JP2013257962A

JP2013257962A - 安全装置

Info

Publication number: JP2013257962A
Application number: JP2012131741A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Onda; 忠義恩田; Naohisa Kamiyama; 直久神山
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26
Also published as: WO2013187107A1

Abstract

【課題】制御装置を不要にして安全装置を簡略化し、安全装置のコストを下げる。
【解決手段】転流器６は、温水タンク４（又はヒータ３）からの熱を直接又は間接に受けて第１臨界温度に達すると変形するバイメタルを備え、バイメタルの変形を受けて正常時ライン５を遮断し、正常時ライン５に流れていた電流を転流ライン８に転流させる。遮断器１０は、正常時ライン５及び転流ライン８に直列接続され、又は、転流ライン８に直列接続され、温水タンク４（又はヒータ３）からの熱を直接又は間接に受けて第１臨界温度よりも高い第２臨界温度に達すると変形するバイメタルを備え、バイメタルの変形を受けて開極する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常時に直流電流を遮断する安全装置に関する。

特許文献１は、転流遮断器と、抵抗及び大電流遮断用遮断器と、を並列接続した安全装置を開示している。

この安全装置は、電源（発電機）と負荷（主変圧器）の間に接続されており、異常時には、転流遮断器を開極させて電流を抵抗に転流して電流を減衰させ、この状態で大電流遮断器を開極させることで、アーク放電を抑制し、直流電流を安全に遮断している。

特開平７−１６１２６４号公報

しかしながら、上記従来技術の構成は、転流遮断器と大電流遮断用遮断器とを時間差で動作させるための制御装置が必要であり、安全装置のコストを上昇させる要因となっていた。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、制御装置を不要にして安全装置を簡略化し、安全装置のコストを下げることを目的とする。

本発明のある態様によれば、直流電源と負荷との間に接続される安全装置であって、前記直流電源に接続する正常時ラインと、前記正常時ラインに並列接続される転流ラインと、前記転流ラインに設けられる抵抗と、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて第１臨界温度に達すると変形又は溶断する転流制御用熱変形部材を備え、前記転流制御用熱変形部材の変形又は溶断を受けて前記正常時ラインを遮断し、前記正常時ラインに流れていた電流を前記転流ラインに転流させる転流器と、前記正常時ライン及び前記転流ラインに直列接続され、又は、前記転流ラインに直列接続され、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて前記第１臨界温度よりも高い第２臨界温度に達すると変形する遮断制御用熱変形部材を備え、前記遮断制御用熱変形部材の変形を受けて開極する遮断器と、を備えたことを特徴とする安全装置が提供される。

上記態様によれば、転流器と遮断器とを時間差で動作させるための制御装置は不要であり、装置のコストを下げることができる。

第１実施形態に係る安全装置の電気回路図である。第１実施形態に係る安全装置の具体的構成を示す斜視図である。転流器の構成及び動作を説明するための図である。転流器の構成及び動作を説明するための図である。遮断器の構成及び動作を説明するための図である。遮断器の構成及び動作を説明するための図である。安全装置の動作を説明するための図である。安全装置の動作を説明するための図である。安全装置の動作を説明するための図である。第２実施形態に係る安全装置の電気回路図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る安全装置１の電気回路図である。

図中、直流電源２は、ハイブリッド車両に搭載される出力電圧が３５０Ｖの強電バッテリである。ヒータ３は、通電することによって発熱するシーズヒータ又はＰＴＣヒータである。コスト的にはシーズヒータが好ましい。ヒータ３は、温水タンク４内に配置され、温水タンク４内を流通する冷媒を加熱する。

安全装置１は、これら直流電源２とヒータ３との間に接続されている。安全装置１は、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えて上昇した場合に、直流電源２からヒータ３に流れる電流を遮断する。

安全装置１を、電気の流れ方向において、ヒータ３よりも正極側に接続しているのは、電流遮断時に、仮に、安全装置１の構成要素が外部の電気回路に短絡したとしても、直流電源２からヒータ３に電流が流れることがないようにするためである。

安全装置１の構成について説明する。安全装置１は、直流電源２に接続される正常時ライン５と、正常時ライン５に設けられる転流器６と、正常時ライン５に並列接続し、かつ、抵抗７が設けられる転流ライン８と、正常時ライン５及び転流ライン８に合流ライン９を介して直列接続される遮断器１０とを備える。

転流器６は、可動接点を駆動するアクチュエータとしてバイメタルを備えるバイメタルスイッチである。転流器６は、温水タンク４の上面に設置される。転流器６は、バイメタルが第１臨界温度未満であれば閉極しているが、温水タンク４から受ける熱によってバイメタルの温度が第１臨界温度に達すると開極する。また、このとき、開かれた接点の間にバネ付勢された絶縁体６６が挿入され、転流器６の開極が確実に実現される。

遮断器１０は、転流器６と同様に、可動接点を駆動するアクチュエータとしてバイメタルを備えるバイメタルスイッチであり、温水タンク４の上面に設置される。遮断器１０は、バイメタルが第１臨界温度よりも高い第２臨界温度未満であれば閉極しているが、温水タンク４から受ける熱によってバイメタルの温度が第２臨界温度に達すると開極する。

図２は、安全装置１の具体的構成を示す斜視図である。

転流器６は、固定接点６１と、固定接点６１に対向して配置される可動接点６２と、可動接点６２の下方に配置されるバイメタル６３と、バイメタル６３から可動接点６２に向けて延びる作動棒６４と、トーションスプリング６５によって可動接点６２に向けて付勢される絶縁体６６とを備える。

バイメタル６３は、第１臨界温度未満では下側に凸の椀形状をしているが、第１臨界温度に達すると上側に凸の椀形状に変形する。これにより、作動棒６４の先端が可動接点６２に押し付けられて可動接点６２が押し上げられ、可動接点６２が固定接点６１から離間する。

図示の状態は、可動接点６２が固定接点６１から離間し、可動接点６２と固定接点６１との間に絶縁体６６が挿入された状態である。

遮断器１０は、固定接点１０１と、固定接点１０１に対向して配置される可動接点１０２と、可動接点１０２の下方に配置されるバイメタル１０３と、バイメタル１０３から可動接点１０２に向けて延びる作動棒１０４とを備える。バイメタル１０３の構成、作動態様はバイメタル６３と同じである。

図３Ａは、バイメタル６３が第１臨界温度未満の時の転流器６を示す。この状態では、可動接点６２と固定接点６１とが接触しており、転流器６は閉極している。

絶縁体６６は、可動接点６２に近いほど厚みが薄くなる扇形のブレード部６６ｂを有しており、ブレード部６６ｂの可動接点６２側の上面には、可動接点６２の変位方向に延びる突起６７が設けられている。絶縁体６６は、軸部６６ｓに軸支されており、軸部６６ｓに設けられたトーションスプリング６５によって図中時計回り方向に付勢されている。絶縁体６６は、ブレード部６６ｂの突起６７が可動接点６２の側面に接触することで図示の状態を保持する。これにより、転流器６が誤って開極するのが防止される。

この状態からバイメタル６３の温度が第１臨界温度に達すると、作動棒６４の先端が可動接点６２に押し付けられて可動接点６２が押し上げられ、可動接点６２が固定接点６１から離間し、転流器６が開極する。

可動接点６２の固定接点６１からの離間量がブレード部６６ｂの突起６７の高さよりも大きくなると、図３Ｂに示すように、トーションスプリング６５の付勢力によって可動接点６２と固定接点６１との間にブレード部６６ｂが挿入され、可動接点６２と固定接点６１との距離がさらに拡大する。これにより、転流器６が確実に開極する。なお、固定接点６１の上面には、ブレード部６６ｂに接触することで、絶縁体６６の回動量を規制するストッパーピン６８が立設されている。

可動接点６２と固定接点６１との間にブレード部６６ｂが挿入された後は、バイメタル６３の温度が自己復帰温度（＜第１臨界温度）まで下がったとしても、ブレード部６６ｂの突起６７が可動接点６２の側面に引っかかり、ブレード部６６ｂが可動接点６２と固定接点６１との間から抜け出すことはない。すなわち、転流器６は一旦開極すると、再度閉極することはない。

なお、突起６７はブレード部６６ｂではなく、可動接点６２の下面に設けるようにしてもよい。

図４Ａは、バイメタル１０３が第２臨界温度未満の時の遮断器１０を示す。この状態では、可動接点１０２と固定接点１０１とは接触しており、遮断器１０は閉極している。

この状態からバイメタル１０３の温度が第２臨界温度に達すると、作動棒１０４の先端が可動接点１０２に押し付けられて可動接点１０２が押し上げられ、図４Ｂに示すように、可動接点１０２が固定接点１０１から離間し、遮断器１０が開極する。

なお、第１実施形態では、転流器６のみが、開極時に可動接点６２と固定接点６１との間に絶縁体６６が挿入される構成を採用しているが、遮断器１０に同様の構成を採用してもよい。

続いて、図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら、第１実施形態に係る安全装置１の動作について説明する。

温水タンク４の温度が許容温度範囲内にある正常時は、転流器６及び遮断器１０はいずれも閉極している。この状態では、転流器６の抵抗値は抵抗７の抵抗値よりも小さいので、図５Ａに示すように、電流の大部分は転流器６に流れる。

この状態から、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えて上昇すると、転流器６のバイメタルの温度が第１臨界温度に達し、図５Ｂに示すように、転流器６が開極する。これにより、正常時ライン５が遮断され、正常時ライン５に流れていた電流は転流ライン８に転流される。

この時、転流器６の抵抗値が無限大となって、図５Ｂに示すように、電流が抵抗７側に流れるので、転流器６でのアーク放電は抑制される。さらに、転流器６の開かれた接点の間には絶縁体６６が挿入されるので、転流器６は確実に開極する。

温水タンク４の温度がさらに上昇し、遮断器１０のバイメタルの温度が第１臨界温度よりも高い第２臨界温度に達すると、遮断器１０が開極する。遮断器１０に流れる電流は抵抗７によって減衰されているので、遮断器１０でのアーク放電は抑えられ、遮断器１０を安全に開極させることができる。

このように、第１実施形態によれば、直流電流を安全に遮断することが可能である。転流器６と遮断器１０とを時間差で動作させるための制御装置は不要であり、装置のコストを下げることができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る安全装置の電気回路図である。

第２実施形態は、転流器６の接続位置が第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態においては、転流器６は、正常時ライン５と転流ライン８との結節点に設けられ、閉極状態では正常時ライン５のみに電流が流れ、開極状態では転流ライン８にのみ電流が流れるように構成される。すなわち、直流電源２と正常時ライン５とが接続する状態と直流電源２と転流ライン８とが接続する状態とは排他的に実現される。

このような位置に転流器６を設ければ、温水タンク４の温度が許容温度範囲内にある正常時は、抵抗７に電流が流れないので、抵抗７における損失を低減することができる。

その他の作用効果は第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、転流器６及び遮断器１０を温水タンク４の上面に設置し、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えた場合に転流器６及び遮断器１０が開極する構成であるが、温水タンク４の上面を凹ませて転流器６及び遮断器１０をヒータ３の近傍に設置し、ヒータ３の温度が許容温度範囲を超えた場合に転流器６及び遮断器１０が開極するようにしてもよい。

また、転流器６をバイメタルスイッチではなく、温度ヒューズで構成してもよい。この場合、温度ヒューズが溶断する温度は、第２臨界温度よりも低く設定される。

なお、温度ヒューズの場合、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えたことを受けて溶断したとしても、溶着を起こして正常時ライン５にわずかな電流が流れる可能性があるが、この場合であっても転流器６の抵抗値が抵抗７の抵抗値よりも大きくなるので、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

また、抵抗７に代えて、温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣサーミスタ、コンデンサを用いてもよい。

また、上記実施形態では、遮断器１０は正常時ライン５及び転流ライン８に直列接続されるが、遮断器１０は転流ライン８に直列接続していればよく、例えば、合流ライン９と転流ライン８との結節点と抵抗７との間に遮断器１０を設けるようにしてもよい。

また、特に図示を省略するが、上記実施形態において実際には、スイッチ装置（例えば、ＩＧＢＴ等のトランジスタ）が正常時ライン５に直列接続され、ＥＣＵなどのコントローラがこのスイッチ装置を制御する。このスイッチ装置及びコントローラは、ヒータ３の通電を制御するとともに、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えた場合に、ヒータ３の通電を強制的に遮断する。したがって、通常は、このスイッチ装置及びコントローラによって、温水タンク４の温度が許容温度範囲を超えることが防止される。

上記実施形態では、これに加えて、誤作動や故障が生じ難い安全装置１を設けることで、異常時における直流電流遮断の信頼性を向上させている。

１安全装置
２直流電源
３ヒータ（負荷）
５正常時ライン
６転流器
７抵抗
８転流ライン
１０遮断器
６１固定接点
６２可動接点
６３バイメタル（転流制御用熱変形部材）
６６絶縁体
６７突起
１０１固定接点
１０２可動接点
１０３バイメタル（遮断制御用熱変形部材）

Claims

直流電源と負荷との間に接続される安全装置であって、
前記直流電源に接続する正常時ラインと、
前記正常時ラインに並列接続される転流ラインと、
前記転流ラインに設けられる抵抗と、
前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて第１臨界温度に達すると変形又は溶断する転流制御用熱変形部材を備え、前記転流制御用熱変形部材の変形又は溶断を受けて前記正常時ラインを遮断し、前記正常時ラインに流れていた電流を前記転流ラインに転流させる転流器と、
前記正常時ライン及び前記転流ラインに直列接続され、又は、前記転流ラインに直列接続され、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて前記第１臨界温度よりも高い第２臨界温度に達すると変形する遮断制御用熱変形部材を備え、前記遮断制御用熱変形部材の変形を受けて開極する遮断器と、
を備えたことを特徴とする安全装置。
請求項１に記載の安全装置であって、
前記安全装置は、電流の流れ方向において、前記負荷よりも正極側に接続される、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１又は２に記載の安全装置であって、
前記転流器は、前記抵抗と並列になるように前記正常時ラインに設けられる、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１又は２に記載の安全装置であって、
前記転流制御用熱変形部材は前記第１臨界温度に達すると変形する部材であり、
前記転流器は、前記正常時ラインと前記転流ラインとの結節点に設けられ、前記転流制御用熱変形部材が変形することで、前記直流電源と前記正常時ラインとが接続される状態と前記直流電源と前記転流ラインとが接続される状態とを排他的に実現する、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記転流器は、
固定接点と、
前記転流制御用熱変形部材の変形を受けて、前記固定接点から離間する可動接点と、
弾性部材によって前記可動接点に向けて付勢される絶縁体と、
を備え、
前記絶縁体及び前記可動接点の一方は突起を有しており、
前記可動接点の前記固定接点からの離間量が前記突起よりも大きくなると前記可動接点と前記固定接点との間に前記絶縁体が挿入される、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から５のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記遮断器は、
固定接点と、
前記遮断制御用熱変形部材の変形を受けて、前記固定接点から離間する可動接点と、
弾性部材によって前記可動接点に向けて付勢される絶縁体と、
を備え、
前記絶縁体及び前記可動接点の一方は突起を有しており、
前記可動接点の前記固定接点からの離間量が前記突起よりも大きくなると前記可動接点と前記固定接点との間に前記絶縁体が挿入される、
ことを特徴とする安全装置。