JP2014056730A - 直流開閉器および直流遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】直流開閉器および直流遮断器において、接点間を離間させたとき、より迅速に端子間を電気的に遮断することにある。
【解決手段】第１の遮断機構部３０ａに対応する消弧部１９ａは自己が消弧対象としていない第２の遮断機構部３０ｂからの磁気的な影響を受けない程度に、当該第２の遮断機構部３０ｂから離間して設けられている。よって、永久磁石を通じたアークの伸長効果を大きくすること、すなわち、アーク電圧を増大させることができる。このアーク電圧が固定接点２１ａと可動接点２２ａとの間の印加電圧を超えたときにアークは消弧する。よって、アーク電圧を増大させることで、可動接点２２ａ，２２ｂおよび固定接点２１ａ，２１ｂ間の遮断をより迅速に行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流開閉器および直流遮断器に関する。

従来、直流電路を遮断可能に構成される直流開閉器が知られている（例えば、特許文献１参照）。直流開閉器は、絶縁材料にて形成された筐体内に、固定接点を備える固定接触子と、可動接点を備える可動接触子と、アークを伸長させる複数の永久磁石と、ハンドルの操作によって固定接点と可動接点とを開閉動作させる開閉機構部などと、を収納して構成される。

直流電路を遮断するべく、ハンドルの操作を通じて可動接点を固定接点から離間させる。このとき、両接点間に発生するアークを、各永久磁石は引き寄せて分割する。これにより、アークを伸長させること、ひいてはアーク電圧を高めることができる。このアーク電圧が電源電圧以上に上昇したとき、両端子間が電気的に遮断される。

特開平１０−１５４４５８号公報

例えば、上記直流開閉器を利用して直流の２極（プラス極、マイナス極）を遮断しようとした場合、当該直流開閉器を２台並べることが考えられる。この場合、消弧部は隣り合う直流開閉器の開閉動作に伴う磁束の影響を受けて、アークを十分に伸長させることができないおそれがある。よって、接点間の電気的な遮断が遅延することがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、接点間を離間させたとき、より迅速に端子間を電気的に遮断する直流開閉器および直流遮断器を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段について説明する。
上記課題を解決するために、固定接点を有する固定接触子および前記固定接点に対して接離する可動接点を有する可動接触子からなる複数の遮断機構部と、ハンドルの操作に伴い前記各遮断機構部における前記固定接点と前記可動接点とを開閉動作させる開閉機構と、前記複数の遮断機構部のうち少なくとも一つに対応して設けられる消弧部と、を備えた直流開閉器において、前記消弧部は、前記可動接点が前記固定接点から離間して開極したときに、前記可動接点と前記固定接点との間に生じるアークをアーク駆動力を通じて伸長させる磁石と、前記磁石に対する前記アークの橋絡を抑制する、絶縁材料にて形成される絶縁部と、を備え、当該消弧部は、自己が消弧対象としている前記遮断機構部でない他の遮断機構部から磁気的な影響を受けない程度の離間距離だけ当該他の遮断機構部から離間して設けられていることを特徴とする。

また、上記構成において、前記当該消弧部である一の消弧部と、前記他の遮断機構部に対応する他の消弧部とを有し、前記離間距離は、前記他の消弧部の磁石によって、前記一の消弧部に対応する前記可動接点と前記固定接点とを開極したときの前記アーク駆動力を減少させることなく、かつ前記一の消弧部の磁石により集磁された前記開極した前記両接点間の磁束が前記他の消弧部によって減少しない距離であることが好ましい。

また、上記構成において、前記複数の遮断機構部は、共通の筐体に覆われて１つの前記直流開閉器として形成されるとともに、幅方向に沿って異なる高さに配置されることが好ましい。

また、上記構成において、前記共通の筐体に覆われた直流開閉器内には、前記高さ方向及び幅方向から前記遮断機構部に覆われた空間が形成され、前記共通の筐体に覆われた直流開閉器が幅方向に沿って複数配置され、一の直流開閉器における遮断機構部と、その一の直流開閉器に隣接する他の直流開閉器における遮断機構部とが前記空間を挟んで前記離間距離に亘って離間することが好ましい。

また、上記構成において、前記各遮断機構部の少なくとも一部が、幅方向に対して直交する方向からみて重なるように前記各遮断機構部が配置されることが好ましい。
また、上記構成において、前記固定接触子および前記可動接触子は、それぞれ前記直流開閉器から反対側に露出する端子と電気的に繋がり、前記両端子間の前記固定接触子および前記可動接触子を含んで、当該両端子を結ぶ方向に沿って複数の電路を形成し、前記各電路は幅方向に沿って異なる高さに配置されることが好ましい。

また、上記構成において、異常電流が流れたときに、前記可動接触子を前記固定接触子から離間させる異常電流遮断手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、直流開閉器および直流遮断器において、接点間を離間させたとき、より迅速に端子間を電気的に遮断することができる。

本発明の一実施形態における直流開閉器の側面図。 図１の２−２線断面図。 図１の３−３線正面図。 図１の４−４線後面図。 本発明の一実施形態における第１の開閉部の消弧部の分解斜視図。 本発明の一実施形態における第１の開閉部の消弧部の断面図。

以下、本発明に係る直流開閉器の一種である直流遮断器を太陽光発電システムに適用した一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、直流遮断器１は、略直方状に形成されるとともに、プラス極およびマイナス極に対応した電路１０ａ，１０ｂを有する。各電路１０ａ，１０ｂの両端部は、直流遮断器１の外周を覆う筐体６から突出した端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂとして形成されている。

接続端子１１ａ，１１ｂには、太陽光パネル（図示略）からのプラス端子＋Ｐ１、マイナス端子−Ｐ１がそれぞれ接続されている。詳しくは、図４に示すように、プラス端子＋Ｐ１、マイナス端子−Ｐ１は、ねじ７によって、接続端子１１ａ，１１ｂに圧接されている。接続端子１１ａ，１１ｂは、高さ方向および幅方向ともに異なる位置に設けられている。すなわち、接続端子１１ａは、接続端子１１ｂの図中右上に位置する。

また、図３に示すように、接続端子１２ａ，１２ｂには、電力変換装置（図示略）からのプラス端子＋Ｐ２、マイナス端子−Ｐ２がそれぞれ接続されている。詳しくは、プラス端子＋Ｐ２、マイナス端子−Ｐ２は、ねじ７によって、接続端子１２ａ，１２ｂに圧接されている。接続端子１２ａ，１２ｂは、高さ方向および幅方向ともに異なる位置に設けられている。すなわち、接続端子１２ａは、接続端子１２ｂの図中左上に位置する。直流遮断器１は、太陽光パネルと電力変換装置との間に位置し、太陽光パネルと電力変換装置との間を導通状態及び遮断状態間で切り替える。

次に、直流遮断器１の内部構成について説明する。
図１に示すように、直流遮断器１は、上記各電路１０ａ，１０ｂを構成する遮断機構部３０ａ，３０ｂと、ハンドル１５と、リンク機構１６と、ソレノイド１３と、を備える。この図１は、側面カバーを取り外した直流遮断器１の側面図である。

図２に示すように、遮断機構部３０ａ，３０ｂは、直流遮断器１の幅方向に沿って２つ、それぞれ異なる高さに設けられている。第１の遮断機構部３０ａは上側に位置し、第２の遮断機構部３０ｂは下側に位置している。すなわち、上記端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと同様の位置関係である。そして、両遮断機構部３０ａ，３０ｂは、高さ方向からみて一部が重なるように位置している。第１の遮断機構部３０ａは、第２の遮断機構部３０ｂの開閉動作時において生じる磁束変化の影響を受けない程度に、第２の遮断機構部３０ｂから離間して設けられる。

ここで、開閉動作時において生じる磁束変化の影響を受けない程度の離間とは、他の磁石３５によって開極時のアーク駆動力を減少させることなく、自己の消弧部１９ａの磁石３２により発生し、開極した接点２１ａ，２２ａ間を直交する磁束が、他の消弧部１９ｂによって減少しない距離をいう。

また、直流遮断器１内において第１の遮断機構部３０ａの右側、すなわち、第２の遮断機構部３０ｂの上側には空間１４が形成されている。
直流遮断器１は、図２の二点鎖線で示すように、同一のものが幅方向に沿って複数同じ向きで並べられている。各直流遮断器１は、太陽光パネルに対応して設けられる。この場合、中央の直流遮断器１における第１の遮断機構部３０ａと、その右隣の直流遮断器１における第１の遮断機構部３０ａとは、中央の直流遮断器１内の空間１４を挟んで距離Ｌ１だけ離間している。

また、中央の直流遮断器１における第１の遮断機構部３０ａ（図２の実線で示す）と、その左隣の直流遮断器１における第１の遮断機構部３０ａ（図２の二点鎖線で示す）とは、左隣の直流遮断器１内の空間１４を挟んで距離Ｌ１だけ離間している。この距離Ｌ１は、遮断機構部の開閉動作時において生じる磁束変化の影響を無視できる程度に設定されている。

図１に示すように、各遮断機構部３０ａ，３０ｂは、固定接触子１７ａ，１７ｂと、可動接触子１８ａ，１８ｂと、を備える。各遮断機構部３０ａ，３０ｂに対応して消弧部１９ａ，１９ｂが設けられる。

ハンドル１５はその操作部１５ａが外部に露出している。また、リンク機構１６は、可動接触子１８ａ，１８ｂの一部を支持するとともに、ハンドル１５の回転に伴い各可動接触子１８ａ，１８ｂを高さ方向に移動させる。このリンク機構１６が開閉機構に相当する。

可動接触子１８ａ，１８ｂは、長手方向（図中の左右方向）に延出する薄板状に形成されるとともに、それぞれ接続端子１２ａ，１２ｂに導通している。また、可動接触子１８ａ，１８ｂの右端部の下面には可動接点２２ａ，２２ｂが形成されている。

固定接触子１７ａ，１７ｂは、可動接触子１８ａ，１８ｂと同様に、長手方向（図中の左右方向）に延出する薄板状に形成されるとともに、その右端部が接続端子１１ａ，１１ｂを構成する。

また、固定接触子１７ａ，１７ｂの左端部の上面には固定接点２１ａ，２１ｂが形成されている。可動接点２２ａ，２２ｂは、可動接触子１８ａ，１８ｂの上下動に伴い、固定接点２１ａ，２１ｂに対して接離可能に設けられている。

ソレノイド１３は電路１０ａに過電流（異常電流）が流れると、その出力軸１３ａを通じてリンク機構１６を動作させる。これにより、可動接点２２ａが固定接点２１ａから離間して、過電流が遮断される。すなわち、ソレノイド１３は異常電流遮断手段に相当する。

各遮断機構部３０ａ，３０ｂに対応する消弧部１９ａ，１９ｂは異なる構成である。まず、第１の遮断機構部３０ａに対応する消弧部１９ａの構成について説明する。
図５に示すように、第１の遮断機構部３０ａに対応する消弧部１９ａは、磁気ヨーク３１と、一対の永久磁石３２と、絶縁ホルダ３３と、を備える。

各永久磁石３２は正方形の平板状に形成されるとともに、その厚さ方向にＳ極およびＮ極が着磁されている。
絶縁ホルダ３３は、図中の下側に開口した略Ｕ字状に形成されている。詳しくは、絶縁ホルダ３３は、一対の側壁３３ａ，３３ｂおよびその側壁３３ａ，３３ｂを連結する上壁３３ｃから構成されている。側壁３３ａ，３３ｂの外面には、永久磁石３２を装着可能な収納穴３３ｄが形成されている。

磁気ヨーク３１は、フェライト等の磁性体で形成されるとともに、絶縁ホルダ３３の外面を覆うようにＵ字状に形成されている。磁気ヨーク３１は、２つの永久磁石３２間での磁路を形成する。

絶縁ホルダ３３の各収納穴３３ｄに永久磁石３２がはめ込まれる。そして、その絶縁ホルダ３３に磁気ヨーク３１が外側からはめ込まれる。これにより、消弧部１９ａが組み立てられる。消弧部１９ａの内部に、可動接点２２ａおよび固定接点２１ａが位置する。

次に、第２の遮断機構部３０ｂに対応する消弧部１９ｂの構成について説明する。
図２に示すように、第２の遮断機構部３０ｂに対応する消弧部１９ｂは、上記永久磁石３２と同一形状である一対の永久磁石３５を有する。両永久磁石３５は、可動接触子１８ｂおよび固定接触子１７ｂを挟んで幅方向に対面している。

次に、直流遮断器１の作用について説明する。
図１に示すように、両電路１０ａ，１０ｂに電流が流れている状態で、ハンドル１５を通じて、各可動接触子１８ａ，１８ｂを固定接触子１７ａ，１７ｂから離間させる。このとき、図６に示すように、固定接点２１ａ，２１ｂと可動接点２２ａ，２２ｂとの間にはアークが生じる。

第１の遮断機構部３０ａにおける永久磁石３２は、接点２１ａ，２２ａ間で発生するアークに、電磁力学によるところのローレンツ力を作用させてアークを伸長させる。このローレンツ力がアークを駆動させるアーク駆動力となる。このとき、絶縁ホルダ３３は、アークが永久磁石３２および磁気ヨーク３１に橋絡しないよう、永久磁石３２および磁気ヨーク３１を保護する。アークを伸長させることで、アーク電圧を上昇させることができる。このアーク電圧が固定接点２１ａ，２１ｂと可動接点２２ａ，２２ｂとの間の印加電圧を超えたときにアークは消弧される。よって、接点２１ａ，２２ａ間が電気的に遮断した状態となる。

第２の遮断機構部３０ｂにおける永久磁石３５も同様にアークを伸長させることでアークを消弧する。よって、接点２１ｂ，２２ｂ間も電気的に遮断した状態となる。
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）第１の遮断機構部３０ａに対応する消弧部１９ａは自己が消弧対象としていない第２の遮断機構部３０ｂからの磁気的な影響を受けない程度に、当該第２の遮断機構部３０ｂから離間して設けられている。よって、永久磁石３２を通じたアークの伸長効果を大きくすること、すなわち、アーク電圧を増大させることができる。このアーク電圧が固定接点２１ａと可動接点２２ａとの間の印加電圧を超えたときにアークは消弧する。よって、アーク電圧を増大させることで、可動接点２２ａおよび固定接点２１ａ間の遮断をより迅速に行うことができる。

（２）図１に示すように、各遮断機構部３０ａ，３０ｂは幅方向からみて異なる位置、すなわち段違いに配置されている。よって、直流遮断器１の幅方向のサイズを大きくすることなく、第１の遮断機構部３０ａに対応する消弧部１９ａを第２の遮断機構部３０ｂから離間させることができる。

（３）各遮断機構部３０ａ，３０ｂの一部が、高さ方向からみて重なるように各遮断機構部３０ａ，３０ｂが配置されている。よって、直流遮断器１の幅方向を薄く形成することができる。

特に上記実施形態では、図２に示すように、同一構成の直流遮断器１が幅方向に複数配列される。この直流遮断器１を配列したときの全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、隣接する直流遮断器１の遮断機構部３０ａ同士は空間１４を介して距離Ｌ１だけ離間する。よって、直流遮断器１を隣接して配置した場合にも、上記（１）の効果が得られる。

（４）端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを含む電路１０ａ，１０ｂは、幅方向からみて重ならないように、すなわち段違いに配置される。よって、直流遮断器１の幅方向を薄く形成することができる。

また、各端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを幅方向に大きく形成した場合であっても、端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ同士が隣り合わないため、端子同士が干渉することがない。よって、より端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを大きく形成することができる。これにより、より大きいサイズのねじ７を利用することで、直流遮断器１の接続端子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに外部からの端子＋Ｐ１，−Ｐ１，＋Ｐ２，−Ｐ２をより大きい力で圧接させることができる。

（５）電路１０ａに過電流（異常電流）が流れると、ソレノイド１３を通じて可動接点２２ａが固定接点２１ａから離間されて、過電流が遮断される。よって、太陽光発電システムとしての安全性が高まる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、直流遮断器１は幅方向に複数並べられていたが、並べ方はこれに限らず、また単独で使用してもよい。

・上記実施形態においては、１つの直流遮断器１に消弧部１９ａ，１９ｂが２つ設けられていたが、例えば第２の遮断機構部３０ｂに対応する消弧部１９ｂを省略してもよい。
また、消弧部１９ａ，１９ｂの構成も適宜変更可能である。例えば、消弧部１９ａから磁気ヨーク３１を省略してもよい。

・上記実施形態においては、接続端子１１ａ，１１ｂには太陽光パネル（図示略）のプラス端子＋Ｐ１、マイナス端子−Ｐ１がそれぞれ接続されていた。しかし、各電路１０ａ，１０ｂの接続端子１１ａ，１１ｂに各太陽光パネル（図示略）からのプラス端子のみ、又はマイナス端子のみを接続してもよい。接続端子１２ａ，１２ｂについても同様である。また、接続端子１１ａ，１１ｂと接続端子１２ａ，１２ｂとを逆に使用してもよい。

・上記実施形態においては、直流遮断器１は２つの電路１０ａ，１０ｂを有していたが、３つ以上の電路を有していてもよい。この場合でも、各電路を段違いに配置（すなわち各電路を幅方向からみて重ならないように配置）することで、上記実施形態の（１）〜（４）と同様の効果が得られる。

・上記実施形態においては、高さ方向からみて遮断機構部３０ａ，３０ｂの一部が重なるように配置されていたが、遮断機構部３０ａ，３０ｂの全てが重なっていてもよい。また、幅方向からみて両遮断機構部３０ａ，３０ｂが一致する位置にあってもよい。この場合には、直流遮断器１内には、両遮断機構部３０ａ，３０ｂ間に距離Ｌ１だけの空間が形成される。また、遮断機構部３０ａ，３０ｂを含む電路１０ａ，１０ｂが幅方向からみて一致する位置にあってもよい。

・上記実施形態においては、直流遮断器１を太陽パネルに接続していたが、直流遮断器１を他の直流電圧源に接続してもよい。
・上記実施形態におけるソレノイド１３を省略することで、直流遮断器ではなく、直流開閉器として構成してもよい。

・消弧部１９ａ、１９ｂは異なる構成としたが、何れか一方の構成を採用しても良い。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
（イ）請求項２〜４の何れか一項に記載の直流開閉器において、共通の前記ハンドルにて前記開閉機構を通じて各遮断機構部が同時に開閉動作することを特徴とする直流開閉器。

１…直流遮断器、１０ａ，１０ｂ…電路、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…接続端子、１４…空間、１５…ハンドル、１５ａ…操作部、１６…リンク機構、１７ａ，１７ｂ…固定接触子、１８ａ，１８ｂ…可動接触子、１９ａ，１９ｂ…消弧部、２１ａ，２１ｂ…固定接点、２２ａ，２２ｂ…可動接点、３０ａ…第１の遮断機構部、３０ｂ…第２の遮断機構部、３１…磁気ヨーク、３２…永久磁石、３３…絶縁ホルダ、３３ａ，３３ｂ…側壁、３３ｃ…上壁、３３ｄ…収納穴、３５…永久磁石。

Claims (7)

1. 固定接点を有する固定接触子および前記固定接点に対して接離する可動接点を有する可動接触子からなる複数の遮断機構部と、
   ハンドルの操作に伴い前記各遮断機構部における前記固定接点と前記可動接点とを開閉動作させる開閉機構と、
   前記複数の遮断機構部のうち少なくとも一つに対応して設けられる消弧部と、を備えた直流開閉器において、
   前記消弧部は、
   前記可動接点が前記固定接点から離間して開極したときに、前記可動接点と前記固定接点との間に生じるアークをアーク駆動力を通じて伸長させる磁石と、
   前記磁石に対する前記アークの橋絡を抑制する、絶縁材料にて形成される絶縁部と、を備え、
   当該消弧部は、自己が消弧対象としている前記遮断機構部でない他の遮断機構部から磁気的な影響を受けない程度の離間距離だけ当該他の遮断機構部から離間して設けられている
   ことを特徴とする直流開閉器。
2. 請求項１に記載の直流開閉器において、
   前記当該消弧部である一の消弧部と、前記他の遮断機構部に対応する他の消弧部とを有し、
   前記離間距離は、前記他の消弧部の磁石によって、前記一の消弧部に対応する前記可動接点と前記固定接点とを開極したときの前記アーク駆動力を減少させることなく、かつ前記一の消弧部の磁石により集磁された前記開極した前記両接点間の磁束が前記他の消弧部によって減少しない距離である
   ことを特徴とする直流開閉器。
3. 請求項１又は２に記載の直流開閉器において、
   前記複数の遮断機構部は、共通の筐体に覆われて１つの前記直流開閉器として形成されるとともに、幅方向に沿って異なる高さに配置される
   ことを特徴とする直流開閉器。
4. 請求項３に記載の直流開閉器において、
   前記共通の筐体に覆われた直流開閉器内には、前記高さ方向及び幅方向から前記遮断機構部に覆われた空間が形成され、
   前記共通の筐体に覆われた直流開閉器が幅方向に沿って複数配置され、
   一の直流開閉器における遮断機構部と、その一の直流開閉器に隣接する他の直流開閉器における遮断機構部とが前記空間を挟んで前記離間距離に亘って離間する
   ことを特徴とする直流開閉器。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の直流開閉器において、
   前記各遮断機構部の少なくとも一部が、幅方向に対して直交する方向からみて重なるように前記各遮断機構部が配置される
   ことを特徴とする直流開閉器。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の直流開閉器において、
   前記固定接触子および前記可動接触子は、それぞれ前記直流開閉器から反対側に露出する端子と電気的に繋がり、前記両端子間の前記固定接触子および前記可動接触子を含んで、当該両端子を結ぶ方向に沿って複数の電路を形成し、
   前記各電路は幅方向に沿って異なる高さに配置される
   ことを特徴とする直流開閉器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流開閉器の一種であって、異常電流が流れたときに、前記可動接触子を前記固定接触子から離間させる異常電流遮断手段を備えた直流遮断器。