(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流励磁が行える操作コイルと、この操作コイルの励磁初期での吸引期間では開路し、その後の保持期間では閉路する主接点と、前記主接点とは逆の開閉動作を行う補助接点とを備える直流電圧駆動型マグネットコンタクタにおける前記操作コイルの一端が励磁用直流電源の正極側に接続され、その他端が前記補助接点の一端に接続されるとともに、
前記補助接点の他端と前記励磁用直流電源の負極側との間に設けられる始動用半導体スイッチング素子と、
印加される前記励磁用直流電源の電圧値が所定値を超えると始動指令信号を出力する直流電圧検出回路と、
負極側が前記励磁用直流電源の負極側に接続される駆動用直流電源と、
前記駆動用直流電源を動作電源とし、前記始動指令信号を受けて前記始動用半導体スイッチング素子をオン動作させる第１の駆動回路と、
一端がダイオードを介して前記駆動用直流電源の正極側に接続され、他端が前記補助接点の他端に接続される充電用コンデンサと、
前記補助接点に並列に接続される電流制限用半導体スイッチング素子と、
前記充電用コンデンサの端子電圧が所定値になったとき前記電流制限用半導体スイッチング素子にスイッチング動作を行わせる第２の駆動回路と、
を備えたことを特徴とする直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路。
【請求項２】
前記補助接点の他端と前記電流制限用半導体スイッチング素子の対応する端子との間に電流検出用抵抗器が挿入され、
前記第２の駆動回路は、前記電流検出用抵抗器の端子電圧を監視し、その端子電圧が規定値以下の場合には前記電流制限用半導体スイッチング素子に一定の周期でオン・オフ動作を行わせる一方、その端子電圧が規定値を超えると前記電流制限用半導体スイッチング素子のオフ動作期間を長くするように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路。
【請求項３】
前記補助接点の他端と前記電流制限用半導体スイッチング素子の対応する端子との間に電流検出用抵抗器が挿入され、かつ、前記電流検出用抵抗器と前記第２の駆動回路との間にＲＣローパスフィルタが設けられ、
前記第２の駆動回路は、前記電流検出用抵抗器の端子電圧を前記ＲＣローパスフィルタを介して監視し、その端子電圧が規定値以下の場合には前記電流制限用半導体スイッチング素子に一定の周期でオン・オフ動作を行わせる一方、その端子電圧が規定値を超えると前記電流制限用半導体スイッチング素子のオフ動作期間を長くするように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路。
【請求項４】
入力された交流電力を直流電力に順変換する整流回路と、前記整流回路にて順変換された直流電力を平滑して直流母線電圧として保持する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサが保持する直流母線電圧を半導体スイッチング素子によってスイッチングして交流電力に逆変換するスイッチング回路と、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に設けられる突入電流抑制回路とを備える電力変換装置において、
前記突入電流抑制回路は、電流制限用の抵抗器と直流電圧駆動型マグネットコンタクタの主接点とを並列に接続して構成され、
前記直流電圧駆動型マグネットコンタクタでは、直流励磁が行える操作コイルの一端が前記直流母線電圧の正極側に接続され、その他端が前記主接点と逆の開閉動作を行う補助接点の一端に接続されるとともに、
前記直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路は、
前記補助接点の他端と前記直流母線電圧の負極側との間に設けられる始動用半導体スイッチング素子と、
印加される前記直流母線電圧の電圧値が所定値を超えると始動指令信号を出力する直流電圧検出回路と、
負極側が前記直流母線電圧の負極側に接続される駆動用直流電源と、
前記駆動用直流電源を動作電源とし、前記始動指令信号を受けて前記始動用半導体スイッチング素子をオン動作させる第１の駆動回路と、
一端がダイオードを介して前記駆動用直流電源の正極側に接続され、他端が前記補助接点の他端に接続される充電用コンデンサと、
前記補助接点に並列に接続される電流制限用半導体スイッチング素子と、
前記充電用コンデンサの端子電圧が所定値になったとき前記電流制限用半導体スイッチング素子にスイッチング動作を行わせる第２の駆動回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記補助接点の他端と前記電流制限用半導体スイッチング素子の対応する端子との間に電流検出用抵抗器が挿入され、
前記第２の駆動回路は、前記電流検出用抵抗器の端子電圧を監視し、その端子電圧が規定値以下の場合には前記電流制限用半導体スイッチング素子に一定の周期でオン・オフ動作を行わせる一方、その端子電圧が規定値を超えると前記電流制限用半導体スイッチング素子のオフ動作期間を長くするように制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記補助接点の他端と前記電流制限用半導体スイッチング素子の対応する端子との間に電流検出用抵抗器が挿入され、かつ、前記電流検出用抵抗器と前記第２の駆動回路との間にＲＣローパスフィルタが設けられ、
前記第２の駆動回路は、前記電流検出用抵抗器の端子電圧を前記ＲＣローパスフィルタを介して監視し、その端子電圧が規定値以下の場合には前記電流制限用半導体スイッチング素子に一定の周期でオン・オフ動作を行わせる一方、その端子電圧が規定値を超えると前記電流制限用半導体スイッチング素子のオフ動作期間を長くするように制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路および電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネットコンタクタ（電磁接触器）の開閉制御では、操作コイルに供給する励磁電流を調節して、バネ力などで付勢され開路状態にある主接点を、まず吸引できる状態に制御し、その後、主接点を保持して閉路状態に移行させることが行われる。操作コイルの駆動方式には、直流電圧駆動型と交流電圧駆動型とがある。直流電圧駆動型マグネットコンタクタを吸引状態と保持状態とに切り替える駆動回路としては、例えば特許文献１，２に開示されたものが知られている。【０００３】
すなわち、特許文献１では、直流電源に開閉スイッチ、開閉器操作コイル、電界効果トランジスタを直列に接続すると共に、上記開閉スイッチを閉じてから一定時間連続した投入用オンゲート信号を発生すると共に上記一定時間後は一定周波数、所定デューティ比の保持用オンオフゲート信号を発生するゲート回路を設け、上記ゲート回路の出力信号によって上記電界効果トランジスタをオンオフさせるようにした開閉器の操作回路が開示されている。【０００４】
また、特許文献２では、操作コイルと、この操作コイルに直列に接続されたスイッチング素子及び電流検出用抵抗と、操作コイルの投入コイル電流の通電期間に対応するパルス幅のワンショットパルスを発生するワンショットパルス発生回路と、このワンショットパルス出力期間に操作コイルのコイル電流を電源電圧に比例した設定電流値に制御する制御信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータとを備えた直流電磁石装置が開示されている。【０００５】
要するに、従来では、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路は、マグネットコンタクタの操作コイルに直列に接続された半導体スイッチング素子と電流検出用抵抗素子とで構成され、半導体スイッチング素子のオン時間幅を制御して吸引状態と保持状態とを切り替えるようになっている。【０００６】
一方、交流電力を整流器によって一旦直流電力に順変換し、それを平滑コンデンサに蓄積し、平滑コンデンサの端子電圧を半導体スイッチング素子で構成されるスイッチング回路に与え、電動機を駆動するのに必要な所望周波数の交流電力に逆変換する電力変換装置では、電源投入時に大きな電流が平滑コンデンサに流入するのを抑制するために、整流器と平滑コンデンサの間に突入電流抑制回路が設けられる。突入電流抑制回路は、電源投入直後では整流器と平滑コンデンサとの間に電流制限用抵抗器を介在させて突入電流を抑制できるようにし、その後は、当該電流制限用抵抗器の両端を短絡回路によって短絡状態にするように構成されるが、この短絡回路に直流電圧駆動型マグネットコンタクタが使用されている。この場合の直流電圧駆動型マグネットコンタクタには上記した駆動回路が付随して設けられる。【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−９３５２９号公報
【特許文献２】特開平５−２９１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体スイッチング素子のオン時間幅を制御して吸引状態と保持状態とを切り替える従来の駆動回路では、吸引状態と保持状態とを切り替えるための複雑な回路が必要となり、また制御が複雑化するので、駆動回路の小型化、低コスト化を図るのが困難である。【０００９】
また、直流電圧駆動型マグネットコンタクタでは、操作コイル励磁用として一定電圧に制御された直流の駆動電源が必要となる。そして、操作コイルに太い線材を用いるので、交流電圧駆動型マグネットコンタクタに比べサイズが大きくかつ高価である。このような理由から、電力変換装置の突入電流抑制回路に従来の駆動回路を備える直流電圧駆動型マグネットコンタクタを使用する方式では、突入電流抑制回路の小型化、低コスト化が図れない。【００１０】
また、突入電流抑制回路において直流電圧駆動型マグネットコンタクタは、平滑コンデンサの充電が完了した時点で動作させねばならないので、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの始動回路が必要となるが、その始動回路用の直流電源が必要となる。この点からも、突入電流抑制回路の小型化、低コスト化が図れないという問題があった。【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの小型化、低コスト化が図れる駆動回路を得ることを目的とする。【００１２】
また、この発明は、この発明による駆動回路を備えた直流電圧駆動型マグネットコンタクタを用いて小型化、低コスト化を図った突入電流抑制回路を備えた電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するために、この発明は、直流励磁が行える操作コイルと、この操作コイルの励磁初期での吸引期間では開路し、その後の保持期間では閉路する主接点と、前記主接点とは逆の開閉動作を行う補助接点とを備える直流電圧駆動型マグネットコンタクタにおける前記操作コイルの一端が励磁用直流電源の正極側に接続され、その他端が前記補助接点の一端に接続されるとともに、前記補助接点の他端と前記励磁用直流電源の負極側との間に設けられる始動用半導体スイッチング素子と、印加される前記励磁用直流電源の電圧値が所定値を超えると始動指令信号を出力する直流電圧検出回路と、負極側が前記励磁用直流電源の負極側に接続される駆動用直流電源と、前記駆動用直流電源を動作電源とし、前記始動指令信号を受けて前記始動用半導体スイッチング素子をオン動作させる第１の駆動回路と、一端がダイオードを介して前記駆動用直流電源の正極側に接続され、他端が前記補助接点の他端に接続される充電用コンデンサと、前記補助接点に並列に接続される電流制限用半導体スイッチング素子と、前記充電用コンデンサの端子電圧が所定値になったとき前記電流制限用半導体スイッチング素子にスイッチング動作を行わせる第２の駆動回路とを備えたことを特徴とする。【００１４】
この発明によれば、印加される励磁用直流電源の電圧が所定値に立ち上がると、第１の駆動回路と始動用半導体スイッチング素子とで構成される始動回路が駆動用直流電源を動作電源として作動し、補助接点から始動用半導体スイッチング素子を通る電流路を形成する。これにより、駆動用直流電源から充電用コンデンサへの充電路ループが始動用半導体スイッチング素子を経由して形成される。充電用コンデンサへの充電が完了すると、第２の駆動回路が充電用コンデンサの端子電圧を起動電源として電流制限用半導体スイッチング素子に一定周期でのスイッチング動作を行わせる。補助接点は吸引期間が経過すると開路動作を行うので、操作コイルの電流路が電流制限用半導体スイッチング素子を経由するルートに切り替わり、操作コイルには電流制限用半導体スイッチング素子にてチョッパ制御された電流が流れる。主接点は吸引期間が経過すると閉路動作を行う。この吸引期間から保持期間への切り替わりでは、特別の制御はしないので、回路構成の簡素化が図れる。そして、操作コイルに流れる励磁電流はチョッパ制御され微少電流化されるので、操作コイルには太い線材を用いる必要が無く、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの小型化、低コスト化が図れる。また、第１の駆動回路と第２の駆動回路では駆動用直流電源を共通の電源として用いるので、回路構成の小型化と簡素化が図れる。さらに、第２の駆動回路では、電流制限用半導体スイッチング素子のオン時間幅を変更すること無く、単にチョッパ制御のみを行えば良いので、回路構成の簡素化が図れる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの小型化、低コスト化が図れるのに加えて、駆動回路の簡素化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図1は、この発明の実施の形態１による直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、図１に示す直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の吸引電流制御動作を説明する図である。
【図３】図３は、図１に示す直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の吸引時において行われる充電動作を説明する図である。
【図４】図４は、図１に示す直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の保持電流制御動作を説明する図である。
【図５】図５は、図１に示す直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の吸引電流制御動作から保持電流制御動作に至る過程での各部の動作を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、この発明の実施の形態２による直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路にて実施される保持電流の安定化制御動作を説明するタイムチャートである。
【図７】図７は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  励磁用直流電源
２  環流ダイオード
３  操作コイル
４  主接点
５  補助接点
６  電流制限用の半導体スイッチング素子
７  電流検出用シャント抵抗器
８  抵抗器
９  コンデンサ
１０  電流制限用半導体スイッチング素子の駆動回路
１１  充電用コンデンサ
１２  充電電流制限用抵抗器
１３  整流用ダイオード
１４  抵抗器
１５  始動用半導体スイッチング素子
１６  始動用半導体スイッチング素子の駆動回路
１７  駆動回路用直流電源
１８  励磁用直流電源電圧検出回路
３１  三相交流電源
３２  整流回路
３４  平滑コンデンサ
３５  スイッチング回路
３６  電動機
３７  突入電流抑制回路
３８  突入電流抑制抵抗器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、この発明にかかる直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路および電力変換装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。【００１９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路の構成を示す回路図である。図１において、直流電圧駆動型マグネットコンタクタは、直流励磁が行える操作コイル３と、この操作コイル３の励磁初期での吸引期間では開路しその後の保持期間では閉路する主接点４と、この主接点４とは逆の開閉動作を行ういわゆるｂ接点である補助接点５とを備えている。なお、以降では、直流電圧駆動型マグネットコンタクタは、区別する必要がない限り、単にＭＣと略記する。【００２０】
ＭＣの操作コイル３の一端は、環流ダイオード２のカソードと共に励磁用直流電源１の正極側Ｐに接続されている。ＭＣの操作コイル３の他端は、環流ダイオード２のアノードと共に補助接点５の一端に接続され、補助接点５の両端間には、電流制限用半導体スイッチング素子６と電流検出用シャント抵抗器７の直列回路が接続されている。電流制限用半導体スイッチング素子６の制御電極は、駆動回路１０の制御信号出力端に接続されている。【００２１】
電流検出用シャント抵抗器７の一端と電流制限用半導体スイッチング素子６との接続端には、抵抗器８の一端が接続され、抵抗器８の他端はコンデンサ９の一端と駆動回路１０の一方の電流監視端とに接続されている。コンデンサ９の他端は、電流検出用シャント抵抗器７の他端と共に駆動回路１０の他方の電流監視端に接続されている。抵抗器８とコンデンサ９は、全体としてローパスフィルタを構成している。【００２２】
電流検出用シャント抵抗器７の他端と補助接点５の他端との接続端と励磁用直流電源１の負極側Ｎとの間には、始動用半導体スイッチング素子１５が設けられている。始動用半導体スイッチング素子１５の制御電極は、駆動回路１６の制御信号出力端に接続されている。【００２３】
また、電流検出用シャント抵抗器７の他端と補助接点５の他端との接続端には、充電用コンデンサ１１の一端が接続され、充電用コンデンサ１１の他端は、駆動回路１０の起動電圧入力端と充電電流制限用抵抗器１２の一端とに接続されている。充電電流制限用抵抗器１２の他端は、整流用ダイオード１３のカソードに接続され、整流用ダイオード１３のアノードは、駆動用直流電源１７の正極端と駆動回路１６の電源端とに接続されている。【００２４】
駆動用直流電源１７の負極端と駆動回路１６の接地端とは、励磁用直流電源電圧検出回路１８の接地端と共に励磁用直流電源１の負極側Ｎに接続されている。励磁用直流電源電圧検出回路１８の検出電圧入力端は、抵抗器１４を介して励磁用直流電源１の正極端Ｐに接続されている。【００２５】
次に、図２〜図５を参照して、以上のように構成されるＭＣの駆動回路の動作について説明する。なお、図２は、図１に示すＭＣの駆動回路の吸引電流制御動作を説明する図である。図３は、図１に示すＭＣの駆動回路の吸引時において行われる充電動作を説明する図である。図４は、図１に示すＭＣの駆動回路の保持電流制御動作を説明する図である。図５は、図１に示すＭＣの駆動回路の吸引電流制御動作から保持電流制御動作に至る過程での各部の動作を示すタイムチャートである。【００２６】
図２において、励磁用直流電源１が印加されると、その印加電圧が抵抗器１４を介して励磁用直流電源電圧検出回路１８に入力される。励磁用直流電源電圧検出回路１８は、印加された励磁用直流電源１の電圧が規定値に立ち上がるのを検出すると、駆動回路１６にＭＣ始動指令信号を出力する。このＭＣ始動指令信号は、励磁用直流電源１の電圧が規定値を超えている期間内、２値レベルの一方のレベルを継続する信号である。そして、駆動回路１６が、このＭＣ始動指令信号を受けて、始動用半導体スイッチング素子１５をＭＣ始動指令信号が示す期間内オン動作させる。【００２７】
このときには、補助接点５は閉路しているので、始動用半導体スイッチング素子１５がオン動作を行うと、図２に示すように、励磁用直流電源１の正極端Ｐ→操作コイル３→補助接点５→始動用半導体スイッチング素子１５→励磁用直流電源１の負極端Ｎに至る吸引電流経路Ａが形成され、操作コイル３には主接点４を吸引するための吸引電流が流れ、操作コイル３の励磁が行われる。【００２８】
始動用半導体スイッチング素子１５がオン動作すると、同時に、図３に示すように、駆動用直流電源１７の正極端→整流ダイオード１３→充電電流制限抵抗器１２→充電用コンデンサ１１→始動用半導体スイッチング素子１５→励磁用直流電源１の負極端Ｎ→駆動用直流電源１７の負極端に至る充電経路Ｂのループが形成されるので、始動用半導体スイッチング素子１５がオン動作している間に、駆動用直流電源１７から充電用コンデンサ１１への充電が行われる。充電時間は、充電電流制限抵抗器１２の抵抗値と充電用コンデンサ１１の容量値とで決定される。【００２９】
充電用コンデンサ１１の充電が完了すると、その充電電圧を起動電源として駆動回路１０が電流制限用半導体スイッチング素子６に対して予め設定された周波数にてスイッチングするように駆動指令（オンオフ制御信号）を与え、電流制限用半導体スイッチング素子６がスイッチング動作を始める。ここでは、駆動回路１０は、電流制限用シャント抵抗器７、抵抗器８およびコンデンサ９の回路を使用しないで駆動指令（オンオフ制御信号）を生成する。【００３０】
そして、操作コイル３に十分な吸引電流が流れ、主接点４の吸引が完了すると、主接点４が閉路し、同時に補助接点５は開路するので、操作コイル３に流れる電流経路が、図４に示すように、励磁用直流電源１の正極端Ｐ→操作コイル３→電流制限用半導体スイッチング素子６→電流制限用シャント抵抗器７→始動用半導体スイッチング素子１５→励磁用直流電源１の負極端Ｎに至る保持電流経路Ｃに変更され、主接点４を保持するための保持電流が流れる。【００３１】
以上の動作過程での各部の動作は、図５に示すようになる。（１）励磁用直流電源電圧検出回路１８の出力信号であるＭＣ始動指令信号は、励磁用直流電源１の電圧が規定値に到達するまでは低レベル（以降「Ｌレベル」と記す）であるが、規定値を超えると、高レベル（以降「Ｈレベル」と記す）に立ち上がり、励磁用直流電源１の電圧が規定値を超える期間内、そのＨレベルを継続する。【００３２】
（２）駆動回路１６から始動用半導体スイッチング素子１５のゲート電極に印加されるゲート電圧は、ＭＣ始動指令信号がＨレベルである期間内、Ｈレベルであるので、始動用半導体スイッチング素子１５は、ＭＣ始動指令信号がＨレベルである期間内、オン動作を継続して行う。【００３３】
（３）補助接点５は、励磁用直流電源１の投入前から閉路状態にあり、励磁用直流電源１の投入後、操作コイル３が主接点４を吸引するのに十分な励磁が行われるまでその閉路状態を維持し、操作コイル３が主接点４を吸引するのに十分な励磁が行われると開路状態に切り替わり、励磁用直流電源１が遮断されるまでその開路状態を維持し、励磁用直流電源１が遮断されると、元の閉路状態に戻る。【００３４】
（４）充電用コンデンサ１１の両端電圧は、始動用半導体スイッチング素子１５のオン動作の応答して上昇し、所定の充電期間２１を経て一定電圧に到達すると、その電圧を励磁用直流電源１が遮断されるまで維持し、励磁用直流電源１が遮断されると放電して消滅する。【００３５】
（５）電流制限用半導体スイッチング素子６のゲート電極には、充電期間２１の経過後に駆動回路１０から、一定周期のオンオフ制御信号が印加される。これは、励磁用直流電源１が遮断されるまで継続される。【００３６】
（６）操作コイル３の励磁電流は、吸引期間２２では操作コイル３が主接点４を吸引するのに十分な励磁が行われるように最大値を持つ電流であり、主接点４を吸引するのに十分な励磁が行われ保持期間２３に切り替わると一定振幅の電流となる。【００３７】
（７）主接点４は、励磁用直流電源１の投入前から開路状態にあり、励磁用直流電源１の投入後、操作コイル３が主接点４を吸引するのに十分な励磁が行われる吸引期間２２の終了までその開路状態を維持し、吸引期間２２が終了し保持期間２３に切り替わると閉路状態に切り替わり、励磁用直流電源１が遮断されるまでその閉路状態を維持し、励磁用直流電源１が遮断されると、元の開路状態に戻る。【００３８】
このように、この実施の形態１では、操作コイルの吸引状態と保持状態とを切り替える方式として、主接点が閉路状態のときは開路状態となり、主接点が開路状態のときは閉路状態となる、ＭＣ自身が元々備える補助接点（ｂ接点）を用いるので、吸引状態の終了タイミングを判断する複雑な回路が不要となり、駆動回路の簡素化が図れる。すなわち、半導体スイッチング素子のオン幅を制御することで吸引状態と保持状態とを切り替える従来の方式では、吸引状態と保持状態とを切り替えるために駆動回路が複雑化していたが、その問題を解決することができる。【００３９】
また、主接点の保持期間では、電流制限用半導体スイッチング素子を用いたチョッパ制御を行うので、励磁用直流電源の電圧変動に依らず一定の保持電流が流せるようになる。したがって、従来よりも幅広い直流電源電圧範囲に対してＭＣを駆動できるようになる。【００４０】
また、ＭＣ始動回路を設けたので、励磁用直流電源電圧の立ち上がりが遅い場合でも外部回路を用いることなく、確実に任意の直流電圧でＭＣを駆動することができるようになる。【００４１】
そして、電流制限用半導体スイッチング素子とその駆動回路とで構成される電流制限回路では、回路動作として保持電流のチョッパ制御のみを行えば良いので、電流制限回路を簡素化することができる。また、ＭＣ始動回路と電流制限回路との駆動電源を、１個の駆動用直流電源１７を共有できるように構成したので、ＭＣ始動回路が簡略化できる。【００４２】
加えて、電流制限回路用の駆動電源である充電用コンデンサ１１と充電電流抑制抵抗器１２とで決定される充電時定数と補助接点５の動作時間とのみで吸引状態と保持状態との切り替えを設計することができるので、この点からもＭＣ駆動回路の簡素化を図ることができるようになる。【００４３】
一方、直流電圧駆動型ＭＣとしては、操作コイルには、チョッパ制御された励磁電流が流れる。そのため、操作コイルの線材には、従来の直流電圧駆動型ＭＣのように太い線材を用いる必要がなく、入力電圧の変動幅の小さい用途で用いられる汎用の交流電圧駆動型ＭＣのように細い線材を用いることができる。したがって、この実施の形態１によれば、直流電圧駆動型ＭＣの小型化、低コスト化を図ることができる。【００４４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路にて実施される保持電流の安定化制御動作を説明するタイムチャートである。この実施の形態２では、図１に示した構成において、駆動回路１０が電流制限用シャント抵抗器７を用いて、実施の形態１にて説明した保持電流制御動作時に、その保持電流の安定化制御動作を行う場合を説明する。なお、抵抗器８とコンデンサ９とで構成されるローパスフィルタは、操作コイルに流れる励磁電流がチョッパ制御された微少電流であるので、そのＤＣ成分を確実に取り出すために設けてある。【００４５】
図１に示した構成において、駆動回路１０は、この実施の形態２では、実施の形態１にて説明した保持電流制御動作時に、電流制限用シャント抵抗器７の端子電圧を図示例で言えば抵抗器８とコンデンサ９とで構成されるローパスフィルタを介して監視し、その端子電圧が規定値以下の場合には電流制限用半導体スイッチング素子６に一定の周期でオン・オフ動作を行わせる一方、その端子電圧が規定値を超えると電流制限用半導体スイッチング素子６のオフ動作期間を長くするように制御する。【００４６】
図６を参照して、具体的に説明する。駆動回路１０では、過電流検出レベル２５が予め設定されている。実施の形態１にて説明した保持電流制御動作時が開始された後に、操作コイル３の励磁電流が図６（１）示すように変化する場合、期間２６では、電流検出用シャント抵抗器７の電圧降下から検出した操作コイル３の励磁電流のレベルが過電流検出レベル２５よりも低いので、駆動回路１０は予め設定された周期で電流制限用半導体スイッチング素子６をオン・オフ動作させる。【００４７】
期間２７では、操作コイル３の励磁電流が上昇し、電流検出用シャント抵抗器７の電圧降下から検出した操作コイル３の励磁電流のレベルが過電流検出レベル２５よりも高いので、駆動回路１０は励磁電流の上昇程度に応じて電流制限用半導体スイッチング素子６のオン動作期間が短くなるように制御する。その結果、操作コイル３の励磁電流のレベルが過電流検出レベル２５以下に低下する。【００４８】
期間２８，２９では、操作コイル３の励磁電流レベルは変動しているが、いずれも過電流検出レベル２５を超えないので、期間２６と同様に、予め設定された周期で電流制限用半導体スイッチング素子６をオン・オフ動作させる。これによって、励磁用直流電源１の電圧変動に依らず一定の保持電流が流せるようになる。【００４９】
このように、実施の形態２によれば、励磁用直流電源電圧の電圧が高く、保持電流が大きいときには電流制限用半導体スイッチング素子のオン時間幅を短くすることで保持電流を小さくし、励磁用直流電源電圧が低く、保持電流が小さいときには電流制限用半導体スイッチング素子のオン時間幅を変化させずに予め設定されたオン時間幅を用いるので、オン時間幅が長くなることによって懸念される電流制限用半導体スイッチング素子の熱破壊や操作コイルの断線を防ぐことができるようになる。【００５０】
また、保持電流が大きい場合にのみ電流制限用半導体スイッチング素子をオフ動作させるようにすれば良いので、保持電流の大小を判断し電流制限用半導体スイッチング素子のオン時間幅を制御するような複雑な回路を必要としない。【００５１】
加えて、電流制限回路の通常動作として電流制限回路用の駆動電源である充電用コンデンサの電圧が立ち上がった時点で予め設定された周期で電流制限用半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させるだけでよいので、電流制限回路を簡素化することができる。【００５２】
実施の形態３．
図７は、この発明に実施の形態３による電力変換装置の構成を示す回路図である。この実施の形態３では、実施の形態１や実施の形態２に示した駆動回路を備えるＭＣを組み込んだ突入電流抑制回路を備える電力変換装置の構成例が示されている、【００５３】
図７において、電力変換装置は、三相交流電源３１から入力された交流電力を直流電力に順変換するダイオードブリッジ構成の整流回路３２と、この整流回路３２にて順変換された直流電力を平滑して直流母線電圧３３として保持する平滑コンデンサ３４と、この平滑コンデンサ３４の端子電圧である直流母線電圧３３を半導体スイッチング素子によってスイッチングして交流電力に逆変換するスイッチング回路３５と、整流回路３２と平滑コンデンサ３４との間に設けられる突入電流抑制回路３７とを備えている。【００５４】
なお、スイッチング回路３５は、直流母線電圧３３の正極側Ｐと負極側Ｎとの間に直列に接続される２つの半導体スイッチング素子の３組と、各半導体スイッチング素子に並列に接続される環流ダイオードとを備え、直列接続の２つの半導体スイッチング素子の接続端の３つで構成される三相出力端に電動機３６が接続される。【００５５】
突入電流抑制回路３７は、交流電源３１の投入時に大きな電流が平滑コンデンサ３４に流れ込むのを抑制するための回路であるが、突入電流抑制抵抗器３８と実施の形態１や実施の形態２に示した駆動回路を備える直流電圧駆動型ＭＣの主接点４とを並列に接続して構成され、実施の形態１や実施の形態２に示した駆動回路が付随して組み込まれている。【００５６】
ここで、組み込まれた実施の形態１や実施の形態２に示した駆動回路は、平滑コンデンサ３４の端子電圧である直流母線電圧３３を励磁用直流電源１として動作するようになっている。これは、実施の形態１にて説明したように、操作コイル３への励磁電流をチョッパ制御して供給するので、励磁用直流電源１に多少の変動があっても支障はなく動作することに依るものである。【００５７】
また、突入電流抑制回路３７においては、平滑コンデンサ３４の充電が完了した時点で主接点４を閉路して突入電流抑制抵抗器３８の両端を短絡する必要があるが、この実施の形態による駆動回路では、励磁用直流電源電圧検出回路１８が平滑コンデンサ３４の充電が完了した時点を検出して動作を開始するので、従来のように直流電圧駆動型ＭＣに始動指令を与える始動回路および始動回路用電源を別途設ける必要がなく、突入電流抑制回路の小型化、低コスト化が図れる。【００５８】
また、実施の形態１にて説明したように、この実施の形態による直流電圧駆動型ＭＣの駆動回路を用いる場合には、直流電圧駆動型ＭＣの操作コイルには、従来の直流電圧駆動型ＭＣのように太い線材を用いる必要がなく、入力電圧の変動幅の小さい用途で用いられる汎用の交流電圧駆動型ＭＣのように細い線材を用いることができるので、直流電圧駆動型ＭＣの小型化、低コスト化を図ることができる。この点からも、突入電流抑制回路の小型化、低コスト化が図れる。【００５９】
そして、駆動回路１０は、図６に示した保持電流の安定化制御動作を、電流検出用シャント抵抗器７での電圧降下を抵抗器８とコンデンサ９とで構成されたローパスフィルタを介して検出して行う場合には、操作コイルに流れる微少電流から精度よくＤＣ成分を取り出して超過有無を判定するので、直流母線電圧１の電圧変動に依らず一定の保持電流を精度良く流すことができる。【００６０】
このとき、電流検出用シャント抵抗器７の電圧降下分の検出による電流制限用半導体スイッチング素子６の遮断動作が、電流制限用半導体スイッチング素子６の短絡故障時に過電流保護動作として利用できるので、フェールセーフな突入電流抑制回路が構成できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、この発明にかかる直流電圧駆動型マグネットコンタクタの駆動回路は、直流電圧駆動型マグネットコンタクタの小型化、低コスト化に有用であり、特に、電力変換装置の突入電流抑制回路に用いてその小型化、低コスト化を図るのに適している。
【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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