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発明の名称 機械式スイッチの接点間アークの消去装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−106839
公開日 平成8年(1996)4月23日
出願番号 特願平6−241504
出願日 平成6年(1994)10月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎 (外2名)
発明者 沼田 秀隆 / 浅井 久義 / 徳山 博
要約 目的
アークの検知が確実で、信頼性が高く、また、常時、電源回路に通電する必要がなく、省電力が可能になる機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供する。

構成
直流電源20と、この直流電源20に直列に接続された機械式スイッチ21と、この機械式スイッチ21に発生するアークを消去するために機械式スイッチ21と並列に接続された半導体スイッチ22と、機械式スイッチ21の両接点に接続された電源回路23と、半導体スイッチ22をオン,オフするために電源回路23と半導体スイッチ22との間に介在する制御回路24と、機械式スイッチ21の一方の接点と電源回路23との間に接続した時限回路25を備えた。
特許請求の範囲
【請求項1】 直流電源と、この直流電源に直列に接続された機械式スイッチと、この機械式スイッチに発生するアークを消去するために前記機械式スイッチと並列に接続された半導体スイッチと、前記機械式スイッチの両接点に接続された電源回路と、前記半導体スイッチをオン,オフするために前記電源回路と前記半導体スイッチとの間に介在する制御回路とを備えたことを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項2】 請求項1記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記機械式スイッチの一方の接点と前記電源回路との間に時限回路を接続したことを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項3】 請求項2記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記時限回路はコンデンサであることを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項4】 請求項1および2記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記電源回路と並列にコンデンサを設けたことを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項5】 請求項2記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記時限回路に蓄積された電荷による電流を流すダイオードを前記時限回路と前記半導体スイッチとに直列に設けたことを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項6】 請求項1および2記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記アークによるアーク電圧を昇圧するための昇圧回路を設け、この昇圧回路の出力を前記電源回路に接続したことを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
【請求項7】 請求項6記載の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記昇圧回路は複数のコンデンサと切り換えスイッチによって構成されていることを特徴とする機械式スイッチの接点間アークの消去装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械式スイッチに発生するアークを消去する機械式スイッチの接点間アークの消去装置に関する。
【0002】
【従来技術】従来技術として実公平4-47876号公報があり、これを図7に示してある。図7において、1はケース2に貫通状態で取り付けた磁器等よりなるブッシングであり、ケース内に位置した先端には接点取付台3が固定されている。この接点取付台3はブッシング1の中央を挿通するスタッドボルト(特に図示しない)を介して電源側の電線に接続されている。4は垂直の取付部4aと斜状の接触部4bとからなるバットコンタクトの固定接点であり、その取付部4aをボルト5により接点取付台3の先端面3aに接続させている。6は接触部の外周面を囲むようにして設けたコ字形の鉄片である。また、7はバットコンタクトの可動接点であり、上記の固定接点4の接触部4bと対抗する位置には耐弧メタルからなる球面状の接触部7aとその接触部7aの外周面を囲むようにしてコ字形の鉄片8とが設けられており、大電流投入時には両接点に流れる電流によって両接点4,7の鉄片6,8が吸引し合ってチャタリングを防止するようにしている。9は可動接点7が揺動できるようにネジ状の連結ピン10とコイルスプリング11によって連結した可動導電バーであり、可動接点7とは電気的に接続されまた、同バー9には可動接点7と固定接点4とが投入状態にある時、後述する消弧装置12の補助接片13の上部13aに対しその上方より弾力的に接触するステンレス板あるいはリン青銅板からなる補助接点14を備えている。なお、上記可動接点7は可動導電バー9を介して終局的には図示外の負荷側の配電線に接続されている。また、12は固定接点4に対し取付接続する消弧装置でありL形の端子15を介して上記固定接点4の取付部4aにボルト5により吊下状に取付接続されている。なお、消弧装置12は逆並列に接続したサイリスタからなる主体16と、主体16の一方に接続する上記取付金具兼用の端子15と、主体16の他方に接続するバネ部材例えばステンレス、リン青銅等からなるリング状の補助接片13と、さらに上記サイリスタをトリガさせるための光ファイバ17とから構成されており、上記主体16を固定接点4と可動接点7との間に電気的に介在させると共に、光ファイバ17は離間時に両接点4,7間で発生するアークを検出できるようにその検出部17aが両接点間の近傍に位置して取付けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技術では、可動接点7と固定接点4との間に光ファイバ17を設け、可動接点7が固定接点4に対して離間あるいは接触する際、両接点7,4間で発生するアークを光として導入し、しかもこの導入した光によって可動接点7と固定接点4に並列につながれている上記サイリスタをオンさせ、アークを消すというものであった。しかしこの方法では、環境条件によってアークが一定せず、不安定になり易くアークの光を確実にとらえることができないのでアークが発生しても上記サイリスタをオンさせることができないという問題があった。
【0004】本発明の第1の目的は、アークの検知が確実で、信頼性が高く、また、常時、電源回路に通電する必要がなく、省電力が可能になる機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することにある。本発明の第2の目的は、機械式スイッチの再アークを防ぐことができる機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することにある。本発明の第3の目的は、時限回路のコンデンサに蓄積された電荷をダイオードを通って速やかに流し、素早く回路をリセットすることができる機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することにある。本発明の第4の目的は、機械式スイッチにアークが飛んでいる時間を短くし機械式接点の損傷を防ぐことができる機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記第1の目的は、直流電源と、この直流電源に直列に接続された機械式スイッチと、この機械式スイッチに発生するアークを消去するために前記機械式スイッチと並列に接続された半導体スイッチと、前記機械式スイッチの両接点に接続された電源回路と、前記半導体スイッチをオン,オフするために前記電源回路と前記半導体スイッチとの間に介在する制御回路とを備えた第1の手段により達成される。
【0006】前記第1の目的は、第1の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記機械式スイッチの一方の接点と前記電源回路との間に時限回路を接続した第2の手段により達成される。
【0007】前記第1の目的は、第2の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記時限回路はコンデンサである第3の手段により達成される。
【0008】前記第2の目的は、第1および2の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記電源回路と並列にコンデンサを設けた第4の手段により達成される。
【0009】前記第3の目的は、第2の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記時限回路に蓄積された電荷による電流を流すダイオードを前記時限回路と前記半導体スイッチとに直列に設けた第5の手段により達成される。
【0010】前記第4の目的は、第1および2の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記アークによるアーク電圧を昇圧するための昇圧回路を設け、この昇圧回路の出力を前記電源回路に接続した第6の手段により達成される。
【0011】前記第4の目的は、第6の手段の機械式スイッチの接点間アークの消去装置において、前記昇圧回路は複数のコンデンサと切り換えスイッチによって構成されている第7の手段により達成される。
【0012】
【作用】前記第1の手段ないし第3の手段にあっては、機械式スイッチにアークが飛んだ時にこれと並列に接続された電源回路に電圧をもたせて、半導体スイッチをオンするのでアークの検知が確実である。また、機械式スイッチにアークが飛んだ時のみ、電源回路が入って制御回路を駆動して半導体スイッチをオンするので、常時、電源回路に通電する必要がなく、省電力が可能になる。
【0013】前記第4の手段にあっては、定電圧回路の電圧を機械式スイッチの接点が開になっても更に短時間維持することができ、その間半導体スイッチをオンにしておくことができるので、機械式スイッチの再アークを防ぐことができる。前記第5の手段にあっては、時限回路のコンデンサに蓄積された電荷はダイオードを通って速やかに流すことができ、回路のリセットが早くできる。
【0014】前記第6,7の手段にあっては、使用する半導体スイッチの駆動電圧が高い場合にも昇圧時間を短くできるので、機械式スイッチにアークが飛んでいる時間を短くし機械式スイッチの接点の損傷を防ぐことができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る実施例を示すブロック図である。図1において、20は直流電源、21は直流電源20に直列に接続された機械式スイッチ、22は機械式スイッチ21に発生するアークaを消去するために前記機械式スイッチ21と並列に接続された半導体スイッチ、23は機械式スイッチ21の両接点に接続された電源回路、24は半導体スイッチ22をオン,オフするために電源回路23と半導体スイッチ22との間に介在する制御回路、25は機械式スイッチ21の一方の接点と電源回路23との間に接続した時限回路、26は機械式スイッチ21の他方の接点と直流電源20との間に介在する負荷である。
【0016】次に、前記実施例の動作について説明する。図1に示される機械式スイッチ21がオフ状態からオン状態に移るとき、機械式スイッチ21の接点が近づくとアークaが発生する(図1の状態)。アークaが発生すると接点間に電圧降下が発生する。この電圧降下を受けて時限回路25が作動し導通するため、電源回路23が電圧を持つ形になる。そして、電源回路23が制御回路24を駆動し、半導体スイッチ22をオンする。半導体スイッチ22をオンすると、半導体スイッチ22を電流が流れて機械式スイッチ21のアークaは消えて機械式スイッチ21はオンされる。そして、機械式スイッチ21がオンされると、機械式スイッチ21と半導体スイッチ22とでは機械式スイッチ21の方がインピーダンスが小さいので、機械式スイッチ21の方に電流が流れ、機械式スイッチ21の両端では電位がほぼ等しくなるので、電源回路23が電圧をもたず、したがって制御回路24は駆動されず半導体スイッチ22はオフとなる。
【0017】一方、機械式スイッチ21がオン状態からオフ状態に移るとき、機械式スイッチ21の接点が少し離れるとアークaが発生する(図1の状態)。アークaが発生すると接点間に電圧降下が発生する。この電圧降下を受けて時限回路25が作動を開始し導通した後、電源回路23が電圧を持つ形になる。そして、電源回路23が制御回路24を駆動し、半導体スイッチ22をオンする。半導体スイッチ22をオンすると、半導体スイッチ22を電流が流れて機械式スイッチ21のアークaは消えて機械式スイッチ21はオフされる。この後、充分な時間的余裕をもって時限回路25が作動を停止し非導通状態となるため、電源回路23は電圧をもたず、したがって制御回路24は駆動されず半導体スイッチ22はオフとなる。
【0018】このように構成された前記実施例にあっては、直流電源20と、この直流電源20に直列に接続された機械式スイッチ21と、この機械式スイッチ21に発生するアークを消去するために機械式スイッチ21と並列に接続された半導体スイッチ22と、機械式スイッチ21の両接点に接続された電源回路23と、半導体スイッチ22をオン,オフするために電源回路23と半導体スイッチ22との間に介在する制御回路24とを備えたため、また、機械式スイッチ21の一方の接点と電源回路23との間に時限回路25を接続したため、また、時限回路25はコンデンサであるため、機械式スイッチ21にアークaが飛んだ時にこれと並列に接続された電源回路23に電圧をもたせて、半導体スイッチ22をオンするので、アークaの検知が確実で、信頼性の高い機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することができる。また、機械式スイッチ21にアークaが飛んだ時のみ、電源回路23が入って制御回路24を駆動して半導体スイッチ22をオンするので、常時、電源回路23に通電する必要がなく、省電力が可能になる。
【0019】ところで、アークの発生は機械式スイッチ21がオンからオフになるときの方が顕著に見られる。そこで、機械式スイッチ21のアークが半導体スイッチの導通によりなくなった後、半導体スイッチがオフになることによる再アークを防ぐことができる変形例を以下説明する。図2は変形例を示すブロック図である。なお、前記実施例と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。図2において、30は定電圧回路、31,32は定電圧回路に並列に接続したダイオード,コンデンサである。機械式スイッチ21の接点開のときの定電圧回路30に並列にコンデンサ32を接続したため、定電圧回路30の電圧を機械式スイッチ21の接点が開になっても(アークがなくなっても)更に短時間維持することができ、その間半導体スイッチ22をオンにしておくことができる。機械式スイッチ21のアークがなくなった時点で半導体スイッチがオフになると機械式スイッチ21の再アークが始まる。そのため、機械式スイッチ21の再アークを防ぐことができる。また、図2には時限回路25と半導体スイッチ22とダイオード31がループを形成するため、時限回路25のコンデンサに蓄積された電荷はダイオード31を通って速やかに流れる。図3には実際の回路を示す。この図3に示すように、定電圧回路はツェナーダイオード40,抵抗41,コンデンサ42,ダイオード43により構成され、制御回路は抵抗44,45及びコンデンサ46により構成され、時限回路はコンデンサ47により構成されている。
【0020】このように構成された変形例にあっては、機械式スイッチ21の接点開のときの定電圧回路30に並列にコンデンサ32を接続したため、定電圧回路30に印加される電圧が減衰するのを防ぐことができるので、定電圧回路30の電圧を機械式スイッチ21の接点が開になっても短時間維持することができ、その間半導体スイッチ22をオンにしておくことができる。そのため、機械式スイッチ21の再アークを防ぐことができる。また、前記変形例にあっては、時限回路25に蓄積された電荷による電流を流すダイオード31を時限回路25と半導体スイッチ22とに直列に設けたため、時限回路25のコンデンサに蓄積された電荷はダイオード31を通って速やかに流れる。
【0021】図4には機械式スイッチのアーク現象としてアーク時間とアーク電圧との関係を示してある。使用する半導体スイッチ22の駆動電圧によって適当なアーク時間の時の電圧を使う。しかし、使用する半導体スイッチ22の駆動電圧が高い場合はその電圧になるまで待っていると、その待っている時間に機械式スイッチ21にアークが飛んでいることになるので、待っている時間が長くなると機械式スイッチ21の接点の損傷が大きくなる。例えば半導体スイッチ22の駆動電圧が30〜35vでこの電圧間で待つと5ms程度かかってしまう(図4参照)。これでは機械式スイッチ21のダメージが大き過ぎる。そこで、これを解決するために、1.5ms待ってアーク電圧を17vまで上げて、これを2倍に昇圧する方法について説明する。図5は充電期間の昇圧回路を示す回路図、図6は放電期間の昇圧回路を示す回路図である。ここで、50は昇圧回路で、SW1,SW2,SW3は半導体スイッチ(切り換えスイッチ)で、図5に示す充電期間にコンデンサC1,C2にアーク電圧V1=17vにて充電される。この後、図6に示すように、SW1,SW2をオンからオフに、SW3をオフからオンにしてコンデンサC1,C2を直列につないで、V2=2×V1=34vを得る。
【0022】このように構成された前記第2実施例にあっては、アークaによるアーク電圧V1を昇圧するための昇圧回路50を設け、この昇圧回路50の出力を電源回路23に接続したため、また、昇圧回路50は複数のコンデンサC1,C2と切り換えスイッチSW1,SW2,SW3によって構成されているため、使用する半導体スイッチ22の駆動電圧が高い場合にも昇圧時間を短くできるので、機械式スイッチ21にアークaが飛んでいる時間を短くし機械式スイッチ21の接点の損傷を防ぐことができる。
【0023】
【発明の効果】請求項1ないし3記載の発明によれば、機械式スイッチにアークが飛んだ時にこれと並列に接続された電源回路に電圧をもたせて、半導体スイッチをオンするのでアークの検知が確実で、信頼性の高い機械式スイッチの接点間アークの消去装置を提供することができる。また、機械式スイッチにアークが飛んだ時のみ、電源回路が入って制御回路を駆動して半導体スイッチをオンするので、常時、電源回路に通電する必要がなく、省電力が可能になる。
【0024】請求項4記載の発明によれば、定電圧回路の電圧を機械式スイッチの接点が開になっても更に短時間維持することができ、その間半導体スイッチをオンにしておくことができるので、機械式スイッチの再アークを防ぐことができる。請求項5記載の発明によれば、時限回路のコンデンサに蓄積された電荷はダイオードを通って速やかに流すことができる。
【0025】請求項6,7記載の発明によれば、使用する半導体スイッチの駆動電圧が高い場合にも昇圧時間を短くできるので、機械式スイッチにアークが飛んでいる時間を短くし機械式接点の損傷を防ぐことができる。




 

 


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