JP2005019107A - D.c. relay - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷への電力供給を遮断可能な直流電流のリレーに関するものである。特に、アークの発生を効果的に抑制して電力供給を遮断することができると共に、部品点数が少なく、より小型な直流リレーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境問題からハイブリッド自動車(HEV)や燃料電池自動車などといった高電圧(約300V)でモータなどを駆動する自動車が開発されてきている。これらの自動車は、モータなどの電気機器(負荷)に電力を供給する直流高電圧の電源を具え、電源と負荷とを電気的に接続又は切り離しする遮断機構として、機械的な接続又は切り離しを行う直流リレーを用いたリレーユニットが利用されている。
【0003】
図12は、HEVに用いられている従来のリレーユニットを説明する概略回路図である。リレーユニット100は、機械的な遮断を行う複数の直流リレー101〜103と抵抗104とを具える。具体的には、電源105の高電位側に第一リレー101、負荷よりも電源105の低電位側に第二リレー102をそれぞれ電源105に直列に具える。また、第一リレー101と並列に第三リレー103及び抵抗104を具える。なお、リレーユニット100以外の回路の開手段として、電源105近傍にサービスプラグ106や電圧ヒューズ107を具える。
【0004】
上記リレーユニット100を用いた負荷への電力の供給は、電力投入直後、抵抗104を介して電流を流し、しばらくしてから第一リレー101及び第二リレー102を介して通常の電力供給を行う。具体的には、第一リレー101をオフにしておき、第二リレー102、第三リレー103を順にオンにし、抵抗104を介して負荷への電力の投入を開始し、一定時間後、第一リレー101をオンにして、第一リレー101及び第二リレー102を介して負荷に電力を供給する。
【0005】
上記のような直流高電圧を遮断する場合は交流と異なり、電流がゼロとなる点が無いため、発生するアークが非常に大きく、短時間での遮断が非常に難しい。そこで、従来、リレーユニットに用いられる直流リレーとして、水素などの冷却効果が大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−320411号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のリレーユニットでは、部品点数が多く、大型化するという問題がある。
【0008】
負荷には、容量の大きなコンデンサを具えていることがある。そのため、電力の投入開始直後、抵抗を介して電流の制限を行わず、第一リレーを介して直ちに電力の供給を行うと、負荷に過電流が流れて負荷が破壊される恐れがある。そこで、電力の投入開始直後は、コンデンサが十分に充電できるように、電流を制限するべく上記のように抵抗を介して電力の供給を行う。このように電力の投入開始直後における電流の調整を行うため、従来は、図12に示すようにリレーユニットに三つの直流リレーを具えている。しかし、これらの三つの直流リレーは、開閉を行うソレノイドなどの駆動機構をそれぞれ別個に具える独立した構成であるため、リレーユニットの部品点数が多く、大型になる傾向にある。
【0009】
また、直流リレーとして、特許文献1に示すような気体を用いてアークを抑制する構造では、自動車という限られたスペースに搭載する機器において性能を落とすことなく小型化することが非常に困難である。特許文献1に記載される構造では、気体を完全に密閉できるケース構造が必要となるが、気密性に加え、数千℃〜1万℃という高温のアークに対する耐熱性をも考慮すると、ケースの密閉接合部の面積を大きくとるべくケースの厚みを非常に厚くしなければならず、ケースが大型化してしまう。また、このようにケースを厚くしても、長期間に亘ってメンテナンスをせずに気体の密封を維持し続けることは、困難である。
【0010】
更に、上記ケースは、数千℃以上といった高温に耐え得るセラミックなどの材料で形成されると共に、構造も複雑であるため、経済性も悪い。
【0011】
従って、本発明の目的は、電力の投入開始直後において電流調整が可能でありながら、部品点数が少なく、より簡易な構成でアークを効果的に抑制できる直流リレーを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械的に遮断可能な遮断部と無接点スイッチとを組み合わせて用いることで、上記目的を達成する。
【0013】
即ち、本発明は、電源と負荷とに接続されて負荷への電力の供給を遮断可能な直流リレーであって、前記電力の供給を遮断可能な無接点スイッチと、前記無接点スイッチと直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な遮断部と、前記無接点スイッチと並列に接続される抵抗とを具える。
【0014】
本発明は、無接点スイッチを具えることで、ソレノイドなどの接点の開閉を行う駆動手段を減らして、部品点数を削減し小型化を実現する。また、無接点スイッチは、機械的な遮断を行う遮断部と異なり、オフにする際、アークを生じることが無いため、電力供給を遮断する際、無接点スイッチを遮断部よりも先にオフにすることで、アークを効果的に低減することができる。更に、無接点スイッチだけでなく、機械的な遮断が可能な遮断部を具えることで、回路を確実に遮断することができる。このとき、無接点スイッチを先にオフにすると、無接点スイッチに並列に具える抵抗に供給電圧の大部分が印加され、遮断部の接点にほとんど電位差がない状態となる。従って、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにすると、アークが生じにくい、或いは全く生じることがない。加えて、電力の投入開始直後において、抵抗により電流の調整を行うことができるため、電流の制限を行うことができる。従って、本発明は、アークの消弧性能を低下させることがないと共に、より小型で電流調整機能を具えた直流リレーを提供することができる。また、従来のように気体を利用した消弧構造でないため、大型で複雑な構造とならず、かつ長期に亘り十分な性能を維持することができる。以下、本発明をより詳しく説明する。
【0015】
本発明において無接点スイッチは、半導体からなるものが好ましい。半導体からなる無接点スイッチとしては、例えば、トランジスタ、JFET(接合形電界効果トランジスタ)、FET(電界効果トランジスタ)、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などが挙げられる。特に、Si系半導体からなるものよりも、SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ半導体からなるものは、耐電圧性に優れ、大電流の通電が可能であるため好ましい。このような無接点スイッチは、負荷よりも電源の低電位側(ローサイド)、高電位側(ハイサイド)のいずれに配置してもよい。
【0016】
半導体からなる無接点スイッチを用いる場合、半導体は、通常、遮断時においても漏れ電流が流れるが、電力が限られている自動車では、漏れ電流をなくすことが望まれる。本発明リレーには、上記無接点スイッチと直列に、機械的に遮断可能な遮断部を具えることで、回路を電気的に完全に絶縁することができ、漏れ電流を効果的に防止することができる。遮断部は、開閉可能な接点対を具えるものとする。接点対の開閉は、後述する駆動部を具えて行うとよい。接点対は、入力接点と出力接点とを具える。入力接点及び出力接点の双方を可動接点としてもよいが、その場合、駆動部が多くなるため、一方を固定接点とし、他方を可動接点とすることが好ましい。
【0017】
更に、入力接点及び出力接点だけでなく、入力接点と出力接点とを直列に接続又は切り離しが可能な連結接点を具えて、接点対の数を多くしてもよい。連結接点は、入力接点と接続又は切り離し可能な入力側連結接点、出力接点と接続又は切り離し可能な出力側連結接点を具えるとよい。このとき、入力接点及び出力接点を固定接点とし、連結接点を駆動部で駆動される可動接点とするとよい。入力接点及び入力側連結接点からなる接点対、出力接点及び出力側連結接点からなる接点対というように、接点対を複数具えることで、無接点スイッチが故障などして、供給電圧が抵抗を介さずそのまま遮断部に印加されても、複数の接点対に電圧を分圧して、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることで、アークを発生しにくくすることができる。
【0018】
更に、本発明では、抵抗を無接点スイッチと並列に具える。この抵抗は、例えば、従来のリレーユニットと同様のものを用いてもよい。
【0019】
無接点スイッチ及び抵抗、遮断部の具体的な配置形態を表1に示す。表1において、「無接点」は無接点スイッチとする。配置形態としては、無接点スイッチ及び抵抗と遮断部とを負荷よりも電源のハイサイドに配置する場合(配置形態1、2)、無接点スイッチ及び抵抗と遮断部とを負荷よりも電源のローサイドに配置する場合(配置形態3、4)、無接点スイッチ及び抵抗を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、遮断部を負荷よりも電源のローサイドに配置する場合(配置形態5)、無接点スイッチ及び抵抗を負荷よりも電源のローサイドに配置し、遮断部を負荷よりも電源のハイサイドに配置する場合(配置形態6)が挙げられる。いずれの配置形態においても、遮断部は、入力接点及び出力接点からなる一組の接点対を具える構成としてもよいし、連結接点を具えて多数組の接点対を具える構成としてもよい。上記配置形態において、配置形態5、6に示すように、無接点スイッチ及び遮断部のいずれか一方を負荷よりも高電圧電源(例えば約300V)の高電位側、他方を負荷よりも高電圧電源の低電位側に配置することが好ましい。この構成により、高電圧電源のいずれかの側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを防止することができる。ハイブリッドカーなどの車載システムでは、高電圧電源と低電圧系の負荷間がトランスにより絶縁分離され、低電圧系に具える低電圧バッテリー(例えば12V)は、通常ボディアースがとられている。このボディアースと高電圧電源の高電位側、或いは低電位側とは、電位が異なるため、ボディアースと上記高電位側の電線、或いはボディアースと上記低電位側の電線のいずれの電線が短絡しても、負荷に大きな電流が流れる恐れがある。しかし、高電圧電源の高電位側及び低電位側の双方に、それぞれ無接点スイッチ、遮断部を具えることで、負荷に過大な電流が流れることを効果的に防止することができる。
【0020】
【表1】
【0021】
配置形態の具体例を図1に示す。図1(A)は配置形態2、図1(B)は配置形態5、図1(C)は配置形態1、図1(D)は配置形態6を示す。図1は、いずれも入力接点11a及び出力接点11bに加え、連結接点11cを具える例を示す。また、連結接点11cは、駆動部12により駆動される可動接点としている。連結接点11cには、入力接点11aと接続又は切り離し可能な入力側連結接点11d、出力接点11bと接続又は切り離し可能な出力側連結接点11eを具える。図1(A)は、入力側連結接点11dと出力側連結接点11e間に、並列に配置した無接点スイッチ及び抵抗Rを具える構成である。また、図1(D)は、遮断部10において、更に第二連結接点13cを具えて、4組の接点対を具える例を示す。連結接点13cには、出力接点11bに接続される第二入力接点13aと接続又は切り離し可能な第二入力側連結接点13d、第二出力接点13bと接続又は切り離し可能な第二出力側連結接点13eを具える。
【0022】
上記構成を具える本発明リレーは、負荷に電力を供給する際、無接点スイッチをオフにしておき、遮断部をオンにし、一定時間後、無接点スイッチをオンにして負荷に電力を供給し、負荷への電力供給を遮断する際、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成することが好ましい。
【0023】
この構成では、電力投入直後において、無接点スイッチをオフにしておき、抵抗を介することで電流の調整を行い、電流を制限した状態で電力を供給する。そして、一定時間、即ち、負荷に具えるコンデンサが十分充電された後、無接点スイッチをオンにして電流の制限を停止し、負荷に通常の電力を供給する。即ち、本発明リレーは、抵抗を利用して、負荷への電力の供給にあたり従来のリレーユニットと同様に電流の調整を行うことができる。
【0024】
また、この構成において通常の電力の供給は、無接点スイッチをオンにしておき、無接点スイッチを介して行う。従って、無接点スイッチは、通常の通電電流及び通電電圧に十分耐え得るものを使用する。
【0025】
一方、電力の供給を遮断する際は、アークが生じない無接点スイッチをまずオフにする。このとき、電力は、抵抗を介して供給され、供給電圧のほとんどが抵抗に印加されるため、遮断部の接点は、電位差がほとんどない状態となり、遮断部をオフにする際には、アークが生じにくくなる、或いは全く生じない。本発明リレーは、このように抵抗を用いることで、アークの発生を低減する、或いはなくすことができ、気体の密閉構造を用いていない簡易な構成でありながら、高速遮断が可能である。特に、遮断部に連結接点を具える場合、接点対が多いことで、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくし、無接点スイッチが故障するなどして遮断部に加えられる供給電圧の低減が十分にできなかった場合であっても、アークをより発生しにくくすることができる。
【0026】
上記入力接点、出力接点や、連結接点は、銅などの導電性部材に設けるとよい。上記遮断部が入力接点及び出力接点のみを具える場合、一方の接点を設けた導電性部材を絶縁性材料からなるベースに配置し、このベースに駆動部を連結して可動接点とするとよい。上記遮断部が更に連結接点を具える場合、入力側連結接点、出力側連結接点を銅などの導電性部材に設け、これら導電性部材を絶縁性材料からなるベースに配置し、このベースに駆動部を連結するとよい。
【0027】
接点の開閉を行う駆動部の駆動源は、種々のものが利用できる。例えば、ソレノイドやシリンダなどの直動系駆動源、モータなどの回転系駆動源が挙げられる。直動系駆動源を用いる場合、接点を設けた導電性部材、又は接点を設けた導電性部材を配置した絶縁性のベースに直動系駆動源を連結して接点を開閉させるとよい。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点の開閉を行うとよい。
【0028】
無接点スイッチのオン/オフの制御は、制御回路を具えて行うとよい。本発明リレーでは、電力投入直後、抵抗を介して負荷に電力供給を行うため、遮断部をオンにしてから一定時間後に無接点スイッチをオンにする。そこで、無接点スイッチの制御回路として、遮断部をオンにした時間よりも無接点スイッチをオンにする時間を遅らせるための抵抗R1とコンデンサとを具える構成のものが挙げられる。無接点スイッチをオンにする時間は、抵抗R1とコンデンサとの積により調整するとよい。このような制御回路は、自動車などに搭載されている制御装置のECU(Electric Control Unit、電子制御装置)などのMPU(マイクロコンピュータ)と接続可能にしておく。
【0029】
遮断部のオン/オフの制御は、ECU(Electric Control Unit、電子制御装置)などのMPU(マイクロコンピュータ)を搭載した制御機器を用いて適宜行ってもよい。例えば、自動車に既存の制御装置に本発明リレーを取り付けて、この既存の制御装置に本発明リレーの駆動機能を追加して用いてもよい。このとき、リレー自体の構成部品をより低減することができると共に、既存の制御装置を用いることで、低コストにすることができる。
【0030】
また、遮断部のオン/オフを制御する制御回路を本発明リレーに具えていてもよい。このような制御回路は、例えば、信号の制御を行うMPU(マイクロコンピュータ)と、低電圧電源(例えば、12V)に接続されると共に、MPUなどの電源となる電源回路と、駆動部への信号の制御を行う半導体スイッチやリレーとを具える構成が挙げられる。このように遮断部のオン/オフの制御及び無接点スイッチのオン/オフを行う制御回路を具えた本発明リレーは、自動車などへの取り付け作業性に優れて好ましい。
【0031】
上記遮断部のオン/オフを制御する制御回路は、無接点スイッチのオン/オフを行う制御回路と別個に具えていてもよいが、両者の制御回路を一体の回路とすると、回路の占有面積をより小さくすることができて好ましい。
【0032】
更に、短絡事故などの事故の際、過大な電流が負荷に流れて火災などの重大な事態を回避するべく、過電流が流れた際、少なくとも無接点スイッチをオフにする構成を具えることが好ましい。具体的には、例えば、負荷に供給される電流を測定する電流センサを具えておくことが挙げられる。電流センサは、例えば、ホール素子やカレントトランスなどが挙げられる。電流センサからの情報(測定データ)は、本発明リレーを取り付けた制御装置のMPUや本発明リレーに具える制御回路のMPUに伝達して、電流値が閾値超となった際、無接点スイッチをオフにするような回路を構成するとよい。
【0033】
その他の構成として、例えば、無接点スイッチの制御回路を工夫することが挙げられる。例えば、無接点スイッチの電位、より具体的にはソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較する比較器を具え、無接点スイッチの電位が閾電位を超えた際、無接点スイッチに過電流が流れたと判定し、無接点スイッチをオフにするように構成された制御回路を具えていてもよい。上記制御回路は、無接点スイッチに流れる電流と、ソース・ドレイン間の電位差が比例の関係にあることを利用して、比較器によりソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較し、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位を超えた場合、過電流が生じていると判定し、無接点スイッチをオフにする構成である。いわゆるラッチ回路と呼ばれる保護回路を用いてもよい。比較器としては、コンパレータなどが挙げられる。
【0034】
上記構成を具える本発明リレーは、過電流が生じた際、無接点スイッチをオフにすることで、抵抗を介して電流がながれるため、抵抗により電力エネルギーを消費させることができる。そのため、負荷への過大な電流の投入を無くすことができる、或いは制限することができる。このように事故時などに発生する過大な電流を無くす又は制限することで、配線や負荷などが異常加熱するなどの事態を回避し易い。
【0035】
更に、無接点スイッチに加えて、遮断部をオフにして、電力供給を完全に断つこともできる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態は、表1に示す配置形態2に示すものである。
図2は、本発明直流リレーの概略を示す回路図である。本例に示す直流リレー1は、負荷への電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ2と、無接点スイッチ2と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な遮断部10と、無接点スイッチ2と並列に接続される抵抗Rとを具える。以下、各構成をより詳しく説明する。
【0037】
<無接点スイッチ>
本例において無接点スイッチ2は、ワイドギャップ半導体からなるFETを用いた。また、本例は、無接点スイッチ2のオン/オフの制御を行う制御回路を具えている。
【0038】
図3(A)は、無接点スイッチのオン/オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図、(B)は、無接点スイッチをオンにする時間を遮断部よりも遅らせることが可能な回路図である。無接点スイッチ2に具える制御回路としては、例えば、図3(A)に示す構成が挙げられる。この制御回路は、無接点スイッチ2に電力の供給を行う電源回路と接続可能な電源端子2a、2cと、電源端子2a、2c間に配置されて制御回路の電圧を一定に保つためのキャパシタCと、無接点スイッチ2へのオン/オフの信号(電圧)を与えるための抵抗R1、R2と、負荷に流れる大電流系から制御回路に電流が流れるのを防止するためのダイオードD1とを具える。更に、図3(B)に示すようにコンデンサCtを具えて、抵抗R1とコンデンサCtとの積により、無接点スイッチをオンにする時間を調整可能な回路としてもよい。本発明リレーは、遮断部をオンにして電力投入を開始してから一定時間後に無接点スイッチをオンにする。このとき、図3(B)に示すような制御回路とすると、無接点スイッチ2をオンにする時間をコンデンサCt及び抵抗R1により遮断部よりも遅らせることができる。
【0039】
<遮断部>
《接点》
図4は、本発明直流リレーの概略を示す上面図、図5は、その正面図、図6は、その分解構成図である。本例に示す遮断部10は、入力接点11a及び出力接点11bに加えて、連結接点11cを具える構成である。連結接点11cは、入力接点11aと接続又は切り離し可能な入力側連結接点11d、出力接点11bと接続又は切り離し可能な出力側連結接点11eを具える。従って、入力接点11aと入力側連結接点11dとで一組の接点対をなし、出力接点11bと出力側連結接点11eとで一組の接点対をなし、合計二組の接点対を具える構成である。
【0040】
入力接点11a、出力接点11bは、それぞれ別個の導電性部材の一面に形成した。入力接点11aを設けた導電性部材には、電源Vに接続可能な端子10A、出力接点11bを設けた導電性部材には、負荷に接続可能な端子10Bを設けている。
【0041】
入力側連結接点11d、出力側連結接点11eも入力接点11a、出力接点11bと同様に、それぞれ別個の導電性部材12f、12gの一面に形成した。そして、これら導電性部材12f、12g間に無接点スイッチ2及び抵抗Rを並列させて配置している。これら導電性部材12f、12g、無接点スイッチ2及び抵抗Rは、絶縁性材料からなるベース12cに配置している。
【0042】
《駆動部》
駆動部12の駆動源として、本例では、ソレノイド12aを用いている。本例では、導電性部材12f、12g、無接点スイッチ2及び抵抗Rを搭載したベース12cに駆動部12のソレノイド12aを連結して、上記二組の接点対の開閉を行う。即ち、本例では、連結接点11cを駆動部12により駆動可能な可動接点とし、入力接点11a及び出力接点11bを固定接点とする。ソレノイド12aには、ソレノイド12aに電力の供給を行う電源端子12d、12eが連結され、電流の供給/停止により適宜遮断部10のオン/オフを行う。本例において遮断部10のオン/オフの制御、即ち、ソレノイド12aへの電力の供給は、例えば、自動車に搭載される既存の制御装置に遮断部10の駆動機能を追加することで行う。
【0043】
<動作説明>
《電力投入動作》
本例に示す直流リレー1において、負荷に電力を供給する際の動作を説明する。まず、無接点スイッチ2をオフにしておき、遮断部10をオンにするべく、入力接点11aと入力側連結接点11d、及び出力接点11bと出力側連結接点11eを接触させる。このとき、電源V→入力接点11a→入力側連結接点11d(導電性部材12f)→抵抗R→出力側連結接点11e(導電性部材12g)→出力接点11b→負荷→電源Vという閉ループが形成され、抵抗Rを介して負荷に電力が供給される。このように電力投入直後は、抵抗Rを介すことで、電流の制限を行う。
【0044】
一定時間経過後、無接点スイッチ2をオンにする。このとき、電源V→入力接点11a→入力側連結接点11d(導電性部材12f)→無接点スイッチ2→出力側連結接点11e(導電性部材12g)→出力接点11b→負荷→電源Vという閉ループが形成され、無接点スイッチ2を介して負荷に電力が供給される。このように通常時の電力の供給は、無接点スイッチ及び遮断部を介して行う。なお、無接点スイッチ2の制御回路として図3(A)に示す構成とした場合、一定時間経過後、無接点スイッチがオンになるようにMPUなどにて制御するとよい。一方、図3(B)に示す構成とした場合、抵抗R1とコンデンサCtとにより、無接点スイッチをオンにするタイミングを制御することができる。即ち、回路構成により、無接点スイッチを制御可能である。
【0045】
上記のように電力の投入開始直後には、抵抗Rを介して負荷に電力を供給することで、抵抗Rが電力エネルギーを消費することから、負荷への電力を制限することができる。従って、負荷に具えるコンデンサに十分に充電させることができ、電力の投入直後に負荷に大きな電流が流れて負荷が破壊されるといった不具合を効果的に防止することができる。即ち、本発明リレーは、従来のリレーユニットと同様に電流調整を行うことができる。
【0046】
なお、通常時の電力供給の際は、無接点スイッチだけでなく、抵抗Rにも電流が流れることになるが、電流は、抵抗値が小さい無接点スイッチに主に流れることになる。
【0047】
《電力遮断動作》
次に、負荷への電力を遮断する際の動作を説明する。電力供給時は、上記のように無接点スイッチ2及び遮断部10がオンの状態である。この状態から電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ2をオフにする。このとき、無接点スイッチ2は、機械的な切り離しを行わないため、アークが発生することがない。
【0048】
次に、遮断部10をオフにするべく、駆動部12によりベース12cを駆動して、入力接点11aと入力側連結接点11d間、出力側連結接点11eと出力接点11b間を切り離す。このとき、無接点スイッチ2をオフにしていることで、電流は、抵抗Rを介して流れることになる。即ち、供給電圧の大部分が抵抗Rの両端に印加されることで、遮断部10の各接点対には、ほとんど電位差が生じない状態となっている。この状態で、遮断部10をオフにすると、アークが生じにくい、或いは全く生じない。
【0049】
上記のように本発明リレーは、電流調整を行うことができると共に、気体の密封構造を用いない簡易な構成でアークの発生を低減、或いは全く無くすことができ、高速遮断を可能とする。また、本例に示すリレーでは、無接点スイッチが故障するなどして供給電圧が抵抗に十分に印加されない場合であっても、接点対を多数具えることで接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることができるため、アークの発生を効果的に低減することが可能である。
【0050】
[遮断部の制御回路を具える例1]
上記の例では、遮断部のオン/オフを制御する制御装置を別途設ける構成について説明したが、本発明リレーには、遮断部のオン/オフの制御を行う制御回路を具えていてもよい。図7は、半導体スイッチを具える制御回路の回路図である。
【0051】
図7に示す制御回路は、無接点スイッチのオン/オフを制御すると共に、駆動部のソレノイドの動作を制御するMPUと、MPUなどを駆動する電源回路と、MPUからのオン/オフ信号を受けてソレノイドの駆動電流の制御を行う半導体スイッチQ1とを具える。また、この制御回路は、フルブリッジトランスTr、半導体スイッチQ11、Q12、Q13、Q15からなるフルブリッジ構成としており、無接点スイッチの制御回路への電力供給を行う。本例では、トランスTrによって、遮断部の制御回路の電源と、無接点スイッチの制御回路の電源とを絶縁分離する。その他、この回路は、半導体スイッチQ11、Q12にMPUからの駆動信号を伝えるための半導体スイッチQ14、Q16、半導体スイッチQ11の駆動電圧を与える抵抗R11、R12、半導体スイッチQ12の駆動電圧を与える抵抗R13、R14、半導体スイッチQ1の駆動電圧を与える抵抗R15、R16を具える。本例において半導体スイッチQ1は、低電圧駆動タイプ(〜4V)のN型チャンネル電界効果形トランジスタを用いた。
【0052】
このような制御回路は、高電圧の電源と別に具える低電圧電源(例えば、12V)に接続される共に、接地される。この低電圧電源に接続される端子12e’には、駆動部のソレノイドの電源端子12e、半導体スイッチQ1と接続される端子12d’には、ソレノイドの電源端子12dがそれぞれ接続される。また、無接点スイッチの制御回路の電源端子2a、2cが、フルブリッジトランスTrからダイオードD11、D12を介して端子2a’、2c’に接続される。
【0053】
上記構成により、駆動部のソレノイドは、MPUからの信号により、半導体スイッチQ1がオン/オフすることによって、駆動電流が制御される。
【0054】
このように遮断部の制御回路もリレーに具えて一体化した構成とすると、自動車などに取り付ける際の作業性がよく好ましい。
【0055】
[遮断部の制御回路を具える例2]
上記例1では、半導体スイッチQ1を具える制御回路について説明したが、機械的な遮断を行うリレーを用いた回路でもよい。図8は、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路の回路図である。
【0056】
図8に示す制御回路は、基本的構成は図7に示す回路図と同様であり、無接点スイッチのオン/オフを制御すると共に、駆動部のソレノイドの動作を制御するMPUと、MPUなどを駆動する電源回路とを具える。異なる点は、MPUからのオン/オフ信号により動作する半導体スイッチQ2と、半導体スイッチQ2のオン/オフにより制御されてソレノイドの駆動電流の制御を行う機械的な遮断が可能なリレーRLY1とを具える点である。本例において半導体スイッチQ2は、NPNトランジスタを用いた。
【0057】
機械的な遮断を行うリレーにより、駆動部のソレノイドのオン/オフを制御する制御回路とすることで、半導体スイッチQ1により制御を行う図7に示す制御回路よりも安価に作製することができる。
【0058】
[無接点スイッチの制御回路及び遮断部の制御回路を具える例]
上記例1、2では、無接点スイッチの制御回路と遮断部の制御回路とを別々に具える例を説明したが、無接点スイッチの制御回路と、遮断部の制御回路とを一体の回路としてもよい。図9は、図3(B)に示す無接点スイッチの制御回路と、図7や図8に示す遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路を示す回路図である。図9では、半導体スイッチQ1、Q2、リレーRLY1を省略している。
【0059】
このように無接点スイッチの制御回路と、機械的な遮断を行う遮断部の制御回路とを一体の回路とすることで、回路の占有面積を小さくすることができると共に、両制御回路を別個に作製する必要が無く作業性に優れる。
【0060】
[過電流が流れた際の対策1]
次に、短絡事故などが生じた際、無接点スイッチを遮断できる構成を具える制御回路を説明する。短絡事故などの事故が生じると、大きな電流が発生し、負荷に過電流が流れる恐れがある。そこで、本例の制御回路は、コンパレータを具え、コンパレータを利用して、過電流の際、無接点スイッチをオフにする構成である。図10は、無接点スイッチの制御回路としてコンパレータを具える制御回路と遮断部の制御回路とを組み合わせた回路図である。
【0061】
図10に示す制御回路は、基本的構成は図3(A)に示す無接点スイッチの制御回路と、図7又は図8に示す遮断部とを組み合わせた制御回路と同様である。この回路の特徴とする点は、無接点スイッチの制御回路においてコンパレータCOMPを具える点にある。以下、この点を中心に説明する。なお、図10では、半導体スイッチQ1 、Q2やリレーRLY1を省略している。
【0062】
この制御回路は、コンパレータCOMPにて無接点スイッチのソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較して、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位を超えた場合、無接点スイッチに過電流が流れたと判定し、半導体スイッチQ21をオンとする。半導体スイッチQ21のオンに伴い半導体スイッチQ20、Q3がオンになる。この半導体スイッチQ3がオンとなることにより、無接点スイッチ2をオフにすることができる。
【0063】
このように短絡事故などが生じた際、少なくとも無接点スイッチをオフにするように構成しておくと、抵抗により電力エネルギーが消費されることで、過電流が負荷にほとんど送られることがない。従って、短絡事故などによる負荷へのダメージをほとんどなくす、或いは防止することができる。また、無接点スイッチを遮断した後、更に遮断部を遮断するように構成すると、負荷への過電流によるダメージをより確実に防止することができ、短絡事故などの事故において、負荷が損傷、破壊されることを効果的に防ぐことが可能である。
【0064】
なお、図10に示す回路では、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位超になると、半導体スイッチQ20がオンとなり、ダイオードD2を経由して、コンパレータCOMPの出力をオンにし続けることができる。また、図10に示す回路では、半導体スイッチQ3に駆動電圧を与える抵抗R20、R21、半導体スイッチQ3への電流を調整する抵抗R24及びダイオードD2、半導体スイッチQ20に駆動電圧を与える抵抗R22、R23、コンパレータCOMPの−側に駆動電圧を与える抵抗R25、R26、コンパレータCOMPの+側に駆動電圧を与える抵抗R27、R28を具える。
【0065】
[過電流が流れた際の対策2]
上記対策1では、無接点スイッチの制御回路を工夫することで、過電流が流れた際、負荷の損傷などを防止することを説明した。その他の対策としては、負荷に供給される電流を測定する電流センサ40を具えることが挙げられる。図11は、無接点スイッチの制御回路と遮断部の制御回路とを組み合わせた回路図であって、更に電流センサを具える例を示す。この制御回路は、基本的構成は図3(A)に示す無接点スイッチの制御回路と、図7又は図8に示す遮断部とを組み合わせた制御回路と同様である。この回路の特徴とする点は、電流センサを具える点にある。なお、図11では、半導体スイッチQ1 、Q2やリレーRLY1を省略している。
【0066】
本例において電流センサ40は、ホール素子を用いた。このような電流センサ40は、制御回路のMPUに連結して、例えば、図11に示すように無接点スイッチの近傍に流れる電流を測定できるように配置するとよい。そして、測定した電流値をMPUに送り、MPUにて規定の閾値と比較して、閾値を超える電流が流れている場合、MPUは、無接点スイッチをオフにする信号を送るように構成するとよい。
【0067】
このように電流センサを設けることでも、短絡事故などの際の過電流による不具合を効果的に防止することができる。また、電流センサを具える場合も、無接点スイッチだけでなく、遮断部をもオフにする構成としておくと、配線や負荷などの異常加熱などといった事態をより回避し易い。
【0068】
図11では、無接点スイッチの制御回路と遮断部の制御回路とが一体になった回路に電流センサを具える例を示したが、図2、3に示すように無接点スイッチの制御回路のみを具える場合に電流センサ40を設けてももちろんよい。また、図7、8に示すように遮断部の制御回路のみを具える場合に電流センサ40を設けてももちろんよい。
【0069】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明直流リレーによれば、部品点数が少なく、電力投入時の電力調整を行うことができ、簡易な構成でありながら、アークを低減する、或いはなくすことができるという優れた効果を奏し得る。特に、本発明リレーでは、従来のような複雑で高価な気体の密封構造を用いておらず、長期に亘り優れた遮断性能を維持することができる。更に、本発明リレーは、簡易な構成であることから、コストの低減も図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明直流リレーの構成を模式的に示す説明図であって、(A)は遮断部の連結接点間に無接点スイッチ及び抵抗を配置する例、(B)は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び抵抗を配置し、負荷よりも電源の低電位側に遮断部を配置する例、(C)は無接点スイッチ及び抵抗と遮断部とを負荷よりも電源の高電位側に配置する例、(D)は負荷よりも電源の高電位側に多接点の遮断部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に無接点スイッチ及び抵抗を配置する例である。
【図2】本発明直流リレーの概略を示す回路図である。
【図3】(A)は、無接点スイッチのオン/オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図、(B)は、(A)に示す回路に更にコンデンサCtを具える回路図である。
【図4】本発明直流リレーの概略を模式的に示す上面図である。
【図5】図4に示す本発明直流リレーの正面図である。
【図6】図4に示す本発明直流リレーの分解構成図である。
【図7】本発明直流リレーに具える遮断部のオン/オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、半導体スイッチを具える制御回路である。
【図8】本発明直流リレーに具える遮断部のオン/オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。
【図9】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、無接点スイッチの制御回路と、遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路である。
【図10】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、短絡事故時などで無接点スイッチを遮断可能な制御回路である。
【図11】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、電流センサを具える回路である。
【図12】HEVに用いられている従来のリレーユニットを説明する概略回路図である。
【符号の説明】
1 直流リレー 2 無接点スイッチ 2a、2c 電源端子 2a’、2c’ 端子
10 遮断部 10A、10B 端子 11a 入力接点 11b 出力接点 11c 連結接点
11d 入力側連結接点 11e 出力側連結接点 12 駆動部 12a ソレノイド
12c ベース 12d、12e 電源端子 12d’、12e’ 端子 12f、12g 導電性部材
13a 第二入力接点 13b 第二出力接点 13c 第二連結接点
13d 第二入力側連結接点 13e 第二出力側連結接点
40 電流センサ
100 リレーユニット 101 第一リレー 102 第二リレー 103 第三リレー
104 抵抗 105 電源 106 サービスプラグ 107 電圧ヒューズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct current relay capable of interrupting power supply to a load. In particular, the present invention relates to a smaller DC relay that can effectively suppress the generation of an arc and cut off the power supply and has a small number of components.
[0002]
[Prior art]
In recent years, automobiles that drive motors and the like with a high voltage (about 300 V) such as hybrid cars (HEV) and fuel cell cars have been developed due to environmental problems. These automobiles have a DC high-voltage power source that supplies power to electric devices (loads) such as motors, and perform mechanical connection or disconnection as a shut-off mechanism that electrically connects or disconnects the power source and the load. A relay unit using a DC relay is used.
[0003]
FIG. 12 is a schematic circuit diagram for explaining a conventional relay unit used in HEV. The
[0004]
In supplying power to the load using the
[0005]
When interrupting the DC high voltage as described above, unlike AC, there is no point at which the current becomes zero. Therefore, the generated arc is very large and it is very difficult to interrupt in a short time. Therefore, conventionally, as a DC relay used in a relay unit, a structure has been proposed in which a gas having a large cooling effect, such as hydrogen, is enclosed in an arc generation unit to suppress the generation of an arc (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-320411
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional relay unit has a problem that the number of parts is large and the size is increased.
[0008]
The load may have a large capacity capacitor. For this reason, immediately after the start of power supply, if current is supplied immediately through the first relay without limiting the current through the resistor, an overcurrent may flow through the load and the load may be destroyed. Therefore, immediately after the start of power supply, power is supplied through the resistor as described above so as to limit the current so that the capacitor can be sufficiently charged. Thus, in order to adjust the current immediately after the start of power application, conventionally, the relay unit has three DC relays as shown in FIG. However, these three DC relays have independent structures each having a driving mechanism such as a solenoid for opening and closing, and therefore, the number of parts of the relay unit is large and tends to be large.
[0009]
Moreover, in the structure which suppresses an arc using a gas as shown to patent
[0010]
Furthermore, the case is made of a material such as ceramic that can withstand high temperatures of several thousand degrees C. or more, and the structure is complicated, so that the economy is poor.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a direct current relay that can adjust the current immediately after the start of power supply and that can effectively suppress an arc with a simpler configuration with fewer parts.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention achieves the above-mentioned object by using a combination of a breaker that can be mechanically cut off and a contactless switch.
[0013]
That is, the present invention is a direct current relay that is connected to a power source and a load and can cut off the supply of power to the load, the contactless switch that can cut off the supply of power, and the contactless switch in series In addition to being connected, it includes a shut-off portion that can be mechanically shut off and a resistor connected in parallel with the contactless switch.
[0014]
The present invention includes a contactless switch, thereby reducing the number of driving means for opening and closing contacts such as solenoids, reducing the number of parts, and realizing miniaturization. In addition, since the contactless switch does not generate an arc when it is turned off, unlike the interruption unit that performs mechanical interruption, the contactless switch is turned off before the interruption unit when the power supply is interrupted. By doing so, the arc can be effectively reduced. Furthermore, not only a non-contact switch but also a breaker capable of mechanical breakage can be provided, so that the circuit can be reliably cut off. At this time, when the contactless switch is turned off first, most of the supply voltage is applied to the resistor provided in parallel with the contactless switch, and there is almost no potential difference between the contacts of the interrupting portion. Therefore, when the non-contact switch is turned off and then the interrupting portion is turned off, an arc is hardly generated or not generated at all. In addition, since the current can be adjusted by the resistance immediately after the start of power supply, the current can be limited. Therefore, the present invention can provide a DC relay that does not deteriorate the arc extinguishing performance of the arc and is smaller and has a current adjustment function. Moreover, since it is not the arc extinguishing structure using gas like the past, it does not become a large-sized and complicated structure, and sufficient performance can be maintained over a long period of time. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0015]
In the present invention, the contactless switch is preferably made of a semiconductor. Examples of contactless switches made of semiconductors include transistors, JFETs (junction field effect transistors), FETs (field effect transistors), bipolar transistors, thyristors, GTOs (gate turn-off thyristors), IGBTs (insulated gate bipolar transistors), and the like. Is mentioned. In particular, a material made of a wide bandgap semiconductor such as SiC or GaN is preferable to a material made of a Si-based semiconductor because it has a high withstand voltage and can carry a large current. Such a non-contact switch may be arranged on either the low potential side (low side) or the high potential side (high side) of the power supply with respect to the load.
[0016]
When a non-contact switch made of a semiconductor is used, a leakage current flows through the semiconductor even when the semiconductor is cut off. However, it is desirable to eliminate the leakage current in an automobile with limited power. The relay of the present invention includes a breaker that can be mechanically interrupted in series with the contactless switch, so that the circuit can be completely electrically insulated and leakage current can be effectively prevented. Can do. The blocking part is provided with a pair of contacts that can be opened and closed. The contact pair may be opened and closed with a drive unit described later. The contact pair includes an input contact and an output contact. Although both the input contact and the output contact may be movable contacts, in that case, since the number of driving units increases, it is preferable that one is a fixed contact and the other is a movable contact.
[0017]
Furthermore, not only the input contact and the output contact, but also a connection contact capable of connecting or disconnecting the input contact and the output contact in series may be provided to increase the number of contact pairs. The connection contact may include an input side connection contact that can be connected to or disconnected from the input contact, and an output side connection contact that can be connected to or disconnected from the output contact. At this time, the input contact and the output contact may be fixed contacts, and the connection contact may be a movable contact driven by a drive unit. By providing a plurality of contact pairs, such as a contact pair consisting of input contacts and input-side connection contacts, and a contact pair consisting of output contacts and output-side connection contacts, the non-contact switch will fail and the supply voltage will Even if it is directly applied to the interrupting portion without being interposed, it is possible to make it difficult to generate an arc by dividing the voltage to a plurality of contact pairs and reducing the voltage applied to each contact pair.
[0018]
Further, the present invention includes a resistor in parallel with the contactless switch. This resistor may be the same as that of a conventional relay unit, for example.
[0019]
Table 1 shows specific arrangements of the non-contact switch, the resistor, and the blocking unit. In Table 1, “non-contact” is a non-contact switch. As an arrangement form, when the non-contact switch and the resistor and the cut-off part are arranged on the high side of the power supply rather than the load (
[0020]
[Table 1]
[0021]
A specific example of the arrangement form is shown in FIG. 1A shows an
[0022]
The relay of the present invention having the above-described configuration is to supply power to the load by turning off the contactless switch and turning on the shut-off unit after a certain period of time when supplying power to the load. When shutting off the power supply to the load, it is preferable to turn off the contactless switch and then turn off the shut-off unit.
[0023]
In this configuration, immediately after the power is turned on, the contactless switch is turned off, the current is adjusted through the resistor, and the power is supplied in a state where the current is limited. Then, after the capacitor included in the load is sufficiently charged for a certain period of time, the contactless switch is turned on to stop the current limitation, and normal power is supplied to the load. That is, the relay of the present invention can adjust the current in the same manner as a conventional relay unit when supplying power to a load by using a resistor.
[0024]
Also, in this configuration, normal power supply is performed via the contactless switch with the contactless switch turned on. Accordingly, a non-contact switch that can sufficiently withstand a normal energization current and energization voltage is used.
[0025]
On the other hand, when the supply of power is cut off, the contactless switch that does not generate an arc is first turned off. At this time, since electric power is supplied through the resistor and most of the supply voltage is applied to the resistor, the contact of the interrupting unit is in a state where there is almost no potential difference, and when turning off the interrupting unit, an arc is generated. It becomes difficult to occur or does not occur at all. The relay of the present invention can reduce or eliminate the occurrence of arc by using the resistance in this way, and can be cut off at high speed while having a simple configuration not using a gas sealing structure. In particular, when the connection part is provided in the interrupting part, there are many contact pairs, so that the voltage applied to each contact pair can be reduced, and the supply voltage applied to the interrupting part can be reduced due to failure of the non-contact switch. Even if it is not sufficient, it is possible to make it difficult to generate an arc.
[0026]
The input contact, the output contact, and the connection contact may be provided on a conductive member such as copper. In the case where the interrupting portion has only an input contact and an output contact, a conductive member provided with one contact may be disposed on a base made of an insulating material, and a driving portion may be connected to the base to form a movable contact. In the case where the blocking section further includes a connection contact, the input-side connection contact and the output-side connection contact are provided on a conductive member such as copper, and these conductive members are arranged on a base made of an insulating material and driven to this base. The parts may be connected.
[0027]
Various drive sources for the drive unit that opens and closes the contacts can be used. For example, a linear drive source such as a solenoid or a cylinder, or a rotary drive source such as a motor can be used. When using a linear drive source, the contact may be opened and closed by connecting the linear drive source to a conductive member provided with a contact or an insulating base provided with a conductive member provided with a contact. When using a rotary drive source, the contacts may be opened and closed via a conversion mechanism that converts rotational motion into reciprocating motion.
[0028]
The ON / OFF control of the non-contact switch may be performed with a control circuit. In the relay of the present invention, immediately after power is turned on, power is supplied to the load via a resistor. Therefore, the non-contact switch is turned on after a predetermined time from turning on the blocking unit. Therefore, as the control circuit of the proximity switch, it can be mentioned the resistor R 1 to the configuration comprising a capacitor for delaying the time to turn on the proximity switch than the time to turn on the cut-off portion. Time to turn on the proximity switch, it is preferable to adjust the product of the resistance R 1 and a capacitor. Such a control circuit is made connectable to an MPU (microcomputer) such as an ECU (Electronic Control Unit) of a control device mounted on an automobile or the like.
[0029]
The on / off control of the blocking unit may be appropriately performed using a control device equipped with an MPU (microcomputer) such as an ECU (Electric Control Unit). For example, the relay of the present invention may be attached to an existing control device in an automobile, and the drive function of the relay of the present invention may be added to the existing control device. At this time, the components of the relay itself can be further reduced, and the cost can be reduced by using an existing control device.
[0030]
In addition, the relay of the present invention may be provided with a control circuit that controls on / off of the blocking unit. Such a control circuit is connected to, for example, an MPU (microcomputer) that performs signal control, a low-voltage power supply (for example, 12 V), and a power supply circuit that serves as a power supply for the MPU and a signal to the drive unit. A configuration including a semiconductor switch and a relay for performing the above control is included. As described above, the relay of the present invention including the control circuit for controlling the on / off of the blocking unit and the on / off of the non-contact switch is preferable because it is excellent in workability for mounting on an automobile or the like.
[0031]
The control circuit for controlling the on / off of the interrupting section may be provided separately from the control circuit for turning on / off the non-contact switch. Can be made smaller, which is preferable.
[0032]
Furthermore, in the event of an accident such as a short circuit accident, a configuration may be provided in which at least the contactless switch is turned off when an excessive current flows to avoid a serious situation such as a fire due to an excessive current flowing to the load. preferable. Specifically, for example, a current sensor that measures a current supplied to a load is provided. Examples of the current sensor include a hall element and a current transformer. The information (measurement data) from the current sensor is transmitted to the MPU of the control device equipped with the relay of the present invention or the MPU of the control circuit included in the relay of the present invention, and when the current value exceeds the threshold value, the contactless switch It is preferable to configure a circuit that turns off the signal.
[0033]
Other configurations include, for example, devising a control circuit for a contactless switch. For example, it has a comparator that compares the potential of the contactless switch, more specifically, the potential difference between the source and drain and the threshold potential, and when the contactless switch potential exceeds the threshold potential, And a control circuit configured to turn off the contactless switch. The control circuit uses the fact that the current flowing through the non-contact switch and the potential difference between the source and drain are in a proportional relationship, and compares the potential difference between the source and drain with the threshold potential using a comparator. When the potential difference between the drains exceeds the threshold potential, it is determined that an overcurrent has occurred and the contactless switch is turned off. A protection circuit called a so-called latch circuit may be used. Examples of the comparator include a comparator.
[0034]
In the relay of the present invention having the above-described configuration, when an overcurrent occurs, the contactless switch is turned off so that the current flows through the resistor. Therefore, the power energy can be consumed by the resistor. Therefore, it is possible to eliminate or limit the excessive current input to the load. Thus, by eliminating or limiting an excessive current generated at the time of an accident or the like, it is easy to avoid a situation such as abnormal heating of wiring or a load.
[0035]
Further, in addition to the contactless switch, the power supply can be completely cut off by turning off the interrupting section.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is shown in the
FIG. 2 is a circuit diagram showing an outline of the DC relay of the present invention. The
[0037]
<Solid state switch>
In this example, the
[0038]
FIG. 3A is a circuit diagram illustrating an example of a control circuit that performs ON / OFF control of a contactless switch, and FIG. 3B can delay the time for turning on the contactless switch more than the blocking unit. It is a circuit diagram. As a control circuit provided in the
[0039]
<Blocking part>
"contact"
FIG. 4 is a top view schematically showing the DC relay of the present invention, FIG. 5 is a front view thereof, and FIG. 6 is an exploded configuration diagram thereof. The interruption | blocking
[0040]
The
[0041]
Similarly to the
[0042]
"Drive part"
In this example, a
[0043]
<Description of operation>
<Power-on operation>
In the
[0044]
After a certain time has elapsed, the
[0045]
As described above, immediately after the start of power supply, by supplying power to the load via the resistor R, the resistor R consumes power energy, so that power to the load can be limited. Therefore, the capacitor included in the load can be sufficiently charged, and a problem that a large current flows through the load immediately after the power is turned on and the load is destroyed can be effectively prevented. That is, the relay of the present invention can perform current adjustment in the same manner as a conventional relay unit.
[0046]
In addition, in the normal power supply, current flows not only through the contactless switch but also through the resistor R, but the current flows mainly through the contactless switch having a small resistance value.
[0047]
<Power cut-off operation>
Next, the operation when cutting off the power to the load will be described. At the time of power supply, the
[0048]
Next, the
[0049]
As described above, the relay of the present invention can adjust the current, reduce the generation of arc with a simple configuration that does not use a gas sealing structure, or eliminate it at all, and enables high-speed interruption. In the relay shown in this example, even if the supply voltage is not sufficiently applied to the resistor due to failure of the contactless switch, the voltage applied to each contact pair can be increased by providing a large number of contact pairs. Since it can be made smaller, it is possible to effectively reduce the occurrence of arcs.
[0050]
[Example 1 including a control circuit for a blocking unit]
In the above example, a configuration in which a control device for controlling on / off of the blocking unit is separately provided has been described. However, the relay of the present invention may include a control circuit for controlling on / off of the blocking unit. FIG. 7 is a circuit diagram of a control circuit including a semiconductor switch.
[0051]
The control circuit shown in FIG. 7 controls the ON / OFF of the contactless switch, receives the MPU that controls the operation of the solenoid of the drive unit, the power supply circuit that drives the MPU, and the ON / OFF signal from the MPU. It comprises a semiconductor switch Q 1 for controlling the drive current of the solenoid Te. The control circuit has a full bridge configuration including a full bridge transformer Tr and semiconductor switches Q 11 , Q 12 , Q 13 , and Q 15, and supplies power to the control circuit of the contactless switch. In this example, the transformer Tr insulates and isolates the power source of the control circuit of the interrupting unit from the power source of the control circuit of the contactless switch. In addition, this circuit includes semiconductor switches Q 14 and Q 16 for transmitting a drive signal from the MPU to the semiconductor switches Q 11 and Q 12 , resistors R 11 and R 12 that provide a drive voltage for the semiconductor switch Q 11 , and the semiconductor switch Q Resistors R 13 and R 14 that provide twelve driving voltages, and resistors R 15 and R 16 that provide driving voltage for the semiconductor switch Q 1 are provided. Semiconductor switch Q 1 in this example, using an N-type channel field-effect transistor of the low voltage drive type (~4V).
[0052]
Such a control circuit is connected to a low voltage power source (for example, 12 V) provided separately from the high voltage power source and grounded. This is the terminal 12e is connected to the low voltage power supply to the ', the solenoid of the
[0053]
With the above structure, the solenoid of the driving section, a signal from the MPU, the semiconductor switch Q 1 is by turning on / off, the driving current is controlled.
[0054]
Thus, when the control circuit of the shut-off unit is also provided in the relay and integrated, workability at the time of mounting on an automobile or the like is good and preferable.
[0055]
[Example 2 including a control circuit for a blocking unit]
In the above example 1, it has been described the control circuit comprising a semiconductor switch Q 1, may be a circuit using a relay to perform mechanical blocking. FIG. 8 is a circuit diagram of a control circuit including a relay that performs mechanical disconnection.
[0056]
The basic configuration of the control circuit shown in FIG. 8 is the same as the circuit diagram shown in FIG. 7, and controls the ON / OFF of the contactless switch and the MPU and MPU for controlling the operation of the solenoid of the drive unit. A power supply circuit for driving. The difference is that the semiconductor switch Q 2 that operates according to the on / off signal from the MPU and the relay RLY 1 that is controlled by the on / off of the semiconductor switch Q 2 to control the drive current of the solenoid can be mechanically interrupted. It is a point that has. Semiconductor switch Q 2 in this example, was used NPN transistor.
[0057]
The relay performing a mechanical blocking, by a control circuit for controlling the solenoid on / off of the driving unit, can be produced at low cost than the control circuit shown in FIG. 7 for controlling the semiconductor switches Q 1 .
[0058]
[Example including a control circuit for a contactless switch and a control circuit for a breaker]
In Examples 1 and 2 above, the example in which the control circuit for the non-contact switch and the control circuit for the cutoff unit are provided separately has been described. However, the control circuit for the non-contact switch and the control circuit for the cutoff unit are integrated into a single circuit. Also good. FIG. 9 is a circuit diagram showing a control circuit in which the control circuit for the contactless switch shown in FIG. 3 (B) and the control circuit for the blocking section shown in FIGS. 7 and 8 are combined. In FIG. 9, the semiconductor switches Q 1 and Q 2 and the relay RLY 1 are omitted.
[0059]
Thus, by making the control circuit of the non-contact switch and the control circuit of the shut-off unit that performs mechanical shut-off into an integrated circuit, the occupied area of the circuit can be reduced, and both control circuits can be separately provided. There is no need to manufacture, and it is excellent in workability.
[0060]
[
Next, a control circuit having a configuration capable of shutting off the contactless switch when a short circuit accident occurs will be described. When an accident such as a short-circuit accident occurs, a large current is generated, and an overcurrent may flow through the load. Therefore, the control circuit of this example includes a comparator and uses the comparator to turn off the contactless switch in the event of an overcurrent. FIG. 10 is a circuit diagram in which a control circuit including a comparator as a control circuit for a contactless switch and a control circuit for a blocking unit are combined.
[0061]
The basic configuration of the control circuit shown in FIG. 10 is the same as that of the control circuit combining the contactless switch control circuit shown in FIG. 3A and the blocking portion shown in FIG. The feature of this circuit is that the control circuit of the contactless switch includes a comparator COMP. Hereinafter, this point will be mainly described. In FIG. 10, the semiconductor switches Q 1 and Q 2 and the relay RLY 1 are omitted.
[0062]
In this control circuit, the comparator COMP compares the potential difference between the source and drain of the contactless switch and the threshold potential. If the potential difference between the source and drain exceeds the threshold potential, an overcurrent flows through the contactless switch. determines that turns on the semiconductor switch Q 21. Semiconductor switch Q 20 with the ON of the semiconductor switch Q 21, Q 3 is turned on. By this semiconductor switch Q 3 is turned on, a
[0063]
In this way, when a short-circuit accident or the like occurs, if at least the contactless switch is configured to be turned off, power energy is consumed by the resistance, so that overcurrent is hardly sent to the load. Therefore, damage to the load due to a short circuit accident or the like can be almost eliminated or prevented. In addition, if the non-contact switch is shut off and then the shut-off part is further cut off, damage due to overcurrent to the load can be prevented more reliably, and the load can be damaged or destroyed in an accident such as a short-circuit accident. Can be effectively prevented.
[0064]
In the circuit shown in FIG. 10, when the potential difference between the source and the drain becomes threshold potential than the semiconductor switch Q 20 is turned on via the diode D 2, it can continue to turn the output of the comparator COMP. Further, in the circuit shown in FIG. 10, the resistor R 20, R 21, resistor R 24 and diode D 2, the driving voltage to the semiconductor switch Q 20 to adjust the current to the semiconductor switch Q 3 for applying a driving voltage to the semiconductor switch Q 3 Resistors R 22 and R 23 , resistors R 25 and R 26 for applying a drive voltage to the negative side of the comparator COMP, and resistors R 27 and R 28 for applying a drive voltage to the positive side of the comparator COMP.
[0065]
[
In the
[0066]
In this example, the
[0067]
Providing a current sensor in this way can also effectively prevent problems due to overcurrent in the event of a short circuit accident or the like. Further, even when a current sensor is provided, it is easier to avoid a situation such as abnormal heating such as wiring or a load, if not only the non-contact switch but also the shut-off unit is turned off.
[0068]
Although FIG. 11 shows an example in which a current sensor is provided in a circuit in which a control circuit for a contactless switch and a control circuit for a blocking unit are integrated, only the control circuit for a contactless switch as shown in FIGS. Of course, the
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the DC relay of the present invention, the number of components is small, power adjustment at the time of power-on can be performed, and the arc can be reduced or eliminated while having a simple configuration. The effects can be achieved. In particular, the relay of the present invention does not use the conventional complicated and expensive gas sealing structure, and can maintain an excellent breaking performance over a long period of time. Furthermore, since the relay of the present invention has a simple configuration, the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are explanatory views schematically showing a configuration of a direct current relay according to the present invention, in which FIG. 1A is an example in which a non-contact switch and a resistor are arranged between connecting contacts of a breaker, and FIG. An example in which a non-contact switch and a resistor are arranged on the high potential side of the power source and a cutoff part is arranged on the low potential side of the power source with respect to the load. FIG. (D) is an example in which a multi-contact blocking part is arranged on the higher potential side of the power supply than the load, and a non-contact switch and a resistor are arranged on the lower potential side of the power supply than the load.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an outline of a DC relay of the present invention.
3 (A) is a circuit diagram showing an example of a control circuit for controlling the ON / OFF non-contact switch, (B) is a circuit diagram comprising a further capacitor C t to the circuit shown in (A) It is.
FIG. 4 is a top view schematically showing the outline of the DC relay of the present invention.
FIG. 5 is a front view of the DC relay of the present invention shown in FIG.
6 is an exploded configuration diagram of the DC relay of the present invention shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a control circuit for controlling on / off of a blocking section provided in the DC relay of the present invention, and is a control circuit including a semiconductor switch.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a control circuit that performs on / off control of a blocking unit included in the DC relay of the present invention, and is a control circuit including a relay that performs mechanical blocking.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a control circuit provided in the DC relay of the present invention, which is a control circuit that combines a control circuit for a contactless switch and a control circuit for a blocking unit.
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a control circuit included in the direct current relay of the present invention, and is a control circuit capable of shutting off a contactless switch in the event of a short circuit accident or the like.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a control circuit provided in the DC relay of the present invention, which is a circuit provided with a current sensor.
FIG. 12 is a schematic circuit diagram for explaining a conventional relay unit used in HEV.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電力の供給を遮断可能な無接点スイッチと、
前記無接点スイッチと直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な遮断部と、
前記無接点スイッチと並列に接続される抵抗とを具えることを特徴とする直流リレー。A DC relay that is connected to a power source and a load and can cut off power supply to the load,
A contactless switch capable of shutting off the supply of power;
A non-contact switch that is connected in series with the non-contact switch and that can be mechanically interrupted;
A direct current relay comprising a resistor connected in parallel with the contactless switch.
負荷への電力供給を遮断する際は、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の直流リレー。When supplying power to the load, turn off the non-contact switch, turn off the non-contact switch, turn on the non-contact switch after a certain time, and supply power to the load.
2. The DC relay according to claim 1, wherein when the power supply to the load is interrupted, the interrupter is turned off after the contactless switch is turned off.
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