JP2013257964A

JP2013257964A - 安全装置

Info

Publication number: JP2013257964A
Application number: JP2012131744A
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

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】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に並列接続される転流ライン９と、正常時ライン５に設けられる転流スイッチ６と、転流ライン９に設けられる抵抗８と、抵抗８に直列接続される遮断スイッチ７と、温水タンク４からの熱を直接又は間接に受けて変形し、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７を、転流スイッチ６、遮断スイッチ７の順に開極させるバイメタル１０と、を備える。
【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される正常時ラインと、前記正常時ラインに並列接続される転流ラインと、前記正常時ラインに設けられる転流スイッチと、前記転流ラインに設けられる抵抗と、前記抵抗に直列接続される遮断スイッチと、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて変形し、前記転流スイッチ及び前記遮断スイッチを、前記転流スイッチ、前記遮断スイッチの順に開極させる熱変形部材と、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、転流スイッチと遮断スイッチ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。

本発明の実施形態に係る安全装置の電気回路図である。転流スイッチ及び遮断スイッチの構成図である。転流スイッチ及び遮断スイッチの構成図である。転流スイッチ及び遮断スイッチの構成図である。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。変形例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。

図１は、本発明の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ヒータ等の電気ヒータである。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に設けられる転流スイッチ６と、正常時ライン５に並列接続し、かつ、遮断スイッチ７及び抵抗８が直列に設けられる転流ライン９と、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７を時間差で開極させるためのアクチュエータとしてのバイメタル１０及び作動棒１１と、を備える。

バイメタル１０は、温水タンク４の上面に設置される。温水タンク４から受ける熱によってバイメタル１０が臨界温度に達し、変形すると、バイメタル１０によって作動棒１１が図中上側に押し上げられ、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７が順に開極する。

なお、バイメタル１０の自己復帰温度は臨界温度よりも低いため、バイメタル１０は、温度が臨界温度よりも低くなっても自己復帰温度よりも低くならない限り変形した状態を保ち、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７は開極したままである。

図２Ａは、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７の詳細構成を示している。

転流スイッチ６はバイメタル１０の上方に配置される。遮断スイッチ７は転流スイッチ６の上方に配置される。

バイメタル１０は、下に凸の椀形状であり、臨界温度に達すると、極短時間のうちに反転し、上に凸の椀形状なる。

作動棒１１は、段付きの丸棒形状で、先端部１１ｅと、先端部１１ｅよりも大径の基部１１ｂと、先端部１１ｅと基部１１ｂとの間に形成される段部１１ｓとを備える。

転流スイッチ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とを備える。可動接点６２には、開口６２ｏが形成されており、開口６２ｏには作動棒１１の先端部１１ｅが挿入されている。また、開口６２ｏの下側縁部には、作動棒１１の段部６２ｓが接触している。

遮断スイッチ７は、固定接点７１と、固定接点７１に対向して配置される可動接点７２とを備える。可動接点７２の下面には、隙間Ｇをおいて先端部１１ｅが対向している。隙間Ｇは、転流スイッチ６の可動接点６２の下面と作動棒１１の段部６２ｓとの距離（本実施形態では０）よりも大きく、バイメタル１０が変形することによる作動棒１１の最大変位量Ｄ（図２Ｃ参照）よりも小さい。

なお、作動棒１１はバイメタル１０に固定されておらず、バイメタル１０の上に載置されているだけである。また、作動棒１１の重さは転流スイッチ６の可動接点６２の重さよりも軽い。これにより、作動棒１１が振動しても可動接点６２が押し上げられないようにし、転流スイッチ６が誤って開極するのを防止する。

図２Ａに示す状態からバイメタル１０が変形すると、まず、図２Ｂに示すように、転流スイッチ６の可動接点６２が作動棒１１の段部１１ｓによって持ち上げられて固定接点６１から離間し、転流スイッチ６が開極する。このとき可動接点６２と固定接点６１との間に形成される隙間は、可動接点６２が固定接点６１から絶縁するのに必要な距離よりも大きい。

この状態からさらにバイメタル１０が変形すると、上記の通り作動棒１１の最大変位量Ｄが遮断スイッチ７の可動接点７２の下面と先端部１１ｅとの間の隙間Ｇよりも大きいので、先端部１１ｅが可動接点７２の下面に接触し、図２Ｃに示すように、可動接点７２が持ち上げられる。これにより、可動接点７２が固定接点７１から離間し、遮断スイッチ７が開極する。

バイメタル１０の変形は極短時間に起こるが、遮断スイッチ７の可動接点７２の下面と先端部１１ｅとの間に隙間Ｇを設けたことにより、遮断スイッチ７は転流スイッチ６よりも僅かに遅れて開極する。

続いて、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら、上記安全装置１の動作について説明する。

温水タンク４（不図示）の温度が許容温度範囲内にある正常時は、バイメタル１０は変形しておらず、転流スイッチ６及び遮断スイッチ７はいずれも閉極している。この状態では、転流スイッチ６の抵抗値が抵抗８の抵抗値よりも小さいので、図３Ａに示すように、電流の大部分は正常時ライン５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、バイメタル１０の温度が臨界温度に達し、図３Ｂに示すように、転流スイッチ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９に転流される。

この時、転流スイッチ６の抵抗値が無限大となって、転流スイッチ６には電流が流れないので、転流スイッチ６でのアーク放電は抑制される。

バイメタル１０がさらに変形すると、図３Ｃに示すように、遮断スイッチ７が開極するが、転流ライン９には抵抗８が設けられており、遮断スイッチ７に流れる電流は小さいので、遮断スイッチ７でのアーク放電は抑えられ、遮断スイッチ７を安全に開極させることができる。

このように、本実施形態によれば、直流電流を安全に遮断することが可能である。転流スイッチ６と遮断スイッチ７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。

また、本実施形態では、遮断スイッチ７が転流スイッチ６の上方に位置し、且つ、温水タンク４の上面において、遮断スイッチ７の設置スペースと転流スイッチ６の設置スペースが少なくとも部分的に重複している。これにより、安全装置１の設置スペースの効率化を図っている。

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、バイメタル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スイッチ６及び遮断スイッチ７が開極する構成であるが、温水タンク４の上面を凹ませてバイメタル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スイッチ６及び遮断スイッチ７が開極するようにしてもよい。

また、遮断スイッチ７は抵抗８に直列接続されていればよく、図４に示すように、抵抗８よりも下流側に設けてもよい。なお、図４に示す例では、正常時ライン５と転流ライン９との下流側結節点よりも下流側に遮断スイッチ７を設けているが、正常時ライン５と転流ライン９との下流側結節点と抵抗８との間に遮断スイッチ７を設けてもよい。

また、抵抗８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。

１安全装置
２直流電源
３ヒータ（負荷）
５正常時ライン
６転流スイッチ
７遮断スイッチ
８抵抗
９転流ライン
１０バイメタル（熱変形部材）
１１作動棒（作動部材）

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される正常時ラインと、
前記正常時ラインに並列接続される転流ラインと、
前記正常時ラインに設けられる転流スイッチと、
前記転流ラインに設けられる抵抗と、
前記抵抗に直列接続される遮断スイッチと、
前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて変形し、前記転流スイッチ及び前記遮断スイッチを、前記転流スイッチ、前記遮断スイッチの順に開極させる熱変形部材と、
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、
前記熱変形部材の変形を受けて変位する作動部材を備え、
前記遮断スイッチの可動接点と前記作動部材との間に形成される前記作動部材の変位方向の隙間は、前記転流スイッチの可動接点と前記作動部材との間に形成される前記作動部材の変位方向の隙間よりも大きく、かつ、前記作動部材の最大変位量よりも小さい、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から３のいずれか一つに記載の安全装置であって、
遮断スイッチの設置スペースと前記転流スイッチの設置スペースとが少なくとも部分的に重複してい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、
前記負荷は、温水タンク内に配置された電気ヒータであり、
前記熱変形部材は、前記温水タンク外に配置されたバイメタル部材であることを特徴とする安全装置。