JP2023531219A - コンタクタデバイス、エネルギー貯蔵システム、及びコンタクタデバイスを制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高電圧アプリケーション用のコンタクタデバイス、コンタクタデバイスを備えるエネルギー貯蔵システム、及びコンタクタデバイスを制御するための対応する方法に関する。コンタクタデバイス（１００）は、少なくとも１つの固定接点（１０６）と、開位置と閉位置との間で移動するように構成された少なくとも１つの可動接点（１０８）であって、閉位置では、少なくとも１つの可動接点は少なくとも１つの固定接点（１０６）と電気的に接触する、少なくとも１つの可動接点（１０８）と、開位置と閉位置との間で少なくとも１つの可動接点を可逆的に移動させるように構成された、少なくとも１つの第１のアクチュエータ（１１０、１２０）と、を備える。接触器デバイス（１００）は、少なくとも１つの固定接点（１０６）を着火後位置に移動させるように構成された少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）であって、着火後位置では、少なくとも１つの固定接点（１０６）は少なくとも１つの可動接点（１０８）から永続的に切断される、少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コンタクタデバイス、コンタクタデバイスを備えるエネルギー貯蔵システム、及びコンタクタデバイスを制御するための対応する方法に関する。

エネルギー貯蔵システム内の電子回路を接続及び切断するためのコンタクタデバイスの使用は、知られている最新技術である。電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の高度な開発に伴い、高電圧エネルギー貯蔵システムが車両でますます一般的になっている。現在、このような高電圧システムは一般的に４００Ｖから１ｋＶの範囲の電圧を供給でき、将来の用途ではより高い電圧を供給できる可能性さえあって、これらの高電圧エネルギー貯蔵システムは、従来のパワートレインよりも大きな感電事故の危険をもたらす。したがって、安全上の問題の防止と過電流保護は、これらのシステムにとって最も重要である。例えば、高電圧エネルギー貯蔵システムの誤動作や、エネルギー貯蔵システムの電子回路に影響を与える車両の事故が発生した場合に、車両の乗員、ロードサイドアシスタンス、保守作業員の安全を確保することが重要である。

したがって、特にエネルギー貯蔵システムが車両を駆動するためのエネルギーを貯蔵するために使用される場合、エネルギー貯蔵システム内の電流の流れを制御するために使用されるコンタクタデバイスに対する安全要件が高まっている。

第１に、コンタクタデバイスは、エネルギー貯蔵システムの通常の動作条件下で予想され、エネルギー貯蔵システムの電子回路部品に損傷を与えない、大きな負荷電流を流すことができなければならない。この目的のために、コンタクタデバイスは、例えばローレンツ力を含む電磁効果により、電流が流れている間にコンタクタデバイスの接点間に誘導される大きな電磁反発力に耐える必要があり、そのような大きな電磁反発力で、コンタクタデバイスの接点間で望ましくない分離が発生する可能性があるからである。接点がこのように分離すると、接点間に高電圧アークが発生しやすくなり、したがって接点が大幅に劣化したり、接点が恒久的に溶着したりする。これにより、コンタクタデバイスの永久的な誤動作が発生し、故障電流が発生した場合に遮断できなくなる。

第２に、エネルギー貯蔵システムの動作条件が安全でなくなった場合、例えばエネルギー貯蔵システムの電子回路で発生する過電流または誤動作に備えて、エネルギー貯蔵システムの電流の流れを即時かつ永続的に遮断できる必要がある。さらに、エネルギー貯蔵システムに貯蔵されたエネルギーによって駆動される車両が事故にあった場合、エネルギー貯蔵システム内の電流の流れは、即時かつ永続的に遮断可能でなければならない。この目的のために、追加の過電流保護デバイスを使用することが知られており、これは、エネルギー貯蔵システムの電子回路を迅速かつ永続的に分離する。このような過電流保護デバイスの一例は、過電流が発生すると溶ける金属ワイヤまたはストリップを使用するヒューズである。最近では、パイロヒューズとしても知られる焦電デバイスの使用も、エネルギー貯蔵システムの過電流保護として確立されている。このようなパイロヒューズは通常、例えば車両の事故の場合に焦電装薬をトリガーすることによって作動され、次いでそれが例えばエネルギー貯蔵システムの供給ラインに取り付けられているバスバーを切断する。

一方、コンタクタデバイスに加えて過電流保護デバイスを使用するには、特に車両で使用する場合だけでなく、両方のデバイスをエネルギー貯蔵システムの電子回路に収容して統合するための固定型エネルギー貯蔵システムに使用する場合も、貴重なスペースと追加の設計上の考慮事項が必要である。

この問題を克服するために、米国特許第２０１８／０３５０５４０Ａ１号から、コンタクタデバイスの接点を大きな速度と距離で標準的な方向に強制的に開くことによって、回路遮断または過電流から保護するためのヒューズのような要素として機能する、補助的な火工品要素をコンタクタデバイスに提供することが知られている。

しかしながら、本発明の発明者は、コンタクタデバイスにおける通常動作機能及び保護分離機能の統合において、特に通常動作作動及び保護分離作動の設計の自由度に関して、依然として改善の必要性があることを認識した。

したがって、本発明の目的は、高電圧用途のための改良されたコンタクタデバイス、コンタクタデバイスを備える高電圧エネルギー貯蔵システム、及びコンタクタデバイスを制御するための対応する方法を提供することであり、これらは、通常の動作状態で電子回路を遮断する際の高い信頼性だけでなく、統合された保護分離機能も提供する。さらに、本発明の目的は、単純で経済的な解決策を提供することである。

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

特に、本発明は、高電圧用途のためのコンタクタデバイスを提供する。コンタクタデバイスは、少なくとも１つの固定接点と、開位置と閉位置との間で移動するように構成された少なくとも１つの可動接点であって、閉位置では、少なくとも１つの可動接点は前記少なくとも１つの固定接点と電気的に接触する、少なくとも１つの可動接点と、開位置と閉位置との間で少なくとも１つの可動接点を可逆的に移動させるように構成された、少なくとも１つの第１のアクチュエータと、を備える。

本発明は、コンタクタデバイスが、少なくとも１つの固定接点を着火後位置に移動させるように構成された少なくとも１つの第２のアクチュエータをさらに備え、着火後位置では、少なくとも１つの固定接点が少なくとも１つの可動接点から永続的に切断されるという考えに基づいている。

換言すれば、本発明は、通常の動作条件下で可逆的な接点の接続及び切断のための専用の可動通電要素ならびに、通常の動作条件下で固定され、事前に定義された異常な動作状態の場合にコンタクタデバイスを通って流れる電流を永続的に遮断するために不可逆的に変位することができる独立した通電要素を提供する。この構成は、コンタクタデバイスの通常動作のための作動機構と、コンタクタデバイスの安全動作のための作動機構とを、互いに独立して設計し、作動させることができるという利点を有する。したがって、第２のアクチュエータによって生成される力は、少なくとも１つの固定接点を変位させるために完全に使用することができ、より大きな速度及び距離での接点分離を達成することができる。さらに、両方の作動機構が同時に故障する機会が少なくなるので、コンタクタデバイスの動作信頼性を高めることができる。

本発明の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの第２のアクチュエータは火工品アクチュエータである。

本発明の別の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、少なくとも１つの固定接点を着火後位置に移動させるために点火される焦電装薬を備える。このようにして、第２のアクチュエータが、数ミリ秒の範囲の時間内にコンタクタデバイスを流れる電流を永続的に遮断し、少なくとも１つの固定接点を例えば、約２０～５０ｍｍ以上の範囲の比較的大きな距離にある少なくとも１つの可動接点から分離するのに十分な機械仕事を生み出すことができることが保証される。

さらに有利な実施形態によれば、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、電気制御信号に応答して作動される。電気制御信号は、例えば、過電流の場合、またはコンタクタデバイスを含むエネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵デバイスに取り付けられた負荷の全体制御障害の場合に、エネルギー貯蔵システムへの損傷を回避するために受信されてもよい。あるいは、電子制御信号は、例えば車両の事故の検出後に、電流の流れを制御するためにコンタクタデバイスが取り付けられている車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）から受信されてもよい。

着火後位置でコンタクタデバイスを通る電流の流れを永続的に遮断するために、少なくとも１つの固定接点を着火後位置に不可逆的に変位させることができる。

有利なことに、コンタクタデバイスは、少なくとも１つのアーク抑制要素をさらに備えることができる。アーク抑制要素は、例えば、アークスプリッタプレートのアレイまたはアークブローアウト磁石などの、アーク放電の発生を制御できる１つまたは複数の機械式デバイスを備えることができる。代替的または追加的に、アーク抑制要素は、アークを冷却するか、またはアークを空気と混合するガスを生成するために、第２のアクチュエータが作動されたときに点火されるガス発生器装薬を備えることもできる。

さらに有利な実施形態によれば、閉位置と開位置との間の移動中の少なくとも１つの可動接点の機械的運動の軸は、着火後位置への移動中の少なくとも１つの固定接点の機械的運動の軸とは異なる。このように、本発明は、開位置と閉位置との間の少なくとも１つの可動接点の動きに対してある角度で、少なくとも１つの固定接点が着火後位置に動くのを確実にする。

換言すれば、本発明は、少なくとも１つの固定接点が、少なくとも１つの可動接点の動きによって影響を受けない着火後位置への移動経路を提供する。そのため、第２のアクチュエータによって加えられる力は、少なくとも１つの固定接点を少なくとも１つの可動接点から分離するために完全に使用することができ、第１のアクチュエータによって提供される保持力に逆らって働く必要はない。したがって、第１及び第２のアクチュエータの動作を独立して最適化することができる。

少なくとも１つの固定接点に着火後位置への省スペースの移動経路を提供するために、少なくとも１つの固定接点は、着火後位置への移動中に少なくとも部分的に機械的運動の軸の周りを回転するように構成することができる。あるいは、少なくとも１つの固定接点は、第２のアクチュエータと少なくとも１つの固定接点との間の力伝達を簡素化するために、着火後位置に直線的に移動するように構成することもできる。

さらに有利な実施形態によれば、少なくとも１つの固定接点は、少なくとも１つの固定接点が着火後位置にスイングできるように構成されたヒンジ屈曲部を備える。このようにして、少なくとも１つの固定接点の着火後位置への移動は、少なくとも１つの固定接点の設計によってさらに支援することができる。

有利なことに、ヒンジ屈曲部は、少なくとも１つの固定接点の端子と、少なくとも１つの可動接点と接触する接触点との間に配置することができる。このようにして、接触点と少なくとも１つの固定接点の端子との間のヒンジ屈曲部の位置によって、接触点の明確な動きを定義することができる。

効率的な力伝達を確立するために、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、少なくとも１つの第２のアクチュエータによって生成される力を少なくとも１つの固定接点に向けるように適合された少なくとも１つのボルトを備えることができる。

第２のアクチュエータの作動後にコンタクタデバイスの偶発的な電力供給を回避するために、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、少なくとも１つの固定接点が着火後位置内に移動されると少なくとも１つの第１のアクチュエータの動作を無効にするようにさらに構成され得る。この目的のために、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、例えば第１のアクチュエータを機械的に無効にするか、または第１のアクチュエータを停止及び無効にするために第１のアクチュエータの電源を遮断することができる。

さらに有利な実施形態によれば、コンタクタデバイスは、複数の可動接点及び複数の固定接点を備え、少なくとも１つの第２のアクチュエータは、複数の固定接点のそれぞれを着火後位置に同時に移動させるように構成される。このようにして、第２のアクチュエータによって生成される力は、コンタクタデバイスを流れる電流経路の複数の遮断を同時に生成するために効率的に使用され、したがってデバイスの電圧遮断能力を高める。

本発明はまた、本発明による少なくとも１つのエネルギー貯蔵デバイスとコンタクタデバイスとを備える、エネルギー貯蔵システムに関する。エネルギー貯蔵システムは、例えば、車両のモーターに電力を供給するために車両に設けることができる。あるいは、エネルギー貯蔵システムは、例えば、再生可能エネルギーまたは従来の方法で生成されたエネルギーを貯蔵するために使用される固定型エネルギー貯蔵システムであってもよい。

有利な実施形態によれば、エネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つの第１のアクチュエータを制御して、少なくとも１つの可動接点を開位置と閉位置との間で可逆的に移動させ、エネルギー貯蔵システムで通常の動作条件外の動作が検出された場合、少なくとも１つの第２のアクチュエータを作動させるように構成されたコントローラをさらに備える。異常動作状態としても示される通常動作状態外の動作は、例えば、エネルギー貯蔵システムの電流が所定の閾値を超えた場合、エネルギー貯蔵デバイスの過充電の場合、またはエネルギー貯蔵システムを装備した車両の事故が、例えば車両のセンサによって検出される場合に検出され得る。しかしながら、感電事故の危険性の増大につながるその他の使用条件についても、異常動作条件を定義することができる。

本発明はまた、高電圧用途のためのコンタクタデバイスを制御する方法に関し、コンタクタデバイスは、少なくとも１つの固定接点と、開位置と閉位置との間で移動するように構成された少なくとも１つの可動接点とを備え、閉位置では、少なくとも１つの可動接点が少なくとも１つの固定接点と電気的に接触する。別の実施形態では、本方法は、開位置と閉位置との間で少なくとも１つの可動接点を可逆的に移動させるために、コンタクタデバイスの少なくとも１つの第１のアクチュエータを制御するステップと、少なくとも１つの第２のアクチュエータを制御して、少なくとも１つの固定接点を着火後位置に移動させるステップであって、着火後位置では、少なくとも１つの固定接点が、少なくとも１つの可動接点から永続的に切断されるステップとを含む。

以下では、添付の図及び図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図中の類似または対応する詳細には、同じ参照番号が付けられている。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本発明のいくつかの実施形態を示すために明細書の一部を形成する。これらの図面は、説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。図面は、本発明がどのように作られ、使用され得るかの好ましい例及び代替例を説明することのみを目的としており、本発明を図示及び説明された実施形態のみに限定するものと解釈されるべきではない。さらに、実施形態のいくつかの態様は、個別にまたは異なる組み合わせで、本発明による解決策を形成することができる。したがって、以下に説明する実施形態は、単独で、またはそれらの任意の組み合わせで考えることができる。説明される実施形態は単なる可能な構成であり、上述のような個々の特徴は、互いに独立して提供され得るか、または本発明を実施する際に完全に省略され得ることに留意しなければならない。さらなる特徴及び利点は、同様の参照符号が同様の要素を指す付属の図面において図示されるように、以下の本発明の様々な実施形態のより具体的な説明から明らかとなろう。

本発明の実施形態による、コンタクタデバイスの概略斜視図を示す。 コンタクタデバイスの開位置にある図１のコンタクタデバイスの概略側面図を示す。 コンタクタデバイスの閉位置にある図１のコンタクタデバイスの概略側面図を示す。 コンタクタデバイスの閉位置にある図１のコンタクタデバイスの概略上面図を示す。 コンタクタデバイスの着火後位置にある図１のコンタクタデバイスの概略上面図を示す。 コンタクタデバイスの状態図を説明するグラフィックを示す。

ここで、図面を参照し、最初に図１を参照して、本発明をより詳細に説明する。図１は、固定部分１０２と可動部分１０４とを備える、本発明の第１の実施形態によるコンタクタデバイス１００の斜視図を示す。固定部分１０２及び可動部分１０４は、密閉されていない状態で提供されることが好ましいが、密閉されたハウジングに収容されてもよい。

図１の例では、固定部分１０２は２つの固定接点１０６を有し、可動部分１０４は２つの可動接点１０８を有するので、コンタクタデバイス１００は、通常の動作条件下で２極シングルブレークスタイルのコンタクタとして機能する２極組み合わせコンタクタとして機能することができる。ここで、固定接点１０６のそれぞれと可動接点１０８のそれぞれの機能はミラーリングされている。しかしながら、２つの可動接点１０８と２つの固定接点１０６の数は本発明にとって必須ではなく、本発明は任意の数の可動接点と固定接点を有するコンタクタデバイスに適用可能であることに留意されたい。特に、コンタクタデバイス１００は、１つの可動接点と１つの固定接点のみを備えることができる。同様に、本発明は、シングルブレークスタイルのコンタクタデバイスに適用されるだけでなく、一対の固定接点と１つの可動接点または可変数の固定接点と可動接点を含む任意の他のブレークを備えるダブルブレークスタイルのコンタクタデバイスにも適用され得ることに留意されたい。

固定接点１０６及び可動接点１０８は、例えば、様々な金属または銅及びその合金のような金属材料、または当技術分野で知られている任意の導電性材料を含むことができる任意の適切な導電性材料から作ることができる。

図１は、閉位置にある可動接点１０８を示しており、可動接点１０８のそれぞれが固定接点１０６の１つと電気的に接触しているので、可動部分１０４の端子１１２のそれぞれから固定部分１０２の端子１１４のそれぞれへの電流の流れが有効化される。端子１１２及び１１４は、コンタクタデバイス１００を、外部電子回路、例えば、エネルギー貯蔵デバイスまたはエネルギー貯蔵デバイスの電圧によって駆動される電気負荷に導電的に結合するために使用することができる。コンタクタデバイス１００を通る電流経路を可逆的に接続及び切断するために、コンタクタデバイスは、モーションアクチュエータ１１０を備え、これが、例えばソレノイドを使用して、少なくとも１つの可動接点１０８を閉位置と開位置との間で可逆的に動かすことができる。可動接点１０８の位置がモーションアクチュエータ１１０によって変更される間、固定接点１０６は、モーションアクチュエータ１１０の作動中及び可動接点１０８の移動中に静止したままである。

開位置では、可動接点１０８は固定接点１０６から分離されるので、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れが防止される。閉位置では、可動接点１０８は固定接点１０６と電気的に接触するので、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れが可能になる。

開位置と閉位置との間の可逆的な移行を容易にするために、可動接点１０８は、開位置と閉位置との間で弾性的にたわむことができるように形成される。好ましくは、これは、例えば１０から１５層の銅または他の適切な導電性材料を含む多層構造の可動接点１０８を形成することによって達成することができる。例えば、多層構造は、層間に高品質の接合を提供するために、溶接、ろう付け、または拡散接合によって製造されてもよい。しかし、他の適切な製造方法も使用することができる。加えて、可動接点１０８のそれぞれは、可動接点１０８のたわみ能力を支持するために、バルジ１１５をさらに備えてもよい。

モーションアクチュエータ１１０によって加えられる力を伝達するために、可動部分１０４は、ヒンジ１１８の周りに回転可能に取り付けられたレバー１１６を備えてもよい。したがって、ヒンジ１１８の縦軸は、閉位置と開位置との間の移動中の可動接点１０８の機械的運動の軸を画定することができる。あるいは、モーションアクチュエータ１１０によって加えられる力は、例えば、シャフトによって伝達されてもよく、可動接点は、閉位置と開位置との間の移動中に直線運動を実行してもよい。

加えて、コンタクタデバイス１００は、可動接点１０８を閉位置に保持するように構成された電磁アクチュエータ１２０をさらに備える。電磁アクチュエータ１２０は、継鉄１２２、電機子１２４、及び少なくとも１つのコイル１２６（例えば、２つのコイルが図４に示されている）を備える。電機子１２４を少なくとも部分的に取り囲む支持要素１２８は、レバー１１６と電機子を可動接点１０８と機械的に接続する。

可動接点１０８を保持するために、支持要素１２８の側面に弾性突起１３０または他のばね要素を設けることができる。このようにして、コンタクタデバイス１００の動作中の可動接点１０８間の小さなずれまたは不均衡が支持要素１２８によって吸収され、コンタクタデバイス１００が閉状態にあるとき、モーションアクチュエータ１１０に影響を及ぼさないか、または固定接点１０６と可動接点１０８との間に加えられる力に大きな影響を与えないことが保証され得る。したがって、コンタクタデバイス１００の製造中に導入される可動接点１０８と固定接点１０６との間の公差をより良好に補償することができる。図１に示すように、弾性突起は、弾性を高めるためにＵ字形に形成することができ、安定性を高めるために外周端で電機子１２４に固定することができる。

固定接点１０６は、保持要素１３２（図２参照）によって継鉄１２２に機械的に接続され、保持要素１３２は、例えば、溶接または接着によって継鉄１２２に取り付けられ得る。あるいは、保持要素１３２は、継鉄１２２の一体部分であってもよく、継鉄１２２が製造されるときにすでに形成されていてもよい。

電磁アクチュエータ１２０は、可動接点１０８が閉位置にあるときに作動され、そのため、継鉄１２２及び電機子１２４を通る磁束から生じる保持力が、可動接点１０８と固定接点１０６との間に加えられる。磁束は、コイル（または複数のコイル）１２６の励磁によって生成されるため、保持力の強さは、コイル１２６の巻き数及びコイル１２６を流れる電流によって決定することができる。したがって、可動接点１０８は、コイル１２６が励磁されると閉位置に保持される。

ここで、モーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０の動作を、図２及び図３に関してより詳細に説明する。

図２は、無電力状態のコンタクタデバイス１００を示しており、モーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０が励磁されていないので可動接点１０８が開位置にある。図２に示されるように、開位置では、可動接点１０８は、固定接点１０６から可動接点１０８を電気的に絶縁する空間ギャップ１３４によって固定接点１０６から分離される。したがって、可動接点１０８の開位置では、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れが防止される。可動接点を移動及び保持するための作動機構を分離することによって、空間ギャップ１３４を十分に大きくすることができるので、接点間の十分な電気的絶縁を通常の大気に対して提供することができる。したがって、密閉されたハウジングを提供する必要性または電気陰性ガスを使用する必要性をなくすことができるので、コンタクタデバイス１００の設計を著しく簡単にすることができる。しかし、分離された接点間の電気的絶縁を強化するために、コンタクタデバイス１００の内部構成要素に密閉ハウジング及び電気陰性ガスを提供することも可能である。

さらに、空間ギャップ１３４は、例えばコイル電子機器の短絡による偶発的なコイル１２６の励磁でさえ、モーションアクチュエータ１１０が開位置にある限り、可動接点１０８を閉位置に移動させるのに十分な大きさの力をもたらさないように、十分に大きく選択することができる。このようにして、コンタクタデバイス１００の動作安全性をさらに高めることができる。

図３は、給電状態のコンタクタデバイス１００を示しており、可動接点１０８が閉位置にあるので、可動接点１０８が少なくとも固定接点１０６の接触点１３６で固定接点１０６と電気的に接触している。接触抵抗を低減するために、固定接点１０６及び可動接点１０８の接触点は、銀または任意の銀合金で形成され得る。しかし、他の適切な導電性材料も可能である。

可動接点１０８を開位置から閉位置にするために、モーションアクチュエータは、支持要素１２８からレバーの反対側に配置されたレバー１１６の作動点１３５でレバー１１６を作動させる。例えば、レバーは可動接点１０８をヒンジ１１８の周りで回転可能に動かし、空間ギャップ１３４が減少する。可動接点１０８を閉位置から開位置に戻すために、コンタクタデバイス１００は好ましくは、ばね（図示せず）を含み、これはモーションアクチュエータ１１０に組み込まれてもよいし、レバー１１６に取り付けられてもよい。

空間ギャップ１３４が完全に閉じられ、可動接点１０８が固定接点１０６と電気的に接触すると、コイル１２６が励磁される。コイル１２６の励磁により、磁力が継鉄１２２と電機子１２４との間に発生し、電機子１２４を磁気継鉄１２２に押し付け、それにより可動接点１０８を閉位置に保持する。可動接点１０８から固定接点１０６への方向を指す保持力の方向は、矢印１３８によって図３に示されている。

コイル１２６が完全に励磁され、完全な保持力が可動接点１０８に加えられると、電磁アクチュエータ１２０のみが可動接点１０８を閉位置に保持するように、モーションアクチュエータ１１０の電源を再び切ることができる。しかし、モーションアクチュエータ１１０は、可動接点１０８を閉位置に保持する際に電磁アクチュエータ１２０をさらに支持するために、コイル１２６が完全に励磁されたときにさらに作動されてもよい。したがって、コイル１２６を大きくすることなく、コンタクタデバイス１００に加えられる保持力を高めることができる。

図１を再び参照すると、コンタクタデバイス１００は、作動されたときに可動接点１０８から固定接点１０６を永続的に切断するように構成された火工品アクチュエータ２０２をさらに備えることが示されている。この目的のために、火工品アクチュエータ２０２は、作動されたときに固定接点１０６を着火後位置に移動させるように構成され、着火後位置では、固定接点１０６は可動接点１０８から十分に大きな距離で分離され、そのためそれらは互いに電気的に絶縁されて、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れが遮断されるようになっている。好ましくは、火工品アクチュエータ２０２は、固定接点１０６を通常の位置から永続的に変位させるために、固定接点１０６が着火後位置に押し込まれると、固定接点１０６を迅速かつ不可逆的に変位させるのに十分な大きさのエネルギーを生成するように構成される。したがって、固定接点１０６を変位させることは、固定接点アセンブリ全体を変位させることを指すことができ、または、固定接点アセンブリを例えば後述するように不可逆的に変形させることによって、固定接点１０６の接触点１３６のみを変位させることを指すことができる。このようにして、火工品アクチュエータ２０２の起動後、可動接点１０８が固定接点１０６に依然として接触できることが防止される。その結果、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れは、火工品アクチュエータ２０２の作動によって永続的に遮断され得る。

火工品アクチュエータ２０２は、電気制御信号の受信に応答して、火工品装薬の点火を引き起こす、火工品ピンとも呼ばれることもある２つ以上の火工品電気端子２０４を備えることができる。火工品装薬は、電気制御信号によって直接点火される爆薬であってもよいし、電気制御信号の受信後に突然膨張するガス発生器装薬であってもよい。あるいは、火工品装薬は、例えば開始剤装薬及び二次ガス発生器装薬を含む複数の装薬構造を有してもよい。

火工品電気端子２０４は、例えば、閉鎖位置においてコンタクタデバイス１００を通って流れる電流を検出するように構成された、コンタクタデバイス１００に統合された電流感知コントローラに接続されてもよい。検出された電流が、コンタクタデバイス１００の機能にとって危険な電流のレベルによって表すことができる所定の閾値を超えると、電流感知コントローラは、電子制御信号を送信して、火工品装薬に点火して、可動接点１０８から固定接点１０６を永続的に分離することができる。

あるいは、火工品アクチュエータ２０２の火工品電気端子２０４は、外部コントローラまたはバッテリのコントローラ（バッテリ管理システム）に接続されてもよく、これは、例えば、コンタクタデバイス１００に導電的に結合されたエネルギー貯蔵デバイスにおける過電流または誤動作の検出に応答して、火工品アクチュエータに電気制御信号を提供し得る。電気制御信号はまた、コンタクタデバイス１００が導電的に結合されている電気回路の任意の他の回路構成要素において検出された異常または誤動作に応答して受信されてもよい。別の代替として、火工品電気端子２０４は、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）またはコンタクタデバイス１００を含む衝突センサに接続されてもよく、車両の事故の検出に応答して電子制御信号を受信してもよい。

火工品アクチュエータ２０２は、火工品装薬が点火されたときに発生する力によって静止位置から離れるように駆動され得るピストン構造２０６をさらに備える。これにより、ピストン構造は固定接点１０６を直接押し、固定接点１０６を可動接点１０８から押し離すことができる。あるいは、火工品アクチュエータ２０２は、固定接点１０６を可動接点１０８から押し離すために、ピストン構造によって生成されたエネルギーを固定接点１０６のそれぞれに伝達するボルト２０８を備えてもよい。この結果、ピストン構造２０６に取り付けられたボルト２０８の数は、コンタクタデバイスの固定接点１０６の数と等しいことが好ましく、それにより、ボルト２０８のそれぞれが固定接点１０６の１つを、対応する可動接点１０８から着火後位置へ押しのけることができる。したがって、コンタクタデバイスを通る電流経路のそれぞれは、火工品アクチュエータの作動によって同時に遮断することができる。有利なことに、ボルト２０８は、例えばリベット２１２（図４参照）によってピストン構造に移動可能（回転可能）に取り付けられ、簡単で便利な取り付け方法を提供する。しかし、ボルト２０８の柔軟な動きを可能にする他の取り付け方法も使用することができる。

任意選択的に、コンタクタデバイス１００は、固定接点１０６に向かってピストン構造２０６またはボルト２０８の移動方向をガイドすることができるガイド要素２１０を備えることができる。例えば、ガイド要素２１０のそれぞれは、ボルトの動きの自由を制限するように構成されたピンで形成されてもよい。

しかしながら、ピストン構造２０６、ボルト２０８、及びガイド要素２１０による火工品アクチュエータ２０２の作動から生じる力の伝達は、単なる一例であり、固定接点１０６を変位させるために、結果として生じる力または生成されたガス量を固定接点１０６に機械的に伝達する他の多くの方法があることに留意されたい。

図１にさらに示されるように、固定接点１０６のそれぞれは、端子１１４と固定接点１０６の接触点１３６との間に提供され得るヒンジ屈曲部１４０を備え得る。ヒンジ屈曲部１４０は、固定接点が押し離されるときに、固定接点１０６が可動接点１０８から離れてスイングすることを可能にし得る。これにより、端子１１４と接触点１３６との間のヒンジ屈曲部１４０の位置は、固定接点１０６のスイング半径を変更するために調整され得る。したがって、通常位置から着火後位置への固定接点１０６の移動経路を明確に定めることができる。

火工品アクチュエータ２０２は、ピストン構造２０６を少なくとも部分的に取り囲むアクチュエータハウジング２１２を備えてもよい。アクチュエータハウジング２１２は、火工品アクチュエータ２０２が作動される前に、ピストン構造２０６が休止位置にあるとき、ピストン構造２０６を収容することができる。ピストンハウジングはまた、ピストン構造２０６が最終位置に達し、固定接点１０６が着火後位置にあるときに、ピストン構造２０６を停止するためのピストン停止手段を提供することができる。このようにして、コンタクタデバイス１００は、ピストン構造２０６のための明確な経路を提供することができる。アクチュエータハウジング２１２はまた、ピストン構造２０６を最終位置に保持するための保持手段を提供し、火工品アクチュエータが作動されたときにピストン構造２０６が静止位置に戻るのを防止することができる。このようにして、ピストン構造２０６は、火工品アクチュエータが作動されたときに、固定接点１０６を着火後位置に保持するのを助けることができる。加えて、または代替として、アクチュエータハウジング２１２は、固定接点１０６を着火後位置に保持するための保持手段を提供することもできる。

図１に示されるように、アクチュエータハウジング２１２は、ボルト２０８用の切り欠き２１３を任意に備えてもよく、これは、ピストン構造２０６が静止位置から最終位置への移動中にボルト２０８の移動の自由を制限するように構成されてもよい。

コンタクタデバイス１００はまた、火工品アクチュエータ２０２が作動されたときに、通電経路の急速な遮断によって発生する可能性があるアークを消すために、アーク抑制要素を備えることができる。例えば、コンタクタデバイス１００は、アーク放電の発生を制御するために使用される１つまたは複数のアークブローアウト磁石を備えてもよいし、アークをより低いエネルギーの複数の個々のアークに分割及び冷却するように構成されたアーク分割プレートのアレイを備えてもよい。あるいは、アーク抑制要素は、火工品アクチュエータ２０２が作動されると、固定接点１０６と可動接点１０８との間に挿入され得る機械式デバイスを備えてもよい。代替的または追加的に、アーク抑制要素は、アークを冷却するか、またはアークを空気と混合するガスを生成するために、火工品アクチュエータ２０２が作動されたときに点火されるガス発生器装薬を備えることもできる。

ここで、火工品アクチュエータ２０２の動作を、図４及び図５に関してより詳細に説明する。ここでは、火工品アクチュエータ２０２は、アクチュエータハウジング２１２なしで示されている。

図４は、可動接点１０８が閉位置にあり、火工品アクチュエータ２０２が作動される前の状態にあるコンタクタデバイス１００の上面図を示す。上述のように、この位置では、可動接点１０８は固定接点１０６と電気的に接触している。可動接点１０８から固定接点１０６に向かう方向を指す保持力は、可動接点１０８を閉位置に保持する。十字印で示されるように、保持力の方向１３８は、図４の例では紙の面に向いている。

図５は、火工品アクチュエータ２０２が作動された状態のコンタクタデバイス１００の上面図を示す。ピストン構造２０６は、火工品装薬が点火されたときに発生する力によって、その静止位置から離れるように駆動される。ピストン構造２０６は、ボルト２０８を駆動して、固定接点１０６をその通常の位置から着火後位置に移動させ、そこで切断ギャップ２１４が固定接点１０６を可動接点１０８から分離する。矢印によって示されるように、火工品アクチュエータ２０２によって固定接点１０６に加えられる分離力２１６は、固定接点１０６の着火後位置への移動中に、電磁アクチュエータ１２０によって可動接点１０８に加えられる保持力１３８の方向に垂直な平面内で作用する。しかしながら、分離力２１６が作用する平面が保持力１３８の方向に対して垂直であることは、本発明にとって必須ではない。分離力２１６はまた、保持力１３８と所定の角度を囲むだけであり得、保持力１３８の方向に直交する少なくとも１つの力成分を有することができる。

このようにして、可動接点１０８または可動接点１０８を閉位置に移動及び保持する作動機構に影響を与えることなく、固定接点１０６が確実に着火後位置に移動するのを確実にすることができる。同様に、火工品アクチュエータ２０２によって生成される力がモーションアクチュエータ１１０または電磁アクチュエータ１２０によって生成される力に逆らって働かないので、着火後位置への固定接点１０６の動きが、可動接点１０８、モーションアクチュエータ１１０、または電磁アクチュエータ１２０によって影響を受けることが防止される。そのため、固定接点１０６は、開位置と閉位置との間の可動接点１０８の移動経路とは独立した移動経路上で着火後位置に移動することができる。したがって、モーションアクチュエータ１１０、電磁アクチュエータ１２０、及び火工品アクチュエータ２０２は、互いに独立して設計及び最適化することができ、互いの動作に影響を与えない。

さらに、火工品アクチュエータ２０２は、可動接点１０８を閉位置に保持する作動機構を無効にするように構成されてもよい。例えば、火工品装薬の点火によって生成される力は、火工品アクチュエータが作動されたときに、ピストン構造２０６が電機子１２４を継鉄１２２から分離し、及び／またはコイル１２６を機械的に変形させることができるように、十分に大きいものであり得る。代替的または追加的に、ピストン構造２０６のヘッド部２１８は、火工品アクチュエータ２０２が作動されたときに、モーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０の供給ラインを切断するように構成された１つまたは複数のブレードを備えることができる。このようにして、可動接点１０８を閉位置に保持する作動機構を停止することができるので、可動接点１０８と固定接点１０６との間の距離をさらに広げることができる。さらに、火工品アクチュエータ２０２を作動させた後、コンタクタデバイス１００の偶発的な電力供給を防止することが可能である。

図５の例に示されるように、ヒンジ屈曲部１４０のそれぞれは機械的運動の軸を提供し、固定接点１０６は着火後位置への移動中にその周りを回転する。好ましくは、この機械的運動軸は、可動接点１０８が開位置と閉位置との間で移動する機械的運動軸とは異なる。図５では、可動接点１０８の機械的運動の軸は、例えば、ヒンジ１１８の長手方向によって提供され、したがって、着火後位置への移動中の固定接点１０６の機械的運動の軸に対して垂直であるように示されている。しかしながら、着火後位置への移動中の固定接点１０６の機械的運動の軸は、例えば分離力２１６が火工品アクチュエータ２０２から固定接点１０６に伝達される作動点の位置によっても提供され得ることは、当業者には明らかである。

さらに、着火後位置への固定接点１０６の移動は、回転運動に限定されず、固定接点はまた、好ましくは開位置と閉位置の間の可動接点１０８の移動経路から独立した移動経路上で、着火後位置へ直線的に移動されてもよい。例えば、着火後位置への固定接点１０６の直線運動の方向は、可動接点１０８が開位置と閉位置との間を移動する機械的運動の軸と平行とするかまたは所定の角度を含むことができる。

図６は、コンタクタデバイスの動作原理を示す図である。図６の左側に示すように、モーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０の動作を制御することによって、開位置と閉位置との間で可動接点１０８を可逆的に移動させることが可能である。可動接点１０８の移動中、固定接点１０６は永続的に静止したままである。しかし、図６の右側に示されるように、火工品アクチュエータ２０２が作動されると、固定接点１０６は着火後位置に移動し、したがって固定接点１０６を可動接点１０８から永続的に分離して、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れを遮断する。換言すれば、モーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０は、コンタクタデバイス１００の導通状態を可逆的に変化させるために、可動接点１０８を可逆的に移動及び保持するように構成されているが、火工品アクチュエータ２０２は、コンタクタデバイス１００を通る電流の流れを不可逆的に遮断するために、固定接点１０８を着火後位置に不可逆的に移動させるように構成されている。注目すべきことに、可動接点１０８の開位置と閉位置の両方で、すなわち可動接点１０８の位置またはモーションアクチュエータ１１０もしくは電磁アクチュエータ１２０の動作とは無関係に、火工品アクチュエータの作動が可能である。

とりわけ、本発明は、固定接点１０６を着火後位置に移動させるための火工品アクチュエータの使用に限定されない。また、別のタイプのアクチュエータ、例えば電磁アクチュエータを使用して、固定接点１０６をその通常の位置から着火後位置に永続的に移動させることができる。同様に、本発明は、可動接点１０８を移動及び保持するための別個のアクチュエータの使用に限定されず、可動接点１０８の移動と保持の両方のための単一のアクチュエータ、例えば単一の電磁アクチュエータを備えるコンタクタデバイスにも適用することができる。

本発明はまた、コンタクタデバイス１００を備えるエネルギー貯蔵システムにも関する。エネルギー貯蔵システムは、例えば、コンタクタデバイス１００と、バッテリセルまたはコンデンサのような少なくとも１つのエネルギー貯蔵デバイスとを備えるエネルギー貯蔵デバイスであってもよい。エネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵デバイス及びコンタクタデバイス１００の動作を制御し、エネルギー貯蔵システムの動作状態を監視することができるコントローラまたはバッテリ管理システムをさらに備えることができる。例えば、コントローラまたはバッテリ管理システムは、コンタクタデバイス１００のモーションアクチュエータ１１０及び電磁アクチュエータ１２０を制御して、安全な動作条件が検出されたときに、可動接点１０８を開位置と閉位置との間で可逆的に移動させて保持することができる。しかしながら、安全な動作条件外（危険な動作条件）の動作、例えば、コンタクタデバイス１００またはエネルギー貯蔵デバイスの誤動作が検出された場合、コントローラまたはバッテリ管理システムは、火工品アクチュエータ２０２を制御して固定接点１０６を着火後位置に移動させることができる。コンタクタデバイスの誤動作には、例えば、固定接点１０６と可動接点１０８との溶着、またはコンタクタデバイス１００を通って流れる所定の閾値を超える電流が含まれ得る。エネルギー貯蔵デバイスの誤動作には、例えば、エネルギー貯蔵デバイスの過充電または所定の温度範囲外でのエネルギー貯蔵デバイスの動作が含まれ得る。

さらに、エネルギー貯蔵システムは、エネルギー貯蔵デバイスによって電力を供給される負荷などの１つまたは複数の追加の電子回路構成要素を備えることもでき、追加の電子回路部品の故障が検出された場合に備えて、火工品アクチュエータ２０２を作動させることができる。

Claims (15)

1. 高電圧用途のためのコンタクタデバイス（１００）であって、
   少なくとも１つの固定接点（１０６）と、
   開位置と閉位置との間で移動するように構成された少なくとも１つの可動接点（１０８）であって、前記閉位置では、前記少なくとも１つの可動接点（１０８）は前記少なくとも１つの固定接点（１０６）と電気的に接触する、前記少なくとも１つの可動接点（１０８）と、
   前記開位置と前記閉位置との間で前記少なくとも１つの可動接点を可逆的に移動させるように構成された、少なくとも１つの第１のアクチュエータ（１１０、１２０）と、
   前記少なくとも１つの固定接点（１０６）を着火後位置に移動させるように構成された少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）であって、前記着火後位置では、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）は前記少なくとも１つの可動接点（１０８）から永続的に切断される、前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）と、
   を備える、コンタクタデバイス（１００）。
2. 前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が火工品アクチュエータである、請求項１に記載のコンタクタデバイス（１００）。
3. 前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）を前記着火後位置に移動させるために点火される焦電装薬を備える、請求項１または２のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
4. 前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が、電気制御信号に応答して作動される、請求項１～３のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
5. 前記少なくとも１つの固定接点（１０６）が前記着火後位置に不可逆的に変位される、請求項１～４のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
6. 前記コンタクタデバイスが、少なくとも１つのアーク抑制要素をさらに備える、請求項１～５のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
7. 前記閉位置と前記開位置との間の移動中の前記少なくとも１つの可動接点（１０８）の機械的運動の軸が、前記着火後位置への移動中の前記少なくとも１つの固定接点（１０６）の機械的運動の軸とは異なる、請求項１～６のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
8. 前記少なくとも１つの固定接点（１０６）が、前記着火後位置への移動中に少なくとも部分的に前記機械的運動の軸の周りを回転するように構成される、請求項７に記載のコンタクタデバイス（１００）。
9. 前記少なくとも１つの固定接点（１０６）が、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）が前記着火後位置にスイングすることを可能にするように構成されたヒンジ屈曲部（１４０）を備え、及び／または、前記ヒンジ屈曲部（１４０）は、少なくとも１つの固定接点の端子（１１４）と前記少なくとも１つの可動接点（１０８）と接触する接触点（１３６）との間に配置される、請求項１～８のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
10. 前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が、前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）によって生成される力を前記少なくとも１つの固定接点（１０６）に向けるように適合された少なくとも１つのボルト（２０８）を備える、請求項１～９のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
11. 前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）が前記着火後位置に移動されると前記少なくとも１つの第１のアクチュエータ（１１０、１２０）を無効にするようにさらに構成される、請求項１～１０のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
12. 前記コンタクタデバイス（１００）が、複数の可動接点（１０８）及び複数の固定接点（１０６）を備え、前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）が、前記複数の固定接点のそれぞれを前記着火後位置に同時に移動させるように構成される、請求項１～１１のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）。
13. 少なくとも１つのエネルギー貯蔵デバイスと、請求項１～１２のいずれかに記載のコンタクタデバイス（１００）とを備える、エネルギー貯蔵システム。
14. 前記少なくとも１つの第１のアクチュエータ（１１０、１２０）を制御して、前記少なくとも１つの可動接点（１０８）を前記開位置と前記閉位置との間で可逆的に移動させ、前記エネルギー貯蔵システムで通常の動作条件外の動作が検出された場合、前記少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）を作動させるように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載のエネルギー貯蔵システム。
15. 高電圧用途のためのコンタクタデバイス（１００）を制御する方法であって、前記コンタクタデバイスは、少なくとも１つの固定接点（１０６）と、開位置と閉位置の間で移動するように構成された少なくとも１つの可動接点（１０８）とを備え、前記閉位置では、前記少なくとも１つの可動接点（１０８）が前記少なくとも１つの固定接点（１０６）と電気的に接触し、前記方法は、
    前記開位置と前記閉位置との間で前記少なくとも１つの可動接点（１０８）を可逆的に移動させるために、前記コンタクタデバイスの少なくとも１つの第１のアクチュエータ（１１０、１２０）を制御するステップと、
    少なくとも１つの第２のアクチュエータ（２０２）を制御して、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）を着火後位置に移動させるステップであって、前記着火後位置では、前記少なくとも１つの固定接点（１０６）は、前記少なくとも１つの可動接点（１０８）から永続的に切断される、前記ステップと、
    を含む、前記方法。

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