(57)【要約】【課題】  回路遮断器の電流遮断用断路装置に関する。【解決手段】  本発明は、特にスイッチ（３２）と前記スイッチ（３２）に並列接続された電圧制限装置（３６）とを備える断路装置（２４）に関する。電圧制限装置（３６）は、互いに並列接続された多数の素線（３８）を有し、各素線（３８）は抵抗器（４４）を有している。素線（３８）のうちの少なくとも１つは、当該素線（３８）の抵抗器（４４）に直列接続されたスイッチング素子（４６）を含む。本発明はさらに、回路遮断器（１６）、及び、断路装置（２４）の動作方法（１５８）に関する。【選択図】    なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に回路遮断器（１６）の電流遮断用断路装置（２４）であって、スイッチ（３４）と前記スイッチ（３４）に並列接続された電圧制限装置（３６）とを備え、前記電圧制限装置（３６）は、互いに並列接続された多数の素線（３８）を有しており、各素線（３８）は抵抗器（４４）を有し、素線（３８）のうちの少なくとも１つは、当該素線（３８）の抵抗器（４４）に直列接続されたスイッチング素子（４６）を含む、断路装置（２４）。
【請求項２】
各素線（３８）は、１つの前記スイッチング素子（４６）を有し、これらの素線（３８）は、具体的に同一の配線形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の断路装置（２４）。
【請求項３】
各スイッチング素子（４６）は、制御入力部（５４）を有し、
これらのスイッチング素子（４６）のうちの１つのスイッチング素子（４６）の制御入力部（５４）は、シフトレジスタ（４２）の第１の出力部（６４）、及び、ＯＲ論理スイッチ（５６）の第１の入力部（６６）に通じており、
前記ＯＲ論理スイッチ（５６）の第２の入力部（８６）は、前記シフトレジスタ（４２）の第２の出力部（８４）に通じており、
別のスイッチング素子（４６）の制御入力部（５４）が、前記ＯＲ論理スイッチ（５６）の出力部（６８）に通じていることを特徴とする、請求項２に記載の断路装置（２４）。
【請求項４】
前記シフトレジスタ（４２）の開始出力部（１００）が空いた状態にあることを特徴とする、請求項３に記載の断路装置（２４）。
【請求項５】
前記シフトレジスタ（４２）のリセット入力部（１０６）が、前記シフトレジスタ（４２）の最終出力部（１０２）、及び／又は、電圧供給源（１１２）に通じていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の断路装置（２４）。
【請求項６】
前記シフトレジスタ（４２）の時間入力部（１０８）が、前記スイッチ（３２）の制御入力部（３４）に動作可能に接続されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の断路装置（２４）。
【請求項７】
前記スイッチ（３２）の制御入力部（３４）は、論理スイッチ（１４６）の第１の入力部（１４８）に通じ、タイマー（４０）の時間出力部（１４０）が前記論理スイッチ（１４６）の第２の入力部（１４４）に通じ、前記論理スイッチ（１４６）の出力部（１５４）が前記シフトレジスタ（４２）の時間入力部（１０８）に通じており、具体的には前記論理スイッチ（１４６）の第１の入力部（１４８）及び／又は前記論理スイッチ（１４８）の第２の入力部（１４４）にあるレベルが印加されると、前記論理スイッチ（１４６）の出力部（１５４）はあるレベルを有することを特徴する、請求項６に記載の断路装置（２４）。
【請求項８】
前記スイッチング素子（４６）に対して、さらなる抵抗器（４８）と容量（５０）との直列接続体が並列接続されていることを特徴する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の断路装置（２４）。
【請求項９】
アナログ技術の電圧制限装置（３６）を特徴する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の断路装置（２４）。
【請求項１０】
センサ（２８）と、請求項１〜９のいずれか１項に記載の断路装置（２４）とを備える回路遮断器（１６）。
【請求項１１】
スイッチ（３２）が開かれた後に、前記スイッチング素子（４６）が所定期間閉じられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の断路装置（２４）の動作方法（１５８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチを備える、電流遮断用の断路装置に関する。断路装置は、好ましくは、回路遮断器の一構成部品である。本発明はさらに、回路遮断器と、断路装置の動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電設備は、通常、互いに電気的に直列又は並列接続された多数の太陽光発電モジュールを備えている。太陽光発電モジュール自体の集合体は、給電線を介して、コンバータと接触しており、このコンバータにより、太陽光発電モジュールから供給された電気エネルギーが、一般には交流電流を有する電力供給網に供給される。逆に給電線では、原則的に直流電流が導かれる。故障時に太陽光発電モジュールをコンバータから分離するために、一般に、回路遮断器が使用されている。この回路遮断器は、生じた電流によるコンバータの破損又は太陽光発電モジュールのバーンアウトを阻止するものである。ここで通常は、数十アンペアの電流強度の電流が切り替えられ、太陽光発電モジュールの内部が好適に配線されると、接点には、数百ボルトの電圧が印加される。
【０００３】
直流電流遮断用の回路遮断器のさらなる適用分野は、例えば、飛行機や自動車といった車両の分野である。ここで、電気モータにより駆動される自動車は、通常、高電圧電池を含む車載高電圧システムを有している。高電圧電池により、４００〜５００ボルトの電圧、及び、数百アンペアまでの電流強度が提供される。高電圧電池が誤動作した場合や、これに接続されているコンバータ又は電気モータの内部で短絡が生じた場合には、安全性の理由により、できるだけ早く車載高電圧システムを停止させる必要がある。高電圧電池のバーンアウトを回避するには、スイッチング周期をできるだけ短くする必要がある。このことは、自動車事故やこれによって生じる電気モータ又はコンバータの内部での短絡の場合にも、確保される必要がある。
【０００４】
このような電流又はこのような電圧を切り替える場合、スイッチが機械式スイッチであるならば、このスイッチの領域において電気アークが生成される可能性がある。その結果、スイッチ及びその周辺部品が加熱され、スイッチの故障やバーンアウトにまで発展する可能性がある。また、所定期間、電気アークにより電流が維持され、例えば自動車の場合、事故時に、電気モータがさらに所定期間動作されることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、特に安全性が高く、かつ、とりわけ製造コストが低い、特に好適な電流遮断用の断路装置、特に好適な回路遮断器、及び、特に好適な断路装置の動作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によれば、断路装置については請求項１の特徴によって解決され、回路遮断器については請求項１０の特徴によって解決され、方法については請求項１１の特徴によって解決される。有効な発展形態及び構成は、従属請求項の対象である。
【発明の効果】
【０００７】
断路装置は、電流を遮断するように機能する。つまり、断路装置によって、例えば直流電流又は交流電流である電流が切り替えられる。有利には、断路装置は、直流電流を遮断することに適していると共にそのように提供されている。断路装置によって交流電流が切り替えられる場合、これは、例えば５００Ｈｚ、８００Ｈｚ、又は、９００Ｈｚよりも大きい周波数を有する。有利には、この周波数は、１ｋＨｚ、１．５ｋＨｚ、２ｋＨｚ、５ｋＨｚ、又は、１０ｋＨｚ以上である。具体的には、この周波数は、１０ＭＨｚ、５ＭＨｚ、又は、１ＭＨｚ以下である。具体的には、断路装置は、１００Ａ、３００Ａ、５００Ａ、又は、８００Ａ以上である定格電流を受けることに適しており、そのように提供及び構成されていることが好ましい。有利には、断路装置により切り替え可能な定格電流の最大電流強度は、２ｋＡ、３ｋＡ、又は、５ｋＡである。例えば、断路装置は、１ｋＡの定格電流用に提供及び構成されており、ここで、例えば＋／−１０％、＋／−５％、又は、＋／−２％の偏差が設けられる。好適には、断路装置は、特に比較的短時間、１０ｋＡ、１２ｋＡ、１７ｋＡ、２０ｋＡ、２２ｋＡ、２５ｋＡ、又は、３０ｋＡまでの短絡電流を受けることに適しており、そのように提供及び構成されている。有利には、最大受容可能な短絡電流は、１５ｋＡ〜２０ｋＡである。受容可能な電流とは、具体的には、破損を引き起こすことなく、断路装置を介して導かれることが可能な電流であると理解される。
【０００８】
例えば、断路装置は、１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖ、又は、５００Ｖ以上の電圧を分離すること、又は、切り替えることに適しており、そのように提供及び構成されている。例えば、切り替えられる最大電圧は、特に電流が交流電流である場合、１，１００Ｖ、１，０００Ｖ、９００Ｖ、又は、８００Ｖである。電流が直流電流である場合、切り替えられる最大電圧は、２，０００Ｖ、１，８００Ｖ、１，５００Ｖ、１，２００Ｖ、又は、１，０００Ｖ以下であることが適している。
【０００９】
例えば、断路装置は、エレクトロモビリティの分野で使用される。換言すると、断路装置によって、車両すなわち自動車の車載システム、具体的には車載高電圧システムが切り替えられる。あるいは、飛行機の車載システムが、断路装置によって切り替えられる。さらなる利用例は、太陽光発電設備の分野である。有利には、断路装置によって、太陽光発電モジュールをコンバータから電気的に分離させることが可能である。その別の例として、断路装置によって、コンバータの中間回路を切り替える。ここでコンバータは、例えば太陽光発電設備の一構成部品である。あるいは、コンバータは、産業設備の一構成部品である。有利には、断路装置によって、産業設備のロボットの電流給電が制御される。具体的には、断路装置によって、多数のロボットが電気的に接触する中間回路が切り替えられる。あるいは、断路装置は、産業設備のさらなる分野や自動化の他の分野でも使用される。有利には、断路装置は誘導負荷の切り替えに使用される。
【００１０】
断路装置は、閉状態において断路装置を介して導かれた電流を受けるスイッチを有している。この場合、電流がスイッチの両端子の間を流れることが好ましい。開状態では、この両端子の間に電圧が印加される。この電気スイッチは、例えば、有利には電気的に駆動される機械式スイッチである。この機械式スイッチは、好適にはリレーであり、特に可動接点を有している。閉状態では、可動接点は、例えば同じく可動接点又は固定接点であるさらなる接点に、具体的には機械式に当接する。スイッチを切り替えるために、これらの接点は、機械的に離間して配置されている。あるいは、スイッチは半導体スイッチであり、具体的には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。例えば半導体スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである。
【００１１】
このスイッチには、電圧制限装置が並列接続されている。電圧制限装置は、スイッチの各端子にそれぞれ割り当てられた２つの端子を有していることが好ましい。電圧制限装置は、互いに並列接続された多数の素線を有しており、各素線は、有利には、スイッチに並列接続されている。各素線は抵抗器を有しており、素線のうちの少なくとも１つは、当該素線の抵抗器に直列接続されたスイッチング素子を含む。換言すると、当該素線は、抵抗器及びスイッチング素子を有しており、スイッチング素子及び抵抗器は直列接続されている。この直列接続体は、スイッチに並列接続されている。素線の抵抗器は、有利にはオーム抵抗器であり、少なくとも１ｍオーム、５ｍオーム、１０ｍオーム、５０ｍオーム、１００ｍオーム、５００ｍオーム、１オーム、２オーム、５オーム、１０オーム、２０オーム、５０オーム、１００オーム、２００オーム、５００オーム、１ｋオーム、２ｋオーム、５ｋオーム、又は、１０ｋオームの抵抗を有していることが好ましい。好ましくは、抵抗は１ｋオーム、５００オーム、又は、１００オーム以下である。電圧制限装置は、２つの素線、３つの素線、又は、５つの素線を含むことが好ましい。素線の数は、具体的には２、３、又は、４以上である。例えば素線の数は、２０又は１０以下である。
【００１２】
スイッチング素子によって、当該スイッチング素子を有する素線を流れる電流を阻止し、これによって、電圧制限装置の電気抵抗を設定可能である。その結果、スイッチを介して生じる電圧を、電圧制限装置によって設定することが可能になり、これによって安全性が高められる。また、断路装置は様々な要件に利用可能である。
【００１３】
有利には、スイッチング素子は、スイッチを介して生じる電圧に応じて、及び／又は、スイッチのスイッチング要件に応じて動作される。好適には、スイッチが非導電状態にされると、スイッチング素子は導電状態になる。スイッチング素子は、スイッチが動作する前の期間に導電状態になることが好都合である。その結果、電流が、スイッチだけでなく電圧制限装置の各素線を介しても流れる。素線の抵抗器により、電圧制限装置を介して流れる電流は比較的低く、少なくともスイッチを介して流れる電流と比較しても低い。なぜならスイッチは、比較的低いオーム抵抗を有しているからである。スイッチが動作されると、電流は完全に電圧制限装置に向かって整流される。
【００１４】
断路装置によって誘導負荷を切り替える場合、電流は維持され、抵抗器により断路装置に電圧が印加される。素線が並列接続されているため、この電圧は比較的低い。スイッチング素子によって、当該スイッチング素子を有する素線を分離することが可能になり、このため、電流は完全に電圧制限装置の１つまたは複数の他の素線に向かって整流するので、電圧制限装置の抵抗は上昇する。
【００１５】
つまり、スイッチング素子によって、電圧制限装置の電気抵抗を調節可能であるので、スイッチの動作時に断路装置を介して生じる電圧を調節可能である。この場合、素線の数や各抵抗器の選択により、断路装置の拡張可能性が提供されるので、これを、様々な電圧及び／又は電流に適合させることが可能になる。従って、断路装置の利用範囲は拡大する。素線によって、スイッチを介して生じる電圧が制限される。この場合、スイッチが機械式スイッチであるならば、電圧は電気アークの生成が阻止されるように制限されることが好ましい。スイッチが半導体スイッチであるならば、印加されると半導体スイッチの破壊を導きうるアバランシェ電圧の生成が阻止される。このため安全性が向上する。また、断路装置を、比較的少ない数の安価な電気部品により実現可能であるので、製造コストが低減される。
【００１６】
スイッチング素子は、具体的には半導体スイッチング素子であり、例えば、電界効果トランジスタといったトランジスタ、具体的にはＭＯＳＦＥＴである。例えば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタ、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、又は、ＭＯＳＦＥＴである。電圧が素線に分割されるので、スイッチング素子には、スイッチよりも低い電圧が印加され、このため比較的安価なスイッチング素子を使用可能である。断路装置のスイッチが閉じられている場合、断路装置は導電状態にある。ここで、スイッチング素子が閉状態にあるならば、スイッチング素子により導かれる電流は、素線の抵抗器によって比較的小さくなるので、スイッチング素子を半導体スイッチング素子として選択した場合に生じる電力損は、比較的低い。
【００１７】
電流を電圧制限装置に向かって整流させる際に、スイッチを開位置にして断路装置を非導電状態に移行させると、電流は、素線の抵抗によりさらに低減されるので、この場合でも、電力損は比較的低くなる。つまり比較的低い電力損しか生じない。そして、半導体スイッチング素子を選択したことにより、電気アークの生成が阻止され、このため安全性が向上する。
【００１８】
各素線が、このようなスイッチング素子を有していることが有利である。ここで、素線のスイッチング素子は、例えば同一の構造を有している。選択的又は追加的に、スイッチング素子は、各素線の抵抗器に適合されている。つまり、各素線は、互いに直列接続された抵抗器及びスイッチング素子を有している。従って、スイッチング素子により、断路装置の拡張可能性が増大し、その結果、断路装置の電気抵抗及び従ってスイッチに印加される電圧を、スイッチング素子により設定可能になる。具体的には、素線は同一の構造を有している。換言すると、全ての抵抗器は同じオーム抵抗を有していると共に、全てのスイッチング素子は同じ種類である。最低限でも、素線は同一の配線形状を有している。換言すると、各素線は同様に、電気及び／又は電子部品を含むが各仕様は異なっていてよい。ここで電気及び／又は電子部品は同様に、互いに接続されている。好適には、素線は、異なるオーム抵抗を有する抵抗器を備える。断路装置が多数の素線を有している場合、オーム抵抗の値は、それぞれ、所定定数倍だけ高くなっていることが好ましい。倍数は、具体的には整数倍であり、例えば、２または３である。
最も小さい抵抗が２０オームのオーム抵抗器を有しているとすれば、素線はそれぞれ、２０オーム、４０オーム、８０オーム、・・・のオーム抵抗器、又は、２０オーム、６０オーム、１８０オーム、・・・のオーム抵抗器を有していることが好ましい。このように、スイッチを介して生じる電圧を比較的正確に設定することが可能である。また、同一部品を使用することによって製造コストの低減が可能である。
【００１９】
電圧制限装置は、好ましくは１つのシフトレジスタを有している。シフトレジスタは、第１の出力部及び第２の出力部を有している。第２の出力部は、第１の出力部に好ましくは直接隣接して配置されている。シフトレジスタの動作時には、まず第１の出力部が駆動され、その後第２の出力部が駆動されることが好ましい。第２の出力部は、まさしく第１の出力部の駆動が終了した時に駆動されることが好ましい。したがって、シフトレジスタが駆動される時には、第１の出力部の駆動が終了し、第２の出力部の駆動が始まる。
【００２０】
各スイッチング素子は、当該スイッチング素子の開閉位置に影響を与え得る制御入力部を有していることが好ましい。換言すると、制御入力部の制御により、スイッチング素子の開閉状態は影響を受け、その結果、導電状態又は非導電状態になる。有利には、スイッチング素子は、制御入力部に信号が印加されると、すなわちこれが駆動されると、導電状態になる。１つのスイッチング素子の制御入力部が、シフトレジスタの第１の出力部に、具体的には直接的に通じている。換言すると、このスイッチング素子の制御入力部は、シフトレジスタの第１の出力部に、電気的に直接又は信号技術的に直接接触している。このスイッチング素子の制御入力部はさらに、ＯＲ論理スイッチの第１の入力部に繋がっている。
【００２１】
このＯＲ論理スイッチの第２の入力部は、シフトレジスタの第２の出力部に、具体的には直接的に通じている。ＯＲ論理スイッチは、他のスイッチング素子の制御入力部に通じる出力部をさらに有している。ＯＲ論理スイッチの入力部のうちの一方にあるレベルが印加されると、ＯＲ論理スイッチの出力部にもあるレベルが印加されることが好ましい。したがって、その両方の入力部のうちの一方にアクティブな信号が印加されると、ＯＲ論理スイッチはアクティブになる。第１の入力部にも第２の入力部にもアクティブな信号（レベル）が印加されていない時のみ、ＯＲ論理スイッチの出力部もアクティブにならない。ＯＲ論理スイッチは具体的にはＯＲゲートである。したがって、シフトレジスタにより、第１の出力部に信号が印加されると、第１の出力部と結合されているスイッチング素子はアクティブになる。また、ＯＲ論理スイッチの第１の入力部に信号が印加されるので、当該他のスイッチング素子もアクティブになる。したがって、電圧制限装置の少なくとも２つのスイッチング素子が切り替えられ、これによって、電圧制限装置の素線のうちの少なくとも２つが導通する。その結果スイッチを介して生じる電圧は比較的低くなる。
【００２２】
シフトレジスタによって、出力信号が第１の出力部から第２の出力部に送信されると、制御入力部が第１の出力部に接触しているスイッチング素子は、非導電状態に移行する。反対に、当該他のスイッチング素子は導電状態で維持される。その結果、電圧制限装置の電気抵抗は上昇する。シフトレジスタは、さらに他の出力部、例えば、第３、第４、第５、・・・の出力部を有していることが好ましい。具体的には、出力部の数は素線の数と同じである。ここで、各スイッチング素子の制御入力部は、それぞれ１つのＯＲ論理スイッチの出力部に通じており、ＯＲ論理スイッチの一方の入力部は、他のスイッチング素子の制御入力部に繋がり、その第２の入力部はシフトレジスタの１つの出力部に通じている。
【００２３】
すなわち、具体的には、第３の素線に割り当てられた第３のスイッチング素子の制御入力部は、第２のＯＲ論理スイッチの出力部に通じ、その第１の入力部は、他のスイッチング素子の制御入力部に通じ、その第２の入力部はシフトレジスタの第３の出力部に通じている。従って、シフトレジスタの第１の出力部が駆動されると、全てのスイッチング素子が導電状態になる。ここで、シフトレジスタの第２の出力部が駆動されると、第１の出力部と接触しているスイッチング素子以外の残りの全てのスイッチング素子が駆動されるので、電圧制限装置の導通した素線の数は、ちょうど１つだけ低減される。シフトレジスタの第３の出力部が駆動されると、電圧制限装置の素線のうちの２つの素線は非導電状態になる。このようにして、シフトレジスタの駆動により、電圧制限装置の電気抵抗を連続的かつ段階的に上昇させることが可能になる。
【００２４】
シフトレジスタの第１の出力部は、具体的にはチャネル１に対応し、第２の出力部は、具体的にはチャネル２に対応する。シフトレジスタの開始出力部が空いた状態で設けられていることが特に好ましい。開始出力部は、具体的にはチャネル０に対応し、第１の出力部の前段に設けられている。具体的には、第１の出力部は、開始出力部と第２の出力部との間に設けられている。シフトレジスタの駆動時には、開始出力部が駆動される。シフトレジスタが信号を受信して初めて、開始出力部の駆動が終了し、第１の出力部の駆動が始まる。
【００２５】
開始出力部は塞がっておらず、いかなる電気又は電子部品もここには接続されていない。従って、開始出力部は電気的に開放されており、いかなる部品又は電子部品もこの開始出力部とは電気的に接触していない。従って、通常状態において、スイッチング素子は非導電状態であり、電圧制限装置の電気抵抗は比較的大きい。そのため、シフトレジスタの誤動作又は電圧レジスタの他の構成部品の誤動作の際には、スイッチを介して生じる電圧が比較的大きい場合であっても、意図しない電流が電圧制限装置を介して流れることは実質的に回避される。
【００２６】
有利には、シフトレジスタはリセット入力部を含む。リセット入力部の駆動により、シフトレジスタは所定の状態にもたらされる。具体的には、リセット入力部に信号が印加されると、シフトレジスタの開始出力部はアクティブになる。有利には、シフトレジスタの最終出力部がリセット入力部に通じている。シフトレジスタの最終出力部とは、具体的には、１つのＯＲ論理スイッチに通じたシフトレジスタの出力部に直接隣接するシフトレジスタの出力部を指す。従って、ＯＲ論理スイッチの第１の入力部又は第２の入力部だけが塞がっている場合、すなわち、２つのスイッチング素子だけがシフトレジスタによって駆動される場合、最終出力部は、第３の出力部に対応する。そして、駆動されるスイッチング素子の数が連続的に低減されると、シフトレジスタの最終出力部は駆動され、その結果シフトレジスタは、新たに元の状態に移行する。ここで、有利にも、シフトレジスタの開始出力部が空いた状態にあるため、開始出力部は、時間的に最終出力部のすぐ後に駆動される。したがって、最終出力部が駆動されると、いずれのスイッチング素子も駆動されず、いずれの素線も導通しない。最終出力部とリセット入力部との間に、ダイオードが接続されていることが好都合である。こうすることによりシフトレジスタの破損が回避される。つまり、最終出力部は、シフトレジスタの最後の塞がったチャネルである。
【００２７】
選択的又は特に好ましくは追加的に、シフトレジスタのリセット入力部に、電圧供給源が、例えばキャパシタを介して通じている。電圧供給源自体が、例えばキャパシタである。特に好ましくは、キャパシタは、スイッチが開いた時にスイッチを介して生成された電圧が電圧供給源を給電するように、スイッチに接続されている。ここでスイッチは、具体的には機械式スイッチであり、場合によっては生じ得る電気アーク電圧は、電圧供給源を給電するように機能する。電圧供給源がアクティブにされると、シフトレジスタは所定の状態に移行し、動作の準備が整う。
【００２８】
特に好ましくは、シフトレジスタは、時間入力部を含む。シフトレジスタの時間入力部が駆動されると、シフトレジスタの出力部が連続的に駆動される。ここで、時間入力部に信号が印加されるたびに、出力部は、そのたびに切り替えられるように駆動される。有利には、シフトレジスタの時間入力部は、スイッチの制御入力部に動作可能に接続されている。具体的には、スイッチの制御入力部に信号が印加されていない時にもシフトレジスタの出力部の駆動が可能であるように、動作可能に接続されている。好ましくは、スイッチの制御入力部に信号が印加されると、スイッチは導電状態になる。従ってシフトレジスタは、スイッチが開かれた時にアクティブになる。このようにして、意図しないシフトレジスタの起動は実質的に阻止され、これによって安全性が向上する。
【００２９】
電圧制限装置は、タイマーを含むことが好ましい。このタイマーは、シフトレジスタの時間入力部に動作可能に接続されている。したがって、タイマーによって、シフトレジスタは駆動される。ここで、タイマーによって、具体的には一定周期を有する所定のクロック信号が提供されることが好ましい。例えば、タイマーは、シフトレジスタの時間入力部に直接接続されている。好適には、スイッチの制御入力部は、論理スイッチの第１の入力部に通じ、タイマーの時間出力部は、論理スイッチの第２の入力部に通じている。タイマーの時間出力部には、定期的に駆動信号が提供されることが好ましい。この論理スイッチの出力部は、具体的には、シフトレジスタの時間入力部に通じている。論理スイッチの第１の入力部、及び／又は、論理スイッチの第２の入力部にあるレベルが印加されると、論理スイッチの出力部はあるレベルを有することが好ましく、ここでレベルとは、具体的にはゼロ（０）とは異なる信号を指す。換言すると、第１及び／又は第２の入力部に駆動信号が印加されると、論理スイッチの出力部には出力信号が印加される。好ましくは、スイッチの制御入力部は、タイマーに動作可能に接続されている。ここで、スイッチの制御入力部に信号が印加されている限り、測定、すなわちクロック信号の出力は停止されることが好ましい。具体的には、スイッチの制御入力部は、タイマーのリセット端子に接続されている。タイマーのリセット端子に信号が印加されている限り、これは、具体的には接地状態及び／又は開始状態で維持される。従って、断路装置のスイッチが開いている時にのみ、シフトレジスタは測定を継続する。
【００３０】
例えば、この論理スイッチは、２つのＮＯＲゲートにより形成されているか、又は、これらを含み、スイッチの制御入力部及びタイマーの時間出力部は、一方のＮＯＲゲートの両入力部に通じている。このＮＯＲゲートの出力部は、他方のＮＯＲゲートの両入力部に分岐している。他方のＮＯＲゲートの出力部は、シフトレジスタの時間入力部に繋がっている。
【００３１】
例えば、タイマーはＮＥ５５５である。好適には、「ＯＵＴ」が時間出力部であり、例えば論理スイッチに通じている、又は、シフトレジスタの時間入力部に直接通じている。具体的には、「ＯＵＴ」は、ダイオードを介して「ＴＲＩＧ」（トリガ端子）に通じている。「ＴＲＩＧ」は、抵抗分配器を介してスイッチの一端子に通じている。抵抗分配器は、動作時には、好ましくはゼロ（０）とは異なる電位を有している。例えば、「ＧＮＤ」（ＧＮＤ端子）は、スイッチの残りのスイッチ接点に通じている。例えば、「ＲＥＳＥＴ」（リセット端子）は、スイッチの制御入力部に、例えば１つのＮＯＲゲートを介して動作可能に接続されている。ＮＥ５５５は、単安定フリップフロップとして実現されていることが好都合である。
【００３２】
好ましくは、スイッチング素子に、さらなる抵抗器と容量との直列接続体が並列接続されている。電圧制限装置がこのようなスイッチング素子を多数備えているならば、具体的にはスイッチング素子のうちの少なくとも１つに、このさらなる抵抗器と容量との直列接続体が並列接続されている。ここで、好ましくはスイッチング素子のうちの１つにのみ、このさらなる抵抗器と容量との直列接続体が並列接続されており、電圧制限装置は、１つだけのさらなる抵抗器と１つだけの容量とを有しているだけである。あるいは、多数のスイッチング素子のそれぞれに、さらなる抵抗器と容量との直列接続体が１つずつ並列接続されており、例えば全てのスイッチング素子に、これが接続されている場合、さらなる抵抗器の数及び容量の数は、スイッチング素子の数に対応する。電圧制限装置が、このようなスイッチング素子を多数有しており、これらの制御入力部がそれぞれ１つのＯＲ論理スイッチを介して任意のシフトレジスタの出力部に通じているならば、この直列接続体は、最終出力部に隣接したシフトレジスタの出力部に通じるスイッチング素子に並列接続されていることが好ましい。容量はキャパシタであることが好ましい。スイッチング素子が非導電状態にある場合、これらの素線の抵抗器、さらなる抵抗器、及び、容量によって、場合によってはさらなる電流を受けるＲＣ回路が形成される。したがって、電気抵抗が比較的大きい時にも、常に電圧制限装置を介して電流が流れることが可能である。さらなる抵抗器が比較的大きいことが好都合であり、これによって、比較的大きな誘導器が断路装置を介して接続されている場合でも、電流がゼロ（０）に対して導かれるようになる。電圧制限装置の素線によって、流れる電流は比較的小さくなるので、容量の寸法を比較的小さくすることが可能であり、これによって製造コストを節約することができる。容量にさらなる抵抗器が並列接続されていることが好適である。このさらなる抵抗器によって、容量が常に放電されることが確保される。
【００３３】
電圧制限装置がアナログ技術に基づいていることが有利である。換言すると、電圧制限装置はアナログ技術で製造されている。したがって電圧制限装置がＯＲ論理スイッチ、タイマー、論理スイッチ、及び／又は、シフトレジスタを有しているならば、これらは具体的にはアナログ技術に基づくものであり、アナログ技術で製造されていることになる。このようにして堅牢性が向上する。また、製造コストが低減される。
【００３４】
断路装置は、回路遮断器において利用されることが特に好ましい。具体的には、断路装置は、誘導負荷を切り替えるため、例えばこれを送電網から分離するために使用される。例えば、断路装置を動作させるために、例えば電圧供給源であるエネルギー源が使用される。エネルギー源によって、具体的には、シフトレジスタ、タイマー、及び／又は、スイッチング素子に電源供給される。
【００３５】
回路遮断器は、具体的には例えば電気的かつ信号技術的に互いに結合されたセンサ及び断路装置を含む。断路装置は、スイッチと、当該スイッチに並列接続された電圧制限装置とを有する。電圧制限装置は、互いに並列接続された多数の素線を含み、各素線は、１つの抵抗器を有しており、素線のうちの少なくとも１つは、当該素線の抵抗器に直列接続されたスイッチング素子を含む。センサは、例えば電圧又は電流センサである。換言すると、センサは、電流又は電圧を測定するように設定され、特にそのように提供及び構成されている。具体的には、動作時に、センサによって、断路装置が受ける電流又は印加された電圧、又は、グランド、具体的にはアースといった参照電位に対する電位差を検知する。有利には、断路装置は、センサの測定値に応じて動作される。特に、断路装置は、電流又は電圧が閾値以上になると動作する。例えば、回路遮断器は、マイクロプロセッサといった制御装置を含む。制御装置によって、センサの測定値が評価され、及び／又は、スイッチが駆動される。
【００３６】
回路遮断器は、例えば、太陽光発電設備又は太陽光発電モジュールを介して電気的に接触されており、例えば、太陽光発電設備又は太陽光発電所の一構成部品である。一例では、回路遮断器は、車両の車載システムの一構成部品であり、例えば、１００ボルト、２００ボルト、３００ボルト、又は、４００ボルトよりも高く、例えば１，０００ボルト又は９００ボルトよりも低い電圧を有する車載高電圧システムの一構成部品である。車両は例えば飛行機であり、車載システムは、例えば、飛行機のアクチュエータに電力を供給する機能を有している。一例では、車両は自動車であり、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車である。ここで具体的には、回路遮断器は、車載システムの一構成部品であり、自動車の主モータの電流給電部として機能する。あるいは、回路遮断器は、産業設備の一構成部品であり、好ましくは、例えばコンバータ中間回路を介して給電されるロボットの安全を確保するように機能する。
【００３７】
回路遮断器は、具体的には、１０アンペア、１００アンペア、２００アンペア、３００アンペア、５００アンペア、又は、６００アンペア以上の電流を切り替えるように提供される。有利には、回路遮断器で切り替え可能な最大電流強度は、９００アンペア、１，０００アンペア、１，５００アンペア、又は、２，０００アンペアである。例えば、回路遮断器で切り替え可能な電圧は、１０ボルト、５０ボルト、１００ボルト、又は、２００ボルトよりも大きい。具体的には、切り替え可能な電圧は、５００ボルト、６００ボルト、７００ボルト、又は、１，０００ボルトよりも小さい。
【００３８】
自動車又は飛行機のような車両の車載システムの安全を確保するために、センサ及び断路装置を備える回路遮断器が用いられる。センサ及び断路装置は、具体的には、例えば電気的及び／又は信号技術的に互いに結合されている。断路装置は、スイッチと、当該スイッチに並列接続された電圧制限装置とを備え、電圧制限装置は、互いに並列接続された多数の素線を含む。各素線は、１つの抵抗器を備え、素線のうちの少なくとも１つは、当該素線の抵抗器に直列接続されたスイッチング素子を含む。センサは、例えば電圧又は電流センサである。
【００３９】
車載システムは、特に好ましくは車載高電圧システムであり、当該システムを介して、１０アンペア、２０アンペア、５０アンペア、１００アンペア、又は、２００アンペアよりも大きい電流強度の電流が導かれる。具体的には、車載高電圧システムによって許容される最大電流強度は、２，０００アンペア、１，８００アンペア、又は、１，５００アンペアよりも小さい。具体的には、車載高電圧システムの電圧は、１００ボルト、２００ボルト、３００ボルト、又は、３５０ボルトよりも大きい。有利には、車載高電圧システムの電圧は、１，０００ボルト，８００ボルト、又は、６００ボルトよりも小さい。
【００４０】
あるいは、回路遮断器は、産業設備の給電回路、例えば中間回路の安全を確保するために使用される。具体的には、コンバータがこの回路遮断器を含む。好適には、回路遮断器は、産業用途において、例えばロボットの安全を確保するために使用される。給電回路は、例えば、５００Ｖ〜１０００Ｖ、具体的には８００Ｖの電圧を有する。
【００４１】
本方法は、具体的には回路遮断器の電流遮断用の断路装置を動作させるためのものである。断路装置は、スイッチと当該スイッチに並列接続された電圧制限装置とを備え、電圧制限装置は、互いに並列接続された多数の素線を有しており、各素線は抵抗器を有し、素線のうちの少なくとも１つは、当該素線の抵抗器に直列接続されたスイッチング素子を含む。本方法は、スイッチが開かれた後に、スイッチング素子が所定期間閉じられるようになっている。ここで、スイッチング素子は、スイッチが開かれる前の例えば第２の期間に、既に導電状態に移行されている。スイッチング素子は、スイッチが閉じられると、閉状態にされることが好適である。この別の例として、スイッチング素子は、スイッチが開かれると同時に閉状態にされる。当該期間が経過すると、スイッチング素子は開かれる。
【００４２】
したがって、スイッチが開かれる時には、断路装置を介して流れる電流は完全に電圧制限装置、すなわち素線に向かって整流される。抵抗器が並列接続されているため、電気抵抗は低減される。当該期間が経過すると、スイッチング素子は開かれ、これによって、電圧制限装置の電気抵抗は上昇する。電圧制限装置が、スイッチング素子を備える多数の素線を有している場合、本方法は、スイッチング素子、例えば全てのスイッチング素子のうちの少なくとも１つが、スイッチが開かれた後の所定期間閉じられるようになっている。好適には、スイッチング素子は、時間的に連続して開かれ、ここで、全てのスイッチング素子は、有利にはスイッチが開かれると、まず閉じられる。期間は、各スイッチング素子の駆動の間に電圧制限装置の電気抵抗が上昇するように設けられていることが好適である。
【００４３】
断路装置によって誘導負荷が切り替えられる場合、スイッチを介して生じる電圧が制限される。当該期間が経過すると、流れる電流は、電圧制限装置の電気抵抗により低減される。ここで、スイッチング素子が動作すると、電気抵抗、したがって電圧が新たに上昇する。これによって、電流はさらに大幅に低減されることになる。従って、電気抵抗の上昇によって、電流は連続的に遮断され、印加される最大電圧は低減される。したがって、比較的安価なスイッチを使用可能である。つまり、機械式スイッチの場合、電気アークが停止される。半導体技術に基づくスイッチは、比較的小さい絶縁耐力が必要とされる。スイッチング素子に、容量及びさらなる抵抗器が並列接続されている場合、スイッチング素子の動作後、これらの直列接続体によって、場合によっては残留している電流が取り込まれ、ゼロになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図１】回路遮断器を備える車載高電圧システムを有する自動車を概略的かつ簡略化して示す図である。
【図２】断路装置を有する回路遮断器を概略的に示す図である。
【図３】断路装置を概略的に示す図である。
【図４】断路装置の回路図である。
【図５】断路装置の動作方法を示す図である。
【００４５】
全ての図において互いに対応する部品には、同一の参照番号が付されている。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
個々の部品が第1、第２、第３、・・・の部品として示される場合、これは特に、各部品の名称としてのみ機能するものである。具体的に、これは、所定の数の部品が存在することを暗示するものではない。
【００４７】
図１には、駆動輪４及び非駆動輪６を備える自動車２が概略的かつ簡略化されて示されている。駆動輪４は、詳細には図示されていないコンバータを備える、電気モータ８に結合されている。コンバータ／電気モータ８の電流給電は、電気エネルギーを提供する高電圧電池１０によって行われ、この際、高電圧電池の両電極間には４００ボルトの電圧が印加される。高電圧電池１０は、送電線１２を介してコンバータ／電気モータ８に結合されており、ここで送電線１２には、１，０００アンペアまでの電流が導かれる。高電圧電池１０、送電線１２、及び、コンバータ／電気モータ８は、車載高電圧システム１４の構成部品である。
【００４８】
車載高電圧システム１４の安全を確保するために、車載高電圧システム１４は、回路遮断器１６を備えている。回路遮断器１６は、過電流時、すなわち、例えばコンバータ／電気モータ８の内部での短絡により生じた１，０００アンペアを超える電流の導通時に、起動することにより高電圧電池１０をコンバータ／電気モータ８から電気的に分離する。自動車２は、低電圧電池２０を有する車載低電圧システム１８をさらに備えている。低電圧電池２０の両電極間には、１２ボルト又は４８ボルトの電圧が印加される。車載低電圧システム１８は、多数のアクチュエータ２２をさらに備えている。アクチュエータ２２の調節部品により、例えば窓又はシートを電気的に調節することが可能である。
【００４９】
回路遮断器１６は、図２に概略的かつ簡略化して示されており、送電線１２に繋がった断路装置２４を備えている。断路装置２４により、送電線１２を通る電流を遮断することが可能である。断路装置２４は、制御ユニット２６に信号技術的に結合されており、制御ユニット２６は、センサ２８に信号技術的に結合されている。センサ２８は、送電線１２において支配的な電流を非接触に測定可能な電流センサである。このために、センサ２８はホールセンサを有している。制御ユニット２６はさらに、取付状態において自動車２のバスシステムに接続されるインターフェース３０に結合されている。インターフェース３０を介して、制御ユニット２６を制御可能である。動作時には、例えばセンサ２８によって、過電流が検知されるか、又は、所定の信号がインターフェース３０を介して受信される。その後、制御ユニット２６によって断路装置２４が動作され、送電線１２を流れる電流が停止される。これが行われると、断路装置２４の状態は、インターフェース３０を介してバスシステムに転送される。
【００５０】
図３には、断路装置２４が概略的かつ簡略化されて示されている。断路装置２４は、送電線１２に繋がるスイッチ３２を有している。このスイッチはＩＧＢＴを含み、ＩＧＢＴの開閉状態を変更可能な制御入力部３４を有している。スイッチ３２には、電圧制限装置３６が並列接続されている。換言すると、スイッチ３２は、電圧制限装置３６を介してブリッジされている。電圧制限装置３６は、互いに並列接続された、同一の配線形状を有する多数の素線３８を備えている。全ての素線３８が、スイッチ３２に並列接続されている。電圧制限装置３６はさらにタイマー４０を備えている。タイマー４０は、ＮＥ５５５モジュールであり、スイッチ３２が開位置にある場合、すなわち非導電状態である場合、タイマー４０には電圧が印加される。電圧制限装置３６は、シフトレジスタ４２を含む。シフトレジスタ４２には、タイマーによって所定の間隔で電力が供給される。また、シフトレジスタ４２は、スイッチ３２の制御入力部３４に動作可能に接続されている。シフトレジスタ４２により素線３８が制御される。電圧制限装置３６はアナログ技術に基づくものである。換言すると、素線３８、タイマー４０、及び、シフトレジスタ４２は、アナログ部品として実施されている。
【００５１】
図４には、スイッチ３２に並列接続された素線３８を備える断路装置３６の比較的詳細な回路図が示されている。電圧制限装置３６は、第１の素線３８ａ、第２の素線３８ｂ、第３の素線３８ｃ、第４の素線３８ｄ、及び、第５の素線３８ｅを有しており、これらは互いに並列接続され、かつ、スイッチ３２に並列接続されている。ここで例えば、スイッチ３２の端子の１つがグランドに通じており、そのため、全ての素線３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、及び、３８ｅもグランドに通じている。素線３８は、互いに同じ構造を有しており、それぞれ、１つの抵抗器４４とＩＧＢＴの形をした１つのスイッチング素子４６とを有している。つまり各素線３８は、スイッチング素子４６のうちの１つを有している。各素線３８の抵抗器４４及びスイッチング素子４６は、互いに直列接続されている。個々の素線３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、及び、３８ｅのオーム抵抗は、それぞれ、少なくとも部分的に整数倍だけ高くなっている。第１の素線３８ａの抵抗器４４のオーム抵抗は２０オームであり、第２の素線３８ｂの抵抗器４４のオーム抵抗は４０オームであり、第３の素線３８ｃの抵抗器４４のオーム抵抗は８０オームであり、第４の素線３８ｄ及び第５の素線３８ｅの抵抗器４４はいずれも１６０オームである。第５の素線３８ｅのスイッチング素子４６に、さらなる抵抗器４８とキャパシタの形をした容量５０との直列接続体が並列接続されている。ここでキャパシタ５０は、スイッチ３２の１つの端子の電位、すなわちグランドに通じている。容量５０自体は、追加的な抵抗器５２を介してブリッジされており、したがってこの抵抗器５２は、容量５０に並列接続されている。さらなる抵抗器４８のオーム抵抗は、第５の素線３８ｅの抵抗器４４のオーム抵抗に等しく、１６０オームである。追加的な抵抗器５２のオーム抵抗は、例えば１Ｍオームである。
【００５２】
各スイッチング素子４６は、当該スイッチング素子４６の開閉状態を設定可能な制御入力部５４を有している。スイッチング素子４６が、制御入力部５４によって非導電状態になるように設定されると、当該素線３８を流れる電流は停止される。電圧制限装置３６は、第１のＯＲ論理スイッチ５６、第２のＯＲ論理スイッチ５８、第３のＯＲ論理スイッチ６０、及び、第４のＯＲ論理スイッチ６２を有しており、これらはいずれもＯＲゲートである。第１の素線３８ａのスイッチング素子４６の制御入力部５４は、シフトレジスタ４２の第１の出力部６４及び第１のＯＲ論理スイッチ５６の第１の入力部６６に通じている。第２の素線３８ｂのスイッチング素子４６の制御入力部５４は、第１の論理スイッチ５６の出力部６８及び第２のＯＲ論理スイッチ５８の第１の入力部７０に通じている。第３の素線３８ｃのスイッチング素子４６の制御入力部５４は、第２のＯＲ論理スイッチ５８の出力部７２及び第３のＯＲ論理スイッチ６０の第１の入力部７２に通じている。第４の素線３８ｄのスイッチング素子４６の制御入力部５４は、第３のＯＲ論理スイッチ６０の出力部７６及び第４のＯＲ論理スイッチ６２の第１の入力部７８に通じている。第５の素線３８ｅのスイッチング素子４６の制御入力部５４は、第４のＯＲ論理スイッチ６２の出力部８０及び第１のＮＯＲゲート８２の両入力部に通じている。
【００５３】
シフトレジスタ４２の第２の出力部８４は、第１のＯＲ論理スイッチ５６の第２の出力部８６に通じている。シフトレジスタ４２の第３の出力部８８は、第２のＯＲ論理スイッチ５８の第２の入力部９０に通じている。シフトレジスタ４２の第４の出力部９２は、第３のＯＲ論理スイッチ６０の第２の入力部９４に通じている。シフトレジスタ４２の第５の出力部９６は、第４のＯＲ論理スイッチ６２の第２の入力部９８に通じている。ＯＲ論理スイッチ５６、５８、５８、６０、及び、６２は、同じ構造を有している。さらに、入力部６６及び６８の少なくとも一方、又は、入力部７０及び９０の少なくとも一方、又は、入力部７４及び９４の少なくとも一方、又は、入力部７８及び９８の少なくとも一方にあるレベルが印加されると、各出力部６８、７２、７６、及び、８０に、あるレベルが印加される。
【００５４】
シフトレジスタ４２の開始出力部１００は空いた状態にあり、つまりいかなる電気又は電子部品にも電気的に接触していない。シフトレジスタ４２の最終出力部１０２は、第１のダイオード１０４を介して、シフトレジスタ４２のリセット入力部１０６に通じている。ここでは、ダイオード１０４を介して、最終出力部１０２からの電流だけがリセット入力部１０６まで流れることが可能である。シフトレジスタ４２がアクティブにされると、まず開始出力部１００が駆動される。その後、第１の出力部６４、第２の出力部８４、第３の出力部８８、第４の出力部９２、第５の出力部９６が駆動され、その後、最終出力部１０２が駆動される。この駆動は、時間入力部１０８に与えられる駆動信号に応じて行われる。したがって、開始出力部１００はチャネルＱ０に対応し、第１の出力部６４はチャネルＱ１に対応し、第２の出力部８４はチャネルＱ２に対応し、この対応関係は、チャネルＱ６に対応する最終出力部１０２まで続く。
【００５５】
シフトレジスタ４２のリセット入力部１０６は、第２のキャパシタ１１０を介して電圧供給源１１２に通じている。電圧供給源１１２は、１５ボルトの直流電圧を提供する。リセット入力部１０６はまた、第２の抵抗器１１４を介して、グランドに通じている。第２の抵抗器１１４には、第２のダイオード１１６が並列接続されており、この第２のダイオード１１６を介して、電流がグランドからリセット入力部１０６まで流れることが可能である。
【００５６】
タイマー４０は、単安定フリップフロップとして接続されている。したがって、ＧＮＤ端子１１８がグランドに、供給電圧端子１２０が電圧供給源１１２に通じている。制御端子１２２が、第３のキャパシタ１２４を介してグランドに通じている。放電端子１２６が、閾値端子１２８及び第４のキャパシタ１３０を介してグランドに通じている。また、放電端子１２６及び閾値端子１２８は、第３の抵抗器１３２を介して電圧供給源１１２に通じている。トリガ端子１３４が、電圧分配器１３６を介して送電線１２に電気的に接触している。このため、トリガ端子１３４は、第４の抵抗器１３８を介して送電線１２に通じると共に、第５の抵抗器１３９を介してグランドに通じている。
【００５７】
タイマー４０の時間出力部１４０が、第３のダイオード１４２を介してトリガ端子１３４に通じているので、時間出力部１４０の電流はトリガ端子１３４まで流れることが可能である。時間出力部１４０はさらに、論理スイッチ１４６の第２の入力部１４４に通じている。論理スイッチ１４６の第１の入力部１４８は、スイッチ３２の制御入力部３４に通じている。論理スイッチ１４６は、第２のＮＯＲゲート１５０を有しており、その入力部が論理スイッチ１４６の入力部１４４及び１４８を形成している。第２のＮＯＲゲート１５０の出力部は、第３のＮＯＲゲート１５２の両入力部に通じている。第３のＮＯＲゲート１５２の出力部は、論理スイッチ１４６の出力部１５４を形成し、これがシフトレジスタ４２の時間入力部１０８に通じている。そのため、まさしく論理スイッチ１４６の第１の入力部１４８又は第２の入力部１４４にあるレベル（信号）が印加された時に、論理スイッチ１４８の出力部１５４はあるレベルを有する。つまり、シフトレジスタ４２の時間入力部１０８は、スイッチ３２の制御入力部３４に動作可能に接続されている。また、制御入力部３４は、第４のＮＯＲゲート１５４の１つの入力部に通じており、第４のＮＯＲゲート１５４の別の入力部は、第１のＮＯＲゲート８２の出力部に通じている。第４のＮＯＲゲートの出力部は、タイマー４０のリセット端子１５６に通じている。
【００５８】
図５には、断路装置２４の動作方法１５８が示されている。第１の動作ステップ１６０において、電圧供給源１１２によって、シフトレジスタ４２のリセット入力部１０６にあるレベルが印加されることにより、開始出力部１００が駆動される。つまり、電圧供給源１１２に電圧が印加されることにより、シフトレジスタ４２のリセット入力部１０６にも信号が印加され、これによって開始出力部１００が駆動される。これにより、全てのスイッチング素子４６は遮断され、実質的に電流が電圧制限装置３６を介して流れることは不可能になる。スイッチ３２は開状態になり、断路装置２４を通って電流が流れることは不可能になる。
【００５９】
次の第２の動作ステップ１６２では、スイッチ３２が閉じられるように制御される。このため、タイマー４０をアクティブにする信号が、制御入力部３４に印加される。したがって、論理スイッチ１４６により、シフトレジスタ４２の時間入力部１０８にあるレベルが印加され、これによって第１の出力部６４が駆動される。その結果、ＯＲ論理スイッチ５６、５８、６０、及び、６２によって、素線３８の全てのスイッチング素子４６が駆動されるので、これらは導電状態になる。しかしながらこれらは、スイッチ３２よりも高いオーム抵抗を有しているので、電流は、実際にはスイッチ３２だけを通って流れる。第１のＮＯＲゲート８２及び第４のＮＯＲゲート１５４により、タイマー４０はリセット状態に維持され、そして、スイッチ３２が開位置にある時、すなわち非導電状態にある時にのみ、タイマー４０がアクティブにされることが確保される。
【００６０】
第３の動作ステップ１６４において、制御入力部３４にいかなる信号も印加されないように、スイッチ３２を開く。したがって、電流は完全に素線３８に向かって整流されるので、送電線１２に誘導的に接続された負荷の場合でも、電流は断路装置２４を通って流れ続け、したがって、スイッチ３２に比較的大きな電圧が形成されることが回避される。電圧制限装置３６のオーム抵抗がスイッチ３２のオーム抵抗よりも大きいため、電圧分配器１３６を介して生じる電圧が上昇する。電圧分配器１３６を介して、印加された電圧がタイマー４０のトリガ端子１３４に与えられる。この電圧が動作電圧の三分の一に低減するとすぐに、所定期間の後、時間出力部１４０にパルスが与えられ、論理モジュール１４６に伝送される。したがって、シフトレジスタ４２が制御され、今度は、その第２の出力部８４が駆動される。その結果、第１の素線３８ａのスイッチング素子４６が非導電状態に切り替えられ、残りの素線３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、及び、３８ｅの残りのスイッチング素子４６は、導電状態で維持される。したがって、電圧制限装置３６の電気抵抗は上昇する。このため、再び、タイマー４０のトリガ端子１３４に印加された電圧が上昇する。この電圧が降下し、再びタイマー４０の動作電圧の三分の一になるとすぐに、タイマー４０により、いずれの場合も、所定期間の後のさらなる動作ステップにおいて、新たなパルスが論理モジュール１４６に伝送され、今度は、第３の出力部８８又は第４の出力部９２が駆動される。その結果、今度は第２の素線３８ｂ又は第３の素線３８ｃのスイッチング素子４６も、非導電に切り替えられる。素線３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、及び、３８ｅのオーム抵抗が、少なくとも部分的に連続して上昇するので、一定電流は、比較的大きく減少する。
【００６１】
弱誘導負荷の場合にもシフトレジスタ４２の安全な制御を確保するために、タイマー４０は、単安定フリップフロップとして接続されている。この場合、最小パルス幅は、第３の抵抗器１３２及び第４のキャパシタ１３０により決定される。第４のキャパシタ１３０は、時間出力部１４０に信号が印加されると、第３の抵抗器１３２によって充電される。これは、閾値端子１２８に印加された電圧が動作電圧の２／３よりも低くなるまで行われる。トリガ端子１３４の電圧が動作電圧の１／３まで低下した時にのみ新たなインパルスを開始可能であるため、時間出力部は、第３のダイオード１４２を介して、トリガ端子１３４に結合されている。
【００６２】
シフトレジスタ４２の第５の出力部９６が駆動されると、第５の素線３８ｅのスイッチング素子４６だけが導通する。このため、電圧制限装置３６は、実質的に、第５の素線３８ｅの抵抗器４４のオーム抵抗を有する。最終の動作ステップ１６６において、シフトレジスタ４２の時間入力部１０８にインパルスが与えられると、最終出力部１０２が駆動される。その結果、シフトレジスタ４２のリセット入力部１０６が駆動され、これによって、シフトレジスタ４２はリセットされて、開始出力部１００が駆動される。また、今度は、素線３８の全てのスイッチング素子４６が非導電に切り替えられる。したがって、さらなる抵抗器４８及び容量５０から成り、部分的に第５の素線３８ｅの容量４４によっても形成されるＲＣ回路が、貯蔵された残りの誘導電気エネルギーを受け取るので、電圧制限装置３６を介して流れる電流は必ずゼロになる。追加的な抵抗器５２により、容量５０は確実に放電される。
【００６３】
つまり、シフトレジスタ４２により、電圧制限装置３６の電気抵抗は、時間的に連続して上昇する。この上昇は、流れる電流が所定の制限値よりも低くなると開始する。この制限値は、抵抗器４４によって設定される。したがって、比較的強力な誘導負荷の場合、つまり比較的長時間電流が維持される場合にも、スイッチ３２が駆動された時に比較的強い電圧が形成されることが回避される。比較的大きな電流が存在し続ける場合、電気抵抗は比較的少なくなるので、電圧は比較的小さくなる。電流が制限値よりも小さくなると初めて電気抵抗は上昇し、これによって、結果として生じる電圧も上昇する。電流がさらに低下するとすぐに、これに対して印加される電圧、つまり電気抵抗が上昇するので、電圧は再び上昇する。これによって、電流は再び大きく低減される。
【００６４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明によれば、当業者は、本発明の対象から逸脱することなく、当該実施形態から他の変形例も導き出すことが可能である。特に、本実施形態に関連して説明した個々の特徴は、全て、本発明に係る対象から逸脱することなく、別の形態で互いに組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２  自動車
４  駆動輪
６  輪
８  電気モータ
１０  高電圧電池
１２  送電線
１４  車載高電圧システム
１６  回路遮断器
１８  車載低電圧システム
２０  低電圧電池
２２  アクチュエータ
２４  断路装置
２６  制御ユニット
２８  センサ
３０  インターフェース
３２  スイッチ
３４  制御入力部
３６  電圧制限装置
３８  素線
３８ａ  第１の素線
３８ｂ  第２の素線
３８ｃ  第３の素線
３８ｄ  第４の素線
３８ｅ  第５の素線
４０  タイマー
４２  シフトレジスタ
４４  抵抗器
４６  スイッチング素子
４８  さらなる抵抗器
５０  容量
５２  追加的な抵抗器
５４  制御入力部
５６  第１のＯＲ論理スイッチ
５８  第２のＯＲ論理スイッチ
６０  第３のＯＲ論理スイッチ
６２  第４のＯＲ論理スイッチ
６４  シフトレジスタの第１の出力部
６６  第１のＯＲ論理スイッチの第１の入力部
６８  第１のＯＲ論理スイッチの出力部
７０  第２のＯＲ論理スイッチの第１の入力部
７２  第２のＯＲ論理スイッチの出力部
７４  第３のＯＲ論理スイッチの第１の入力部
７６  第３のＯＲ論理スイッチの出力部
７８  第４のＯＲ論理スイッチの第１の入力部
８０  第４のＯＲ論理スイッチの出力部
８２  第１のＮＯＲゲート
８４  シフトレジスタの第２の出力部
８６  第１のＯＲ論理スイッチの第２の入力部
８８  シフトレジスタの第３の出力部
９０  第２のＯＲ論理スイッチの第２の入力部
９２  シフトレジスタの第４の出力部
９４  第３のＯＲ論理スイッチの第２の入力部
９６  シフトレジスタの第５の出力部
９８  第４のＯＲ論理スイッチの第２の入力部
１００  開始出力部
１０２  最終出力部
１０４  ダイオード
１０６  リセット入力部
１０８  時間入力部
１１０  第２のキャパシタ
１１２  電圧供給源
１１４  第２の抵抗器
１１６  第２のダイオード
１１８  ＧＮＤ端子
１２０  供給電圧端子
１２２  制御端子
１２４  第３のキャパシタ
１２６  放電端子
１２８  閾値端子
１３０  第４のキャパシタ
１３２  第３の抵抗器
１３４  トリガ端子
１３６  電圧分配器
１３８  第４の抵抗器
１３９  第５の抵抗器
１４０  時間出力部
１４２  第３のダイオード
１４４  論理スイッチの第２の入力部
１４６  論理スイッチ
１４８  論理スイッチの第１の入力部
１５０  第２のＮＯＲゲート
１５２  第３のＮＯＲゲート
１５４  第４のＮＯＲゲート
１５６  リセット端子
１５８  方法
１６０  第１の動作ステップ
１６２  第２の動作ステップ
１６４  第３の動作ステップ
１６６  最終の動作ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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