WO2012128053A1 - 電磁開閉装置 - Google Patents

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裕亮 森口
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パナソニック株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K28/00—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K28/10—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the vehicle 
    • B60K28/14—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the vehicle  responsive to accident or emergency, e.g. deceleration, tilt of vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K2028/006—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions disconnecting the electric power supply, e.g. the vehicle battery

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic switching device such as an electromagnetic relay.
  • Patent Document 1 As an electromagnetic switching device used for such a purpose, for example, there is one described in Japanese Patent Publication No. 2009-230921 (hereinafter referred to as Patent Document 1).
  • a relay unit electromagnet relay
  • Patent Document 1 a relay unit (electromagnetic relay) is housed in a synthetic resin case, and is connected to a pair of main terminals connected to the contact of the relay unit and an electromagnet coil of the relay unit. And a pair of coil terminals projecting from the case.
  • the pair of main terminals are connected to a power feeding path from the storage battery to the electric motor, and the pair of coil terminals are connected to a vehicle control device (ECU: “Electric control unit”).
  • ECU vehicle control device
  • the control device turns on the relay unit (electromagnetic switching device) by flowing an exciting current between the coil terminals, and turns off the relay unit (electromagnetic switching device) by not flowing the exciting current between the coil terminals.
  • the power supply path from the storage battery to the motor is closed when the electromagnetic switch is turned on, and the power supply path is opened when the electromagnetic switch is turned off.
  • This invention is made in view of the said subject, and aims at improving the safety
  • the electromagnetic switching device of the present invention has a contact block inserted in an electric circuit and an electromagnet block that drives the contact block, and the electromagnet block drives the contact block when an excitation current is supplied from the outside.
  • a control unit that turns off the switch element to open the supply path when the magnitude of the impact detected by the impact sensor is equal to or greater than a predetermined threshold based on the impact detection signal acquired by the unit; It is characterized by providing.
  • This electromagnetic switchgear preferably includes a signal terminal to which the impact detection signal is input.
  • the electromagnetic switching device includes a case for storing at least the contact block, the electromagnet block, the switch element, the acquisition unit, and the control unit, and the impact sensor is stored in the case.
  • This electromagnetic switchgear preferably includes a power receiving terminal for receiving a power source for supplying driving power for the switch element from the outside.
  • the control unit when the impact is applied from the outside, the control unit turns off the switch element to cut off the supply of the excitation current and open the electric circuit, so that the safety when the impact is applied is improved. There is an effect that can be achieved.
  • FIG. 1A is a circuit block diagram and FIG. 1B is an external view showing an embodiment of the present invention. It is a circuit block diagram which shows another structure same as the above.
  • the electromagnetic switching device 1 of this embodiment is used for a vehicle such as an electric vehicle as shown in FIG. 1A.
  • the vehicle includes a storage battery 20, an inverter 22 that converts DC power supplied from the storage battery 20 through an electric path 21, into AC power, an electric motor 23 that operates with AC power output from the inverter 22, a control unit (ECU) 24, and the like.
  • ECU control unit
  • the electromagnetic switching device 1 includes a contact block 2, an electromagnet block 3, a switch element 4, a control unit 5, a power supply unit 6 and the like housed in a rectangular box-shaped case 10 (see FIG. 1B).
  • a pair of main terminals 11, a pair of coil terminals 12, and a pair of signal terminals 13 are provided in the same direction.
  • the pair of main terminals 11 are connected to the electric circuit 21, the pair of coil terminals 12 are connected to the control device 24, and the pair of signal terminals 13 are connected to the impact sensor 7.
  • the impact sensor 7 detects an impact (acceleration) applied to the vehicle, and outputs a voltage signal (impact detection signal) corresponding to the detected impact magnitude to the signal terminal 13 of the electromagnetic switching device 1.
  • a voltage signal impact detection signal
  • the contact block 2 includes a fixed contact connected to one main terminal 11, a fixed contact connected to the other main terminal 11, a movable contact that comes in contact with and separate from these fixed contacts, and a contact pressure spring. is doing.
  • the electromagnet block 3 includes an exciting coil, a fixed iron core, a movable iron core, a movable shaft, a return spring, and the like. Such contact block 2 and electromagnet block 3 are well known in the art, and when no exciting current flows through the exciting coil, the electromagnet block 3 does not function as an electromagnet, and the movable contact pulled by the movable shaft is a fixed contact. The contact block 2 is opened in order to leave the contact.
  • the electromagnet block 3 functions as an electromagnet
  • the moving iron core and the moving shaft are displaced by the magnetic force acting between the moving iron core and the fixed iron core, and the movable contact moves to the fixed contact.
  • the contact block 2 is closed to make contact.
  • the exciting current is supplied from the outside (for example, the control device 24) via the coil terminal 12, and the on / off of the electromagnetic switching device 1 (opening / closing of the contact block 2) is controlled by the control device 24. Be controlled.
  • the switch element 4 is composed of, for example, a normally-closed (normally-on) type electromagnetic relay, and is inserted into a supply path of excitation current from the pair of coil terminals 12 to the electromagnet block 3. That is, when the switch element 4 is on, the contact block 2 (electromagnetic switching device 1) is turned on / off in response to the excitation current being turned on / off by the control device 24, but the switch element 4 is off. At that time, the contact block 2 (electromagnetic switching device 1) is always off regardless of the control of the control device 24. In FIG. 1A, one of the pair of supply paths between the control device 24 and the electromagnet block 3 is not shown, and the coil terminal 12 in the supply path is also omitted.
  • the switch element 4 may be inserted into both of a pair of supply paths that connect the electromagnet block 3 and the control device 24, or may be inserted into only one of them.
  • the switch element 4 since the switch element 4 is normally closed, the switch element 4 is automatically turned on when the magnitude of the impact detected by the impact sensor 7 is less than a predetermined upper limit value. Therefore, power for turning on the switch element 4 is unnecessary, and power consumption in the switch element 4 and the control unit 5 can be suppressed.
  • the control unit 5 is composed of a logic circuit, a microcomputer, and the like. Of course, the control unit 5 is separate from the vehicle control device 24. Based on the impact detection signal input from the signal terminal 13, the control unit 5 does not drive the switch element 4 when the magnitude of the impact detected by the impact sensor 7 is less than a predetermined upper limit value (threshold value). When the value is greater than or equal to the value, the switch element 4 is driven to turn off. That is, in the present embodiment, the control unit 5 also serves as an acquisition unit. It is not always necessary to input the impact detection signal directly from the impact sensor 7 to the signal terminal 13. For example, the impact detection signal may be input to the signal terminal 13 via the control device 24. However, considering the possibility that the control device 24 will fail, it is preferable to directly input the impact detection signal from the impact sensor 7 to the signal terminal 13.
  • the impact sensor 7 may be configured to output a signal corresponding to the magnitude of the detected impact as the impact detection signal.
  • the control unit 5 turns off the switch element 4 when acquiring a signal indicating that the magnitude of the impact detected by the impact sensor 7 is equal to or greater than a predetermined upper limit (threshold value).
  • the impact sensor 7 may be configured to output an impact detection signal only when the magnitude of the detected impact exceeds a predetermined upper limit (threshold value). (That is, the impact sensor 7 does not output an impact detection signal when the magnitude of the detected impact is less than a predetermined upper limit value.)
  • the control unit 5 the control unit 5 itself, which is the acquisition unit
  • the switch element 4 is turned off.
  • the power supply unit 6 supplies operating power to the control unit 5 and the switch element 4, and is composed of, for example, a primary battery such as a dry battery or a button battery.
  • a power receiving terminal may be provided in the case 10 in place of the power supply unit 6, and operating power may be supplied from an external power source (such as the vehicle storage battery 20) via the power receiving terminal.
  • the operation of the electromagnetic switching device 1 of this embodiment will be described.
  • the magnitude of the impact detected by the impact sensor 7 does not exceed the upper limit value, so that the switch element 4 is maintained in the on state.
  • the impact sensor 7 may be housed in the case 10 as shown in FIG.
  • the signal terminal 13 and the signal line for connecting the signal terminal 13 and the impact sensor 7 are not required, and there is an advantage that the labor of wiring work is not required.
  • the impact sensor 7 is not housed in the case 10, there is an advantage that the impact sensor 7 can be installed in a place most suitable for detecting the impact in the vehicle, for example, a bumper.
  • the electromagnetic switching device 1 of the present embodiment is a device that is moved or carried with a storage battery in addition to the vehicle, for example, a notebook. It is preferably used for a personal computer of a type.

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Abstract

　衝撃が加わった場合の安全性の向上を図る。車両が正常に走行している場合、衝撃センサ７が検出する衝撃の大きさは上限値を超えないので、スイッチ要素４がオン状態に維持される。一方、走行中の車両が他の車両あるいは障害物などに衝突するような事故が発生した場合、車両に大きな衝撃が加わり、衝撃センサ７が検出する衝撃の大きさが上限値以上となる。すると、制御部５がスイッチ要素４を駆動してオフするので、コイル端子12から電磁石ブロック３への励磁電流の供給経路が遮断されて電磁石ブロック３が励磁されなくなり、接点ブロック２が開極する。その結果、制御装置24による制御の有無に関わらず、電磁開閉装置１が自発的にオフして電路21を開成するので、衝撃が加わった場合の安全性の向上を図ることができる。

Description

電磁開閉装置
　本発明は、電磁リレーなどの電磁開閉装置に関する。
　近年、蓄電池(バッテリ)と電動機(モータ)を搭載し、蓄電池に充電された電力で電動機を動作させる車両、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車(プラグインハイブリッド自動車を含む)が急速に普及してきている。かかる車両には、蓄電池から電動機への給電路を開閉するために電磁開閉装置が用いられている。
　このような用途に用いられる電磁開閉装置として、例えば、日本国特許公開２００９－２３０９２１号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）に記載されているものがある。特許文献１記載の電磁開閉装置では、合成樹脂製のケース内にリレーユニット(電磁リレー)が収納され、リレーユニットの接点に接続される一対の主端子と、リレーユニットの電磁石用コイルに接続される一対のコイル端子とがケースに突設されている。そして、一対の主端子が蓄電池から電動機への給電路に接続され、一対のコイル端子が車両の制御装置(ECU: Electric control unit)と接続される。当該制御装置は、コイル端子間に励磁電流を流すことでリレーユニット(電磁開閉装置)をオンし、コイル端子間に励磁電流を流さないことでリレーユニット(電磁開閉装置)をオフする。そして、電磁開閉装置がオンすることで蓄電池から電動機への給電路が閉成され、電磁開閉装置がオフすることで当該給電路が開成される。
　ところで、上述のような車両が事故に遭遇した場合、安全上の観点から、当該車両の制御装置が電磁開閉装置をオフして蓄電池を給電路から切り離すことが望ましい。しかしながら、事故による車体の損傷具合によっては、制御装置から電磁開閉装置をオフすることができない事態が生じる可能性もある。なお、このような問題は電気自動車などの車両に限らず、蓄電池を搭載して移動あるいは持ち運びされる機器、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータなどでも生じる虞がある。
　本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、衝撃が加わった場合の安全性の向上を図ることを目的とする。
　本発明の電磁開閉装置は、電路に挿入される接点ブロック並びに当該接点ブロックを駆動する電磁石ブロックを有し、当該電磁石ブロックは外部から励磁電流が供給されているときに前記接点ブロックを駆動して前記電路を閉成する電磁開閉装置であって、前記励磁電流の供給経路に挿入される常閉型のスイッチ要素と、衝撃を検出する衝撃センサから衝撃検出信号を取得する取得部と、当該取得部で取得される前記衝撃検出信号に基づき、前記衝撃センサで検出された衝撃の大きさが所定の閾値以上であるときに前記スイッチ要素をオフして前記供給経路を開成する制御部と、を備えることを特徴とする。
　この電磁開閉装置において、前記衝撃検出信号が入力される信号端子を備えることが好ましい。
　この電磁開閉装置において、少なくとも前記接点ブロック、前記電磁石ブロック、前記スイッチ要素、前記取得部、前記制御部を収納するケースを備え、当該ケース内に前記衝撃センサが収納されることが好ましい。
　この電磁開閉装置において、前記スイッチ要素の駆動電力を供給するための電源を外部から受電するための受電端子を備えることが好ましい。
　この電磁開閉装置において、少なくとも前記接点ブロック、前記電磁石ブロック、前記スイッチ要素、前記取得部、前記制御部を収納するケースと、当該ケースに収納され、前記スイッチ要素の駆動電力を供給するための電源とを備えることが好ましい。
　本発明の電磁開閉装置は、外部から衝撃が加わったときに制御部がスイッチ要素をオフすることで励磁電流の供給を遮断して電路を開成するので、衝撃が加わった場合の安全性の向上を図ることができるという効果がある。
　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本発明の実施形態を示し、図１Ａは回路ブロック図、図１Ｂは外観図である。 同上の別の構成を示す回路ブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る電磁開閉装置の実施形態を詳細に説明する。
　本実施形態の電磁開閉装置１は、図１Ａに示すように電気自動車などの車両に用いられる。車両は、蓄電池20、蓄電池20から電路21を介して供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ22、インバータ22から出力される交流電力で動作する電動機23、制御装置(ECU)24などを備える。
　電磁開閉装置１は、接点ブロック２、電磁石ブロック３、スイッチ要素４、制御部５、電源部６などが矩形箱形のケース10に収納されて構成されている(図１Ｂ参照)。ケース10の一面には一対の主端子11と、一対のコイル端子12と、一対の信号端子13とがそれぞれ同じ向きに突設されている。一対の主端子11がそれぞれ電路21に接続され、一対のコイル端子12が制御装置24に接続され、一対の信号端子13が衝撃センサ７に接続される。
　衝撃センサ７は車両に加わる衝撃(加速度)を検出し、検出した衝撃の大きさに対応する電圧信号(衝撃検出信号)を電磁開閉装置１の信号端子13に出力する。ただし、この種の衝撃センサ７は周知の加速度センサで実現可能であるから、詳細な説明は省略する。
　接点ブロック２は、一方の主端子11に接続された固定接点、他方の主端子11に接続された固定接点、これらの固定接点に接離自在に接触する可動接触子、接圧ばねなどを具備している。電磁石ブロック３は、励磁コイル、固定鉄心、可動鉄心、可動軸、復帰ばねなどを具備している。このような接点ブロック２及び電磁石ブロック３は従来周知であって、励磁コイルに励磁電流が流れていないときは電磁石ブロック３が電磁石として機能せず、可動軸に引っ張られた可動接触子が固定接点から離れるために接点ブロック２が開極している。一方、励磁コイルに励磁電流が流れると電磁石ブロック３が電磁石として機能し、可動鉄心と固定鉄心の間に作用する磁力で可動鉄心及び可動軸が変位し、可動接触子が移動して固定接点に接触するために接点ブロック２が閉極する。ここで、励磁電流はコイル端子12を介して外部(例えば、制御装置24)から供給されており、電磁開閉装置１のオン・オフ(接点ブロック２の開極・閉極)は制御装置24によって制御される。
　スイッチ要素４は、例えば、常閉型(ノーマリオン型)の電磁リレーからなり、一対のコイル端子12から電磁石ブロック３への励磁電流の供給経路に挿入されている。つまり、スイッチ要素４がオンしているときは、制御装置24による励磁電流の入・切に応じて接点ブロック２(電磁開閉装置１)がオン・オフするが、スイッチ要素４がオフしているときは、制御装置24の制御に関係なく接点ブロック２(電磁開閉装置１)が常にオフとなる。なお、図１Ａでは、制御装置24と電磁石ブロック３との間の一対の供給経路のうちの一方の図示を省略し、この供給経路中のコイル端子12の図示も省略している。スイッチ要素４は、電磁石ブロック３と制御装置24とを接続する一対の供給経路の両方に挿入されてもよいし、片方だけに挿入されてもよい。
　本実施形態では、スイッチ要素４が常閉型であるため、衝撃センサ７で検出される衝撃の大きさが所定の上限値未満のときには、スイッチ要素４は自動的にオンとなっている。従って、スイッチ要素４をオンするための電力が不要であり、スイッチ要素４及び制御部５での消費電力を抑制することができる。
　制御部５は、論理回路やマイクロコンピュータなどで構成される。当然ながら、制御部５は車両の制御装置24とは別体である。制御部５は、信号端子13から入力される衝撃検出信号に基づき、衝撃センサ７で検出された衝撃の大きさが所定の上限値（閾値）未満のときはスイッチ要素４を駆動せず、上限値以上のときにスイッチ要素４を駆動してオフする。すなわち、本実施形態では制御部５が取得部の役割を兼ねている。なお、必ずしも衝撃センサ７から直接信号端子13に衝撃検出信号が入力される必要はなく、例えば、制御装置24を経由して信号端子13に衝撃検出信号が入力されても構わない。ただし、制御装置24が故障する可能性を考慮すると、衝撃検出信号を衝撃センサ７から信号端子13に直接入力する構成が好ましい。
　衝撃センサ７は、衝撃検出信号として、検出した衝撃の大きさに対応した信号を出力する構成であってもよい。この場合、制御部５は、衝撃センサ７で検出された衝撃の大きさが所定の上限値（閾値）以上であることを示す信号を取得したときに、スイッチ要素４をオフする。
　或いは、衝撃センサ７は、検出した衝撃の大きさが所定の上限値（閾値）を超えたときにだけ衝撃検出信号を出力する構成であってもよい。（つまり、衝撃センサ７は、検出した衝撃の大きさが所定の上限値未満のときには衝撃検出信号を出力しない。）この場合、制御部５は、（取得部である制御部５自身が）衝撃検出信号を取得したときに、スイッチ要素４をオフする。
　電源部６は制御部５及びスイッチ要素４に動作電源を供給するものであって、例えば、乾電池やボタン電池などの１次電池で構成される。ただし、電源部６の代わりに受電端子がケース10に設けられ、外部電源(車両の蓄電池20など)から当該受電端子を介して動作電源が供給されるようにしても構わない。
　次に、本実施形態の電磁開閉装置１の動作を説明する。車両が正常に走行している場合、衝撃センサ７が検出する衝撃の大きさは上限値を超えないので、スイッチ要素４がオン状態に維持される。
　一方、走行中の車両が他の車両あるいは障害物などに衝突するような事故が発生した場合、車両に大きな衝撃が加わり、衝撃センサ７が検出する衝撃の大きさが上限値以上となる。すると、制御部５がスイッチ要素４を駆動してオフするので、コイル端子12から電磁石ブロック３への励磁電流の供給経路が遮断されて電磁石ブロック３が励磁されなくなり、接点ブロック２が開極する。その結果、制御装置24による制御の有無に関わらず、電磁開閉装置１が自発的にオフして電路21を開成するので、衝撃が加わった場合の安全性の向上を図ることができる。
　ここで、図２に示すように衝撃センサ７がケース10に収納されても構わない。衝撃センサ７がケース10に収納される場合、信号端子13及び信号端子13と衝撃センサ７を接続する信号線が不要となるので、配線作業の手間が要らなくなるという利点がある。ただし、衝撃センサ７をケース10に収納しない場合、車両において衝撃の検出に最も適した場所、例えば、バンパーなどに衝撃センサ７を設置できるという利点がある。
　なお、本実施形態では電気自動車などの車両に搭載される場合を例示したが、本実施形態の電磁開閉装置１は、車両以外にも蓄電池を搭載して移動あるいは持ち運びされる機器、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータなどに用いられることが好ましい。
　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (6)

  1. 　電路に挿入される接点ブロック並びに当該接点ブロックを駆動する電磁石ブロックを有し、当該電磁石ブロックは外部から励磁電流が供給されているときに前記接点ブロックを駆動して前記電路を閉成する電磁開閉装置であって、
    　前記励磁電流の供給経路に挿入される常閉型のスイッチ要素と、衝撃を検出する衝撃センサから衝撃検出信号を取得する取得部と、当該取得部で取得される前記衝撃検出信号に基づき、前記衝撃センサで検出された衝撃の大きさが所定の閾値以上であるときに前記スイッチ要素をオフして前記供給経路を開成する制御部と、を備えることを特徴とする電磁開閉装置。
  2. 　前記衝撃検出信号が入力される信号端子を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉装置。
  3. 　少なくとも前記接点ブロック、前記電磁石ブロック、前記スイッチ要素、前記取得部、前記制御部を収納するケースを備え、当該ケース内に前記衝撃センサが収納されることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉装置。
  4. 　前記スイッチ要素の駆動電力を供給するための電源を外部から受電するための受電端子を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁開閉装置。
  5. 　前記スイッチ要素の駆動電力を供給するための電源を外部から受電するための受電端子を備え、前記ケースに前記受電端子が設けられることを特徴とする請求項３記載の電磁開閉装置。
  6. 　少なくとも前記接点ブロック、前記電磁石ブロック、前記スイッチ要素、前記取得部、前記制御部を収納するケースと、当該ケースに収納され、前記スイッチ要素の駆動電力を供給するための電源とを備えることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の電磁開閉装置。
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