WO2003105171A1 - 直流電流遮断スイッチ - Google Patents

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WO2003105171A1
WO2003105171A1 PCT/JP2003/006413 JP0306413W WO03105171A1 WO 2003105171 A1 WO2003105171 A1 WO 2003105171A1 JP 0306413 W JP0306413 W JP 0306413W WO 03105171 A1 WO03105171 A1 WO 03105171A1
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voltage
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movable
ptc
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武田 秀昭
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Uchiya Thermostat Co Ltd
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Uchiya Thermostat Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a DC current cutoff switch, and more particularly, to a DC current that eliminates or suppresses a contact opening arc of a high-voltage DC current circuit to prevent melting and damage of contacts and completely cut off a high-voltage DC current. It relates to an interruption switch. Background art
  • the main power source for driving the electrical components of conventional vehicles using such switches is DC 12 V or DC 24 V, and portable electronic devices that use rechargeable batteries are also used.
  • the main power source was DC 12 V.
  • the voltage of the power supply used for such products is generally called high voltage.
  • the specified voltage is 30 V or more, and the maximum voltage in terms of safety in a global standard is 42 V. From this point, it is considered that the safe power supply voltage required to achieve the high power and drive output required for the various electric appliances described above is a high voltage in the range of 30 to 42 V.
  • the DC obtained by rectifying the commercial power supply voltage used inside the equipment is even higher, ranging from 140 V to 300 V.
  • switches for current circuits are required to handle high-voltage and large-current so that they can be used for turning on and off the high-voltage power supply as described above.
  • This phenomenon is particularly noticeable when the gap between the contacts that are opened when the current is interrupted is small, or when the arc between contacts becomes larger than a certain value, and the arc generated between the contacts can be cut off instantaneously. In many cases, it lasts for several tens of milliseconds. If the arc continues for several tens of milliseconds in this way, the arc will generate high heat, so it will melt the contacts and cause welding to occur between the contacts, causing a short circuit, or a good open state between the contacts. Even if stopped at However, there has been a problem that the heat of the arc may cause problems such as melting, smoking, and ignition.
  • surge voltage absorbing elements that absorb surge voltage (or surge current) are known.
  • a gas arrester using a discharger, a silicon surge absorber, or a discharge is known.
  • these are all intended to absorb the surge voltage of a large value at the time of abnormality, which is different from the working voltage, up to the surge limit voltage, and to protect the circuit driven by the working voltage from the abnormal surge voltage. Yes, it does not absorb surge voltage with a value that is not much different from the operating voltage, such as when a switch is opened or closed.
  • the functional characteristics of the surge voltage absorbing element are to narrow the range of operating voltage with respect to the surge limit voltage.
  • the difference between the narrow working voltage range and the surge limit voltage is set as a safety margin.
  • a surge voltage absorbing element that has the characteristic of absorbing a large voltage at the time of abnormality different from the working voltage and having a safety margin set between the working voltage and the surge limiting voltage is replaced with a normal surge voltage absorbing element. Even when used between the contacts of the switch, the surge voltage at the time of opening and closing the switch is a value that is not much different from the operating voltage, so the surge voltage absorbing element does not operate, that is, absorbs the surge voltage Function cannot be performed.
  • PTC Platinum Temperature Coefficient
  • PTC has a characteristic that a large current flows at the initial stage and then attenuates and is suppressed to a small current. Therefore, it is used not only to prevent excessive current, but also as a heating element with a rapid rise in temperature. Alternatively, it is also used as a contactless switch for starting the motor. In any case, it has never been used as a surge current absorbing element at the time of current interruption, nor has it been considered as such.
  • the surge voltage absorbing element has a property of absorbing the surge voltage by lowering the resistance value by self-heating at a higher voltage, so that in the worst case, the thermal runaway and the self-destruction against further overvoltage Therefore, there is a danger that the circuit to be protected will be short-circuited. Therefore, from this point as well, the conventional surge voltage absorbing element has not been considered as an element that absorbs a surge voltage much higher than the power supply voltage generated at the switch contact.
  • an object of the present invention is a small-sized structure, regardless of a manually operated type, a relay type, and a thermal protector type, which melts or damages a large DC current at a high voltage.
  • a switch that shuts off safely and completely without Is Rukoto. Disclosure of the invention
  • the direct current cutoff switch is formed at a predetermined position inside, and is formed with a first fixed contact connected to a terminal portion for connecting to an external circuit; A second fixed contact formed at a predetermined position and connected to a terminal portion for connecting to an external circuit; and a second fixed contact arranged at a position facing the first and second fixed contacts, respectively.
  • a movable portion for supporting the first and second movable contacts with electrical conductivity, and pressing the first and second movable contacts of the movable portion against the first and second fixed contacts, respectively.
  • Contact pressing means for conducting DC current between the first and second fixed contacts via the first movable contact, the movable portion, and the second movable contact; first, the first fixed The first movable contact pressed against the contact is opened from the first fixed contact.
  • Contact opening means for opening the second movable contact pressed by the second fixed contact from the second fixed contact, and connecting between the movable portion and the first fixed contact.
  • the first movable contact point is opened from the first fixed contact by the contact opening means to interrupt a large direct current between the two contacts. Then, there is a region showing a minimum resistance value while the voltage between the two contacts shifts from 0 V to the power supply voltage, and the second movable contact is opened from the second fixed contact and the first and second movable contacts are opened.
  • the non-linear resistance element is a PTC (Positive Temperature Coefficient), and the contact open voltage when the DC large current is cut off by opening the first movable contact is from 28 V. Configured to be in the range of 48V.
  • the PTC is configured to have a voltage-current characteristic in which, for example, an upper limit voltage or a minimum point in a range where thermal runaway does not occur is in a range of 80 V or more. Is located between 2 V and 20 V with voltage-current characteristics.
  • the external circuit is preferably, for example, a circuit rated at DC 42 V or a circuit for driving an inductive load.
  • the movable member may be configured to be driven by, for example, a bimetal.
  • the external circuit is a charge-side circuit or a charge / discharge circuit of a secondary battery pack exceeding 28 V, and is used for charging.
  • the circuit be configured so that the open circuit voltage when the movable contact is opened during charge / discharge does not exceed 5 OV.
  • the PTC is, for example, T c (Curie temperature ) Is preferably set to a value higher than the operating temperature of the bimetal.
  • the movable member may be configured to be driven by, for example, an electromagnetic coil.
  • the non-linear resistance element is configured to prevent an arc generated between the first movable contact and the first fixed contact from continuing for more than 2 milliseconds when the first movable contact is opened, for example.
  • it is configured to indicate a resistance value that limits the current after the first movable contact is opened to a current of preferably 1 A or less that does not generate an arc.
  • the nonlinear resistance element is constituted by a PTC (Positive Temperature Coefficient), and for example, the contact open voltage when the DC large current is cut off by opening the movable contact is in a range of 130 V to 310 V. Can also be set to.
  • PTC Platinum Temperature Coefficient
  • a PTC with specially set voltage / current characteristics and temperature characteristics is connected in parallel to the contact circuit of the switch that opens first before and after the switch that opens first. Because of the connection, even if the first switch contact is opened to cut off the high-voltage current, a closed circuit is formed and a surge voltage is unlikely to occur, after which the PTC passes through the minimum resistance area and cuts off almost all the current.
  • the PTC is electrically disconnected from the contact circuit when the current interrupting operation is completed by the contact that opens later, so that, for example, 30 to 50 V without further setting the gap between the opened contacts, and furthermore, A high-voltage DC current of 130 V to 310 V can be cut off quickly and reliably, thereby realizing the miniaturization of the switch mechanism and easily coping with the recent miniaturization of electronic devices. It is convenient because the application is expanded.
  • FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing the configuration of a push-button type manually operated switch as a DC cutoff switch according to the first embodiment
  • FIGS. 1 (b) and 1 (c) show the configuration of this manually operated switch together with (a).
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation state of the switch.
  • Figures 2 (a), (b), and (c) are diagrams schematically showing the circuit configuration of the manually operated switch corresponding to Figs. 1 (a), (b), and (c), together with the external circuit configuration. is there.
  • Figure 3 is a voltage-current characteristic diagram obtained by prototyping various PTCs as samples and examining the relationship between their voltage and current through experiments.
  • Figure 4 is a chart showing the main characteristics of each PTC obtained from the voltage-current characteristics diagram in numerical values for easy understanding.
  • FIG. 5 shows the process of the change when the current of 42 V was interrupted by a conventional thermostat without PTC for comparison, and (b) shows the change process with PTC.
  • FIG. 4 shows a change process when a current of 42 V is cut off by the thermostat of the present invention.
  • FIGS. 6 (a), (b), and (c) are diagrams showing the configuration of an electromagnetic relay as a DC current cutoff switch in the second embodiment.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing a configuration of a thermostat as a direct current cutoff switch according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example in which the PCT is included in the contact circuit. Explanation of reference numerals
  • the current cutoff switch incorporates a PTC configured with special characteristics, and the characteristics of this PTC will be described later.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of a push-button type manually operated switch as a DC current cutoff switch according to the first embodiment
  • FIGS. It is a figure which shows the operation state of this manually operated switch with figure (a).
  • Figures 2 (a), (b) and (c) schematically show the circuit configurations of the manually operated switches corresponding to Figures 1 (a), (b) and (c), together with the external circuit configuration.
  • FIG. 1 Figures 1 (a), (b) and (c)
  • the manually operated switch 1 shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a) is formed by being arranged at a predetermined position (right side of the center in the figure) of the housing 2 shown in FIG. 1 (a).
  • the first fixed contact 4-11 connected to the connection portion 3-1 for connection to the connection terminal 11-1 of the external circuit 10 shown in (a) and another predetermined position of the housing 2 ( 2 (a left side from the center in the figure) and a second fixed connection connected to a connection portion 3-2 for connection to a connection terminal 11-2 of an external circuit 10 shown in FIG. 2 (a). Points 4-1 and 2 are provided.
  • a first movable contact 5-1 and a second movable contact 5-2 arranged at positions opposed to the first fixed contact 411 and the second fixed contact 412, respectively, And a movable portion 6 that supports the first movable contact 5-1 and the second movable contact 5-2 with electrical conductivity.
  • an upwardly projecting spring plate 7 as a contact pressing means is provided with a hole formed in the center at the ceiling of the housing 2 (here, Is located on the upper side of the figure, so it is called the ceiling, but it is actually the surface that should also be the mounting surface of this switch, and it is often horizontal or downward in practical use. (Depends on the viewing position).
  • the spring plate 7 has its both ends pressed against the ends of the movable part 6 from above, and the both ends of the movable part 6 are in contact with the lower surfaces of both ends of the movable part 6.
  • the first movable contact 5-1 and the second movable contact 5-2 which are supported are urged downward.
  • the spring plate 7 always connects the first movable contact 5_1 and the second movable contact 5-2 to the first fixed contact 4-1 and the second fixed contact 4-1 2 To the first fixed contact 4 via the movable portion 6 having electrical conductivity, that is, via the first movable contact 5-1 and the second movable contact 5-2.
  • DC current is conducted between the first and second fixed contacts 4-2.
  • a contact operating part 8 is provided as a contact opening means comprising a lifting part 8-1, a ratchet part 8-2, and a push button 8_3.
  • the elevating unit 8_1 of the contact operating unit 8 is located closer to the first movable contact 5_.1 than the center in the ratchet unit 8-2, and projects upward from the elevating unit 8-1.
  • the engaging projection 8-1-1 force S provided is passed through the engaging hole 6-1 formed closer to the first movable contact 5-1 than the center of the movable section 6, and is movable. The part 6 and the contact operating part 8 are engaged.
  • a rectangular prism-shaped PTC 9 as a non-linear resistance element is sandwiched between the lower surface of the external connection terminal 3-1 and the bottom surface of the housing 2 which are inserted from the outside of the housing 2 to the inside. Is arranged.
  • the shape of the PTC 9 is not limited to a quadrangular prism, but may be an arbitrary prism such as a triangular prism, a polygonal prism having five or more angles, or a cylinder.
  • the upper and lower surfaces of the PTC 9 are electrode surfaces, respectively.
  • the upper electrode 911 is connected to the lower surface of the external connection terminal 3-1.
  • the lower electrode 912 of the PTC 9 has a movable part.
  • the connection line 6a drawn from 6 is connected.
  • the PTC 9 is connected in parallel to a contact circuit composed of the first movable contact 5-1 and the first fixed contact 4-1 as shown in FIG. 2 (a).
  • push button 8-3 of contact operating section 8 is When this is pushed into the section (in the figure, it is pushed up), this pushing operation is transmitted to the elevating section 8-1 via the ratchet section 8-2, and the elevating section 8-1 is raised. As the elevating unit 8-1 rises, the movable unit 6 attempts to move upward by being pushed.
  • the engaging portion between the lifting / lowering portion 8 _ 1 and the movable portion 6 is located closer to the first movable contact 5-1 than the center.
  • the biasing torque applied from the spring plate 7 to both ends of the movable portion 6 is stronger at the second movable contact 5 _ 2, which is longer from the fulcrum, and is smaller at the first movable contact 5 _ 2, which is shorter than the fulcrum.
  • the biasing torque on the movable contact 5-1 is weak.
  • the first movable contact 5-1 having a relatively low bias torque first moves upward. That is, first, the first movable contact 5-1 is opened from the first fixed contact 411, and the current flowing between these contacts is cut off.
  • the function of the PTC 9 connected in parallel to the contact circuit composed of the first movable contact 5-1 and the first fixed contact 411 will be described.
  • the PTC 9 as a non-linear resistance element has the first movable contact 5_1 and the first fixed contact 4-1 closed.
  • the voltage between the upper electrode 9-1 and the lower electrode 9-2 is substantially "0", and therefore, no current flows through the PTC 9 having a predetermined resistance value based on 25 ° C.
  • the first movable contact 5_ Since the PTC 9 is connected in parallel between 1 and the first fixed contact 4-1, the overall circuit is a closed circuit, so that surge is unlikely to occur.
  • the power supply voltage is applied to the PTC 9, so that the PTC 9 instantaneously generates heat, and the generated heat causes a predetermined peak current based on the characteristics of the PTC 9 to flow. Since the resistance value is lowered to the resistance value, surge voltage is hardly generated. As a result, no current due to the surge voltage flows between the opened first movable contact 5-1 and the first fixed contact 411, that is, the open first movable contact 5-1 and the first No arc occurs between the fixed contacts 4 and 1 of 1.
  • the PTC 9 further generates heat by flowing the current as it is, and then the resistance value rises. With the power supply voltage, a very small amount of negligible current flows.
  • the lifting / lowering portion 8-1 is further raised, and as shown in FIGS. 1 (c) and 2 (c),
  • the second movable contact 5-2 side of the movable section 6 also moves upward. That is, first, the first movable contact 5-1 is opened from the first fixed contact 4_1, and subsequently, the second movable contact 5-2 is opened from the second fixed contact 412. I do.
  • this manually operated switch 1 completely shuts off high-voltage DC current. Moreover, as described above, an arc is not generated between the contacts while the high-voltage DC current of 30 V to 42 V (in some cases, 50 V) is quickly and completely interrupted, and the contacts melt. Not even.
  • FIG. 9 is a voltage-current characteristic diagram obtained by plotting.
  • the horizontal axis shows voltage (V)
  • the vertical axis shows current (A).
  • the scale is shown in logarithm on both the horizontal and vertical axes.
  • the resistance value shown at the left end of each characteristic curve in the voltage-current characteristic diagram shown in the same figure indicates the resistance value at 25 ° C.
  • the resistance value under the environmental temperature condition of 25 ° C is a standard for specially identifying PTC, which is a nonlinear resistance element.
  • FIG. 4 is a table showing the main characteristics of each PTC obtained from the above-mentioned voltage-current characteristics diagram by numerical values for easy understanding.
  • each characteristic curve in the voltage / current characteristic diagram in Fig. 3 is shown. 7 ⁇ , 15 ⁇ , 30 ⁇ , 50 ⁇ , 30 ⁇ , 50 ⁇ , 100 ⁇ , 200 ⁇ , 300 ⁇ , 5 ⁇ (5000) ⁇ , and 10 (10000) ⁇
  • the sample numbers from ⁇ ⁇ ⁇ . 1 to No. 11 are assigned to the PTC values.
  • the characteristics including thermal runaway of PTC will be described.
  • the power supply voltage is 100 V or 200 V
  • the initial resistance of about 5 k ⁇ to 10 k ⁇ is used.
  • the voltage within the range that does not cause thermal runaway due to voltage and current durability The position of the current peak with respect to is a PTC with a characteristic of 50 V or more.
  • the arc generated at the time of breaking and breaking does not decrease in resistance, and the situation is almost the same as when a fixed resistor is connected. Since the voltage across the thermostat divided by the load resistance does not decrease so much, the arc cannot be reduced.
  • the PTC setting is set so that the position of the current peak with respect to the voltage within the range where thermal runaway does not occur in the voltage-current characteristics is set to a value lower than the above-mentioned DC voltage of 50 V, the current that opens between the switch terminals A higher voltage is applied beyond the voltage that generates the minimum resistance value of the PTC at shutdown.
  • a PTC is connected in parallel between these contacts, and the voltage between the switch terminals changes from 0 V to a voltage excluding the drop at the load in a very short time.
  • the terminals of the switch are clamped by the PTC, Even if it is performed, it will remain a closed circuit with no open parts, making it difficult for transient surge voltages to occur.
  • the PTC has a section with the minimum resistance value in between, and the current flowing through the PTC also has a peak.
  • the peak of the voltage-current characteristics is around 10 V, and the current at 42 V is 0.015 A at this static characteristic. There will be a peak of 0.045 A during that time. From the graph in Fig. 3, the minimum resistance is calculated to be about 222 ⁇ , but this resistance is connected in parallel with the arc in the breaking process, and since the resistance has the minimum value, surge voltage does not easily occur. However, the continuation of the arc is also suppressed, and the arc is extinguished during the interruption process.
  • the maximum voltage of two series of 12 V batteries is 28 V
  • the maximum voltage of three series batteries is 42 V.
  • the voltage from 28 V is effective to set the peak current at a voltage lower than 28 V, specifically, up to 2 OV. This ability can be increased by reducing the resistance value.However, if the PTC is applied with an excessive voltage, and if a voltage exceeding the capacity limit of self-control is applied, the current will increase rapidly and thermal runaway will occur. Enter the area.
  • the point at which the curve starts to rise when an excessive voltage is applied corresponds to the region where the resistance increases with respect to voltage (lower right). Although the figure looks almost horizontal, the right end actually rises slightly). This point is called a minimum point or a pressure limit point, and beyond this point, the PTC enters the above-mentioned thermal runaway region, and eventually causes self-destruction, so it is also called a thermal runaway occurrence point.
  • PTC has an upper limit condition for the voltage, and this upper limit condition is the minimum point (thermal runaway occurrence point) of the above curve. Then, it is necessary to secure the safety by setting the voltage at the minimum point of this curve at least twice as much as the voltage normally used, and 80 V is a standard.
  • This condition is defined as the peak voltage of the voltage and current characteristics. If the current value is specified, the characteristics on the low voltage side lower than 2 V will not have sufficient withstand voltage characteristics on the high voltage side, so the range can be limited to approximately 2 V to 20 V.
  • the samples of No. 1 and No. 2 in Fig. 4 have the minimum point position lower than 2 V as shown in the minimum point position column 12-5 in Fig. 12, and the high voltage side Since the withstand voltage characteristics are not sufficient and safety at the working voltage cannot be ensured, these No. 1 and No. 2 samples will be excluded from adoption.
  • the peak current position (V) shown in the peak current position column 12-4 indicates the position of the voltage at which the initial current flowing through the PCT becomes maximum. It is better that the current flowing through the PCT 9 immediately after the switch is opened as shown in Figs. 1 (b) and 2 (b) is the largest.To maximize the current that flows immediately after the switch is opened, Fig. Considering that the voltage applied to the PCT 9 immediately before opening the switch shown in (a) and FIG. 2 (a) is almost “0”, the smaller the position (V) of the peak current, the better.
  • PCTs that can be used safely without thermal runaway at the target voltage (48 V or less). Then, such a PTC has voltage-current characteristics in which the position of the peak current is in the range of 2 V to 20 V.
  • the sample No. 3 The positions of the minimum points of the samples from No. 9 to No. 9 are all between 60 and 170 V, and are 42 V or more.
  • the PTCs of samples No. 3 to No. 5 have preferable characteristics because the position of the minimum point is 80 V or more, which is almost twice the rated voltage 42 V of the power supply described above. That is, these are connected in parallel between the first movable contact and the first fixed contact of the manually operated switch 1 connected to the external circuit 10 as shown in FIGS. 2 (a), (b) and (c). It is found to be suitable as PTC 9 to be performed.
  • the minimum point positions are 110 V and 170 V, so that they can be applied even if the rated voltage of the power supply is 50 V. Turns out.
  • PTC has a starting point of a temperature region where the resistance value rapidly increases, and this temperature is called the Curie temperature (Tc). This temperature is defined as the temperature corresponding to twice the minimum resistance. The minimum resistance value is the position (V) of the peak current shown in Fig. 5.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the current change process when a current of 42 V is cut off in a conventional switch configuration without a PTC for comparison
  • Fig. 5 (b) is a diagram showing a process of a change in current when a current of 42 V is cut off in the switch configuration of the present invention provided with a PTC.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents voltage
  • the time scale on the horizontal axis in Fig. (A) is a scale every 20 milliseconds
  • the horizontal scale in Fig. (B) The time scale on the axis is a scale every 2 milliseconds.
  • the contacts of the switch are opened to interrupt the current of voltage 42 V.
  • the time t1 until the current between the contacts is completely cut off and the voltage reaches 0 V in this case, the current means 0, the same applies to the following
  • more than 70 milliseconds have passed I have. That is, it means that the arc 13 was generated between the contacts during this period, and the generation of the arc 13 continued for more than 70 milliseconds. If the arc is generated continuously for more than 70 milliseconds, the contacts are easily melted and short-circuited due to fusion between the contacts, destroying the switch.
  • the switch contacts are opened to cut off the voltage of 42 V, the current between the contacts is completely cut off, and the voltage becomes 0 V.
  • the passage of time until the time T2 is less than 1 millisecond.
  • high-voltage DC current can be cut off at a speed of about 1/70 or less of that of a conventional switch. Since no arc is generated, the contacts do not melt, and the life of the switch is significantly prolonged.
  • the manual operation type switch has been described as an example.
  • the switch is not limited to the manual operation type switch, and for example, an electromagnetic relay may be used. This will be described below as another embodiment.
  • FIG. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) are diagrams showing the configuration of an electromagnetic relay as a DC current cutoff switch in the second embodiment.
  • FIG. 1A shows a top view taken along the line AA ′ of FIG. 1B, and a bottom view thereof.
  • FIG. 2B shows a top view taken along the line BB ′ of FIG. 2A, and a bottom view below.
  • FIG. 3C shows a sectional view after the switch is opened.
  • the electromagnetic relay 15 is supported by a support member 17 which occupies a large part of the housing 16 and is separated from the coil 18-1 and the core 18-2.
  • the electromagnet 18 is arranged.
  • FIG. 2B shows a state in which one end of the movable member 19 in the long axis direction of the hook is sucked to the suction end of the core 18-2.
  • a spring plate 21 is fixed to the other end of the movable member 19 in the short axis direction of the hook.
  • a first movable contact point 2 2-1 is fixed to the lower surface of one of the forked ends 2 1-1 of the spring plate 21, and a second movable contact point 2 2-1 is fixed to the lower surface of the other end 2 1-2. Movable contact 2 2— 2 is fixed.
  • a first fixed contact 25-1 is disposed at a position facing the first movable contact 22-1.
  • the first fixed contact 251-1 is connected by a connecting member 24 to a terminal 23-1 protruding outside through the bottom of the housing 16 for connection to an external circuit. ing.
  • a second fixed contact 25-2 is disposed below the second movable contact 22-2 at a position facing the second movable contact 22-2.
  • the second fixed contact point 25-2 is directly connected to the inner end of a terminal part 23-2 that protrudes outward through the bottom of the housing 16 for connection to an external circuit. ing.
  • a U-shaped spring member 26 is attached to the other end in the short-axis direction of the movable member 19 on which the spring plate 21 is fixed.
  • the spring member 26 has its U-shaped opening directed toward the contact point, and the upper surface of the horizontal U-shape is fixed to the lower surface of the other end of the movable member 19 in the short axis direction, and the lower surface of the horizontal U-shape is formed.
  • a PTC 27 as a non-linear resistance element is interposed between the first fixed contact 25-1 and the connecting member 24 of the first fixed contact 25-1.
  • the PTC 27 has an upper electrode surface connected to the lower surface of the horizontal U-shaped spring member 26, and a lower electrode surface connected to the connection plate 29.
  • the electromagnetic relays (a) and (b) As shown in the figure, since one end of the movable member 19 in the long axis direction is adsorbed to the suction end of the core 18_2, the spring member 26 is attached with the boundary between the long axis and the short axis as a fulcrum.
  • the first movable contact 22-1 is pivoted in the counterclockwise direction by being piled with the force, and the first movable contact 22-1 is turned into the first fixed contact 25-by the biasing force of one end 21-1 of the spring plate 21. 1 and the second movable contact 22-2 is pressed against the second fixed contact 25-2 by the urging force of the other end 21-1 of the spring plate 21.
  • connection terminals 23-1 and 23-2 are connected to the connection terminals 11-1 and 11-2 of the external circuit 10 shown in Fig. 2 (a).
  • the pressure contact surface between the first movable contact 22-1 and the first fixed contact 25-1 is formed by the second movable contact 22-2 and the second fixed contact. It is set lower by the height a than the pressure contact surface with 25-2.
  • the tips 21-1 and 21-2 of the spring plate 21 that generate the pressing force on these pressure contact surfaces have the same biasing force
  • one end 21-1 holding the first movable contact 22-1 is sinking by the difference of the height a.
  • the movable member 19 is rotated clockwise about the boundary between the long axis and the short axis by the spring member 26 as shown in FIG.
  • the first movable contact 22-1 and the first fixed contact 25-1 which are sunk deep by the height a, are separated from each other, Released.
  • the circuit state is the same as the circuit state shown in FIG.
  • the PTC 27 is connected in parallel to the contact circuit consisting of the first movable contact 22-1 and the first fixed contact 25-1.
  • a surge voltage is hardly generated between the first movable contact 22-1 and the first fixed contact 25-1.
  • this electromagnetic relay 15 completely shuts off high-voltage DC current.
  • the high-voltage DC current of 30 V to 42 V (50 V in some cases) is rapidly and completely shut off, and no arc is generated between the contacts, thus melting the contacts. Therefore, it is possible to configure a small electromagnetic relay in which the distance between the contacts can be relatively narrow.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing a configuration of a thermostat as a DC current cutoff switch according to the third embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view of the upper part of the housing as seen through
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
  • the thermostat 30 is composed of two terminals 3 1 1 and 3 1-2 force housing 3 2 for connection to an external circuit. It is provided so as to protrude outside from inside.
  • the terminal portions 31-1 and 31-2 have a first fixed terminal 33-1 and a second fixed terminal 33-2 formed on an upper surface of an end portion in the housing 32, respectively.
  • the bimetal 34 and the movable plate 3 whose other end swings up and down with the bimetal locking claw 36-1 as a fulcrum according to the reversal of the warpage of the bimetal 34. 6 are arranged.
  • the other end of the movable plate 36 swinging up and down is divided into two forks, and the first fixed terminal 33-1 and the second fixed terminal 33-2 on the lower surface of the forked end are provided.
  • a first movable terminal 37_1 and a second movable terminal 37-2 are formed at opposing positions.
  • the bimetal 34 is made of a two-ply metal piece that always has a warp, and the warp is reversed with a predetermined temperature as a boundary.
  • This thermostat 30 At normal operating temperature, the warp of the bimetal 34 is convex upward, one end of which is locked to the bimetal locking claw 36 _ 1 of the movable plate 36, and the other end of which is also the same as the movable plate 36. It is locked to the other bimetal locking claw 36-2.
  • the end of the movable plate 36 on the side of the bimetal locking claw 36-1 is fixed to a conductive fixing portion 38, which is provided with this fixing portion 38 and a first fixing terminal 33-1.
  • a PTC 39 is interposed between the inner end 31-1-1 of the terminal 31 1-1.
  • the terminal portions 311 and 31-2 of the thermostat 30 are connected to the connection terminals 11-1 and 11-2 of the external circuit shown in FIG. 2 (a), respectively.
  • an entire circuit similar to that shown in FIG. 2A is configured.
  • the bimetal 34 reverses the warp and changes its shape upwardly and concavely. Let it. As a result, the end of the movable plate 36 on the bimetal locking claw 36-2 side is lifted upward.
  • the press contact surface between the first movable contact 37--1 and the first fixed contact 33--1 is in contact with the second movable contact 37-2 and the second movable contact 37-2.
  • the fixed contact 3 of 2 is set lower than the pressure contact surface with 3-2 by the height b, and the first movable contact 37-1 sinks by the difference of the height b.
  • the contact circuit since the PTC 39 is connected in parallel to the contact circuit composed of the first movable contact 37-1 and the first fixed contact 33-1, the contact circuit also forms a closed circuit in this case, A surge voltage is unlikely to be generated between the first movable contact 37-1 and the first fixed contact 33-1. In other words, in this case, no arc is generated as shown in FIG. 5 (b). The current is interrupted within at least 2 ms.
  • the second movable contact 37-2 is also separated from the second fixed contact 33-2. This completes the current cutoff, at which point PTC 39 remains electrically disconnected from these contact circuits.
  • the thermostat 30 completely shuts off high-voltage DC current.
  • the high-voltage DC current is quickly and completely shut off, and no arc is generated between the contacts, so that the contacts do not melt. can do.
  • FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams showing another example of the PTC connection.
  • the effect of limiting the arc is small. That is, when the first movable contact 41-1 is opened from the first fixed contact 42-1, the power-side circuit is closed by the PTC 43 as shown in FIG. In this case, too, surge voltage is unlikely to occur. The PTC is already energized and its resistance is rising. Therefore, the effect is smaller than in the case of FIG. When the switch is closed, a leakage current flows through the PTC 43 to a negligible extent, as shown in FIG. Even in this case, it can be applied sufficiently if the target equipment to be connected is examined together with the power supply voltage.
  • the PTC with an initial resistance of about 5 k ⁇ to 10 k ⁇ shown in Samples No. 10 and No. 11 is the current for the voltage within the range that does not cause thermal runaway due to voltage ⁇ current durability. Since the peak position is 5 OV or more, it is almost the same as a fixed resistance is connected because the resistance to the arc generated at the time of breaking and breaking used at a high voltage of 30 to 42 V does not accompany In the same situation, it was explained that the voltage at the switch did not decrease so much that the arc could not be reduced. However, this only applies to high voltages of 30 to 42 V.
  • the PTC with an initial resistance of about 5 k ⁇ to 10 ⁇ shown as sample No. 10 and No. 11 above has a peak current position in the range of 40 V to 60 V and a minimum point of 250 V 350 350 V or more, so for a DC high voltage of 140 V to 300 V obtained by rectifying the commercial power supply voltage used inside the equipment, the sample No. for a high voltage of 30 to 42 V
  • PTCs up to No. 9 preferably up to No. 5
  • they can be connected in parallel to the switch part and used, and the same effects as described above can be obtained.
  • the DC current cutoff switch of the present invention eliminates or suppresses the time of occurrence of a contact opening arc of a high-voltage DC current circuit to prevent melting and damage of contacts and completely cut off high-voltage DC current.
  • This is a DC current cutoff switch, and the present invention can be used in all industries that use a DC current cutoff switch that cuts off DC current.

Landscapes

  • Thermally Actuated Switches (AREA)
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Abstract

直流電流遮断用の手動操作型スイッチ1は第1の固定接点5−1と第1の可動接点4−1の接点回路に、接続部3−1と上面電極9−1並びに下面電極9−2、接続線6a及び可動部6を介して非線形抵抗素子のPTC9が並列に接続される。最初に第1の固定接点5−1と第1の可動接点4−1間が開放されるがPTC9が並列接続されて接点回路は閉回路になっているのでサージ電圧は発生しにくく遮断電流はPTC9を流れ、PTC9の瞬時の発熱による抵抗値の低下でピーク電流が通過後、PTC9の抵抗値の上昇で電源電圧に復帰し、この後第2の固定接点5−2と第2の可動接点4−2間が開放されるので電流は完全に遮断される。

Description

明細書 直流電流遮断スィツチ 技術分野
本発明は、 直流電流遮断スィッチに係わり、 更に詳しくは高圧直流電流回路 の接点開放アークの発生時間をなくし又は短く抑えて接点の溶融や損傷を防止 し且つ高圧直流電流を完全に遮断する直流電流遮断スィツチに関する。 背景技術
従来より、 例えば自動車の電装品、 或いは充電電池で駆動する電子製品等に おいて直流電源の電流回路の通電と遮断に使用されるスィツチがある。 このよ うなスィツチが使用される従来の自動車の電装品を駆動する電源は、 D C 1 2 Vか D C 2 4 Vのものが主流であり、 また充電電池を使用する携帯型の電子機 器も、 その電源は D C 1 2 V程度が主流であった。
また、 高い出力が要求される例えば電動工具のようなものでさえ、 D C 1 8 Vか 2 4 V程度の電力で十分駆動が可能なものばかり-であり、 このような電源 のスィツチとしては、 従来からあるスィツチが何等の支障もなく、 .そのまま使 用されてきた。
ところが、 近年、 自動車電装品の高電圧化や、 充電電池を使用する機器にお ける製品分野の拡大、 あるいは性能の強力化された電気掃除機のような家電製 品、 更には電動自転車等の新製品の開発等により、 それらの電動部の電源に強 い出力が要求されるようになってきた。 そして、 そのような電源のより強い出 力が要求されることに対応して、 電源の高電圧化が必要となっている。
現在、 このような製品に使用される電源の電圧として、 一般に高電圧といわ れる電圧は 3 0 V以上を指しており、 世界的な規格において安全性の点で上限 とされる電圧は 4 2 Vである。 この点から、 上述した各種の電気製品において 要求される強レ、駆動出力を実現するために必要な安全な電源の電圧は 3 0〜 4 2 Vの範囲の高電圧と考えられている。 また、 機器内部で使用される商用電源 電圧を整流して得られる直流は更に高く、 1 4 0 Vから 3 0 0 Vにも及ぶ。 そして、 電流回路のスィッチにおいても、 上記のような高電圧の電源の通電 と遮断に使用可能なように、 高電圧大電流への対応が必要となってきている。 ところが、 直流の場合、 大電流の遮断時には、 開放されるスィッチの接点間 に発生するアークの影響が、 電源の電圧が高くなるにつれ大きくなることが知 られている。 例えば、 電源電圧が D C 4 2 Vの場合、 電流が 1 0 A程度であつ ても、 従来のスィッチで電源を遮断すると、 一般に通電時の電圧より接点開放 時の電圧が高くなってアークか発生しやすくなる。 またアークが発生しやすい ばかりでなく、 アークの継続時間も長くなることが知られている。
これは、 電圧が 3 0 V近傍の電圧の場合であっても、 例えば 5 O Aの大電流 が使用されている場合、 または、 例えばモータやリレーのようなコイルを使用 した誘導性の高い負荷が駆動されている揚合に、 これらの電流回路を従来のス ィツチで遮断した場合も同様にアークが発生しやすく、 且つその継続時間が長 くなる。 これは、 そのような高電圧大電流を遮断すると大きなサージ電圧が発 生するためである。
このような現象は、 電流遮断時に開放される接点間の間隔が小さかったり、 接点問のアークが一定以上大きくなつたりすると、 特にはなはだしくなり、 一 旦接点間で発生したアークは瞬時に切れることがなく、 数十ミリ秒もの間、 継 続する場合か多い。 このようにアークが数十ミリ秒も継続すると、 アークは高 熱を発生するものであるから、 接点を溶融させて接点問に溶着を起こし回路を 短絡させたり、 また、 うまく接点間が解放状態で停止しても、 周囲の絶縁部材 がアークの熱で溶融、 発煙、 発火等の不具合を引き起こす虞が多分にあるとい う問題が発生してきた。
勿論、 スィッチの接点間の開放間隔を大きく採るようにすれば、 少なくとも 接点間の溶着の問題は解消する。 また、 アークの発生継続時間も短縮される。 しかし発生継続時間が短縮されるとはいえ接点間の開放直後のアークは発生し ているのであるから、 接点の溶融の問題は解消しない。 つまり電流遮断の度に 接点の溶融が発生して接点が変形し、 スィツチの寿命が短縮される。
また、 スィッチの接点間の開放間隔を大きくするということは、 スィッチ本 体の構造を大型化することに直結する。 近年、 全ての電子機器において電動部 分の小型化が推進されている風潮の中で、 スィツチの大型化は第 1に避けねば ならぬ事柄である。
もっとも、 接点間のスパークを解消または低減させる方法として、 接点間に 抵抗を接続する方法が知られている。 しかし、 スパークを解消または低減させ るほどの電流を通じさせる抵抗の抵抗値はかなり低いといわざるを得ない。 こ のように低い抵抗値の抵抗が接点が開いた後も接点間に接続されたままである と、 漏れ電流の累積量が無視できないほど大きく不経済である。
また、 サージ電圧 (又はサージ電流) を吸収するサージ電圧吸収素子も種々 知られている。 例えば、 ノくリスタ、 シリコンサージァブソーバ、 あるいは放電 を利用したガスアレスタ等が知られている。 しかし、 これらは、 いずれも使用 電圧とは異なる異常時の大きな値のサージ電圧をサージ制限電圧まで吸収して、 上記の使用電圧で駆動される回路を異常なサージ電圧から保護するためのもの であり、 元来、 スィッチ開閉時のような使用電圧と大差のない値のサージ電圧 を吸収するものではない。
このようなサージ電圧吸収素子の使用上の目的から、 サージ電圧吸収素子の 機能上の特性としては、 サージ制限電圧に対して使用電圧の範囲を狭く し、 こ の狭い使用電圧の範囲とサージ制限電圧までの差を安全上のマージンとして設 定されている。
したがって、 使用電圧とは異なる異常時の大きな電圧を吸収するように且つ 使用電圧とサージ制限電圧との間に安全上のマ一ジンが設定されている特性を 有するサージ電圧吸収素子を、 通常のスィッチの接点間に使用しても、 スイツ チ開閉時のサージ電圧は使用電圧と大差のない値の電圧であるから、 サージ電 圧吸収素子は動作することがなく、 つまり、 サージ電圧を吸収するという機能 を果たすことができない。
また、 上記外に過大電流防止用の素子の一つとして、 P T C (Positive Temperature Coefficient) も知られている。 P T Cは初期時に大電流が流れ、 その後減衰して微小電流に抑えれれるという特性を有している。 したがって、 過大電流防止用のみらなず、 温度上昇の早い発熱体としても使用されており、 また、 初期にのみ大電流を必要とする機器、 例えばカラーテレビの消磁用コィ ルへの通電用、 あるいはモータ起動用の無接点スィツチとしても使用されてい る。 いずれにしても、 電流遮断時のサージ電流吸収素子として使用されたこと はないし、 また、 そのように考慮されたこともない。
一般に、 サージ電圧吸収素子は、 より高い電圧で自己発熱により抵抗値を下 げてサージ電圧を吸収する性質のものであるため、 更なる過電圧に対しては最 悪の場合熱暴走して自己破壊を起こし、 このため、 保護すべき回路が短絡状態 となる危険性を持っている。 したがって、 この点からも、 従来のサージ電圧吸 収素子は、 スィツチの接点に発生する電源電圧より遥かに高いサージ電圧を吸 収する素子としては考慮の対象にならなかったものである。
本発明の目的は、 上記従来の実情に鑑み、 手動操作型、 リ レー型、 サーマル プロテクタ型を問わず、 小型の構成であって、 高電圧での直流大電流を、 接点 を溶融させたり損傷することなく安全に且つ完全に遮断するスィツチを提供す ることである。 発明の開示
発明の実施の形態においては、 直流電流遮断スィッチは、 内部の所定の位置 に配置して形成され、 外部回路に接続する為の端子部に連結された第 1の固定 接点と、 内部の他の所定の位置に配置して形成され、 外部回路に接続する為の 端子部に連結された第 2の固定接点と、 上記第 1及び第 2の固定接点に対向す る位置にそれぞれ配置された第 1及び第 2の可動接点を電気導通性を有して支 持する可動部と、 該可動部の上記第 1及び第 2の可動接点を上記第 1及び第 2 の固定接点にそれぞれ押圧させて上記第 1の可動接点、 上記可動部、 及び上記 第 2の可動接点を介して上記第 1及び第 2の固定接点間に直流電流を導通させ る接点押圧手段と、 最初に上記第 1の固定接点に押圧されている上記第 1の可 動接点を上記第 1の固定接点から開成させ、 続いて上記第 2の固定接点に押圧 されている上記第 2の可動接点を上記第 2の固定接点から開成させる接点開成 手段と、 上記可動部と上記第 1の固定接点との間に接続された非線形抵抗素子 と、 を有し、 該非線形抵抗素子は、 上記接点開成手段により上記第 1の可動接 点が上記第 1の固定接点から開成されて該両接点間の直流大電流を遮断すると き該両接点間の電圧が 0 Vから電源電圧に移行する間に最小抵抗値を示す領域 を有し、 上記第 2の可動接点が上記第 2の固定接点から開成されて上記第 1及 び第 2の固定接点間の上記直流電流の遮断が完了した時点で接点回路に対し電 気的に切り離されるように構成される。
この直流電流遮断スィッチにおいては、 例えば上記非線形抵抗素子は、 P T C (Positive Temperature Coefficient) であり、 上記第 1の可動接点の開成 による上記直流大電流の遮断時における接点開放電圧は、 2 8 Vから 4 8 Vの 範囲であるように構成される。 また、 上記 P T Cは、 例えば熱暴走しない範囲の上限電圧又は極小点が 8 0 V以上の範囲にある電圧 ·電流特性を有して構成され、 また、 例えば熱暴走し ない範囲の電圧に対するピーク電流の位置が 2 Vから 2 0 Vの範囲にある電 圧 ·電流特性を有して構成される。
また、 上記外部回路は、 例えば直流 4 2 V定格の回路又は誘導負荷を駆動す る回路であることが好ましい。
また、 上記可動部材は、 例えばバイメタルによって駆動されるように構成し て良く、 この場合、 上記外部回路は 2 8 Vを越える 2次電池パックの充電側回 路又は充放電回路であり且つ充電時又は充放電時の上記可動接点の開成による 開放電圧が 5 O Vを越えない範囲の定格回路であるように構成されていること が好ましく、 更にこの場合、 上記 P T Cは、 例えば T c (キューリ一温度) が 上記バイメタルの動作温度より高い値に設定されて構成されることが好ましい。 また、 上記可動部材は、 例えば電磁コイルによって駆動されるように構成し てもよい。
また、 上記非線形抵抗素子は、 例えば上記第 1の可動接点の開成時に該第 1 の可動接点と上記第 1の固定接点間に発生するアークが 2ミリ秒以上継続する ことを防止するように構成され、 また、 例えば上記第 1の可動接点が開成した 後の電流をアークが発生しない好ましくは 1 A以下の電流に制限する抵抗値を 示すように構成される。
また、 上記非線形抵抗素子を P T C (Positive Temperature Coefficient) で構成し、 例えば上記可動接点の開成による上記直流大電流の遮断時における 接点開放電圧を 1 3 0 Vから 3 1 0 Vの範囲であるように設定することもでき る。
以上のように本発明によれば、 電圧 ·電流特性と温度特性を特別に設定され た P T Cを、 前後して開くスィッチの最初に開くスィッチの接点回路に並列に 接続するので、 最初のスィツチの接点を開いて高圧電流を遮断しても閉回路が 形成されていてサージ電圧が発生しにくく、 その後 P T Cが最小抵抗域を通過 して電流をほぼ遮断し、 更に後から開く接点により電流遮断動作が完了すると 共に接点回路から P T Cを電気的に切り離すので、 これにより、 開放される接 点間の間隙を広く設定することなく例えば 3 0〜 5 0 V、 更には 1 3 0 Vから 3 1 0 Vの高圧の直流電流を急速且つ確実に遮断することができ、 これにより、 スィツチ機構の小型化が実現でき、 近年の電子機器の小型化に容易に対処する ことができ、 用途が拡大して便利である。
また、 サージ電圧が発生しにくいため接点間にアークが発生しないので、 接 点が溶融する不具合を防止でき、 これにより、 信頼性の高い長寿命の高圧用の 直流電流遮断スィツチを提供することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1 (a) は第 1の実施の形態における直流電流遮断スィツチとしての押し ボタン型の手動操作型スィッチの構成を示す断面図、 (b),(c) は(a) と共に この手動操作型スィツチの動作状態を示す図である。
図 2 (a) , (b), (c) は図 1 (a) , (b),(c) にそれぞれ対応する手動操作型スィ ツチの回路構成を外部回路構成と共に模式的に示す図である。
図 3は種々の P T Cを試料として試作し実験によりそれらの電圧と電流の関 係を調査して得られた電圧 ·電流特性図である。
図 4は電圧 ·電流特性図から得られる各 P T Cの主要な特性を分かりやすく 数値で示した図表である。
図 5は(a) は比較のために P T Cを配設しない従来型のサーモスタツ トで 4 2 Vの電流を遮断したと.きの変化の過程を示す図、 (b) は P T Cを配設し た本発明のサーモスタツトで 4 2 Vの電流を遮断したときの変化の過程を示す 図である。
図 6 (a),(b), (c) は第 2の実施の形態における直流電流遮断スィツチとし ての電磁リレーの構成を示す図である。
図 7 (a), (b), (c) は、 第 3の実施の形態における直流電流遮断スィッチと してのサーモスタツトの構成を示す図である。
図 8は P C Tを接点回路に含む他の例を示す図である。 符号の説明
1 手動操作型スィッチ
2 ハウジング
2— 1 位置き決め突起部
3— 1、 3- 2 外部接続端子
4 - 1 第 1の固定接点
4 - 2 第 2の固定接点
5— 1 第 1の可動接点
5 - 2 第 2の可動接点
6 可動部
6一 1 係合孔
6 a 接続線
7 ばね板
8 接点操作部
8 - 1 昇降部
8- 1 - 1 係合突部
8 - 2 ラチヱット部
8 - 3 押しボタン 9 PTC
9- 1 上面の電極
9- 2 下面の電極
10 外部回路
1 1 - 1 接続端子
1 1-2 接続端子
1 2 図表
1 2- 1 試料番号欄
1 2 - 2 25 °Cの抵抗値欄 1 2 - 3 25 °Cの電流欄
1 2-4 ピーク電流の位置欄
1 2-5 極小点の位置欄 1 3 アーク
1 5 電磁リレー
1 6 ハウジング
1 7 支持部材
18 電磁石
18- 1 コィノレ
18-2 コア
1 9 可動部材
21 ばね板
2 1 - 1 一方の先端
2 1 -2 他方の先端
22- 1 第 1の可動接点
22 - 2 第 2の可動接点 23— 1、 23-2 端子部
24 連結部材
25- 1 第 1の固定接点
25- 2 第 2の固定接点
26 ばね部材
27 P TC
30 サーモスタット
3 1— 1、 3 1 -2 端子部
3 1- 1 - 1 内端部
32 ハウジング
33- 1 第 1の固定端子
33- 2 第 2の固定端子
34 バイメタル
36- 1, 36-2 バイメタル係止爪
36 可動板
37- 1 第 1の可動端子
37- 2 第 2の可動端子
38 固定部
39 P TC
4 1 - 1 第 1の可動端子
4 1-2 第 2の可動端子
42 P TC 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。 尚、 本発明の直 流電流遮断スィツチは、 特別な特性を有して構成された P T Cを内蔵するが、 この P T Cの特性については後述する。
図 1 (a) は、 第 1の実施の形態における直流電流遮断スィツチとしての押 しボタン型の手動操作型スィツチの構成を示す断面図であり、 同図(b), (c) は、 同図(a) と共にこの手動操作型スィッチの動作状態を示す図である。
図 2 (a) , (b) , (c) は、 図 1 (a) , (b), (c) にそれぞれ対応する手動操作型ス ィツチの回路構成を、 外部回路構成と共に模式的に示す図である。
図 1 (a) 及び図 2 (a) に示す手動操作型スィツチ 1は、 図 1 (a) に示すハ ウジング 2の所定の位置 (図では中央よりも右側) に配置して形成され図 2 (a) に示す外部回路 1 0の接続端子 1 1 _ 1に接続するための接続部 3 - 1 に連結された第 1の固定接点 4一 1と、 同じくハウジング 2の他の所定の位置 (図では中央よりも左側) に配置して形成され図 2 (a) に示す外部回路 1 0 の接続端子 1 1— 2に接続するための接続部 3— 2に連結された第 2の固定接 点 4一 2とを備えている。
また、 上記第 1の固定接点 4一 1及び第 2の固定接点 4一 2に対向する位置 にそれぞれ配置された第 1の可動接点 5 - 1及び第 2の可動接点 5— 2と、 こ れら第 1の可動接点 5— 1及び第 2の可動接点 5— 2を電気導通性を有して支 持する可動部 6を備えている。
この可動部 6の上方には、 同図(a) に示すように、 接点押圧手段としての 上に凸状のばね板 7が、 中央部に穿設された孔をハウジング 2の天井 (ここで は図の上方に位置するので天井と言うが実際にはこのスィッチの取り付け面と もなるべき面であり実用面では横又は下向きになる場合が多い、 以下同様に上 下左右の位置は図で見る位置による) に突設された位置き決め突起部 2— 1に 嵌入させて位置決めされて配設される。 このばね板 7は、 その両端部を可動部 6の両端に上から圧接させて、 可動部 6の両端をつまり可動部 6の両端下面に 支持されている上記第 1の可動接点 5— 1及び第 2の可動接点 5— 2を下方に 付勢している。
これにより、 ばね板 7は、 常には、 上記第 1の可動接点 5 _ 1及び第 2の可 動接点 5— 2を、 上記第 1の固定接点 4 - 1及び第 2の固定接点 4一 2にそれ ぞれ圧接させて、 上記電気導通性を有する可動部 6を介して、 つまり第 1の可 動接点 5 - 1及び第 2の可動接点 5— 2を介して、 第 1の固定接点 4一 1び第 2の固定接点 4— 2間に直流電流を導通させている。
他方、 可動部 6の下方には、 昇降部 8— 1、 ラチェット部 8— 2、 及び押し ボタン 8 _ 3からなる接点開成手段としての接点操作部 8が設けられている。 接点操作部 8の昇降部 8 _ 1は、 ラチェット部 8— 2において、 中央よりも上 記第 1の可動接点 5 _ .1寄りに配置されており、 この昇降部 8— 1の上部に突 設されている係合突部 8— 1一 1力 S、 可動部 6の中央よりも第 1の可動接点 5 — 1寄りに形成されている係合孔 6— 1に揷通されて、 可動部 6と接点操作部 8とが係合している。
また、 ハウジング 2の外部から内部に挿通されて配置されている外部接続端 子 3— 1の下面とハウジング 2の底面との間に挟まれて、 非線形抵抗素子とし ての四角柱形の P T C 9が配設される。 尚、 この P T C 9の形状は、 四角柱形 に限るものではなく、 三角柱、 あるいは五角以上の多角柱、 あるいは円柱等の 任意の柱形であってよい。
この P T C 9の上面と下面は、 それぞれ電極面となっており、 上面の電極 9 一 1は外部接続端子 3 - 1の下面に接続され、 P T C 9の下面の電極 9一 2に は、 可動部 6から引き出されている接続線 6 aが接続されている。 これにより、 P T C 9は、 図 2 (a) に示すように、 第 1の可動接点 5— 1と第 1の固定接 点 4— 1から成る接点回路に並列に接続されている。
上記の構成において、 接点操作部 8の押しボタン 8— 3をハウジング 2の内 部に押し込む (図では押し上げる) と、 この押し込み操作がラチエツト部 8— 2を介して昇降部 8— 1に伝達され、 昇降部 8— 1が上昇する。 この昇降部 8 - 1の上昇により、 したから押されて可動部 6が上に移動しようとする。
前述したように、 昇降部 8 _ 1と可動部 6との係合部は、 中央よりも第 1の 可動接点 5— 1寄りに位置しているため、 この係合部を支点としてみると、 ば ね板 7から可動部 6の両端に加えられている付勢トルクは、 支点からの距離が 長い第 2の可動接点 5 _ 2の方が強く、 これよりも支点からの距離が短い第 1 の可動接点 5 - 1への付勢トルクは弱い。
したがって、 図 1 (b) 及び図 2 (b) に示すように、 昇降部 8— 1の上昇に より下から押されて上に移動しょうとする可動部 6は、 上から押さえ付けられ る付勢トルクの比較的弱い第 1の可動接点 5— 1側が最初に上方に移動する。 すなわち、 最初に第 1の可動接点 5— 1が第 1の固定接点 4一 1から開成され、 これらの接点間に流れていた電流が遮断される。
ここで、 上記の第 1の可動接点 5— 1と第 1の固定接点 4一 1から成る接点 回路に並列に接続されている PTC 9の機能について説明する。 この非線形抵 抗素子としての PTC 9は、 図 1 (a) 及び図 2 (a) に示すように、 第 1の可 動接点 5_ 1と第 1の固定接点 4— 1のスィツチが閉じているときは、 上面電 極 9ー 1と下面電極 9— 2間の電圧はほぼ 「0」 であり、 したがって、 25°C を基準とする所定の抵抗値を有する P T C 9には電流は流れない。
ここで、 第 1の可動接点 5— 1と第 1の固定接点 4一 1のスィッチが、 図 1 (b) 及び図 2 (b) に示すように開いても、 第 1の可動接点 5 _ 1と第 1の固 定接点 4— 1間には PTC 9が並列に接続されているので全体としての回路は 閉回路となっており、 サージが発生しにくい構成になっている。
そして、 接点開放後は、 PTC 9に電源電圧が印加されるので、 PTC 9は 瞬時に発熱し、 その発熱により PTC 9の特性に基づく所定のピーク電流が流 れる抵抗値までその抵抗値を下げるので、 サージ電圧を発生しにくくさせる。 これにより、 開いた第 1の可動接点 5— 1と第 1の固定接点 4一 1間には、 サージ電圧による電流が流れることがなく、 すなわち、 開いた第 1の可動接点 5 - 1と第 1の固定接点 4— 1間にアークが発生することはない。
P T C 9には、 そのまま電流が流れることにより更に発熱して、 今度は抵抗 値が上昇し、 電源電圧では、 極めて僅かの無視し得る程度の電流が流れるのみ となる。
本例では、 上記に続いて、 更に押しボタン 8— 3が押し込まれることにより 昇降部 8— 1が更に上昇して、 これにより、 図 1 (c) 及び図 2 (c) に示すよ うに、 可動部 6の第 2の可動接点 5— 2側も上に移動する。 すなわち、 最初に 第 1の可動接点 5— 1が第 1の固定接点 4 _ 1から開成した後、 これに続いて、 第 2の可動接点 5— 2が第 2の固定接点 4一 2から開成する。
これにより、 第 1の可動接点 5 _ 1、 可動部 6、 及び第 2の可動接点 5— 2 を介して第 1の固定接点 4— 1と第 2の固定接点 4一 2間に流れていた直流大 電流が完全に遮断される。 この電流遮断が完了した時点で、 これらの接点回路 に対し P T C 9は電気的に切り離された状態に維持される。
このように、 この手動操作型スィッチ 1は、 完全に高圧直流電流を遮断する。 しかも、 上記のように 3 0 V〜4 2 V (場合により 5 0 V) の高圧の直流電流 を迅速に且つ完全に遮断しながら、 接点間にアークが発生せず、 したがって接 点が溶融することもない。
図 3は、 上記のような特性を有する P T C 9を得るために、 電圧 ·電流特性 の異なる種々の P T Cを試料として試作し、 実験により、 それらの電圧と電流 の関係を調査し、 調査結果をプロットして得られた電圧 ·電流特性図である。 同図は横軸に電圧 (V) を示し、 縦軸に電流 (A) を示している。 また、 同図 は横軸、 縦軸ともに目盛りを対数で示している。 同図に示す電圧 ·電流特性図の各特性曲線の左端に示す抵抗値は、 25°Cの ときの抵抗値を示している。 この 25 °Cという環境温度条件における抵抗値は、 非線形抵抗素子である P T Cを特化して識別するための基準とされている。 図 4は、 上記の電圧 ·電流特性図から得られる各 PTCの主要な特性を分か りやすく数値で示した図表である。 同図に示す図表 1 2の試料番号欄 1 2— 1 と 25 °Cの抵抗値欄 1 2— 2との対応関係に示すように、.図 3の電圧 ·電流特 性図の各特性曲線の左端に示す抵抗値 7 Ω、 1 5 Ω、 30 Ω、 50 Ω、 30 Ω、 50 Ω、 100 Ω、 200 Ω、 300 Ω、 5 Κ (5000) Ω、 及び 10 ( 1 0000) Ωの抵抗値の PTCには、 それぞれ Ν ο. 1から No. 1 1までの 試料番号が付与されている。
ここで P T Cの熱暴走を含む特性に関して説明する。 P T Cの特性について は電源電圧が 100 Vや 200 Vの場合、 初期抵抗が 5 k Ω〜 10 k Ω程度の ものが使用され、 この場合の電圧 ·電流持性での熱暴走しない範囲での電圧に 対する電流ピークの位置は 50 V以上の特性の PTCとなる。 このような ΡΤ Cを直流の高電圧 (30〜42V) に使用した揚合、 遮断時に発生するアーク に対しては抵抗の低下を伴わず、 固定抵抗か接続されているのとほぼ同じ状況 となり、 負荷抵抗とで分圧されるサーモスタツト両端の電圧があまり低下しな いため、 アークを小さくすることかできない。
これに対し PTCの設定を、 電圧 ·電流特性での熱暴走しない範囲での電圧 に対する電流ピークの位置を直流の上記電圧すなわら 50Vより低い値に設定 すると、 スィツチの端子間を開いた電流遮断時の PTCの最小抵抗値を発生す る電圧を超えて、 より高い電圧が印加される。 この接点間は、 PTCが並列に 接続されており、 スィツチの端子間の電圧は 0Vから負荷での降下分を除いた 電圧までごく短時間に変化して行く。
つまり、 スィッチの端子間が PTCによりクランプされ、 回路として遮断が 行われても、 開放部分の無い閉回路のままであり、 過渡的なサージ電圧が発生 しにくくなる。 しかも P T Cはその間に最小抵抗値の区間があり、 P T Cに流 れる電流もピークを有している。
抵抗の比較的大さな 3 0 0 Ωの例でも、 電圧■電流特性のピークは 1 0 V付 近にあり、 この静特性で見る限り 4 2 Vでの電流は 0 . 0 1 5 Aであるが、 そ の間に 0 . 0 4 5 Aのピークを経てくることになる。 図 3のグラフより計算上 は 2 2 2 Ω程度の最小抵抗になるが、 遮断過程で、 アークと並列にこの抵抗が 接続され、 しかもその抵抗値が最小値を有する為、 サージ電圧を生じにくく、 アークの継続をも抑止することとなり、 遮断過程で消弧される。
一方、 1 2 V系の電池の 2個直列の最大電圧は 2 8 Vであり、 3個直列の最 大電圧は 4 2 Vになる。 この 2 8 Vから、 という電圧を下限として考慮すると 上記ピーク電流は 2 8 Vよりも低い電圧、 具体的には 2 O Vまでの範囲で設定 すると効果がある。 この能力は抵抗値を小さくすれば大きくなるが、 P T Cは 過大な電圧を印加された場合、 すなわら自己制御の能力限界を超える電圧が印 加されると、 電流が急増して熱暴走の領域に入る。
すなわち、 図 3の電圧 ·電流特性図において、 電圧に対して抵抗が増大する 領域 (右下) に対し、 過大な電圧が印加されるとカーブが上昇に転じる点 (高 電圧側の変曲部、 図ではほぼ水平に見えるが実際には右端がやや上昇してい る) がある。 この点は、 極小点とも耐圧限界点ともいい、 この点を越えると P T Cは上述した熱暴走の領域に入って、 やがては自己破壊を引き起こすので、 熱暴走発生点ともいう。
従って、 P T Cには電圧に対する上限の条件が存在し、 この上限の条件が上 記の曲線の極小点 (熱暴走発生点) になる。 そして、 少なくともこの曲線の極 小点の位置する電圧を通常使用する電圧の 2倍に設定して安全性を確保する必 要があり、 8 0 Vがその目安になる。 この条件を、 電圧 .電流特性のピーク電 流値で規定すると、 2 Vよりも低い低電圧側にある特性では、 高電圧側の耐圧 特性が十分でなくなるため、 ほぼ 2 Vから 20 Vの範囲と限定することができ る。
図 4の No. 1と No. 2の試料は、 図表 1 2の極小点の位置欄 12— 5に 示すように、 極小点の位置が 2 Vよりも低く、 上記のように高電圧側の耐圧特 性が十分でなく、 使用電圧での安全性が確保できないので、 これら No. 1と No. 2の試料は採用対象から除外することになる。
次に、 ピーク電流の位置欄 1 2— 4に示すピーク電流の位置 (V) は、 PC Tを流れる初期時の電流が最大になる電圧の位置を示すものである。 図 1 (b) 及び図 2 (b) に示すスィッチ開放直後に P CT 9に流れる電流は最大である 方が良いから、 そのようにスィツチ開放直後に流れる電流を最大にするには、 図 1 (a) 及び図 2 (a) に示すスィッチ開放直前の P CT 9にかかる電圧がほ ぼ 「0」 であることを考えると、 ピーク電流の位置 (V) は、 小さいほど良い ことになる。
そうすると、 試料 No. 1と No. 2は既に除外してあるので、 残る試料 N o. 3から No. 1 1までを見ると、 試料 No. 3〜No. 9がピーク電流の 位置 (V) が 1桁台であり、 試料 No. 10及び No. 1 1がピーク電流の位 置 (V) が使用電圧 (本例では 48V以下) より高いので、 試料 No. 10及 び No. 1 1を採用対象から除外する。 したがって、 採用対象として残る試料 は、 試料 No. 3力、ら No. 9までの試料である。
このようにして残された試料 N o. 3から No. 9までの試料が、 対象電圧 (48V以下) で熱暴走せず、 安全に使用できる PCTということになる。 そ して、 このような PTCは、 ピーク電流の位置が 2 Vから 20 Vの範囲にある 電圧 ·電流特性を有していることになる。
図 4の図表 1 2の極小点の位置欄 1 2— 5の数値を見ると、 試料 N o . 3か ら No. 9までの試料の極小点の位置は、 いずれも 60〜 1 70 Vの間であつ て、 42 V以上である。 特に試料 N o . 3から No. 5までの PTCは、 極小 点の位置が、 上述した電源の定格電圧 42 Vのほぼ 2倍の 80V以上あるので、 好ましい特性の PTCといえる。 すなわち、 これらは外部回路 10に接続され る手動操作型スィ ツチ 1の第 1の可動接点と第 1の固定接点間に図 2 (a), (b), (c) に示すように並列接続すべき P T C 9として適合するものであ ることが判明する。
また、 同図でみると、 特に試料 No. 3と No. 4は、 極小点の位置が 1 1 0 Vと 1 70 Vであるので、 電源の定格電圧が 50Vであっても、 適合できる ことが判明する。
尚、 PTCには、 抵抗値が急激に増加する温度領域の始点があり、 この温度 をキュリー温度 (T c) といっている。 また、 この温度は、 最小抵抗値の 2倍 の抵抗値に対応した温度と定義されている。 最小抵抗値は、 図 5に示すピーク 電流の位置 (V) である。
したがって、 上記の試料 No. 3から No. 9までの試料からは、 動作して 接点が開くまでに最小抵抗域を通過するように、 キュリー温度が動作温度より 高い値に設定されているものを選択して採用する必要がある。 この選択では、 P T Cの特性を、 上述した電圧■電流特性ばかりでなく温度特性を種々変える ことにより、 所望の PTCを得ることができる。
図 5 (a) は、 比較のために PTCを配設しない従来型のスィッチ構成で 4 2 Vの電流を遮断したときの電流の変化の過程を示す図であり、 同図(b) は、 PTCを配設した本発明のスィツチ構成で 42 Vの電流を遮断したときの電流 の変化の過程を示す図である。
尚、 同図(a), (b) は、 横軸に時間を示し、 縦軸に電圧を示している。 また 同図(a) の横軸の時間目盛りは 20ミリ秒毎の目盛りであり、 同図(b) の横 軸の時間目盛りは 2ミリ秒毎の目盛りである。
同図(a) では時刻 t Oでスィッチ (第 1の可動接点 5— 1と第 1の固定接 点 4— 1のスィッチ、 以下同様) の接点を開いて電圧 4 2 Vの電流を遮断して 接点間の電流が完全に遮断されて電圧が 0 V (この場合は電流が 0の意味、 以 下同様) になるまでの時刻 t 1までに、 7 0ミリ秒強の時間が経過している。 すなわち、 この間アーク 1 3が接点間に発生しており、 そのアーク 1 3の発生 が 7 0ミリ秒強継続していたことを意味している。 このようにアークが 7 0ミ リ秒以上も継続して発生すると、 接点が容易に溶融し、 接点間が融着するなど して短絡を起こし、 スィッチが破壊される。
これに対して、 同図(b) に示す実例では、 時刻 T 1でスィッチの接点を開 いて電圧 4 2 Vの電流を遮断して接点間の電流が完全に遮断されて電圧が 0 V になる時刻 T 2までの時間の経過は 1ミリ秒弱である。 つまり従来型のスィッ チのおよそ 1 / 7 0以下の速さで高圧直流電流を遮断することができる。 そし て、 アークが発生しないため接点が溶融することもなく、 スィッチの寿命が格 段に長期化する。
上記の実施の形態では手動操作型スィツチを例にとって説明したが、 スィッ チとしては手動操作型スィッチに限ることなく、 例えば電磁リレーを用いても よい。 これを他の実施の形態として以下に説明する。
図 6 (a),(b),(c) は、 第 2の実施の形態における直流電流遮断スィッチと しての電磁リレーの構成を示す図である。 同図(a) は、 上に同図(b) の A— A' 断面矢視図を示し、 下に底面図を示している。 また、 同図(b) は、 上に 同図(a) の B— B ' 断面矢視図を示し、 下に底面図を示している。 そして、 同図(c) は、 スィッチ開成後の断面図を示している。
同図(a),(b) に示すように、 電磁リ レー 1 5は、 ハウジング 1 6の内部を 大きく占める支持部材 1 7に支持されて、 コイル 1 8— 1とコア 1 8— 2から なる電磁石 1 8が配設されている。
そして、 コア 1 8— 2の吸着端の近傍には、 断面が鈎型に形成された可動部 材 1 9の鈎方の長軸方向の一端が対向して配置される。 尚、 同図(b) は、 そ の可動部材 1 9の鉤方の長軸方向の一端がコア 1 8— 2の吸着端に吸着されて いる状態を示している。
可動部材 1 9の鉤方の短軸方向の他端には、 ばね板 2 1が固設されている。 このばね板 2 1の二股に分かれた一方の先端 2 1 - 1の下面には第 1の可動接 点 2 2— 1が固設され、 他方の先端 2 1— 2の下面には第 2の可動接点 2 2— 2が固設されている。
第 1の可動接点 2 2— 1の下方には、 この第 1の可動接点 2 2— 1に対向す る位置に第 1の固定接点 2 5— 1が配設されている。 この第 1の固定接点 2 5 一 1は、 外部回路に接続する為にハウジング 1 6の底部を貫通して外部に突設 されている端子部 2 3— 1に、 連結部材 2 4により連結されている。
また、 第 2の可動接点 2 2— 2の下方には、 この第 2の可動接点 2 2— 2に 対向する位置に、 第 2の固定接点 2 5— 2が配設されている。 この第 2の固定 接点 2 5— 2は、 外部回路に接続する為にハウジング 1 6の底部を貫通して外 部に突設されている端子部 2 3— 2の内端部に直接連結されている。
上記のばね板 2 1が固設されている可動部材 1 9の短軸方向の他端には、 断 面が U字形のばね部材 2 6が取り付けられている。 ばね部材 2 6は、 U字形の 開口部を接点方向に向けてその横 U字形の上部の面を可動部材 1 9の短軸方向 の他端下面に固着され、 その横 U字形の下部の面と、 第 1の固定接点 2 5— 1 の連結部材 2 4との間には、 非線形抵抗素子としての P T C 2 7が介装されて いる。 P T C 2 7は、 その上面の電極面を横 U字形のばね部材 2 6の下面に接 続され、 下面の電極面が接続板 2 9に接続されている。
この電磁リレーは、 電磁石 1 8が通電駆動されているときは、 同図(a),(b) に示すように、 可動部材 1 9の長軸方向の一端がコア 1 8 _ 2の吸着端に吸着 されていることにより長軸と短軸の境界部を支点にして、 ばね部材 2 6の付勢 力に杭して反時計回り方向に回動して、 第 1の可動接点 2 2— 1がばね板 2 1 の一方の先端 2 1 _ 1の付勢力により第 1の固定接点 2 5— 1に押圧され、 第 2の可動接点 2 2— 2がばね板 2 1の他方の先端 2 1— 1の付勢力により第 2 の固定接点 2 5— 2に押圧される。
この状態で、 上記の接続端子 2 3— 1及び 2 3— 2を、 図 2 (a) に示した 外部回路 1 0の接続端子 1 1— 1及び 1 1— 2に接続することにより、 同図
(a) に示した回路と同一の回路が構成される。
図 6 (a) に示すように、 第 1の可動接点 2 2— 1と第 1の固定接点 2 5— 1との圧接面は、 第 2の可動接点 2 2— 2と第 2の固定接点 2 5— 2との圧接 面よりも高さ aだけ低く設定されている。 これらの圧接面に押圧力を発生させ ているばね板 2 1の先端 2 1— 1、 2 1— 2は同じ付勢力を持ちながら、 同図
(b) に示すように、 上記の高さ aの差だけ、 第 1の可動接点 2 2 _ 1を保持 する一方の先端 2 1— 1の方が沈み込んでいる。
したがって、 電磁石 1 8への通電が遮断されると、 図 6 (c) に示すように、 可動部材 1 9は、 ばね部材 26により長軸と短軸の境界部を支点にして時計回 り方向に付勢されていることにより、 まず、.高さ aだけ深く沈みこんでいる第 1の可動接点 2 2- 1と第 1の固定接点 2 5- 1とが離隔して、 両接点間が開 放される。 このとき図 2 (b) に示した回路の状態と同一の回路状態となる。 そして、 第 1の可動接点 2 2- 1と第 1の固定接点 2 5 - 1とからなる接点 回路に並列に PTC 2 7が接続されていることにより、 この場合も、 接点回路 は閉回路を構成し、 第 1の可動接点 2 2 - 1と第 1の固定接点 2 5— 1間にサ ージ電圧は発生しにくく、 つまりこの場合も図 5 (b) に示したように、 ァー クは発生せず、 少なくとも 2ミリ秒以内で、 電流が遮断される。 更に続いて第 2の可動接点 2 1— 2も第 2の固定接点 2 5— 2から開成され る。 これにより、 電流遮断が完了し、 この時点で、 これらの接点回路に対し P T C 2 7は電気的に切り離された状態に維持される。
このように、 この電磁リレー 1 5は、 完全に高圧直流電流を遮断する。 しか も、 上記のように 3 0 V〜 4 2 V (場合により 5 0 V) の高圧の直流電流を迅 速に且つ完全に遮断しながら、 接点間にアークが発生せず、 したがって接点が 溶融することもないから、 接点間を比較的狭く構成できる小型の電磁リレーで 構成することができる。
図 7 (a) , (b),(c) は、 第 3の実施の形態における直流電流遮断スィッチと してのサーモスタットの構成を示す図である。 同図(a) は、 ハウジング上部 を透視的に見た平面図であり、 同図(b) は同図(a) の A— A' 断面矢視図、 同図(c) は、 同図(a) の B— B ' 断面矢視図である。
同図(a) , (b) , (c) に示すように、 サーモス.タット 3 0は、 外部回路に接続 するための 2本の端子部 3 1一 1及び 3 1— 2力 ハウジング 3 2の内部から 外に突出して設けられている。 端子部 3 1— 1及び 3 1— 2にはハウジング 3 2内における端部上面に、 第 1の固定端子 3 3— 1及び第 2の固定端子 3 3— 2がそれぞれ形成されている。
ノヽウジング 3 2内には、 バイメタル 3 4と、 このバイメタル 3 4の反りの反 転に応じて、 バイメタル係止爪 3 6 - 1を支点にして他端が上下に揺動する可 動板 3 6が配設されている。 この上下に揺動する可動板 3 6の他端は二股に分 かれており、 二股に分かれた端部下面の上記第 1の固定端子 3 3— 1及び第 2 の固定端子 3 3— 2に対向する位置に、 第 1の可動端子 3 7 _ 1及び第 2の可 動端子 3 7— 2が形成されている。
バイメタル 3 4は、 常に反りを有する二枚重ねの金属片からなり、 所定の温 度を界目として反りが反転するようになっている。 このサーモスタット 3 0の 通常の使用温度内では、 バイメタル 3 4の反りは上に凸状であり、 その一端が 可動板 3 6のバイメタル係止爪 3 6 _ 1に係止し、 他端が同じく可動板 3 6の 他のバイメタル係止爪 3 6— 2に係止している。
可動板 3 6のバイメタル係止爪 3 6— 1側の端部は、 導電性の固定部 3 8に 固定されており、 この固定部 3 8と、 第 1の固定端子 3 3— 1を備えた端子部 3 1一 1の内端部 3 1 - 1 - 1との間に、 P T C 3 9が介装されている。
これにより、 このサーモスタツト 3 0の端子部 3 1一 1と端子部 3 1— 2と がそれぞれ図 2 (a) に示す外部回路の接続端子 1 1一 1及び 1 1— 2に接続 されることにより、 図 2 (a) に示したと同様の全体回路が構成される。
この状態で上述したようにサーモスタツト 3 0の通常の使用温度内ではバイ メタル 3 4の反りは上に凸状であることにより、 図 7 (b) , (c) に示すように、 可動板 3 6のバイメタル係止爪 3 6— 2側の端部は、 バイメタル 3 4によって 下方に付勢され、 これにより可動板 3 6の当該端部の第 1の可動接点 3 7 - 1 及び第 2の可動接点 3 7 _ 2は、 それぞれ第 1の固定接点 3 3— 1及び第 2の 固定接点 3 3— 2に押圧されて接触している。 すなわち、 スィッチとしてのサ 一モスタツト 3 0は閉じている。
ここで、 周囲に何らかの異常が発生し、 サーモスタット 3 0の通常の使用温 度を超える温度がバイメタル 3 4に伝達されると、 バイメタル 3 4は反りを反 転させて上に凹状に形態を変化させる。 これにより可動板 3 6のバイメタル係 止爪 3 6— 2側の端部が上方に持ち上げられる。
このとき、 図 7 (b) に示すよいうに、 第 1の可動接点 3 7— 1と第 1の固 定接点 3 3 - 1との圧接面は、 第 2の可動接点 3 7 - 2と第 2の固定接点 3 3 - 2との圧接面よりも高さ bだけ低く設定されていて、 その高さ bの差だけ第 1の可動接点 3 7 - 1の方が沈み込んでいることにより、 可動板 3 6のバイメ タル係止爪 3 6— 2側の端部が上方に持ち上げられたとき、 第 1の可動接点 3 7— 1の方が先に第 1の固定接点 33— 1から離隔して、 図 2 (b) に示した 回路の状態と同一の回路状態となる。
そして、 第 1の可動接点 37- 1と第 1の固定接点 33- 1とからなる接点 回路に並列に PTC 39が接続されていることにより、 この場合も、 接点回路 は閉回路を構成し、 第 1の可動接点 37— 1と第 1の固定接点 33— 1間にサ ージ電圧は発生しにくく、 つまりこの場合も図 5 (b) に示したように、 ァー クは発生せず、 少なくとも 2ミリ秒以内で、 電流が遮断される。
更に続いて第 2の可動接点 37— 2も第 2の固定接点 33— 2から離隔する。 これにより、 電流遮断が完了し、 この時点で、 これらの接点回路に対し PTC 39は電気的に切り離された状態に維持される。
このように、 このサーモスタット 30は、 完全に高圧直流電流を遮断する。 しかも、 高圧の直流電流を迅速に且つ完全に遮断しながら、 接点間にアークが 発生せず、 したがって接点が溶融することもないから、 接点間を比較的狭く構 成できる小型の電磁リレーで構成することができる。
図 8 (a), (b), (c) は、 PTC接続の他の例を示す図である。 この接続では アークを制限する効果は小さい。 すなわち、 同図(b) に示すように、 第 1の 可動接点 4 1— 1が第 1の固定接点 42— 1から開成されたとき、 PTC43 により電¾¾側回路が閉回路となるので、 この場合もサージ電圧は発生しにくい 力 PTCはすでに通電状態となっており、 抵抗値が上昇している。 このため、 図 2の場合よりも効果は小さくなる。 また、 同図(a) に示すように、 スイツ チが閉じているときは、 無視できる程度ではあるが P T C 43に漏れ電流が流 れる。 これでも、 電源電圧と共に接続する対象機器を吟味すれば十分に適用が 可能である。
なお、 試料 No. 1 0及び No. 1 1に示した初期抵抗が 5 k Ω〜 10 k Ω 程度の P T Cは、 電圧■電流持性での熱暴走しない範囲での電圧に対する電流 ピークの位置が 5 OV以上であるので、 30〜42 Vの高電圧に使用した揚合、 遮断時に発生するアークに対して抵抗の低下を伴わないため固定抵抗が接続さ れているのとほぼ同じ状況となり、 スィツチ部の電圧があまり低下せずアーク を小さくすることかできないと説明したが、 これはあくまでも 30〜42 Vの 高電圧に使用した場合のことである。
上記の試料 No. 1 0及び No. 1 1として示した初期抵抗が 5 k Ω〜10 Ιί Ω程度の PTCは、 ピーク電流の位置が 40 V〜 60 Vの範囲であり、 極小 点が 250 V〜350V以上であるので、 機器内部で使用される商用電源電圧 を整流して得られる 140 Vから 300Vの直流高電圧に対しては、 30〜4 2 Vの高電圧に対する試料 N o . 3〜No. 9まで (好ましくは No. 5ま で) の PTCの場合と同様にスィツチ部に並列に接続して用いることができ、 上述したと同様の効果が得られる。 産業上の利用可能性
以上のように本発明の直流電流遮断スィッチは、 高圧直流電流回路の接点開 放アークの発生時間をなく し又は短く抑えて接点の溶融や損傷を防止し且つ高 圧直流電流を完全に遮断する直流電流遮断スィツチであり、 本発明は直流電流 を遮断する直流電流遮断スィツチを用いる全ての産業において利用することが 可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 内部の所定の位置に配置して形成され、 外部回路に接続する為の端子部に 連結された第 1の固定接点と、
内部の他の所定の位置に配置して形成され、 外部回路に接続する為の端子部 に連結された第 2の固定接点と、
前記第 1及び第 2の固定接点に対向する位置にそれぞれ配置された第 1及び 第 2の可動接点を電気導通性を有して支持する可動部と、
該可動部の前記第 1及び第 2の可動接点を前記第 1及び第 2の固定接点にそ れぞれ押圧させて前記第 1の可動接点、 前記可動部、 及び前記第 2の可動接点 を介して前記第 1及び第 2の固定接点間に直流電流を導通させる接点押圧手段 と、
最初に前記第 1の固定接点に押圧されている前記第 1の可動接点を前記第 1 の固定接点から開成させ、 続いて前記第 2の固定接点に押圧されている前記第 2の可動接点を前記第 2の固定接点から開成させる接点開成手段と、
前記可動部と前記第 1の固定接点との間に接続された非線形抵抗素子と、 を有し、
該非線形抵抗素子は、 前記接点開成手段により前記第 1の可動接点が前記第 1の固定接点から開成されて該両接点間の直流大電流を遮断するとき該両接点 間の電圧が 0 Vから電源電圧に移行する間に最小抵抗値を示す領域を有し、 前 記第 2の可動接点が前記第 2の固定接点から開成されて前記第 1及び第 2の固 定接点間の前記直流電流の遮断が完了した時点で接点回路に対し電気的に切り 離される、
ことを特徴とする直流電流遮断スィツチ。
2 . 前記非線开抵抗素子は P T C (Posit ive Temperature Coefficient) であ り、 前記第 1の可動接点の開成による前記直流大電流の遮断時における接点開 放電圧は 2 8 Vから 4 8 Vの範囲であることを特徴とする請求項 1の直流電流 遮断スィツチ。
3 . 前記 P T Cは、 熱暴走しない範囲の上限電圧又は極小点が 8 0 V以上の範 囲にある電圧 ·電流特性を有することを持徴とする請求項 1又は 2記載の直流 電流遮断スィツチ。
4 . 前記 P T Cは、 熱暴走しない範囲の電圧に対するピーク電流の位置が 2 V から 2 O Vの範囲にある電圧 ·電流特性を有することを特徴とする請求項 3記 載の直流電流遮断スィツチ。
5 . 前記外部回路は、 直流 4 2 V定格の回路又は誘導負荷を駆動する回路であ ることを特徴とする請求項 3又は 4記載の直流電流遮断スィツチ。
6 . 前記可動部材はバイメタルによって駆動され、 前記外部回路は 2 8 Vを越 える 2次電池パックの充電側回路又は充放電回路であり且つ充電時又は充放電 時の前記可動接点の開成による開放電圧が 5 O Vを越えない範囲の定格回路で あることを特徴とする請求項 4記載の直流電流遮断スィツチ。
7 . 前記 P T Cは、 T c (キュリー温度) が前記バイメタルの動作温度より高 い値に設定されていることを特徴とする請求項 6記載の直流電流遮断スィツチ。
8 . 前記可動部材は、 電磁コイルによって駆動されることを特徴とする請求項 1の直流電流遮断スィツチ。
9 . 前記非線形抵抗素子は、 前記第 1の可動接点の開成時に該第 1の可動接点 と前記第 1の固定接点間に発生するアークが 2ミリ秒以上継続することを防止 することを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれかに記載の直流電流遮断スィッ チ。
10. 前記非線形抵抗素子は、 前記第 1の可動接点が開成した後の電流をアーク が発生しない好ましくは 1 A以下の電流に制限する抵抗値を示す、 ことを持徴 とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載の直流電流遮断スィツチ。
11. 前記非線形抵抗素子は P T C (Positive Temperature Coefficient) であ り、 前記可動接点の開成による前記直流大電流の遮断時における接点開放電圧 は 1 3 0 Vから 3 1 0 Vの範囲であることを特徴とする請求項 1の直流電流遮 断スィッチ。
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