電源装置
【課題】自動車が衝突ないし転倒した場合に、その衝撃力を使用して、回転機械への給電を遮断すると同時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電することが可能な電源装置を得る。
【解決手段】高圧直流電源部１０と、回転機械５０を駆動するインバータ４０と、高圧直流電源部１０とインバータ４０とを接続する一対の直流母線１１と１２と、インバータ４０と並列に接続される平滑コンデンサ６０と、平滑コンデンサ６０と並列に接続されリレー７０と抵抗８０とを直列に接続した直列回路と、直流母線１１の線路上に設置される接合部２０とを備え、接合部２０は、所定の外力が加わった場合、直流母線１１の導通を遮断し、かつ、リレー７０を閉状態にすることで平滑コンデンサ６０の電荷を放電させる機構を有する。
【解決手段】高圧直流電源部１０と、回転機械５０を駆動するインバータ４０と、高圧直流電源部１０とインバータ４０とを接続する一対の直流母線１１と１２と、インバータ４０と並列に接続される平滑コンデンサ６０と、平滑コンデンサ６０と並列に接続されリレー７０と抵抗８０とを直列に接続した直列回路と、直流母線１１の線路上に設置される接合部２０とを備え、接合部２０は、所定の外力が加わった場合、直流母線１１の導通を遮断し、かつ、リレー７０を閉状態にすることで平滑コンデンサ６０の電荷を放電させる機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置において、直流電源から回転機械への電力供給手段と自動車が衝突ないし転倒した場合の電力遮断手段と平滑コンデンサの電荷解放手段とを有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置においては、自動車の衝突時に電源装置が変位することにより、平滑コンデンサの電荷を放電用抵抗によって放電する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来の電源装置においては、自動車の衝突時にコントローラ内の衝突または衝突予測の検出手段からの指令により、バッテリからの電力供給を遮断状態に制御し、平滑コンデンサの電荷を放電状態に制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２５１８３号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】特開２００６−２２４７７２号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車やハイブリッド自動車が衝突ないし転倒した場合には、速やかに回転機械への給電を遮断し蓄電部品の電荷を放電しなければならない。
従来の電源装置では、蓄電部品である平滑コンデンサの電荷放電手段を備えているが、直流電源から回転機械への電力遮断手段を備えていない。また、自動車の衝突ないし転倒時に、電源装置以外のコントローラの機能が存続していなければ直流電源から回転機械への電力遮断が実施できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、自動車が衝突ないし転倒した場合に電力供給および遮断手段以外の機能存否に係わらず、衝突ないし転倒の衝撃力を使用して、回転機械への給電を遮断すると同時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷を直ちに放電することができる電源装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電源装置においては、直流電源と、前記直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換して回転機械を駆動するインバータと、前記直流電源と前記インバータとを接続する一対の直流母線と、前記一対の直流母線間に前記インバータに対して並列に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに対して並列に接続され、リレーと抵抗とを直列に接続した直流回路と、前記直流母線の線路上に設置される接合部とを備えた電源装置であって、前記接合部は、所定の外力が加わった場合、前記直流母線の導通を遮断する第１の遮断機構を有し、かつ、前記リレーを閉状態にすることで前記平滑コンデンサの電荷を前記抵抗によって放電させる第２の遮断機構を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、直流母線上に接合部を設置することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合に、電力供給および遮断手段以外の機能存否に係わらず、衝突ないし転倒の衝撃力を使用して、回転機械への給電を遮断すると同時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の第１の実施の形態における電源装置のブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態における接合部の模式断面図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図７】この発明の第５の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図８】この発明の第６の実施の形態における交差部の第４の導体の一例を表わす模式断面図である。
【図９】この発明の第７の実施の形態における接合部を２つ設置した場合の電源装置のブロック図である。
【図１０】この発明の第９の実施の形態における接合部を設置した高圧直流電源部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための第１の実施の形態における電源装置のブロック図である。まず、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置について図１を用いて説明する。直流電源である高圧直流電源部１０とインバータ４０とは一対の直流母線によって接続されている。一対の直流母線のうちの一方の直流母線は、直流母線１１およびインバータ用母線３１で構成され、他方の直流母線を直流母線１２とする。高圧直流電源部１０が出力する直流電力は、一対の直流母線１１と、直流母線１２とに給電される。一方の直流母線１１は、接合部２０において、インバータ用母線３１と連結し、これにより接合部２０は直流母線の線路上に設置される。インバータ４０は、インバータ用母線３１と他方の直流母線１２とによって供給される直流電力を、図示していないが制御ユニットからのトルク指令信号に応じた交流電力に変換して、車輪を駆動する回転機械５０へ供給する。なお、インバータ４０近傍での直流母線１２を、以後の説明の簡便のためにインバータ用母線３２とする。
【００１０】
インバータ４０の近傍において、インバータ用母線３１と、インバータ用母線３２との間に、供給直流電力の電圧値安定を目的とした大容量の平滑コンデンサ６０が接続される。この平滑コンデンサ６０の電荷を放電させるために、リレー７０と放電抵抗８０とを直列に接続した直流回路を、接合部２０と平滑コンデンサ６０の中間位置に、インバータ用母線３１とインバータ用母線３２とに跨って設置する。
【００１１】
リレー７０は、スイッチ部７１と電磁石７２とから構成される。電磁石７２に電流が流れない場合、スイッチ部７１は内部の弾性力により閉状態、すなわち、リレー７０は導通状態になる。反対に、電磁石７２に電流が流れると、電磁石７２の作用で、スイッチ部７１は内部の弾性力に抗して開状態、すなわち、リレー７０は遮断状態になる。リレー７０内の電磁石７２の一方の端子は、リレー制御線７３を通して、接合部２０に接続される。また、リレー７０内の電磁石７２の他方の端子は、低圧直流電源９０を経由した後、リレー制御線７４を通して、接合部２０に接続される。
【００１２】
次に、接合部２０の構造について説明する。図２は接合部２０の一実施例を示す模式断面図である。図２（ａ）は接合部の直流母線側の模式断面図、図２（ｃ）は接合部のインバータ母線側の模式断面図、図２（ｂ）は接合部全体の模式断面図を示す。接合部２０は、第１の遮断機構と第２の遮断機構から構成され、第１の遮断機構は、第１の導体である直流母線１１、第２の導体であるインバータ用母線３１、および直流母線１１とインバータ用母線３１とを接続する後述の接続部の一部である第３の導体２０１で構成されている。また、第２の遮断機構は、第１の導体である直流母線１１、第２の導体であるインバータ用母線３１、および直流母線１１とインバータ用母線３１とに対して、電気的に絶縁して交差する後述の交差部の一部である第４の導体２０２で構成されている。
【００１３】
接合部２０において、直流母線１１は、第１の直流母線凸状部２１１と第２の直流母線凸状部２１２とを有する。接合部２０において、インバータ用母線３１は、第１の直流母線凸状部２１１に相対する位置に第１のインバータ用母線凸状部２３１を、第２の直流母線凸状部２１２に相対する位置に第２のインバータ用母線凸状部２３２を、それぞれ有する。接合部２０において、直流母線１１のインバータ用母線３１に相対する面と、第１の直流母線凸状部２１１の側面２１８および第２の直流母線凸状部２１２の側面２１９とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２１３を形成する。同様に、接合部２０において、インバータ用母線３１の直流母線１１に相対する面と、第１のインバータ用母線凸状部２３１の側面２３８および第２のインバータ用母線凸状部２３２の側面２３９とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２３３を形成する。
【００１４】
第１の直流母線凸状部２１１と第１のインバータ用母線凸状部２３１との互いに相対する表面には、半球状あるいは略半球状の窪み２１４と窪み２３４が、それぞれ設けられている。窪み２１４の窪み内面は、直流母線１１と導通状態である。同じく、窪み２３４の窪み内面は、インバータ用母線３１と導通状態である。窪み２１４と窪み２３４に、全部あるいは一部が挿入可能な球状あるいは略球状の第３の導体２０１を窪み２１４と窪み２３４との空隙に挿入することにより、直流母線１１とインバータ用母線３１との通電を可能にする。ここで、接続部は、第１の直流母線凸状部２１１、第１のインバータ用母線凸状部２３１、窪み２１４、窪み２３４、および第３の導体２０１で構成される。
【００１５】
一方、第２の直流母線凸状部２１２表面から直流母線１１を貫通し、第２の直流母線凸状部２１２の反対面である面２１５で開口するように、細孔２１６を空ける。細孔２１６の内壁と面２１５の開口部周辺と第２の直流母線凸状部２１２の開口部周辺とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２１７を形成する。同様に、第２のインバータ用母線凸状部２３２表面からインバータ用母線３１を貫通し、第２のインバータ用母線凸状部２３２の反対面である面２３５で開口するように、細孔２３６を空ける。細孔２３６の内壁と面２３５の開口部周辺と第２のインバータ母線凸状部２３２の開口部周辺とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２３７を形成する。細孔２１６と細孔２３６には、細くて硬いが折れやすい第４の導体２０２が貫通している。例えば、第４の導体としては、針状導体が考えられる。第４の導体２０２の面２１５側の端は、リレー制御線７３と接続している。第４の導体２０２の面２３５側の端は、リレー制御線７４と接続している。ここで、交差部は、上記の第２の直流母線凸状部２１２、第２のインバータ用母線凸状部２３２、細孔２１６、細孔２３６、および第４の導体２０２で構成される。
【００１６】
接合部２０は、通常、上記のように構成されているので、直流電力は直流母線１１から第３の導体２０１を経由してインバータ用母線３１へ供給される。リレー７０内の電磁石７２には、第４の導体２０２を経由して電流が流れるため、リレー７０は開状態になっている。
【００１７】
ここで、窪み２１４の形状と窪み２３４の形状および第３の導体２０１の形状は、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、第３の導体２０１が窪み２１４ないし窪み２３４から外れ、接続部の一部である第３の導体２０１が所定の位置から外れるような形状に設計する。加えて、第１の直流母線凸状部２１１の側面２１８と第１のインバータ用母線凸状部２３１の側面２３８とは、段差を形成するなどして、第３の導体２０１が窪み２１４ないし窪み２３４に容易に戻らない形状に設計する。更に、第２の直流母線凸状部２１２の側面２１９と第２のインバータ用母線凸状部２３２の側面２３９とは、段差を形成するなどして、第３の導体２０１が容易に乗り越えられない形状に設計する。なお、所定の外力とは、自動車が衝突ないし転倒した場合に想定される衝撃力（力積）の値である。この衝撃力を受ける場所としては、自動車の前面、側面および後面などの色々な場所が考えられる。
【００１８】
上記のように設計された接合部２０において、自動車が衝突ないし転倒した場合の接合部２０の変化の例を図３から図６の接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図を用いて説明する。自動車が衝突ないし転倒した場合、第３の導体２０１は、図３から図５に示すように、直流母線１１の絶縁体２１３ないしインバータ用母線３１の絶縁体２３３に接触して、あるいは、図６に示すように接合部２０から外れて、直流母線１１とインバータ用母線３１との間の通電を遮断し、かつ、容易に通電を復帰させることはない。
【００１９】
同時に、自動車が衝突ないし転倒した場合、第４の導体２０２は、第２の直流母線凸状部２１２と第２のインバータ用母線凸状部２３２との接触箇所近傍で、図３から図６に示すように、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとに切断され、リレー制御線７３とリレー制御線７４との間の導通を遮断する。リレー制御線７３とリレー制御線７４との導通が遮断されることによって、リレー７０内の電磁石７２はリレー７０内のスイッチ部７１の弾性力に抗する力を失い、リレー７０は導通状態に変化する。
【００２０】
リレー７０が導通状態になることによって、平滑コンデンサ６０と放電抵抗８０とがリレー７０を介して接続され、既に直流母線１１から第３の導体２０１を介してインバータ用母線３１へ給電されることのなくなった平滑コンデンサ６０に蓄えられていた電荷は、放電抵抗８０により熱として開放される。
【００２１】
以上のように、接合部２０は構成されるので、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することが可能である。また、接合部２０は、高圧電源部１０と平滑コンデンサ６０の間であれば、どこへでも配置することが可能である。
【００２２】
また、窪み２１４と窪み２３４および第３の導体２０１が、２次元平面において受ける力が等しくなるような等方性の形状であることから、自動車が衝突ないし転倒した場合に接合部２０が受ける衝撃力の方向性に因らずに、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電する効果もある。
【００２３】
なお、本実施の形態１では、第１の遮断機構を凸状部の窪みと導体で構成したが、第２の遮断機構のような棒状導体をそれぞれの母線に形成した孔に母線と導通するように保持し、所定の外力により、この棒状導体が折れることで母線間の通電が遮断されるように構成しても良い。このように第１の遮断機構を構成することで、この部分の形状を簡易なものとし、製造費用を削減することも可能となる。また、第２の遮断機構を第１の遮断機構と同じような球状導体を用いて形成しても同様な効果を得ることが可能である。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、接合部２０において、第１の直流母線凸状部２１１と第１のインバータ用母線凸状部２３１と第３の導体２０１が、それぞれ１個ずつで形成される１対の接続部のみで直流電力を供給する様に記載したが、複数対の接続部、即ち、複数対の第１の直流母線凸状部、第１のインバータ用母線凸状部、第３の導体で接合部２０を構成することもある。
【００２５】
本実施の形態２においては、実施の形態１で記載した所定の外力が接合部２０に加えられた場合に、接合部２０の全ての接続部で第３の導体２０１が第１の直流母線凸状部の窪み２１１ないし第１のインバータ用母線凸状部の窪み２３１から外れるようにそれぞれの窪みの形状および第３の導体の形状を設計する。
【００２６】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、接触抵抗を小さくでき、接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００２７】
また、直流母線１１からインバータ用母線３１への電流量を大きくすることが可能になり、回転機械５０に大きなトルクを発生させることや、高速で回転させることが可能になる。また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。さらに、接続部が複数存在することにより、直流母線１１からインバータ用母線３１への電力供給の信頼性を高める効果もある。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態１ないし実施の形態２においては、第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４と第３の導体２０１との間は、直接接触するように説明したが、窪み２１４ないし窪み２３４に導電性ペーストを塗布、あるいは、第３の導体２０１の表面に導電性ペーストを塗布する場合もある。
【００２９】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、窪み２３４と第３の導体２０１との間の接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００３０】
また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。また、形状が変形するペーストの存在に因り、直流母線１１からインバータ用母線３１への電力供給の信頼性を高める効果もある。
【００３１】
実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３においては、第３の導体２０１の形状を球状または略球状として説明したが、第３の導体２０１の形状を、実施の形態１または実施の形態２で記載した所定の外力が接合部２０に加えられた場合に、第３の導体２０１が第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４ないし第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４から外れる楕円体または多面体にする場合もある。この際、第３の導体２０１の楕円体または多面体の形状に合せて、窪み２１４の形状および窪み２３４の形状を設計する。
【００３２】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、窪み２３４と第３の導体２０１との間の接触面積を大きくでき、そのため接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。
【００３３】
実施の形態５．
図７は、第３の導体が直流母線凸状部あるいはインバータ用凸状部のいずれかと一体化した場合の接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。図７から判るように、第３の導体２０１を、第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４または第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４のいずれか一方の窪みと一体に構成した突出部２４０としても良い。
【００３４】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、部品点数を少なくすることが可能になり、材料費ないし加工費の低減も可能である。また、実施の形態２のように、第１の遮断機構の接続部を複数対の接続部で構成しても良く、また、実施の形態３のように、接続部へ導電性ペーストを塗布しても良く、さらに、実施の形態４のように突出部２４０の形状を楕円体または多面体としても良い。このように構成することで、接続部での接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００３５】
実施の形態６．
図３から図６に示すように、第２の遮断機構の第４の導体２０２は、自動車の衝突ないし転倒により、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとに切断されると説明したが、元々、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとが、第２の直流母線凸状部２１２と第２のインバータ用母線凸状部２３２の接触箇所で、例えば、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すように、接しかつ噛合っており、自動車の衝突ないし転倒により、所定の外力が加わった場合、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとの接触（噛合わせ）が外れ、電気的導通が遮断されるように接合部２０を構成しても良い。
【００３６】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、長くて折れやすい針状導体である第４の導体２０２を直流母線１１に形成した細孔２１６とインバータ用母線３１に形成した細孔２３６に貫通させる作業が無くなるため、加工費の低減も可能になる。また、第４の導体２０２を細孔２１６と細孔２３６とに挿入させる場合に折ってしまって通し損ねることが無くなるため、材料費の低減も可能になる。
【００３７】
実施の形態７．
実施の形態１から実施の形態６では、接合部２０をインバータ４０の一方の電力供給端であるインバータ用母線３１と直流母線１１との間にのみ設置し、インバータ４０の他方の電力供給端であるインバータ用母線３２は直流母線１２と一体である場合を説明してきた。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態では、第１の接合部２０は実施の形態１から実施の形態６と同様に直流母線１１とインバータ用母線３１との間に設置し、もう１つの第２の接合部２１が直流母線１２とインバータ用母線３２との間にも設置する場合について、図９を用いて説明する。なお、第１の接合部２０と第２の接合部２１とは、ここまで説明してきた接合部２０と同一の手段である。ただし、第２の接合部２１の２本のリレー制御線をリレー制御線７５とリレー制御線７６として記載する。また、図９において、図１と同一の機能を有する部分には同一の符号を附している。
【００３９】
本実施の形態では、第１の接合部２０の一方のリレー制御線７３は、これまでの説明と同じく、リレー７０内の電磁石７２の一方の端子に接続される。しかし、第１の接合部２０の他方のリレー制御線７４は、第２の接合部２１の一方のリレー制御線７５に接続される。第２の接合部２１の他方のリレー接続線７６は、低圧直流電源９０を経由して、リレー７０内の電磁石７２のもう一方の端子に接続される。
【００４０】
このように電源装置を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合に、第１の接合部２０ないし第２の接合部２１の少なくとも一方で、電力の供給遮断と第４の導体２０２による導通遮断が実施されると、インバータ４０と平滑コンデンサ６０には直流電力が供給されなくなり、かつ、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷は放電抵抗８０を介して解放される。
【００４１】
インバータ用母線の双方にそれぞれ接合部を設置することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、インバータへの電力遮断と平滑コンデンサの電荷解放に係る手段が増えることにより、確実な電力遮断および電荷解放を実施することが可能になる。また、複数の接合部を設置することにより、縦方向や横方向といった衝撃の方向性にも対応が可能となる。
【００４２】
実施の形態８．
実施の形態１では、第２の遮断機構の第４の導体２０２を直流母線１１およびインバータ用母線３１に空けられた細孔２１６と細孔２３６とに挿入することとした。また、実施の形態６では、直流母線側第４の導体２０２ａを直流母線１１の細孔２１６に、インバータ用母線側第４の導体２０２ｂをインバータ用母線３１の細孔２３６に、それぞれ挿入するとした。
【００４３】
しかし、上記第４の導体２０２を直流母線１１およびインバータ用母線３１の側面で直流母線１１とインバータ用母線３１とにそれぞれ絶縁して接着しても、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、第４の導体２０２が折れることにより、リレー７０が閉状態に移行して、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を解放することができる。
【００４４】
同様に、直流母線側第４の導体２０２ａを直流母線１１の側面に絶縁して接着し、かつ、インバータ用母線側第４の導体２０２ｂを直流母線側第４の導体２０２ａに対応するインバータ用母線３１の側面に絶縁して直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとが接する様に接着しても、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとの間の導通が遮断されて、リレー７０が閉状態に移行して、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を解放することができる。
【００４５】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、長くて折れやすい針状導体である第４の導体２０２や直流母線側第４の導体２０２ａやインバータ用母線側第４の導体２０２ｂを貫通させる作業が無くなるため、加工費の低減も可能になり、また、折ってしまって通し損ねることが無くなるため、材料費の低減も可能になる。
【００４６】
実施の形態９．
高圧直流電源部１０は、インバータ４０に直流電力を供給す際に電流を大きくするよりも電圧を高くする方が効率が良い。そのため、高圧直流電源部１０は、図１０に示すように、燃料電池や蓄電池などで構成される駆動用電源１０１の出力を昇圧コンバータ１０２で電圧を昇圧し、昇圧コンバータ１０２の出力を出力線１０３，１０４に接続し、昇圧コンバータ１０２の出力を安定化する目的で出力線１０３，１０４に跨って出力用コンデンサ１０５が設置され、出力用コンデンサ１０５の両端は、直流母線１１，１２に接続されるように構成される。
【００４７】
しかし、本実施の形態では、図１０に示すように、実施の形態１から実施の形態８で説明した接合部２０と同じ接合部１２０を昇圧コンバータ１０２と出力用コンデンサ１０５の間の一方の出力線１０３に挿入して直流母線１１の線路上に設置し、実施の形態１で説明したリレー７０と同一の機能を有するリレー１７０と、実施の形態１で説明した放電抵抗８０と同一の機能を有する放電抵抗１８０とを直列に接続した直流回路を接合部１２０と出力用コンデンサ１０５の中間位置、または、出力用コンデンサ１０５と直流母線１１および１２との中間位置に出力線１０３と１０４とに跨って設置し、更に、リレー１７０内の電磁石１７２の一方の端子はリレー制御線１７３を通して、接合部１２０に接続され、また、リレー１７０内の電磁石１７２の他方の端子は、実施の形態１で説明した低圧直流電源９０と同一の機能を有する低圧直流電源１９０を経由した後にリレー制御線１７４を通して、接合部１２０に接続されるように構成される。
【００４８】
リレー制御線１７３とリレー制御線１７４との接合部１２０での接続は、実施の形態１で説明したリレー制御線７３とリレー制御線７４との接合部２０での接続と同一である。但し、放電抵抗１８０は、出力用コンデンサ１０５と平滑用コンデンサ６０の双方に蓄えられた電荷を放電させるに耐えられる電力消費の能力を有する必要がある。
【００４９】
以上のように、高圧直流電源部１０は構成されるので、自動車が衝突ないし転倒した場合には、高圧電源直流部１０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、出力用コンデンサ１０５やインバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、出力用コンデンサ１０５と平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することが可能である。
【００５０】
また、高圧直流電源部１０は、インバータ４０や平滑コンデンサ６０とは離れた場所に設置されることが多いので、自動車が衝突ないし転倒した際、高圧直流電源部のみに衝撃力が働いた場合でも、確実にインバータ４０への給電遮断と平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷の解放を実施することが可能になる。
【００５１】
なお、本実施の形態による高圧直流電源部１０を実施の形態１から実施の形態８にも適用する場合には、実施の形態１から実施の形態８で説明した放電抵抗８０には、出力用コンデンサ１０５と平滑コンデンサ６０の双方に蓄えられた電荷を放電させるに耐えられる電力消費の能力を有する必要がある。
【００５２】
更に、実施の形態７で説明した場合と同様に、もう１つの接合部１２１を昇圧コンバータ１０２と出力用コンデンサ１０５の間の出力線１０４に挿入する場合もある。この場合、出力用コンデンサ１０５の電荷を解放する構造は、実施の形態７で平滑コンデンサ６０の電荷を解放する構造に準ずる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 高圧直流電源部、１１，１２ 直流母線、２０，１２０ 接合部、２１ 第２の接合部、３１，３２ インバータ用母線、４０ インバータ、５０ 回転機械、６０ 平滑コンデンサ、７０，１７０ リレー、７１，１７１ スイッチ部、７２，１７２ 電磁石、７３，７４，７５，７６，１７３，１７４ リレー制御線、８０，１８０ 放電抵抗、９０，１９０ 低圧直流電源、１０１ 駆動用電源、１０２ 昇圧コンバータ、１０３，１０４ 出力線、１０５ 出力用コンデンサ、２０１ 第３の導体、２０２ 第４の導体、２０２ａ 直流母線側第４の導体、２０２ｂ インバータ用母線側第４の導体、２１１ 第１の直流母線凸状部、２１２ 第２の直流母線凸状部、２１３，２１７，２３３，２３７ 絶縁体、２１４ 第１の直流母線凸状部の窪み、２１５ 第２の直流母線凸状部の反対面、２１６，２３６ 細孔、２１８ 第１の直流母線凸状部の側面、２１９ 第２の直流母線凸状部の側面、２３１ 第１のインバータ用母線凸状部、２３２ 第２のインバータ用母線凸状部、２３４ 第１のインバータ用母線凸状部の窪み、２３５ 第２のインバータ用母線凸状部の反対面、２３８ 第１のインバータ用母線凸状部の側面、２３９ 第２のインバータ用母線凸状部の側面、２４０ 第３の導体と窪みを一体に構成した突出部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置において、直流電源から回転機械への電力供給手段と自動車が衝突ないし転倒した場合の電力遮断手段と平滑コンデンサの電荷解放手段とを有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置においては、自動車の衝突時に電源装置が変位することにより、平滑コンデンサの電荷を放電用抵抗によって放電する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来の電源装置においては、自動車の衝突時にコントローラ内の衝突または衝突予測の検出手段からの指令により、バッテリからの電力供給を遮断状態に制御し、平滑コンデンサの電荷を放電状態に制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２５１８３号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】特開２００６−２２４７７２号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車やハイブリッド自動車が衝突ないし転倒した場合には、速やかに回転機械への給電を遮断し蓄電部品の電荷を放電しなければならない。
従来の電源装置では、蓄電部品である平滑コンデンサの電荷放電手段を備えているが、直流電源から回転機械への電力遮断手段を備えていない。また、自動車の衝突ないし転倒時に、電源装置以外のコントローラの機能が存続していなければ直流電源から回転機械への電力遮断が実施できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、自動車が衝突ないし転倒した場合に電力供給および遮断手段以外の機能存否に係わらず、衝突ないし転倒の衝撃力を使用して、回転機械への給電を遮断すると同時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷を直ちに放電することができる電源装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電源装置においては、直流電源と、前記直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換して回転機械を駆動するインバータと、前記直流電源と前記インバータとを接続する一対の直流母線と、前記一対の直流母線間に前記インバータに対して並列に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに対して並列に接続され、リレーと抵抗とを直列に接続した直流回路と、前記直流母線の線路上に設置される接合部とを備えた電源装置であって、前記接合部は、所定の外力が加わった場合、前記直流母線の導通を遮断する第１の遮断機構を有し、かつ、前記リレーを閉状態にすることで前記平滑コンデンサの電荷を前記抵抗によって放電させる第２の遮断機構を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、直流母線上に接合部を設置することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合に、電力供給および遮断手段以外の機能存否に係わらず、衝突ないし転倒の衝撃力を使用して、回転機械への給電を遮断すると同時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の第１の実施の形態における電源装置のブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態における接合部の模式断面図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図７】この発明の第５の実施の形態における接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。
【図８】この発明の第６の実施の形態における交差部の第４の導体の一例を表わす模式断面図である。
【図９】この発明の第７の実施の形態における接合部を２つ設置した場合の電源装置のブロック図である。
【図１０】この発明の第９の実施の形態における接合部を設置した高圧直流電源部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための第１の実施の形態における電源装置のブロック図である。まず、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置について図１を用いて説明する。直流電源である高圧直流電源部１０とインバータ４０とは一対の直流母線によって接続されている。一対の直流母線のうちの一方の直流母線は、直流母線１１およびインバータ用母線３１で構成され、他方の直流母線を直流母線１２とする。高圧直流電源部１０が出力する直流電力は、一対の直流母線１１と、直流母線１２とに給電される。一方の直流母線１１は、接合部２０において、インバータ用母線３１と連結し、これにより接合部２０は直流母線の線路上に設置される。インバータ４０は、インバータ用母線３１と他方の直流母線１２とによって供給される直流電力を、図示していないが制御ユニットからのトルク指令信号に応じた交流電力に変換して、車輪を駆動する回転機械５０へ供給する。なお、インバータ４０近傍での直流母線１２を、以後の説明の簡便のためにインバータ用母線３２とする。
【００１０】
インバータ４０の近傍において、インバータ用母線３１と、インバータ用母線３２との間に、供給直流電力の電圧値安定を目的とした大容量の平滑コンデンサ６０が接続される。この平滑コンデンサ６０の電荷を放電させるために、リレー７０と放電抵抗８０とを直列に接続した直流回路を、接合部２０と平滑コンデンサ６０の中間位置に、インバータ用母線３１とインバータ用母線３２とに跨って設置する。
【００１１】
リレー７０は、スイッチ部７１と電磁石７２とから構成される。電磁石７２に電流が流れない場合、スイッチ部７１は内部の弾性力により閉状態、すなわち、リレー７０は導通状態になる。反対に、電磁石７２に電流が流れると、電磁石７２の作用で、スイッチ部７１は内部の弾性力に抗して開状態、すなわち、リレー７０は遮断状態になる。リレー７０内の電磁石７２の一方の端子は、リレー制御線７３を通して、接合部２０に接続される。また、リレー７０内の電磁石７２の他方の端子は、低圧直流電源９０を経由した後、リレー制御線７４を通して、接合部２０に接続される。
【００１２】
次に、接合部２０の構造について説明する。図２は接合部２０の一実施例を示す模式断面図である。図２（ａ）は接合部の直流母線側の模式断面図、図２（ｃ）は接合部のインバータ母線側の模式断面図、図２（ｂ）は接合部全体の模式断面図を示す。接合部２０は、第１の遮断機構と第２の遮断機構から構成され、第１の遮断機構は、第１の導体である直流母線１１、第２の導体であるインバータ用母線３１、および直流母線１１とインバータ用母線３１とを接続する後述の接続部の一部である第３の導体２０１で構成されている。また、第２の遮断機構は、第１の導体である直流母線１１、第２の導体であるインバータ用母線３１、および直流母線１１とインバータ用母線３１とに対して、電気的に絶縁して交差する後述の交差部の一部である第４の導体２０２で構成されている。
【００１３】
接合部２０において、直流母線１１は、第１の直流母線凸状部２１１と第２の直流母線凸状部２１２とを有する。接合部２０において、インバータ用母線３１は、第１の直流母線凸状部２１１に相対する位置に第１のインバータ用母線凸状部２３１を、第２の直流母線凸状部２１２に相対する位置に第２のインバータ用母線凸状部２３２を、それぞれ有する。接合部２０において、直流母線１１のインバータ用母線３１に相対する面と、第１の直流母線凸状部２１１の側面２１８および第２の直流母線凸状部２１２の側面２１９とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２１３を形成する。同様に、接合部２０において、インバータ用母線３１の直流母線１１に相対する面と、第１のインバータ用母線凸状部２３１の側面２３８および第２のインバータ用母線凸状部２３２の側面２３９とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２３３を形成する。
【００１４】
第１の直流母線凸状部２１１と第１のインバータ用母線凸状部２３１との互いに相対する表面には、半球状あるいは略半球状の窪み２１４と窪み２３４が、それぞれ設けられている。窪み２１４の窪み内面は、直流母線１１と導通状態である。同じく、窪み２３４の窪み内面は、インバータ用母線３１と導通状態である。窪み２１４と窪み２３４に、全部あるいは一部が挿入可能な球状あるいは略球状の第３の導体２０１を窪み２１４と窪み２３４との空隙に挿入することにより、直流母線１１とインバータ用母線３１との通電を可能にする。ここで、接続部は、第１の直流母線凸状部２１１、第１のインバータ用母線凸状部２３１、窪み２１４、窪み２３４、および第３の導体２０１で構成される。
【００１５】
一方、第２の直流母線凸状部２１２表面から直流母線１１を貫通し、第２の直流母線凸状部２１２の反対面である面２１５で開口するように、細孔２１６を空ける。細孔２１６の内壁と面２１５の開口部周辺と第２の直流母線凸状部２１２の開口部周辺とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２１７を形成する。同様に、第２のインバータ用母線凸状部２３２表面からインバータ用母線３１を貫通し、第２のインバータ用母線凸状部２３２の反対面である面２３５で開口するように、細孔２３６を空ける。細孔２３６の内壁と面２３５の開口部周辺と第２のインバータ母線凸状部２３２の開口部周辺とには、電気的に絶縁処理を施した絶縁体２３７を形成する。細孔２１６と細孔２３６には、細くて硬いが折れやすい第４の導体２０２が貫通している。例えば、第４の導体としては、針状導体が考えられる。第４の導体２０２の面２１５側の端は、リレー制御線７３と接続している。第４の導体２０２の面２３５側の端は、リレー制御線７４と接続している。ここで、交差部は、上記の第２の直流母線凸状部２１２、第２のインバータ用母線凸状部２３２、細孔２１６、細孔２３６、および第４の導体２０２で構成される。
【００１６】
接合部２０は、通常、上記のように構成されているので、直流電力は直流母線１１から第３の導体２０１を経由してインバータ用母線３１へ供給される。リレー７０内の電磁石７２には、第４の導体２０２を経由して電流が流れるため、リレー７０は開状態になっている。
【００１７】
ここで、窪み２１４の形状と窪み２３４の形状および第３の導体２０１の形状は、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、第３の導体２０１が窪み２１４ないし窪み２３４から外れ、接続部の一部である第３の導体２０１が所定の位置から外れるような形状に設計する。加えて、第１の直流母線凸状部２１１の側面２１８と第１のインバータ用母線凸状部２３１の側面２３８とは、段差を形成するなどして、第３の導体２０１が窪み２１４ないし窪み２３４に容易に戻らない形状に設計する。更に、第２の直流母線凸状部２１２の側面２１９と第２のインバータ用母線凸状部２３２の側面２３９とは、段差を形成するなどして、第３の導体２０１が容易に乗り越えられない形状に設計する。なお、所定の外力とは、自動車が衝突ないし転倒した場合に想定される衝撃力（力積）の値である。この衝撃力を受ける場所としては、自動車の前面、側面および後面などの色々な場所が考えられる。
【００１８】
上記のように設計された接合部２０において、自動車が衝突ないし転倒した場合の接合部２０の変化の例を図３から図６の接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図を用いて説明する。自動車が衝突ないし転倒した場合、第３の導体２０１は、図３から図５に示すように、直流母線１１の絶縁体２１３ないしインバータ用母線３１の絶縁体２３３に接触して、あるいは、図６に示すように接合部２０から外れて、直流母線１１とインバータ用母線３１との間の通電を遮断し、かつ、容易に通電を復帰させることはない。
【００１９】
同時に、自動車が衝突ないし転倒した場合、第４の導体２０２は、第２の直流母線凸状部２１２と第２のインバータ用母線凸状部２３２との接触箇所近傍で、図３から図６に示すように、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとに切断され、リレー制御線７３とリレー制御線７４との間の導通を遮断する。リレー制御線７３とリレー制御線７４との導通が遮断されることによって、リレー７０内の電磁石７２はリレー７０内のスイッチ部７１の弾性力に抗する力を失い、リレー７０は導通状態に変化する。
【００２０】
リレー７０が導通状態になることによって、平滑コンデンサ６０と放電抵抗８０とがリレー７０を介して接続され、既に直流母線１１から第３の導体２０１を介してインバータ用母線３１へ給電されることのなくなった平滑コンデンサ６０に蓄えられていた電荷は、放電抵抗８０により熱として開放される。
【００２１】
以上のように、接合部２０は構成されるので、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することが可能である。また、接合部２０は、高圧電源部１０と平滑コンデンサ６０の間であれば、どこへでも配置することが可能である。
【００２２】
また、窪み２１４と窪み２３４および第３の導体２０１が、２次元平面において受ける力が等しくなるような等方性の形状であることから、自動車が衝突ないし転倒した場合に接合部２０が受ける衝撃力の方向性に因らずに、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電する効果もある。
【００２３】
なお、本実施の形態１では、第１の遮断機構を凸状部の窪みと導体で構成したが、第２の遮断機構のような棒状導体をそれぞれの母線に形成した孔に母線と導通するように保持し、所定の外力により、この棒状導体が折れることで母線間の通電が遮断されるように構成しても良い。このように第１の遮断機構を構成することで、この部分の形状を簡易なものとし、製造費用を削減することも可能となる。また、第２の遮断機構を第１の遮断機構と同じような球状導体を用いて形成しても同様な効果を得ることが可能である。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、接合部２０において、第１の直流母線凸状部２１１と第１のインバータ用母線凸状部２３１と第３の導体２０１が、それぞれ１個ずつで形成される１対の接続部のみで直流電力を供給する様に記載したが、複数対の接続部、即ち、複数対の第１の直流母線凸状部、第１のインバータ用母線凸状部、第３の導体で接合部２０を構成することもある。
【００２５】
本実施の形態２においては、実施の形態１で記載した所定の外力が接合部２０に加えられた場合に、接合部２０の全ての接続部で第３の導体２０１が第１の直流母線凸状部の窪み２１１ないし第１のインバータ用母線凸状部の窪み２３１から外れるようにそれぞれの窪みの形状および第３の導体の形状を設計する。
【００２６】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、接触抵抗を小さくでき、接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００２７】
また、直流母線１１からインバータ用母線３１への電流量を大きくすることが可能になり、回転機械５０に大きなトルクを発生させることや、高速で回転させることが可能になる。また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。さらに、接続部が複数存在することにより、直流母線１１からインバータ用母線３１への電力供給の信頼性を高める効果もある。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態１ないし実施の形態２においては、第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４と第３の導体２０１との間は、直接接触するように説明したが、窪み２１４ないし窪み２３４に導電性ペーストを塗布、あるいは、第３の導体２０１の表面に導電性ペーストを塗布する場合もある。
【００２９】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、窪み２３４と第３の導体２０１との間の接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００３０】
また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。また、形状が変形するペーストの存在に因り、直流母線１１からインバータ用母線３１への電力供給の信頼性を高める効果もある。
【００３１】
実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３においては、第３の導体２０１の形状を球状または略球状として説明したが、第３の導体２０１の形状を、実施の形態１または実施の形態２で記載した所定の外力が接合部２０に加えられた場合に、第３の導体２０１が第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４ないし第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４から外れる楕円体または多面体にする場合もある。この際、第３の導体２０１の楕円体または多面体の形状に合せて、窪み２１４の形状および窪み２３４の形状を設計する。
【００３２】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、窪み２１４と第３の導体２０１との間、ないし、窪み２３４と第３の導体２０１との間の接触面積を大きくでき、そのため接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。また、接合部２０での消費電力を小さくできることにより、接合部２０での発熱量を小さくすることが可能になり、接合部２０の小型化も可能になる。
【００３３】
実施の形態５．
図７は、第３の導体が直流母線凸状部あるいはインバータ用凸状部のいずれかと一体化した場合の接合部の遮断状態の一例を表わす模式断面図である。図７から判るように、第３の導体２０１を、第１の直流母線凸状部２１１の窪み２１４または第１のインバータ用凸状部２３１の窪み２３４のいずれか一方の窪みと一体に構成した突出部２４０としても良い。
【００３４】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、部品点数を少なくすることが可能になり、材料費ないし加工費の低減も可能である。また、実施の形態２のように、第１の遮断機構の接続部を複数対の接続部で構成しても良く、また、実施の形態３のように、接続部へ導電性ペーストを塗布しても良く、さらに、実施の形態４のように突出部２４０の形状を楕円体または多面体としても良い。このように構成することで、接続部での接触抵抗を小さくして接合部２０での消費電力を小さくすることが可能になり、高圧直流電源部１０の小型化または自動車の走行距離の伸長が可能になる。
【００３５】
実施の形態６．
図３から図６に示すように、第２の遮断機構の第４の導体２０２は、自動車の衝突ないし転倒により、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとに切断されると説明したが、元々、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとが、第２の直流母線凸状部２１２と第２のインバータ用母線凸状部２３２の接触箇所で、例えば、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すように、接しかつ噛合っており、自動車の衝突ないし転倒により、所定の外力が加わった場合、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとの接触（噛合わせ）が外れ、電気的導通が遮断されるように接合部２０を構成しても良い。
【００３６】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、長くて折れやすい針状導体である第４の導体２０２を直流母線１１に形成した細孔２１６とインバータ用母線３１に形成した細孔２３６に貫通させる作業が無くなるため、加工費の低減も可能になる。また、第４の導体２０２を細孔２１６と細孔２３６とに挿入させる場合に折ってしまって通し損ねることが無くなるため、材料費の低減も可能になる。
【００３７】
実施の形態７．
実施の形態１から実施の形態６では、接合部２０をインバータ４０の一方の電力供給端であるインバータ用母線３１と直流母線１１との間にのみ設置し、インバータ４０の他方の電力供給端であるインバータ用母線３２は直流母線１２と一体である場合を説明してきた。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態では、第１の接合部２０は実施の形態１から実施の形態６と同様に直流母線１１とインバータ用母線３１との間に設置し、もう１つの第２の接合部２１が直流母線１２とインバータ用母線３２との間にも設置する場合について、図９を用いて説明する。なお、第１の接合部２０と第２の接合部２１とは、ここまで説明してきた接合部２０と同一の手段である。ただし、第２の接合部２１の２本のリレー制御線をリレー制御線７５とリレー制御線７６として記載する。また、図９において、図１と同一の機能を有する部分には同一の符号を附している。
【００３９】
本実施の形態では、第１の接合部２０の一方のリレー制御線７３は、これまでの説明と同じく、リレー７０内の電磁石７２の一方の端子に接続される。しかし、第１の接合部２０の他方のリレー制御線７４は、第２の接合部２１の一方のリレー制御線７５に接続される。第２の接合部２１の他方のリレー接続線７６は、低圧直流電源９０を経由して、リレー７０内の電磁石７２のもう一方の端子に接続される。
【００４０】
このように電源装置を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合に、第１の接合部２０ないし第２の接合部２１の少なくとも一方で、電力の供給遮断と第４の導体２０２による導通遮断が実施されると、インバータ４０と平滑コンデンサ６０には直流電力が供給されなくなり、かつ、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷は放電抵抗８０を介して解放される。
【００４１】
インバータ用母線の双方にそれぞれ接合部を設置することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、インバータへの電力遮断と平滑コンデンサの電荷解放に係る手段が増えることにより、確実な電力遮断および電荷解放を実施することが可能になる。また、複数の接合部を設置することにより、縦方向や横方向といった衝撃の方向性にも対応が可能となる。
【００４２】
実施の形態８．
実施の形態１では、第２の遮断機構の第４の導体２０２を直流母線１１およびインバータ用母線３１に空けられた細孔２１６と細孔２３６とに挿入することとした。また、実施の形態６では、直流母線側第４の導体２０２ａを直流母線１１の細孔２１６に、インバータ用母線側第４の導体２０２ｂをインバータ用母線３１の細孔２３６に、それぞれ挿入するとした。
【００４３】
しかし、上記第４の導体２０２を直流母線１１およびインバータ用母線３１の側面で直流母線１１とインバータ用母線３１とにそれぞれ絶縁して接着しても、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、第４の導体２０２が折れることにより、リレー７０が閉状態に移行して、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を解放することができる。
【００４４】
同様に、直流母線側第４の導体２０２ａを直流母線１１の側面に絶縁して接着し、かつ、インバータ用母線側第４の導体２０２ｂを直流母線側第４の導体２０２ａに対応するインバータ用母線３１の側面に絶縁して直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとが接する様に接着しても、所定の外力が接合部２０に加えられた場合には、直流母線側第４の導体２０２ａとインバータ用母線側第４の導体２０２ｂとの間の導通が遮断されて、リレー７０が閉状態に移行して、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を解放することができる。
【００４５】
このように接合部２０を構成することにより、自動車が衝突ないし転倒した場合には、接合部２０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、インバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することを可能にするのみならず、長くて折れやすい針状導体である第４の導体２０２や直流母線側第４の導体２０２ａやインバータ用母線側第４の導体２０２ｂを貫通させる作業が無くなるため、加工費の低減も可能になり、また、折ってしまって通し損ねることが無くなるため、材料費の低減も可能になる。
【００４６】
実施の形態９．
高圧直流電源部１０は、インバータ４０に直流電力を供給す際に電流を大きくするよりも電圧を高くする方が効率が良い。そのため、高圧直流電源部１０は、図１０に示すように、燃料電池や蓄電池などで構成される駆動用電源１０１の出力を昇圧コンバータ１０２で電圧を昇圧し、昇圧コンバータ１０２の出力を出力線１０３，１０４に接続し、昇圧コンバータ１０２の出力を安定化する目的で出力線１０３，１０４に跨って出力用コンデンサ１０５が設置され、出力用コンデンサ１０５の両端は、直流母線１１，１２に接続されるように構成される。
【００４７】
しかし、本実施の形態では、図１０に示すように、実施の形態１から実施の形態８で説明した接合部２０と同じ接合部１２０を昇圧コンバータ１０２と出力用コンデンサ１０５の間の一方の出力線１０３に挿入して直流母線１１の線路上に設置し、実施の形態１で説明したリレー７０と同一の機能を有するリレー１７０と、実施の形態１で説明した放電抵抗８０と同一の機能を有する放電抵抗１８０とを直列に接続した直流回路を接合部１２０と出力用コンデンサ１０５の中間位置、または、出力用コンデンサ１０５と直流母線１１および１２との中間位置に出力線１０３と１０４とに跨って設置し、更に、リレー１７０内の電磁石１７２の一方の端子はリレー制御線１７３を通して、接合部１２０に接続され、また、リレー１７０内の電磁石１７２の他方の端子は、実施の形態１で説明した低圧直流電源９０と同一の機能を有する低圧直流電源１９０を経由した後にリレー制御線１７４を通して、接合部１２０に接続されるように構成される。
【００４８】
リレー制御線１７３とリレー制御線１７４との接合部１２０での接続は、実施の形態１で説明したリレー制御線７３とリレー制御線７４との接合部２０での接続と同一である。但し、放電抵抗１８０は、出力用コンデンサ１０５と平滑用コンデンサ６０の双方に蓄えられた電荷を放電させるに耐えられる電力消費の能力を有する必要がある。
【００４９】
以上のように、高圧直流電源部１０は構成されるので、自動車が衝突ないし転倒した場合には、高圧電源直流部１０以外の機能存否に係わらず、その衝撃力を使用して、出力用コンデンサ１０５やインバータ４０や平滑コンデンサ６０への給電を遮断すると同時に、出力用コンデンサ１０５と平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷を直ちに放電することが可能である。
【００５０】
また、高圧直流電源部１０は、インバータ４０や平滑コンデンサ６０とは離れた場所に設置されることが多いので、自動車が衝突ないし転倒した際、高圧直流電源部のみに衝撃力が働いた場合でも、確実にインバータ４０への給電遮断と平滑コンデンサ６０に蓄えられた電荷の解放を実施することが可能になる。
【００５１】
なお、本実施の形態による高圧直流電源部１０を実施の形態１から実施の形態８にも適用する場合には、実施の形態１から実施の形態８で説明した放電抵抗８０には、出力用コンデンサ１０５と平滑コンデンサ６０の双方に蓄えられた電荷を放電させるに耐えられる電力消費の能力を有する必要がある。
【００５２】
更に、実施の形態７で説明した場合と同様に、もう１つの接合部１２１を昇圧コンバータ１０２と出力用コンデンサ１０５の間の出力線１０４に挿入する場合もある。この場合、出力用コンデンサ１０５の電荷を解放する構造は、実施の形態７で平滑コンデンサ６０の電荷を解放する構造に準ずる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 高圧直流電源部、１１，１２ 直流母線、２０，１２０ 接合部、２１ 第２の接合部、３１，３２ インバータ用母線、４０ インバータ、５０ 回転機械、６０ 平滑コンデンサ、７０，１７０ リレー、７１，１７１ スイッチ部、７２，１７２ 電磁石、７３，７４，７５，７６，１７３，１７４ リレー制御線、８０，１８０ 放電抵抗、９０，１９０ 低圧直流電源、１０１ 駆動用電源、１０２ 昇圧コンバータ、１０３，１０４ 出力線、１０５ 出力用コンデンサ、２０１ 第３の導体、２０２ 第４の導体、２０２ａ 直流母線側第４の導体、２０２ｂ インバータ用母線側第４の導体、２１１ 第１の直流母線凸状部、２１２ 第２の直流母線凸状部、２１３，２１７，２３３，２３７ 絶縁体、２１４ 第１の直流母線凸状部の窪み、２１５ 第２の直流母線凸状部の反対面、２１６，２３６ 細孔、２１８ 第１の直流母線凸状部の側面、２１９ 第２の直流母線凸状部の側面、２３１ 第１のインバータ用母線凸状部、２３２ 第２のインバータ用母線凸状部、２３４ 第１のインバータ用母線凸状部の窪み、２３５ 第２のインバータ用母線凸状部の反対面、２３８ 第１のインバータ用母線凸状部の側面、２３９ 第２のインバータ用母線凸状部の側面、２４０ 第３の導体と窪みを一体に構成した突出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換して回転機械を駆動するインバータと、
前記直流電源と前記インバータとを接続する一対の直流母線と、
前記一対の直流母線間に前記インバータに対して並列に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに対して並列に接続され、リレーと抵抗とを直列に接続した直列回路と、
前記直流母線の線路上に設置される接合部とを備えた電源装置であって、
前記接合部は、
所定の外力が加わった場合、前記直流母線の導通を遮断する第１の遮断機構を有し、かつ、前記リレーを閉状態にすることで前記平滑コンデンサの電荷を前記抵抗によって放電させる第２の遮断機構を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記接合部は、
前記直流電源側の前記直流母線に接続される第１の導体と、
前記第１の導体に対向し、前記インバータ側の前記直流母線に接続される第２の導体とを有し、
前記第１の遮断機構は、前記第１の導体、前記第２の導体、および前記第１の導体と前記第２の導体とを接続する接続部で構成され、
前記第２の遮断機構は、前記第１の導体、前記第２の導体、および前記第１の導体と前記第２の導体とに対して電気的に絶縁状態で交差し、前記直列回路に接続される交差部で構成され、
前記所定の外力が加わった場合、前記第１の遮断機構は、前記接続部が所定の位置から外れて前記直流母線の導通を遮断し、かつ、
前記第２の遮断機構は、前記交差部が切断して前記リレーを閉状態にすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の遮断機構において、
前記接続部は、前記第１の導体と前記第２の導体とは相対する位置にそれぞれ凸状部を有し、
２つの前記凸状部の相対する表面にそれぞれ窪みを設け、
前記第１の導体と前記第２の導体との相対する面のうち少なくとも一方の面および前記２つの凸状部側面は絶縁処理され、
前記第１の導体の凸状部の窪みと前記第２の導体の凸状部の窪みとの隙間に全部あるいは一部が挿入され、前記第１の導体と前記第２の導体とを導通状態にする第３の導体で構成され、
前記所定の外力が加わった場合、前記第３の導体が、２つの前記窪みのうちの少なくとも一方から外れることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記窪みの形状が、半球状または略半球状であることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
それぞれの前記凸状部が前記第１の導体および前記第２の導体に対して段差を形成し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第３の導体が、２つの前記窪みのうちの少なくとも一方から外れて前記窪みに戻らないことを特徴とする請求項３または請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
前記第３の導体の形状が、球状、楕円体または多面体であることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の遮断機構において、
前記接続部は、前記第１の導体と前記第２の導体とは相対する位置にそれぞれ凸状部を有し、
２つの前記凸状部の相対する表面のいずれか一方には窪みを設け、かつ、
他方には前記凸状部の表面から突出させた突出部を設け、
前記第１の導体と前記第２の導体との相対する面のうち少なくとも一方の面および前記２つの凸状部側面は絶縁処理され、
前記窪みと前記突出部とを噛合せることで前記第１の導体と前記第２の導体とを導通状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記接続部と前記窪みとの噛合せが外れることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項８】
前記窪みの形状が、半球状または略半球状であり、かつ、
前記突出部の形状が、半球状または略半球状であることを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記第２の遮断機構において、
前記交差部は、前記第１の導体と前記第２の導体との相対する位置にそれぞれ孔を設け、前記孔の内部と前記孔の開口部周辺とに絶縁処理を施し、
前記それぞれの孔を貫通する第４の導体で構成され、
前記第４の導体の両端と前記リレーを制御するリレー制御線の両端とをそれぞれ接続することで前記リレーを開状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第４の導体が切断し、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項１０】
前記第２の遮断機構において、
前記第４の導体は、２つ以上の導体を接続させたものであり、
前記所定の外力が加わった場合、
前記２つ以上の導体が非接触となり、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項９記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第２の遮断機構において、
前記交差部は、前記第１の導体と前記第２の導体とのそれぞれの側面に絶縁処理を施し、前記それぞれの側面に第４の導体を固着して構成され、
前記第４の導体の両端はそれぞれ前記リレーを制御する前記リレー制御線と接続することで前記リレーを開状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第４の導体が切断し、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項１２】
前記第２の遮断機構において、
前記第４の導体は、２つの導体を接続させたものであり、２つの導体のうち一方を前記第１の導体の側面に固着し、
他方を前記第２の導体の側面に固着し、
前記所定の外力が加わった場合、前記２つの導体は非接触となり、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項１１記載の電源装置。
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換して回転機械を駆動するインバータと、
前記直流電源と前記インバータとを接続する一対の直流母線と、
前記一対の直流母線間に前記インバータに対して並列に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに対して並列に接続され、リレーと抵抗とを直列に接続した直列回路と、
前記直流母線の線路上に設置される接合部とを備えた電源装置であって、
前記接合部は、
所定の外力が加わった場合、前記直流母線の導通を遮断する第１の遮断機構を有し、かつ、前記リレーを閉状態にすることで前記平滑コンデンサの電荷を前記抵抗によって放電させる第２の遮断機構を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記接合部は、
前記直流電源側の前記直流母線に接続される第１の導体と、
前記第１の導体に対向し、前記インバータ側の前記直流母線に接続される第２の導体とを有し、
前記第１の遮断機構は、前記第１の導体、前記第２の導体、および前記第１の導体と前記第２の導体とを接続する接続部で構成され、
前記第２の遮断機構は、前記第１の導体、前記第２の導体、および前記第１の導体と前記第２の導体とに対して電気的に絶縁状態で交差し、前記直列回路に接続される交差部で構成され、
前記所定の外力が加わった場合、前記第１の遮断機構は、前記接続部が所定の位置から外れて前記直流母線の導通を遮断し、かつ、
前記第２の遮断機構は、前記交差部が切断して前記リレーを閉状態にすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の遮断機構において、
前記接続部は、前記第１の導体と前記第２の導体とは相対する位置にそれぞれ凸状部を有し、
２つの前記凸状部の相対する表面にそれぞれ窪みを設け、
前記第１の導体と前記第２の導体との相対する面のうち少なくとも一方の面および前記２つの凸状部側面は絶縁処理され、
前記第１の導体の凸状部の窪みと前記第２の導体の凸状部の窪みとの隙間に全部あるいは一部が挿入され、前記第１の導体と前記第２の導体とを導通状態にする第３の導体で構成され、
前記所定の外力が加わった場合、前記第３の導体が、２つの前記窪みのうちの少なくとも一方から外れることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記窪みの形状が、半球状または略半球状であることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
それぞれの前記凸状部が前記第１の導体および前記第２の導体に対して段差を形成し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第３の導体が、２つの前記窪みのうちの少なくとも一方から外れて前記窪みに戻らないことを特徴とする請求項３または請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
前記第３の導体の形状が、球状、楕円体または多面体であることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の遮断機構において、
前記接続部は、前記第１の導体と前記第２の導体とは相対する位置にそれぞれ凸状部を有し、
２つの前記凸状部の相対する表面のいずれか一方には窪みを設け、かつ、
他方には前記凸状部の表面から突出させた突出部を設け、
前記第１の導体と前記第２の導体との相対する面のうち少なくとも一方の面および前記２つの凸状部側面は絶縁処理され、
前記窪みと前記突出部とを噛合せることで前記第１の導体と前記第２の導体とを導通状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記接続部と前記窪みとの噛合せが外れることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項８】
前記窪みの形状が、半球状または略半球状であり、かつ、
前記突出部の形状が、半球状または略半球状であることを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記第２の遮断機構において、
前記交差部は、前記第１の導体と前記第２の導体との相対する位置にそれぞれ孔を設け、前記孔の内部と前記孔の開口部周辺とに絶縁処理を施し、
前記それぞれの孔を貫通する第４の導体で構成され、
前記第４の導体の両端と前記リレーを制御するリレー制御線の両端とをそれぞれ接続することで前記リレーを開状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第４の導体が切断し、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項１０】
前記第２の遮断機構において、
前記第４の導体は、２つ以上の導体を接続させたものであり、
前記所定の外力が加わった場合、
前記２つ以上の導体が非接触となり、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項９記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第２の遮断機構において、
前記交差部は、前記第１の導体と前記第２の導体とのそれぞれの側面に絶縁処理を施し、前記それぞれの側面に第４の導体を固着して構成され、
前記第４の導体の両端はそれぞれ前記リレーを制御する前記リレー制御線と接続することで前記リレーを開状態に保持し、
前記所定の外力が加わった場合、前記第４の導体が切断し、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項１２】
前記第２の遮断機構において、
前記第４の導体は、２つの導体を接続させたものであり、２つの導体のうち一方を前記第１の導体の側面に固着し、
他方を前記第２の導体の側面に固着し、
前記所定の外力が加わった場合、前記２つの導体は非接触となり、前記リレーへの導通が遮断されることで前記リレーが閉状態となることを特徴とする請求項１１記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１２０５５（Ｐ２０１３−１１２０５５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７８５８（Ｐ２０１１−２５７８５８）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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