(57)【要約】【課題】  永久磁石を使用して消弧する構成において、接点間距離を短くすることが可能な直流開閉器を提供する。【解決手段】  可動接点２が接触／解離動作する開閉空間Ｖに対して、可動接点２の移動方向に直交する方向に磁界が形成されるよう配置した永久磁石４と、固定接触子１ａとコンデンサＣ及び抵抗Ｒの並列回路を介して連結され、解離した可動接点２の近傍から固定接点１の近傍に亘る長さを有する補助電極３とを備え、可動接点２を解離動作させた際に発生するアーク放電が、補助電極３の方向へ伸張されるよう磁界Ｅ１を形成するよう永久磁石４を配置した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点を備えた固定接触子と可動接点を備えた可動接触子とを電路上に設けて、前記固定接点に対して可動接点を接触／解離動作させることで、前記電路の接続／遮断を実施する直流開閉器であって、
前記可動接点が接触／解離動作する開閉空間に対して、前記可動接点の移動方向に直交する方向に磁界が形成されるよう配置した永久磁石と、
前記固定接触子、前記可動接触子の何れか一方とコンデンサ及び抵抗の並列回路を介して連結され、解離した前記可動接点近傍から前記固定接点近傍に亘る長さを有する補助電極とを備え、
前記可動接点を解離動作させた際に発生するアーク放電が、前記補助電極の方向へ伸張される磁界を形成するよう前記永久磁石を配置したことを特徴とする直流開閉器。
【請求項２】
固定接点を備えた固定接触子と可動接点を備えた可動接触子とを電路上に設けて、前記固定接点に対して可動接点を接触／解離動作させることで、前記電路の接続／遮断を実施する直流開閉器であって、
前記可動接点が接触／解離動作する開閉空間に対して、前記可動接点の移動方向に略直交する方向に磁界が形成されるよう配置した永久磁石と、
前記固定接触子、前記可動接触子の何れか一方とコンデンサ及び抵抗の並列回路を介して連結され、前記固定接点の近傍で前記可動接触子に接触する補助電極とを備え、
当該補助電極は、前記可動接触子に接触した状態で前記可動接点の接触／解離動作に連動して移動するよう連携配置される一方、前記可動接点の解離動作の途中で前記補助電極の移動を所定位置で停止させるストッパを備え、
前記可動接点を解離動作させた際に発生するアーク放電が、前記補助電極側に伸張される磁界を形成するよう前記永久磁石を配置したことを特徴とする直流開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電路を開閉操作する直流開閉器に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーの観点から、また産業用太陽光発電の普及による発電電圧の高電圧化等から、直流高電圧配電（ＨＶＤＣ）が検討されている。
しかしながら、給電電圧が高くなると電路を開放する際に接点間にアーク放電が生じ易く、また消え難くなる。特に直流の場合、一度発生したアーク放電は消え難いため、開閉器においては交流に比べて消弧対策が重要となる。これは、交流では直流と異なり周期的に０Ｖの電位があるため発生したアーク放電は切れやすいが、直流では常に一定の電圧が加わることで一度発生したアークは他の条件が変わらない限り切れない特性に依る。
そのため、直流電路に設置される開閉器には、開閉する接点を挟むように永久磁石を配置して、磁力によりアーク放電の形成経路を強制的に変更して消弧を促進させるよう構成したものがある。例えば特許文献１では、開極の際に生ずるアーク放電を挟むように永久磁石を対向させて配置すると共に、アーク放電の橋絡を阻止する消弧絶縁板を配置して、発生したアーク放電を強制的に特定方向に伸張させることで比較的大電流でも遮断できるよう構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記永久磁石を消弧室周囲に設置したものは、比較的大電流が流れる電路に対しても有効な構成であった。しかしながら、アーク放電を確実に消弧させるためには、解離させた固定接点と可動接点との距離をある程度大きな間隔とする必要があり、開閉器の小型化を進める場合、この接点間距離を小さくできる構成が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、永久磁石を使用して消弧する構成において、接点間距離を短くすることが可能な直流開閉器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、固定接点を備えた固定接触子と可動接点を備えた可動接触子とを電路上に設けて、前記固定接点に対して可動接点を接触／解離動作させることで、前記電路の接続／遮断を実施する直流開閉器であって、前記可動接点が接触／解離動作する開閉空間に対して、前記可動接点の移動方向に直交する方向に磁界が形成されるよう配置した永久磁石と、前記固定接触子、前記可動接触子の何れか一方とコンデンサ及び抵抗の並列回路を介して連結され、解離した前記可動接点近傍から前記固定接点近傍に亘る長さを有する補助電極とを備え、前記可動接点を解離動作させた際に発生するアーク放電が、前記補助電極の方向へ伸張される磁界を形成するよう前記永久磁石を配置したことを特徴とする。
この構成によれば、接点解離時に固定接点と可動接点の間で発生するアーク放電は、磁力により補助電極側に伸張される応力により曲がるため、解離動作の途中で接点間から補助電極と接点の間に移行する。その後は、コンデンサと抵抗の並列回路がアーク放電のエネルギーを吸収するため、良好に消弧させることができる。よって、解離した状態の固定接点と可動接点との距離を従来より短くすることが可能となり、直流開閉器の小型化に寄与する。
【０００７】
請求項２の発明は、固定接点を備えた固定接触子と可動接点を備えた可動接触子とを電路上に設けて、前記固定接点に対して可動接点を接触／解離動作させることで、前記電路の接続／遮断を実施する直流開閉器であって、前記可動接点が接触／解離動作する開閉空間に対して、前記可動接点の移動方向に略直交する方向に磁界が形成されるよう配置した永久磁石と、前記固定接触子、前記可動接触子の何れか一方とコンデンサ及び抵抗の並列回路を介して連結され、前記固定接点の近傍で前記可動接触子に接触する補助電極とを備え、当該補助電極は、前記可動接触子に接触した状態で前記可動接点の接触／解離動作に連動して移動するよう連携配置される一方、前記可動接点の解離動作の途中で前記補助電極の移動を所定位置で停止させるストッパを備え、前記可動接点を解離動作させた際に発生するアーク放電が、前記補助電極側に伸張される磁界を形成するよう前記永久磁石を配置したことを特徴とする。
この構成によれば、接点解離時に固定接点と可動接点の間で発生するアーク放電は、磁力により補助電極側に伸張される応力により曲がる。一方で、可動接点に連携して移動する補助電極は、途中で停止して可動接触子から離れる。よって、アーク放電は接点解離動作の途中で接点間から補助電極と接点の間に移行する。その後は、コンデンサと抵抗の並列回路がアーク放電のエネルギーを吸収するため、補助電極と可動接触子とが解離しても両者の間でアーク放電が発生することがなく、良好に消弧させることができる。よって、解離した状態の固定接点と可動接点との距離を従来より短くすることが可能となり、直流開閉器の小型化に寄与する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、接点解離時に固定接点と可動接点の間で発生するアーク放電は、磁力により補助電極側に伸張されて曲がるため、解離動作の途中で接点間から補助電極と接点の間に移行する。その後は、コンデンサと抵抗の並列回路がアーク放電のエネルギーを吸収するため、良好に消弧させることができる。よって、解離した状態の固定接点と可動接点との距離を従来より短くすることが可能となり、直流開閉器の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る直流開閉器の第１の形態を示す接点部の概略構成図であり、（ａ）は接点を解離させた状態の側面説明図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面説明図である。
【図２】図１の接点の動作説明図であり、（ａ）は解離した直後の状態、（ｂ）は、解離が進み、アーク放電の向きが変化した状態を示している。
【図３】直流開閉器の第２の形態を示す接点部の概略構成図であり、接点を解離させた状態の説明図である。
【図４】図３の接点の動作説明図であり、（ａ）は接触させた状態、（ｂ）は解離した直後の状態、（ｃ）は可動接触子が補助電極から離れた状態を示している。
【図５】永久磁石の他の配置形態を示す接点部の概略構成図である。
【図６】永久磁石の他の配置形態を示す接点部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。本発明は、アーク放電が発生する空間に永久磁石を配置して磁界を形成するのに加えて、可動接点或いは固定接点の近傍に補助電極を設けて、アークの速やかな消弧を可能とするものである。最初に、補助電極を固定接点及び可動接点の双方に近接させて設けた構成を説明する。
【００１１】
［第１の形態］
図１は本発明に係る直流開閉器の第１の形態を示す接点部の概略構成図であり、（ａ）は接点を解離させた状態の側面説明図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面説明図を示している。図１において、１は固定接触子１ａに設けられた固定接点、２は可動接触子２ａに設けられた可動接点、３は補助電極、４は永久磁石、５は永久磁石４を固着して可動接点２が接触／解離動作する開閉空間Ｖを覆い、開閉空間Ｖに磁界を形成するためにコ字状に形成された継鉄を示している。そして、固定接点１と補助電極３とは並列に配置されたコンデンサＣと抵抗Ｒにより接続されている
【００１２】
永久磁石４は、図１（ｂ）に示すように、固定接点１及び可動接点２を配置した開閉空間Ｖの側部に両接点に隣接するように配置され、解離した固定接点１と可動接点２の間に一様な磁界が形成されるよう開放された両接点に亘る大きさを備えている。また、ここでは固定接点１から可動接点２に向かって電流が流れるよう両接触子１ａ，２ａは電路に接続されて（固定接点１がプラス極、可動接点２がマイナス極となって）おり、永久磁石４はＳ極を接点１，２側、Ｎ極を継鉄５側として配置されている。
【００１３】
この結果、永久磁石４と継鉄５とで開閉空間Ｖに形成される磁界は、図１（ｂ）の矢印Ｅ１に示す方向で発生し、接点１，２間に発生するアーク放電に対しては、フレミングの左手の法則に基づき図１（ｂ）の×印で示す方向、即ち紙面表側から裏側を向く応力が発生する。この結果、図１（ａ）の矢印Ｑの方向の応力がアーク放電に対して発生し、この方向に伸張されることになる。
【００１４】
一方、補助電極３は、可動接点２を接触／解離動作させるために、開閉動作する可動接触子２ａの先端前方に配置されている。即ち、固定接点１と可動接点２との間（以下、単に「接点間」とする）で発生するアーク放電が永久磁石４の応力で伸張される矢印Ｑの方向に設置されている。
この補助電極３は、可動接点２に対して常に一定の距離を保つように、その移動軌跡にあわせて円弧状に形成されたアーク吸収板３ａを有している。このアーク吸収板３ａは、固定接点１の近傍から立ち上げ形成され、解離した可動接点２の近傍に至る長さを有し、両接点１，２から等距離となるよう配置されている。そして、並列配置したコンデンサＣ及び抵抗Ｒを介して固定接触子１ａに接続されている。
【００１５】
上記の如く構成された接点部の開操作時に発生するアーク放電は、以下のように消弧される。図２は、図１に示す接点部の開動作説明図であり、（ａ）は解離した直後の状態、（ｂ）は、解離が進み、アーク放電の方向が変化した状態を示し、この図２を参照して説明する。
図２（ａ）に示すように、解離した直後は接点間でアーク放電Ｗが発生する。このアーク放電Ｗは、可動接点２の解離が進むに従い、形成されている磁界による磁力によりアーク吸収板３ａの方へ伸張され、やがて図２（ｂ）に示すように可動接点２と補助電極３との間に移行する。尚、ここでは固定接点１と補助電極３とは抵抗Ｒを介して接続されているため、この間でアーク放電は発生しない。
【００１６】
こうして可動接点２と補助電極３の間にアーク放電Ｗが移行すると、アーク放電Ｗのエネルギーは、コンデンサＣに充電されるが、並列に配置されている抵抗Ｒにより消費され、アーク放電Ｗのエネルギーは直ぐに消滅する。この結果、解離が完了した図１（ａ）の時点で、アーク放電は消弧する。具体的に、例えば電圧４００Ｖ電路においては、一例としてコンデンサＣ＝１μＦ、抵抗Ｒ＝１ｋΩとすることで良好な消弧を実現できる。
【００１７】
このように、電路に電流が流れている状態で接点１，２が解離すると、固定接点１と可動接点２の間でアーク放電が発生するが、このアーク放電は磁力により補助電極３側に伸張される応力により曲がるため、解離動作の途中で接点１，２の間から補助電極３と可動接点２の間に移行する。この移行により、コンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路がアーク放電のエネルギーを吸収するため、良好に消弧させることができる。よって、解離した状態の固定接点１と可動接点２との距離を従来より短くすることが可能となり、直流開閉器の小型化に寄与する。
【００１８】
尚、補助電極３は、コンデンサＣ及び抵抗Ｒを介して固定接触子１に接続されているが、固定接触子１ａではなく可動接触子２ａとの間にコンデンサＣ及びＲを接続しても良い。この場合、アーク放電は接点間から固定接点１と補助電極３の間に移行する。
また、永久磁石４は両接点１，２の左右の一方の側に配置しているが、左右双方に配置しても良く、その場合は継鉄５は無くて良い。
【００１９】
次に、補助電極を可動接触子に連動するように設けた構成を説明する。
［第２の形態］
図３は直流開閉器の第２の形態を示す接点部の概略構成図であり、接点を解離させた状態を示している。また、上記形態と同様に永久磁石４及び継鉄５を備えているが、形状及び配置は同様であるため省略してある。以下、接点及び補助電極に関して説明する。
図３において、６は補助電極であり、固定接点１と可動接点２の間に配置されている。この補助電極６は、先端に可動接触子２ａに接触する補助接点６ａを有し、可動接触子２ａに対峙するように配置されている。また、７は固定配置されて補助電極６が係合するストッパである。
尚、矢印Ｅ２は図示しない永久磁石により形成された磁界の方向を示し、紙面奥側がＮ極で手前がＳ極であることを示している。
【００２０】
補助電極６は、可動接点２に連携して動作するよう配置され、固定接点１と接触状態にある可動接点２が解離動作する際に、可動接触子２ａに接触した状態で同調して開動作する。但し、解離動作の途中でストッパ７に係合することで所定位置で停止し、可動接点２を解離させた状態で固定接点１及び可動接点２の双方と所定の距離を保持する。また、可動接触子２ａとの間にコンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路が接続されている。
【００２１】
上記の如く構成された接点部の開操作時に発生するアーク放電は、以下のように消弧される。図４は接点１，２の解離動作説明図であり、（ａ）は接触させた状態、（ｂ）は解離した直後の状態、（ｃ）は可動接触子２ａが補助電極６から離れた状態を示し、図４を参照して説明する。
図４（ａ）に示すように、可動接点２を固定接点１に接触させた電路閉路中は、補助電極６は可動接触子２ａに接触している。そして、可動接点２の解離が始まると、補助電極６も図４（ｂ）に示すように可動接点２に連動して接触を保持して移動を開始する。同時に、固定接点１と可動接点２との間にアーク放電Ｗが発生する。
その後解離が進むと、やがて補助電極６はストッパ７に係合する。ストッパ７に係合した補助電極６はその時点で停止し、その後図４（ｃ）に示すように可動接触子２ａと分離される。
【００２２】
尚、このストッパ７は、可動接点２の解離が完了した両接点間の略中間位置に補助接点６ａが配置されように設けられている。中間位置とすることで、コンデンサＣと抵抗Ｒの接続先が可動接触子２ａから固定接触子１ａに変更されても、同様なアーク放電の消弧特性を発揮させることができる。
【００２３】
分離されることで、固定接点１と可動接点２の間に発生していたアーク放電Ｗは、磁界の作用により補助電極６側に伸び、やがて図４（ｃ）に示すように固定接点１と補助電極６の間に移行する。こうなると、アーク放電のエネルギーはコンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路に消費され消弧される。また、可動接触子２と補助電極６とはコンデンサＣと抵抗Ｒとで連結されているため、可動接触子２ａが補助電極６から離れる際にはアーク放電は発生しない。
【００２４】
このように、電路に電流が流れている状態で接点１，２が解離すると、固定接点１と可動接点２の間でアーク放電が発生するが、このアーク放電は磁力により補助電極６側に伸張される応力により曲がる。一方で、可動接点２に連携して移動する補助電極６は、途中で停止して可動接触子２から離れる。よって、アーク放電は接点解離動作の途中で接点１，２の間から補助電極６と可動接点２の間に移行する。その後は、コンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路がアーク放電のエネルギーを吸収するため、補助電極６と可動接触子２とが解離しても両者の間でアーク放電が発生することがなく、良好に消弧させることができる。よって、解離した状態の固定接点１と可動接点２との距離を従来より短くすることが可能となり、直流開閉器の小型化に寄与する。
【００２５】
尚、上記実施形態では、永久磁石４を開閉空間Ｖの側部に両接点に隣接するように配置しているが、両接点の側方に磁石の配置空間が無い場合は、図５に示すように一方の接点の背部（図５では固定接点１の背部）に永久磁石４を配置して、永久磁石の両極から開閉空間Ｖの側方に延びてそれぞれ覆う鉄板９，９を配置しても良い。また、直流開閉器は接点部を一対備えているため、双方の接点部に対して図６に示すように１個の永久磁石４でそれぞれの開閉空間Ｖに磁界を形成しても良い。１０ａ、１０ｂはそれぞれ開閉空間Ｖに磁界を形成するための鉄板を示している。
また、上記実施形態では、補助電極６と可動接触子２ａとをコンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路で接続しているが、動接触子２ａではなく固定接触子１ａとの間にコンデンサＣ及び抵抗Ｒを接続しても良い。この場合、アーク放電は接点間から可動接点２と補助電極６の間に移行する。
更に、第１及び第２の形態の何れも、固定接点１をプラス極、可動接点２をマイナス極としているが、逆の極性であっても良く、配置した補助電極にアーク放電が延びるように（引き寄せられるように）磁界を形成すれば良い。
【符号の説明】
【００２６】
１・・固定接点、１ａ・・固定接触子、２・・可動接点、２ａ・・可動接触子、３・・補助電極、４・・永久磁石、６・・補助電極、６ａ・・補助接点、７・・ストッパ、Ｃ・・コンデンサ、Ｒ・・抵抗、Ｖ・・開閉空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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