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技術 直流用感熱遮断器

出願人 株式会社生方製作所
発明者 佐藤重己石井成尚
出願日 2015年3月18日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2015-055158
公開日 2016年10月6日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2016-177891
状態 特許登録済
技術分野 熱応動スイッチ(1)
主要キーワード 感熱スイッチ 感熱装置 サーキットブレーカー ガイドキャップ 収納部外 保護対象機器 発熱能力 接点開放
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

目的

対象機器過熱状態を検出し、高圧直流電流遮断できる従来よりも小型の遮断器を得る。

構成

電気絶縁性材料で構成された収納容器内温度検出部とこの温度検出部により駆動されて一対の可動接点9を直列かつ一体に接続された接点間を同時に開放する構造とされている。温度検出部に配置された熱応動板14が所定温度に達すると接点機構起動部13を駆動して接点間を開放させる。接点機構は温度検出部によって接点間を開放されたのちは再接続不能にされている。

効果

遮断器と温度検知部を一体にするとともに繰り返し動作のできない一回動作の遮断器としたことで、接点機構の構造を簡素化でき小型化が可能になる。また接点機構を直列に接続された一対の可動接点を同時に開放する構造としたことで、一つの接点間に掛かる電圧下げることができ、接点開放時のアークが継続しにくくなる。

概要

背景

従来から自動車用付属機器に取り付けられる感熱スイッチとして各種のものが提案されており、その一例として熱伝導性の良い金属製の密閉容器内にスイッチ機構とこのスイッチ機構を駆動するためのバイメタル収納したものがある。(例えば特許文献1参照)

また、この感熱スイッチを例えばカーエアコン用冷媒圧縮機容器に取り付けることで異常過熱時に制御回路に信号を伝えるようにしたものがある。(例えば特許文献2参照)

近年、自動車電動化が進む中で、冷媒圧縮機ヒータなどの付属機器で従来の車両で使われてきたものよりも高電圧電流直流電源が使用されるようになっている。通常はその通電量などはコントローラーで制御されるが、万が一のときには通電遮断するために保護装置の必要性が増している。

例えば前述した電動圧縮機回路やヒータが何らかの原因で異常過熱した場合などにはまず火災などの危険を避けるために対象機器への通電を遮断する必要がある。前述した従来の感熱スイッチは制御用の小さな電流を流すものであり、直流の高電圧高電流を直接遮断できないため、遮断用の装置としてはサーキットブレーカー電流ヒューズが使用されている。

一方でサーキットブレーカーや電流ヒューズなどの保護装置はそれ自身だけでは温度などで動作させることができない。そのため、回路上に電路短絡させる感熱スイッチを設けることにより、過熱を検知した際には短絡電流で保護装置を作動させて負荷への通電を遮断するものなどが提案されている。(例えば特許文献3)

概要

対象機器の過熱状態を検出し、高圧直流電流を遮断できる従来よりも小型の遮断器を得る。電気絶縁性材料で構成された収納容器内温度検出部とこの温度検出部により駆動されて一対の可動接点9を直列かつ一体に接続された接点間を同時に開放する構造とされている。温度検出部に配置された熱応動板14が所定温度に達すると接点機構起動部13を駆動して接点間を開放させる。接点機構は温度検出部によって接点間を開放されたのちは再接続不能にされている。遮断器と温度検知部を一体にするとともに繰り返し動作のできない一回動作の遮断器としたことで、接点機構の構造を簡素化でき小型化が可能になる。また接点機構を直列に接続された一対の可動接点を同時に開放する構造としたことで、一つの接点間に掛かる電圧下げることができ、接点開放時のアークが継続しにくくなる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電気絶縁性材料で構成された収納容器を持ち、この収納容器内温度検出部とこの温度検出部により駆動されて接点間を開放する接点機構を有し、この接点機構は一対の可動接点直列かつ一体に接続された可動接点ユニットを同時に解離する構造とされており、温度検出部は通電部分から離された収納容器の一端に金属製のカバーによって固定されており、この温度検出部は温度に応じて熱応動板が変形し所定温度に達すると接点機構の起動部を駆動して接点間を開放させるものであり、接点機構は温度検出部によって接点間を開放されたのちは再接続不能にされていることを特徴とする直流感熱遮断器

請求項2

接点機構はバネによる付勢に抗して接点間を接触した状態となるように起動部上に設けられた係止部によって可動接点ユニットが保持されており、温度検出部が起動部を駆動して係止部を接点機構から外すことにより前記バネが接点機構を駆動して可動接点ユニットが一対の接点間を同時に開放することを特徴とする請求項1に記載の直流用感熱遮断器。

請求項3

熱応動板は金属製のカバーと直接接触していることを特徴とする請求項1または2に記載の直流用感熱遮断器。

請求項4

金属製のカバーは開口部があり、この開口部を通して熱応動板が保護対象機器に直接接触できることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の直流用感熱遮断器。

請求項5

保護対象機器の遮断器設置部には遮断器の温度検出部を含む収納容器を収める金属製のガイドキャップが取り付けられており、このガイドキャップに収納容器を収めることによりガイドキャップの底面と遮断器の熱応動板が直接接触することを特徴とする請求項4に記載の直流用感熱遮断器。

技術分野

0001

本発明は自動車に搭載される直流電源で使用される機器に取り付けられるものであり、異常過熱時に機器への通電遮断して保護するための感熱遮断器に関するものである。

背景技術

0002

従来から自動車用付属機器に取り付けられる感熱スイッチとして各種のものが提案されており、その一例として熱伝導性の良い金属製の密閉容器内にスイッチ機構とこのスイッチ機構を駆動するためのバイメタル収納したものがある。(例えば特許文献1参照)

0003

また、この感熱スイッチを例えばカーエアコン用冷媒圧縮機容器に取り付けることで異常過熱時に制御回路に信号を伝えるようにしたものがある。(例えば特許文献2参照)

0004

近年、自動車の電動化が進む中で、冷媒圧縮機ヒータなどの付属機器で従来の車両で使われてきたものよりも高電圧電流の直流電源が使用されるようになっている。通常はその通電量などはコントローラーで制御されるが、万が一のときには通電を遮断するために保護装置の必要性が増している。

0005

例えば前述した電動圧縮機回路やヒータが何らかの原因で異常過熱した場合などにはまず火災などの危険を避けるために対象機器への通電を遮断する必要がある。前述した従来の感熱スイッチは制御用の小さな電流を流すものであり、直流の高電圧高電流を直接遮断できないため、遮断用の装置としてはサーキットブレーカー電流ヒューズが使用されている。

0006

一方でサーキットブレーカーや電流ヒューズなどの保護装置はそれ自身だけでは温度などで動作させることができない。そのため、回路上に電路短絡させる感熱スイッチを設けることにより、過熱を検知した際には短絡電流で保護装置を作動させて負荷への通電を遮断するものなどが提案されている。(例えば特許文献3)

0007

特開平05−101761

0008

特開2002−367495

先行技術

0009

特開2010−246218

発明が解決しようとする課題

0010

しかし回路を短絡させた大電流でサーキットブレーカーや電流ヒューズなどの保護装置を作動させる場合、短絡電流は電源から主回路を通じて流れるため、異常の発生した機器の回路だけでなく主回路に設けたヒューズなどの保護装置が動作してしまう場合がある。そのため電気自動車においては例えばヒータ回路などに異常が発生して通電を遮断する場合にも、全動力が遮断されてしまい突然走行不能になってしまう可能性がある。

0011

また高電圧高電流に対応した直流用リレーなどを使用することで、短絡電流ではなく制御信号でリレーを動作させることが可能になるが、温度センサー等を別に用意する必要があり、取付作業が煩雑になると言う問題があった。また直流の大電流に対応するものは大型化するため、自動車などにおいては取付位置の確保が難しい。

0012

また交流電流と違い直流電流は電流のゼロ点が発生しないため、アーク切れにくくなる。そのため大電流を遮断するためにはアークを短時間で消すために接点間距離を大きくとるなどして、リレーの構造が大型化すると言う問題がある。さらに電流遮断時にアークによる接点表面荒れ激しくなるため接点を大型化しても繰り返しの使用に対する寿命は非常に短くなる。そのため一度でも動作したものは一見問題ないようであっても、再使用の際には所定の性能が得られない場合がある。特に再使用の際に表面が荒れた接点同士が接触することで接触抵抗が高くなると、大電流の通電により高熱になった接点間が溶着を起こしてしまうことがあり、保護動作に支障を生ずると言う問題がある。また通電状態再投入されると投入時のアークで溶着を起こす可能性がより高くなる。そのため、使用できる状態においては所期の性能を得られるように保護動作後の繰り返し使用ができない保護装置が求められている。

0013

一方でヒューズを溶断させるものにおいては、その構造上繰り返し使用はできないが、直流電流には電流のゼロ点が発生しないため大電流を遮断することが困難であり、サーキットプレーカーなどと比べても決して小型と言えないサイズの電流ヒューズを使用する必要がある。さらに温度ヒューズであっても、冷媒圧縮機などの過熱状態を検出すべき保護対象機器に接触させることは難しい。また過熱によって動作する温度ヒューズでは大電流による自己発熱の影響もあり、保護対象機器の過熱だけを検出して所望の温度で動作させることが困難である。

0014

そのため直流の高圧大電流を遮断できる遮断器と感熱装置とを一体にし、動作後は再使用できないようにした遮断器が求められている。

課題を解決するための手段

0015

そこで本発明の直流用感熱遮断器は、電気絶縁性材料で構成された収納容器を持ち、この収納容器内温度検出部とこの温度検出部により駆動されて接点間を開放する接点機構を有し、この接点機構は一対の可動接点直列かつ一体に接続された可動接点ユニットを同時に解離する構造とされており、温度検出部は通電部分から離された収納容器の一端に金属製のカバーによって固定されており、この温度検出部は温度に応じて熱応動板が変形し所定温度に達すると接点機構の起動部を駆動して接点間を開放させるものであり、接点機構は温度検出部によって接点間を開放されたのちは再接続不能にされていることを特徴とする。

0016

また前記接点機構はバネによって付勢されながら係止部によって接点間を接触した状態で可動接点ユニットが保持されており、温度検出部が接点機構の係止部を外すことにより前記バネが接点機構を駆動して可動接点ユニットが一対の接点間を同時に開放する。

0017

熱応動板は金属製のカバーと直接接触、または金属製のカバーに設けられた開口部を通して保護対象機器に直接接触できる。

0018

さらに保護対象機器の遮断器設置部には遮断器の温度検出部を含む収納容器を収める金属製のガイドキャップを取り付けて、このガイドキャップに収納容器を収めることによりガイドキャップの底面と遮断器の熱応動板が直接接触する。

発明の効果

0019

本発明によれば繰り返し動作のできない一回動作の遮断器としたことで、接点機構の構造をシンプルにできるとともに特殊な接点などを必要とせず、所望の性能を得ることができる。また接点機構を直列に接続された一対の可動接点を同時に開放する構造としたことで、一つの接点間に掛かる電圧下げることができ、接点開放時のアークが継続しにくくなる。さらに遮断器と温度検知部を一体にするとともに、この温度検知部を通電部から離れた位置に置かれた熱応動板で構成することにより所定の温度で起動部を駆動して接点間を開放するので、通電量の影響を受けず所定の温度で精度よく動作させることができる。

図面の簡単な説明

0020

本発明の直流用感熱遮断器の一例の外形を示す斜視図
図1の直流用感熱遮断器の正面図
図1の直流用感熱遮断器の動作前の状態を示す断面図
図3の直流用感熱遮断器の動作後の状態を示す断面図
保護対象機器へ本発明の直流用感熱遮断器を取り付けた状態を示す一実施例
保護対象機器へ本発明の直流用感熱遮断器を取り付けた状態を示す他の実施例

実施例

0021

次に図1ないし図4を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明の直流用感熱遮断器1(以下、遮断器と記す)は、電気絶縁材料で構成された収納容器内に温度検出部とこの温度検出部により駆動されて接点間を開放する接点機構を有している。この収納容器はベース2と円筒容器3からなり、その内部に後述する可動接点の移動できる接点空間4が構成されている。ベース2の外側端面にはそれぞれに容器内側固定接点5を固定された一対の金属製の端子板6が電気絶縁性トップカバー7と共に固定されており、端子ネジ6Aを含む接続部だけが露出した状態となっている。

0022

ベース2はその中央に貫通穴が設けられ、前記一対の固定接点間を接続するために金属製のバイパス板8上に一対の可動接点9(図3および4では重なっているため一つしか図示されない)を固定した可動接点ユニット10が配置されている。可動接点ユニット10は移動ブロック11と一体に固定され、通常時は後述する係止部により保持されることでベース2に配置されたバネ12の反発力に抗して二つの固定接点5間を接続している。

0023

円筒容器3内には接点機構の起動部であるL字型ラッチ13がL字の中間点となる軸13Eを中心に回動可能に配置され、その一端にある係止部13Aを前記移動ブロック11の端面に係止させることで移動ブロックおよび可動接点ユニット10が移動しないように所定位置で保持されている。他方の受動端13Bは外側方向を向いており、後述する熱応動板の動作によって移動するように配置されている。また本実施例ではラッチ13に移動ブロックの戻りを防止するための突起13Cが設置されている。

0024

接点機構などの通電部分から充分に離れた円筒容器3の外側端面3Aには、温度検出部としてバイメタルなどを浅い皿状に絞り成形して所定温度で反転動作するように設定された熱応動板14が配置されている。本実施例では熱応動板14には円形のバイメタルが使用され、外側端面3Aを覆うように金属カバー15で覆うことにより固定されている。また熱応動板14の容器内側の面には薄い金属板で作られた押さえバネ16が配置され、熱応動板をその動作に実質的な影響を与えない力で押圧しながら金属カバー15側に直接接触させることで、感熱面となる金属カバーが受けた熱を熱応動板に速やかに伝えることができる。さらに本実施例では金属カバー15にはその中央に開口部15Aが設けられ、熱応動板14の中央が露出している。そのため熱応動板14を保護対象機器の所定の部分に直接接触させることができる。逆に熱応動板を露出したくない場合は、開口部のない金属カバーで外側端面を覆うようにしてもよい。

0025

この遮断器1は自動車用の冷媒圧縮機や温水ヒータなどの保護対象機器に対して、熱応動板14が確実に熱を拾うことができるように配置される。例えば冷媒圧縮機の密閉容器の外側の所定の部分に熱応動板が対向するように取り付けられる。熱応動板14は直接通電される構造ではなく、また接点機構などの通電部分からも充分に離されているので、通電量による熱の影響はなく保護対象機器の温度をより正確に検知することができる。

0026

遮断器1は動作前の状態では図3に示すように接点間を閉じた状態とされており、一対の端子板6間はそれぞれの接点とバイパス板を介して電気的に接続されている。

0027

次にこの遮断器による保護動作について説明する。

0028

何らかの異常により保護対象機器の表面温度が上昇し、熱応動板14が所定の動作温度に達するとその湾曲方向反転する。実施例ではこの反転動作はスナップアクションを伴って行われるため、その動作までは熱応動板14とラッチ13は接触していないためラッチに力はかからない。動作時には反転した熱応動板により瞬時に受動端13Bを押し込まれる。受動端13Bを押し込まれることで駆動されたラッチ13は、軸13Eを中心に回動して係止部13Aが移動ブロック11から外れる。そのためバネ12によって押された移動ブロック11が円筒容器内部に設けられた案内溝3Bに沿って移動を始めるとともに、移動ブロックと一体に固定された可動接点ユニット10が固定接点から解離する。この時、接点間にアーク放電が発生するが、接点間距離を充分に取るとともに容器の内面にアークの熱で消弧ガスを発生するようにするなどしてアークの継続を抑えることができる。また接点が直列に2対配置されているため、接点開放時に一つの接点間に掛かる電圧が分圧されてアークが継続しにくくなる。

0029

移動ブロック11は円筒容器の内側端面3Cに達して止まる。本実施例では前述したようにラッチ13に移動ブロックの戻りを防止するための突起13Cが設置されている。移動ブロック11は移動時にラッチ13先端の舌状部13Dを撓ませながら突起13Cの鈍角になっている斜面側から乗り越える。移動ブロック11が勢いを保ったまま円筒容器の内側端面3Cに当接すると、跳ね返りを起こして接点を再度接続してしまう可能性があるが、この時は突起13Cの鋭角になっている斜面に当接するためそれ以上移動することができない。こうして移動ブロック11の跳ね返りによる接点間の再接続を防ぐとともに、この遮断器は一旦動作したのちには手動でも復帰させることはできず再接続不能にされる。

0030

そのため、遮断動作時の強いアークにより表面が荒れた接点の再接続を防ぐことができる。こうすることで遮断器は確実に未動作のものだけを使用されることになり、その再利用による保護性能の低下や接点の溶着などによる動作不良などの事態を防ぐことができる。

0031

また復帰用のレバーなどの構成を設ける必要がないので、装置全体を小型にすることができる。さらに再接続を必要としないことで、接点材料には必ずしも直流開閉用やアーク対策を施した特殊な金属などは必要としないので、製造がより容易になる。また、感熱部である熱応動板や金属カバーは導電部から充分に離れているため、感熱部を保護対象機器に直接接触させることができる。

0032

なお、実施例ではラッチに移動ブロックおよび可動接点ユニットの戻り止めのための突起を設けているが、同様の突起を収納容器に設けてもよいし、戻り止めの代わりに移動ブロックの跳ね返りを防止する緩衝部を設けてもよい。また可動接点と固定接点の開放時に両者の間に遮蔽板を挿入することで、可動接点ユニットの跳ね返りを防ぐとともに接点間に発生するアークを早期に遮断することが可能になる。

0033

次にこの遮断器の保護対象機器への取付けについて図5を参照しながら説明する。保護対象機器21はエアコン用の冷媒圧縮機であり密閉容器21Aの内部に電動機21Bや図示しない圧縮機が配置され、密閉容器内部が冷媒通路とされている。遮断機1は密閉容器に外側に設けられた非貫通の取付穴21Cにその温度検出部である端面が接触するように取り付けられている。遮断機1は前述のようにカバーの端面に開口部を設けておくことにより、熱応動板を密閉容器の取付穴21Cの底面に接触させることができる。この場合、密閉容器の薄くされた部分に温度検出素子である熱応動板が直接接触することで温度変化に素早く対応することができるが、スイッチ内気密性が必要とされる場合は開口部のない金属カバーとすることもできる。

0034

この実施例では遮断器1を、一端を密閉容器上に固定した板バネ22により固定している。取付穴21Cの底部は容器の他の部分と比較して薄くされており、内部の冷媒温度が遮断器1に素早く伝わるようにされている。また実施例では取付穴21Cにサーミスタのような温度センサー23を遮断器1と共に配置することにより、通常運転においては保護対象機器の温度状況を基に運転を制御するとともに、異常な過熱時には遮断器1により確実に通電を遮断できる。

0035

次に図6を参照しながら他の取付例について説明する。図6の保護対象機器41は電気自動車などで使われる液体循環式のヒータであり、密閉された循環路内封入された熱媒体となる液体電気式のヒータ41Bで加熱し、この熱媒体を通す熱交換機で室内に流れる空気を暖めるものである。

0036

通常は前記熱媒体となる液体が所定の温度以下となるようにヒータ出力を制御されているが、何らかの原因で液体が減ったり抜けたりして空焚き状態になるとヒータが高熱になり発火に至る可能性がある。特に自動車で使用される場合、冬季に室内を素早く暖めることが求められるためにヒータは高い発熱能力を持つ。そのため、図5のような密閉容器越しの取付けでは空焚き状態の急激な過熱に検出や制御が充分に追い付かない場合がある。そのため、本実施例では密閉容器41Aに貫通穴41Cが設けられ、遮断器取付け用円筒形の収納部を設けた金属製のガイドキャップ42がその開口部側に設けられたフランジ溶接などの方法で気密に固定されている。このガイドキャップ42は金属板をプレス加工などにより遮断器1を収納できる円筒形にされており、密閉容器41Aを直接加工するよりも薄くすることができる。さらに実施例ではガイドキャップの収納部の外周面42Aが、密閉容器の貫通穴41Cの内周面に直接接触しないように配置されている。

0037

また遮断機31にはベースから外側に延長された取付部31Aが設けられている。この取付部31Aはボルト31Bで密閉容器41Aに固定され、このとき遮断器31を前記ガイドキャップ42の収納部に収納することで遮断器はその端面がガイドキャップの底面に接触している。

0038

ガイドキャップ42は薄い金属板で作られていることにより、熱媒体の温度を遮断器端面の熱応動体へと素早く伝えることができる。一方でガイドキャップ42の収納部外周面42Aと密閉容器貫通穴41Cの内周面とに隙間を設けた事により、ガイドキャップ端面の熱は密閉容器へと伝わりにくくなり遮断器の熱応答性がよくなる。さらにガイドキャップを電気ヒータ42B近傍に対向させたり接触させたりすることで、ヒータの過熱状態を遮断器の温度検出部により素早く伝えられるようになる。そのため空焚き状態によって起きる急速な温度上昇に対しても適切な保護動作を得ることができる。最適な実施例としては、熱媒体となる液体の沸点を超える温度に熱応動体の動作温度を設定することで、液体循環式ヒータの空焚き状態からの発火などの事故を防ぐことができる。

0039

なお、この実施例でも前述の例のようにガイドキャップ内に制御用の温度センサーを配置することもできることは言うまでもない。

0040

1:直流用感熱遮断器
2:ベース(収納容器)
3:円筒容器(収納容器)
4:接点空間
5:固定接点
6:端子板
7:トップカバー
8:バイパス板
9:可動接点
10:可動接点ユニット
11:移動ブロック
12:バネ
13:ラッチ
13A:係止部
13B:受動端
13C:突起
14:熱応動板
15:金属カバー
15A:開口部
16:押さえバネ

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