JP2005340062A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２回路を制御でき、小型で通電容量が大きく遮断性能も高く耐衝撃振動特性にも優れる電磁継電器を提供すること。
【解決手段】 電磁石ブロック１０３の接極子１１２に連動し、カードブロック１０４の高耐熱樹脂でできたカード１１６で電気的に分離して機械的に接続された二つのコ字形の保持フレーム１１５に可動接触子ばね１１９を介して保持される可動接触子１１８に固着した可動接点がベースブロック１０５の固定接点１２１と開成および閉成する。通電性能および遮断性能向上のため２回路あるそれぞれに常時開路接点を直列に２個設け接点間隙を２倍にした。また２個の常時開路接点間を電気的につなぐ部分に厚板状の導電率の高い銅合金の可動接触子１１８を用い、また２個の接点間接触信頼性向上のため弓字形の可動接極子ばね１１９を用いた。
【選択図】 図２

Description

本発明は電磁継電器に係り、特に車載用の三相ブラシレスモータを制御するのに好適な電磁継電器に関する。

近年、自動車のパワーステアリングは燃費向上を目的とし油圧式から電動式に移行しつつある。現在、電動式パワーステアリングは直流モータ制御によるものがほとんどであるが高排気量の自動車への適用化にともない三相ブラシレスモータ制御によるものが増加しつつある。それにともない、三相を同時に制御する、あるいは三相のうち二相のみを制御する開閉器が必要になってきた。例えば、三相モータ制御のためスター結線の中点（結合点）において三相を同時に制御する、あるいは二相のみを制御する電磁継電器が極めて有用になってきている。この電動パワーステアリング制御のために電磁継電器に求められる性能はモータのトルクをかせぐための、より大きな通電容量（例えば１００Ａを流すことができること）および遮断性能（例えば１４Ｖ−１００Ａを遮断できること）である。加えて、自動車の高電装化率を背景に電磁継電器への更なる小型化が要求されている。

関連する従来技術には、車載電装用の電磁継電器で低背化を図ったものとして、特許文献１に開示された例がある。しかし、従来において１個で電動パワーステアリング用三相ブラシレスモータ１個を制御できる大きな通電容量（例えば１００Ａを流すことができること）および遮断性能（例えば１４Ｖ−１００Ａを遮断できること）を持った電磁継電器の構造を発明者は知らない。

また現在三相ブラシレスモータの制御用として考えられている電磁継電器は常時開路接点が１回路（１ ＦＯＲＭ Ａ型と呼ばれる）のものである。三相ブラシレスモータ制御のため３回路のうち少なくとも２回路上にそれぞれ電磁継電器を１個もちいる、あるいは電磁継電器の性能によってはその１回路内で電流を分流させるため複数もちいて制御する。昨今の自動車は各種電装装置の小型化、高密度実装化、低コスト化が進められて極めて電装化率が高くなっている。言い換えると搭載される部品である電磁継電器に対するさらなる小型化、信頼性向上、部品／組立精度の向上、生産性の向上、低コスト化が要求されているのが現状である。

特開２００２−３２９４４７号公報

三相ブラシレスモータを制御するために、常時開路接点が１回路だけの電磁継電器を複数個使うと搭載する電装装置内に占める電磁継電器の割合が大きくなる。これはできるだけ省スペース化を求める顧客要求に反することになる。したがって１個の電磁継電器内に常時開路接点が２回路以上あり、常時開路接点が１回路の電磁継電器が複数個で電装装置内に占める割合より小さくなる大きさにしなければならない。このような電磁継電器は、２回路間の常時開路接点の絶縁を保つ必要がありカードと呼ばれる絶縁性の部材をその間に介さなければならない。また１００Ａの電流を流すために端子間抵抗値をできるだけ小さくし１ｍΩ以下を実現しなければならない。そのため電磁継電器内を流れる電流の電流路長をできるだけ短くし、かつ電流路断面積をできるだけ大きくして端子間の導体抵抗を小さくする必要がある。また接点同士を押し付ける接点接触力をできるだけ大きくし接点間の接触抵抗値を小さく、かつ安定させなければならない。加えて車に作用する振動および衝撃に十分耐えなければならない。また、この電磁継電器は電装装置の異常時に回路接続を断つ役割を持っており１００Ａ−１４Ｖｄｃ程度の遮断性能が要求される。

そこで本発明は上記の課題を解決し、２回路を制御でき小型で通電容量が大きく遮断性能も高く衝撃／振動性能にも優れる電磁継電器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電磁継電器は、コイルが巻回された鉄心と該鉄心の一端に固着したＬ字形の継鉄と前記鉄心の他端に対向し励磁され前記鉄心に吸引される略く字形の接極子と該接極子を揺動可能に支えるヒンジばねを有する電磁石ブロック部と、接続用絶縁材により電気的に分離され機械的に接続された１対のコ字形保持フレームと該コ字形保持フレームに接合された１対の可動接触子ばねと該可動接触子ばねの各々に接合されかつ可動接点を２つずつ固着した１対の可動接触子と該可動接触子を動作状態から復旧状態に戻すための１対の復旧ばねとからなるカードブロックと、固定接点を有する４個の固定端子および２本のコイル端子をベース用絶縁物で一体成形したベースブロックとを備える電磁継電器であって、前記カードブロックの４個の可動接点は略同一平面内に配置され、前記ベースブロック上の対向する位置には４個の固定接点が配置され、前記接極子の揺動に連動し前記４個の可動接点と前記４個の固定接点の間が略同時に開閉することを特徴とする。

前記可動接触子ばねは弓字形であるとよい。

前記可動接触子は厚板状であるとよい。

前記可動接触子ばねは前記可動接触子の中央部に固着されるとよい。

前記コ字形保持フレームの２つが対向する部分にはコ字形の含まれる面に略直交する付加部が設けられるとよい。

前記１対の復旧ばねの各々は第１および第２の板状ばねからなり、前記コ字形保持フレームの各々での一方の腕部に前記第１の板状ばねが固着され、他方の腕部に前記第２の板状ばねが固着され、前記第１および第２の板状ばねは互いに逆向きに並列に配置されるとよい。

前記第１の板状ばねの一端は前記ベース用絶縁物に固定支持され、前記第２の板状ばねの一端はベース用絶縁物の面上で摺動しながら可動支持されるとよい。

前記第１の板状ばねの幅が前記第２の板状ばねの幅よりも広いとよい。

前記第１の板状ばねの長さが前記第２の板状ばねの長さよりも長いとよい。

前記復旧ばねと前記可動接触子ばねは一体に成形されるとよい。

前記カードブロックに前記接極子の動きを伝える位置を前記カードブロックの中心点よりも、前記第２の板状ばねの一端である可動支持点の１対が位置する側にずらせるとよい。

前記電磁石ブロックをベースブロックに固定する支持端子の一端を前記継鉄に固定し前記支持端子の他端をベースブロックに圧入固着するとよい。

前記接続用絶縁材は高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材からなるとよい。

以上説明したように本発明によれば、１個の電磁継電器内に常時開路接点を２回路分設けることにより、常時開路接点が１回路しかない電磁継電器２個分より製品全体の大きさを小さくできるため装置搭載時の省スペース化が可能となる。このとき常時開路接点２回路は回路を構成する部品を搭載する各々の保持フレームが高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材といった絶縁物を介し結合されることで電気的に分離させるができる。

また１回路内に常時開路接点２つを組にして設けることで接点間隙が直列に２つ存在することになり通常の接点間隙の２倍にすることができ遮断性能を向上できる。

またカードブロックがアーマチュア（接極子）と連動して可動接触子に固着された可動接点が固定接点に押し付けられるとき、安定した接点接触抵抗を得るためには１回路内に設けた常時開路接点２つに同一な接触力を作用させる必要がある。製造上のばらつきにより２つの間の接点高さにばらつきが生じ、一方の接触力は大きいが他方の接触力は小さいといったバランスの悪い状態では接点接触抵抗の安定化を損なうものとなる。それを避けるために本発明では弓字形の可動接触子ばね中央部と板状の可動接触子中央部を結合することで可動接触子は接点高さのばらつきを吸収し２つの常時開路接点間に安定した接触力を与えることが可能になる。

さらに２つの腕部と中央部からなるコ字形保持フレームの中央部には略直角に曲げられた２つの付加部が設けられ、その中央部を対向させた１対のコ字形保持フレームの中央部を高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材にて一体成形することで、固着した接点ばね（可動接触子）および復旧ばねの反力に耐え得る構造の保持フレームができる。

その復旧ばねにおいて２本が互いに逆向きに並列に配置する形をとり一方が固定支持され他方が可動支持されるようにすることで限られた空間内で耐衝撃性、動作耐久性、必要ばね定数を同時に満足できるようになる。なおこのとき可動支持側のばねより固定支持側のばねに作用する応力は大きくなる。そこで固定支持側のばね板幅を大きくし逆に可動支持側のばね板幅を小さくする、あるいは固定支持側のばねを可動支持側のばねより長くすることで応力バランスの整った復旧ばねにできる。

このように逆向き並列に配置したばねの一方を固定支持、他方を可動支持する形の復旧ばねで支えられたカードブロックはその中央部を押した場合、平衡動作せずに必ず固定支持側の可動接点側が先に動きだしバランスの悪い動作となるが、中心より可動支持側に位置する部分を押すことでバランスよく平衡に動作させることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の電磁継電器の斜視図、図２は本発明の電磁継電器本体の分解斜視図、図３は本発明での電磁石ブロックの分解斜視図、図４は本発明でのカードブロックの分解斜視図、図５は本発明でのベースブロックの分解斜視図である。また図６は、本発明の電磁継電器の回路と端子を示し、１６１と１６６がコイルへの端子、１６２と１６５が第１の常時開路接点への端子、１６３と１６４が第２の常時開路接点への端子である。

まず、図１に示すように、本発明の電磁継電器は電磁継電器本体１０１と、これを被装するカバー１０２から構成され、この電磁継電器本体１０１は図２に示すように電磁石ブロック１０３、カードブロック１０４およびベースブロック１０５の部品から成る。電磁石ブロック１０３は、図３に示すように、コイル１０６、鉄心１０７、スプール１０８、からげ端子１０９からなるコイルブロック１１０と、継鉄１１１、接極子１１２、ヒンジばね１１３、支持端子１１４で構成される。

カードブロック１０４は、図４に示すように高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材などの絶縁材で電気的に分離された保持フレーム１１５を有するカード１１６と、可動接点１１７が固着された可動接触子１１８、可動接触子ばね１１９および復旧ばね１２０で構成される。ベースブロック１０５は図５に示すように固定接点１２１を固着した固定端子１２２およびコイル端子１２３を高耐熱性樹脂で一体成形することで構成される。

このとき図４に示すとおり可動接触子ばね１１９は弓字形であり、その中央部に厚板状の可動接触子１１８を固着する。弓字形の可動接触子ばね１１９の中央部と可動接触子１１８の中央部を固着することで一つの可動接触子１１８内に取り付けられた２つの可動接点１１７の間に自由度が生まれ製造上の誤差を吸収し接点間の接触力のばらつきを小さくし接触抵抗安定性を確保する。この可動接触子１１８が固着された可動接触子ばね１１９は保持フレーム１１５に固着される。なお高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材内にＬ字形に曲げた保持フレーム１１５の一部（コ字の面に略直交する付加部）が一体で成形されることにより動作時に発生する接触力によるカードの煽り変形を抑制する。

復旧ばね１２０は中央部でわずかに曲げられた矩形板状のばねであり保持フレーム１１５に固着されるが、部品点数削減のため可動接触子ばね１１９と一体形であってもよい。この復旧ばね１２０は二本が逆向きに併置され、側面から見たとき互いに交差するような形をなしこれで１組となる。このうち一方がベースブロックに固定支持され、他方はベースブロック上で可動に支持される。復旧ばね１２０はカードを中心にもう１組、線対称に同様にベースブロック上に配置される。このように復旧ばね１２０の一端を固定支持することで耐振動性および耐衝撃性を良くすることができる。

また端子間の接触抵抗値を小さくするためには、図５に示すとおり固定端子１２２の板幅および板厚を大きくし可能な限り断面積を大きくし、かつ導電率のできるだけ大きい銅合金を用いる。また一方の固定接点から他方の固定接点までの導体抵抗を小さく抑えるため図４に示すように最小限の長さでかつ最大限の断面積をとり、なおかつ導電率の大きい銅合金でできた可動接触子１１８を用いる。

ここでカードブロック１０４の動作について、図７を参照して、補足する。図７はカードブロックの動作説明図であり、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は復旧ばねの支持点と、接極子によるカードの押圧点とを示す模式図である。

カードブロック１０４は、ベースとの固定支持点１７２および１７３と、可動支持点１７１および１７４との４点で支えられる。他方、カードブロック１０４は、接極子により、カード１１６の中央部の溝内の押圧点１７６を介して、押し下げられる。このとき、押圧点１７６をカードブロック１０４の中心点から、２つの可動支持点１７１と１７４を結ぶ直線の側にずらすことによって、力のバランスが保たれる。なぜなら、中心点１７５で押圧すると、可動支持点で支えられた復旧ばねの反力は摺動のゆえに、固定支持点でベースに連結された復旧ばねの反力よりも弱く、カードブロック１０４が傾くからである。

さらに、復旧ばねの形状を工夫することによって、カードブロック１０４を安定して動作させることができる。すなわち、固定支持側の復旧ばねの板幅を、可動支持側の復旧ばねの板幅よりも広くすると、上下運動が安定して行われる。また、固定支持側の復旧ばねの長さを可動支持側の復旧ばねの長さよりも大にすることも効果的である。

以上のようにして、２回路を制御でき、幅１８ｍｍ×長さ３２ｍｍ×高さ１７ｍｍという小形で、１００Ａ-１２０ｓと通電容量が大きく、遮断性能も高く衝撃／振動性能にも優れる電磁継電器が得られた。

本発明の電磁継電器の斜視図。 本発明での電磁継電器本体の分解斜視図。 本発明での電磁石ブロックの分解斜視図。 本発明でのカードブロックの分解斜視図。 本発明でのベースブロックの分解斜視図。 本発明の電磁継電器の回路と端子を示す図。 本発明でのカードブロックの動作説明図であり、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は復旧ばねの支持点と、接極子によるカードの押圧点とを示す模式図。

符号の説明

１０１ 電磁継電器本体
１０２ カバー
１０３ 電磁石ブロック
１０４ カードブロック
１０５ ベースブロック
１０６ コイル
１０７ 鉄心
１０８ スプール
１０９ からげ端子
１１０ コイルブロック
１１１ 継鉄
１１２ 接極子
１１３ ヒンジばね
１１４ 支持端子
１１５ 保持フレーム
１１６ カード
１１７ 可動接点
１１８ 可動接触子
１１９ 可動接触子ばね
１２０ 復旧ばね
１２１ 固定接点
１２２ 固定端子
１２３ コイル端子
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６ 端子
１７１，１７４ 可動支持点
１７２，１７３ 固定支持点
１７５ 中心点
１７６ 押圧点

Claims (13)

1. コイルが巻回された鉄心と該鉄心の一端に固着したＬ字形の継鉄と前記鉄心の他端に対向し励磁され前記鉄心に吸引される略く字形の接極子と該接極子を揺動可能に支えるヒンジばねを有する電磁石ブロック部と、
   接続用絶縁材により電気的に分離され機械的に接続された１対のコ字形保持フレームと該コ字形保持フレームに接合された１対の可動接触子ばねと該可動接触子ばねの各々に接合されかつ可動接点を２つずつ固着した１対の可動接触子と該可動接触子を動作状態から復旧状態に戻すための１対の復旧ばねとからなるカードブロックと、
   固定接点を有する４個の固定端子および２本のコイル端子をベース用絶縁物で保持するベースブロックとを備える電磁継電器であって、
   前記カードブロックの４個の可動接点は略同一平面内に配置され、前記ベースブロック上の対向する位置には４個の固定接点が配置され、前記接極子の揺動に連動し前記４個の可動接点と前記４個の固定接点の間が略同時に開閉することを特徴とする電磁継電器。
2. 前記可動接触子ばねは弓字形であることを特徴とする、請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記可動接触子は厚板状であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電磁継電器。
4. 前記可動接触子ばねは前記可動接触子の中央部に固着されたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁継電器。
5. 前記コ字形保持フレームの２つが対向する部分にはコ字形の含まれる面に略直交する付加部が設けられたことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電磁継電器。
6. 前記１対の復旧ばねの各々は第１および第２の板状ばねからなり、前記コ字形保持フレームの各々での一方の腕部に前記第１の板状ばねが固着され、他方の腕部に前記第２の板状ばねが固着され、前記第１および第２の板状ばねは互いに逆向きに並列に配置されたことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電磁継電器。
7. 前記第１の板状ばねの一端は前記ベース用絶縁物に固定支持され、前記第２の板状ばねの一端はベース用絶縁物の面上で摺動しながら可動支持されることを特徴とする、請求項６に記載の電磁継電器。
8. 前記第１の板状ばねの幅が前記第２の板状ばねの幅よりも広いことを特徴とする、請求項７に記載の電磁継電器。
9. 前記第１の板状ばねの長さが前記第２の板状ばねの長さよりも長いことを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の電磁継電器。
10. 前記復旧ばねと前記可動接触子ばねは一体に成形してなることを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれかに記載の電磁継電器。
11. 前記カードブロックに前記接極子の動きを伝える位置を前記カードブロックの中心点よりも、前記第２の板状ばねの一端である可動支持点の１対が位置する側にずらせたことを特徴とする、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の電磁継電器。
12. 前記電磁石ブロックをベースブロックに固定する支持端子の一端を前記継鉄に固定し前記支持端子の他端をベースブロックに圧入固着することを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の電磁継電器。
13. 前記接続用絶縁材が高耐熱性樹脂、セラミックス、ガラスまたはその複合材からなることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の電磁継電器。

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