JP2021100113A - 電気機器及び電気機器を備える電気機器システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気機器の収納空間への意図しないまたは不正なアクセスを検出するオプションを有し、メンテナンスしやすい電気機器を提供する。【解決手段】電気機器（１）の電気部品が配置される収納空間（３）を有するハウジング（２）と、第１カバー要素（５）と第２カバー要素（６）とを備えるカバーユニット（４）と、磁気素子（１３）と磁気センサ（１４）とを備え、前記磁気素子（１３）が存在しないことが検出されたときに検出信号（２５）を出力するセンサユニット（１２）とを備え、前記第１カバー要素（５）はカットアウト（７）を有し、前記第２カバー要素（６）は、第１の位置にあるときに前記カットアウト（７）を覆い、前記第２の位置にあるときに前記カットアウト（７）へのアクセスを可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械、電気機器を備えるシステム及び車両に関する。

その収納空間に電気システムの電気部品が配置されたハウジングを備える電気機器は、収納空間を第１位置で閉じるカバーユニットが収納空間へのアクセスを可能にする第２位置に移動したかどうかを検出するために、センサユニットをしばしば備える。インターロック回路によって対応する検出信号を評価することができ、インターロック回路は、通電された部品への意図しないまたは不正なアクセスによる電気ショックを防止するために部品への通電を遮断する。第１位置で閉となり、第２位置で開となる機械的接触に加えて、磁気素子および磁気センサを備えるセンサユニットによってカバーユニットの取り外しの検出を実施することが既に提案されている。

例えば、ＥＰ２６２４３７０Ｂ１（特許文献１）は、少なくとも１つの電気導体と電気回路との間に電気接続を確立するように意図された電気コネクタであって、電気導体と電気回路との間の接続プレートと、実質的に閉じた空間を画定するようにプレートを覆うためのカバーと、プレートとカバーとの間の距離が所定の値よりも大きいときにプレート内を流れる電流を遮断するための電流遮断手段とを備える電気コネクタを開示している。このため、電流遮断手段は、磁気面から出力される信号を検出するホール効果センサを備え、このセンサは接続プレートに配置され磁気面はカバーに配置されるか、またはその逆である。

ＥＰ２６２４３７０Ｂ１

従来技術においては、例えばメンテナンスのために収納空間へのアクセスが必要となる場合、このような装置ではカバーユニット全体を取り外さなければならない。これは手間がかかり、電気機器の整備が困難となる。

したがって、本発明の目的は、収納空間への意図しないまたは不正なアクセスを検出するオプションを有し、メンテナンスしやすい電気機器を提供することである。

本発明によれば、電気機器の電気部品が配置される収納空間を有するハウジングと、第１カバー要素と第２カバー要素とを備えるカバーユニットと、磁気素子と磁気センサとを備え、磁気素子が存在しないことが検出されたときに検出信号を出力するセンサユニットとを備え、第１カバー要素はカットアウトを有し、第２カバー要素は、第１の位置にあるときにカットアウトを覆い、第２の位置にあるときにカットアウトへのアクセスを可能とするように第１カバー要素に対して配置され、カバーユニットは、第１位置にあるときは、第２カバー要素が第１の位置にあるときに収納空間を閉じ、第２カバー要素が第２の位置にあるときにカットアウトを介して収納空間の第１サブ収納空間へのアクセスを許容するとともに収納空間の第２サブ収納空間を閉じ、第２位置にあるときは、第１サブ収納空間と第２サブ収納空間へのアクセスを許容し、センサユニットは、第２カバー要素が第２の位置にあるときとカバーユニットが第２位置にあるときにおいて磁気素が存在しないことを検出するように配置および設計されている電気機器によって、上述の目的が達成される。

本発明は、収納空間を二つのサブ収納空間に分割するという考えに基づき、メンテナンスが集中する部品は第１サブ収納空間に配置され、メンテナンスが集中しないまたは頻度が低い部品は第２サブ収納空間に配置され得る。さらに、カバーユニットは二つのカバー要素によって形成され、第２の位置にある第２カバー要素は、基本的には第１カバー要素のカットアウトを介して第１サブ収納空間へのアクセスのみを可能とする。結果として、第１サブ収納空間にアクセスするためにはカバーユニット全体を取り除く必要がなく、より小さい第２カバー要素のみを取り除けばよい。センサユニットは、このプロセスにおいて、第２カバー要素が第２の位置にあるとき、および収納空間全体へのアクセスを可能にするカバーユニットが第２位置にあるときの両方において、たとえばインターロック回路により評価され得る検出信号を出力するように配置される。このプロセスにおいて、磁気センサにより、第２カバー要素の取り外しを検出するための電気ラインを第１カバー要素に配設することなく非接触での検出が可能になる。

本発明の電気機器によれば、第２カバー要素を取り外すことで第１サブ収納空間へのアクセスのみが許容され、作業ステップを軽減してメンテナンスしやすさが向上する。同時に、センサユニットは収納空間への意図しないまたは不正なアクセスのシンプルな検出オプションを提供する。

本発明の電気機器において、磁気素子は第２カバー要素に配置されることが好ましい。このようにして、第２カバー要素のみが取り外されたとき、およびカバーユニット全体が取り外されたときの両方において磁気素子が存在しないことを検出することが可能となる。

本発明の電気機器において、第２カバー要素が第１の位置にあるときに、第１カバー要素に形成される磁気素子の磁界の磁界強度が、磁気センサによって磁気素子が存在しているとして検出可能であるようにセンサユニットが設計されるとさらに有利である。このように、磁気素子が存在しないことを、磁気素子によって形成される磁界に基づいて第１カバー要素を介して非接触で検出することができる。

本発明の電気機器の好ましい実施形態によれば、第１カバー要素は、収納空間に向かって形成されるとともに、第２カバー要素が第１の位置にあるときに磁気素子が位置する窪みを有する。このようにして、磁気センサに対して磁気素子の適切な位置決めを有利に達成することができ、収納空間内において部品を柔軟に配置することができる。第２カバー要素は、第１の位置にあるときに窪みに係合する突出部を含むことができる。

原理的に、本発明の電気機器においては、磁気センサは収納空間に配置されていることが好ましい。このようにして、収納空間の外側における電気配線を省くことができる。磁気センサは、特に好ましくは第２サブ収納空間に配置される。これにより、カバーからの磁気センサへのアクセス、ひいてはその操作を困難にするという点で有利になる。

ここで、本発明の電気機器によれば、磁気センサは第２カバー要素に配置されるということも考えられる。そして、磁気素子を収納空間、好ましくは第２サブ収納空間に配置することができる。この場合、第１カバー要素は、第２サブ収納空間に向かって形成されるとともに、第２カバー要素が第１の位置にあるときに磁気センサが位置する窪みを有していてもよい。

本発明の電気機器によれば、電気部品の一つ、好ましくはヒューズが取り外し可能に取り付けられている取付手段を第１サブ収納空間に配置することでメンテナンスしやすさが向上する。特にヒューズは上述のメンテナンスが集中する電気部品の好適な例である。

本発明の電気機器は、第１カバー要素に対してハウジングをシールするように設計されたシール要素をさらに備えることができる。このシール要素は第１シール要素とも呼ばれ、たとえば電気機器の所望のＩＰ保護クラスを達成するために使用される。このシール要素は破壊されることなく第１位置から第２位置に移行することはできないプロセスに好適である。たとえば、第１シール要素として接着シールが使用され、効果的かつ高費用効率で水やほこりの浸入からの保護を可能にする。第１カバー要素は基本的にメンテナンスが集中しない電気部品用の第２サブ収納空間を覆うので、第１シール要素の可逆性の欠如は第１サブ収納空間内のメンテナンスが集中する電気部品のメンテナンスにはほとんど影響を与えない。

本発明の電気機器は、第２カバー要素に対して第１カバー要素をシールするように設計されたシール要素をさらに備えることができる。このようにして、二つのカバー要素により所望のＩＰ保護クラスを達成することができる。このシール要素は第２シール要素とも呼ばれ、好ましくは破壊されることなく第２カバー要素を第１の位置から第２の位置に移動させることができる。この目的にためには、たとえばシリコンガスケットやＯリングが妥当な選択肢である。有利には、第２シール要素は第２カバー要素ではなく第１カバー要素に取り付けられているか、第１カバー要素ではなく第２カバー要素に取り付けられている。典型的には、このシール要素は、第２カバー要素が第１の位置にあるときにカットアウトの縁に沿って延在している。代わりに、このシール要素は、第２カバー要素の外形に沿って延在してもよい。第２カバー要素に配置された磁気素子の周りに延在し、または第２カバー要素に配置された磁気センサの周りに延在する別のシール要素が配置されてもよい。このようにして、磁気素子を腐食などから保護することができる。

この点について、第２シール要素よりもシンプルに設計され得る第１シール要素のシール領域が、概してより複雑な設計でよりコストがかかる第２シール要素のシール領域よりもかなり大きくなっている。

原理的には、このプロセスにおいて磁気素子と磁気センサが第２シール要素のシール領域の外側に配置されることが好ましい。

本発明の電気機器が自動車分野に使用される際の高い安全要件を満たすために、センサユニットは、磁気素子が存在しないことを検出したときに別の検出信号を出力するさらに別の磁気センサを有していてもよい。この重複性により、ＡＳＩＬ Ｂなどの高い安全レベルを達成することができる。

本発明の電気機器は、有利には、検出信号に応じて電気部品への通電を遮断するように構成されたインターロック回路をさらに備えている。インターロック回路は、たとえば検出信号を評価するように構成された制御ユニットを備えていてもよい。さらに、インターロック回路は、検出信号に応じて電気部品への通電を遮断するように構成されたスイッチユニットを備えていてもよい。

センサユニットは、磁気センサの生情報を評価して調整した検出信号を出力する信号処理ユニットを備えていてもよい。しかし、センサユニットは、インターロック回路の信号処理ユニットによる評価可能な生データを検出信号として出力するように構成されていてもよい。

インターロック回路は、センサユニットへの供給電圧を供給するライン用であって、供給電圧の遮断を示すライン監視ユニットの監視信号に応じて電気部品への通電を遮断するように構成されたライン監視ユニットを備えていてもよい。このように磁気センサの故障が検出可能となるので、ライン監視ユニットにより安全レベルを低減させることなくたとえば余分な磁気センサを省くことが可能となる。

有利な実施形態では、本発明の電気機器はインバータとして設計されている。

本発明の目的は、電気機械と本発明の電気機器とを備え、パワーコンバータが単相または多相の交流電流を電気機械に供給するように構成されたシステムによっても達成できる。有利には、電気機械は電気自動車を駆動するように構成されている。

本発明の目的は、本発明の電気機器または本発明のシステムを備えた車両によっても達成できる。

本発明のさらなる効果や詳細については、以下に図面に基づいて説明する例示的実施形態により明らかになるであろう。これらは概略図である。

図１は、本発明の電気機器の例示的な実施形態の斜視切断図である。 図２は、センサユニットの領域における、例示的な実施形態の詳細な斜視切断図である。 図３は、例示的な実施形態の第２カバー要素の斜視図である。 図４は、例示的な実施形態のインターロック回路のブロック図である。 図５は、本発明のシステムを備える本発明の車両の例示的な実施形態の概略図である。

図１は、電気機器１の例示的な実施形態の斜視切断図である。

電気機器１は、電気機器１の電気部品が配置される収納空間３を有するハウジング２を備える。さらに、電気機器１は、第１カバー要素５と第２カバー要素６とを備えるカバーユニット４を備える。第１カバー要素５はカットアウト７を有する。第２カバー要素６は、図１に示される第１の位置ではカットアウト７を覆い、第２の位置ではカットアウト７へのアクセスが可能となるように、第１カバー要素５に対して配置され得る。第２の位置では、たとえば取付手段８を取り外した後に、第２カバー要素６を第１カバー要素５から取り外すことによって、カットアウト７が露出する。

カバーユニット４自体は、図１に示される第１位置では、第２カバー要素６が第１の位置にあるときに収納空間３を閉じるようにハウジング２に対して配置され得る。これに対して、第２カバー要素６が第２の位置にあってカバーユニット４が第１位置にある場合、第１カバー要素５のカットアウト７を通じて第１サブ収納空間９へのアクセスが可能であり、第２サブ収納空間１０は閉じている。カバーユニット４はさらに、通常は第２カバー要素６の位置に拘わらず、第２位置では第１サブ収納空間９と第２サブ収納空間１０へのアクセスが可能となるように配置され得る。

この点に関して、第２サブ収納空間１０が例えばハウジング２の内壁１１によって空間的にさらに細分化される場合であっても、本例示的な実施形態におけるサブ収納空間９、１０は、収納空間３全体を形成することになる。

電気機器１は、磁気素子１３と、磁気素子１３が存在しないことが検出されたときに検出信号２５(図４参照)を出力するように構成された磁気センサ１４とを備えるセンサユニット１２をさらに備える。センサユニット１２は、第２カバー要素６が第２の位置にあるとき、およびカバーユニット４が第２位置にあるときに磁気素子１３が存在しないことが検出されるように配置および設計される。

図２は、センサユニット１２の領域における、例示的な実施形態の電気機器１の詳細な切断図である。

本例では、磁気素子１３は、永久磁石として設計され、第２カバー要素６の突出部１５に配置される。磁気素子１３は縁部が突出部１５に組み込まれているが、全体が突出部１５に組み込まれるか、または第２カバー要素６に組み込まれてもよく、よって第２カバー要素６内に配置されることも可能である。第２カバー要素６の磁場領域に磁気素子１３が形成されることも考えられる。

第１カバー要素５は、第２サブ収納空間１０に向かって形成されるとともに、第２カバー要素６が第１の位置にあるときに磁気素子１３が位置する窪み１６を有する。このため、突出部１５は窪み１６と係合して、第１の位置にある第２カバー要素６は第１カバー要素５上に位置することになる。

ここで、突出部１５は、第２カバー要素６の本体１５ａを含めて２つの部品で構成され、取付手段１５ｂによって本体１５ａに取り付けられる。あるいは、突出部１５を本体１５ａの１つの部品で構成することも可能である。また、第１カバー要素５は、収納空間３とは反対側に、第２カバー要素６の本体１５ａの形状に対応する凹部１７を有することが示されている。

磁気センサ１４は第２サブ収納空間１０に配置される。本例では、磁気センサ１４は、電気機器１の電気部品の一部が取り付けられているプリント回路基板１８に配置される。突出部１５と窪み１６とによって、センサユニット１２の配置は収納空間３におけるプリント回路基板１８の取り付け高さに適合できる。このようにして、センサユニット１２は、第２カバー要素６が第１の位置にあるときに、第１カバー要素５に形成される磁気素子１３の磁界の磁界強度が、磁気センサ１４によって磁気素子１３が存在しているとして検出可能であるように設計される。

再び図１を参照すると、第１サブ収納空間９に電気部品（ここでは不図示のヒューズ）を取り外し可能に取り付ける取付手段１９が配置されていることが示されている。第１サブ収納空間９に配置されている部品は概してメンテナンスが集中する部品であり、第２サブ収納空間１０に配置されている部品よりもサービス時に頻繁にアクセスされることになる。

本例示的な実施形態では、例えばインバータのＤＣ電圧側のバスバー２０が第２サブ収納空間１０に配置されるように、電気機器１は例えばインバータとして設計されている。プリント回路基板１８に配置されている部品の一部は、インバータの制御ユニットの部品である。一般的に、第２サブ収納空間１０の部品にはメンテナンス時のアクセスが必要とされておらず、よってカバーユニット４の第１位置から第２位置への移動の検出は、基本的にはバスバー２０のような高電圧部品への不正または意図しないアクセスの検出に用いられる。

電気機器１は、第１カバー要素５に対してハウジング２をシールするように設計された第１シール要素２１をさらに備える。第１シール要素２１は接着シールであって、破壊されることなくカバーユニット４を第１位置から第２位置に移動することはできない。ただし、必要とされるＩＰ保護クラスは、接着シールによって複雑性が低くかつ効果的な方法で達成され得る。第２サブ収納空間１０に配置されているメンテナンス頻度の低い部品のみに関しては、サービス作業時にカバーユニット４全体が取り外されるとは限らない。

図３は、第１カバー要素５と対向する側からの第２カバー要素６の斜視図である。

磁気素子１３を有する突出部１５と本体１５ａに加えて、本体１５ａから角度を有して突出した突出マウント１５ｃが第２カバー要素６またはその本体１５ａに示されている。さらに、第２カバー要素６またはその本体１５ａに配置された、電気機器１の第２シール要素２２が示されている。

第２シール要素２２は、第２カバー要素６に対して第１カバー要素５をシールするように設計されており、破壊されることなく第２カバー要素６の第１の位置から第２の位置へ移行することができる。本例では、第２シール要素２２は、シリコンシールとして設計され、第２カバー要素６にのみ取り付けられる。第２シール要素２２は、第１シール要素２１とは異なり必然的に両面シールである。明らかなように、第２シール要素２２は、第１の位置では、磁気素子１３が第２シール要素２２のシール領域の外側に位置するようにカットアウト７から延在している。あるいは、第２シール要素２２は第２カバー要素６の外形に沿って延在していてもよい。

さらなる例示的な実施形態では、第２シール要素２２はＯリングとして設計されている。磁気素子１３を腐食から保護するように、第２カバー要素６または第１カバー要素５において磁気素子１３の周りに延在するように別のシール要素が設けられてもよい。

図４は、電気機器１のインターロック回路２３のブロック図である。

インターロック回路２３は、磁気センサ１４の検出信号２５に応じて電気部品への通電を遮断するように構成された制御ユニット２４を備える。このために、インターロック回路２３は、制御ユニット２４によって駆動され、制御ユニット２４の制御信号２７に応じて電気部品への通電を遮断するように構成されたスイッチユニット２６を備える。

インターロック回路２３は、検出信号２５を送信するためにも使用される、磁気センサ１４への供給電圧２８を供給するライン２９を備える。さらに、インターロック回路２３には、スイッチ要素３１が接続される導体ループ３０が設けられる。スイッチ要素３１は、検出信号２５に応じて導体ループ３０を遮断して閉じるように構成されている。このプロセスにおいて、第１位置から第２位置への移動である、ハウジング２からのカバーユニット４の取り外し、または第１の位置から第２の位置への移動である、第２カバー要素６の取り外しは、導体ループ３０の遮断から推測される。これは、導体ループ３０の遮断が発生した場合に、制御ユニット２４が制御信号２７を出力することを意味する。不正または意図しないカバーの開放に関して電気機器１の他の位置状態を監視するための別のスイッチ要素３１や従来の導体ブリッジを導体ループ３０に接続してもよい。

さらに、インターロック回路２３は、供給電圧の遮断を示す監視信号３３に応じて電気部品への通電を遮断するように構成されたライン監視ユニット３２を備える。このため、制御ユニット２４はライン２９における電圧の降下を検出し、その場合には同様に制御信号２７を出力する。このような磁気センサ１４の故障は特定可能であるので、インターロック回路２３はＡＳＩＬ Ｂ準拠の安全水準を満たしている。

図４は、制御ユニット２４によって起動可能なスイッチ要素３５を備えるライン監視ユニット３２の診断機能３４をさらに示す。スイッチ要素３５によって、ライン監視ユニット３２の診断目的でライン２９をグラウンドに接続することができる。

ＡＳＩＬ Ｂによる安全水準を達成するためのライン監視ユニット３２を省くことができる別の例示的な実施形態によれば、センサユニット１２は別の磁気センサを備える。これにより、磁気素子１３が存在しないことが検出された場合にさらに別の検出信号が提供される。このために、インターロック回路２３は、例えば、スイッチ要素３１と直列に導体ループ３０に接続され、別の検出信号に応じてループを遮断する別のスイッチ要素を備えることができる。このようにして、二つの磁気素子のうちの一つの検出信号が出力されているときに、部品への通電が遮断済みであることが保証される。

図５は、電気機械３７と上述の例示的な実施形態の電気機器１とを備える例示的な実施形態のシステム３６を備える車両３８の例示的な実施形態の概略図である。電気機器１は、電気機械３７に交流電流（ここでは三相交流電流）を供給するように構成されたインバータとして設計されている。電気機械３７は車両３８、たとえば電気自動車（ＢＥＶ）やハイブリッド自動車を駆動するように構成されている。

Claims (15)

1. 電気機器（１）の電気部品が配置される収納空間（３）を有するハウジング（２）と、
   第１カバー要素（５）と第２カバー要素（６）とを備えるカバーユニット（４）と、
   磁気素子（１３）と磁気センサ（１４）とを備え、前記磁気素子（１３）が存在しないことが検出されたときに検出信号（２５）を出力するセンサユニット（１２）とを備え、
   前記第１カバー要素（５）はカットアウト（７）を有し、前記第２カバー要素（６）は、第１の位置にあるときに前記カットアウト（７）を覆い、前記第２の位置にあるときに前記カットアウト（７）へのアクセスを可能とするように前記第１カバー要素（５）に対して配置され、
   前記カバーユニット（４）は、第１位置にあるときは、前記第２カバー要素（６）が前記第１の位置にあるときに前記収納空間（３）を閉じ、前記第２カバー要素（６）が前記第２の位置にあるときに前記カットアウト（７）を介して前記収納空間（３）の第１サブ収納空間（９）へのアクセスを許容するとともに前記収納空間（３）の第２サブ収納空間（１０）を閉じ、第２位置にあるときは、前記第１サブ収納空間（９）と前記第２サブ収納空間へのアクセスを許容し、
   前記センサユニット（１２）は、前記第２カバー要素（６）が前記第２の位置にあるときと前記カバーユニット（４）が前記第２位置にあるときにおいて前記磁気素子（１３）が存在しないことを検出するように配置および設計されている、電気機器（１）。
2. 前記磁気素子（１３）は前記第２カバー要素（６）に配置されている、請求項１に記載の電気機器。
3. 前記第２カバー要素（６）が前記第１の位置にあるときに、前記第１カバー要素（５）に形成される前記磁気素子（１３）の磁界の磁界強度が、前記磁気センサ（１４）によって前記磁気素子（１３）が存在しているとして検出可能であるように前記センサユニット（１２）が設計されている、請求項１または２に記載の電気機器。
4. 前記第１カバー要素（５）は、収納空間（３）に向かって形成されるとともに、前記第２カバー要素（６）が前記第１の位置にあるときに前記磁気素子（１３）が位置する窪み（１６）を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の電気機器。
5. 前記磁気センサ（１４）は前記収納空間（３）内、好ましくは前記第２サブ収納空間（１０）内に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の電気機器。
6. 前記電気部品の一つ、好ましくはヒューズを取り外し可能に取り付ける取付手段（１９）が前記第１サブ収納空間（９）に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の電気機器（１）。
7. 前記第１カバー要素（５）に対して前記ハウジング（２）をシールするように設計され、好ましくは破壊されることなく前記第１位置から前記第２位置に移行させることができないシール要素（２１）をさらに備えた、請求項１〜６のいずれかに記載の電気機器。
8. 前記第２カバー要素（６）に対して前記第１カバー要素（５）をシールするように設計され、好ましくは破壊されることなく前記第１の位置から前記第２の位置に移行させることができるシール要素（２２）をさらに備えた、請求項１〜７のいずれかに記載の電気機器。
9. 前記磁気素子（１３）および前記磁気センサ（１４）は前記第２シール要素（２２）のシール領域の外側に配置されている、請求項８に記載の電気機器。
10. 前記センサユニット（１２）は、前記磁気素子（１３）が存在しないと検出されるときの別の検出信号を出力するように構成された別の磁気センサをさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載の電気機器。
11. 前記検出信号（２５）または他の検出信号に応じて前記電気部品への通電を遮断するように構成されたインターロック回路（２３）をさらに備えた、請求項１〜１０のいずれかに記載の電気機器。
12. 前記インターロック回路（２３）は、センサユニット(１２)への供給電圧（２８）を供給するライン（２９）用であって、前記供給電圧（２８）の遮断を示すライン監視ユニット（３２）の監視信号（３３）に応じて前記電気部品への通電を遮断するように構成されたライン監視ユニット（３２）を備える、請求項１１に記載の電気機器。
13. パワーコンバータ、好ましくはインバータとして設計されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の電気機器。
14. 電気機械（３７）と、請求項１３に記載の電気機器（１）とを備え、前記パワーコンバータは単相または多相の交流電流を電気機械（３７）に供給する、システム（３６）。
15. 請求項１〜１３のいずれかに記載の電気機器（１）または請求項１４に記載のシステム（３６）を備える、車両（３８）。

Images