(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替えるとともに、一端が前記半導体リレーの制御端子に接続される機械式リレーと、
前記半導体リレーへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、
前記機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
を備え、
前記半導体リレーは、前記機械式リレーのコイルに電流が流れて接点が切り替わった後で前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーのコイルに電流が流れなくなって接点が切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となり、
前記第２のフリップフロップ回路は、前記第１のフリップフロップ回路によって前記機械式リレーのコイルに電流が流れなくなった後に、前記半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置。
【請求項２】
前記第１のフリップフロップ回路の反転出力を前記第２のフリップフロップ回路へ出力する、請求項１に記載のスイッチング装置。
【請求項３】
前記電源は、直流電源である、請求項１に記載のスイッチング装置。
【請求項４】
前記機械式リレーは自動復帰型リレーである、請求項１に記載のスイッチング装置。
【請求項５】
前記機械式リレーはラッチング型リレーである、請求項１に記載のスイッチング装置。
【請求項６】
第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、
第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、
前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、
前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、
前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
を備え、
前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、前記第２のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後に、前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置。
【請求項７】
前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーがオフ状態の場合に、前記第１のフリップフロップ回路へ相対するブレーク接点からの信号を入力する、請求項６に記載のスイッチング装置。
【請求項８】
前記第２のフリップフロップ回路は、出力を前記第１のフリップフロップ回路の出力にフィードバックさせて、前記第１のフリップフロップ回路は、前記第２のフリップフロップ回路の出力を受けて、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの電流が流れなくなった方の他方に電流を流す、請求項６に記載のスイッチング装置。
【請求項９】
第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、
第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、
前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、
前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、
前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
前記第１の交流電源の出力を用いて第１のトリガ信号を生成する第１のトリガ回路と、
前記第２の交流電源の出力を用いて第２のトリガ信号を生成する第２のトリガ回路と、
を備え、
前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、
前記第２のフリップフロップ回路は、出力を前記第１のフリップフロップ回路の出力にフィードバックさせると共に、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなり、他方に電流が流れた後に、前記第１のトリガ信号または前記第２のトリガ信号に基づいて前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置。
【請求項１０】
前記第１のトリガ回路及び前記第２のトリガ回路は、前記第１の交流電源及び前記第２の交流電源が所定の第１の閾値電圧以下になったタイミング及び前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧を超えたタイミングで、それぞれ前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号を生成する、請求項９に記載のスイッチング装置。
【請求項１１】
前記第１のトリガ回路及び前記第２のトリガ信号は、さらに、前記第１の交流電源及び前記第２の交流電源が前記第１の閾値電圧を超えたタイミング及び前記第２の閾値電圧以下になったタイミングで、それぞれ第３のトリガ信号及び第４のトリガ信号を生成し、
前記第２のフリップフロップ回路の出力と、前記第３のトリガ信号及び前記第４のトリガ信号との否定論理積をそれぞれ前記第１のフリップフロップ回路へ出力する第１のＮＡＮＤゲート及び第２のＮＡＮＤゲートをさらに備える、請求項１０に記載のスイッチング装置。
【請求項１２】
電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替える機械式リレーと、
前記機械式リレーと並列に接続されるとともに前記半導体リレーの制御端子に一端が接続されるキャパシタと、
を備え、
前記半導体リレーは、前記機械式リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーがオン状態からオフ状態に切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となり、
前記キャパシタは、前記機械式リレーがオン状態になっている間に蓄電し、前記機械式リレーがオフ状態に切り替わった後に前記半導体リレーをオン状態に維持するための電力を出力する、スイッチング装置。
【請求項１３】
前記半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力するフリップフロップ回路をさらに備える、請求項１２に記載のスイッチング装置。
【請求項１４】
前記機械式リレーは自動復帰型リレーである、請求項１２に記載のスイッチング装置。
【請求項１５】
前記機械式リレーは手動復帰型リレーである、請求項１２に記載のスイッチング装置。
【請求項１６】
前記機械式リレーがオフ状態を解除すると前記半導体リレーを通じた通電を開始し、前記機械式リレーがオフ状態を解除してから所定時間経過後にオン状態に切り替わると前記機械式リレーを通じた通電のみに切り替わる、請求項１２に記載のスイッチング装置。
【請求項１７】
前記機械式リレーの状態が切り替わると、前記半導体リレーの前段に設けられるＲＣ回路の時定数を変化させる、請求項１２に記載のスイッチング装置。
【請求項１８】
第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替えるとともに、一端が前記半導体リレーの制御端子に接続される第１の自己保持型機械式リレーと、
第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の自己保持型機械式リレーと、
前記第１の自己保持型機械式リレー及び第２の自己保持型機械式リレーへの電流の供給及び遮断を制御するスイッチと、
前記スイッチと、前記第１の自己保持型機械式リレー及び前記第２の自己保持型機械式リレーとの間に設けられるタイミング調整回路と、
を備え、
前記タイミング調整回路は、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を開始する場合には、前記第２の自己保持型機械式リレー、前記半導体リレー、前記第１の自己保持型機械式リレーでオン状態となり、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を停止する場合には、前記第１の自己保持型機械式リレー、前記半導体リレー、前記第２の自己保持型機械式リレーでオフ状態となるようタイミングを調整する、スイッチング装置。
【請求項１９】
前記タイミング調整回路は、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を開始または停止する際に、前記第１の自己保持型機械式リレーの前段に設けられる第１のＲＣ回路及び前記第２の自己保持型機械式リレーの前段に設けられる第２のＲＣ回路の時定数の切り替えを行う、請求項１８に記載のスイッチング装置。
【請求項２０】
請求項１に記載のスイッチング装置を備える、移動体。
【請求項２１】
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、請求項１に記載のスイッチング装置と、
を備える、電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力源からの電力の供給と遮断とを切り替えるために、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ、半導体リレー）に機械式リレーを組み合わせる技術が開示されている（例えば特許文献１、２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１００９２４号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ソリッドステートリレーに機械式リレーを組み合わせて電力の供給と遮断を行おうとする場合、機械式リレーによるチャタリングの影響を考慮することが求められる。
【０００５】
そこで本開示では、ソリッドステートリレーに機械式リレーを組み合わせて電力の供給と遮断を行う際に機械式リレーによるチャタリングの影響を抑え、安定した電力の供給と遮断が可能な、新規かつ改良されたスイッチング装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替えるとともに、一端が前記半導体リレーの制御端子に接続される機械式リレーと、前記半導体リレーへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、を備え、前記半導体リレーは、前記機械式リレーのコイルに電流が流れて接点が切り替わった後で前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーのコイルに電流が流れなくなって接点が切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となる、スイッチング装置が提供される。
【０００７】
また本開示によれば、第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、を備え、前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、前記第２のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後に、前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置が提供される。
【０００８】
また本開示によれば、第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、前記第１の交流電源の出力を用いて第１のトリガ信号を生成する第１のトリガ回路と、前記第２の交流電源の出力を用いて第２のトリガ信号を生成する第２のトリガ回路と、を備え、前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、前記第２のフリップフロップ回路は、出力を前記第１のフリップフロップ回路の出力にフィードバックさせると共に、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなり、他方に電流が流れた後に、前記第１のトリガ信号または前記第２のトリガ信号に基づいて前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置が提供される。
【０００９】
また本開示によれば、電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替える機械式リレーと、前記機械式リレーと並列に接続されるとともに前記半導体リレーの制御端子に一端が接続されるキャパシタと、を備え、前記半導体リレーは、前記機械式リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーがオン状態からオフ状態に切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となり、前記キャパシタは、前記機械式リレーがオン状態になっている間に蓄電し、前記機械式リレーがオフ状態に切り替わった後に前記半導体リレーをオン状態に維持するための電力を出力する、スイッチング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本開示によれば、ソリッドステートリレーに機械式リレーを組み合わせて電力の供給と遮断を行う際に機械式リレーによるチャタリングの影響を抑え、安定した電力の供給と遮断が可能な、新規かつ改良されたスイッチング装置を提供することが出来る。
【００１１】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２】図１に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図４】図３に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図６】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図７】図６に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図９】図８に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図１１】図１０に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１２】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図１３】トリガ信号生成部１５１、１５２の動作を説明する説明図である。
【図１４】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図１５】スイッチング装置１００が直流電源からの電力を出力する際のＳＳＲの構成例である。
【図１６】図１５に示したＳＳＲの動作を説明する説明図である。
【図１７】極性を持たないＳＳＲの構成例である。
【図１８】スイッチング装置１００が直流電源からの電力を出力する際のＳＳＲの構成例である。
【図１９】図１８に示した、絶縁方式にフォトトライアックを用いたＳＳＲの動作を説明する説明図である。
【図２０】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２１】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２２】図２１に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図２３】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２４】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２５】図２４に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図２６】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２７】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図２８】図２７に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図２９】スイッチング装置１００を備えた移動体２００の機能構成例を示す説明図である。
【図３０】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１０００の構成例を示す説明図である。
【図３１】図３０に示したスイッチング装置１０００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３２】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図３３】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【図３４】本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の一実施形態
１．１．背景
１．２．構成例
２．まとめ
【００１５】
＜１．本開示の一実施形態＞
［１．１．背景］
本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の背景について説明する。
【００１６】
直流電源または交流電源からの電力の供給と遮断とを切り替えるために、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）を用いる技術がある。ＳＳＲを用いて電源からの電力の供給と遮断との切り替えを行うと、ＳＳＲがオン状態のときに電圧降下が発生する。例えばＳＳＲがオン状態の場合に、ＳＳＲによっておよそ１．６Ｖの電圧降下が発生するときに、仮に５０Ａの負荷を動作させ続けると、１．６Ｖ×５０Ａ＝８０Ｗの電力消費がＳＳＲで発生する。そしてＳＳＲは、この電力消費によって発熱する。ＳＳＲが発する熱を放出するためにはヒートシンクなどの放熱機構を備える必要があり、その放熱機構によって装置が大型化してしまう。
【００１７】
そこで、ＳＳＲによる電力消費、及び電力消費に伴うＳＳＲの発熱を抑えるため、ＳＳＲに機械式リレーを並列に接続する技術が提案されている。しかし機械式リレーは、接点の切り替えの際にチャタリングが生じる。そこで特許文献１には、機械式リレーで発生するチャタリングの影響を抑えるために、機械式リレーの切り替えを所定時間遅延させている技術が開示されている。しかし、機械式リレーの切り替えを所定時間遅延させることで切り替えに冗長な時間がかかり、ＳＳＲによる発熱もその分多くなる。
【００１８】
そこで本件開示者は、上述した背景に鑑み、電力源からの電力の供給と遮断とを切り替えるためにＳＳＲに機械式リレーを並列に接続した場合に、機械式リレーの接点の切り替えの際に生じるチャタリングの影響を切り替えに及ぼさないための技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、電力源からの電力の供給と遮断とを切り替えるためにＳＳＲに機械式リレーを並列に接続した場合に、機械式リレーの接点の切り替えに連携してＳＳＲのオン、オフを切り替えることで、機械式リレーの接点の切り替えの際に生じるチャタリングの影響を切り替えに及ぼさないための技術を考案するに至った。
【００１９】
以上、本開示の実施の形態の背景について説明した。続いて、本開示の一実施形態について説明する。
【００２０】
［１．２．構成例］
図１は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図１に示したスイッチング装置１００は、電源（例えば直流の電力を出力する直流電源）からの電力の供給と遮断とを切り替える装置である。図１に示したように、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００は、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）１０１と、機械式リレーＲＹ１と、スイッチＳＷ１と、を含んで構成される。
【００２１】
ＳＳＲ１０１は、半導体を用いた無接点リレーである。図１に示したスイッチング装置１００においては、ＳＳＲ１０１は、電源から出力端子への電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【００２２】
機械式リレーＲＹ１は、２つの接点１ａ、１ｂを有するリレーである。機械式リレーＲＹ１は、スイッチＳＷ１がオン状態（クローズ状態）になると、内部に設けられるコイルに電流が流れ、その電流による電磁力によって接点１ａと接続するよう切り替わる。また機械式リレーＲＹ１は、スイッチＳＷ１がオフ状態（オープン状態）になると、内部に設けられるコイルに電流が流れなくなり、電磁力が失われることで自動的に接点１ｂと接続するよう切り替わる。すなわち機械式リレーＲＹ１は自動復帰型リレーであり、スイッチＳＷ１がオン状態となって接点１ａと接続すると、ＳＳＲ１０１をバイパスして電源から出力端子へ電流を流す。
【００２３】
スイッチＳＷ１は、機械式リレーＲＹ１の動作を制御するスイッチである。スイッチＳＷ１がオン状態となると、電源Ｖｓｓからの電流が機械式リレーＲＹ１に流れ、機械式リレーＲＹ１のコイルに電流を流す。機械式リレーＲＹ１のコイルに電流に電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は、その電流による電磁力によって接点１ａと接続するよう切り替わる。機械式リレーＲＹ１が接点１ａと接続するよう切り替わると、電源Ｖｓｓによるハイ状態の電位が抵抗Ｒ１を通じてＳＳＲ１０１の制御端子に印加される、電源Ｖｓｓによるハイ状態の電位がＳＳＲ１０１の制御端子に印加されると、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。
【００２４】
一方、スイッチＳＷ１がオフ状態となると、電源Ｖｓｓからの電流が機械式リレーＲＹ１に流れなくなり、機械式リレーＲＹ１のコイルに電流が流れなくなる。機械式リレーＲＹ１のコイルに電流に電流が流れなくなると、機械式リレーＲＹ１は、その電流による電磁力を失い、接点１ｂと接続するよう切り替わる。機械式リレーＲＹ１が接点１ｂと接続するよう切り替わると、ＳＳＲ１０１の制御端子にはロー状態の電位が印加される、ＳＳＲ１０１の制御端子にはロー状態の電位が印加されると、ＳＳＲ１０１はオフ状態になる。
【００２５】
図２は、図１に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。上述したように、スイッチＳＷ１がオフ状態の場合は、機械式リレーＲＹ１に電流が流れていないので、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続している。従って機械式リレーＲＹ１の接点１ｂはクローズ状態であり、接点１ａはオープン状態である。
【００２６】
スイッチＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａと接続する。なお、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続の際にチャタリングが生じる。機械式リレーＲＹ１が接点１ａと接続するよう切り替わると、電源Ｖｓｓによるハイ状態の電位が抵抗Ｒ１を通じてＳＳＲ１０１の制御端子に印加される、電源Ｖｓｓによるハイ状態の電位がＳＳＲ１０１の制御端子に印加されると、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。
【００２７】
一方、スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【００２８】
ここで機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除すると、本来はアークが発生する。しかし、スイッチング装置１００はＳＳＲ１０１と機械式リレーＲＹ１とを並列に接続しており、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除した直後は、ＳＳＲ１０１は未だオン状態を維持している。従って、図１に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑えることが出来る。
【００２９】
図１に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑えることが出来る。しかし、機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、１ｂと接続する際にはチャタリングが生じる。機械式リレーＲＹ１が接点１ａと接続する際のチャタリングには特段の問題は生じないが、機械式リレーＲＹ１が接点１ｂと接続する際のチャタリングには、そのチャタリングがＳＳＲ１０１の制御端子に印加される電位のチャタリングとなり、ＳＳＲ１０１のオン、オフの切り替わりが短時間で繰り返されるチャタリングにも繋がってしまう。
【００３０】
そこで、図１に示したスイッチング装置を改良し、機械式リレーＲＹ１が接点１ｂと接続する際のチャタリングの影響を排除したスイッチング装置１００の構成例を以下で説明する。
【００３１】
図３は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図３に示したスイッチング装置１００は、電源（例えば直流の電力を出力する直流電源）からの電力の供給と遮断とを切り替える装置であり、機械式リレーＲＹ１の接点の数が３つに増えていると共に、機械式リレーＲＹ１とスイッチＳＷ１との間にＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１を接続し、機械式リレーＲＹ１とＳＳＲ１０１との間にＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を接続していることを特徴としている。
【００３２】
図３に示したスイッチング装置１００の機械式リレーＲＹ１は、３つの接点１ａ、２ａ、２ｂを有している。機械式リレーＲＹ１は、コイルに電流が流れると、その電流による電磁力によって接点１ａ、２ａと接続するよう切り替わり、コイルに電流が流れなくなると、電磁力が失われることによって自動的に接点２ｂに接続するよう切り替わるよう動作する自動復帰型リレーである。
【００３３】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、機械式リレーＲＹ１の動作を制御する、ＲＳ型のフリップフロップ回路である。スイッチＳＷ１と機械式リレーＲＹ１との間に設けられているＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、スイッチＳＷ１のチャタリングを吸収するためのものである。またＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＳＳＲ１０１の動作を制御する回路である。
【００３４】
図４は、図３に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。以下、図４のタイミングチャートを用いて図３に示したスイッチング装置１００の動作を説明する。
【００３５】
スイッチＳＷ１が接点ｂに接続されている状態では、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１はロー状態の電位を出力するので、機械式リレーＲＹ１に電流が流れない。機械式リレーＲＹ１に電流が流れていないので、機械式リレーＲＹ１は接点２ｂと接続している。従って機械式リレーＲＹ１の接点２ｂはクローズ状態であり、接点１ａ、２ａはオープン状態である。
【００３６】
スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１はハイ状態の電位を機械式リレーＲＹ１に出力して、機械式リレーＲＹ１に電流を流す。機械式リレーＲＹ１はＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１から出力される電流によって徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ１は接点２ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａと接続するが、その接点１ａ、２ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【００３７】
機械式リレーＲＹ１が接点２ａと接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２からハイ状態の電位がＳＳＲ１０１の制御端子に印加される、電源Ｖｓｓによるハイ状態の電位がＳＳＲ１０１の制御端子に印加されると、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。ＳＳＲ１０１がオン状態になることで、電源１からの電力が出力端子から出力される。上述したように機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａと接続する際にチャタリングが発生するが、ＳＳＲ１０１がオン状態となっているために、電力の出力が遮断されることは無い。また、オン状態となっているＳＳＲ１０１は、機械式リレーＲＹ１が接点１ａと接触していることでショートされており、発熱が抑えられている。
【００３８】
一方、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するように切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１はロー状態の電位を出力するので、機械式リレーＲＹ１に電流が流れなくなる。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１が機械式リレーＲＹ１に電流を流さなくなることで、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が電磁力の減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａとの接続を解除する。さらに機械式リレーＲＹ１が電磁力を減少させると、機械式リレーＲＹ１は接点２ｂと接続するが、その接点２ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【００３９】
ここで機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除すると、本来はアークが発生する。しかし、スイッチング装置１００はＳＳＲ１０１と機械式リレーＲＹ１とを並列に接続しており、機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除した直後は、ＳＳＲ１０１は未だオン状態を維持している。従って、図３に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するように切り替わり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除してもアークの発生を抑えることが出来る。
【００４０】
図５は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図５に示したスイッチング装置１００は、電源（例えば直流の電力を出力する直流電源）からの電力の供給と遮断とを切り替える装置であり、図３に示したスイッチング装置１００と同様に、機械式リレーＲＹ１の接点の数が３つに増えていると共に、機械式リレーＲＹ１とスイッチＳＷ１との間にＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１を接続し、機械式リレーＲＹ１とＳＳＲ１０１との間にＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を接続していることを特徴としている。さらに、図５に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に入力している。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に入力することで、スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するように切り替わる際に、ＳＳＲ１０１をオンさせるタイミングを早めることが出来る。
【００４１】
すなわち、図５に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するように切り替わる際に、機械式リレーＲＹ１の接点１ａ、接点２ａの接続タイミングがずれた場合であっても、予めＳＳＲ１０１をオン状態とさせておく装置である。スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するように切り替わる際に予めＳＳＲ１０１をオン状態とすることで、図５に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１の接点１ａ、接点２ａとの接触時のスパークの発生を抑えることが可能になる。
【００４２】
ここまで示してきたのは、１つの電源からの電力の出力と遮断とを切り替えるスイッチング装置１００の構成例であった。続いて、２つの電源のいずれか一方から電力を出力するよう切り替えるスイッチング装置１００の構成例について説明する。
【００４３】
図６は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図６に示したスイッチング装置１００は、２つの電源１、２のうち、いずれか一方からの電力を出力するよう切り替える装置である。
【００４４】
図６に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２と、機械式リレーＲＹ１、Ｒ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２と、インバータ１１１、１１２と、を備える。
【００４５】
図６のスイッチＳＷ１は、スイッチング装置１００から電力を出力する電源を切り替えるためのスイッチである。スイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａに接続されている状態では電源１からの電力を出力し、スイッチＳＷ１が接点ｂに接続されている状態では電源２からの電力を出力する。電源１、電源２は、いずれも、例えば直流の電力を供給する直流電源であるとする。
【００４６】
スイッチＳＷ１と機械式リレーＲＹ１、Ｒ２との間に設けられるＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、スイッチＳＷ１のチャタリングを吸収するためのものである。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、機械式リレーＲＹ１、Ｒ２へ電流を出力して、機械式リレーＲＹ１、Ｒ２を駆動させる。また機械式リレーＲＹ１、Ｒ２の後段に設けられるＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＳＳＲ１０１、１０２の動作を制御する回路である。
【００４７】
図６に示したスイッチング装置１００の機械式リレーＲＹ１、Ｒ２の切り替え特性は、メーク、ブレークともにほぼ同じ時間で切り替わるものとする。
【００４８】
図７は、図６に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。以下、図７のタイミングチャートを用いて図６に示したスイッチング装置１００の動作を説明する。
【００４９】
スイッチＳＷ１が接点ａに接続されている状態では、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１のａ側の出力がハイ状態であり、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１のｂ側の出力がロー状態となっている。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１のａ側の出力がハイ状態となっていることで機械式リレーＲＹ１には電流が流れ、機械式リレーＲＹ２には電流が流れていない状態になっている。
【００５０】
機械式リレーＲＹ１に電流が流れているので、機械式リレーＲＹ１は接点１ａと接続している。また機械式リレーＲＹ２に電流が流れているので、機械式リレーＲＹ２は接点１ａと接続している。機械式リレーＲＹ１は接点１ａと接続しているため、接点１ｂは接地されていない。従って機械式リレーＲＹ１の接点１ｂからはハイ状態の電位がＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に出力される。機械式リレーＲＹ２は接点１ｂと接続しているため、接点１ｂは接地されている。従って機械式リレーＲＹ２の接点１ｂからはロー状態の電位がＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に出力される。
【００５１】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ａ側からはロー状態、ｂ側からはハイ状態を出力する。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の後段にはインバータ１１１、１１２が設けられているので、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力はそれぞれ反転されてＳＳＲ１０１、１０２に供給される。従ってＳＳＲ１０１にはハイ状態の電位が、ＳＳＲ１０２にはロー状態の電位が、それぞれ供給される。ＳＳＲ１０１はオン状態になり、ＳＳＲ１０２はオフ状態になっているので、図６に示したスイッチング装置１００は、電源１からの電力を出力している。
【００５２】
この状態から、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ２に電流を流し、機械式リレーＲＹ２はＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１から出力される電流によって徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ２が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ａと接続するが、その接点１ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。しかし、機械式リレーＲＹ２が接点１ａと接続するときには、ＳＳＲ１０２を介した電力の出力は既に始まっているので、機械式リレーＲＹ２の接点１ａとの接続の際にチャタリングが生じても、出力側が不安定になることはない。
【００５３】
一方、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ１に電流を流さなくなり、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【００５４】
機械式リレーの特徴として、接点の復帰時間は駆動時間よりも短い。従って、図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、まず機械式リレーＲＹ１が接点１ｂに接続し、その後に機械式リレーＲＹ２が接点１ａと接続するよう動作する。すなわち、図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、電源２からの電力を出力するように切り替わる。
【００５５】
機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除すると、本来はアークが発生する。しかし、図６に示したスイッチング装置１００はＳＳＲ１０１と機械式リレーＲＹ１とを並列に接続しており、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除した直後は、ＳＳＲ１０１は未だオン状態を維持している。従って、図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するように切り替わり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を防ぐことが出来る。
【００５６】
スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するよう切り替わる場合も、スイッチング装置１００は同様の動作を行う。すなわち、図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するよう切り替わると、まず機械式リレーＲＹ２が接点１ｂに接続し、その後に機械式リレーＲＹ１が接点１ａと接続するよう動作する。
【００５７】
機械式リレーＲＹ２が接点１ａとの接続を解除すると、本来はアークが発生する。しかし、図６に示したスイッチング装置１００はＳＳＲ１０２と機械式リレーＲＹ２とを並列に接続しており、機械式リレーＲＹ２が接点１ａとの接続を解除した直後は、ＳＳＲ１０２は未だオン状態を維持している。従って、図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ｂから離れて接点ａに接続するように切り替わり、機械式リレーＲＹ２が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑えることが出来る。
【００５８】
図６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１の接続が接点ａと接点ｂとで切り替えられても、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのチャタリングを吸収して安定した電力の出力を継続することが出来ると共に、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのアークの発生を抑えることができる。
【００５９】
図８は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図８に示したスイッチング装置１００は、電源１、２のいずれか一方から電力を出力するよう切り替える装置である。
【００６０】
図８に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２と、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２と、インバータ１２１、１２２と、を備える。
【００６１】
図８に示したＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、スイッチＳＷ１からの出力、相対するＮＡＮＤゲートの出力、及び相対するリレーのブレーク接点からの信号が入力される構成となっており、これらの入力の状態によって出力が切り替わる。図８に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、Ｒ２の動作信号をスイッチＳＷ１の切り替えに連携させている。図８に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１に相対するリレーのブレーク接点からの信号を入力することで、機械式リレーＲＹ１、Ｒ２の動作時間に大幅なずれが生じた場合であっても、確実な切り替えシーケンスを実現させたものである。
【００６２】
図９は、図８に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。以下、図９のタイミングチャートを用いて図８に示したスイッチング装置１００の動作を説明する。
【００６３】
図８に示したスイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、スイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１の接点１ｂがオープンのため、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のａ側の出力がハイ状態となることでＳＳＲ１０１をオン状態にする。スイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ２の接点１ｂがクローズのため、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のｂ側の出力がロー状態となることでＳＳＲ１０２をオフ状態にする。スイッチング装置１００は、図８に示したスイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、機械式リレーＲＹ１に電流を流すと共にＳＳＲ１０１をオン状態にすることで、電源１からの電力を出力する。
【００６４】
この状態から、図８に示したスイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ２に電流を流し、機械式リレーＲＹ２はＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１から出力される電流によって徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ２が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ａと接続するが、その接点１ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。しかし、機械式リレーＲＹ２が接点１ａと接続するときには、ＳＳＲ１０２を介した電力の出力は既に始まっているので、機械式リレーＲＹ２の接点１ａとの接続の際にチャタリングが生じても、出力側が不安定になることはない。
【００６５】
一方、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ１に電流を流さなくなり、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【００６６】
機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が接点を切り替える際には、接触する側の接点との間でチャタリングが発生するが、解離する側の接点ではチャタリングは発生しない。そこで図８に示したスイッチング装置１００は、先に解離動作を行う接点からの信号によりＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力状態が切り替わるよう構成されている。機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の接触によるチャタリングは、ＳＳＲ１０１、１０２の起動時間の中に含まれるので、図８に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２のチャタリングが電力の出力に影響を及ぼさないようにしている。
【００６７】
同様に、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の接点の解離時に本来発生するアークもＳＳＲ１０１、１０２の動作時間内に吸収されるので、図８に示したスイッチング装置１００は、アークの発生を防ぐことが出来る。
【００６８】
さらに、経年変化により機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の動作時間が変化しても、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の動作に基づいてＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１を動作させているため、図８に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の経年変化の影響が生じない。
【００６９】
図１０は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図１０に示したスイッチング装置１００は、電源１、２のいずれか一方から電力を出力するよう切り替える装置である。
【００７０】
図１０に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２と、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２と、インバータ１３１、１３２と、ＡＮＤゲート１３３と、ＮＡＮＤゲート１４１、１４２と、を備える。
【００７１】
図１０に示したＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は、スイッチＳＷ１からの出力、相対するＮＡＮＤゲートの出力、及びＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２からの信号が入力される構成となっており、これらの入力の状態によって出力が切り替わる。インバータ１３１、１３２は、それぞれ機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の接点１ｂの出力を反転させる。インバータ１３１、１３２を通じて出力される機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２の接点１ｂの出力がＡＮＤゲート１３３を通過することで、図１０に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態、すなわち接点１ｂに接続されている状態でＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の状態の切り替えを行うので、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力が両方ともハイ状態とならないようにＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の動作を制御することが出来る。
【００７２】
図１１は、図１０に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。以下、図１１のタイミングチャートを用いて図１０に示したスイッチング装置１００の動作を説明する。
【００７３】
図１０に示したスイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、スイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１の接点１ｂがオープンのため、ＡＮＤゲート１３３の出力（図１０の構成のｅ点の状態）はロー状態であり、ＮＡＮＤゲート１４１、１４２の出力はハイ状態になる。その結果、図１０に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のａ側の出力がハイ状態となることでＳＳＲ１０１をオン状態にする。また図１０に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のｂ側の出力がロー状態となることでＳＳＲ１０２をオフ状態にする。スイッチング装置１００は、図１０に示したスイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、機械式リレーＲＹ１に電流を流すと共にＳＳＲ１０１をオン状態にすることで、電源１からの電力を出力する。
【００７４】
この状態から、図１０に示したスイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ２に電流を流し、機械式リレーＲＹ２はＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１から出力される電流によって徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ２が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ｂとの接続を解除する。
【００７５】
一方、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ１に電流を流さなくなり、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続する。
【００７６】
ここで、図１０のスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態、すなわち接点１ｂに接続されている状態が発生し、そのタイミングでＡＮＤゲート１３３の出力はハイ状態になる。その結果、図１０に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のａ側の出力がロー状態となることでＳＳＲ１０１をオフ状態にする。そして図１０に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１がオフ状態になった後に、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のｂ側の出力がハイ状態となることでＳＳＲ１０２をオン状態にする。
【００７７】
そして、機械式リレーＲＹ１だけがオフ状態、すなわち接点１ｂに接続された状態になると、ＡＮＤゲート１３３の出力がロー状態となる。
【００７８】
図１０に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１の接続が接点ａと接点ｂとで切り替えられても、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのチャタリングを吸収して安定した電力の出力を継続することが出来ると共に、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのアークの発生を抑えることができる。
【００７９】
また図１０に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態になっていることを確認してからスイッチＳＷ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に伝えているので、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力が両方ともハイ状態とならないようにＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の動作を制御することが出来る。すなわち、図１０に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態になっていることを確認してからスイッチＳＷ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に伝えることで、２つの電源１、電源２から同時に電力が出力されることを防ぐことができる。
【００８０】
図１２は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図１２に示したスイッチング装置１００は、ＡＣ（交流）電源１、２のいずれか一方から電力を出力するよう切り替える装置である。
【００８１】
図１２に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２と、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２と、インバータ１３１、１３２と、ＡＮＤゲート１３３と、ＮＡＮＤゲート１４１、１４２と、トリガ信号生成部（ＥＤＧ）１５１、１５２と、を備える。なお、図１２のＳＳＲ１０１、１０２はゼロクロス制御リレーである。
【００８２】
トリガ信号生成部１５１、１５２は、ＡＣ電源１、２を入力してエッジパルスを生成する。図１３は、トリガ信号生成部１５１、１５２の動作を説明する説明図である。トリガ信号生成部１５１、１５２は、ＡＣ電源１、２の電圧が閾値ｔｈ１、ｔｈ２（ｔｈ２＜ｔｈ１とする）を超えている期間の排他的論理和を取り、すなわちＡＣ電源１、２の電圧が閾値ｔｈ２からｔｈ１の間にある期間がハイ状態になるパルスを生成する。そしてトリガ信号生成部１５１、１５２は、このパルスの立ち上がりと立ち下がりの時点でそれぞれエッジパルスを生成する。このトリガ信号生成部１５１、１５２が生成するエッジパルスが、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の状態を切り替えるトリガ信号となる。トリガ信号生成部１５１、１５２が出力するトリガ信号は、それぞれＮＡＮＤゲート１４１、１４２に入力される。
【００８３】
すなわち図１３に示したように、ＡＣ電源１、２の電圧が閾値ｔｈ２を超えたタイミング、及び閾値ｔｈ１を下回ったタイミングで立ち上がりエッジを出力し、ＡＣ電源１、２の電圧が閾値ｔｈ１を超えたタイミング、及び閾値ｔｈ２を下回ったタイミングで立ち下がりエッジを出力する。
【００８４】
図１２に示したスイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、スイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１の接点１ｂがオープンのため、ＡＮＤゲート１３３の出力はロー状態である。またＮＡＮＤゲート１４１、１４２の出力はハイ状態になる。その結果、図１２に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のａ側の出力がハイ状態となることでＳＳＲ１０１をオン状態にする。また図１２に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のｂ側の出力がロー状態となることでＳＳＲ１０２をオフ状態にする。図１２に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａに接続されていると、機械式リレーＲＹ１に電流を流すと共にＳＳＲ１０１をオン状態にすることで、電源１からの電力を出力する。
【００８５】
この状態から、図１２に示したスイッチＳＷ１が接点ａから離れて接点ｂに接続するよう切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ２に電流を流し、機械式リレーＲＹ２はＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１から出力される電流によって徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ２が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ２は接点１ｂとの接続を解除する。
【００８６】
一方、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１は徐々に機械式リレーＲＹ１に電流を流さなくなり、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続する。
【００８７】
ここで、図１２のスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態、すなわち接点１ｂに接続されている状態が発生し、そのタイミングでＡＮＤゲート１３３の出力はハイ状態になる。その結果、図１２に示したスイッチング装置１００は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のａ側の出力がロー状態となることでＳＳＲ１０１をオフ状態にする。そして図１２に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１がオフ状態になった後に、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２のｂ側の出力がハイ状態となることでＳＳＲ１０２をオン状態にする。
【００８８】
図１２に示したスイッチング装置１００は、トリガ信号生成部１５１、１５２の出力は、それぞれＮＡＮＤゲート１４１、１４２に入力している。トリガ信号生成部１５１、１５２の出力をそれぞれＮＡＮＤゲート１４１、１４２に入力していることで、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態になっている間に、トリガ信号生成部１５１、１５２が出力するトリガ信号でＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力を切り替える。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力が切り替わることでＳＳＲ１０１がオン状態からオフ状態に、ＳＳＲ１０２がオフ状態からオン状態に、それぞれ切り替わる。その後、機械式リレーＲＹ２がオンするようにＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１のゲートが切り替わる。
【００８９】
図１２に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１の接続が接点ａと接点ｂとで切り替えられても、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのチャタリングを吸収して安定した電力の出力を継続することが出来ると共に、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２でのアークの発生を抑えることができる。
【００９０】
また図１２に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態になっていることを確認してからスイッチＳＷ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に伝えているので、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力が両方ともハイ状態とならないようにＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の動作を制御することが出来る。すなわち、図１２に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２が同時にオフ状態になっていることを確認してからスイッチＳＷ１の出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２に伝えることで、２つの電源１、電源２から同時に電力が出力されることを防ぐことができる。
【００９１】
また図１２に示したスイッチング装置１００は、トリガ信号生成部１５１、１５２を設けて、電源１、２の電圧が所定の閾値ｔ２を超えたタイミング、及び閾値ｔ１を下回ったタイミングでトリガ信号を出力することで、ゼロクロス制御リレーであるＳＳＲ１０１、１０２のオンオフ切り替えを電源１、２の電圧が０Ｖ付近で行うことが出来る。
【００９２】
図１４は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図１４に示したスイッチング装置１００は、ＡＣ（交流）電源１、２のいずれか一方から電力を出力するよう切り替える装置である。
【００９３】
図１４に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２と、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２と、インバータ１３１、１３２と、ＡＮＤゲート１３３と、ＮＡＮＤゲート１４１、１４２、１５３、１５４と、トリガ信号生成部１５１、１５２と、を備える。なお、図１２のＳＳＲ１０１、１０２はゼロクロス制御リレーである。
【００９４】
図１４に示したトリガ信号生成部１５１、１５２は、図１３に示した立ち上がりエッジと、立ち下がりエッジと、を出力する。トリガ信号生成部１５１、１５２は、立ち上がりエッジをＮＡＮＤゲート１４１、１４２に、立ち下がりエッジをＮＡＮＤゲート１５３、１５４に、それぞれ出力する。ＮＡＮＤゲート１５３、１５４は、それぞれ、トリガ信号生成部１５１、１５２が出力する立ち下がりエッジと、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力とを入力し、入力に応じた出力をＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１に供給する。
【００９５】
トリガ信号生成部１５１、１５２が立ち下がりエッジをＮＡＮＤゲート１５３、１５４に出力することで、図１４に示したスイッチング装置１００は、トリガ信号生成部１５１、１５２が出力する立ち下がりエッジをＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の切り替わりのトリガにすることができる。トリガ信号生成部１５１、１５２が出力する立ち下がりエッジをＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の切り替わりのトリガにすることで、スイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１、１０２のオンオフ切り替えを行う期間を、図１２に示した構成に比べて伸ばすことができる。
【００９６】
ここで、ＳＳＲ１０１、１０２の構成例について説明する。図１５は、スイッチング装置１００が直流電源からの電力を出力する際のＳＳＲの構成例であり、絶縁方式にＭＯＳＦＥＴドライバを用いたＳＳＲの構成例である。また図１６は、図１５に示したＳＳＲの動作を説明する説明図である。図１５に示したＳＳＲは、図１６に示したように、入力信号がオンの状態に限って負荷電流を出力する。
【００９７】
図１７は、極性を持たないＳＳＲの構成例であり、スイッチング装置１００が直流電源からの電力を出力する場合にも、交流電源からの電力を出力する場合にも適用可能なＳＳＲの構成例である。
【００９８】
図１８は、スイッチング装置１００が直流電源からの電力を出力する際のＳＳＲの構成例であり、絶縁方式にフォトトライアックを用いたＳＳＲの構成例である。また図１９は、図１８に示した、絶縁方式にフォトトライアックを用いたＳＳＲの動作を説明する説明図である。図１８に示したＳＳＲは、ゼロクロス回路を用いているので、図１９に示したように、入力信号がオンの状態に限って負荷電流を出力するが、交流電源から出力される電圧が０Ｖに達した時点で負荷電流の出力を開始及び終了する。
【００９９】
もちろん、ＳＳＲ１０１、１０２の構成は上述したものに限定されるものでは無い。
【０１００】
今まで説明してきたスイッチング装置１００では、機械式リレーＲＹ１、ＲＹ２に自動復帰型リレーを用いた場合を示してきたが、本開示は係る例に限定されるものでは無い。スイッチング装置１００は、電力の供給と遮断にラッチング型リレーを用いてもよい。
【０１０１】
図２０は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２０に示したスイッチング装置１００の構成例は、機械式リレーＲＹ１にラッチング型リレーを用いた場合の例である。
【０１０２】
図２０に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、スイッチＳＷ１と、抵抗Ｒ１と、を備える。図２０に示したスイッチング装置１００におけるスイッチＳＷ１はモーメンタリースイッチである。図２０に示したスイッチＳＷ１が接点ａと接続している間は機械式リレーＲＹ１のリセットコイル（Ｒ−Ｃｏｉｌ）に電流が流れる。機械式リレーＲＹ１のリセットコイル（Ｒ−Ｃｏｉｌ）に電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｒと接続する。機械式リレーＲＹ１が接点１ｒと接続すると、接地電位がＳＳＲ１０１に供給されるので、ＳＳＲ１０１はオフ状態となる。従って２０に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ａと接続している間、電源からの電力を遮断する。
【０１０３】
一方、図２０に示したスイッチＳＷ１が接点ｂと接続している間は機械式リレーＲＹ１のセットコイル（Ｓ−Ｃｏｉｌ）に電流が流れる。機械式リレーＲＹ１のセットコイル（Ｓ−Ｃｏｉｌ）に電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｓと接続する。機械式リレーＲＹ１が接点１ｓと接続すると、所定の電位ＶｃｃがＳＳＲ１０１に供給されるので、ＳＳＲ１０１はオン状態となる。また機械式リレーＲＹ１が接点１ｓと接続すると、ＳＳＲ１０１を迂回して電源からの電力を出力することができる。従って図２０に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点ｂと接続している間、電源からの電力を遮断せずに出力する。
【０１０４】
ここまで説明してきたスイッチング装置１００は、電源入力、出力、リレー用の電源、グランド、スイッチＳＷ１の入力の５つの端子が少なくとも必要であった。以下では、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたスイッチング装置を説明する。
【０１０５】
図２１は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２１に示したスイッチング装置１００の構成例は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にした場合の例である。
【０１０６】
図２１に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１と、を備える。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ流れる電流によって発生する電磁力を用いて接点を切り替えるよう動作する。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は接点１ｂと接続し、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れている場合は電磁力を用いて接点１ａと接続する。ＳＳＲ１０１は、端子Ａから端子Ｂへの電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【０１０７】
図２２は、図２１に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。上述したように、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は、機械式リレーＲＹ１に電流が流れていないので、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続している。従って機械式リレーＲＹ１の接点１ｂはクローズ状態であり、接点１ａはオープン状態である。
【０１０８】
その後、端子Ｖ＋に電圧が印加されて端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａと接続するが、その接点１ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。また端子Ｖ＋に電圧が印加されると、その電圧がＳＳＲ１０１の制御端子に印加される、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。そして端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、ダイオードＤ１を通じてキャパシタＣ１に電荷が蓄積される。
【０１０９】
さらにその後、端子Ｖ＋に電圧が印加されなくなり、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【０１１０】
この際、キャパシタＣ１は、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するまでの間、ＳＳＲ１０１をオン状態とさせるだけの電力を蓄積できることが望ましい。またこの際、ダイオードＤ２が逆バイアスから解放されて導通し、キャパシタＣ２が機械式リレーＲＹ１のコイルを通して動作する。すなわち、キャパシタＣ２は、機械式リレーＲＹ１が接点１ｂと接続する際のチャタリングを吸収する。またキャパシタＣ２は、ダイオードＤ３を通してキャパシタＣ１の放電回路も形成するとともに機械式リレーＲＹ１のサージを吸収させている。
【０１１１】
従って図２１に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑え、サージを吸収することが出来る。また図２１に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１１２】
図２３は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２３に示したスイッチング装置１００の構成例は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にした場合の例である。
【０１１３】
図２３に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、ダイオードＤ１、Ｄ３と、キャパシタＣ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２と、を備える。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ流れる電流によって発生する電磁力を用いて接点を切り替えるよう動作する。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は接点１ｂと接続し、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れている場合は電磁力を用いて接点１ａ、２ａと接続する。ＳＳＲ１０１は、端子Ａから端子Ｂへの電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【０１１４】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＳＳＲ１０１の動作を制御する回路であるとともに、図２１に示したスイッチング装置１００のキャパシタＣ１の役割を果たす回路である。
【０１１５】
図２３に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は、機械式リレーＲＹ１に電流が流れていないので、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続している。
【０１１６】
その後、端子Ｖ＋に電圧が印加されて端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂとの接続を解除する。さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａと接続するが、その接点１ａ、２ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。また端子Ｖ＋に電圧が印加されると、その電圧がＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を通じてＳＳＲ１０１の制御端子に印加され、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。そして端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、ダイオードＤ１を通じてキャパシタＣ１に電荷が蓄積される。
【０１１７】
さらにその後、端子Ｖ＋に電圧が印加されなくなり、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａとの接続を解除する。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。この際、キャパシタＣ１に蓄積した電力が、Ｖｃｃを介して、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を通じたＳＳＲ１０１のオン状態の継続を可能にする。
【０１１８】
従って図２３に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑えることが可能になる。また図２３に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１１９】
ここまで説明してきたスイッチング装置１００は、電源からの電力の遮断にリレーコイルを用いた機械式リレーを用いていた。以下では、電源からの電力の遮断に手動のスイッチを用いたスイッチング装置を説明する。
【０１２０】
図２４は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２４に示したスイッチング装置１００の構成例は、端子の数を４つにして一般的なリレーと同じような接続を可能にし、さらに電源からの電力の遮断に手動のスイッチを用いた場合の例である。
【０１２１】
図２４に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３とツェナーダイオードＤｚ１と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１と、を備える。スイッチＳＷ１は、例えばプッシュ式のスイッチであり、押し込まれていない状態では接点１ｂと接続し、押し込まれている状態では接点１ａと接続するよう構成されたものである。ＳＳＲ１０１は、端子Ａから端子Ｂへの電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【０１２２】
図２５は、図２４に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。上述したように、スイッチＳＷ１が押し込まれていない状態では、スイッチＳＷ１は接点１ｂと接続している。従ってスイッチＳＷ１の接点１ｂはクローズ状態であり、接点１ａはオープン状態である。
【０１２３】
その後、スイッチＳＷ１が押し込まれると、スイッチＳＷ１は接点１ｂとの接続を解除する。なお、スイッチＳＷ１が押し込まれ、接点１ｂとの接続を解除した際にはキャパシタＣ１に電荷が蓄積されていないので、ＳＳＲ１０１をオン状態にすることができない。さらにスイッチＳＷ１が押し込まれると、スイッチＳＷ１は接点１ａと接続するが、その接点１ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。スイッチＳＷ１が接点１ａと接続すると、キャパシタＣ１は、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１とダイオードＤ２とを介して充電される。キャパシタＣ１が充電されると、キャパシタＣ１の電圧で抵抗Ｒ１を介してＳＳＲ１０１をオン状態にすることができる。
【０１２４】
さらにその後、スイッチＳＷ１が接点１ａとの接続を解除すると、接点１ａが遮断される。スイッチＳＷ１が接点１ａとの接続を解除すると、キャパシタＣ１に充電された電荷が抵抗Ｒ１を介してＳＳＲ１０１をオン状態にし続ける。従って、スイッチＳＷ１が接点１ａとの接続を解除した際の電極間電圧は、ＳＳＲ１０１がオン状態になっていることで、アークが発生する条件（１４Ｖ）以下となる。
【０１２５】
さらにその後、スイッチＳＷ１が接点１ｂと接続すると、ＳＳＲ１０１はオフ状態となり、さらにＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１もオフ状態となる。スイッチＳＷ１が接点１ｂと接続すると、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１が有する逆方向ダイオードと、ダイオードＤ２、Ｄ３の逆バイアス電圧が無くなり、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２によるフィルタ回路が構成される。抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２によるフィルタ回路は、スイッチＳＷ１が接点１ｂと接続する際のチャタリングを軽減させる効果を有する。
【０１２６】
従って図２４に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除しても、アークの発生を抑えることが可能になる。また図２４に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１２７】
図２６は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２６に示したスイッチング装置１００の構成例は、端子の数を４つにして一般的なリレーと同じような接続を可能にし、さらに電源からの電力の遮断に手動のスイッチを用いた場合の例である。
【０１２８】
図２６に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ１と、ツェナーダイオードＤｚ１と、キャパシタＣ１と、抵抗Ｒ１と、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２と、を備える。スイッチＳＷ１は、例えばプッシュ式のスイッチであり、押し込まれていない状態では接点２ｂと接続し、押し込まれている状態では接点１ａ、２ａと接続するよう構成されたものである。ＳＳＲ１０１は、端子Ａから端子Ｂへの電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【０１２９】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２は、ＳＳＲ１０１の動作を制御する回路であるとともに、図２４に示したスイッチング装置１００のキャパシタＣ１の役割を果たす回路である。
【０１３０】
図２６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が押し込まれていない状態では接点２ｂと接続している。
【０１３１】
その後、スイッチＳＷ１が押し込まれると、スイッチＳＷ１は接点１ｂとの接続を解除する。さらにスイッチＳＷ１が押し込まれると、スイッチＳＷ１は接点１ａ、２ａと接続するが、その接点１ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。スイッチＳＷ１は接点１ａ、２ａと接続すると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を通じてＳＳＲ１０１の制御端子にハイ状態の電位が印加され、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。そして端子Ａから端子Ｂへ電流が流れると、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１がオン状態になり、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１、ダイオードＤ１を通じてキャパシタＣ１に電荷が蓄積される。
【０１３２】
さらにその後、スイッチＳＷ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除して、接点２ｂと接続すると、その接点２ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。この際、キャパシタＣ１に蓄積した電力が、Ｖｃｃを介して、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２を通じたＳＳＲ１０１のオン状態の継続を可能にする。
【０１３３】
従って図２６に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除しても、アークの発生を抑えることが可能になる。また図２６に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１３４】
図２７は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図２７に示したスイッチング装置１００の構成例は、端子の数を４つにして一般的なリレーと同じような接続を可能にした場合の例である。
【０１３５】
図２７に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１と、を備える。図２７に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１の切り替わり時のみＳＳＲ１０１を駆動し、その後は機械式リレーＲＹ１を通じて通電する方式としたものである。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ流れる電流によって発生する電磁力を用いて接点を切り替えるよう動作する。機械式リレーＲＹ１は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は接点１ｂと接続し、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れている場合は電磁力を用いて接点１ａ、２ａと接続する。ＳＳＲ１０１は、端子Ａから端子Ｂへの電力供給経路上に設けられている。本実施形態では、ＳＳＲ１０１は、制御端子にハイ状態の電圧が印加されるとオン状態になり、制御端子にロー状態の電圧が印加されるとオフ状態となるように構成されている。
【０１３６】
図２８は、図２７に示したスイッチング装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れていない場合は、機械式リレーＲＹ１に電流が流れていないので、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続している。従って機械式リレーＲＹ１の接点１ｂはクローズ状態であり、接点１ａ、２ａはオープン状態である。
【０１３７】
その後、端子Ｖ＋に電圧が印加されて端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を発生させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力がある程度まで達すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂとの接続を解除する。機械式リレーＲＹ１が接点１ｂとの接続を解除すると、電流ｉ１はＳＳＲ１０１から流れる電流ＩＳＳＲとなる。
【０１３８】
さらに電磁力が上昇すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａと接続するが、その接点１ａ、２ａとの接続の際にはチャタリングが生じる。また端子Ｖ＋に電圧が印加されると、その電圧がＳＳＲ１０１の制御端子に印加される、ＳＳＲ１０１はオン状態になる。そして端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れると、ダイオードＤ１を通じてキャパシタＣ１に電荷が蓄積される。なお機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａと接続すると、電流ｉ１は機械式リレーＲＹ１の接点２ａを通じて流れる電流ＩＲＹとなる。
【０１３９】
さらにその後、端子Ｖ＋に電圧が印加されなくなり、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなると、機械式リレーＲＹ１は徐々に電磁力を減少させる。機械式リレーＲＹ１が発生させた電磁力が減少を始めると、機械式リレーＲＹ１は接点１ａ、２ａとの接続を解除する。機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除すると、電流ｉ１はＳＳＲ１０１から流れる電流ＩＳＳＲとなる。さらに電磁力が減少すると、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するが、その接点１ｂとの接続の際にはチャタリングが生じる。
【０１４０】
この際、キャパシタＣ１は、機械式リレーＲＹ１は接点１ｂと接続するまでの間、ＳＳＲ１０１をオン状態とさせるだけの電力を蓄積できることが望ましい。またこの際、ダイオードＤ２が逆バイアスから解放されて導通し、キャパシタＣ２が機械式リレーＲＹ１のコイルを通して動作する。すなわち、キャパシタＣ２は、機械式リレーＲＹ１が接点１ｂと接続する際のチャタリングを吸収する。またキャパシタＣ２は、ダイオードＤ３を通してキャパシタＣ１の放電回路も形成するとともに機械式リレーＲＹ１のサージを吸収させている。
【０１４１】
従って図２７に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除してもアークの発生を抑え、サージを吸収することが出来る。また図２７に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１４２】
また図２７に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１が駆動して接点が接点１ａ、２ａと接続するように切り替わった後は、機械式リレーＲＹ１の接点２ａの接触のみによる通電となる。この際、機械式リレーＲＹ１の接点２ａが酸化被膜などにより劣化したとしても、その被膜を破壊する一時的なスパークが接点２ａに発生することで、機械式リレーＲＹ１のセルフクリーニング効果を発揮させる効果を奏する。
【０１４３】
図２９は、スイッチング装置１００を備えた移動体２００の機能構成例を示す説明図である。移動体２００は、例えば、ガソリン車のようにガソリンを動力源とする移動体であってもよく、電気自動車、ハイブリッド車、電気オートバイ等の、充放電可能なバッテリを主な動力源とする移動体であってもよい。図２７には、移動体２００に、バッテリ２１０と、バッテリから供給される電力により駆動する駆動部２２０と、が備えられた場合の例が示されている。駆動部２２０には、例えばワイパー、パワーウィンドウ、ライト、カーナビゲーションシステム、エアーコンディショナのような車両に備えられる装備品や、モーター等の移動体２００を駆動させる装置などが含まれうる。
【０１４４】
そして図２９に示した移動体２００には、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路の途中に、スイッチング装置１００が設けられている。図２９に示した移動体２００は、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路上に、電流制限回路３０が設けられることで、例えばバッテリ２１０を一時着脱させる際等にアーク放電の発生を抑えることが出来る。
【０１４５】
なお図２９には、スイッチング装置１００が１つだけ備えられている移動体２００の例を示したが、本開示は係る例に限定されるものではない。すなわち、スイッチング装置１００は直流電力が供給される経路の途中に複数設けられても良い。またスイッチング装置１００は、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路の途中だけでなく、他の場所、例えばバッテリ２１０を直流電力で充電する際の経路の途中に設けられても良い。移動体２００は、バッテリ２１０を直流電力で充電する際の経路の途中に電流制限回路３０を設けることで、安全にバッテリ２１０を直流電力で充電することができる。
【０１４６】
図３０は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１０００の構成例を示す説明図である。図３０に示したスイッチング装置１０００は、両切りの複合型継電器であり、２個の自己保持型機械式継電器ＭＣ１、ＭＣ２の一方にＳＳＲ１０２０を組み合わせて、アーク放電及び機械式リレーのチャタリングによる電流遮断を抑えたものである。図３０に示したスイッチング装置１０００は、１つのＳＳＲ１０２０を用いて、二線電源を切り離す際に、アークを抑制して確実に電源を切り離すことが出来るよう構成されたものである。
【０１４７】
図３０に示したスイッチング装置１０００は、自己保持型機械式継電器ＭＣ１、ＭＣ２と、スイッチＳＷ１と、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２、ＲＳＦＦ３と、ＡＮＤゲート１００１、１００２、１００３、１００４、１００５、１００６と、ＮＡＮＤゲート１０１１、１０１２、１０１３、１０１４と、ＳＳＲ１０２０と、ダイオードＤ９〜Ｄ１２と、キャパシタＣ１〜Ｃ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ８と、を備える。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１、ＲＳＦＦ２、ＲＳＦＦ３と、ＡＮＤゲート１００１〜１００６と、ＮＡＮＤゲート１０１１、１０１２、１０１３、１０１４とは、本開示のタイミング調整回路の一例として機能する。
【０１４８】
以下において、図３０に示したスイッチング装置１０００の動作を説明する。図３１は、図３０に示したスイッチング装置１０００の動作を説明するタイミングチャートである。
【０１４９】
２つの電源１ｐ、１ｍから電力が出力されていない状態を初期状態とする。初期状態は、スイッチＳＷ１がＯＦＦで、自己保持型機械式継電器ＭＣ１はＲＥＳＥＴ状態である。初期状態では、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｂがショートし、電位はＬｏｗ（Ｌ）状態である。初期状態では、自己保持型機械式継電器ＭＣ２もＲＥＳＥＴ状態であり、その接点２ｂがショートし、電位はＬｏｗ（Ｌ）となっている。
【０１５０】
初期状態からスイッチＳＷ１がＯＮに切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ａ２がＨｉｇｈ（Ｈ）となる。ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ａ２がＨになると、ＮＡＮＤゲート１０１４の出力ｄ２がＬとなり、自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＳＥＴコイルが動作する。
【０１５１】
自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＳＥＴコイルが動作すると、接点２ｂが離れ始めてＬからＨとなる。このとき、キャパシタＣ３への抵抗Ｒ４を通じた充電が始まるが、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ａ２及び自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ａの状態は共にＨなので、ＡＮＤゲート１００６の出力がＨとなる。ＡＮＤゲート１００６の出力がＨとなると、ダイオードＤ１２を通じて抵抗Ｒ８が加わり、抵抗Ｒ３と共に並列回路が構成される。従って、抵抗Ｒ３とキャパシタＣ３との積である時定数が小さくなる。抵抗Ｒ３とキャパシタＣ３との積である時定数が小さくなることで、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ｂの電圧立ち上がりが速くなる。
【０１５２】
その後、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ａがＬとなるが、接点２ａがＬとなる時にチャタリングが発生するが、その接点２ａのチャタリングによる電圧変化は、キャパシタＣ４と抵抗Ｒ４とによる充放電回路で抑制される。その後、ＮＡＮＤゲート１０１４の出力ｄ２がＨとなり、自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＳＥＴコイルが駆動されなくなり、かつＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ３の出力ｅ２がＬからＨに切り替わる。
【０１５３】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ３の出力ｅ２がＨとなると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ａ２もＨになっているので、ＡＮＤゲート１００１の出力ａ１がＨとなり、かつ、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ａがＨなので、自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＳＥＴコイルが動作する。
【０１５４】
自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＳＥＴコイルが動作すると、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｂが離れ始めＨとなり、キャパシタＣ１への抵抗Ｒ１からの充電が始まるが、ＡＮＤゲート１００１の出力ａ１及び自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ａの状態は共にＨなので、ＡＮＤゲート１００４の出力がＨとなる。ＡＮＤゲート１００４の出力がＨとなると、ダイオードＤ１０を通じて抵抗Ｒ６が加わり、抵抗Ｒ１と共に並列回路が構成される。従って、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との積である時定数が小さくなる。抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との積である時定数が小さくなることで、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｂの電圧立ち上がりが速くなる。
【０１５５】
その後、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ａがＬとなり、接点１ａがＬとなる時にチャタリングが発生し、そのチャタリングによる電圧変化はキャパシタＣ２と抵抗Ｒ２とによる充放電回路で抑制される。その後、ＮＡＮＤゲート１０１２の出力ｄ１がＨとなり、自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＳＥＴコイルが駆動されなくなり、かつ、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ａがＬとなることで、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力ｅ１がＨからＬに切り替わる。
【０１５６】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力ｅ１がＨからＬに切り替わるとき、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ｂ１はＬのままであり、ＡＮＤゲート１００３を介して接続されたダイオードＤ９はオフ状態となる。ダイオードＤ９はオフ状態となると抵抗Ｒ５は機能せず、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ１との積による時定数で、自己保持型機械式継電器ＭＣ１のチャタリングが抑制される。以上で一連のオンシーケンスが終わる。
【０１５７】
スイッチＳＷ１がＯＮからＯＦＦに切り替わると、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ｂ１がＨとなる。自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｂがＨなので、ＮＡＮＤゲート１０１１の出力ｃ１がＬとなり、自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＲＥＳＥＴコイルが動作する。自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＲＥＳＥＴコイルが動作すると、接点１ａが離れ始めＨとなり、その後接点１ｂがショートしＬとなると、ＮＡＮＤゲート１０１１の出力ｃ１がＨとなる。ＮＡＮＤゲート１０１１の出力ｃ１がＨとなると、自己保持型機械式継電器ＭＣ１のＲＥＳＥＴコイルは駆動されなくなり、かつ、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力ｅ１がＬからＨとなる。
【０１５８】
ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ２の出力ｅ１がＨとなる時点で、既にＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ１の出力ｂ１はＨなので、ＡＮＤゲート１００２の出力ｂ２がＨとなる。ＡＮＤゲート１００２の出力ｂ２がＨとなる時点で、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ｂは既にＨなので、ＮＡＮＤゲート１０１３の出力ｃ２がＬとなり、自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＲＥＳＥＴコイルが動作する。
【０１５９】
自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＲＥＳＥＴコイルが動作すると、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ａが離れ始めてＨとなり、その後接点２ｂがＬとなることで、ＮＡＮＤゲート１０１３の出力ｃ２がＨになり、自己保持型機械式継電器ＭＣ２のＲＥＳＥＴコイルが駆動されなくなり、かつ、ＲＳフリップフロップ回路ＲＳＦＦ３の出力ｅ２がＬからＨに切り替わることで、一連のオフシーケンスが終わる。ここでチャタリング抑制回路は上記オンシーケンスの場合同様に時定数が切り替わり、適切に機能する。
【０１６０】
上記各シーケンスの中で、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｂの電圧は、ＳＳＲ１０２０に伝えられる。オンシーケンスでは自己保持型機械式継電器ＭＣ２がオンし、ＳＳＲ１０２０がオンし、自己保持型機械式継電器ＭＣ１がオンする。オフシーケンスでは自己保持型機械式継電器ＭＣ１がオフし、ＳＳＲ１０２０がオフし、自己保持型機械式継電器ＭＣ２がオフする。
【０１６１】
このため、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の接点２ｃは、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｃが切り離された状態でショートするため電流は流れない。自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｃは、ＳＳＲ１０２０でショートされた状態でショートするため、チャタリングがあっても回路電流には影響を与えない。オフシーケンス時は、自己保持型機械式継電器ＭＣ１の接点１ｃは、ＳＳＲ１０２０がオンの時に切り離されるため、接点間電圧は低く、切り離し時にアークは発生しない。そしてＳＳＲ１０２０がオフし、その後に自己保持型機械式継電器ＭＣ２の２ｃ接点が切り離されるため、自己保持型機械式継電器ＭＣ２の遮断時も接点２ｃに電圧が発生していないので、アークは発生しない。
【０１６２】
図３０に示したスイッチング装置１０００は、二線電源を切り離す際に、アークを抑制して確実に電源を切り離すためのＳＳＲを１つだけ用いていることで、コストを抑えながらも確実に供給電源を切り離すことができる。
【０１６３】
図３２は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図３２に示したスイッチング装置１００の構成例は、図２１に示したスイッチング装置１００の構成を変形したものである。なお、図３２に示したスイッチング装置１００は、図２２に示したタイミングチャートと同様に動作する。
【０１６４】
図３２に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を備える。図３２に示したダイオードＤ２は、機械式リレーＲＹ１のサージを吸収するために設けられている。図３２に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１への電力供給がなくなると、キャパシタＣ２と抵抗Ｒ１に加えて、ダイオードＤ４を介して抵抗Ｒ２が追加されることで、ＳＳＲ１０１に設けられるＲＣ回路の時定数を短くすることができる。ダイオードＤ４及びキャパシタＣ３は、機械式リレーＲＹ１への電力供給が無くなった時の電力を蓄えておく回路となっている。
【０１６５】
従って図３２に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａとの接続を解除してもアークの発生を抑え、サージを吸収することが出来る。また図３２に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１６６】
図３３は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図３３に示したスイッチング装置１００の構成例は、図２４に示したスイッチング装置１００の構成を変形したものである。なお、図３３に示したスイッチング装置１００は、図２５に示したタイミングチャートと同様に動作する。
【０１６７】
図３３に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、ツェナーダイオードＤｚ１と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、ＭＯＳＦＥＴ  Ｔ１と、を備える。図３３に示したダイオードＤ３は、スイッチＳＷ１の接点１ｂが離れる時に、ＳＳＲ１０１に設けられるＲＣ回路の時定数を切り替える役割を果たしている。すなわち、ダイオードＤ３は、スイッチＳＷ１の接点１ｂが離れる時に、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２とのフィルタに抵抗Ｒ３を加えて、時定数を短くする働きをしている。ダイオードＤ２及びキャパシタＣ３は、スイッチＳＷ１の接点１ｂが離れる時に電力を供給するための回路となっている。
【０１６８】
従って図３３に示したスイッチング装置１００は、スイッチＳＷ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除しても、アークの発生を抑えることが可能になる。また図３３に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１６９】
図３４は、本開示の一実施形態に係るスイッチング装置１００の構成例を示す説明図である。図３４に示したスイッチング装置１００の構成例は、図２７に示したスイッチング装置１００の構成を変形したものである。なお、図３４に示したスイッチング装置１００は、図２８に示したタイミングチャートと同様に動作する。
【０１７０】
図３４に示したスイッチング装置１００は、ＳＳＲ１０１と、機械式リレーＲＹ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を備える。図３４に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１への電力供給がなくなると、キャパシタＣ２と抵抗Ｒ１に加え、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２とのフィルタに抵抗Ｒ２を加えて、ＳＳＲ１０１に設けられるＲＣ回路の時定数を切り替えている。すなわち図３４に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１への電力供給がなくなると、キャパシタＣ２と抵抗Ｒ１に加え、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２とのフィルタに抵抗Ｒ２を加えて、ＲＣ回路の時定数を短くしている。ダイオードＤ２及びキャパシタＣ３は、スイッチＳＷ１の接点１ｂが離れる時に電力を供給するための回路となっている。ダイオードＤ４及びキャパシタＣ３は、機械式リレーＲＹ１への電力供給が無くなった時の電力を蓄えておく回路となっている。
【０１７１】
従って図３４に示したスイッチング装置１００は、端子Ｖ＋から端子Ｖ−へ電流が流れなくなり、機械式リレーＲＹ１が接点１ａ、２ａとの接続を解除してもアークの発生を抑え、サージを吸収することが出来る。また図３４に示したスイッチング装置１００は、端子の数を４つにして、一般的なリレーと同じような接続を可能にしたことで、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１７２】
また図３４に示したスイッチング装置１００は、機械式リレーＲＹ１が駆動して接点が接点１ａ、２ａと接続するように切り替わった後は、機械式リレーＲＹ１の接点２ａの接触のみによる通電となる。この際、機械式リレーＲＹ１の接点２ａが酸化被膜などにより劣化したとしても、その被膜を破壊する一時的なスパークが接点２ａに発生することで、機械式リレーＲＹ１のセルフクリーニング効果を発揮させる効果を奏する。
【０１７３】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の一実施形態によれば、電力の供給と遮断とを切り替える際にＳＳＲと機械式リレーとを並列に接続した際に、アークの発生を抑えたスイッチング装置が提供される。
【０１７４】
例えば本開示の一実施形態によれば、機械式リレーにＳＳＲを並列に接続したスイッチング装置が提供される。本開示の一実施形態に係るスイッチング装置は、機械式リレーにＳＳＲを並列に接続することで、機械式リレーの接点の接続時に発生するチャタリングが電力の出力に影響せず、また機械式リレーの接点の解離時にアークの発生を抑えることができる。
【０１７５】
また本開示の一実施形態に係るスイッチング装置は、機械式リレーにＳＳＲを並列に接続して、ＳＳＲの状態の切り替わりのタイミングを、フリップフロップ回路やキャパシタ等を用いて適切に制御することで、動作の不安定化の要因となる遅延回路などを設けずに、機械式リレーの接点の解離時にアークの発生を抑えることができる。
【０１７６】
また本開示の一実施形態に係るスイッチング装置は、既存のリレーと同じく４端子での動作を可能にすることもできる。４端子での動作を可能にしつつ、電力の切断時のアークの発生を抑えていることで、４端子での動作を可能にするスイッチング装置は、既存のリレーから置き換えて使用することができる。
【０１７７】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１７８】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１７９】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替えるとともに、一端が前記半導体リレーの制御端子に接続される機械式リレーと、
前記半導体リレーへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、
を備え、
前記半導体リレーは、前記機械式リレーのコイルに電流が流れて接点が切り替わった後で前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーのコイルに電流が流れなくなって接点が切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となる、スイッチング装置。
（２）
前記機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
をさらに備え、
前記第２のフリップフロップ回路は、前記第１のフリップフロップ回路によって前記機械式リレーのコイルに電流が流れなくなった後に、前記半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、前記（１）に記載のスイッチング装置。
（３）
前記第１のフリップフロップ回路の反転出力を前記第２のフリップフロップ回路へ出力する、前記（２）に記載のスイッチング装置。
（４）
前記電源は、直流電源である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のスイッチング装置。
（５）
前記機械式リレーは自動復帰型リレーである、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のスイッチング装置。
（６）
前記機械式リレーはラッチング型リレーである、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のスイッチング装置。
（７）
第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、
第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、
前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、
前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、
前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
を備え、
前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、前記第２のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後に、前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置。
（８）
前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーがオフ状態の場合に、前記第１のフリップフロップ回路へ相対するブレーク接点からの信号を入力する、前記（７）に記載のスイッチング装置。
（９）
前記第２のフリップフロップ回路は、出力を前記第１のフリップフロップ回路の出力にフィードバックさせて、前記第１のフリップフロップ回路は、前記第２のフリップフロップ回路の出力を受けて、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの電流が流れなくなった方の他方に電流を流す、前記（７）または（８）に記載のスイッチング装置。
（１０）
第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の半導体リレーと、
第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の半導体リレーと、
前記第１の半導体リレーと並列に接続されて前記第１の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第１の機械式リレーと、
前記第２の半導体リレーと並列に接続されて前記第２の交流電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の機械式リレーと、
前記第１の機械式リレー及び前記第２の機械式リレーの動作を制御する第１のフリップフロップ回路と、
前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力する第２のフリップフロップ回路と、
前記第１の交流電源の出力を用いて第１のトリガ信号を生成する第１のトリガ回路と、
前記第２の交流電源の出力を用いて第２のトリガ信号を生成する第２のトリガ回路と、
を備え、
前記第１のフリップフロップ回路は、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなった後で他方に電流を流し、
前記第２のフリップフロップ回路は、出力を前記第１のフリップフロップ回路の出力にフィードバックさせると共に、前記第１の機械式リレーまたは前記第２の機械式リレーの一方に電流が流れなくなり、他方に電流が流れた後に、前記第１のトリガ信号または前記第２のトリガ信号に基づいて前記第１の半導体リレーの制御端子及び前記第２の半導体リレーの制御端子への出力を反転させる、スイッチング装置。
（１１）
前記第１のトリガ回路及び前記第２のトリガ回路は、前記第１の交流電源及び前記第２の交流電源が所定の第１の閾値電圧以下になったタイミング及び前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧を超えたタイミングで、それぞれ前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号を生成する、前記（１０）に記載のスイッチング装置。
（１２）
前記第１のトリガ回路及び前記第２のトリガ信号は、さらに、前記第１の交流電源及び前記第２の交流電源が前記第１の閾値電圧を超えたタイミング及び前記第２の閾値電圧以下になったタイミングで、それぞれ第３のトリガ信号及び第４のトリガ信号を生成し、
前記第２のフリップフロップ回路の出力と、前記第３のトリガ信号及び前記第４のトリガ信号との否定論理積をそれぞれ前記第１のフリップフロップ回路へ出力する第１のＮＡＮＤゲート及び第２のＮＡＮＤゲートをさらに備える、前記（１１）に記載のスイッチング装置。
（１３）
電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記電源からの電力の供給及び遮断を切り替える機械式リレーと、
前記機械式リレーと並列に接続されるとともに前記半導体リレーの制御端子に一端が接続されるキャパシタと、
を備え、
前記半導体リレーは、前記機械式リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に前記制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、前記機械式リレーがオン状態からオフ状態に切り替わった後で前記制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となり、
前記キャパシタは、前記機械式リレーがオン状態になっている間に蓄電し、前記機械式リレーがオフ状態に切り替わった後に前記半導体リレーをオン状態に維持するための電力を出力する、スイッチング装置。
（１４）
前記半導体リレーの制御端子にハイ状態またはロー状態の電圧を出力するフリップフロップ回路をさらに備える、前記（１３）に記載のスイッチング装置。
（１５）
前記機械式リレーは自動復帰型リレーである、前記（１３）または（１４）に記載のスイッチング装置。
（１６）
前記機械式リレーは手動復帰型リレーである、前記（１３）または（１４）に記載のスイッチング装置。
（１７）
前記機械式リレーがオフ状態を解除すると前記半導体リレーを通じた通電を開始し、前記機械式リレーがオフ状態を解除してから所定時間経過後にオン状態に切り替わると前記機械式リレーを通じた通電のみに切り替わる、前記（１３）に記載のスイッチング装置。
（１８）
前記機械式リレーの状態が切り替わると、前記半導体リレーの前段に設けられるＲＣ回路の時定数を変化させる、前記（１３）〜（１７）のいずれかに記載のスイッチング装置。
（１９）
第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、
前記半導体リレーと並列に接続されて前記第１の電源からの電力の供給及び遮断を切り替えるとともに、一端が前記半導体リレーの制御端子に接続される第１の自己保持型機械式リレーと、
第２の電源からの電力の供給及び遮断を切り替える第２の自己保持型機械式リレーと、
前記第１の自己保持型機械式リレー及び第２の自己保持型機械式リレーへの電流の供給及び遮断を制御するスイッチと、
前記スイッチと、前記第１の自己保持型機械式リレー及び前記第２の自己保持型機械式リレーとの間に設けられるタイミング調整回路と、
を備え、
前記タイミング調整回路は、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を開始する場合には、前記第２の自己保持型機械式リレー、前記半導体リレー、前記第１の自己保持型機械式リレーでオン状態となり、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を停止する場合には、前記第１の自己保持型機械式リレー、前記半導体リレー、前記第２の自己保持型機械式リレーでオフ状態となるようタイミングを調整する、スイッチング装置。
（２０）
前記タイミング調整回路は、前記スイッチの操作により前記第１の電源及び前記第２の電源からの電力の供給を開始または停止する際に、前記第１の自己保持型機械式リレーの前段に設けられる第１のＲＣ回路及び前記第２の自己保持型機械式リレーの前段に設けられる第２のＲＣ回路の時定数の切り替えを行う、前記（１８）に記載のスイッチング装置。
（２１）
前記（１）〜（２０）のいずれかに記載のスイッチング装置を備える、移動体。
（２２）
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、前記（１）〜（２０）のいずれかに記載のスイッチング装置と、
を備える、電力供給システム。
【符号の説明】
【０１８０】
１００      ：スイッチング装置
１１１      ：インバータ
１１２      ：インバータ
１２１      ：インバータ
１２２      ：インバータ
１３１      ：インバータ
１３２      ：インバータ
１３３      ：ＡＮＤゲート
１４１      ：ＮＡＮＤゲート
１４２      ：ＮＡＮＤゲート
１５１      ：トリガ信号生成部
１５２      ：トリガ信号生成部
１５３      ：ＮＡＮＤゲート
１５４      ：ＮＡＮＤゲート
ＲＳＦＦ１  ：ＲＳフリップフロップ回路
ＲＳＦＦ２  ：ＲＳフリップフロップ回路
ＲＹ１      ：機械式リレー
ＲＹ２      ：機械式リレー
ＳＷ１      ：スイッチ
【要約】
【課題】ソリッドステートリレーに機械式リレーを組み合わせて電力の供給と遮断を行う際に機械式リレーによるチャタリングの影響を抑え、安定した電力の供給と遮断が可能なスイッチング装置を提案する。
【解決手段】電源からの電力の供給及び遮断を切り替える半導体リレーと、半導体リレーと並列に接続されて、一端が半導体リレーの制御端子に接続される機械式リレーと、半導体リレーへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、を備え、半導体リレーは、機械式リレーのコイルに電流が流れて接点が切り替わった後で制御端子にハイ状態の電圧が印加されることでオン状態になり、機械式リレーのコイルに電流が流れなくなって接点が切り替わった後で制御端子にロー状態の電圧が印加されることでオフ状態となる、スイッチング装置が提供される。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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