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技術 直流開閉器のアーク消去装置

出願人 オムロン株式会社
発明者 大盛浩二森井真喜人大塚裕之
出願日 2017年1月13日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2017-004387
公開日 2018年7月19日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2018-113223
状態 特許登録済
技術分野 開閉回路装置 消弧付高圧スイッチの駆動機構及び操作回路
主要キーワード アーク消去 迂回回路 時限回路 接点間電圧 切り離し用 両接点間 試験用プローブ 車載用モータ
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重要な関連分野

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図面 (7)

課題

電源起動時における負荷装置の不要な挙動を防止する。

解決手段

アーク消去装置(2)は、機械式の第1スイッチ(SW1)に並列接続される半導体スイッチ(TR4)、第1スイッチ(SW1)の両接点間に発生する電圧により、半導体スイッチ(TR4)をオンにする電圧を出力する電源回路(22)、および開状態により半導体スイッチ(TR4)のオン動作を阻止する第2スイッチ(SW2)を備える。

概要

背景

従来、直流開閉器に生じるアーク消去するアーク消去装置が知られている。アーク消去装置は、例えば特許文献1に開示されているように、直流開閉器と並列に接続され、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する。

特許文献1に記載のアーク消去装置は、具体的には、直流電源機械式スイッチ半導体スイッチ、電源回路制御回路および時限回路を備えている。機械式スイッチは直流電源と直列に接続され、半導体スイッチは機械式スイッチと並列に接続され、制御回路は半導体スイッチをオンオフさせ、電源回路は制御回路を駆動する。時限回路は、機械式スイッチの一方の接点と電源回路との間に接続され、電源回路の稼働時間を設定する。このような構成により、上記アーク消去装置は、機械式スイッチに生じるアークの電圧を利用し、半導体スイッチをオンにしてアークを消去する。

概要

電源起動時における負荷装置の不要な挙動を防止する。アーク消去装置(2)は、機械式の第1スイッチ(SW1)に並列接続される半導体スイッチ(TR4)、第1スイッチ(SW1)の両接点間に発生する電圧により、半導体スイッチ(TR4)をオンにする電圧を出力する電源回路(22)、および開状態により半導体スイッチ(TR4)のオン動作を阻止する第2スイッチ(SW2)を備える。

目的

効果

実績

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請求項1

負荷装置直流電源直列に接続された機械式の第1スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、前記第1スイッチの両接点に接続され、前記第1スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、開状態により前記半導体スイッチのオン動作を阻止する第2スイッチとを備えていることを特徴とする直流開閉器アーク消去装置。

請求項2

前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における、前記半導体スイッチの接続部と前記電源回路との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項3

前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記半導体スイッチとの間に設けられ、前記第1スイッチおよび前記半導体スイッチと直列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項4

前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における前記半導体スイッチの接続部と、前記第1スイッチとの間に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項5

前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における前記半導体スイッチの接続部と、前記半導体スイッチとの間に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項6

前第2スイッチはノーマルオープンのスイッチであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項7

前記第1スイッチと前記第2スイッチとは、前記負荷装置において操作される操作部に連動して動作し、前記負荷装置において操作される操作部の一方向への移動に応じて、先に前記第2スイッチが閉じ、その後、前記第1スイッチが閉じる一方、前記操作部の前記一方向とは逆方向への移動に応じて、先に前記第1スイッチが開き、その後、前記第2スイッチが開くようになっていることを特徴とする請求項6に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項8

前記第2スイッチは、前記第1スイッチとともに、前記負荷装置である電動工具トリガスイッチに組み込まれ、前記トリガスイッチを押し込むときには、先に前記第2スイッチが閉じ、その後、前記第1スイッチが閉じる一方、前記トリガスイッチを戻すときには、先に前記第1スイッチが開き、その後、前記第2スイッチが開くようになっていることを特徴とする請求項6に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項9

筐体を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第1スイッチを接続する接続部、並びに前記負荷装置の前記直流電源および負荷を接続する接続部が設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

請求項10

前記負荷は車載用モータであり、前記第1スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーであることを特徴とする請求項9に記載の直流開閉器のアーク消去装置。

技術分野

0001

本発明は、本発明は、直流開閉器接点間に生じるアーク消去する直流開閉器のアーク消去装置に関する。

背景技術

0002

従来、直流開閉器に生じるアークを消去するアーク消去装置が知られている。アーク消去装置は、例えば特許文献1に開示されているように、直流開閉器と並列に接続され、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する。

0003

特許文献1に記載のアーク消去装置は、具体的には、直流電源機械式スイッチ半導体スイッチ、電源回路制御回路および時限回路を備えている。機械式スイッチは直流電源と直列に接続され、半導体スイッチは機械式スイッチと並列に接続され、制御回路は半導体スイッチをオンオフさせ、電源回路は制御回路を駆動する。時限回路は、機械式スイッチの一方の接点と電源回路との間に接続され、電源回路の稼働時間を設定する。このような構成により、上記アーク消去装置は、機械式スイッチに生じるアークの電圧を利用し、半導体スイッチをオンにしてアークを消去する。

先行技術

0004

特許第3441813号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1に記載の回路では、機械式スイッチ、半導体スイッチおよび時限回路含むアーク消去回路並びに負荷と、直流電源とは常時接続された回路構成となっている。したがって、機械式スイッチが開状態であっても、例えば直流電源を装着した場合などの直流電源の起動時には、時限回路および電源回路を介して制御回路に電圧が供給され、制御回路が動作する。その結果、半導体スイッチが短時間オンとなり、その間に負荷を含む主回路電流が流れる。このため、負荷装置である例えば電動工具は、使用者が意図しない挙動を行い、使用者が電動工具の信頼性について不信感を抱くという問題点を有している。

0006

したがって、本発明の一態様は、電源の起動時における負荷装置の不要な挙動を防止するアーク消去装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る直流開閉器のアーク消去装置は、負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第1スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、前記第1スイッチの両接点に接続され、前記第1スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、開状態により前記半導体スイッチのオン動作を阻止する第2スイッチとを備えている。

0008

上記の構成によれば、第2スイッチは、開状態により半導体スイッチのオン動作を阻止する。したがって、ユーザが負荷装置を使用しない場合に、第2スイッチを開状態にしておけば、ユーザが負荷装置(例えば電動工具)に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合であっても、半導体スイッチを経由して負荷装置にパルス電流が流れることはない。これにより、負荷装置はユーザが予期しない挙動を生じることがなく、アーク消去装置は、直流電源の起動時における負荷装置の不要な挙動を防止することができる。

0009

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における、前記半導体スイッチの接続部と前記電源回路との間に設けられている構成としてもよい。

0010

上記の構成によれば、第1スイッチと電源回路とを接続し、かつ半導体スイッチが接続されている通電路は、第2スイッチの開状態により遮断される。したがって、第1スイッチを開いたときに、第1スイッチの両接点の間に発生する電圧が電源回路へ供給されず、電源回路は動作せず、半導体スイッチはオン動作が阻止される。

0011

これにより、ユーザが負荷装置(例えば電動工具)に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合であっても、半導体スイッチを経由して負荷装置にパルス電流が流れることはなく、負荷装置はユーザが予期しない挙動を生じることがない。

0012

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記半導体スイッチとの間に設けられ、前記第1スイッチおよび前記半導体スイッチと直列に接続されている構成としてもよい。

0013

上記の構成によれば、第1スイッチと並列に接続された半導体スイッチによって形成される、第1スイッチに対する迂回回路は、第2スイッチの開状態により遮断される。したがって、第1スイッチを開いたときに、第1スイッチの両接点の間に発生する電圧が電源回路へ供給され、電源回路から半導体スイッチをオンにする電圧が出力された場合であっても、半導体スイッチはオン動作が阻止される。

0014

これにより、ユーザが負荷装置(例えば電動工具)に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合であっても、半導体スイッチを経由して負荷装置にパルス電流が流れることはなく、負荷装置はユーザが予期しない挙動を生じることがない。

0015

また、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチを負荷装置から切り離して絶縁することができる。したがって、例えば半導体スイッチが短絡故障した場合に、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチに流れる電流の経路を遮断し、アーク消去装置の回路を保護することができる。これにより、アーク消去装置は安全性を高めることができる。

0016

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における前記半導体スイッチの接続部と、前記第1スイッチとの間に設けられている構成としてもよい。

0017

例えば、第1スイッチに例えば1000〜2000Vの電圧を加えて第1スイッチの耐圧試験を行う場合、半導体スイッチの耐圧が低い場合であっても、半導体スイッチは第2スイッチによって第1スイッチから切り離されている。これにより、半導体スイッチの耐圧が低くても、半導体スイッチを第1スイッチから切り離すためのスイッチを別途設けることなく、例えば、第1スイッチの両端に(試験用プローブ等で)上記電圧を加えて耐圧試験をすることができる。

0018

また、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチおよび電源回路を負荷装置から切り離して絶縁することができる。これにより、例えば半導体スイッチが短絡故障した場合に、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチに流れる電流の経路を遮断し、アーク消去装置の回路を保護することができる。これにより、アーク消去装置は安全性を高めることができる。

0019

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチは、前記第1スイッチと前記電源回路とを接続しかつ前記半導体スイッチが接続されている通電路における前記半導体スイッチの接続部と、前記半導体スイッチとの間に設けられている構成としてもよい。

0020

上記の構成によれば、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチを負荷装置から切り離して絶縁することができる。これにより、例えば半導体スイッチが短絡故障した場合に、第2スイッチの開状態によって半導体スイッチに流れる電流の経路を遮断し、アーク消去装置の回路を保護することができる。これにより、アーク消去装置は安全性を高めることができる。

0021

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチはノーマルオープンのスイッチである構成としてもよい。

0022

上記の構成によれば、第2スイッチはノーマルオープンのスイッチであるから、ユーザが第2スイッチを操作することなく、ユーザが予期しない負荷装置の挙動を防止することができる。

0023

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第1スイッチと前記第2スイッチとは、前記負荷装置において操作される操作部に連動して動作し、前記負荷装置において操作される操作部の一方向への移動に応じて、先に前記第2スイッチが閉じ、その後、前記第1スイッチが閉じる一方、前記操作部の前記一方向とは逆方向への移動に応じて、先に前記第1スイッチが開き、その後、前記第2スイッチが開くようになっている構成としてもよい。

0024

上記の構成によれば、操作部を有する負荷装置において、操作部に対するユーザの操作による、第1スイッチを閉じる場合および開く場合に発生するアークを消去することができる。また、ユーザが操作部を操作していない場合において、ユーザが負荷装置に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合の負荷装置のユーザが予期しない挙動を防止することができる。

0025

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第2スイッチは、前記第1スイッチとともに、前記負荷装置である電動工具のトリガスイッチに組み込まれ、前記トリガスイッチを押し込むときには、先に前記第2スイッチが閉じ、その後、前記第1スイッチが閉じる一方、前記トリガスイッチを戻すときには、先に前記第1スイッチが開き、その後、前記第2スイッチが開くようになっている構成としてもよい。

0026

上記の構成によれば、トリガスイッチを有する電動工具において、トリガスイッチに対するユーザの操作による、第1スイッチを閉じる場合および開く場合に発生するアークを消去することができる。また、ユーザがトリガスイッチを操作していない場合において、ユーザが電動工具に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合の電動工具のユーザが予期しない挙動を防止することができる。

0027

上記の直流開閉器のアーク消去装置は、筐体(例えばソケット)を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第1スイッチと接続する接続部、並びに前記負荷装置の前記直流電源および負荷と接続する接続部が設けられている構成としてもよい。

0028

上記の構成によれば、アーク消去装置は、回路の構成要素を筐体内に収容し、ユニット化した構成とすることができるので、各種負荷装置への適用が容易となる。

0029

上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記負荷は車載用モータであり、前記第1スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーである構成としてもよい。

0030

上記の構成によれば、アーク消去装置は、頻繁に動作するリレーに対してアークによる接点の摩耗を防止して長寿命化し、車載用に適した構成とすることができる。

発明の効果

0031

本発明の一態様によれば、第2スイッチは、開状態により半導体スイッチのオン動作を阻止する。したがって、ユーザが負荷装置(例えば電動工具)に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合であっても、半導体スイッチを経由して負荷装置にパルス電流が流れることはない。これにおり、負荷装置はユーザが予期しない挙動を生じることがなく、アーク消去装置は、直流電源の起動時における負荷装置の不要な挙動を防止することができる。

図面の簡単な説明

0032

本発明の実施形態のアーク消去装置を備えた負荷装置である電動工具の一例を示す正面図である。
本発明の実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。
図2に示した負荷装置およびアーク消去装置の回路図である。
本発明の他の実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。
図4に示した負荷装置およびアーク消去装置の回路図である。
本発明のさらに他の実施形態を示すものであって、アーク消去装置の適用例を示すブロック図である。

実施例

0033

〔実施形態1〕
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本実施形態のアーク消去装置を備えた負荷装置である電動工具の一例を示す正面図である。図2は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。本実施形態は、一例として、負荷装置が、例えば図1に示す携帯式の電動工具であり、アーク消去装置が上記負荷装置に組み込まれている場合について説明する。

0034

(負荷装置1の構成)
図2に示すように、負荷装置1は、直流電源E1、負荷11および第1スイッチ(直流開閉器)SW1を備え、これらが閉ループを構成するように直列に接続されている。直流電源E1は例えば電池であり、負荷11は例えばモータであり、第1スイッチSW1は有接点を有する機械式のスイッチである。

0035

(アーク消去装置2の構成)
アーク消去装置2は、半導体スイッチTR4、第1タイマ回路21、電源回路22、保護回路23および第2スイッチSW2を備えている。

0036

半導体スイッチTR4は、本実施形態ではFET電界効果トランジスタ)であり、ドレインが正側の第1通電路25aと接続され、ソースが負側の第2通電路25bと接続されている。第1通電路25aは正側接続端子T1と接続され、正側接続端子T1は、第1スイッチSW1の一方の端子と接続されている。また、第2通電路25bは負側接続端子T2と接続され、負側接続端子T2は、第1スイッチSW1の他方の端子と接続されている。正側接続端子T1から半導体スイッチTR4を経て負側接続端子T2に至る回路は、第1スイッチSW1に対する迂回回路28となっており、半導体スイッチTR4は、第1スイッチSW1と並列に接続されている。

0037

電源回路22は、第1通電路25aおよび第2通電路25bと接続されている。電源回路22と第1通電路25aとの接続は、第1通電路25aから電源回路22に向う方向を順方向とするダイオードD2を介して行われている。電源回路22は、第1通電路25aおよび第2通電路25bから給電されて一定電圧を半導体スイッチTR4へ出力する定電圧回路である。

0038

第1タイマ回路21は、第1通電路25aにおける、第1通電路25aと半導体スイッチTR4との接続部と第1通電路25aとダイオードD2との接続部との間に設けられている。第1タイマ回路21は、アーク消去装置2の動作開始から一定時間が経過すると、すなわちコンデンサC1の充電が完了すると(コンデンサC1の電荷満杯になると)、第1通電路25aを遮断する。

0039

保護回路23は、電源回路22と半導体スイッチTR4との間に設けられ、電源回路22から供給される電圧を半導体スイッチTR4のゲートに供給する。また、保護回路23は、半導体スイッチTR4のゲートに最大定格以上の電圧が掛からないようにして、半導体スイッチTR4を保護する。なお、保護回路23は、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。

0040

第2スイッチSW2は、例えば第1通電路25aにおいて、半導体スイッチTR4と第1通電路25aとの接続部と第1タイマ回路21との間に設けられ、第1通電路25aを開閉するようになっている。第2スイッチSW2は、ノーマルオープン(A接点)のスイッチであり、例えば手動操作自動復帰接点のスイッチである。

0041

本実施形態において、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2は、図1に示す負荷装置1である携帯式の電動工具のトリガスイッチ(操作部)41に組み込まれている。この場合、トリガスイッチ41を押し込む(あるいは引く)と、まず第2スイッチSW2が閉じ、その後、第1スイッチSW1が閉じる。トリガスイッチ41を戻す場合は、逆に、第1スイッチSW1が開き、次に、第2スイッチSW2が開く。

0042

また、電源回路22に対する半導体スイッチTR4側とは反対側の位置における、第1通電路25aと第2通電路25bとの間には、ダイオードD1およびコンデンサC2が設けられている。ダイオードD1は、第2通電路25bから第1通電路25aへ向う方向を順方向として、第1通電路25aおよび第2通電路25bに接続されている。ダイオードD1は、第1タイマ回路21、半導体スイッチTR4およびダイオードD1によって形成される閉ループにより、第1タイマ回路21に蓄積された電荷を放電させ、第1タイマ回路21をリセットさせる。コンデンサC2は、第1通電路25aおよび第2通電路25bのノイズを除去し、第1通電路25aと第2通電路25bとの間の電圧を安定化する。なお、コンデンサC2は、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。

0043

(アーク消去装置2の具体的な回路)
図3は、図2に示した負荷装置1およびアーク消去装置2の回路図である。図3に示すように、アーク消去装置2の第1タイマ回路21は、直列接続されたコンデンサC1および抵抗R1を備えている。なお、コンデンサC1の静電容量は、電源回路22のコンデンサC3の静電容量よりもはるかに大きい。また、抵抗R1は、抵抗値が低い抵抗であり、回路に過大な電流が流れることを防止する上において設けることが好ましいものの、アーク消去装置2の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。

0044

電源回路22は、トランジスタTR1、コンデンサC3、抵抗R2,R3およびツェナーダイオードZD1を備えている。トランジスタTR1のエミッタは、このエミッタから半導体スイッチTR4のゲートに向う第3通電路27と接続されている。コンデンサC3は、トランジスタTR1のコレクタと第2通電路25bとの間、抵抗R2は、トランジスタTR1のベースとコレクタとの間、ツェナーダイオードZD1は、トランジスタTR1のベースと第2通電路25bとの間、抵抗R3は、トランジスタTR1のエミッタと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。なお、前述したダイオードD2のカソードは、トランジスタTR1のコレクタと接続されている。

0045

保護回路23は、抵抗R10およびツェナーダイオードZD2を備えている。抵抗R10は、第3通電路27におけるトランジスタTR1のエミッタと半導体スイッチTR4のゲートとの間、ツェナーダイオードZD2は、半導体スイッチTR4のゲートと第2通電路25bとの間に、それぞれ設けられている。抵抗10は、ゲート抵抗と呼ばれているものであり、半導体スイッチTR4であるFETのゲートとソースとの間の寄生容量に流れ込む電流を制限している。

0046

(アーク消去装置2の動作)
上記の構成において、アーク消去装置2の動作を以下に説明する。

0047

(第2スイッチSW2および第1スイッチSW1が順次閉じる場合)
負荷装置1およびアーク消去装置2の停止状態では、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が開状態である。したがって、第1スイッチSW1の接点間には、直流電源E1による電圧が生じている。

0048

上記の状態から、ユーザがトリガスイッチ41を押し込んでいく場合の動作について説明する。負荷装置1のユーザがトリガスイッチ41を押し込んでいくと、まず第2スイッチSW2が閉じ、負荷装置1の直流電源E1から、第1通電路25aを通じて電源回路22へ電流が流れる。これにより、電源回路22が動作を開始する。なお、この状態では第1スイッチSW1は開いたままである。

0049

電源回路22が動作を開始すると、電源回路22の出力電圧が保護回路23を介して半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなり、迂回回路28が閉状態となる。

0050

具体的には、第1通電路25aを流れる電流は、第2スイッチSW2および第1タイマ回路21を経た後、ダイオードD2を介して電源回路22のコンデンサC3へ流れ込む。これにより、電源回路22のトランジスタTR1にベース電流が流れてトランジスタTR1がオンとなる。なお、トランジスタTR1のベースにはツェナーダイオードZD1の動作により一定の電圧が印加される。

0051

トランジスタTR1がオンになると、電源回路22から出力された電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。半導体スイッチTR4がオンになると、迂回回路28が開状態から閉状態となる。

0052

迂回回路28が閉状態になると、第1スイッチSW1の接点間は低インピーダンスとなる。また、直流電源E1、負荷11、半導体スイッチTR4および直流電源E1の経路にて、負荷装置1の負荷11に電流が流れる。

0053

半導体スイッチTR4がオンとなった後は、直流電源E1から、半導体スイッチTR4よりもインピーダンスが高い第1通電路25a側へは電流が流れ込まなくなる。したがって、電源回路22はやがて動作を停止し、半導体スイッチTR4はオフとなる。半導体スイッチTR4がオフになった場合、第1スイッチSW1は開状態であるので、負荷11には電流が流れず、第1スイッチSW1の接点間電圧は、直流電源E1の電圧に戻る。

0054

上記のように、半導体スイッチTR4がオンになり、その間、負荷11に電流が流れると、負荷装置1は、一時的に振動するなど、ユーザが意図しない挙動を行う。しかしながら、この挙動は、ユーザが負荷装置1を動かそうとする意志を持って負荷装置1を操作する過程で生じるものであるから、ユーザにとって驚きがなく、問題がない。

0055

その後、ユーザがトリガスイッチ41をさらに押し込んで行くと、第1スイッチSW1が閉じ、直流電源E1、負荷11、第1スイッチSW1および直流電源E1の経路にて負荷11に電流が流れ、負荷11(負荷装置1)が動作する。

0056

(第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が順次開く場合)
次に、ユーザがトリガスイッチ41を押し切って第2スイッチSW2および第1スイッチSW1が閉じている状態から、トリガスイッチ41を戻していく場合の動作について説明する。

0057

ユーザがトリガスイッチ41を戻していくと、まず第1スイッチSW1が開く。この状態では、第2スイッチSW2は閉じたままである。

0058

第1スイッチSW1が開くと、第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生する。上記接点間に発生した電圧により電源回路22が動作し、電源回路22の出力電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。したがって、迂回回路28が閉状態となり、第1スイッチSW1の接点間でのアークが抑制される。

0059

具体的には、第1スイッチSW1が開くと、第1スイッチSW1の接点間に一瞬だけ電圧が発生する。第1スイッチSW1の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子T1から第1タイマ回路21に向って第1通電路25aに電流が流れる。この電流は、第1タイマ回路21を経た後、ダイオードD2を介して電源回路22のコンデンサC3へ流れ込む。これにより、電源回路22のトランジスタTR1にベース電流が流れてトランジスタTR1がオンとなる。なお、トランジスタTR1のベースにはツェナーダイオードZD1の動作により一定の電圧が印加される。

0060

トランジスタTR1がオンになると、電源回路22から出力された電圧が半導体スイッチTR4のゲートに印加され、半導体スイッチTR4がオンとなる。半導体スイッチTR4がオンになると、迂回回路28が開状態から閉状態となる。したがって、第1スイッチSW1の接点間には電流が流れず、電流は迂回回路28に全て流れるため、第1スイッチSW1の接点間でのアークの発生が抑制される。

0061

第1スイッチSW1の接点間は、迂回回路28が閉状態になることにより、低インピーダンスとなる。負荷装置1の負荷11にも同様に電流が継続して流れる。

0062

その後、第1通電路25aに電流が流れなくなったことにより、電源回路22は動作を停止し、半導体スイッチTR4はオフとなり、迂回回路28は開状態となる。また、半導体スイッチTR4がオフになった場合、第1スイッチSW1は開状態であるので、負荷11には電流が流れず、第1スイッチSW1の接点間電圧は、直流電源E1の電圧に戻る。

0063

また、第1タイマ回路21のコンデンサC1の充電が完了すると、第1タイマ回路21によって第1通電路25aが遮断される。したがって、アーク消去装置2は、負荷装置1すなわち直流電源E1から電気的に切り離された安定な状態となる。

0064

また、トリガスイッチ41をさらに戻して行くと、第2スイッチSW2が開く。

0065

ここで、ユーザが負荷装置1である電動工具のトリガスイッチ41を操作していない状態では、第2スイッチSW2は開状態であり、第1通電路25aは遮断されている。したがって、ユーザが電動工具に対して直流電源E1(例えば蓄電池)を取り外した後、取り付けた場合であっても、負荷装置1はパルス電流を発生せず、半導体スイッチTR4がオンせず、負荷11にパルス電流は流れない。したがって、電動工具は、ユーザが予期しない挙動を生じることがない。

0066

(第2スイッチSW2を備えることによる利点)
上記のように、ユーザが負荷装置1である電動工具のトリガスイッチ41を操作していない状態では、第2スイッチSW2により第1通電路25aが遮断されているので、ユーザが電動工具に対して直流電源E1を取り外した後、取り付けた場合であっても、負荷11にパルス電流が流れることはない。したがって、電動工具はユーザが予期しない挙動を生じることがなく、アーク消去装置2は、電源(直流電源E1)の起動時における負荷装置1の不要な挙動を防止することができる。

0067

なお、本実施形態において、電源回路22は、定電圧回路となっているが、定電圧回路に代えて、簡素な構成により半導体スイッチTR4を駆動する電源回路であってもよい。この場合の電源回路は、電源回路22から例えばトランジスタTR1、抵抗R2およびツェナーダイオードZD1を省いたものとなる。

0068

また、本実施形態では、スイッチング素子としての半導体スイッチTR4がFETである場合を例に説明した。しかしながら、半導体スイッチTR4は、FETの他、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やその他のパワートランジスタであってもよい。この点は、以下に示すその他の実施形態においても同様である。

0069

また、第1タイマ回路21の機能は、上記のように、半導体スイッチTR4のオフ後にアーク消去装置2を負荷装置1から電気的に切り離して、電源回路22の動作を停止させることである。これにより、第1タイマ回路21は、負荷装置1の直流電源E1の電力がアーク消去装置2によって消費され続ける事態を阻止している。したがって、アーク消去装置2は、抵抗R1およびコンデンサC1からなる第1タイマ回路21に代えて、半導体スイッチTR4のオフ後にアーク消去装置2(特に電源回路22)を負荷装置1から電気的に切り離す回路を備えていてもよい。この点は、他の実施形態においても同様である。

0070

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

0071

図4は本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。図5は、図4に示した負荷装置およびアーク消去装置の回路図である。

0072

本実施形態のアーク消去装置3では、第2スイッチSW2は、(1)第1通電路25a(迂回回路28)における半導体スイッチTR4と第1通電路25aとの接続部と、正側接続端子T1との間に設けられている。なお、第2スイッチSW2は、上記の位置に代えて、(2)第2通電路25b(迂回回路28)における半導体スイッチTR4と第2通電路25bとの接続と、負側接続端子T2との間に配置されていてもよい。

0073

上記(1)または(2)の位置に第2スイッチSW2を配置した場合のアーク消去装置3の基本的な動作は、前述のアーク消去装置2の場合と同様である。ただし、第2スイッチSW2を上記(1)または上記(2)の位置に配置した場合、アーク消去装置3は次の利点を有する。

0074

すなわち、第2スイッチSW2の耐圧試験を行う際には、第2スイッチSW2に例えば1000〜2000Vの電圧を印加する。この場合には、半導体スイッチTR4であるFETの耐圧が低いため、第2スイッチSW2は、別途、例えば有接点のスイッチを設けてアーク消去装置3から完全に切り離す必要がある。第2スイッチSW2をアーク消去装置3から切り離す場合には、第2スイッチSW2を上記(1)または上記(2)の位置に配置した場合、切り離し用の上記スイッチは、第1通電路25aにおける半導体スイッチTR4の接続部と第2スイッチSW2との間のみに設ければよい。したがって、第2スイッチSW2を上記(1)または上記(2)の位置に配置した状態は、図3の位置に配置した状態よりも第2スイッチSW2の切り離しが容易である。

0075

また、第2スイッチSW2の開状態によって半導体スイッチTR4を負荷装置1から切り離して絶縁することができる。したがって、例えば半導体スイッチTR4が短絡故障した場合に、第2スイッチSW2の開状態によって半導体スイッチTR4に流れる電流の経路を遮断し、アーク消去装置3の回路を保護することができる。これにより、アーク消去装置3は安全性を高めることができる。

0076

(第2スイッチSW2のその他の配置)
なお、第2スイッチSW2の配置位置は、図2または図3に示した位置に限定されず、
(3)迂回回路28における半導体スイッチTR4と第1通電路25aとの接続部と、半導体スイッチTR4との間
(4)迂回回路28における半導体スイッチTR4と第2通電路25bとの接続部と、半導体スイッチTR4との間
(5)第1通電路25aにおけるダイオードD2と第1通電路25aとの接続部と、第1タイマ回路21との間
(6)コンデンサC3と第2通電路25bとの接続部と、コンデンサC3との間
(7)第2通電路25bにおけるコンデンサC3と第2通電路25bとの接続部と、抵抗R3と第2通電路25bとの接続部との間
のいずれかの位置であってもよい。

0077

以上のような第2スイッチSW2の配置は、第2スイッチSW2が開くことによって、迂回回路28を遮断し、かつ半導体スイッチTR4をオンにさせない配置、または、電源回路22を動作させず、かつ半導体スイッチTR4を動作させない配置である。

0078

第2スイッチSW2を上記(3)または上記(4)の位置に配置した場合には、半導体スイッチTR4を迂回回路28すなわち負荷装置1から切り離して絶縁することができる。これにより、第2スイッチSW2を上記(1)または上記(2)の位置に配置した場合と同様、例えば半導体スイッチTR4が短絡故障した場合に、アーク消去装置3の回路を保護し、アーク消去装置3は安全性を高めることができる。

0079

〔実施形態3〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

0080

図6は、本実施形態のアーク消去装置の適用例を示すブロック図である。上記の実施形態に示したアーク消去装置2,3は、前述したように、トリガスイッチ41を有し、トリガスイッチ41に第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を組み込んだ装置(例えば電動工具)に適用可能である。その他の適用例として、アーク消去装置2,3は、図6に示すように、負荷11に接続されるソケット31に組み込むことができる。この場合、アーク消去装置2,3は、筐体を有するユニットとして構成される。

0081

図6に記載の構成では、負荷11は例えば車載用モータであり、第1スイッチSW1は、ソケット31に接続される例えばリレーである。また、第2スイッチSW2は、第1スイッチSW1と同様に、ソケット31に対して外付けされる構成であってもよい。この場合、ソケット31は、負荷11および直流電源E1との接続端子31a,31b、リレー(第1スイッチSW1)との接続端子31c,31d、および第2スイッチSW2(例えばリレー)との接続端子31e,31fを備えていてもよい。

0082

上記のような構成では、アーク消去装置2,3は、リレー(第1スイッチSW1)の接点間でのアークの発生を防止し、あるいはリレー(第1スイッチSW1)の接点間に発生したアークを消去し、リレーの寿命を長くする。

0083

アーク消去装置2,3は、その他、スイッチを有する産業機器に適用可能である。

0084

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

0085

1負荷装置
2〜3アーク消去装置
11負荷
21 第1タイマ回路
22電源回路
23保護回路
25a 第1通電路
25b 第2通電路
27 第3通電路
28迂回回路
31ソケット
41トリガスイッチ(操作部)
E1直流電源
T1 正側接続端子
T2 負側接続端子
SW1 第1スイッチ(直流開閉器)
SW2 第2スイッチ
TR4半導体スイッチ

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