JP6103489B2 - 直流開閉器の消弧機構、および当該消弧機構を有する直流開閉器並びに直流遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、直流開閉器の消弧機構、当該消弧機構を用いた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、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、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と、を備える。

また、直流開閉器は、接点間に発生するアークを消弧する消弧部を有する。消弧部は、永久磁石を複数備える消弧部と、永久磁石を保護する絶縁板と、を備える。
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、アーク電流自身が形成する磁界により、消弧部の各永久磁石に引き寄せて分割する。このとき、絶縁板は、アークが永久磁石に橋絡しないよう保護する。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

上記直流開閉器においては、アークが絶縁板、開閉機構部等の構成物に干渉するおそれがある。このようにアークが構成物に干渉すると、アークの伸長が妨げられるおそれがある。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の消弧機構、および当該消弧機構を有する直流開閉器並びに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、ハンドルの操作に伴い固定接触子に設けられる固定接点と可動接触子に設けられる可動接点とを開閉動作させる直流開閉器が有する消弧機構において、前記可動接点が前記固定接点から離間したときに、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、さらに、前記可動接点と前記固定接点との間のアークが延びる方向である前記固定接触子又は前記可動接触子の長手方向であって、当該固定接触子と可動接触子の接点部を挟んでその両側にアークの伸長を許容する空間を設けたことを特徴とする。

また、上記構成において、固定接触子および可動接触子の少なくとも一方のアークを受ける部分に前記固定接点または前記可動接点までアークを誘導する絶縁材料で形成されるアーク伸長部を備えることが好ましい。

また、上記構成の消弧機構を有する直流開閉器であることが好ましい。
また、上記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であることが好ましい。

本発明によれば、直流開閉器の消弧機構、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線正面図。 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。 本発明の一実施形態における第１の開閉部の消弧部の説明図。

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５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の外周を覆うケース５から突出した接続端子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）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、プラス端子＋Ｐ１、マイナス端子−Ｐ１は、ねじ７を介して接続端子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。

また、接続端子１２ａ，１２ｂには、電力変換装置（図示略）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を介して接続端子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。よって、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を導通状態及び遮断状態間で切り替え可能に構成されている。

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を構成する開閉部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、開閉部３０ａ，３０ｂは、直流遮断器１の幅方向に沿って２つ、異なる高さに設けられている。第１の直流開閉部３０ａは左上側に位置し、第２の直流開閉部３０ｂは右下側に位置している。

図１に示すように、各開閉部３０ａ，３０ｂは、固定接触子１７ａ，１７ｂと、可動接触子１８ａ，１８ｂと、消弧部１９ａ，１９ｂと、を備える。
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。

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ている。各可動接触子１８ａ，１８ｂは、接続端子１２ａ，１２ｂに導通した状態にある。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、その右端側が接続端子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。第２の直流開閉部３０ｂの固定接触子１７ａ，１７ｂおよび可動接触子１８ａ，１８ｂも、第１の直流開閉部３０ａと同様に構成されている。

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，２２ｂが固定接点２１ａ，２１ｂ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。

両開閉部３０ａ，３０ｂの消弧部１９ａ，１９ｂは異なる構成である。まず、第１の直流開閉部３０ａの消弧部１９ａの構成について説明する。
図３に示すように、第１の直流開閉部３０ａの消弧部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。各永久磁石は、図示のように、正方形の平板状としても良い。
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の内部には、可動接点２２ａおよび固定接点２１ａが位置する。

また、図２に示すように、消弧部１９ａの内部は長手方向（図中紙面方向）に突き抜けた形状となる。これにより、図５に示すように、消弧部１９ａには、アークの伸長を許容する空間１４が形成される。なお、図５は、図１の反対方向からみた消弧部１９ａ、可動接触子１８ａおよび固定接触子１７ａの側面図である。

さらに、図５に示すように、消弧部１９ａはアーク伸長部３６ａ，３６ｂを備える。アーク伸長部３６ａ，３６ｂは、絶縁材料で板状に形成されるとともに、固定接触子１７ａおよび可動接触子１８ａにそれぞれ設けられている。アーク伸長部３６ａは、可動接触子１８ａの下面であって、可動接点２２ａの右側（リンク機構１６側）に位置している。

また、アーク伸長部３６ｂは、固定接触子１７ａの上面であって、固定接点２１ａの左側（リンク機構１６と離間する側）に位置している。各アーク伸長部３６ａ，３６ｂは、アークを受けうる部分から可動接点２２ａ、固定接点２１ａの近傍までの範囲に形成されている。

次に、第２の直流開閉部３０ｂの消弧部１９ｂの構成について説明する。
図２に示すように、第２の直流開閉部３０ｂの消弧部１９ｂは、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。また、両永久磁石３５は、上記永久磁石３２と同一形状としても良い。

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、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。

図４および図５に示すように、第１の直流開閉部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。ここで、本願にあっては、電路１０ａ、１０ｂに流れる電流が反対向きに流れたとしても、アークの伸長方向が反対となるので、端子間を安全に開くことができる。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。このアークは、消弧部１９ｂの内部における空間１４内に延出する。このため、アークの伸長が直流遮断器１の構成部品（リンク機構１６、絶縁ホルダ３３等）によって妨害されることはない。また、アークはアーク伸長部３６ａ，３６ｂによって、固定接点２１ａを除く固定接触子１７ａ、および可動接点２２ａを除く可動接触子１８ａに流れ込むことが防止される。この２つの理由によりアークを伸長させること、ひいてはアーク電圧を上昇させることができる。

第２の直流開閉部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ができる。
各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、固定接点２１ａ，２１ｂおよび可動接点２２ａ，２２ｂ間が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）消弧部１９ａには、可動接点２２ａと固定接点２１ａとの間のアークが延びる方向である固定接触子１７ａ又は可動接触子１８ａの長手方向に空間１４が設けられる。この空間１４においてアークが伸長する。よって、アークが直流遮断器１の構成部品（例えば、リンク機構１６、絶縁ホルダ３３等）に接触することが抑制される。従って、アークの伸長が可能となって、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）固定接触子１７ａおよび可動接触子１８ａの接点２１ａ，２２ａを除くアークを受ける部分に、絶縁材料で形成されるアーク伸長部３６ａ，３６ｂが設けられている。このアーク伸長部３６ａ，３６ｂは、固定接点２１ａまたは可動接点２２ａまで形成される。よって、アークが固定接触子１７ａおよび可動接触子１８ａにおける接点２１ａ，２２ａ以外の構成部品に流れ込むことで、アークが短くなることを抑制できる。従って、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。

（３）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。
・上記実施形態における固定接触子１７ｂおよび可動接触子１８ｂにも、固定接触子１７ａおよび可動接触子１８ａと同様に、アーク伸長部３６ａ，３６ｂを設けてもよい。

・上記実施形態におけるアーク伸長部３６ａ，３６ｂの何れか一方を省略してもよい。また、両方のアーク伸長部３６ａ，３６ｂを省略してもよい。
・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、各電路１０ａ，１０ｂに消弧部１９ａ，１９ｂが設けられていたが、例えば第２の直流開閉部３０ｂの消弧部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、マイナス端子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、単一の電路であってもよいし、３つ以上の電路であってもよい。
・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。

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（接点部）、２２ａ，２２ｂ…可動接点（接点部）、３０ａ…第１の直流開閉部、３０ｂ…第２の直流開閉部、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、３６ａ，３６ｂ…アーク伸長部。

Claims (4)

1. ハンドルの操作に伴い固定接触子に設けられる固定接点と可動接触子に設けられる可動接点とを開閉動作させる直流開閉器が有する消弧機構において、
   前記可動接点が前記固定接点から離間したときに、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、
   さらに、前記可動接点と前記固定接点との間のアークが延びる方向である前記固定接触子又は前記可動接触子の長手方向であって、当該固定接触子と可動接触子の接点部を挟んでその両側にアークの伸長を許容する空間を設けた
   ことを特徴とする直流開閉器の消弧機構。
2. 請求項１に記載の直流開閉器の消弧機構において、
   固定接触子および可動接触子の少なくとも一方のアークを受ける部分に前記固定接点または前記可動接点までアークを誘導する絶縁材料で形成されるアーク伸長部を備えた
   ことを特徴とする直流開閉器の消弧機構。
3. 請求項１または２に記載の消弧機構を有する直流開閉器。
4. 請求項１または２に記載の消弧機構を有する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。