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富士電機機器制御株式会社 製品情報

産業用コンタクタのパイオニアだからこそできた世界最高水準の過電流耐量をもつHVC(密閉型高電圧コンタクタ)産業用コンタクタのパイオニアだからこそできた世界最高水準の過電流耐量をもつHVC(密閉型高電圧コンタクタ)

今後、ますます普及することが見込まれる電気自動車(以下EV)やプラグインハイブリッド自動車(以下PHEV)などの環境対応自動車ですが、
その安全性の確保は重要な課題です。
富士電機機器制御では、世界最高水準の過電流耐量をもつ「密閉型高電圧コンタクタ」を独自に開発。
近年の高性能、高電圧なバッテリーに対応し、環境対応自動車の安全性維持に貢献します。

開発本部 次世代開発プロジェクト部 部長 鈴木 健司 事業企画本部 戦略企画部 担当部長 葉山 陽一 開発本部 次世代開発プロジェクト部 部長 鈴木 健司 事業企画本部 戦略企画部 担当部長 葉山 陽一
2018年2月取材。所属、役職は取材当時のものです。

高電圧バッテリーに対応した
コンタクタを独自に開発

HVC

─ EVやPHEVの普及につれて、車載用コンタクタの需要が増えているそうですね。まずコンタクタとはどのようなものですか?

葉山:コンタクタとは接触器とも呼ばれ、一言でいえばスイッチのような役目をします。電磁力を利用して接点が付いたり離れたりすることで、電気回路の開閉を行い、電気機器の起動や停止を行います。富士電機機器制御は、今から60年以上も前に、プランジャ型では国内で初めて産業用コンタクタを発売しました。その技術を生かし、このたび新たに開発したのが「密閉型高電圧コンタクタ(以下HVC)」です。

─ どのようなところで使われるのですか?

鈴木:今後、拡大が見込まれるEVやPHEVなどの環境対応自動車に使用されます。EVやPHEVの中で、コンタクタは電池とインバータやモータをつなぐ電気回路の開閉を行っています。近年、環境対応自動車に搭載される電池が高性能になり高電圧・大容量になったことから、それらの電池回路に使用されるコンタクタもそれに耐えうる性能が求められているんです。

世界一の過電流耐量を
備えたコンタクタ

※クリックで動画が起動します。

開発本部 次世代開発プロジェクト部 部長 鈴木 健司 事業企画本部 戦略企画部 担当部長 葉山 陽一

─ HVCの特徴を教えてください。

葉山:電池の性能が上がるにつれて懸念されるのが、万が一の事故の場合に起こる「短絡電流」といわれる事故電流による被害です。高電圧電池の大容量化にともない短絡電流も大きくなる傾向があるため、HVCはこれに対応すべく開発されました。

鈴木:短絡電流が発生するとコンタクタには大きな電流が流れ、電磁反発力が発生し接点が離れます。この時、アークと呼ばれる放電現象が発生して、コンタクタが発火や破裂する可能性があります。コンタクタがどのくらいの大電流にまで耐えられるかを表したのが「過電流耐量」です。我々は、コンタクタの構造を工夫することで、世界最高水準の2万アンペアの過電流耐量を実現しました。

─ より事故が起こりにくい構造をもつということですね。

鈴木:はい。さらに HVCの特徴の一つが、正逆両方同一の遮断性能を備えていることです。EVの充電方法には「普通充電」と「急速充電」の2種類が存在しますが、充電によってためた電気は、自動車から家庭内の充電システムなど外部へ供給する放電ができます。この場合、回路には充電時とは逆向きに電流が流れます。一般的なコンタクタには、アークの解消に対して極性があり、充電時と放電時の遮断性能に差があることが課題でした。しかしHVCは、永久磁石の配置を工夫することで、正逆両方向同一の遮断性能を実現したのです。これによって、極性を気にすることなく設計できるようになり、また作業時の極性間違いによる事故を防ぐことができるようになりました。

葉山:また、HVCは衝撃に強いのが特徴です。一般的なコンタクタは、接点が動く方向に衝撃が加わると誤動作が起こりやすいという弱点があります。HVCは、電磁石回路に永久磁石を組み込むことで、あらゆる方向からの50Gという大きな衝撃に耐えられるようになりました。

鈴木:高電圧対応のコンタクタは大型なものが多いのですが、 HVCは接点部のカプセルへ封入したガスによって、電気の遮断に必要な距離を短くして、コンパクトなサイズを実現しました。接点部を密閉していることで、ホコリや油などの異物の混入による接触不良を防ぎ、より信頼性の高い安全な製品になっています。

バッテリー性能向上につれて
ますます広がるHVCの用途

─ 車載コンタクタの開発ではどのような点で苦心されましたか?

葉山:自動車は、一歩間違えば人命にかかわる製品です。そういう意味ではどんな部品も、事故にあったときに被害を拡大させないような性能が求められます。お客様である自動車メーカからは、不具合品ゼロを求められており、品質管理にも徹底的に気を使っています。HVCは万が一に備えて、いつ、どこで作られ、その際の工程・出荷検査結果がどのようなものだったかなど、一つ一つをトレースできるようになっています。

鈴木:接点部へ封入するガス選定や、ガスの密閉方法は特に苦労しました。数多くの要素実験や環境試験を繰り返しましたね。自動車に求められるのは、何よりもまず安全性です。そのためにも検証実験は欠かせません。コンタクタへ大電流を流す実験設備は、日本では弊社を含めて数カ所しかありません。最初に試作品へ大電流を流す評価実験を行った時には、ずいぶんと緊張しました。

葉山:自動車部品だけに、個体間の品質に差があることは許されません。品質の微妙なばらつきを製造過程で捉えて、それを抑えるのは苦労しました。

─ 今後のHVCの展開について教えてください。

鈴木:2017年から、弊社のHVCは実フィールドのEVで採用して頂いています。環境対応自動車はまだまだ増えるでしょうから、今後ますますHVCの需要は増えると考えています。当然、HVCの競争は激化すると思いますが、弊社は産業用コンタクタやブレーカで蓄積した技術を活用してお客様と一緒になって差別化した商品開発を進めていきたいです。

葉山:富士電機機器制御の産業用コンタクタは国内シェアの50%を占めていますが、車載向けコンタクタを扱っていることはあまり知られていません。今後は、環境対応自動車だけでなく、ハイブリッドフォークリフトや建設機器、無停電電源装置(UPS)など、高電圧で使用される場所への応用も目指しています。

バッテリーが高容量化するEV・PHEVに最適高い過電流耐量性能を持つコンタクタバッテリーが高容量化するEV・PHEVに最適高い過電流耐量性能を持つコンタクタ

こんなお客さまにおすすめ

課題や背景

  • ◎EV・PHEVのバッテリー性能は急激に向上しており、過電流耐量もより高い性能が求められる。
  • ◎V2X活用時の電流方向が変わるバッテリーを充放電する回路にて使用するために、正逆方向で同一の遮断電圧電流性能が求められる。
  • ◎さまざまな方向に強い衝撃を受けるリスクがあり、高い耐衝撃性能が求められる。

成果・改善

  • ◎独自の接点構造で電磁反発力を相殺し、業界最高の2万アンペアの過電流耐量を実現。コンタクタの発火・破裂リスクを大幅に低減した。
  • ◎永久磁石の配置などを考慮し設計を行うことで、正逆両方向同一の遮断性能を実現。バッテリー充放電回路へ組み込む際のフレキシビリティを高めた。
  • ◎電磁石の最適設計を行うことで、全方向50Gの誤動作衝撃性能を実現。取付方向の制限を無くし、お客様の設計の自由度を高めた。

~当社が提供したもの~ 密閉型高電圧コンタクタ「HVC(High Voltage Contactor)」~当社が提供したもの~ 密閉型高電圧コンタクタ「HVC(High Voltage Contactor)」

  • ・独自の接点構造により過電流耐量20kAを実現。
  • ・永久磁石の配置などを考慮し、正逆両方向同一の遮断性能を実現。(無極性化)
  • ・電磁石の最適設計を行うことで、全方向50Gの誤動作衝撃性能を実現。

富士電機機器制御はココが違う

  • 接点部へガス封入したカプセルを配置することで小形化や遮断性能向上、高接触信頼性、外部にアークがでないなど数々のメリット。
  • 独自の接点構造で安全性を
    大幅に向上。高効率電磁石により
    耐衝撃性能も向上。

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