JP2012199133A - リレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁反発力により接点が互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができるリレー装置を提案すること。
【解決手段】本発明のリレー装置１は、固定接点５を有する固定部材１０と、固定接点５に対向する位置に可動接点７を有する可動子６と、固定接点５と可動接点７とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で可動子６を移動させる駆動部１４とを備える。そしてさらに、本発明のリレー装置１は、可動子６が閉位置にある状態で固定接点５と可動接点７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる磁力発生部３を備える。この磁力発生部３は永久磁石によって吸引力を生じる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気回路の接点の開閉を行うリレー装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に示すようなリレー装置が提案されており、このリレー装置は、固定接点と、可動接点を設けた可動接触子と、固定接点と可動接点とが接離するよう可動接触子を可動させる駆動部とを備える。

このリレー装置では、駆動部によって可動接触子が駆動されることで、可動接点が固定接点に当接する。

特開平１０−１６２６７６号公報

しかし、上述したようなリレー装置では、当接した状態の可動接点と固定接点とに大電流が流れた場合に、この大電流によって可動接点と固定接点との間に電磁反発力が生じて、可動接点と固定接点とが離れてしまうおそれがある。このように可動接触子が可動接点と固定接点とを当接させる位置にあるにもかかわらず、可動接点と固定接点とが離れてしまっては、安定した通電を行うことが難しい。

そこで、上記事情を鑑みて、本発明は、電磁反発力により接点が互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができるリレー装置を提案することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明のリレー装置は、固定接点を有する固定部材と、前記固定接点に対向する位置に可動接点を有する可動子と、前記固定接点と前記可動接点とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で前記可動子を移動させる駆動部と、前記可動子が前記閉位置にある状態で前記固定接点と前記可動接点とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる磁力発生部とを備え、前記磁力発生部は永久磁石によって前記吸引力を生じることを特徴とする。

また、前記固定部材は第一固定接点と第二固定接点との２つからなる前記固定接点を有し、前記可動子は前記第一固定接点に対向する第一可動接点と前記第二固定接点に対向する第二可動接点との２つからなる前記可動接点を有し、前記可動子は、前記閉位置で前記２つの前記固定接点と前記２つの前記可動接点とが接触し、前記開位置で前記２つの前記固定接点と前記２つの前記可動接点とが離れるように直線移動し、前記磁力発生部は、前記固定部材に設けられている第一磁力発生部と、前記可動子に設けられている第二磁力発生部とからなることが好ましい。

また、前記第二磁力発生部は、前記可動子が前記閉位置にある状態で前記可動子を流れる電流によって発生する磁界内で磁化される磁性体を有することが好ましい。

また、前記可動子は、前記駆動部に可動軸を介して連結されており、前記第二磁力発生部は、前記可動子と前記可動軸とを連結している連結部材からなることが好ましい。

本発明のリレー装置は、電磁反発力により接点が互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができる。

本発明の実施形態のリレー装置を示す正面断面図である。 本発明の他の実施形態のリレー装置の接点部を示す正面断面図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本発明の実施形態のリレー装置は、例えば、ＥＶ（電気自動車）のバッテリーの電流をモータ等に送るための、電気回路の接点の開閉に用いられる。なお、ＥＶに限らず、他の装置に用いてもよい。

本実施形態のリレー装置１の基本的な構成について、まず説明する。本実施形態のリレー装置１は、図１に示すように、固定接点５，５と可動接点７，７とを有する接点部２と、固定接点５，５と可動接点７，７とを接離させる駆動部１４と、接点部２を収納する接点容器３７とを備える。以下、リレー装置１について、図１の上下左右を上下左右として説明する。なお、この各方向の設定は、説明の便宜を図るものであって、リレー装置１の配置する向きを限定するものではない。

接点容器３７は、接点部２を囲むケース１０と、駆動部１４の一部を構成する金属部とからなる。ケース１０は、絶縁材料で形成されており、下方に開口した箱状をなす。金属部は、金属材料で形成されており、後述するヨーク４０の上端部と、固定鉄心２３の上端部と、ケース１０の下端部とヨーク４０の上端部を結合する結合部材２９とで構成される。この接点部２が収納される接点容器３７の内側の空間Ｓは、本実施形態では気密空間となっている。

ケース１０の上部１１（底部１１）には、２つの固定端子４，４が固定されており、この２つの固定端子４，４の下面にはそれぞれ固定接点５，５が設けられている。以下、２つの固定端子４，４を、第一固定端子４５と第二固定端子４６とし、第一固定端子４５の下面の固定接点５を第一固定接点５０とし、第二固定端子４６の下面の固定接点５を第二固定接点５１とする。そして、駆動部１４には、板状の可動子６が上下動自在に取り付けてあって、この可動子６は上面に２つの可動接点７，７を有している。この２つの可動接点７，７は、可動子６の上面のうち、２つの固定接点５，５にそれぞれ対向する位置に形成されている。以下、第一固定接点５０に対向する可動接点７を第一可動接点７０とし、第二固定接点５１に対向する可動接点７を第二可動接点７１とする。

駆動部１４は、可動接点７，７と固定接点５，５とが互いに接触する閉位置と、可動接点７，７と固定接点５，５とが所定距離離れる開位置との間で、可動子６を上下に直線移動させる。なお、閉位置では、第一可動接点７０と第一固定接点５０とが接触し、且つ第二可動接点７１と第二固定接点５１とが接触する。各固定端子４５，４６と可動子６とは、導電性材料で形成されており、固定接点５，５と可動接点７，７とは接点材料で形成されている。２つの固定接点５，５と２つの可動接点７，７とが接触した状態で、２つの固定端子４，４は可動子６を介して電気的に接続した状態となり、このとき本実施形態のリレー装置１は、電気回路の接点を閉じた状態となる。

この接点を閉じた通電状態から、接点を開く（つまり２つの可動接点７，７を２つの固定接点５，５から離す）と、一方の可動接点７と一方の固定接点５との間および、他方の可動接点７と他方の固定接点５との間に、それぞれアークが生じる場合がある。このアークを引き伸ばして消滅させるための構成として、接点容器３７の外側には、アークを接点容器３７の壁１２側に引き伸ばす永久磁石等からなる消孤装置３６が設けられている。詳しくは、ケース１０の、２つの固定接点５，５が並ぶ方向の外側（ケース１０の左右外側）にそれぞれ、消孤装置３６，３６が設けられている。この消孤装置３６，３６が、一方の固定接点５と一方の可動接点７との間に生じたアークと、他方の固定接点５と他方の可動接点７との間に生じたアークとをそれぞれ、ケース１０の左右の壁１２側に引き伸ばす。また、本実施形態では、アークを効率良く消滅させるために、空間Ｓに、水素を主体とするガスを例えば２気圧程度で注入して、空間Ｓ内の冷却効果を向上させている。

駆動部１４は、ヨーク４０と、コイル２８と、コイルボビン２７と、固定鉄心２３と、可動鉄心２４と、鉄心ケース２２と、可動軸１５と、復帰バネ２６とを備える。ヨーク４０と固定鉄心２３と可動鉄心２４とは磁性体の金属材料で形成され、鉄心ケース２２と可動軸１５とは非磁性体で形成されている。

鉄心ケース２２は、有底筒状であり、鉄心ケース２２の内側下部には可動鉄心２４が上下動自在に配置され、鉄心ケース２２の内側上部には固定鉄心２３が固定されている。この固定鉄心２３及び可動鉄心２４には、可動軸１５が上下方向に貫通している。可動軸１５は、上端に接続部１６が固定されており、この接続部１６の上部に接圧バネ９が取り付けられている。接圧バネ９の上端部は可動子６の下面に当接している。可動子６が閉位置にあるとき、接圧バネ９は上下方向に縮んで、各可動接点７，７を各固定接点５，５に押し付け、接圧を確保する。可動軸１５は、可動鉄心２４に固定されていて、可動鉄心２４の上下移動に伴って上下に移動する。コイルボビン２７は円筒状に形成されていて、その内側に鉄心ケース２２が挿入されている。コイル２８は、コイルボビン２７に巻きつけられている。固定鉄心２３の下端部と可動鉄心２４の上端部との間には、復帰バネ２６が配置されていて、固定鉄心２３と可動鉄心２４とを互いに離れる向きに付勢する。

本実施形態では、コイル２８に電流を流すことで、固定鉄心２３と可動鉄心２４とが磁化され、固定鉄心２３に可動鉄心２４が吸着する。このとき、可動子６が上方に移動して可動接点７，７と固定接点５，５とが接触する。また、コイル２８への電流供給を停止すると、復帰バネ２６の付勢力によって、固定鉄心２３から可動鉄心２４が離れる。このとき、可動子６が下方に移動して可動接点７，７と固定接点５，５とが離れる。なお、駆動部１４は、固定接点５，５と可動接点７，７とを接離可能に移動させることができればよく、上述の構成に限定されない。

空間Ｓには、さらに、接点部２と金属部（ヨーク４０の上端部と固定鉄心２３の上端部）との間の放電経路を遮断するように接点部２とこの金属部との間に板状の絶縁板２０が設けられている。絶縁板２０によって、接点部２に生じたアークがこの金属部に接触してこの金属部を破損することを防止する。

上述した本実施形態のリレー装置１は、可動子６が閉位置にある状態で固定接点５，５と可動接点７，７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる磁力発生部３をさらに備える。この磁力発生部３は永久磁石によって吸引力を生じる。

詳しくは、本実施形態では、固定部材をなすケース１０の上部１１の下面に永久磁石からなる第一磁力発生部３０が固定されており、この第一磁力発生部３０に対向する位置の可動子６の上面に、磁性体からなる第二磁力発生部３１が固定されている。

第二磁力発生部３１をなす磁性体は、可動子６が閉位置にある状態で、可動子６を流れる電流によって発生する磁界内で磁化されて、第一磁力発生部３０に近づく向きに吸引力を生じる。第一磁力発生部３０と第二磁力発生部３１とは、可動子６が閉位置にある状態でのみ、固定接点５，５と可動接点７，７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる。この吸引力は、駆動部１４への電流供給を停止した際の、復帰バネ２６による可動子６を各固定端子４５，４６から離す力よりも小さい。

上述した構成の本実施形態のリレー装置１では、以下のように接点部２の開閉動作が行われる。

接点部２を閉じる際には、駆動部１４に電流を供給し、可動子６を開位置から閉位置へと移動させる。可動子６が閉位置に到達した状態で、２つの可動接点７，７の各々が２つの固定接点５，５に接触する。このとき、可動子６中を流れる電流によって、第二磁力発生部３１がケース１０に固定された永久磁石からなる第一磁力発生部３０に引き寄せられるように磁化される。すると、第一磁力発生部３０と第二磁力発生部３１との間で吸引力を生じる。この吸引力は、２つの可動接点７，７と２つの固定接点５，５とが接触した状態を維持するように作用する。

また、接点部２を開く際には、駆動部１４への電流供給を停止し、可動子６を復帰バネ２６のバネ力によって閉位置から開位置へと移動させる。

以上のように接点部２の開閉動作が行われる本実施形態のリレー装置１では、可動子６が閉位置にある状態で大電流が流れた場合に、固定接点５，５と可動接点７，７との間に互いに離れる向きに電磁反発力が生じることがある。ここでいう大電流とは、短絡等によって生じる例えば５，０００Ａ〜１０，０００Ａの電流を示す。この電磁反発力が、可動子６が閉位置にある状態の接圧バネ９のばね力よりも大きいと、固定接点５，５と可動接点７，７とが互いに離れてしまう。

しかし、本実施形態では、磁力発生部３を設けて、可動子６が閉位置にある状態で、固定接点５，５と可動接点７，７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じさせているので、電磁反発力に抗して、固定接点５，５と可動接点７，７とが接触した状態を維持することができる。

加えて、本実施形態では、第二磁力発生部３１を、可動子６中を流れる電流によって発生する磁界内で磁化される磁性体としたことで、可動子６を流れる電流の大きさに対応して、第一磁力発生部３０と第二磁力発生部３１との間に生じる吸引力が増減する。つまり、可動子６を流れる電流が大きくて、電磁反発力が大きくなる場合には、第二磁力発生部３１と第一磁力発生部３０との間に発生する吸引力も大きくなる。よって、本実施形態のリレー装置１は、電磁反発力の大きさに対応して、吸引力を増減させることができて、接点の接触信頼性が向上したものとなっている。

なお、上述したリレー装置１では、第二磁力発生部３１を磁性体で形成したが、可動子６が閉位置にある状態で第一磁力発生部３０との間で吸引力を生じる永久磁石で第二磁力発生部３１を形成してもよい。

また、第一磁力発生部３０と第二磁力発生部３１とは、可動子６が閉位置にある状態で、固定接点５，５と可動接点７，７とを互いに接触させる向きの吸引力を生じればよく、各磁力発生部３０，３１の取付位置は上述の位置に限定されない。

続いて、図２に示す本発明の他の実施形態のリレー装置１について説明する。なお、上述した実施形態のリレー装置１と同じ構成については図中に同じ符号をつけて説明を省略し、異なる構成について詳しく説明する。

図２に示す実施形態のリレー装置１では、可動子６が、駆動部１４（図示せず）に可動軸１５を介して連結されており、可動子６と可動軸１５とを連結している連結部材８が、第二磁力発生部３１をなしている。

詳しくは、本実施形態では、可動子６に上下に貫通する貫通孔６１が設けられており、この貫通孔６１に駆動部１４の可動軸１５が貫通している。可動軸１５の上端部には、ＥリングやＯリングからなる連結部材８が嵌め込まれている。そして、可動軸１５には、接圧バネホルダ１７が固定されている。接圧バネ９は、接圧バネホルダ１７の底面１８と、可動子６の下面とに当接しており、可動子６を上方に付勢して、可動子６の上面と連結部材８の下面とを当接させている。なお、可動子６が閉位置にあるとき、可動子６は各固定接点５，５に下方に押されて、可動子６の上面と連結部材８の下面とは離れる。接圧バネホルダ１７の上端と可動子６の下面との間には隙間が出来るように形成されている。

本実施形態では、可動子６と可動軸１５とを連結する連結部材８が磁性体からなり、第二磁力発生部３１を兼用するので、可動子６に別途第二磁力発生部３１を設ける必要がなくなり、製造コストを抑えることができる。

なお、上述したリレー装置１では、丸棒状の可動軸１５に、ＥリングやＯリングからなる磁性体の第二磁力発生部３１を嵌め込んでいるが、可動軸１５の上端の外周面にねじ溝を形成し、そのねじ溝にナットからなる磁性体の第二磁力発生部３１を螺合させてもよい。

以上まとめると、本発明の実施形態のリレー装置１は、固定接点５を有する固定部材１０と、固定接点５に対向する位置に可動接点７を有する可動子６と、固定接点５と可動接点７とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で可動子６を移動させる駆動部１４とを備える。本実施形態のリレー装置１は、さらに、可動子６が閉位置にある状態で固定接点５と可動接点７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる磁力発生部３を備える。この磁力発生部３は永久磁石によって吸引力を生じる。

このような構成とすることで、本実施形態のリレー装置１では、可動子６が閉位置にある状態で、磁力発生部３によって、固定接点５と可動接点７とを互いに接触させる向きに吸引力を生じさせることができる。そのため、可動子６が閉位置にある状態でリレー装置１に大電流が流れて固定接点５と可動接点７との間に互いに離れる向きに電磁反発力が発生しても、この磁力発生部３の吸引力によって電磁反発力に抗して、固定接点５と可動接点７との接触状態を維持することができる。よって、本実施形態のリレー装置１は、電磁反発力により接点５，７が互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができ、磁力発生部３を備えない従来のリレー装置と比べて、接点５，７の接触信頼性を向上させることができるという作用効果を奏する。

また、本実施形態のリレー装置１では、固定部材１０は第一固定接点５０と第二固定接点５１との２つからなる固定接点５を有する。そして、可動子６は第一固定接点５０に対向する第一可動接点７０と第二固定接点５１に対向する第二可動接点７１との２つからなる可動接点７を有する。可動子６は、閉位置で２つの固定接点５，５と２つの可動接点７，７とが接触し、開位置で２つの固定接点５，５と２つの可動接点７，７とが離れるように直線移動する。そして、磁力発生部３は、固定部材１０に設けられている第一磁力発生部３０と、可動子６に設けられている第二磁力発生部３１とからなることを特徴とする。

このような構成とすることで、上述した作用効果に加えて、固定接点５，５と可動接点７，７間に生じるアークの消孤性能を１点切りのリレー装置に比べて向上させることができる。つまり、本実施形態の２点切りのリレー装置１では、アークが２つに分かれて発生することになるため、固定接点５，５と可動接点７，７間それぞれに生じるアークの遮断が行いやすい。そのため、固定接点５，５と可動接点７，７とが消耗されにくく、この点においても、接点の接触信頼性を向上させることができるという作用効果を奏する。また、可動子６は各磁力発生部３０,３１を互いに接離させる方向に直線移動するので、可動子６が閉位置にあるときの両磁力発生部３０，３１間に発生する吸引力の大きさの調整を、両磁力発生部３０，３１間の直線距離の設計によって簡単に行える。なお、ここでいう調整とは、吸引力の大きさの範囲を、可動子６が閉位置にある状態でのみ各接点５，７を互いに接触させ、駆動部１４への電流供給を停止した際には、復帰バネ２６のバネ力に負けて各接点５，７が互いに離れる範囲とする調整である。

また、本実施形態のリレー装置１は、第二磁力発生部３１は、可動子６が閉位置にある状態で可動子６を流れる電流によって発生する磁界内で磁化される磁性体を有することを特徴とする。

このように、第二磁力発生部３１を、可動子６を流れる電流によって発生する磁界内で磁化される磁性体としたことで、可動子６を流れる電流の大きさに対応して、第一磁力発生部３０と第二磁力発生部３１との間に生じる吸引力が増減する。つまり、本実施形態のリレー装置１では、可動子６を流れる電流が大きくて、第二磁力発生部３１と第一磁力発生部３０との間に大きな電磁反発力が生じる場合には、第二磁力発生部３１と第一磁力発生部３０との間に発生する吸引力も大きくなる。よって、本実施形態のリレー装置１では、電磁反発力の大きさに対応して、吸引力を増減させることができて、接点の接触信頼性がさらに向上したものとなっている。

また、本実施形態のリレー装置１は、可動子６は、駆動部１４に可動軸１５を介して連結されており、第二磁力発生部３１は、可動子６と可動軸１５とを連結している連結部材８からなることを特徴とする。

このような構成とすることで、本実施形態のリレー装置１は、可動子６と駆動部１４の可動軸１５とを連結している連結部材８を、第二磁力発生部３１として兼用することができる。よって、本実施形態のリレー装置１は、第二磁力発生部３１を別途可動子６に設けなくてもよいので、製造コストを抑えることができる。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更が可能である。

１ リレー装置
３ 磁力発生部
５ 固定接点
６ 可動子
７ 可動接点
８ 連結部材
１０ ケース（固定部材）
１４ 駆動部
１５ 可動軸
３０ 第一磁力発生部
３１ 第二磁力発生部
５０ 第一固定接点
５１ 第二固定接点
７０ 第一可動接点
７１ 第二可動接点

Claims (4)

1. 固定接点を有する固定部材と、前記固定接点に対向する位置に可動接点を有する可動子と、前記固定接点と前記可動接点とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で前記可動子を移動させる駆動部と、前記可動子が前記閉位置にある状態で前記固定接点と前記可動接点とを互いに接触させる向きに吸引力を生じる磁力発生部とを備え、前記磁力発生部は永久磁石によって前記吸引力を生じることを特徴とするリレー装置。
2. 前記固定部材は第一固定接点と第二固定接点との２つからなる前記固定接点を有し、
   前記可動子は前記第一固定接点に対向する第一可動接点と前記第二固定接点に対向する第二可動接点との２つからなる前記可動接点を有し、
   前記可動子は、前記閉位置で前記２つの前記固定接点と前記２つの前記可動接点とが接触し、前記開位置で前記２つの前記固定接点と前記２つの前記可動接点とが離れるように直線移動し、前記磁力発生部は、前記固定部材に設けられている第一磁力発生部と、前記可動子に設けられている第二磁力発生部とからなることを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
3. 前記第二磁力発生部は、前記可動子が前記閉位置にある状態で前記可動子を流れる電流によって発生する磁界内で磁化される磁性体を有することを特徴とする請求項２に記載のリレー装置。
4. 前記可動子は、前記駆動部に可動軸を介して連結されており、
   前記第二磁力発生部は、前記可動子と前記可動軸とを連結している連結部材からなることを特徴とする請求項２または３に記載のリレー装置。

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