JP6292800B2 - 直流開閉器 - Google Patents

Description

本発明は直流開閉器に関し、詳しくは遮断操作時に発生するアーク自体を抑制する機能を備えた直流開閉器に関する。

直流開閉器も交流開閉器と同様に、通電中の電路を遮断する際、接点間にアークが発生する。この時発生するアークは、接点を劣化させたり開路不能な状態を引き起こす問題があるため、従来より消弧手段を設けて発生するアークを良好に消弧されるよう構成されている。この消弧手段として、直流開閉器では接点近傍に永久磁石を配置する構成が広く採用されており、永久磁石のローレンツ力により発生するアークを伸張させて消弧させた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５０９８３号公報

しかしながら、永久磁石を使用する構成はアーク自体を小さくすることはなかったし、永久磁石を設置する空間が別途必要であった。
一方で、省エネルギーの観点から直流で発電する太陽光発電の普及が進んでいるし、産業用の太陽光発電では高電圧化が検討されている。このような背景から良好に遮断動作する直流開閉器の需要が高まっており、遮断操作時に発生するアーク自体を小さくできれば、消弧装置全体を小型にできるし直流高電圧の開閉にも有効である。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、永久磁石を使用せずにアークの発生自体を小さく抑制することで、高電圧の直流に対しても良好に開路操作できる直流開閉器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、ケース内に配置した直流電路の途中に、電路を開閉するための固定接点と可動接点とから成る接点部を配置し、ケース上に設けた操作ハンドルを操作して接点部を開閉操作する直流開閉器であって、固定接点と可動接点の間に、閉路時に両接点で挟持される中間電極を備え、中間電極は、アーク吸収手段を介して固定接点側電路に電気的に接続されると共に、可動接点方向に付勢されて配置される一方、中間電極の付勢力による移動を所定位置で停止させる停止手段を有し、中間電極は、可動接点が解離動作すると付勢力により可動接点との接触を維持して移動し、移動の途中で停止手段により停止して可動接点からも分離し、可動接点の解離動作が完了すると、中間電極は固定接点と可動接点との間の所定位置に配置され、更に接点部は、発生したアークを遮断するためのアーク遮断枠で囲まれて成り、アーク遮断枠は、中間電極の移動方向に平行となる複数の面で接点部を囲み、中間電極は、アーク遮断枠で囲まれる空間を固定接点側と可動接点側とに分断するよう幅広に形成されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、接点部が開動作した際に発生するアークは、固定接点と中間電極との間で発生する。そして、両者の間にはアーク吸収手段があるため、発生するアークは小規模となるし、速やかに終息させることができる。その後中間電極は可動接点からも解離するため、開動作で接点間は完全に分離される。従って、永久磁石を組み込むことなく速やかに消弧させることができ、高電圧の直流電路に対しても良好な開路操作が可能となる。

加えて、中間電極とアーク遮断枠との間に隙間が発生しないよう中間電極が形成されるため、中間電極の周囲を伝ってアークが回り込むのを防止でき、良好に消弧できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、アーク遮断枠は、可動接点を備えた可動接触子の侵入方向を開放して略コ字状に形成され、中間電極の開放側の１辺には、固定接点側に折り曲げて形成した曲げ片が一様に形成されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、アーク遮断枠の無い可動接触子配置側であっても、曲げ片によりアークの回り込みを阻止でき、良好にアークを消弧できる。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の構成において、停止手段は、アーク遮断枠の内壁に形成された段部であり、段部に中間電極が当接して停止することを特徴とする。
この構成によれば、可動接点に密着した状態で解離動作した中間電極は、途中でアーク遮断枠の段部に当接して停止するため、別途中間電極の移動を停止させる部材を設ける必要がないし、段部を設けることで中間電極とアーク遮断枠との隙間を完全に無くすことができ、アークの回り込みを確実に阻止できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成において、アーク吸収手段が、コンデンサと抵抗素子の並列回路であることを特徴とする。
この構成によれば、簡易な構成で発生するアークを良好に吸収できる。

本発明によれば、可動接点が解離した際に発生するアークのエネルギーは、中間電極を介して固定接点側電路に接続されたアーク吸収手段が吸収するため、発生するアークは小規模となるし、速やかに終息させることができる。その後中間電極は可動接点からも解離するため、開動作で接点間は完全に分離される。従って、永久磁石を組み込むことなく速やかに消弧させることができ、高電圧の直流電路に対しても良好な開路操作が可能となる。

本発明に係る直流開閉器の一例を示す接点部の説明図であり、（ａ）は接点を閉じた状態、（ｂ）は接点が解離した直後の状態、（ｃ）は接点の解離が完了した状態を示している。 アーク遮断枠の説明図である。 アーク遮断枠と中間電極の関係を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 アーク遮断枠の他の例を示す斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る直流開閉器の要部である接点部の説明図であり、（ａ）は接点を閉じた状態、（ｂ）は接点が解離した直後の状態、（ｃ）は接点の解離が完了した状態をそれぞれ示している。
接点部１０は、固定接触子１ａの先端に設けられた固定接点１と、可動接触子２ａの先端に設けられた可動接点２と、両接点の間に配置された中間電極３とで構成され、４は接点部１０を囲むよう配置されたアーク遮断枠を示している。

固定接触子１ａは図示しない電源側端子から延設された電源側電路上に配置され、可動接触子２ａは図示しない負荷側端子から延設された負荷側電路上に配置され、固定接触子１ａと可動接触子２ａとは対向するように配置されている。また、可動接触子２ａは、図１における上下方向に移動可能に組み付けられ、上方へ付勢力を有して配置されている。
そして、図示しない操作ハンドルの操作で可動接触子２ａが上下に移動して可動接点２が固定接点１に対して解離／接触動作することで、接点部１０が開閉されて電路の接続／遮断が実施される。

一方、中間電極３は、コンデンサ５と抵抗素子６の並列回路で構成されたアーク吸収手段１１を介して固定接触子１ａに電気的に接続されている。また、この中間電極３は図示しない付勢手段により可動接点２の方向へ付勢力が常時加えられている。
尚、遮断機能を備えた開閉器の場合、負荷側電路にバイメタル等の過電流検知手段が設けられ、この過電流検知手段の検知動作を受けて、可動接触子２ａを解離動作させて電路を遮断させる遮断機構部を具備している。以下、固定接点１と可動接点２との配置方向を上下方向、固定接触子１ａ及び可動接触子２ａの配設方向を前後方向として説明する。

図２はアーク遮断枠４の斜視図を示し、図３はアーク遮断枠４と中間電極３との関係を示している。アーク遮断枠４は合成樹脂で形成され、可動接触子２ａの前方に配置された正面板４ａと、可動接触子２ａの左右に配置された側面板４ｂ，４ｃとを有し、略コ字状に形成され、各板は中間電極３の移動方向に対して平行に配置されている。
そして、正面板４ａの内側には、段部１２が左右方向に一様に形成され、上側略半分が内側に突出して肉厚に形成されている。

一方、中間電極３は、図３に示すようにアーク遮断枠４の内部を覆うよう幅広に形成されている。具体的に、左右の側面板４ｂ，４ｃの間隔にほぼ等しい幅と、開放部から正面板４ａの段部１２の下側に至る長さを有し、四角形に形成されている。また、可動接触子２ａ導入側の１辺には、固定接点１を配置した図示下方へ折り曲げて形成した曲げ片３ａを有している。こうして、中間電極３とアーク遮断枠４との間に隙間が発生しないよう中間電極３を幅広に形成することで、中間電極３の周囲を伝ってアークが回り込むのを防止できる。また、アーク遮断枠４の無い可動接触子２ａ配置側は曲げ片３ａを設けることで、アークの回り込みを防止できる。

このように構成された直流開閉器の動作は以下のようである。但し、アークが発生する遮断操作（開操作）を中心に説明する。接点同士が接触して電路が通電状態にある場合、図１（ａ）に示すように、中間電極３が固定接点１と可動接点２とで挟持された状態にあり、中間電極３を介して電源側電路と負荷側電路は連結され、負荷電流は良好に供給される。
この状態から、操作ハンドルの操作等で開操作を受けると、可動接触子２ａが開放されて上方へ跳ね上がる。このとき、図１（ｂ）に示すように中間電極３も自身に加えられている付勢力により、可動接触子２に接触した状態を維持して固定接点１から解離する。

この中間電極３の解離動作は、先端がアーク遮断枠４の段部１２に当接することで停止し、その後は可動接触子２ａのみが開動作を継続する。やがて可動接触子２ａの開動作が終了すると、中間電極３は固定接点１と可動接点２の間の所定位置である中間位置に配置される（図１（ｃ））。
この時のアークの状態を見ると、固定接点１から可動接点２が解離した瞬間、即ち固定接点１から中間電極３が解離した瞬間にアークが発生する。ところが、中間電極３と固定接点１とは、コンデンサ５及び抵抗素子６を介して接続されているため、このコンデンサ５にアークエネルギーが吸収される。よって、発生するアークは小さく、且つ速やかに終息する。なお、コンデンサ５に吸収されて蓄えられたエネルギーは、抵抗素子６に流れ出て徐々に消費される。

このように、接点部１０が開動作した際に発生するアークは、固定接点１と可動接点２に接触している中間電極３との間で発生し、両者の間にはアーク吸収手段１１があるため、速やかにアークを終息させることができる。その後中間電極３は可動接点２からも解離するため、開動作で接点間は完全に分離される。従って、発生するアークを小さくすることができるし、永久磁石を組み込むことなく速やかに消弧させることができ、高電圧の直流電路に対しても良好な開路操作が可能となる。
また、アーク遮断枠４と中間電極３の曲げ片３ａとで、アークが回り込むのを防止でき、良好に消弧できるし、アーク吸収手段１１はコンデンサ５と抵抗素子６とで構成でき簡易な回路で済む。
更に、可動接点２に密着した状態で解離動作した中間電極３は、途中でアーク遮断枠４の段部１２に当接して停止するため、別途中間電極３の移動を停止させる部材を設ける必要がないし、段部１２を設けることで中間電極３とアーク遮断枠４の正面板４ａとの隙間を完全に無くすことができ、アークの回り込み防止に有効である。

尚、上記実施形態では、段部１２をアーク遮断枠４の正面板４ａのみに設けたが、図４に示すように、段部１２は正面板４ａだけでなく左右側面板４ｂ，４ｃに連続形成しても良く、中間電極３とアーク遮断枠４の間の隙間を無くすことができ、アーク回り込み防止に有効である。

１・・固定接点、１ａ・・固定接触子、２・・可動接点、２ａ・・可動接触子、３・・中間電極、３ａ・・曲げ片、４・・アーク遮断枠、５・・コンデンサ、６・・抵抗素子、１０・・接点部、１１・・アーク吸収手段、１２・・段部（停止手段）。

Claims (4)

1. ケース内に配置した直流電路の途中に、電路を開閉するための固定接点と可動接点とから成る接点部を配置し、ケース上に設けた操作ハンドルを操作して前記接点部を開閉操作する直流開閉器であって、
   前記固定接点と前記可動接点の間に、閉路時に両接点で挟持される中間電極を備え、
   前記中間電極は、アーク吸収手段を介して固定接点側電路に電気的に接続されると共に、前記可動接点方向に付勢されて配置される一方、
   前記中間電極の前記付勢力による移動を所定位置で停止させる停止手段を有し、
   前記中間電極は、前記可動接点が解離動作すると前記付勢力により前記可動接点との接触を維持して移動し、移動の途中で前記停止手段により停止して前記可動接点からも分離し、
   前記可動接点の解離動作が完了すると、前記中間電極は前記固定接点と前記可動接点との間の前記所定位置に配置され、
   更に前記接点部は、発生したアークを遮断するためのアーク遮断枠で囲まれて成り、
   前記アーク遮断枠は、前記中間電極の移動方向に平行となる複数の面で前記接点部を囲み、
   前記中間電極は、前記アーク遮断枠で囲まれる空間を固定接点側と可動接点側とに分断するよう幅広に形成されて成ることを特徴とする直流開閉器。
2. 前記アーク遮断枠は、前記可動接点を備えた可動接触子の侵入方向を開放して略コ字状に形成され、
   前記中間電極の前記開放側の１辺には、固定接点側に折り曲げて形成した曲げ片が一様に形成されて成ることを特徴とする請求項１記載の直流開閉器。
3. 前記停止手段は、前記アーク遮断枠の内壁に形成された段部であり、
   前記段部に前記中間電極が当接して停止することを特徴とする請求項１又は２記載の直流開閉器。
4. 前記アーク吸収手段が、コンデンサと抵抗素子の並列回路であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の直流開閉器。

Images