JP6598643B2 - 直流電源切替開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、可動接触子を動作させることにより、負荷への給電元を直流Ａ電源と直流Ｂ電源との間で切替えることができる直流電源切替開閉器に関するものである。

商用電源が停電した際に負荷への給電を非常用電源に切替えることができる交流用の電源切替開閉器は、例えば特許文献１に示されるように、従来から公知のものである。

このような交流用の電源切替開閉器は３相交流に対応させて３極の開閉部を備えた構造であり、各開閉部はＡ、Ｂ２つの電源側端子と１つの負荷側端子を備えている。各開閉部のＡ、Ｂ２つの電源側端子にはそれぞれＡ電源（通常電源：商用電源）とＢ電源（非常用電源）とが接続されている。常時は可動接触子はＡ電源側に接触しており、負荷への給電はＡ電源から行われている。しかし可動接触子をＢ電源側に切替えると、Ｂ電源から負荷への給電が行われるようになっている。

電源切替を行なうために可動接点を通電中の固定接点から切り離したとき、接点間にアークが発生する。しかし交流の場合には電圧がゼロとなる瞬間があるため、消弧装置を設けることによりアークを消弧することが比較的容易であり、大容量の電源切替えが可能である。

しかし近年、太陽光発電装置などの普及に伴い、直流電源間での切替えを行ないたいとの需要がある。この需要に応えるために、従来の交流用の電源切替開閉器のうち２極を使用し、負荷への給電元を直流Ａ電源と直流Ｂ電源との間で切替えることが考えられる。ところが直流の場合には、交流とは異なり電圧がゼロとなる瞬間がないため、従来の消弧装置を取付けただけでは、アークを消弧させにくく、従って直流電源間の切替えは容易ではないという問題がある。もちろん、電源切替開閉器を大型化すれば直流の遮断は不可能ではないが、装置の大型化はコストアップを招くので好ましくない。特に太陽光発電装置では高電圧の直流が発生するため、高電圧の直流電源の切り替えが可能な直流電源切替開閉器が求められている。

特開２００９−２７２０７７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、装置を大型化することなく、高電圧の直流電源間の切り替えが可能な直流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、可動接触子を動作させて負荷への給電元を直流Ａ電源と直流Ｂ電源との間で切替える直流電源切替開閉器であって、Ａ、Ｂ２つの電源側端子と１つの負荷側端子を備えた開閉部を３極並列に配置し、開閉部の一つの極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に、直流Ａ電源と直流Ｂ電源の正負何れかの極をそれぞれ接続し、開閉部の残りの二つの極のうち、一方の極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に直流Ａ電源と直流Ｂ電源の他方の極をそれぞれ接続するとともに、開閉部の一方の極の負荷側端子を開閉部の他方の極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に導体によって接続し、前記一つの極の負荷側端子と、前記他方の極の負荷側端子を、負荷に接続したことを特徴とするものである。

なお請求項２の発明は、請求項１の発明において、開閉部の前記二つの極の間の隔壁に、永久磁石を配置したことを特徴とするものである。

本発明の直流電源切替開閉器によれば、直流電流を３極分の接点によって遮断することが可能となるため、各極の電圧負担が軽減され、高電圧の直流電源間の切り替えが可能となる。

また請求項２のように、開閉部の前記二つの極の間の隔壁に、永久磁石を配置した構造とすれば、負荷への給電元を直流Ａ電源と直流Ｂ電源の何れとした場合にも、アークを外側に引き伸ばして消弧を促進することができる。このため接点における遮断性能を向上させ、従来よりもさらに高い遮断性能を確保することができる。

第１の実施形態の直流電源切替開閉器の平面図である。 直流Ａ電源からの給電状態を示す、開閉部の断面図である。 直流Ｂ電源からの給電状態を示す、開閉部の断面図である。 直流Ａ電源、直流Ｂ電源との接続状態を示す平面図である。 直流Ａ電源からの給電状態における電流径路の説明図である。 直流Ｂ電源からの給電状態における電流径路の説明図である。 直流Ａ電源から直流Ｂ電源への切替え時における、ローレンツ力の説明図である。 直流Ｂ電源から直流Ａ電源への切替え時における、ローレンツ力の説明図である。 第２の実施形態の直流電源切替開閉器の平面図である。 第３の実施形態の直流電源切替開閉器の平面図である。 第４の実施形態の直流電源切替開閉器の平面図である。 参考形態の直流電源切替開閉器の平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は第１の実施形態の直流電源切替開閉器の平面図である。この図に示されるように、第１極、第２極、第３極の３つの開閉部１、２、３が駆動機構部４の側方に並列に配置されている。図２はその第１極１の開閉部の断面図である。

各極の開閉部は、Ａ、Ｂ２つの電源側端子と１つの負荷側端子Ｃを備えている。第１極の電源側端子を１Ａ、１Ｂ、負荷側端子を１Ｃとし、第２極の電源側端子を２Ａ、２Ｂ、負荷側端子を２Ｃとし、第３極の電源側端子を３Ａ、３Ｂ、負荷側端子を３Ｃとする。

３つの開閉部１、２、３を貫通する駆動軸５が設けられており、駆動軸５には各極ごとに可動接触子６が取付けられている。駆動軸５は公知の駆動機構部４によって右方向または左方向に回動され、図２に示すように可動接触子６の先端の可動接点７を、固定接点８Ａ、８Ｂの何れかと接触させる。固定接点８Ａは電源側端子１Ａ（２Ａ、３Ａ）と接続されており、固定接点８Ｂは電源側端子１Ｂ（２Ｂ、３Ｂ）と接続されている。可動接点７は負荷側端子１Ｃ（２Ｃ、３Ｃ）と接続されている。

図２は可動接触子６が右側に移動し、可動接点７がＡ側の電源側端子１Ａ（２Ａ、３Ａ）と接触した状態を示している。また図３は、可動接触子６が左側に移動し、可動接点７がＢ側の固定接点８Ｂと接触した状態を示している。固定接点８Ｂは電源側端子１Ｂと接続されている。

図４に示すように、本実施形態では第１極１を負極側開閉部とし、その電源側端子１Ａに直流Ａ電源９Ａの負極を接続し、電源側端子１Ｂに直流Ｂ電源９Ｂの負極を接続した。また、第２極２と第３極３を正極側開閉部とし、第２極２の電源側端子２Ａに直流Ａ電源９Ａの正極を接続し、第２極２の電源側端子２Ｂに、直流Ｂ電源９Ｂの正極を接続した。

また、第２極の負荷側端子２Ｃを導体１０によって第３極の電源側端子３Ａと接続し、また第２極の負荷側端子２Ｃを導体１１によって第３極の電源側端子３Ｂと接続した。導体１０、１１としてはケーブルまたは銅バーを用いることができる。

負荷１２は、第１極の負荷側端子１Ｃと第３極の負荷側端子３Ｃに接続される。

また本実施形態では、正極側開閉部を構成する二つの極（第２極２、第３極３）の間の隔壁１３に、２枚の永久磁石１４Ａ、１４Ｂが配置されている。これらの永久磁石１４Ａ、１４Ｂは平板状であり、図４に示した極性となるように、隔壁１３の内部に埋設されている。

このように構成された第１の実施形態の直流電源切替開閉器の動作を、以下に説明する。
直流Ａ電源９Ａから負荷１２に給電している通常時には、図５に太線で示すように直流電流が流れている。

すなわち、直流Ａ電源９Ａのプラス極からの電流は、第２極２の電源側端子２Ａ、可動接触子６、第２極２の負荷側端子２Ｃ、導体１０、第３極の電源側端子３Ａ、可動接触子６、第３極の負荷側端子３Ｃ、負荷１２、第１極の負荷側端子１Ｃ、可動接触子６、第１極の電源側端子１Ａ、直流Ａ電源９Ａのマイナス極の順に流れる。

この図５の状態から駆動機構部４によって可動接触子６を切替えると、直流Ａ電源９Ａと負荷１２との接続はなくなり、図６に太線で示すように直流Ｂ電源９Ｂから負荷１２への給電が行われる。

すなわち、直流Ｂ電源９Ｂのプラス極からの電流は、第２極２の電源側端子２Ｂ、可動接触子６、第２極２の負荷側端子２Ｃ、導体１１、第３極の電源側端子３Ｂ、可動接触子６、第３極の負荷側端子３Ｃ、負荷１２、第１極の負荷側端子１Ｃ、可動接触子６、第１極の電源側端子１Ｂ、直流Ｂ電源９Ｂのマイナス極の順に流れる。

この直流Ａ電源９Ａから直流Ｂ電源９Ｂへの切替えの際には、各極の可動接触子６の可動接点７が通電中の固定接点から離れるため、アークが発生することとなる。しかし本発明の直流電源切替開閉器では、負極側開閉部と２つの正極側開閉部の合計３ヶ所で電流が遮断される。このため各開閉部の電圧負荷が軽減されることとなり、消弧され易くなる。これは直流Ｂ電源９Ｂから直流Ａ電源９Ａへの切替えの場合にも同様である。よって本発明の直流電源切替開閉器を用いれば、装置を大型化することなく、高電圧の直流電源間の切り替えが可能となる。

次に、第２極２と第３極３の間の隔壁１３に設けた永久磁石１４の作用効果について説明する。
先ず図５に示した直流Ａ電源から負荷１２への給電が行なわれている状態においては、可動接触子６は第２極２の電源側端子２Ａ、第３極３の電源側端子３Ａと接触しているが、切替えの際には可動接触子６が図７のように移動するため、図７に矢印Ｘで示した方向にアーク電流が流れる。

このアーク電流の近傍には永久磁石１４Ａが配置されているため、Ｓ極からＮ極に向かう磁界が、図７に矢印Ｙで示す方向に形成されている。このため、フレミングの左手の法則により図７に矢印Ｚで示すローレンツ力が発生し、アークは上側に引き伸ばされ、速やかに消弧される。これは第２極、第３極とも同様である。なお図示のように消弧装置１５を設けておけば、より確実に消弧することができる。

次に、図６に示した直流Ｂ電源から負荷１２への給電が行なわれている状態においては、可動接触子６は第２極２の電源側端子２Ｂ、第３極３の電源側端子３Ｂと接触している。このため、切替えの際には可動接触子６は図８のように移動することとなり、図８に矢印Ｘで示した方向にアーク電流が流れる。

このアーク電流の近傍には永久磁石１４Ｂが配置されているため、Ｓ極からＮ極に向かう磁界が、図８に矢印Ｙで示す方向に形成されている。このため、フレミングの左手の法則により図８に矢印Ｚで示すローレンツ力が発生し、アークは上側に引き伸ばされ、消弧装置１５によって消弧される。

図５と図６とではアーク電流の方向が逆向きとなるが、永久磁石１４Ａ、１４Ｂの磁界の方向も逆向きとなるので、ローレンツ力は何れの場合にも上向きとなり、アークを上側に引き伸ばして消弧させることができる。なおアークが下向きの力を受けると筐体の内部が損傷するおそれがあるため、アークは筺体の上側に引き伸ばす必要がある。

このように、永久磁石１４Ａ、１４Ｂを配置することにより、アークをより速やかに消弧させることが可能となり、装置を大型化することなく、高電圧の直流電源間の切り替えが可能となる。

以上に本発明の他の実施形態を示す。図９に示す第２の実施形態は、第１の実施形態の第２極２と第３極３の位置を入れ替えたものである。図９では、第１の実施形態の第２極２を第３極３と表示し、第３極３を第２極２として表示してある。この第２の実施形態では、永久磁石１４Ａ、１４Ｂの配置は第１の実施形態のままでよく、作用効果も同一である。

図１０に示す第３の実施形態は、第１の実施形態の正極側開閉部と負極側開閉部とを入れ替えたものである。この第３の実施形態では、第１極１と第２極２が負極側開閉部となり、第３極３が正極側開閉部となっている。この第３の実施形態では、永久磁石１４Ａ、１４Ｂは第１極１と第２極２との間に設けられている。第１の実施形態とは電流の方向が変わるので、磁力の向きがそのままではローレンツ力が下向きになる。このため磁力の向きも逆になるように永久磁石１４Ａ、１４Ｂを逆向きに配置している。作用効果は第１の実施形態と同様である。

図１１に示す第４の実施形態は、第３の実施形態の第１極１と第２極２とを入れ替えたものである。永久磁石１４Ａ、１４Ｂの配置は、第３の実施形態と同じである。以上に示した第２〜第４の実施形態は具体的な配線は第１の実施形態とは異なるものの、何れも請求項１の範囲に含まれるものであり、かつ作用効果も同一である。

最後に、図１２に本発明の参考形態を示す。この直流電源切替開閉器は開閉部が第１極１と第２極２との２極で構成されている。この場合にも図示のように永久磁石１４Ａ、１４Ｂを配置すれば、負荷への給電がＡ電源９Ａ、Ｂ電源９Ｂの何れから行われる場合にも、ローレンツ力は上向きとなり、アークを上側に引き伸ばして消弧させることができる。

１ 第１極の開閉部
１Ａ 第１極の電源側端子（Ａ電源側）
１Ｂ 第１極の電源側端子（Ｂ電源側）
１Ｃ 第１極の負荷側端子
２ 第２極の開閉部
２Ａ 第２極の電源側端子（Ａ電源側）
２Ｂ 第２極の電源側端子（Ｂ電源側）
２Ｃ 第２極の負荷側端子
３ 第３極の開閉部
３Ａ 第３極の電源側端子（Ａ電源側）
３Ｂ 第３極の電源側端子（Ｂ電源側）
３Ｃ 第３極の負荷側端子
４ 駆動機構部
５ 駆動軸
６ 可動接触子
７ 可動接点
８Ａ 固定接点（Ａ電源側）
８Ｂ 固定接点（Ｂ電源側）
９Ａ 直流Ａ電源
９Ｂ 直流Ｂ電源
１０ 導体
１１ 導体
１２ 負荷
１３ 隔壁
１４ 永久磁石
１５ 消弧装置
Ｘ アーク電流の方向
Ｙ 磁界の方向
Ｚ ローレンツ力の方向

Claims (2)

1. 可動接触子を動作させて負荷への給電元を直流Ａ電源と直流Ｂ電源との間で切替える直流電源切替開閉器であって、
   Ａ、Ｂ２つの電源側端子と１つの負荷側端子を備えた開閉部を３極並列に配置し、
   開閉部の一つの極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に、直流Ａ電源と直流Ｂ電源の正負何れかの極をそれぞれ接続し、
   開閉部の残りの二つの極のうち、一方の極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に直流Ａ電源と直流Ｂ電源の他方の極をそれぞれ接続するとともに、開閉部の一方の極の負荷側端子を開閉部の他方の極のＡ、Ｂ２つの電源側端子に導体によって接続し、
   前記一つの極の負荷側端子と、前記他方の極の負荷側端子を、負荷に接続したことを特徴とする直流電源切替開閉器。
2. 開閉部の前記二つの極の間の隔壁に、永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載の直流電源切替開閉器。

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