JP2021170522A

JP2021170522A - 遮断器

Info

Publication number: JP2021170522A
Application number: JP2020087031A
Authority: JP
Inventors: 虎雄矢島; Torao Yajima; 伸久橋本; Nobuhisa Hashimoto
Original assignee: SOC Corp
Current assignee: SOC Corp
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-10-28

Abstract

【課題】パイロスイッチとヒューズの組合せによる遮断器では、パイロスイッチをオフさせる時点の負荷電流が組み合わせたヒューズの定格電流値を上回る場合、ヒューズは溶断され電路を遮断することができる。一方、ヒューズの定格電流値を下回る場合はヒューズが溶断しないこととなる。これを防ぐためにいかなる負荷電流の状態であっても電源バッテリーと負荷との電路を瞬時に切り離す遮断器を提供する。【解決手段】火薬の爆発などによる起動力で第１のスイッチが開路（スイッチオフ）した後に第２のスイッチが閉路（スイッチオン）する動作を連動させた連動スイッチにより、第１のスイッチに流れていた電流を消弧ヒューズに転流させて消弧ヒューズを溶断させるか、または消弧ヒューズを第２のスイッチを通して電源バッテリーに短絡させて消弧ヒューズを溶断させ、電源バッテリーと負荷との電路を切り離す。【選択図】図２

Description

本願発明は自動車などにおいて衝突時における安全確保のために電源バッテリーと負荷との電路を瞬時に切り離す遮断器に関するものである。

自動車の衝突時などにおける電気回路のショートによる発火防止や感電事故防止のために、自動車バッテリーからの電路を衝突時に衝突センサーの信号により素早く遮断する遮断器の中で、特に電気自動車のようなバッテリーが高電圧、大電流容量の自動車に用いられるパイロスイッチの場合は、衝突センサーによりパイロスイッチが電路を遮断したときに発生するアークの影響で電路を遮断できないばかりか発生したアークにより火災に至る可能性がある。

このため発生するアークを速やかに消弧する必要があり、そのための消弧方法についてはいくつかの先行事例がある。その代表例としてパイロスイッチと並列にヒューズを接続する方法が知られている。

ヒューズは電路に流れる電流のジュール熱により溶断するとともに発生するアークを速やかに消弧する機能を併せ持っている一方、任意の電流において電路を遮断することはできない。パイロスイッチとヒューズの組合せにおいては、スイッチをオフさせる時点の負荷電流が組み合わせたヒューズの定格電流値を上回る場合は、ヒューズは溶断され、電路を遮断することができる。一方、ヒューズの定格電流値未満の場合はパイロスイッチをオフにしてもヒューズが溶断しないケースがある。

本願発明は当該課題を解決し、いかなる負荷電流においてもヒューズを溶断させ、確実に電路を遮断する技術に関するものである。

パイロスイッチとヒューズの組合せによる遮断器では、パイロスイッチをオフさせる時点の負荷電流が組み合わせたヒューズの定格電流値を上回る場合、ヒューズは溶断され電路を遮断することができる。一方、ヒューズの定格電流値を下回る場合はヒューズが溶断しないこととなる。

自動車の衝突時において感電などの２次災害を防ぐためにはどのような電流値であっても電路を安全に遮断することがパイロスイッチに要求される機能であると考えられるが、パイロスイッチとヒューズの組合せにおいては以上のように小電流領域において達成が困難である。

スイッチ駆動部と、スイッチ駆動部の起動により第１のスイッチが開路（スイッチオフ）した後に第２のスイッチが閉路（スイッチオン）する動作を連動させた連動スイッチ、第１のスイッチの両端に接続された消弧用ヒューズからなる遮断器であって、電源バッテリー正極（または負極）からの電路を第１のスイッチの一端に接続し、第１のスイッチの他端は第２のスイッチの一端とともに負荷に接続し、第２のスイッチの他端は電源バッテリーの負極（または正極）へ接続し、外部センサーからの遮断器起動信号によりスイッチ駆動部が起動することで第１のスイッチが開路し、第１のスイッチが開路することで発生するアークを消弧用ヒューズにより消弧し、また第２のスイッチが閉路となり第１のスイッチが開路する時点で第１のスイッチに流れていた電流が小さいことで消弧用ヒューズが溶断しない場合は第２のスイッチの閉路により消弧用ヒューズを速やかに遮断することができ、パイロスイッチとヒューズの並列接続において負荷電流が小電流領域の場合でのバッテリーからの電路の遮断ができない問題は本願発明により解決される。

本願発明は、上記の様な従来の課題を解決するものであって、回路の負荷電流の如何にかかわらず、任意の負荷電流において回路を遮断できる。

従来例の遮断器（パイロスイッチ）とヒューズによる消弧回路構成を示す。本願発明になる遮断器を用いる場合の回路構成を示し、（ａ）が定常時（遮断器起動前）、（ｂ）が遮断器起動後の状態を示す。本願発明になる遮断器の第１の実施例を示し、（ａ）が定常時（遮断器起動前）、（ｂ）が遮断器起動後の状態を示す。本願発明になる遮断器の第２の実施例を示し、（ａ）が定常時（遮断器起動前）、（ｂ）が遮断器起動後の状態を示す。本願発明になる遮断器の第３の実施例を示し、（ａ）が定常時（遮断器起動前）、（ｂ）が遮断器起動後の状態を示す。図５の遅延回路の入力信号（スイッチ起動信号）と出力信号（電磁スイッチの閉路駆動信号）を表すタイムチャートを示す。

図２に本願発明になる遮断器を用いた回路構成を示し、電源バッテリー１０と負荷１１の間に遮断器２２が挿入される。

遮断器２２はスイッチ駆動部２３と第１のスイッチ２４、第２のスイッチ２５、第１のスイッチ２４と並列に接続した消弧ヒューズ２６からなり、定常時においては第１のスイッチ２４は閉路（スイッチオン）、第２のスイッチ２５は開路（スイッチオフ）であり、自動車の衝突時など異常時においてスイッチ駆動部２３に起動信号が入力されスイッチ駆動部２３が起動しレバー２７を動作させる。

レバー２７が移動することにより第１のスイッチ２４を開路し、第１のスイッチ２４の開路と第２のスイッチ２５の閉路は連動する機構となっており第１のスイッチ２４開路後、レバー２７はさらに移動し第２のスイッチ２５を閉路する。第１のスイッチ２４が開路することにより、第１のスイッチを流れていた電流は消弧ヒューズ２６を通る電路に回り消弧ヒューズ２６を溶断させることで第１のスイッチ２４内でのアークの発生を阻止する。

第１のスイッチ２４の開路後第２のスイッチ２５が閉路し、この時点で消弧ヒューズ２６が溶断していない場合は電源バッテリー１０に消弧ヒューズ２６だけが直列に接続された閉回路となるため消弧ヒューズ２６は確実に溶断される。また、負荷１１の誘導成分２１に残っている電気エネルギーは負荷１１と第２のスイッチ２５の閉路による閉回路の中で消費される。

パイロスイッチとヒューズを並列接続した遮断器において、負荷電流が小電流領域の場合に電路の遮断ができない問題は本願発明により解決される。

図３は本願発明になる遮断器の第１のスイッチと第２のスイッチを双投型スイッチに置換えた場合の回路構成を示し３０が第１のスイッチと第２のスイッチを置換えた双投型スイッチであり、３１が双投型スイッチ３０のａ接点、３２がｂ接点、３３がｃ接点、３４が接点間を移動する導体（接続導体）で、ａ接点３１とｃ接点３３の部分が第１のスイッチに相当し、ｂ接点３２とｃ接点３３の部分が第２のスイッチに相当する。

スイッチ駆動部２３は火薬３５と衝突センサー１４からの起動信号により火薬３５を爆発させる起爆剤３６、爆発力を伝えるレバー２７から構成されている。

電源バッテリー１０から負荷１１に電力が供給されている定常時においては双投型スイッチ３０のａ接点３１とｃ接点３３の間が接続導体３４で閉路（スイッチオン）されており、ｂ接点３２とｃ接点３３間は開路（スイッチオフ）であるが、自動車の衝突時など異常時においてスイッチ駆動部２３に起動信号が入力されスイッチ駆動部２３が起動しレバー２７を動作させる。

レバー２７が移動することにより双投型スイッチ３０の接続導体３４を移動させａ接点３１とｃ接点３３の間が開路（スイッチオフ）となり、ｂ接点３２とｃ接点３３間は閉路（スイッチオン）となる。以上が本実施例の遮断器の定常時から異常時における一連の動作である。

定常状態において双投型スイッチ３０のａ接点３１とｃ接点３３間が開路することにより、双投型スイッチ３０のａ接点３１とｃ接点３３間を流れていた電流は消弧ヒューズ２６を通る電路に回り消弧ヒューズ２６を溶断させることで双投型スイッチ３０のａ接点３１とｃ接点３３間でのアークの発生を防止する。

双投型スイッチ３０のａ接点３１とｃ接点３３間の開路後ｂ接点３２とｃ接点３３間が閉路し、この時点で消弧ヒューズ２６が溶断していない場合は電源バッテリー１０に消弧ヒューズ２６だけが直列に接続された閉回路となるため消弧ヒューズ２６は確実に溶断される。また、負荷１１の誘導成分２１に残っている電気エネルギーは負荷１１とｂ接点３２とｃ接点３３間の閉路による閉回路の中で消費される。

図４は本願発明になる遮断器の第１のスイッチをスイッチ駆動部に取り付けられた切断刃と切断刃により切断される導体から構成されるスイッチとした実施例である。

本実施例２になる遮断器２２は、スイッチ駆動部２３、スイッチ駆動部２３は火薬３５と衝突センサー１４からのスイッチ起動信号により火薬３５を爆発させる起爆剤３６、爆発力を伝えるレバー２７から構成されており、レバー２７に接続された切断刃４２、切断導体４３、第２のスイッチ２５、切断導体４３の両端に並列に接続された消弧ヒューズ２６から構成されている。

切断刃４２には切断導体４３を切断後に第２のスイッチのスイッチレバー４４を押し下げるレバー突起部４１が設けられており、スイッチ起動信号によりスイッチ駆動部２３の火薬３５が爆発しその爆発力が切断刃４２を高速に動作させ、切断導体４３が切断され電源バッテリー１０から切断導体４３を通し負荷１１に流れていた電流が消弧ヒューズ２６に転流された後にレバー２７の突起４１により第２のスイッチのスイッチレバー４４が押し下げられ、第２のスイッチが閉路となることで実施例１と同様の効果が得られ、電源バッテリー１０と負荷１１の間の電路がいかなる負荷電流であっても切り離される。

図５は本願発明になる遮断器の第２のスイッチの閉路を電気的手段により制御する電磁スイッチ５１とし、電磁スイッチの閉路駆動信号は衝突センサー１４からのスイッチ起動信号を遅延させ電磁スイッチ駆動のためにパルス幅を調整する遅延回路５２を通した後に電磁スイッチ５１に入力する構成とした実施例の回路図である。

図６は衝突センサー１４からのスイッチ起動信号（遅延回路の入力信号）６０とスイッチ起動信号６０を遅延回路５２により遅延させパルス幅を調整した電磁スイッチ５１の閉路駆動信号（遅延回路の出力信号）６１の関係を示したタイムチャートである。

本願発明は、特に直流電源で動作する電気自動車や産業機器などの事故時において電源を速断させる安全装置としての遮断器の性能向上や安全動作への活用が期待される。

１０電源バッテリー
１１負荷
１２パイロスイッチ
１３ヒューズ
１４衝突センサー
１５起爆材
１６切断レバー
１７切断導体
２１負荷の誘導成分
２２本願発明になる遮断器
２３スイッチ駆動部
２４第１のスイッチ
２５第２のスイッチ
２６消弧ヒューズ
２７レバー
３０双投型スイッチ
３１双投型スイッチのａ接点
３２双投型スイッチのｂ接点
３３双投型スイッチのｃ接点
３４双投型スイッチの接続導体
３５火薬
３６起爆剤
４１レバー突起部
４２切断刃
４３切断導体
４４第２のスイッチのスイッチレバー
５１電磁スイッチ
５２遅延回路
６０スイッチ起動信号
６１電磁スイッチ閉路駆動信号

Claims

スイッチ駆動部と、スイッチ駆動部の起動により開路（スイッチオフ）する第１のスイッチと、第１のスイッチが開路（スイッチオフ）した後に閉路（スイッチオン）する第２のスイッチと、第１のスイッチの両端に接続された消弧用ヒューズからなる遮断器であって、電源バッテリーの正極（または負極）からの電路を第１のスイッチの一端に接続し、第１のスイッチの他端は第２のスイッチの一端とともに負荷に接続し、第２のスイッチの他端は電源バッテリーの負極（または正極）へ接続し、外部センサーからの遮断器起動信号によりスイッチ駆動部が起動することで第１のスイッチが開路し、第１のスイッチ開路後に第２のスイッチが閉路することにより消弧用ヒューズを溶断させることを特徴とする遮断器。
第１のスイッチと第２のスイッチの開路、閉路動作を連動する連動スイッチが双投機構のスイッチである請求項１の遮断器。
スイッチ駆動部が火薬の爆発力を用いたものである請求項１または請求項２の遮断器。
第１のスイッチは金属導体と切断刃から構成されており、スイッチ駆動部の駆動により切断刃が当該金属導体を切断することで開路（スイッチオフ）となる請求項１、請求項２または請求項３の遮断器。
第２のスイッチは電気信号により開路から閉路に移行するスイッチであって、スイッチ駆動部の起動信号を遅延回路により第１のスイッチの開路後に当該第２のスイッチを閉路させるよう設定したことを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４いずれかの遮断器。