JP2015518237A - 高電流アプリケーションのための安全システム - Google Patents

Abstract

本発明は、高電流回路ブレーカと、高電流回路ブレーカを取り囲むハウジングとを含む高電流アプリケーションのための安全システムに関する。ハウジングは、嵌合プラグコネクタへの電気的接触及び機械的接続のためのプラグコネクタを形成し、高電流回路ブレーカを永久密閉的な手法で収容することも可能である。

Description

本発明は、高電流アプリケーションのための安全システム、この安全システムを備えたプラグコネクタシステム、及びこのプラグコネクタシステムを備えた電気システムに関する。

電動ドライブトレインを有する自動車、つまり電気自動車又はハイブリッド車では、高レベルの電力がエネルギー源（例えばバッテリユニット）から製品（例えば電動冷媒コンプレッサ）まで伝達される必要がある。伝達中に発生する損失をできる限り低く抑えるため、バッテリユニットと電動モータとを含む電気（高電流）システムは、従来の自動車の車両電気システムが作動する、特に１２Ｖ，２４Ｖ，又は４８Ｖを超える比較的高い電圧で作動する。

この高電流システムに加えて、電動ドライブトレインを有する周知の自動車は、従来の自動車のように、１２Ｖ，２４Ｖ，又は４８Ｖの電圧に基づく従来の車両電気システムも備える。一方、これは、従来の自動車の車両電気システムと、電動ドライブトレインを有する自動車の車両電気システムとに同じ部品が使用され、開発コスト及び製造コストを削減できることを意味する。他方、弱電圧のために、メンテナンス中に生じるミスは整備担当者に危険を及ぼす結果とならないので、車両電気システムへのメンテナンス作業及び修理作業は、「普通の」修理工場によって実行することができる。

対照的に、高電圧が使用されるために、電気自動車又はハイブリッド車の高電流システムは、潜在的にかなりの危険をはらんでいる。多くの事例では、高電流システムの個別部品又はユニット全体でさえも、整備担当者にアクセス不能となるように設計される必要がある。これは、例えば、高電流システムの部品又はユニットは、開けることができないか、破損以外では開けられないハウジングの内部に組み付けられることで行われる。そのため、ハウジングの内部に組み込まれた部品に欠陥が発生した場合には、整備担当者によってユニット全体が交換されることのみが可能であり、これはハウジングの電気絶縁ゆえに、概ね危険を伴わずに実行することができる。しかしながら、もはや機能的に修理不可能な部品を有するユニットに組み込まれた機能的に修理可能な部品の交換は、かなりの、また原則として不必要なコストを伴うことは明白である。

事実上、ほぼ全ての電気システムと同様に、電動ドライブトレインを有する自動車の高電流システムにも、許容範囲を超えた一時的な高電流レベルの場合に故障して（「落ちて」）電流の流れを永久的に遮断する回路ブレーカは組み込まれている。その結果、高電流システムの他の高品質部品の破損を防止する。

電動ドライブトレインを有する自動車の現在の高電流システムでは、高電流回路ブレーカは、複数の他の電気部品とともに規則的に組み合わされユニット化され、部品は、（破損せずには）開けることができないハウジングにより、整備担当者との接触に対して保護される。しかしながら、これは、高電流回路ブレーカが「落ちた」場合に、それが基本的な機能であるが、高電流回路ブレーカを単に交換するのは不可能で、ユニット全体を交換せねばならないという問題につながる。多くの事例で、これは、許容しがたい高い修理コストを招く。

この先行技術を出発点として、本発明は、過電流に対する高電流システムの保護の可能性を向上させるという問題に基づくものである。特に、高電流システムの高電流回路ブレーカの欠陥の場合に、高電流回路ブレーカのみを交換する可能性と、また同時に、交換を実行している整備担当者にいかなる危険も排除するという可能性とが得られる。

この問題は、独立請求項１に記載の安全システムにより解決される。この安全システムを備えるプラグコネクタシステムと、このようなプラグコネクタシステムを備える電気システムとが、他の独立請求項の主題である。本発明による安全システムと、本発明によるプラグコネクタシステムと、本発明による電気システムとの有利な実施形態は、様々な従属請求項の主題であり、以下の発明の詳細で説明される。

本発明による高電流アプリケーションのための安全システムは、高電流回路ブレーカと、高電流回路ブレーカを取り囲む電気絶縁ハウジングとを含み、ハウジングは、嵌合プラグコネクタへの電気的接触及び機械的接続のためのプラグコネクタを形成する。

電気絶縁ハウジングへの高電流回路ブレーカの組み込みは、高電流回路ブレーカの導電性要素との接触から生じる危険を回避することを可能にする。ハウジングが嵌合プラグコネクタとの電気的接触及び機械的接続のためのプラグコネクタを形成できるという事実は、高電流回路ブレーカを電気（高電流）システムへ迅速かつ簡単に組み込むことを可能にする。

本発明による安全システムに加えて、本発明によるプラグコネクタシステムは、安全システムのプラグコネクタに対して相補的な少なくとも１つの嵌合プラグコネクタも含む。

本発明による電気システムは、電気（高電流）エネルギー源と、電気（高電流）製品と、エネルギー源と製品とを導電状態で接続するケーブルシステムとを含み、ケーブルシステムは、本発明による少なくとも１つのプラグコネクタシステムを含む。

安全システムのハウジングは、永久的に密封される、つまり破損せずにはハウジングを開けることができないようにすることが好ましい。これは、ハウジングに組み込まれた高電流回路ブレーカの取り外し又は交換ができないことを保証する。

好適な実施形態で提供されるように、例えばハウジングのプラグコネクタが、少なくとも高電流回路ブレーカにより保護されるアンペア数に関して、設計上個別であるコーディングを有する場合には、これは特に有利である。したがって、２０Ａまでのアンペア数を保護する高電流回路ブレーカが組み込まれた安全システムのためのプラグコネクタのコーディングは、例えば、高電流回路ブレーカが４０Ａまでのアンペア数を保護する安全システムのためのものと設計が異なる。個別コーディングにより、高電流回路ブレーカが落ちた欠陥品の安全システムが同じ定格電流を保護する高電流回路ブレーカを備える安全システムと交換されるだけでよいことが、こうして、保証される。コーディングは、特に、個別に形成された１つ以上の凸部又は凹部の形であり、嵌合プラグコネクタ上の対応する相補的な凹部／凸部と相互に作用する。加えて、又は代替的に、カラーコーディングも設けることができる。

本発明による安全システム又は本発明によるプラグコネクタシステムのコーディングは、保護されるアンペア数に関連する個別設計であるばかりでなく、加えて、又は代替的に、本発明による電気システムで本発明による安全システムに設けられるコーディングは、電気システムで使用される他のプラグコネクタユニットのコーディングと異なったものである。これは、例えば好ましい事例として、本発明によるプラグコネクタシステムのプラグインタフェースが、コーディング以外は、電気システムの他のプラグコネクタユニットのプラグインタフェースに対応する場合には、特に実用的である。特に、本発明による電気システムでは、エネルギー源と製品とを接続するケーブルシステムのケーブルが、それぞれ対応するプラグコネクタユニットによって接続される。電気システム全体で、好ましくは、同一のプラグコネクタを使用すると、電気システムの製造コストの削減に役立つ。

本発明による安全システムのさらに好適な実施形態において、ハウジングは、（少なくとも）高電流回路ブレーカを（好ましくは完全に）取り囲むシールドを含む。シールドは、電磁界のカップリングイン又はカップリングアウトを防止することを目的とする。

本発明による電気システムの有利な実施形態において、プラグコネクタシステムの安全システムは、保守用断路器として機能して、安全システムが電気システムから切断される時には、電気システムが電源から（少なくとも部分的に）切断される。したがって、電気システムのメンテナンス又は修理を実行する前に、プラグ接続を介して電気システムに組み込まれた安全システムのみを取り外せば、その結果、電気システム全体が、必要に応じて、電源から切断される。

この目的のため、高電流回路ブレーカと導電状態で接続された（少なくとも）２つの高電流接点要素に加えて、本発明による安全システムのプラグコネクタと本発明によるプラグコネクタシステムの嵌合プラグコネクタとは、別の（少なくとも）２つの（低電流）接点要素を備えるという事例が好ましい。本発明によるプラグコネクタシステムのプラグ接続状態では、低電流接点要素は低電流回路の一部となる。安全システムが嵌合プラグコネクタからプラグ解離された結果としての低電流回路の遮断は、本発明による電気システムのエネルギー源が切り離されることにつながる。

好ましくは、高電流接点要素及び低電流接点要素は、プラグコネクタと嵌合プラグコネクタとがプラグ接続される時に、プラグコネクタ及び嵌合プラグコネクタの高電流接点要素が最初に接触し、それからプラグコネクタ及び嵌合プラグコネクタの低電流接点要素が接触するように、設計される、又は安全システム及び嵌合プラグコネクタに組み込まれる。逆に、プラグコネクタと嵌合プラグコネクタとがプラグ解離される時には、最初に低電流接点要素間の接触が遮断され、続いて高電流接点要素間の接触が遮断される。これは、プラグコネクタ及び嵌合プラグコネクタの高電流接点要素が接触する、又は接触が遮断される時点では、高電圧が流れていないことを保証する。これは、特に、まだ接触していないか、まだ完全には接触していない高電流接点要素間での電気火花連絡を防止する。

高電圧との偶発的な接触に対する作業担当者又は整備担当者の保護についての高レベルの安全性は、プラグコネクタシステムのプラグ解離状態において高電流接点要素及び／又は低電流接点の接触に対して、クラスＩＰ１Ｘの保護、つまり手の甲によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ２Ｘの保護、つまり指によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ３Ｘの保護、つまり工具によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ４Ｘの保護、つまり電線によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ５Ｘの保護、つまり接点に対する完全な保護、クラスＩＰ６Ｘの保護、つまり接点に対する完全な保護がされるように嵌合プラグコネクタを設計することで達成される。接点に対する保護は、ドイツ版ＥＮ６０５２９：１９９１＋Ａ１：２０００のＤＩＮ ＥＮ ６０５２９に従って設けられることが好ましい。

本発明によるプラグコネクタシステムのさらに好適な実施形態において、プラグコネクタと嵌合プラグコネクタとの間のプラグ接続は、設計上防水構造である。例えば、この目的のために１つ以上の密封要素が設けられる。

図面に表された例示的な実施形態を参照して、発明がより詳しく説明される。

安全システムと嵌合プラグコネクタとを有する本発明によるプラグコネクタシステムのプラグ解離状態における第１等角図を示す。 図１によるプラグコネクタシステムのプラグ解離状態における第２等角図を示す。 プラグ解離状態での図１及び図２によるプラグコネクタシステムの長手方向断面を示す。 プラグコネクタシステムの絶縁された安全システムの、図３による長手方向断面を示す。 図１から図４によるプラグコネクタシステムのプラグ接続状態における等角図を示す。 プラグ接続状態での図１から図５によるプラグコネクタシステムを長手方向断面で示す。

本発明によるプラグコネクタシステムの一実施形態が図面に示される。これは、本発明による安全システム１とともに、相補的な嵌合プラグコネクタ２を包む。嵌合プラグコネクタ２は、部品の定位置に固定されることが想定される。この目的のため、例えば部品が嵌合プラグコネクタとともにねじ止めされるように、貫通開口部が設けられる。嵌合プラグコネクタ２は、アングルプラグコネクタとしても設計することができる。

安全システム１は、実質上は従来の構造を有する高電流回路ブレーカ３を含む。２つの終端側の円筒形接点要素４の間に配設されているのは、高電流回路ブレーカ３に流れる電流のレベルが最大保護アンペア数を超えた時に飛んで、その結果、高電流回路ブレーカ３が組み込まれた電気回路を遮断するヒューズ体５である。自動車の電動ドライブトレインでの使用のため、高電流回路ブレーカ３により保護される最大アンペア数のレベルは、使用位置に応じて、例えば２０Ａ、４０Ａ、または６０Ａのいずれかになる。

安全システム１は、さらに、高電流回路ブレーカ３が内部に配設される電気絶縁プラスチック製のハウジング６を包む。ハウジング６は、プラグ接続することによりプラグコネクタシステムの嵌合プラグコネクタ２と電気的に接触するとともに機械的に接続するプラグコネクタを一端部に形成する。プラグコネクタのプラグインタフェースは、この目的のため、嵌合プラグコネクタ２のハウジング８の対応する受入開口部にプラグ接続されるハウジング６の中空円筒部７を包む。加えて、対角線上で対向する２つのロッククリップ９がハウジング６の外側に設けられ、そのプラグ側の端部は中空円筒形ハウジング部７に固定される。プラグコネクタ１が嵌合プラグコネクタ２にプラグ接続される時に、ロッククリップ９は、嵌合プラグコネクタ２の対応するレセプタクル１０へ押し込まれ、各事例で２つのスナップ突起１１がレセプタクル１０の内部の対応する凸部の後方にスナップ固定される。その結果、安全システム１と嵌合プラグコネクタ２との間で（プラグ接続方向と反対の）切断方向に作用するフォームロック接続が得られる。２つのロッククリップ９の自由端部がハウジング６の方向に手で撓曲され、その結果としてスナップ突起１１がレセプタクル１０の凸部の後方の嵌合部から解除されることで、この機械的接続が再び解除される。安全システム１へ引張力を付加することにより、安全システムは嵌合プラグコネクタ２からプラグ解離される。

プラグ接続方向に延在する複数の凸部１２が、中空円筒形ハウジング部７の外側に設けられる。プラグコネクタシステムのプラグ接続状態では、これらは嵌合プラグコネクタ２のハウジング８の内側にある相補的な凹部１３に係合する。凸部１２は凹部１３との組合せで、一方では、安全システム１が一方向のみで嵌合プラグコネクタ２へプラグ接続されること、他方では、一つの特定の型の安全システム１が嵌合プラグコネクタ２に嵌着することのみが可能であることが保証されるための手段であるコーディングとして機能する。異なる型の安全システム１は、コーディングは別にして、高電流回路ブレーカ３により保護される最大アンペア数のレベルのみで異なっている。こうして、安全システム１及び嵌合プラグコネクタ２のコーディングによって、高電流回路ブレーカ３が落ちた安全システム１のみが同じ最大保護アンペア数の安全システム１と交換されることが保証される。

プラグコネクタのプラグインタフェースは、プラグコネクタシステムがプラグ接続された時に、嵌合プラグコネクタ２の接点ソケットの形をした（相互に電気絶縁された）相補的な高電流接点要素１５にプラグ接続されて、これらと導電性接触する接点ピンの形をした、相互に電気絶縁された２つの高電流接点要素１４も包む。その結果、高電流回路ブレーカは、（高電流）電気回路を過電流に対して保護するために、この電気回路に組み込まれる。これは、例えば、自動車の電動モータがバッテリからエネルギーを供給するための電気回路である。

プラグコネクタのプラグインタフェースは、プラグコネクタシステムがプラグ接続された時に、嵌合プラグコネクタの接点ソケットの形をした相補的な低電流接点要素１６へプラグ接続されて、これらと導電性接触する接点ピンの形をした２つの低電流接点要素も包む。接点ソケットは、嵌合プラグコネクタ２のソケットハウジング１７に配設される。プラグコネクタシステムの低電流接点要素の機能は、基本的にはスイッチのものであり、プラグコネクタシステムがプラグ接続された時には、低電圧（例えば１２Ｖ）で作動する（低電圧）電気回路が閉じられ、安全システム１を嵌合プラグコネクタ２からプラグ解離することによってこれが遮断される。低電流回路は、低電流回路が遮断された場合に高電流回路を遮断する制御装置に接続され、これは、嵌合プラグコネクタの高電流接点要素１６を含めて、高電流回路のできる限り多くの部品が電圧に影響されないように実行されることが好ましい。

安全システム１の高電流接点要素１４，１５と高電流回路ブレーカの終端側の２つの円筒形接点要素４との間の導電性接続は、近傍に接点要素４が配設された事例では、高電流回路ブレーカ３の接点要素４を取り囲むスプリングブッシュ１８として設計された接点要素を介して行われる。スプリングブッシュ１８に装着されるのは、関連する高電流接点要素１４のソケット形状のレセプタクルに係合する接点ピン１９である。高電流回路ブレーカ３の接点要素４を包むスプリングブッシュ１８として設計された接点要素は、高電流回路ブレーカの遠位側に配設された接点要素４と安全システム１の関連する高電流接点要素１４との導電性接続にも使用される。このスプリングブッシュ１８に側方から接触するのは、関連する高電流接点要素１４まで延在して、これと一緒にネジ結合される導体レール２６の一部である。

電磁界のカップリングイン及びカップリングアウトを防止することが想定されるシールドもまた、プラグコネクタシステムに組み込まれる。この目的のため、安全システム１は、高電流回路ブレーカ３と高電流接点要素１４の一部とを包み込み、これから電気絶縁される（導電材料で作られた）第１外部導体２０を、ハウジング６の内部に有する。プラグ側の端部と反対の端部で、第１外部導体２０は、導電材料で作られたキャップ２１により密閉される。プラグ側の端部で、第１外部導体２０は、スプリングブッシュの形に設計された第２外部導体２２と径方向で接触する。プラグコネクタシステムのプラグ接続状態では、（第３）外部導体２３との導電性接続は、嵌合プラグコネクタ２のハウジング８の内部で高電流接点要素１５を取り囲むが、これらから電気絶縁されるスプリングブッシュを介して得られる。

安全システム１のプラグ側の端部領域では、安全システム１と嵌合プラグコネクタ２とがプラグ接続される時に、嵌合プラグコネクタ２のリング形状の延出部２５の外面に押圧されるリング形状の密封要素２４がハウジング６の内側に設けられ、密封要素２４は、所望の密封作用を達成するため、径方向に変形される。特に水分の浸透を防止するため、安全システム１のハウジング６，８と嵌合プラグコネクタ２とにより形成され、高電流接点要素１４，１５と低電流接点要素１６とを収容する接点スペースは、密封要素２４を用いることで周囲から密封される。

Claims (13)

1. 高電流回路ブレーカ（３）と、前記高電流回路ブレーカ（３）を取り囲むハウジング（６）とを備え、前記ハウジング（６）は、嵌合プラグコネクタ（２）への電気的接触及び機械的接続のためのプラグコネクタを形成する高電流アプリケーションのための安全システム（１）。
2. 請求項１に記載の安全システムにおいて、
   前記ハウジング（６）は、永久密閉的な方法で前記高電流回路ブレーカ（３）を収容することを特徴とする安全システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の安全システムにおいて、
   前記プラグコネクタは、少なくとも２つの高電流接点要素（１４）と、少なくとも２つの低電流接点要素とを有することを特徴とする安全システム。
4. 先行する請求項のいずれか1項に記載の安全システムにおいて、
   前記ハウジング（６）は、シールドを含むことを特徴とする安全システム。
5. 先行する請求項のいずれか１項に記載の安全システムにおいて、
   前記プラグコネクタは、前記高電流回路ブレーカ（３）により保護された最大アンペア数に特有のコーディングを有することを特徴とする安全システム。
6. 先行する請求項のいずれか１項に記載の安全システム（１）と、前記安全システム（１）の前記プラグコネクタに対して相補的な嵌合プラグコネクタ（２）とを有するプラグコネクタシステム。
7. 請求項６に記載のプラグコネクタシステムにおいて、
   前記プラグコネクタと前記嵌合プラグコネクタ（２）との間のプラグ接続は、防水構造であることを特徴とするプラグコネクタシステム。
8. 請求項３に記載の安全システムを有する、請求項６又は請求項７に記載のプラグコネクタシステムにおいて、
   前記プラグコネクタ及び前記嵌合プラグコネクタ（２）は、互いがプラグ接続されると、前記プラグコネクタ及び嵌合プラグコネクタ（２）の前記高電流接点要素（１４，１５）が最初に接触し、その後、前記低電流接点要素（１６）が接触するように設計されていることを特徴とするプラグコネクタシステム。
9. 請求項３に記載の安全システムを有する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプラグコネクタシステムにおいて、
   前記嵌合プラグコネクタ（２）は、前記プラグコネクタシステムのプラグ解離状態における前記高電流接点要素（１４，１５）及び／又は前記低電流接点（１６）の接触に対して、クラスＩＰ１Ｘ（ＩＰ―Ｉｎｇｒｅｓｓ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）の保護、つまり手の甲によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ２Ｘの保護、つまり指によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ３Ｘの保護、つまり工具によるアクセスに対する保護、クラスＩＰ４Ｘの保護、つまりワイヤーによるアクセスに対する保護、クラスＩＰ５Ｘの保護、つまり接点に対する完全な保護、又はクラスＩＰ６Ｘの保護、つまり接点に対する完全な保護がされるように設計されていることを特徴とするプラグコネクタシステム。
10. 請求項９に記載のプラグコネクタシステムにおいて、
    前記接触に対する保護は、ドイツ版ＥＮ６０５２９：１９９１＋Ａ１：２０００のＤＩＮ ＥＮ ６０５２９に従って設計されていることを特徴とするプラグコネクタシステム。
11. 電気エネルギー源と、電気製品と、前記電気エネルギー源と前記電気製品とを導電的に接続するケーブルシステムとを有し、前記ケーブルシステムは、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の少なくとも１つのプラグコネクタシステムを含むことを特徴とする電気システム。
12. 請求項１１に記載の電気システムにおいて、
    前記ケーブルシステムの少なくとも１つのケーブルは、プラグコネクタユニットによって前記ケーブルシステムに組み込まれ、
    前記ケーブルの前記プラグコネクタユニットは、個別コーディング以外は前記プラグインタフェースに関して前記プラグコネクタシステムに対応することを特徴とする電気システム。
13. 請求項１２に記載の電気システムにおいて、
    前記プラグコネクタシステムの前記安全システムが保守用断路器として機能して、前記安全システム（１）が前記嵌合プラグコネクタ（２）から切断される時に前記電気システムが前記電源から切断されることを特徴とする電気システム。

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