JP2005203306A - 直流リレー - Google Patents

Abstract

【課題】安定した直流高電圧の遮断が行える直流リレーを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の直流リレーは、互いに開閉する接点2,3を有する接点対と、接点対を収納する接点収納ケース1と、一方の接点を開閉駆動させるための駆動部5とを具える。駆動部5と接点収納ケース1とを接点の開閉方向にネジ止めにより固定する。駆動部と接点収納ケースとを接点の開閉方向にネジ止めにより固定する構成とすることにより、駆動部の駆動軸の可動方向とネジ止めの方向とが同一方向となるので、リレーを繰り返し使用しても、接点収納ケースが駆動部に対してずれることがない。その結果、接点間の距離のばらつきを抑えることができ、安定した接点の接触状態を維持でき、確実に接点を非接触状態にすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、直流電流のリレーに関するものである。特に、簡易な構造にて確実に直流電流を遮断できる直流リレーに関するものである。

近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような高電圧（約300V）の自動車が開発されてきている。これらの自動車は、直流高電圧の主電池と高電圧回路からなる制御回路を具えている。また、主電池は直流高電圧であるので、事故時などには電池を制御回路から切り離す必要があり、電池と制御回路との間にはメカニカル接点の直流リレーを具える。

これらリレーは、直流高電圧を遮断するときに発生するアークが非常に大きくなることから、遮断速度が非常に遅く、短時間で遮断するのは非常に難しい。そこで、従来では、水素などの冷却効果の大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造（例えば特許文献１参照。）がある。

また、二対以上の接点対を設けて、これら接点を直列に接続することにより、遮断電圧を分圧して、高圧・大電流の通電、遮断を実現するものも提案されている。

特開平９−３２０４１１号公報

しかし、従来の直流リレーにおいて、特許文献１に示すように、水素などの気体でアークの発生を抑制する構造とする場合には、接点が収納されるケース内に気体を完全に密閉できるケース構造を必要とするが、気密性を保持するためにケースが大型化してしまう。

また、複数の直列接点にする場合には、ケースの気密性を保持する必要は無くなるが接点を収納するケースは依然として必要となる。

ところで、接点を通電・遮断する手段としては、通常はソレノイドを用いる。このソレノイドは、ソレノイド内の鉄心である駆動軸を軸方向に進退動作させることにより、可動接点を開閉方向に駆動させて、固定接点と接触させたり、離したりするようになっている。

そして、接点が収納される接点収納ケースをソレノイドの外壁部分に固定するようになっている。その場合、ソレノイドの外側面に接点収納ケースの内側面が対向するように重ね合わせ、この重ね合わせた部分において、接点の開閉方向と直交する方向に接点収納ケースにネジ用貫通孔を形成すると共に、ソレノイドの壁部にネジ穴を形成する。そして、ボルトをネジ用貫通孔に貫通させてネジ穴に接点の開閉方向と直交する方向にネジ止めすることにより接点収納ケースをソレノイドの壁部に固定するようにしている。

このとき、接点遮断時における接点間の距離を微調整できるように、接点収納ケースに形成するネジ用貫通孔の径はネジ調整代としてゆるみを持たせた大きさにしている。このゆるみのために、ソレノイドを駆動させた時の振動でボルトが少しでも緩むと、接点収納ケースがソレノイドに対してずれてしまう恐れがある。このように、接点収納ケースがずれてしまうと、固定接点が接点収納ケースに固定されているために、接点間の距離が大きくなったり、もしくは、小さくなって、接点の安定した接触状態が維持できなかったり、または確実な非接触状態が行えなくなって、リレーとしての性能低下が生じる恐れがある。

従って、本発明は、安定した直流高電圧の遮断が行える直流リレーを提供することを目的とする。

本発明の直流リレーは、互いに開閉する接点を有する接点対と、接点対を収納する接点収納ケースと、少なくとも一方の接点を開閉駆動させるための駆動部とを具え、駆動部と接点収納ケースとを接点の開閉方向にネジ止めにより固定する構成とすることにより、上記目的を達成できる。

本発明では、接点対は少なくとも一対あればよく、接点は、少なくとも一方を可動接点とする。また、接点対が二対以上ある場合、接点対を並列又は直列に接続する。そして、接点対を並列に接続する場合は、開閉方向の同じ側に配置される接点を入力接点とし、他方側に配置される接点を出力接点とする。接点対を直列に接続する場合は、入力接点と、出力接点と、前記両接点の間に配設され、２つの接点を連結させた少なくとも一つの中間接点部とを具えるようにする。本発明では、各接点を接触させた状態のときは、入力接点から出力接点へと電流が流れる。そして、各接点を離隔させると、接点が非接触状態となり、電気が遮断される。

接点収納ケースは、内部で接点の開閉動作が行えるスペースを要し、一方を固定接点とする場合には、固定接点を接点収納ケースに固定する。

接点の開閉動作を行う駆動部においては、種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点を駆動させる。また、直動系駆動源を用いる場合には、直動系駆動源を接点に連結して接点を駆動させる。

駆動部と接点収納ケースとを固定する場合、駆動部の本体ケースと接点収納ケースとを直接固定するようにしてもよい。また、駆動部における接点収納ケース取り付け面に、この取り付け面から張り出す部分を有する板状スペーサーを固定し、この板状スペーサーの前記張り出し部分に接点収納ケースを固定するようにしてもよい。

駆動部の本体ケースと接点収納ケースとを直接固定する場合には、例えば、接点の開閉方向が駆動部の上下方向のとき、本体ケースの上面（接点収納ケース取り付け面）から底面に至るボルト挿通用の貫通孔を複数形成するとともに、接点収納ケースの駆動部への固定面における本体ケースの貫通孔との対向部に、ネジ穴を形成する。そして、ボルトを本体ケースの底面から貫通孔に差し込んで接点収納ケースのネジ穴にネジ止めすることにより駆動部と接点収納ケースとの固定を行う。また、接点収納ケースに貫通孔を形成し、本体ケースにネジ穴を形成して、ボルトを本体ケースにネジ止めすることもできる。

駆動部における接点収納ケース取り付け面に、板状スペーサーを介して接点収納ケースを固定する場合には、例えば、駆動部の本体ケースの接点収納ケース取り付け面に、まず、板状スペーサーをネジで固定しておく。この板状スペーサーを駆動部の本体ケースに固定すると、板状スペーサーの外周縁部の一部が本体ケースから張り出した状態となる。

この張り出し部分にボルト貫通用の貫通孔を形成し、接点収納ケースの駆動部への固定面における板状スペーサーの貫通孔との対向部に、ネジ穴を形成する。そして、ボルトを板状スペーサーの底面から貫通孔に差し込んで接点収納ケースのネジ穴にネジ止めすることにより駆動部と接点収納ケースとを板状スペーサーを介して固定する。

駆動部がソレノイドを具える構成とする場合には、このソレノイドを接点収納ケースの外部に露出させるようにすることもできる。この場合は、前記した板状スペーサーを用いることが好適である。

さらに、駆動部がソレノイドを具える構成とする場合、従来では、接点間に可動接点を開方向に付勢するコイルばねを配置していたため、接点間のフリースペースが小さく、また、コイルばねはアークの影響を受け易いのでコストの高い高耐熱用のコイルばねが必要であった。本発明は、ソレノイドの内部に、ソレノイドの駆動軸を接点開方向に付勢する付勢手段を設けるように構成してもよい。付勢手段としては、コイルばねなどが挙げられる。

また、本発明では、可動接点を支持する絶縁性の接点支持体にネジ孔を、この接点支持体に接続する駆動部の駆動軸先端部にネジ部を形成し、接点支持体のネジ孔に駆動軸先端部をネジ込んで接続することが好ましい。このとき、接点支持体の回転を防止する回転防止機構を接点収納ケースと接点支持体との間に設けることがさらに好ましい。回転防止機構としては、接点収納ケースに、接点支持体に向けて突出する突起を少なくともひとつ設け、接点支持体にこの突起を受け入れる嵌合孔を形成する。嵌合孔に突起を嵌合させることにより、接点支持体の回転が阻止される。このとき、突起の長さは、可動接点の開閉動作により、突起が嵌合孔から抜けない長さとする。また回転防止機構は、板状スペーサーに凹部を形成し、接点支持体に凹部に嵌合させる突起を形成するようにしてもよい。

さらに、直流リレーにおいて、遮断時に接点の間に発生するアークを歪曲させる磁石を設けることができる。この場合、磁石により、接点間に生ずるアークを磁界で所定の方向に引き伸ばすことができる。

このように磁石を配設することにより、遮断時に発生したアークをローレンツ力で吹き飛ばし、周囲へ拡散させることにより、アークの電圧を短時間で上昇させて、短時間でリレーを遮断させることが可能となる。

以上説明したように、本発明直流リレーによれば、次の効果を奏することができる。まず、駆動部と接点収納ケースとを接点の開閉方向にネジ止めにより固定する構成とすることにより、駆動部の駆動軸の可動方向とネジ止めの方向とが同一方向となるので、リレーを繰り返し使用しても、接点収納ケースが駆動部に対してずれることがない。その結果、接点間の距離のばらつきを抑えることができ、安定した接点の接触状態を維持でき、確実に接点を非接触状態にすることができる。

また、駆動部と接点収納ケースとを板状スペーサーを介して固定する場合には、駆動部の本体ケースや接点収納ケースにボルト挿通用の長い貫通孔を形成する必要がなくなるので、駆動部と接点収納ケースとの固定を行い易くなるし、貫通孔を形成するために、ケースの壁の厚みを厚くする必要も無くなり軽量化が図れる。

さらに、駆動部がソレノイドを具える構成とする場合、ソレノイドを接点収納ケースの外部に露出させる構成とすると、リレー全体がコンパクト化できる。また、ソレノイド通電時の放熱が効果的に行えるので、リレー内部の温度上昇を抑えることができ、接点への熱の影響が少なくなる。

ソレノイドの内部に、ソレノイドの駆動軸を接点開方向に付勢する付勢手段を設ける場合には、従来のように、接点間に付勢手段を設けていたときよりも、接点収納ケース内における接点間のフリースペースを増やすことができるので、アークの拡散効果が増し、短時間でリレーの遮断を行えるとともに、高耐熱用のばねも不要となるので低コスト化が図れる。

可動接点を支持する絶縁性の接点支持体と、この接点支持体に接続する駆動部の駆動軸先端部との接続をネジにより行う場合には、駆動部の駆動軸を回転させることにより、可動接点の軸方向の位置を調整することができる。その結果、接点間の距離の調整が容易に行える。また、接点支持体と接点収納ケースとの間に回転防止機構を設けることにより、接点支持体が駆動軸にネジ止めされていても回転を阻止することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明リレーは、図１および図２に示すように、接点収納ケース1内に、複数の固定接点2と複数の可動接点3と複数の磁石7とを具え、この接点収納ケース1の下方に可動接点3を開閉駆動させるための駆動部5を具える。

固定接点2は、図３に概略で示すように、外部端子が接続される入力接点となる第１固定接点21と、出力接点となる第２固定接点22と、第３固定接点23と第４固定接点24とを有する断面Ｕ字状の中間接点部材25とを具えている。第１固定接点21と第２固定接点22は、接点収納ケース1外に突出させた状態となっており、中間接点部材25は接点収納ケース1の内部に固定され、第３固定接点23と第４固定接点24とは導通されている。

可動接点3は、第１固定接点21と接触する第１可動接点31および第３固定接点23と接触する第２可動接点32を有する第１可動部材41と、第４固定接点24と接触する第３可動接点33および第２固定接点22と接触する第４可動接点34を有する第２可動部材42を具えている。第１可動接点31と第２可動接点32とは第１可動部材41により導通されており、第３可動接点33と第４可動接点34とは第２可動部材42により導通されている。

このように各接点を配置して、固定接点2と可動接点3を接触させることにより、各接点は、第１固定接点21から、第１可動接点31、第２可動接点32、第３固定接点23、第４固定接点24、第３可動接点33、第４可動接点34、第２固定接点22へと直列に接続される。

そして、第１可動部材41と第２可動部材42とは、駆動部5により接点開閉方向に往復移動させるようになっている。駆動部5により接点間を開閉して、可動接点3を、固定接点2に対して、接触または非接触状態にする。

前記した固定接点2および可動接点3を収納する接点収納ケース1は、横断面が四角形状をした筒状側壁部11と、固定接点2を固定するための蓋部12とを具え、下部が開放されている。この蓋部12には、第１固定接点21と第２固定接点とを突出させるための孔が形成され、蓋部12は、ネジ止めにより側壁部11に固定される。そして、側壁部11の底面四隅には、ネジ穴13が形成されている。

本実施形態では、接点収納ケース1内に3つの板状の永久磁石7を具えている。これら永久磁石7により、固定接点2と可動接点3との間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石7の磁界により、接点の遮断時、各接点の間に生じるアークが、ローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲するようになっている。

さらに、接点収納ケース1内には、第１可動部材41と第２可動部材42とを絶縁状態で支持する接点支持体43を具えている。接点支持体43は、板状部材からなり、図３に示すように、第１可動部材41を軸方向に移動可能に支持する支持軸43aおよび第２可動部材42を軸方向に移動可能に支持する支持軸43bを具える。支持軸43aおよび支持軸43bにはコイルばねが嵌められており、このコイルばねで可動部材41,42を固定接点2に向けて付勢する。

次に、駆動部5について具体的に説明する。駆動部5はソレノイドから構成されている。ソレノイド5は、接点支持体43を接点開閉方向に往復動作させるものであり、接点支持体43に一端が固定される駆動軸51と、駆動軸51を接点開閉方向に往復動作させる軸作動部52とを有する。駆動軸51は、図４に示すように、小径部と大径部とを具え、図１に示すように、接点支持体43の中間位置において小径部の一端側が固定され、この小径部が突出するように軸作動部52に設ける挿入孔52aに挿入される。

軸作動部52の挿入孔52aは、図４に示すように、接点配設側が順次小径となる段状に形成されている。そして、図４に示すように、この軸作動部52の挿入孔52a内部にコイルばね53が配設されている。このコイルばね53は、駆動軸51に挿通させた状態で、駆動軸51の段部に一端部を、挿入孔52aの小径側段部に他端部を係止させ、駆動軸51を接点開方向に付勢している。

軸作動部52は、電流が流れてオン状態のときに、駆動軸51を挿入孔から突出する方向（接点閉方向）に移動させるようになっている。即ち、軸作動部52がオン状態のときには、駆動軸51をコイルばね53のばね力に抗して固定接点2に向けて（接点閉方向）移動させて、可動接点3を固定接点2に接触させる。そして、軸作動部52がオフ状態のときには、駆動軸51を、コイルばね53のばね力により固定接点2から離れる方向（接点開方向）に移動させる。

そして、ソレノイド5の駆動軸51の動きに伴って接点支持体43が往復動作する。接点支持体43が接点閉方向に移動したときは、接点支持体43により第１可動部材41と第２可動部材42が固定接点2側に移動して可動接点3が固定接点2に接触する。

また、接点支持体43が接点開方向に移動したときは、各可動部材41,42が引き戻されて、可動接点3が固定接点2から離れる。このように駆動部5により、可動接点3を固定接点2に対して開閉するようになっている。

本実施形態では、図１および図２の断面図、そして、図５の概略図に示すように、駆動部5における接点収納ケース取り付け面に、この取り付け面から張り出す部分を有する板状スペーサー6を固定している。この板状スペーサー6の張り出し部分に接点収納ケース1を固定するためのボルト挿通用の貫通孔61が形成されている。軸作動部52は円柱状をしており、板状スペーサー6は四角形状をしているため、板状スペーサー6を軸作動部52に固定したとき、板状スペーサー6の角部が軸作動部52の壁面から張り出した状態となる。この張り出し部分に貫通孔61が形成される。

この貫通孔61は、ソレノイド5における軸作動部52の接点収納ケース取り付け面に板状スペーサー6を固定したとき、接点収納ケース1に形成したネジ穴13に対向する位置に形成している。本実施形態では、接点収納ケース1のネジ穴13と板状スペーサー6の貫通孔61とは、その軸線が接点の開閉方向に延びるように形成されている。

そして、図３に示すように、軸作動部52の接点収納ケース取り付け面に、板状スペーサー6をネジ62で固定しておく。この板状スペーサー6を軸作動部52に固定すると、図１および図２に示すように、板状スペーサー6の外周縁部の一部が軸作動部52から張り出した状態となる。図５に示すようにボルト8を板状スペーサー6の底面から貫通孔61に差し込んで接点収納ケース1のネジ穴13にネジ止めすることにより、接点収納ケース1が板状スペーサー6を介してソレノイド5に固定される。

このように、ソレノイド5と接点収納ケース1とを接点の開閉方向にネジ止めにより固定する構成としているので、ソレノイド5の駆動軸51の可動方向とネジ止めの方向とが同一方向となり、リレーを繰り返し使用しても、接点収納ケース1がソレノイド5に対してずれることがない。その結果、接点間の距離のばらつきを抑えることができ、安定した接点の接触状態を維持でき、確実に接点を非接触状態にすることができる。

また、ソレノイド5と接点収納ケース1とを板状スペーサー6を介して固定しているので、ソレノイド5の軸作動部52にボルト挿通用の長い貫通孔を形成する必要はないため、ソレノイド5と接点収納ケース1との固定が行い易いし、貫通孔を形成するために、軸作動部52の壁の厚みを厚くする必要も無くなり軽量化が図れる。

さらに、本実施形態では、ソレノイド5を接点収納ケースの外部に露出させる構成としているので、リレー全体がコンパクト化できる。また、ソレノイド通電時の放熱が効果的に行えるので、リレー内部の温度上昇を抑えることができ、接点への熱の影響が少なくなる。

また、ソレノイド5の内部には、駆動軸51を接点開方向に付勢する付勢手段であるコイルばね53を設けているので、従来のように、接点間に付勢手段を設けていたときよりも、接点収納ケース内における接点間のフリースペースを増やすことができる。その結果、アークの拡散効果が増し、短時間でリレーの遮断を行えるとともに、高耐熱用のばねも不要となるので低コスト化が図れる。

本実施形態では、可動接点を支持する絶縁性の接点支持体43を設けているが、図６に示すように、この接点支持体43に貫通状のネジ孔43cも形成している。そして、この接点支持体43に接続するソレノイド5の駆動軸51の先端部にネジ部51aを形成している。接点支持体43のネジ孔43cに駆動軸51の軸部先端部をネジ止めして接続する際に、駆動軸51のネジ孔43cへのネジ込み量を調整して、可動接点3の軸方向の位置を調整することにより、接点間の距離の調整を行うようにしている。

さらに、図１の断面図、そして図７の概略図に示すように、接点収納ケース1の中間部に磁石7を収納する中間壁部15を形成し、この中間壁部15の底面に接点支持体43に向けて突出する突起14を２つ設け、接点支持体43に突起14を受け入れる嵌合孔43dを形成して回転防止機構を構成している。嵌合孔43dに突起14を嵌合させることにより、接点支持体43が駆動軸51の軸部にネジ止めされていても接点支持体43の回転を阻止することができる。このとき、突起14の長さは、可動接点の開閉動作により、突起14が嵌合孔43dから抜けない長さとしている。

さらに、本実施形態では、多数の接点を直列に接続させているので、遮断電圧を分圧して、アークの消弧が行え、短時間で電圧を遮断することができる。その結果、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アークの引き伸ばし量を大きくとることなく、アークを消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。さらに、各接点を直列に配置して遮断電圧を分圧するので、接点の耐久性向上を実現できる。

本発明リレーは、コンパクトで、かつ、安定した接点の接触状態を維持でき、確実に接点を非接触にできるため、ハイブリッド自動車などの高電圧(約300V)の自動車における高電圧回路をON・OFFするためのリレーとして利用する場合に好適である。

本発明リレーの実施形態に係る具体的な構成を示す図であって、縦断面図を示す。 本発明リレーの実施形態に係る具体的な構成を示す図であって、図１のA-A縦断面図を示す。 本発明リレーの実施形態の接点の概略構成図を示す。 本発明リレーの実施形態に係るソレノイドの概略断面構成図を示す。 本発明リレーの実施形態に係る接点収納ケースを板状スペーサーに固定した状態を示す概略断面構成図である。 本発明リレーの実施形態に係るソレノイドの駆動軸と支持部材との接続状態を示す概略構成図である。 本発明リレーの実施形態の接点支持体の回転防止機構を示す概略構成図を示す。

符号の説明

1 接点収納ケース 11 側壁部 12 蓋部 13 ネジ穴
14 突起 15 中間壁部
2 固定接点
21 第１固定接点 22 第２固定接点
23 第３固定接点 24 第４固定接点 25 中間接点部材
3 可動接点
31 第１可動接点 32 第２可動接点
33 第３可動接点 34 第４可動接点
41 第１可動部材
42 第２可動部材
43 接点支持体 43a 支持軸 43b 支持軸
43c ネジ孔 43d 嵌合孔
5 駆動部(ソレノイド)
51 駆動軸 51a ネジ部
52 軸作動部 52a 挿入孔
53 コイルばね
6 板状スペーサー 61 貫通孔 62 ネジ
7 磁石 8 ボルト

Claims (6)

1. 互いに開閉する接点を有する接点対と、接点対を収納する接点収納ケースと、少なくとも一方の接点を開閉駆動させるための駆動部とを具え、
   駆動部と接点収納ケースとを接点の開閉方向にネジ止めにより固定していることを特徴とする直流リレー。
2. 駆動部における接点収納ケース取り付け面に、この取り付け面から張り出す部分を有する板状スペーサーを固定し、この板状スペーサーの前記張り出し部分に接点収納ケースを固定していることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
3. 駆動部はソレノイドを具え、このソレノイドを接点収納ケースの外部に露出させていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流リレー。
4. 駆動部はソレノイドを具え、ソレノイドの内部に、ソレノイドの駆動軸を接点開方向に付勢する付勢手段を設けていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の直流リレー。
5. 可動接点を支持する絶縁性の接点支持体にネジ孔を、この接点支持体に接続する駆動部の駆動軸先端部にネジ部を形成し、接点支持体のネジ孔に駆動軸先端部をネジ込んで接続することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の直流リレー。
6. 接点支持体の回転を防止する回転防止機構を接点収納ケースと接点支持体との間に設けていることを特徴とする請求項５に記載の直流リレー。

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