特許 5858034 無停電電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5858034

(24)【登録日】2015年12月25日

(45)【発行日】2016年2月10日

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20160128BHJP

【ＦＩ】

   H02J9/06 120

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-268732(P2013-268732)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-126591(P2015-126591A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2014年12月8日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000199197

【氏名又は名称】千住金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】太田代 忠義

(72)【発明者】

【氏名】井上 裕之

【審査官】 横田 有光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１１２０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２７６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１３０７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１０８８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力交流電圧を整流して充電する充電回路と、この充電電圧を交流電圧に再変換するインバータと、正常時には上記入力交流電圧を上記充電回路を介すことなく正常時バイパス路を用いて負荷側に供給し、停電時には上記再変換した交流電圧を出力電圧として負荷側に供給する第１の切替回路とを有する無停電電源部と、
上記入力交流電圧を負荷に供給するための異常時バイパス路と、
上記無停電電源部からの出力電圧と、上記異常時バイパス路からの上記入力交流電圧とを上記無停電電源部からの出力電圧の検出出力に基づいて切り替える第２の切替回路と、
前記第１および第２の切替回路に対する電圧供給状態によって前記無停電電源部の異常状態を監視する制御回路とが設けられた
ことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項2】

上記第２の切替回路には上記無停電電源部からの出力電圧の検知手段が設けられ、
上記無停電電源部からの出力電圧が出力されないときには、上記第２の切替回路は上記異常時バイパス路側に切り替えられる
ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、はんだ装置などのように装置稼働中の停電事故の発生を極力防止する必要のあるものに適用して好適な無停電電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

殆どの装置は、稼働中に発生する停電事故に対して何らかの対策を施している。プリント基板に電子部品などを実装するときに使用されるはんだ装置などにも停電事故対策として無停電電源装置が装備されている場合が多い。

【0003】

無停電電源装置としては文献１〜３などが知られている。特許文献１に開示された無停電電源装置は、文献中の図５に示すように交流電源と負荷との間に接続される。この無停電電源装置は、切換装置１４を有し、入力側の交流電圧がバイパス路１５を介して直接供給されると共に、一方ではコンバータ１２によって入力交流電圧が直流電圧に変換されたのちコンデンサ１６に充電され、充電された電圧はインバータ１３によって交流電圧に再変換される。再変換されたこの交流電圧が上述の切換装置１４に供給される。

【0004】

入力側に交流電圧が給電されている場合には、バイパス路１５側に切り替えられているので、入力側交流電圧そのものが負荷３に供給される。停電時は切換回路が動作して充電された交流電圧が負荷３に供給される。これによって停電が起きても負荷３を稼働できる。

【0005】

特許文献２に開示された無停電電源装置、特に図５に開示された無停電電源装置においても、特許文献１と同様な構成が採用されている。特許文献２におけるバイパス回路５５と切換回路５４とは、特許文献１のバイパス路１５と切換装置１４にそれぞれ相当し、特許文献２における回路５１は特許文献１におけるコンバータ１２からインバータ１３までの回路系に該当する。

【0006】

また、特許文献３の図１に開示された無停電電源装置においても、バイパス経路と切替スイッチが設けられているが、これらは何れも特許文献１のバイパス路１５と切換装置１４に相当する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９−２１５３４５号

【特許文献2】特許２７９３２６４号

【特許文献3】ＷＯ２００８−１２６８２０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１〜３に開示された無停電電源装置は、何れも入力交流電圧が途絶えたとき、予め充電されていた電圧を使用することによって、停電時でも正常時と同じように駆動電圧を供給できるようにして無停電化を図っている。そのために、正常時に使用する電源路（入力交流電圧に対するバイパス経路）と、停電時に使用する電源路（充電電圧を利用する経路）を１系統ずつ設けている。

【0009】

何らかの原因でこの無停電電源装置がトラブルを起こし、入力交流源から正常に駆動電圧が供給されているにもかかわらず、無停電電源装置から稼働電圧が出力されない異常事態が発生した場合には、何ら対処する術がなく、停電状態と全く同じ異常状態が発現してしまう。

【0010】

このトラブルとは、例えば特許文献１を用いて説明するならば、切換装置１４が正常に作動せず、インバータ１３側に切り替えられたままの状態のとき、コンバータ１２からインバータ１３までの回路系に異常が発生し、正規の変換電圧が得られなくなるような場合が考えられる。この場合には、停電が発生していないにもかかわらず、負荷３を稼働できないという異常状態が生じてしまう。

【0011】

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、無停電電源装置自体に異常状態が発生した場合でも、入力交流源からの駆動電圧を正常に負荷側に給電できるようにした無停電電源装置を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述の課題を解決するためこの発明においては、入力交流電圧を整流して充電する充電回路と、この充電電圧を交流電圧に再変換するインバータと、正常時には上記入力交流電圧を上記充電回路を介すことなく正常時バイパス路を用いて負荷側に供給し、停電時には上記再変換した交流電圧を出力電圧として負荷側に供給する第１の切替回路とを有する無停電電源部と、
上記入力交流電圧を負荷に供給するための異常時バイパス路と、
上記無停電電源部からの出力電圧と、上記異常時バイパス路からの上記入力交流電圧とを上記無停電電源部からの出力電圧の検知出力に基づいて切り替える第２の切替回路とからなる
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

この発明の構成によれば、無停電時であるにも拘わらず無停電電源部から出力電圧（入力交流電圧若しくは充電電圧を再変換した交流電圧）が出力されないときには、入力交流源側に接続された異常時バイパス路側に切替回路が切り替えられるように二重のバイパス路を設けることで、正常時には、入力交流電圧そのものを負荷側に供給し、無停電電源部自体に異常状態が発生した場合には、入力交流源からの駆動電圧（入力交流電圧）を異常時バイパス路を介して正常に負荷側に供給できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明に係る無停電電源装置の一例を示す要部構成図である。

【図2】この発明に係る無停電電源装置の異常時における状態を示す構成図である。

【図3】無停電電源装置の正常時および異常時、交流源の停電時におけるリレーの状態遷移図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0015】

続いて、この発明に係る無停電電源装置の一例を、図面を参照して説明する。図１において、入力交流源（交流電源）１００と負荷（はんだ装置など）１５０との間に無停電電源装置１１０が接続される。入力交流源１００としてはＡＣ２００Ｖを例示する。無停電電源装置１１０は図示するように、無停電電源部１１０Ａと入力交流源側に接続された異常時バイパス路１１０Ｂとで構成される。無停電電源部１１０Ａの構成から説明する。

【0016】

無停電電源部１１０Ａは入力交流源１００が接続される一対の入力端子ａ、ｂと、負荷１５０が接続される一対の出力端子ｃ、ｄを有する。電源スイッチ（パワースイッチ）１０１を介して供給された入力交流電圧はノイズフィルタ（ＮＦ）１０４によって入力交流電圧に混入したノイズ成分が除去された後、入力端子ａ（分岐点ｐ）を経て正常時バイパス路１０２を介して第１の切替回路１０３に供給される。

【0017】

第１の切替回路１０３としてこの例ではリレースイッチが使用される。リレースイッチは第１のリレー回路１０３Ｂと第１の切替スイッチ１０３Ａとで構成され、入力交流電圧は第１の切替スイッチ１０３Ａの接点ｅ側に供給される。第１のリレー回路１０３Ｂは端子ａ（分岐点ｐ），ｂに供給された入力交流電圧によって作動し、第１のリレー回路１０３Ｂが作動している間は接点ｅ側に切り替わっている（図１破線図示）が、入力交流電圧が無くなると接点ｆ側に切り替わり、図1実線図示ように自動復帰する。

【0018】

一方、ノイズフィルタ１０４及び入力端子ａを経た入力交流電圧は充電系にも供給される。この例ではコンバータ（整流回路）１０５によって整流され、整流された直流電圧は、インバータ１０６によって交流電圧に再変換された後、上述した第１の切替スイッチ１０３Ａのうち、他方の接点ｆ側に供給される。再変換された交流電圧は入力交流源１００の停電時に使用されるが、その詳細は後述する。

【0019】

整流された直流電圧は逆流阻止用の第１のダイオード１０８を介して充電回路１２０に供給されて充電される。充電回路１２０は周知のように充電用のダイオードとコンデンサとで構成され、このコンデンサに所定の直流値となるまで充電が行われる。

【0020】

充電電圧は入力交流源１００の停電時にその代替用として使用されるもので、第２の逆流阻止用のダイオード１２１を介してインバータ１０６に供給されて、入力交流電圧と同じ周波数と電圧値を有する交流電圧に変換される。

【0021】

第１の切替回路１０３が存在することで、無停電電源部１１０Ａの第１の切替回路１０３（第１の切替スイッチ１０３Ａ）からの出力電圧（出力端子ｃからの出力電圧）としては、正常時バイパス路１０２を経由した入力交流電圧か、充電電圧を再変換した交流電圧が得られることになる。

【0022】

切替スイッチ１０７としては、例えば電源スイッチ（パワースイッチ）１０１のオン／オフに連動して、オン／オフする機械式の連動スイッチを使用することができる。
続いて、無停電電源装置１１０に設けられた異常時バイパス路１１０Ｂについて説明する。この異常時バイパス路１１０Ｂは出力端子ｃ側に設けられた第２の切替回路１２５と、入力交流電圧路側に設けられた第３の切替回路１３０を有する。

【0023】

第２および第３の切替回路１２５，１３０としてこの例では何れもリレースイッチが使用されている。したがって、第２の切替回路１２５は上述と同じく切替スイッチ（第２の切替スイッチ）１２５Ａと第２のリレー回路１２５Ｂとで構成され、第３の切替回路１３０も第３の切替スイッチ１３０Ａと、これを切り替え制御する第３のリレー回路１３０Ｂとで構成される。第３の切替スイッチ１３０Ａは図示するように１回路１接点式の開閉スイッチが使用される。

【0024】

第２のリレー回路１２５Ｂは出力端子ｃ、ｄの出力電圧を検知する検知手段として機能し、出力電圧の有無で第２のリレー回路１２５Ｂの付勢状態が制御される。

【0025】

この異常時バイパス路１１０Ｂにあって、第３の切替スイッチ１３０Ａには電源スイッチ１０１及びノイズフィルタ１０４を経由した入力交流電圧が供給されると共に、第３のリレー回路１３０Ｂ自体もこの入力交流電圧によって作動するようになされている。

【0026】

第３の切替スイッチ１３０Ａの出力である入力交流電圧は、第２の切替スイッチ１２５Ａの他方の接点ｈに供給されるも、ここに設けられた第２のリレー回路１２５Ｂの駆動源としては、接点ｇ側、つまり無停電電源部１１０Ａの出力端子ｃ，ｅに得られる出力電圧が利用される。第２のリレー回路１２５Ｂは出力端子ｃ、ｄに得られる出力電圧の検出手段として機能する。

【0027】

第２の切替スイッチ１２５Ａは第２のリレー回路１２５Ｂが作動状態にあるとき、つまり出力電圧が出力されている状態では接点ｇ側に切り替わっている（図1破線図示）。一方、第３の切替スイッチ１３０Ａは電源スイッチ１０１に連動して切り替わる。電源スイッチ１０１を入れると、第３のリレー回路１３０Ｂが付勢されて、第３の切替スイッチ１３０Ａがオン状態（破線図示の状態）となる。

【0028】

上述した構成で、第１と第３のリレー回路１０３Ｂ，１３０Ｂに供給される入力交流電圧（端子ｂ’およびａ’）および第２のリレー回路１２５Ｂに得られる出力電圧（端子ｃ’）は、さらに制御回路１４０にも供給される。
制御回路１４０は無停電電源部１１０Ａ全体を制御するものであるが、さらにこの制御回路１４０には表示部１４２が接続され、入力交流源などの状態によってその表示状態が制御される。詳細は後述する。

【0029】

第１の切替回路１０３に使用されている第１のリレー回路１０３Ｂの駆動源としては分岐点ｐに得られる入力交流源を利用したが、電源スイッチ１０１の出力交流電圧そのもの（点ｑ）を利用することもできるので、その場合には点ｑに得られる入力交流電圧が制御回路１４０にも供給されることになる。このように構成された無停電電源装置１１０の動作について図１以下を参照して説明する。

【0030】

（電源オフ時の動作）
図１は、電源スイッチ（パワースイッチ）１０１のオフ状態を示す。電源スイッチ１０１が未だオフであるため、連動する切替スイッチ１０７もオフ（図１実線図示）となっている。

【0031】

電源が入っていないので、第１〜第３のリレーＬａ〜Ｌｃは何れもオフ（滅勢）の状態となっているため、負荷１５０への駆動電圧の供給はなされない。

【0032】

（正常時の動作説明）
図１を用いて説明する。電源スイッチ１０１をオンにすると、切替スイッチ１０７もオン（図１破線図示）となるとともに、無停電電源装置１１０への給電が開始し、入力交流電圧はノイズフィルタ（ＮＦ）１０４を介して正常時バイパス路１０２とコンバータ１０５とにそれぞれ印加される。このとき、第１のリレー回路１０３Ｂにも電源スイッチ１０１を介して入力交流電圧が印加されるため、この第１のリレー回路１０３Ｂへの通電によって第１の切替スイッチ１０３Ａは接点ｅ側に切り替わる（図１破線図示）。この切り替えによって無停電電源部１１０Ａの出力端子ｃ、ｄには入力交流電圧そのものが出力される。

【0033】

出力端子ｃ、ｄに得られる入力交流電圧は切替スイッチ１０７を介して第２のリレー回路１２５Ｂにも通電されることになるから、第２の切替スイッチ１２５Ａは接点ｇ側に切り替わるので（図１破線図示）、負荷１５０には所定の入力交流電圧が供給されることになり、負荷１５０を正常に稼働できる。

【0034】

なお、電源スイッチ１０１をオンすることで第３のリレー回路１３０Ｂも通電されることになるので、第３の切替スイッチ１３０Ａは破線図示のように切り替わるが、第２の切替スイッチ１２５Ａは接点ｇ側（破線図示側）に切り替わっているので、第３の切替スイッチ１３０Ａを介して入力交流電圧が負荷１５０に供給されることはない。

【0035】

この正常状態のとき、ノイズフィルタ１０４を介してコンバータ１０５に入力交流電圧が供給されるからこのコンバータ１０５の作用で入力交流電圧は所定の直流電圧に変換される。この変換直流電圧は後段のインバータ１０６を介して第１の切替スイッチ１０３Ａにも供給されると共に、第１の逆流阻止用のダイオード１０８を介して充電回路１２０にも供給される。充電回路１２０は負荷１５０が必要とする充電容量を満たすように充電定数などが選定されている。

【0036】

充電回路１２０の出力は第２の逆流阻止用のダイオード１２１を介してインバータ１０６に供給されて、所定の交流電圧に再変換される。所定の交流電圧とは負荷１５０が要求する入力周波数と電圧値であって、この入力周波数と電圧値とは上述した制御回路１４０からの信号によって設定される。

【0037】

（停電時の動作）
何らかの原因で停電が発生したときには、入力交流源１００からの入力交流電圧が途絶えるため、正常時バイパス路１０２を流れる入力交流電圧はゼロとなると共に、第１のリレー回路１０３Ｂへの通電が停止するので、第１の切替スイッチ１０３Ａは接点ｆ側に自動的に切り替わる（図１実線図示）。その結果、出力端子ｃ、ｄには所定の出力電圧（充電電圧）が維持されることになるため、負荷１５０への給電系統は充電回路系へと自動的に切り替わり、停電時でも所定の出力電圧を負荷１５０に供給することができる。

【0038】

停電時でも、電源スイッチ１０１及び電源スイッチ１０１と連動する切替スイッチ１０７はオン状態を保持したままであるから、停電が復旧した際には、上述した通常の動作モードに自動的に切り替わる。

【0039】

なお、本発明をはんだ装置に適用する場合、充電回路の容量が小容量であるときには、給電系が充電回路１２０の系に切り替わった際に、大容量を必要とするヒータには給電せず、装置内にある仕掛かり中のワークを装置外に排出するための搬送系のみに給電するように制御を実行する等、適宜設定可能である。

【0040】

（異常時の動作）
無停電電源部１１０Ａに異常事態が発生する場合がある。図２を参照して説明する。この異常事態とは停電が発生していないにも拘わらず、無停電電源部１１０Ａから出力電圧が得られなくなる場合である。

【0041】

このような事態が希に発生することがある。例えば第１のリレー回路１０３Ｂが断線などを起こして第１の切替スイッチ１０３Ａが実線図示の状態に自動的に切り替わってしまった状態のとき、さらに充電回路系のうち第１の逆流阻止用ダイオード１０８が切れ、入力交流源があるにも拘わらず充電処理が停止してしまうような場合である。

【0042】

このような場合には、ある時間（推奨時間）が経過すると、充電回路１２０の出力が低下し、やがては負荷１５０が稼働停止に追い込まれる。あるいは、逆流阻止用のダイオード１２１が断線したりすると、断線と同時に負荷１５０への給電が停止してしまう。このような異常事態を回避する必要がある。

【0043】

この異常事態では入力交流電圧が存在するので、第３のリレー回路１３０Ｂは付勢された状態を維持している。したがって図２のように第３の切替スイッチ１３０Ａはオン状態（破線図示）となっている。

【0044】

一方、逆流阻止用のダイオード１０８が断線したような場合には、充電回路１２０の出力が次第に低下し出力端子ｃ側の出力電圧がゼロになると第２のリレー回路１２５Ｂは滅勢されることになり、第２の切替スイッチ１２５Ａは接点ｇ側（図２実線図示）から接点ｈ側（破線図示）の状態に自動復帰する。この第２および第３の切替回路１２５，１３０によって、入力交流源１００と負荷１５０との間には異常時バイパス路１１０Ｂが形成され、負荷１５０に対する駆動電圧の供給が行われる。

【0045】

その結果、無停電電源部１１０Ａに異常が発生した場合でも、この異常時バイパス路１１０Ｂを介して負荷１５０には正常状態と同じ稼働電圧を供給できるようになる。つまり、異常時にも動作するように二重のバイパス路を設けることで異常時の事故を回避できる。

【0046】

このような異常状態は早期に告知して、一刻も早く復旧させなければならない。そのため、無停電電源部１１０Ａの異常状態を監視する制御回路１４０と表示部１４２とが設けられ、この例では制御回路１４０に対して第１〜第３のリレー回路１０３Ｂ，１２５Ｂおよび１３０Ｂの通電状態を把握できるように、これら第１〜第３のリレー回路１０３Ｂ，１２５Ｂおよび１３０Ｂへの電圧供給状態が監視される。

【0047】

図３に示す状態遷移図からも明らかなように、正常時には第１〜第３のリレーＬａ〜Ｌｃは何れも付勢状態（オン状態）であり、停電時は第１と第３のリレーＬａ、Ｌｃが滅勢状態（オフ状態）となっている。そして入力交流電圧が供給されているにも拘わらず出力端子ｃ、ｄに出力電圧が得られないとき、つまり異常状態では、逆流阻止用のダイオード１０８が断線したようなときは、充電回路１２０の出力がある間は第２のリレーＬｂは付勢され続けるが、出力が無くなると、第２のリレーＬｂは滅勢する。上述した設例では第１のリレーＬａには入力交流電圧が供給されているにも拘わらず、これが断線等によって正常に作動していない状態（オフ状態と等価）となっているので、便宜的に第１のリレーＬａはオフ状態として示す。

【0048】

このように第１〜第３のリレーＬａ〜Ｌｃの通電状態を監視することで、無停電電源装置１１０の動作状態を的確に把握できる。

【0049】

なお、上述した異常状態のとき電源スイッチ１０１のオフに連動して第３の切替回路１３０もオフして、負荷１５０への通電状態がオフとなる。この第３の切替回路１３０は、切替スイッチ１０７と同様に、電源スイッチ１０１のオン／オフに連動してオン／オフさせるスイッチ構成であっても良い。第３の切替回路１３０は、必要に応じて設けられ、省くことも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0050】

無停電化を実現する必要のある装置（はんだ装置など）に適用できる。

【符号の説明】

【0051】

１５０ 負荷
１１０ 無停電電源装置
１１０Ａ 無停電電源部
１１０Ｂ 異常時バイパス路
１０２ 正常時バイパス路
１０３，１２５，１３０ 切替回路
１０３Ａ，１２５Ａ，１３０Ａ 第１〜第３の切替スイッチ
１０３Ｂ，１２５Ｂ，１３０Ｂ 第１〜第３のリレー回路
Ｌａ〜Ｌｃ 第１〜第３のリレー
１０６ インバータ
１０７ 切替スイッチ
１２０ 充電回路
１０８，１２１ 逆流阻止用ダイオード
１４０ 制御回路
１４２ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】