JP7081492B2 - 接続部材、移動体および電力供給システム - Google Patents
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Description
本開示は、接続部材、移動体および電力供給システムに関する。
直流給電でも交流給電でも、電力の切断時にはアーク放電が発生する。交流の場合、所定の時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に電圧がゼロとなる瞬間があるので、アーク放電は少なくとも上記所定の時間内（例えば１０ミリ秒以内）に自然に止まる。しかし直流給電では、ゼロ電圧となる瞬間がないため、アーク放電は自然には止まらない。
そのため、直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることを目的とした技術が開示されている（特許文献１，２等参照）。
しかし、直流給電においては、電流を供給する給電線の接続部分において直流の電流が流れている際に、ネジの緩みによる接触圧の低下などによって接続が不安定になると、その際の電流の大きさによってはアーク放電が発生する。
そこで、本開示では、アーク放電が発生する状況になった際に安全に電流を遮断することが可能な、新規かつ改良された接続部材、移動体および電力供給システムを提案する。
本開示によれば、導電性を有する端子部と、前記端子部の近傍に設けられ、前記端子部に接続される温度ヒューズと、を備え、前記温度ヒューズは、前記端子部との距離が、前記端子部を通じて当該温度ヒューズに流れる直流電流の量の１アンペアあたり１ミリメートルであり、前記端子部を通じて前記直流電流が当該温度ヒューズに流れる際に当該温度ヒューズで発生する熱では溶断せず、前記端子部においてアーク放電が発生した際の熱により溶断される特性を有する、接続部材が提供される。
また本開示によれば、上記接続部材を備える、移動体が提供される。
また本開示によれば、直流電力を供給するバッテリと、前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、上記接続部材と、を備える、電力供給システムが提供される。
以上説明したように本開示によれば、アーク放電が発生する状況になった際に安全に電流を遮断することが可能な、新規かつ改良された接続部材、移動体および電力供給システムが提供される。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１．背景
１．２．構成例
１．３．変形例
２．まとめ
１．本開示の実施の形態
１．１．背景
１．２．構成例
１．３．変形例
２．まとめ
＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．背景］
本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の背景について説明する。
［１．１．背景］
本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の背景について説明する。
直流給電でも交流給電でも、電力の切断時にはアーク放電が発生する。交流の場合、所定の時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に電圧がゼロとなる瞬間があるので、アーク放電は少なくとも上記所定の時間内（例えば１０ミリ秒以内）に自然に止まる。しかし直流給電では、ゼロ電圧となる瞬間がないため、アーク放電は自然には止まらない。
そのため、上述したように、直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることを目的とした技術が開示されている。
しかし、直流給電においては、電流を供給する給電線の接続部分において直流の電流が流れている際に、ネジの緩みによる接触圧の低下などによって接続が不安定になると、その際の電流の大きさによってはアーク放電が発生する。
アーク放電により発生する熱や光を外部から検出して電力を遮断するブレーカが提案されているが、発熱を検出するブレーカを接続部分ごとに設置すると、設置コストが大きく膨れあがってしまう。また、アーク放電により発生する光を検出する方式では、光の検出によって回路全体が遮断されることになり、故障部分の特定に時間が掛かる。
そこで本件開示者は、上述した点に鑑み、直流給電が行われる場合においてアーク放電が発生する状況になった際に安全に電流を遮断することが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、直流給電が行われる場合においてアーク放電が発生する状況になった際に安全に電流を遮断することが可能な接続部材を考案するに至った。
以上、本開示の実施の形態の概要について説明した。
［１．２．構成例］
次に、図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る接続部材の構成例を説明する。
次に、図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る接続部材の構成例を説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係る接続部材１００の構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて本開示の実施の形態に係る接続部材１００の構成例について説明する。
図１に示した接続部材１００は、直流電流による電力供給において電気的接続を中継するための部材である。図１に示したように、本開示の実施の形態に係る接続部材１００は、端子部１０１ａ、１０１ｂと、端子部１０１ａ、１０１ｂの間に設けられる温度ヒューズ１０２と、で構成される。
端子部１０１ａ、１０１ｂは、直流電流を流す電線に接続される電気的な端子である。従って端子部１０１ａ、１０１ｂは導電性を有する金属で形成される。図１に示した例では、端子部１０１ａ、１０１ｂはＹ字状の形状を有しており、例えばネジ締めによって直流電流を流す電線が端子部１０１ａ、１０１ｂに接続される。なお、端子部１０１ａ、１０１ｂと、直流電流を流す電線とは、その他にも磁力で結合されていても良く、半田付けによって結合されていてもよい。
温度ヒューズ１０２は、リード線１０３ａ、１０３ｂで、それぞれ端子部１０１ａ、１０１ｂと接続されている。温度ヒューズ１０２は、端子部１０１ａ、１０１ｂに直流電流が通常流れている際に発生する熱では溶断しない特性を有する金属で構成されている。
そして温度ヒューズ１０２に設けられる金属は、振動等の理由で端子部１０１ａ、１０１ｂにおける接続が不安定になり、端子部１０１ａ、１０１ｂにおいてアーク放電が発生すると、その際の熱によって溶断する特性を有する。
従って、温度ヒューズ１０２は、端子部１０１ａ、１０１ｂの近傍に設けられていることが望ましい。リード線１０３ａ、１０３ｂの長さは、接続部材１００に流れる電流の大きさによって変化させることができる。例えば、リード線１０３ａ、１０３ｂの長さは、接続部材１００に流れる電流１アンペアあたり１ミリメートルとすることができる。熱伝達量は、許容電流容量による線材の径に正比例し、線材の長さに反比例するため、安全を確保するための規定として許容電流が多くなれば線形を太くする規定となっている。そのため、端子部１０１ａ、１０１ｂから温度ヒューズ１０２までの長さも、その関係で選択することが出来る。接続部材１００は、実装を考慮して、電流と、端子部１０１ａ、１０１ｂから温度ヒューズ１０２までの長さとの比例関係を１Ａ／ｍｍ以下とし、温度ヒューズ１０２には、端子部１０１ａ、１０１ｂにおいてアーク放電が発生した際に生じる熱により溶融するものを適用したことを特徴としている。
本開示の実施の形態に係る接続部材１００は、このような構成を有することで、振動等の理由で端子部１０１ａ、１０１ｂにおける電気的接続が不安定になり、端子部１０１ａ、１０１ｂにおいてアーク放電が発生すると、そのアーク放電に伴って発生する熱で温度ヒューズ１０２を溶断させることが出来る。
接続部材１００は、アーク放電に伴って発生する熱で温度ヒューズ１０２を溶断させることで、端子部１０１ａ、１０１ｂにおける電気的接続が不安定になっても安全に直流電流を遮断させることが出来る。
図２は、本開示の実施の形態に係る接続部材１００の別の構成例を示す説明図である。図２に示した接続部材１００は、図１に示したものと比べて、温度ヒューズ１０２と並列に電流ヒューズ１０４が設けられている点が異なっている。
図２に示した接続部材１００は、温度ヒューズ１０２の溶断時に発生したエネルギーを電流ヒューズ１０４に迂回させる構成となっている。図２に示した接続部材１００は、温度ヒューズ１０２の溶断時に発生したエネルギーを電流ヒューズ１０４に迂回させることで、温度ヒューズ１０２の溶断時に発生したエネルギーを電流ヒューズ１０４の筐体の内部に閉じ込めたまま、アークを消弧させることが可能となる。
温度ヒューズ１０２における金属による電気抵抗が、電流ヒューズ１０４の電気抵抗よりも低くなるように、温度ヒューズ１０２を選択することが容易である。そのため、電流ヒューズ１０４を温度ヒューズ１０２に並列に設けることで、温度ヒューズ１０２に流れる電流による発熱も低く抑えられる。従って、平常時においては温度ヒューズ１０２に流れる電流による温度ヒューズ１０２の溶融の可能性は極めて低くなる。
図３は、本開示の実施の形態に係る接続部材１００の別の構成例を示す説明図である。図３に示した接続部材１００は、図２に示したものと比べて、温度ヒューズ１０２と電流ヒューズ１０４との間に、互い違いの方向に電流をそれぞれ流すダイオードＤ１、Ｄ２が設けられている点が異なっている。
温度ヒューズ１０２の両端に発生する電圧が、ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧以上になった場合に限り電流ヒューズ１０４に電流が流れるようにしたことが、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けたことによる効果となる。すなわち図３に示した接続部材１００は、通常時に電流ヒューズ１０４に電流が流れて電流ヒューズ１０４が劣化することを、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けたことによって防ぐことが出来る。
図４、５は、温度ヒューズ１０２の構成例を示す説明図である。図４、５に示した温度ヒューズ１０２は、バイメタル１１１が端子台１１２ａ、１１２ｂ及び絶縁体１１３ａ、１１３ｂを挟んで設けられ、バイメタル１１１の上に低温溶融金属１１４を配置した構造となっている。
バイメタル１１１は、低温溶融金属１１４が溶融し始める温度で歪み始めるような特性を有する。バイメタル１１１は、このような特性を有することで、溶融した低温溶融金属１１４を端子台１１２ａ、１１２ｂから切り離し、電力的に遮断する状態を作り出すことが出来る。図６，７は、低温溶融金属１１４が溶融し始める温度でバイメタル１１１が歪み始め、低温溶融金属１１４が端子台１１２ａ、１１２ｂから切り離された様子を示す説明図である。
［１．３．変形例］
接続部材１００は、様々な形態を取りうる。接続部材１００の様々な変形例について以下で説明する。
接続部材１００は、様々な形態を取りうる。接続部材１００の様々な変形例について以下で説明する。
図８は、ネジ止め式の端子台に温度ヒューズを組み込んだ形態を有する接続部材１００の例を示す説明図である。図９は、図８と同様に、ネジ止め式の端子台に温度ヒューズを組み込んだ形態を有する接続部材１００の例を示す説明図である。このように導線をネジによって接続する接続部材１００の内部に温度ヒューズを備えることで、端子部１０１ａ、１０１ｂにおける電気的接続が不安定になると温度ヒューズが溶断し、安全に直流電流を遮断させることが出来る。
図１０は、スナップイン型の端子台に温度ヒューズを組み込んだ形態を有する接続部材１００の例を示す説明図である。
上述してきた接続部材１００は、温度ヒューズ１０２の両端の近傍に端子部１０１ａ、１０１ｂを備える構成を有していたが、本開示は係る例に限定されるものでは無い。端子部は１つだけであってもよい。
図１１は、本開示の実施の形態に係る接続部材１００の別の構成例を示す説明図である。図１１に示した接続部材１００は、丸形端子１３１と、温度ヒューズが内蔵されたヒューズ部１３２と、配線ケーブル１３４と、丸形端子１３１と配線ケーブル１３４とを圧着する圧着部１３３と、を含んで構成される。
丸形端子１３１における電気的接続が不安定になってアーク放電が発生すると、そのアーク放電による熱で、ヒューズ部１３２に内蔵された温度ヒューズが溶断する。ヒューズ部１３２に内蔵された温度ヒューズが溶断することによって、接続部材１００は、丸形端子１３１における電気的接続が不安定になっても安全に直流電流を遮断させることが出来る。
図１２は、接続部材１００を備えた移動体４０の機能構成例を示す説明図である。移動体４０は、例えば、ガソリン車のようにガソリンを動力源とする移動体であってもよく、電気自動車、ハイブリッド車、電気オートバイ等の、充放電可能なバッテリを主な動力源とする移動体であってもよい。図１２には、移動体４０に、バッテリ２１０と、バッテリから供給される電力により駆動する駆動部２２０と、が備えられた場合の例が示されている。駆動部２２０には、例えばワイパー、パワーウィンドウ、ライト、カーナビゲーションシステム、エアーコンディショナのような車両に備えられる装備品や、モーター等の移動体４０を駆動させる装置などが含まれうる。
そして図１２に示した移動体４０には、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路の途中に、接続部材１００が設けられている。図１２に示した移動体４０は、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路上に、接続部材１００が設けられることで、例えば接続部材１００における接続状態が不安定になり、アーク放電の発生した場合であっても、安全に直流電流を遮断することができる。
なお図１２には、接続部材１００が１つだけ備えられている移動体４０の例を示したが、本開示は係る例に限定されるものではない。すなわち、接続部材１００は直流電力が供給される経路の途中に複数設けられても良い。また接続部材１００は、バッテリ２１０から駆動部２２０へ直流電力が供給される経路の途中だけでなく、他の場所、例えばバッテリ２１０を直流電力で充電する際の経路の途中に設けられても良い。移動体４０は、バッテリ２１０を直流電力で充電する際の経路の途中に接続部材１００を設けることで、安全にバッテリ２１０を直流電力で充電することができる。
＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、接続点においてアーク放電が発生すると、そのアーク放電に基づき生じる熱によって溶断する温度ヒューズを備える、直流電流用の接続部材１００が提供される。
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、接続点においてアーク放電が発生すると、そのアーク放電に基づき生じる熱によって溶断する温度ヒューズを備える、直流電流用の接続部材１００が提供される。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
導電性を有する端子部と、
前記端子部の近傍に設けられ、前記端子部を通じて直流電流が流れる際に発生する熱では溶断しない特性を有する温度ヒューズと、
を備え、
前記端子部と前記温度ヒューズとの距離は、前記直流電流の量が１アンペアあたり１ミリメートルである、接続部材。
（２）
前記温度ヒューズに並列に設けられる電流ヒューズをさらに備える、前記（１）に記載の接続部材。
（３）
前記温度ヒューズと前記電流ヒューズとの間に双方向に設けられるダイオードをさらに備える、前記（２）に記載の接続部材。
（４）
前記端子部は、前記温度ヒューズの両端に設けられる、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（５）
前記端子部は、直流電流を流す電線とネジによって締めつけられる構造を有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（６）
前記端子部は、直流電流を流す電線に圧着される、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（７）
前記端子部は、直流電流を流す電線と磁力により結合される構造を有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（８）
前記温度ヒューズは、溶断温度において溶断する金属と、該金属と接して設けられ、前記溶断温度付近において曲がり方が変化するバイメタルと、を備える、前記（１）～（７）のいずれかに記載の接続部材。
（９）
前記端子部と前記温度ヒューズとの距離は、前記直流電流の定格容量に対する安全基準に適合した線径が選ばれる前提で１アンペア当たり１ミリメートル以下である、前記（１）～（８）のいずれかに記載の接続部材。
（１０）
前記（１）～（９）のいずれかに記載の接続部材を備える、移動体。
（１１）
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、前記（１）～（９）のいずれかに記載の接続部材と、
を備える、電力供給システム。
（１）
導電性を有する端子部と、
前記端子部の近傍に設けられ、前記端子部を通じて直流電流が流れる際に発生する熱では溶断しない特性を有する温度ヒューズと、
を備え、
前記端子部と前記温度ヒューズとの距離は、前記直流電流の量が１アンペアあたり１ミリメートルである、接続部材。
（２）
前記温度ヒューズに並列に設けられる電流ヒューズをさらに備える、前記（１）に記載の接続部材。
（３）
前記温度ヒューズと前記電流ヒューズとの間に双方向に設けられるダイオードをさらに備える、前記（２）に記載の接続部材。
（４）
前記端子部は、前記温度ヒューズの両端に設けられる、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（５）
前記端子部は、直流電流を流す電線とネジによって締めつけられる構造を有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（６）
前記端子部は、直流電流を流す電線に圧着される、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（７）
前記端子部は、直流電流を流す電線と磁力により結合される構造を有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の接続部材。
（８）
前記温度ヒューズは、溶断温度において溶断する金属と、該金属と接して設けられ、前記溶断温度付近において曲がり方が変化するバイメタルと、を備える、前記（１）～（７）のいずれかに記載の接続部材。
（９）
前記端子部と前記温度ヒューズとの距離は、前記直流電流の定格容量に対する安全基準に適合した線径が選ばれる前提で１アンペア当たり１ミリメートル以下である、前記（１）～（８）のいずれかに記載の接続部材。
（１０）
前記（１）～（９）のいずれかに記載の接続部材を備える、移動体。
（１１）
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、前記（１）～（９）のいずれかに記載の接続部材と、
を備える、電力供給システム。
１００ 接続部材
１０１ａ、１０１ｂ 端子部
１０２ 温度ヒューズ
１０３ａ、１０３ｂ リード線
１０４ 電流ヒューズ
１０１ａ、１０１ｂ 端子部
１０２ 温度ヒューズ
１０３ａ、１０３ｂ リード線
１０４ 電流ヒューズ
Claims (10)
- 導電性を有する端子部と、
前記端子部の近傍に設けられ、前記端子部に接続される温度ヒューズと、
を備え、
前記温度ヒューズは、
前記端子部との距離が、前記端子部を通じて当該温度ヒューズに流れる直流電流の量の１アンペアあたり１ミリメートルであり、
前記端子部を通じて前記直流電流が当該温度ヒューズに流れる際に当該温度ヒューズで発生する熱では溶断せず、前記端子部においてアーク放電が発生した際の熱により溶断される特性を有する、
接続部材。 - 前記温度ヒューズに並列に設けられる電流ヒューズをさらに備える、請求項１に記載の接続部材。
- 前記温度ヒューズと前記電流ヒューズとの間に双方向に設けられるダイオードをさらに備える、請求項２に記載の接続部材。
- 前記端子部は、前記温度ヒューズの両端に設けられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の接続部材。
- 前記端子部は、直流電流を流す電線とネジによって締めつけられる構造を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の接続部材。
- 前記端子部は、直流電流を流す電線に圧着される、請求項１～３のいずれか１項に記載の接続部材。
- 前記温度ヒューズは、溶断温度において溶断する金属と、該金属と接して設けられ、前記溶断温度付近において曲がり方が変化するバイメタルと、を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の接続部材。
- 前記端子部と前記温度ヒューズとの距離は、前記直流電流の定格容量に対する安全基準に適合した線径が選ばれる場合に、１アンペア当たり１ミリメートル以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の接続部材。
- 請求項１～８のいずれか１項に記載の接続部材を備える、移動体。
- 直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも１つの、請求項１～８のいずれか１項に記載の接続部材と、
を備える、電力供給システム。
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