JP6441005B2

JP6441005B2 - 端子台

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Publication number: JP6441005B2
Application number: JP2014184111A
Authority: JP
Inventors: 清俊田中; 健太竹島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016058254A

Description

本発明は、端子台に係り、特に異常発熱の検出に関する。

太陽光発電設備等の発電装置で用いられる電力変換器では、屋内外で用いられる電気機器に対して、外部からの電線である外部配線を接続して使用する場合、機器内の内部配線と外部からの外部配線とを中継するための端子台が設けられる。端子台は、外部配線を接続するため樹脂製ブロックに金属製の端子金具を取り付けて形成され、端子ネジによって端子台の導電部に端子金具が接続されている。

これら電気機器の端子台への外部配線の接続は電気機器の設置時に現場で行われるが、外部配線を構成する電線と端子金具との締結部において、締結不足のために緩みがあったり、または経年変化で緩みが生じたりすると、当該締結部では接触抵抗が大きくなる。つまり、端子ネジが緩んだ状態で電流が流れると、電線と端子金具間の抵抗が増大し、火花が飛んだり、発熱したりすることになる。以上のような発熱状態が長時間継続すると、樹脂製ブロックが変形して、発火あるいは発煙を誘発するおそれがある。

そこで、例えば、特許文献１では、端子台の端子締結部のゆるみによる異常発熱による発火あるいは発煙を回避するため、設定温度に達すると溶断する温度ヒューズを樹脂製ブロックの中に埋設する構成が、開示されている。特許文献１の構成によれば、電線と端子金具間の抵抗が増大して樹脂製ブロックが発熱した際に、温度ヒューズが溶断することで、通電を阻止して発熱状態が継続するのを防止している。

特開２００２−３４３４５９号公報

しかしながら、上記従来の端子台によれば、温度ヒューズの溶断によって、発熱状態が継続することは防止できるが、一旦溶断した温度ヒューズは再利用ができない。従って、太陽光発電設備の動作を復旧させるためには、技術者による修理が必要となり、復旧に手間がかかるという問題があった。

また、端子ネジが緩んだ状態での発熱は、端子台に大電流が流れる機器で発生し易い。大電流が流れることで機器内部の温度が上昇するが、大電流が流れることによる温度の上昇は機器の異常ではないため、大電流が流れることによる温度上昇で溶断しない設定温度の温度ヒューズを用いる必要がある。かかる理由により、温度ヒューズの設定温度の選択が難しいという問題がある。例えば、温度ヒューズの設定温度が高すぎると、発熱状態の継続により端子台あるいは配線が損傷し易くなり、温度ヒューズの設定温度が低すぎると、機器の異常ではないのに温度ヒューズが溶断する誤作動が発生し易くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端子ネジの緩みによる発熱の検知精度を高め、かつ復旧作業の容易化を図ることができる端子台を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、一次側配線が接続される一次側端子締結部と、二次側配線が接続される二次側端子締結部とを有する端子台本体と、前記端子台本体に装着され、前記一次側端子締結部と前記二次側端子締結部とをつなぐ導電板と、前記一次側端子締結部と前記二次側端子締結部との間に、前記導電板に対して垂直に当接される温度検知基板と、前記温度検知基板に配置され、前記温度検知基板の温度を検知するＰＴＣサーミスタとを有する端子台であって、前記一次側端子締結部は、直流入力端子である第１および第２の一次側端子締結部と、交流出力端子である第３、第４および第５の一次側端子締結部と、直流出力端子である第１および第２の二次側端子締結部と、交流入力端子である第３、第４および第５の二次側端子締結部とを備え、前記第４の一次側端子締結部は前記第３の一次側端子締結部と前記第５の一次側端子締結部との間に配設され、前記第４の二次側端子締結部は前記第３の二次側端子締結部と前記第５の二次側端子締結部との間に配設され、前記導電板は、前記第１の一次側端子締結部と前記第１の二次側端子締結部とを接続する第１の導電板と、前記第２の一次側端子締結部と前記第２の二次側端子締結部とを接続する第２の導電板と、前記第３の一次側端子締結部と前記第３の二次側端子締結部とを接続する第３の導電板と、前記第４の一次側端子締結部と前記第４の二次側端子締結部とを接続する第４の導電板と、前記第５の一次側端子締結部と前記第５の二次側端子締結部とを接続する第５の導電板とを備え、前記ＰＴＣサーミスタは、前記第１の導電板の温度を検出する第１のＰＴＣサーミスタと、前記第２の導電板の温度を検出する第２のＰＴＣサーミスタと、前記第３の導電板の温度を検出する第３のＰＴＣサーミスタと、前記第４の導電板の温度を検出する第４のＰＴＣサーミスタと、前記第５の導電板の温度を検出する第５のＰＴＣサーミスタとを備え、前記第４のＰＴＣサーミスタのキュリー点は、第３のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも高くかつ第５のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも高く、前記第１のＰＴＣサーミスタのキュリー点および前記第２のＰＴＣサーミスタのキュリー点は、前記第３のＰＴＣサーミスタのキュリー点、前記第４のＰＴＣサーミスタのキュリー点および前記第５のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも低いことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造にて、端子ネジの緩みによる発熱の検知精度の向上を図り、かつ、復旧作業の容易化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる端子台を示す斜視図本発明の実施の形態１にかかる端子台を示す図であり、（ａ）は、同端子台の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図実施の形態１の端子台における端子締結部を示す要部拡大説明図であり、（ａ）は、ボルトとナットを示す図、（ｂ）は締結状態を示す説明図ＰＴＣサーミスタが取り付けられている基板および電力変換器内部の配線図本発明の実施の形態１にかかる端子台を用いた電力装置を備えた太陽光発電システムを示す図ＰＴＣサーミスタの温度−抵抗値の特性を示す説明図複数のＰＴＣサーミスタを設けた場合の温度−抵抗値の各特性を示す説明図本発明の実施の形態２にかかる端子台を示す斜視図本発明の実施の形態２にかかる端子台を示す図であり、（ａ）は、同端子台の上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる端子台を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態により発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。さらにまた、断面でも、見易さのためにハッチングを付していない場合もある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる端子台を示す斜視図である。図２（ａ）は、同端子台の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態１の端子台１０は、端子ネジの緩みにより異常発熱が生じるおそれのある一次側端子締結部２ａあるいは二次側端子締結部２ｂの端子ネジが緩んだ状態での発熱の検知を、感熱素子であるＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅにより行うことを特徴とする。本実施の形態で用いるＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、独立したキュリー点を持つように組成を調整して設計されたチタン酸バリウムを用いたディスクリートの抵抗素子で構成されている。チタン酸バリウムを主成分とするＰＴＣサーミスタはキュリー点を超えると、結晶系が正方晶系から立方晶系へと相転移する。チタン酸バリウムの相転移により、キュリー点を超えると、電気抵抗値が急激に上昇する現象を利用し、一定温度以上になると電流を遮断する。なお図２（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面に相当する。

本実施の形態１の端子台１０は、樹脂成型体からなる端子台本体１と、端子台本体１の一次側配線が接続される一次側端子締結部２ａと、二次側配線が接続される二次側端子締結部２ｂと、一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとをつなぐ導電板４と、温度検知用基板５と、各導電板４に対応して設けられたＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅとを有する。ＰＴＣサーミスタは、温度検知用基板５上に装着される。そして、温度検知用基板５は、一次側および二次側端子締結部の２ａ、２ｂ間に、導電板４の伸長方向に対して垂直に配される。また温度検知用基板５のＰＴＣサーミスタ形成面は導電板４表面に対して垂直となっている。

端子台１０は、後述する電力変換器２００の内部に設けられる。端子台１０には、電力変換器２００の直流入力と交流出力の外部配線である一次側配線部３ａが接続される。図２（ａ）において、右側の２端子は太陽電池モジュール１００からの直流電力が入力される直流入力端子、左側の３端子は、負荷４００などに交流電力を供給する交流出力端子に相当する。従って各位置での配線部に流れる電力が異なり、端子締結部における端子ネジの緩みに起因する発熱量にも差がある。そこで本実施の形態では、右側の２端子に相当する位置に配されるＰＴＣサーミスタ６ｄ，６ｅは、左側の３端子に相当する位置に配されるＰＴＣサーミスタ６ａ，６ｂ，６ｃよりも、キュリー点Ｔ_cが低くなるように設定される。また、ＰＴＣサーミスタ６ａ，６ｂ，６ｃの内でも、中央の位置にある６ｂは、他の交流出力端子の温度上昇の影響を受け、最も温度が高くなるため、６ａ，６ｃよりもキュリー点Ｔ_cが高くなるように設定される。また、電力変換器２００内の機器と接続させる内部配線である二次側配線部３ｂも同様に端子台１０に接続される。

端子台１０においては、端子台本体１に導電板４が取り付けられ、導電板４によって二次側配線部３ｂと一次側配線部３ａとが電気的に接続される。導電板４には、一方側と他方側とにそれぞれ端子ネジを備えた一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂが取り付けられる。端子ネジの締結により、一次側配線部３ａおよび二次側配線部３ｂが導電板４に固定される。これにより、導電板４と一次側配線部３ａおよび二次側配線部３ｂとが電気的に接続される。

樹脂成型体からなる端子台本体１の中央部には、プリント配線板である温度検知用基板５が取り付けられ、温度検知用基板５には、５個のＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅが取り付けられる。ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、平面視において導電板４が設置される導電板設置領域Ｃと重なる位置すなわち端子ネジが設けられた一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとの真ん中に取り付けられる。

一次側端子締結部２ａでは、一次側圧着端子３０ａと導電板４とが端子ネジであるボルト２０によって締結される。一次側圧着端子３０ａは圧着チューブ３１ａを介して一次側配線材３２ａに圧着により接続されている。一方、二次側端子締結部２ｂでは、二次側圧着端子３０ｂと導電板４とが端子ネジであるボルト２０によって締結される。二次側圧着端子３０ｂは圧着チューブ３１ｂを介して二次側配線材３２ｂに圧着により接続されている。ここでは一次側配線部３ａは、一次側圧着端子３０ａと一次側配線材３２ａとを備え、二次側配線部３ｂは、二次側圧着端子３０ｂと二次側配線材３２ｂとを備える。そして導電板４を介して一次側配線部３ａと二次側配線部３ｂとが接続される。一次側圧着端子３０ａと一次側配線材３２ａとの間には圧着チューブ３１ａが形成されており、二次側圧着端子３０ｂと二次側配線材３２ｂとの間には圧着チューブ３１ｂが形成されている。以下一次側圧着端子３０ａと二次側圧着端子３０ｂとをあわせて圧着端子３０というものとする。

本実施の形態における一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂにおいて端子締結は、図３（ａ）に要部拡大図を示す、端子ネジを構成するボルト２０と、ボルト２０に螺合するナット２２とによってなされる。ボルト２０は、ボルトヘッド２０ａと、ボルトヘッド２０ａよりも径の小さいボルト本体部２０ｂとで構成され、ボルト本体部２０ｂにはネジ山２０Ｎが形成されている。ボルト本体部２０ｂのネジ山２０Ｎに螺合するネジ溝２２Ｎを内部に形成したナット２２に螺合させることで、締結がなされる。なお、図３（ｂ）は締結状態における側面を示す図であるが、理解を容易にするために、ナット２２は内面のネジ溝２２Ｎが見えるように記載している。本実施の形態では、端子台本体１に形成された凹部１ｃにナット２２をはめ込み、導電板４、一次側配線部３ａまたは二次側配線部３ｂの先端に形成された圧着端子３０、ワッシャ２１を挿通したボルト２０を、ナット２２に螺合させて固定する。ボルト２０のネジ山２０Ｎをナット２２のネジ溝２２Ｎに螺合させることで、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂにおいてそれぞれ端子締結が行われる。ここで圧着端子３０は一次側配線部３ａまたは二次側配線部３ｂの先端に形成され、ボルト本体部２０ｂを挿通するとともにボルトヘッド２０ａと干渉することで締結が可能となるための挿通穴を有している。導電板４は、一次側端子と二次側端子とをそれぞれ接続する板状体であるが、ボルト本体部２０ｂを挿通するための挿通穴を有しており、ボルト２０とナット２２との締結により一次側端子と二次側端子との接続がなされる。

なお、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは温度検知用基板５の一次側表面５Ａに設けたが、一次側表面５Ａおよび二次側表面５Ｂのどちらの面に搭載されていてもよいしまた、両面に搭載してもよい。温度検知用基板５の両面にそれぞれ独立してＰＴＣサーミスタを配することで、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂの温度上昇を高精度に検知することが可能である。この場合、温度検知用基板５として熱伝導性の低い基板を用いることで、一次側端子締結部２ａ側および二次側端子締結部２ｂ側の温度上昇を熱伝導ではなく熱放射により検知することができ、より高精度に温度上昇を検知することが可能である。さらには、温度検知用基板５の両面で温度検知のための回路を別接続とすることで、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂのいずれの側での温度上昇であるかを判定することができる。一方、温度検知用基板５として熱伝導性の高い基板を用いることで、一次側端子締結部２ａ側および二次側端子締結部２ｂ側の温度上昇を熱伝導と熱放射の両方の伝達により検知することができ、より高速で温度上昇を検知することが可能である。この場合には、いずれの側あるいはいずれの端子による温度上昇かを識別するのは難しいが、高速で検知できるため、用途に応じて使用可能である。また、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、ＰＴＣサーミスタを構成するセンサチップを温度検知用基板５に搭載してもよいが、厚膜回路あるいは薄膜回路により基板上に直接形成しても良い。基板上に直接回路を形成する場合には、サーミスタを構成する抵抗パターンの材料組成および幅、長さ、膜厚などにより、キュリー点を調整することが可能である。従ってキュリー点の異なるＰＴＣサーミスタを用いる場合には基板上に直接回路形成を行う方法をとることで、形成がより容易となる。

本実施の形態の端子台は、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂにおいて、図３（ｂ）に示すように、端子台本体１に形成された凹部１ｃにナット２２がはめ込まれており、ナット２２の上に、ナット２２のネジ穴部と導電板４の挿通穴とが重なるように導電板４が取り付けられている。配線の接続に際しては、一次側配線部３ａまたは二次側配線部３ｂの先端に形成された圧着端子３０の挿通穴を導電板４の挿通穴の上に重ね合わせ、重ね合わせた上からワッシャ２１、ボルト２０を、挿通する。そしてボルト２０のネジ山２０Ｎをナット２２のネジ溝２２Ｎに螺合させて押し込み固定する。ボルト２０のネジ山２０Ｎをナット２２のネジ溝２２Ｎに螺合させることで、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂにおいてそれぞれ端子締結が行われる。本実施の形態では一次側端子締結部２ａで５か所、二次側端子締結部２ｂで５か所の計１０カ所での端子締結を行う。

図４は、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅが取り付けられている温度検知用基板５および電力変換器２００内部の配線図である。複数のＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、それぞれのＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅが直列に接続され、全体が一つの回路を構成して温度検知用基板５上のコネクタ７に接続される。温度検知用基板５上のコネクタ７は、制御基板用コネクタ２７と接続され、電力変換器２００の制御回路２３と接続される。

以上の構成により、一次側端子締結部２ａおよび二次側端子締結部２ｂでは、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅを搭載した温度検知用基板５を端子台１０に装着することで、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅ毎の異常発熱検知を確実なものとすることができる。ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、キュリー点が異なるように形成されており、独立した設定温度をもつ。

なお、温度検知用基板５は、図１および図２（ａ）に示すように、端部に、他基板との接続部を構成するコネクタ７を有している。コネクタ７は、図示しない信号線に接続され、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅが検知した温度信号を、制御基板など処理回路を搭載した制御部に送るための信号線接続部を構成する。不図示の制御基板では当該温度信号を受けて、警告すべき温度以上か否かを判断し、警告すべき温度以上であれば運転を停止し警告を発するなどの処置を実施する。従って、独立した設定温度をもつＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅにより、端子部の異常を、早期に検出することができる。ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅのうち一つでも異常が検出されると、温度信号がコネクタ７および制御基板用コネクタ２７を介して制御回路２３に送信される。ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅで検知した温度信号がコネクタ７を介して制御回路に送信され、制御回路２３で異常信号が送出されると、回路遮断状態を保持する。一方、異常解除信号が送出されると、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは即時に復旧し、回路を通常状態に戻すことができる。

図５は、本発明の実施の形態１にかかる端子台を備えた太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。太陽光発電システムでは、太陽電池モジュール１００にて発電した直流電力を、電力変換器２００にて交流電力に変換する。電力変換器２００は、パワーコンディショナーと呼ばれる電力装置である。電力変換器２００にて変換された交流電力は、系統連系技術を用いて、分電盤３００を介して交流電源４００、または負荷５００に供給される。ここで、太陽電池モジュール１００にて発電した発電電力が、負荷５００の電力より少ない場合は、足りない電力を商用電源である交流電源４００から負荷５００に供給し、発電電力が負荷５００の電力より多い場合は、余った電力を商用電源である交流電源４００に供給する。なお、現在市販されている住宅用の電力変換器の容量は、２ｋＷ〜６ｋＷ程度のものが多い。

太陽電池モジュール１００は、複数枚の太陽電池を直列に接続し、一定の発電出力が得られるようにしたものである。住宅の例で言えば、発電すべき電力に見合った枚数の太陽電池モジュール１００が住宅の屋根上に配置される。電力変換器２００、および分電盤３００は、それぞれ住宅の壁、宅内などの適切な位置に配置される。

太陽光発電システムでは、複数枚直列接続された太陽電池セルを備えた太陽電池モジュール１００にて発電された直流電力を並列数分入力して１つの発電電力に集電し、パワーコンディショナーである電力変換器２００に出力する。電力変換器２００は、入力された直流電力を交流電力へ変換する。電力変換器２００は、交流電力を出力し、分電盤３００を介して負荷５００および交流電源４００に供給する。

本実施の形態の配電装置を構成する電力変換器２００は、太陽電池モジュール１００に接続される入力部と、入力部に入力された直流電力を変換する電力変換部と、電力変換部に接続された出力フィルタと、連系開閉器と、負荷５００に接続される出力部と、電力変換部の制御を行う制御回路と、報知手段とを備えている。なお、電力変換器２００における入力部および出力部は本実施の形態にかかる端子台に相当し、一次側端子締結部２ａとして端子台本体１に装着される。また電力変換器２００および出力フィルタとの接続は内部配線である二次側端子締結部２ｂでなされる。すなわち、一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとの温度上昇を、一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとの間を接続する導電板４上を横切るように垂直配置され、温度検知用基板５を備えているものとする。温度検知用基板５には異常発熱を検出するＰＴＣサーミスタが搭載されている。

電力変換器２００の入力部には、太陽電池モジュール１００の直流出力電力が接続箱を介して入力される。

電力変換器２００の電力変換部は、コンバータ、インバータおよび出力フィルタにより形成され、出力フィルタから出力される変換出力は、連系開閉器を介して出力部に出力される。コンバータは、入力部に印加される直流電力を別の電圧値の直流電力へ変換するＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ変換機能を有している。インバータは、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子およびダイオードで構成され、半導体スイッチング素子あるいはダイオードのスイッチング動作により、コンバータから入力される直流電力を交流電力へ変換する。出力フィルタは、リアクトルとコンデンサとの組み合わせで構成され、インバータが出力するパルス状の交流波形を正弦波状の交流波形に整形する。

電力変換器２００の出力部には、分電盤３００を介して、交流電源４００が接続される。また電力変換器の出力の一部は負荷５００に供給される。

制御回路は、プログラム制御により、コンバータのスイッチ素子のオンオフ制御によるＤＣ／ＤＣ変換動作と、インバータでのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によるスイッチング動作指令の生成によるＤＣ／ＡＣ変換動作と、連系開閉器の開閉制御とを行う。なお、連系開閉器は、例えば、交流電源４００が停電した場合に、交流電源４００との接続を開路してインバータを交流電源４００から開放するために設けられている。

負荷５００は、照明器具、冷蔵庫、洗濯機、掃除機等の宅内電気機器、モーター等の宅外電気機器である。太陽光発電システムでは、負荷５００で消費しきれず、余剰電力が発生した場合は、余剰電力が交流電源４００に逆潮流される。

続いて、太陽光発電システムの住宅への設置工事について説明する。まず、屋根の上に必要数の太陽電池モジュール１００を設置し、あらかじめ決められた直列枚数単位ごとに出力ケーブルの先端を住宅の軒下あるいは住宅内に設置した図示しない接続箱の入力部に接続する。接続箱は、複数の入力を１出力にまとめて出力する集電機能を有している。接続箱の出力部は、正極側出力端と負極側出力端とで構成されるため、正極側と負極側との対ケーブルの一端を接続箱の出力部に接続する。そして、対ケーブルの他端を、電力変換器２００が配置される住宅内に引き込み、配電装置を構成する電力変換器２００の入力部に設けられた端子台に接続する。

次に本実施の形態１の端子台の動作について、図６および図７を参照して説明する。図６は、ＰＴＣサーミスタの特性を示す図である。図６および７において横軸は、ＰＴＣサーミスタの温度を示し、縦軸はＰＴＣサーミスタの抵抗値を示す。ＰＴＣサーミスタは、キュリー点Ｔ_cに達すると急激に抵抗値が増加する特性を持っている。キュリー点は、物性により異なり、温度変化により抵抗値は、常温Ｔ₀の数十倍以上の変化を示す。また、キュリー点Ｔ_cは、ＰＴＣサーミスタの製造時に添加物を調整することで精度よく設計値通りに製造することができる。

本実施の形態では、端子台の端子ネジであるボルト２０に緩みが発生したときの温度が、ボルト２０の位置により異なる。つまり、当該位置に締結される配線を流れる電力により発熱量が異なるため、ボルト２０の設置位置ごとのボルト２０に緩みが発生したときの発熱量による温度上昇に合わせ、検知すべき温度を決定する。決定された検知温度となるようにサーミスタ６ａ〜６ｅのキュリー点温度を設定する。たとえば、温度検知用基板５のＰＴＣサーミスタ６ｂ設置位置に当接する導電板４に締結されるボルト２０は、ボルト２０に緩みが発生したときの温度が最も高くなるため、ＰＴＣサーミスタ６ｂの特性は、図７に示すＰＴＣサーミスタ６ｂの特性のものを選択する。また、温度検知用基板５のＰＴＣサーミスタ６ｄ設置位置に当接する導電板４に締結されるボルト２０は、ボルト２０に緩みが発生したときの温度が最も低いため、ＰＴＣサーミスタ６ｄの特性は、図７に示すＰＴＣサーミスタ６ｄの特性のものを選択する。

以上のようにＰＴＣサーミスタを適切に選択して構成した場合、ボルト２０に緩みが発生していない場合は、全てのＰＴＣサーミスタは、キュリー点以下の温度であるため、図４のようにたとえば、５個のＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅにて構成した回路の合成抵抗は、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅの常温の抵抗値をＲ₀とするとＲ₀の５倍の値となる。しかし、例えば、温度検知用基板５のＰＴＣサーミスタ６ｂ設置位置に当接する導電板４に締結されるボルト２０に緩みが発生したとき、ボルト２０が発熱し温度が上昇する。これにより、ＰＴＣサーミスタ６ｂの温度も上昇し、ＰＴＣサーミスタ６ｂのキュリー点Ｔ_c以上となると、ＰＴＣサーミスタ６ｂの抵抗値は、Ｒ₀の数十倍以上の値となる。つまりＰＴＣサーミスタ６ｂがキュリー点Ｔ_c以上となったときの抵抗値は、常温の抵抗値Ｒ₀を無視できる程度に十分に大きい。したがって、５個のＰＴＣサーミスタにて構成した回路の合成抵抗は、ＰＴＣサーミスタ６ｂの抵抗値とほぼ等しくなる。このため、５個のＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅにて構成した回路の合成抵抗がキュリー点の温度の抵抗値以上かどうかを制御回路にて監視することにより、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅのいずれかがキュリー点以上となったかどうかを容易に判別できる。言い換えれば、上記構成とすることにより、ボルト６ａ〜６ｅに緩みが発生し温度が上昇したことを簡単な構成で精度よく判別することが可能となる。

なお、各ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅのキュリー点の温度は、各端子締結部のボルト２０に緩みが発生したときの温度により適切に選定することにより、ボルト２０に緩みが発生したことを精度よく検出することができる。また、本実施の形態では、ボルト２０それぞれに対応したＰＴＣサーミスタを取り付けるような構成としたが、例えば、ボルト複数個に対し、一つのＰＴＣサーミスタを設ける構造としても、若干の精度の低下は免れ得ないが同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態では、前述したように、各ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅのキュリー点の温度は、当該端子締結部で接続される回路の電力値によって決定され、端子ネジであるボルトに緩みが発生したときに上昇する可能性のある温度により適切に選定される。ただし、許容される範囲において、ＰＴＣサーミスタのキュリー点の温度は、同じ温度のものに統一して構成することも可能である。これにより、装着が容易となる。

前述したように、端子ネジに緩みが発生し、いずれかのＰＴＣサーミスタの温度がキュリー点以上となった場合は、５個のＰＴＣサーミスタにて構成した回路の合成抵抗が大きく変化し、常温の抵抗値よりも数十倍以上大きな値となる。そして、合成抵抗が常温の抵抗値よりも数十倍以上大きな値となった場合に、温度検知用基板５からの出力を受けた制御回路２３は、電力変換器２００の電力変換部の動作の停止あるいは連系開閉器の解放を行い、運転を停止するなどの判断を行う。これにより、端子台１０あるいは配線が損傷する前に電流が遮断され、発熱状態が継続することを防ぐことが可能となる。以上のように、ＰＴＣサーミスタにて構成した回路の合成抵抗を監視することで、実質的に端子ネジの緩みによって発生した温度上昇を監視することができる。したがって、簡単な構造にて電力供給を遮断する判断の精度の向上を図ることができる。

上記のような異常検出がなされた時、異常であることを使用者に早期に伝えるために、制御回路２３は、異常信号を送信する。異常信号の受信に基づいて、図示しないＬＥＤによる視覚情報あるいは警報音による聴覚情報等の情報表現を用いて警報が発報される。警報を発報する警報器あるいはＬＥＤは、太陽光発電システムが設置される建物の室内あるいは、電力変換器２００自体に設ければよい。

また、制御回路２３は、リセット操作が行われた場合に、電力の供給を復旧させる。リセット操作は、例えば電力変換器２００の図示しない電源スイッチの再操作である。リセット操作を行う場合、電力変換器２００の電源スイッチが、リセット操作を行うためのリセット操作手段となる。なお、リセット操作手段を、電力変換器２００の電源スイッチとは独立して設け、太陽光発電システムが設置される建物の室内の別の場所に設けてもよい。また、温度異常を判断するための温度差情報等の温度情報は電力変換器２００に設けられた図示しない記憶部に記憶される。また、記憶部および制御回路２３を端子台に設けてもよい。リセット操作だけで電力供給を復旧させることができるため、ヒューズ交換といった面倒な作業を省略し、復旧作業の容易化を図ることができる。

なお、コネクタ７の接触不良が発生した場合は、コネクタ７の接触抵抗値が大きく増加するため端子ネジに緩みが発生しいずれかのＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅの温度がキュリー点以上となった場合と同じ状態となる。従って、コネクタ部分の故障の場合も、制御回路２３は、電力変換器２００からの負荷などへの電力供給を遮断するため、極めて安全性の高い構成が実現できる。

以上の構成により、本実施の形態の電力装置によれば、温度検知用基板５の端部に設けられた、他基板との接続部を構成するコネクタ７によって、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅが検知した温度信号が、電力変換器２００の制御回路２３を構成する制御基板に送られる。制御回路を搭載した制御基板では当該温度信号を受けて、警告すべき温度以上であるか否かを判断し、警告すべき温度以上であれば運転を停止し警告を発するなどの処置を実施する。従って、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅのそれぞれの特性に基づく、異常検出が可能となり、各端子締結部において適切な検出が可能となる。さらには、端子部が熱によって損傷を受ける前に異常を検出し、さらに復帰に際してはそのまま制御信号を送信するだけで、復帰させることが可能となる。なお、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅを直列接続することで、検出に際しては、各設計温度に対応した温度検出が可能であり、一つ一つ制御回路を設ける場合に比べ、小型化および低コスト化が可能である。さらにまた、復帰に際して、復帰のためのリセット回路が共用できるため、小型化および低コスト化が可能となる。

さらにまた、上記構成によれば、温度検知用基板５が、一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとの間つまり、各導電板４の中央部に、垂直配置されているため、一次側端子締結部２ａと二次側端子締結部２ｂとの両方の温度検知が容易となる。一次側端子締結部２ａまたは二次側端子締結部２ｂの温度上昇が、熱輻射により伝達され、温度検知がなされる。従って、より広範囲での温度検出が可能となる。また、温度検知用基板が導電板に対して垂直配置されているため、専有面積の増大を回避することができるだけでなく温度検知範囲からの熱収集が均一となり、より高精度の温度検出が可能となる。

また、本実施の形態の端子台１０は、電力変換器２００だけでなく、分電盤など他の装置における端子接続に用いられる端子台にも適用可能である。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる端子台１０を示す斜視図である。図９（ａ）は、同端子台の上面図、図９（ｂ）は、図８のＢ−Ｂ断面図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態１では、温度検知用基板５を端子台本体１の中央部に設置した場合を示したが、本実施の形態２では、導電板４に温度検知用基板５を取り付けた例を示す。

導電板４は、図１に示した、実施の形態１で示した端子台よりも、外部配線である一次側配線部３ａ側に伸長させており、伸長させた導電板４に温度検知用基板５を固定している。温度検知用基板５の固定位置は異なるものの、ＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、平面視において導電板４が設置される導電板設置領域と重なる位置すなわち一次側端子締結部２ａの端子ネジであるボルト２０の外側などボルト２０の温度を検知できる位置に取り付けられる。つまり、導電板４が一次側端子締結部２ａ側に伸長した伸長部を有し、当該伸長部に当接するように温度検知用基板５が設けられる。温度検知用基板５は、５枚の導電板４の各伸長部に当接して、５枚の導電板４と直交する方向に伸長する。他の構造については、図１に示した実施の形態１の端子台と同様であるため説明を省略する。なおＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、二次側端子締結部２ｂに設けても良く、また両方に設けてもよいが、導電板４で一次側および二次側端子締結部２ａ，２ｂは電気的および熱的に良好に接続されているため、一方の側でよい。

上記構造とすることにより、温度検知用基板５に取り付けられた感熱素子であるＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅは、温度検知用基板５を介して、端子台本体１よりも熱伝導の良い導電板４と熱接触しており、導電板４の温度をより正確に測定することができる。つまり、端子ネジであるボルト２０の緩みによる発熱が発生した場合、熱伝導のよい導電板４に熱が伝わるため、実施の形態１と比較し、より確実な動作が期待できる。なお本実施の形態２では、前記実施の形態１の構成による作用効果を呈することはいうまでもない。

さらにまた、上記構成によれば、温度検知用基板５と各導電板４との間にＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅを挟み込むような形態で実装することができるため、各導電板４とＰＴＣサーミスタ６ａ〜６ｅとは当接しており、温度検出性が良好である。また、温度検知用基板５は、例えば、一次側端子締結部２ａの側のみに形成可能であり、着脱頻度が高く、端子ネジのゆるみによる発熱が生じ易い一次側端子締結部を確実に異常検出できるようにすることで、より信頼性が向上する。さらには、着脱頻度の高い側の端子締結部に温度検知用基板を設けることで、メンテナンス用の開口部を別途設けることなく、メンテナンスが可能となる。つまり一次側端子締結部の締結用の開口部を用いてＰＴＣサーミスタ、あるいは温度検知用基板のメンテナンス性も向上する。

なお、前記実施の形態１および２では、太陽光発電システムに使用される電力変換器および電力変換器に使用する端子台について説明したが、たとえば、モーター制御を行うインバータ装置あるいはヒーターの制御を行う温度制御装置等の比較的大電力を制御する電力装置および電力装置に使用する端子台に応用できることは言うまでもない。このときＰＴＣサーミスタは必ずしも導電板の温度を検出するだけでなく、端子台の温度を検出するものであってもよい。

また、一次側配線は入力配線、二次側配線は出力配線という扱いをする場合もあるが、本実施の形態では、電力装置の端子台を中心とし、端子台の外部配線を一次側配線、内部配線を二次側配線として扱っている。従って一次側配線には、太陽電池モジュールからの入力端子に接続される配線、負荷への出力端子に接続される配線を含み、二次配線には、電力変換器などへの接続配線を含むものとして扱っているが、一次側二次側という定義はこの限りではない。

また前記実施の形態１および２では、導電板毎にＰＴＣサーミスタを設けたが、必ずしも導電板毎にＰＴＣサーミスタを設ける必要はなく、２枚ごとに一つのＰＴＣサーミスタでもよいし、全体で一つとする、あるいは、導電板毎に２個のＰＴＣサーミスタを設けるなど、適宜選択可能である。２個あるいは２個以上のＰＴＣサーミスタを並置しても良いし、一次側端子締結部と二次側端子締結部とにそれぞれ設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、一次側端子締結部と二次側端子締結部、あるいはＰＴＣサーミスタ設置箇所の特別な温度状態を高精度に検知することが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１端子台本体、１ｃ凹部、２ａ一次側端子締結部、２ｂ二次側端子締結部、３ａ一次側配線部、３ｂ二次側配線部、４導電板、５温度検知用基板、６ａ〜６ｅＰＴＣサーミスタ、７コネクタ、１０端子台、２３制御回路、３０圧着端子、３０ａ一次側圧着端子、３０ｂ二次側圧着端子、３１ａ，３１ｂ圧着チューブ、３２ａ一次側配線材、３２ｂ二次側配線材、１００太陽電池モジュール、２００電力変換器、３００分電盤、４００交流電源、５００負荷。

Claims

一次側配線が接続される一次側端子締結部と、二次側配線が接続される二次側端子締結部とを有する端子台本体と、
前記端子台本体に装着され、前記一次側端子締結部と前記二次側端子締結部とをつなぐ導電板と、
前記一次側端子締結部と前記二次側端子締結部との間に、前記導電板に対して垂直に当接される温度検知基板と、
前記温度検知基板に配置され、前記温度検知基板の温度を検知するＰＴＣサーミスタと、
を有する端子台であって、
前記一次側端子締結部は、直流入力端子である第１および第２の一次側端子締結部と、交流出力端子である第３、第４および第５の一次側端子締結部と、直流出力端子である第１および第２の二次側端子締結部と、交流入力端子である第３、第４および第５の二次側端子締結部とを備え、前記第４の一次側端子締結部は前記第３の一次側端子締結部と前記第５の一次側端子締結部との間に配設され、前記第４の二次側端子締結部は前記第３の二次側端子締結部と前記第５の二次側端子締結部との間に配設され、
前記導電板は、前記第１の一次側端子締結部と前記第１の二次側端子締結部とを接続する第１の導電板と、前記第２の一次側端子締結部と前記第２の二次側端子締結部とを接続する第２の導電板と、前記第３の一次側端子締結部と前記第３の二次側端子締結部とを接続する第３の導電板と、前記第４の一次側端子締結部と前記第４の二次側端子締結部とを接続する第４の導電板と、前記第５の一次側端子締結部と前記第５の二次側端子締結部とを接続する第５の導電板とを備え、
前記ＰＴＣサーミスタは、前記第１の導電板の温度を検出する第１のＰＴＣサーミスタと、前記第２の導電板の温度を検出する第２のＰＴＣサーミスタと、前記第３の導電板の温度を検出する第３のＰＴＣサーミスタと、前記第４の導電板の温度を検出する第４のＰＴＣサーミスタと、前記第５の導電板の温度を検出する第５のＰＴＣサーミスタとを備え、
前記第４のＰＴＣサーミスタのキュリー点は、第３のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも高くかつ第５のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも高く、前記第１のＰＴＣサーミスタのキュリー点および前記第２のＰＴＣサーミスタのキュリー点は、前記第３のＰＴＣサーミスタのキュリー点、前記第４のＰＴＣサーミスタのキュリー点および前記第５のＰＴＣサーミスタのキュリー点よりも低いことを特徴とする端子台。