特開 2024-85444 切替開閉器

(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】P2024085444

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】切替開閉器

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/18 20060101AFI20240620BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

H01F7/18 K

H02J9/06 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199882

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000227401

【氏名又は名称】日東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅岡 久典

(72)【発明者】

【氏名】荻澤 裕也

【テーマコード（参考）】

5G015

【Ｆターム（参考）】

5G015FA13

5G015FA14

5G015JA32

5G015JA34

(57)【要約】

【課題】切替機構が駆動できない程の電圧によるソレノイドコイルへの通電が継続してしまうことを防止すること。
【解決手段】第１電源に接続される第一端子と、第２電源に接続される第二端子と、負荷に接続される第三端子と、所定電圧以上の通電の有無により第三端子の接続先を第一端子と第二端子の間で切り替え可能とするソレノイドコイルを備えた切替機構と、ソレノイドコイルへの通電を制御可能な制御部２１と、を備える切替開閉器であって、制御部２１に電圧監視部５１を備え、ソレノイドコイルへの通電がされていない状態において、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値未満である場合にはソレノイドコイルへの通電がされていない状態を維持するとともに、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値以上となった場合にはソレノイドコイルへの通電を開始可能とする構成とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源に接続される第一端子と、第２電源に接続される第二端子と、負荷に接続される第三端子と、所定電圧以上の通電の有無により第三端子の接続先を第一端子と第二端子の間で切り替え可能とするソレノイドコイルを備えた切替機構と、ソレノイドコイルへの通電を制御可能な制御部と、を備える切替開閉器であって、
制御部に電圧監視部を備え、
ソレノイドコイルへの通電がされていない状態において、電圧監視部に印加される電圧が第１閾値未満である場合にはソレノイドコイルへの通電がされていない状態を維持するとともに、電圧監視部に印加される電圧が第１閾値以上となった場合にはソレノイドコイルへの通電を開始可能とする切替開閉器。

【請求項2】

制御部に、通電制御部と、閾値設定部と、電圧引き上げ部と、を備え、
通電制御部に電圧監視部を備え、
通電制御部の前段に設けられた閾値設定部は、入力された電圧を複数の抵抗により分圧し、分圧された電圧を電圧監視部に出力可能であり、
電圧引き上げ部は、電圧監視部に印加される電圧を引き上げ可能である請求項１に記載の切替開閉器。

【請求項3】

ソレノイドコイルへの通電がされていない状態において、電圧監視部に第１閾値以上の電圧が印加された場合、スイッチを動作させて、ソレノイドコイルへの通電を開始可能とする請求項２に記載の切替開閉器。

【請求項4】

電圧監視部に印加される電圧が第１閾値以上となった場合、電圧監視部に入力される電圧を電圧引上げ部により通電制御部から出力される電圧に引き上げることが可能なフィードバック回路を備える請求項３に記載の切替開閉器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切替開閉器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されているように、商用電源と非常用電源を切り替えるために切替開閉器を用いることが知られている。この切り替えは必要なタイミングに人の手を介さずに行われることが通常である。このため、例えば、切替開閉器の切替動作を行う切替制御部では、ソレノイドコイルに電流を流すことで発生する吸引トルクを利用し、切替機構を駆動させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１２３２９６号公報

【0004】

ところで、電源電圧が駆動に必要な電圧(最小駆動電圧)を満たしている場合は、切替機構が駆動された後にソレノイドコイルヘの通電回路を開路するが、電源電圧が最小駆動電圧に達していない場合は、ソレノイドコイルヘ通電しても必要な吸引トルクが発生しない。このため、切替機構が駆動できず通電が継続しソレノイドコイルが発熱し焼損する可能性があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、切替機構が駆動できない程の電圧によるソレノイドコイルへの通電が継続してしまうことを防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、第１電源に接続される第一端子と、第２電源に接続される第二端子と、負荷に接続される第三端子と、所定電圧以上の通電の有無により第三端子の接続先を第一端子と第二端子の間で切り替え可能とするソレノイドコイルを備えた切替機構と、ソレノイドコイルへの通電を制御可能な制御部と、を備える切替開閉器であって、制御部に電圧監視部を備え、ソレノイドコイルへの通電がされていない状態において、電圧監視部に印加される電圧が第１閾値未満である場合にはソレノイドコイルへの通電がされていない状態を維持するとともに、電圧監視部に印加される電圧が第１閾値以上となった場合にはソレノイドコイルへの通電を開始可能とする切替開閉器とする。

【0007】

また、制御部に、通電制御部と、閾値設定部と、電圧引き上げ部と、を備え、通電制御部に電圧監視部を備え、通電制御部の前段に設けられた閾値設定部は、入力された電圧を複数の抵抗により分圧し、分圧された電圧を電圧監視部に出力可能であり、電圧引き上げ部は、電圧監視部に印加される電圧を引き上げ可能である構成とすることが好ましい。

【0008】

また、ソレノイドコイルへの通電がされていない状態において、電圧監視部に第１閾値以上の電圧が印加された場合、スイッチを動作させて、ソレノイドコイルへの通電を開始可能とする構成とすることが好ましい。

【0009】

また、電圧監視部に印加される電圧が第１閾値以上となった場合、電圧監視部に入力される電圧を電圧引上げ部により通電制御部から出力される電圧に引き上げる構成とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明では、切替機構が駆動できない程の電圧によるソレノイドコイルへの通電が継続してしまうことを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態における切替開閉器の正面図である。

【図2】第１電源と第２電源と切替開閉器の制御部の接続例を示したイメージ図である。

【図3】切替開閉器のソレノイドコイルへの通電の制御に利用される回路の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に発明を実施するための形態を示す。実施形態の切替開閉器１は、第１電源Ｐ１に接続される第一端子１２ａと、第２電源Ｐ２に接続される第二端子１２ｂと、負荷Ｌｄに接続される第三端子１２ｃと、所定電圧以上の通電の有無により第三端子１２ｃの接続先を第一端子１２ａと第二端子１２ｂの間で切り替え可能とするソレノイドコイル９９を備えた切替機構と、ソレノイドコイル９９への通電を制御可能な制御部２１と、を備えている。また、この切替開閉器１の制御部２１に電圧監視部５１を備え、ソレノイドコイル９９への通電がされていない状態において、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値未満である場合にはソレノイドコイル９９への通電がされていない状態を維持するとともに、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値以上となった場合にはソレノイドコイル９９への通電を開始可能とする。このため、切替機構が駆動できない程の電圧によるソレノイドコイル９９への通電が継続してしまうことを防止することが可能となる。

【0013】

実施形態の切替開閉器１は制御部位１１と切替部位１２が並ぶように構成されている。図１に示す切替部位１２は第１電源Ｐ１が接続される第一端子１２ａ、第２電源Ｐ２が接続される第二端子１２ｂ、切替開閉器１の二次側に電流を送ることが可能な第三端子１２ｃを備えている。通常、第一端子１２ａに商用電源が接続され、第二端子１２ｂに非常用電源が接続され、第三端子１２ｃに負荷Ｌｄが接続される。

【0014】

通常は、商用電源から切替開閉器１を介して負荷Ｌｄに電気が供給され、商用電源が使用できない場合に非常用電源から切替開閉器１を介して負荷Ｌｄに電気が供給され、非常用電源を利用している間に商用電源が利用できるようになった場合には、非常用電源の利用から商用電源の利用に切り替える。

【0015】

また、実施形態では、図２に示すことから理解されるように、制御部位１１に二つの制御部２１を備えており、第１電源Ｐ１を一方の制御部２１に接続するとともに、第２電源Ｐ２を他方の制御部２１に接続している。なお、図２に示す各電源と制御部２１の接続は、第一端子１２ａや第二端子１２ｂを介した接続である。

【0016】

次に電源と制御部２１等の具体的なつながりについて説明をする。なお、第１電源Ｐ１と制御部２１等のつながりも、第２電源Ｐ２と制御部２１等のつながりも、基本的には同様であるため、電源の種別の区別なく説明をおこなう。

【0017】

実施形態においては、電源はリレー９１に接続される。電源からリレー９１に供給される電流の一部は交流から直流に変えられリレー９１の制御に用いられる。また、電源からリレー９１に供給される電流の他の一部は交流電流のままリレー９１に供給され、リレー９１を介してリレー９１の二次側に流される電流として用いられる。

【0018】

実施形態においては、リレー９１に直流電流が流れることによりリレー９１の二次側に交流電流を流すことができるものであるため、リレー９１に直流電流を流す時期を調整することで、電圧の低い交流電流がリレー９１の二次側に流れないようにしている。

【0019】

具体的には交流の電圧が低い場合、直流の電圧も低くなることを利用するものであり、直流の電圧が一定以上となるまでは、リレー９１に電流が流れないようにしている。このようなことを可能とするために、実施形態では制御部２１に電圧監視部５１を備えている。この電圧監視部５１は直流の電圧が第１閾値以上であるか否かを確認できるものであり、かつ、グラウンドへの接地をするか否かを切り替え可能なものである。なお、実施形態では、直流波形とするためにブリッジ回路４１とコンデンサ４２を用いており、ブリッジ回路４１で全波整流した後にコンデンサ４２を用いて平滑化している。

【0020】

実施形態においては、グラウンドへの接地がされた状態において電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値未満である場合は、そのままの状態が維持されるが、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値以上である場合は、グラウンドへの接地が解除される。

【0021】

また、実施形態においては一度グラウンドへの接地が解除されたら、電圧監視部５１に印加される電圧が第２閾値を下回るまではグラウンドへの接地が解除されたままとなる構成としている。このようにすれば、グラウンドへの接地の設定と解除が頻繁に繰り返されるのを回避することができる。ただし、電圧監視部５１に印加される電圧が第２閾値を下回った場合には、グラウンドへの接地をおこなう。この第２閾値が変更可能であれば、状況に応じた第２閾値の設定が可能となり、利便性を高めることが可能となる。なお、通常、第２閾値は第１閾値よりも低い値に設定するが、切替機構が駆動できない程の電圧によるソレノイドコイル９９への通電が継続してしまうことを回避できるように設定する。

【0022】

第１閾値は変更可能としなくてもよい。例えば、電圧監視部５１の上流側に位置する抵抗の抵抗値を調整することで、交流の電圧と電圧監視部５１に印加される電圧の関係を調整することができるからである。

【0023】

実施形態においては、電源から供給された電流の一部または全部についてブリッジ回路４１を用いた全波整流部に流す。ここで整流された電気について、電圧を第一抵抗６１と第二抵抗６２により分圧する（例えば、６０Ｖの電圧について、第一抵抗６１側を５Ｖ、第二抵抗６２側を５５Ｖに分圧する。）。電源の電圧がソレノイドコイル９９を用いて切替機構を動作するのに十分な電圧である場合に、第一抵抗６１側の分圧が電圧監視部５１の第１閾値を超えるように、第一抵抗６１の大きさと第二抵抗６２の大きさを調整すればよい。この例では、第一抵抗６１と第二抵抗６２を電圧監視部５１に印加される電圧が大きくなりすぎないように調整可能な閾値設定部６０として用いている。

【0024】

例えば、電源電圧が１００Ｖであり、ソレノイドコイル９９を用いて切替機構を確実に動作させるための最低限の電圧が７０Ｖだとすると、第一抵抗６１の分圧は電源電圧が７０Ｖの時に電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値となるように設定すればよい（例えば、電圧監視部５１に印加される電圧が５Ｖとなるように設定）。このようにすれば、電源の電圧が７０Ｖ未満に低下した場合は、第一抵抗６１での分圧は５Ｖ未満となり、電圧監視部５１におけるグラウンドへの接地が維持され、ソレノイドコイル９９への通電はされない。このため、切替機構が切り替え動作をしないままソレノイドコイル９９に電流が流れ続けて焼損することを防止することができる。

【0025】

一方、分圧により設定された第二抵抗６２側の電圧（５５Ｖ）をリレー９１に掛けるのは適切ではないため、降圧をおこなう。例えば、５５Ｖから１０Ｖまで降圧することができるように、実施形態では降圧回路８０を設けている。リレー９１の直流回路の部分には降圧回路８０で出力された電力（例えば１０Ｖ）の電圧が入力される。リレー９１の直流回路の部分に入力されると、リレー９１の交流回路の部分のスイッチをＯＮとすることができ、切替制御部９２に電流を流すことができる。

【0026】

ただし、電源の電圧が低電圧の場合に降圧回路８０を流れた電気をリレー９１に流さないようにするため、実施形態では、通電制御部５０を設けている。実施形態の通電制御部５０は、リレー９１と降圧回路８０を繋ぐ経路の間に遮断可能部５２を配置する構成としており、電源の電圧が低電圧の場合には、降圧回路８０からリレー９１までの経路がつながらないようにしている。このため、電源の電圧が低電圧の場合に、リレー９１が動作することを回避することができる。

【0027】

図３に示す例では遮断可能部５２はスイッチであり、具体的にはスイッチング素子であるＦＥＴであり、この遮断可能部５２は電圧監視部５１の二次側に設けられた別のＦＥＴがОＮした場合に、ОＮすることができる構成となっている。この例では遮断可能部５２と電圧監視部５１の間に位置するＦＥＴは電圧監視部５１がグラウンドに接地された状態が解除されることで、ОＮすることができる。したがって、電圧監視部５１がグラウンドに接地された状態が解除されることで、遮断可能部５２をОＮすることができる構成となっている。また、ＦＥＴ以外のスイッチング素子としてトランジスタや、リレー、フォトカプラ等を用いることもできる。

【0028】

ここでＦＥＴについて簡単に説明をしておく。ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は電界効果トランジスタのことであり、通常、「ゲート端子」、「ソース端子」、「ドレイン端子」という３種類の端子を備える。また、ゲート端子とソース端子に入力される電圧を比較し、設定された側の端子の方が高い（若しくは低い）場合にソース端子とドレイン端子間をОＮすることで電流を流すことができる。

【0029】

図３に示す例において、遮断可能部５２と電圧監視部５１の間に位置するＦＥＴを第１ＦＥＴ３１とし、遮断可能部５２を構成するＦＥＴを第２ＦＥＴ３２とする。第１ＦＥＴ３１において、ソース端子に対して正の電圧がゲート端子に入力されると第１ＦＥＴ３１をОＮする制御が行われる。なお、この例では、第１ＦＥＴ３１のソース端子はグラウンドに接続されるため０Ｖとなる。また、低圧回路の下流側であって、第１ＦＥＴ３１と降圧回路８０の間に第四抵抗５９が設けられているとともに、第四抵抗５９とグラウンドの間に第三抵抗５８が設けられている。

【0030】

このため、電圧監視部５１におけるグラウンドへの接地が解除されると、第１ＦＥＴ３１のゲート端子には第四抵抗５９側の分圧（例えば６Ｖ）が入力され、ソース端子に対して正の電圧がゲート端子に入力され、第１ＦＥＴ３１がОＮするようになる。なお、電圧監視部５１がグラウンドと接続されている場合は、遮断可能部５２と電圧監視部５１の間に位置する第１ＦＥＴ３１は、ソース端子もゲート端子も０Ｖとなるため、第１ＦＥＴ３１はОＮしない。

【0031】

図３に示す遮断可能部５２を構成するを第２ＦＥＴ３２においては、ソース端子に対して負の電圧がゲート端子に入力されるとОＮする制御が行われる点が上記した第１ＦＥＴ３１と異なるだけであり、基本的な動きは同様である。

【0032】

なお、ソレノイドコイル９９への通電がされていない状態において、電圧監視部５１に第１閾値以上の電圧が印加された場合、スイッチを動作させて、ソレノイドコイル９９への通電を開始可能とする構成とすることが好ましい。また、ＦＥＴを利用すれば、マイコンを使用する必要がなく、小型化や低廉化が可能となる。このため、ソレノイドコイル９９への通電がされていない状態において、電圧監視部５１に第１閾値以上の電圧が印加された場合、ＦＥＴを動作させて、ソレノイドコイル９９への通電を開始可能とする構成とすることが好ましい。

【0033】

ところで、リレー９１やリレー９１の二次側で大きな電流が使用されて電圧降下が起こり、電圧監視部５１に印加される電圧が第２閾値を下回る状態が発生する可能性がある。また、電圧監視部５１に印加される電圧が第２閾値を下回ると通電制御部５０はリレー９１に電流を流さなくなる。それにより再び電圧が上昇し、通電制御部５０がリレー９１に電流を流し始め、再び動作し、電流降下が再び起こり、電圧監視部５１に入力される電圧が第２閾値を下回るということが繰り返されてしまうおそれがある。上記した事象は、電圧監視部５１に印加される電圧が第２閾値を下回ることと第１閾値を上回ることの繰り返しにより発生する。この繰り返しを避けるために、図３に示す例では、制御部２１に電圧引き上げ部７０を備えた構成としている。

【0034】

制御部２１に電圧引き上げ部７０を備えた構成としなくても、電圧を安定して出力できる外部装置を別途使用すれば、上記事象は回避できるかもしれないが、そのような外部装置は一般的に高価で大型であるため、切替開閉器１には不向きである。一方、電圧引き上げ部７０を備えた構成とし、制御部２１で電圧を引上げ可能な構成とすれば、安価で省スペースに設置可能な切替開閉器１とすることができる。このため、制御部２１に、通電制御部５０と、閾値設定部６０と、電圧引き上げ部７０と、を備え、通電制御部５０に電圧監視部５１を備え、通電制御部５０の前段に設けられた閾値設定部６０は、入力された電圧を複数の抵抗により分圧し、分圧された電圧を電圧監視部５１に出力可能であり、電圧引き上げ部７０は、電圧監視部５１に印加される電圧を引き上げ可能である構成とすることが好ましい。

【0035】

例えば図３に示すように、通電制御部５０から電圧が入力されると、電圧監視部５１に入力される電圧を引き上げることができるフィードバック回路７１を閾値設定部６０と電圧監視部５１との間に接続する。電圧監視部５１に入力される電圧は幾分か印加されるため（例えば１０Ｖ）、リレー９１以降における電気の消費に起因して電圧降下が起こっても電圧監視部５１に入力される電圧が第１閾値（５Ｖ）未満にはならないようにすることができる。それにより、制御部２１に流れる電流に変動が発生しても切替制御部９２のＯＮ／ＯＦＦを短時間で繰り返さないようにすることができるため、切替開閉器１の自動切替機能を維持させることができる。なお、電圧引き上げ部７０を用いれば、第２閾値を第１閾値と同じにしても運用可能である。

【0036】

ところで、電圧低下は、リレー９１やリレー９１の二次側で大きな電流が使用されることにより生じるだけではなく、電源の電圧の低下（パワコン等の故障による電源電圧の低下）などでも生じる。電源の電圧が低下しているのに、リレー９１に電気を流し続けるのはソレノイドコイル９９の焼損に繋がることは既に説明したとおりである。この点に関し、電圧引き上げ部７０に入力される電圧を用いて電圧監視部５１に印加される電圧を引き上げることができるフィードバック回路７１を電圧引き上げ部７０に備える構成であれば、電源の電圧が正常の値の出力後に一定以上低くなれば、電圧引き上げ部７０を用いても電圧は十分に引き上げることができないため、電源の電圧が低いのにソレノイドコイル９９に通電される事態は容易に回避することができる。なお、フィードバック回路７１への電圧の出力は、電圧引き上げ部７０に対して規定値以上の電圧が入力された場合に行われるようにするのが好ましい。

【0037】

これらの記載から理解されるように、電圧監視部５１に印加される電圧が第１閾値以上となった場合、電圧監視部５１に入力される電圧を電圧引上げ部７０により通電制御部５０から出力される電圧に引き上げる構成とするのが好ましい。また、通電制御部５０から出力される電圧が入力される電圧引き上げ部７０は、電圧監視部５１に電圧を印加されることが可能なフィードバック回路７１を備える構成とすることが好ましい。

【0038】

ところで、この例では、切替制御部９２による制御により切替機構に備えるソレノイドコイル９９に一定の電流以上を流して電磁誘導により誘導片を移動させ、第三端子１２ｃの接続先を第一端子１２ａと第二端子１２ｂの間で切り替えるように駆動させる。なお、元の電源側とは異なるソレノイドコイル９９に電流が流れ、第三端子１２ｃの接続先が他の電源と接続されている端子側に切り替わった場合、他の電源側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオフになる。また、元の電源側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオンになる。

【0039】

この点ソレノイドコイル通電用スイッチ９４などの動作例について具体的に説明をする。例えば、負荷Ｌｄが商用電源である第１電源Ｐ１と接続している場合、第１電源Ｐ１側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオフ、非常用電源などの第２電源Ｐ２側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオンとなっている。

【0040】

停電などにより第２電源Ｐ２（非常用電源）側から切替開閉器１に電力が供給されると第２電源Ｐ２（非常用電源）側のソレノイドコイル９９に電流が流れ、第２電源Ｐ２（非常用電源）側に切り替わる。その際に第２電源Ｐ２（非常用電源）側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオフとなり、第１電源Ｐ１（商用電源）側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオンとなる。

【0041】

復電時などにより第１電源Ｐ１（商用電源）側から電力が供給されると第１電源Ｐ１（商用電源）側のソレノイドコイル９９に電流が流れ、第１電源Ｐ１（商用電源）側に切り替わる。その際に第１電源Ｐ１（商用電源）側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオフとなり、第２電源Ｐ２（非常用電源）側のソレノイドコイル通電用スイッチ９４はオンとなる。

【0042】

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、遮断可能部にＦＥＴとは異なるものを採用してもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ 切替開閉器
１２ａ 第一端子
１２ｂ 第二端子
１２ｃ 第三端子
２１ 制御部
５０ 通電制御部
５１ 電圧監視部
６０ 閾値設定部
７０ 電圧引き上げ部
７１ フィードバック回路
９９ ソレノイドコイル

Ｐ１ 第１電源
Ｐ２ 第２電源
Ｌｄ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】