特開 2024-171539 スイッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171539

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】スイッチ装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 47/00 20060101AFI20241205BHJP

   H02H 7/00 20060101ALI20241205BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01H47/00 J

H02H7/00 L

H01H9/54 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088602

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】後藤 周作

(72)【発明者】

【氏名】宮本 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】丸岡 晴喜

【テーマコード（参考）】

5G034

5G053

5G057

【Ｆターム（参考）】

5G034AA16

5G034AD03

5G053AA05

5G053BA01

5G053CA08

5G057AA16

5G057RS07

(57)【要約】

【課題】電磁リレーの接点が溶着することを抑制できるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置１は、交流電源ＡＣと負荷Ｌとをつなぐ電力供給経路ＳＬに設けられた第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に設けられた第１の半導体スイッチ１０と、第１の半導体スイッチ１０に直列接続された電磁リレー４０と、第１の半導体スイッチ１０および電磁リレー４０に並列接続された第２の半導体スイッチ２０と、第１の半導体スイッチ１０、第２の半導体スイッチ２０および電磁リレー４０を制御する制御部５０と、を備える。制御部５０は、電磁リレー４０の接点が開いている状態にて第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力することで第２の半導体スイッチ２０を導通状態とし、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから所定期間ｔｓが経過した後に電磁リレー４０の接点を閉じる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源と負荷とをつなぐ電力供給経路に設けられた第１端子および第２端子と、
前記電力供給経路において前記第１端子と前記第２端子との間に設けられた第１の半導体スイッチと、
前記電力供給経路において前記第１端子と前記第２端子との間に設けられ、前記第１の半導体スイッチに直列接続された電磁リレーと、
前記第１の半導体スイッチおよび前記電磁リレーに並列接続された第２の半導体スイッチと、
前記第１の半導体スイッチの導通および非導通の切り替え、前記第２の半導体スイッチに対するオン指令およびオン指令の解除の出力の切り替え、前記電磁リレーの接点の開閉の切り替えを行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電磁リレーの接点が開いている状態にて前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力することで前記第２の半導体スイッチを導通状態とし、前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力してから所定期間が経過した後に前記電磁リレーの接点を閉じる
スイッチ装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力した後に前記第１の半導体スイッチを導通させ、前記第１の半導体スイッチを導通させた後に前記電磁リレーの接点を閉じる
請求項１に記載のスイッチ装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１の半導体スイッチを導通させた後であって前記電磁リレーの接点を閉じた後に、前記第２の半導体スイッチにオン指令の解除を出力する
請求項２に記載のスイッチ装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記第１の半導体スイッチを導通させた後であって前記電磁リレーの接点を閉じる前に、前記第２の半導体スイッチにオン指令の解除を出力する
請求項２に記載のスイッチ装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記負荷を起動する際に、前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力し、前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力してから所定期間が経過した後に前記電磁リレーの接点を閉じる
請求項１に記載のスイッチ装置。

【請求項6】

前記所定期間は、前記交流電源より出力される交流電流の周期の複数周期以上の期間である
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【請求項7】

前記所定期間は、前記第２の半導体スイッチに対するオン指令を出力してから、前記交流電源より出力される交流電流の周期の２周期以上６周期以下の期間である
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【請求項8】

前記第２の半導体スイッチは、前記第１の半導体スイッチよりも高耐圧であってかつ大電流を流すことができる半導体素子である
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【請求項9】

前記第１の半導体スイッチは、電界効果トランジスタを含むスイッチであり、
前記第２の半導体スイッチは、サイリスタまたは双方向サイリスタである
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記第２の半導体スイッチに流れる電流が所定の電流値よりも小さいときに、前記電磁リレーの接点を閉じる
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第２の半導体スイッチに流れる電流が前記電磁リレーの定格電流よりも小さいときに、前記電磁リレーの接点を閉じる
請求項１～５のいずれかに記載のスイッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷を制御するためのスイッチ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、負荷を制御するための装置が知られている。この種の装置の一例として、特許文献１には、電源と負荷とを結ぶ電力供給経路に設けられた電磁リレーと、上記の電力供給経路において電磁リレーと負荷との間に設けられた半導体スイッチと、を備える装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－７７４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、スイッチ装置では、負荷を起動するときに電磁リレーおよび半導体スイッチの両方をオン状態にすることで負荷に電源電力を供給するが、電磁リレーをオンしたときに負荷に向かって流れる突入電流が発生し、この突入電流によって電磁リレーの接点が溶着するという問題がある。

【0005】

本発明は、電磁リレーの接点を閉じて負荷に電源電力を供給するスイッチ装置において、電磁リレーの接点が溶着するのを抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のスイッチ装置の一態様は、交流電源と負荷とをつなぐ電力供給経路に設けられた第１端子および第２端子と、前記電力供給経路において前記第１端子と前記第２端子との間に設けられた第１の半導体スイッチと、前記電力供給経路において前記第１端子と前記第２端子との間に設けられ、前記第１の半導体スイッチに直列接続された電磁リレーと、前記第１の半導体スイッチおよび前記電磁リレーに並列接続された第２の半導体スイッチと、前記第１の半導体スイッチの導通および非導通の切り替え、前記第２の半導体スイッチに対するオン指令およびオン指令の解除の出力の切り替え、前記電磁リレーの接点の開閉の切り替えを行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記電磁リレーの接点が開いている状態にて前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力することで前記第２の半導体スイッチを導通状態とし、前記第２の半導体スイッチにオン指令を出力してから所定期間が経過した後に前記電磁リレーの接点を閉じる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電磁リレーの接点を閉じて負荷に電源電力を供給するスイッチ装置において、電磁リレーの接点が溶着するのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】比較例のスイッチ装置および負荷制御システムの回路図である。

【図2】負荷を起動する際の比較例のスイッチ装置の動作を模式的に示す図である。

【図3】実施の形態に係るスイッチ装置および負荷制御システムの回路図である。

【図4】負荷を起動する際の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を模式的に示す図である。

【図5】実施の形態に係るスイッチ装置の動作の他の例を示す図である。

【図6】実施の形態に係るスイッチ装置の動作のさらに他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（本発明に至る経緯）
本発明に至る経緯について、比較例を参照しながら説明する。

【0010】

図１は、比較例のスイッチ装置１０１および負荷制御システム１０２の回路図である。

【0011】

図１に示すように、比較例の負荷制御システム１０２は、交流電源ＡＣと、負荷Ｌと、スイッチ装置１０１と、を備えている。スイッチ装置１０１は、交流電源ＡＣと負荷Ｌとをつなぐ電力供給経路ＳＬに設けられている。

【0012】

負荷Ｌは、例えばシーリングライトまたはダウンライトなどの照明器具である。スイッチ装置１０１は、電力供給経路ＳＬに設けられた半導体スイッチ１１０と、電力供給経路ＳＬにおいて半導体スイッチ１１０に直列接続された電磁リレー１４０と、半導体スイッチ１１０および電磁リレー１４０のオンオフを制御する制御部１５０と、によって構成されている。

【0013】

図２は、負荷Ｌを起動する際の比較例のスイッチ装置１０１の動作を模式的に示す図である。

【0014】

図２には、交流電源ＡＣから出力される交流電圧、および、負荷Ｌを起動する際に電磁リレー１４０へ出力される制御信号が示されている。また、同図には、負荷Ｌを起動する際のスイッチ間電圧、負荷Ｌに印加される負荷電圧、および、負荷Ｌに流れる負荷電流が示されている。なお、スイッチ間電圧は、半導体スイッチ１１０および電磁リレー１４０の両端電圧である。

【0015】

比較例のスイッチ装置１０１では、半導体スイッチ１１０をオンした状態で電磁リレー１４０の接点を閉じることで負荷Ｌを起動する。負荷Ｌを起動するとは、負荷Ｌを非駆動状態から駆動制御状態に切り替えるための動作を行うことであり、例えば負荷Ｌが照明器具である場合、照明器具を消灯状態から点灯制御状態に切り替えるための動作を行うことである。

【0016】

負荷Ｌを起動するために電磁リレー１４０の接点を閉じると、負荷Ｌに突入電流が流れる。突入電流は、負荷Ｌに電源を投入したときに負荷Ｌに一時的に流れる大電流である。図２には、負荷Ｌを起動するときに発生した突入電流が、電磁リレー１４０の定格電流を超えている例が示されている。この例では、交流電圧の交流波形の１周期の間のうちの最初の半周期で突入電流のピーク値が電磁リレー１４０の正の定格電流を超え、次の半周期で突入電流のピーク値が電磁リレー１４０の負の定格電流を超えている。

【0017】

例えば照明器具のように容量性を有する負荷Ｌでは、電磁リレー１４０の接点を閉じたときに負荷Ｌに大きな突入電流が流れる。この突入電流は、スイッチ装置１０１に並列接続される負荷Ｌの数が多くなるほど大きくなる。負荷Ｌに流れる突入電流が大きくなると電磁リレー１４０に流れる電流も大きくなり、電磁リレー１４０の接点が溶着しやすくなる。このように比較例のスイッチ装置１０１では、電磁リレー１４０の接点を閉じて負荷Ｌに電源電力を供給する際に、電磁リレー１４０の接点が溶着するという問題がある。

【0018】

本発明は、電磁リレーの接点を閉じて負荷に電源電力を供給するスイッチ装置において、電磁リレーの接点が溶着することを抑制するため、以下に示す構成を有している。

【0019】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0020】

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

【0021】

（実施の形態）
実施の形態に係るスイッチ装置について、図３および図４を参照しながら説明する。

【0022】

図３は、実施の形態に係るスイッチ装置１および負荷制御システム２の回路図である。

【0023】

図３に示すように、負荷制御システム２は、交流電源ＡＣと、負荷Ｌと、スイッチ装置１と、を備えている。

【0024】

交流電源ＡＣは、例えば交流１００Ｖまたは交流２００Ｖの商用電源である。交流電源ＡＣは、一定の周期を有する正弦波状の交流電圧（または交流電流）を出力する。図３には、交流電源ＡＣと負荷Ｌとをつなぐ単相２線式の電力供給経路ＳＬが示されている。なお、交流電源ＡＣは、１００Ｖ以上２４２Ｖ以下の範囲から所定の交流電圧を出力する商用電源であればよい。

【0025】

負荷Ｌは、例えば照明器具または空調機器であり、建物の造営材の一例である天井に設置される。同図には１つの負荷Ｌが示されているが、それに限られず、負荷Ｌは互いに並列接続された複数の負荷によって構成されてもよい。負荷Ｌは、交流電源ＡＣの交流波形およびスイッチ装置１によって作動制御される。

【0026】

スイッチ装置１は、交流電源ＡＣから出力された電力の供給の有無を切り替えることで、負荷Ｌの作動を制御する。スイッチ装置１は、例えば、建物の造営材の一例である壁に設置される。

【0027】

スイッチ装置１は、負荷Ｌの動作を操作するための操作情報を取得する情報取得部７０を有している。情報取得部７０は、例えば負荷Ｌが照明器具である場合、照明器具の調光等に関する操作情報を取得する。

【0028】

情報取得部７０は、例えば、ユーザの操作入力を受け付けるタッチパネルおよびボタンスイッチ、または、建物内の温度および湿度を検出する環境センサである。情報取得部７０は、人を検知するための人感センサまたは非接触センサであってもよいし、無線および赤外線通信によって操作情報を取得する通信モジュールであってもよい。

【0029】

スイッチ装置１は、情報取得部７０で取得した操作情報に基づいて、負荷Ｌの動作を制御する。

【0030】

図３に示すように、スイッチ装置１は、第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、第１の半導体スイッチ１０と、電源回路部３０と、電磁リレー４０と、第２の半導体スイッチ２０と、制御部５０と、を備えている。

【0031】

制御部５０は、タッチパネルまたはボタンスイッチなど、外部からの操作入力を受け付けることで、負荷Ｌを起動する。例えば制御部５０は、外部からの操作入力を受け付けることで、第１の半導体スイッチ１０の導通および非導通、第２の半導体スイッチ２０に対するオン指令およびオン指令の解除、ならびに、電磁リレー４０の接点の開閉の切り替えを制御することで、負荷Ｌを起動する。負荷Ｌを起動する際のスイッチ装置１の動作の具体例については後述する。

【0032】

図３に示す第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２は、交流電源ＡＣと負荷Ｌとをつなぐ電力供給経路ＳＬに設けられている。この例において、第１端子Ｔ１は、第２端子Ｔ２よりも交流電源ＡＣ側に位置し、第２端子Ｔ２は第１端子Ｔ１よりも負荷Ｌ側に位置している。

【0033】

第１の半導体スイッチ１０は、電力供給経路ＳＬにおいて第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に設けられている。第１の半導体スイッチ１０は、互いに直列接続された２つの電界効果トランジスタ１１および１２によって構成されている。電界効果トランジスタは、例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

【0034】

２つの電界効果トランジスタのうち、一方の電界効果トランジスタ１１のゲートは制御部５０に接続され、ドレインは電磁リレー４０に接続され、ソースは他方の電界効果トランジスタ１２のソースに接続されている。他方の電界効果トランジスタ１２のゲートは制御部５０に接続され、ドレインは第２端子Ｔ２に接続され、ソースは一方の電界効果トランジスタ１１のソースに接続されている。

【0035】

第１の半導体スイッチ１０は、制御部５０から出力された第１のゲート信号ｓ１に応じて導通状態および非導通状態を切り替える。例えば、第１の半導体スイッチ１０の電界効果トランジスタ１１および１２は、第１のゲート信号ｓ１のオン指令によって瞬時に導通状態となり、第１のゲート信号ｓ１のオフ指令によって瞬時に非導通状態となる。なお、第１の半導体スイッチ１０は、非導通状態となった後は次のオン指令があるまで非導通状態を維持する。

【0036】

電磁リレー４０は、例えば、ノーマリーオープン型の有接点リレーである。電磁リレー４０は、電力供給経路ＳＬにおいて第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に設けられ、第１の半導体スイッチ１０に直列接続されている。同図では電磁リレー４０が、第１端子Ｔ１と第１の半導体スイッチ１０との間に配置されているが、それに限られず、電磁リレー４０は、第１の半導体スイッチ１０と第２端子Ｔ２との間に配置されてもよい。

【0037】

第２の半導体スイッチ２０は、第１の半導体スイッチ１０および電磁リレー４０に対して並列接続されている。具体的には、第２の半導体スイッチ２０の一端は、第１端子Ｔ１と電磁リレー４０との間のノードｎ１に接続され、第２の半導体スイッチ２０の他端は、第１の半導体スイッチ１０と第２端子Ｔ２との間のノードｎ２に接続されている。この例では、第１端子Ｔ１およびノードｎ１は同電位であり、第２端子Ｔ２およびノードｎ２は同電位である。

【0038】

第２の半導体スイッチ２０は、第１の半導体スイッチ１０よりも高耐圧であってかつ大電流を流すことができる半導体素子である。例えば、第２の半導体スイッチ２０は、サイリスタまたは双方向サイリスタ（例えばトライアック）などのシリコン制御整流子（ＳＣＲ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）である。

【0039】

第２の半導体スイッチ２０は、制御部５０から出力された第２のゲート信号ｓ２、および、第２の半導体スイッチ２０自身に流れる電流に基づいて、導通状態および非導通状態を切り替える。例えば、第２の半導体スイッチ２０は、第２のゲート信号ｓ２のオン指令を受け付けることで導通状態となる。一方、第２の半導体スイッチ２０は、第２のゲート信号ｓ２のオン指令の解除を受け付けた場合、すぐに非導通状態とならずに自身に電流が流れている間は導通状態を維持し、自身に流れる電流がゼロ（零）になると非導通状態となる。なお、第２の半導体スイッチ２０は、非導通状態となった後は次のオン指令があるまで非導通状態を維持する。

【0040】

電源回路部３０は、制御部５０および情報取得部７０を駆動するための駆動電圧（動作電圧）を生成する回路である。電源回路部３０は、第１ダイオード（図示省略）を介して第１端子Ｔ１に電気的に接続され、および、第２ダイオード（図示省略）を介して第２端子Ｔ２に電気的に接続されている。電源回路部３０は、交流電源ＡＣを電力源として第１端子Ｔ１または第２端子Ｔ２から電力を取得する。電源回路部３０は、第１端子Ｔ１または第２端子Ｔ２から取得した電力を所定の直流電圧に変換し、駆動電圧として制御部５０および情報取得部７０へ出力する。

【0041】

制御部５０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）および複数のゲート回路等によって構成されている。

【0042】

制御部５０は、第１の半導体スイッチ１０のゲートに接続されている。具体的には、制御部５０は、一方の電界効果トランジスタ１１のゲートおよび他方の電界効果トランジスタ１２のゲートのそれぞれに接続されている。制御部５０は、２つの電界効果トランジスタ１１、１２のゲートに第１のゲート信号ｓ１を出力することで、第１の半導体スイッチ１０の導通および非導通を切り替える。

【0043】

また、制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０のゲートに接続されている。制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０のゲートに第２のゲート信号ｓ２を出力することで、第２の半導体スイッチ２０に対するオン指令およびオン指令の解除を与える。

【0044】

また、制御部５０は、電磁リレー４０に接続されている。制御部５０は、電磁リレー４０に接点の開閉切替信号ｓ３を出力することで、電磁リレー４０の接点の開閉を切り替える。

【0045】

図４は、負荷Ｌを起動する際の実施の形態に係るスイッチ装置１の動作を模式的に示す図である。

【0046】

図４には、交流電源ＡＣから出力される交流電圧、ならびに、負荷Ｌを起動する際に制御部５０から第２の半導体スイッチ２０、第１の半導体スイッチ１０および電磁リレー４０のそれぞれに出力される制御信号が示されている。また、同図には、負荷Ｌを起動する際のスイッチ間電圧、負荷Ｌに印加される負荷電圧、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流、および、電磁リレー４０に流れる電流が示されている。なお、スイッチ間電圧は、第２の半導体スイッチ２０の両端電圧、または、第１の半導体スイッチ１０および電磁リレー４０の両端電圧である。

【0047】

負荷Ｌを起動するとは、負荷Ｌを非駆動状態から駆動制御状態に切り替えるための動作を行うことである。制御部５０は、負荷Ｌを起動するための操作入力を受け付けることで、負荷Ｌを非駆動状態から駆動制御状態へ切り替える各種の制御信号を出力する。

【0048】

なお、負荷Ｌを起動するための操作入力を受け付ける前は、第１の半導体スイッチ１０、電磁リレー４０および第２の半導体スイッチ２０は、いずれも非導通状態であり、スイッチ間電圧は交流電源ＡＣによる電圧波形と同じ波形となっている。電源回路部３０は、このスイッチ間電圧に基づいて生成した駆動電圧を制御部５０へ供給する。そのため制御部５０は、負荷Ｌを起動する際においても各種の制御信号を出力することが可能となっている。

【0049】

前述したように、負荷Ｌが容量性を有する場合、電磁リレー４０の接点を閉じたときに負荷Ｌに大きな突入電流が流れる。例えば、負荷Ｌの一例である照明器具では、電源入力回路にダイオードブリッジおよびコンデンサが設けられており、照明器具に電源を投入する際すなわち照明器具を起動する際に、ダイオードブリッジを介してコンデンサに電荷が蓄積される。そのため、照明器具を起動する際、コンデンサに電荷を蓄積するために照明器具に向かって突入電流が流れる。

【0050】

本実施の形態の制御部５０は、この突入電流が電磁リレー４０に流れないように、第２の半導体スイッチ２０を電磁リレー４０よりも先に導通させることで、突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせる。

【0051】

具体的には、制御部５０は、負荷Ｌを起動するための操作入力を受け付けると、電磁リレー４０の接点が開いている状態にて第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力することで第２の半導体スイッチ２０を導通状態とする。そして制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから所定期間ｔｓが経過した後に、電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0052】

所定期間ｔｓは、交流電源ＡＣより出力される交流電流の周期の複数周期以上の期間である。例えば所定期間ｔｓは、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから、２周期以上６周期以下の期間である。所定期間ｔｓは、タイマー等により予め設定される。

【0053】

図４には、第２の半導体スイッチ２０にオン指令が出力されてから、半周期経過するごとに、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流すなわち突入電流が小さくなっている様子が示されている。

【0054】

第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が所定の電流値よりも小さくなるまでの時間は、スイッチ装置１に接続される負荷Ｌの容量および負荷Ｌの数によって異なる。そこで、タイマー等により設定される所定期間ｔｓは、スイッチ装置１に接続される負荷Ｌの容量および負荷Ｌの数が変更される範囲を見越して余裕をもって設定される。

【0055】

制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから所定期間ｔｓが経過した後、言い換えると第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が所定の電流値よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じる。より具体的には、制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が電磁リレー４０の定格電流よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じる。なお、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が電磁リレー４０の定格電流よりも小さいときとは、電流値を絶対値で比較した場合のときのことである。絶対値でなく正負を含めて比較した場合は、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が電磁リレー４０の正の定格電流よりも小さくかつ負の定格電流よりも大きいときのことである。

【0056】

このように、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力した後に電磁リレー４０の接点を閉じることで、負荷Ｌに向かって流れる突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせることができる。これにより、電磁リレー４０に突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。

【0057】

また本実施の形態では、負荷Ｌを起動する際に第１の半導体スイッチ１０に高い電圧が印加されることを抑制するため、制御部５０は、第１の半導体スイッチ１０を電磁リレー４０よりも先にオンさせ、第１の半導体スイッチ１０がオンした後に電磁リレー４０の接点を閉じている。

【0058】

例えば、電磁リレー４０の接点を閉じた後に第１の半導体スイッチ１０を導通させると、交流電源ＡＣの電圧が直接的に第１の半導体スイッチ１０に印加されることとなり、第１の半導体スイッチ１０に不具合が生じることがある。そこで、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後に電磁リレー４０の接点を閉じることで、第１の半導体スイッチ１０に高電圧が印加されることを回避している。これにより、第１の半導体スイッチ１０に不具合が生じることを抑制できる。また、第１の半導体スイッチ１０に高電圧が印加されることを抑制できるので、第１の半導体スイッチ１０に高耐圧性を有する半導体素子を用いる必要がなくなり、スイッチ装置１のコストダウンを図ることができる。

【0059】

なお、上記の実施の形態では、第２の半導体スイッチ２０のオン指令の解除を出力すると同時に、電磁リレー４０の接点を閉じる例が示されているが、それに限られない。以下の他の例に示すように、第２の半導体スイッチ２０のオン指令を解除するタイミングは、電磁リレー４０の接点を閉じた後であってもよいし、電磁リレー４０の接点を閉じる前であってもよい。

【0060】

図５は、スイッチ装置１の動作の他の例を示す図である。

【0061】

図５には、交流電源ＡＣから出力される交流電圧、ならびに、負荷Ｌを起動する際に制御部５０から第２の半導体スイッチ２０、電磁リレー４０および第１の半導体スイッチ１０のそれぞれに出力される制御信号が示されている。また同図には、負荷Ｌを起動した後に、負荷Ｌを駆動制御するための第１の半導体スイッチ１０等の動作も示されている。

【0062】

制御部５０は、図５に示すように、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後であって電磁リレー４０の接点を閉じた後に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力する。この構成によれば、電磁リレー４０の接点を閉じたときは、第２の半導体スイッチ２０の導通状態が維持された状態となっている。そのため、電磁リレー４０の接点を閉じ、電磁リレー４０に電流が流れ始めるときの電流値がほぼ０Ａ（アンペア）から始まり、電磁リレー４０の接点に急に大きな電流が流れることを抑制できる。これにより、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。

【0063】

図６は、スイッチ装置１の動作のさらに他の例を示す図である。

【0064】

図６には、交流電源ＡＣから出力される交流電圧、ならびに、負荷Ｌを起動する際に制御部５０から第２の半導体スイッチ２０、電磁リレー４０および第１の半導体スイッチ１０のそれぞれに出力される制御信号が示されている。また同図には、負荷Ｌを起動した後に、負荷Ｌを駆動制御するための第１の半導体スイッチ１０等の動作も示されている。

【0065】

制御部５０は、図６に示すように、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後であって電磁リレー４０の接点を閉じる前に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力する。この構成によれば、第２の半導体スイッチ２０の導通期間を短くすることができる。そのため、第２の半導体スイッチ２０の導通を維持するための駆動電流を小さくすることができ、電源回路を小型化することが可能である。

【0066】

（まとめ）
本実施の形態に係るスイッチ装置の構成を以下に例示する。

【0067】

［例１］本実施の形態に係るスイッチ装置１は、交流電源ＡＣと負荷Ｌとをつなぐ電力供給経路ＳＬに設けられた第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２と、電力供給経路ＳＬにおいて第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に設けられた第１の半導体スイッチ１０と、電力供給経路ＳＬにおいて第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に設けられ、第１の半導体スイッチ１０に直列接続された電磁リレー４０と、第１の半導体スイッチ１０および電磁リレー４０に並列接続された第２の半導体スイッチ２０と、第１の半導体スイッチ１０の導通および非導通の切り替え、第２の半導体スイッチ２０に対するオン指令およびオン指令の解除の出力の切り替え、電磁リレー４０の接点の開閉の切り替えを行う制御部５０と、を備える。制御部５０は、電磁リレー４０の接点が開いている状態にて第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力することで第２の半導体スイッチ２０を導通状態とし、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから所定期間ｔｓが経過した後に電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0068】

このように、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力した後に電磁リレー４０の接点を閉じることで、負荷Ｌに向かって流れる突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせることができる。これにより、電磁リレー４０に突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。

【0069】

［例２］制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力した後に第１の半導体スイッチ１０を導通させ、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後に電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0070】

このように、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後に電磁リレー４０の接点を閉じることで、第１の半導体スイッチ１０に高電圧が印加されることを抑制し、第１の半導体スイッチ１０に不具合が生じることを抑制できる。また、第１の半導体スイッチ１０に高電圧が印加されることを抑制できるので、第１の半導体スイッチ１０に高耐圧性を有する半導体素子を用いる必要がなくなり、スイッチ装置１のコストダウンを図ることができる。例２の構成は、例１に適用可能である。

【0071】

［例３］制御部５０は、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後であって電磁リレー４０の接点を閉じた後に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力する。

【0072】

このように電磁リレー４０の接点を閉じた後に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力することで、電磁リレー４０の接点を閉じるときは、第２の半導体スイッチ２０における導通状態が維持されていることとなる。そのため、電磁リレー４０に電流が流れ始めるときの電流値がほぼ０Ａ（アンペア）から始まり、電磁リレー４０の接点に急に大きな電流が流れることを抑制できる。これにより、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例３の構成は、例１または例２に適用可能である。

【0073】

［例４］制御部５０は、第１の半導体スイッチ１０を導通させた後であって電磁リレー４０の接点を閉じる前に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力する。

【0074】

このように電磁リレー４０の接点を閉じる前に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令の解除を出力することで、第２の半導体スイッチ２０の導通期間を短くすることができる。そのため、第２の半導体スイッチ２０の導通を維持するための駆動電流を小さくすることができる。これにより、制御部５０を駆動するための電源回路を小型化することが可能となる。例４の構成は、例１または例２に適用可能である。

【0075】

［例５］制御部５０は、負荷Ｌを起動する際に、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力し、第２の半導体スイッチ２０にオン指令を出力してから所定期間ｔｓが経過した後に電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0076】

この構成によれば、負荷Ｌを起動する際に、負荷Ｌに向かって流れる突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせることができる。これにより、電磁リレー４０に突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例５の構成は、例１～例４のいずれかに適用可能である。

【0077】

［例６］所定期間ｔｓは、交流電源ＡＣより出力される交流電流の周期の複数周期以上の期間である。

【0078】

このように所定期間ｔｓを交流電流の周期の複数周期以上の期間とすることで、負荷Ｌに流れる突入電流が十分小さくなったときに、電磁リレー４０に電流を流すことができる。これにより、電磁リレー４０に大きな突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例６の構成は、例１～例５のいずれかに適用可能である。

【0079】

［例７］所定期間ｔｓは、第２の半導体スイッチ２０に対するオン指令を出力してから、交流電源ＡＣより出力される交流電流の周期の２周期以上６周期以下の期間である。

【0080】

このように所定期間ｔｓを交流電流の周期の２周期以上６周期以下とすることで、負荷Ｌに流れる突入電流が十分小さくなったときに、電磁リレー４０に電流を流すことができる。これにより、電磁リレー４０に大きな突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例７の構成は、例１～例５のいずれかに適用可能である。

【0081】

［例８］第２の半導体スイッチ２０は、第１の半導体スイッチ１０よりも高耐圧であってかつ大電流を流すことができる半導体素子である。

【0082】

この構成によれば、負荷Ｌに向かって流れる突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせることができる。これにより、電磁リレー４０に突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例８の構成は、例１～例７のいずれかに適用可能である。

【0083】

［例９］第１の半導体スイッチ１０は、電界効果トランジスタを含むスイッチであり、第２の半導体スイッチ２０は、サイリスタまたは双方向サイリスタである。

【0084】

このように第１の半導体スイッチ１０を、電界効果トランジスタを含むスイッチとすることで、瞬時に導通および非導通の切り替えが可能となる。

【0085】

また、第２の半導体スイッチ２０をサイリスタまたは双方向サイリスタとすることで、第２の半導体スイッチ２０が第１の半導体スイッチ１０よりも高耐圧であってかつ大電流を流すことができる半導体素子となる。そのため、負荷Ｌに向かって流れる突入電流を第２の半導体スイッチ２０が設けられた経路にバイパスさせることができる。これにより、電磁リレー４０に突入電流が流れることを抑制することができ、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例９の構成は、例１～例８のいずれかに適用可能である。

【0086】

［例１０］制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が所定の電流値よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0087】

このように第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が所定の電流値よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じることで、電磁リレー４０に大きな突入電流が流れることを抑制することができる。これにより、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例１０の構成は、例１～例９のいずれかに適用可能である。

【0088】

［例１１］制御部５０は、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が電磁リレー４０の定格電流よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じる。

【0089】

このように第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が電磁リレー４０の定格電流よりも小さいときに、電磁リレー４０の接点を閉じることで、電磁リレー４０に大きな突入電流が流れることを抑制することができる。これにより、電磁リレー４０の接点が溶着することを抑制できる。例１１の構成は、例１～例９のいずれかに適用可能である。

【0090】

（その他の形態）
以上、スイッチ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

【0091】

上記では、第２の半導体スイッチ２０としてサイリスタまたは双方向サイリスタを採用する例を示したが、それに限られない。第２の半導体スイッチ２０は、第１の半導体スイッチ１０よりも高耐圧であってかつ大電流を流すことができる半導体素子であればよい。例えば第２の半導体スイッチ２０は、高耐圧であって大電流を流すことができるＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。

【0092】

上記では、タイマーにより所定期間ｔｓを設定する例を示したが、それに限られない。例えばスイッチ装置１が電流検出回路（または電圧検出回路）を備えている場合、制御部５０は、電流検出回路を用いて第２の半導体スイッチ２０に流れる電流値を検出し、検出した電流値が所定の電流値よりも小さい場合に、電磁リレー４０の接点を閉じるように制御してもよい。この場合、電圧検出回路は、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２のそれぞれに電気的に接続され、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流（または第２の半導体スイッチ２０に印加される電圧）を検出するように構成される。つまり本実施の形態における所定期間ｔｓは、第２の半導体スイッチ２０に流れる電流が所定の電流値よりも小さくなるまでの期間を電流検出回路により求めた期間であってもよい。

【符号の説明】

【0093】

１ スイッチ装置
１０ 第１の半導体スイッチ
２０ 第２の半導体スイッチ
４０ 電磁リレー
５０ 制御部
ＡＣ 交流電源
Ｌ 負荷
ＳＬ 電力供給経路
Ｔ１ 第１端子
Ｔ２ 第２端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】