JP6438323B2

JP6438323B2 - 直流コネクタ

Info

Publication number: JP6438323B2
Application number: JP2015035077A
Authority: JP
Inventors: 雄介川勝
Original assignee: 不二電機工業株式会社
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: JP2016157603A

Description

本発明は、直流電流を流すシステムに用いる直流コネクタに関するものである。

近年、太陽光発電や電気自動車の利用によって直流で大電流を流すシステムが増加している。太陽光発電の装置を蓄電池に接続したり、電気自動車を給電装置に接続したりするために、直流コネクタを使用する。給電をおこなう際に直流コネクタで装置間を接続する。給電が終了すると、直流コネクタを取り外す。

大電流が流れている状態で直流コネクタを取り外すと、アークが発生する。アークによる感電事故を防ぐための手段を設けておく必要がある。特に直流大電流を流すシステムが増えることで、素人が取り扱う機会も増えるため、感電事故の防止手段の重要性は高い。

そこで、直流コネクタを取り外すときに、必ず電流が流れていない状態になるように回路等を構築することが考えられる。アークが発生せず、感電事故も無くなる。しかし、回路等が故障すると、直流コネクタを取り外すときに電流が流れ、アークが発生する恐れがある。

特許文献１には、ローレンツ力を利用したアークの消弧方法が開示されている。ローレンツ力によってアークが曲げられ、端子間の短絡を防止している。しかし、アークが長くなると、直流コネクタを取り外したときにアークに触れる確率が高くなり、感電する恐れがある。

特開２０１４−１５４３７２

本発明の目的は、感電事故を防止する安全な直流コネクタを提供することにある。

本発明の直流コネクタは、第１ハウジングと、前記第１ハウジング内に配置された第１接触子と、前記第１ハウジングに嵌め合わされる第２ハウジングと、前記第２ハウジング内に配置され、第１ハウジングと第２ハウジングが嵌め合わされた際に、第１接触子に接続される第２接触子と、前記第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを横切る磁界を発生する磁石と、前記磁石の配置された第１または第２ハウジングの内壁に取り付けられ、第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを消弧させるための複数の板体を備え、第１接触子と第２接触子の接続方向における長さがアークよりも長いアーク消弧部と、前記第１接触子および第２接触子にそれぞれ接続された外部導電部材とを備える。

第１ハウジングと第２ハウジングが嵌め合わされると、接触子同士が接続され、電流を流すことができる。電流が流れている状態で接触子を外すと、接触子間にアークが発生する。アークは磁石で発生した磁界を横切るため、ローレンツ力が働き、アーク消弧部の表面をアークが沿うことになる。アークが引き延ばされたりして、消弧する。

前記磁石の磁界によるローレンツ力によってアークが曲げられる方向に複数の板体が設けられている。板体によってアーク消弧部の表面の長さが長くなっている。

前記第１接触子と第２接触子が複数である。前記第１接触子と第２接触子が接続された際に、磁石が第１接触子同士の間または第２接触子同士の間に配置される。

本発明によると、磁石の磁界によってアークが曲がる方向にアーク消弧部を備えており、かつアーク消弧部の長さがアークよりも長いため、アークがアーク消弧部で消弧させることができ、感電事故を防止できる。アークが必ずアーク消弧部に沿うように接触子を配置するため、アークを消弧させやすい。アーク消弧部を複数の板体で構成することで、アーク消弧部が小型化される。

本発明の直流コネクタの外観を示す斜視図である。本発明の直流コネクタの上面を示す断面図である。本発明の直流コネクタの側面を示す断面図である。第１接触子と第２接触子を接続したときの上面を示す断面図である。第１接触子と第２接触子を接続したときの側面を示す断面図である。（ａ）は磁束を示す図であり、（ｂ）はローレンツ力を示す図である。（ａ）は磁石を第２ハウジングの外側に配置した図であり、（ｂ）は磁石を２つ付けた場合の図である。図６の磁石の磁極に対して９０°異ならせた図である。ハウジングの内壁を一周する板体を備えたアーク消弧部を示す図である。第２接触子の長さを変化させた図である。

本発明の直流コネクタについて図面を使用して説明する。

[実施形態１]
図１、２および３に示す本発明の直流コネクタ１０は、第１ハウジング１２、第２ハウジング１４、第１ハウジング１２内の第１接触子１６、第２ハウジング１４内の第２接触子１８、磁石２０および磁石２０と同側のハウジング１４に配置されたアーク消弧部２２を備える。

第１ハウジング１２と第２ハウジング１４は２つの筒体をつなぎ合わせた形状になっている。各ハウジング１２、１４は、所望の形状になるように複数の部品を接続して構成しても良い。各ハウジング１２、１４は、樹脂等の絶縁体で構成される。

図４と５に示されるように、第１ハウジング１２と第２ハウジング１４は互いに嵌め合わされる。第１ハウジング１２の内面に第２ハウジング１４の外面が接するように嵌め合わされる。第１ハウジング１２と第２ハウジング１４は、互いに嵌め合わされるのであれば、形状および内面側の位置関係は任意である。第２ハウジング１４の内面に第１ハウジング１２の外面が接するように嵌め合わされることも可能である。

第１ハウジング１２に凸部２４、第２ハウジング１４に凸部２４が入り込む枠２６を備えても良い。ハウジング１２、１４同士を嵌め合わせるときに、凸部２４を押し下げる。第１ハウジング１２と第２ハウジング１４が嵌め合わされたとき、凸部２４が枠２６に入り込み、第１ハウジング１２が第２ハウジング１４に固定される。ハウジング１２、１４を固定することで、不測の脱落を防止する。互いのハウジング１２、１４を分離するときは、凸部２４を押して枠２６から外した後、互いのハウジング１２、１４を離れる方向に引き離す。

ハウジング１２、１４の位置決めをするために、第１ハウジング１２の内面に凹部２８、第２ハウジング１４の外面に凸部３０を設けても良い。凸部３０が凹部２８を通過する。ハウジング１２、１４を間違えた方向に嵌め合わせることは無く、接触子１６、１８の接続ミスを防止できる。

第１接触子１６が第１ハウジング１２の内方に配置され、第２接触子１８が第２ハウジング１４の内方に配置される。各接触子１６、１８はネジなどによってハウジング１２、１４の内方に固定される。

本実施形態では第１接触子１６が雄型端子、第２接触子１８が雌型端子になっている。第１接触子１６は１枚の金属板である。第２接触子１８は２枚の金属板が間隔をあけて対向しており、先端付近で互いに近づくように凹部３６が形成され、凹部３６同士で接触している。ハウジング１２、１４同士が嵌め合わされると、第２接触子１８の２枚の金属板の間に第１の接触子１６が入り、第１接触子１６と第２接触子１８の凹部３６が接触する。第２接触子１８の先端にスリット３８を設けて複数に分割しておくことで第２接触子１８の柔軟性が高くなり、第１接触子１６が第２接触子１８に入りやすくなる。

なお、第１ハウジング１２と第２ハウジング１４が嵌め合わされたときに、第１接触子１６と第２接触子１８が接続されるのであれば、各接触子１６、１８の形状は任意である。ブロックコネクタなどを本願に適用することも可能である。

各接触子１６、１８はハウジング１２、１４内でケーブル３２などの外部導電部材に接続されている。第１接触子１６と第２接触子１８が接続されることで、第１接触子１６と第２接触子１８の間に電流を流すことができる。流れる電流は直流である。図２などでは、各接触子１６、１８とケーブル３２との接続手段としてネジ３４を示しているが、はんだ付けなどの他の接続手段であっても良い。また、外部導電部材はケーブル３２だけでなく、プリント配線基板や金属板等の任意の導電部材が含まれ、接続方法はネジ３４を含む任意の方法が可能である。

第１ハウジング１２および第２ハウジング１４の内部に段差４４を設け、各接触子１６、１８を９０°に２回折り曲げて、段差４４に各接触子１６、１８が段差４４に沿うようにしても良い。接触子１６、１８を外すときに、接触子１６、１８に対して開口４０、４２の方に力がかかっても、段差４４に接触子１６、１８が引っかかる。接触子１６、１８がハウジング１２、１４から外れにくくなる。

第２ハウジング１４の内面にアーク消弧部２２が取り付けられる。アーク消弧部２２は第２ハウジング１４の開口４０から内方に向けて取り付けられる。第１接触子１６と第２接触子１８が外される際にアークが発生すると、その間にアーク消弧部２２を介することになる。なお、アーク消弧部２２はどちらのハウジング１２、１４に取り付けられても良い。

アーク消弧部２２には絶縁性・耐熱性を有する材料が用いられる。たとえば、熱硬化性樹脂、耐熱性を有する熱可塑性樹脂、セラミック等を使用する。アーク消弧部２２がアークによって高温になっても破損しにくくなっている。

アーク消弧部２２は複数の板体２３を並べた構造であり、アークが板体２３の表面を伝う。アークがアーク消弧部２２の板体２３で伸ばされる。また、アーク消弧部２２でアークが冷却され、アーク抵抗が高くなる。アークが維持できなくなり、アークが消弧する。板体２３はアークに加えられる磁界の方向に対して垂直方向を向いている。また、第１接触子１６と第２接触子１８の接続方向に、板体２３が並んでいる。

第１接触子１６と第２接触子１８の接続方向において、アーク消弧部２２の長さを、アークの長さよりも長くする。このアーク消弧部２２の長さは、アーク消弧部２２の表面の長さである。アーク消弧部２２が複数の板体２３を備えるため、板体２３の表面に沿った長さの分だけ長くなる。アークの長さは、アーク消弧部２２を設計するときに、第１接触子１６と第２接触子１８に流れる電流によって求める。

アーク消弧部２２の長さがアークの長さよりも長いため、第１ハウジング１２から第２ハウジング１４が外れた際、アークの消弧を完了させることができる。複数の板体２３によってアーク消弧部２２が小型になり、直流コネクタ１０を小型にすることができる。

また、第１ハウジング１２の開口４２よりも内方に第１接触子１６の先端が位置するようにする。第１接触子１６が人体等に接触しにくくなる。

本実施形態では、第１接触子１６と第２接触子１８が接続されたとき、磁石２０が第２接触子１８同士の間であり且つ中心に配置されている。また、接触子１６、１８の形状によっては、第１接触子１６の間であり且つ中心に配置されても良い。いずれの接触子間であっても中心に限定されることは無い。

図６（ａ）のように磁石２０から磁界Ｅが発生する。接触子１６、１８間にアークが発生したときに、アークは磁界Ｅを横切ることになる。電流の向きおよび磁界Ｅによって、図６（ｂ）の矢印で示すように、所定の方向にローレンツ力（フレミングの左手の法則）が発生する。ローレンツ力によってアークが曲げられる。磁界Ｅに対して垂直方向にアーク消弧部２２が配置されており、アークは板体２３の方向に曲げられる。アークが必ずアーク消弧部２２に達するための磁界Ｅを発する磁石２０を利用する。

磁石２０によって磁界Ｅの方向は一定であり、各接触子１６、１８に流れる電流の方向によってローレンツ力の方向が１８０°異なる。そのため、アーク消弧部２２は１８０°対向させる。接触子１６、１８の接続および外すときに、アーク消弧部２２の間を第１接触子１６が通過する。

以上のように、ローレンツ力でアークが曲げられる方向に複数の板体２３を有するアーク消弧部２２を備えるため、アークを消弧しやすくなっている。複数の板体２３によってアークの距離を長くすることができるため、直流コネクタ１０をコンパクトにすることができる。

[実施形態２]
磁石２０を配置する位置は実施形態１で説明した位置に限定されない。図７（ａ）のように、ハウジング１４の外周に磁石２０を配置しても良い。磁石２０が固定できるように、ハウジング１２、１４の形状を適宜変更する。また、磁石２０の数も１つに限定されず、図７（ｂ）のように２つにすることも可能である。磁石２０を複数にした場合、磁石２０同士の磁界の方向を揃える。

[実施形態３]
ローレンツ力の方向にアーク消弧部２２が配置されれば、磁石２０の磁極の位置およびアーク消弧部２２の位置は限定されない。図８の磁石２０の磁極のように、図６の磁石２０の磁極に対して９０°異なれば、アーク消弧部２２の取り付け位置も９０°異なる。

図９のように、ハウジング１４の内壁を一周するように板体２３を設けたアーク消弧部２２であっても良い。アークがどの方向に曲げられても良い構造である。

[実施形態４]
実施形態１では第１接触子１６と第２接触子１８はそれぞれ２本であり、第１接触子１６の長さを異ならせても良い。接触子１６、１８同士の接続および外すタイミングに時差が生じる。接続時の接触抵抗および外すときのアークが同時に生じず、接続が容易になり、電磁干渉の誘発が低減する。

[実施形態５]
各接触子１６、１８は２本であったが、本数は任意である。またそれに伴い、ハウジング１２，１４の形状も任意に変更される。各接触端子が複数であれば、第１接触子１６と第２接触子１８が接続された際に、磁石２０が第１接触子１６同士の間または第２接触子１８同士の間に配置することができる。接触子１６、１８を外すときにアークが発生した場合に、磁界Ｅがアークを横切るようにする。

各接触子１６、１８が複数になった場合、第１接触子１６同士の長さを異ならせることが可能である。また、第２接触子１８同士の長さを異ならせることも可能である。第１接触子１６同士および第２接触子１８同士の両方の長さを異ならせても良い。接触子１６、１８の接続および外すタイミングを異ならせる。また、接触子１６、１８の本数に応じて、磁石２０、アーク消弧部２２の数も任意に変更される。

[実施形態６]
図１０の直流コネクタ９０の第２接触子９２のように、スリット３８によって分割された部分９４、９６の長さを異ならせることも可能である。第１接触子１６が第２接触子１８に入りやすくなる。また、２本の第２接触子９２は、互いに遠い方の部分９６を長くすることで、アークの発生はその部分になる。一方の第２接触子９２でアークが生じても他方の第２接触子９２へ遠い場所で生じるため、電磁干渉などの影響を小さくできる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０、９０：直流コネクタ
１２：第１ハウジング
１４：第２ハウジング
１６：第１接触子
１８、９２：第２接触子
２０：磁石
２２：アーク消弧部
２３：板体
２４：第１ハウジングの凸部
２６：枠
２８：第１ハウジングの凹部
３０；第２ハウジングの凸部
３２：ネジ
３４：ケーブル
３６：第２電極の凹部
３８：スリット
４０、４２：開口
４４：段差
９４、９６：第２接触子の分割された部分

Claims

第１ハウジングと、
前記第１ハウジング内に配置された第１接触子と、
前記第１ハウジングに嵌め合わされる第２ハウジングと、
前記第２ハウジング内に配置され、第１ハウジングと第２ハウジングが嵌め合わされた際に、第１接触子に接続される第２接触子と、
前記第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを横切る磁界を発生する磁石と、
前記磁石の配置された第１または第２ハウジングの内壁に取り付けられ、第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを消弧させるための複数の板体を備え、第１接触子と第２接触子の接続方向における長さがアークよりも長いアーク消弧部と、
を備え、
前記第１接触端子と第２接触端子が複数であり、第１接触端子同士、第２接触端子同士またはその両方の長さが異なった直流コネクタ。
第１ハウジングと、
前記第１ハウジング内に配置された第１接触子と、
前記第１ハウジングに嵌め合わされる第２ハウジングと、
前記第２ハウジング内に配置され、第１ハウジングと第２ハウジングが嵌め合わされた際に、第１接触子に接続される第２接触子と、
前記第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを横切る磁界を発生する磁石と、
前記磁石の配置された第１または第２ハウジングの内壁に取り付けられ、第１接触子と第２接触子の間に発生するアークを消弧させるための複数の板体を備え、第１接触子と第２接触子の接続方向における長さがアークよりも長いアーク消弧部と、
を備え、
前記第２接触端子がスリットを備え、該スリットによって分割された部分の長さが異なる直流コネクタ。
前記磁石の磁界によるローレンツ力によってアークが曲げられる方向に複数の板体が設けられた請求項１または２の直流コネクタ。
前記第１接触端子と第２接触端子が複数であり、前記第１接触子と第２接触子が接続された際に、磁石が第１接触子同士の間または第２接触子同士の間に配置される請求項１から３のいずれかの直流コネクタ。