JP2022036333A - ヒューズの消弧方法とヒューズ、及びヒューズを備える電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて簡単な構造としながら、ヒューズ溶断時の弊害を確実に防止する。【解決手段】ヒューズ２が溶断された状態における溶断部２ａのアーク放電による放電電流を利用してアーク領域に磁界を発生し、発生する磁界でアーク５の経路を長く引き伸ばして速やかに消弧する。【選択図】図１

Description

本発明は、大電流を遮断するヒューズの消弧方法とヒューズ、及びヒューズを備える電源装置に関し、とくに、車両の走行モータに電力を供給する電池を備える電源に最適なヒューズの消弧方法とヒューズ、及びヒューズを備える電源装置に関する。

車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに供給する電力を大きくするために、多数の二次電池を内蔵して出力電流を大きくしている。この電源装置は、車両の走行時にモータに大電力を供給し、また車両の回生制動においては大電力で充電される。大電流で充放電される電池を保護し、また充分な安全性を確保するために、電池と直列にヒューズを接続して、ヒューズで過大なショート電流を遮断する電源装置が開発されている。（特許文献１参照）

特開２０１１－７８１８４号公報

電源装置は、出力端子がショートする状態で最大の放電電流が流れる。電源装置は、使用状態に接続される外部負荷には保護回路を設けているので、外部負荷を接続する状態よりも、負荷が接続されない状態、たとえば、製品の搬送時（出荷時）等において、出力端子がショートされると過大なショート電流が流れる。このショート電流は、ヒューズを溶断して安全性を確保できる。しかしながら、数百Ａ以上と極めて大きいショート電流を遮断するヒューズは、溶断電流が極めて大きいので、溶断した瞬間にアーク放電が発生して種々の弊害が発生する。アーク放電のエネルギーは、遮断する電流の二乗と負荷インダクタンスの積に比例して大きくなるので、ヒューズの溶断電流が大きくなるに従って飛躍的に増加する。大電流を遮断するヒューズは、負荷に蓄えていた極めて大きなエネルギーを消費するために、強いアーク放電が長時間継続する。強く長いアーク放電は、周囲を発火させるなど、種々の弊害の原因となる。

本発明の大切な目的は、極めて簡単な構造としながら、ヒューズ溶断時の弊害を確実に防止できる技術を提供することにある。

本発明のある態様のヒューズの消弧方法は、溶断された状態での溶断部のアーク放電による放電電流で、アーク放電している領域に磁界を発生し、発生する磁界でアークの経路を長く引き伸ばしてアークを速やかに消滅、すなわち消弧させる。

本発明のある態様のヒューズは、溶断部の両端に非溶断部を連結しており、溶断部の両端に一対の非溶断部を連結し、溶接部と非溶接部とをループ状に沿う位置に配置し、溶断された溶断部のアーク放電でループ状に流れる放電電流により発生する磁界でアークの経路を引き伸ばす。

本発明のある態様の電源装置は、ヒューズと直列に電池ブロックを接続しており、ヒューズは溶断部の両端に一対の非溶断部を連結して溶接部と非溶接部とをループ状に沿う位置に配置し、溶断された溶断部のアーク放電でループ状に流れる放電電流により発生する磁界でアークの経路を引き伸ばす。

本発明は、アーク放電してヒューズに流れる放電電流でアーク領域に磁界を発生し、この磁界のローレンツ力をアークの荷電粒子に作用させて、アークの方向を誘導し、長く引き伸ばす。ローレンツ力でアークを長く引き伸ばすための磁界は、アーク放電してヒューズに流れる放電電流で発生させる。磁界は放電電流に比例して強くなり、ローレンツ力は磁界強度に比例して強くなって、アークをより長く引き伸ばす。したがって、アーク放電のエネルギーは、ヒューズの遮断電流が増加して大きくなるが、アーク領域の磁界も、ヒューズの放電電流に比例して強くなる。このため、遮断電流が増加してアーク放電が強くなるヒューズにおいても、放電電流が強くなってローレンツ力が強くなってアークをより長く引き伸ばして速やかに消弧する。このことから、本発明のヒューズの消弧方法は、大電流を遮断して強いアークが発生し、強いアーク放電が周囲に与える悪影響が大きくなる用途においても、アークを速やかに消弧してその弊害を防止できる。

さらに、本発明のヒューズの消弧方法は、アーク放電する状態でヒューズに流れる放電電流を利用して磁界を作り、この磁界によるローレンツ力をアークの荷電粒子に作用させてアークを長く引き伸ばすので、磁界を発生するために永久磁石などの磁気回路を設けることなく、ヒューズの形状を、流れる電流でアーク領域に磁界を発生させる形状としてアークを引き伸ばすことができるので、ヒューズを極めて簡単な構造としながら、アークを速やかに消弧して強いアーク放電の弊害をも防止できる特徴がある。

とくに、本発明では、アーク放電して流れる放電電流を利用してアーク領域に磁界を作り、この磁界によるローレンツ力でアーク放電の荷電粒子に力を作用させてアークを長く引き伸ばして経路を長くするので、ヒューズを極めて簡単な構造としながら、ヒューズ溶断時のアークを速やかに消弧してアーク放電による種々の弊害を防止できる。ヒューズ溶断時のアーク放電は、負荷に蓄えられていたエネルギーによって発生する。とくにヒューズが溶断されて誘導負荷の電流を瞬間的に遮断するとき、負荷のインダクタンスに蓄えられていたエネルギーを消費するためにアーク放電が発生する。誘導負荷に蓄えられるエネルギーは、電流の二乗に比例して大きくなるので、大電流を遮断するヒューズは、溶断時に強いアーク放電が発生する。大電流を遮断するヒューズは、強いアーク放電によって放電電流を大きくし、大きな放電電流は、アーク領域の磁界強度を強くし、強い磁界強度は強いローレンツ力でアークをより長く引き伸ばす。長く引き伸ばされたアークは、放電領域を長く伸長し、放電電圧を上昇させてアークを速やかに消弧させる。このため、アーク放電による弊害、たとえばアーク放電による発火などの弊害が防止される。

本発明の一実施形態に係るヒューズを備える電源装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズを備える電源装置の概略断面図である。 ヒューズの他の一例を示す概略平面図である。 ヒューズの他の一例を示す概略平面図である。 ヒューズの他の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズを備える電源装置の電池ブロックの平面図である。 本発明の他の実施形態に係るヒューズを備える電源装置の電池ブロックの平面図である。

本発明のある態様のヒューズの消弧方法は、以下の方法により特定されてもよい。ヒューズの消弧方法は、溶断された状態での溶断部２ａのアーク放電による放電電流で、アーク放電している領域に磁界を発生し、発生する磁界でアーク５の経路を長く引き伸ばしてアーク５を速やかに消弧させる。

以上のヒューズの消弧方法は、それ自体の電流を利用して磁界を作り、この磁界によるローレンツ力でアーク放電の荷電粒子に力を作用させてアークを長く引き伸ばして経路を長くするので、極めて簡単な構造としながら、ヒューズ溶断時のアークを速やかに消弧してアーク放電の弊害を防止できる特徴がある。ヒューズ溶断時のアーク放電は、負荷に蓄えられるエネルギーによって発生する。このエネルギーは電流の二乗に比例して飛躍的に増加し、アーク放電時の放電電流で消費される。ローレンツ力でアークの経路が引き伸ばされると、アーク放電領域は広く拡散され、アーク放電による弊害、たとえばアーク放電による発火などの弊害が防止される。

さらに、以上の消弧方法は、アーク放電時の電流が逆方向の場合においても、アーク放電している荷電粒子に作用するローレンツ力の方向は変化しない。電流の方向と、電流による磁界の向きの両方が逆転して、ローレンツ力の方向が一定となるからである。したがって、アーク放電時の電流が逆方向となってもアークは常に一定の方向に引き伸ばされて速やかに消弧する。

本発明のある態様のヒューズの消弧方法は、溶断時におけるアーク放電の放電電流を、ループ状又はループの一部に沿う方向に流してもよい。この方法は、アーク放電時の放電電流による磁界が強くなり、荷電粒子に作用するローレンツ力が増強されて、アークはより長く引き伸ばされて、さらに速やかに消弧できる特徴がある。

本発明のある態様のヒューズの消弧方法は、放電電流をアーク放電の両側で互いに逆向きに流してもよい。この方法は、ヒューズを簡単な形状としながらアークを速やかに消弧できる。

本発明のある態様のヒューズは、以下の構成により特定されてもよい。ヒューズは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結しており、溶接部２ａの両端に一対の非溶断部２ｂを連結し、溶接部２ａと非溶接部２ｂとをループ状に沿う位置に配置して、溶断された溶断部２ａのアーク放電でループ状に流れる放電電流により発生する磁界でアーク５の経路を引き延ばす。

このヒューズは、アーク放電時の放電電流を利用してアーク領域に磁界を作り、この磁界がアーク放電している荷電粒子にローレンツ力を作用させて長く引き伸ばして経路を長くする。したがって、極めて簡単な構造としながら、ヒューズ溶断時のアーク放電を速やかに消弧してアーク放電の弊害を防止できる特徴がある。ヒューズ溶断時のアーク放電は、負荷に蓄えられるエネルギーによって発生する。このエネルギーは電流の二乗に比例して飛躍的に増加し、アーク放電時の放電電流で消費される。ローレンツ力でアーク放電の経路が引き伸ばされると、アーク放電領域は広く拡散され、さらにアーク放電の電気抵抗も減少されるので、放電電流は減少し、さらにアーク放電領域の発熱も拡散されて、アーク放電による弊害、たとえばアーク放電による発火などの弊害が防止される。

さらに、以上のヒューズは、アーク放電時の電流が逆方向の場合においても、アーク放電している荷電粒子に作用するローレンツ力の方向は変化しない。電流の方向と、電流による磁界の向きの両方が逆転して、ローレンツ力の方向が一定となるからである。したがって、アーク放電時の電流が逆方向となってもアークは常に一定の方向に引き伸ばされて速やかに消弧する。

さらにまた、以上のヒューズは、溶断部の両端に連結している一対の非溶断部をループ状に沿う位置に配置しているので、ループ状に配置される非溶断部に流れる電流によってループの内側に強い磁界が発生する。一対の非溶断部を直線状に配置しても、放電電流によって磁界は発生するが、ループ状に流れる放電電流は、内側に曲がる領域で磁界が強くなる。アーク放電の荷電粒子が受けるローレンツ力は磁界強度に比例して強くなるので、磁界が強くなってローレンツ力も強くなり、強いローレンツ力によってアークはより長く引き伸びされて速やかに消弧する。

本発明のある態様のヒューズは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結して溶断部２ａと非溶断部２ｂとを溝形に配置し、溶断部２ａを溝部２ｄに配置してもよい。このヒューズは、溶断部をアーク放電して流れる電流と、両側の非溶断部を流れる放電電流によって両側の非溶断部の間の磁界が強くなる。したがって、両側に非溶断部を連結している溶断部が溶断して発生するアークは、強い磁界による強いローレンツ力で長く引き伸ばされて速やかに消弧する。

本発明のある態様のヒューズは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結してなる全体形状が、溶断部２ａを折り曲げ部２ｅとして折り曲げられた形状としてもよい。このヒューズは、溶断部をアーク放電して流れる電流と、折り曲げ部の両側の非溶断部を流れる放電電流によって溶断したアーク放電部分の磁界が強くなる。したがって、折り曲げ部の溶断部が溶断して発生するアークは、強い磁界による強いローレンツ力で長く引き伸ばされて速やかに消弧する。

本発明のある態様のヒューズは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結してなる全体形状をコ字状としてもよい。この形状のヒューズは、簡単かつ容易に製造しながら、コ字状であるヒューズの内側の磁界を強くできる。

本発明のある態様の電源装置は、以下の構成により特定されてもよい。電源装置は、ヒューズ２と直列に接続してなる電池ブロック１０を備えてもよい。この電源装置は、非常時にヒューズを溶断して電流を遮断すると共に、ヒューズ遮断時に発生するアークを速やかに消弧して、大電流を短時間で安全に遮断できる特徴がある。

本発明のある態様の電源装置は、放電電流で引き伸ばされたアーク５の放電スペース６を設けてもよい。この電源装置は、ローレンツ力で引き伸ばされたアークを放電スペースに案内するので、引き伸ばされたアークが付近の発火物やプラスチック等の非耐熱材等に接触して発火させ、あるいは損傷させるのを確実に防止できる。

本発明のある態様の電源装置は、放電電流で引き伸ばされたアーク５を通過させる放電隙間７を設けてもよい。この電源装置は、アークを放電隙間に案内するので、アークが引き伸ばされる長さを制限することなく、アークを速やかに消弧できる。

本発明のある態様の電源装置は、放電電流による磁界で引き伸ばされたアークを通過させる放電隙間７を放電スペース６の端部に設けてもよい。

本発明のある態様の電源装置は、電池ブロック１０が複数の電池セル１を備えると共に、電池セル１を直列に接続してなる、ループ状に沿う形状のループ状バスバー４Ｘを備え、ループ状バスバー４Ｘとヒューズ２を、溶断したヒューズ２のアーク放電で流れる放電電流で発生する磁束を互いに反対方向とする方向に配置してもよい。

この電源装置は、電池セルを直列に接続するバスバーとして、ループ状に沿う形状のループ状バスバーを備え、このループ状バスバーとヒューズとを、これらに流れる電流で発生する磁束が互いに反対方向となるようにするので、ヒューズにループ状に流れる電流により発生する磁束を、ループ状バスバーに流れる電流により発生する磁束で打ち消して、ヒューズに流れる電流により発生する磁界による悪影響を低減できる。

本発明のある態様の電源装置は、電池ブロック１０が、互いに積層して配置され、かつ両端部に正負の電極端子１９を設けてなる複数の角形電池セル１Ｘと、互いに平行に配設されて隣接する角形電池セル１Ｘの電極端子１９に接続してなるバスバー４とを備えて、角形電池セル１Ｘの第１の端部１ａの電極端子１９にヒューズ２を接続し、角形電池セル１Ｘの第２の端部１ｂの電極端子１９にループ状バスバー４Ｘを接続してもよい。

この電源装置は、互いに積層して配置される角形電池セルの第１の端部の電極端子にヒューズを接続し、角形電池セルの第２の端部の電極端子にループ状バスバーを接続するので、角形電池セルの一方の端部に配置されたヒューズに流れる電流により発生する磁界を、角形電池セルの反対側の端部に配置されたループ状バスバーに流れる電流により発生する磁界で打ち消し合うことができる。とくに、第１の端部にヒューズが配置される角形電池セルの第２の端部にループ状バスバーを配置するので、ヒューズとループ状バスバーとを最短距離に配置して、ヒューズとループ状バスバーに磁界を効果的に相殺できる。

本発明のある態様の電源装置は、電池ブロックの放電電流で発生する磁束を互いに反対方向とする方向に配置してなる複数のループ状バスバーを備える構成としてもよい。

本発明のある態様の電源装置は、ヒューズの放電電流による磁束の通路に配置してなる磁性材を備えてもよい。また、本発明のある態様の電源装置は、磁性材を、フェライト、ケイ素鋼、鉄の何れかとしてもよい。

本発明のある態様の電源装置は、車両の走行用のモータ１２に電力を供給する電源としてもよい。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのヒューズとヒューズ溶断時の消弧方法、さらにヒューズを備える電源装置例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

以下、ヒューズ溶断時のアークを速やかに消滅させる方法とヒューズ、及びこのヒューズを備える車両用の電源装置を具体的に詳述する。図１は、車両の走行用のモータに電力を供給する電源装置のブロック図を示している。この電源装置１００は、複数の電池セル１を直列に接続している電池ブロック１０の出力側に、ヒューズ２とコントロール回路３とを直列に接続している。コントロール回路３は、モータ１２と発電機１３からなる負荷１１に接続されて、電池ブロック１０の放電電流と充電電流をコントロールする。電池ブロック１０からモータ１２に電力を供給して車両を走行し、発電機１３から電池ブロック１０に電力を供給して電池ブロック１０を回生制動して車両を減速する。コントロール回路３は、アクセルやブレーキ、さらに電池セル１の残容量などパラメーターとしてモータ１２と発電機１３への電流をコントロールして車両を走行させる。

ヒューズ２は、電池ブロック１０に過大電流が流れると溶断して電流を遮断する。図１のヒューズ２は、過大電流が流れて溶断する溶断部２ａの両側に非溶断部２ｂを連結する形状としている。このヒューズ２は、所定の電気抵抗の金属板を裁断して安価に多量生産できる。溶断部２ａは、切り欠き部２ｃを設けて非溶断部２ｂよりも断面積を小さくして電気抵抗を大きくしている。ヒューズ２が溶断する設定電流は、溶断部２ａの切り欠き部２ｃの大きさで電気抵抗を調整して調整できる。切り欠き部２ｃの大きさが電気抵抗を特定するからである。切り欠き部２ｃを大きくして電気抵抗を大きくでき、切り欠き部２ｃを小さくして電気抵抗を小さくできる。また、ヒューズ２となる金属板の抵抗率と厚さも溶断部２ａの電気抵抗を特定するので、切り欠き部２ｃの大きさは、金属板の材質や厚さを考慮して、溶断する設定電流となるように特定される。

ヒューズ２は、溶断して溶断部２ａにアーク放電が発生する状態で流れる放電電流を利用して磁界を発生させる。このヒューズ２は、放電電流で発生する磁界のローレンツ力をアーク５の荷電粒子に作用させてアーク５を引き伸ばす。アーク５に作用するローレンツ力は、磁界の強度に比例して大きくなって、アーク５をより長く引き伸ばして、速やかに消弧する。

ヒューズ２は、放電電流による磁界強度を強くするために、溶接部２ａの両端に一対の非溶断部２ｂを連結して、溶接部２ａと非溶接部２ｂとをループ状に沿う位置に配置している。溶接部２ａと非溶接部２ｂに流れる電流によって溶接部２ａと非溶接部２ｂの周囲に発生する磁界をループの内側で集中させて、より強い磁界を発生させるためである。図１のヒューズ２Ａは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結して、溶断部２ａと非溶断部２ｂとを溝形に配置して、溶断部２ａを溝部２ｄに配置している。図１のヒューズ２Ａは、平面視において、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結してなる全体形状をコ字状としている。この形状のヒューズ２Ａは、アーク放電する状態で流れる放電電流が、矢印Ｉで示す方向に流れると、矢印Ｂで示す方向に磁束が発生する。溝部２ｄの内側は、溶断部２ａの電流による磁束と、一対の非溶断部２ｂを流れる電流による全ての磁束が同じ方向となって磁束密度が高くなって磁界強度は強くなる。溝部２ｄの内側に集まって同じ方向に通過する磁束による強磁界は、アーク電流に作用してアーク５を矢印Ａで示す方向に引き伸ばす。ローレンツ力がフレミングの左手の法則で示す方向に作用するからである。フレミングの左手の法則は、中指が電流の方向、人差し指が磁界の方向、親指がローレンツ力の作用する方向となるので、アーク５は矢印Ａで示す方向に引き伸ばされる。大きな放電電流は強い磁界を発生し、強い磁界は強いローレンツ力を発生し、さらに溶断部２ａと一対の非溶断部２ｂの全ての磁束が溝部２ｄの内側に集まってこの領域の磁束密度を高くして磁界強度を強くするので、大電流を遮断して発生するアーク５は、図の鎖線で示すように長く引き伸ばされて速やかに消弧する。

図１の概略ブロック図と図２の概略断面図に示す電源装置１００は、放電電流で引き伸ばされるアーク５の放電スペース６を設けている。放電スペース６は、アーク５を案内する中空部で、アーク５を電源装置１００の構成材料に衝突させることなく長く引き伸ばす形状と大きさに設定される。ヒューズ２が溶断した時に発生するアークを速やかに消弧するために、アークを２ｃｍ以上引き伸ばす場合、放電スペース６は、アーク５が引き伸ばされる方向の長さを、たとえば２ｃｍ以上とする。さらに、図２の断面図に示す電源装置１００は、放電電流で引き伸ばされたアーク５を通過させる放電隙間７を設けている。この構造は、アーク５の一部を放電隙間７に通過させるので、放電スペース６を狭くしてアーク５を長く引き伸ばすことができる。放電スペース６や放電隙間７は、電池ブロック１０の上方に配置している電池ブロック１０のケース、回路基板を実装しているベース基板、電池セル１を接続している金属板のバスバーを定位置に配置するバスバーホルダー、電源装置のインナーケースや外装ケースなどのプラスチック部品８で設けられる。

図３のヒューズ２Ｂは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結している全体形状を、溶断部２ａを折り曲げ部２ｅとして折り曲げられた形状とする。このヒューズ２Ｂも金属板を裁断して安価に多量生産できる。このヒューズ２Ｂは、アーク放電する状態で流れる放電電流が、矢印Ｉで示す方向に流れると、矢印Ｂで示す方向に磁束が発生する。折り曲げ部２ｅの内側は、溶断部２ａの電流による磁束と、一対の非溶断部２ｂを流れる電流による全ての磁束が同じ方向となって磁束密度が高くなって磁界強度は強くなる。折り曲げ部２ｅの内側に集まって同じ方向に通過する磁束による強磁界は、アーク電流に作用してアーク５を矢印Ａで示す方向に引き伸ばす。この形状のヒューズ２Ｂは、折り曲げ部２ｅの折り曲げ角（θ）を小さくして、折り曲げ部２ｅの内側の磁界強度を強くできる。一対の非溶断部２ｂを流れる磁束が狭い領域に集束されるからである。したがって、折り曲げ角（θ）を小さくして、アーク５をより長く引き伸ばすことができる。

以上の形状のヒューズ２Ｂは、折り曲げ部２ｅの曲げ角（θ）を小さくして磁界強度を強くでき、反対に大きくして直線状として磁界強度は弱くなる。ヒューズ２Ｂは、折り曲げ部２ｅの曲げ角（θ）を１８０度よりも小さくして磁界強度を強くできるので、本発明のヒューズは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結して、溶断部２ａの両端に連結している一対の非溶断部２ｂを互いに非直線状であって、ループ状に沿う位置に配置して磁界強度を強くできる。したがって、本発明は、ヒューズの形状を図１及び図３に示す形状に特定するものでなく、ヒューズ２を直線状とすることなく、非直線状に曲げて磁界強度を強くできるので、一対の非溶断部２ｂをループ状に沿う位置に配置する種々の形状とすることができる。

以上のヒューズ２Ａ、２Ｂは、溶断部２ａの両端に、直線形状の非溶断部２ｂを連結すると共に、一対の非溶断部２ｂを互いに平行な姿勢で配置して平面視をコ字状とし、あるいは、一対の非溶断部２ｂの曲げ角（θ）を１８０度よりも小さくすることにより、溝部２ｄや折り曲げ部２ｅの内側に強い磁界を発生させる構造としている。ただ、本発明のヒューズは、溶断部２ａの両端に連結される非溶断部２ｂを必ずしも直線形状とする必要はなく、全体あるいは一部を湾曲された形状とすることもできる。

図４のヒューズ２Ｃは、溶断部２ａの両端に円弧状に湾曲された一対の非溶断部２ｂを連結して全体の形状をループに沿う形状、図においては円形状としている。このヒューズ２Ｃは、ループ内側の磁界強度をさらに強くして、アーク５をより長く引き伸ばすことができる。それは、ループ状に流れる電流による磁束が、ループの内側に高密度に収束されるからである。

さらに、図５に示すヒューズ２Ｄは、溶断部２ａの両端に非溶断部２ｂを連結して、全体の形状を平面視で溝形とするが、溶断部２ａの両端に連結される一対の非溶断部２ｂを図において左右非対称な形状としている。具体的には、溶断部２ａの両端に連結される一対の非溶断部２ｂのうち、一方の非溶断部２ｂを平面視においてＬ字状に折曲された形状とし、他方の非溶断部２ｂを、平面視において円弧に沿う形状であるループ部２ｇに直線部２ｆを連結してなる形状としている。一対の非溶断部２ｂは、互いの直線部２ｆが互いに平行な姿勢となるようにしている。図に示すループ部２ｇは、平面視を半円状としており、一端を溶断部２ａに連結して、他端に直線部２ｆを連結している。このヒューズ２Ｄは、ヒューズ２の溶断時にアーク放電でループ部２ｇに流れる放電電流で発生する磁束がループ部２ｇの内側で集まって強め合う構造としている。

さらに、このヒューズ２Ｄは、アーク放電による放電電流で発生する磁束の通路に磁性体２０を配置している。図５に示すヒューズ２Ｄは、半円状のループ部２ｇの内側に磁性体２０を配置している。このように、ループに沿う形状のヒューズ２Ｄの内側に磁性体２０を挿入することでヒューズ２Ｄの内側に集まる磁束を強めている。このような磁性体２０として、鉄、フェライト、ケイ素鋼等が使用できる。図に示す磁性体２０は、環状コア１８としている。図５の環状コア１８は、磁性体２０をＣ字状に加工して製造している。ループ部２ｇの内側に磁性体２０からなる環状コア１８を配置してなるヒューズ２Ｄは、Ｃ字状の切断部１８Ａの対向面を、ヒューズ２Ｄの溶断部２ａの両側、図においては上下の両面に配置している。この構造の環状コア１８は、切断部１８Ａをヒューズ２の溶断部２ａに配置することで、溶断部２ａに対して強い磁界を安定して発生させることができる。このヒューズ２Ｄは、ループ部２ｇの内側に集まる磁束が環状コア１８を介して溶断部２ａを垂直方向に貫くことにより、アーク５にローレンツ力を作用させて、図の矢印Ａで示すように、アーク５をヒューズ２Ｄの表面に平行な方向に引き伸ばして消弧する。

以上の図に示すヒューズ２は、溶断部２ａの両端に連結される一対の非溶断部２ｂをループ状に沿う位置に配置することにより、全体の形状をループ状に沿う形状としており、さらに、折曲又は湾曲された中間部分の内側と外側に切り欠き部２ｃを設けて、対向する切り欠き部２ｃの間の断面積を小さくし、抵抗を大きくして溶断部２ａを設けている。この構造のヒューズ２は、溶断される溶断部２ａに発生するアーク５に対して外周方向に作用するローレンツ力によって、アーク５を外周方向に引き伸ばすことができる。さらに、ヒューズは、図示しないが、折曲又は湾曲された外周側もしくは内周側に溶断部を設けることもできる。すなわち、全体形状を折曲又は湾曲された形状とするヒューズは、内周側もしくは外周側にのみ切り欠き部を設けて、あるいは金属板の片側の幅を狭くすることで、溶断部を片側に設けることができる。とくに、折曲又は湾曲された内周側に溶断部を設けるヒューズは、磁界強度が強くなる内周側に接近する領域に溶断部を配置するので、溶断部に生じるアークに作用するローレンツ力を大きくして、アークをより長く引き伸ばすことができる。

さらに、図６は、電源装置１００の電池ブロック１０の概略平面図を示している。図に示す電源装置１００は、複数の角形電池セル１Ｘを厚さ方向に積層して電池ブロック１０としている。各角形電池セル１Ｘは、上面の両端部に電極端子１９を備えている。電池ブロック１０を構成する角形電池セル１Ｘは、互いに隣合う電極端子１９をバスバー４で連結して電池ブロック１０を構成する多数の角形電池セル１Ｘを直列に接続している。さらに、図の電池ブロック１０は、端部に積層された２つの角形電池セル１Ｘを金属板からなるヒューズ２を介して直列に接続している。図のヒューズ２は、前述の平面視をコ字状とするヒューズ２で、このヒューズ２を角形電池セル１Ｘを直列に接続するバスバー４に兼用している。図のヒューズ２は、溶断部２ａの両端に連結された一対の非溶断部２ｂの先端部を角形電池セル１Ｘの電極端子１９に接続している。

さらに、図に示す電池ブロック１０は、ヒューズ２が連結される角形電池セル１Ｘの反対側の端部に連結されるバスバー４を、ヒューズ２の外形に類似する平面形状としてループ状バスバー４Ｘとしている。このループ状バスバー４Ｘは、平面視をコ字状としており、中間部を角形電池セル１Ｘの中央部に向かって配置すると共に、両側の先端部を角形電池セル１Ｘの電極端子１９に接続している。図に示す電池ブロック１０は、端部に配置された角形電池セル１Ｘの第１の端部１ａの電極端子１９にヒューズ２を接続し、角形電池セル１Ｘの第２の端部１ｂの電極端子１９にループ状バスバー４Ｘを接続している。

ループ状バスバー４Ｘとヒューズ２は、溶断したヒューズ２のアーク放電で流れる放電電流で発生する磁束が互いに反対方向となる方向に配置している。すなわち、図に示すヒューズ２は、図の矢印で示す方向に電流が流れると、平面視コ字状に形成された溝部の内側においては、紙面を裏面から表面に向かって貫く向きの磁界を生じる。これに対してヒューズ２の反対側の端部に連結されるループ状バスバー４Ｘは、図の矢印で示す方向に電流が流れると、平面視コ字状に形成された溝部の内側においては、紙面を表面から裏面に向かって貫く向きの磁界を生じる。このため、ヒューズ２に流れる電流によって生じる磁界を、ヒューズ２の反対側に配置されたループ状バスバー４Ｘに流れる電流によって生じる磁界によって打ち消すことができる。このため、電源装置１００に装備される種々の電池部品（図示せず）がヒューズ２に生じる磁界による悪影響を受けるのを有効に防止することができる。

また、この電源装置は、放電電流が通電される時だけでなく、充電電流が通電される状態においても、ヒューズ２に流れる電流によって生じる磁界と、ループ状バスバー４Ｘに流れる電流によって生じる磁界とが互いに逆向きとなる。このため、電源装置の通電方向に関わらず、ヒューズ２による磁界をループ状バスバー４Ｘによる磁界で相殺してヒューズ２に生じる磁界による悪影響を有効に防止できる。

さらに、図７に示す電源装置２００は、電池ブロック１０を構成する角形電池セル１Ｘを直列に接続する全てのバスバー４を前述のループ状バスバー４Ｘとしている。すなわち、この電源装置２００は、角形電池セル１の両側に沿って複数のループ状バスバー４Ｘを配置している。この電源装置２００も、角形電池セル１Ｘの第１の端部１ａ側に配置されるヒューズ２及びループ状バスバー４Ｘにより生じる磁界の向きと、角形電池セル１Ｘの第２の端部１ｂ側に配置されるループ状バスバー４Ｘにより生じる磁界の向きとが互いに反対となるようにしている。このように電池ブロック１０の上面に、複数のループ状バスバー４Ｘを配置する構造は、電池ブロック１０の上面において、ヒューズ２及び複数のループ状バスバー４Ｘにより生じる磁界をバランスよく打ち消し合って、ヒューズ２やループ状バスバー４Ｘに流れる電流により生じる磁界による悪影響を有効に防止できる。

本発明は大電流を遮断するヒューズ２を装備する、たとえば車両用の電源装置などにおいて特に有効に使用できる。

１００、２００…電源装置
１…電池セル
１Ｘ…角形電池セル
１ａ…第１の端部
１ｂ…第２の端部
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…ヒューズ
２ａ…溶断部
２ｂ…非溶断部
２ｃ…切り欠き部
２ｄ…溝部
２ｅ…折り曲げ部
２ｆ…直線部
２ｇ…ループ部
３…コントロール回路
４…バスバー
４Ｘ…ループ状バスバー
５…アーク
６…放電スペース
７…放電隙間
８…プラスチック部品
１０…電池ブロック
１１…負荷
１２…モータ
１３…発電機
１８…環状コア
１８Ａ…切断部
１９…電極端子
２０…磁性体

Claims (17)

1. 溶断された状態での溶断部のアーク放電による放電電流でアーク放電している領域に磁界を発生し、発生する磁界でアークの経路を長く引き伸ばすことを特徴とするヒューズの消弧方法。
2. 請求項１に記載されるヒューズの消弧方法であって、
   溶断時におけるアーク放電の放電電流を、ループ状又はループの一部に沿う方向に流すことを特徴とするヒューズの消弧方法。
3. 請求項１又は２に記載されるヒューズの消弧方法であって、
   前記放電電流をアーク放電の両側で互いに逆向きに流すことを特徴とするヒューズの消弧方法。
4. 溶断部の両端に非溶断部を連結しており、
   前記溶接部の両端に一対の非溶断部が連結され、前記溶接部と前記非溶接部とがループ状に沿う位置に配置され、
   溶断された前記溶断部のアーク放電でループ状に流れる放電電流が発生する磁界でアークの経路が引き延ばされることを特徴とするヒューズ。
5. 請求項４に記載されるヒューズであって、
   前記溶断部の両端に非溶断部が連結されて、前記溶断部と前記非溶断部とを溝形に配置して、前記溶断部を溝部に配置してなることを特徴とするヒューズ。
6. 請求項４に記載されるヒューズであって、
   前記溶断部の両端に前記非溶断部を連結してなる全体形状が、前記溶断部を折り曲げ部として折り曲げられた形状であることを特徴とするヒューズ。
7. 請求項４に記載されるヒューズであって、
   前記溶断部の両端に前記非溶断部を連結してなる全体形状がコ字状であることを特徴とするヒューズ。
8. 請求項４ないし７のいずれかに記載されるヒューズを備える電源装置であって、
   前記ヒューズと直列に接続してなる電池ブロックを備えることを特徴とする電源装置。
9. 請求項８に記載する電源装置であって、
   放電電流による磁界で引き伸ばされたアークの放電スペースを設けてなることを特徴とする電源装置。
10. 請求項８又は９に記載する電源装置であって、
    放電電流による磁界で引き伸ばされたアークを通過させる放電隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。
11. 請求項９に記載される電源装置であって、
    放電電流による磁界で引き伸ばされたアークを通過させる放電隙間を、前記放電スペースの端部に設けてなることを特徴とする電源装置。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載される電源装置であって、
    前記電池ブロックは、複数の電池セルを備えると共に、前記電池セルを直列に接続してなる、ループ状に沿う形状のループ状バスバーを備えており、
    前記ループ状バスバーと前記ヒューズが、溶断したヒューズのアーク放電で流れる放電電流で発生する磁束を互いに反対方向とする方向に配置されてなることを特徴とする電源装置。
13. 請求項１２に記載される電源装置であって、
    前記電池ブロックが、
    互いに積層して配置され、かつ両端部に正負の電極端子を設けてなる複数の角形電池セルと、
    互いに平行に配設されて隣接する前記角形電池セルの前記電極端子に接続してなるバスバーとを備え、
    前記角形電池セルの第１の端部の電極端子に前記ヒューズが接続され、
    前記角形電池セルの第２の端部の電極端子に前記ループ状バスバーが接続されてなることを特徴とする電源装置。
14. 請求項１２又は１３に記載される電源装置であって、
    前記電池ブロックの放電電流で発生する磁束を互いに反対方向とする方向に配置してなる複数の前記ループ状バスバーを備えることを特徴とする電源装置。
15. 請求項８ないし１４のいずれかに記載される電源装置であって、
    前記ヒューズの放電電流による磁束の通路に配置してなる磁性材を備えることを特徴とする電源装置。
16. 請求項１５に記載される電源装置であって、
    前記磁性材が、フェライト、ケイ素鋼、鉄の何れかであることを特徴とする電源装置。
17. 請求項８ないし１６のいずれかに記載される電源装置であって、
    当該電源装置が車両の走行用のモータに電力を供給する電源であることを特徴とする電源装置。

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