特許 7495431 直流電気回路遮断スイッチアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】直流電気回路遮断スイッチアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01H 39/00 20060101AFI20240528BHJP

【ＦＩ】

H01H39/00 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021562888

(86)(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-06

(86)【国際出願番号】 SI2020000004

(87)【国際公開番号】W WO2020218977

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2023-01-30

(31)【優先権主張番号】P-201900088

(32)【優先日】2019-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SI

(73)【特許権者】

【識別番号】521460424

【氏名又は名称】イーティーアイ エレクトロエレメント、ディー．オー．オー．

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】コプリフセク、ミティア

(72)【発明者】

【氏名】レバール、ブラーネ

【審査官】内田 勝久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０２７３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３５６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３６１８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３７／５８ － ３７／７４

Ｈ０１Ｈ ３９／００

Ｂ６０Ｒ １６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電気回路を遮断するスイッチアセンブリ（１）であって、組み込むのに適している第一導電体（１１）および第二導電体（１２）を介して直流電圧電源（２）と少なくとも１つの電気負荷（３）との間に電気接続を確立することによるものであり、その結果、前記スイッチアセンブリ（１）の前記第一導電体（１１）および第二導電体（１２）によって、前記直流電圧電源（２）の第一端子（２１）は、各電気負荷（３）の第一端子（３１）と電気接続でき、前記直流電圧電源（２）の第二端子（２２）は、各電気負荷（３）の第二端子（３２）と電気接続でき、前記スイッチアセンブリ（１）の前記第一導電体（１１）は、２つの分岐線である第１の分岐線（１１１）と第２の分岐線（１１２）を有し、両分岐線は互いに並列接続され、前記第１の分岐線（１１１）は、溶融部材（４１）を有する電気ヒューズ（４）を含み、前記第２の分岐線（１１２）はパイロスイッチ（５）を含み、前記パイロスイッチは、前記パイロスイッチ（５）を通って延在する前記第一導電体（１１）の前記第２の分岐線（１１２）を遮断できるとともに、アクチュエータ（５２）も遮断でき、前記アクチュエータは、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発して前記第一導電体（１１）の前記第２の分岐線（１１２）を遮断することで前記パイロスイッチアセンブリ（５）を作動させることができ、
前記パイロスイッチ（５）は、少なくとも２つのパイロスイッチ（５’、５”）を含み、前記パイロスイッチは、互いに並列接続され、各パイロスイッチ自体がそれぞれ対応する導電性分岐線（１１２’、１１２”）に組み込まれ、共に前記第一導電体（１１）の前記第２の分岐線（１１２）を形成し、前記パイロスイッチはすなわち、第１のすなわち実質的に先行のパイロスイッチ（５’）、および第２のすなわち実質的に後続のパイロスイッチ（５”）であり、各々の前記パイロスイッチ（５’、５”）は、遮断部材（５１’、５１”）を有し、前記遮断部材によって各々のパイロスイッチ（５’、５”）の各分岐線（１１２’、１１２”）は、通常動作で接続されているか、それぞれの所定条件が満たされたときにそれぞれの対応する遮断部材（５１’、５１”）を別の位置に移動させることによって遮断されるかのいずれかであり、
前記アクチュエータ（５２）は、前記パイロスイッチアセンブリ（５）のパイロスイッチ（５’、５”）の遮断部材（５１’、５１”）が少なくとも２つある配列を介して前記スイッチアセンブリ（１）の前記第二導電体（１２）と電気接続でき、前記アクチュエータ（５２）は、
－前記第一導電体（１１）の前記分岐線（１１１、１１２）と直列の前記直流電圧電源（２）および前記電気負荷（３）と接続した状態となるように、前記分岐線（１１１、１１２）に加えて前記第一導電体（１１）に組み込まれる電気回路（５２３）であって、前記電気回路（５２３）は、前記スイッチアセンブリ（１）の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電気過負荷が発生した場合に限って非遮断状態に設定される、接触部材（５２４’）を含む少なくとも１つの不可逆的な熱電気ヒューズ（５２４）と、前記スイッチアセンブリ（１）の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち前記スイッチアセンブリ（１）内の電流の所定値を越えた場合に限って非遮断状態に設定される、遮断部材（５２５’）を含む少なくとも１つの電磁リードスイッチ（５２５）とで構成され、前記アクチュエータ（５２）の前記熱電気ヒューズ（５２４）および前記アクチュエータ（５２）の前記電磁リードスイッチ（５２５）は、互いに並列接続され、前記アクチュエータ（５２）が熱電気ヒューズ（５２４）を２つ以上含んでいる場合、前記熱電気ヒューズ（５２４）は互いに並列接続され、前記アクチュエータ（５２）が電磁リードスイッチ（５２５）を２つ以上含んでいる場合、すべての利用可能なスイッチ（５２５）も互いに並列接続される、電気回路（５２３）と、
－前記パイロスイッチアセンブリ（５）の各々の前記使用可能なパイロスイッチ（５’、５”）内にある電気開通部材（５２１’、５２１”）であって、前記開通部材（５２１’、５２１”）は、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発性の化学反応を開始するのに適している、電気開通部材（５２１’、５２１”）と；
－前記パイロスイッチアセンブリ（５）の各々の前記使用可能なパイロスイッチ（５’、５”）で利用可能であり、反応物の前記化学反応過程で、前記開通部材（５２１）の作動後に、前記遮断部材（５１）に向かう方向に移動可能で、前記第一導電体（１１）と接触していて前記第二導電体（１２）から離れている第１の位置から、前記第二導電体（１２）と間接的または直接接触している他方の位置に前記遮断部材（５１）を確実に移動させる、作動部材（５２２’）と；
を含む構成において、
前の各パイロスイッチ（５’）の前記遮断部材（５１’）は（前記パイロスイッチの前記開通部材（５２１’）は前記アクチュエータ（５２）の前記回路（５２３）と電気接続されている）、前記作動部材（５２２’）によって、所定条件が満たされたときに非遮断位置から、前記パイロスイッチ（５’）を通る前記対応する分岐線（１１２’）が遮断される別の位置へ移動可能であり、前記遮断部材（５１’）は、移動後に後続の各パイロスイッチ部材（５２’）の前記開通部材（５２１”）と導電接触し、一方、前記最後のパイロスイッチ部材（５”）では、前記遮断部材（５１”）は、前記最後のパイロスイッチ（５”）を通る前記対応する分岐線（１１２”）が遮断される別の位置に移動可能で、前記位置では前記遮断部材は、前記第二導電体（１２）と直接導電接触するように配置される
ことを特徴とするスイッチアセンブリ。

【請求項2】

少なくとも１つの追加の導体（５２６）は、前記電気回路（５２３）に接続され、前記追加の導体によって前記回路（５２３）は、少なくとも１つの外部センサ（５２６’）と接続され、その結果、深刻な状況では、例えば車両の衝突状況では、前記アクチュエータ（５２）には、前記追加の導体（５２６）を介して信号を提供することが可能で、前記信号は、各遮断部材（５１’５１”）の移動を開始するために必要で、特定回路内の電流を監視するのに適している前記外部センサ（５２６’）から受信されるか、少なくとも１つの別の物理的特徴を監視するのに適していて、前記スイッチアセンブリ（１）が組み込まれている装置がある領域の所望の各場所で利用可能なその他の任意のセンサから受信される
請求項１に記載のスイッチアセンブリ。

【請求項3】

前記遮断部材（５１’、５１”）の少なくとも一方は、機械的に遮断可能で、前記第一導電体（１１）の前記第２の分岐線（１１２）の前記パイロスイッチ（５’、５”）を通過する分岐線（１１２’、１１２”）の該当する方の初期位置から別の位置に移動できる区画がある
請求項１または２に記載のスイッチアセンブリ。

【請求項4】

各パイロスイッチアセンブリ（５）の前記最後のパイロスイッチ（５”）の前記遮断部材（５１”）は、前記スイッチアセンブリ（１）の前記第一導電体（１１）の前記前記第２の分岐線（１１２）の全分岐線（１１２’、１１２”）を通る前記電気回路が遮断される第２の位置、つまり遮断位置で、前記スイッチアセンブリ（１）の前記第二導体（１２）と導電接触し、間接的にいずれかの電気負荷（３）とも前記直流電圧電源（２）の前記第二端子（２２）とも電気接触する
請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチアセンブリ。

【請求項5】

各々の電気開通部材（５２１’）は、一方では、前記アクチュエータ（５２）の前記回路（５２３）に接続され、他方では、前記パイロスイッチアセンブリ（５）内の後続の各パイロスイッチ（５’、５”）の前記開通部材（５２１”）に接続され、前記パイロスイッチアセンブリ（５）内の前記最後のパイロスイッチ（５’、５”）の前記開通部材（５２１”）は、前記スイッチアセンブリ（１）が組み込まれている前記電気回路の前記第二導体（１１２）と電気接続される
請求項１ないし４のいずれかに記載のスイッチアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電気回路遮断スイッチアセンブリに関し、国際特許分類によれば、このような発明は、電気に属し、基本の電気構成要素、すなわちスイッチングデバイスのリストに挙げられているスイッチおよびスイッチアセンブリの中にあり、スイッチングデバイスは、電流に依存している適切な装置によって起こる爆発によって作動する。このような発明は、分類Ｈ０１Ｈ３９／００６に属する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、小型で単純なスイッチアセンブリをどのようにして作製するかという課題に基づいている。このようなスイッチアセンブリは、一方では、長期間繰り返し起こる誘導関連の影響にも動的な電流負荷にも耐え得る、すなわち各々の直流電圧（ＤＣ）電気回路内の電流値の変動にも耐え得る必要があり、他方では、スイッチアセンブリの作動により、既知のスイッチアセンブリよりも実質的に公称電流値が高い場合、すなわち電流値が少なくとも４００Ａである場合であっても電気アークを形成することなく迅速に該電気回路を遮断して、該遮断後にそれぞれの電気負荷または電気負荷のグループを１つ以上の直流電圧電源から完全に電気的に絶縁することを確実にできる必要がある。

【0003】

電流の該遮断は、電流および電圧のそれぞれの使用可能な値とは無関係に実行される必要があり、スイッチアセンブリは、それ自体のアクチュエータを備えている必要があり、例えば車が衝突する状況で、電気的な過負荷と機械的な過負荷の両方に確実に反応する必要がある。したがって、スイッチアセンブリは、他のどのアセンブリからも独立して取り付けて機能するのに適している完全に自律したアセンブリとして構想される必要がある。本スイッチアセンブリは、様々な目的に使用できる可能性があり、該スイッチアセンブリが取り付けられる各車両またはその他の任意の装置に利用可能である。

【0004】

スロベニア国特許第２５５０１Ａ号（特許文献１）に記載されている直流電流遮断スイッチアセンブリは、組み込むのに適している第一導電体および第二導電体を介して直流電圧電源と少なくとも１つの電気負荷との間に電気接続を確立することによるものであり、その結果、スイッチアセンブリの該導体によって、該電源の第一端子は、各電気負荷の第一端子と電気接続でき、該電源の第二端子は、各電気負荷の第二端子と電気接続できる。該スイッチアセンブリの第一導電体は、２つの分岐線を有し、両分岐線は互いに並列接続され、第１の分岐線は、溶融部材を有する電気ヒューズを含み、第２の分岐線は、パイロスイッチを含む。該パイロスイッチは、該パイロスイッチを通って延在する第一導電体の該分岐線を遮断できるとともに、アクチュエータも遮断できる。アクチュエータは、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発して第一導電体の該第２の分岐線を遮断することで該パイロスイッチアセンブリを作動させることができ、電気インパルスは、特定の回路内の電流を監視するのに適している該外部センサ、または少なくとも１つの別の物理的特徴を監視するのに適していて、該スイッチアセンブリが組み込まれている装置がある領域内の望ましい各場所で利用可能な他のセンサから受信される。該パイロスイッチは遮断部材を有し、遮断部材は、パイロスイッチの中にあり、第一導電体の第２の分岐線を接続させることができて遮断部材が第二導電体から十分な距離を置いて保持される第１のすなわち非遮断位置から、パイロスイッチアセンブリの第一導電体の第２の分岐線を通る回路が遮断されて遮断部材がスイッチアセンブリの第二導体と直接導電接触するように配置される別の位置すなわち遮断位置へ移動可能である。

【0005】

しかしながら、上記のスイッチアセンブリでは、該アクチュエータは、深刻な状況で、すなわち特に衝突状況での機械的過負荷の場合に、各電気回路の電流値を監視する役割を果たしているセンサから、または他の物理値を監視する役割を果たし、かつ該スイッチアセンブリが取り付けられる装置内の望ましい各場所で利用可能な他のセンサから、必要なインパルスまたは信号を受信する。このような場合、スイッチアセンブリの機能は、他の装置の機能に左右され、その装置から該アクチュエータは、遮断部材のトリガーおよび移動に必要な信号を受信する必要がある。実際の用途では、これはつまり、このようなスイッチアセンブリのアクチュエータをそれぞれの特定のアセンブリに採用しなければならず、そのアセンブリからトリガー信号を受信する必要があり、それによってそのようなスイッチアセンブリの機能の信頼性も必ず他の各装置の信頼性に左右され、他の各装置からアクチュエータは、トリガーに必要な信号を受信する必要があるということである。

【0006】

このような直流電気回路遮断スイッチアセンブリがスロベニア国特許第２５５００Ａ号（特許文献２）およびスロベニア国特許第２５５０１号（特許文献１）ならびに国際特許第２０１９／０２７３７４Ａ１号（特許文献３）にも記載されている。このようなスイッチアセンブリは、直流電気回路を遮断することが想定され、組み込むのに適している第一導電体および第二導電体を介して直流電圧電源と少なくとも１つの電気負荷との間に電気接続を確立することによるものであり、その結果、スイッチアセンブリの該導体によって、該電源の第一端子は、各電気負荷の第一端子と電気接続でき、該電源の第二端子は、各電気負荷の第二端子と電気接続できる。スイッチアセンブリの第一導電体は、２つの分岐線を有し、両分岐線は互いに並列接続され、第１の分岐線は、溶融部材を有する溶融インサートヒューズの形態である電気ヒューズを含み、第２の分岐線はパイロスイッチを含む。該パイロスイッチは、該パイロスイッチを通って延在する該第一導電体の第２の分岐線を遮断できる遮断部材を有するとともに、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発して該第一導電体の第２の分岐線を遮断することで確実に該遮断部材を適切に動かすことができるアクチュエータも有する。該パイロスイッチは、このような遮断部材を有し、遮断部材は、該パイロスイッチの内部で、この遮断部材によって該第一導電体の第２の分岐線が遮断されず該遮断部材が第二導電体から十分な距離を置いて保持される第１のすなわち元の位置から、第一導電体の第２の分岐線全体の電気回路が遮断され遮断部材がスイッチアセンブリの第二導体と導電状態で保持される第２のすなわちシフト位置へ移動可能である。該アクチュエータは、該遮断部材を介してスイッチアセンブリの第二導体と接続でき、
－内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発性の化学反応を開始するのに適している電気開通部材と；
－該開通部材の作動による該反応物の該化学反応過程で、第二導体から離れている第一導体と接触している初期位置から第二導体と接触している第二位置へ該遮断部材を移動させるために、遮断部材に向かう方向に移動可能である作動部材と；
－第一導体の該分岐線と直列の該電圧源および該負荷と接続した状態となるように、該並列分岐線に加えて該第一導電体に組み込まれている電気回路であって、該電気回路は、スイッチアセンブリの通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電気過負荷が発生した場合に限って非遮断状態に設定される、接触部材を含む少なくとも１つの不可逆的な熱電気ヒューズと、スイッチアセンブリの通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電流の所定値を超え、それに伴いスイッチアセンブリ内の電磁場を越えた場合に限って非遮断状態に設定される、遮断部材を含む少なくとも１つの電磁リードスイッチとで構成される、電気回路を含む。アクチュエータの該ヒューズおよびアクチュエータの該電磁スイッチは、互いに並列接続される。

【0007】

該アクチュエータがヒューズを２つ以上含んでいる場合、そのヒューズは互いに並列接続される。同じように、該アクチュエータが電磁スイッチを２つ以上含んでいる場合、各々の使用可能なスイッチも互いに並列接続される。

【0008】

該電気回路に少なくとも１つの追加の導体を接続でき、この追加の導体によって該回路は少なくとも１つの外部センサに接続され、その結果、深刻な状況では、例えば車両の衝突状況では、該アクチュエータには、該追加の導体を介して信号を提供することが可能で、信号は、遮断部材の移動を開始するために必要で、特定回路内の電流を監視するのに適している該外部センサから受信されるか、少なくとも１つの別の物理値を監視するのに適していて、該スイッチアセンブリが組み込まれる装置がある領域の所望の各場所で利用可能なその他の任意のセンサから受信される。

【0009】

該遮断部材は、機械的に遮断可能であり、第一導電体の第２の分岐線の初期位置から第２の位置まで移動できる区画である。

【0010】

また、該遮断部材は、第一導電体の第２の分岐線を通る電気回路が遮断される第２のすなわちシフト位置では、スイッチアセンブリの第２の導電体と導電接触して保持され、したがって、各負荷とも直流電圧電源の第二端子とも電気接触して保持される。

【0011】

電気開通部材は、該電気回路と、少なくとも１つの外部センサとの相互接続を確立するのに適している少なくとも１つの追加の導電体との両方に接続される。

【0012】

これまでに知られている他のスイッチアセンブリと同様に、該既知のスイッチアセンブリは、信頼性があり、必要なときに電気回路を効果的に遮断でき、電気回路では、直流電流の公称値はおよそ４００Ａを超えないが、これよりも高い値の電流ではその機能は予測不可能で信頼性がない。

【0013】

電気回路のさらに別の保護デバイスが国際特許第２０１７／０４２３２１Ａ号（特許文献４）に開示されている。

【0014】

またさらに別の直流電気回路遮断スイッチアセンブリが米国特許第９，２２１，３４３Ｂ２号（特許文献５）（Ｔｅｓｌａ Ｍｏｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．）に開示されている。このようなスイッチアセンブリは、直流電圧源を含み、この電圧源は、第一導体および第二導体を介して各負荷に電気接続されている。このようなアセンブリは一般に、電動車両に取り付けるのに適しており、車両の衝突などの非常事態で電気回路を遮断するのに使用される。実際に該電圧源は、１つのバッテリまたは互いに接続されているバッテリの集合であり、該負荷はインバータであり、インバータを介して他の各電気回路には電気が供給され、この電気は、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使用される。考察した解決策に関して、第二導電体は、電気エネルギー源のマイナス端子と対応する負荷の接続端子との間に途切れなく延在している。該直流電圧電源のプラス端子と負荷の残りの接続端子との間に延在する第一導電体は、二又に分かれ、２つの別々の分岐線からなり、分岐線は互いに並列接続され、第１の分岐線には、溶融部材を含む電気ヒューズが組み込まれ、第２の分岐線はパイロスイッチを含み、パイロスイッチは、電気回路の通常動作で遮断解除される。該パイロスイッチは、ケーシングを備え、このケーシングを通って導電体が延在し、導電体は、この特定の事例では、第一導体の該第２の分岐線に相当する。該ケーシングの内部には、ギロチン形態のブレードが組み込まれ、ブレードは、電気絶縁材料からなり、電気回路の通常動作では該導体から特定の距離を置いて維持されているが、原則として必要なときに点火式のアクチュエータによって導体の方に動くこともできる。該アクチュエータの作動は、電気回路内の電流値を監視するのに適しているセンサの側から、または任意選択で、その他の任意の使用可能なセンサから、例えば各車両内にある膨張エアバッグを作動させるのに使用されるセンサの側からアクチュエータが受信する信号に基づいて起こる。このようなスイッチを作動させることによって、このように遮断された導電体の両方のセクションは、互いに離れて反れ、分割されて互いから離れ、他の導電構成要素からも離れたような状態のままになる。

【0015】

パイロスイッチは一般に、２つの実施形態で、すなわち通常遮断されている（ＮＯ－ｎｏｒｍａｌｌｙ ｏｐｅｎ、通常開いている）形態と、通常遮断されていない（ＮＣ－ｎｏｒｍａｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ、通常閉じている）形態で市販されている。考察した解決策では、このようなスイッチは、通常動作では遮断されないが、必要に応じて遮断でき、それによって電気回路は遮断される。通常閉じたスイッチは遥かにかさばるため、電動車両での使用には適していない。

【0016】

電力の損失が少ないことに加えて、このようなパイロスイッチは、作動すなわち各電気回路の遮断によって反応時間が極めて短い点でも優れており、これはおよそ１ｍｓで行われる。その一方で、このようなスイッチは、内包されている化学反応物の特性が時間と共に変化し、温度変化が原因で変化する可能性があるという観点で問題があり、それに加えて、電圧過負荷および誘導関連の現象の観点でも問題がある。したがって、スイッチアセンブリの各々の通常動作で、両導体は、一方では電圧源に接続され、他方では各電気負荷に接続され、それによって電流は、電気ヒューズ内の溶融部材の抵抗が比較的高いために、電流は、単に該パイロスイッチが組み込まれているそれらの分岐線を通って誘導される。このように、特にこのようなスイッチアセンブリを電動車両で使用することによって、永続性のある動的電流過負荷に耐えられない溶融部材を含む電気ヒューズに関連する欠陥が最小に抑えられる。つまり、電動車両の電気ヒューズの開発中にわかったことは、次の電流負荷で溶融部材がさらにどのような反応をするかが比較的予測不可能で信頼できない限り、溶融部材を通って誘導される電流値が長期にわたって変化することにより溶融部材の材料の物理的特性が変化するおそれがあるということである。

【0017】

米国特許第９，２２１，３４３Ｂ２号（特許文献５）に記載の該スイッチアセンブリが、スイッチアセンブリが組み込まれている電気回路でこのような電流過負荷を受けた場合、スイッチアセンブリは、受信した信号を基に第一電流を遮断することによって反応するようになっており、それによってまず該パイロスイッチが作動し、その結果、対応する分岐線内の電流が遮断され、その際に電流は、他の分岐線を通って、すなわち電気ヒューズの溶融部材を通って引き続き誘導されることがある。すると、溶融部材は溶融し始め、それによってスイッチアセンブリ全体すなわち電圧源と各電気負荷との間の電気回路は、完全に遮断される。電流が電気ヒューズの公称電流制限値の倍数値を超えているという本質的な電流過負荷の場合、溶融部材の遮断が比較的迅速に行われ、これは実際にはおよそ２０ｍｓ以内を意味する。ただし、このようなスイッチアセンブリを車両で使用する場合、特にスムーズな運転中の電流過負荷は通常それほど高くない。このような場合、車両の衝突により該アクチュエータは、通常パイロスイッチをトリガーするようになっており、それによって電気回路内の第一導体の所属する分岐線は遮断され、その際に電流は、該導体の残りの分岐線に再誘導される。電流過負荷が電気ヒューズの公称値をわずかしか上回っていない場合、該溶融部材の溶融は、数分あるいは１時間より多くかかるおそれがある。これはどのような衝突状況でもまったく受け入れられるものではなく、短絡および／または電気アークが発生するリスクがあるため危険である。それに加えて、直流電圧電気回路と各電気負荷との間で電気回路の第一導体を迅速かつ的確に遮断した場合であっても、第二導体は依然として遮断されずに電圧源と電気負荷の両方に接続されている状態である。特に車両では、この欠陥は問題を引き起こすおそれがある。なぜなら、該電気負荷は、一方では該電圧源に接続され、他方では様々な電気回路とも接続され、これらの電気回路の一部はコンデンサも含んでいることがあり、その場合、電気容量が依然として蓄えられたままで、これが追加の電圧源となるおそれがあり、この電圧源は、このようなスイッチアセンブリの第一導電体を遮断したにもかかわらず稼働状態であり続ける。このような「隠れた」電圧源は、該車両の衝突状況でも極めて危険となり得る。

【0018】

前述した技術の電磁スイッチは、当業者に公知のものであり、例えば米国特許第５，８４７，６３２Ａ号（特許文献６）に開示されているものである。このようなスイッチは、加速度を受けた磁石が移動することに起因する電磁場の変化に基づいて機能し、磁石の移動は、機械的負荷の変化および／または変形に相関する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【文献】スロベニア国特許第２５５０１Ａ号

【文献】スロベニア国特許第２５５００Ａ号

【文献】国際特許第２０１９／０２７３７４Ａ１号

【文献】国際特許第２０１７／０４２３２１Ａ号

【文献】米国特許第９，２２１，３４３Ｂ２号

【文献】米国特許第５，８４７，６３２Ａ号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

本発明は、直流電気回路遮断スイッチアセンブリに関し、このスイッチアセンブリは、組み込むのに適している第一導電体および第二導電体を介して直流電圧電源と少なくとも１つの電気負荷との間に電気接続を確立することによるものであり、その結果、スイッチアセンブリの該導体によって、該電源の第一端子は、各電気負荷の第一端子と電気接続でき、該電源の第二端子は、各電気負荷の第二端子と電気接続できる。該スイッチアセンブリの第一導電体は、２つの分岐線を有し、両分岐線は互いに並列接続され、第１の分岐線は、溶融部材を有する電気ヒューズを含み、第２の分岐線はパイロスイッチを含み、パイロスイッチは、該パイロスイッチを通って延在する第一導電体の該分岐線を遮断できるとともに、アクチュエータも遮断でき、アクチュエータは、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発して第一導電体の該第２の分岐線を遮断することで該パイロスイッチアセンブリを作動させることができる。

【課題を解決するための手段】

【0021】

冒頭で述べた問題の本発明による解決策の背景では、該パイロスイッチアセンブリは、少なくとも２つのパイロスイッチを含み、パイロスイッチは、互いに並列接続され、各パイロスイッチ自体がそれぞれ対応する導電性分岐線に組み込まれ、共に第一導電体の該第２の分岐線を形成し、パイロスイッチはすなわち、第１のすなわち実質的に先行のパイロスイッチ、および第２のすなわち実質的に後続のパイロスイッチであり、各々の該パイロスイッチは、遮断部材を有し、この遮断部材によって各々のパイロスイッチの各分岐線は、通常動作で接続されているか、それぞれの所定条件が満たされたときにそれぞれの対応する遮断部材を別の位置に移動させることによって遮断されるかのいずれかであることが想定されている。該アクチュエータは、パイロスイッチアセンブリのパイロスイッチの遮断部材が少なくとも２つある配列を介してスイッチアセンブリの第二導体と電気接続でき、
－第一導体の該分岐線と直列の該電圧源および該負電気負荷と接続した状態となるように、該並列分岐線に加えて該第一導電体に組み込まれる電気回路であって、該電気回路は、スイッチアセンブリの通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電気過負荷が発生した場合に限って非遮断状態に設定される、接触部材を含む少なくとも１つの不可逆的な熱電気ヒューズと、スイッチアセンブリの通常動作で遮断され、閉じられる、すなわちスイッチアセンブリ内の電流の所定値を越えた場合に限って非遮断状態に設定される、遮断部材を含む少なくとも１つの電磁リードスイッチとで構成され、アクチュエータの該ヒューズおよびアクチュエータの該電磁スイッチは、互いに並列接続され、該アクチュエータがヒューズを２つ以上含んでいる場合、そのヒューズは互いに並列接続され、該アクチュエータが電磁スイッチを２つ以上含んでいる場合、すべての利用可能なスイッチも互いに並列接続される、電気回路と、
－パイロスイッチアセンブリの各々の使用可能なパイロスイッチ内にある電気開通部材であって、該開通部材は、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発性の化学反応を開始するのに適している、電気開通部材と；
－パイロスイッチアセンブリの各々の使用可能なパイロスイッチで利用可能であり、反応物の該化学反応過程で、該開通部材の作動後に、遮断部材に向かう方向に移動可能で、第一導体と接触していて第二導体から離れている第１の位置から、第二導体と間接的または直接接触している他方の位置に遮断部材を確実に移動させる、作動部材と
を含む。
前の各パイロスイッチの遮断部材は（パイロスイッチの開通部材は該アクチュエータの回路と電気接続されている）、作動部材によって、所定条件が満たされたときに非遮断位置から該パイロスイッチを通る対応する分岐線が遮断される別の位置へ移動可能であり、遮断部材は、移動後に後続の各パイロスイッチ部材の開通部材と導電接触する。一方、最後のパイロスイッチ部材では、遮断部材は、該最後のパイロスイッチを通る対応する分岐線が遮断される別の位置に移動可能で、この位置では遮断部材は、第二導体と直接導電接触するように配置される。

【0022】

また、本発明によれば、該電気回路に少なくとも１つの追加の導体が接続され、この追加の導体によって該回路は、少なくとも１つの外部センサに接続され、その結果、深刻な状況では、例えば車両の衝突状況では、該アクチュエータには、該追加の導体を介して信号を提供することが可能で、信号は、各遮断部材の移動を開始するために必要で、特定回路内の電流を監視するのに適している該外部センサから受信されるか、少なくとも１つの別の物理的特徴を監視するのに適していて、該スイッチアセンブリが組み込まれている装置がある領域の所望の各場所で利用可能なその他の任意のセンサから受信されることが想定されている。

【0023】

さらに、本発明によれば、遮断部材の少なくとも一方は、機械的に遮断可能で、第一導電体の第２の分岐線のパイロスイッチを通過する分岐線の該当する方の初期位置から別の位置に移動できる区画があることが想定されている。

【0024】

さらに、本発明によれば、各パイロスイッチアセンブリの最後のパイロスイッチの遮断部材は、スイッチアセンブリの第一導電体の第２の分岐線の全分岐線を通る電気回路が遮断される第２の位置、つまり遮断位置で、スイッチアセンブリの第二導体と導電接触し、間接的にいずれかの電気負荷とも直流電圧電源の第二端子とも電気接触することが想定されている。

【0025】

さらに、本発明によれば、各々の電気開通部材は、一方では、アクチュエータの該回路に接続され、他方では、パイロスイッチアセンブリ内の後続の各パイロスイッチの開通部材に接続され、パイロスイッチアセンブリ内の最後のパイロスイッチの開通部材は、スイッチアセンブリが組み込まれている電気回路の第二導体と電気接続されることが想定されている。

【0026】

本発明を添付の図面に概略的に示している実施形態を用いてさらに詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】スイッチアセンブリとその電気回路を示し、電気回路が通常動作中の図である。

【図2】図１に準拠するスイッチアセンブリを示す図であり、電気回路を遮断する第１の工程にあり、外部障害または電気回路内の電気過負荷がある図である。

【図3】同じく図１に準拠するスイッチアセンブリを示す図であり、電気回路を遮断する後続の工程にあり、外部障害または電気回路内の電気過負荷がある図である。

【図4】外部障害または電気回路内の電気過負荷が原因で電気回路が完全に遮断された後の図１に準拠するスイッチアセンブリの図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

このように、直流電流遮断スイッチアセンブリ１は、図１～図４に概略的に示され、組み込むのに適している第一導電体１１および第二導電体１２を介して直流電圧電源２と少なくとも１つの電気負荷３との間に電気接続を確立することによるものであり、その結果、スイッチアセンブリ１の該導体１１、１２によって、該電源２の第一端子２１は、各電気負荷３の第一端子３１と電気接続でき、該電源２の第二端子２２は、各電気負荷３の第二端子３２と電気接続でき、該スイッチアセンブリ１の第一導電体１１は、２つの分岐線１１１、１１２を有し、両分岐線は互いに並列接続され、第１の分岐線１１１は、溶融部材４１を有する電気ヒューズ４を含み、第２の分岐線１１２はパイロスイッチ５を含み、パイロスイッチは、該パイロスイッチ５を通って延在する第一導電体１１の該分岐線１１２を遮断できるとともに、アクチュエータ５２も遮断でき、アクチュエータは、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発して第一導電体１１の該第２の分岐線１１２を遮断することで該パイロスイッチアセンブリ５を作動させることができる。

【0029】

図１～図４でさらに明らかなように、該パイロスイッチアセンブリ５は、少なくとも２つのパイロスイッチ５’、５”を含み、パイロスイッチは、互いに並列接続され、各パイロスイッチ自体がそれぞれ対応する導電性分岐線１１２’、１１２”に組み込まれ、共に第一導電体１１の該第２の分岐線１１２を形成する。パイロスイッチはすなわち、第１のすなわち実質的に先行のパイロスイッチ５’、および第２のすなわち実質的に後続のパイロスイッチ５”である。各々の該パイロスイッチ５’、５”は、遮断部材５１’、５１”を有し、この遮断部材によって各々のパイロスイッチ５’、５”の各分岐線１１２’、１１２”は、通常動作で接続されているか、それぞれの所定条件が満たされたときにそれぞれの対応する遮断部材５１’、５１”を別の位置に移動させることによって遮断されるかのいずれかである。図１～図４に図示した例では、パイロスイッチアセンブリ５は、２つのパイロスイッチを含んでいるが、一般にはパイロスイッチアセンブリ５に３つ以上のパイロスイッチ５’、５”を含むパイロスイッチアレイを使用することが可能である。

【0030】

該アクチュエータ５２は、パイロスイッチアセンブリ５のパイロスイッチ５’、５”の遮断部材５１’、５１”が少なくとも２つある配列を介してスイッチアセンブリ１の第二導体１２との電気接続が可能となり、電気回路５２３を含み、この電気回路は、第一導体１１の該分岐線１１１、１１２と直列の該電圧源２および該電気負荷３と接続した状態となるように、該並列分岐線１１１、１１２に加えて該第一導電体１１に組み込まれる。該電気回路５２３は、スイッチアセンブリ１の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電気過負荷が発生した場合に限って非遮断状態に設定される、接触部材５２４’を含む少なくとも１つの不可逆的な熱電気ヒューズ５２４と、スイッチアセンブリ１の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわちスイッチアセンブリ１内の電流の所定値を超えた場合に限って非遮断状態に設定される、遮断部材５２５’を含む少なくとも１つの電磁リードスイッチ５２５とで構成される。アクチュエータ５２の該ヒューズ５２４およびアクチュエータ５２の該電磁スイッチ５２５は、互いに並列接続される。該アクチュエータ５２がヒューズ５２４を２つ以上含んでいる場合、そのヒューズ５２４は互いに並列接続される。同じように、該アクチュエータ５２が電磁スイッチ５２５を２つ以上含んでいる場合、利用可能なすべてのスイッチ５２５も互いに並列接続される。

【0031】

また、該アクチュエータ５２は、パイロスイッチアセンブリ５の各々の使用可能なパイロスイッチ５’、５”内に電気開通部材５２１’、５２１”を有し、該開通部材５２１’、５２１”は、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発性の化学反応を開始するのに適している。

【0032】

さらに、該アクチュエータ５２は、作動部材５２２’を有し、作動部材は、パイロスイッチアセンブリ５の各々の使用可能なパイロスイッチ５’、５”で利用可能であり、反応物の該化学反応過程で、該開通部材５２１の作動後に、遮断部材５１に向かう方向に移動可で、第一導体１１と接触していて第二導体１２から離れている第１の位置から、第二導体１２と間接的または直接接触している他方の位置に遮断部材５１を確実に移動させる。

【0033】

前の各パイロスイッチ５’の遮断部材５１’は（パイロスイッチの開通部材５２１’は該アクチュエータ５２の回路５２３と電気接続されている）、作動部材５２２’によって、所定条件が満たされたときに非遮断位置から、該パイロスイッチ５’を通る対応する分岐線１１２’が遮断される別の位置へ移動可能であり、遮断部材５１’は、移動後に後続の各パイロスイッチ部材５２’の開通部材５２１”と導電接触する。一方、最後のパイロスイッチ部材５”では、遮断部材５１”は、該最後のパイロスイッチ５”を通る対応する分岐線１１２”が遮断される別の位置に移動可能で、この位置では遮断部材は、第二導体１２と直接導電接触するように配置される。

【0034】

少なくとも１つの追加の導体５２６は、任意選択で該電気回路５２３に接続され、この追加の導体によって該回路５２３は、少なくとも１つの外部センサ５２６’に接続される。その結果、深刻な状況では、例えば車両の衝突状況では、該アクチュエータ５２には、該追加の導体５２６を介して信号を提供することが可能で、信号は、各遮断部材５１’５１”の移動を開始するために必要で、特定回路内の電流を監視するのに適している該外部センサ５２６’から受信されるか、少なくとも１つの別の物理的特徴を監視するのに適していて、該スイッチアセンブリ１が組み込まれる装置がある領域の所望の各場所で利用可能なその他の任意のセンサから受信される。

【0035】

さらに、遮断部材５１’、５１”の少なくとも一方は、機械的に遮断可能で、第一導電体１１の第２の分岐線１１２のパイロスイッチ５’、５”を通過する分岐線１１２’、１１２”の該当する方の初期位置から別の位置に移動できる区画があるように選択できる。各パイロスイッチアセンブリ５の最後のパイロスイッチ５”の遮断部材５１”は、スイッチアセンブリ１の第一導電体１１の第２の分岐線１１２の全分岐線１１２’、１１２”を通る電気回路が遮断される第２の位置、つまり遮断位置で、スイッチアセンブリ１の第二導体１２と導電接触し、間接的にいずれかの電気負荷３とも直流電圧電源２の第二端子２２とも電気接触する（図３および図４）。

【0036】

各々の電気開通部材５２１’は、一方では、アクチュエータ５２の該回路５２３に接続され、他方では、パイロスイッチアセンブリ５内の後続の各パイロスイッチ５’、５”の開通部材５２１”に接続され、パイロスイッチアセンブリ５内の最後のパイロスイッチ５’、５”の開通部材５２１”は、スイッチアセンブリ１が組み込まれている電気回路の第二導体１２と電気接続される。

【0037】

第一導電体１１の第１の分岐線１１１の電気抵抗は、第２の分岐線１１２、１１２’、１１２”の電気抵抗よりも遥かに大きく、その結果、電流のほとんどは、電気回路の通常動作で第２の分岐線１１２、１１２’、１１２”を通過する。実際には、電気ヒューズ４は溶融部材４１を含んでいるため、第１の分岐線１１１の電気抵抗は通常、第一導電体１１１の電気抵抗の合計の９５％よりも大きく、第２の分岐線１１２の電気抵抗はその５％未満である。電気回路５２３で所定条件が満たされたときに、第１のパイロスイッチ５’の領域にある開通部材５２１’が作動部材５２２’をトリガーして、第１のパイロスイッチ５’の遮断部材５１’を動かして（図２）別のパイロスイッチ５”の開通部材５２１”と接触させたとき、電気回路は、新たに遮断された分岐線１１２’から他に利用可能な分岐線１１２”およびパイロスイッチ５”の方へ再誘導される。―再び所定条件が満たされたときに―電気回路５２３内で第２のパイロスイッチ５”の開通部材５２１”が作動するとき、作動部材５２２”は、第２のパイロスイッチ５’の遮断部材５１”（図２）をトリガーしてさらに別の後続のパイロスイッチの開通部材と電気接触させるように動かす。すると、後続のパイロスイッチが利用可能になる。図示した例では、２つのパイロスイッチ５’、５”のみが想定されているが、これは、開通部材５２１”の作動後に第２のパイロスイッチ５”の遮断部材５１”が動いて、本発明によるスイッチアセンブリ１が組み込まれている電気回路の第二導体１２と接触するという意味である。

【0038】

本発明によるパイロスイッチアセンブリ５は、アレイのパイロスイッチ５’、５”からなり、電気回路に接続され、前述の方法で配列されているという事実により、電気回路の遮断は、パイロスイッチアセンブリ５内のパイロスイッチ５’、５”の数に応じて段階的に一連の複数の工程で実行され、これにより実際に、４００Ａを超えることがある高い値の直流電流に暴露されている回路でスイッチアセンブリ１を使用することが可能になる。

【0039】

本発明によるスイッチアセンブリ１は、間違いなく単純であり、適切なパイロスイッチ５を取り入れているにもかかわらず、必要なスペースの観点でもかさばらない。該パイロスイッチ５と溶融部材４１を有する電気ヒューズ４とを第一導電体１１の２つの別々の分岐線１１１、１１２に構成することにより、このようなスイッチアセンブリ１は、温度変化に耐えることができ、さらに、誘導性の変化に対処できるとともに、動的電流強度、すなわち各々の特定の直流電圧（ＤＣ）電気回路内の頻繁な電流値の変化にも対処できる。その一方で、該スイッチアセンブリ１は、例えば電動車両が衝突する状況などで、各電圧および電流の実際の値に関係なくアクチュエータ５２の作動に基づいて該直流電圧電気回路を迅速に遮断でき、特にパイロスイッチアセンブリ５の領域でアーク放電を起こすことがない。各々の使用可能な電気負荷は、各々の使用可能な直流電圧電源２に対して完全に絶縁状態になる。該スイッチアセンブリ１および各負荷３を介して、各遮断部材５１’、５１”が元の位置すなわち非遮断位置から各直流電圧回路で第二導体１２と接触状態にあるシフト位置に移動することにより、電圧源２から完全に分離されている追加の電気回路が確立される。どの追加の電源もそのように新たに確立された回路内に隠れたままであるが、そのような電源が電源２と接触ことはあり得ない。

【0040】

本発明は、各所定要件が満たされたときにスイッチアセンブリ１を自動で作動させることを可能にする。そのために、該パイロスイッチ５の該アクチュエータ５２は、該遮断部材５１を介してスイッチアセンブリ１の第二導体１２と接続可能であり、各々のパイロスイッチ５’、５”の領域に電気開通部材５２１’、５２１”を有し、電気開通部材の近傍には作動部材５２２’、５２２”および電気回路５２３が配置され、この両者を１つ１つさらに詳細に説明する。

【0041】

各電気開通部材５２１’、５２１”は、パイロスイッチアセンブリ５の各々の対応するパイロスイッチ５’、５”で、内包されている少なくとも１つの化学反応物が電気インパルスによって爆発性の化学反応を起こすのに適しており、該化学反応物の化学構造は、先行技術で公知のパイロスイッチに使用されているものと一致し得る。

【0042】

各作動部材５２２’、５２２”は、該反応物の該化学反応過程で、各々の対応する開通部材５２１’、５２１”が作動した際に、各遮断部材５１’、５１”が、第一導体１１と接触していて第二導体１２から離れている初期位置から、後続の各パイロスイッチ５”の開通部材５２１”と接触している、すなわち最後のパイロスイッチ部材５”が第二導体１２自体と接触している場合に第二位置に移動するのを確実にするために、各々の対応する遮断部材５１’、５１”に向かう方向に移動できる。

【0043】

該電気回路５２３は、第一導体１１の該分岐線１１１、１１２と直列の該電圧源２および該負荷３と接続した状態となるように、該並列分岐線１１１、１１２に加えて該第一導電体１１に組み込まれる。この場合、該電気回路５２３は、スイッチアセンブリ１の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわち電気過負荷が発生した場合に限って非遮断状態に設定される、接触部材５２４’を含む少なくとも１つの不可逆的な熱電気ヒューズ５２４と、スイッチアセンブリ１の通常動作で遮断され、閉じられる、すなわちスイッチアセンブリ１内の電流の所定値を超えた場合に限って非遮断状態に設定される、遮断部材５２５’を含む少なくとも１つの電磁リードスイッチ５２５とで構成される。アクチュエータ５２の該ヒューズ５２４およびアクチュエータ５２の該電磁スイッチ５２５は、互いに並列接続される。

【0044】

また、該アクチュエータ５２がヒューズ５２４を２つ以上含んでいる場合も、各々の使用可能なヒューズ５２４は互いに並列接続され、まったく同じように、該アクチュエータ５２が電磁スイッチ５２５を２つ以上含んでいる場合は常に、各々の使用可能なスイッチ５２５も互いに並列接続される。

【0045】

電気開通部材５２１は、該電気回路５２３と、少なくとも１つの外部センサ５２６’との相互接続を確立するのに適している少なくとも１つの追加の導電体５２６の両方に接続される。

【0046】

さらに別の実施形態も可能であり、この実施形態では、深刻な状況で、例えば車両の衝突状況で、該アクチュエータ（５２）に信号を提供でき、信号は、遮断部材（５１）の移動を開始するために必要で、該追加の導体５２６’を介して、特定回路内の電流値を監視するのに適している該外部センサ５２６から受信されるか、少なくとも１つの別の物理値を監視するのに適していて、該スイッチアセンブリ１が組み込まれている装置がある領域の所望の各場所で利用可能なその他の任意のセンサから受信される。

【0047】

このようなスイッチアセンブリの作動は、一般に、電流過負荷を超えるかまたは短絡状態で実施される。

【0048】

過剰な電流による作動は、該不可逆的な熱電気ヒューズ５２４を用いて実施され、熱電気ヒューズは、スイッチアセンブリ伝導性構成要素と熱伝導接触した状態で配置される。電流を上げることによって、温度も上がり、各作動条件をヒューズ５２４の適切な寸法または選択に基づいて事前に規定できる。電流が所定の公称値よりも高くなると直ちにパイロスイッチの伝導性構成要素が加熱を開始し、接触部材５２４’を含んでいるヒューズ５２４も加熱される。所定温度に達すると直ちにヒューズ５２４の接触部材５２４’がシフトし、ヒューズ５２４を通る電気回路が確立され、つまりは遮断が解除され、電流はこの回路を流れ始めるが、電流はアクチュエータ５２の抵抗によって制限されるため、過負荷の場合は該パイロスイッチ５が作動する。そのため、遮断部材５１は、アクチュエータ５２によって第一導体１１と接触している初期位置から第二導体１２と接触している第二位置にシフトする。

【0049】

短絡状態での作動は、該電磁リードスイッチ５２５によって実施され、電磁リードスイッチは、外部磁場に弱く、極めて短い時間内、例えば５０μｓ以内に反応することが可能である。該時間は、電流が強く、それに応じて磁場強度が強いほど短くなる。このような短い作動、すなわちトリガー時間は、特に短絡状態でパイロスイッチが電流に耐性があることにより達成する必要がある。該電磁リードスイッチは、パイロスイッチ５’、５”の伝導性構成要素から適切な距離を置いて配置され、電磁スイッチ５２５が短絡過負荷に反応している各々の状態も、該スイッチ５２５の位置を調整することに基づいて事前に明らかにできる。なぜなら、該スイッチ５２５の感度、すなわち反応性は、電磁場発生源からの距離に相互に比例するからである。短絡状態で電流が増加し始めると電磁場が発生し、電磁場は、電磁リードスイッチ５２５に影響を及ぼす。電磁スイッチ５２５の接触部材５２５’は、所定の磁場強度で互いに接触し、それによって電流を伝導するのに適している回路が該スイッチ５２５の中に確立される。電流もこの状態で決定される、すなわちアクチュエータ５２の抵抗によって制限され、過負荷によって、すなわち短絡によって該パイロスイッチ５’、５”が作動する。その結果、該アクチュエータ５２によって各遮断部材５１’、５１”は、第一導体１１と接触している初期位置から後続の各パイロスイッチ５”すなわち第二導体１２と接触している第二位置にシフトする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】