(57)【要約】【課題】安全装置の平滑コンデンサに蓄積された電荷を速やかに、また確実かつ十分に放電させる安全装置を提供する。【解決手段】車両の衝突等が検知された場合、安全装置１０の継電器ＭＣの第１の励磁コイル４１に第１の駆動信号を出力し、そのリレー接点４５をオン状態にして、電力母線２１，２３間に接続された抵抗器Ｒ２，Ｒ３にコンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電する。そして、その放電電荷による電流を継電器ＭＣの第２の励磁コイル４２を作動させるための第２の駆動信号として利用し、継電器ＭＣの自己保持状態を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑コンデンサと抵抗器が開閉手段を介して電気的に接続され、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を前記抵抗器により消費して放電する安全装置であって、
所定の事象を検出して検出信号を出力する手段と、
前記検出信号を受信した場合、前記開閉手段に第１の信号を出力して該開閉手段を導通状態にする手段と、
前記導通状態にある開閉手段に第２の信号を出力して、その導通状態を維持する手段と、
を備えることを特徴とする安全装置。
【請求項２】
前記開閉手段は、導通状態または非導通状態を形成する接点部と、該接点部を導通状態または非導通状態にする第１の吸引コイルおよび第２の吸引コイルを有する吸引コイル部とを含み、前記第１の吸引コイルは前記第１の信号により励磁されて前記接点部を導通状態とし、前記第２の吸引コイルは前記第２の信号により励磁されて前記接点部の導通状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
【請求項３】
前記第２の信号は、前記平滑コンデンサより放電された電荷により形成される信号であることを特徴とする請求項２に記載の安全装置。
【請求項４】
前記第１の吸引コイルと前記第２の吸引コイルは共通のボビンに巻回され、かつ互いに絶縁されており、前記第２の信号は前記第１の信号よりも電圧が高いことを特徴とする請求項３に記載の安全装置。
【請求項５】
前記抵抗器は、第１の抵抗器と第２の抵抗器とを直列に接続した構成を有し、これら第１の抵抗器と第２の抵抗器の接続点より前記第２の信号を取り出すことを特徴とする請求項３に記載の安全装置。
【請求項６】
さらに、前記接続点の電位をもとに前記平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電完了を判断する手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の安全装置。
【請求項７】
前記平滑コンデンサと前記抵抗器と前記開閉手段とが一体化されて同一筐体内に収容されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の安全装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の安全装置を搭載した車両の電力変換装置であって、前記所定の事象として該車両の衝突が検出された場合、前記安全装置の平滑コンデンサに蓄積された電荷を抵抗器により消費して放電することを特徴とする車両の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両に搭載された安全装置に関し、衝突等の発生により車両が停止した場合に平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させる安全装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車業界において、環境性能や燃費といった観点から内燃焼機関と電気モータの複数の動力源をもつ自動車（いわゆる、ハイブリッド車）が増えている。ハイブリッド車における電気モータの駆動にはインバータ駆動方式を採用しているが、モータ駆動力の要求から駆動電圧は高くなってきている。そして、駆動電圧が高くなったことから、安全面において、内燃焼機関で駆動する場合とは異なる観点からの保護が求められている。
【０００３】
インバータの出力を安定させるためには、平滑コンデンサまたはキャパシタが使用されるが、そのような平滑コンデンサまたはキャパシタに残存する電荷による感電の防止が必要となる。例えば、事故等で車両が停止した場合、平滑コンデンサの残存電荷を短時間で速やかに放電し、運転者や救助者が感電する二次災害を防ぐ必要がある。
【０００４】
これらの課題に対応する従来の技術として、例えば、特許文献１は、バッテリと、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータによって駆動されるモータジェネレータとが搭載され、そのインバータに高電圧の平滑コンデンサを設けた車両において衝突が検知されたときに、インバータに設けられる平滑コンデンサを放電させるための制御装置を開示している。特許文献１では、加速度センサからの信号に基づいて車両の衝突が検知されると、モータジェネレータをゼロトルク状態で駆動するようにインバータを制御して、平滑コンデンサの放電処理を行っている。
【０００５】
特許文献２は、車両の衝突等の発生時に、コンデンサの放電制御部に電源を供給している電源線が断線したり、あるいは放電制御部へ衝突を通知する通信線の断線があった場合に、バックアップ電源装置により外部から放電制御部に対して動作電力を供給して、コンデンサに蓄積された電荷を放電する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４１１５８号公報
【特許文献２】特許第５３３３３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
車両の衝突等が発生した場合、電力変換装置内に設けられる平滑コンデンサに蓄積された電荷を速やかに放電させる必要があるが、衝突の状況によっては、複雑な制御を実行できないことも予想され、制御回路への電力を供給する電源線が断線することも想定される。電力変換装置の外部（例えば、特許文献２のバックアップ電源装置）から動作のための電力を供給する電源線が断線すると放電制御を実行できず、コンデンサに蓄積された電荷を速やかに放電させることはできない。さらには、電源線だけでなく、放電制御を実行する制御装置へ衝突を通知する通信信号線が断線することも想定され、かかる信号線の断線時にも確実に放電を実施する必要がある。
【０００８】
モータによりコンデンサに蓄積された電荷を放電する従来の構成では、インバータのスイッチング素子をオンにして電荷を消費する際、トルクが生じないようにオンにするが、オン信号その他は、外部から供給し続ける必要があり、外部に制御回路が必要となる。車両事故は様々な態様が想定でき、制御回路にも駆動回路にもダメージがないといった軽微な事故ばかりではない。また、従来は、インバータとモータとが一体に形成されておらず、これらを電気的に接続するための配線が必要不可欠であるが、事故の程度によっては、その電気配線回路が切断されることも考えられ、安全性の確保に問題が生じる。
【０００９】
そこで、継電器を含む回路にタイマ機能を持たせて起動のための信号が入った場合に、あらかじめ決めた一定時間だけ継電器を導通状態にして、コンデンサに蓄積された電荷を放電させることも考えられるが、その回路の動作に別途電源を設けることが必要であるため、好ましいとはいえない。
【００１０】
一方、コンデンサに蓄積された電荷を抵抗により放電する場合、そのコンデンサを抵抗値の高い抵抗器で接地して長時間かけて電荷を徐々に放電する「常時放電」と、短時間で電荷を放電する「急速放電」とがある。急速放電においては、コンデンサの容量が大きくなるほど電力が大きくなり、電荷を消費するための抵抗器も定格電力が大きく、大型のものが求められる。このような抵抗による電荷の消費においても、電気接続のための配線回路の引き回しが長い場合には、配線回路の切断のおそれがあり、放電回路を維持するための信号を供給し続けられるかという問題もある。
【００１１】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、車両の衝突等が発生した場合、電力変換装置の安全装置に設けられた平滑コンデンサに蓄積された電荷を速やかに放電させるとともに、確実かつ十分に放電させる安全装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、平滑コンデンサと抵抗器が開閉手段を介して電気的に接続され、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を前記抵抗器により消費して放電する安全装置であって、所定の事象を検出して検出信号を出力する手段と、前記検出信号を受信した場合、前記開閉手段に第１の信号を出力して該開閉手段を導通状態にする手段と、前記導通状態にある開閉手段に第２の信号を出力して、その導通状態を維持する手段と、を備えることを特徴とする。
例えば、前記開閉手段は、導通状態または非導通状態を形成する接点部と、該接点部を導通状態または非導通状態にする第１の吸引コイルおよび第２の吸引コイルを有する吸引コイル部とを含み、前記第１の吸引コイルは前記第１の信号により励磁されて前記接点部を導通状態とし、前記第２の吸引コイルは前記第２の信号により励磁されて前記接点部の導通状態を維持することを特徴とする。
また、例えば、前記第２の信号は、前記平滑コンデンサより放電された電荷により形成される信号であることを特徴とする。さらに、前記第１の吸引コイルと前記第２の吸引コイルは共通のボビンに巻回され、かつ互いに絶縁されており、前記第２の信号は前記第１の信号よりも電圧が高いことを特徴とする。
さらに、例えば、前記抵抗器は、第１の抵抗器と第２の抵抗器とを直列に接続した構成を有し、これら第１の抵抗器と第２の抵抗器の接続点より前記第２の信号を取り出すことを特徴とする。また、前記接続点の電位をもとに前記平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電完了を判断する手段をさらに備えることを特徴とする。また、例えば、前記平滑コンデンサと前記抵抗器と前記開閉手段とが一体化されて同一筐体内に収容されることを特徴とする。
【００１３】
上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明の車両の電力変換装置は、上記のいずれかの安全装置を搭載した車両の電力変換装置であって、上記所定の事象として該車両の衝突が検出された場合、該安全装置の平滑コンデンサに蓄積された電荷を抵抗器により消費して放電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、事故等で車両が停止した場合、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で速やかに放電することで、運転者や救助者が感電する二次災害を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態例に係る安全装置を車両等の電力変換装置に適用した構成を示す図である。
【図２】本実施の形態例に係る安全装置における構成部品の実装例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３】従来の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る一実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例に係る安全装置を車両等の電力変換装置に適用した構成を示す図である。図１に示すように電力変換装置は、電力供給部１と安全装置１０とインバータ５とを共通の電力線（電力母線、あるいは通電路ともいう）２１，２３で接続した構成を備える。電力供給部１は、直流電源としてのバッテリー２と、バッテリー２の電圧を所定の直流高電圧に変換する昇圧コンバータ３を備える。
【００１７】
スイッチＳＷ１は、車両の衝突が検出されたときにバッテリー２と昇圧コンバータ３とを電気的に切り離すためのスイッチ（例えば、リレー）であり、スイッチＳＷ２は、同じく衝突時に、安全装置１０とインバータ５とを切り離して、モータ７の誤作動等を防止するためのスイッチである。
【００１８】
安全装置１０は、電力母線２１，２３間の電圧変動等を平滑化するコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を、車両の衝突時等に抵抗器Ｒ２，Ｒ３を介して放電させる継電器ＭＣ（電磁開閉器、あるいはリレーともいう）とを備える。この安全装置１０の後段には、電力母線２１，２３を介して供給された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ５が接続され、このインバータ５からの電力を受けてモータ７が駆動される。なお、モータ７で発生した動力は、車両を走行させる駆動輪（不図示）に伝達される。
【００１９】
次に、本実施の形態例に係る安全装置の動作について詳細に説明する。図１の電力変換装置において、安全装置１０の平滑用コンデンサであるコンデンサＣ１と並列に抵抗器Ｒ１が接続されている。この抵抗器Ｒ１は常時、通電状態となって、コンデンサＣ１に充電された電荷を緩慢に放電するための抵抗であり、常時放電抵抗とも呼ばれる。そのため抵抗器Ｒ１は抵抗値が高く、例えば、数ｋΩ〜１００ｋΩである。
【００２０】
安全装置１０の抵抗器Ｒ２，Ｒ３は、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を急速に放電するための急速放電抵抗であり、車両の衝突がない通常の場合、互いに電気的に切り離された状態になっている。車両衝突が検知された場合には、後述するように外部から供給される信号を受けて継電器ＭＣが作動し、その接点（リレー接点）４５を介して抵抗器Ｒ２，Ｒ３が電気的に直列に接続される。なお、継電器ＭＣは、同一磁芯に巻かれ互いに絶縁された２系統の吸引コイル（励磁コイルともいう）を備えており、それらのうち第１の励磁コイル４１は低電圧（例えば、１２Ｖ程度）で駆動され、第２の励磁コイル４２は高電圧（例えば、５０Ｖ〜２００Ｖ）で駆動される。
【００２１】
衝突検知部３０は、加速度センサ等を備えることで車両の衝突を検知する。継電器ＭＣの２つの励磁コイル（第１の励磁コイル４１と第２の励磁コイル４２）は、衝突検知部３０によって車両衝突が検知されないときには非励磁状態となり、リレー接点４５のオフ状態（開状態、あるいは非導通状態ともいう）が維持される。衝突検知部３０によって衝突が検知され、速やかにコンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電する必要が生じた場合、安全装置１０の継電器ＭＣを駆動するため、衝突検知部３０はリレー駆動部３１に対して衝突信号を出力する。
【００２２】
衝突信号を受けたリレー駆動部３１は、上述した継電器ＭＣの２つの励磁コイルのうち第１の励磁コイル４１に駆動信号（第１の駆動信号）を出力する。その結果、第１の励磁コイル４１は励磁状態となって電磁石を形成し、リレー接点４５がオン状態（導通状態、あるいは閉状態ともいう）となる。ここでは、リレー駆動部３１から第１の駆動信号を発生させるための電源（図１に示す“１２Ｖ”）は、電力変換系ではない、車両の通常の電装系より供給される。
【００２３】
継電器ＭＣの第２の励磁コイル４２は、コイルの一端が抵抗器Ｒ２とＲ３との接続点に接続され、コイルの他端は電力母線２３に接続されている。リレー接点４５がオン状態になると、電力母線２１，２３間において抵抗器Ｒ２，Ｒ３が直列に接続されるため、これらの抵抗器Ｒ２，Ｒ３によってコンデンサＣ１が短絡状態になる。電力母線２１，２３は、電力母線２１が正極側であり、負極側（例えば、接地電位）となる電力母線２３よりも電圧が高いため、リレー接点４５がオン状態のときには、コンデンサＣ１に蓄積された電荷による放電電流が抵抗器Ｒ３からリレー接点４５の経路を介して、電気的に並列に接続された抵抗器Ｒ２と第２の励磁コイル４２の双方に流入する。
【００２４】
第２の励磁コイル４２の直流抵抗値が、後述する抵抗器Ｒ２の抵抗値の数十倍（例えば、２００Ω程度）であれば、並列接続された抵抗器Ｒ２と第２の励磁コイル４２との合成抵抗値において、抵抗器Ｒ２の抵抗値が支配的になる。その結果、第２の励磁コイル４２の上記一端側には、抵抗器Ｒ２とＲ３の抵抗比で決まる電圧が印加される。したがって、第２の励磁コイル４２の駆動電流（第２の駆動信号）となるのは、コンデンサＣ１に蓄積された電荷による放電電流のうち、第２の励磁コイル４２への上記印加電圧と第２の励磁コイル４２の直流抵抗値とで決まる電流である。
【００２５】
よって、継電器ＭＣにおいて第１の励磁コイル４１に流れる第１の駆動信号によりリレー接点４５が接続状態となり、コンデンサＣ１からの放電電流が第２の駆動信号として第２の励磁コイル４２に流れ込むことで、第２の励磁コイル４２が吸引力を発生し、その間、継電器ＭＣのオン状態（抵抗器Ｒ２，Ｒ３の接続状態）が保持される。そして、第１の駆動信号が連続して出力され、放電経路の維持は第１の駆動信号と第２の駆動信号が両方係わることになり励磁コイルをより強力に吸引することができる。
【００２６】
このとき、何らかの理由で第１の駆動信号が放電の途中で脱落しても、第２の駆動信号による第２の励磁コイル４２の励磁状態が維持されるので（これを継電器ＭＣが自己保持された状態にあるという。）、コンデンサＣ１からの放電が確実に実施され、コンデンサＣ１の電荷が、放電抵抗である抵抗器Ｒ２，Ｒ３により消費されることで放電が終了する。放電が終了し、コンデンサＣ１に残存する電荷による電圧が一定以下となった場合には安全確認信号（Ｓ／Ｓ）で残存電圧をモニタし、リセット回路等（図示しない）で第１の駆動信号を解除することで安全装置の放電経路を解除する。
【００２７】
上記のように継電器ＭＣへの第２の駆動信号は、そのリレー接点４５を通過するコンデンサＣ１からの放電電流により供給され、コンデンサＣ１に充電される電荷の電圧（インバータ電圧）と、抵抗器Ｒ２とＲ３の抵抗比により決定される。抵抗器Ｒ２とＲ３の抵抗値として、例えば、Ｒ２は２Ω〜５０Ω、Ｒ３は３０Ω〜２０００Ωに設定される。なお、電荷の放電時間については、安全規格・安全法規等で規定された時間、あるいは設定した時間にもよるが、例えば、衝突発生後の数秒以内にコンデンサＣ１の端子間電圧が６０Ｖ以下となるように放電させる場合には、Ｒ２は５Ω〜１０Ω、Ｒ３は５０Ω〜６０Ωとすることが好ましい。
【００２８】
上記の安全確認信号（Ｓ／Ｓ）とは、抵抗器Ｒ２，Ｒ３の接続点の電圧を示す信号であり、その値をもとに放電の完了等を検知する放電終了信号である。そこで、コンデンサＣ１に残存する電荷が規定以下であることを安全確認信号（Ｓ／Ｓ）でモニタして他の機器を駆動・制御することで、軽微な事故での短間隔での再始動、故障時の点検実施の場合などでも、整備員等に対して、より安全性を高めることができる。
【００２９】
図２は、本実施の形態例に係る安全装置における構成部品の実装例を示す図である。図２（ａ）は斜視図であり、電力変換装置の安全装置１０において、円筒状の形状を有するコンデンサ（平滑用コンデンサ）Ｃ１の軸方向の一方端面５１に継電器ＭＣと抵抗器Ｒ２，Ｒ３を搭載し、固定した様子を示している。また、図２（ｂ）は、これらの構成部品を実装した安全装置の平面図である。ここでは、コンデンサＣ１の端面に絶縁性の基板５３を密着配置し、その上に継電器ＭＣと抵抗器Ｒ２，Ｒ３とを並置させる。
【００３０】
本実施の形態例に係る安全装置１０では、コンデンサＣ１、継電器ＭＣ、放電抵抗（抵抗器Ｒ２，Ｒ３）を電力変換装置の筐体内に組み込み、放電の電力を消費する回路が安全装置１０内で完結する構造としている。すなわち、安全装置１０において、図２において点線で示すように、コンデンサＣ１と継電器ＭＣと抵抗器Ｒ２，Ｒ３とを一体にして同一筐体内に収容する。その結果、同一筐体内で放電が実施されるため、コンデンサＣ１と継電器ＭＣと抵抗器Ｒ２，Ｒ３を一体化にせずに、これらを相互に接続する配線を引き回す場合と比較して、事故等で停止した車両に救助隊等が接近する際の安全性（感電等の防止）をより高めることができる。
【００３１】
なお、図３は、従来の回路構成を示しており、安全装置において事故時等においてコンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電させるため、抵抗器Ｒ２’，Ｒ３’を直列に接続し、一つ駆動信号で駆動される単一の励磁コイル１０３のみからなる継電器１０１により構成した例である。また、抵抗器Ｒ１’は、コンデンサＣ１の電荷を緩慢に放電するための抵抗であり、その抵抗値は、例えば数ｋΩ〜１００ｋΩである。
【００３２】
図３に示す従来の回路構成の場合、駆動信号の継続が断たれると励磁コイル１０３の接点が非導通状態となり、抵抗器Ｒ２’，Ｒ３’の接続も断たれる。そのため、図３に示す構成では、駆動信号の供給が事故等の何らかの理由で中途で断たれると、コンデンサＣ１からの放電が完了せず電荷が残留するので、安全装置としての本来の目的を達成できない。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態例に係る安全装置は、車両の衝突等が検知された場合、継電器ＭＣの第１の励磁コイルに第１の駆動信号を出力して、そのリレー接点をオン状態とし、電力母線間に接続された抵抗器Ｒ２，Ｒ３にコンデンサＣ１に蓄積された電荷を流すとともに、その電荷による放電電流を継電器ＭＣの第２の励磁コイルを作動させるための第２の駆動信号とする構成を有している。
【００３４】
このように、コンデンサＣ１の蓄積電荷そのものを第２の励磁コイルに対する第２の駆動信号として利用することにより、第１の駆動信号が断たれた場合であっても継電器ＭＣの自己保持状態が維持され、コンデンサＣ１の放電用の開閉器としての継電器ＭＣを駆動するための電力を外部から供給し続ける必要がない。よって、車両の衝突等の発生時において、従来のように抵抗器での放電によりモータを無トルク化する等の複雑な制御が不要になり、安全装置の平滑コンデンサに蓄えられた電荷を、簡単で安価な構成により確実かつ速やかに除去することができる。その結果、平滑コンデンサに蓄えられた電荷の不要な放電を防止し、事故車両から負傷者の救助等にあたる人員が感電等による二次災害を被ることを確実に防ぐことができる。
【００３５】
さらには、安全装置の構成部品を実装する際、コンデンサＣ１の一方端面上に継電器ＭＣと抵抗器Ｒ２，Ｒ３とを並置させて一体化することで、電力変換装置における安全装置の設置スペースを小さくでき、さらに、各構成部品を電気的に接続する配線回路長が短くなるので、配線回路の切断等を回避して、より安全性を向上できる。
【００３６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。上記の実施の形態例では、放電抵抗として、放電電流による発熱の分散と、放電終了信号を取得するために２個の抵抗器Ｒ２，Ｒ３を直列に接続しているが、これに限定されず１個の抵抗器でもよく、例えば、Ｒ３を省略してもよい。さらには、例えば、安全装置に第１の駆動信号の切断を検知する手段を設けたり、あるいは第１の駆動信号を発生させるための外部電源の切断を検知する手段を設け、それらの検知結果をもとに、コンデンサＣ１の放電経路に配置した継電器を導通状態（オン状態）にして、速やかな放電を実施するようにしてもよい。また、外部電源の電圧異常を検知して、異常があった場合にコンデンサＣ１の電荷を急速に放電するように構成してもよい。
【００３７】
衝突検知部３０からの検知信号を受けてリレー駆動部３１から出力される第１の駆動信号は、継電器ＭＣが第１の励磁コイル４１をオン状態にするに足りる長さの短時間パルス信号であることがより好ましい。短時間のパルス信号であれば第１の駆動信号はオン状態のきっかけ（トリガ）としてのみ働き、放電状態の維持は第２の駆動信号による第２の励磁コイル４２から得られる吸引力による。その場合、コンデンサＣ１の放電が終了し第２の駆動信号が停止すると、第２の励磁コイル４２はその吸引力を維持できなくなり、放電経路の自己保持状態が解消し、自然にリセットされる。このとき、コンデンサＣ１に残留する電荷は感電レベル以下になっており、残存電荷があったとしても感電する危険の無いレベルになっている。また、第１の駆動信号が必要となるのが放電開始の初めの短時間に限定されるため、より放電完了の信頼性が高くなる。
【符号の説明】
【００３８】
１  電力供給部
２  バッテリー
３  昇圧コンバータ
５  インバータ
７  モータ
１０  安全装置
２１，２３  電力線
３０  衝突検知部
３１  リレー駆動部
４１  第１の励磁コイル
４２  第２の励磁コイル
４５  リレー接点
Ｃ１  コンデンサ
ＭＣ  継電器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  抵抗器
【図１】
2016103445.tif 000003
【図２】
2016103445.tif 000004
【図３】
2016103445.tif 000005