JP6399848B2 - 開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、直流の給配電回路などに適用する双方向の電流遮断機能を備えた開閉器に関する。

昨今、太陽光発電システム，蓄電池を用いた電源システムなどの普及化に伴い、これらシステムの配電回路に適用する直流用開閉器の研究，開発が進んでいる。

ところで、従来における直流用の開閉器（配線用遮断器（ＭＣＣＢ），漏電遮断器（ＥＬＢ），電磁開閉器（ＭＡＧ）などの機械式スイッチ（有接点スイッチ））は、開閉動作に伴って回路接点間に発生する直流アークの影響により接点の損傷，消耗が早期に進んで開閉器の動作不良を引き起こす問題がある。

そのために、従来から様々なアーク消弧対策が提案されており、その一例として機械式スイッチの回路接点に半導体スイッチ（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＧＴＯサイリスタなどの無接点式スイッチ）を並列に接続し、機械式スイッチの開極時に該機械式スイッチの回路接点に流れていた主回路電流を前記半導体スイッチに転流させて機械式スイッチの回路接点間に生じたアークを即時に消滅し、その後に半導体スイッチをＯＦＦ制御して回路電流を遮断するようにした直流用の開閉器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示の開閉器は、半導体スイッチのゲートドライブ回路に独立した駆動電源、およびその制御が必要である。そこで、発明者等は前記ゲートドライブ回路の独立した駆動電源を省略し、その代わりに機械式スイッチの開極動作時にその回路接点間に発生したアーク電圧を半導体スイッチ（ＩＧＢＴ）のゲートに印加することにより、機械式スイッチの開極動作に同期して半導体スイッチをＯＮ,ＯＦＦ制御するようにした開閉器を先に提案しており（特許文献２参照）、その回路構成，および機械式スイッチの開極から電流遮断に至る動作の経緯が詳しく述べられている。

この特許文献２に開示の開閉器では、機械式スイッチの開極動作時に発生する回路接点間のアーク電圧を利用して半導体スイッチのＩＧＢＴをＯＮ，ＯＦＦ制御し、主回路電流を機械式スイッチから半導体スイッチに転流させて遮断するようにしており、これにより先記した特許文献１の開閉器のように独立したゲート駆動電源が不要となって半導体スイッチの制御を簡略化できる。

ところで、蓄電池を備えた電源装置のように蓄電池の充電と放電とで回路電流が順逆方向に反転する回路、あるいは太陽光発電システムのような分散型の直流電源間で電力の逆潮流を行う直流系統の連係回路などに適用する直流開閉器については、その機械式スイッチの回路接点に並列接続した半導体スイッチに双方向の電流遮断機能が必要となるが、先記の特許文献２に開示されている直流開閉器では半導体スイッチのＩＧＢＴが単方向素子であるため、このままでは主回路電流の通電方向が順逆反転する場合に回路電流を機械式スイッチから半導体スイッチに転流させて遮断することができない。

そこで、発明者等は、機械式スイッチの回路接点に並列接続した半導体スイッチとして、逆直列接続した２個のＩＧＢＴと、各ＩＧＢＴに逆並列接続したダイオードとを組み合わせてなる双方向スイッチを機械式スイッチの回路接点に並列接続した上で、機械式スイッチの開極動作時に生じる回路接点間のアーク電圧を利用して前記双方向スイッチのＩＧＢＴをＯＮ，ＯＦＦ制御することで、主回路電流の通電方向が順逆反転する場合でも回路電流を機械式スイッチから半導体スイッチに転流させて遮断できるようにした双方向遮断機能を有する直流用の開閉器を考案し、特願２０１３−８９４５３号（２０１３年４月２２日出願）として先に提案しており、以下その回路構成，および主回路電流の遮断動作を図１０〜図１４に基づいて説明する。

すなわち、図１０において、直流の主回路１に接続した機械式スイッチ２の回路接点（１極分）は一対の固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動接点２ｃからなり、この機械式スイッチ２の回路接点には次記構成になる双方向の半導体スイッチ３が並列接続されている。ここで、半導体スイッチ３は、図示のように逆直列接続した２個のＩＧＢＴ４（以下、ＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２と呼称する）と、各ＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２にそれぞれ逆並列接続したダイオードＤ−１，Ｄ−２とで双方向スイッチを構成している。なお、１１，１２は主回路端子である。

また、前記ＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２のゲートに対しては、分圧抵抗５，６−１，６−２と、バリスター，ツェナーダイオードなどの過電圧抑制素子７−１，７−２と、コンデンサ８−１，８−２を図示のように組合せて構成したゲートドライブ回路を各ＩＧＢＴのゲート端子，エミッタ端子と機械式スイッチ２の橋絡可動接点２ｃとの間に接続し、機械式スイッチ２の開極動作時にその固定／可動接点間に発生したアーク電圧をＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２のゲート端子に印加してターンオン，ターンオフ制御するようにしている。

上記の回路構成で、機械式スイッチ２の回路接点が閉極した通電状態では、図１１（ａ），（ｂ）の実線矢印で表すように、直流の主回路１の主回路電流が主回路端子１１，１２の極性に対応して機械式スイッチ２の回路接点を経て流れる。なお、この通電状態では機械式スイッチ２の回路接点が閉極していてその接点間の電位差は０Ｖであり、半導体スイッチ３のＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２はいずれもＯＦＦ状態である。

この通電状態から機械式スイッチ２を開極すると、図１２（ａ），（ｂ）で示すように固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動接点２ｃとの間にアークａｒｃが発生し、このアーク電圧（電圧降下）により半導体スイッチ３のゲートドライブ回路には図１２の点線矢印で表すような制御電流が流れる。これにより、先記の特許文献２の開閉器で述べた動作と同様に、主回路電流（実線矢印）の通流方向に対応してＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２のゲートに接続したコンデンサ８−１，８−２が分圧抵抗５を介して順方向に充電される。そして、コンデンサ８−１，８−２の充電電圧が上昇してＩＧＢＴのゲートに印加される電圧（順バイアス電圧）が所定の閾値（ゲート−エミッタ間しきい値電圧）を超えると、ＩＧＢＴ−１、もしくはＩＧＢＴ−２がターンオンしてＯＮ状態となる。

なお、機械式スイッチ２の開極動作に伴いその回路接点間にアーク電圧が発生した状態では、図示してないが図１２（ａ）におけるコンデンサ８−２、図１２（ｂ）におけるコンデンサ８−１も機械式スイッチ２の接点間アーク電圧を受けて充電されるが、図１２（ａ）におけるＩＧＢＴ−２、図１２（ｂ）におけるＩＧＢＴ−１のゲートに対応するコンデンサの充電電位が逆バイアスとなるので、このＩＧＢＴはＯＦＦ状態のままである。

これにより、いままで機械式スイッチ２の回路接点を流れていた主回路電流は、図１３（ａ），（ｂ）の実線矢印で表すように半導体スイッチ（双方向スイッチ）３の回路に転流する。この場合に、図１３（ａ）では主回路電流がダイオードＤ−２とＩＧＢＴ−１（ＯＮ状態）を経由して流れ、主回路電流が逆の方向である図１３（ｂ）では、前記とは逆にダイオードＤ−１とＩＧＢＴ−２（ＯＮ状態）を経由して流れるとともに、いままで機械式スイッチ２の開極動作に伴ってその回路接点間に発生したアークは即時に消滅することになる。

そして、機械式スイッチ２の接点間に生じていたアークが消滅すると、いままで橋絡可動接点２ｃを通じてＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２のゲートドライブ回路に流れていた電流も消滅し、これによりコンデンサ８−１，８−２に蓄えられていた充電電荷が図中に表した点線矢印のように分圧抵抗６−１，６−２を通じて放電される。そして、コンデンサ８−１，８−２の放電が進んでＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２のゲート電圧が所定の閾値以下に低下すると、ＩＧＢＴはターンオフしてＯＦＦ状態となり、これにより図１４で表すように直流の主回路１に流れていた回路電流が完全に遮断される。

上記の説明から判るように、機械式スイッチ２の回路接点に並列接続した半導体スイッチ３を逆直列接続した２個のＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２、および該ＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２に逆並列接続したダイオードＤ−１，Ｄ−２とで双方向スイッチを構成することにより、直流回路１の通電方向に制約されることなく、双方向の回路電流を機械式スイッチ２から半導体スイッチ３に転流させて遮断することができる。

特開平８−１０６８３９号公報 特開２０１３−４１７８２号公報

先述の図１０〜図１４で述べた従来提案の開閉器においては、機械式スイッチ２の回路接点に並列接続した半導体スイッチ３のスイッチング素子（ＩＧＢＴ−１，ＩＧＢＴ−２）には従来型のＩＧＢＴを用いている。

ところで、従来型のＩＧＢＴは逆印加電圧に対する耐圧（逆耐圧）を持たないために、先記した従来提案（図１０参照）の開閉器では、逆直列接続したＩＧＢＴ−１とＩＧＢＴ−２にそれぞれダイオードＤ−１，Ｄ−２を逆並列接続して双方向スイッチの逆阻止耐圧を担うようにしている。

このために、機械式スイッチ２の開極動作に伴って主回路電流が半導体スイッチ３に転流した通電状態（図１３（ａ），（ｂ）参照）では、回路電流がＩＧＢＴとダイオードの二つの素子を直列に通過することになり、これにより半導体スイッチ３の回路には（ＩＧＢＴのオン電圧）＋（ダイオードの順電圧）に相応した電圧降下が生じ、その電圧はＩＧＢＴ，もしくはダイオードの単体素子と較べて２倍となる。このため主回路電流が機械式スイッチ２から半導体スイッチ３の回路に転流した状態では、ＩＧＢＴとダイオードの各素子に発生する導通損失が加算されて半導体スイッチ３の電力損失が増大する。

また、回路電流が機械式スイッチ２から半導体スイッチ３に転流する際のスイッチング損失についても、ＩＧＢＴとダイオードとのスイッチング損失が加算されるため、回路電流が機械式スイッチ２から半導体スイッチ３に転流するスイッチング時間が長くなり、このスイッチング時間が長くなることで機械式スイッチ２の回路接点間に発生したアークが消滅するまでの時間も長引き、それだけ接点の消耗が早く進んで開閉器の寿命が短縮されることになる。例えば、機械式スイッチに適用する電磁開閉器の製品仕様には通常数十万回以上の開閉動作を保証することが要求されるが、回路接点の寿命が短縮されると所要の開閉回数を保証することが困難となる。

そのほか半導体スイッチ３の損失増加に伴い、その半導体素子を冷却する熱負荷も増すのでその冷却部が大型化して重量，コストも増加する。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、先記した従来提案のように機械式スイッチに双方向の半導体スイッチを並列接続し、機械式スイッチの開極時にその回路接点間に発生したアーク電圧をゲート制御信号に利用して半導体スイッチをＯＮ，ＯＦＦ制御するようにした双方向の電流遮断機能を備えた開閉器を対象に、機械式スイッチの開極時に回路電流を転流させる半導体スイッチの導通損失，およびスイッチング時間を低減，短縮して機械式スイッチの接点のより一層の長寿命化を図り、併せて半導体スイッチの素子数を削減して小型，軽量、およびコストの低減化が図れるように改良した開閉器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、電流方向が順逆両方向に反転する回路に適用する開閉器であり、前記回路に接続した機械式スイッチの回路接点に双方向の半導体スイッチを並列接続し、機械式スイッチの開極時に回路電流を半導体スイッチに転流して機械式スイッチの接点間に発生したアークを消滅させ、その後に前記半導体スイッチをＯＦＦ制御して電流を遮断するようにした開閉器において、
前記半導体スイッチとして、逆方向の耐圧性能を有する２個の逆阻止型ＩＧＢＴ（ＲＢ−ＩＧＢＴ：Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor）を逆並列接続してなる双方向スイッチを前記機械式スイッチに並列接続した上で、機械式スイッチの開極動作時には、その回路接点間に発生したアーク電圧を前記逆阻止型ＩＧＢＴのゲートに印加して主回路電流を半導体スイッチに転流させ、その後に半導体スイッチをＯＦＦ制御して回路電流を遮断するとともに、前記機械式スイッチとして３組の回路接点を備えた３極型スイッチを使用し、その１極を主接点として該回路接点に前記双方向スイッチを並列接続し、残り２極の回路接点を断路用接点として主回路の往路，および復路に介挿接続するようにする。

上記構成の開閉器によれば、次記効果を奏することができる。

先ず、機械式スイッチの回路接点に並列接続する半導体スイッチとして、２個の逆阻止型ＩＧＢＴ同士を逆並列接続した双方向スイッチを使用し、さらにこの双方向スイッチに対して機械式スイッチの開極動作時にその回路接点間に発生するアーク電圧を逆阻止型ＩＧＢＴのゲートに加えてＯＮ，ＯＦＦ制御するようにしたことで、独立したゲート駆動電源を要さずに、機械式スイッチの開極動作に同期して主回路電流を半導体スイッチに転流させて遮断する双方向の遮断機能を持たせることかできる。

また、従来型のＩＧＢＴにダイオードを組み合わせて構成した従来の双方向スイッチ（図１０参照）と較べて、機械式スイッチの発生アークによる接点消耗を軽減して開閉器の長寿命化を達成できる。

さらに、従来型のＩＧＢＴに接続していたダイオードの省略により、双方向の半導体スイッチを構成する素子数が低減して開閉器に搭載する半導体スイッチの小型，軽量、およびコスト低減化が可能となる。

また、本発明の実施態様として、前記の機械式スイッチに３極型スイッチを用い、その１極の接点を主接点として該回路接点に前記双方向スイッチを並列接続するとともに、残り２極の接点を断路用補助接点として主回路の往路，および復路に介挿接続することにより、機械式スイッチの開極より負荷を電源から完全に切り離して負荷の保守，点検作業を感電のおそれ無しに安全に行うことができるほか、機械式スイッチに並列接続した半導体スイッチも同様に電源から完全に断路して不要な誤動作を防止できる。

本発明の実施例１に係わる開閉器の模式回路図である。 図１の機械式スイッチの閉極時における主回路電流の通電経路を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図２の状態から機械式スイッチを開極した直後の通電状態を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図３の状態から回路電流が双方向スイッチに転流した状態の通電経路を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ電回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図４（ａ），（ｂ）の状態から半導体スイッチをＯＦＦ制御して回路電流を遮断した状態を表す図である。 本発明の実施例２に対応する開閉器の模式回路図である。 本発明の実施例３に対応する開閉器の模式回路図である。 図７の機械式スイッチに用いた３極型電磁開閉器の構造図であって、（ａ）はその内部機構を表す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 本発明の実施例４に対応する開閉器の模式回路図である。 従来型のＩＧＢＴにダイオードを組み合わせた双方向スイッチを機械式スイッチの回路接点に並列接続し、機械式スイッチの開極時にその回路接点間に生じたアーク電圧を利用して半導体スイッチをＯＮ，ＯＦＦ制御するようした従来の直流開閉器を表す模式回路図である。 図１０の機械式スイッチの閉極時における主回路電流の通電経路を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図１１の状態から機械式スイッチを開極した直後の通電状態を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図１２の状態から回路電流が双方向スイッチに転流した状態の通電経路を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ回路電流の順，逆方向に対応した図である。 図１３（ａ），（ｂ）の状態から半導体スイッチをＯＦＦ制御して回路電流を遮断した状態を表す図である。

以下、本発明による開閉器の構成、電流遮断動作を図示実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図１０〜図１４に対応する回路部品には同じ符号を付している。

先ず、本発明に係わる開閉器の回路構成，およびその電流遮断動作を図１〜図５に基づいて説明する。

すなわち、図示実施例の開閉器３は、先記した従来提案の開閉器（図１０参照）と同様に、直流系統の主回路１に接続した機械式スイッチ２（配線用遮断器，漏電遮断器，電磁開閉器など）と、該機械式スイッチ２の回路接点２１に並列接続した双方向の半導体スイッチ３との組み合わせから構成されている。また、機械式スイッチ２は、固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動接点２ｃからなる。

ここで、図示の半導体スイッチ３は、逆方向の耐圧性能を有する２個の逆阻止型ＩＧＢＴ（逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）４−１，４−２の単体同士を逆並列接続して構成した双方向スイッチで、この双方向スイッチを機械式スイッチ２に並列接続しており、この半導体スイッチ３には図１０に示したダイオードＤ１，Ｄ２は接続されて無い。

また、図１においては、前記の逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２に対するゲートドライブ回路として、分圧抵抗５−１，５−２，６−１，６−２、バリスター，ツェナーダイオードなどの過電圧抑制素子７−１，７−２、およびコンデンサ８−１，８−２を図示のように接続して機械式スイッチ２の回路接点２１の橋絡可動接点２ｃと主回路１の両端端子１１，１２との間に構築したゲートドライブ回路９を形成し、このゲートドライブ回路９のコンデンサ８−１，８−２がそれぞれ逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２のゲート／エミッタ間に並列接続されている。

次に、図１の開閉器による回路電流の遮断動作について説明する。先ず、直流の主回路１の電流が順方向，および逆方向に流れている通電状態を図２（ａ），（ｂ）に示す。この通電状態では、回路電流は閉極している機械式スイッチ２の回路接点２１を通じて通流し、半導体スイッチ３の逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２はいずれもＯＦＦ状態であり、この通電状態では半導体スイッチ３には導通損失，発熱の発生はない。なお、この通電状態は図１１に示した従来提案と同様である。

そして、前記図２（ａ），（ｂ）の通電状態から開閉器３に開極指令を与えて機械式スイッチ２を開極すると、図３（ａ），（ｂ）で示すように機械式スイッチ２の開極直後はその回路接点２１にアークａｒｃが発生し、このアーク電圧（電圧降下）により先記のゲートドライブ回路９には図示の点線矢印で表す制御電流が流れる。

これにより、従来提案の開閉器で述べた制御動作（図１２（ａ），（ｂ）参照）と同様に、主回路電流（実線矢印）の通流方向に対応して逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２のゲート端子に接続したコンデンサ８−１，８−２が分圧抵抗５−１、もしくは５−２を介して順方向に充電される。この際に、分圧抵抗５−１，５−２が充電電流の制限抵抗として機能する。そして、コンデンサ８−１，８−２の充電電圧が上昇してＩＧＢＴのゲートに印加される電圧（ゲートの順バイアス電圧）が所定の閾値（ゲート−エミッタ間しきい値電圧）を超えると逆阻止型ＩＧＢＴ４−１、もしくは４−２がターンオンし、主回路１の回路電流が機械式スイッチ２から双方向の半導体スイッチ３に転流し始める。図４（ａ），（ｂ）は回路電流が半導体スイッチ３に転流した状態を表している。

なお、前記のコンデンサ８−１，８−２は、逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２のゲート／エミッタ間の寄生容量を利用してもよく、この場合には図示のコンデンサ８−１，８−２を省略できる。

また、回路電流の転流が完了すると、従来提案の開閉器動作（図１３参照）で述べたと同様に、機械式スイッチ２の開極動作に伴ってその回路接点間に発生したアークが即時に消滅し、いままで橋絡可動接点２ｃを通じてゲートドライブ回路９に流れていた制御電流も消滅する。この状態になるとゲートドライブ回路９の分圧回路に印加される電圧は、双方向半導体スイッチ３のＯＮ電圧（４Ｖ程度）のみとなるので、いままげコンデンサ８−１，８−２に蓄えられていた充電電荷が図中に表した点線矢印のように分圧抵抗６−１，６−２を通じて放電される。そして、コンデンサ８−１，８−２の放電が進んで逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２のゲート電圧が所定のしきい値以下に低下すると、逆阻止型ＩＧＢＴはターンオフしてＯＦＦ状態に切り換わり、その結果として図５で表すように直流の主回路１に流れていた主回路電流が完全に遮断される。

なお、コンデンサ８−１，８−２の放電のタイミングは、コンデンサ８−１，８−２と分圧抵抗６−１，６−２との放電回路の時定数によって決まり、この時定数を調整することで、機械式スイッチ２の回路接点間に発生したアークが消滅してから、逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２のＯＦＦ制御により半導体スイッチ３に転流した電流が遮断されるまでの時間を調整することが可能である。また、この時定数は逆阻止型ＩＧＢＴのターンオフ時間を決定することから、例えばｍｓオーダーの時定数を適正値に選定することにより、逆阻止型ＩＧＢＴにおける電流減衰時間（ｄｉ／ｄｔ）を制御して回路電流の遮断直後に発生するサージ電圧を効果的に抑制することも可能である。

次に、先記した実施例１におけるゲートドライブ回路９の一部を変更した応用実施例の模式回路を図６に示す。この実施例２では、図１のゲートドライブ回路９における分圧抵抗５−１，５−２に代えて、機械式スイッチ２の橋絡可動接点２ｃに分圧抵抗５を接続し、この分圧抵抗５に分圧抵抗６−１，６−２をＴ字接続してゲートドライブ回路の分圧回路を形成しており、このゲートドライブ回路９でも先記実施例１と同様に、機械式スイッチ２の開極動作に同期して回路電流を機械式スイッチ２から半導体スイッチ３に転流させて遮断することができる。

次に、本発明に係わる実施例３を図７，図８により説明する。この実施例３の開閉器は、当該開閉器を介して電源に接続した負荷について、機械式スイッチの開極操作により負荷を電源から完全に切り離して負荷の保守，点検作業などが感電の危険なしに安全に行えるようにしたものであり、その開閉器の模式回路を図７に、またこの機械式スイッチの構造を図８に示す。

すなわち、図７の模式回路図で示すように、電源１０と負荷２０との間を繋ぐ配電主回路１に接続した機械式スイッチ２として、該機械式スイッチ２の開極／閉極操作に連動して開閉動作する３組の回路接点２１−１，２１−２，２１−３を備えた３極型の開閉器（例えば電磁接触器）を使用している。ここで、３組の回路接点のうちの１極、例えば中央極の回路接点２１−２を主接点として、この回路接点２１−２に半導体スイッチ３（逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２を逆並列接続した双方向の半導体スイッチ）を並列接続するとともに、残り２極の回路接点２１−１，２１−３を断路用接点として主回路１の往路，および復路に介挿接続するようにしている。

なお、図中に記した端子２５ａ〜２５ｆは前記した３極の回路接点２１−１，２１−２，２１−３に対応する外部端子（ねじ端子）であり電源１０を外部端子２５ａと２５ｅの間、負荷２０を外部端子２５ｄと２５ｆの間に接続するとともに、外部端子２５ｂと２５ｃの相互間を別なリード配線１３で接続している。

また、図８（ａ），（ｂ）は図７の機械式スイッチ２と半導体スイッチ３を組み合わせた３極型電磁開閉器の構造図であり、図中の２２は電磁開閉器のフレーム（ケース）、２３はフレーム２２に内蔵した開閉操作用の電磁石、２４は電磁石２３の可動鉄心に連結した可動接点ホルダー、２１ａ，２１ｂは図７における各極の回路接点（双接点形接点）２１−１，２１−２，２１−３に対応する固定接点、２１ｃは前記可動接点ホルダー２４に搭載して固定接点２１ａ，２１ｂに対向させた橋絡可動接点である。そして、この電磁接触器のフレーム頂部に前記半導体スイッチ３のパッケージを搭載した上で、リード配線を介して該電磁開閉器の外部端子２５ｃと２５ｄとの間に並列接続している。

上記構成によれば、電源１０と負荷２０の間の主回路に接続した機械式スイッチ（３極型電磁開閉器）２を開極すると、電源１０と負荷２０との間が完全に切り離されるので、負荷２０の点検作業等を感電のおそれなしに安全に行うことができる。また、この機械式スイッチ２に接続した半導体スイッチ３についても、電磁開閉器の開極に伴い前記と同様に電源から断路されるので、半導体スイッチ３の不要な誤動作を防ぐことができる。

なお、回路電流の遮断時に機械式スイッチ２から半導体スイッチ３に転流した回路電流は、半導体スイッチ３の逆阻止型ＩＧＢＴ４−１，４−２をＯＦＦ制御して遮断するが、この際にＩＧＢＴのスイッチング特性としてターンオフ時にはテール電流による多少の遅れがある。このために、半導体スイッチ３に転流した電流の遮断が完了する以前に図７，図８の回路接点４１−１，４１−３（断路用接点）が開極すると、この回路接点にアークが発生するおそれがある。

そこで、この断路用接点のアーク発生を防ぐには、例えば図８の電磁開閉器における回路接点２１−２（主接点）と回路接点２１−１，２１−３（断路用接点）との間に異なる接点ワイプ量を設定し、電磁開閉器の開極時に断路用接点が主接点より若干遅れて開極動作するように設定すればよい。

次に、本発明の応用実施例として、実施例４に係る開閉器の模式回路を図９に示す。

図１に示した先記実施例１の開閉器では、機械式スイッチ２の回路接点２１が固定接点２ａ，２ｂと、橋絡可動接点２ｃからなり、この橋絡可動接点２ｃにゲートドライブ回路９の分圧回路に通じるリード線を接続して、機械式スイッチ２の開極動作時にその回路接点間に発生したアーク電圧をゲートドライブ回路９に取り出すようにしている。そのために、機械式スイッチ２（例えば、小形の電磁接触器）の構造制約からリード線の配線作業が困難となるほか、リード線が干渉して橋絡可動接点２ｃの開極，閉極動作の動きを阻害するおそれがある。

これに対して、図９の実施例４では、機械式スイッチ２の回路接点を２極に分けてその接点相互間の接続部（図中のＡ点）にゲートドライブ回路の分圧回路に通じるリード線９１を接続するようにしている。これにより、機械式スイッチ２（例えば、２極の電磁接触器）の各極接点毎に設けた外部接続端子（ねじ端子）に前記リード線９１を配線接続することが可能で、リード線９１と機械式スイッチ２の可動接点との間の不要な干渉を防ぐことができる。

１ 直流主回路
２ 機械式スイッチ
２１ 回路接点
２１−１〜２１−３ ３極型電磁開閉器の回路接点
３ 半導体スイッチ（双方向スイッチ）
４−１，４−２ 逆阻止型ＩＧＢＴ
７−１，７−２ 過電圧抑制素子
８−１，８−２ コンデンサ
９ ゲートドライブ回路

Claims (1)

1. 電流方向が順逆両方向に反転する回路に適用する開閉器であって、前記回路に接続した機械式スイッチの回路接点に双方向の半導体スイッチを並列接続し、前記機械式スイッチの開極時に回路電流を半導体スイッチに転流して機械式スイッチの接点間に発生したアークを消滅させ、その後に前記半導体スイッチをＯＦＦ制御して電流を遮断するようにした開閉器において、
   前記の半導体スイッチとして、逆方向の耐圧性能を有する２個の逆阻止型ＩＧＢＴ（ＲＢ−ＩＧＢＴ：Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor）を逆並列接続してなる双方向スイッチを前記機械式スイッチに並列接続した上で、機械式スイッチの開極動作時には、その回路接点間に発生したアーク電圧を前記逆阻止型ＩＧＢＴのゲートに印加して主回路電流を半導体スイッチに転流させ、その後に半導体スイッチをＯＦＦ制御して回路電流を遮断するとともに、前記機械式スイッチとして３組の回路接点を備えた３極型スイッチを使用し、その１極を主接点として該回路接点に前記双方向スイッチを並列接続し、残り２極の回路接点を断路用接点として主回路の往路，および復路に介挿接続したことを特徴とする開閉器。