JP2005032526A

JP2005032526A - リレー装置

Info

Publication number: JP2005032526A
Application number: JP2003195232A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Abe; 邦宏阿部; Kenzo Watanabe; 謙三渡辺
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】機械式接点で発生するアークを防止するアーク防止回路をケース内部に放熱性良く設け、回路の単純化、部品点数の減少を図り、電気回路の小型化を図る。
【解決手段】コイル２、鉄芯３、ヨーク５、板バネ部材６、接極子７、コイルバネ８、共通端子９の上端部、リード線１０、接触片１１、可動接点１２、固定端子１３の上端部、固定接点１４、リード線１５、半導体チップ１６、コイル端子１７の上端部は、リレーケース４内に格納されている。半導体チップ１６は、固定端子１３の固定接点１４を設けた側とは反対側の面に設けられ、固定端子１３と電気的に接続されると共に、固定接点１４とリード線１５を通じて電気的に接続されて、可動接点１２が固定接点１４からの離接により生じるアーク防止回路を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、４２Ｖバッテリにより電動モータやランプを電気負荷として用いる車両の電気回路に使用するリレー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両においては各種電装品の増加と、これら電装品の効率的な利用のため、複数の電圧系統（例えば、４２Ｖの電圧系統と１４Ｖの電圧系統）を備えたものが実用化されている。このように、車両の電装電圧が高電圧化すると、特にリレー等の機械式スイッチ接点が離接する際、接点間にアークが発生し、接点の耐久性を低下させる虞がある。
【０００３】
一般的なリレー装置としては、例えば、特開２００１−７６６０３号公報に示されるように、コイルが巻回されて磁極部が設けられた鉄芯と、鉄芯の磁極部に吸引離反されて駆動される接極子と、接極子が駆動されることにより離接する接点部と、これらを格納するケースを備えたリレー装置が既に知られている。こうしたリレー装置を、上述のような車両の高電圧系に用いる場合、アークの発生を考慮して、周知の如く半導体素子を利用したアーク防止回路を、それぞれ設ける必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７６６０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アーク防止回路をリレー装置のケース外部にその都度設ける回路構成では、回路の複雑化、部品点数の増加を招き、電気回路が大型化するという問題がある。また、アーク防止回路を単純にリレー回路の内部に設ける構成では、アーク防止回路が発生する熱がケース内部に籠もり、アーク防止回路の作動不良を生じてしまう虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、機械式接点で発生するアークを防止するアーク防止回路を、ケース内部に放熱性良く設け、回路の単純化、部品点数の減少を図り、電気回路の小型化を図ることができるリレー装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の本発明によるリレー装置は、コイルが巻回されて磁極部が端部に形成された鉄芯と、該鉄芯の磁極部に吸引離反され駆動される接極子と、該接極子に設けた可動接点と、上記接極子が上記鉄芯の磁極部に吸引駆動された際に上記可動接点が接触して電気的に接続する固定端子に設けた固定接点と、少なくとも上記コイルと上記鉄芯と上記接極子と上記可動接点と上記固定接点とを格納するケースとを備えたリレー装置において、上記ケース内で、上記固定端子の上記固定接点を設けた側とは反対側の面に、上記可動接点が上記固定接点からの離接により生じるアーク防止回路を有する半導体チップを設けたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明によるリレー装置は、請求項１記載のリレー装置において、上記半導体チップは、上記固定接点から直列に半導体スイッチ接点を介装するものであり、上記可動接点と上記固定接点のＯＮ−ＯＦＦ状態に応じて上記半導体スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦを実行させる半導体スイッチ接点制御手段を有していることを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項３記載の本発明によるリレー装置は、請求項２記載のリレー装置において、上記半導体スイッチ接点は、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、上記半導体スイッチ接点制御手段は、上記可動接点と上記固定接点のＯＦＦ時に上記ベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、上記可動接点と上記固定接点のＯＮ時に上記ベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成したことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の本発明によるリレー装置は、請求項３記載のリレー装置において、上記定電圧ダイオードは、上記可動接点と上記固定接点との間のアーク電圧の発生で、上記定電圧ダイオードに流れる電流を遮断して上記ベース電圧をハイレベルとする特性を有することを特徴としている。
【００１１】
すなわち、請求項１記載のリレー装置は、ケース内で、固定端子の固定接点を設けた側とは反対側の面に、可動接点が固定接点からの離接により生じるアーク防止回路を有する半導体チップを設けたため、回路の単純化、部品点数の減少を図り、電気回路の小型化を図りながら機械式接点で発生するアークを防止することが可能となる。また、半導体チップで発生する熱は固定端子から外部に放熱されるので、ケース内に熱が籠もることがない。
【００１２】
そして、具体的には、請求項２記載のように、可動接点が固定接点からＯＦＦすると、半導体スイッチ接点制御手段が、固定接点から直列に介装された半導体スイッチ接点をＯＦＦさせる。逆に、可動接点が固定接点にＯＮすると、半導体スイッチ接点制御手段が、半導体スイッチ接点をＯＮさせる。
【００１３】
ここで、半導体スイッチ接点は、具体的には、請求項３記載のように、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、半導体スイッチ接点制御手段は、可動接点と固定接点のＯＦＦ時にベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、可動接点と固定接点のＯＮ時にベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成される。
【００１４】
この際、定電圧ダイオードは、請求項４記載のように、可動接点と固定接点との間のアーク電圧の発生で、定電圧ダイオードに流れる電流を遮断してベース電圧をハイレベルとする特性を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は本発明の実施の一形態を示し、図１はリレー装置の要部説明図、図２はリレー装置を用いた電気回路の一例を示す回路図である。
【００１６】
図１において、符号１は、リレー装置を示し、このリレー装置１は、コイル２が巻回されて磁極部３ａが端部に形成された鉄芯３と、下部５ａがケース基台４ａに支えられ、鉄心３を、ケース基台４ａからの立設部５ｂ内に支える断面コ字状のヨーク５とを有している。
【００１７】
また、リレー装置１は、ヨーク５の上部５ｃ先端から板バネ部材６により支持されて、鉄芯３の磁極部３ａに吸引離反され駆動される接極子７と、接極子７端部とヨーク５の立設部５ｂ上端との間に設け、接極子７を、常時鉄芯３の磁極部３ａから離反する方向に付勢するコイルバネ８と、接極子７と共に板バネ部材６により支持されて、端部がリレー装置１の機械式接点の共通端子９とリード線１０により接続された接触片１１を有している。
【００１８】
更に、リレー装置１は、接触片１１の先端側に可動接点１２が設けられ、この可動接点１２と対向した位置に、接極子７が鉄芯３の磁極部３ａに吸引駆動された際に可動接点１２が接触して電気的に接続する固定接点１４が、固定端子１３と電気的絶縁を保って設けられている。
【００１９】
そして、固定端子１３の固定接点１４を設けた側とは反対側の面には、固定端子１３と電気的に接続されると共に、固定接点１４とリード線１５を通じて電気的に接続されて、可動接点１２が固定接点１４からの離接により生じるアーク防止回路を有する半導体チップ１６が設けられている。
【００２０】
また、リレー装置１は、コイル２と電気的に接続されたコイル端子１７が設けられている。
【００２１】
そして、上述のコイル２、鉄芯３、ヨーク５、板バネ部材６、接極子７、コイルバネ８、共通端子９の上端部、リード線１０、接触片１１、可動接点１２、固定端子１３の上端部、固定接点１４、リード線１５、半導体チップ１６、コイル端子１７の上端部は、ケース基台４ａとケース本体４ｂから主要に構成されるリレーケース４内に格納されている。
【００２２】
次に、上述の半導体チップ１６の具体的な内部構成とリレー装置１を用いた電気回路の一例を、図２により説明する。図２において、符号Ｖｂａｔは、例えば車両に搭載される、電源としての４２Ｖバッテリを示し、この４２ＶバッテリＶｂａｔからの電流は、電動モータやランプ等の負荷Ｒｏに供給される。
【００２３】
この４２Ｖバッテリｂａｔから負荷Ｒｏまでの回路上には、リレー装置１の共通端子９（４２Ｖバッテリｂａｔ側）と固定端子１３（負荷Ｒｏ側）が介装され、リレー装置１のコイル端子１７は、例えば、ドライバ等によりＯＮ−ＯＦＦされるシーソスイッチを有する図示しない電気回路と接続されている。
【００２４】
リレー装置１の固定端子１３に設けられた半導体チップ１６は、ＰＮＰトランジスタＴｒ、定電圧ダイオードＤｚ、抵抗Ｒ１、Ｒ２を有して主要に構成される。
【００２５】
そして、回路上では、リレー装置１の固定接点１４と固定端子１３との間には、半導体スイッチ接点としてのＰＮＰトランジスタＴｒのエミッタとコレクタが、固定接点１４から直列に介装されている。
【００２６】
また、リレー装置１の固定接点１４とＰＮＰトランジスタＴｒのエミッタとの間からは抵抗Ｒ１を介して、半導体スイッチ接点制御手段としての、定電圧ダイオードＤｚ、抵抗Ｒ２からなる定電圧ダイオード回路２０が接続されており、抵抗Ｒ１と定電圧ダイオード回路２０との間には、ＰＮＰトランジスタＴｒのベースが接続されている。
【００２７】
定電圧ダイオード回路２０は、抵抗Ｒ１側から抵抗Ｒ２と定電圧ダイオードＤｚとを直列に接続して構成され、定電圧ダイオードＤｚの向きは、抵抗Ｒ２側がカソードとなっている。また、定電圧ダイオードＤｚの特性は、ブレーク電圧＞（電源電圧−可動接点１２と固定接点１４との間におけるアーク電圧）となるように設定されている。
【００２８】
次に、上記回路の動作について説明する。
まず、ドライバがシーソスイッチ（図示せず）をＯＦＦ状態からＯＮ状態として、コイル２を通電すると、リレー装置１の接極子７が鉄芯３の磁極部３ａに吸引駆動され、可動接点１２が固定接点１４と接触して、このリレー装置１の機械式接点がＯＮされる。
【００２９】
これにより、４２Ｖバッテリｂａｔから固定接点１４へと電流が流れ、リード線１５を介して半導体チップ１６へと電流が流れる。こうして、定電圧ダイオード回路２０側に流れた電流は、定電圧ダイオードＤｚにより定電圧が保たれる。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧に応じた電圧がＰＮＰトランジスタＴｒのベース電圧となってローレベルとなり、ＰＮＰトランジスタＴｒのエミッタとコレクタ間がＯＮされて、負荷Ｒｏに電気が供給される。
【００３０】
逆に、ドライバがシーソスイッチ（図示せず）をＯＮ状態からＯＦＦ状態として、コイル２の通電を遮断すると、リレー装置１の接極子７に対する鉄芯３の磁極部３ａの吸引力が無くなり、コイルバネ８の付勢力で可動接点１２が固定接点１４から離接して、このリレー装置１の機械式接点がＯＦＦされる。
【００３１】
ここで、可動接点１２が固定接点１４の離接の際にアークが発生すると、これら接点の両側にアーク電圧が発生する。この際、定電圧ダイオードＤｚの特性が、ブレーク電圧＞（電源電圧−可動接点１２と固定接点１４との間におけるアーク電圧）であるので、ＰＮＰトランジスタＴｒのベース電圧はハイレベルとなって、ＰＮＰトランジスタＴｒのエミッタとコレクタ間がＯＦＦされて、アークは消弧する。
【００３２】
このように、本発明の実施の形態によれば、高速でアークを消弧するため、リレー装置１の機械式スイッチ接点の消耗は少なく、耐久性を向上させることができる。また、リレー装置１の機械式スイッチ接点がＯＦＦの際には、電流のリークが無く高い信頼性を確保することが可能になっている。更に、特別に、複雑な制御装置を設けることなく実現できるので、コスト的にも有利となっている。また、リレー装置１のリレーケース４内にアーク防止回路を備えた半導体チップ１６を共に格納する構成であるため、回路の単純化、部品点数の減少を図り、電気回路の小型化を図ることができる。更に、半導体チップ１６をリレーケース４内に格納するにあたり、固定端子１３の固定接点１４を設けた側とは反対側の面に設けるようにしているので、半導体チップ１６で発生する熱を固定端子１３を通じてリレーケース４外に放熱することができるので、リレーケース４内に熱が籠もることが無く誤動作の原因となることがない。
【００３３】
尚、本発明の実施の形態では、半導体チップ１６は、半導体スイッチ接点としてのＰＮＰトランジスタＴｒを用いているがＮＰＮトランジスタや他の半導体スイッチ接点を用いても良い。例えば、ＮＰＮトランジスタを用いた場合、ベース電圧の制御は、上述のＰＮＰトランジスタＴｒの例とは異なる。すなわち、リレー装置１の機械式スイッチ接点のＯＦＦ時にベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、機械式スイッチ接点のＯＮ時にベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする。
【００３４】
更に、本発明の実施の形態では、半導体スイッチ接点制御手段としての定電圧ダイオード回路２０を用いているが、同様の作用をするのであれば、トランジスタを用いた回路や、他のダイオード等を用いた回路を用いて構成するようにしても良い。
【００３５】
また、本発明の実施の形態では、具体的に、車両の電源回路に適用することを例に説明しているが、車両以外の他の電源回路であっても適用できることは云うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、機械式接点で発生するアークを防止するアーク防止回路を、ケース内部に放熱性良く設け、回路の単純化、部品点数の減少を図り、電気回路の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リレー装置の要部説明図
【図２】リレー装置を用いた電気回路の一例を示す回路図
【符号の説明】
１リレー装置
２コイル
３鉄芯
３ａ磁極部
４リレーケース
５ヨーク
６板バネ部材
７接極子
８コイルバネ
９共通端子
１１接触片
１２可動接点
１３固定端子
１４固定接点
１６半導体チップ
２０定電圧ダイオード回路（半導体スイッチ接点制御手段）
ＴｒＰＮＰトランジスタ（半導体スイッチ接点）
Ｄｚ定電圧ダイオード

Claims

コイルが巻回されて磁極部が端部に形成された鉄芯と、該鉄芯の磁極部に吸引離反され駆動される接極子と、該接極子に設けた可動接点と、上記接極子が上記鉄芯の磁極部に吸引駆動された際に上記可動接点が接触して電気的に接続する固定端子に設けた固定接点と、少なくとも上記コイルと上記鉄芯と上記接極子と上記可動接点と上記固定接点とを格納するケースとを備えたリレー装置において、
上記ケース内で、上記固定端子の上記固定接点を設けた側とは反対側の面に、上記可動接点が上記固定接点からの離接により生じるアーク防止回路を有する半導体チップを設けたことを特徴とするリレー装置。
上記半導体チップは、上記固定接点から直列に半導体スイッチ接点を介装するものであり、上記可動接点と上記固定接点のＯＮ−ＯＦＦ状態に応じて上記半導体スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦを実行させる半導体スイッチ接点制御手段を有していることを特徴とする請求項１記載のリレー装置。
上記半導体スイッチ接点は、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、
上記半導体スイッチ接点制御手段は、上記可動接点と上記固定接点のＯＦＦ時に上記ベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、上記可動接点と上記固定接点のＯＮ時に上記ベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成したことを特徴とする請求項２記載のリレー装置。
上記定電圧ダイオードは、上記可動接点と上記固定接点との間のアーク電圧の発生で、上記定電圧ダイオードに流れる電流を遮断して上記ベース電圧をハイレベルとする特性を有することを特徴とする請求項３記載のリレー装置。