JP6992157B2 - 直流電気回路遮断スイッチ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、直流電気回路遮断スイッチ組立体に関連し、国際特許分類によれば、そのような発明は、電気に属し、基本的電気部品、すなわち、電流に依存して適切な装置を用いて起動される爆発を用いて活動化されるスイッチング機器の中に列挙されるスイッチおよびスイッチ組立体に含まれ、そのような発明は、クラスＨ０１Ｈ３９／００６に属する。

本発明は、小型で簡単なスイッチ組立体をどのように作成するかという問題に向けられ、このスイッチ組立体は、一方では、長期間繰り返される誘導に関係がある影響だけではなく、動的電流負荷がかかること、すなわち、各直流電圧（ＤＣ）電気回路内部の電流値の変動も耐えることができるべきであり、他方では、このスイッチ組立体の活動化により、自由に使用できる各電流値とは無関係に、アークをまったく形成することなく前記電気回路を即座に遮断可能であるべきであり、同時に、自由に使用できる各電流値および各電圧値とは無関係に、各電圧源から１つまたは複数の各電気負荷を全体として電気的に絶縁することを確実にすべきである。

直流電気回路遮断スイッチ組立体は、米国特許第９，２２１，３４３（Ｂ２）号明細書（特許文献１）（Ｔｅｓｌａ Ｍｏｔｏｒｓ， Ｉｎｃ．）で開示されている。そのようなスイッチ組立体は、１次伝導体および２次伝導体を介して各負荷に電気的に接続された直流電圧源を含む。そのような組立体は、一般に電気車両の中に搭載するのに適しており、たとえば車両衝突による緊急事態で電気回路を遮断するのに役立つ。実践では、前記電圧源は、電池、または１組の相互に接続された電池であり、一方では、前記負荷は、インバータであり、インバータを介して、別の各電気回路は、電気により給電され、それにより、たとえば車両の駆動、照明、暖房および空調、サーボモータの駆動などに役立つ。論じた解決手段に関しては、２次電気伝導体は、電気エネルギー源の負端子と負荷の対応する接続端子の間で連続的に伸長する。前記直流電圧電源の正端子と負荷の残りの接続端子の間で伸長する１次電気伝導体は、ふたまたに分かれ、互いに並列に接続された２つの分離した分岐からなり、第１の分岐では、溶融部材を伴う電気ヒューズは、一体化され、一方では、第２の分岐は、電気回路が規則正しく動作する間は遮断されないパイロスイッチ（ｐｙｒｏｓｗｉｔｃｈ）を含む。前記パイロスイッチは、外装を備えつけ、外装を通して、電気伝導体は伸長し、電気伝導体は、この特定の事例では１次伝導体の前記第２の分岐に対応する。前記外装の内側には、電気絶縁材からなり、電気回路が規則正しく動作する間は前記伝導体から一定距離離れて維持される、ギロチンの形をとるブレードが一体化され、しかしながら、ブレードは、原理上は花火式アクチュエータを用いて、必要なときに伝導体に向かってさらにまた移動可能である。前記アクチュエータの活動化は、電気回路内部の電流の値を監視するのに適したセンサの側から、または任意選択で、任意の他の自由に使用できるセンサの側から、たとえば、各車両内部の膨らませることができるエアバッグの活動化に役立つセンサからアクチュエータにより受信された信号に基づき行われる。そのようなスイッチを活動化することにより、そのように遮断された電気伝導体の両方の部分は、互いに離れて反らされ、そのような状態で互いに離れて、かつさらにまた任意の他の電気伝導性構成要素から離れて分裂したままでいる。

パイロスイッチは、一般に２つの実施形態で、すなわち、通常は遮断された形（ＮＯ－ｎｏｒｍａｌｌｙ ｏｐｅｎ、常時開）、および通常は遮断されない形（ＮＣ－ｎｏｒｍａｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ、常時閉）で市販されている。論じる解決手段では、そのようなスイッチは、規則正しく動作する間は遮断されないが、電気回路が遮断される必要があるときにはいつでも遮断されることができる。常時閉スイッチは、はるかにより大きくて扱いにくく、したがって、電動車両で使用するのに適さない。

電力損失が低いことに加えて、そのようなパイロスイッチはまた、活動化による反応時間が非常に短いという点で、すなわち、各電気回路の遮断がほぼ１ｍｓ以内に遂行されという点で卓越している。一方では、そのようなスイッチは、時間が経過する間、温度変動のために、中に含有される化学反応物の性質が変動する可能性を考慮すると問題があり、それに加えて、さらにまた電圧過負荷および誘導に関係がある現象を考慮すると問題がある。その結果として、スイッチ組立体それぞれが正常に動作する間、両方の伝導体は、一方では電圧源と接続され、他方では、各電気負荷と接続され、それにより、電気ヒューズ内部の溶融部材の抵抗が非常に高いために、電流は、前記パイロスイッチが一体化された分岐を通って単に伝導するだけである。そのような手法で、詳細には電気車両でそのようなスイッチ組立体を使用することにより、永続性のある動的電流過負荷を耐えることができない溶融部材を伴う電気ヒューズに関連する不完全性は、最小になる。すなわち、電気車両で電気ヒューズが爆発する間、溶融部材の材料の物理的性質は、電気ヒューズを通って伝導する電流の値が長期間にわたり変動するために、やがて来る電流負荷がかかる間に溶融部材が起こすどんなさらなる反応も比較的予測できず、信頼できないような程度に変化する場合があることがわかっている。

米国特許第９，２２１，３４３（Ｂ２）号明細書（特許文献１）による前記スイッチ組立体は、前記スイッチ組立体が一体化された電気回路のそのような電流過負荷にさらされたとき、受信した信号に基づき１次電流を遮断することにより反応すべきであり、それによりまず第一に、前記パイロスイッチは活動化され、その結果、対応する分岐内部の電流は遮断され、そのとき、電流は、他の分岐を通って、すなわち、電気ヒューズの溶融部材を通って依然として伝導してもよく、次いで、電気ヒューズは溶融し始め、それにより、スイッチ組立体全体にわたり、すなわち、電圧源と各電気負荷の間で、電気回路は、完全に遮断されるようになる。電流が電気ヒューズ内の公称電流制限値のある倍数値を超える、本質的な電流過負荷の場合、溶融部材の遮断は、比較的迅速に遂行され、これは実践では、ほぼ２０ｍｓ以内を意味する。しかしながら、そのようなスイッチ組立体を車両で使用するとき、詳細には円滑に運転している間の電流過負荷は、通常はそれほど高くない。そのような場合、車両衝突により、前記アクチュエータは、パイロスイッチを正常にトリガすべきであり、それにより、電気回路内の１次伝導体に属する分岐は、遮断され、そのとき、電流は、前記伝導体の残りの分岐を通る方向に向きを変えられる。電流過負荷が電気ヒューズの公称値をほんの少しだけ超えるとき、前記溶融部材が溶融するのに数分、または１時間以上かかることさえある場合があり、これは、どんな衝突状況でも短絡および／またはアークを確立する危険性があるために、まったく受け入れることができず、危険である。それに加えて、直流電圧電気回路と各電気負荷の間で電気回路内の１次伝導体を迅速にうまく遮断する場合でさえ、２次伝導体は、依然として遮断されず、電圧源と電気負荷の両方と接続されたままである。詳細には、車両では、この不完全性は、前記電気負荷が、一方では、前記電圧源と接続され、他方では、さらにまたさまざまな電気回路と接続されるので、問題につながる場合があり、この場合、さまざまな電気回路のいくつかは、さらにまたコンデンサを包含し、コンデンサの中には、電気容量は、依然として蓄積されたままであり、コンデンサは、そのようなスイッチ組立体の１次電気伝導体が遮断されるにもかかわらず活動化を持続する追加電圧源を表す場合がある。そのような「隠れた」電圧源はまた、前記車両衝突の状況で非常に危険な場合がある。

さらに、花火式ヒューズだけではなく別のヒューズも備える並列回路について、独国特許出願公開第１０２００８０４４７７４（Ａ１）号明細書（特許文献２）で開示されている。さらになお、大電流および高電圧で遮断するための電子遮断スイッチについて、独国特許出願公開第１０２０１６１２４１７６（Ａ１）号明細書（特許文献３）で開示されている。

米国特許第９，２２１，３４３（Ｂ２）号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０４４７７４（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１６１２４１７６（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、直流電気回路遮断スイッチ組立体を提供することである。

本発明は、１次電気伝導体および２次電気伝導体を介して電気接続を確立するとき、直流電圧電源と少なくとも１つの負荷の間で一体化するのに適した直流電気回路遮断スイッチ組立体に関連し、その結果、スイッチ組立体の前記伝導体を用いて、前記電源の１次端子は、各電気負荷の１次端子と電気的に接続可能であり、前記電源の２次端子は、各電気負荷の２次端子と電気的に接続可能である。スイッチ組立体の前記１次電気伝導体は、互いに並列に接続された２つの分岐を備え、第１の分岐は、溶融部材を伴う電気ヒューズを含み、第２の分岐は、遮断部材を伴うだけではなく、アクチュエータも伴うパイロスイッチを含み、遮断部材は、前記パイロスイッチを通して伸長する１次電気伝導体の前記第２の分岐を遮断することができ、アクチュエータは、各電気回路内の電流値を監視するのに適したセンサから、または少なくとも１つの物理的特性を監視するのに適した、前記スイッチ組立体が一体化された任意の装置内の所望の各場所で利用可能な任意の他のセンサから受信した電気インパルスを用いて、中に含有される少なくとも１つの化学反応物が爆発することによって１次電気伝導体の前記第２の分岐が遮断されるために、前記遮断部材（５１）の適切な動きを確実にすることができる。

前述の技術的問題は、前記パイロスイッチがそのような遮断部材を備える配列を用いて解決され、そのような遮断部材は、遮断部材を用いて１次電気伝導体の前記第２の分岐が遮断されず、かつ前記遮断部材が２次電気伝導体から十分に離れた距離で保持される、遮断部材の第１の位置、すなわち、初期位置から、１次電気伝導体の第２の分岐全体にわたり電気回路が遮断され、かつ遮断部材がスイッチ組立体の２次伝導体と電気伝導性接触で保持される、遮断部材の第２の位置、すなわち、ずれた位置の中に、前記パイロスイッチ内部で移動可能である。

本発明は、前記遮断部材が、機械的に遮断可能であり、かつ前記遮断部材の初期位置から第２の位置まで移動可能な、１次電気伝導体の第２の分岐の一部分であることをさらに提供する。

本発明によるスイッチ組立体は、１次電気伝導体の第２の分岐を通る電気回路が遮断される遮断部材の第２の位置、すなわち、ずれた位置にある前記遮断部材が、スイッチ組立体の２次電気伝導体と電気伝導性接触で保持され、その結果としてさらにまた各負荷と、さらにまた各直流電圧電源の２次端子と、電気的に接触して保持されることをさらになお特徴とする。

本発明についていくらかより詳細に、概略的に提示する、ある実施形態を示す。

図１に概略的に提示するある実施形態を用いて、本発明についていくらかより詳細に説明する。

直流電気回路遮断スイッチ組立体１は、１次電気伝導体１１および２次電気伝導体１２を介して電気接続を確立することにより、直流電圧電源２と少なくとも１つの負荷３の間で一体化されることができる。ここでは、スイッチ組立体１の前記伝導体１１、１２を用いて、前記電源２の１次端子２１は、各電気負荷３の１次端子３１と電気的に接続可能であり、前記電源２の２次端子２２は、各電気負荷３の２次端子３２と電気的に接続可能である。

スイッチ組立体１の前記１次電気伝導体１１は、互いに並列に接続された２つの分岐１１１、１１２を備え、第１の分岐１１１は、溶融部材４１を伴う電気ヒューズ４を含み、第２の分岐１１２は、遮断部材（５１）を伴うだけではなく、アクチュエータ５２も伴うパイロスイッチ（５）を含み、遮断部材（５１）は、前記パイロスイッチ（５）を通って伸長する１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐１１２を遮断することができ、アクチュエータ５２は、受信した電気インパルスを用いて、中に含有される少なくとも１つの化学反応物が爆発することによって１次電気伝導体１１の前記第２の分岐１１２を遮断することにより、前記遮断部材５１の適切な動きを確実にすることができる。前記アクチュエータ５２は、それぞれの重大な状況では、たとえば、乗用車の衝突により、各電気回路内の電流値を監視するのに適したセンサから、または少なくとも１つの物理的特性を監視するのに適した、前記スイッチ組立体１が一体化された任意の装置内の所望の各場所で利用可能な任意の他のセンサから、インパルスを受け取る。

前述の技術的問題を解決することに関連して、前記スイッチ組立体は、それに応じて本発明に従って修正されており、遮断部材５１を備えるそのようなパイロスイッチ５を備えつけ、遮断部材５１は、遮断部材５１を用いて１次電気伝導体１１の前記第２の分岐１１２が遮断されず、かつ前記遮断部材５１が２次電気伝導体１２から十分に離れた距離で保持される、遮断部材５１の第１の位置、すなわち、最初の位置から、１次電気伝導体１１の第２の分岐１１２全体にわたり電気回路が遮断され、かつ遮断部材５１がスイッチ組立体１の２次伝導体１２と電気伝導性接触で保持される、遮断部材５１の第２の位置、すなわち、ずれた位置の中に、前記パイロスイッチ５内部で移動可能である。

前記遮断部材５１は、機械的に遮断可能であり、かつ前記遮断部材５１の初期位置から第２の位置まで移動可能な、１次電気伝導体１１の第２の分岐１１２の一部分とすることができる。

その結果として、前記遮断部材５１は、その第２の位置、すなわち、ずれた位置にあり、その位置では、１次電気伝導体１１の第２の分岐１１２を通る電気回路は、遮断され、スイッチ組立体１の２次電気伝導体１２と電気伝導性接触で保持され、これと共にその結果としてさらにまた各負荷３と、さらにまた直流電源２の２次端子２２と、電気的に接触して保持される。

そのような驚くほど簡単な部材のおかげで、前述の技術的問題は、完全に解決される。スイッチ組立体１は、疑いもなく簡単であり、適切なパイロスイッチ５を導入するにもかかわらず、必要とされる各空間を考慮すると、大きく取り扱いにくいということはまったくない。前記パイロスイッチ５、および溶融部材４１を伴う電気ヒューズ４を１次電気伝導体１１の２つの分離した分岐１１１、１１２の中に配列するおかげで、そのようなスイッチ組立体１は、温度変動に耐えることができ、さらに、誘導性変動だけではなく、動的電流強度、すなわち、特定の各直流電圧（ＤＣ）電気回路内部の電流値の頻繁な変化にも対処することができる。一方では、前記スイッチ組立体は、たとえば電気駆動車両が衝突する状況では、各電圧、および電流の実際の各値とは無関係に、詳細には、自由に使用できる１つまたは複数の各電気負荷が自由に使用できる各直流電源に関して完全に絶縁されるようになるアークを確立することなく、アクチュエータ５２の活動化に基づき、前記直流電圧電気回路を即座に遮断することを可能にする。遮断部材５１が、前記スイッチ組立体１および各負荷３を介して、遮断部材５１の最初の位置、すなわち、遮断されていない位置から、各直流電圧回路内の２次伝導体１２と接触する遮断部材５１のずれた位置の中へ前記移動するおかげで、電圧源２から完全に分離された追加の電気回路が確立され、任意の追加の電源が、そのような新しく確立された回路の内部に隠れたままでいるが、そのような電源は、電源２と接触するようになる可能性がない。

Claims (3)

1. 直流電圧電源（２）と少なくとも１つの負荷（３）との間に介在し、１次電気伝導体（１１）と２次電気伝導体（１２）とを含む直流電気回路遮断スイッチ組立体（１）であって、前記１次電気伝導体（１１）を用いて、前記電源（２）の１次端子（２１）は、各前記電気負荷（３）の１次端子（３１）と電気的に接続可能であり、前記２次電気伝導体（１２）を用いて、前記電源（２）の２次端子（２２）は、各前記電気負荷（３）の２次端子（３２）と電気的に接続可能であり、前記スイッチ組立体（１）の前記１次電気伝導体（１１）は、互いに並列に接続された２つの分岐（１１１、１１２）を備え、第１の分岐（１１１）は、溶融部材（４１）を伴う電気ヒューズ（４）を含み、第２の分岐（１１２）は、遮断部材（５１）を伴うだけではなく、アクチュエータ（５２）も伴うパイロスイッチ（５）を含み、前記遮断部材（５１）は、前記パイロスイッチ（５）を通って伸長する前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）を遮断することができ、前記アクチュエータ（５２）は、各電気回路内の電流値を監視するのに適したセンサから、または少なくとも１つの物理的特性を監視するのに適した、前記スイッチ組立体（１）が一体化された任意の装置内の所望の各場所で利用可能な任意の他のセンサから受信した電気インパルスを用いて、中に含有される少なくとも１つの化学反応物が爆発することによって前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）が遮断されるために、前記遮断部材（５１）の適切な動きを確実にすることができるスイッチ組立体であって、前記パイロスイッチ（５）は、前記遮断部材（５１）を用いて前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）が遮断されず、かつ前記遮断部材（５１）が前記２次電気伝導体（１２）から十分に離れた距離で保持される前記遮断部材（５１）の第１の位置、すなわち、最初の位置から、前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）全体にわたり前記電気回路が遮断され、かつ前記遮断部材（５１）が前記スイッチ組立体（１）の前記２次電気伝導体（１２）と電気伝導性接触で保持される前記遮断部材（５１）の第２の位置、すなわち、ずれた位置の中に、前記パイロスイッチ（５）内部で移動可能なそのような遮断部材（５１）を備えることを特徴とするスイッチ組立体。
2. 前記遮断部材（５１）は、機械的に遮断可能であり、かつ前記遮断部材（５１）の初期位置から前記遮断部材（５１）の前記第２の位置まで移動可能な、前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）の一部分であることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチ組立体。
3. 前記１次電気伝導体（１１）の前記第２の分岐（１１２）を通る前記電気回路が遮断される前記遮断部材（５１）の前記第２の位置、すなわち、前記ずれた位置にある前記遮断部材（５１）は、前記スイッチ組立体（１）の前記２次電気伝導体（１２）と電気伝導性接触で保持され、その結果としてさらにまた各前記負荷（３）と、さらにまた前記直流電圧電源（２）の前記２次端子（２２）と電気的に接触して保持されることを特徴とする、請求項１または２に記載のスイッチ組立体。
   

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