JP6631169B2 - 通電システム - Google Patents

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Description

本発明は、アーク放電の発生を防止する通電システムに関する。
接点を開閉する場合、接点間の電位差がいわゆる最小アーク電圧より大きく、且つ、接点電流が最小アーク電流より大きいときに、アーク放電が発生することが知られている。特に直流電流が流れている接点を開閉する場合は、交流電流が流れている場合と比較して放電が長時間持続する。接点間にアーク放電が発生した場合、アーク放電に伴う高熱によって、接点の酸化、黒化又は溶着等の損傷が生じる虞がある。またアーク放電による電磁波ノイズが発生して周囲の電子回路に悪影響を及ぼす虞がある。
特許文献1においては、点灯中のLEDに対応する電気的量をサンプリングし、サンプリングデータと基準データとを比較して両データ間にアーク放電の最小電圧13Vより低い所定電圧に対応する電気的量の差があった場合にはアーク放電が生起したと判定し、アーク放電が生起したと判定したときに直流電源の出力を停止又は低減するLED点灯装置が提案されている。
特開2010−199521号公報
特許文献1に記載のLED点灯装置は、アーク放電が生起したと判定した場合に直流電源の出力を停止又は低減する構成であり、アーク放電の発生後に何らかの対策を行う構成である。しかしながら、アーク放電が一旦発生してしまうと、これを如何に高速に遮断したとしても、接点の損傷が発生してしまう可能性がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、アーク放電が発生する手前の段階で通電を遮断することにより、アーク放電の発生を防止する通電システムを提供することにある。
本発明に係る通電システムは、オス型又はメス型の端子構造をなす第1端子を有するハーネスと、該第1端子に嵌合するメス型又はオス型の端子構造をなす第2端子を有する通電装置とを備え、前記第1端子及び前記第2端子が嵌合した状態で前記通電装置が前記ハーネスへの通電を行う通電システムにおいて、前記第1端子及び前記第2端子は、メス型の端子へのオス型の端子の挿入位置に応じて前記通電装置から前記ハーネスへの通電経路の抵抗値が変化する構成をなし、前記通電装置は、通電により前記ハーネスへ流れる電流量を検知する検知部と、前記検知部が検知する電流量が閾値より少なくなる変化が生じた場合に通電を停止する通電停止部とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る通電システムは、前記オス型の端子が、前記メス型の端子に対する挿入方向について、根元側に設けられた第1抵抗値の第1部分と、先端側に設けられた第2抵抗値の第2部分とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る通電システムは、前記第2抵抗値が、前記第1抵抗値より大きな値であることを特徴とする。
また、本発明に係る通電システムは、前記通電停止部が、前記検知部が検知する電流量が低下した場合に通電を停止することを特徴とする。
本発明に係る通電システムは、第1端子を有するハーネスを通電装置の第2端子に接続し、第1端子及び第2端子が嵌合した状態で通電装置からハーネスへ通電が行われるシステムである。第1端子及び第2端子は、いずれか一方がオス型の端子であり、他方がメス型の端子である。このようなシステムにおいては、通電装置からハーネスが外れた際、即ち第2端子から第1端子が外れた際にアーク放電が発生する可能性がある。
そこで本発明においては、メス型の端子へのオス型の端子の挿入位置に応じて、通電装置からハーネスへの通電経路の抵抗値が変化するように端子を構成する。通電装置は、通電によりハーネスへ流れる電流量を検知し、この電流量に所定の変化が生じた場合に通電を停止する。
メス型の端子からオス型の端子が外れる場合には、オス型の端子の挿入位置に応じて抵抗値が変化する構成であるため、オス型の端子が完全に外れる手前の段階で抵抗値の変化が生じ、通電装置からハーネスへ流れる電流量が変化する。よって通電装置が、通電経路の抵抗値の変化に応じた電流量の変化の有無を判定することにより、端子が外れそうになっている状態を検出することができる。電流量の変化に応じて通電装置が通電を遮断することによって、端子が外れる手前の段階で通電を遮断することができ、アーク放電の発生前に通電を遮断することができる。
また本発明においてオス型の端子には、メス型の端子に対する挿入方向について、根元側に第1抵抗値の第1部分を設け、先端側に第2抵抗値の第2部分を設ける。これによりオス型の端子がメス型の端子としっかり嵌合している状態においては、通電装置及びハーネスの間の通電がオス型の端子の第1部分を介して行われる。これに対してオス型の端子がメス型の端子から外れる直前には、オス型の端子の第2部分のみを介して通電が行われる状態となる。第1部分及び第2部分の抵抗値を異なる値とすることによって、メス型の端子に対するオス型の端子の挿入位置に応じて通電装置及びハーネス間の通電経路の抵抗値を変化させることができる。
また本発明においては、オス型の端子の先端側に設けた第2部分の第2抵抗値は、根元側に設けた第1部分の第1抵抗値より大きい値とする。これによりオス型の端子がメス型の端子から外れる直前に、通電経路の抵抗値を高い値に変化させることができる。
またこの構成においては通電経路の抵抗値が高い値に変化することによって、通電経路を流れる電流量が低下する。そこで通電装置は、検知する電流量が低下した場合にアーク放電が発生する可能性があると判断し、通電を停止することができる。
本発明による場合は、メス型の端子へのオス型の端子の挿入位置に応じて、通電装置からハーネスへの通電経路の抵抗値が変化するように端子を構成し、通電経路の電流量に所定の変化が生じた場合に通電装置が通電を停止することにより、アーク放電が発生する手前の段階で通電を遮断することができ、アーク放電の発生を防止することができる。
本実施の形態に係る通電システムの構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るオス型端子及びメス型端子の構成を示す模式図である。 第1抵抗値部分及び第2抵抗値部分の素材の一例を示す表である。 通電装置からハーネスへ流れる電流量の変化を説明するためのグラフである。 通電装置が行う通電制御の処理手順を示すフローチャートである。 変形例に係るオス型端子及びメス型端子の構成を示す模式図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、本実施の形態に係る通電システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る通電システムは、例えば車両にヒータ又はランプ等の負荷3が搭載され、この負荷3に対するオン/オフの切替操作を受け付けるスイッチ2が車両の運転席近傍などに設けられ、スイッチ2の状態に応じて通電装置1が負荷3への通電を行うシステムである。通電装置1及び負荷3は、車両内に配されたハーネス5を介して接続されている。また通電装置1及びハーネス5は、ハーネス5の一端に設けられたオス型端子10と、通電装置1の筐体などに適宜に設けられたメス型端子20との嵌合により接続されている。
本実施の形態に係る通電装置1は、制御部31、駆動部32及び電流検知部33等を備えて構成されている。制御部31は、CPU(Central Processing Unit)などの演算処理装置、並びに、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の記憶装置を用いて構成されており、スイッチ2のオン/オフ状態を検知し、検知結果に応じて駆動部32へ駆動命令を与えることにより、負荷3への通電を制御する処理を行う。
駆動部32は、車両のバッテリなどの電源から電圧が48Vの電力が供給されている。駆動部32は、制御部31から与えられる命令に応じて、電圧値が48Vの電力を出力する。駆動部32が出力する電力は、通電装置1の内部配線、メス型端子20、オス型端子10及びハーネス5を介して負荷3へ供給される。即ち、通電装置1から負荷3への通電が行われる。
電流検知部33は、駆動部32からメス型端子20までの通電経路中に配されており、この通電経路を流れる電流の電流量を検知して制御部31へ通知する。制御部31は、電流検知部33が検知する電流量に基づいて異常の有無を判断し、異常があると判断した場合には駆動部32の動作を停止させることにより、負荷3への通電を停止する制御を行う。
図2は、本実施の形態に係るオス型端子10及びメス型端子20の構成を示す模式図である。なお図2においては、上段にオス型端子10及びメス型端子20の接続前の状態を示し、中段にオス型端子10及びメス型端子20が接続された状態を示し、下段にオス型端子10及びメス型端子20が外れる直前の状態を示してある。
オス型端子10は、導電性の棒状部分を有しており、この棒状部分がハーネス5の電線と電気的に接続されている。メス型端子20には、オス型端子10の棒状部分が挿入される穴部21が形成されている。メス型端子20は、少なくとも穴部21の内面が導電性を有する素材で構成されており、穴部21の内面が通電装置1の内部配線と電気的に接続されている。オス型端子10の棒状部材をメス型コネクタ20の穴部21へ挿入することによって、オス型端子10及びメス型端子20が嵌合し、オス型端子10及びメス型端子20が電気的に接続され、通電装置1及びハーネス5が電気的に接続される。
本実施の形態に係るオス型端子10の棒状部分は、根元側に設けられた第1抵抗値部分11と、先端側に設けられた第2抵抗値部分12とを有している。第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12は、例えばベースとなる金属製の棒状部材に対してそれぞれ異なる金属によるメッキを施すことにより、異なる抵抗値を与えたものである。第1抵抗値部分11の抵抗値をR1とし、第2抵抗値部分12の抵抗をR2とすると、本実施の形態においてはR1<R2となるようにメッキする金属が選定されている。例えば、第1抵抗値部分11に対しては白金のメッキ施し、第2抵抗値部分12に対してはパラジウム又はニッケル等のメッキを施すことが考えられる。
図3は、第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12の素材の一例を示す表である。第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12のメッキとして採用され得る金属には、例えば銀(1.62)、銅(1.69)、金(2.4)、クロム(7.1)、白金(8.8)、パラジウム(10.08)、すず(11.5)及びニッケル(11.8)等がある。なお各金属名の後に記載したカッコ内の数値は、この金属の電気抵抗率であり単位はμΩ・cmである。
例えば、第1抵抗値部分11に対して銀のメッキを施し、第2抵抗値部分12に対して銅のメッキを施すことができる。例えば、第1抵抗値部分11に対してクロムのメッキを施し、第2抵抗値部分12に対してパラジウムのメッキを施すことができる。例えば、第1抵抗値部分11に対して金のメッキを施し、第2抵抗値部分12に対してすずのメッキを施すことができる。例えば、第1抵抗値部分11に対してパラジウムのメッキを施し、第2抵抗値部分12に対してニッケルのメッキを施すことができる。
なお、第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12のメッキとして採用する金属は、上記のものに限らず、上記以外の金属を採用してもよい。複数の金属の合金などを用いてもよい。また図3に示した金属の組み合わせは、一例であって、これに限るものではない。また更には、第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12の素材を同じ金属とし、その形状などに差異を設けることによって抵抗値に差異を設ける構成としてもよい。
オス型端子10及びメス型端子20が正常に接続されている状態、即ちオス型端子10の棒状部分が根元までメス型端子20の穴部21内に挿入されている状態において(図2中段参照)、オス型端子10の第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12とメス型端子20の穴部21の内面とが接触し、電気的に接続された状態となる。この状態では、抵抗値の低い第1抵抗値部分11とメス型端子20の内面との間で主に電流が流れる。このときに流れる電流量は、第1抵抗値部分11の抵抗値R1(又は、第1抵抗値部分11の抵抗値R1と第2抵抗値部分12の抵抗値R2との合成抵抗)により定まる。
ここで、何らかの要因によりメス型端子20からオス型端子10が外れる端子外れが発生したとする。この際には、メス型端子20からオス型端子10が完全に外れる手前の段階で、図2下段に示すように、オス型端子10の第1抵抗値部分11はメス型端子20の穴部21外へ出ているが、第2抵抗値部分12は穴部21内に収まっている状態が生じる。この状態では、オス型端子10の第2抵抗値部分12のみがメス型端子20の穴部21の内面と接触しているため、第2抵抗値部分12とメス型端子20の内面との間で電流が流れる。このときに流れる電流は、第2抵抗値部分12の抵抗値R2により定まる。
即ち、本実施の形態に係るオス型端子10及びメス型端子20は、オス型端子10のメス型端子20への挿入位置に応じて、通電装置1からハーネス5への通電経路の抵抗値が変化する構成とされている。この抵抗値に変化により通電装置1からハーネス5へ流れる電流の電流量が変化するため、通電装置1は、電流検知部33が検知する電流量に基づいて、オス型端子10及びメス型端子20が外れようとしていることを検出することができる。
図4は、通電装置1からハーネス5へ流れる電流量の変化を説明するためのグラフである。図4に示すグラフは、横軸を時間とし、縦軸を電流検知部33が検知する電流量として、オス型端子10及びメス型端子20が完全に接続された状態から、一定速度で徐々にオス型端子10を抜き取る方向へ移動させた場合の電流量の変化を示している。時刻t0〜t1の区間では、オス型端子10の第1抵抗値部分11がメス型端子20の穴部21内に収まっており、第1抵抗値部分11の抵抗値R1にて定まる電流I1が流れている。
時刻t1において、オス型端子10の第1抵抗値部分11がメス型端子20の穴部21の外に出て、第2抵抗値部分12のみが穴部21内に収まった状態(図2下段の状態)となる。第2抵抗値部分12のみがメス型端子20の穴部21の内面に接触した状態が維持される時刻t1〜t2の区間では、第2抵抗値部分12の抵抗値R2にて定まる電流I2が流れている。
時刻t2において、オス型端子10の第2抵抗値部分12がメス型端子20の穴部21の外に出た状態となり、オス型端子10及びメス型端子20の間でアーク放電が発生し、オス型端子10及びメス型端子20の間でアーク放電による電流が流れる。このときに流れる電流は、オス型端子10及びメス型端子20の間の距離が離れるにしたがって減少する。オス型端子10及びメス型端子20の距離が所定距離を超え、アーク放電が生じなくなった時刻t3において、オス型端子10及びメス型端子20の間で電流は流れなくなる。
本実施の形態に係る通電装置1は、電流検知部33が検知する電流量が図4に示したI1からI2へ変化した場合に通電を停止する制御を行う。このときに通電装置1の制御部31は、例えば閾値Ith(ただしI1>Ith>I2である)を記憶しておき、電流検知部33が検知する電流量がIth以下となった場合に通電を停止する制御を行う構成とすることができる。閾値Ithは、第1抵抗値部分11の抵抗値R1、第2抵抗値部分12の抵抗値R2、印加電圧値及び負荷3内の抵抗値等に基づいて予め定めることができる。
図5は、通電装置1が行う通電制御の処理手順を示すフローチャートである。通電装置1の制御部31は、スイッチ2のオン/オフの状態を取得し、スイッチ2がオン状態であるか否かを判定する(ステップS1)。スイッチ2がオン状態でない場合(S1:NO)、制御部31は、スイッチ2がオン状態となるまで待機する。スイッチ2がオン状態である場合(S1:YES)、制御部31は、駆動部32へ駆動命令を与えることにより、負荷3への通電を開始する(ステップS2)。その後、制御部31は、スイッチ2がオフ状態であるか否かを判定する(ステップS3)。スイッチ2がオフ状態である場合(S3:YES)、制御部31は、駆動部32へ停止命令を与えることにより、負荷3への通電を停止し(ステップS4)、ステップS1へ処理を戻す。
スイッチ2がオフ状態でない場合(S3:NO)、制御部31は、電流検知部33が検知する電流量を取得する(ステップS5)。制御部31は、取得した電流量が所定の閾値Ithより少ないか否かを判定する(ステップS6)。電流量が閾値Ith以上である場合(S6:NO)、制御部31は、ステップS3へ処理を戻す。電流量が閾値Ithより少ない場合(S6:YES)、制御部31は、駆動部32へ停止命令を与えることにより、負荷3への通電を停止し(ステップS7)、処理を終了する。
以上の構成の本実施の形態に係る通電システムは、ハーネス5のオス型端子10を通電装置1のメス型端子20に接続し、オス型端子10及びメス型端子20が嵌合した状態で通電装置1からハーネス5へ通電が行われるシステムである。オス型端子10及びメス型端子20は、メス型端子20へのオス型端子10の挿入位置に応じて、通電装置1からハーネス5への通電経路の抵抗値が変化する構成とする。オス型端子10の挿入位置に応じて抵抗値が変化する構成であるため、メス型端子20からオス型端子10が外れる際には、オス型端子10が完全に外れる手前の段階で抵抗値の変化が生じ、通電装置1からハーネス5へ流れる電流の電流量が変化する。通電装置1は、通電経路の抵抗値の変化に応じた電流量の変化の有無を判定することにより、オス型端子10及びメス型端子20が外れそうになっている状態を検出することができる。よって電流検知部33が検知する電流量の変化に応じて通電装置1が通電を遮断することによって、オス型端子10及びメス型端子20が外れる手前の段階で通電を遮断することができ、アーク放電の発生前に通電を遮断することができる。
また本実施の形態においてオス型端子10には、メス型端子20に対する挿入方向について、根元側に抵抗値R1の第1抵抗値部分11を設け、先端側に抵抗値R2の第2抵抗値部分12を設ける。これによりオス型端子10がメス型端子20としっかり嵌合している状態においては、通電装置1及びハーネス5の間の通電がオス型端子10の第1抵抗値部分11を介して行われる。これに対してオス型端子10がメス型端子20から外れる直前には、オス型端子10の第2抵抗値部分12のみを介した通電が行われる状態となる。第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12の抵抗値を異なる値とすることによって、メス型端子20に対するオス型端子10の挿入位置に応じて、通電装置1及びハーネス5の間の通電経路の抵抗値を変化させることができる。
また本実施の形態においては、オス型端子10の第2抵抗値部分12の抵抗値R2は、第1抵抗値部分11の抵抗値R1より大きい値とする。これによりオス型端子10がメス型端子20から外れる直前に、通電経路の抵抗値を高い値に変化させることができる。またこの構成においては、通電経路の抵抗値が高い値に変化することによって、通電経路を流れる電流量が低下する。そこで通電装置1は、電流検知部33が検知する電流量が閾値よりも低下した場合にアーク放電が発生する可能性があると判断し、通電を停止することができる。
なお本実施の形態においては、通電システムが車両に搭載されるものとしたが、これに限るものではない。本技術は、車載以外のどのようなシステムに適用してもよく、オス型端子及びメス型端子が接続されて通電が行われる構成のシステムに適用可能である。また図1及び図2に示したオス型端子10及びメス型端子20の形状は、一例として示した模式的な形状である。オス型端子10及びメス型端子20の形状は図示のものに限らず、どのような形状であってもよい。
またオス型端子10の第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12は、メッキの種類を変えることで抵抗値を異なる値としたが、これに限るものではない。例えば抵抗値が異なる2つの金属棒を連結することで第1抵抗値部分11及び第2抵抗値部分12としてもよい。また第1抵抗値部分11をすずのメッキとし、第2抵抗値部分12をパラジウム又はニッケル等のメッキとしたが、これらは一例であって、抵抗値が異なるものであればどのような素材を用いてもよい。また第2抵抗値部分12の抵抗値R2が第1抵抗値部分11の抵抗値R1より大きい値としたが、これに限るものではなく、大小関係は逆であってもよい。
また通電装置1は、電流検知部33にて通電経路を流れる電流量を検知し、検知した電流量と閾値とを比較して通電を停止する構成としたが、これに限るものではない。電流量を検知する代わりに、例えば通電経路中に介装された抵抗器の両端の電圧値を検知し、検知した電圧値と閾値との比較を行う構成としてもよい。また例えば、電流検知部33が検知する電流量に加えて、負荷3へ印加されている電圧値を検知し、検知した電流及び電圧から抵抗値を算出し、算出した抵抗値と閾値との比較を行う構成としてもよい。
また通電装置1にメス型端子20を設け、ハーネス5にオス型端子10を設ける構成としたが、これに限るものではない。通電装置1のオス型端子10を設け、ハーネス5にメス型端子20を設ける構成としてもよい。また電源電圧を48Vとしたが、これに限るものではない。
(変形例)
図6は、変形例に係るオス型端子10及びメス型端子120の構成を示す模式図である。変形例に係るオス型端子10は、上述の実施の形態に示したオス型端子10と同じ構成である。変形例に係るメス型端子120は、オス型端子10が挿入される穴部21の内面に第1抵抗値部分111及び第2抵抗値部分112が設けられている。メス型端子120の第1抵抗値部分111は、オス型端子10の挿入方向について、穴部21の奥側の内面の一周に亘って設けられている。第2抵抗値部分112は、穴部21の開口側の内面の一周に亘って設けられている。
メス型端子120の第1抵抗値部分111及び第2抵抗値部分112は、例えば穴部21の内面にそれぞれ異なる金属によるメッキを施すことにより、異なる抵抗値を与えたものである。メス型端子120の第1抵抗値部分111の抵抗値をR111とし、第2抵抗値部分112の抵抗値をR112とすると、例えばR111<R112となるように、メッキする金属が選定されている。例えば、第1抵抗値部分111に対してはすずのメッキ施し、第2抵抗値部分112に対してはパラジウム又はニッケル等のメッキを施すことが考えられる。
変形例に係るオス型端子10及びメス型端子120が正常に接続されている状態、即ちオス型端子10の棒状部分が根元までメス型端子120の穴部21内に挿入されている状態では、オス型端子10の第1抵抗値部分11とメス型端子120の第1抵抗値部分111とが接触して電気的に接続された状態となる。何らかの要因によりメス型端子120からオス型端子10が外れる端子外れが発生したとする。この際には、メス型端子120からオス型端子10が完全に外れる手前の段階で、オス型端子10の第2抵抗値部分12及びメス型端子120の第2抵抗値部分112のみが接触した状態となり、オス型端子10の第2抵抗値部分12及びメス型端子120の第2抵抗値部分112との間で電流が流れる。
即ち、変形例に係るオス型端子10及びメス型端子120は、オス型端子10のメス型端子120への挿入位置に応じて、通電装置1からハーネス5への通電経路の抵抗値が変化する構成とされている。この抵抗値に変化により通電装置1からハーネス5へ流れる電流の電流量が変化するため、通電装置1は、電流検知部33が検知する電流量に基づいて、オス型端子10及びメス型端子120が外れようとしていることを検出することができる。
1 通電装置
2 スイッチ
3 負荷
5 ハーネス
10 オス型端子(第1端子)
11 第1抵抗値部分(第1部分)
12 第2抵抗値部分(第2部分)
20 メス型端子(第2端子)
21 穴部
31 制御部(通電停止部)
32 駆動部
33 電流検知部(検知部)
111 第1抵抗値部分
112 第2抵抗値部分
120 メス型端子

Claims (4)

  1. オス型又はメス型の端子構造をなす第1端子を有するハーネスと、該第1端子に嵌合するメス型又はオス型の端子構造をなす第2端子を有する通電装置とを備え、前記第1端子及び前記第2端子が嵌合した状態で前記通電装置が前記ハーネスへの通電を行う通電システムにおいて、
    前記第1端子及び前記第2端子は、メス型の端子へのオス型の端子の挿入位置に応じて前記通電装置から前記ハーネスへの通電経路の抵抗値が変化する構成をなし、
    前記通電装置は、
    通電により前記ハーネスへ流れる電流量を検知する検知部と、
    前記検知部が検知する電流量が閾値より少なくなる変化が生じた場合に通電を停止する通電停止部と
    を有すること
    を特徴とする通電システム。
  2. 前記オス型の端子は、前記メス型の端子に対する挿入方向について、根元側に設けられた第1抵抗値の第1部分と、先端側に設けられた第2抵抗値の第2部分とを有すること
    を特徴とする請求項1に記載の通電システム。
  3. 前記第2抵抗値は、前記第1抵抗値より大きな値であること
    を特徴とする請求項2に記載の通電システム。
  4. 前記通電停止部は、前記検知部が検知する電流量が低下した場合に通電を停止すること
    を特徴とする請求項3に記載の通電システム。
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