JP2019503035A - 電力接触器、及び、電力接触器の機能検査のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の電気的接触部（３）及び第２の電気的接触部（４）と、開位置及び閉位置を占めることができる切替要素（５）であって、前記切替要素（５）は前記閉位置において前記第１の電気的接触部（３）と前記第２の電気的接触部（４）を互いに接続し、前記切替要素（５）が前記開位置にある場合には、前記第１の電気的接触部（３）と前記第２の電気的接触部（４）が互いに隔離される、前記切替要素（５）と、前記電力接触器（１）の内部に一体化された電流センサ（２）であって、前記電力接触器（１）を通過して流れる電流の強度を把握するために設計されている前記電流センサ（２）と、を備える電力接触器（１）に関する。さらに、本発明は、電力接触器（１）の機能検査の方法に関する。【選択図】図３

Description

本発明は、電力接触器に関する。電力接触器は、電気的に駆動される遠隔操作可能なスイッチである。電力接触器は、負荷回路をオン／オフすることのできる制御回路を有している。

電力接触器の可能な適用の一つは、電動車両におけるバッテリー回路の開路及び断路である。その際、通常は、バッテリーのプラス及びマイナスの接触部が共に、電力接触器を用いて断路される。断路は、車両が静止している状態において、及び、例えば事故などの障害の際に、行われる。その際、車両への給電を断ち、電流を遮断することが、電力接触器の主要な役割である。

電力接触器を通過する電流は、車両において電流センサを用いて監視される。電流センサは、電力接触器とは別の部材として、バッテリーの上流側に接続されたボックスの内部に格納され得る。このボックスは、ＢＤＵ（Battery Disconnect Unit）と呼ばれる。電流センサは、ボックスの内部において、以下の二つの役割を果たさなければならない。通常作動中、電流センサは、その時点の電流を制御のための測定値として提供する。すなわち、モータへのバッテリーの電力放出、場合によっては、バッテリーへの発電機の電力消費。この測定値は、車両のモータの制御にとって最も重要なものである。第二の機能は、バッテリーユニットの機能上の安全性を確保すること、すなわち、潜在的に危険な電流が電力接触器を通過するか否かを明確にすることである。ここでは、例えば、事故またはその他の障害の結果として生じる、通常の作動パラメータの範囲外にある高い電流強度が問題となり得る。

本発明の課題は、例えばスペースに対する要求が小さい、改善された電力接触器を提供することである。本発明の別の課題は、電力接触器の機能検査のための改善された方法を提供することである。

第一の課題は、請求項１による電力接触器によって解決される。第二の課題は、第二の独立請求項による方法によって解決される。

第１の電気的接触部と、第２の電気的接触部と、切替要素と、電力接触器の内部に一体化された電流センサと、を備える電力接触器が提案される。切替要素は、開位置及び閉位置を占めることができ、その際、切替要素は、閉位置において第１の電気的接触部と第２の電気的接触部を互いに接続し、切替要素が開位置にある場合には、第１の電気的接触部と第２の電気的接触部は互いに隔離される。電力接触器の内部に一体化された電流センサは、電力接触器を通過して流れる電流の強度を把握するために設計されている。

電流センサは、特に、負荷回路内を流れる電流の強度を決定するために設計され得る。負荷回路は、電気的接触部を通過している。切替要素は、制御回路内に配置され得る。切替要素が閉状態にある場合、負荷回路は閉じられ、電流が負荷回路を通じて流れ得る。切替要素が開状態に切り替えられた場合、それによって負荷回路が遮断される。

電流センサを電力接触器の内部に一体化することによって、電流センサ及び電力接触器は単一の機能的ユニットを構成する。それらは、共に製作され、互いに適合するよう調整され得る。したがって、例えばセンサは、電力接触器によって生成される磁場を考慮に入れて較正されることができ、それによって磁場が電流センサの測定品質を低下させることはない。さらに、例えばバッテリー断路ユニット内における電力接触器及び電流センサの組み付けは、これらの部材がユニットとして共に組み付けられ得るために、大幅に簡略化される。

電流センサは、電力接触器と電流センサが空間的に直接的に近接して配置される場合に、電力接触器の内部に一体化されていると称することができる。とりわけ、電力接触器及び電流センサは、一つの共通のハウジングによって取り囲まれ得る。共通のハウジング内には、電力接触器及び電流センサ以外に、別の要素が組み付けられ得る。代替的に、ハウジングは、別の要素がないものであってもよい。

電力接触器及び電流センサは、共に製作され得る。電力接触器及び電流センサは、共通のユニットとして、ユーザに納入され得る。高いレベルの一体化を通じて、電流センサのための追加のスペースは殆ど必要とされない。それによって、一体化された電流センサを備える電力接触器は、とりわけ、非常に限られたスペースしか利用できない適用に際して、有利であり得る。

第１及び第２の電気的接触部は負荷回路内に配置されることができ、その際、電力接触器は、負荷回路を通じて流れる電流の強度を把握するために設計されている。負荷回路には、例えば電動車両のバッテリー回路が関連し得る。既に上述したように、車両のモータの制御のための制御変数としての、及び、電動車両の機能上の安全性の監視のための、バッテリー回路内の電流強度の決定は、重大な意義を有している。

電流センサは、ホールセンサを備え得る。ホールセンサは、導電体を取り囲む磁場を決定するという態様で、ホール効果を電流強度の測定に用いることができる。

電流センサは、電気的接触部のうち一つを取り囲むことができる。電気的接触部は、例えば、電流センサによって取り囲まれた接続極を備えることができる。この場合、ホールセンサは、電気的接触部を通過して流れる電流の強度を直接的に推定することができる。

代替的に、または、補完的に、電流センサは分流抵抗器を備えることができる。分流抵抗器においては、抵抗器において降下した電圧を決定することによって、抵抗器を通じて流れる電流の強度を算出することができる。電流センサは、電気的接触部のうち一つと直列に接続され得る。

電力接触器の内部に一体化された電流センサがホールセンサ及び分流抵抗器を備える場合、電流強度は、互いに独立した二つの測定方法を通じて決定され得る。とりわけ、安全性に関連する適用、例えば電動車両においては、この高度な安全性が本質的な意義を有する。したがって、センサが部分的に欠損した場合にも電流が測定され、場合によっては電流が遮断され得ることが保障され得る。

電力接触器は、それを通じて電流センサにより把握されたデータを読み出すことのできるインターフェースを備えることができる。このようにして、電流センサによって把握された測定データは、例えば外部の制御装置に伝送され得る。外部の制御装置は、電流センサによって把握された電流強度に関する測定データに基づいて、電力接触器が断路されるべきかどうかを決定することができる。外部の制御装置は、電力接触器を制御することができる。

電流センサは、電流強度の測定に際し、電力接触器によって生成される磁場が考慮に入れられ得るように較正されることができる。電力接触器は、例えば、それぞれ磁場を生成することができるスプールおよび／または偏向磁石を備えることができる。これらの磁場が、電流センサの較正の際に考慮され得ることによって、センサの測定精度は著しく改善され得る。

本発明の別の観点は、電力接触器の機能検査のための方法に関する。その際、とりわけ、上述した電力接触器が関連し得る。それに応じて、電力接触器と関連して開示された機能的及び構造的な特徴の全てが、当該方法にも当てはまる。当該方法によって、電流センサの較正ステップ及び切替要素の機能試験が同時に行われる。較正ステップにおいて、電流センサの測定精度を損なうであろう破壊効果（Storeffekte）が把握され得る。とりわけ、電力接触器によって生成される磁場は、その一つに数えられる。センサの較正及び電力接触器の機能試験が同時に行われ、とりわけ部材の出荷前に行われ得るので、電力接触器が取り付けられている場合には、これらのステップはもはや行われない。それによって、ユーザにおける組み付けコストが著しく削減される。

電流センサの較正ステップの間、切替要素によって、および／または、電気的接触部によって生成される磁場が識別され、電流センサの較正において考慮される。

電力接触器１の透視図である。 電力接触器１の断面を前方から見た図である。 図２に示された断面の透視図である。

以下において、本発明が、図面に基づいて詳細に記述される。 図１〜３は、その内部に電流センサ２が一体化された電力接触器１の第１の実施例を示している。

電力接触器１は、電気的に駆動される遠隔操作可能なスイッチである。電力接触器１は、第１の電気的接触部３及び第２の電気的接触部４を備えている。さらに、電力接触器１は、切替要素５を備えている。切替要素５は、開位置及び閉位置を占めることができる。図２及び３には、切替要素５が、それぞれその開位置において示されている。開位置において、切替要素５は、二つの電気的接触部３，４を互いに接続せず、それによって電気的接触部３，４は互いに絶縁されている。それに応じて、切替要素５がその開位置にある場合には、電力接触器１を通過して電流は流れ得ない。

切替要素５は、さらに、閉位置を占めることができる。閉位置において、切替要素５は、二つの電気的接触部３，４を互いに伝導接続し、それによって電力接触器１を通過して電流が流れ得る。

電力接触器１の内部には、２つの回路が形成されている。それらは、負荷回路及び制御回路である。負荷回路は、切替要素が閉位置へ移動された場合に閉じられる。図１〜３には、パスが矢印によって示されており、切替要素５が閉位置にある場合、当該パスに沿って電流が負荷回路内を流れる。

電力接触器１は、負荷回路を介して、典型的には別の部材と接続されている。電力接触器１は、とりわけ、別の部材がオフにされるべき場合に負荷回路を遮断するために設計され得る。

さらに、電力接触器１は、制御回路を備えている。制御回路は、切替要素５を操作するために設計されている。それにより、制御回路を通じて、電力接触器１が、いわば”制御される”。制御回路によって、切替要素５の移動を通じて負荷回路を閉じあるいは遮断することが可能となる。

ここに示される実施例において、切替要素５は、スプール６と、鉄心７と、ブリッジ８と、を備えている。ブリッジ８は、上方位置及び下方位置を占めることができる。ブリッジ８の上方位置は、切替要素５の閉位置に対応する。ブリッジ８の下方位置は、切替要素５の開位置に対応する。

電流がスプール６を通過して流れると、その結果として、ブリッジ８が鉄心７及びスプール６から外方へ移動する。このとき、ブリッジ８は、その上方位置にある。この位置において、ブリッジ８は、二つの電気的接触部３，４を互いに伝導接続する。スプール６を通過して電流が流れない場合、ブリッジ８はその下方位置へ降下し、当該下方位置において、二つの電気的接触部３，４は互いに伝導接続されない。

比較可能な原理によって動作する電気的な電力接触器１は、任意の方法でここに用いられ得る。さらに、空気的に動作する電力接触器も可能である。

電力接触器１は、さらに、電力接触器１の内部に一体化された電流センサ２を備える。それに応じて、電力接触器１及び電流センサ２は、単一の機能的ユニットを構成する。電流センサ２は、負荷回路を通過して流れる電流の強度を把握するために設計されている。

本実施例において、電流センサ２は、ホールセンサを備えている。ホールセンサは、スリット付きのリング形状を有し第１の電気的接触部３を取り囲む核を備えている。核のスリットの内部には、ホール要素がある。いま、第１の電気的接触部３を通じて電流が流れると、第１の電気的接触部を通じて流れる電流が磁場を誘導するため、ホール要素は発生した磁場の変化を記録する。この磁場の変化に基づいて、ホールセンサは、電流強度を決定することができる。

電力接触器１は、さらに別の部材と接続され得る。そのために、電力接触器１は、第１及び第２の電気的接触部３，４と接続された電気配線と接続され得る。第１及び第２の電気的接触部３，４のこの後続の接続は、電流センサ２とは完全に独立して行なわれ得る。

電流センサ２は、電力接触器１の内部において通常想定されるノミナル電流に加えて、ノミナル電流の３倍に達し得る電流ピークも、十分な精度で測定され得るように設計されている。一体化された電流センサ２のこの測定領域によって、電力接触器１は、機能上の安全性に対する要求を伴う適用に際して、別の付加部材を用いることなく使用され得る。

さらに、電力接触器１は、それを通じて電流センサ２により測定された測定値を読み出すことのできるインターフェースを備えている。例えば、このインターフェースを通じて、測定値が上位システムに伝達され得る。

電流センサ２は、最小のスペースしか必要としないよう、幾何学的及び電気的に適合されている。電流センサ２は、とりわけ、電力接触器１から分離することなく、スイッチ装置の内部で組み付けられ、較正されることができる。電流センサ２は、むしろ、電力接触器１と共に一つの機能ユニットを構成する。

代替的な実施例において、電流センサ２は、電力接触器１の内部に一体化された分流抵抗器を備えることができる。電流センサ２は、分流抵抗器において降下した電圧を把握し、その大きさから電流強度を算出することができる。

分流抵抗器によって、ホールセンサとは異なる機能原理に基づく電流強度の測定が可能となる。ホールセンサ及び分流抵抗器を電力接触器１の内部に一体化することも考えられ、それによって、電流センサ２は、二つの互いに独立した測定原理に基づいて電流強度を把握することを可能とする。このようにして、測定の信頼性を高めることができる。

電力接触器１の機能検査に際して、電流センサ２の較正、及び、切替要素５の機能試験が、同時に行われ得る。とりわけ、電流センサ２の較正は、例えばスプール６のような電力接触器１の他の要素によって生成された磁場が、較正の際に共に考慮されるような方法で行われ得る。電流センサ２の精度は、このようにして、電力接触器１の内部への一体化によって高められ得る。電力接触器１によって引き起こされた障害及び故障の原因が、電流強度の測定品質を損ねることは、もはやあり得ない。

１ 電力接触器
２ 電流センサ
３ 第１の電気的接触部
４ 第２の電気的接触部
５ 切替要素
６ スプール
７ 鉄心
８ ブリッジ

Claims (10)

1. 第１の電気的接触部（３）及び第２の電気的接触部（４）と、
   開位置及び閉位置を占めることができる切替要素（５）であって、前記切替要素（５）は前記閉位置において前記第１の電気的接触部（３）と前記第２の電気的接触部（４）を互いに接続し、前記切替要素（５）が前記開位置にある場合には、前記第１の電気的接触部（３）と前記第２の電気的接触部（４）が互いに隔離される、前記切替要素（５）と、
   前記電力接触器（１）の内部に一体化された電流センサ（２）であって、前記電力接触器（１）を通過して流れる電流の強度を把握するために設計されている前記電流センサ（２）と、を備える電力接触器（１）。
2. 前記第１及び第２の電気的接触部（３，４）は負荷回路内に配置され、
   前記電力接触器（１）は、前記負荷回路を通過して流れる電流の強度を把握するために設計されている、請求項１に記載の電力接触器（１）。
3. 前記電流センサ（２）はホールセンサを備える、請求項１または２に記載の電力接触器（１）。
4. 前記電流センサ（２）は前記電気的接触部（３，４）のうち一つを取り囲んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力接触器（１）。
5. 前記電流センサ（２）は分流抵抗器を備えている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力接触器（１）。
6. 前記電流センサ（２）は前記電気的接触部（３，４）のうち一つと直列に接続されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力接触器（１）。
7. 前記電力接触器（１）は、それを通じて前記電流センサ（２）により把握されたデータを読み出すことのできるインターフェースを備えている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力接触器（１）。
8. 前記電流センサ（２）は、前記電力接触器（１）によって生成される磁場が電流強度の測定に際して考慮に入れられ得るように較正される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力接触器（１）。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力接触器（１）の機能検査のための方法であって、前記電流センサ（２）の較正と前記切替要素（５）の機能試験が同時に行われる方法。
10. 前記電流センサ（２）の較正ステップの間、前記切替要素（５）によって、および／または、前記電気的接触部によって生成される磁場が識別され、前記電流センサ（２）の前記較正において考慮される、請求項９に記載の方法。

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