JP2010522418A - 電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズ - Google Patents

Abstract

本発明は、温度ヒューズ、特に自動車の分野における電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズに関する。温度ヒューズは、接続部材（４，２５）を備え、該接続部材（４，２５）が、当該接続部材（４，２５）を介して持続的な電気伝導性の接続を提供するために、複数の接続箇所に電気的かつ機械的に接続されており、かつ前記接続部材（４，２５）とは別個に形成されたアクチュエータ（６）を備え、該アクチュエータ（６）が、電気的なエネルギを消費することなく、周囲温度が作動温度に達したときに作動して、前記接続部材（４，２５）により形成される電気的な接続を機械的に遮断する。

Description

本発明は、特に高電流用途のための、電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズに関する。

電気的なモジュールを過熱から保護するために、不可逆の温度ヒューズが必要である。温度ヒューズは、過度に高い周囲温度において、電流を導く導体を遮断する（作動）。温度ヒューズは、作動温度が電流に基づいて達成されてしまうことがないように設計されているので、高電流ではなく、過度に高い周囲温度によってのみ作動可能であることを保証している。つまり、温度ヒューズは、例えば構成素子の故障、短絡、外的な影響、絶縁材の異常等に基づいてモジュール内の温度が許容できないほど高くなった場合に電流を確実に遮断する、電気的なモジュールのための独立した切断系統を提供するために役立つ。

従来慣用の温度ヒューズは、大抵の場合、固定されたばね、例えばはんだ付けされた板ばねのコンセプトに基づいている。非作動時においても恒久的に機械的な力が接続箇所に及ぼされる。このことは、特に長期の使用期間、例えば自動車の分野における長期の運転期間の際に品質の問題に至る場合がある。特に、特定の時間が経過すると、はんだ箇所の動揺が発生する恐れがある。

それゆえ本発明の課題は、電流を確実に遮断し、高い信頼性及び長期安定性を有する温度ヒューズを提供することである。さらに温度ヒューズは、許容可能な最大電流より低い電流が流れるにすぎない障害も確実に認識できるように、周囲温度にのみ依存し、流れる電流には左右されることなく作動することが保証されていることが望ましい。

この課題は、請求項１に係る温度ヒューズ、すなわち温度ヒューズ、特に自動車の分野における電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズにおいて、接続部材を備え、該接続部材が、当該接続部材を介して持続的な電気伝導性の接続を提供するために、複数の接続箇所に電気的かつ機械的に接続されており、前記接続部材とは別個に形成されたアクチュエータを備え、該アクチュエータが、電気的なエネルギを消費することなく、周囲温度が作動温度に達したときに作動して、前記接続部材により形成される電気的な接続を機械的に遮断することを特徴とする、電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズにより解決される。好ましくは、前記アクチュエータが、作動時に電気的な接続を解除するために前記接続部材に向かって可動なラムを備える。好ましくは、前記アクチュエータが、作動時に前記接続部材を切断するために、切断機構を備えて形成されている。好ましくは、前記接続部材が、電流伝導性の平型導体、特にシート又は金属薄板として形成されている。好ましくは、前記平型導体が目標切断箇所を備える。好ましくは、前記接続箇所が打抜き格子体の線路領域上に配置されている。好ましくは、前記アクチュエータが、支持部材上に配置されており、該支持部材が、前記接続部材に関するアクチュエータの向きを確定するために、前記打抜き格子体に結合されている。好ましくは、前記アクチュエータが、単数又は複数の互いに反応する材料を有し、該材料が、溶融可能な隔壁により互いに隔離されており、該隔壁の溶融温度が作動温度に相当し、作動時に互いに反応する材料に基づく体積変化が、前記接続部材により形成される電気的な接続を遮断するように、前記アクチュエータが前記接続部材に配置されている。好ましくは、前記接続部材が前記接続箇所に、溶融温度で溶融可能な材料により接続されており、該溶融可能な材料の溶融温度が、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い。好ましくは、前記接続部材が、前記接続箇所の各々に固く結合されているか、又は溶融温度で溶融可能な材料により結合されており、該溶融可能な材料の溶融温度が、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い。

一観点では、温度ヒューズ、特に自動車の分野における電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズが規定されている。温度ヒューズは、接続部材を有しており、接続部材は、接続部材を介して持続的な電気伝導性の接続を提供するために、接続箇所に電気的かつ機械的に接続されている。さらに温度ヒューズは、接続部材とは別個に形成されたアクチュエータを有しており、アクチュエータは、電気的なエネルギを消費することなく、周囲温度が作動温度に達したときに作動して、接続部材により形成される電気的な接続を機械的に遮断する。

この温度ヒューズは、接続部材及びアクチュエータの別体の構成に基づいて、温度ヒューズの作動が実質的に、接続部材を通る電流経路を流れる電流ではなく、温度ヒューズの周囲温度にのみ依存しているという利点を有する。さらに上記構造により、接続部材をプリロードなしに接続箇所間に配置することが可能である。その結果、接続箇所における接続部材の接続の劣化あるいは悪化の危険は回避され得る。

さらにアクチュエータは、作動時に電気的な接続を解除するために接続部材に向かって可動なラムを有していてもよい。

一形態では、アクチュエータが、作動時に接続部材を切断するために、切断機構を備えて形成されていてもよい。加えて接続部材は、電流伝導性の平型導体、特にシート又は金属薄板として形成されていてもよい。特に平型導体は、目標切断箇所を有していてもよい。

さらに接続箇所は、打抜き格子体の線路領域上に配置されていてもよい。アクチュエータは有利には、支持部材上に配置されており、支持部材は、接続部材に関するアクチュエータの向きあるいは位置を確定するために、打抜き格子体に機械的に結合されている。

一形態では、アクチュエータが、単数又は複数の互いに反応する材料を有する。互いに反応する材料は、溶融可能な隔壁により互いに隔離されており、隔壁の溶融温度は作動温度に相当する。アクチュエータは、作動時に互いに反応する材料に基づく体積変化が、接続部材により形成される電気的な接続を遮断するように接続部材に配置されている。特に接続部材は、接続箇所に溶融温度で溶融可能な材料により接続されていてもよく、溶融可能な材料の溶融温度は、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い。

さらに接続部材は、接続箇所の各々に固く結合されているか、又は溶融温度で溶融可能な材料により結合されていてもよく、溶融可能な材料の溶融温度は、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い。

一形態では、アクチュエータのラムが予め付勢されており、溶融体によって保持される。溶融体は、周囲温度が作動温度に達すると、溶融して、予め付勢されたラムを解放するように配置されている。

本発明の別の有利な形態は、従属請求項に係る発明である。

以下に、本発明の有利な実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳説する。

温度ヒューズの第１の実施の形態の概略横断面図である。 温度ヒューズの第２の実施の形態の概略横断面図である。 第１又は第２の実施の形態に係る温度ヒューズのためのアクチュエータの横断面図である。 ａ乃至ｃは、第３の実施の形態に係る温度ヒューズの、作動前、作動中あるいは作動後の概略横断面図である。

図１には、温度ヒューズ（Ｔｈｅｒｍｏｓｉｃｈｅｒｕｎｇ）の第１の実施の形態が概略的に示されている。温度ヒューズは、打抜き格子体（Ｓｔａｎｚｇｉｔｔｅｒ）１において２つの線路領域２間に存在する。線路領域２は、それぞれ１つの接続箇所３を有する。接続箇所３は、接続部材としての平型導体（Ｆｌａｃｈｌｅｉｔｅｒ）、例えば電流伝導性のシート４あるいは例えばＣｕ又はその他の伝導性の材料からなる金属薄板を介して互いに接続されている。その結果、電流伝導性の接続が線路領域２間に生じる。この実施の形態では、電流伝導性のシート４が、接続箇所３に（例えば点状に）溶接されて、線路領域２に確実に機械的かつ電気的に接続されている。電流伝導性のシート４は択一的には、別の形式で恒久的に接続箇所３に固定されていてもよい。

打抜き格子体１は、１つのモジュール内のそれぞれ異なる位置間の電気的な接続又はあるモジュールへの電気的な接続を担う一連の導体路及び導体領域を備える。打抜き格子体の導体路は、絶縁材料内に埋設可能である。導体路が接続されるべき部位では、絶縁材料が除去されており、構成素子又は端子が電気的に打抜き格子体１の導体路に接続可能である。

さらに、周囲温度が作動温度を超えると、ラム７を電流伝導性のシート４に向かって動作させるアクチュエータ６が設けられている。ラム７は自由端に刃８を備える。刃８は、切断部材の切れ刃９に沿って滑動して、切断を行う。切れ刃９と刃８との間には、温度ヒューズの非作動状態で、電流伝導性のシート４が存在する。

ラム７が温度ヒューズの作動時に、アクチュエータ６のアクティブ化により上方に押圧されると、刃８と切れ刃９との間の電流伝導性のシート４は、シート４を通る電流を遮断するために完全に切断される。ラム７の、電流伝導性のシート４側の端部は、斜面１１を有する。斜面１１は、ラム７が切れ刃９に沿ってさらに運動したとき、電流伝導性のシート４の一方の切片を、切断位置にある他方の切片から押しのける。ラム７は、有利には非伝導性の材料から形成されているので、電流伝導性のシート４の切断後、電気的な接続が打抜きプレート１の線路領域２間に存在しないことが確実に保証され得る。さらに、ラム７の材料は、刃８がその鋭利性を温度ヒューズの寿命全体にわたって維持するように選択されていることが望ましく、例えばセラミックである。

アクチュエータ６は有利には、ラム７を電気的なエネルギの使用なしに動作させるように形成されている。これにより、温度ヒューズの作動は、電流供給の存在に影響されない。

打抜き格子体１上の接続部材に関するアクチュエータ６の位置を規定するために、アクチュエータ６は、打抜きプレート１に規定された状態で結合されている支持部材１２上に配置されている。これにより、電流伝導性のシート４に向かってのアクチュエータ６のラム７の方向付けが保証され得る。支持部材１２は有利には、周囲熱をアクチュエータ６に供給するために、高熱伝導性に、例えば金属から形成されている。

図２には、温度ヒューズの別の実施の形態が概略的に示されている。同じ部材又は類似の機能の部材には同じ符号を付した。

図２の温度ヒューズは、接続部材としての電流伝導性のシート４を介して互いに接続されている２つの線路領域２を備える打抜きプレート１を有する。電流伝導性のシート４は、第１の接続箇所３を介して第１の線路領域２に溶接、又はその他の形式で持続的かつ確実に電気的にこの線路領域２に接続されている。第２の線路領域２の第２の接続箇所３には、電流伝導性のシート４の他端がやはり電気的に接続されている。ただし、電流伝導性のシート４と第２の接続箇所３との間の電気的な接続は、電流伝導性のシート４と第２の線路領域２との間の結合が、アクチュエータ６が作動したときには既に周囲温度に基づいて解除されているように形成されている。

アクチュエータ６は、この実施の形態では刃を有しない。アクチュエータ６のラム７の自由端は、任意に成形されていてよい。作動時に電流伝導性のシート４に向かって運動するラム７は、電流伝導性のシート４を簡単に僅かな力消費で、電流伝導性のシート４の前記他端が第２の線路領域２の第２の接続箇所３から解離して、電流を遮断するように持ち上げる。第２の実施の形態でも、ラムは非伝導性に形成されているのが有利であるが、電流の遮断が第２の接続箇所３の領域で行われるので、伝導性に形成されていても構わない。

第２の接続箇所と電流伝導性のシート４との間の電気伝導性の接続は、はんだにより形成されていてもよいし、別の伝導性の材料により形成されていてもよい。周囲温度がはんだあるいは前記別の伝導性の材料の溶融温度を超えると、電気伝導性の接続は当初、周囲温度がさらに上昇してアクチュエータ６が作動し、はんだの溶融状態に基づいて電流伝導性のシート４を然したる力消費なしに第２の接続箇所３から持ち上げることができるようになるまで維持される。

択一的には、両接続箇所３は、溶接又はその他の持続的な結合により電流伝導性のシート４に結合されていてもよい。この場合、ラム７により作動時に印加される力は、電流を遮断するために、電流伝導性のシート４を裂断する大きさでなければならない。電流伝導性のシート４の切断を容易にするために、電流伝導性のシート４は、少なくともラム７の衝突箇所の領域に狭幅部、穿孔部又は厚さを減じた領域を有していてもよく、これらは、アクチュエータ６が作動した際の目標破断個所を形成する。さらに、電流伝導性のシート４は、接続箇所３間で予め付勢されてプリロードをかけられていてもよい。その結果、ラム７の自由端が電流伝導性のシート４に当接したときの切断が容易になる。

図３には、アクチュエータ６の一例が横断面図で示されている。このアクチュエータ６は、第１及び第２の実施の形態において使用可能である。アクチュエータ６は、柱状のラム７を備える。ラム７にはストッパ部材１５が設けられており、ストッパ部材１５は、アクチュエータ６のアクチュエータハウジング１６の内部に位置する。ストッパ部材１５は、有利には周囲を取り巻くように延びるストッパ面１７を有する。ストッパ面１７は、溶融体の形態の溶融可能な材料１８により、別のストッパ面１９として機能し、これを通してラム７が突出するカバープレート１９から間隔を置いて保持される。ストッパ部材１５は、アクチュエータハウジング１６と、ストッパ部材１５内に設けられた切欠きの内面との間に配置されているばね１９を介して予め付勢されている。これにより、ばね部材１９は、ばね力をストッパ面１７に対して、溶融可能な部材１８が介在するカバープレート１９の方向で及ぼす。

このアクチュエータの作動は、温度が溶融温度に到達あるいはこれを超過したときに行われる。このとき、溶融可能な材料１８は溶融して、カバープレート１９とラム７との間の開口２１を通してアクチュエータから流出する。ストッパ部材１５はラム７と共にばね部材１９の力の方向で運動し、ラム７はアクチュエータから進出する。このようなアクチュエータの代わりに、所定の周囲温度の超過時に作動して、電流伝導性の接続の切断のために使用される部材の運動、例えば図１及び図２の実施の形態に示されているようなラム７の並進運動を実施する別のアクチュエータが設けられていてもよい。

図４ａには、本発明の第３の実施の形態に係る温度ヒューズが示されている。打抜きプレート１の線路領域２上の接続箇所３間には、剛性の接続部材２５が取り付けられている。この接続部材２５は、電流伝導性であり、伝導性の、所定の温度で溶融する材料２６、例えばはんだを介して、接続箇所３に電気的に接続されている。材料２６の融点は、有利にはアクチュエータ６の作動温度を下回る。アクチュエータ６は、例えば点火カプセル（Ｚｕｅｎｄｋａｐｓｅｌ）として形成されている。点火カプセル内には、例えば互いに反応する２つの材料２７，２８が、溶融可能な隔壁２９により互いに隔離可能である。択一的には、一方の材料を内包し、隔壁の溶融可能な材料からなる外被を備える球が設けられていてもよい。作動温度を超えると、この外被は溶融して、互いに反応する両材料は接触する。

別の択一的な形態では、単数の点火可能な材料が設けられていてもよい。点火可能な材料は、適当な作動温度で点火する。このとき、発熱反応が起こり、相応の体積変化を起こす。有利には、点火材料は、自己加速する発熱反応で反応するように選択されている。

図４ｂに示すように、隔壁２９は、作動温度に到達あるいは超過するとすぐに溶融して、互いに反応する両材料２７，２８を互いに接触させ、反応させる。反応は、接続部材２５の方向での体積膨張を惹起して、接続部材２５を、既に溶融した材料２６がある接続箇所３から持ち上げるか、あるいは押しのける。これにより、作動時を示す図４ｃに示すように、線路領域２間の伝導性の接続を遮断する。

アクチュエータとしてバイメタルアクチュエータ又は記憶金属アクチュエータを作動部材として使用する別の実施の形態も可能である。

また、アクチュエータは、溶融部材によりプリロード下に保持される予圧されたばね部材を有していてもよい。作動温度に到達すると、溶融部材は溶融して、ばね部材は弾発し、シート４、一般的には平型導体を遮断する。

すべての実施の形態において、対応するアクチュエータが可燃性の材料を有しない点に留意すべきである。

すべての実施の形態において、接続部材４，２５は、温度ヒューズが設計されている最大電流時に、接続部材の言及すべきほどの温度上昇が発生しないように設計されている。すなわち、電気的な抵抗あるいは横断面は、最大電流が良好に接続部材を通して伝導され得るように選択されている。温度ヒューズの作動は、機械的にのみ、アクチュエータのアクティブ化によって行われ、不可逆であるべきである。すなわち、開放されたヒューズは、再び伝導することがあってはならない。

Claims (10)

1. 温度ヒューズ、特に自動車の分野における電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズにおいて、
   接続部材（４，２５）を備え、該接続部材（４，２５）が、当該接続部材（４，２５）を介して持続的な電気伝導性の接続を提供するために、複数の接続箇所に電気的かつ機械的に接続されており、
   前記接続部材（４，２５）とは別個に形成されたアクチュエータ（６）を備え、該アクチュエータ（６）が、電気的なエネルギを消費することなく、周囲温度が作動温度に達したときに作動して、前記接続部材（４，２５）により形成される電気的な接続を機械的に遮断する
   ことを特徴とする、電気的なモジュール内で使用するための温度ヒューズ。
2. 前記アクチュエータ（６）が、作動時に電気的な接続を解除するために前記接続部材（４，２５）に向かって可動なラム（７）を備える、請求項１記載の温度ヒューズ。
3. 前記アクチュエータ（６）が、作動時に前記接続部材（４）を切断するために、切断機構（８，９）を備えて形成されている、請求項１又は２記載の温度ヒューズ。
4. 前記接続部材（４）が、電流伝導性の平型導体、特にシート又は金属薄板として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の温度ヒューズ。
5. 前記平型導体（４）が目標切断箇所を備える、請求項４記載の温度ヒューズ。
6. 前記接続箇所が打抜き格子体（１）の線路領域上に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の温度ヒューズ。
7. 前記アクチュエータ（６）が、支持部材（１２）上に配置されており、該支持部材（１２）が、前記接続部材（４，２５）に関するアクチュエータ（６）の向きを確定するために、前記打抜き格子体（１）に結合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の温度ヒューズ。
8. 前記アクチュエータ（６）が、単数又は複数の互いに反応する材料（２７，２８）を有し、該材料（２７，２８）が、溶融可能な隔壁（２９）により互いに隔離されており、該隔壁（２９）の溶融温度が作動温度に相当し、作動時に互いに反応する材料に基づく体積変化が、前記接続部材（２５）により形成される電気的な接続を遮断するように、前記アクチュエータ（６）が前記接続部材（２５）に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の温度ヒューズ。
9. 前記接続部材（２５）が前記接続箇所（３）に、溶融温度で溶融可能な材料（２６）により接続されており、該溶融可能な材料の溶融温度が、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い、請求項８記載の温度ヒューズ。
10. 前記接続部材（４，２５）が、前記接続箇所（３）の各々に固く結合されているか、又は溶融温度で溶融可能な材料により結合されており、該溶融可能な材料の溶融温度が、作動温度に等しいか、又は作動温度より低い、請求項１から７までのいずれか１項記載の温度ヒューズ。

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