WO2009084503A1

WO2009084503A1 - 直流開閉器

Info

Publication number: WO2009084503A1
Application number: PCT/JP2008/073307
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Koshin; Takuya Kagawa
Original assignee: Panasonic Electric Works Co., Ltd.
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2009-07-09
Also published as: EP2234136A4; JP2009163960A; CN101919017A; CN101919017B; US8284528B2; EP2234136A1; US20100277846A1; JP5038884B2

Abstract

　直流開閉器は、電源接続端子（２ａ）と負荷接続端子（２ｂ）とが設けられた器体（２）を備える。電源接続端子（２ａ）と負荷接続端子（２ｂ）との間には、接点部（１）が挿入されている。接点部（１）は、機械接点（１０）と、機械接点（１０）に直列接続された半導体スイッチ（１１）とを有している。また、直流開閉器は、器体（２）に変位自在に取り付けられた操作ハンドル（３０）を有する開閉機構部（３）と、操作ハンドル（３０）の操作位置を検出する位置検出部（４）と、制御部（７）とを備えている。開閉機構部（３）は、操作ハンドル（３０）の操作に応じて機械接点（１０）を開閉するように構成されている。制御部（７）は、位置検出部（４）の検出結果により操作ハンドル（３０）が開放位置から投入位置まで操作されたと判定すると、半導体スイッチ（１１）をオンに切り替えるように構成されている。

Description

直流開閉器

　本発明は、直流電源と直流負荷との間の給電路の開閉操作に使用される直流開閉器に関する。

　従来から、直流電源から直流負荷への給電路に介在される直流開閉器が提供されている。

　この種の直流開閉器は、電源が接続される電源接続端子と、負荷が接続される負荷接続端子とが設けられた器体を備えている。また、直流開閉器は、電源接続端子と負荷接続端子との間に挿入される機械接点を備えている。機械接点は、固定接点と、当該固定接点に接触、離間する可動接点とで構成されている。さらに、直流開閉器は、器体に変位自在に取り付けられた手動操作用の操作ハンドルを具備し、当該操作ハンドルの操作に応じて機械接点を開閉する開閉機構部を備えている。

　上述した直流開閉器では、操作ハンドルを開放位置（機械接点が開極している位置）と投入位置（機械接点が閉極している位置）との間で移動させることで、機械接点のオンオフが行える。

　ここで、機械接点がオンになる際には、固定接点と可動接点との電位差によってアーク（アーク放電）が発生するおそれがある。このようなアークは、固定接点と可動接点との溶着や、各接点の損耗などの原因となる。

　特に、直流開閉器では、機械接点に流れる電流が直流であるから、交流とは異なりゼロ点（ゼロクロス点）がない。そのため、一度アークが発生すると消え難く、長時間に亘ってアークが発生するおそれがある。また、交流とは異なり電流方向が一定であるから、接点の移転現象が生じ易い。そのため、接点が開離できなくなるといった問題が生じるおそれがあった。

　そこで、発生したアークを素早く消弧する（消す）ことができる直流開閉器が提案されている（例えば、日本国公開特許公報特開平１０－１５４４４８号参照）。当該日本国公開特許公報に示す直流開閉器は、接点間に発生したアークをローレンツ力によって引き伸ばすことで、アークを消弧する消弧装置を備えている。

　しかしながら、前記日本国公開特許公報に示す直流開閉器は、発生したアークを素早く消弧するための消弧装置を備えているものの、アーク自体は発生するおそれがある。そのため、アークの発生による接点の移転現象や、接点溶着などを防止するという点ではいまだ不十分であった。

　本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、アークの発生を確実に防止することができる直流開閉器を提供することにある。

　本発明に係る直流開閉器は、電源が接続される電源接続端子および負荷が接続される負荷接続端子が設けられた器体と、前記機械接点を有し、前記電源接続端子と前記負荷接続端子との間に挿入される接点部と、前記器体に変位自在に取り付けられた手動操作用の操作ハンドルを有し、前記操作ハンドルの操作に応じて前記機械接点を開閉する開閉機構部とを備えている。前記接点部は、前記機械接点に直列接続された半導体スイッチを有している。前記器体には、前記操作ハンドルの操作位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の検出結果に基づいて前記半導体スイッチをオンオフ制御する制御部とが収納されている。前記制御部は、前記半導体スイッチがオフであるときに、前記位置検出部の検出結果により前記操作ハンドルが開放位置から投入位置まで変位したと判定すると、前記半導体スイッチをオンに切り替えるように構成されている。

　この発明によれば、接点部がオンになる（機械接点および半導体スイッチの両方がオンになる）際には、機械接点がオンになった後に半導体スイッチがオンとなる。そのため、機械接点がオンになっても接点部に電流が流れない。よって、機械接点におけるアークの発生を確実に防止することができる。

　好ましい形態では、前記制御部は、前記半導体スイッチがオンであるときに、前記位置検出部の検出結果により前記操作ハンドルが前記開放位置に向かって変位していると判定すると、前記半導体スイッチをオフに切り替えるように構成されている。

　この発明によれば、接点部がオフになる（機械接点および半導体スイッチの両方がオフになる）際には、半導体スイッチがオフになってから機械接点がオフになる。そのため、機械接点がオフになるときには接点部に電流が流れていない。よって、機械接点におけるアークの発生を確実に防止することができる。

　好ましい形態では、前記接点部に流れる電流を検出する電流検出部と、前記機械接点を強制的に開放させる引外し装置とを備えている。前記制御部は、前記電流検出部で検出された電流と過電流判定用の閾値との比較により、過電流が発生していると判定すると、前記半導体スイッチをオフに切り替えてから、前記引外し装置を動作させるように構成されている。

　この発明によれば、過電流が発生した場合には、引外し装置により機械接点を強制的に開放させることができる。そのため、過電流からの保護が図れる。しかも、引外し装置により機械接点を強制的に開放させる際には、先に半導体スイッチをオフに切り替えることで、接点部に電流が流れない状態にする。よって、機械接点におけるアークの発生を確実に防止することができる。

　好ましい形態では、前記半導体スイッチは、前記機械接点と前記電源接続端子との間に挿入されている。前記制御部の電源端子は、前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間の電路に接続されている。

　この発明によれば、半導体スイッチを確実に駆動することができる。しかも、半導体スイッチや制御部が破壊されてしまっても、電源接続端子と負荷接続端子との間が半導体スイッチおよび制御部によって短絡されてしまうことがない。

　より好ましい形態では、前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間に挿入されるヒューズを備えている。

　この発明によれば、接点部に大電流が流れた際には、ヒューズが溶断される。そのため、大電流によって半導体スイッチが破壊されてしまうことを防止できる。よって、半導体スイッチを保護することができる。

実施形態１の直流開閉器の概略説明図である。実施形態２の直流開閉器の説明図である。同上の直流開閉器の動作のシーケンス図である。同上の直流開閉器を使用する直流配電システムの説明図である。

　（実施形態１）
　本実施形態の直流開閉器は、図１に示すように、接点部１と、電源接続端子２ａおよび負荷接続端子２ｂが設けられた器体２と、手動操作用の操作ハンドル（操作レバー）３０を有する開閉機構部３と、位置検出部４と、電流検出部５と、引外し装置６と、制御部７とを備えている。

　接点部１は、機械接点１０と、機械接点１０に直列接続された半導体スイッチ１１とを有している。つまり、接点部１は、機械接点１０と半導体スイッチ１１との直列回路を有している。以下の説明では、機械接点１０と半導体スイッチ１１の両方がオンである状態を接点部１のオン状態、機械接点１０と半導体スイッチ１１の両方がオフである状態を接点部１のオフ状態という。

　機械接点１０は、図示しない一対の接点（例えば器体２に固定された固定接点と当該固定接点に接離する可動接点）とにより構成されている。このような機械接点１０は従来周知であるから詳細な説明は省略する。半導体スイッチ１１は、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタなどからなる。なお、半導体スイッチ１１は、バイポーラトランジスタなどの所謂無接点形スイッチであればよい。また、接点部１は、ダイオード１２を有している。ダイオード１２は、負荷接続端子２ｂから電源接続端子２ａに流れる電流（逆向きの電流）によって、半導体スイッチ１１が破壊されることを防止するために設けられている。ここで、ダイオード１２は、アノードが電源接続端子２ａ側、カソードが負荷接続端子２ｂ側を向くようにして、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間に挿入されている。なお、図１では、ダイオード１２を半導体スイッチ１１と電源接続端子２ａとの間に挿入している。しかしながら、ダイオード１２の挿入位置はこれに限定されない。

　器体２は、絶縁性を有する樹脂材料（一例としてはフェノール樹脂）により形成された樹脂成形品からなる。器体２には、操作ハンドル３０を外部に臨ませる開孔（図示せず）などが必要に応じて形成されている。

　ここで、電源接続端子２ａは、図示しない電源（直流電源）を接続する端子である。電源接続端子２ａは、例えば、電源（電源のプラス極）との接続に用いられる電線や導電バーなどの接続部材が接続可能な形に形成されている。負荷接続端子２ｂは、図示しない負荷（直流負荷）を接続する端子である。負荷接続端子２ｂは、例えば、負荷との接続に用いられる電線などが接続可能な形に形成されている。

　そして、接点部１は、機械接点１０を負荷接続端子２ｂに、半導体スイッチ１１を電源接続端子２ａに接続する形で、器体２に収納されている。すなわち、器体２は、電源接続端子２ａおよび負荷接続端子２ｂを具備し接点部１を電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間に挿入する形で収納する。さらに、この器体２には、開閉機構部３、位置検出部４、電流検出部５、引外し装置６、および制御部７が収納される。

　なお、本実施形態では、電源のプラス極を負荷に接続するプラス側電路（電源接続端子２ａと、負荷接続端子２ｂと、これらの間を接続する接点部１とからなる電路）についてのみ説明する。電源のマイナス極を負荷に接続するマイナス側電路（つまり、電源のマイナス極との接続に用いられる電源接続端子およびこれに電気的に接続される負荷接続端子）については図示および説明を省略する。

　ところで、半導体スイッチ１１と電源接続端子２ａとの間には、ヒューズ８が挿入されている。ここで、ヒューズ８は、接点部１に大電流（例えば、機械接点１０や半導体スイッチ１１の許容電流を超える電流）が流れた際に溶断されるように構成されている。したがって、接点部１に大電流が流れた際には、ヒューズ８が溶断される。そのため、大電流によって半導体スイッチ１１が破壊されてしまうことを防止でき、半導体スイッチ１１を保護することができる。なお、接点部１、電源接続端子２ａ、負荷接続端子２ｂ、およびヒューズ８間の接続は、例えば編組線などを用いて行っている。また、電源接続端子２ａや負荷接続端子２ｂの構成は、直流開閉器の用途に応じて適宜変更すればよい。

　操作ハンドル３０は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されている。操作ハンドル３０は、変位自在（本実施形態では、回動自在）に器体２に取り付けられている。ここで、操作ハンドル３０の変位範囲（回動範囲）は、開放位置Ｐ１と、開放位置Ｐ１から所定角度αだけ回動させた位置（投入位置）Ｐ２と、開放位置Ｐ１から所定角度β（ただしβ＞α）だけ回動させた位置（完全投入位置）Ｐ３との間としている。

　開閉機構部３は、例えば、機械接点１０の固定接点が固着された固定端子板や、機械接点１０の可動接点が固着された可動接触子、ばね材、係止部材などを機械的に結合することによって構成されている。開閉機構部３は、操作ハンドル３０の操作に応じて機械接点１０の開閉を行う。本実施形態における開閉機構部３は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に位置しているときは、機械接点１を開き（オフにし）、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで操作された際に機械接点１を閉じる（オフにする）ように構成されている。また、開閉機構部３は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１または完全投入位置Ｐ３に位置しているときに、操作ハンドル３０をラッチするように構成されている。これによって、操作ハンドル３０が不意に動いて、勝手に完全投入位置Ｐ３と開放位置Ｐ１との間を移動することがないようにしている。このような動作を行う開閉機構部３は、従来周知の構成を応用して容易に実現できるから、詳細な説明は省略する。

　位置検出部４は、操作ハンドル３０の操作位置を検出し、その検出結果を制御部７に出力するように構成されている。位置検出部４は、例えば、操作ハンドル３０の回転角を検出するロータリセンサにより構成することができる。なお、位置検出部４は、ロータリセンサの他に、ホール素子や、ポジションセンサ、マイクロスイッチ、リードスイッチ、近接スイッチなどを利用して構成することができる。

　電流検出部５は、接点部１に流れる電流値（電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間に流れる電流値）を検出し、その検出結果を制御部７に出力するように構成されている。電流検出部５は、例えば、カレントトランスにより構成することができる。なお、電流検出部５は、電源接続端子２ａと接点部１との間などに挿入した抵抗の両端電圧により電流検出を行う電流検出器など、従来周知の電流検出手段により構成することができる。

　引外し装置６は、開閉機構部３により機械接点１０を強制的に開放（釈放）させるように構成されている。引外し装置６は、例えば、電動トリップ装置である。当該電動トリップ装置は、筒状のコイルボビン、コイルボビンの外周面に設けられたコイル、固定鉄芯、可動鉄芯（プランジャ）、復帰ばねなどを備えている。固定鉄芯は、コイルボビン内の軸方向一端側に設けられている。可動鉄芯は、コイルボビン内の軸方向他端側に軸方向にスライド移動自在に設けられている。復帰ばねは、固定鉄芯と可動鉄芯との間に介装されるコイルスプリングからなる。当該電動トリップ装置では、コイルに通電することによって、可動鉄芯が固定鉄芯側に移動する。引外し装置６では、このような動作を利用して、機械接点１０の可動接点を固定接点から引き外す。ここで、引外し装置６によって機械接点１０が強制的に開放された際には、開閉機構部３によって操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１まで移動するようにしている。なお、引外し装置６は、従来周知であるから、詳細な説明は省略する。

　制御部７は、例えばＣＰＵやロジック回路などを利用して構成されている。制御部７は、半導体スイッチ１１のゲートに与える電位を制御する機能と、引外し装置６の前記コイルに所定の電流を流す機能とを有している。制御部７の電源端子は、電源部９の出力端子に接続されている。電源部９は、制御部７を駆動するための電源（制御部７が半導体スイッチ１１のゲートに電位を与えるための電力や、前記コイルに所定の電流を流すための電力を供給する電源）である。電源部９は、例えば、レギュレータなどからなる。この電源部９の入力端子は、半導体スイッチ１１とヒューズ８との間に接続されている。つまり、制御部７を駆動するための電力は、半導体スイッチ１１と電源接続端子２ａとの間の電路から引き込んでいる。

　制御部７は、位置検出部４の検出結果に応じて、半導体スイッチ１１のオンオフ制御を行うように構成されている。また、制御部７は、電流検出部５の検出結果に応じて、半導体スイッチ１１および引外し装置６の動作制御を行うように構成されている。

　詳しく説明すると、制御部７は、操作ハンドル３０の操作位置に応じて、半導体スイッチ１１のオンオフを切り替えるように構成されている。制御部７は、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで変位した（本実施形態の場合、位置検出部４より得られた操作ハンドル４の回転角がαになった）かどうかの判定を行う。すなわち、制御部７は、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで変位したかどうかを判定する判定手段（オン判定手段）を構成する。また、制御部７は、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１側に向かって変位している（本実施形態の場合、位置検出部４より得られた操作ハンドル４の回転角がβから減少した）かどうかの判定を行う。すなわち、制御部７は、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１側に向かって変位しているかどうかを判定する判定手段（オフ判定手段）を構成する。

　制御部７は、半導体スイッチ１１がオフである場合に、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで変位したと判定すると、半導体スイッチ１１をオンに切り替えるように構成されている。また、制御部７は、半導体スイッチ１１がオンである場合に、位置検出部４の検出結果により操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１側に向かって変位していると判定すると、半導体スイッチ１１をオフに切り替えるように構成されている。

　さらに、制御部７は、電流検出部５の検出結果に基づいて過電流が発生したか否かの判定を行う。すなわち、制御部７は、電流検出部５の検出結果に基づいて過電流が発生したか否かの判定を行う過電流判定手段を構成する。制御部７は、過電流が発生したと判定すると、接点部１をオフに切り替える動作（いわゆる過電流引き外し）を行うように構成されている。ここで、過電流としては、過負荷電流と短絡電流とを考慮している。制御部７は、電流検出部５で検出した電流値と過電流判定用の閾値とを比較することにより、過負荷電流または短絡電流が発生しているか否かの判定を行う。前記過電流判定用の閾値は、過負荷電流判定用の閾値と、過負荷電流判定用閾値より大きい短絡電流判定用の閾値とである。前記過負荷電流判定用の閾値と、前記短絡電流判定用の閾値とは、直流開閉器の定格電流などに基づいて設定される。制御部７は、短絡電流が発生していると判定した場合、瞬時（一例としては、０．１秒）に接点部１をオフに切り替える瞬時引外しを行う。また制御部７は、過負荷電流が発生していると判定した場合、過負荷電流が所定時間（ＪＩＳ　Ｃ　８３７０参照）継続された際に、接点部１をオフに切り替える。ここで、前記所定時間は、過電流値（過負荷電流値）の増加に対して短くなる。つまり、制御部７は、長限時引外し（時延引外し）を行う。

　上述したように制御部７は、過電流が発生した際に接点部１をオフに切り替える。ここで、制御部７は、接点部１をオフに切り替えるにあたっては、最初に半導体スイッチ１１をオフに切り替えてから、次に引外し装置６により機械接点１０をオフにするように構成されている。なお、本実施形態における制御部７は、短絡電流が生じた際に瞬時引外しを行い、過負荷電流が生じた際に長限時引外しを行う（つまり２種類の引外しを行う）。しかしながら、制御部７は、必ずしも両方の引外しを行う必要はなく、瞬時引外しと長限時引外しのいずれかを行うように構成されていればよい。

　以上により本実施形態の直流開閉器は構成されている。次に本実施形態の直流開閉器の動作について説明する。まず、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に位置した状態では、開閉機構部３によって機械接点１０は開いている（オフである）。このとき、制御部７は半導体スイッチ１１をオフにしているから、接点部１はオフとなる。よって、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間の電路は遮断されている。

　接点部１をオンにするには、操作ハンドル３０を開放位置Ｐ１から完全投入位置Ｐ３まで回動させればよい。ここで、操作ハンドル３０を開放位置Ｐ１から完全投入位置Ｐ３に向けて回動させていくと、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置した時点で機械接点１０がオンとなる。操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置した際には、操作ハンドル３０の回転角はαとなる。そのため、制御部７は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで操作されたと判定し、半導体スイッチ１１をオンにする。したがって、接点部１がオンになる際には、半導体スイッチ１１よりも先に機械接点１０がオンになる。なお、操作ハンドル３０は完全投入位置Ｐ３まで操作されることによってラッチされる。

　このように接点部１がオンになった状態で、電流検出部５で検出した電流値に基づいて過電流が発生していると判定すると、制御部７は、接点部１をオフに切り替える。このとき、制御部７は、半導体スイッチ１１をオフに切り替えた後に、引外し装置６を動作させて、機械接点１０を強制的に開放する。よって、この場合においても、半導体スイッチ１１が機械接点１０よりも先にオフになる。

　接点部１をオフ状態にするには、操作ハンドル３０を完全投入位置Ｐ３から開放位置Ｐ１まで回動させればよい。ここで、操作ハンドル３０を完全投入位置Ｐ３から投入位置Ｐ２に向けて回動させていくと、操作ハンドル３０の回転角はβから減少する。そのため、制御部７は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に向けて変位していると判定し、半導体スイッチ１１をオフに切り替える。この後に、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１まで操作された際に、機械接点１０がオフとなる。したがって、接点部１がオフとなる際には、機械接点１０よりも半導体スイッチ１１が先にオフになる。なお、操作ハンドル３０は開放位置Ｐ１まで操作されることによってラッチされる。

　以上述べた本実施形態の直流開閉器によれば、接点部１がオンになる際、つまり投入動作（閉動作）時には、機械接点１０がオンになった後に半導体スイッチ１１がオンとなる。そのため、機械接点１０がオンになっても接点部１に電流が流れない。一方、接点部１がオフになる際、つまり開放動作（開動作）時には、半導体スイッチ１１がオフになってから機械接点１０がオフになる。そのため、機械接点１０がオフになるときにも接点部１に電流が流れていない。

　よって、接点部１をオンにするとき、あるいはオフにするときのいずれの場合においても、機械接点１０におけるアークの発生を確実に防止することができる。

　さらに、過電流が発生した（接点部１に過電流が流れた）場合には、引外し装置６により機械接点１０を強制的に開放させることができる。よって、過電流からの保護が図れる。しかも、引外し装置６により機械接点１０を強制的に開放させる際には、先に半導体スイッチ１１をオフに切り替えることで、接点部１に電流が流れていない状態とする。そのため、トリップ動作においても、機械接点１０におけるアークの発生を確実に防止することができる。

　本実施形態の直流開閉器では、半導体スイッチ１１は、機械接点１０と電源接続端子２ａとの間に挿入されている。電源部９の入力端子は、半導体スイッチ１１と電源接続端子２ａとの間に接続されている。そのため、半導体スイッチ１１がオフであっても、電源部９から制御部７に電力を供給できる。

　また、半導体スイッチ１１や制御部７が破壊されてしまっても、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間が半導体スイッチ１１および制御部７によって短絡されてしまうおそれがない。ここで、半導体スイッチ１１が機械接点１０と負荷接続端子２ｂとの間に挿入され、電源部９の入力端子が機械接点１０と電源接続端子２ａとの間に接続されている場合を考える。この場合に、半導体スイッチ１１および制御部７が破壊されると、電源接続端子２ａ、電源部９、制御部７、半導体スイッチ１１、負荷接続端子２ｂという電路が形成されるおそれがある。当該電路が形成されると、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間が短絡されてしまうおそれがある。これに対して、図１に示す本実施形態の場合には、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間には機械接点１０が存在するから、半導体スイッチ１１および制御部７が破壊されたとしても直ちに短絡されてしまうことがない。

　なお、本実施形態の直流開閉器はあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲を本実施形態の構成に限定する趣旨ではない。よって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。例えば、必ずしも、接点部１をオンにするとき、あるいはオフにするときのいずれの場合においても、機械接点１０におけるアークの発生を防止する構成とする必要はない。少なくとも一方においてアークの発生を防止するようにしてもよい。当然ながら、いずれの場合においてもアークの発生を防止することが好ましい。また、本実施形態の直流開閉器は、過電流が流れた際に接点部１をオフに切り替える引外し動作を行うため、回路遮断器としての機能を備えている。しかしながら、当該機能は必ずしも設ける必要はなく、電流検出部５および引外し装置６を備えていない構成とすることも可能である。さらに、本実施形態では、前記プラス側電路についてのみ説明し、前記マイナス側電路については図示および説明を省略したが、前記マイナス側電路においてもプラス側電路と同様の構成としてもよい。これらの点は後述する実施形態２においても同様である。

　（実施形態２）
　本実施形態の直流開閉器では、接点部１の機械接点１０と、開閉機構部３と、位置検出部４と、制御部７とが実施形態１と異なっている。なお、本実施形態のその他の構成については実施形態１と同様である。よって、同様の構成については同一の符号を付して図示および説明を省略する。

　本実施形態における位置検出部４は、図２Ａ～Ｂに示すように、操作ハンドル３０の操作に応じて開閉する接点からなる。本実施形態における操作ハンドル３０には、機械接点１０用の第１の押圧片３０ａと、位置検出部４用の第２の押圧片３０ｂとが設けられている。なお、図２Ａ～Ｂでは、機械接点１０、操作ハンドル３０、位置検出部４を簡略化して図示している。

　本実施形態における機械接点１０は、図２Ａ～Ｂに示すように、一対の接点（図示せず）がそれぞれ設けられた第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂを有している。第１の可動板１０ａは、第１の押圧片３０ａにより第２の可動板１０ｂに近接するように押圧される。第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂは、弾性を有する金属材料により長尺板状に形成されている。これら第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂは、下記の動作を行えるように器体２に収納されている。

　第１の可動板１０ａは、操作ハンドル３０を開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで回動させるときに、操作ハンドル３０の第１の押圧片３０ａによって押圧される。これによって、第１の可動板１０ａは、第２の可動板１０ｂに接近するように変位させられる。そして、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置したときには、第１の可動板１０ａの接点が第２の可動板１０ｂの接点に所定の接圧で接触する。ここで、第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂは、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置する直前に接触する。すなわち、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置した際には、第１の可動板１０ａによって第２の可動板１０ｂが押圧されるようにしている。これによって、一対の接点同士が所定の接圧で接触する（つまり、投入位置Ｐ２において第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂが確実に接触するようにしている）。また、機械接点１０の第１の可動板１０ａは、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３に位置した場合でも一対の接点同士が所定の接圧で接触するように形成される（図示例ではく字状に折曲されている）。

　一方、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に戻ったときには、第１および第２の可動板１０ａ，１０ｂは自身のばね力によって、各々の接点同士が接触しない位置に復帰する。

　上述したように本実施形態における機械接点１０は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に位置しているとき（何ら負荷がかけられていないとき）に、一対の接点同士が離間した開状態（オフ）となる。一方、機械接点１０は、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置しているときに、一対の接点同士が所定の接圧で接触する閉状態（オン）となる。

　本実施形態における位置検出部４は、本実施形態における機械接点１０と同様の構成である。位置検出部４は、一対の接点（図示せず）がそれぞれ設けられた第１および第２の可動板４ａ，４ｂを有している。この位置検出部４では、機械接点１０とは異なるタイミングでオンオフが行われるようにしている。これら第１および第２の可動板４ａ，４ｂは、下記の動作を行えるように器体２に収納されている。

　この位置検出部４の第１の可動板４ａは、操作ハンドル３０を投入位置Ｐ２から完全投入位置Ｐ３まで回動させるときに、操作ハンドル３０の第２の押圧片３０ｂによって押圧される。これによって、第１の可動板４ａは、第２の可動板４ｂに接近するように変位させられる。そして、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３に位置したときには、第１の可動板４ａの接点が第２の可動板４ｂの接点に所定の接圧で接触する。ここで、第１および第２の可動板４ａ，４ｂは、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３に位置する直前に接触する。すなわち、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３に位置した際には、第１の可動板４ａによって第２の可動板４ｂが押圧されるようにしている。これによって、一対の接点が所定の接圧で接触する（つまり、完全投入位置Ｐ３において第１および第２の可動板４ａ，４ｂが確実に接触するようにしている）。一方、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に戻ったときには、第１および第２の可動板４ａ，４ｂは自身のばね力によって、各々の接点同士が接触しない位置に復帰する。

　上述したように本実施形態における位置検出部４は、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１～投入位置Ｐ２に位置しているとき（何ら負荷がかけられていないとき）に、一対の接点同士が離間した開状態（オフ）となる。一方、位置検出部４は、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３に位置しているときに、一対の接点同士が所定の接圧で接触する閉状態（オン）となる。

　したがって、本実施形態における位置検出部４は、機械接点１０がオンになった後にオンになり、機械接点１０がオフになる前にオフになる。そのため、位置検出部４がオフからオンになったときには、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１から投入位置Ｐ２まで変位したと判定することができる。また、位置検出部４がオンからオフになったときには、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に向かって変位していると判定することができる。

　本実施形態における制御部７は、実施形態１と同様であるが、位置検出部４のオンオフに連動して半導体スイッチ１１をオンオフするようになっている点で異なっている。すなわち、本実施形態における制御部７は、位置検出部４がオンであるときに半導体スイッチ１１をオンにし、位置検出部４がオフであるときに半導体スイッチ１１をオフにするように構成されている。このような制御を実現するためには制御部７で位置検出部４のオンオフを検出する必要がある。しかしながら、このようなオンオフの検出は従来周知の構成により容易に実現できるから説明を省略する。

　次に、本実施形態の直流開閉器の動作を、図３に示すシーケンス図を参照して説明する。

　まず、操作ハンドル３０が開放位置Ｐ１に位置した状態では、機械接点１０および位置検出部４はともにオフである。この場合、制御部７は半導体スイッチ１１をオフにする。このとき接点部１はオフであるから、電源接続端子２ａと負荷接続端子２ｂとの間の電路は遮断されている。

　投入動作（閉動作）時には、操作ハンドル３０を開放位置Ｐ１から完全投入位置Ｐ３に向けて回動させていく。このとき、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置した時点で、機械接点１０がオンになる。ただし、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２に位置しても位置検出部４はオンにはならない。そのため、半導体スイッチ１１はオフのままである。そして、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２から完全投入位置Ｐ３まで操作されると、位置検出部４がオンになる。よって、制御部７は半導体スイッチ１１をオンにする。したがって、投入動作時（接点部１をオンにする際）には、機械接点１０がオンになってから半導体スイッチ１１がオンになる。

　一方、開放動作（開動作）時には、操作ハンドル３０を完全投入位置Ｐ３から開放位置Ｐ１に向けて回動させていく。このとき、操作ハンドル３０が完全投入位置Ｐ３から移動すると、位置検出部４がオフになる。そのため、制御部７は半導体スイッチ１１をオフにする。この後に、操作ハンドル３０が投入位置Ｐ２を通過すると、機械接点１０がオフとなる。したがって、開放動作時（接点部１をオフにする際）には、半導体スイッチ１１がオフになってから機械接点１０がオフになる。

　以上述べた本実施形態の直流開閉器によれば、実施形態１と同様に、投入動作時に機械接点１０がオンになっても接点部１に電流が流れない。また、開放動作時に機械接点１０がオフになるときも接点部１に電流が流れていない。よって、接点部１をオンにするとき、あるいはオフにするときのいずれの場合においても、機械接点１０におけるアークの発生を確実に防止することができる。実施形態１とは異なり高価なセンサ等が不要になるから、低コスト化を図ることができる。

　ところで、本実施形態および前記実施形態１の直流開閉器は、例えば、図４に示すような直流配電システムにおいて、後述の直流ブレーカ１１４として用いられる。

　図４では、直流配電システムを適用する建物として、戸建て住宅の家屋Ｈを例示している。しかし、直流配電システムは、集合住宅にも適用できる。

　家屋Ｈには、直流電力を出力する直流電力供給部１０１と、直流機器１０２とが設けられている。直流機器１０２は、直流電力により駆動される負荷である。ここで、直流機器１０２には、直流電力供給部１０１の出力端部に接続された直流供給線路Ｗｄｃを通して直流電力が供給される。なお、直流電力供給部１０１と直流機器１０２との間には、前述の直流ブレーカ１１４が設けられている。直流ブレーカ１１４は、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流給電線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から直流機器１０２への給電を制限ないし遮断する。

　直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路と通信路とに兼用されている。例えば、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することで、直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。

　上述した直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給部１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置である。宅内サーバ１１６は、宅内網において直流機器１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。

　図４に示す例では、サブシステムとして、情報機器システムＫ１０１と、照明システムＫ１０２，Ｋ１０５と、玄関システムＫ１０３と、住警器システムＫ１０４とが設けられている。なお、各サブシステムは、自立分散システムを構成している。したがって、サブシステム単独でも動作が可能である。また、サブシステムは上記の例に限定されない。

　ところで、直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられている。図４に示す例では、情報機器システムＫ１０１と、照明システムＫ１０２および玄関システムＫ１０３と、住警器システムＫ１０４と、照明システムＫ１０５とにそれぞれ１個ずつ直流ブレーカ１１４を関連付けて設けている。なお、１個の直流ブレーカ１１４に複数のサブシステムを関連付ける場合には、接続ボックス１２１が設けられる。接続ボックス１２１は、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割するように構成されている。図４に示す例では、照明システムＫ１０２と玄関システムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。

　情報機器システムＫ１０１は、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器１０２からなる。当該直流機器１０２は、例えば、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で家屋Ｈに先行配置（家屋Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される。

　照明システムＫ１０２，Ｋ１０５は、照明器具のような照明系の直流機器１０２からなる。図４に示す例では、照明システムＫ１０２は、家屋Ｈに先行配置される照明器具（直流機器１０２）からなる。ここで、照明システムＫ１０２の照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えることができる。また、制御の指示は、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることもできる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器１０２とともに通信の機能を有している。さらに、制御の指示は、宅内網の別の直流機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号を用いて与えることもできる。照明器具への指示内容は、例えば、点灯、消灯、調光、点滅点灯などである。一方、照明システムＫ１０５は、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器１０２）からなる。なお、引掛シーリング１３２には、家屋Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ければよい。

　玄関システムＫ１０３は、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器１０２からなる。

　住警器システムＫ１０４は、火災感知器のような警報系の直流機器１０２からなる。

　上述した直流コンセント１３１および引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができる。直流コンセント１３１および引掛シーリング１３２は、接続された直流機器１０２に直流電力を出力する。よって、以下では直流コンセント１３１と引掛シーリング１３２とを区別する必要がない場合には、これらを「直流アウトレット」と呼ぶ。これら直流アウトレットの器体には、直流機器１０２の接触子が差し込まれる接続口（差込式の接続口）が開口している。また、当該器体には、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが保持されている。よって、このような構造を有する直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。なお、直流機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。また、上記接触子は、直流機器１０２に直接設けられるか、または接続線を介して設けられる。

　宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴにも接続される。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ（コンピュータサーバ）２００によるサービスを享受することができる。

　センタサーバ２００は、例えば、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスを提供する。当該サービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。

　宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００と通信する機能と、宅内網に接続された機器と通信する機能とを両方備えている。また、宅内サーバ１１６は、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）を取得する機能を備えている。ここで、宅内サーバ１１６とセンタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。したがって、通信端未を用いて宅内の機器の監視や制御を行うことが可能になる。

　通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させる。宅内の機器は、定期的に片方向のポーリング通信を行い、これによって、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。このような動作によって、通信端末を用いて宅内の機器の監視や制御することが可能になる。なお、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器はセンタサーバ２００にイベントの発生を通知する。そして、センタサーバ２００は、宅内の機器からイベントの発生が通知されると、電子メールにより当該イベントの発生を通信端末に通知する。

　ところで、宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理を行う機能である。宅内サーバ１１６は、ＵＰｎＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｐｌｕｇ　ａｎｄ　Ｐｌａｙ）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。また、宅内サーバ１１６は、ブラウザ機能を有する表示器１１７を備えている。また、宅内サーバ１１６は、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。ここで、表示器１１７はタッチパネル、またはその他の操作部を有する構成としている。そのため、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択することができる。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視や制御が可能になる。なお、表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。

　宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理している。例えば、宅内サーバ１１６は、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。ここで、機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出される。機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うようにすればよい。なお、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。

　機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について連動動作の関係付けを行えば、例えば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。

　ところで、直流電力供給部１０１は、基本的には、交流電源（例えば、宅外から供給される商用電源）ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図４に示す構成では、交流電源ＡＣは、主幹ブレーカ１１１を通してスイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ここで、主幹ブレーカ１１１は、分電盤１１０に内器として取り付けられている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に供給される。

　直流電力供給部１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源の停電期間）を考慮して二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図４に示す例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含んでいる。また、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。

　分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよい。しかし、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電される。二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１０２への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換してＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力するようにしてもよい。

　ところで、直流機器１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択される。そのため、協調制御部１１３は、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えていることが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器１０２）に対して１種類の電圧が供給される。しかしながら、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。また、２線式の直流供給線路Ｗｄｃを用いる場合には、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用できる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。

　図４に示す例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ設けている。しかしながら、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設してもよい。複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させることが望ましい。

　上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられている。これによって、主電源および分散電源や直流機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行えるようにしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器１０２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送される。

　図４に示す例では、主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力を直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置している。しかしながら、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２は必ずしも分電盤１１０内に配置する必要はない。例えば、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）によって、交流供給線路を複数系統に分岐させ、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。すなわち、系統ごとに交流電力を直流電力に変換する構成を採用してもよい。この場合、家屋Ｈの各階や各部屋を単位として直流電力供給部１０１を設けることができる。そのため、直流電力供給部１０１を系統別に管理できる。しかも、直流電力を利用する直流機器１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなる。これによって、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減できる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。

Claims

　電源が接続される電源接続端子および負荷が接続される負荷接続端子が設けられた器体と、
　前記機械接点を有し、前記電源接続端子と前記負荷接続端子との間に挿入される接点部と、
　前記器体に変位自在に取り付けられた手動操作用の操作ハンドルを有し、前記操作ハンドルの操作に応じて前記機械接点を開閉する開閉機構部とを備える直流開閉器において、
　前記接点部は、前記機械接点に直列接続された半導体スイッチを有し、
　前記器体には、前記操作ハンドルの操作位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の検出結果に基づいて前記半導体スイッチをオンオフ制御する制御部とが収納され、
　前記制御部は、前記半導体スイッチがオフであるときに、前記位置検出部の検出結果により前記操作ハンドルが開放位置から投入位置まで変位したと判定すると、前記半導体スイッチをオンに切り替えるように構成されていることを特徴とする直流開閉器。
　前記制御部は、前記半導体スイッチがオンであるときに、前記位置検出部の検出結果により前記操作ハンドルが前記開放位置に向かって変位していると判定すると、前記半導体スイッチをオフに切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の直流開閉器。
　前記接点部に流れる電流を検出する電流検出部と、
　前記機械接点を強制的に開放させる引外し装置とを備え、
　前記制御部は、前記電流検出部で検出された電流と過電流判定用の閾値との比較により、過電流が発生していると判定すると、前記半導体スイッチをオフに切り替えてから、前記引外し装置を動作させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の直流開閉器。
　前記半導体スイッチは、前記機械接点と前記電源接続端子との間に挿入され、
　前記制御部の電源端子は、前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間の電路に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の直流開閉器。
　前記半導体スイッチは、前記機械接点と前記電源接続端子との間に挿入され、
　前記制御部の電源端子は、前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間の電路に接続されていることを特徴とする請求項３記載の直流開閉器。
　前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間に挿入されるヒューズを備えていることを特徴とする請求項４記載の直流開閉器。
　前記半導体スイッチと前記電源接続端子との間に挿入されるヒューズを備えていることを特徴とする請求項５記載の直流開閉器。