイッチ９２からの投入指令が出されて
いない場合には、コンデンサ３７は、主電源の電圧によ
って、定電圧ダイオード３５が持つツェナー電圧値と等
しい電圧値に充電されることになる。 【００４２】この状態でスイッチ９２からの投入指令が
出されて、パルス出力Ｓ₈₅が「Ｈ」に切り換わると、こ
のパルス出力Ｓ₈₅により発光素子８７１が発光するの
で、フォトトランジスタ３１１はオフからオンに切り換
わる。フォトトランジスタ３１１がオンすると、まず、
バイポーラトランジスタ３４のベースの電位がコレクタ
の電位に接近するので、バイポーラトランジスタ３４は
オフされる。また、コンデンサ３７に充電されている電
圧が、コンデンサ３７→ダイオード３６→抵抗素子３８
３→フォトトランジスタ３１１→補助サイリスタ３３の
ゲートの経路で放電され、補助サイリスタ３３がオンす
る。補助サイリスタ３３がオンすると、全波整流回路３
２は短絡状態となる。この状態においては、主電源の電
圧から、例えば、入力端子Ｒ→ダイオード８８１→抵抗
素子８８５→補助サイリスタ３３によって短絡された全
波整流回路３２→抵抗素子８８４→出力端子Ｕの経路で
電流が流れる。 【００４３】この場合の電流値は、前記したスイッチ９
２からの投入指令が出されていない場合の電流値よりも
大きくなる。この大きな電流値によって抵抗素子８８５
と全波整流回路３２との直列回路体で得られる電圧が、
主サイリスタ７１，７２がそれぞれに持つ制御極である
ゲート間に与えられる点弧出力であり、これにより、主
サイリスタ７１，７２はオンされる。 【００４４】以上説明した制御回路２Ｂの動作によっ
て、制御回路２Ｂの要部で得られる波形図は、従来例の
制御回路９の場合に図５で示したものと全く同一であ
る。そうして、この発明による場合には、作用の項でも
述べたように、コンデンサ３７の充電電圧の値は、たか
だか１〔Ｖ〕程度でよいものであるので、従って、ホト
トランジスタ３１１がオフされている期間における、例
えば、入力端子Ｒと出力端子Ｕとの間の電圧値は、従来
例と比較して十分低い値とすることが可能である。この
結果、電磁接触器６が持つ主接点６１１を閉路しようと
する際に、主接点６１１にバウンスが発生したとして
も、固定接点と可動接点との間にアークはほとんど発生
しないか、あるいは、アークが発生したとしても極めて
微弱なエネルギーを持つアークであるので、主接点６１
１にアークによる損耗はほとんど生じることが無い。こ
れにより、制御回路２Ｂを備えるハイブリッドスイッチ
は、長期信頼性の向上を図ることが可能となるのであ
る。 【００４５】実施例２；図４は、この発明の異なる実施
例によるハイブリッドスイッチが備える制御回路の要部
を周辺装置と共に示すその回路図である。図４におい
て、図３に示したこの発明の一実施例によるハイブリッ
ドスイッチが備える制御回路、および、図５，図６に示
した従来例によるハイブリッドスイッチと同一部分には
同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図４中に
は、図３で付した符号、および、図５，図６で付した符
号については、代表的な符号のみを記した。図４におい
て、２Ｃは、図３に示したこの発明によるハイブリッド
スイッチが備える制御回路２Ｂに対して、駆動回路３に
替えて駆動回路３Ａを用いるようにした制御回路であ
る。なお、図４中には、図３の場合と同様に、従来例に
おける駆動回路８６Ａに対応する駆動回路３Ａだけを示
している。駆動回路３Ａは、この発明による駆動回路３
に対して、抵抗素子３８６を削除すると共に、ダイオー
ド３６に対して並列に接続される抵抗素子３８９を用い
るようにしている。 【００４６】図４に示す実施例では前述の構成としたの
で、駆動回路３Ａの行う動作が前述の駆動回路３の行う
動作と異なることは、抵抗素子３８９に関連するところ
のみである。従って、抵抗素子３８９に関連するところ
以外において駆動回路３Ａが備える機能は、前述の駆動
回路３が備える機能と同一であるので、同一である機能
についての説明は省略する。 【００４７】ところで、操作指令用のスイッチ９２から
の投入指令が出されていない場合の、主電源の電圧によ
って駆動回路３Ａ中に通流する電流の主な経路を、全波
整流回路３２以降について示すと次の通りである。全波
整流回路３２→抵抗素子３８２→との並列回路（ただ
し、抵抗素子３８３〜３８５の直列回路、抵抗素子３８
９とコンデンサ３７の直列回路）→全波整流回路３２で
ある。そうして、この回路構成によっても、駆動回路３
の場合と同様にコンデンサ３７への充電を実施できるの
である。この経路を駆動回路３と比較すると、駆動回路
３Ａの場合には、全波整流回路３２の一方の出力端に直
接接続されている回路素子は、抵抗素子３８２のみであ
る。この全波整流回路３２の一方の出力端に直接接続さ
れている回路素子は、主電源の電圧の影響を受けること
になるので、耐電圧値の高い、従って高価な回路素子を
使用する必要が有るのである。駆動回路３Ａの場合に
は、この高い耐電圧値の必要となる回路素子を、この部
位においては抵抗素子３８２だけの１個で済ますことが
可能となるのである。 【００６２】 【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、ハ
イブリッドスイッチが備える制御回路が持つフォトカプ
ラがオフされている期間における、ハイブリッドスイッ
チの入力端子と出力端子との間の電圧値を、低い値とす
ることが可能であるので、ハイブリッドスイッチが備え
る電磁接触器が持つ主接点を閉路しようとする際にバウ
ンスが発生したとしても、アークの発生を抑制できる。
これにより、ハイブリッドスイッチの長期信頼性を向上
することが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明によるハイブリッドスイッチを周辺装
置と共に一部ブロック化して示すその回路図 【図２】図１中に示した制御回路と半導体スイッチ素子
対を一部ブロック化すると共に一部省略して示すその回
路図 【図３】この発明の一実施例によるハイブリッドスイッ
チが備える制御回路の要部を周辺装置と共に示すその回
路図 【図４】この発明の異なる実施例によるハイブリッドス
イッチが備える制御回路の要部を周辺装置と共に示すそ
の回路図 【図５】従来例のハイブリッドスイッチを周辺装置と共
に一部ブロック化して示すその回路図 【図６】図５中に示した制御回路と半導体スイッチ素子
対を一部ブロック化すると共に一部省略して示すその回
路図 【図７】図５，図６に示したハイブリッドスイッチの正
常時の動作を説明するための要部の波形図 【図８】図５，図６に示したハイブリッドスイッチの異
常時の動作を説明するための要部の波形図で、（ａ）は
補助接点に接触不良が発生した場合の波形図であり、
（ｂ）は主接点に接触不良が発生した場合の波形図 【符号の説明】 １ ハイブリッドスイッチ ２ 制御回路 ３ 電源回路 ３１ 整流・平滑回路 ８２ 電圧安定化回路 ９１ 操作電源 ９２ スイッチ Ｖｃ 操作電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 47/00 H01H 47/32

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】主接点と，補助接点と，主接点および補助
   接点に開閉動作を行わせる操作コイルとを有する電磁接
   触器と、電磁接触器が有する主接点に対して互いに電気
   的に並列に接続される主半導体スイッチ素子対と、電磁
   接触器が有する主接点が開路動作および閉路動作を行う
   時間だけ主半導体スイッチ素子対をオンさせる駆動信号
   を主半導体スイッチ素子対に与える制御回路とを備える
   ハイブリッドスイッチであって、主半導体スイッチ素子
   対は、互いに電気的に逆並列に接続された半導体スイッ
   チ素子で構成され、制御回路は、少なくとも電磁接触器
   が有する操作コイルに印加される操作電圧の印加タイミ
   ングに対応する信号を入力し，該印加タイミングに対応
   する信号と電磁接触器が有する補助接点の開閉タイミン
   グに対応する信号とに基づいて主半導体スイッチ素子に
   与える駆動信号を生成するものであるハイブリッドスイ
   ッチにおいて、 制御回路を有し，主半導体スイッチ素子対を構成する主
   半導体スイッチ素子が持つ制御極に向けて駆動信号を出
   力する駆動回路部は、主半導体スイッチ素子対を構成す
   るそれぞれの半導体スイッチ素子の，カソードと制御極
   との間に接続された抵抗素子と、この抵抗素子と電気的
   に並列にしかも制御極側にカソードが配置されるように
   接続されたダイオードと、それぞれのダイオードが持つ
   カソード側の間に抵抗素子を介して入力端子が接続され
   た整流回路部と、整流回路部の直流出力端子間に接続さ
   れた補助半導体スイッチ素子と、整流回路部の直流出力
   端子間に少なくとも抵抗素子を介して接続されたコンデ
   ンサと、コンデンサと補助半導体スイッチ素子が有する
   制御極との間に接続されたホトトランジスタと、ホトト
   ランジスタに対して導通信号を光で与える発光素子とを
   備え、発光素子は、制御回路において生成された主半導
   体スイッチ素子に与える駆動信号に対応する信号によ
   り，導通信号用の光を発光するものであることを特徴と
   するハイブリッドスイッチ。