JP5459885B2 - 電源切替開閉器 - Google Patents

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Description

本発明は、負荷につながる商用電源に停電が生じたような場合に、電源を商用電源から非常用電源などのその他の電源に切り替え、また商用電源の復電時には自動的に商用電源に切り替えるために使用される電源切替開閉器に関するものである。
電源切替開閉器は複数の電源を切り替えて負荷に供給するための装置であり、停電対策のための発電機等の非常用電源（予備電源）を備えた家庭や施設に広く使用されている。電源切り替え時にはクロスバーを回転させ、クロスバー上に保持された可動コンタクトを反対側の固定コンタクトに接触させることによって電源切り替えを行う。
この電源切り替えはできるだけ短時間内に行われることが望ましく、しかも切り替え後は可動コンタクトを固定コンタクトに確実に接触させることが必要である。そこで特許文献１に示されるように、電源切り替え時にクロスバーをトグル機構を利用して瞬時に回転させるとともに、クロスバーと可動コンタクトとの間にバネを介在させ、このバネ力により可動コンタクトと固定コンタクトとの間の接触圧を維持する構造が採用されている。
図１と図２は特許文献１に記載された従来の可動コンタクトの動作説明図である。可動コンタクト５１は基部５２を屈曲させた金属板であり、図示されないトグル機構によって回転されるクロスバー５３上に基部５２がフレキシブルに支持されている。またクロスバー５３上には断面Ｌ字状の突片５４が可動コンタクト５１との間に隙間を明けて立設されている。さらにクロスバー５３の突片５４とは反対側に圧縮バネ５５が設けられており、可動コンタクト５１の下方部分を突片５４の側壁に向けて弾性的に押圧している。
図１のようにクロスバー５３が突片５４の方向（図面上の左方向）に回転したときには、まず可動コンタクト５１の先端の接点が左側の固定コンタクト５６の接点に接触する。しかしクロスバー５３はさらにある角度だけ余分に回転するため、可動コンタクト５１は突片５４の側壁下部により押圧される。このとき可動コンタクト５１とクロスバー５３との間に設けられた圧縮バネ５５が可動コンタクト５１の下方部分を突片５４の側壁に向かって押圧するため、可動コンタクト５１には側壁下部との接触点Ａを支点とする反時計方向の回転モーメントが生じる。このため可動コンタクト５１の先端の接点は固定コンタクト５６の方向に押圧され、接点間の接触圧を維持する。
また図２のようにクロスバー５３が突片５４とは反対方向（図面上の右方向）に回転したときには、まず可動コンタクト５１の先端の接点が右側の固定コンタクト５７の接点に接触する。しかしクロスバー５３はさらにある角度だけ余分に回転するため、可動コンタクト５１は突片５４の側壁上部により押圧される。このとき可動コンタクト５１とクロスバー５３との間に設けられた圧縮バネ５５が可動コンタクト５１の下方部分を突片５４の側壁に向かって押圧するため、可動コンタクト５１には側壁上部との接触点Ｐを支点とする時計方向の回転モーメントが生じる。このため可動コンタクト５１の先端の接点は固定コンタクト５７の方向に押圧され、接点間の接触圧を維持する。
上記したように、特許文献１に記載の電源切替開閉器は単一の圧縮バネ５５によって、左右両側の固定コンタクト５６、５７と可動コンタクト５１との間の接触圧を発生させる構造となっていた。しかし図１の状態では、支点Ａが可動コンタクト５１の最下端、力点Ｂが圧縮バネ５５の押圧点、作用点Ｃが可動コンタクト５１の先端の接点となるため、レバー比はＡＢ／ＡＣとなるのに対して、図２の状態では支点Ｐが力点Ｂと作用点Ｃとの間に位置することとなるため、レバー比はＰＢ／ＰＣとなる。このように図１の状態と図２の状態とではレバー比が同一ではないため、圧縮バネ５５によって接点に加えられる接触圧が等しくならないという問題があった。
特開２００３−１２３５９７号公報
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、単一の圧縮バネにより左右何れの固定コンタクトに対しても同一の接触圧を生じさせることができる電源切替開閉器を提供することである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、可動コンタクトを備えたクロスバーを回転させ、可動コンタクトをクロスバーの左右両側に配置された固定コンタクトの一方に接触させる電源切替開閉器において、クロスバーは左右に突出片を備えた非円形断面を有し、その回転角度は左右の固定コンタクト間における可動コンタクトの回転許容角度よりも大であり、可動コンタクトの基部にはクロスバーが遊びを持って挿通される貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部にはクロスバーの突出片を受ける段部と、可動コンタクトの中心軸方向に延びるバネ収納部とが形成されており、このバネ収納部に圧縮バネを収納してクロスバーに可動コンタクトを弾性的に保持させたことを特徴とするものである。
本発明の電源切替開閉器は、クロスバーと可動コンタクトとが圧縮バネにより弾性的に保持された構造である。そしてクロスバーの回転角度を左右の固定コンタクト間における可動コンタクトの回転許容角度よりも大きく設定することによって、可動コンタクトが固定コンタクトと接触した後もなお、クロスバーの突出片の一方が可動コンタクトの一方のみの段部を押さえながら余分に回転する。このとき可動コンタクトの中心軸上に配置された圧縮バネが段部より浮いたもう一方の突出片を元の位置に戻そうと可動コンタクトを押圧する。これにより可動コンタクトの先端の接点は突出片が段部を押さえる点を支点として固定コンタクトを押圧する。本構造では突出片が段部を押さえる点から圧縮バネが可動コンタクトを押圧する点までの距離と、突出片が段部を押さえる点から可動コンタクトの先端の接点が固定コンタクトを押圧する点までの距離との比を左右とも同じにすることが可能となる。従って、単一の圧縮バネにより左右何れの固定コンタクトに対しても同一の接触圧を生じさせることができる。
従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。 本発明の実施形態を示す全体平面図である。 図３の上面図である。 図３のＡ-Ａ断面図である。 本発明の実施形態の作動説明図である。
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
図３及び図４において、１は本体に左右方向に回転可能に支持された断面非円形のクロスバー、２はこのクロスバー１を左右何れかの方向に回転させるトグル機構、３はこのクロスバー１に支持された可動コンタクト、４は右側の固定コンタクト、５は左側の固定コンタクトである。右側の固定コンタクト４は右側の電源端子６に接続され、左側の固定コンタクト５は左側の電源端子７に接続されている。また可動コンタクト３は負荷端子８に接続されている。
例えば右側の電源端子６を商用電源に接続し、左側の電源端子７を非常用電源に接続しておく。常時は可動コンタクト３を右側の固定コンタクト４に接触させて商用電源を負荷端子８に給電しているが、商用電源が停電したような場合にはセンサがこれを検出してクロスバー１を左側に回転させ、可動コンタクト３を左側の固定コンタクト５に接触させて非常用電源から負荷端子８に給電できるようになっている。
クロスバー１にはドライブハンドル９が図面上の上向きに固設されており、このドライブハンドル９の側面にはロッド１０が設けられている。また左右両側に一対のソレノイド１１、１２が対向させて設けられており、各ソレノイドのプランジャ１３、１４の先端間は連結部材１５により連結されている。この連結部材１５には長孔１６が形成されており、ドライブハンドル９のロッド１０が挿通されている。このため何れかのソレノイド１１、１２に通電されると連結部材１５は左右何れかに引かれ、それに連れてドライブハンドル９が左右何れかに動かされ、クロスバー１を回転させる。
またクロスバー１には左右両側に延びるリンクアーム１７が固設されており、その両端には圧縮コイルバネ１８、１９が設けられてリンクアーム１７を両側から弾発している。リンクアーム１７の回転軸であるクロスバー１と、圧縮コイルバネ１８、１９の本体への取付ピン２０、２０とは一直線上にあるため、リンクアーム１７はこの直線上では不安定であり、図４に示すように左右何れかにリンクアーム１７が傾斜した安定位置を取ろうとする。従って、ソレノイド１１、１２によってドライブハンドル９が中立点を越えるまで動かされると同時に、圧縮コイルバネ１８、１９の弾発力によってリンクアーム１７は急激に傾斜位置に動かされる。この結果、クロスバー１は瞬時に回転して可動コンタクト３を反対側の固定コンタクトと接触させる。
このクロスバー１の回転角度は、ドライブハンドル９が本体と接触する角度により規制される。このクロスバー１の回転角度は左右の固定コンタクト４、５間における可動コンタクト３の回転許容角度よりも大きく設定されている。上記したトグル機構を利用したクロスバー１の回転構造は特許文献１にも記載されているように従来と同様である。以下に図５から図７を参照しつつ、本発明の特徴であるクロスバー１に対する可動コンタクト３の取付構造を説明する。
図５に示されるように、クロスバー１の可動コンタクト３の取付部分は左右に突出片２１を備えた非円形断面となっている。この実施形態ではクロスバー１は略正方形であり、４つのコーナー部はクロスバー１の回転中心軸を中心とする円弧状に面取りされている。また上面にはバネ受け座２２が形成されている。
可動コンタクト３の基部にはクロスバー１が遊びを持って挿通される貫通孔２３が形成されており、この貫通孔２３の内部にはクロスバー１の左右の突出片２１を受ける段部２４が左右に形成されている。また、可動コンタクト３の中心軸方向に延びるバネ収納部２５が形成されている。このバネ収納部２５の内部には圧縮バネ２６が収納されている。圧縮バネ２６は圧縮コイルバネであり、その下端はクロスバー１のバネ受け座２２に嵌合されており、その上端はバネ収納部２５の天井面に密着している。このため可動コンタクト３は、クロスバー１に対して常に上方に押し上げられた状態で弾性的に保持されることとなる。
このように、本発明では可動コンタクト３はクロスバー１に対して弾性的に保持され、固定されていない。そこでこの実施形態では、図３に示されるように２枚の可動コンタクト３の中央及び両サイドにガイド３０を設け、可動コンタクト３がクロスバー１の軸線方向にはがたつかないように支持している。しかし可動コンタクト３の数は任意であり、この実施形態に限定されるものではない。
次に本発明の作用を説明する。図５に示すのはクロスバー１が右側に回転された状態である。クロスバー１とともに可動コンタクト３も右側に回転されるが、クロスバー１の回転角度を左右の固定コンタクト４、５間における可動コンタクト３の回転許容角度よりも大きく設定してあるため、可動コンタクト３の先端の接点が固定コンタクト４に当って停止したのちも更にクロスバー１は右方向に回転する。このため図示のようにクロスバー１の右側の突出片２１が可動コンタクト３の右側の段部２４に当接し、左側の突出片２１は左側の段部２４から浮き上がった状態となる。
このときバネ収納部２５に収納された圧縮バネ２６はクロスバー１の右側の突出片２１が可動コンタクト３の右側の段部２４に当接する点Ｘを支点として、浮き上がったクロスバー１の左側の突出片２１を可動コンタクト３の左側の段部２４に接する位置Yに戻そうとする方向に可動コンタクト３を押圧する。この結果、可動コンタクト３の先端の接点Ｚ１はクロスバー１の右側の突出片２１が可動コンタクト３の右側の段部２４に当接する点Ｘを支点として固定コンタクト４を押圧し、接触圧を生じさせる。
次に電源切り替えのために前記したトグル機構２によってクロスバー１が左方向に回転されると、可動コンタクト３も左側に回転され、可動コンタクト３の先端の接点が左側の固定コンタクト５に当って停止したのちも更にクロスバー１は左方向に回転する。このため図６に示すようにクロスバー１の左側の突出片２１が可動コンタクト３の左側の段部２４に当接し、右側の突出片２１は右側の段部２４から浮き上がった状態となる。このときバネ収納部２５に収納された圧縮バネ２６はクロスバー１の左側の突出片２１が可動コンタクト３の左側の段部２４に当接する点Ｙを支点として、浮き上がったクロスバー１の右側の突出片２１を可動コンタクト３の右側の段部２４に接する位置Ｘに戻そうとする方向に可動コンタクト３を押圧する。この結果、可動コンタクト３の先端の接点Z２はクロスバー１の左側の突出片２１が可動コンタクト３の左側の段部２４に当接する点Ｙを支点として固定コンタクト４を押圧し、接触圧を生じさせる。
本発明ではクロスバー１の右側の突出片２１が可動コンタクト３の右側の段部２４に当接する点Ｘから圧縮バネ２６が可動コンタクト３を押圧する点Sまでの距離とクロスバー１の右側の突出片２１が可動コンタクト３の右側の段部２４に当接する点Ｘから可動コンタクト３の先端の接点が固定コンタクト４を押圧する点Ｚ１までの距離との比（ＸＳ／ＸＺ１）と、クロスバー１の左側の突出片２１が可動コンタクト３の左側の段部２４に当接する点Ｙから圧縮バネ２６が可動コンタクト３を押圧する点Ｓまでの距離とクロスバー１の左側の突出片２１が可動コンタクト３の左側の段部２４に当接する点Ｙから可動コンタクト３の先端の接点が固定コンタクト５を押圧する点Ｚ２までの距離との比（ＹＳ／ＹＺ２）とが同じになるよう形成されているため、可動コンタクト３が固定コンタクト４に接触するときの接触圧も、可動コンタクト３が固定コンタクト５に接触するときの接触圧も均等となる。このため、単一の圧縮バネ２６を用いながら、従来のような接触圧の不均等を解消することができる。
１ クロスバー
２ トグル機構
３ 可動コンタクト
４ 右側の固定コンタクト
５ 左側の固定コンタクト
６ 電源端子
７ 電源端子
８ 負荷端子
９ ドライブハンドル
１０ ロッド
１１ ソレノイド
１２ ソレノイド
１３ プランジャ
１４ プランジャ
１５ 連結部材
１６ 長孔
１７ リンクアーム
１８ 圧縮コイルバネ
１９ 圧縮コイルバネ
２０ 取付ピン
２１ 突出片
２２ バネ受け座
２３ 貫通孔
２４ 段部
２５ バネ収納部
２６ 圧縮バネ
３０ ガイド
５１ 可動コンタクト
５２ 基部
５３ クロスバー
５４ 突片
５５ 圧縮バネ
５６ 固定コンタクト
５７ 固定コンタクト

Claims (3)

  1. 可動コンタクトを備えたクロスバーを回転させ、可動コンタクトをクロスバーの左右両側に配置された固定コンタクトの一方に接触させる電源切替開閉器において、
    クロスバーは左右に突出片を備えた非円形断面を有し、その回転角度は左右の固定コンタクト間における可動コンタクトの回転許容角度よりも大であり、
    可動コンタクトの基部にはクロスバーが遊びを持って挿通される貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部にはクロスバーの突出片を受ける段部と、可動コンタクトの中心軸方向に延びるバネ収納部とが形成されており、
    このバネ収納部に圧縮バネを収納してクロスバーに可動コンタクトを弾性的に保持させたことを特徴とする電源切替開閉器。
  2. 可動コンタクトが固定コンタクトに接触した後、さらにクロスバーが回転することによりクロスバーの片側の突出片を可動コンタクトの段部から浮き上がらせ、圧縮バネが浮き上がった突出片を可動コンタクトの段部に接する位置に戻そうとする方向に可動コンタクトを押圧する力を利用して、可動コンタクトと固定コンタクトとの間の接触圧を生じさせることを特徴とする請求項１記載の電源切替開閉器。
  3. クロスバーをトグル機構により回転させることを特徴とする請求項１記載の電源切替開閉器。
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