(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定電源電圧を供給する電源部と、
駆動コイルへの電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧の負荷への供給経路を提供する開閉器と、
前記開閉器に並列に接続され、ゲート信号により前記電源電圧の負荷への供給経路を提供するスイッチと、
コンデンサと放電回路を備え、前記スイッチのターンオフ時に前記コンデンサを充電した後、該充電された電圧が所定電圧以上であると前記放電回路を介して放電される、前記電源部に並列に接続されるスナバ回路と、
前記負荷に並列に接続され、前記スイッチのターンオフ時に前記負荷に放電電流の経路を提供することで、放電電流を除去する放電電流除去部と、を包含して構成されることを特徴とするハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項２】
前記スイッチは、第１半導体スイッチであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項３】
前記スナバ回路は、前記電源部に並列に、ダイオードのカソード側と前記コンデンサとが直列接続された回路が、該ダイオードのカソード側であってコンデンサが接続された接続点で分岐して第１及び第２抵抗が直列接続され、さらに該接続点にトランジスタのコレクタが接続され、前記第１及び第２抵抗の接続点とツェナーダイオードのカソード側とが接続され、前記トランジスタのベースに前記ツェナーダイオードのアノード側と第３抵抗が接続され、前記トランジスタのエミッタと第４抵抗とが接続され、前記第２抵抗の第１抵抗が接続されていない側、前記第３抵抗のトランジスタ及びツェナーダイオードが接続されていない側、及び前記第４抵抗のトランジスタが接続されていない側は、前記コンデンサのダイオードが接続されていない側に接続されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項４】
前記放電電流除去部は、ダイオードのアノードと抵抗とが接続され、該ダイオードのカソード及び抵抗の他端が前記負荷に接続されたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項５】
所定電源電圧を供給する電源部と、
駆動コイルの電圧印加の有無によってスイッチングされて、前記電源電圧の負荷への供給経路を提供する開閉器と、
前記開閉器に並列に接続され、ゲート信号により前記電源電圧の極性に関係なく、負荷への供給経路を双方向に提供するスイッチと、
前記電源部にアノードが接続された第１のダイオードと、前記負荷にアノードが接続された第２のダイオードを介してコンデンサと放電回路が接続され、前記開閉器及び前記スイッチがターンオフ時に前記電源電圧ＶＤＣの印加を受けて前記コンデンサに充電された電圧が所定電圧以上になると前記放電回路を介して自動的に放電することで、所定電圧を維持させるスナバ回路と、
前記スイッチのターンオフ時に、極性に関係ない電圧を充電した負荷の放電電流の経路を提供することで、放電電流を除去する、前記電源に並列に接続された第１放電電流除去部及び前記負荷に並列に接続された第２放電電流除去部と、を包含して構成されることを特徴とするハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項６】
前記スイッチは、双方向スイッチであることを特徴とする請求項５記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項７】
前記スイッチは、第１及び第２スイッチング素子から構成されたことを特徴とする請求項５記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項８】
前記第１スイッチング素子は、第１トランジスタと第１ダイオードが並列に接続され、前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子と逆方向に接続され、第２トランジスタと第２ダイオードが並列接続されるように構成されたことを特徴とする請求項７記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項９】
前記第１及び第２放電電流除去部は、ダイオードのアノードと抵抗とが接続され、該ダイオードのカソードと抵抗の他端とがそれぞれ前記電源部及び負荷に接続されたことを特徴とする請求項５記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項１０】
所定電源電圧を供給する電源部と、
駆動コイルの電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧の負荷への供給経路を提供する開閉器と、
前記開閉器に並列に接続され、ゲート信号により前記電源部の極性に関係なく、負荷への供給経路を双方向に提供するスイッチと、
電源部に第１ブリッジダイオードを介して接続され、かつ前記負荷に第２ブリッジダイオードを介して接続されるコンデンサと放電回路を備え、前記開閉器及びスイッチがターンオフ時に前記電源部の極性に関係なく、前記電源部の電源電圧の印加を受けて充電された負荷の放電電流の経路を提供すると共に、前記コンデンサに充電された電圧が所定電圧以上になると、前記放電回路を介して自動的に放電することで所定電圧を維持させるスナバ回路及び放電電流除去部と、を包含して構成されることを特徴とするハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項１１】
前記スイッチは、双方向スイッチであることを特徴とする請求項１０記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項１２】
前記スイッチは、第１及び第２スイッチング素子から構成されたことを特徴とする請求項１０記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項１３】
前記第１スイッチング素子は、第１トランジスタと第１ダイオードが並列に接続され、前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子と逆方向に接続され、第２トランジスタと第２ダイオードが並列接続されるように構成されたことを特徴とする請求項１２記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【請求項１４】
前記スナバ回路及び放電電流除去部は、前記コンデンサと、第１及び第２抵抗の直列回路とが並列接続され、エミッタ・コレクタ間に逆並列接続されたダイオードを有するトランジスタのコレクタに、前記第１抵抗の前記コンデンサの一端に接続された一方側が接続され、前記トランジスタのベースにアノードが接続されたツェナーダイオードのカソードが、前記第１抵抗の前記第２抵抗が接続する他端に接続され、前記トランジスタのベースに第３抵抗が接続され、前記トランジスタのエミッタの一端に第４抵抗が接続され、前記第３抵抗及び第４抵抗の他端は、前記コンデンサの他端に接続され、前記第１ブリッジダイオードと前記第２ダイオードブリッジの極性は、前記コンデンサに対して同一であるように構成されたことを特徴とする請求項１０記載のハイブリッド直流電磁接触器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド直流電磁接触器に係るもので、詳しくは、機械式接触スイッチに半導体スイッチを並列に接続させることで、ハイブリッド構造の接触器が開閉瞬間にアークが発生することなく、漏洩電流を最小化し得るハイブリッド直流電磁接触器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電源と負荷間を電気的に接続させるか、又は分離させる時に最も普通に使用するものが電磁接触器或いは電磁開閉器である。
【０００３】
機械式接触器は、空間的に分離されている二つの固定電極間を移動電極により接続させる、又は接続されたものを分離し得るが、接続させる時には電磁石の力を利用して、分離させる時にはスプリングの力を利用するようになる。この時、電極に電流が流れる途中に開閉器を開放させると、線路、負荷又は電源側の浮遊インダクタンス成分に蓄積されたエネルギーによって接点部分からアークが発生することで、接点に損傷が発生する。
【０００４】
従って、このようなアーク発生に耐えるようにするため、接触器接点部分は特殊な材料及び形状が要求され、この時に発生するアークを迅速で、且つ安全に消弧させるために接触器の接点上段部に常に特殊形状のアーク消弧部が存在している。
【０００５】
このような機械式電磁接触器の問題点を克服するため、交流用電磁開閉器の機械接点を全て半導体スイッチに置き換えたSSR(ソリッド・ステート・リレー)又はSSC(ソリッド・ステート・コンタクタ)が提案されて一部使用中であるが、通電時に半導体スイッチの両端の電圧降下によって熱が多量に発生して別途にヒートシンク又は冷却ファンを配置しなければならないという問題点があるため、特殊な用途のみに利用されている。
【０００６】
又、直流用電磁接触器の場合にも、強制消弧能力がある半導体スイッチング素子に置き換えて使用する場合があるが、相変らず機械式直流電磁接触器が主に利用されている。
【０００７】
従来の交流用ハイブリッド開閉器の構成においては、図7に示したように、交流電源1が機械的主接点5を通して負荷7に接続されるか、又は分離される。通常の交流用電磁開閉器には、補助接点4が基本装置として配置される。
【０００８】
然し、従来の交流用ハイブリッド開閉器では、前記主接点5と双方向半導体スイッチのトライアック2が並列に接続され、該トライアック2のゲートG端子とアノードA端子間に抵抗3が接続され、前記トライアック2のゲートG端子とカソードK端子間には、開閉器の前記補助接点4が接続されている。
【０００９】
以下、前記開閉器主接点5が開放状態から閉成状態に、再び閉成状態から開放状態に変化する過程によって、従来の交流用ハイブリッド開閉器の基本的動作を説明する。
【００１０】
前記開閉器主接点5が開放状態では、前記補助接点4は閉成されることで、前記トライアック2のゲートGは、カソードKと短絡されるため、前記トライアック2はオフ状態を維持する。この時、前記交流電源1と前記負荷7間には、前記抵抗3を通して微少な電流(数十〜数百mA)が流れる。
【００１１】
次いで、開閉器をターンオンさせるため、前記コイル6に電圧が印加されると、開閉器の前記主接点5及び前記補助接点4が動き始めて、前記主接点5が閉成される前に、前記補助接点4が開放され、前記補助接点6が開放されると、前記トライアック2のゲートG及びカソードK間に駆動信号が印加され、数十〜数百mA程度の電流が前記トライアック2のゲートG端子に流れるようになる。
【００１２】
この時、前記トライアック2はゲート電流の極性と関係なく動作するため、充分なゲート電流が前記トライアック2に流れる場合のみにターンオンされることで、前記交流電源1及び前記負荷7は、前記トライアック2を介して接続されて負荷に流れる電流が前記トライアック2にも流れるようになる。
【００１３】
次いで、所定時間が経過した後、前記主接点5が閉成されると、機械的特性上、若干のチャタリング現象が発生するが、前記主接点5が開放される瞬間、前記トライアック2のゲートGに電流が流れるため、機械的接点部位でアークが発生しなくなる。
【００１４】
機械的接点が完全に閉成されると、前記トライアック2の両端電圧が殆ど零電圧に近くなって前記トライアック2のターンオンのために必要な最小電圧(通常、数ボルトの水準である)が確保されないため、前記トライアック2はターンオフされる。
【００１５】
次いで、開閉器をターンオフさせるために前記駆動コイル6に印加された電圧を除去すると、接触器の前記主接点5及び前記補助接点4の可動電極部分が動き始め、前記主接点5が開放される。
【００１６】
次いで、前記主接点5が開放される瞬間に、前記トライアック2のゲートGに再び電流が流れると、前記トライアック2がターンオンされて負荷電流が流れるようになり、前記トライアック2両端の電圧降下は、数ボルト以下であるため、アーク発生が抑制される。
【００１７】
所定時間が経過した後、前記補助接点4が閉成されると、前記トライアック2のゲートG及びカソードKは再び短絡された状態になり、ケートGに流れる電流は0になるため、前記トライアック2に流れる電流の極性が変化して前記トライアック2がターンオフされるまで負荷電流は継続して前記トライアック2を通して流れる途中で中断される。
【００１８】
然し、図7に示したハイブリッド開閉器は、前記電源1が交流である場合のみに適用され、例えば、電源が直流である場合には、半導体スイッチ素子の前記トライアック2を消弧させる方法がないため、強制消弧能力のあるIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOS-FET(MOS電界効果型トランジスタ)及びBJT(バイポーラ接合トランジスタ)のような電力用半導体スイッチング素子を使用しなければならない。
【００１９】
以下、前記各電力用半導体スイッチング素子中、IGBTを使用する直流用ハイブリッド接触器に対し、説明する。
【００２０】
従来の直流用ハイブリッド接触器においては、図8に示したように、直流電源13が機械的主接点14を通して負荷12に接続されるか、又は分離される。
【００２１】
半導体スイッチ部11は前記主接点14に並列に接続され、ダイオードDfの一方端は前記負荷12と前記直流電源13の負(-)の端子に接続されている。
【００２２】
且つ、前記半導体スイッチ部11は、前記IGBTスイッチQA、転流ダイオードDf、スナバダイオードDS1、スナバコンデンサCS1及びス及びスナバ抵抗RS1から構成されている。
【００２３】
従来の直流用ハイブリッド接触器の基本動作は、図7に示した交流用ハイブリッド開閉器と同様である。
【００２４】
前記主接点14が開放された状態から閉成された状態に変化する時に、機械的特性上、若干のチャタリング現象によりアークが発生するが、その大きさが小さくて前記期間では前記IGBTスイッチQAをターンオフさせておいてもよいため、接触器の前記主接点14が閉成された状態から開放される状態に変換する過程のみに対し、説明する。ここで、上記のように前記IGBTスイッチQAを制御することは、負荷がコンデンサである場合、スイッチがオンされる時に大きい突入電流が発生し、このような場合には、前記IGBTスイッチQA素子に流れる電流値があまりに大きくなるため、製品の原価が上昇する。
【００２５】
先ず、図8に示した前記主接点14が開放されている状態では、前記IGBTスイッチQAがオフされた状態であるため、前記直流電源13及び前記負荷12は、スナバ回路DS1、CS1、RS1を介して接続されている。従って、接触器をターンオンさせるためにコイル19に電圧を印加し、この時前記IGBTスイッチQAはターンオフ信号が印加された状態を維持するようになる。
【００２６】
ターンオンされた接触器をターンオフさせるためには、先ず、機械式接触器と並列に接続された前記半導体スイッチQAをターンオンさせた後、前記コイル19に印加された電圧を除去すると、前記主接点14を通して流れた電流は、半導体スイッチQAを通して流れるようになり、ターンオンされた前記半導体スイッチQAの両端にかかる電圧は、2Vから3Vにすぎないため、前記主接点14には、アークが全く発生することなく、主接点が開放されるようになり、所定時間が経過した後に半導体スイッチQAのゲートGに印加された駆動信号を除去すると、前記負荷12を通して流れる電流は、前記ダイオードDS1及び前記抵抗Rs1を通して流れた後、流れなくなる。その後、直流電源側の浮遊インダクタンスLwに蓄積されていたエネルギーは、コンデンサCS1に吸収されながら半導体スイッチQAを通して流れる電流が流れなくなると、接触器のターンオフ過程が終了する。
【００２７】
このような従来のハイブリッド接触器は、前記半導体スイッチQA及び前記主接点14が全てターンオフしている時に問題点が発生する。即ち、ターンオフの状態で前記コンデンサCs1は、前記直流電源13の電圧と殆ど同様な大きさの電圧に充電された状態を維持するか、又は前記直流電源13の電圧の変動がない限り、(特に、電圧が増加される場合）、ターンオフ状態を維持する。
【００２８】
しかし、実際前記スナバ放電抵抗RS1によって前記コンデンサCS1は放電するため、前記コンデンサCS1両端の電圧が前記直流電源13の電圧より小さくなると、前記直流電源13から前記ダイオードDS1、前記コンデンサCS1及び前記抵抗RS1を通して負荷に電流が流れるようになる。この時、前記流れる電流値は、前記抵抗RS1値が小さいと、大きい電流が流れるようになり、前記抵抗RS1値が大きいと、小さい電流が流れるようになる。若し、接触器のターンオン/ターンオフ過程が頻繁に発生しないときは、抵抗RS1値を充分に大きくすることで、漏洩電流値を低減することができる。
【００２９】
しかし、前記スナバ回路は、半導体スイッチQAがターンオンされる時にスイッチの両端にかかるスパイク電圧を抑制することがその使用目的であるため、前記抵抗RS1をあまりに大きくすることができない。従って、漏洩電流現象は必然的な現象であるが、若し、該漏洩電流を除去しようとすると、前記コンデンサCS1が放電を中止するようにさせるスイッチを配置しなければならない。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のハイブリッド接触器においては、前記追加スイッチを配置しても前記電源電圧13の大きさが時間によって変化する場合には漏洩電流を根本的に防止し得ず、直流電源が蓄電池である場合は、該漏洩電流によって蓄電池が持続的に放電されるという問題が発生し、且つ、前記直流電源13の電圧が100V以上になると、該漏洩電流によって負荷端子に感電事故が発生する憂いがあるという不都合な点があった。
【００３１】
又、開閉器に接続された電源の極性が変化するか、又は電源側と負荷側との接続が変化すると、全く動作しなくなることがあるという不都合な点があった。
【００３２】
本発明の第1の目的は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、直流用ハイブリッド接触器に使用される半導体スイッチング素子を過電圧から保護するために適用したスナバ回路の欠点である漏洩電流を大きく減らすことで(1〜2μA水準)、実用的に使用し得るようにすることを目的とする。
【００３３】
又、本発明の第2の目的は、直流用ハイブリッド接触器の電源端と負荷端との接続が変化するとき、若しくは電流が流れる方向が変化する場合にも、正常に動作するハイブリッド直流電磁接触器を提供することを目的とする。
【００３４】
又、本発明の第3の目的は、直流用ハイブリッド接触器に接続される電源の極性が変化するか、又は交流電源が印加されても、常に、正確に動作し得るハイブリッド直流電磁接触器を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド直流接触器においては、所定電源電圧を供給する電源部と、駆動コイルへの電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧の負荷への供給経路を提供する開閉器と、前記開閉器に並列に接続され、ゲート信号により前記電源電圧の負荷への供給経路を提供するスイッチと、コンデンサと放電回路を備え、前記スイッチのターンオフ時に前記コンデンサを充電した後、該充電された電圧が所定電圧以上であると前記放電回路を介して放電される、前記電源部に並列に接続されるスナバ回路と、前記負荷に並列に接続され、前記スイッチのターンオフ時に前記負荷に放電電流の経路を提供することで、放電電流を除去する放電電流除去部と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００３７】
本発明に係るハイブリッド直流接触器においては、図1に示したように、所定電源電圧を供給する電源部20と、駆動コイル26への電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧の供給経路を提供する開閉器の主接点24と、ゲート信号により前記電源電圧の供給経路を提供する第1半導体スイッチ25と、該第1半導体スイッチ25のターンオフ時に該第1半導体スイッチ25の両端電圧を充電した後、該充電された電圧が所定電圧以上であるとき、通電して放電するスナバ回路21Aと、前記スイッチ25のターンオフ時に負荷端22に放電電流の経路を提供することで、放電電流を除去する放電電流除去部21Bと、を包含して構成されている。
【００３８】
又、前記負荷端22と直流電源23間に開閉器の主接点24が接続されて、該主接点24と第1半導体スイッチ25とが並列に接続されている。又、前記電源部20と前記第1半導体スイッチ25の接続点と前記電源部20の負(-)の端子間に第1ダイオードDsとコンデンサCsとが直列に接続された過電圧防止用スナバ回路が形成され、前記コンデンサCs電圧が基準値を超過すると、第2半導体スイッチ27及び抵抗Rsを通して自動的に放電させる回路R1、R2、R3、Dz、QsがコンデンサCsの両端に接続されていて、前記第1半導体スイッチ25がターンオフされる時に負荷電流IRoを迂回させるダイオードDf及び抵抗Rfから構成された放電電流除去部21Bが前記負荷端22の両端に接続されている。
【００３９】
以下、このように構成された本発明に係るハイブリッド(Hybrid)直流電磁接触器の動作に対し、図1及び図2(a)〜2(h)に基づいて説明する。
【００４０】
本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器は、t=t0時点で前記駆動コイル26に図2(a)に示したような電圧波形が印加されると、所定時間遅延Toが経過した後に図2(b)に示したように、前記主接点24が接続される。この時、前記第1半導体スイッチ25には、図2(c)に示したようなターンオフ信号値が維持される。
【００４１】
図2(d)に示した電圧波形のように、t=t1時点で前記主接点24を通して流れる電流は、所定傾斜度を有して増加するが、線路抵抗、負荷抵抗及び直流電圧によって決定される電流値を維持する。
【００４２】
t=t2時点で、図2(a)に示したように、前記駆動コイル26の印加電圧が除去されると、所定時間t1が経過した後に前記主接点24が開放される。
【００４３】
又、t=t2時点で、図２(c)に示したように、前記第1半導体スイッチ25には、ターンオン信号が印加される。
【００４４】
又、t=t3時点で前記主接点24が実際に開放されると、前記主接点24を通して流れる電流は、図2(d)に示したように、電流が流れなくなり、前記第1半導体スイッチQAは、図2(e)に示したように、負荷電流が流れるようになる。この時、前記第1半導体スイッチQAを通して電流が流れる時間T3の長さは、外部で制御が可能であるが、制御を簡単にするため、前記時間T3の長さを前記主接点24が開放されるまでかかる時間T1の1/3〜1/2程度に固定しても実用上可能である。
【００４５】
又、t=t4時点で前記第1半導体スイッチQAがターンオフすると、浮遊インダクタンスLwを通して流れる電流は、前記ダイオードDs及び前記コンデンサCsから構成されたスナバ回路に継続して流れるようになる。この時、前記浮遊インダクタンスLw及び前記コンデンサCsに流れる電流は、図2(g)に示したように、共振電流になり、前記コンデンサCs両端の電圧は、図2(h)に示したように、初期値VCsで増加している途中で、抵抗R1、R2及びツェナーダイオードDzによって決定された電圧レベルになると、前記第2半導体スイッチ27及び前記抵抗Rsを通して前記初期値VCsの近くまで放電する。
【００４６】
若し、最終放電電圧を前記直流電源23の電圧より低く設定しておくと、前記コンデンサCsは、放電が終わった後に再び前記直流電源23の大きさまで自動的に充電されるため、常に同様なクランプ電圧を維持し得るようになる。
【００４７】
一方、前記負荷端22に流れる電流は、図2(f)に示したように、前記抵抗Rf及び前記ダイオードDfを通して流れている途中、t=t4時点で負荷のインダクタンスLoに蓄積されたエネルギーが抵抗Ro、Rfによって消費されながら最終的に電流が零になる。
【００４８】
図2（f)の波形Pは、抵抗値が小さいため、前記ダイオードDf及び前記抵抗Rfのみを通して放電する場合であって、波形Qは、負荷抵抗値が充分に大きくて負荷抵抗Roで負荷のインダクタンスLoに蓄積されたエネルギーが消費される場合を示す。
【００４９】
図1、図2(a)〜2(h)に示したように、本発明は、前記主接点24及び前記第1半導体スイッチ25が全てターンオフされている時に、前記電源端20と前記負荷端22間で前記第1半導体スイッチ25がターンオフされているため、図1に示したように、スナバ回路を通して発生した漏洩電流の問題が全く発生しないし、直流電源の電圧の大きさが変化しても漏洩電流が除去される。
【００５０】
しかし、半導体スイッチが理想的な絶縁特性を有する素子でないため、半導体スイッチング素子を通して漏洩電流（通常、数μA水準である）が流れるようになるが、実際の適用時にこの程度の漏洩電流は問題にならない。
【００５１】
半導体スイッチ両端にスナバ回路を使用することなく、前記電源端20及び前記負荷端22に夫々適切なクランプ回路を使用したため、前記のような特性を得ると共に、電力用半導体がターンオフされる時の過電圧を抑制するスナバコンデンサCsに蓄積されるエネルギーを前記第2半導体スイッチ27及び前記抵抗Rsを通して自動的に放電させることで、所定電圧を維持することができる。
【００５２】
又、前記コンデンサCs両端の電圧は、分圧抵抗R1、R2を通して前記ツェナーダイオードDzに接続されているため、前記コンデンサCsの電圧が前記ツェナーダイオードDzを通電し得る電圧に到達するようになると、前記第2半導体スイッチ27をターンオンさせることで、前記コンデンサCsに充電されたエネルギーを前記抵抗Rsを通して自動的に放電させるようになる。
【００５３】
一方、本発明の構成において、接触器の前記主接点24と並列に接続された前記第1半導体スイッチQAは、IGBTに限定されず、BJT、GTO、IGCT及びRCT等の全ての形態の半導体素子を接続して使用し得るし、直流接触器は、通常、主接点が一つだけ存在するため、本発明の構成に係る動作を接点が一つである場合に限定させたが、接点が複数の場合にも同様に適用することができる。
【００５４】
本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器の他の実施形態として、図3に示したように、所定電源電圧VDCを供給する電源部30と、駆動コイル37の電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧の供給経路を提供する開閉器の主接点34と、ゲート信号により前記電源電圧の極性に関係なく、供給経路を双方向に提供する双方向交流スイッチ35、36と、前記開閉器の主接点34及び前記双方向交流スイッチ35、36がターンオフされる時に前記電源電圧VDCの印加を受けて、充電された電圧が所定電圧以上になると、通電されて自動に放電することで所定電圧を維持させるスナバ回路31Aと、前記スイッチのターンオフ時に、前記極性に関係ない電圧を充電した負荷の放電電流の経路を提供することで、放電電流を除去する第1及び第2放電電流除去部31B、31Cと、を包含して構成されている。
【００５５】
以下、図1の本発明の第1実施形態の構成と相違する部分に対し、簡単に説明する。
【００５６】
先ず、他の実施形態の接触器の入力と出力とが相互に間違って接続されるか、又は流れる負荷電流の極性が変わっても正常に動作し得るように前記主接点34と並列に接続される半導体スイッチが前記双方向交流スイッチ35、36に置き換えられ、前記第1及び第2放電電流除去部31B、31Cが前記電源部30の両端及び負荷端32の両端に設置され、前記スナバ回路31Aも電源部30及び負荷側32で夫々ダイオードDs1、Ds2を通してコンデンサCsに接続されている。
【００５７】
図3で、直流電源VDCが負荷端32に接続されて、該負荷端32が電源部30に接続されたとすると、前記スナバ回路31Aは、前記ダイオードDs2及び前記コンデンサCsから構成され、負荷側の転流経路は、前記ダイオードDf2及び抵抗Rf2を経由する経路になり、通電される前記双方向交流スイッチ35、36中、電力用半導体の役割は、スイッチQB及びダイオードDAが担当するようになる。
【００５８】
又、本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器の又他の実施形態として、図4に示したように、交流又は直流の所定電源電圧VDCを供給する電源部40と、駆動コイル48の電圧印加の有無によってスイッチングされて前記電源電圧VDCの供給経路を提供する開閉器の主接点44と、ゲート信号により前記電源部40の極性に関係なく、供給経路を双方向に提供する双方向交流スイッチ45、46と、前記開閉器の主接点44及び双方向交流スイッチ45、46がターンオフ時に前記電源部40の交流又は直流に関係なく、該電源部40の電源電圧の印加を受けて充電された負荷の放電電流の経路を提供すると共に、所定電圧以上になると通電されて自動的に放電することで、所定電圧を維持させるスナバ回路及び放電電流除去部47と、を包含して構成されている。
【００５９】
以下、図1の発明の第1実施形態の構成と相違な部分に対し、簡単に説明する。
【００６０】
先ず、図4に示したように、接触器の入力と出力とが相互に間違って接続されるか、又は流れる負荷電流の極性が変わっても、常に、正確に動作することは勿論で、直流電源VDCの極性が変わって接続されるか、又は直流の代わりに交流電源が電源部40及び負荷端42に接続されても常に正しく動作され、前記主接点44と並列に接続される半導体スイッチが双方向交流スイッチ45、46に置き換えられ、スナバ及びクランプ回路も、ブリッジダイオード47A、47Bに置き換えられている。
【００６１】
即ち、従来の交流用ハイブリッド開閉器と同様な機能を果し、直流電流の流れも遮断し得るため、次のような広範囲な動作特性を有する。
【００６２】
先ず、前記電源部40の両端のブリッジダイオード形態の各クランプ回路D1、D2、D3、D4、Csは、スナバ回路の機能を行なうようになる。又、前記負荷端42にも、同様な形態のクランプ回路D5、D6、D7、D8、Csが構成されることで、同様な機能を果す。且つ、図4に示したように、直流電源、抵抗及びインダクタンス負荷から構成される場合、前記電源部40のスナバ回路47とブリッジダイオード47aとは、二つのダイオードD1、D4及びコンデンサCsが、図1のスナバダイオードDs及び前記コンデンサCsの機能を代替するようになり、前記負荷端42の二つのダイオードD6、D7及び前記コンデンサCsが、図1のクランプ回路Df、Rfの機能を代替するようになる。
【００６３】
又、図3及び図4に示した前記双方向半導体スイッチの他の実施形態として、図5(a)及び5(b)に示したように、ダイオードのブリッジ結線の中にIGBTを使用し(図5(a)参照）、又は、該IGBTと直列に逆方向遮断ダイオードDx、Dyを接続して使用することもできる。即ち、前記図5(a）及び図5(b）に示した双方向半導体スイッチは、全て図3及び図4の双方向半導体スイッチと同様な機能を果す。
【００６４】
又、図6に示したように、従来の直流用ハイブリッド接触器に本発明に係る半導体スイッチ部を装着することで、従来の電磁接触器の構造からアーク消弧部61を除去し、図1の本発明に係る半導体スイッチ部21、図3の半導体スイッチ部31若しくは図4の半導体スイッチ部41、主接点62、補助接点63及び駆動コイル64をモジュール形態に構成して既存の交流用電磁開閉器に装着することで、本発明に係るハイブリッド直流用接触器を従来のような電流容量の電磁開閉器より高さを減らしてコンパクト化を図ることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る直流用ハイブリッド接触器においては、主接点及び半導体スイッチが全てオフした時、漏洩電流を最大に減らして省エネルギーを図り得るという効果がある。
【００６６】
又、本発明に係る直流用ハイブリッド開閉器は、直流用ハイブリッド接触器の電源端と負荷端との接続が変化又は電流の流れ方向が変わるとき、若しくは直流用ハイブリッド接触器に接続される電源の極性が変化しても、且つ、ハイブリッド直流電磁接触器に交通電源を印加しても正しく動作するという効果がある。
【００６７】
又、本発明に係る直流用ハイブリッド接触器においては、従来の交流用電磁開閉器に適用するとき、該交流用電磁開閉器のアーク消弧部を半導体スイッチに代置し得るため、直流用ハイブリッド開閉器の製品の大きさを低減してコンパクト化を図り得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器の第1実施形態の構造を示した回路図である。
【図２】   (a)〜(h)は、図1の本発明の実施形態に係るハイブリッド直流電磁接触器の動作を示した波形図である。
【図３】本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器の他の実施形態を示した回路図である。
【図４】本発明に係るハイブリッド直流電磁接触器のさらに他の実施形態を示した回路図である。
【図５】   (a)、(b)は、図3及び図4に示した双方向半導体スイッチの他の実施形態を示した回路図である。
【図６】従来の直流用ハイブリッド接触器に本発明に係る半導体スイッチ部を装着したハイブリッド接触器を示した斜視図である。
【図７】従来の交流用ハイブリッド開閉器を示した回路図である。
【図８】従来の直流用ハイブリッド接触器を示した回路図である。
【符号の説明】
20、30、40…電源端
21…半導体スイッチ部
21A、31A、47…スナバ回路
21B、31B、31C…放電電流除去部
22、32、42…負荷端
23…直流電源
24、34、44…主接点
25…第1半導体スイッチ
26、37、48…駆動コイル
27…第2半導体スイッチ
35、36、45、46…双方向交流スイッチ
38…第3半導体スイッチ
47…スナバ回路兼放電電流除去部
47A、47B…ブリッジダイオード
38、39…半導体スイッチ
【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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