特許 5778706 半導体開閉器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5778706

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】半導体開閉器

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20150827BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20150827BHJP

   H01H 71/08 20060101ALI20150827BHJP

   H01H 73/20 20060101ALN20150827BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

   H01H71/08

   !H01H73/20 A

   !H01H73/20 B

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-30986(P2013-30986)

(22)【出願日】2013年2月20日

(65)【公開番号】特開2014-160758(P2014-160758A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2013年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236780

【氏名又は名称】不二電機工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 誠仁

(72)【発明者】

【氏名】山下 力

(72)【発明者】

【氏名】外河 善

【審査官】 小山 和俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０６４４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−０８０９４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００８−５１１２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１５０７０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｈ ７１／０８

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｈ ７３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部からの制御信号により半導体素子を制御して入力側と出力側とを開閉する半導体開閉器の端子構造において、該入力側の正極端子および負極端子が本体ユニットの一方側に配置され、該出力側の正極端子および負極端子が該本体ユニットの他方側に配置され、該入力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられ、該出力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられており、
該半導体素子用のラジエターと回路基板とを該本体ユニット内で該本体ユニットの厚み方向に互いに対向して縦方向に配置して、導電部材の該ラジエターで該回路基板を面状に覆っている半導体開閉器。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体開閉器であって、該半導体開閉器の複数ユニットがレール上に順次並べて固定されて、前記本体ユニットの一方側および他方側にそれぞれ、前記正極端子と前記負極端子とに段差が付いた状態で該正極端子と該負極端子とが順次並んで配置されている半導体開閉器。

【請求項3】

前記正極端子の両側の隔壁の少なくとも一方に、クランプ電流センサを取り付けるアダプタを取り付けるかまたは該アダプタを取り付け可能とした請求項２に記載の半導体開閉器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば原子力発電所、火力発電所および変電所などの配電盤、制御盤および監視盤などに用いられ、特に近年の太陽光発電に代表される新エネルギー分野で要求のある直流の高電圧回路などを開閉する半導体開閉器およびその端子構造に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子を用いた従来の無接点開閉器として、交流の配電系統並びに交流を電源とする電気回路を開または閉状態に切換える半導体開閉器について特許文献１に開示されている。

【0003】

図９は、特許文献１に開示されている従来の半導体開閉器を含む回路構成を示すブロック図である。

【0004】

図９に示すように、電子開閉装置１１０は、例えば３相に形成されたソフトスタータである。ソフトスタータは負荷１１１の「ソフトな」接続またはソフトな遮断を可能とする。負荷１１１は例示的に３相モータである。電源１１２は３相電源である。開閉装置１１０は例示的に半導体開閉器としてのトライアック１１３を有する。トライアック１１３は２つの逆並列に接続されたサイリスタからなる。別段示さないゲートを介して、負荷１１１は汎用位相制御の意味でランプ状に閉路または開路される。符号１１４は選択的な橋絡開閉器またはバイパス開閉器であり、ランプアップの末端に到達後にトライアック１１３を橋絡する。これにより、定格運転時にトライアック１１３に発生するような熱の形の電気損失は避けられる。

【0005】

符号１１５は、過電流および／または短絡の場合に電子開閉装置１１０を電源１１２から分離する保護装置である。

【0006】

符号１１６は、特に安全上重要な応用において電子開閉装置１１０の出力端への電源電圧の移送を防止するために電源電圧を遮断することのできる断路器である。この断路器は同様に電子開閉装置１１０用の開路命令の存在で持って開路へと駆動することができる。

【0007】

一方、最近の電力エネルギーの発電は太陽光発電、電気自動車に代表される蓄電池の普及により、大型施設の直流化やインフラなど直流の環境が急速に広がっており、前述したように交流が主流であった従来の半導体開閉器の分野も直流対応の必然性が求められている。また、この従来の半導体開閉器は、従来の手動のタイプから、遠隔制御ができる半導体開閉器の必要性が高まっている。

【0008】

ここで、従来の半導体開閉器の端子構造としては入出力の配線の容易さから正極端子および負極端子は同じ高さに配置されているが、例えば、従来の配線中継および分岐装置として段差を有する端子構造について特許文献２を用いて説明する。

【0009】

図１０は、特許文献２に開示されている従来のねじ締め２段端子台の端子構造を示す斜視図である。

【0010】

図１０に示すように、従来のねじ締め２段端子台１００は、基台１０１と、基台１０１に回動可能に取り付けられた蓋体１０２とを備えている。基台１０１は、上下の２段の段面１０３，１０４を備えていて、上方の段面（以下、上段面という）１０３には、基台１０１の長手方向に沿って複数の端子接続部１０５が列設されていると共に、下方の段面（以下、下段面という）１０４には、基台１０１の長手方向に沿って複数の端子接続部１０６が列設されている。

【0011】

上段面１０３の端子接続部１０５相互間は絶縁壁１０７で仕切られ、下段面１０４の端子接続部１０６相互間は絶縁壁１０８で仕切られた状態になっている。換言すれば、上段面１０３の端子接続部１０５は、基台１０１の長手方向の左右側方を一対の絶縁壁１０７，１０７で挟まれ、下段面１０４の端子接続部１０６は、基台１０１の長手方向の左右側方を一対の絶縁壁１０８，１０８で挟まれた状態になっている。なお、１０９は取付ねじである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１０−５１２６２４号公報

【特許文献2】特開２００９−４８７７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

従来、ブレーカ（遮断機）やコンダクタ（接触器）など、電気機械式接点を用いた開閉器が使用されている。近年、半導体素子を用いた半導体開閉器が使用されるようになったが、この半導体開閉器も従来の電気機械式の開閉器との互換性を配慮して、その形状も従来品に類似しており、従来品に、半導体素子の放熱機能を有したラジエターが追加されるような形状ではあるものの、十分に半導体開閉器としてのメリットを生かした設計にはなっていない。

【0014】

従来の半導体開閉器の端子構成として、入出力の配線の容易さから正極端子および負極端子は同じ高さで左右に配置されている。また、特許文献２に開示されている従来のねじ締め２段端子台１００では、上段と下段の２段構成であるものの、正極端子および負極端子を接続する場合に、左右に隣接する同じ高さの上段または下段で接続し、正極端子および負極端子を上段と下段で分けて接続すると、それぞれの段で複数の端子が連続して並んでいるために、上段と下段のどの端子が正極端子および負極端子の対であるかが分かり難い。

【0015】

この同じ高さで左右の端子配置には次のような問題がある。

【0016】

まず、従来の半導体開閉器において、左右の正極端子および負極端子の両接続端子が隣接しているために表示を誤認して接続極性を間違って接続してしまうことから、半導体開閉器を破壊する事故が発生する虞がある。また、正極端子および負極端子の両接続端子が左右に近接して並んでいると、電流計測のためにクランプ電流センサで電線をクランプし難くなる。さらに、正極端子および負極端子の両接続端子が左右に近接して並んでいると、絶縁距離を延ばすために端子隔壁の高さや長さを増やす必要があり、半導体開閉器のサイズが大型化してしまう。

【0017】

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、極性配線間違いを抑え、電流計測が容易でサイズを小型化することができる半導体開閉器およびその端子構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の半導体開閉器の端子構造は、外部からの制御信号により半導体素子を制御して入力側と出力側とを開閉する半導体開閉器の端子構造において、該入力側の正極端子および負極端子が本体ユニットの一方側に配置され、該出力側の正極端子および負極端子が該本体ユニットの他方側に配置され、該入力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられ、該出力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

【0019】

また、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造における段差は、少なくとも印加電圧に対する絶縁距離を確保できる距離に設定されている。

【0020】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造における入力側の負極端子および前記出力側の負極端子が、該入力側の正極端子および該出力側の正極端子よりも低い位置に設けられている。

【0021】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造における入力側と出力側の各負極端子を一体的に構成し、その一体化した負極端子の一部を回路基板の負極ラインに接続している。

【0022】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造におけるラジエターと回路基板とをユニットの厚み方向に互いに対向して配置して、ラジエターで回路基板を面状に覆っている。

【0023】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造における回路基板の所定位置に穴を配置してこの穴からラジエターに半導体素子を締結固定可能とする。

【0024】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造における半導体素子は複数個並列接続されている。

【0025】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器の端子構造におけるラジエターは複数の針状の放熱構造を有し、上下面および左右面からその中央のラジエターを透視できる構造とし、空気の流れに自由度を持たせている。

【0026】

本発明の半導体開閉器は、本発明の上記半導体開閉器の端子構造が用いられ、該半導体開閉器の複数ユニットがレール上に順次並べて固定されて、前記本体ユニットの一方側および他方側にそれぞれ、前記正極端子と前記負極端子とに段差が付いた状態で該正極端子と該負極端子とが順次並んで配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

【0027】

また、好ましくは、本発明の半導体開閉器における正極端子の両側の隔壁の少なくとも一方に、クランプ電流センサを取り付けるアダプタを取り付けるかまたは該アダプタを取り付け可能としている。

【0028】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器における負極端子をレールに近く配置し、正極端子をレールから遠くになるように配置する。

【0029】

さらに、好ましくは、本発明の半導体開閉器におけるレール取り付け端子台形状の半導体開閉器である。

【0030】

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

【0031】

本発明においては、外部からの制御信号により半導体素子を制御して入力側と出力側とを開閉する半導体開閉器の端子構造において、入力側の正極端子および負極端子が本体ユニットの一方側に配置され、出力側の正極端子および負極端子が本体ユニットの他方側に配置され、入力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられ、出力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられている。

【0032】

これによって、一対の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられていることから、極性配線間違いが抑えられ、この段差により電線をクランプで切る空間が得られてクランプ電流センサ（クランプ電流モニタ）による電流計測が容易になり、この段差によって絶縁極も得られることから半導体開閉器のサイズを小型化することが可能となる。

【発明の効果】

【0033】

以上により、本発明によれば、入力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられ、出力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられるため、極性配線間違いを抑え、電流計測が容易でサイズを小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、（ａ）は両側にそのサイドプレートが取り付けられた半導体開閉器の左斜視図、（ｂ）はそのサイドプレートが両側から取り外された半導体開閉器の左斜視図である。

【図2】本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、（ａ）は両側にそのサイドプレートが取り付けられた半導体開閉器の右斜視図、（ｂ）はそのサイドプレートが両側から取り外された半導体開閉器の右斜視図である。

【図3】本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、（ａ）は図１（ａ）の半導体開閉器の上面図、（ｂ）は図１（ａ）の半導体開閉器の右側面図である。

【図4】（ａ）は図１（ｂ）の半導体開閉器の正面図、（ｂ）は（ａ）の半導体開閉器におけるＡＡ線断面図である。

【図5】図４（ａ）の半導体開閉器における裏面図である。

【図6】図１（ａ）の半導体開閉器の回路図である。

【図7】図１（ｂ）の半導体開閉器の左展開斜視図である。

【図8】図２（ａ）の半導体開閉器の右展開斜視図である。

【図9】特許文献１に開示されている従来の半導体開閉器を含む回路構成を示すブロック図である。

【図10】特許文献２に開示されている従来のねじ締め２段端子台の端子構造を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下に、本発明の半導体開閉器およびその端子構造の実施形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。

【0036】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、図１（ａ）は両側にそのサイドプレートが取り付けられた半導体開閉器の左斜視図、図１（ｂ）はそのサイドプレートが両側から取り外された半導体開閉器の左斜視図である。図２は、本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、図２（ａ）は両側にそのサイドプレートが取り付けられた半導体開閉器の右斜視図、図２（ｂ）はそのサイドプレートが両側から取り外された半導体開閉器の右斜視図である。図３は、本発明の実施形態１における半導体開閉器の１ユニット構成を示す図であって、図３（ａ）は図１（ａ）の半導体開閉器の上面図、図３（ｂ）は図１（ａ）の半導体開閉器の右側面図である。なお、図２（ａ）ではプリント基板１２が半透明でその裏面側にある半導体素子などが透けて見えている。

【0037】

図１（ａ）および図１（ｂ）〜図３（ａ）および図３（ｂ）において、本実施形態１の半導体開閉器１は、開閉器本体（箱体）としての絶縁樹脂製のユニット２と、ユニット２に下側に設けられた電圧入出力用の負極端子３と、ユニット２に上側に設けられた電圧入出力用の正極端子４と、制御電源入力表示用のＬＥＤ５と、過電流検知表示用のＬＥＤ６と、制御電圧入力用のコネクタ７と、これらのＬＥＤ５、６およびコネクタ７を覆う蓋体であるカバー８と、各半導体素子１３の発熱を放熱するラジエター９と、負極端子３の絶縁隔壁になると共に負極端子３の連結部分を密閉し、ラジエター９とユニット２の隙間を覆うサイドプレート１０と、半導体素子１３の主回路および制御回路が設けられた回路基板１１と、正極端子４の絶縁隔壁になると共にサイドプレート１０の反対側のユニット２上の回路基板１１を覆うサイドプレート１２とを有している。なお、半導体開閉器１は半導体開閉器１Ａの両側にサイドプレート１０、１２を配置したことが半導体開閉器１と半導体開閉器１Ａとの違いである。

【0038】

ラジエター９の周囲は、放熱が良好なように、縦方向でも横方向でも空気が流れるように空間を壁で遮らないように構成されている。要するに、これは取り付け方向が水平面上でも垂直面上でも上方向に空気が流れるように空間を確保している。ラジエター９は複数の針状の放熱構造を有し、上下面および左右面からその中央のラジエター９を透視できる構造とし、空気の流れに自由度を持たせている。

【0039】

図４（ａ）は図１（ｂ）の半導体開閉器の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の半導体開閉器におけるＡＡ線断面図である。図５は、図４（ａ）の半導体開閉器における裏面図である。なお、図５ではプリント基板１２が半透明でその裏面側にある半導体素子１３などが透けて見えている。

【0040】

図４（ａ）、図４（ｂ）および図５において、電圧入出力用の負極端子３は、電圧入力用の負極端子３から電圧出力用の負極端子３に端子金具を介して一体的に連結されている。また、電圧入出力用の負極端子３は、ユニット２に下方から保持されて、短冊状で上に開放したコ字状の両端縁部が水平方向に端子領域を延設するように曲げられた銅または銅合金の表面にＮｉ（ニッケル）やＡｇ（銀）などで表面処理が為された端子金具３ａと、この端子金具３ａの両側の端子領域中央部に形成された各ねじ穴に螺合したＳワッシャおよび平ワッシャ付きのねじ３ｂとを有している。さらに、電圧入出力用の負極端子３は、回路基板１１の負ラインの所定箇所にも端子部３ｃで半田付けなどで電気的に接続されている。

【0041】

即ち、電圧入出力用の負極端子３は、半導体素子１３を含まない側の導電ラインとして回路基板１１に配置せず、電線などで接続しない手段として、電圧入力用の負極端子３と電圧出力用の負極端子３とを一体の端子として短絡している。負極端子３からの電位を回路基板１１に与えるために、負極端子３の端子切片の一部（端子３ｃ）を回路基板１１の負ラインの所定位置に半田で接続している。

【0042】

電圧入出力用の正極端子４は、電圧入力用の正極端子４と、電圧出力用の正極端子４との縦方向に配置された２個の端子金具で構成されている。また、電圧入力用の正極端子４と電圧出力用の正極端子４とはそれぞれ、ユニット２に下方から保持されて、短冊状の端縁部が水平方向に端子領域を延設するように曲げられた銅または銅合金の表面にＮｉ（ニッケル）やＡｇ（銀）などで表面処理が為された端子金具４ａと、この端子金具４ａの端子領域中央部に形成されたねじ穴に螺合したＳワッシャおよび平ワッシャ付きのねじ４ｂとを有している。さらに、電圧入力用の正極端子４と電圧出力用の正極端子４とはそれぞれ、回路基板１１の所定箇所にも端子部４ｃで半田などで電気的に接続されている。

【0043】

正極端子４と負極端子３との段差（段違い）は、絶縁距離（ＩＥＣ６０９４７の規格：例えばＤＣ１２００Ｖにおいて、空間距離１４ｍｍ、沿面距離２０ｍｍ）を満たすことはもちろん、小型のクランプ電流センサを配置できる距離として３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定している。４０ｍｍ以上になるとサイズが大きくなる。このように、上下方向に距離が離れているため、クランプ電流センサでクランプする空間を有することができる。負極端子３側をレール側で下側に位置させる。

【0044】

消費電力モニタのために半導体開閉器１（スイッチ）を通過する電流値（電流情報）をモニタする場合が多いが、このため、クランプ電流センサを、上側の正極端子４に接続する電線の周りに挟み込んでクランプする。これを可能にするために、前述したように、正極端子４と負極端子３との段差を少なくとも３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定したが、電線にクランプするクランプ電流センサを取り付けるアダプタをユニット２の隔壁に取り付け可能な構造物を有していてもよい。この隔壁へのアダプタの取り付けが可能な構造物は絶縁距離を増やすためのリブと兼用した形状としてもよい。要するに、正極端子４の両側の隔壁の少なくともいずれか（ユニット２の隔壁）に、クランプ電流センサを取り付けるアダプタを取り付け可能とする構造を有していてもよい。

【0045】

ラジエター９は、熱伝導性のよいアルミニュウムなどの凹凸（ここでは多数の針状体）のある金属製で構成されており、電圧入出力用の負極端子３が配置されたユニット２の上方に縦方向に設けられ、放熱効果を得るために多数の突起状部（凸部、ここでは多数の針状体）が千鳥状に立設した板面側を外側にしてなべねじ９ａでユニット２に固定されている。

【0046】

複数の半導体開閉器１の複数ユニットをレールに設置する場合に、回路基板１１にＤＣ／ＤＣコンバータを用いる場合など、隣接ユニット間に磁気的影響が生じる虞があるが、導電部材からなるラジエター９を回路基板１１間に面状に配置し、即ち、金属板状のラジエター９と回路基板１１を交互に配置するため、隣からの電磁ノイズをラジエター９で磁気シールドしてノイズを遮断でき、回路基板１１には隣からのノイズは入らない構成である。

【0047】

直流用の半導体開閉器１の半導体素子１３はＭＯＳＦＥＴで構成されており、高電圧で無接点で開閉される。定格電圧ＤＣ１２００Ｖで定格電流１０Ａを、実際は、電圧ＤＣ６００ＶまたはＤＣ８００Ｖで１０Ａで用いる。半導体素子１３は無接点であるのでメカニカル接点のようにアークの発生も発音もなく、接点の損耗もなく静かに駆動する。また、半導体素子１３は、リレーを介することなくコネクタ７を介した外部からのオンオフ制御信号による遠隔操作により容易にソーラなどの高電圧直流回路をオンオフ制御することができる。負荷側は例えばソーラパネルなどからの電圧であり、ソーラパネルからの電圧を２個並列の半導体素子１３により遮断（ＯＦＦ）してメンテナンス作業などを行い、その後、半導体素子１３により導通してソーラシステムからの電力を得ることができる。

【0048】

半導体素子１３は、ＭＯＳＦＥＴで２個並列に接続されており、素子駆動時に１０Ａ程度の電流を流すことから発熱するため、これを放熱する目的で、ラジエター９に対してその裏面全面を押し付けるようになべねじ１３ａで固定されている。各半導体素子１３は３端子１３ｂを有しており、各半導体素子１３の３端子１３ｂが回路基板１１の所定箇所に半田などで電気的に接続されている。

【0049】

回路基板１１には、制御電源入力表示用のＬＥＤ５の各端子５ｂと、過電流検知表示用のＬＥＤ６の各端子６ｂと、制御電圧入力用のコネクタ７の各端子７ｂとがそれぞれ電気的に半田などで接続されている。回路基板１１は、ラジエター９の裏面側で所定の空間を空けた状態でタッピングねじ１１ｂにて４箇所、ユニット２に締結固定されている。

【0050】

ユニット２の底面部には、一または複数のユニット２をレール（図示せず）の幅方向両側に延設した各鍔部を受けて通すためのレール受部１４、１５が対向して設けられている。レール受部１５は、レール（図示せず）の一方の鍔部を係合可能とするように弾性により出退自在に構成されている。したがって、ユニット２の底面部の一方のレール受部１４にレール（図示せず）の一方の鍔部を係合させて、レール（図示せず）の他方の鍔部を、出退自在なレール受部１５のテーパ部分に上から押し付けることにより、ワンタッチでレール（図示せず）の両鍔部をユニット２の両レール受部１４、１５に装着することができるようになっている。

【0051】

図６は図１（ａ）の半導体開閉器の回路図である。

【0052】

図６において、半導体開閉器１は回路基板１１上に主回路２１と制御回路２２で構成されている。主回路２１において、入力用の負極端子３と出力用の負極端子３間は端子金具３ａで一体的に連結され、入力用の負極端子４と出力用の負極端子４間は，回路基板１１上の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）と電流制限回路２１１の直列回路が接続されている。入力用の負極端子３と入力用の負極端子４間は、電圧を安定化させると共にサージによる回路の損傷を防ぎ、ノイズを低減するための入力保護素子２１２、２１３の並列回路が接続されている。また、出力用の負極端子３が還流ダイオード２１４のアノードに接続され、還流ダイオード２１４のカソードは出力用の負極端子４に接続されて逆電圧を緩和（逆起電力を通す）する構成である。ここでは図示していないが、半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）は、電流容量を稼ぎかつ発熱を抑えるために２個並列に接続されている。

【0053】

電流制限回路２１１は、２個並列の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）からの電流値が所定値を超えて過電流になった場合にこれを検知して過電流検知表示用のＬＥＤ６を点灯させると共に、所定電流に電流値を制限するかまたは、半導体素子１３からの電流を遮断する。

【0054】

制御回路２２は、コネクタ７からの制御信号を受けて、ノイズをカットすると共に電圧を発生させて制御信号がオン信号の場合に制御電源入力表示用のＬＥＤ５を点灯させる入力回路２２１と、入力回路２２１からの制御信号がオン信号の場合に所定電圧を２個並列の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）の各ゲートに出力させて２個並列の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）をオン駆動して回路を接続し、または、制御信号がオフ信号の場合に所定電圧を２個並列の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）の各ゲートに出力させて２個並列の半導体素子１３（ＭＯＳＦＥＴ）をオフ駆動して回路を遮断する出力回路２２２とを有している。

【0055】

以下に、上記構成の半導体開閉器１の製造方法としての組み立て方法について説明する。

【0056】

図７は、図１（ｂ）の半導体開閉器１Ａの左展開斜視図であり、図８は、図２（ａ）の半導体開閉器１Ａの右展開斜視図である。

【0057】

図７および図８に示すように、ユニット２に、下側の一体化した負極端子３を所定位置に収容すると共に、上側の２個の正極端子４を所定位置に収容する。

【0058】

次に、ユニット２に装着した下側の一体化した負極端子３の上方に、素子放熱用のラジエター９を凹凸面が外側にくるようになべねじ９ａによりユニット２の所定位置に締結固定する。

【0059】

続いて、２個の半導体素子１３をラジエター９の裏面側の所定位置に並べて仮固定する。

【0060】

その後、制御電源入力表示用のＬＥＤ５、過電流検知表示用のＬＥＤ６および制御電圧入力用のコネクタ７が取り付けられた回路基板１１をタッピングねじ１１ｂによりユニット２の所定位置に締結固定する。このとき、回路基板１１の所定の複数の小穴にそれぞれ端子部４ｃ、端子５ｂ、６ｂ，７ｂおよび３端子１３ｃの各先端をそれぞれ通して半田付けする。

【0061】

さらに、回路基板１１の穴１１ａを通してドライバにより半導体素子１３のなべねじ１３ａを本締めして半導体素子１３をラジエター９の裏面に固定する。

【0062】

さらに、カバー８をＬＥＤ５、６、コネクタ７に対してユニット２に装着する。

【0063】

以上により、本実施形態１の半導体開閉器１Ａを組み立てることができる。

【0064】

その後、本実施形態１の半導体開閉器１Ａの両側にサイドプレート１０、１２を配置して本実施形態１の半導体開閉器１を組み立てることができる。

【0065】

さらに、本実施形態１の半導体開閉器１をレールに通し、同じ方向から本実施形態１の半導体開閉器１Ａをレールに通した後にサイドプレート１２をレールに通して両側から固定金具により、１ユニットの半導体開閉器１、半導体開閉器１Ａおよびサイドプレート１２を固定して、本実施形態１の２ユニットの半導体開閉器１を組み立てることができる。複数ユニットの半導体開閉器１もレールに通して同様にして組み立てることができる。

【0066】

このように、半導体素子１３による無接点開閉器のメリットを生かした小型で組み立てが素早く容易なレール組み立て型の半導体開閉器１を得ることができる。

【0067】

以上により、本実施形態１によれば、外部からの制御信号によりコネクタ７を介して半導体素子１３を制御して入力側と出力側とを開閉する半導体開閉器１の端子構造において、入力側の正極端子４および負極端子３が本体ユニットの一方側に配置され、出力側の正極端子４および負極端子３が本体ユニットの他方側に配置され、入力側の正極端子４と負極端子３とに所定の段差（高さが異なる）が設けられ、出力側の正極端子４と負極端子３とに所定の段差（高さが異なる）が設けられている。これらの段差は、圧着端子の充電部間が少なくとも印加電圧に対する絶縁距離（例えばＤＣ１２００Ｖにおいて、空間距離１４ｍｍ、沿面距離２０ｍｍ）を確保できる距離に設定されている。入力側の負極端子３および出力側の負極端子３が、入力側の正極端子４および出力側の正極端子４よりも少なくとも絶縁距離だけ低い位置（レール側）に設けられている。

【0068】

これによって、隣接する１対の負極端子３と正極端子４を上下に段差を設けて配置している。このとき、下部に負極端子３、上部に正極端子４を配置すれば、負極端子３はアース側で正極端子４は高電圧側なので、一般の極性感覚と一致することから、極性配線間違いを抑えることができて、負極端子３と正極端子４とは上下に距離があって、クランプ電流センサで正極端子４に接続された電線を容易にクランプする空間が確保できて、クランプ電流センサを電線に容易に取り付けられる。また、１対の負極端子３と正極端子４を上下に十分な段差を設けて配置するため、負極端子３と正極端子４の間で十分な高電圧に対する絶縁距離を取ることができて、端子間絶縁のための隔壁の高さや長さを大きくする必要がなく、半導体開閉器１のサイズをより小さくすることができる。

【0069】

したがって、本実施形態１の半導体開閉器１は、薄型で小型のレール取り付け型半導体開閉器を実現することができるため、従来技術による大型の電気機械式接点や半導体開閉器に比べてより小型で高機能のスイッチボードを実現することができる。

【0070】

以上のように、本発明の好ましい実施形態１を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、例えば原子力発電所、火力発電所および変電所などの配電盤、制御盤および監視盤などに用いられ、特に近年の太陽光発電に代表される新エネルギー分野で要求のある直流の高電圧回路などを開閉する半導体開閉器およびその端子構造の分野において、入力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられ、出力側の正極端子と負極端子とに所定の段差が設けられるため、極性配線間違いを抑え、電流計測が容易でサイズを小型化することができる。

【符号の説明】

【0072】

１、１Ａ 半導体開閉器
２ ユニット
３ 負極端子
３ａ、４ａ 端子金具
３ｂ、４ｂ Ｓワッシャおよび平ワッシャ付きのねじ
３ｃ、４ｃ 端子部
４ 正極端子
５ 制御電源入力表示用のＬＥＤ
５ｂ、６ｂ、７ｂ 端子
６ 過電流検知表示用のＬＥＤ
７ 制御電圧入力用のコネクタ
８ カバー
９ ラジエター
９ａ なべねじ
１０、１２ サイドプレート
１１ 回路基板
１１ａ 穴
１１ｂ タッピングねじ
１３ 半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１３ａ なべねじ
１３ｂ ３端子
１４、１５ レール受部
２１ 主回路
２１１ 電流制限回路
２１２、２１３ 入力保護素子
２１４ 還流ダイオード
２２ 制御回路
２２１ 入力回路
２２２ 出力回路

【図9】

【図10】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】