(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を接点の開離によって遮断するときに発生するアークを消弧するための消弧装置において、
固定接点及び可動接点からなる接点、前記可動接点を有する可動接触子、前記可動接触子に連結し前記接点を開離させるための操作部材、及び磁界を前記接点の近傍に発生させる磁界発生手段を備え、
前記磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記固定接点と前記可動接点との間に、前記可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、
前記可動接触子が、前記可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、
前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記固定接点を基点とする二つの方向に、アークを冷却するための非磁性体からなる全ての消弧グリッドを前記突起の先端より前記固定接点側に配置したことを特徴とする消弧装置。
【請求項２】
第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、
前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一であることを特徴とする請求項１記載の消弧装置。
【請求項３】
前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点を通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置したことを特徴とする請求項２記載の消弧装置。
【請求項４】
電源と負荷との間に放電もしくは充電のために通流する電流を接点の開離によって遮断する車載用開閉器において、
第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、前記可動接触子に連結し前記第一接点及び第二接点を開離させるための操作部材、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、
前記第一磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第一固定接点と前記第一可動接点との間に、前記第一可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、
前記第二磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第二固定接点と前記第二可動接点との間に、前記第二可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、
前記可動接触子が、前記第一可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、かつ前記第二可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、
前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記第一固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第一消弧グリッドを前記第一可動接点側の突起の先端より前記第一固定接点側に配置し、前記第二固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第二消弧グリッドを前記第二可動接点側の突起の先端より前記第二固定接点側に配置し、
前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一である消弧装置を用いたことを特徴とする車載用開閉器。
【請求項５】
前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点とを通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置した消弧装置を用いたことを特徴とする請求項４記載の車載用開閉器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークを消弧するための消弧装置、及び消弧装置を用いた車載用開閉器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今後、電気自動車の需要が大きく成長すると見込まれている。直流開閉器に流れる電流は一般的に一方向である。しかし、例えば電気自動車に使用される車載用開閉器には、モータ駆動用電源の放電及び充電のため、二方向の直流電流が流れる。また、電気自動車の減速中にはモータから電源への回生が行われるため、車載用開閉器には通常方向とは逆方向の電流が流れる。
【０００３】
ところで、直流電流は、電流ゼロ点がないために交流電流より遮断が難しいと指摘されている。よって、車載用開閉器では、遮断性能の向上が求められている。消弧装置の構造は、開閉器の遮断性能に直接的に影響するため、特に重要である。
【０００４】
図９は、電気自動車の主回路を模式的に示す電気回路図である。１０１は電源、１０２Ａ及び１０２Ｂは車載用開閉器としての開閉器、１０３は車載用充電器、１０４はコンデンサ、１０５はインバータ、１０６はモータである。電気自動車ではアクセルを踏むと、電源１０１からの直流電流が開閉器１０２Ａ、インバータ１０５、開閉器１０２Ｂの方向に流れる。インバータ１０５は、供給された直流電流を交流電流に変換する。この交流電流がモータ１０６に流れて車は動き出す。この状態では電源１０１の電池は放電され、電源１０１からの放電量が既定量まで達すると充電が必要になる。
【０００５】
電源１０１の充電時には、インバータ１０５の運転休止によりモータ１０６は電源１０１と電気的に切り離され、充電用電源に接続された車載用充電器１０３から開閉器１０２Ａ、電源１０１、開閉器１０２Ｂを順次経由して、充電が行われる。充電時において開閉器１０２Ａ及び１０２Ｂには、放電時に流れる電流（以下、正方向電流）とは逆方向の電流（以下、逆方向電流）が流れる。したがって、開閉器１０２Ａ及び１０２Ｂは、正方向電流に加えて逆方向電流の遮断も要求される。
【０００６】
また、通電中あるいは充電中に、インバータやモータなどで短絡事故が発生すると、通常時の３〜１０倍という大きな電流が流れる。場合によってはそれ以上の電流が流れる。したがって、車載用開閉器は、正方向の大電流に加えて逆方向の大電流の遮断も要求される。なお、車載用開閉器が遮断する通常時の電流の一例は、電圧値３００〜４００Ｖ、電流値５０〜２００Ａである。また、短絡時には最大で電流値約２５００Ａの電流が流れる場合がある。
【０００７】
図１０は、従来の車載用開閉器について、放電中または充電中における消弧装置の一部破断正面図である。１１１Ａ及び１１１Ｂは固定接点、１１２Ａ及び１１２Ｂは可動接点である。１１３Ａ及び１１３Ｂは固定接点を有する固定接触子、１１４は両端に可動接点を有する可動接触子である。１１５は操作部材としての絶縁ロッド、１１６は消弧室ケース、１１６Ｃは絶縁ロッドを貫通させるために消弧室ケースに設けられた穴、１１７Ａ及び１１７Ｂは永久磁石である。図１０において永久磁石１１７Ａは紙面手前側にＮ極、紙面奥側にＳ極が着磁されており、永久磁石１１７Ｂも紙面手前側にＮ極、紙面奥側にＳ極が着磁されている。
【０００８】
固定接触子１１３Ａが電源側に、固定接触子１１３Ｂが負荷であるモータ側に電気的に接続されているとする。正方向電流は、固定接触子１１３Ａから固定接点１１１Ａ、可動接点１１２Ａ、可動接触子１１４、可動接点１１２Ｂ、固定接点１１１Ｂを経由して固定接触子１１３Ｂの方向に流れる。逆方向電流はこの逆に流れる。電流遮断時には、絶縁ロッドが作動して可動接触子１１４を図示上方向に押し上げる。これにより、固定接点１１１Ａと可動接点１１２Ａとが開離し、また固定接点１１１Ｂと可動接点１１２Ｂとが開離する。
【０００９】
図１１は、正方向電流を遮断するために接点を開離した状態における消弧装置の一部破断正面図である。開離した二つの接点間にはアークが発生し、それぞれのアークには正方向電流が流れる。また、磁力線はＮ極から発生しＳ極に至るから、開離した接点間の磁界は、紙面手前側から奥側に向かっている。ここでフレミングの左手の法則により、固定接点１１１Ａと可動接点１１２Ａとの間に発生したアークには紙面左側に、可動接点１１２Ｂと固定接点１１１Ｂとの間に発生したアークには紙面右側に駆動力が作用する。この駆動力によって、図１１のようにアークは曲げられて引き伸ばされる。アークは、このようにアーク長が伸びることによって、また周囲の空気により冷却されることによって、アーク抵抗が増大し、電流が大きく限流される。アークの電流対電圧特性が負特性の領域まで電流が限流されると、電流が遮断される。
【００１０】
次に、逆方向電流を遮断した場合について説明する。図１２は、逆方向電流を遮断するために接点を開離した状態における消弧装置の一部破断正面図である。開離した二つの接点間に発生したそれぞれのアークには逆方向電流が流れる。また、開離した接点間の磁界は紙面手前側から奥側に向かっている。フレミングの左手の法則により、固定接点１１１Ａと可動接点１１２Ａとの間に発生したアークには紙面右側に、可動接点１１２Ｂと固定接点１１１Ｂとの間に発生したアークには紙面左側に駆動力が作用する。この駆動力によって、図１２のようにアークが引き伸ばされる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アークが引き伸ばされた先で絶縁ロッド１１５が障害となり、アークの伸長の度合が少ない。そのため、アーク抵抗の増大が不十分で、短絡事故が発生した場合の大電流の遮断ができない。
【００１２】
また、絶縁ロッド１１５は、通常は樹脂製であるため、アークによって熱的損傷を受けると炭化する。逆方向電流を繰り返し遮断すると、絶縁ロッド１１５の表面は炭化の進行によって導電性を有するようになる。そのため、アーク電流は絶縁ロッド表面を介して流れてしまい、通常電流さえも遮断できなくなる。
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、放電中及び充電中に流れる二方向の直流電流を遮断でき、とくに充電中の短絡事故により逆方向に大電流が流れた場合の遮断性能の向上を図り、さらに逆方向電流の繰り返し遮断における遮断性能の低下を防止した消弧装置、及びそれを用いた車載用開閉器を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る消弧装置は、電流を接点の開離によって遮断するときに発生するアークを消弧するための消弧装置において、固定接点及び可動接点からなる接点、前記可動接点を有する可動接触子、前記可動接触子に連結し前記接点を開離させるための操作部材、及び磁界を前記接点の近傍に発生させる磁界発生手段を備え、前記磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記固定接点と前記可動接点との間に、前記可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記可動接触子が、前記可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記固定接点を基点とする二つの方向に、アークを冷却するための非磁性体からなる全ての消弧グリッドを前記突起の先端より前記固定接点側に配置したものである。
【００１７】
請求項２に係る消弧装置は、第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一であるものである。
【００１８】
請求項３に係る消弧装置は、前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点を通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置したものである。
【００２０】
請求項４に係る車載用開閉器は、電源と負荷との間に放電もしくは充電のために通流する電流を接点の開離によって遮断する車載用開閉器において、第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、前記可動接触子に連結し前記第一接点及び第二接点を開離させるための操作部材、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、前記第一磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第一固定接点と前記第一可動接点との間に、前記第一可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記第二磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第二固定接点と前記第二可動接点との間に、前記第二可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記可動接触子が、前記第一可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、かつ前記第二可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記第一固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第一消弧グリッドを前記第一可動接点側の突起の先端より前記第一固定接点側に配置し、前記第二固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第二消弧グリッドを前記第二可動接点側の突起の先端より前記第二固定接点側に配置し、前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一である消弧装置を用いたものである。
【００２１】
請求項５に係る車載用開閉器は、前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点とを通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置した消弧装置を用いたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される消弧装置において、実施の形態１を説明するための一部破断正面図である。１０は消弧装置であり、電源と負荷との間に通流する電流を接点の開離によって遮断するときに発生するアークを消弧するためのものである。１Ａは第一固定接点としての固定接点、２Ａは第一可動接点としての可動接点であり、両者は第一接点を構成する。同様に、１Ｂは第二固定接点としての固定接点、２Ｂは第二可動接点としての可動接点であり、両者は第二接点を構成する。３Ａは第一固定接触子であり、固定接点１Ａを有する。同様に、３Ｂは第二固定接触子であり、固定接点１Ｂを有する。４は細長い直方体形状の可動接触子であり、両端に可動接点２Ａ及び２Ｂを有する。具体的には、可動接触子に可動接点が接合され、固定接触子に固定接点が接合されている。ここでは、接合の例をあげるが、これらが一部材で構成されていてもよい。５は操作部材としての樹脂製の絶縁ロッドであり、可動接触子４に連結し、第一接点及び第二接点を開離させるためのものである。６はセラミック製の消弧室ケース、６Ｃは絶縁ロッド５を貫通させるために消弧室ケースに設けられた穴である。７Ａは磁界を第一接点の近傍に発生させる第一磁界発生手段としての永久磁石、７Ｂは磁界を第二接点の近傍に発生させる第二磁界発生手段としての永久磁石であり、両者はともに消弧室ケース６の上部内壁に配置されている。図１において、永久磁石７Ａと永久磁石７Ｂとの磁極の向きが同一であり、ともに紙面左側にＮ極、紙面右側にＳ極が着磁されている。
【００２３】
永久磁石７Ａから発生した磁力線はＮ極から、絶縁ロッド５が作動して開離した第一接点及び第二接点を経由して、永久磁石７ＢのＳ極に至る。よって、固定接点１Ａと可動接点２Ａとの間の磁界は矢印Ｈのごとく、可動接点２Ａから絶縁ロッド５に向かう方向に対して平行方向で、紙面左側から右側に向かっている。同様に、固定接点１Ｂと可動接点２Ｂとの間の磁界も矢印Ｈのごとく、可動接点２Ｂから絶縁ロッド５に向かう方向に対して平行方向で、紙面左側から右側に向かっている。
【００２４】
固定接触子３Ａが電源側に、固定接触子３Ｂが負荷であるモータ側に電気的に接続されているとする。正方向電流は、固定接触子３Ａから固定接点１Ａ、可動接点２Ａ、可動接触子４、可動接点２Ｂ、固定接点１Ｂを経由して固定接触子３Ｂの方向に流れる。逆方向電流はこの逆に流れる。電流遮断時には、絶縁ロッド５が作動して可動接触子４を図示上方向に押し上げる。これにより、固定接点１Ａと可動接点２Ａとが開離し、また固定接点１Ｂと可動接点２Ｂとが開離する。
【００２５】
なお、永久磁石の配置位置は、消弧室ケースの上部外壁、下部外壁あるいは側部でもよく、消弧装置の設計に応じて適宜選択できる。また、第一磁界発生手段と第二磁界発生手段とが連続的な磁界を形成している場合は、例えば長目の永久磁石を用いることにより、第一磁界発生手段と第二磁界発生手段とが１つの磁石から構成されていてもよい。
【００２６】
消弧室ケース６と絶縁ロッド５との隙間は、消弧室ケースの穴６Ｃにベローズと呼ばれる筒状部材などを挿入することで封止されていてもよく、これにより消弧室を密閉できる。この場合、外部から消弧室に接点腐食性ガスが進入する現象を防止できるため、接点の接触信頼性を高めることができる。また。この密閉された消弧室に例えば水素などの消弧性能の向上に寄与するガスを封入してもよい。
【００２７】
正方向電流を遮断した場合について説明する。図１において、開離した二つの接点間にはアークが発生し、それぞれのアークには正方向電流が流れる。また、固定接点１Ａと可動接点２Ａとの間の磁界は紙面左側から右側に、固定接点１Ｂと可動接点２Ｂとの間の磁界も紙面左側から右側に向かっている。ここでフレミングの左手の法則により、固定接点１Ａと可動接点２Ａとの間に発生したアークには紙面奥側に駆動力が作用する。この駆動力によって、アークは紙面奥側に向かって曲げられて引き伸ばされる。同様に、可動接点２Ｂと固定接点１Ｂとの間に発生したアークには紙面手前側に駆動力が作用し、アークは紙面手前側に向かって曲げられて引き伸ばされる。
【００２８】
図２は、このアークが引き伸ばされた様子を上から見たもので、実施の形態１の消弧装置を説明するための一部破断上面図である。図２において、正方向電流を遮断する場合にアークは実線のごとく、第一接点では図示上方向に、第二接点では図示下方向に引き伸ばされる。これらの方向にアークの伸長の障害となるものはない。アークは、このようにアーク長が伸びることによって、また周囲の空気により冷却されることによって、アーク抵抗が増大し、電流が大きく限流される。アークの電流対電圧特性が負特性の領域まで電流が限流されると、電流が遮断される。
【００２９】
次に、逆方向電流を遮断した場合について説明する。図１において、開離した二つの接点間に発生したそれぞれのアークには逆方向電流が流れる。さきほどの正方向電流の場合とは電流方向が逆向きになったので、固定接点１Ａと可動接点２Ａとの間に発生したアークには紙面手前側に駆動力が作用し、アークは紙面手前側に向かって曲げられて引き伸ばされる。同様に、可動接点２Ｂと固定接点１Ｂとの間に発生したアークは紙面奥側に向かって曲げられて引き伸ばされる。すなわち図２において、逆方向電流を遮断する場合にアークは破線のごとく、第一接点では図示下方向に、第二接点では図示上方向に引き伸ばされる。これらの方向にアークの伸長の障害となるものはない。よって、正方向電流の場合と同様に電流が遮断される。
【００３０】
ここで、アークを十分に引き伸ばすには、磁界強度は強いほうが望ましい。例えば、通常時に電圧値３００〜４００Ｖ、電流値５０〜２００Ａである電流を遮断するような消弧装置では、磁界強度は例えば３００ガウス程度である。
【００３１】
このように、この実施の形態では、正方向電流、逆方向電流に関わらずにアークは十分に引き伸ばされる。すなわち、従来技術のようにアークの引き伸ばされた先で絶縁ロッドが障害となり、アークの伸長の度合が少なくなることがない。そのため、二方向の電流を遮断できる。
【００３２】
また、樹脂製の絶縁ロッドにアークが触れることがない。そのため、絶縁ロッドが炭化することもなく、絶縁ロッドの炭化劣化も防止できる。よって、これに起因する通常電流の遮断性能低下も防止できる。
【００３３】
さらに、第一磁界発生手段及び第二磁界発生手段は磁極の向きが同一であるため、図２からわかるように第一接点及び第二接点でアークの駆動方向が異なる。すなわち図２において、第一接点でアークが図示上方向に引き伸ばされた場合は、第二接点でアークは図示下方向に引き伸ばされる。このため、通常電流の遮断はもちろん、短絡事故が発生した場合の大電流の遮断においてもアーク同士間で絶縁破壊するおそれがなく、また、例えば固定接点１Ａと固定接点１Ｂとの間でも絶縁破壊を起こすことがない。よって、大電流の遮断性能を向上できる。ただし、消弧装置の構造または用途によってアーク同士間で絶縁破壊するおそれがない場合、第一磁界発生手段及び第二磁界発生手段は磁極の向きが異なってもかまわない。
【００３４】
この実施の形態のようにすれば、正方向及び逆方向の二方向の直流電流を遮断でき、とくに逆方向の通電状態で短絡事故が発生した場合における大電流の遮断性能を向上できる。さらに、逆方向電流の繰り返し遮断における遮断性能の低下を防止した消弧装置を提供できる。
【００３５】
さらに、この消弧装置を電流遮断機構として備えた車載用開閉器を、図９のように電気自動車に搭載することにより、正方向または逆方向のいずれの通電状態でも、通常電流についてはもちろんのこと、短絡事故が発生した場合の大電流についても遮断性能を向上できる。
【００３６】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２を説明するための一部破断正面図である。図４は一部破断上面図である。この実施の形態は、実施の形態１において接点の近傍に消弧グリッドを配置したものである。１０は消弧装置である。１Ａ及び１Ｂは固定接点、２Ａ及び２Ｂは可動接点、３Ａ及び３Ｂは固定接触子、４は可動接触子、５は操作部材としての絶縁ロッド、６は消弧室ケース、６Ｃは消弧室ケースに設けられた穴、７Ａ及び７Ｂは永久磁石、８Ａは第一消弧グリッドとしての消弧グリッド、８Ｂは第二消弧グリッドとしての消弧グリッドである。
【００３７】
消弧グリッドは、アークを冷却するためのものである。消弧グリッドは、接点の近傍に発生する磁界の方向に対して垂直方向、かつ接点の開離の方向に対して垂直方向で定義される方向であって、固定接点を基点とする二つの方向に配置される。ここで幾何学的に、任意の一点を通過し、二つの方向に垂直な直線は、一つの直線として定義される。この直線上の一点を基点とすれば、この直線に平行な二つの方向が定義される。すなわち図４を用いて説明すれば、消弧グリッドを配置する二つの方向とは、固定接点を基点として紙面上側及び紙面下側である。この二つの方向を含んでいれば、図４に示す消弧グリッド８Ａ及び８Ｂのように、コの字形状の一部材であってもかまわない。もちろん、紙面上側及び紙面下側に別部材として配置してもよい。
【００３８】
消弧グリッド８Ａは、固定接点１Ａから１〜５ｍｍの距離に置くことが望ましく、２〜３ｍｍの距離に置くことが特に望ましい。消弧グリッド８Ｂと固定接点１Ｂについても同様である。また、従来の消弧グリッドは鉄のような磁性体で構成されていたが、この実施の形態における消弧グリッド８Ａ及び８Ｂは非磁性体である。非磁性体の材質としては、ステンレス、銅などの非磁性金属、あるいは非磁性セラミックなどがあげられる。
【００３９】
消弧グリッドが磁性体の場合、永久磁石が発生した磁界は磁性体の消弧グリッドで遮蔽されて、アークに作用する磁界強度が大きく低下する。この実施の形態では、消弧グリッド８Ａ及び８Ｂが非磁性体のため、アークに作用する磁界強度が低下することがない。
【００４０】
そもそも消弧グリッドは、アークを冷却して電流遮断しやすくするものであるから、アークに作用する磁界強度を低下させないことが望ましく、そのほうが遮断性能向上の効果も大きい。また、図３のように、複数枚の消弧グリッド８Ａまたは８Ｂが間隔を置いて重ねて配置されることによって、アークが分断されてアークの冷却効果が高くなり、電流が遮断されやすくなる。すなわち、消弧装置の遮断性能が大きく向上する。なお、消弧グリッドの枚数は、消弧装置の設計に応じて適宜選択できるが、電源電圧が１００〜３００Ｖであれば、１つの接点に対して４〜８枚であることが望ましい。消弧グリッドの材質として銅とステンレスを比較する実験を行ったところ、熱伝導特性に優れている銅のほうが、良好な遮断性能を示した。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３を説明するための一部破断正面図である。１０は消弧装置である。この実施の形態は、実施の形態１において永久磁石７Ａ及び７Ｂが発生する磁力線に沿うように磁力線誘導部材を配置したものである。１Ａ及び１Ｂは固定接点、２Ａ及び２Ｂは可動接点、３Ａ及び３Ｂは固定接触子、４は可動接触子、５は操作部材としての絶縁ロッド、６は消弧室ケース、６Ｃは消弧室ケースに設けられた穴、７Ａ及び７Ｂは消弧室ケース上部外壁に配置された永久磁石である。９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは磁性体からなる磁力線誘導部材であり、例えば板厚１〜２ｍｍの鉄板から構成される。
【００４２】
磁力線誘導部材９Ａ〜９Ｃは、永久磁石７Ａ及び７Ｂから発生し、第一接点及び第二接点を通過する磁力線に沿うように配置される。例えば、図５のように消弧室ケースの外壁に沿って配置される。このように外壁を覆うように配置してもよく、部分的に省略するように配置してもよい。
【００４３】
永久磁石７ＡのＮ極から発生した磁力線は、磁力線誘導部材９Ａ、固定接点１Ａ及び可動接点１Ｂからなる第一接点、固定接点１Ａ及び可動接点１Ｂからなる第二接点、磁力線誘導部材９Ｂを経由して、永久磁石７ＢのＳ極に至る。永久磁石７ＢのＮ極から発生した磁力線は、磁力線誘導部材９Ｃを経由して、永久磁石７ＡのＳ極に至る。
【００４４】
このように磁力線誘導部材が配置されることにより磁気回路の磁気抵抗が大きく低減されるので、アークに作用する磁界強度を大きく強化できる。その結果、消弧装置の遮断性能が大きく向上する。
【００４５】
実施の形態４．
図６は、実施の形態４を説明するための一部破断正面図である。この実施の形態は、実施の形態１において可動接触子が突起を備えたものである。１０は消弧装置である。１Ａ及び１Ｂは固定接点、２Ａ及び２Ｂは可動接点、３Ａ及び３Ｂは固定接触子、４は可動接触子、５は操作部材としての絶縁ロッド、６は消弧室ケース、６Ｃは消弧室ケースに設けられた穴、７Ａ及び７Ｂは永久磁石である。
【００４６】
図７は、実施の形態４を説明するための要部拡大斜視図である。２Ａ及び２Ｂは可動接点、４は可動接触子、５は絶縁ロッドである。４Ａはいわゆるアークホーンを形成する一対の突起であり、可動接点２Ａの側部を基点として前記開離動作と同一方向すなわち図示上方向に延びている。４Ｂもいわゆるアークホーンを形成する一対の突起であり、可動接点２Ｂの端部を基点として接点の開離動作と同一方向すなわち図示上方向に延びている。
【００４７】
このように、可動接触子４がアークホーン４Ａ及び４Ｂを備えることによって、磁界によって曲げられて引き伸ばされたアークが、アークホーンの先端までさらに引き伸ばされる。可動接触子位置より高い位置に設置された消弧グリッドのところまでアークが伸びることによって、アーク抵抗がさらに増大し、遮断性能を大きく向上できる。
【００４８】
アークホーンは、接点の開離距離が短いときほど効果を発揮する。例えば、接点の開離距離が２〜５ｍｍの場合、アークホーンの突起部分の長さは長く設定されてよいが、通常３〜５ｍｍに設定される。
【００４９】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５を説明するための一部破断正面図である。この実施の形態は、実施の形態１〜４をすべて組み合わせたものである。１０は消弧装置である。１Ａ及び１Ｂは固定接点、２Ａ及び２Ｂは可動接点、３Ａ及び３Ｂは固定接触子、４は可動接触子、４Ａ及び４Ｂはアークホーンを形成するそれぞれ一対の突起、５は操作部材としての絶縁ロッド、６は消弧室ケース、６Ｃは消弧室ケースに設けられた穴、７Ａ及び７Ｂは永久磁石、８Ａ及び８Ｂは消弧グリッド、９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは磁性体からなる磁力線誘導部材である。
【００５０】
実施の形態１〜４は、いずれも遮断性能を向上させるものであるから、任意に組み合わせることができる。この実施の形態のように、すべて組み合わせることによって、消弧装置の遮断性能がより一層向上する。
【００５１】
この実施の形態のようにすれば、正方向及び逆方向の二方向の直流電流を遮断でき、とくに逆方向の通電状態で短絡事故が発生した場合における大電流の遮断性能をより一層向上できる。さらに、逆方向電流の繰り返し遮断における遮断性能の低下を防止した消弧装置を提供できる。
【００５２】
さらに、この消弧装置を電流遮断機構として備えた車載用開閉器を、図９のように電気自動車に搭載することにより、正方向または逆方向のいずれの通電状態でも、通常電流についてはもちろんのこと、短絡事故が発生した場合の大電流についても遮断性能を向上できる。
【００５３】
ここまで、車載用開閉器を例として、二つの接点を備える消弧装置について説明してきたが、この発明は、接点が一つしかない消弧装置へも適用できる。例えば、接点が一つしかない消弧装置として、小型の配線用遮断器に用いられる消弧装置があげられる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明によれば、電流を接点の開離によって遮断するときに発生するアークを消弧するための消弧装置において、固定接点及び可動接点からなる接点、前記可動接点を有する可動接触子、前記可動接触子に連結し前記接点を開離させるための操作部材、及び磁界を前記接点の近傍に発生させる磁界発生手段を備え、前記磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記固定接点と前記可動接点との間に、前記可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記可動接触子が、前記可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記固定接点を基点とする二つの方向に、アークを冷却するための非磁性体からなる全ての消弧グリッドを前記突起の先端より前記固定接点側に配置したため、二方向の直流電流を遮断でき、電流の繰り返し遮断における遮断性能の低下を防止した消弧装置が得られる。また、アークの冷却効果が高まり、さらに、アークに作用する磁界強度を低下させることなく、アークの冷却効果が高まる。さらに、アークの引き伸ばし効果が高まる。
【００５７】
また、第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一であるため、大電流の遮断時でもアーク同士間で絶縁破壊するおそれがなく遮断性能が向上する。
【００５８】
さらに、前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点を通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置したため、アークに作用する磁界強度が強まる。
【００６０】
この発明によれば、電源と負荷との間に放電もしくは充電のために通流する電流を接点の開離によって遮断する車載用開閉器において、第一固定接点及び第一可動接点からなる第一接点、第二固定接点及び第二可動接点からなる第二接点、長手方向の両端に前記第一可動接点及び前記第二可動接点を有する細長形状の可動接触子、前記可動接触子に連結し前記第一接点及び第二接点を開離させるための操作部材、磁界を前記第一接点の近傍に発生させるための第一磁界発生手段、及び磁界を前記第二接点の近傍に発生させるための第二磁界発生手段を備え、前記第一磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第一固定接点と前記第一可動接点との間に、前記第一可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記第二磁界発生手段は、前記操作部材が作動して開離した前記第二固定接点と前記第二可動接点との間に、前記第二可動接点から前記操作部材に向かう方向に対して平行方向に磁界を発生させ、前記可動接触子が、前記第一可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、かつ前記第二可動接点の側部を基点として前記開離動作と同一方向に延びた一対の突起を備え、前記磁界の方向に対して垂直方向、かつ前記開離の方向に対して垂直方向であって、前記第一固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第一消弧グリッドを前記第一可動接点側の突起の先端より前記第一固定接点側に配置し、前記第二固定接点を基点とする二つの方向に非磁性体からなる全ての第二消弧グリッドを前記第二可動接点側の突起の先端より前記第二固定接点側に配置し、前記第一磁界発生手段と前記第二磁界発生手段との磁極の向きが同一である消弧装置を用いたため、二方向の直流電流を遮断でき、とくに短絡事故が発生した場合における大電流の遮断性能が向上する。さらに、電流の繰り返し遮断における遮断性能の低下を防止した車載用開閉器が得られる。また、アークに作用する磁界強度を低下させることなく、アークの冷却効果が高められる。さらに、アークの引き伸ばし効果が高まる。
【００６１】
また、前記第一磁界発生手段及び前記第二磁界発生手段から発生し、前記第一接点及び前記第二接点とを通過する磁力線に沿うように、磁性体からなる磁力線誘導部材を配置した消弧装置を用いたため、アークに作用する磁界強度が強まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１を説明するための一部破断正面図である。
【図２】  実施の形態１を説明するための一部破断上面図である。
【図３】  実施の形態２を説明するための一部破断正面図である。
【図４】  実施の形態２を説明するための一部破断上面図である。
【図５】  実施の形態３を説明するための一部破断正面図である。
【図６】  実施の形態４を説明するための一部破断正面図である。
【図７】  実施の形態４を説明するための要部拡大斜視図である。
【図８】  実施の形態５を説明するための一部破断正面図である。
【図９】  電気自動車の主回路を模式的に示す電気回路図である。
【図１０】  従来の技術を説明するための一部破断正面図である。
【図１１】  従来の技術において正方向電流の遮断を説明するための一部破断正面図である。
【図１２】  従来の技術において逆方向電流の遮断を説明するための一部破断正面図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｂ  固定接点、２Ａ〜２Ｂ  可動接点、３Ａ〜３Ｂ  固定接触子、４可動接触子、４Ａ〜４Ｂ  アークホーン、５  絶縁ロッド、６  消弧室ケース、６Ｃ  消弧室ケースの穴、７Ａ〜７Ｂ  永久磁石、８Ａ〜８Ｂ  消弧グリッド、９Ａ〜９Ｃ  磁力線誘導部材、１０  消弧装置、１０１  電源、１０２Ａ〜１０２Ｂ  車載用開閉器、１０３  車載用充電器、１０４  コンデンサ、１０５  インバータ、１０６  モータ、１１１Ａ〜１１１Ｂ  固定接点、１１２Ａ〜１１２Ｂ  可動接点、１１３Ａ〜１１３Ｂ  固定接触子、１１４  可動接触子、１１５  絶縁ロッド、１１６  消弧室ケース、１１６Ｃ  消弧室ケースの穴、１１７Ａ〜１１７Ｂ  永久磁石
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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