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公開番号2025021770
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023125722
出願日2023-08-01
発明の名称電流開閉装置
出願人東邦電気株式会社,株式会社シグマエナジー
代理人個人
主分類H01H 9/54 20060101AFI20250206BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】機械ラッチ式電磁接触器を用いた電流開閉装置における溶着の問題を解決し、電流をアーク無しに遮断する。
【解決手段】
機械ラッチ式電磁接触器の金属接点と並列に接続される逆直列接続した2個の半導体スイッチング素子5から成る双方向半導体スイッチと、各半導体スイッチング素子5のゲートにオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路7と、ダイオードブリッジ9と、定電圧ダイオード10とを備え、ダイオードブリッジ9の交流入力端子には、電磁接触器の駆動コイルの駆動電源が接続されるとともに、ダイオードブリッジ9の直流出力端子は電流制限抵抗8を介して絶縁ゲート駆動回路7の入力端子に接続され、さらに、ダイオードブリッジ9の直流出力端子間には過電圧保護のための定電圧ダイオード10が接続されたことを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
双方向直流電源又は交流電源と負荷との間に挿入されて使用される電流開閉装置であって、該電流開閉装置は、
１巻線ラッチング形の機械ラッチ式電磁接触器と、該電磁接触器の金属接点（以下「接点」という。）と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、
前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、
ダイオードブリッジと、
定電圧ダイオードとを備え、
前記ダイオードブリッジの交流入力端子には、前記電磁接触器の駆動コイルに対して正又は負の電圧を供給して前記接点を閉極又は開極させるために設けられた外部の駆動電源が接続されるとともに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子は電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子間には過電圧保護のための前記定電圧ダイオードが接続されたことを特徴とする電流開閉装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
双方向直流電源又は交流電源と負荷との間に挿入されて使用される電流開閉装置であって、該電流開閉装置は、
２巻線ラッチング形の機械ラッチ式電磁接触器と、該電磁接触器の接点と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、
前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、
２個の逆流防止用ダイオードと、
過電圧保護のための定電圧ダイオードとを備え、
前記電磁接触器の２つの駆動コイルのうちの前記接点を閉極させるための駆動コイルと前記駆動コイルのうちの前記接点を開極させるための駆動コイルにそれぞれ別個独立に電源を供給するために設けられた外部の駆動電源のプラス側が前記各ダイオードのアノードに接続され、かつ前記各ダイオードのカソードが電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記定電圧ダイオードのカソードが前記各ダイオードのカソードに接続され、前記定電圧ダイオードのアノードが前記駆動電源のアース側に接続されたことを特徴とする電流開閉装置。
【請求項３】
前記逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチを、第２のダイオードブリッジと一又は複数の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチで置き換えたものであって、
前記第２のダイオードブリッジの交流入力端子を前記接点に並列に接続するとともに、
前記半導体スイッチング素子を前記第２のダイオードブリッジの直流出力端子に並列接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流開閉装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電流開閉装置の前記電磁接触器の前記接点に並列に接続して使用されるハイブリッド化ユニットであって、該ハイブリッド化ユニットは、
前記接点と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、
前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、ダイオードブリッジと、定電圧ダイオードとを備え、
前記ダイオードブリッジの交流入力端子には、前記電磁接触器の駆動コイルに対して正又は負の電圧を供給して前記接点を閉極又は開極させるために設けられた外部の駆動電源が接続されるとともに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子は電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子間には過電圧保護のための前記定電圧ダイオードが接続されたことを特徴とするハイブリッド化ユニット。
【請求項５】
請求項２に記載の電流開閉装置の前記電磁接触器の前記接点に並列に接続して使用されるハイブリッド化ユニットであって、該ハイブリッド化ユニットは、
前記接点と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、
前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、２個の逆流防止用ダイオードと、過電圧保護のための定電圧ダイオードとを備え、
前記電磁接触器の２つの駆動コイルのうちの前記接点を閉極させるための駆動コイルと前記駆動コイルのうちの前記接点を開極させるための駆動コイルにそれぞれ別個独立に電源を供給するために設けられた外部の駆動電源のプラス側が前記各ダイオードのアノードに接続され、かつ前記各ダイオードのカソードが電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記定電圧ダイオードのカソードが前記各ダイオードのカソードに接続され、前記定電圧ダイオードのアノードが前記駆動電源のアース側に接続されたことを特徴とするハイブリッド化ユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流又は双方向直流の電流開閉装置に関し、特に、金属接点のオン時又はオフ時の開始時のみ外部の駆動電源で接点駆動コイルを励磁して金属接点を駆動してオン状態又はオフ状態にして、その後、接点駆動コイルの励磁を停止してもその状態を維持する所謂機械ラッチ式の電磁接触器と、この金属接点と並列に接続された双方向半導体スイッチとを備えて、接点駆動コイルの駆動電源によって双方向半導体スイッチのゲートを絶縁駆動して金属接点のオン時のチャタリング、オフ時の接点電流をアークの発生なしに開閉することを可能にした電流開閉装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電磁接触器（マグネットコンタクタ）は、プランジャ型リレー（電磁石とバネで機械式に保持する形と永久磁石を使って保持する形を含む。）と呼ばれる制御機器である。
なお、プランジャ形リレーには電磁開閉器（マグネットスイッチ）もあるが、電磁開閉器は、電磁接触器にサーマルリレーを付加したものであり、金属接点の動作に関しては電磁接触器と同じであるから、特に断らない限り、この明細書においては、電磁接触器には電磁開閉器も含まれるものとする。
【０００３】
かかる電磁接触器は、次に述べる２つの問題点が指摘されている。直流の電圧・電流がある程度大きいと接点間のアークが持続して直流電流が遮断できない点と、交流でも金属接点のアークによる損耗と溶着の問題である。
金属接点のオン時にチャタリングが発生すると、大きな突入・始動電流を、数回～１０回程度の高速で開閉を繰り返すため金属接点間に発生するアークにより金属接点が溶融・蒸発し、その後接点金属の溶着・消耗等が発生する。接点溶着を起こした場合は、接点は開極制御不能、電流継続になり、システムに甚大な被害を与えることになる。
【０００４】
かかる電磁接触器を用いた電流開閉装置における金属接点のチャタリングによる溶着の問題と、交流又は直流の電流遮断時のアーク発生の問題を解決することを可能にする電流開閉装置が本発明者らによって提案（ただし未公開）されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特願２０２２－１８７００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電磁接触器には、金属接点のオン開始時又はオフの開始時に短時間（５０ｍｓ程度）のみ電磁力を発生させて金属接点の閉から開へ、又は開から閉を行う機械ラッチ式の電磁接触器があり、一般の電磁接触器と異なり、オン状態でも接点駆動コイルに電流を連続的に流す必要が無く、コイルの電力消費による発熱が無いのが特徴である。
また、機械ラッチ式の電磁接触器には２種類あって、一方は、駆動コイルが１つのみで、可動鉄片がコイル電流の方向によって接点を閉状態又はコイル電流を逆方向にすると開状態になるが、駆動電流が停止しても接点はその状態を維持、すなわちラッチされるものである（１巻線ラッチング型）。
他方は、駆動コイルを２つ持っていて、接点を閉状態にするためのコイルと、接点を開状態にするためのコイルが別々に設けられており、個々にコイルに電流を流すことによって接点の開閉状態を変化させ、コイルへの電流を停止した後もその状態を維持することができるものである（２巻線ラッチング型）。
【０００７】
かかる２種類の機械ラッチ式電磁接触器に共通する特徴は、金属接点のオン開始時又はオフの開始時に短時間（５０ｍｓ程度）のみ駆動コイルに電流を流すという点である。
一方、上記特許文献１に記載の電磁接触器は、金属接点がオンしている間はコイルに電流を流し続ける必要があり、金属接点がオンの間はコイルを駆動する電源をオフすることができない。
また、駆動コイルを駆動する電源は半導体スイッチのゲートを駆動する電源としても使われているため、金属接点のオンの直後に駆動コイルの電源をオフするラッチ式電磁接触器を用いた電流開閉装置の半導体スイッチのゲート駆動制御回路は、上記特許文献１に記載のゲート駆動制御回路が使えないという問題がある。
さらには、１巻線ラッチング型の場合、接点を開極する場合は、コイル電流を逆方向にする必要があるため、やはり上記特許文献１に記載のゲート駆動制御回路が使えない。
【０００８】
本発明は上述のような問題に鑑みなされたものであり、機械ラッチ式電磁接触器を用いた電流開閉装置における上記の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、双方向直流電源又は交流電源と負荷との間に挿入されて使用される電流開閉装置に関し、本発明の上記目的は、該電流開閉装置が、１巻線ラッチング形の機械ラッチ式電磁接触器と、該電磁接触器の金属接点（以下「接点」という。）と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、ダイオードブリッジと、定電圧ダイオードとを備え、前記ダイオードブリッジの交流入力端子には、前記電磁接触器の駆動コイルに対して正又は負のパルス電圧を供給して前記接点を閉極又は開極させるために設けられた外部の駆動電源が接続されるとともに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子は電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記ダイオードブリッジの直流出力端子間には過電圧保護のための前記定電圧ダイオードが接続されたことを特徴とする電流開閉装置によって達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、該電流開閉装置が、２巻線ラッチング形の機械ラッチ式電磁接触器と、該電磁接触器の接点と並列に接続される逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子から成る双方向半導体スイッチと、前記各半導体スイッチング素子の制御端子にオン又はオフのための制御電圧を出力する絶縁ゲート駆動回路と、２個のダイオードと、過電圧保護のための定電圧ダイオードとを備え、前記電磁接触器の２つの駆動コイルのうちの前記接点を閉極させるための駆動コイルと前記駆動コイルのうちの前記接点を開極させるための駆動コイルにそれぞれ別個独立に電源を供給するために設けられた外部の駆動電源のプラス側が前記各ダイオードのアノードに接続され、かつ前記各ダイオードのカソードが電流制限抵抗を介して前記絶縁ゲート駆動回路の入力端子に接続され、さらに、前記定電圧ダイオードのカソードが前記各ダイオードのカソードに接続され、前記定電圧ダイオードのアノードが前記駆動電源のアース側に接続されたことを特徴とする電流開閉装置によっても達成される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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