(57)【要約】【課題】スイッチ装置の可動接点を従来技術に比較して高速で復帰させる制御回路を提供する。【解決手段】可動接点を有する第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の可動接点を制御する駆動コイルとを含むスイッチ装置であって、電源からの電源電圧の供給時に前記駆動コイルが前記可動接点をオンした後、オフしたときに前記可動接点を復帰させるスイッチ装置のための制御回路において、前記電源と前記制御回路との間に整流回路又はサージ吸収用素子が接続され、前記制御回路は、前記整流回路又は前記サージ吸収用素子と、前記第１のスイッチ素子との間に挿入され、前記電源電圧の供給がオフされたときにオフする第２のスイッチ素子をさらに備え、前記第２のスイッチ素子をオフすることで第１のスイッチ素子をオフする。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動接点を有する第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の可動接点を制御する駆動コイルとを含むスイッチ装置であって、電源からの電源電圧の供給時に前記駆動コイルが前記可動接点をオンした後、オフしたときに前記可動接点を復帰させるスイッチ装置のための制御回路において、
前記電源と前記制御回路との間に整流回路又はサージ吸収用素子が接続され、
前記制御回路は、
前記整流回路又は前記サージ吸収用素子と、前記第１のスイッチ素子との間に挿入され、前記電源電圧の供給がオフされたときにオフする第２のスイッチ素子をさらに備え、
前記第２のスイッチ素子をオフすることで第１のスイッチ素子をオフすることを特徴とするスイッチ装置のための制御回路。
【請求項２】
前記第２のスイッチ素子は、電圧制御型スイッチ素子であることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項３】
前記電圧制御型スイッチ素子は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であることを特徴とする請求項２記載の制御回路。
【請求項４】
前記制御回路は、２つの分圧抵抗を含む分圧回路であって、前記電源の電圧を分圧し、前記分圧された電圧により前記第２のスイッチ素子を駆動する分圧回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３記載の制御回路。
【請求項５】
可動接点を有する第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の可動接点を制御する駆動コイルとを含むスイッチ装置であって、電源からの電源電圧の供給時に前記駆動コイルが前記可動接点をオンした後、オフしたときに前記可動接点を復帰させるスイッチ装置のための制御回路において、
前記制御回路は、
前記電源と前記第１のスイッチ素子との間に挿入され、前記可動接点がオフされたときにオフする第２のスイッチ素子をさらに備え、
前記第２のスイッチ素子は別の駆動コイルにより駆動され、前記駆動コイル又は前記別の駆動コイルにサージ吸収用素子が接続されたことを特徴とするスイッチ装置のための制御回路。
【請求項６】
前記第２のスイッチ素子は電磁継電器であることを特徴とする請求項５記載の制御回路。
【請求項７】
前記サージ吸収用素子は、ダイオード、スナバ回路、バリスタ、ツェナーダイオード、ＣＲ回路及び抵抗のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の制御回路。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の制御回路と、
前記第１のスイッチ素子とを備えたことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項９】
前記スイッチ装置は、電磁継電器又は開閉器であることを特徴とする請求項８記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電磁継電器、開閉器などのスイッチ装置の復帰時における吸引力を低減するスイッチ装置のための制御回路、及び前記制御回路を備えたスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１では、電磁継電器の接点ばねの荷重を大きくすることなく必要な接点圧力を確保するために、ガイドの復帰ばねに抗しての固定接点側への移動により接触片の可動接点を固定接点に接触させる電磁接触器が開示されている。この電磁継電器は、両端部にばね片部を形成したばね用補助部材を有し、このばね用補助部材を接触片に固着し、ガイドに、このガイドの移動によりばね片部に衝合することで、このばね片部を撓ませて負荷を発生させる衝合部を設け、ばね片部の負荷を、可動接点が固定接点に接触する直後で発生させて、接点ばねの接点ばね荷重と負荷とを、可動接点を固定接点に接触させる接点圧力として接触片に作用させるようにしたことを特徴としている。
【０００３】
また、特許文献２では、電子チョッパーを用いた電力削減用の制御回路が開示されている。当該制御回路では、電源から供給されるスプリング・バイアス式のＤＣアクチュエータへのコイル電流をチョッパー回路により制御することで、電圧補正、高速ドロップアウト時間機能を備えたことを特徴としている。
【０００４】
図８は従来例にかかる電磁継電器のための制御回路及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図８において、直流電源８０は電源スイッチＳＷ及び電磁継電器の駆動コイル７０Ｃを介して接地される。ここで、駆動コイル７０Ｃと並列に、電源スイッチＳＷのオン時のサージ電流を吸収するためのダイオードＤ７０が接続されている。図８において、電源スイッチＳＷがオフされたときに、駆動コイル７０Ｃに逆起電圧が印加されることで、駆動コイル７０ＣとダイオードＤ７０に電流ＩＤ７０が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０２７００号公報
【特許文献２】米国特許第５９１４８４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は図８の電磁継電器のための制御回路の動作を示すグラフであって、図９（Ａ）は電磁継電器を復帰したときの時間特性を示すグラフであり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に対応する電磁継電器の吸引力を示すグラフである。
【０００７】
図９（Ａ）から明らかなように、電源スイッチＳＷがオンされたとき、電流ＩＳＷ及び電流Ｉ１０Ｃが増大し、電源スイッチＳＷがオフされたとき、駆動コイル７０ＣとダイオードＤ７０からなる回路に電流ＩＤ７０が逆起電流として流れる。このとき、図９（Ｂ）から明らかなように、駆動コイル７０Ｃのインダクタンスに基づく逆起電流により発生する吸引力で、駆動コイル７０Ｃの電磁継電器の可動接点が復帰する動作を阻害する場合があり、電磁継電器の可動接点の復帰が遅れるという問題点があった。なお、上述の特許文献１及び２の駆動コイルにおいても同様の問題点が発生する。
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば電磁継電器などのスイッチ装置の可動接点を従来技術に比較して高速で復帰させることができるスイッチ装置のための制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様にかかるスイッチ装置のための制御回路は、可動接点を有する第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の可動接点を制御する駆動コイルとを含むスイッチ装置であって、電源からの電源電圧の供給時に前記駆動コイルが前記可動接点をオンした後、オフしたときに前記可動接点を復帰させるスイッチ装置のための制御回路において、
前記電源と前記制御回路との間に整流回路又はサージ吸収用素子が接続され、
前記制御回路は、
前記整流回路又は前記サージ吸収用素子と、前記第１のスイッチ素子との間に挿入され、前記電源電圧の供給がオフされたときにオフする第２のスイッチ素子をさらに備え、
前記第２のスイッチ素子をオフすることで第１のスイッチ素子をオフすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
従って、本発明に係るスイッチ装置のための制御回路によれば、例えば電磁継電器、開閉器などのスイッチ装置の可動接点を従来技術に比較して高速で復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施形態１にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０１及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態１の変形例にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０１及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図２】従来例及び実施形態１に係る電磁継電器１０のための制御回路の動作を示すグラフであって、（Ａ）は図１のＭＯＳトランジスタＱ１をオフしたときの電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃの電流の時間特性を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に対応する電磁継電器１０の吸引力を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態２にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０２及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態３にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０３及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態４にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０４及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態５にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０５及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図７】本発明の実施形態６にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０６及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図８】従来例にかかる電磁継電器のための制御回路及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【図９】図８の制御回路の動作を示すグラフであって、（Ａ）は電磁継電器を復帰したときの時間特性を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に対応する電磁継電器の吸引力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る各実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１３】
実施形態１
図１Ａは本発明の実施形態１にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０１及び周辺回路の構成例を示す回路図である。
【００１４】
図１Ａにおいて、電磁継電器１０のための制御回路１０１及び周辺回路は、交流電源１と、電源スイッチＳＷと、整流回路であるダイオードブリッジ回路３と、電磁継電器１０と、制御回路１０１とを備えて構成される。電磁継電器１０は、固定接点１０ａ，１０ｂと、可動接点１０ｃと、インダクタンスＬｄの駆動コイル１０Ｃとを備えて構成される。制御回路１０１は、抵抗値ＲＡの分圧抵抗５ａ及び抵抗値ＲＢの分圧抵抗５ｂを含む分圧回路５と、容量値Ｃ１のコンデンサ６と、ツェナーダイオードＺＮ１と、ＭＯＳトランジスタＱ１と、保護回路２０とを備えて構成される。保護回路２０は、抵抗値Ｒｓｕｎａの抵抗２２及び容量値Ｃ２のコンデンサ２１を含むスナバ回路と、サージ電流吸収用ダイオードＤ２とを備えて構成される。
【００１５】
交流電源１により発生された交流電圧は電源スイッチＳＷを介してダイオードブリッジ回路３に入力される。ダイオードブリッジ回路３は入力される交流電圧を全波整流して、整流後の脈流電圧を、分圧回路５、並びに保護回路２０及びＭＯＳトランジスタＱ１の直列回路を介して電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃの両端に入力される。分圧回路５は２つの分圧抵抗５ａ，５ｂを用いて印加される電圧を分圧電圧に分圧し、当該分圧電圧はコンデンサ６及びツェナーダイオードＺＮ１を介してＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに印加される。ここで、ツェナーダイオードＺＮ１は所定の定電圧でＭＯＳトランジスタＱ１がオンするために設けられる。なお、ダイオードブリッジ回路３の一端は分圧回路５の一端及び保護回路２０の一端を介して駆動コイル１０Ｃの一端に接続され、ダイオードブリッジ回路３の他端は分圧回路５の他端を介してＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインは保護回路２０の他端を介して駆動コイル１０Ｃの他端に接続される。
【００１６】
図２は従来例及び実施形態１に係る電磁継電器１０のための制御回路１０１の動作を示すグラフであって、図２（Ａ）は図１ＡのＭＯＳトランジスタＱ１をオフしたときの電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃの電流の時間特性を示すグラフであり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に対応する電磁継電器１０の吸引力を示すグラフである。
【００１７】
以上のように構成された制御回路１０１において、電源スイッチＳＷがオフされているときは、ＭＯＳトランジスタＱ１はオフされ、電磁継電器１０の可動接点１０ｃは固定接点０ａに接続されている。次いで、電源スイッチＳＷをオンしたとき、ＭＯＳトランジスタＱ１がオンされ、電磁継電器１０の可動接点１０ｃは固定接点１０ａから固定接点１０ｂに切り換えて接続されてオンされる。さらに、電源スイッチＳＷをオフしたとき、図２（Ａ）に示すように、駆動コイル１０Ｃの電流が低下するが、まずはＭＯＳトランジスタＱ１がオフし、駆動コイル１０Ｃの電流を従来技術に比較して高速で低下させることで、図２（Ｂ）に示すように駆動コイル１０Ｃの吸引力も高速で低下させる。そして、その後、電磁継電器１０の可動接点１０ｃが固定接点１０ｂから固定接点１０ａに切り替わりオフされる。従って、電磁継電器１０の可動接点１０ｃを従来技術に比較して高速で復帰させることができる。
【００１８】
以上の実施形態において、電源電圧を分圧するための分圧抵抗５ａ，５ｂの抵抗値ＲＡ，ＲＢを変更することで、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート−ソース間電圧のレベルを変更することができる。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ１のオン／オフタイミングを自由に調整できるので、復帰電圧を電磁継電器１０の電磁石の設計以外の箇所で調整することができる。
【００１９】
以上の実施形態において、駆動コイル１０Ｃに保護回路２０を並列に接続することで、ＭＯＳトランジスタＱ１のサージ耐性を向上させることができる。ここで、保護回路２０内のスナバ回路のＲＣ時定数を調整することで、電磁継電器１０の電磁石の鉄片と接点の復帰速度を制御することができる。
【００２０】
以上の実施形態において、電磁継電器１０の復帰時における吸引力を低減するためにＭＯＳトランジスタＱ１を用いているが、本発明はこれに限らず、これに代えて、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電圧制御型スイッチ素子を用いてもよい。
【００２１】
図１Ｂは本発明の実施形態１の変形例にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０１及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図１Ｂにおいて、実施形態１の変形例は、図１Ａの実施形態１に比較して、ダイオードブリッジ回路３に代えて、サージ吸収用素子であるダイオードＤ１を備えたことを特徴とする。ここで、ダイオードＤ１は、交流電源１とスイッチＳＷの直列回路に対して並列に接続される。
【００２２】
実施形態２
図３は本発明の実施形態２にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０２及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図３において、制御回路１０２は、電磁継電器３０と、保護回路２０とを備えて構成される。ここで、電磁継電器３０は接点スイッチ３２とそれを制御する駆動コイル３１とを備えて構成される。実施形態２は、逆起電流低減用電磁継電器３０をダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃとの間に挿入したことを特徴としている。
【００２３】
図３において、交流電源１からの交流電圧は電源スイッチＳＷを介してダイオードブリッジ回路３に入力される。ダイオードブリッジ回路３は入力される交流電圧を全波整流して接点スイッチ３２を介して電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃの一端に印加されるとともに、駆動コイル３１を介して接地される。駆動コイル１０Ｃと並列に、保護回路２０が接続される。
【００２４】
以上のように構成された制御回路１０１において、ダイオードブリッジ回路３を備えているので、上述の電磁継電器１０の可動接点１０ｃの復帰遅延の問題が発生する。しかし、制御回路１０１によれば、電磁継電器３０を、ダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０の駆動コイル１０Ｃとの間に挿入しているので、電源スイッチＳＷをオンからオフしたときに接点スイッチ３２がオフされる。従って、駆動コイル１０Ｃの電流を従来技術に比較して高速で低下させることで、駆動コイル１０Ｃの吸引力も高速で低下させる。そして、その後、電磁継電器１０の可動接点１０ｃが固定接点１０ｂから固定接点１０ａに切り替わりオフされる。それ故、電磁継電器１０の可動接点１０ｃを従来技術に比較して高速で復帰させることができる。
【００２５】
実施形態１では、ＭＯＳトランジスタＱ１を用いているために、ダイオードブリッジ回路３の出力電圧の全波整流波形をコンデンサ６等で平滑させる必要がある。しかし、実施形態２のように電磁継電器３０を挿入した場合は、駆動コイル３１のインダクタンスにより全波整流波形の直流成分が取り出せるため、コンデンサ６等の平滑回路用部品が不必要になる。これについては、後述する実施形態３〜６についても同様である。
【００２６】
実施形態３
図４は本発明の実施形態３にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０３及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図４において、実施形態３は、実施形態２と同様に、電磁継電器１０の復帰時の逆起電力をカットするための電磁継電器３０をダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０との間に挿入したことを特徴としているが、図３の実施形態２に比較して、以下の点が異なる。すなわち、保護回路２０に代えて、駆動コイル３０Ｃの両端にサージ吸収用ダイオードＤ１１を接続した。以上のように構成された実施形態３によれば、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【００２７】
実施形態４
図５は本発明の実施形態４にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０４及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図５において、実施形態４は、実施形態２と同様に、電磁継電器１０の復帰時の逆起電力をカットするための電磁継電器３０をダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０との間に挿入したことを特徴としているが、図４の実施形態３に比較して、以下の点が異なる。すなわち、サージ吸収用ダイオードＤ１１に代えて、サージ吸収用バリスタＶＡ１を備える。以上のように構成された実施形態４によれば、実施形態２及び３と同様の作用効果を有する。
【００２８】
実施形態５
図６は本発明の実施形態５にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０５及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図６において、実施形態５は、実施形態２と同様に、電磁継電器１０の復帰時の逆起電力をカットするための電磁継電器３０をダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０との間に挿入したことを特徴としているが、図４の実施形態３に比較して、以下の点が異なる。すなわち、サージ吸収用ダイオードＤ１１に代えて、ダイオードＤ１１及びツェナーダイオードＺＮ２の直列回路からなるサージ吸収用回路を備える。以上のように構成された実施形態５によれば、実施形態２〜４と同様の作用効果を有する。
【００２９】
実施形態６
図７は本発明の実施形態６にかかる電磁継電器１０のための制御回路１０６及び周辺回路の構成例を示す回路図である。図７において、実施形態６は、実施形態２と同様に、電磁継電器１０の復帰時の逆起電力をカットするための電磁継電器３０をダイオードブリッジ回路３と電磁継電器１０との間に挿入したことを特徴としているが、図４の実施形態３に比較して、以下の点が異なる。すなわち、サージ吸収用ダイオードＤ１１に代えて、抵抗値Ｒ１１の抵抗４１及び容量値Ｃ１１のコンデンサ４２の直列回路からなるサージ吸収用ＣＲ回路４０を備える。以上のように構成された実施形態６によれば、実施形態２〜５と同様の作用効果を有する。
【００３０】
変形例
実施形態において、サージ吸収用素子又は回路は、ダイオード、スナバ回路、バリスタ、ツェナーダイオード、ＣＲ回路、及び抵抗（サージ電圧を低減するための制限抵抗）のうちの少なくとも１つを含むように構成してもよい。
【００３１】
実施形態２〜６において、ダイオードブリッジ回路３を備えているが、本発明はこれに限らず、ダイオードブリッジ回路３に代えて、図１Ｂのサージ吸収素子であるダイオードＤ１を備えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかる制御回路は、例えば電磁継電器、例えば電力用開閉器などのスイッチ装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…交流電源、
２…コンデンサ、
３…ダイオードブリッジ回路、
５…分圧回路、
５ａ，５ｂ…分圧抵抗、
６…コンデンサ、
１０…電磁継電器、
１０Ｃ…駆動コイル、
１０ａ，１０ｂ…固定接点、
１０ｃ…可動接点、
２０…保護回路、
２１…コンデンサ、
２２…抵抗、
３０…電磁継電器、
３０Ｃ…駆動コイル、
３０ａ，３０ｂ…固定接点、
３０ｃ…可動接点、
３１…駆動コイル、
３２…接点スイッチ、
４０…ＣＲ回路、
４１…抵抗、
４２…コンデンサ、
１０１．１０２，１０３，１０４，１０５，１０６…制御回路、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１…ダイオード、
Ｑ１…ＭＯＳトランジスタ、
ＳＷ…電源スイッチ、
ＶＡ１…バリスタ、
ＺＮ１，ＺＮ２…ツェナーダイオード。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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